(57)【要約】【課題】光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大する。【解決手段】各画素２１は、受光した光の光量に応じて電荷を発生するフォトダイオード２２と、フォトダイオード２２から出力される電荷を蓄積するフローティングディフュージョン２４と、フローティングディフュージョン２４に蓄積されている電荷をリセットするリセットトランジスタ２７とを少なくとも有する。また、４つの画素２１が組み合わされて疑似画素２０が構成される。そして、疑似画素２０では、所定の露光順番で露光が行われ、露光順番に従って、先に露光する画素２１のフローティングディフュージョン２４の電荷蓄積容量まで電荷が蓄積されると、次に露光する画素２１のリセットトランジスタ２７によるリセット動作が解除される。本発明は、例えば、CMOSイメージセンサに適用できる。【選択図】図３
2012090144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光の光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部から出力される電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷をリセットするリセット部とを少なくとも有する画素と、
所定数の前記画素が組み合わされた疑似画素と
を備え、
前記疑似画素では、前記所定数の画素が所定の露光順番で露光を行い、前記露光順番に従って、先に露光する前記画素の前記電荷蓄積部の電荷蓄積容量まで電荷が蓄積されると、次に露光する前記画素の前記リセット部によるリセット動作が解除される
撮像素子。
【請求項２】
前記疑似画素では、色重心を揃えるように所定数の前記画素の前記露光順番が設定される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記疑似画素を構成する所定数の前記画素ごとに、それぞれの前記電荷蓄積部の電荷蓄積容量が異なる
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記疑似画素を構成する所定数の前記画素ごとに、それぞれの前記光電変換部の受光面の大きさが異なる
請求項１に記載の撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に関し、特に、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大することができるようにした撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像素子のダイナミックレンジを拡大する方法として、数多くの方法が提案されている。例えば、露光時間の異なる画素信号を組み合わせる方法や、画素信号を複数回読み出して合成する方法、蓄積容量を変調する方法、フローティングディフュージョンを共有して画素信号を加算する方法などがある。これらのダイナミックレンジを拡大する方法は、信号量を合成したり、加算したりする方法に集約される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数画素を利用して信号量を合成することにより、ダイナミックレンジの拡大を図る方法が開示されている。この方法では、高感度の画素が飽和していないときは高感度の画素から得られる画素信号を用いて画像信号が生成される一方、高感度の画素が飽和しているときは、低感度の画素から得られる画素信号を用いて飽和レベルに合成して画像信号が生成される。これにより、絶対信号量内で、光強度に対する出力応答の理想的な特性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７３１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、部分的なオーバーフローの組み合わせによる圧縮型のダイナミックレンジが拡大されるだけであり、光強度による使い分け（シーン）に制限を設ける必要があり、ダイナミックレンジの自由度が低かった。そこで、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大することができる撮像素子が求められている。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面の撮像素子は、受光した光の光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部から出力される電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷をリセットするリセット部とを少なくとも有する画素と、所定数の前記画素が組み合わされた疑似画素とを備え、前記疑似画素では、前記所定数の画素が所定の露光順番で露光を行い、前記露光順番に従って、先に露光する前記画素の前記電荷蓄積部の電荷蓄積容量まで電荷が蓄積されると、次に露光する前記画素の前記リセット部によるリセット動作が解除される。
【０００８】
本発明の一側面においては、画素は、受光した光の光量に応じて電荷を発生する光電変換部と、光電変換部から出力される電荷を蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積されている電荷をリセットするリセット部とを少なくとも有し、所定数の画素が組み合わされて疑似画素が構成される。そして、疑似画素では、所定数の画素について所定の露光順番で露光が行われ、露光順番に従って、先に露光する画素の電荷蓄積部の電荷蓄積容量まで電荷が蓄積されると、次に露光する画素のリセット部によるリセット動作が解除される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一側面によれば、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、より拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用した撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】画素アレイ部に配置される画素について説明する図である。
【図３】４つのトランジスタにより構成された画素からなる疑似画素の第１の構成例を示す図である。
【図４】リセットおよび露光動作のタイミングチャートである。
【図５】リード動作のタイミングチャートである。
【図６】入射高強度に応じた信号出力の特性を示す図である。
【図７】画素ピッチを変更した構成例における入射高強度に応じた信号出力の特性を示す図である。
【図８】画素ピッチを変更した構成例におけるリセットおよび露光動作のタイミングチャートである。
【図９】３つのトランジスタにより構成された画素からなる疑似画素の第２の構成例を示す図である。
【図１０】５つのトランジスタにより構成された画素からなる疑似画素の第３の構成例を示す図である。
【図１１】画素間での接続構成が異なる疑似画素の第４の構成例を示す図である。
【図１２】画素アレイ部の他の構成例を示す図である。
【図１３】２×３画素を単位とした疑似画素の第５の構成例を示す図である。
【図１４】画素アレイ部のさらに他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用した撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１３】
撮像素子１１は、固体撮像素子の一種であるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであり、半導体基板上に複数の画素がアレイ状に配置され、同一チップ上に集積された周辺回路部を備えている。即ち、図１に示すように、撮像素子１１は、画素アレイ部１２と、周辺回路部である垂直駆動部１３、制御部１４、カラム処理部１５、水平駆動部１６、および信号処理部１７とを備えて構成される。
【００１４】
画素アレイ部１２は、２次元に整列して配置された複数の画素を有している。垂直駆動部１３は、画素アレイ部１２の各画素を駆動（転送や、選択、リセットなど）するための駆動信号を、水平信号線を介して行ごとに順次出力する。
【００１５】
制御部１４は、垂直駆動部１３、カラム処理部１５、および水平駆動部１６に対し、それぞれの動作に必要なクロック信号やタイミング信号などを供給して、各部を制御する。カラム処理部１５は、垂直信号線を介して画素アレイ部１２の各画素から出力される画素信号から、CDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)動作により信号レベルを抽出して、画素データを出力する。
【００１６】
水平駆動部１６は、カラム処理部１５に、順次、所定のタイミングで、画素データを出力させる信号を供給する。信号処理部１７は、カラム処理部１５から出力される画素データを増幅して、後段の画像処理回路に出力する。
【００１７】
次に、図２を参照して、画素アレイ部１２に配置される画素について説明する。
【００１８】
例えば、画素アレイ部１２には、行×列がｍ×ｎとなる配置で複数の画素２１が設けられており、図２には、それらの複数の画素のうちの一部が示されている。また、画素アレイ部１２では、２×２の画素ごとに、赤、緑、青の３原色のカラーフィルタが、いわゆるベイヤー配列と呼ばれる並び順に従って配置されている。
【００１９】
例えば、画素２１００、画素２１０１、画素２１１０、および画素２１１１には、赤色のカラーフィルタが配置され、これらの４画素が、１画素として画素信号を出力する。また、画素２１０２、画素２１０３、画素２１１２、および画素２１１３には、緑色のカラーフィルタが配置され、これらの４画素が、１画素として画素信号を出力する。同様に、画素２１２０、画素２１２１、画素２１３０、および画素２１３１には、緑色のカラーフィルタが配置され、これらの４画素が、１画素として画素信号を出力する。また、画素２１２２、画素２１２３、画素２１３２、および画素２１３３には、青色のカラーフィルタが配置され、これらの４画素が、１画素として画素信号を出力する。
【００２０】
このように、画素アレイ部１２は、４つの画素が組み合わされて１画素として画素信号を出力する構造（Quad構造）となっている。従って、例えば、画素アレイ部１２の画素数が1600万画素である場合、画素アレイ部１２を、400万画素の解像度として使用することができる。以下、適宜、複数の画素２１が１画素として用いられるときの、組み合わされた画素群を疑似画素と称する。
【００２１】
また、各疑似画素では、所定の順番で、疑似画素を構成する各画素２１の露光が行われ、図２に図示されている４つの画素２１をコ字状に連結する矢印は、それぞれの画素の露光順番を表している。例えば、左上の４つの画素２１００、画素２１０１、画素２１１０、および画素２１１１からなる疑似画素では、画素２１００、画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０の順番で露光が行われるような画素構造になっている。
【００２２】
次に、図３を参照して、４つの画素２１００、画素２１０１、画素２１１０、および画素２１１１から構成される疑似画素２０の画素構造について説明する。図３には、各画素２１が４つのトランジスタにより構成されている第１の構成例（４Ｔｒ型画素構造の物理的回路図）が示さている。
【００２３】
図３に示すように、疑似画素２０は、図示されている矢印に沿った順番で、即ち、画素２１００、画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０の画素順番で機械的に露光を開始するように構成される。
【００２４】
画素２１００は、フォトダイオード２２００、転送トランジスタ２３００、フローティングディフュージョン２４００、増幅トランジスタ２５００、選択トランジスタ２６００、およびリセットトランジスタ２７００を有している。
【００２５】
フォトダイオード２２００は、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタ２３００のソースに接続される接続構成となっている。フォトダイオード２２００は、受光した光の光量に応じた電荷を発生する。
【００２６】
転送トランジスタ２３００は、ゲートが水平信号線を介して垂直駆動部１３（図１）に接続され、ソースがフォトダイオード２２００のカソードに接続され、ドレインが増幅トランジスタ２５００のゲートおよびリセットトランジスタ２７００のソースに接続される接続構成となっている。そして、転送トランジスタ２３００のドレインと増幅トランジスタ２５００のゲートとの接続箇所が、フローティングディフュージョン２４００を構成している。転送トランジスタ２３００は、垂直駆動部１３による制御に従って、フォトダイオード２２００において発生した電荷をフローティングディフュージョン２４００に転送する。
【００２７】
増幅トランジスタ２５００は、ゲートがフローティングディフュージョン２４００に接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続され、ソースが選択トランジスタ２６００のドレインに接続される接続構成となっている。増幅トランジスタ２５００は、フォトダイオード２２００から転送されてフローティングディフュージョン２４００で蓄積されている電荷を増幅して出力する。
【００２８】
選択トランジスタ２６００は、ゲートが水平信号線を介して垂直駆動部１３（図１）に接続され、ソースが垂直信号線を介してカラム処理部１５（図１）に接続され、ドレインが増幅トランジスタ２５００のソースに接続される接続構成となっている。選択トランジスタ２６００は、垂直駆動部１３による制御に従って、増幅トランジスタ２５００により増幅された電荷を画素信号としてカラム処理部１５に出力する。
【００２９】
リセットトランジスタ２７００は、ゲートが水平信号線を介して垂直駆動部１３に接続され、ソースがフローティングディフュージョン２４００に接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続される接続構成となっている。リセットトランジスタ２７００は、垂直駆動部１３からの制御に従って、フローティングディフュージョン２４００に蓄積されている電荷をリセットするリセット動作を行う。また、リセットトランジスタ２７００では、ゲートとソースとが接続されており、リセットトランジスタ２７００は、隣接画素に電荷が溢れ出ることを防止するブルーミング対策を行うように構成されている。
【００３０】
また、画素２１０１は、フォトダイオード２２０１、フローティングディフュージョン２４０１、増幅トランジスタ２５０１、選択トランジスタ２６０１、リセットトランジスタ２７０１、およびブルーミング対策用トランジスタ２８０１を有している。
【００３１】
画素２１０１では、画素２１００と異なり、フォトダイオード２２０１のカソードがフローティングディフュージョン２４０１に接続されている。また、画素２１００では、リセットトランジスタ２７００が、リセット動作とブルーミング対策とを行っていたが、画素２１０１では、ブルーミング対策を行うブルーミング対策用トランジスタ２８０１が設けられている。そして、画素２１０１では、リセットトランジスタ２７０１のゲートが、画素２１００のフローティングディフュージョン２４００に接続されている。
【００３２】
また、画素２１１１は、画素２１０１と同様に、フォトダイオード２２１１、フローティングディフュージョン２４１１、増幅トランジスタ２５１１、選択トランジスタ２６１１、リセットトランジスタ２７１１、およびブルーミング対策用トランジスタ２８１１を有している。画素２１１１では、リセットトランジスタ２７１１のゲートが、画素２１０１のフローティングディフュージョン２４０１に接続されている。
【００３３】
また、画素２１１０は、画素２１０１と同様に、フォトダイオード２２１０、フローティングディフュージョン２４１０、増幅トランジスタ２５１０、選択トランジスタ２６１０、リセットトランジスタ２７１０、およびブルーミング対策用トランジスタ２８１０を有している。画素２１１０では、リセットトランジスタ２７１０のゲートが、画素２１１１のフローティングディフュージョン２４１１に接続されている。
【００３４】
このように、画素２１００、画素２１０１、画素２１１０、および画素２１１１では、画素２１００のフローティングディフュージョン２４００が画素２１０１のリセットトランジスタ２７０１のゲートに接続されている。そして、画素２１０１のフローティングディフュージョン２４０１が画素２１１１のリセットトランジスタ２７１１のゲートに接続され、画素２１１１のフローティングディフュージョン２４１１が画素２１１０のリセットトランジスタ２７１０のゲートに接続されている。
【００３５】
このような接続構成により、まず、画素２１００のフローティングディフュージョン２４００に、蓄積可能な容量である電荷蓄積容量の電荷が蓄積され、電荷がオーバーフローすると、画素２１０１のフローティングディフュージョン２４０１への電荷の蓄積が開始される。次に、画素２１０１のフローティングディフュージョン２４０１に電荷蓄積容量の電荷が蓄積され、電荷がオーバーフローすると、画素２１１１のフローティングディフュージョン２４１１への電荷の蓄積が開始される。そして、画素２１１１のフローティングディフュージョン２４１１に電荷蓄積容量の電荷が蓄積され、電荷がオーバーフローすると、画素２１１０のフローティングディフュージョン２４１０への電荷の蓄積が開始される。
【００３６】
次に、図４および図５を参照して、図３の疑似画素２０の動作について説明する。
【００３７】
図４は、リセットおよび露光動作のタイミングチャートであり、図５は、リード動作のタイミングチャートである。
【００３８】
まず、垂直駆動部１３は、リセットトランジスタ２７００、２７０１、２７１０、および２７１１に対するリセット信号（RST）をＨｉにすることで、画素２１００、画素２１０１、画素２１１０、および画素２１１１のリセット動作を行う。これにより、画素２１００、画素２１０１、画素２１１０、および画素２１１１に蓄積されている電荷が空になる。また、垂直駆動部１３は、このとき、転送トランジスタ２３００に対する転送信号（TG）をＨｉにする。
【００３９】
そして、画素２１００の露光を開始するタイミング（ｔ０）で、リセットトランジスタ２７００に対するリセット信号（RST00）と、転送トランジスタ２３００に対する転送信号（TG）とをＬｏｗにすることで、フローティングディフュージョン２４００への電荷の蓄積が開始される。なお、画素２１００のリセット動作を行った後は、リセットトランジスタ２７００をハイインピーダンス（Hi-z）として取り扱う。
【００４０】
このとき、次の露光対象画素である画素２１０１は、画素２１００のフローティングディフュージョン２４００がオーバーフローするまでリセット動作を行っており、フローティングディフュージョン２４０１には電荷が蓄積されない状態となっている。そして、フローティングディフュージョン２４００がオーバーフローする容量（電荷蓄積容量）に到達したタイミング（ｔ１）で、フローティングディフュージョン２４００の電位（FD00）が、画素２１０１を露光するための電位まで低下し、画素２１０１のリセット動作が解除される。即ち、このタイミングで、画素２１００のフローティングディフュージョン２４００に蓄積された電荷により、画素２１０１のリセットトランジスタ２７０１に対するリセット信号（RST01）がＬｏｗになる。
【００４１】
これにより、画素２１０１の露光が開始され、フローティングディフュージョン２４０１への電荷の転送が開始される。このとき、画素２１００のフローティングディフュージョン２４００がオーバーフローした状態で飽和し続けないように、リセットトランジスタ２７００のゲートとソースが接続される接続構成により、ブルーミング対策が施されている。
【００４２】
その後、画素２１０１のフローティングディフュージョン２４０１が、オーバーフローする容量に達したタイミング（ｔ２）で、画素２１１１のリセットトランジスタ２７１１に対するリセット信号（RST11）がＬｏｗになり、画素２１１１の露光が開始される。そして、画素２１１１のフローティングディフュージョン２４１１が、オーバーフローする容量に達したタイミング（ｔ３）で、画素２１１０のリセットトランジスタ２７１０に対するリセット信号（RST10）がＬｏｗになり、画素２１１０の露光が開始される。このような連鎖が組み合わされることにより、露光の対象となる画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０を機械的に選択することが可能となる。
【００４３】
このように、画素２１００、画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０の順番で露光が開始されて電荷がそれぞれ蓄積され、その電荷を読み出すタイミングで、同時に読み出しが行われる。
【００４４】
即ち、図５に示すように、画素２１００の選択トランジスタ２６００、画素２１０１の選択トランジスタ２６０１、画素２１１１の選択トランジスタ２６１１、および画素２１１０の選択トランジスタ２６１０に対するセレクト信号（SEL）が、同時に、ＬｏｗからＨｉに切り替わる。これにより、画素２１００のフローティングディフュージョン２４００、画素２１０１のフローティングディフュージョン２４０１、画素２１１１のフローティングディフュージョン２４１１、および画素２１１０のフローティングディフュージョン２４１０に蓄積されている電荷が、画素信号としてカラム処理部１５（図１）に読み出される。
【００４５】
そして、画素２１００、画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０から読み出された画素信号は、ソースフォロワ加算により合成される。
【００４６】
以上のように疑似画素２０は構成されており、疑似画素２０が受光する光の光量に応じて露光する画素が機械的に選択されるため、信号処理を簡易化することができる。即ち、疑似画素２０では、垂直駆動部１３が、画素２１００に対して露光を制御する転送信号（TG）を出力するだけで、受光光量に従って順次、画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０と自動的に露光が開始される。このように、画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０に対してリセット信号および転送信号を出力する必要がなく、それらの信号を出力するための信号処理が行われないので、信号処理を簡略化することができる。
【００４７】
また、疑似画素２０では、露光の対象として選択されていない画素に対して、リセット動作が常時施されているため、隣接画素への電荷の漏れを防止することができる。また、露光中の画素が飽和しても、上述したようにブルーミング対策が行われるようなダイオード接続によって、電荷の漏れを防止（または、軽減）することができる。
【００４８】
さらに、疑似画素２０では、画素２１の微細化が解像度の限界を超えていたとしても、隣接する複数の画素２１を疑似的に１画素としているので、広い範囲の光強度に対する適正な露光範囲を広くとることができ、光強度に対するダイナミックレンジの自由度を、有来よりも拡大することができる。
【００４９】
図６を参照して、疑似画素２０におけるダイナミックレンジの拡大について説明する。
【００５０】
図６には、入射光の強度（入射光強度）に対する信号出力の特性が示されている。図６において、破線は、１つの画素２１の特性を示しており、実線は、疑似画素２０の特性を示している。
【００５１】
図６に示すように、疑似画素２０では、入射光強度に対して出力信号が変化する範囲が、１つの画素２１の信号出力における範囲よりも広くなっており、隣接する複数の画素２１を疑似的に１画素とすることによりダイナミックレンジが拡大される。
【００５２】
また、例えば、従来のダイナミックレンジを拡大する方法では、複数フレーム分の画像データを記憶するメモリを備え、複数のフレームの画素データを合成することが行われていた。これに対し、撮像素子１１では、このようなメモリを使用することなく、複数の画素を１画素として使用してダイナミックレンジを拡大することができる。これのようにメモリを必要としない分だけ、撮像素子１１を小型化することができる。
【００５３】
また、撮像素子１１では、各画素２１のフローティングディフュージョン２４の容量を変調する（画素ごとに電荷蓄積容量を異ならせる）ことで、ＳＮ比（Signal-Noise ratio）を向上させることができる。例えば、図４および図５に示したように、フローティングディフュージョン２４００の容量を-1.0とし、フローティングディフュージョン２４０１の容量を-0.9とし、フローティングディフュージョン２４１１の容量を-0.7とし、および画素２１１０のフローティングディフュージョン２４１０の容量を-0.5とするような容量の変調を行うことが好ましい。
【００５４】
さらに、疑似画素２０では、各画素２１の画素ピッチを変更することで、入射光強度に応じたダイナミックレンジを拡大することができる。
【００５５】
図７には、画素ごとに画素ピッチを変更した疑似画素の変形例が示されている。
【００５６】
図７の疑似画素２０’は、画素２１’００の画素サイズ（受光面の大きさ）が最も大きく、画素２１’０１、画素２１’１０、および画素２１’１１と、順次、画素サイズが小さくなるように構成されている。また、図７では、疑似画素２０’の特性が実線で示されており、画素サイズが均一な疑似画素２０の特性が破線で示されている。
【００５７】
このように構成されている疑似画素２０’では、画素サイズの小さな画素ほど感度が低く、入射光強度に対する信号出力の特性の傾きが小さくなる。従って、疑似画素２０’全体として飽和するまでの入射光強度は、画素サイズが均一の場合よりも高くなる。つまり、より強い入射光強度まで信号出力が応答して出力される。また、疑似画素２０’では、低輝度領域における感度の向上を図ることができる。
【００５８】
また、一般的に、感度の高い画素は、オーバーフローしやすく、感度に対する出力信号の特性を考慮しなければならないのに対し、疑似画素２０’では、ある程度の光強度まではオーバーフローを回避することができる。
【００５９】
図８は、疑似画素２０’におけるリセットおよび露光動作のタイミングチャートである。
【００６０】
図８に示すように、疑似画素２０’では、画素２１’００が飽和するまでの時間（ｔ０−ｔ１間）よりも、画素２１’０１が飽和するまでの時間（ｔ１−ｔ２間）が長くなる。また、画素２１’０１が飽和するまでの時間（ｔ１−ｔ２間）よりも、画素２１’１１が飽和するまでの時間（ｔ２−ｔ３間）が長くなる。
【００６１】
次に、図９は、疑似画素２０の第２の構成例を示す図である。図９には、３つのトランジスタにより構成された画素２１ａ００、画素２１ａ０１、画素２１ａ１１、および画素２１ａ１０からなる疑似画素２０ａの回路構成が示されている。
【００６２】
画素２１ａ００は、フォトダイオード２２ａ００、転送トランジスタ２３ａ００、フローティングディフュージョン２４ａ００、増幅トランジスタ２５ａ００、およびリセットトランジスタ２７ａ００を有している点で、図３の画素２１００と同様に構成されている。一方、画素２１ａ００は、選択トランジスタを有していない点で、図３の画素２１００と異なった構成となっている。
【００６３】
また、画素２１ａ０１、画素２１ａ１１、および画素２１ａ１０についても、選択トランジスタを有していない点で、図３の画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０と異なった構成となっている。
【００６４】
疑似画素２０ａでは、画素２１ａ００のフローティングディフュージョン２４ａ００が画素２１ａ０１のリセットトランジスタ２７ａ０１のゲートに接続され、画素２１ａ０１のフローティングディフュージョン２４ａ０１が画素２１ａ１１のリセットトランジスタ２７ａ１１のゲートに接続され、画素２１ａ１１のフローティングディフュージョン２４ａ１０が画素２１ａ１０のリセットトランジスタ２７ａ１０のゲートに接続される接続構成となっている。
【００６５】
従って、疑似画素２０ａでは、図３の疑似画素２０と同様に、画素２１ａ００、画素２１ａ０１、画素２１ａ１１、および画素２１ａ１０を、図示されている矢印に沿った順番で順次、機械的に露光を開始することができる。
【００６６】
次に、図１０は、疑似画素２０の第３の構成例を示す図である。図１０には、５つのトランジスタにより構成された画素２１ｂ００、画素２１ｂ０１、画素２１ｂ１１、および画素２１ｂ１０からなる疑似画素２０ｂの回路構成が示されている。
【００６７】
画素２１ｂ００は、フォトダイオード２２ｂ００、転送トランジスタ２３ｂ００、フローティングディフュージョン２４ｂ００、増幅トランジスタ２５ｂ００、選択トランジスタ２６ｂ００、およびリセットトランジスタｂ２７００を有している点で、図３の画素２１００と同様に構成されている。一方、画素２１ｂ００は、ブルーミング対策用トランジスタ２８ｂ００を有する点で、図３の画素２１００と異なった構成となっている。
【００６８】
即ち、図３の画素２１００では、リセットトランジスタ２７００が、リセット動作およびブルーミング対策を行っていた。これに対し、画素２１ｂ００では、リセットトランジスタｂ２７００はリセット動作だけを行い、ブルーミング対策はブルーミング対策用トランジスタ２８ｂ００が行う。
【００６９】
また、画素２１ｂ０１、画素２１ｂ１１、および画素２１ｂ１０については、転送トランジスタ２３ｂ０１、転送トランジスタ２３ｂ１１、転送トランジスタ２３ｂ１０を有する点で、図３の画素２１０１、画素２１１１、および画素２１１０と異なった構成となっている。
【００７０】
即ち、画素２１ｂ０１では、図３の画素２１０１と異なり、フォトダイオード２２ｂ００に蓄積された電荷のフローティングディフュージョン２４００への転送タイミングを転送トランジスタ２３ｂ０１により制御することができる。画素２１ｂ１１および画素２１ｂ１０についても同様である。
【００７１】
次に、図１１は、疑似画素２０の第４の構成例を示す図である。図１１には、４つのトランジスタにより構成された画素２１ｃ００、画素２１ｃ０１、画素２１ｃ１１、および画素２１ｃ１０からなる疑似画素２０ｃの回路構成が示されている。
【００７２】
疑似画素２０ｃでは、画素２１ｃ００、画素２１ｃ０１、画素２１ｃ１１、および画素２１ｃ１０のトランジスタの構成は、図３の疑似画素２０と同様であるが、それぞれの画素間での接続構成が疑似画素２０と異なっている。
【００７３】
即ち、疑似画素２０ｃでは、画素２１ｃ００のフローティングディフュージョン２４ｃ００が画素２１ｃ１０のリセットトランジスタ２７ｃ１０のゲートに接続されている。また、画素２１ｃ１０のフローティングディフュージョン２４ｃ１０が画素２１ｃ１１のリセットトランジスタ２７ｃ１１のゲートに接続されている。そして、画素２１ｃ１１のフローティングディフュージョン２４ｃ１１が画素２１ｃ０１のリセットトランジスタ２７ｃ０１のゲートに接続されている。
【００７４】
このような接続構成により、疑似画素２０ｃでは、図示されている矢印に沿った順番で、即ち、画素２１ｃ００、画素２１ｃ１０、画素２１ｃ１１、および画素２１ｃ０１の順番で、順次、機械的に露光を開始することができる。
【００７５】
このように、疑似画素２０ｃでは、反時計回りとなるように露光順番が設定されている。また、図３の疑似画素２０では、時計回りとなるように露光順番が設定されており、露光順番（画素アクセス順番）は順不同である。即ち、疑似画素２０の露光順番を任意に設定することができる。
【００７６】
このとき、色重心を揃えるような順番にすることが望ましい。色重心を揃えるような露光順番とすることで、撮像素子１１を、フォーカルプレーンシャッターを用いた撮像装置に採用したときに、色ずれを緩和することができる。
【００７７】
なお、上述の構成例では、２×２画素の正方形を単位として疑似画素２０が構成されているが、例えば、長方形を単位として疑似画素２０が構成されてもよい。即ち、図１２に示されている画素アレイ部１２’のように、２×３画素の長方形を疑似画素の単位とすることができる。
【００７８】
例えば、画素２１００、画素２１０１、画素２１０２、画素２１１０、画素２１１１、および画素２１１２には、赤色のカラーフィルタが配置され、これらの６画素が、１画素として画素信号を出力する。また、画素２１０３、画素２１０４、画素２１０５、画素２１１３、画素２１１４、および画素２１１５には、緑色のカラーフィルタが配置され、これらの６画素が、１画素として画素信号を出力する。同様に、画素２１２０、画素２１２１、画素２１２２、画素２１３０、画素２１３１、および画素２１３２には、緑色のカラーフィルタが配置され、これらの６画素が、１画素として画素信号を出力する。また、画素２１２３、画素２１２４、画素２１２５、画素２１３３、画素２１３４、および画素２１３５には、青色のカラーフィルタが配置され、これらの６画素が、１画素として画素信号を出力する。
【００７９】
次に、図１３は、疑似画素２０の第５の構成例を示す図である。図１２には、３×２画素を単位とし、画素２１ｄ００、画素２１ｄ０１、画素２１ｄ０２、画素２１ｄ１０、画素２１ｄ１１、および画素２１ｄ１２からなる疑似画素２０ｄの回路構成が示されている。
【００８０】
疑似画素２０ｄにおいて、画素２１ｄ００、画素２１ｄ０１、画素２１ｄ０２、画素２１ｄ１０、画素２１ｄ１１、および画素２１ｄ１２は、図３の疑似画素２０と同様に、それぞれが４つのトランジスタにより構成されている（４Ｔｒ型画素構造）。
【００８１】
疑似画素２０ｄでは、画素２１ｄ００のフローティングディフュージョン２４ｄ００が画素２１ｄ１０のリセットトランジスタ２７ｄ１０のゲートに接続されている。また、画素２１ｄ１０のフローティングディフュージョン２４ｄ１０が画素２１ｄ０２のリセットトランジスタ２７ｄ０２のゲートに接続されて、画素２１ｄ０２のフローティングディフュージョン２４ｄ０２が画素２１ｄ１２のリセットトランジスタ２７ｄ１２のゲートに接続されている。そして、画素２１ｄ１２のフローティングディフュージョン２４ｄ１２が画素２１ｄ１１のリセットトランジスタ２７ｄ１１のゲートに接続され、画素２１ｄ１１のフローティングディフュージョン２４ｄ１１が画素２１ｄ０１のリセットトランジスタ２７ｄ０１のゲートに接続されている。
【００８２】
このように、疑似画素２０ｄでは、図１３に図示されている矢印に沿って、露光が順次開始される。即ち、露光順番に従って、先に露光される画素のフローティングディフュージョンが、次に露光される画素のリセットトランジスタのゲートに接続される接続構成になっていれば、疑似画素を構成する画素数や、疑似画素の形状（正方形、長方形、または、それら以外の形状）、疑似画素における露光順番などを任意に設計することができる。
【００８３】
また、撮像素子１１では、さらに多数の画素を単位として疑似画素を構成してもよい。
【００８４】
例えば、図１４には、４×４画素を単位として疑似画素が構成された画素アレイ部１２’’構成例が示されている。
【００８５】
例えば、画素２１００から画素２１３３までの１６画素を単位とした疑似画素に赤色のカラーフィルタが配置され、これらの１６画素が、１画素として画素信号を出力する。また、この疑似画素での露光順番は、図１４に図示されている矢印に沿って、画素２１００、画素２１０１、画素２１０２、画素２１０３、画素２１１３、画素２１２３、画素２１３３、画素２１３２、画素２１３１、画素２１３０、画素２１２０、画素２１１０、画素２１１１、画素２１１２、画素２１２２、および画素２１２１のような時計回りの渦巻き状とされている。
【００８６】
また、画素２１０４から画素２１３７までの１６画素を単位とした疑似画素に緑色のカラーフィルタが配置され、これらの１６画素が、１画素として画素信号を出力する。同様に、画素２１４０から画素２１７３までの１６画素を単位とした疑似画素に緑色のカラーフィルタが配置され、これらの１６画素が、１画素として画素信号を出力する。また、画素２１４４から画素２１７７までの１６画素を単位とした疑似画素に青色のカラーフィルタが配置され、これらの１６画素が、１画素として画素信号を出力する。これらの疑似画素においても、上述と同様に、図１４に図示されている矢印に沿って、時計回りの渦巻き状の露光順番で各画素の露光が行われる。
【００８７】
このように構成されている画素アレイ部１２’’でも、露光順番に従って、先に露光される画素のフローティングディフュージョンが、次に露光される画素のリセットトランジスタのゲートに接続される接続構成により確実に露光が順次行われる。これにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。
【００８８】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１１  撮像素子，  １２  画素アレイ部，  １３  垂直駆動部，  １４  制御部，  １５  カラム処理部，  １６  水平駆動部，  １７  信号処理部，  ２０  疑似画素，  ２１  画素，  ２２  フォトダイオード，  ２３  転送トランジスタ２３，  ２４  フローティングディフュージョン，  ２５  増幅トランジスタ，  ２６  選択トランジスタ，  ２７  リセットトランジスタ，  ２８  ブルーミング対策用トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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