(57)【要約】【課題】  本発明は、シャッタ機構により入射光を制御する場合でも、光電変換部に蓄積された飽和電荷を損ねることなく、ダイナミックレンジを拡大させた画素信号を読み出すことができる撮像装置を提供する。【解決手段】  撮像装置５０は、遮光状態とするシャッタ閉の制御タイミングを、フォトダイオード１０１に蓄積された電荷の転送前に行われるフローティングディフュージョン１０４のリセット解除の直後に行うように、転送スイッチ１０２を制御する。【選択図】図２
2009218691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、
電荷を蓄積するための浮遊拡散部と、
前記光電変換部より溢れ出る電荷の一部を蓄積するための電荷保持部と、
前記光電変換部により生成された電荷を前記浮遊拡散部に転送するための第一の転送スイッチ手段と、
前記浮遊拡散部と前記電荷保持部との電荷の転送を行うための第二の転送スイッチ手段と、
前記浮遊拡散部の電荷のリセットを行うリセット手段と、
前記光電変換部を露光状態または遮光状態にする遮光手段と、
前記リセット手段による前記浮遊拡散部の電荷のリセットが解除された直後に、前記遮光手段により遮光状態にし、前記光電変換部に蓄積された電荷を転送させるように、前記第一の転送スイッチ手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記遮光手段は、光の入射／遮光状態を切り替えるメカシャッタ機構であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、電荷を蓄積するための浮遊拡散部と、前記光電変換部より溢れ出る電荷の一部を蓄積するための電荷保持部と、前記光電変換部により生成された電荷を前記浮遊拡散部に転送するための第一の転送スイッチ手段と、前記浮遊拡散部と前記電荷保持部との電荷の転送を行うための第二の転送スイッチ手段と、前記浮遊拡散部の電荷のリセットを行うリセット手段とを備える撮像素子の駆動方法であって、
前記リセット手段による前記浮遊拡散部の電荷のリセットが解除された直後に、前記光電変換部を露光状態または遮光状態にする遮光手段により遮光状態にし、前記光電変換部に蓄積された電荷を転送させるように、前記第一の転送スイッチ手段を制御することを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を有する撮像装置およびその固体撮像素子の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトダイオードとＭＯＳトランジスタを１チップ化したＣＭＯＳイメージセンサが固体撮像素子として用いられ、該ＣＭＯＳイメージセンサを利用して、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大するという提案がなされている。このような固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大するＣＭＯＳイメージセンサを有する固体撮像装置が開示されている（非特許文献１を参照）。
【０００３】
非特許文献１に開示されたＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードと、フローティングディフュージョン（floating diffusion；浮遊拡散）領域と、第１の転送トランジスタと、付加容量と、第２の転送トランジスタと、リセットトランジスタとを有する。そして、このＣＭＯＳイメージセンサは、複数の画素をマトリックス（行列）状に形成して構成されている。ここで第１の転送トランジスタは、フォトダイオードからフローティングディフュージョン領域に電荷を転送するためのものであり、第２の転送トランジスタは、付加容量からフローティングディフュージョン領域に電荷を転送するためのものである。付加容量は、フォトダイオードから溢れた電荷を蓄積するものである。リセットトランジスタは、フローティングディフュージョン領域および付加容量を所定の電位にリセットするためのものである。
【０００４】
上記非特許文献１の固体撮像装置は、フォトダイオードから溢れた電荷がフローティングディフュージョンを介して付加容量へ蓄積する。そして、この固体撮像装置は、フローティングディフュージョンおよび付加容量に蓄積された電荷とフォトダイオードに蓄積された電荷とを用いて画素信号として読み出し、ダイナミックレンジを拡大させた画素信号としている。
【非特許文献１】Shigetoshi Sugawa, 外５名, "A 100dB Dynamic Range CMOS Image Sensor Using a Lateral Overflow Integration Capacitor", ISSCC 2005/SESSION 19/IMAGERS/19.4, DIGEST OF TECHNICAL PAPERS, 2005 IEEE International Solid-State Circuit Conference, February 8, 2005, P.352-353,603.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＭＯＳイメージセンサでは、行単位等の走査ライン毎に画素信号の読み出しが順次行われるため、走査ライン毎の画素信号の読み出し開始の時刻がずれてしまうことが知られている。このようなＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像装置の静止画撮影では、走査ラインによらず、画面内で露光時間、露光開始時刻の同一性が求められる。
【０００６】
しかしながら、走査ライン全てにおいて電荷の蓄積開始の時刻を同時にした場合であっても、画素信号の読み出し開始時刻が走査ライン毎にずれるため、該読み出しが開始されるまでの間は露光状態となってしまい、走査ライン毎に電荷の蓄積時間が異なる。そこで、ＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像装置は、静止画撮影時での露光時間、露光開始時刻の同一性を持たせるため、メカシャッタ機構を用いてＣＭＯＳイメージセンサへの光の入射時間を制御するように構成されている。そして、画素信号の読み出し開始時刻がずれても露光しないように蓄積時間の経過後にシャッタを閉じて、画面内での露光時間、露光開始時刻を合わせるように制御される。つまり、画素信号の読み出しは、シャッタを閉じた状態（遮光状態）のときに行われる。
【０００７】
また、フォトダイオードの一般的な特性として、光の入射／遮光状態によって飽和電荷量が異なり、光の入射時に対して遮光時は飽和電荷量が小さくなってしまうことが知られている。
【０００８】
以上のことから、メカシャッタ機構を用いてＣＭＯＳイメージセンサへの光の入射時間を制御する場合、光が入射状態で画素信号が読み出されたときの飽和電荷量と、遮光状態で画素信号が読み出されたときの飽和電荷量との差を考慮する必要がある。
【０００９】
しかしながら、上記非特許文献１については、上述した点について考慮されておらず、電荷の蓄積終了と同時にシャッタを閉じて画素信号の読み出しを行う点については開示されていない。
【００１０】
また、上記非特許文献１に記載された固体撮像装置に電荷の蓄積終了と同時にシャッタを閉じて画素信号の読み出しを行わせたとしても、フォトダイオードに蓄積された飽和電荷の一部が遮光状態になった際に損なわれてしまう。このため、読み出される画素信号の電荷量が入射状態と遮光状態とで異なってしまい、飽和前後で画素信号の連続性が失われてしまう。
【００１１】
そこで、光の入射状態と遮光状態における画素信号の読み出し方の差によらず、フォトダイオードに蓄積された電荷と溢れ出た電荷とを合わせて読み出す総電荷量を同じにし、画素信号の連続性を保つためには、その差異を考慮した制御が必要である。
【００１２】
本発明は、シャッタ機構により入射光を制御する場合でも、光電変換部に蓄積された飽和電荷を損ねることなく、ダイナミックレンジを拡大させた画素信号を読み出すことができる撮像装置および撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、電荷を蓄積するための浮遊拡散部と、前記光電変換部より溢れ出る電荷の一部を蓄積するための電荷保持部と、前記光電変換部により生成された電荷を前記浮遊拡散部に転送するための第一の転送スイッチ手段と、前記浮遊拡散部と前記電荷保持部との電荷の転送を行うための第二の転送スイッチ手段と、前記浮遊拡散部の電荷のリセットを行うリセット手段と、前記光電変換部を露光状態または遮光状態にする遮光手段と、前記リセット手段による前記浮遊拡散部の電荷のリセットが解除された直後に、前記遮光手段により遮光状態にし、前記光電変換部に蓄積された電荷を転送させるように、前記第一の転送スイッチ手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項３記載の撮像素子の駆動方法は、光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、電荷を蓄積するための浮遊拡散部と、前記光電変換部より溢れ出る電荷の一部を蓄積するための電荷保持部と、前記光電変換部により生成された電荷を前記浮遊拡散部に転送するための第一の転送スイッチ手段と、前記浮遊拡散部と前記電荷保持部との電荷の転送を行うための第二の転送スイッチ手段と、前記浮遊拡散部の電荷のリセットを行うリセット手段とを備える撮像素子の駆動方法であって、前記リセット手段による前記浮遊拡散部の電荷のリセットが解除された直後に、前記光電変換部を露光状態または遮光状態にする遮光手段により遮光状態にし、前記光電変換部に蓄積された電荷を転送させるように、前記第一の転送スイッチ手段を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光電変換部を露光状態または遮光状態にする遮光手段を備え、電荷蓄積するための浮遊拡散部の電荷のリセットが解除された直後に、遮光手段により遮光状態にし、光電変換部に蓄積された電荷を転送させるように制御する。これにより、光電変換部に蓄積された飽和電荷を損ねることなく、ダイナミックレンジを拡大させた画素信号を読み出すことができ、画素信号読み出し時の光の入射／遮光状態によらず、連続性を保った画像データが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、撮像装置５０は、レンズおよび絞りからなる光学系１と、先幕および後幕の走行時刻の差により撮像素子３への露光時間の制御を行うフォーカルプレーン式のメカニカルシャッタ（以下、「メカシャッタ」と略する）２とを備える。メカシャッタ２は、光の入射／遮光状態を切り替えるメカシャッタ機構である。
【００１９】
撮像素子３は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサから成る。撮像素子３は、上述した非特許文献と同様の画素部を有し、複数の該画素部が２次元配列された構成となっている。
【００２０】
また、撮像装置５０は、アナログ信号処理を行うＣＤＳ回路４と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５と、撮像素子３、ＣＤＳ回路４およびＡ／Ｄ変換器５を動作させる信号を発生するタイミング信号発生回路６とを備える。また、光学系１、メカシャッタ２および撮像素子３の駆動回路７と、撮影した画像データに必要な信号処理を行う信号処理回路８とを備える。
【００２１】
さらに、撮像装置５０は、信号処理された画像データを記憶する画像メモリ９と、撮像装置５０から取り外し可能な記録媒体１０と、信号処理された画像データを記録媒体１０に記録する記録回路１１とを備える。また、信号処理された画像データを表示する画像表示装置１２と、画像表示装置１２に画像を表示する表示回路１３と、撮像装置全体を制御するシステム制御部１４と、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）１５とを備える。ＲＯＭ１５には、システム制御部１４で実行される制御方法のプログラム、プログラムを実行する際に使用されるパラメータやテーブル等の制御データが記憶されている。
【００２２】
揮発性メモリ（ＲＡＭ）１６は、ＲＯＭ１５から転送されたプログラム、制御データおよび補正データを一時記憶し、システム制御部１４が撮像装置５０を制御する際に使用される。
【００２３】
次に、上述のように構成された撮像装置５０を用いてメカシャッタ２を使用した撮影動作について説明する。なお、撮影動作に先立ち、撮像装置５０の電源投入時等のシステム制御部１４の動作開始時に、ＲＯＭ１５から必要なプログラム、制御データ等がＲＡＭ１６に転送して記憶されているものとする。また、これらのプログラムや制御データは、システム制御部１４が撮像装置５０を制御する際に使用される。また、必要に応じて、追加のプログラムやデータがＲＯＭ１５からＲＡＭ１６に転送されたり、システム制御部１４が直接ＲＯＭ１５内のデータを読み出して使用されるものとする。
【００２４】
まず、システム制御部１４は、制御信号を駆動回路７に送信し、該駆動回路７により光学系１の絞りとレンズを駆動して、適切な明るさに設定された被写体像を撮像素子３上に結像させる。また、システム制御部１４は、制御信号を駆動回路７に送信し、必要な露光時間を確保すべく、撮像素子３の動作に合わせてメカシャッタ２（遮光手段）を駆動制御する。
【００２５】
撮像素子３は、システム制御部１４により制御されるタイミング信号発生回路６から発生した動作パルスに基づく駆動パルスで駆動され、被写体像を光電変換により電気信号に変換してアナログ画像信号として出力する。
【００２６】
撮像素子３から出力されたアナログ画像信号は、タイミング信号発生回路６が発生する動作パルスに応じてＣＤＳ回路４でクロック同期性ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル画像信号に変換される。次に、変換されたデジタル画像信号である画像データは、一旦画像メモリ９に記憶され、システム制御部１４により制御される信号処理回路８において、色変換、ホワイトバランス、およびガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等が行われる。
【００２７】
画像メモリ９は、信号処理中のデジタル画像信号を一時的に記憶したり、信号処理されたデジタル画像信号である画像データを記憶したりするために用いられる。
信号処理回路８で信号処理された画像データや画像メモリ９に記憶されている画像データは、記録回路１１により記録媒体１０への記録に適したデータ（例えば、階層構造を持つファイルシステムデータ）に変換される。そして、記録媒体１０に記録されたり、信号処理回路８で解像度変換処理を実施された後、表示回路１３において画像表示装置１２に適した信号（例えば、ＮＴＳＣ方式のアナログ信号等）に変換されて画像表示装置１２に表示されたりする。
【００２８】
信号処理回路８は、システム制御部１４から要求があった場合に、信号処理の過程で生じたデジタル画像信号や画像データの情報をシステム制御部１４に出力する。信号処理の過程で生じたデジタル画像信号や画像データの情報は、例えば、画像の空間周波数、指定領域の平均値、圧縮画像のデータ量等の情報、あるいは、それらから抽出された情報である。
【００２９】
記録回路１１は、システム制御部１４から要求があった場合に、記録媒体１０の種類や空き容量等の情報をシステム制御部１４に出力する。
【００３０】
次に、記録媒体１０に画像データが記録されている場合の再生動作について説明する。
【００３１】
記録回路１１は、システム制御部１４からの制御信号に応じて、記録媒体１０から画像データを読み出す。信号処理回路８は、システム制御部１４からの制御信号に応じて、画像データが圧縮画像であった場合には、画像伸長処理を行い、画像メモリ９に記憶する。画像メモリ９に記憶されている画像データは、信号処理回路８で解像度変換処理を実施された後、表示回路１３において画像表示装置１２に適した信号に変換されて画像表示装置１２に表示される。
【００３２】
図２は、撮像装置５０を構成する撮像素子３の主な回路構成を示す回路図である。
【００３３】
図２において、撮像素子３は、同一の画素部１００が２次元配列されている。なお、図示例には、撮像素子の画素部を簡略化すべく２行×２列のみを表している。
【００３４】
画素部１００を駆動するための各パルスΦＴＸ、ΦＲＥＳ、ΦＳＥＬ、ΦＴＣＳは、行毎にそれぞれ垂直走査回路１１２により走査選択される。例えば、ｎ行目であればΦＴＸ（ｎ）、ΦＲＥＳ（ｎ）、ΦＳＥＬ（ｎ）、ΦＴＣＳ（ｎ）が、ｎ＋１行目であればΦＴＸ（ｎ＋１）、ΦＲＥＳ（ｎ＋１）、ΦＳＥＬ（ｎ＋１）、ΦＴＣＳ（ｎ＋１）が選択される。なお、行の構成は同じであるため、以降、任意のｎ行をもとに説明を行う。
【００３５】
フォトダイオード１０１は、光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部である。転送スイッチ１０２は、フォトダイオード１０１で生成された電荷をフローティングディフュージョン１０４（浮遊拡散部）へ転送を行う転送スイッチ（第一の転送スイッチ手段）である。転送スイッチ１０２は、ｎ行目についてはΦＴＸ（ｎ）、ｎ＋１行目についてはΦＴＸ（ｎ＋１）と、行単位にて垂直走査回路１１２とゲートが接続され、駆動される。
【００３６】
リセットスイッチ１０３は、ゲートが垂直走査回路１１２のΦＲＥＳ（ｎ）と接続されており、フローティングディフュージョン１０４に蓄積された電荷のリセットを行う（リセット手段）。また、リセットスイッチ１０３は、転送スイッチ１０２を介してフォトダイオード、飽和電荷転送スイッチである飽和電荷転送トランジスタ１０７を介して付加容量１０８のリセットを行う。
【００３７】
フローティングディフュージョン１０４は電荷を蓄積しておく領域である。画素アンプ１０５は、ソースフォロアとして機能する画素アンプである。画素選択スイッチ１０６は、画素を選択するための画素選択スイッチで、垂直走査回路１１２とゲートが接続され、ΦＳＥＬ（ｎ）にて選択的に駆動される。飽和電荷転送トランジスタ１０７は、フローティングディフュージョン１０４と付加容量１０８との電荷の転送を行うための飽和電荷転送スイッチ（第二の転送スイッチ手段）である。飽和電荷転送トランジスタ１０７は、垂直走査回路１１２のΦＴＣＳ（ｎ）とゲートが接続され、選択的に駆動される。
【００３８】
付加容量１０８は、電荷蓄積時にフォトダイオード１０１から溢れ出た電荷を転送スイッチ１０２、フローティングディフュージョン１０４、および飽和電荷転送スイッチトランジスタを介して保持する電荷保持部である。
【００３９】
定電流源１０９は、列毎に設けられた画素アンプ１０５の負荷となる定電流源である。なお、画素選択スイッチ１０６がオンとなると、画素アンプ１０５とで構成されるソースフォロアが動作状態となり、信号電荷が電圧に変換され、信号出力線１１５上に発生する。この出力は読み出し回路１１３に保持および演算されて順次読み出されることになる。
【００４０】
信号選択スイッチ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは、読み出し回路１１３へ出力信号を選択する信号選択スイッチであり、水平走査回路１１４によって駆動される。なお、信号選択スイッチ１１０ａはΦＮ１、信号選択スイッチ１１０ｂはΦＮ２、信号選択スイッチ１１０ｃはΦＳ１、信号選択スイッチ１１０ｄはΦＳ２によってそれぞれ選択駆動される。
【００４１】
出力アンプ１１１は、画素信号である出力信号を撮像素子外部に出力するための出力アンプである。垂直走査回路１１２は、転送スイッチ１０２、リセットスイッチ１０３、画素選択スイッチ１０６、および飽和電荷転送トランジスタ１０７を、ΦＴＸ（ｎ）、ΦＲＥＳ（ｎ）、ΦＳＥＬ（ｎ）、ΦＴＣＳ（ｎ）にて選択的に駆動する。
【００４２】
読み出し回路１１３は、信号出力線１１５上に発生した出力信号を一時的に保持し、また保持された出力信号の演算を行う読み出し回路である。水平走査回路１１４は、読み出し回路上の列毎の出力となる画素出力を出力アンプへと順次出力を行う水平走査回路である。
【００４３】
次に、本実施形態における撮像素子３の動作について説明する。
【００４４】
図３は、撮像素子３の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。図４は、撮像素子３のポテンシャルを示す図であり、（ａ）〜（ｆ）は図３に示す時刻ｔ１〜ｔ１０の各タイミングにおけるポテンシャルを示す。なお、図４（ａ）〜図４（ｆ）において、ＰＤはフォトダイオード１０１のポテンシャル、ＦＤはフローティングディフュージョン１０４のポテンシャル、ＣＳは付加容量１０８のポテンシャルをそれぞれ表している。
【００４５】
図３において、まず、読み出し開始前においては、メカシャッタ２は閉じた状態、ΦＲＥＳ（ｎ）３００、ΦＴＸ（ｎ）３０１、およびΦＴＣＳ（ｎ）３０２はハイレベル、ΦＳＥＬ（ｎ）３００はローレベルにある。また、リセットスイッチ１０３、転送スイッチ１０２、および飽和電荷転送トランジスタ１０７はオンしている。これにより、フローティングディフュージョン１０４、フォトダイオード１０１、および付加容量１０８には電源電圧ＶＤＤが供給され、これらはリセットされている。また、飽和電荷転送トランジスタ１０７がオンされているため、フローティングディフュージョン１０４と付加容量１０８との電位障壁は、低く取り除かれた状態となっている。
【００４６】
次に、時刻ｔ１からｔ２において、ΦＲＥＳ（ｎ）３００、ΦＴＸ（ｎ）３０１をローレベルとしてリセットスイッチ１０３および転送スイッチ１０２をオフ、ΦＳＥＬ（ｎ）３０３をハイレベルとして画素選択スイッチ１０６をオンする。そして、信号出力線１１５をアクティブにする。その際、ΦＮ２をハイレベルとして信号選択スイッチ１１０ｂをオンし、フローティングディフュージョン１０４と付加容量１０８を合わせたリセット後のノイズを読み出す。なお、このとき読み出されたノイズをノイズＮ２とする。読み出されたノイズＮ２は、読み出し回路１１３にて一時保持される。このときのポテンシャルが図４（ａ）となる。
【００４７】
次に、時刻ｔ２よりメカシャッタ２を開け、フォトダイオード１０１へ光を入射させて電荷の蓄積を開始させる。このとき、フォトダイオード１０１が飽和まで達すると、溢れ出た電荷はフローティングディフュージョン１０４および付加容量１０８に流入して蓄積される。この飽和時におけるポテンシャルについては図４（ｂ）のようになる。
【００４８】
次に、時刻ｔ３からｔ４において、ΦＴＣＳ（ｎ）３０２をローレベルとして飽和電荷転送トランジスタ１０７をオフする。これにより、フォトダイオード１０１より溢れ出て蓄積されている電荷および先に蓄積されたノイズは、フローティングディフュージョン１０４および付加容量１０８に所定の比率で分配される。このとき、付加容量１０８に分配された画素信号分を画素信号Ｓ２、ノイズ分をノイズＮ２’とする。また、フォトダイオードＰＤには飽和までの電荷量の画素信号が蓄積されており、この画素信号を画素信号Ｓ１とする。また、ポテンシャルは図４（ｃ）となる。なお、メカシャッタ２は開放のままである。
【００４９】
次に、時刻ｔ４からｔ５において、ΦＲＥＳ（ｎ）３００をハイレベルとしてリセットスイッチ１０３をオンし、フローティングディフュージョン１０４をリセットする。続いて、時刻ｔ５からｔ６において、ΦＲＥＳ（ｎ）３００をローレベルとしてリセットスイッチ１０３をオフし、ΦＳＥＬ（ｎ）３００をハイレベルとして画素選択スイッチ１０６をオンし、信号出力線１１５をアクティブにする。その際、ΦＮ１＿３０５をハイレベルとして信号選択スイッチ１１０ａをオンし、フローティングディフュージョン１０４からリセット後のノイズが読み出される。なお、このときのノイズをノイズＮ１とする。また、ポテンシャルは図４（ｄ）となる。
【００５０】
次に、時刻ｔ６よりメカシャッタ２を閉じるとともに、時刻ｔ６からｔ７において、ΦＴＸ（ｎ）３０１をハイレベルとして転送スイッチ１０２をオンし、フォトダイオード１０１に蓄積されている電荷をフローティングディフュージョン１０４へ転送させる。このときのポテンシャルは図４（ｅ）のようになる。
【００５１】
図４（ｅ）に示すように、遮光状態となることでフォトダイオード１０１のポテンシャルが、光の入射状態時に対して変化し、電荷がフローティングディフュージョン１０４へと溢れ出てしまうことになる。しかしながら、既にノイズＮ１を読み出すためのフローティングディフュージョン１０４のリセット動作は終了しており、遮光状態により溢れ出た電荷についてはリセット動作によって消滅は起こらない。また、フローティングディフュージョン１０４への電荷の転送も同タイミングにて行われるため、フォトダイオード１０１に蓄積された飽和電荷は損なわれずに読み出されることになる。これにより、飽和前後で読み出される画素信号が、連続性が保たれたものとなる。
【００５２】
次に、時刻ｔ７からｔ８において、ΦＴＸ（ｎ）３０１をローレベルとして転送スイッチ１０２をオフ、ΦＳＥＬ（ｎ）３００をハイレベルとして画素選択スイッチ１０６をオンし、信号出力線１１５をアクティブにする。その際、ΦＳ１＿３０６をハイレベルとして信号選択スイッチ１１０ｃをオンし、フローティングディフュージョン１０４にて蓄積されているノイズＮ１と画素信号Ｓ１が合わさった信号を読み出す。
【００５３】
次に、時刻ｔ８からｔ９において、ΦＴＣＳ（ｎ）３０２をハイレベルとして飽和電荷転送トランジスタ１０７をオンする。これにより、フローティングディフュージョン１０４に蓄積されている画素信号Ｓ１、ノイズＮ１と付加容量１０８に蓄積されている画素信号Ｓ２、ノイズＮ２’を合わせた信号を読み出することになる。
【００５４】
次に、時刻ｔ９からΦＳ２＿３０７をハイレベルとして信号選択スイッチ１１０ｄをオンし、信号出力線１１５上の画素信号Ｓ１＋ノイズＮ１＋画素信号Ｓ２＋ノイズＮ２’の信号を読み出し、読み出し回路１１３にて一時保持する。このときのポテンシャルが図４（ｆ）となる。
【００５５】
以上の動作は、ｎ行につながっている全ての画素に対して同時並列に実行される。ここで読み出し回路１１３には、上記にて読み出されたｎ行につながっている全ての画素のノイズＮ２、ノイズＮ１、画素信号Ｓ１＋ノイズＮ１、画素信号Ｓ１＋ノイズＮ１＋画素信号Ｓ２＋ノイズＮ２’が保持されている。各画素間で減算処理を行わせることにより、リセット時に発生するＫＴＣノイズ等をキャンセルし、Ｓ／Ｎの高いノイズ成分が除去されたダイナミックレンジが拡大された信号が得られる。この信号を水平走査回路１１４によって、水平走査し、時系列的に、時刻ｔ９のタイミングで出力することにより、ｎ行目の各画素の出力が得られることとなる。
【００５６】
また、上記の同動作をＣＭＯＳイメージセンサであるフォトダイオード１０１が有する行数分行うことで全画素分の出力を読み出すことができ、画像データとして生成が可能となる。
【００５７】
上記実施形態によれば、遮光状態とするシャッタ閉の制御タイミングを、フォトダイオード１０１に蓄積された電荷の転送前に行われるフローティングディフュージョン１０４のリセット解除の直後に行うように、転送スイッチ１０２を制御する。これにより、フォトダイオード１０１に蓄積された本来の飽和電荷を損ねることなく、ダイナミックレンジを拡大させた画素信号を読み出すことができ、画素信号読み出し時の光の入射／遮光状態によらず、電荷の飽和前後で連続性を保った画像データが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】撮像装置を構成する撮像素子の主な回路構成を示す回路図である。
【図３】撮像素子の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】撮像素子のポテンシャルを示す図であり、（ａ）〜（ｆ）は図３に示す時刻ｔ１〜ｔ１０の各タイミングにおけるポテンシャルを示す。
【符号の説明】
【００５９】
５０  撮像装置
２  メカニカルシャッタ
３  撮像素子
１４  システム制御部
１５  ＲＯＭ
１６  ＲＡＭ
１０１  フォトダイオード
１０２  転送スイッチ
１０３  リセットスイッチ
１０４  フローティングディフュージョン
１０５  画素アンプ
１０６  画素選択スイッチ
１０７  飽和電荷転送トランジスタ
１０８  付加容量
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ  信号選択スイッチ
１１１  出力アンプ
１１２  垂直走査回路
１１３  読み出し回路
１１４  水平走査回路
１１５  信号出力線
【図１】
2009218691.tif 000003
【図２】
2009218691.tif 000004
【図３】
2009218691.tif 000005
【図４】
2009218691.tif 000006