(57)【要約】【課題】より良好な画像を撮像する。【解決手段】光に応じた電荷を発生して蓄積する光電変換部と、光電変換部に蓄積されている電荷を排出する排出部と、光電変換部から転送されてくる電荷を保持する保持部と、光電変換部において発生した電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部とを有する画素において、光電変換部において発生した電荷が保持部に転送される際に、保持部の容量を超えた一部の電荷が変換部に転送され、保持部および変換部によって光電変換部において発生した電荷が保持される。本技術は、例えば、固体撮像素子に適用できる。【選択図】図２
2013211615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量に応じた電荷を発生して蓄積する電荷発生部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を排出する排出部と、前記電荷発生部から転送されてくる前記電荷を保持する保持部と、前記電荷発生部において発生した前記電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部とを有する画素が、二次元的に行列状に配置された画素部と、
前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記排出部に排出させて前記画素信号として出力するための電荷を蓄積する蓄積期間を開始させ、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記蓄積期間を終了させ、前記画素部に配置されている前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させる駆動を行う駆動部と
を備え、
前記電荷発生部において発生した前記電荷が前記保持部に転送される際に、前記保持部の容量を超えた一部の前記電荷が前記変換部に転送され、前記保持部および前記変換部によって前記電荷発生部において発生した前記電荷が保持される
固体撮像素子。
【請求項２】
前記駆動部が、前記電荷発生部から前記保持部への前記電荷の転送を、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで行うことによって、前記蓄積期間を終了させる
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記駆動部は、
前記保持部の容量を超えて前記変換部に転送されて前記変換部に蓄積されている前記電荷に応じたレベルの画素信号を出力させ、
前記変換部に蓄積されている電荷を排出させて前記変換部をリセットさせた状態におけるリセットレベルの画素信号を出力させ、
前記保持部に保持されている前記電荷を前記変換部に転送させ、前記変換部に蓄積されている前記電荷に応じたレベルの画素信号を出力させる
駆動を行う
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記蓄積期間中に前記電荷発生部の蓄積容量を超える電荷が発生したときに、前記電荷発生部から前記排出部へ電荷が排出されるように、前記電荷発生部の前記排出部側の電位障壁が、前記電荷発生部の前記保持部側の電位障壁よりも低く設定されている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記駆動部は、前記画素信号から構築される画像が連続的に取得される場合、現在のフレームの前のフレームにおいて前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させる駆動を行っている期間に、現在のフレームにおける前記蓄積期間を開始させる駆動を行う
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
所定数の前記画素により共有して前記変換部が用いられる画素共有構造が採用されている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
所定の物理量に応じた電荷を発生して蓄積する電荷発生部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を排出する排出部と、前記電荷発生部から転送されてくる前記電荷を保持する保持部と、前記電荷発生部において発生した前記電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部とを有する画素が、二次元的に行列状に配置された画素部を備える固体撮像素子の駆動方法であって、
前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記排出部に排出させて前記画素信号として出力するための電荷を蓄積する蓄積期間を開始させ、
前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記蓄積期間を終了させ、
前記画素部に配置されている前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させる
ステップを含み、
前記電荷発生部において発生した前記電荷が前記保持部に転送される際に、前記保持部の容量を超えた一部の前記電荷が前記変換部に転送され、前記保持部および前記変換部によって前記電荷発生部において発生した前記電荷が保持される
固体撮像素子の駆動方法。
【請求項８】
所定の物理量に応じた電荷を発生して蓄積する電荷発生部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を排出する排出部と、前記電荷発生部から転送されてくる前記電荷を保持する保持部と、前記電荷発生部において発生した前記電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部とを有する画素が、二次元的に行列状に配置された画素部と、
前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記排出部に排出させて前記画素信号として出力するための電荷を蓄積する蓄積期間を開始させ、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記蓄積期間を終了させ、前記画素部に配置されている前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させる駆動を行う駆動部と
を有する固体撮像素子を備え、
前記電荷発生部において発生した前記電荷が前記保持部に転送される際に、前記保持部の容量を超えた一部の前記電荷が前記変換部に転送され、前記保持部および前記変換部によって前記電荷発生部において発生した前記電荷が保持される
電子機器。
【請求項９】
所定数の前記画素により前記変換部が共有して用いられる画素共有構造が採用されており、
前記画素部に対する光の照射および遮光を切り替える遮光機構をさらに備え、
前記画素信号から構築される画像により静止画像を取得する場合、前記遮光機構により前記画素部に対する遮光を行うことによって、前記蓄積期間を終了させる
請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】
所定数の前記画素により共有して前記変換部が用いられる画素共有構造が採用されており、
前記画素信号から構築される画像を連続的に取得して動画像を撮像する場合、前記電荷発生部から前記保持部への前記電荷の転送を、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで行うことによって、前記蓄積期間を終了させる
請求項８に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法、および電子機器に関し、特に、より良好な画像を撮像することができるようにした固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやCCD（Charge Coupled Device）イメージセンサなどの固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに広く用いられている。また、近年、撮像機能を備えた携帯電話機器などのモバイル機器に搭載されている固体撮像素子には、電源電圧が低く、低消費電力であるという観点などから、CMOSイメージセンサが多く採用されている。
【０００３】
例えば、CMOSイメージセンサでは、画素が有するＰＤ（Photodiode：フォトダイオード）で光電変換された電荷が、浮遊拡散領域であるＦＤ（Floating Diffusion：フローティングディフュージョン）に転送される。そして、ＦＤの電位を測定することで、ＰＤで発生した電荷に応じたレベルの画素信号が読み出される。
【０００４】
一般的に、CMOSイメージセンサは、画素信号の読み出しを画素の１行ごとにしか行うことができないため、画面の露光時間の同時性を備えることができなかった。これに対し、例えば、グローバルシャッタと称される、画素信号を読み出す技術により、画面の露光時間の同時性を備えたCMOSイメージセンサが開発されている。従来、グローバルシャッタを実現するためには、画素内に遮光された電荷保持領域を設け、画素信号の読み出しを待機している画素では、電荷保持領域で画素信号を保持する必要がある。この電荷保持領域として、画素に備えられているＦＤを用いるものが多くある。
【０００５】
また、本願出願人は、電荷保持領域として、CCD型のメモリ部と、FDとの両方を利用することで、飽和電荷量が減少することを回避した固体撮像素子を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６８０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、固体撮像素子の小型化が進められる一方、感度をより向上させることや飽和電荷量を増加させることなどが求められており、小型の固体撮像素子であっても、より良好な画像を撮像することができる技術の開発が期待されている。
【０００８】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より良好な画像を撮像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】
【０００９】
本開示の一側面の固体撮像素子は、所定の物理量に応じた電荷を発生して蓄積する電荷発生部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を排出する排出部と、前記電荷発生部から転送されてくる前記電荷を保持する保持部と、前記電荷発生部において発生した前記電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部とを有する画素が、二次元的に行列状に配置された画素部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記排出部に排出させて前記画素信号として出力するための電荷を蓄積する蓄積期間を開始させ、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記蓄積期間を終了させ、前記画素部に配置されている前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させる駆動を行う駆動部とを備え、前記電荷発生部において発生した前記電荷が前記保持部に転送される際に、前記保持部の容量を超えた一部の前記電荷が前記変換部に転送され、前記保持部および前記変換部によって前記電荷発生部において発生した前記電荷が保持される。
【００１０】
本開示の一側面の固体撮像素子の駆動方法は、所定の物理量に応じた電荷を発生して蓄積する電荷発生部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を排出する排出部と、前記電荷発生部から転送されてくる前記電荷を保持する保持部と、前記電荷発生部において発生した前記電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部とを有する画素が、二次元的に行列状に配置された画素部を備える固体撮像素子の駆動方法であって、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記排出部に排出させて前記画素信号として出力するための電荷を蓄積する蓄積期間を開始させ、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記蓄積期間を終了させ、前記画素部に配置されている前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させるステップを含み、前記電荷発生部において発生した前記電荷が前記保持部に転送される際に、前記保持部の容量を超えた一部の前記電荷が前記変換部に転送され、前記保持部および前記変換部によって前記電荷発生部において発生した前記電荷が保持される。
【００１１】
本開示の一側面の電子機器は、所定の物理量に応じた電荷を発生して蓄積する電荷発生部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を排出する排出部と、前記電荷発生部から転送されてくる前記電荷を保持する保持部と、前記電荷発生部において発生した前記電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部とを有する画素が、二次元的に行列状に配置された画素部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記排出部に排出させて前記画素信号として出力するための電荷を蓄積する蓄積期間を開始させ、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記蓄積期間を終了させ、前記画素部に配置されている前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させる駆動を行う駆動部とを有する固体撮像素子を備え、前記電荷発生部において発生した前記電荷が前記保持部に転送される際に、前記保持部の容量を超えた一部の前記電荷が前記変換部に転送され、前記保持部および前記変換部によって前記電荷発生部において発生した前記電荷が保持される。
【００１２】
本開示の一側面においては、電荷発生部において発生した電荷が保持部に転送される際に、保持部の容量を超えた一部の電荷が変換部に転送され、保持部および変換部によって電荷発生部において発生した電荷が保持される。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の一側面によれば、より良好な画像を撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本技術を適用した固体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】画素部が有する画素の回路図である。
【図３】固体撮像素子の駆動について説明する図である。
【図４】図３のタイミングチャートのタイミングｔ１乃至ｔ３におけるポテンシャルを示す図である。
【図５】図３のタイミングチャートのタイミングｔ４乃至ｔ６におけるポテンシャルを示す図である。
【図６】図３のタイミングチャートのタイミングｔ７乃至ｔ１０におけるポテンシャルを示す図である。
【図７】図３のタイミングチャートのタイミングｔ１１乃至ｔ１３におけるポテンシャルを示す図である。
【図８】固体撮像素子により動画像を撮像する際の駆動について説明する図である。
【図９】画素共有構造を採用した画素の回路図である。
【図１０】画素共有構造を採用する固体撮像素子を内蔵する撮像装置のブロック図である。
【図１１】撮像装置により静止画像を撮像する際の駆動について説明する図である。
【図１２】撮像装置により動画像を撮像する際の駆動について説明する図である。
【図１３】画素共有構造を採用する固体撮像素子における画素の配列を説明する図である。
【図１４】画素共有構造を採用する固体撮像素子における画素の配列を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術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。
【００１６】
図１は、本技術を適用した固体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。
【００１７】
図１において、固体撮像素子１１は、画素部１２、垂直駆動回路１３、カラム処理回路１４、出力回路１５、制御回路１６を備えて構成される。
【００１８】
画素部１２には、複数の画素（図２の画素２１）が行列状に配置されており、それぞれの画素は、図示しない水平信号線を介して行ごとに垂直駆動回路１３に接続されるとともに、図示しない垂直信号線を介して列ごとにカラム処理回路１４に接続されている。
【００１９】
垂直駆動回路１３は、画素部１２に配置されている複数の画素の行ごとに順番に、画素を駆動するための駆動信号（例えば、後述するリセット信号Ｒｓｔ、転送信号ＣＣＤ、転送信号Ｔｒｆ、選択信号Ｓｅｌ、排出信号Ｄｒｎ）を供給し、それぞれの画素を駆動する。
【００２０】
カラム処理回路１４は、画素部１２に配置されている複数の画素から、それぞれの画素の列ごとに、画素のリセットレベルの画素信号と、画素が光を受光することにより発生した電荷に応じたレベルの画素信号とを受け取る。そして、カラム処理回路１４は、リセットレベルの画素信号と、発生した電荷に応じたレベルの画素信号との差分を求め、その差分値を示す信号をAD変換した画素信号を、画素の列ごとに順次出力する。
【００２１】
出力回路１５は、カラム処理回路１４から順次出力される画像信号に対して、ゲイン調整や傷補正などの処理を行い、図示しない外部の回路（例えば、図１０のＤＳＰ１０４）に出力する。
【００２２】
制御回路１６は、固体撮像素子１１を構成する各ブロックに対して制御信号を供給して、固体撮像素子１１の動作を制御する。
【００２３】
図２は、画素部１２が有する画素の回路図である。
【００２４】
図２に示すように、画素２１は、ＰＤ２２、電荷保持部２３、転送トランジスタ２４、ＦＤ２５、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、および排出トランジスタ２９を備えて構成される。また、画素２１には、画素２１から出力される画素信号をカラム処理回路１４に伝送する垂直信号線３０が接続されている。
【００２５】
ＰＤ２２は、入射した光を光電変換により電荷（電子または正孔）に変換して蓄積する光電変換部である。また、ＰＤ２２は、アノード端子が接地されているとともに、カソード端子が電荷保持部２３および転送トランジスタ２４を介してＦＤ２５に接続されている。
【００２６】
電荷保持部２３は、電荷を保持する機能を有する電荷結合素子（CCD：Charge Coupled Device）により構成される。電荷保持部２３は、垂直駆動回路１３から供給される転送信号ＣＣＤに従って駆動し、転送信号ＣＣＤがHighレベルとなると、ＰＤ２２に蓄積されている電荷が電荷保持部２３に転送されて保持される。
【００２７】
転送トランジスタ２４は、垂直駆動回路１３から供給される転送信号Ｔｒｆに従って駆動し、転送トランジスタ２４がオンになると、電荷保持部２３に保持されている電荷が転送トランジスタ２４を介してＦＤ２５に転送される。
【００２８】
ＦＤ２５は、増幅トランジスタ２６のゲート電極に接続された所定の蓄積容量を有する浮遊拡散領域であり、電荷保持部２３および転送トランジスタ２４を介して転送される電荷を蓄積する。また、ＰＤ２２で発生した電荷が電荷保持部２３の容量より多いとき、ＰＤ２２から電荷保持部２３に転送された電荷の一部は、転送トランジスタ２４をオーバフローして、ＦＤ２５に蓄積される。
【００２９】
増幅トランジスタ２６は、ＦＤ２５に蓄積されている電荷に応じたレベル（即ち、ＦＤ２５の電位）の画素信号を、選択トランジスタ２７を介して垂直信号線３０に出力する。つまり、ＦＤ２５が増幅トランジスタ２６のゲート電極に接続される構成により、ＦＤ２５および増幅トランジスタ２６は、ＰＤ２２において発生した電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する。
【００３０】
選択トランジスタ２７は、垂直駆動回路１３から供給される選択信号Ｓｅｌに従って駆動し、選択トランジスタ２７がオンになると、増幅トランジスタ２６から出力される画素信号が垂直信号線３０に出力可能な状態となる。
【００３１】
リセットトランジスタ２８は、垂直駆動回路１３から供給されるリセット信号Ｒｓｔに従って駆動し、リセットトランジスタ２８がオンになると、ＦＤ２５に蓄積されている電荷が電源配線Ｖｄｄに排出されて、ＦＤ２５がリセットされる。
【００３２】
排出トランジスタ２９は、垂直駆動回路１３から供給される排出信号Ｄｒｎに従って駆動し、排出トランジスタ２９がオンになると、ＰＤ２２に溜まっている電荷が電源配線Ｖｄｄに排出されてＰＤ２２がリセットされる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、画素２１を構成する転送トランジスタ２４、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、および排出トランジスタ２９は、NMOS（Negative Channel Metal Oxide semiconductor）型トランジスタとする。従って、画素２１で取り扱われる電荷は電子である。また、電荷保持部２３およびＦＤ２５は、配線層などにより遮光されている。
【００３４】
次に、図３を参照して、固体撮像素子１１の駆動について説明する。
【００３５】
図３の上側には、画素２１の行ごとの駆動タイミングが示されており、縦軸は画素２１の行を示し、横軸は時間を示している。また、図３の下側には、リセット信号Ｒｓｔ、転送信号ＣＣＤ、転送信号Ｔｒｆ、選択信号Ｓｅｌ、および排出信号Ｄｒｎのタイミングチャートが示されている。
【００３６】
まず、固体撮像素子１１では、画素部１２が有する画素２１の全ての行で同時に電子シャッタが動作してＰＤ２２に蓄積されている電荷が排出され、ＰＤ２２に電荷を蓄積する蓄積期間が開始される。即ち、画素部１２が有する画素２１の全ての行で同時に、排出信号ＤｒｎがオンとなってＰＤ２２に蓄積されている電荷が電源配線Ｖｄｄに排出され、排出信号Ｄｒｎがオフとなったタイミングから、ＰＤ２２に電荷が蓄積され始める。
【００３７】
次に、固体撮像素子１１では、画素部１２が有する画素２１の全ての行で同時に電荷蓄積期間が終了してグローバル転送が行われる。即ち、選択信号Ｓｅｌがオンになったタイミングで、リセット信号Ｒｓｔおよび転送信号Ｔｒｆがパルス状にオンとなり、電荷保持部２３およびＦＤ２５がリセットされ、続いて、転送信号ＣＣＤおよび転送信号Ｔｒｆがパルス状にオンとなり、電荷蓄積期間においてＰＤ２２で発生した電荷が、電荷保持部２３およびＦＤ２５に転送され、その後、選択信号Ｓｅｌがオフにされる。ここで、ＦＤ２５に転送される電荷は、ＰＤ２２で発生した電荷が多い場合に、電荷保持部２３をオーバフローして転送されるものである。
【００３８】
このように、固体撮像素子１１では、全ての画素２１において同時に（同一のタイミングで）、蓄積期間が開始されるとともに、蓄積期間においてＰＤ２２に蓄積された電荷がやはり同時に転送されることにより、グローバルシャッタが実現される。
【００３９】
そして、固体撮像素子１１では、画素部１２が有する画素２１の行ごとに順次、リセットレベルの画素信号と、ＰＤ２２で発生した電荷に応じたレベルの画素信号との読み出し（以下、適宜、ローリング読み出しと称する）が行われる。ここで、固体撮像素子１１では、ＰＤ２２で発生した電荷に応じたレベルの画素信号として、グローバル転送において電荷保持部２３に転送された電荷に応じたレベルの画素信号と、グローバル転送において電荷保持部２３をオーバフローしてＦＤ２５にまで転送された電荷に応じたレベルの画素信号とが読み出される。
【００４０】
即ち、選択信号Ｓｅｌがオンになって、グローバル転送においてＦＤ２５に転送された電荷に応じたレベルの画素信号が読み出され、リセット信号Ｒｓｔがパルス状にオンとなりＦＤ２５がリセットされた後、リセットレベルの画素信号が読み出される。そして、転送信号Ｔｒｆがパルス状にオンとなり電荷保持部２３に蓄積されていた電荷がＦＤ２５に転送された後、グローバル転送において電荷保持部２３に転送された電荷に応じたレベルの画素信号が読み出される。その後、選択信号Ｓｅｌがオフにされる。
【００４１】
次に、図４乃至図７に示されているポテンシャル図を参照して、図３のタイミングチャートに示されているタイミングｔ１乃至ｔ１３におけるポテンシャルの変化について説明する。なお、上述したように、画素２１で取り扱われる電荷は電子であるので、図４乃至図７では、電位が正である向きが下向きとしてポテンシャルが示されている。また、電荷保持部２３は、ＰＤ２２側に電位障壁が設けられた構造とされている。
【００４２】
図４に示すように、電子シャッタが駆動する前における排出信号Ｄｒｎがオンとなる前のタイミングｔ１では、ＰＤ２２およびＦＤ２５には電荷が溜まっている。ＰＤ２２に溜まっている電荷は、前のフレームにおけるグローバル転送の後から画素２１に入射する光によって発生したものであり、ＦＤ２５に溜まっている電荷は、前のフレームにおけるローリング読み出しでＦＤ２５に転送されたものである。
【００４３】
そして、排出信号Ｄｒｎがパルス状にオンとなっているタイミングｔ２において、ＰＤ２２に溜まっていた電荷は排出トランジスタ２９を介して電源配線Ｖｄｄに排出される。
【００４４】
その後、排出信号Ｄｒｎがオフとなったタイミングｔ３より、画素２１に入射する光が光電変換されることにより発生する電荷が、リセットされて電荷が空になったＰＤ２２に蓄積され始める。
【００４５】
次に、図５に示すように、蓄積期間が経過する直前のタイミングｔ４において、ＰＤ２２には、光電変換によって発生した電荷が蓄積されている。ここで、画素２１に入射する光の光量が多く、ＰＤ２２の容量以上の電荷が発生したとき、排出トランジスタ２９を介して電源配線Ｖｄｄに電荷が溢れ出るように、排出トランジスタ２９側の電位障壁が、電荷保持部２３側の電位障壁よりも低くなるように設定されている。これにより、電荷保持部２３に電荷が溢れ出ることが回避される。
【００４６】
そして、リセット信号Ｒｓｔおよび転送信号Ｔｒｆがパルス状にオンとなっているタイミングｔ５において、電荷保持部２３およびＦＤ２５に溜まっていた電荷が電源配線Ｖｄｄに排出される。このとき、図３に示すように、後のローリング読み出しの状態に近づけるために、選択トランジスタ２７はオンの状態が維持されることが望ましい。
【００４７】
その後、リセット信号Ｒｓｔおよび転送信号Ｔｒｆがオフとされ、タイミングｔ６では、電荷保持部２３およびＦＤ２５のリセットが完了した状態となる。
【００４８】
次に、図６に示すように、転送信号ＣＣＤおよび転送信号Ｔｒｆがパルス状にオンとなっているタイミングｔ７において、ＰＤ２２に蓄積されていた電荷が、電荷保持部２３およびＦＤ２５に転送される。ここで、電荷保持部２３の容量は、ＰＤ２２の飽和電荷を受けきることができるようには設定されていない。そのため、固体撮像素子１１に高照度の光が照射されて、ＰＤ２２で発生した電荷が多いとき、ＰＤ２２から転送される電荷は、転送トランジスタ２４を介して電荷保持部２３から溢れ出してＦＤ２５に転送される。
【００４９】
そして、転送信号ＣＣＤおよび転送信号Ｔｒｆがオフとなってグローバル転送が完了したタイミングｔ８では、ＰＤ２２で発生した電荷が電荷保持部２３およびＦＤ２５に蓄積された状態となる。その後、固体撮像素子１１では、画素２１の行ごとに順番に画素信号を読み出すローリング読み出しが行われ、画素信号を読み出す対象となるまで、グローバル転送が完了したタイミングｔ８のポテンシャルの状態が維持される。
【００５０】
画素信号の読み出しの対象となった画素２１では、選択信号Ｓｅｌがオンになって画素信号の出力が開始される。そして、グローバル転送が完了したポテンシャルの状態のままであるタイミングｔ９において、ＦＤ２５に蓄積されている電荷に応じたレベルの画素信号が、高照度の画素信号としてカラム処理回路１４に読み出される。なお、説明を簡略化するため、画素信号を読み出す対象となるまでの期間にＰＤ２２で発生する電荷の図示は省略されている。
【００５１】
そして、リセット信号Ｒｓｔがパルス状にオンとなっているタイミングｔ１０において、ＦＤ２５に蓄積されている電荷が電源配線Ｖｄｄに排出される。
【００５２】
次に、図７に示すように、リセット信号Ｒｓｔがオフとされたタイミングｔ１１では、ＦＤ２５のリセットが完了した状態におけるリセットレベルの画素信号がカラム処理回路１４に読み出される。これにより、カラム処理回路１４は、タイミングｔ９で読み出した高照度の画素信号と、タイミングｔ１１で読み出したリセットレベルの画素信号との差分を求めることにより、新たな高照度の画素信号として保持する。
【００５３】
そして、転送信号Ｔｒｆがパルス状にオンとなっているタイミングｔ１２では、電荷保持部２３に保持されていた電荷が、電荷保持部２３からＦＤ２５に転送される。
【００５４】
その後、転送信号Ｔｒｆがオフとされたタイミングｔ１３において、ＦＤ２５に蓄積されている電荷に応じたレベルの画素信号が、低照度の画素信号としてカラム処理回路１４に読み出される。これにより、カラム処理回路１４は、タイミングｔ１１で読み出したリセットレベルの画素信号と、タイミングｔ１３で読み出した低照度の画素信号との差分を求めることにより、新たな低照度の画素信号として保持する。
【００５５】
このように、固体撮像素子１１では、高照度の画素信号および低照度の画素信号が取得され、カラム処理回路１４は、それらの画素信号を出力回路１５に供給して、次の行の画素２１に対する動作を行う。出力回路１５は、高照度の画素信号および低照度の画素信号から、ＰＤ２２に蓄積されていた電荷に対応する画素信号を再構成して、図示しない後段の回路に出力する。
【００５６】
以上のように、固体撮像素子１１では、蓄積期間で発生した電荷の蓄積をＰＤ２２のみで行い、その電荷をグローバル転送により電荷保持部２３およびＦＤ２５に転送して、ローリング読み出しが行われる順番となるまで保持させることができる。このように、ＰＤ２２に蓄積されている電荷を、電荷保持部２３だけでなくＦＤ２５にも蓄積させることで、電荷保持部２３を小型化することができる。これに応じて、ＰＤ２２の面積を広げることができ、ＰＤ２２の感度を向上させることや、ＰＤ２２の飽和電荷量を増加させることができる。
【００５７】
従って、固体撮像素子１１を小型化しても、より高感度でダイナミックレンジの広い、より良好な画像を取得することができる。
【００５８】
ここで、例えば、従来のグローバルシャッタの技術では、電荷保持領域としてＦＤのみを用いる場合は、ＦＤで発生するノイズが大きいことによって低照度でノイズが目立ってしまうことがあった。また、電荷保持領域としてＣＣＤ型のメモリ部のみを用いる場合は、大きなＣＣＤ型のメモリ部が必要となるのに応じて、ＰＤの感度および飽和電荷量が大きく低下してしまうことがあった。さらに、電荷保持領域としてCCD型のメモリ部と、FDとの両方を利用する構成（上述の特許文献１参照）では、動画像を撮像するときに、フレーム間に露光できない時間飛びが発生するだけでなく、動画像の感度が低下することがあった。これに対し、固体撮像素子１１では、グローバルシャッタを実現し、かつ、低照度でもノイズが小さく、感度と飽和電荷量を確保するとともに、動画像での時間飛びの発生を抑制することができる。
【００５９】
また、上述した特許文献１に開示されている固体撮像素子では、電荷保持領域としてCCD型のメモリ部とFDとの両方を利用することで、飽和電荷量を多くしているが、CCD型のメモリ部は、露光期間中にPDから溢れた電荷の受け皿として使用されているため、CCD型のメモリ部が電荷を保持しているときには露光を行うことができなかった。これに対し、固体撮像素子１１では、蓄積期間において、ＰＤ２２から排出トランジスタ２９を介して電荷が排出される構成とされているため、電荷保持部２３が電荷を保持している間にもＰＤ２２の露光を行うことができる。これにより、固体撮像素子１１では、連続した露光が求められる滑らかな動画像を撮像することや、動画像の感度が低下することを回避することができる。
【００６０】
即ち、固体撮像素子１１では、蓄積期間において発生した電荷の蓄積をＰＤ２２のみで行うことで、前のフレームにおけるローリング読み出しが行われるのと並行するタイミングで、現在のフレームにおける電子シャッタを行うことができる。
【００６１】
図８を参照して、前のフレームにおけるローリング読み出しが行われるのと並行するタイミングで、現在のフレームにおける電子シャッタを行うことができることについて説明する。
【００６２】
図８には、ｎ−１番目のフレームにおける処理のタイミングとしてグローバル転送（ｎ−１）およびローリング読み出し（ｎ−１）が示されており、ｎ番目のフレームにおける処理のタイミングとして電子シャッタ（ｎ）、グローバル転送（ｎ）、およびローリング読み出し（ｎ）が示されており、ｎ＋１番目のフレームにおける処理のタイミングとして電子シャッタ（ｎ＋１）およびグローバル転送（ｎ＋１）が示されている。
【００６３】
図８に示すように、ｎ−１番目のフレームのローリング読み出し（ｎ−１）が行われている期間に、ｎ番目のフレームの電子シャッタ（ｎ）が行われている。同様に、ｎ番目のフレームのローリング読み出し（ｎ）が行われている期間に、ｎ＋１番目のフレームの電子シャッタ（ｎ＋１）が行われている。
【００６４】
上述したように、ＰＤ２２に影響を与えるのは、電子シャッタによる電荷の排出と、蓄積期間における電荷の蓄積であり、ローリング読み出しにおける電荷の転送は、ＰＤ２２には影響を与えることはない。つまり、ローリング読み出しにおける電荷の転送により影響を受けるのは、電荷保持部２３以降の素子である。従って、前のフレームにおいてローリング読み出しが行われている期間に、現在のフレームにおける電子シャッタを行って蓄積期間を開始させることができる。なお、電源揺れなどの影響を最小限にするため、画素２１からの電荷の読み出しが行と行とで切り替わるタイミングにおいて、電子シャッタを行うことが望ましい。
【００６５】
このようなタイミングで処理を行うことにより、前のフレームのローリング読み出しが行われている間に、現在のフレームの蓄積期間が開始される。その結果、固体撮像素子１１では、フレーム間の時間飛びが少なく滑らかな動画像を得ることができる。また、固体撮像素子１１では、グローバルシャッタにより歪みのない画像を得ることができるとともに、電荷保持部２３を小型化するのに伴ってＰＤ２２を大型化することによって高感度の画像を得ることができる。
【００６６】
なお、グローバル転送が行われている期間に電子シャッタを行うことは、実用上の問題がない程度であればよい。例えば、全ての画素２１を完全に同時に駆動した場合には、ドライバである垂直駆動回路１３の負荷が高まるので、その負荷を低減させるために、例えば、画素部１２の上部分と下部分とで、微小の時間差を設けて電子シャッタを行うようにしてもよい。
【００６７】
また、固体撮像素子１１では、画素２１を構成する一部のトランジスタを、所定数の画素２１で共有する画素共有構造を採用してもよい。
【００６８】
次に、図９を参照して、画素共有構造を採用した画素２１について説明する。
【００６９】
図９には、２つの画素２１1および画素２１2により、ＦＤ２５、増幅トランジスタ２６、選択トランジスタ２７、およびリセットトランジスタ２８を共有する画素共有構造が示されている。また、図９には、画素２１から画素信号を読み出すために垂直信号線３０に接続されている定電流源３１が図示されている。
【００７０】
画素２１1は、ＰＤ２２1、電荷保持部２３1、転送トランジスタ２４1、および排出トランジスタ２９1を備え、画素２１2は、ＰＤ２２2、電荷保持部２３2、転送トランジスタ２４2、および排出トランジスタ２９2を備えている。そして、ＦＤ２５、増幅トランジスタ２６、選択トランジスタ２７、およびリセットトランジスタ２８は、画素２１1および画素２１2で共有して使用される。
【００７１】
ところで、画素２１1および画素２１2によりＦＤ２５を共有する構造では、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2で発生した電荷をグローバル転送するときに、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2をオーバフローした電荷は、ＦＤ２５において混合されることになる。
【００７２】
従って、画素共有構造を採用する固体撮像素子１１を内蔵する撮像装置では、メカニカルシャッタを利用してグローバルシャッタを実現するとともに、共有されるＦＤ２５において電荷が混合されることを回避するように構成される。
【００７３】
図１０には、画素共有構造を採用する固体撮像素子１１を内蔵する撮像装置のブロック図が示されている。
【００７４】
図１０に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、メカニカルシャッタ１０３、固体撮像素子１１、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０４、表示部１０５、メモリ１０６、電源部１０７、操作部１０８、およびＣＰＵ（Central Processing Unit）１０９を備えて構成される。
【００７５】
光学系１０２は、複数枚のレンズを有して構成されており、図示しない被写体からの光を集光し、メカニカルシャッタ１０３を介して、固体撮像素子１１の受光面に被写体の像を結像させる。また、光学系１０２は、ＣＰＵ１０９の制御に従ってレンズを駆動して倍率を調整する。
【００７６】
メカニカルシャッタ１０３は、ＣＰＵ１０９の制御に従って開閉駆動し、メカニカルシャッタ１０３が開いた状態で固体撮像素子１１に光が照射され、メカニカルシャッタ１０３が閉じた状態で固体撮像素子１１に照射される光が遮蔽される。また、メカニカルシャッタ１０３は、蓄積期間の終了を規定することができる簡易的な機構により構成することができる。
【００７７】
固体撮像素子１１は、その受光面に照射された光に応じた画素信号を、ＤＳＰ１０４に出力する。
【００７８】
ＤＳＰ１０４は、固体撮像素子１１から出力される画素信号に基づいて画像を構築し、その画像を、表示部１０５に供給して表示させ、メモリ１０６に供給して記憶させる。表示部１０５は、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネルなどを備えて構成され、ＤＳＰ１０４により構築された画像を表示する。メモリ１０６は、フラッシュメモリ（例えば、EEPROM（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory））などの不揮発性のメモリにより構成され、ＤＳＰ１０４により構築された画像を記憶する。
【００７９】
電源部１０７は、ＣＰＵ１０９の制御に従って、撮像装置１０１を構成する各ブロックの駆動に必要な電力を供給する。操作部１０８は、ボタンや、レバー、タッチパネルなどを備えて構成され、ユーザの操作に応じた操作信号をＣＰＵ１０９に供給する。
【００８０】
ＣＰＵ１０９は、撮像装置１０１を構成する各ブロックに対して制御信号を送信し、それらのブロックの動作を制御する。例えば、ＣＰＵ１０９は、固体撮像素子１１の垂直駆動回路１３と同期して、垂直駆動回路１３により電子シャッタが駆動されることにより蓄積期間が開始された後、蓄積期間が終了するタイミングに従って、メカニカルシャッタ１０３により固体撮像素子１１に対する遮光を行わせる。
【００８１】
このように撮像装置１０１は構成されており、ＣＰＵ１０９の制御に応じてメカニカルシャッタ１０３が開閉駆動して、固体撮像素子１１のＰＤ２２に電荷を蓄積する蓄積期間が終了するタイミングでメカニカルシャッタ１０３が閉じられる。このように、撮像装置１０１では、静止画像を撮像する場合、メカニカルシャッタ１０３を利用してグローバルシャッタが実現される。また、ＦＤ２５において電荷が混合されることも回避される。
【００８２】
次に、図１１を参照して、撮像装置１０１により静止画像を撮像する際の駆動について説明する。
【００８３】
図１１には、図３と同様に、画素２１の行ごとの駆動タイミングと、各信号のタイミングチャートが示されている。
【００８４】
まず、メカニカルシャッタ１０３が開いている状態で、画素部１２が有する画素２１の全ての行で同時に電子シャッタが動作してＰＤ２２1およびＰＤ２２2に蓄積されている電荷が排出され、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2に電荷を蓄積する蓄積期間が開始される。このとき、図１１のタイミングｔ２１乃至ｔ２３における画素２１1および画素２１2のポテンシャルは、図４のタイミングｔ１乃至ｔ３と同様のものとなる。
【００８５】
次に、蓄積期間が終了するタイミングで、メカニカルシャッタ１０３が閉じられることにより、全ての画素２１において蓄積期間が統一されたグローバルシャッタが実現される。
【００８６】
そして、画素部１２が有する画素２１の行ごとに順次、電荷の転送が行われ、ローリング読み出しが行われる。ここで、図９に示したように、２つの画素２１1および画素２１2によりＦＤ２５が供給される構造では、画素２１1と画素２１2とで順番に画素信号が読み出される。
【００８７】
まず、画素２１1から画素信号が読み出される。即ち、選択信号Ｓｅｌがオンになったタイミングで、リセット信号Ｒｓｔおよび転送信号Ｔｒｆ１がパルス状にオンとなり（タイミングｔ２５）、電荷保持部２３1およびＦＤ２５がリセットされる。続いて、転送信号ＣＣＤ１および転送信号Ｔｒｆ１がパルス状にオンとなり（タイミングｔ２７）、電荷蓄積期間においてＰＤ２２1で発生した電荷が、電荷保持部２３1およびＦＤ２５に転送される。
【００８８】
その後、ＦＤ２５に転送された電荷に応じたレベルの画素信号が読み出され（タイミングｔ２８）、リセット信号Ｒｓｔがパルス状にオンとなりＦＤ２５がリセットされた後、リセットレベルの画素信号が読み出される（タイミングｔ３０）。そして、転送信号Ｔｒｆ１がパルス状にオンとなり電荷保持部２３1に蓄積されていた電荷がＦＤ２５に転送された後、電荷保持部２３1に蓄積されていた電荷に応じたレベルの画素信号が読み出される（タイミングｔ３２）。その後、選択信号Ｓｅｌがオフにされる。
【００８９】
次に、画素２１2から画素信号が読み出される。即ち、選択信号Ｓｅｌがオンになったタイミングで、リセット信号Ｒｓｔおよび転送信号Ｔｒｆ２がパルス状にオンとなり（タイミングｔ３４）、電荷保持部２３2およびＦＤ２５がリセットされる。続いて、転送信号ＣＣＤ２および転送信号Ｔｒｆ２がパルス状にオンとなり（タイミングｔ３６）、電荷蓄積期間においてＰＤ２２2で発生した電荷が、電荷保持部２３2およびＦＤ２５に転送される。
【００９０】
その後、ＦＤ２５に転送された電荷に応じたレベルの画素信号が読み出され（タイミングｔ３７）、リセット信号Ｒｓｔがパルス状にオンとなりＦＤ２５がリセットされた後、リセットレベルの画素信号が読み出される（タイミングｔ３９）。そして、転送信号Ｔｒｆ２がパルス状にオンとなり電荷保持部２３2に蓄積されていた電荷がＦＤ２５に転送された後、電荷保持部２３2に蓄積されていた電荷に応じたレベルの画素信号が読み出される（タイミングｔ４１）。その後、選択信号Ｓｅｌがオフにされる。
【００９１】
このように、２つの画素２１1および画素２１2によりＦＤ２５が供給される構造では、画素２１の行ごとに順次、電荷の転送とローリング読み出しとが行われるため、ＰＤ２２からの電荷の転送は、全ての画素２１で同一のタイミングとされていない。従って、電荷が転送されるまでＰＤ２２に蓄積された状態であるが、メカニカルシャッタ１０３により固体撮像素子１１が遮光されているため、蓄積期間の後に光電変換による電荷の発生は防止される。
【００９２】
このとき、図１１のタイミングｔ２４乃至ｔ２７およびｔ３３乃至ｔ３６における画素２１1および画素２１2のポテンシャルは、図５および図６のタイミングｔ４乃至７と同様のものとなる。また、図１１のタイミングｔ２８乃至ｔ３２およびｔ３７乃至ｔ４１における画素２１1および画素２１2のポテンシャルは、図６および図７のタイミングｔ９乃至１３と同様のものとなる。
【００９３】
このように、固体撮像素子１１において画素共有構造を採用してもグローバルシャッタを実現して静止画像を撮像することができる。そして、固体撮像素子１１では、画素共有構造により小型化を図ることができるとともに、飽和を大きくしたグローバルシャッタの静止画像を取得することができ、より良好な画像を取得することができる。
【００９４】
また、画素共有構造を採用した固体撮像素子１１では、静止画像を撮像するときには、電荷を転送する動作が画素２１の行ごとに行われるため、画素２１からのリセットレベルの画素信号を図１１のタイミングｔ２６でカラム処理回路１４に読み出すことができる。これにより、高照度の画素信号では、タイミングｔ３０で読み出されるリセットレベルの画素信号との差分ではなく、タイミングｔ２６で読み出されるリセットレベルの画素信号との差分を用いることができる。従って、高照度の画素信号におけるリセットノイズを低減させることができるとともに、差分を求める処理の順番が、低照度の画素信号と同様である（リセットレベルの画素信号を読み出した後に、発生した電荷に応じたレベルの画素信号を読み出す）ため、カラム処理回路１４の構成をより簡易化することができる。
【００９５】
なお、静止画像の画素数が少なくてもよい場合には、全ての画素２１から画素信号を読み出すのではなく、画素加算を行う読み出し動作を採用してもよい。
【００９６】
ところで、撮像装置１０１で動画像を撮像する場合には、メカニカルシャッタ１０３は利用されない。現在、撮像装置１０１では、一千万画素以上の静止画像を撮像可能な固体撮像素子１１が採用されているのに対し、動画像の画素数は、200万画素程度とされている。従って、画素共有構造を採用した固体撮像素子１１では、画素加算を用いて画素数を減らして動画像を撮像することができる。
【００９７】
次に、図１２を参照して、撮像装置１０１により動画像を撮像する際の駆動について説明する。
【００９８】
図１２には、図１１と同様に、画素２１の行ごとの駆動タイミングと、各信号のタイミングチャートが示されている。
【００９９】
まず、画素部１２が有する画素２１の全ての行で同時に電子シャッタが動作してＰＤ２２に蓄積されている電荷が排出され、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2に電荷を蓄積する蓄積期間が開始される。即ち、画素部１２が有する画素２１の全ての行で同時に、排出信号Ｄｒｎ１およびＤｒｎ２がオンとなってＰＤ２２1およびＰＤ２２2に蓄積されている電荷が電源配線Ｖｄｄに排出される。そして、排出信号Ｄｒｎ１およびＤｒｎ２がオフとなったタイミングから、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2に電荷が蓄積され始める。
【０１００】
次に、画素部１２が有する画素２１の全ての行で同時に電荷蓄積期間が終了してグローバル転送が行われる。即ち、選択信号Ｓｅｌがオンになったタイミングで、リセット信号Ｒｓｔ並びに転送信号Ｔｒｆ１およびＴｒｆ２がパルス状にオンとなり、電荷保持部２３1および２３2並びにＦＤ２５がリセットされる。続いて、転送信号ＣＣＤ１およびＣＣＤ２並びに転送信号Ｔｒｆ１およびＴｒｆ２がパルス状にオンとなり、電荷蓄積期間においてＰＤ２２1およびＰＤ２２2で発生した電荷が、電荷保持部２３1および２３2にそれぞれ転送され、その後、選択信号Ｓｅｌがオフにされる。
【０１０１】
このように、固体撮像素子１１では、全ての画素２１において同時に（同一のタイミングで）、蓄積期間が開始されるとともに、蓄積期間においてＰＤ２２1およびＰＤ２２2に蓄積された電荷が転送されることにより、グローバルシャッタが実現される。
【０１０２】
そして、画素２１の行ごとに順次、リセットレベルの画素信号と、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2で発生した電荷に応じたレベルの画素信号のローリング読み出しが行われる。ここで、固体撮像素子１１では、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2で発生した電荷に応じたレベルの画素信号として、グローバル転送において電荷保持部２３1および２３2に転送された電荷に応じたレベルの画素信号と、グローバル転送において電荷保持部２３1および２３2をオーバフローしてＦＤ２５にまで転送された電荷に応じたレベルの画素信号とが読み出される。
【０１０３】
即ち、選択信号Ｓｅｌがオンになって、グローバル転送においてＦＤ２５に転送された電荷に応じたレベルの画素信号が読み出され、リセット信号Ｒｓｔがパルス状にオンとなりＦＤ２５がリセットされた後、リセットレベルの画素信号が読み出される。そして、転送信号Ｔｒｆ１およびＴｒｆ２がパルス状にオンとなり電荷保持部２３1および２３2に蓄積されていた電荷がＦＤ２５に転送された後、グローバル転送において電荷保持部２３1および２３2に転送された電荷に応じたレベルの画素信号が読み出される。即ち、画素２１1および画素２１2の受光量に応じた画素信号が加算されて読み出される。その後、選択信号Ｓｅｌがオフにされる。
【０１０４】
このとき、図１２のタイミングｔ１乃至ｔ１３における画素２１1および画素２１2のポテンシャルは、図４乃至図７のタイミングｔ１乃至ｔ１３と同様のものとなる。
【０１０５】
このように、画素加算を行うことにより、画素共有構造により画素２１を小型化することができるとともに、飽和を大きくしたグローバルシャッタの動画像を取得することができる。なお、感度の低い画像や、折り返しノイズを有する画像でよければ、画素加算を行うことなく、共有される複数の画素２１のうちの１つの画素２１からのみ画素信号を読み出す間引き読み出しを行ってもよい。
【０１０６】
ここで、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2で発生した電荷がＦＤ２５で混合されることになるため、ＰＤ２２1およびＰＤ２２2は同じ色の光を受光するように、共有構造とする画素２１1および画素２１2が選択される。
【０１０７】
図１３には、画素共有構造を採用した固体撮像素子１１における色配列の例が示されている。図１３には、２画素共有構造における色配列が示されている。
【０１０８】
図１３の上側に示されている色配列では、縦方向に同じ色が２つずつ配置されており、太線で囲われた２つの画素が画素共有構造とされる。そして、動画像を撮像する場合には、共有される２つの画素で画素加算が行われることで、図１３の下側に示すように、斜め４５度に回転されたベイヤー配列の画像が取得される。
【０１０９】
なお、静止画像において全ての画素を読み出す場合には、独自の色配列となるが、共有する２つの画素どうしで蓄積時間を異ならせることにより、斜め４５度に回転されたベイヤー配列でのダイナミックレンジを拡大させる動作を行うことができる。このような色配列により、斜め配列とされているため、信号処理で画素数の２倍の正方格子に容易にすることができる。即ち、元の画素数に容易に戻すことができる。また、図１３に示す色配列の固体撮像素子１１を斜め４５度で回転させて実装する構成とした場合には、動画像を撮像するときにも、ダイナミックレンジを拡大させた静止画像を撮像するときにも、ベイヤー配列の画像を取得することができる。
【０１１０】
図１４には、画素共有構造を採用した固体撮像素子１１における色配列の他の例が示されている。図１４には、３画素共有構造における色配列が示されている。
【０１１１】
図１４に示されている色配列では、配線で連結されている３つの画素が共有単位とされる。このように、ベイヤー配列において、縦に同色の画素を３つずつ交互に共有することができる。また、共有される３つの画素での画素加算と、カラム処理回路１４などにおいて列方向に３列で行われる画素加算とを組み合わせることで、固体撮像素子１１が有する画素２１の１／９の画素数からなるベイヤー配列の画像を再構築することができる。これにより、例えば、固体撮像素子１１の画素数が1800万画素以上の場合に、200万画素のＨＤ（High Definition）の動画像を撮像することができる。
【０１１２】
なお、画素共有構造を採用する構成において電荷保持部２３を設けずに、ＦＤ２５のみで電荷を一時的に保持する構造を採用してもよい。
【０１１３】
なお、固体撮像素子１１は、可視光による画像を撮像する以外にも、検出可能な所定の物理量、例えば、赤外線やＸ線、あるいは粒子などの入射や、圧力分布などによる画像を撮像する用途に使用することができる。また、固体撮像素子１１としては、撮像装置１０１のような最終製品（所謂、デジタルスチルカメラ）の他、最終製品に組み込むためのモジュールとした構成が含まれる。
【０１１４】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
所定の物理量に応じた電荷を発生して蓄積する電荷発生部と、前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を排出する排出部と、前記電荷発生部から転送されてくる前記電荷を保持する保持部と、前記電荷発生部において発生した前記電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部とを有する画素が、二次元的に行列状に配置された画素部と、
前記電荷発生部に蓄積されている前記電荷を前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記排出部に排出させて前記画素信号として出力するための電荷を蓄積する蓄積期間を開始させ、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで前記蓄積期間を終了させ、前記画素部に配置されている前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させる駆動を行う駆動部と
を備え、
前記電荷発生部において発生した前記電荷が前記保持部に転送される際に、前記保持部の容量を超えた一部の前記電荷が前記変換部に転送され、前記保持部および前記変換部によって前記電荷発生部において発生した前記電荷が保持される
固体撮像素子。
（２）
前記駆動部が、前記電荷発生部から前記保持部への前記電荷の転送を、前記画素部に配置されている全ての前記画素に対して略同一のタイミングで行うことによって、前記蓄積期間を終了させる
上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記駆動部は、
前記保持部の容量を超えて前記変換部に転送されて前記変換部に蓄積されている前記電荷に応じたレベルの画素信号を出力させ、
前記変換部に蓄積されている電荷を排出させて前記変換部をリセットさせた状態におけるリセットレベルの画素信号を出力させ、
前記保持部に保持されている前記電荷を前記変換部に転送させ、前記変換部に蓄積されている前記電荷に応じたレベルの画素信号を出力させる
駆動を行う
上記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記蓄積期間中に前記電荷発生部の蓄積容量を超える電荷が発生したときに、前記電荷発生部から前記排出部へ電荷が排出されるように、前記電荷発生部の前記排出部側の電位障壁が、前記電荷発生部の前記保持部側の電位障壁よりも低く設定されている
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記駆動部は、前記画素信号から構築される画像が連続的に取得される場合、現在のフレームの前のフレームにおいて前記画素の行ごとに前記画素信号を出力させる駆動を行っている期間に、現在のフレームにおける前記蓄積期間を開始させる駆動を行う
上記（１）から（４）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
所定数の前記画素により共有して前記変換部が用いられる画素共有構造が採用されている
上記（１）から（５）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
【０１１５】
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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】
【０１１６】
１１  固体撮像素子，  １２  画素部，  １３  垂直駆動回路，  １４  カラム処理回路，  １５  出力回路，  １６  制御回路，  ２１  画素，  ２２  ＰＤ，  ２３  電荷保持部，  ２４  転送トランジスタ，  ２５  ＦＤ，  ２６  増幅トランジスタ，  ２７  選択トランジスタ，  ２８  リセットトランジスタ，  ２９  排出トランジスタ，  ３０  垂直信号線，  ３１  定電流源，  １０１  撮像装置，  １０２  光学系，  １０３  メカニカルシャッタ，  １０４  ＤＳＰ，  １０５  表示部，  １０６  メモリ，  １０７  電源部，  １０８  操作部，  １０９  ＣＰＵ
【図１】
2013211615.tif 000003
【図２】
2013211615.tif 000004
【図３】
2013211615.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013211615.tif 000009
【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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