(57)【要約】【課題】グローバル露光によって取得した画像の暗電流ノイズを軽減するための補正用の画像を取得することができ、補正用の画像の取得期間中においてもライブビュー画像を更新することができる固体撮像装置および撮像装置を提供する。【解決手段】入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、光電変換部で発生した信号電荷を蓄積する蓄積部と、蓄積部に信号電荷を転送する転送部と、蓄積部の信号電荷を増幅して画素信号として出力する増幅部と、蓄積部の電荷をリセットする第１のリセット部と、光電変換部をリセットする第２のリセット部と、を有する画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、画素部から出力される画素信号を、行毎に順次読み出す信号読み出し部と、を備え、信号読み出し部は、第１の画素信号と、第２の画素信号と、リセット信号と、雑音信号と、表示用の画素信号と、を、それぞれ時分割して読み出す。【選択図】図４
2012085013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して画素信号として出力信号線に出力する増幅部と、前記蓄積部の電荷をリセットする第１のリセット部と、前記光電変換部をリセットする第２のリセット部と、を有する画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、
前記画素部から出力される前記画素信号を、前記画素部の行毎に順次読み出す信号読み出し部と、
を備え、
前記信号読み出し部は、
前記第１のリセット部によってリセットされたときの前記蓄積部の電荷を、前記増幅部によって増幅した第１の画素信号と、
前記第２のリセット部によるリセットが解除された後に、予め定められた露光期間において前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記転送部によって前記蓄積部に転送し、該転送された前記信号電荷を、前記増幅部によって増幅した第２の画素信号と、
前記第１のリセット部によってリセットされたときの前記蓄積部の電荷を、前記増幅部によって増幅したリセット信号と、
前記第１のリセット部によるリセットを解除した後に、前記蓄積部に発生した雑音成分の電荷を、前記増幅部によって増幅した雑音信号と、
前記第２のリセット部によるリセットを行った後に、予め定められた露光期間において前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記転送部によって前記蓄積部に転送し、該転送された前記信号電荷を、前記増幅部によって増幅した表示用の画素信号と、
を、それぞれ時分割して読み出す、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記信号読み出し部は、
前記画素部の第１の行から前記リセット信号および前記雑音信号を読み出し、
前記画素部の第２の行から前記表示用の画素信号を順次読み出し、
前記第１の行からの前記リセット信号および前記雑音信号の読み出しと、前記第２の行からの前記表示用の画素信号の読み出しとが終了した後、
前記第２の行から前記リセット信号および前記雑音信号を読み出し、
前記第１の行から前記表示用の画素信号を順次読み出す、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記信号読み出し部は、
前記リセット信号の読み出しが完了した後、予め定められた調整時間が経過した後に、前記雑音信号の読み出しを開始する、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記調整時間は、
前記信号読み出し部による前記リセット信号を読み出した時間から、前記雑音信号の読み出しを開始するまでの時間が、
前記信号読み出し部による前記第１の画素信号を読み出した時間から、前記第２の画素信号の読み出しを開始するまでの時間と同じ時間となるように定められた時間である、
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２のリセット部は、
複数行の前記画素の前記光電変換部を同時にリセットし、
前記転送部は、
前記複数行の前記画素の前記光電変換部で発生した前記信号電荷を、該複数の前記画素の前記蓄積部のそれぞれに、同時に転送する、
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して画素信号として出力信号線に出力する増幅部と、前記蓄積部の電荷をリセットする第１のリセット部と、前記光電変換部をリセットする第２のリセット部と、を有する画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、前記画素部から出力される前記画素信号を、前記画素部の行毎に順次読み出す信号読み出し部と、を具備する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される前記画素信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記画素信号に基づいて演算した画像信号を生成する信号処理部と、
を備え、
前記信号読み出し部は、
前記第１のリセット部によってリセットされたときの前記蓄積部の電荷を、前記増幅部によって増幅した第１の画素信号と、
前記第２のリセット部によるリセットが解除された後に、予め定められた露光期間において前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記転送部によって前記蓄積部に転送し、該転送された前記信号電荷を、前記増幅部によって増幅した第２の画素信号と、
前記第１のリセット部によってリセットされたときの前記蓄積部の電荷を、前記増幅部によって増幅したリセット信号と、
前記第１のリセット部によるリセットを解除した後に、前記蓄積部に発生した雑音成分の電荷を、前記増幅部によって増幅した雑音信号と、
前記第２のリセット部によるリセットを行った後に、予め定められた露光期間において前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記転送部によって前記蓄積部に転送し、該転送された前記信号電荷を、前記増幅部によって増幅した表示用の画素信号と、
を、それぞれ時分割して読み出し、
前記記憶部は、
前記固体撮像装置から出力される、
前記第１の画素信号と、
前記第２の画素信号と、
前記第２の画素信号を出力した後に前記固体撮像装置から出力される前記リセット信号と、
前記雑音信号と、
を、それぞれ記憶し、
前記信号処理部は、
前記記憶部に記憶された前記第１の画素信号と前記第２の画素信号とに基づいて第１の画像信号を生成し、
さらに、前記記憶部に記憶された前記リセット信号と前記雑音信号とに基づいて前記第１の画像信号を補正するための補正画像信号を生成し、
該生成した前記第１の画像信号を、該生成した前記補正画像信号に基づいて補正する、
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子としてＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）型撮像素子（以下、「ＭＯＳ型撮像素子」という）が注目され、実用化されている。
このＭＯＳ型撮像素子は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）型撮像素子と異なり、単一電源で駆動することが可能である。また、ＣＣＤ型撮像素子では、専用の製造プロセスを必要とするのに対し、ＭＯＳ型撮像素子は、他のＬＳＩと同じ製造プロセスを用いて製造することができることからＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）への対応が容易であり、固体撮像装置の多機能化を可能としている。
また、ＭＯＳ型撮像素子は、各画素に増幅回路を備えることによって画素内で信号電荷を増幅しているため、信号の伝達経路からのノイズの影響が少ない構成になっている。さらに、各画素の信号電荷を選択して取り出す（選択方式）ことが可能であり、原理上、信号の蓄積時間や読み出し順序を画素毎に自由に制御することができるという特徴がある。
【０００３】
ＭＯＳ型撮像素子（以下、「イメージセンサ」という）を使用した撮像装置の一例として、一眼レフカメラ（以下、「デジタルカメラ」という）がある。このようなデジタルカメラにおいて、イメージセンサを遮光するためのメカニカルシャッタを搭載せず、イメージセンサの全画素を同時に露光するグローバル露光を行うものがある。
【０００４】
グローバル露光を行うデジタルカメラに搭載されるイメージセンサは、単位画素ごとに、入射した光に応じた電荷を発生するフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤとを備える。また、制御信号に基づいてフォトダイオードＰＤをリセットする機能と、フォトダイオードＰＤで発生した電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する機能とを備えた構成となっている。そして、デジタルカメラは、イメージセンサ内の全ての単位画素の露光を同時に制御することによって、グローバル露光を行っている。
【０００５】
上述のようなグローバル露光を行うデジタルカメラにおいては、トランジスタ数を抑えた構成でリセットノイズを除去することが困難であるという欠点がある。このようなイメージセンサにおいて、例えば、特許文献１に示すような技術が考案されている。特許文献１には、グローバル露光において、リセットノイズを除去する技術が開示されている。
【０００６】
図６は、特許文献１で開示された従来のイメージセンサにおける信号読み出しタイミングの概略を示したタイミングチャートである。図６に示したタイミングチャートを用いて、グローバル露光を行う場合について説明する。なお、図６に示した「ΦＰＲ」は、フォトダイオードＰＤをリセットする制御信号（ＰＤリセットパルス）である。また、「ΦＴＸ」は、フォトダイオードＰＤで発生した電荷をフローティングディフィージョンＦＤへ転送する制御信号（画素転送パルス）である。また、図６に示した「リセットフレーム読み出し」は、フローティングディフュージョンＦＤをリセットした時に行われる、各画素のリセット信号の読み出し動作である。また、「ビデオフレーム読み出し」は、画素転送パルスΦＴＸによってフォトダイオードＰＤで発生した電荷がフローティングディフュージョンＦＤへ転送された後に行われる、各画素のビデオ信号の読み出し動作である。
【０００７】
図６に示したように、従来のイメージセンサにおける信号読み出しタイミングでは、ＰＤリセットパルスΦＰＲを“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、全単位画素内のフォトダイオードＰＤをリセットする。そして、リセットフレーム読み出しによって、各画素のリセット信号を読み出し、読み出したリセット信号を、メモリに保存しておく。その後、ＰＤリセットパルスΦＰＲを“Ｌｏｗ”レベルにすることによって、全単位画素が同時に露光を開始する。任意に設定した蓄積期間が経過した後、画素転送パルスΦＴＸの“Ｈｉｇｈ”レベルによって全単位画素のフォトダイオードＰＤで発生した電荷が、フローティングディフィージョンＦＤへ転送される。電荷が転送された後、ビデオフレーム読み出しによって、各画素のビデオ信号が読み出され、メモリに保存されていたリセット信号との差分処理を施すことによって、リセットノイズを除去した画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−６５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したシーケンスのようなグローバル露光によって撮像素子から静止画用の画像信号を取得する場合、フローティングディフュージョンＦＤの待機時間（図６に示したＦＤ待機期間）中に、フローティングディフュージョンＦＤ内に暗電流のノイズが増加してしまう。そして、増加した暗電流のノイズは、得られた画像の画質を低下させる要因ともなってしまう。すなわち、リセットノイズを除去したのみでは、高画質の画像を得ることができない。このため、暗電流のノイズによる画像への影響を軽減するための対策として、上述したグローバル露光のシーケンスに連続して、補正用の画像を取得することが考えられる。
【００１０】
また、近年の撮像装置においては、撮影する被写体を確認するために、例えば、撮像装置の表示部に動画を表示する、いわゆる「ライブビュー」の機能が実現されている。しかし、上述したようなグローバル露光のシーケンスで撮像装置に搭載したイメージセンサを駆動した場合には、静止画像を得るための一連の撮影動作中に、ライブビュー（画像表示）の表示を更新することができない。このため、撮像装置は、上述したシーケンスによって撮像素子から静止画用の画像信号を取得している期間は、表示部に同じ画像を表示し続けるフリーズや、あるいは、黒の表示を行うブラックアウトなど、ライブビューの画像を表示しない動作となっている。
【００１１】
特に、上述したグローバル露光のシーケンスにおいては、静止画像の露光前の全画素のリセット信号読み出し動作と、露光後のビデオ信号読み出し動作と、の両方の動作が必要であるため、１回の静止画像の撮影動作に要する１シーケンスの期間が長くなる。また、近年の撮像素子は、画素数が増加しているため、全ての画素から信号を読み出す動作に要する時間が、さらに長くなる傾向にある。このため、ライブビュー用の画像を取得することができない期間も、さらに長くなるということが、より重要な課題になりつつある。図６に示した信号読み出しタイミングにおいては、リセットフレーム読み出しの期間と、蓄積期間と、ビデオフレーム読み出しの期間との全ての期間が、ライブビュー用の画像を取得することができない期間である。
【００１２】
このような状況において、暗電流のノイズを軽減するための補正用の画像を取得するシーケンスを追加すると、ライブビュー用の画像を取得することができない期間がさらに長くなり、上述した課題がより顕著に現れてしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、グローバル露光によって取得した画像の暗電流ノイズを軽減するための補正用の画像を取得することができ、補正用の画像の取得期間中においてもライブビュー画像を更新することができる固体撮像装置および撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して画素信号として出力信号線に出力する増幅部と、前記蓄積部の電荷をリセットする第１のリセット部と、前記光電変換部をリセットする第２のリセット部と、を有する画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、前記画素部から出力される前記画素信号を、前記画素部の行毎に順次読み出す信号読み出し部と、を備え、前記信号読み出し部は、前記第１のリセット部によってリセットされたときの前記蓄積部の電荷を、前記増幅部によって増幅した第１の画素信号と、前記第２のリセット部によるリセットが解除された後に、予め定められた露光期間において前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記転送部によって前記蓄積部に転送し、該転送された前記信号電荷を、前記増幅部によって増幅した第２の画素信号と、前記第１のリセット部によってリセットされたときの前記蓄積部の電荷を、前記増幅部によって増幅したリセット信号と、前記第１のリセット部によるリセットを解除した後に、前記蓄積部に発生した雑音成分の電荷を、前記増幅部によって増幅した雑音信号と、前記第２のリセット部によるリセットを行った後に、予め定められた露光期間において前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記転送部によって前記蓄積部に転送し、該転送された前記信号電荷を、前記増幅部によって増幅した表示用の画素信号と、を、それぞれ時分割して読み出す、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の前記信号読み出し部は、前記画素部の第１の行から前記リセット信号および前記雑音信号を読み出し、前記画素部の第２の行から前記表示用の画素信号を順次読み出し、前記第１の行からの前記リセット信号および前記雑音信号の読み出しと、前記第２の行からの前記表示用の画素信号の読み出しとが終了した後、前記第２の行から前記リセット信号および前記雑音信号を読み出し、前記第１の行から前記表示用の画素信号を順次読み出す、ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の前記信号読み出し部は、前記リセット信号の読み出しが完了した後、予め定められた調整時間が経過した後に、前記雑音信号の読み出しを開始する、ことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の前記調整時間は、前記信号読み出し部による前記リセット信号を読み出した時間から、前記雑音信号の読み出しを開始するまでの時間が、前記信号読み出し部による前記第１の画素信号を読み出した時間から、前記第２の画素信号の読み出しを開始するまでの時間と同じ時間となるように定められた時間である、ことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の前記第２のリセット部は、複数行の前記画素の前記光電変換部を同時にリセットし、前記転送部は、前記複数行の前記画素の前記光電変換部で発生した前記信号電荷を、該複数の前記画素の前記蓄積部のそれぞれに、同時に転送する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して画素信号として出力信号線に出力する増幅部と、前記蓄積部の電荷をリセットする第１のリセット部と、前記光電変換部をリセットする第２のリセット部と、を有する画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、前記画素部から出力される前記画素信号を、前記画素部の行毎に順次読み出す信号読み出し部と、を具備する固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される前記画素信号を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記画素信号に基づいて演算した画像信号を生成する信号処理部と、を備え、前記信号読み出し部は、前記第１のリセット部によってリセットされたときの前記蓄積部の電荷を、前記増幅部によって増幅した第１の画素信号と、前記第２のリセット部によるリセットが解除された後に、予め定められた露光期間において前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記転送部によって前記蓄積部に転送し、該転送された前記信号電荷を、前記増幅部によって増幅した第２の画素信号と、前記第１のリセット部によってリセットされたときの前記蓄積部の電荷を、前記増幅部によって増幅したリセット信号と、前記第１のリセット部によるリセットを解除した後に、前記蓄積部に発生した雑音成分の電荷を、前記増幅部によって増幅した雑音信号と、前記第２のリセット部によるリセットを行った後に、予め定められた露光期間において前記光電変換部で発生した前記信号電荷を前記転送部によって前記蓄積部に転送し、該転送された前記信号電荷を、前記増幅部によって増幅した表示用の画素信号と、を、それぞれ時分割して読み出し、前記記憶部は、前記固体撮像装置から出力される、前記第１の画素信号と、前記第２の画素信号と、前記第２の画素信号を出力した後に前記固体撮像装置から出力される前記リセット信号と、前記雑音信号と、を、それぞれ記憶し、前記信号処理部は、前記記憶部に記憶された前記第１の画素信号と前記第２の画素信号とに基づいて第１の画像信号を生成し、さらに、前記記憶部に記憶された前記リセット信号と前記雑音信号とに基づいて前記第１の画像信号を補正するための補正画像信号を生成し、該生成した前記第１の画像信号を、該生成した前記補正画像信号に基づいて補正する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、グローバル露光によって取得した画像の暗電流ノイズを軽減するための補正用の画像を取得することができ、補正用の画像の取得期間中においてもライブビュー画像を更新することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態によるデジタルカメラの概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態におけるイメージセンサの概略構成を示したブロック図である。
【図３】本実施形態のイメージセンサにおける単位画素の概略構成を示した回路図である。
【図４】本実施形態のイメージセンサを搭載したデジタルカメラにおける第１の信号読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。
【図５】本実施形態のイメージセンサを搭載したデジタルカメラにおける第２の信号読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。
【図６】従来のイメージセンサにおける信号読み出しタイミングの概略を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態によるデジタルカメラ（例えば、一眼レフデジタルカメラ）の概略構成を示したブロック図である。図１に示したデジタルカメラ１は、レンズユニット部２、固体撮像装置（イメージセンサ）３、発光装置４、メモリ５、記録装置６、表示装置７、画像信号処理装置８、レンズ制御装置９、イメージセンサ制御装置１０、発光制御装置１１、カメラ制御装置１２から構成される。
【００２３】
レンズユニット部２は、レンズ制御装置９によってズーム、フォーカス、絞りなどが駆動制御され、被写体像をイメージセンサ３に結像させる。
イメージセンサ３は、イメージセンサ制御装置１０によって駆動、制御され、レンズユニット部２を介してデジタルカメラ１内に入射した被写体光を画像信号に変換するＭＯＳ型撮像素子である。なお、このイメージセンサ３に関する詳細な説明は、後述する。
発光装置４は、発光制御装置１１によって制御され、発光することによって被写体に光を照射するストロボやフラッシュなどの装置である。
【００２４】
画像信号処理装置８はイメージセンサ３から出力された画像信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正、画像データの圧縮などの処理を行う。また、画像信号処理装置８は、各処理における画像データの一時記憶手段としてメモリ５を利用する。
記録装置６は、半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。
表示装置７は、イメージセンサ３に結像され、画像信号処理装置８によって処理された画像データ、または記録装置６から読み出された画像データに基づく画像を表示する液晶などの表示装置である。
【００２５】
カメラ制御装置１２は、デジタルカメラ１の全体の制御を行う制御装置である。また、カメラ制御装置１２は、イメージセンサ制御装置１０と発光制御装置１１とを制御することによって、イメージセンサ３と、発光装置４とを協調制御する。
【００２６】
次に、本実施形態のデジタルカメラ１に備えたイメージセンサについて説明する。図２は、本実施形態におけるイメージセンサ３の概略構成を示したブロック図である。図２において、イメージセンサ３は、イメージセンサ制御信号発生回路３１、垂直走査回路３２、水平読み出し回路３３、画素アレイ部３４、単位画素３５、垂直信号線３６、ＦＤリセット線３７、画素転送線３８、画素選択線３９、ＰＤリセット線３１０から構成される。なお、図２に示したイメージセンサ３では、複数の単位画素３５が、９行９列に二次元的に配置された画素アレイ部３４の例を示している。このイメージセンサ３の構成によって、後述する読み出しタイミングでの動作を行う。
【００２７】
なお、図２に示したイメージセンサ３において、各符号の後に表す“（）：括弧”内の数字および記号は、イメージセンサ３内に配置されている単位画素３５に対応した行番号と列番号とを表す。そして、“（）：括弧”内の最初の数字が行番号、最後の数字が列番号を示す。例えば、２行３列目の単位画素３５は、単位画素３５（２，３）と表す。また、行番号または列番号のいずれか一方のみ、すなわち、同一の行番号または列番号を表す場合は、同一の行番号または列番号を数字で表し、同一ではない行番号または列番号を“＊：アスタリスク”で表す。例えば、３列目の垂直信号線３６は、垂直信号線３６（＊３）と表す。また、行番号および列番号の両方を特定しない場合は、各符号の後の“（）：括弧”を表記しない。
【００２８】
イメージセンサ制御信号発生回路３１は、イメージセンサ制御装置１０からの制御に応じて、垂直走査回路３２および水平読み出し回路３３を制御する。
垂直走査回路３２は、画素アレイ部３４内のそれぞれの単位画素３５を制御し、各単位画素３５の画素信号を垂直信号線３６に出力させる。垂直走査回路３２は、制御信号線（ＦＤリセット線３７、画素転送線３８、画素選択線３９、ＰＤリセット線３１０）に、単位画素３５を制御するための制御信号（ＦＤリセットパルスΦＦＲ、画素転送パルスΦＴＸ、画素選択パルスΦＳＥ、ＰＤリセットパルスΦＰＲ）を、画素アレイ部３４に配置された単位画素３５の行毎に出力する。垂直走査回路３２による単位画素３５の制御は、制御信号線のそれぞれに出力された制御信号のレベルによって行われる。
【００２９】
水平読み出し回路３３は、垂直信号線３６に出力された画素信号を順次読み出す。このイメージセンサ制御信号発生回路３１、垂直走査回路３２、および水平読み出し回路３３による制御によって、イメージセンサ３は、入射した被写体光の画像信号を出力する。
【００３０】
次に、本実施形態のイメージセンサに備えた単位画素について説明する。図３は、本実施形態のイメージセンサ３における単位画素３５の概略構成を示した回路図である。単位画素３５は、入射した光を電気信号に変換した画素信号を、垂直走査線３６に出力する回路である。単位画素３５は、それぞれ、フォトダイオードＰＤ、フローティングディフュージョンＦＤ、ＦＤリセットトランジスタＭ１、転送トランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４、ＰＤリセットトランジスタＭ５から構成される。
【００３１】
フォトダイオードＰＤは、入射した光に応じた電荷を発生する光電変換部である。フローティングディフュージョンＦＤは、電荷を蓄積する蓄積部である。転送トランジスタＭ２は、垂直走査回路３２から入力された画素転送パルスΦＴＸに基づいて、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を、増幅トランジスタＭ３のゲート端子に接続されたフローティングディフュージョンＦＤに転送する。転送トランジスタＭ２によって転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される。増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷に応じた電圧を出力する。ＦＤリセットトランジスタＭ１は、垂直走査回路３２から出力されるＦＤリセットパルスΦＦＲに基づいて、フローティングディフュージョンＦＤを電源電圧Ｖｄｄにリセットする。ＰＤリセットトランジスタＭ５は、垂直走査回路３２から入力されるＰＤリセットパルスΦＰＲに基づいて、フォトダイオードＰＤを電源電圧Ｖｄｄにリセットする。選択トランジスタＭ４は、垂直走査回路３２から出力された画素選択パルスΦＳＥに基づいて、増幅トランジスタＭ３が出力した電圧を、単位画素３５が出力する画素信号として垂直走査線３６に出力する。
【００３２】
このような画素構成であるイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１においてグローバル露光を行う場合、イメージセンサ３内の全ての単位画素３５は同時に制御される。より具体的には、ＰＤリセットパルスΦＰＲによってフォトダイオードＰＤがリセットされ、その後、ＰＤリセットパルスΦＰＲによるフォトダイオードＰＤのリセットが解除されると、フォトダイオードＰＤにおける露光が開始される。そして、任意の露光時間が経過した後に画素転送パルスΦＴＸによって、フォトダイオードＰＤで発生した電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。このように、全ての単位画素３５のＰＤリセットパルスΦＰＲおよび画素転送パルスΦＴＸを同時に制御することによってグローバル露光が行われる。
【００３３】
また、イメージセンサ３のリセットノイズなどの固定パターンノイズを除去するため、画像信号処理装置８は、入射した被写体光によって蓄積された各単位画素３５の画素信号（以下、「ビデオ信号」という）と、各単位画素３５内のフローティングディフュージョンＦＤがリセットされた状態の画素信号（以下、「リセット信号」という）との差分処理を行う。
【００３４】
＜第１の信号読み出しタイミング＞
次に、本実施形態のイメージセンサを搭載したデジタルカメラ１の読み出しタイミングについて説明する。図４は、本実施形態のイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１における第１の信号読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。図４に示した第１の信号読み出しタイミングは、デジタルカメラ１がグローバル露光を行い、さらに、フローティングディフュージョンＦＤの待機時間中に増加した暗電流のノイズを補正するための補正用の画像（補正画像）を取得する場合のタイミングを示している。本実施形態のデジタルカメラ１においては、画像信号処理装置８が、静止画像用のビデオ信号とリセット信号との差分処理を行って、リセットノイズが除去された静止画像を取得した後に、さらに補正画像との差分処理を行うことによって、静止画像に含まれる暗電流のノイズを補正する。
【００３５】
図４に示した「ΦＲｅｌｅａｓｅ」は、撮影開始を示すレリーズパルス信号であり、デジタルカメラ１のシャッタボタンと連動している。また、「ΦＶＤ」は、垂直同期信号であり、垂直同期信号ΦＶＤが“Ｈｉｇｈ”レベルの時、画像１枚（フレーム）分の画像信号がイメージセンサ３から読み出される。また、「１〜９行目読出し」は、イメージセンサ３内の各行（ライン）の単位画素３５から画素信号を読み出すタイミングを表し、“Ｈｉｇｈ”レベルの時、画素アレイ部３４の対応する単位画素３５から、１行分の画素信号が読み出される。
【００３６】
また、図４に示した「リセットフレーム読み出し」は、静止画像用のリセット信号を各単位画素３５から読み出すタイミング、「ビデオフレーム読み出し」は、静止画露光期間中に得られた静止画像用のビデオ信号を各単位画素３５から読み出すタイミングを、それぞれ表している。この「リセットフレーム読み出し」、「ビデオフレーム読み出し」、およびグローバル露光による一連の撮影動作によって、入射した被写体光に応じて得られた静止画像用の画像信号を取得している。なお、以下の説明においては、リセットフレーム読み出しによって得られた、画素アレイ部３４の１行目から最終行までの静止画像用のリセット信号をまとめて、「静止画リセットフレーム」という。また、ビデオフレーム読み出しによって得られた、画素アレイ部３４の１行目から最終行までの静止画像用のビデオ信号をまとめて、「静止画ビデオフレーム」という。
【００３７】
また、図４に示した「補正用リセットフレーム読み出し」は、補正画像用のリセット信号を各単位画素３５から読み出すタイミング、「補正用ビデオフレーム読み出し」は、補正用待機期間中に得られた補正画像用のビデオ信号（暗電流のノイズ信号）を各単位画素３５から読み出すタイミングを、それぞれ表している。この「補正用リセットフレーム読み出し」および「補正用ビデオフレーム読み出し」を含む補正画像取得動作によって、フローティングディフュージョンＦＤの待機時間中に増加した暗電流のノイズを補正するための補正画像用の画像信号を取得している。なお、以下の説明においては、補正用リセットフレーム読み出しによって得られた、画素アレイ部３４の１行目から最終行までの補正画像用のリセット信号をまとめて、「補正画リセットフレーム」という。また、補正用ビデオフレーム読み出しによって得られた、画素アレイ部３４の１行目から最終行までの補正画像用のビデオ信号をまとめて、「補正画ビデオフレーム」という。
【００３８】
また、図４に示した「電子シャッタ」は、任意のタイミングでフォトダイオードＰＤの電荷をリセットし、各単位画素３５にライブビュー用の露光を開始させるタイミングを表している。この電子シャッタのタイミングによって、ライブビュー用の露光時間を変更することができる。また、「ライブビューフレーム読み出し」は、ライブビュー露光期間中に得られたライブビュー画像用の画素信号（以下、「ライブビュー信号」という）を読み出すタイミングを表している。この「電子シャッタ」および「ライブビューフレーム読み出し」によって、表示装置７に表示するライブビュー画像用の画像信号（以下、「ライブビューフレーム」という）を取得している。
【００３９】
ここで、本第１の信号読み出しタイミングにおける動作の詳細について、図２〜図４を参照して説明する。図４に示した第１の信号読み出しタイミングでは、補正用リセットフレーム読み出しと、補正用ビデオフレーム読み出しとを、それぞれ２回に分けて、補正画像用の画像信号を取得している。また、補正画像用の画像信号を取得している期間中にライブビューフレームを取得することによってライブビュー画像を更新している。なお、イメージセンサ３内のイメージセンサ制御信号発生回路３１は、イメージセンサ制御装置１０からの制御に応じて垂直走査回路３２および水平読み出し回路３３を制御するが、以下の説明においては、イメージセンサ制御信号発生回路３１が、垂直走査回路３２および水平読み出し回路３３を制御するものとして説明を行う。
【００４０】
時刻ｔ１のとき、シャッタボタンの操作に応じてレリーズパルスΦＲｅｌｅａｓｅが“Ｈｉｇｈ”レベルになり、静止画の撮影が開始されると、静止画リセットフレームを取得するためのリセットフレーム読み出しを開始する。リセットフレーム読み出しでは、フローティングディフュージョンＦＤをリセットした状態のリセット信号を、静止画像用のリセット信号として読み出す。
【００４１】
より具体的には、リセットフレーム読み出しにおいて、まず、垂直走査回路３２が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、ＦＤリセットパルスΦＦＲを“Ｈｉｇｈ”レベルにする。これにより、ＦＤリセットトランジスタＭ１がＯＮ状態となり、フローティングディフュージョンＦＤが電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。その後、ＦＤリセットパルスΦＦＲを“Ｌｏｗ”レベルにした後、画素選択パルスΦＳＥを“Ｈｉｇｈ”レベルにして選択トランジスタＭ４をＯＮ状態とすることによって、フローティングディフュージョンＦＤをリセットした状態のリセット信号が、垂直信号線３６に出力される。そして、水平読み出し回路３３が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、垂直信号線３６に出力された各列のリセット信号を順次選択し、選択された列のリセット信号を順次出力する。このように、リセットフレーム読み出しを、画素アレイ部３４の各行毎に行うことによって、全ての単位画素３５のリセット信号を読み出す。そして、画像信号処理装置８は、イメージセンサ３から出力されたリセット信号を、静止画リセットフレームとして、メモリ５に記憶する。
【００４２】
続いて、時刻ｔ２のとき、静止画像を取得するためのグローバル露光を開始する。より具体的には、静止画露光期間において、まず、垂直走査回路３２が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、全ての単位画素３５のＰＤリセットパルスΦＰＲを同時に“Ｈｉｇｈ”レベルにする。これにより、イメージセンサ３内の全ての単位画素３５のＰＤリセットトランジスタＭ５がＯＮ状態となり、全ての単位画素３５のフォトダイオードＰＤが同時に電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。その後、全ての単位画素３５のＰＤリセットパルスΦＰＲを同時に“Ｌｏｗ”レベルにする。これにより、フォトダイオードＰＤのリセットが解除され、全ての単位画素３５のフォトダイオードＰＤが同時に、静止画像を取得するための露光を開始する。
【００４３】
そして、任意の静止画露光期間が経過した時刻ｔ３のときに、垂直走査回路３２が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、全ての単位画素３５の画素転送パルスΦＴＸを同時に“Ｈｉｇｈ”レベルにする。これにより、転送トランジスタＭ２がＯＮ状態となり、フォトダイオードＰＤで発生した電荷が、転送トランジスタＭ２を介して一斉にフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これにより、全ての単位画素３５のフォトダイオードＰＤの露光が同時に終了する。
【００４４】
その後、静止画ビデオフレームを取得するためのビデオフレーム読み出しを開始する。ビデオフレーム読み出しでは、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷、すなわち、フォトダイオードＰＤで発生した電荷に応じた画素信号（ビデオ信号）を、静止画像用のビデオ信号として読み出す。
【００４５】
より具体的には、ビデオフレーム読み出しにおいて、まず、垂直走査回路３２が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、画素選択パルスΦＳＥを“Ｈｉｇｈ”レベルにする。これにより、選択トランジスタＭ４がＯＮ状態となり、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷に応じたビデオ信号が、垂直信号線３６に出力される。そして、水平読み出し回路３３が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、垂直信号線３６に出力された各列のビデオ信号を順次選択し、選択された列のビデオ信号を順次出力する。このように、ビデオフレーム読み出しを、画素アレイ部３４の各行毎に行うことによって、全ての単位画素３５のビデオ信号を読み出す。そして、画像信号処理装置８は、イメージセンサ３から出力されたビデオ信号を、静止画ビデオフレームとして、メモリ５に記憶する。
【００４６】
静止画ビデオフレームを取得した後、画像信号処理装置８が、取得した静止画ビデオフレームと、すでにメモリ５に記憶している静止画リセットフレームとの差分処理を行って、リセットノイズが除去された静止画像（以下、「静止画フレーム」ともいう）を生成する。ここで生成された静止画像は、従来のシーケンスによって得られる静止画像と同等の画質の静止画像である。
【００４７】
ここで、フローティングディフュージョンＦＤの待機時間中に増加する暗電流のノイズについて説明する。各ラインの単位画素３５からビデオ信号を読み出す場合、リセットフレーム読み出しが終了し、任意の静止画露光期間が経過した後、画素アレイ部３４の全ての行の画素転送パルスΦＴＸを“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、全ての単位画素３５内のフォトダイオードＰＤで発生した電荷を、一斉にフローティングディフュージョンＦＤに転送している。その後、ビデオフレーム読み出しによって、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷に応じた電圧を増幅トランジスタＭ３が増幅したビデオ信号を読み出している。このように、リセットフレーム読み出しが終了してから任意の静止画露光期間を含むＦＤ待機期間が経過した後に、各単位画素３５からのビデオ信号の読み出しが開始される。このＦＤ待機期間中の暗電流によって、フローティングディフュージョンＦＤ内に蓄積されるノイズ成分が増加してしまう。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤ内に増加した暗電流のノイズは、リセット信号には含まれず、ビデオ信号のみに含まれてしまう。このため、画像信号処理装置８が、静止画ビデオフレームと静止画リセットフレームとの差分処理を行っても、リセットノイズは除去できるが、暗電流のノイズは除去することができず、静止画フレームの画質を低下させてしまう原因となっている。
【００４８】
そこで、本実施形態によるデジタルカメラ１は、静止画像を撮影するときのＦＤ待機期間中に、フローティングディフュージョンＦＤ内に蓄積されてしまった暗電流のノイズを補正するための補正画像を取得する。なお、本実施形態によるデジタルカメラ１は、静止画像を撮影したときのグローバル露光と同様の補正画像取得動作によって、ＦＤ待機期間中にフローティングディフュージョンＦＤ内に蓄積されてしまった暗電流のノイズ成分のみの補正画像を取得する。
【００４９】
ビデオフレーム読み出しが終了すると、時刻ｔ４のとき、画素アレイ部３４の奇数行の単位画素３５の補正用リセットフレーム読み出しを開始する。補正用リセットフレーム読み出しでは、奇数行の単位画素３５から、フローティングディフュージョンＦＤをリセットした状態のリセット信号を、補正画像用のリセット信号として順次読み出す。なお、補正用リセットフレーム読み出しにおける単位画素３５の駆動方法、イメージセンサ３内の構成要素の動作は、読み出すリセット信号が奇数行の単位画素３５からのリセット信号であること以外は、リセットフレーム読み出しにおける駆動方法および動作と同様であるため、説明を省略する。また、画像信号処理装置８は、イメージセンサ３から出力された奇数行の単位画素３５からのリセット信号を、奇数行の補正画リセットフレームとして、メモリ５に記憶する。
【００５０】
続いて、時刻ｔ５〜時刻ｔ６までの補正用調整期間の間、動作を待機する。この補正用調整期間は、次に補正用ビデオフレーム読み出しを行うまでの補正用待機期間が、静止画像を取得する際のＦＤ待機期間と同じ時間となるように、調整する期間である。なお、補正用調整期間は、以下のような理由によって設けられた期間である。補正画像を取得する際には、フォトダイオードＰＤによる露光を行わない。しかし、静止画像を撮影するときのＦＤ待機期間中に蓄積されたフローティングディフュージョンＦＤ内の暗電流のノイズを補正するためには、ＦＤ待機期間と同じ期間だけフローティングディフュージョンＦＤを待機させ、取得した補正画像に、静止画像と同じレベルの暗電流のノイズ成分を含む必要がある。このため、補正用調整期間を設定し、補正用待機期間がＦＤ待機期間と同じ時間となるように調整している。
【００５１】
そして、任意の補正用調整期間が経過した時刻ｔ６のときに、画素アレイ部３４の奇数行の単位画素３５の補正用ビデオフレーム読み出しを開始する。補正用ビデオフレーム読み出しでは、奇数行の単位画素３５から、補正用待機期間中にフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されてしまった暗電流のノイズ成分の画像信号（ビデオ信号）を、補正画像用のビデオ信号として順次読み出す。なお、補正用ビデオフレーム読み出しにおける単位画素３５の駆動方法、イメージセンサ３内の構成要素の動作は、読み出すビデオ信号が奇数行の単位画素３５からのビデオ信号であること以外は、ビデオフレーム読み出しにおける駆動方法および動作と同様であるため、説明を省略する。また、画像信号処理装置８は、イメージセンサ３から出力された奇数行の単位画素３５からのビデオ信号を、奇数行の補正画ビデオフレームとして、メモリ５に記憶する。
【００５２】
また、時刻ｔ４以降の補正画像を取得している期間において、画素アレイ部３４の偶数行の単位画素３５を用いてライブビューフレームを順次取得する。ライブビューフレームの取得は、イメージセンサ３における通常のローリングシャッタ動作（電子シャッタおよびライブビューフレーム読み出し）によって行われる。これにより、表示装置７に表示するライブビュー画像を更新することができる。
【００５３】
より具体的には、ローリングシャッタ動作は、電子シャッタにおいて、まず、垂直走査回路３２が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、２行目の単位画素３５のＰＤリセットパルスΦＰＲの“Ｈｉｇｈ”レベルにし、２行目の単位画素内のフォトダイオードＰＤを電源電圧Ｖｄｄにリセットする。その後、２行目の単位画素３５のＰＤリセットパルスΦＰＲを“Ｌｏｗ”レベルにして、フォトダイオードＰＤのリセットを解除することによって、２行目の単位画素３５のフォトダイオードＰＤがライブビュー信号を取得するための露光を開始する。そして、任意のライブビュー露光期間が経過したときに、垂直走査回路３２が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、２行目の単位画素３５の画素転送パルスΦＴＸを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を、転送トランジスタＭ２を介してフローティングディフュージョンＦＤに転送する。これにより、２行目の単位画素３５のフォトダイオードＰＤの露光が終了する。その後、ライブビューフレーム読み出しにおいて、垂直走査回路３２が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、画素選択パルスΦＳＥを“Ｈｉｇｈ”レベルにし、フローティングディフュージョンＦＤに転送されたライブビュー信号を、垂直信号線３６に出力する。そして、水平読み出し回路３３が、イメージセンサ制御信号発生回路３１による制御によって、垂直信号線３６に出力された２行目のライブビュー信号を出力する。このように、電子シャッタおよびライブビューフレーム読み出しを、画素アレイ部３４の偶数行に対して行うことによって、偶数行の単位画素３５からのローリングシャッタ動作によるライブビュー信号を順次読み出す。
【００５４】
１画面分のライブビュー信号を取得した後、画像信号処理装置８が、取得したライブビュー信号に基づいて、ライブビューフレーム（ライブビュー画像）を生成し、表示装置７に表示させる。
【００５５】
奇数行の補正用ビデオフレーム読み出しが終了すると、時刻ｔ７〜時刻ｔ９において、画素アレイ部３４の偶数行の単位画素３５の補正用リセットフレーム読み出し、補正用調整期間の間の動作の待機、画素アレイ部３４の偶数行の単位画素３５の補正用ビデオフレーム読み出しを行う。この時刻ｔ７〜時刻ｔ９におけるイメージセンサ３内の動作は、単位画素３５の行が異なること以外は、時刻ｔ４〜時刻ｔ６におけるイメージセンサ３内の動作と同様であるため、説明を省略する。また、画像信号処理装置８は、イメージセンサ３から出力された偶数行の単位画素３５からのリセット信号を、偶数行の補正画リセットフレームとしてメモリ５に記憶し、イメージセンサ３から出力された偶数行の単位画素３５からのビデオ信号を、偶数行の補正画ビデオフレームとして、メモリ５に記憶する。
【００５６】
なお、偶数行の補正画リセットフレームを取得した後、画像信号処理装置８は、取得した偶数行の補正画リセットフレームと、すでにメモリ５に記憶している奇数行の補正画リセットフレームとの結合処理を行って、１つの補正画リセットフレームを生成する。また、偶数行の補正画ビデオフレームを取得した後、画像信号処理装置８は、取得した偶数行の補正画ビデオフレームと、すでにメモリ５に記憶している奇数行の補正画ビデオフレームとの結合処理を行って、１つの補正画ビデオフレームを生成する。そして、画像信号処理装置８は、生成した補正画ビデオフレームと補正画リセットフレームとの差分処理を行って、リセットノイズが除去された補正画像（以下、「補正画フレーム」ともいう）を生成する。ここで生成された補正画像は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された暗電流のノイズ成分のみが含まれる画像である。
【００５７】
また、画像信号処理装置８は、さらに、静止画フレームと補正画フレームとの差分処理を行って、最終的な静止画像を生成する。これにより、本実施形態のデジタルカメラ１では、ＦＤ待機期間中にフローティングディフュージョンＦＤ内に蓄積されてしまった暗電流のノイズ成分を除去した、よりノイズの少ない高画質の静止画像を取得することができる。
【００５８】
また、時刻ｔ７以降の補正画像を取得している期間において、画素アレイ部３４の奇数行の単位画素３５を用いてライブビューフレームを順次取得する。ライブビューフレームの取得は、単位画素３５の行が異なること以外は、時刻ｔ４以降の偶数行の単位画素３５を用いたライブビューフレームの取得と同様であるため、説明を省略する。これにより、表示装置７に表示するライブビュー画像の更新を継続することができる。
【００５９】
上記に述べたように、本実施形態のデジタルカメラ１における第１の信号読み出しタイミングでは、グローバル露光による静止画像の取得に引き続き、補正画像を取得することができる。これにより、グローバル露光によって静止画像を撮影するときのＦＤ待機期間中に、フローティングディフュージョンＦＤ内に蓄積されてしまった暗電流のノイズを補正することができる。このことにより、本実施形態のデジタルカメラ１では、よりノイズの少ない高画質の静止画像を取得することができる。
【００６０】
また、本第１の信号読み出しタイミングでは、補正用リセットフレーム読み出しと、補正用ビデオフレーム読み出しとを、それぞれ２回に分割して補正画像用の画像信号を取得している。これにより、本第１の信号読み出しタイミングでは、補正画像の取得と、ライブビュー信号の取得とを、同じ期間（補正画像を取得している期間）中に行うことができる。従来のデジタルカメラでは、画像を取得するためのシーケンスの期間中にはライブビュー画像を表示することができない。例えば、２枚分の画像を取得する際には、２枚の画像の取得が終了するまでの期間、ライブビューの画像を表示することができない。これに対して、本第１の信号読み出しタイミングでは、静止画像と補正画像との２枚分の画像を取得する場合、補正画像を取得している期間中にライブビュー信号を取得することができる。これにより、補正画像を取得している期間中に、表示装置７にライブビューの画像を表示することができる。従って、本実施形態のデジタルカメラ１では、ライブビューの画像を表示することができない期間を、静止画像を取得している１枚分の期間とすることができ、かつ、上記に述べたように、取得した静止画像の画質を向上することができる。
【００６１】
なお、本第１の信号読み出しタイミングでは、ビデオフレーム読み出しを行っている期間中に電子シャッタを行っているが、この電子シャッタを行っている行の単位画素３５からは、すでにビデオ信号を読み出し終わっているため、問題なく電子シャッタを行うことができる。ただし、電子シャッタの後のライブビューフレーム読み出しは、画素アレイ部３４の各行の単位画素３５で共通の垂直信号線３６を使用するため、全ての行の単位画素３５からビデオ信号を読み出し終わった後となる。
【００６２】
＜第２の信号読み出しタイミング＞
次に、本実施形態のイメージセンサを搭載したデジタルカメラ１の別の読み出しタイミングについて説明する。図５は、本実施形態のイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ３における第２の信号読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。図５に示した第２の信号読み出しタイミングは、図４に示した第１の信号読み出しタイミングと同様に、デジタルカメラ１がグローバル露光を行い、さらに、フローティングディフュージョンＦＤの待機時間中に増加した暗電流のノイズを補正するための補正画像を取得する場合のタイミングを示している。
【００６３】
なお、本第２の信号読み出しタイミングの各読み出し動作において、単位画素３５の駆動方法、およびイメージセンサ３内の構成要素の動作は、図４に示した第１の信号読み出しタイミングの各読み出し動作における単位画素３５の駆動方法、およびイメージセンサ３内の構成要素の動作とほぼ同様である。従って、本第２の信号読み出しタイミングの説明においては、図４に示した第１の信号読み出しタイミングと異なる動作のみを説明して、詳細な説明は省略する。
【００６４】
図５に示した第２の信号読み出しタイミングでは、補正用リセットフレーム読み出しと、補正用ビデオフレーム読み出しとを、それぞれ３回に分けて、補正画像用の画像信号を取得している。また、補正画像用の画像信号を取得している期間中にライブビューフレームを取得することによってライブビュー画像を更新している。
【００６５】
時刻ｔ１のとき、シャッタボタンの操作に応じてレリーズパルスΦＲｅｌｅａｓｅが“Ｈｉｇｈ”レベルになり、静止画の撮影が開始されると、静止画リセットフレームを取得するためのリセットフレーム読み出し、グローバル露光、およびビデオフレーム読み出しを行い、リセットノイズが除去された静止画フレームを生成する。
【００６６】
ビデオフレーム読み出しが終了すると、時刻ｔ２のとき、画素アレイ部３４の１行目、４行目、および７行目（以下、「１／３行」という）の単位画素３５の補正用リセットフレーム読み出し、補正用調整期間の間の動作の待機、補正用ビデオフレーム読み出しを行い、１／３行の補正画リセットフレームおよび１／３行の補正画ビデオフレームをメモリ５に記憶する。
【００６７】
１／３行の補正用ビデオフレーム読み出しが終了すると、時刻ｔ３のとき、画素アレイ部３４の２行目、５行目、および８行目（以下、「２／３行」という）の単位画素３５の補正用リセットフレーム読み出し、補正用調整期間の間の動作の待機、補正用ビデオフレーム読み出しを行い、２／３行の補正画リセットフレームおよび２／３行の補正画ビデオフレームをメモリ５に記憶する。
【００６８】
２／３行の補正用ビデオフレーム読み出しが終了すると、時刻ｔ４のとき、画素アレイ部３４の３行目、６行目、および９行目（以下、「３／３行」という）の単位画素３５の補正用リセットフレーム読み出し、補正用調整期間の間の動作の待機、補正用ビデオフレーム読み出しを行い、３／３行の補正画リセットフレームおよび３／３行の補正画ビデオフレームをメモリ５に記憶する。
【００６９】
なお、３／３行の補正画リセットフレームを取得した後、画像信号処理装置８は、取得した３／３行の補正画リセットフレームと、すでにメモリ５に記憶している１／３行の補正画リセットフレームおよび２／３行の補正画リセットフレームとの結合処理を行って、１つの補正画リセットフレームを生成する。また、３／３行の補正画ビデオフレームを取得した後、画像信号処理装置８は、取得した３／３行の補正画ビデオフレームと、すでにメモリ５に記憶している１／３行の補正画ビデオフレームおよび２／３行の補正画ビデオフレームとの結合処理を行って、１つの補正画ビデオフレームを生成する。そして、画像信号処理装置８は、生成した補正画ビデオフレームと補正画リセットフレームとの差分処理を行って、リセットノイズが除去された補正画フレームを生成する。
【００７０】
そして、画像信号処理装置８は、さらに、静止画フレームと補正画フレームとを差分処理を行って、最終的な静止画像を生成する。これにより、ＦＤ待機期間中にフローティングディフュージョンＦＤ内に蓄積されてしまった暗電流のノイズ成分を除去した、よりノイズの少ない高画質の静止画像を取得することができる。
【００７１】
また、時刻ｔ２以降の補正画像を取得している期間において、補正画像の取得のために使用していない画素アレイ部３４の単位画素３５を用いてライブビューフレームを順次取得する。図５においては、時刻ｔ２からは２／３行の単位画素３５を使用し、時刻ｔ３からは３／３行の単位画素３５を使用し、時刻ｔ４からは１／３行の単位画素３５を使用してライブビューフレームを順次取得する場合の一例を示している。
【００７２】
上記に述べたように、本実施形態のデジタルカメラ１における第２の信号読み出しタイミングにおいても、グローバル露光による静止画像の取得に引き続き、補正画像を取得することができる。これにより、図４に示した第１の信号読み出しタイミングと同様に、よりノイズの少ない高画質の静止画像を取得することができる。
【００７３】
また、本第２の信号読み出しタイミングでは、補正用リセットフレーム読み出しと、補正用ビデオフレーム読み出しとを、それぞれ３回に分割して補正画像用の画像信号を取得している。これにより、図４に示した第１の信号読み出しタイミングと同様に、補正画像を取得している期間中にも、表示装置７にライブビューの画像を表示することができる。
【００７４】
また、本第２の信号読み出しタイミングでは、３回に分割して補正画像用の画像信号を取得しているため、１枚のライブビューフレームの取得に要する時間を、図４に示した第１の信号読み出しタイミングよりも短い時間とすることができる。これは、１枚のライブビューフレームを取得するためのライブビューフレーム読み出しを結んだ線を仮想した場合に、本第２の信号読み出しタイミングと図４に示した第１の信号読み出しタイミングとでは、本第２の信号読み出しタイミングの方が、仮想した線の傾斜が急になっていることからもわかる。すなわち、本第２の信号読み出しタイミングでは、図４に示した第１の信号読み出しタイミングよりも早くライブビューフレームを取得することができる。このことにより、本第２の信号読み出しタイミングでは、表示装置７に表示するライブビュー画像の更新速度を速くすることができ、図４に示した第１の信号読み出しタイミングよりも、より滑らかなライブビューの表示を行うことができる。
【００７５】
なお、本第２の信号読み出しタイミングでは、補正用調整期間の時間が、図４に示した第１の信号読み出しタイミングよりも長い時間となっている。これは、３回に分割して補正画像用の画像信号を取得することにより、１枚のライブビューフレームの取得に要する時間が、図４に示した第１の信号読み出しタイミングよりも短い時間となっているためである。すなわち、補正画フレームを取得する際の補正用待機期間を、静止画像を取得する際のＦＤ待機期間と同じ時間にする必要があるということは、ライブビューフレームの取得に要する時間が短くなった場合においても、同様であるため、ライブビューフレームの取得に要する時間が短くなった分、補正用調整期間によって調整を行った結果である。
【００７６】
上記に述べたように、本発明を実施するための形態によれば、グローバル露光によって静止画像を撮影するとき、各単位画素のフローティングディフュージョンＦＤの待機時間中に増加してしまう暗電流のノイズを補正するための補正用の画像を取得することができる。そして、取得した補正用の画像を用いて、静止画像を補正することができる。このことにより、よりノイズの少ない高画質の静止画像を取得することができる。
【００７７】
また、本発明を実施するための形態によれば、補正画像を取得している期間中においてもライブビューの画像を取得することができる。これにより、表示装置にライブビューの画像を表示することができない期間を長くすることなく、ライブビューの画像を表示することができ、かつ、取得した静止画像の画質を向上することができる。
【００７８】
また、本発明を実施するための形態によれば、補正画像を取得する際の分割数を変えることによって、１枚のライブビュー画像の取得に要する時間を短くすることができる。これにより、表示装置に表示するライブビュー画像の更新速度を速くすることができ、より滑らかなライブビューの表示を行うことができる。
【００７９】
なお、本発明を実施するための形態では、静止画像を取得した後、表示装置７にライブビュー画像を表示する例について説明したが、例えば、デジタルカメラ１によって１枚の静止画像を撮影する、いわゆる「単写」の場合には、取得が終了した静止画ビデオフレームと静止画リセットフレームとの差分処理を行った静止画フレームを表示装置７に表示することもできる。そして、静止画フレームを表示装置７に表示している間に、デジタルカメラ１内で、補正画像を取得するようなシーケンスとしても良い。
【００８０】
また、本発明を実施するための形態では、補正用リセットフレーム読み出しと、補正用ビデオフレーム読み出しとを、それぞれ２回または３回に分割して補正画像用の画像信号を取得する場合について説明したが、補正画像用の画像信号を取得する際の分割数は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、補正画像用の画像信号を取得する際の分割数は、静止画像およびライブビュー画像の解像度、さらにはライブビュー画像のフレームレートを鑑みて決定することができる。これにより、例えば、補正画像を取得している期間中のライブビュー画像のフレームレートを、静止画像を撮影する前後のライブビュー画像のフレームレートと同様のフレームレートにすることができる。
【００８１】
また、本発明を実施するための形態では、補正画リセットフレームを取得している期間および補正画ビデオフレームを取得している期間において、それぞれ１枚のライブビューフレームを取得する場合について説明したが、上記期間においてライブビューフレームを取得する枚数は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、補正画リセットフレームを取得している期間および補正画ビデオフレームを取得している期間において、複数枚のライブビューフレームを取得するようにすることもできる。ただし、補正画フレームを取得する際の補正用待機期間を、静止画像を取得する際のＦＤ待機期間と同じ時間にする必要があるということには変わりがないため、補正用調整期間によって調整を行うことができる範囲内となる。
【００８２】
また、本発明を実施するための形態では、単位画素３５の駆動を、イメージセンサ制御装置１０の制御に応じたイメージセンサ制御信号発生回路３１が、垂直走査回路３２および水平読み出し回路３３を制御することによって行う場合について説明したが、単位画素３５の駆動方法は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、デジタルカメラ１内のカメラ制御装置１２や画像信号処理装置８などの構成要素が、単位画素３５の駆動を制御するような構成とすることもできる。
【００８３】
なお、本発明における回路構成および駆動方式の具体的な構成は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更をすることができる。例えば、画素の構成要素および駆動方法が変わった場合においても、例えば、イメージセンサ３や単位画素３５内の構成要素や回路構成に応じて駆動方法を変更することによって対応することができる。
【００８４】
また、画素の行方向および列方向の配置は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において画素を配置する行方向および列方向の数を変更することができる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・デジタルカメラ（撮像装置）
２・・・レンズユニット部
３・・・イメージセンサ（固体撮像装置）
４・・・発光装置
５・・・メモリ（記憶部）
６・・・記録装置
７・・・表示装置
８・・・画像信号処理装置（信号処理部）
９・・・レンズ制御装置
１０・・・イメージセンサ制御装置（信号読み出し部）
１１・・・発光制御装置
１２・・・カメラ制御装置（信号読み出し部）
３１・・・イメージセンサ制御信号発生回路（信号読み出し部）
３２・・・垂直走査回路（信号読み出し部）
３３・・・水平読み出し回路（信号読み出し部）
３４・・・画素アレイ部（画素部）
３５・・・単位画素（画素）
３６・・・垂直信号線（出力信号線）
３７・・・ＦＤリセット線
３８・・・画素転送線
３９・・・画素選択線
３１０・・・ＰＤリセット線
ＰＤ・・・フォトダイオード（光電変換部）
ＦＤ・・・フローティングディフュージョン（蓄積部）
Ｍ１・・・ＦＤリセットトランジスタ（第１のリセット部）
Ｍ２・・・転送トランジスタ（転送部）
Ｍ３・・・増幅トランジスタ（増幅部）
Ｍ４・・・選択トランジスタ
Ｍ５・・・ＰＤリセットトランジスタ（第２のリセット部）
【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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