JP2006093815A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＯＳセンサで電子シャッタ動作を実現する際に、ＦＤ蓄積時間を整えることで暗電流むらのない画像を得る。
【解決手段】電子シャッタ動作でＦＤ蓄積時間を整えるために、ＰＤ専用リセットをもうけ、ＦＤのリセットのタイミングとずらすことで、ＦＤリセットを読み出しに合わせて、ＦＤの蓄積時間を画面の上下で同じにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置およびシステムで、正確で高速なシャッタ動作と高品位な画像を実現するための固体撮像素子の構成、駆動方法に係る撮像装置に関する。

従来のＸＹアドレス型の走査方法を採る撮像素子を用いた電子シャッタ動作について説明する。

まず、画素毎に又はライン毎に画素に蓄積された不要電荷を除去する走査すなわちリセット走査を実行し、その後、一画素又はライン毎に、それぞれ所定の時間を経過してから信号電荷を読み出す走査を行う事で実現出来る事が知られている。このような電子シャッタを以下ローリング電子シャッタとよぶ。

図１、図３を用いて従来の撮像素子の構造と駆動方法について述べ、ローリング電子シャッタ動作を説明する。

図１はＸＹアドレス型の走査方法を採る撮像素子の構成を表したものである。１０１は単位画素である。１０２は光を電荷に変換するフォトダイオード（以下ＰＤと表す）である。１０３は転送パルスφＴＸによってＰＤで発生した電荷を後述するＦＤに転送する転送スイッチである。１０４は電荷を一時的に蓄積しておく領域（以下ＦＤと表す）であり、１０５はソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプである。１０６は選択パルスφＳＥＬによって画素を選択する選択スイッチであり、１０７はリセットパルスφＲＥＳによってＦＤに蓄積された電荷を除去するリセットスイッチである。ＦＤ１０４、増幅ＭＯＳアンプ１０５、及び後述する定電流源１０９でフローティングディフュージョンアンプが構成され、選択スイッチ１０６で選択された画素の信号電荷が電圧に変換され信号出力線１０８を経て読み出し回路１１３に出力される。１０９は増幅ＭＯＳアンプ１０５の負荷となる定電流源である。

１１０は読み出し回路１１３から出力信号を選択する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。また、１１２はスイッチ１０３、１０６、１０７を選択するための垂直走査回路である。

φＴＸ、φＲＥＳ、φＳＥＬそれぞれにおいて垂直走査回路１１２によって走査選択されたｎ番目の走査ラインをφＴＸｎ、φＲＥＳｎ、φＳＥＬｎとする。

図３はローリング電子シャッタ動作における駆動パルスと動作シーケンスを表したものである。なお図３では垂直走査回路１１２によって走査選択されたｎラインからｎ＋３ラインに関して記述している。

ローリング電子シャッタ動作では、ｎラインにおいて、まず時刻ｔ３１からｔ３２の間、φＲＥＳｎとφＴＸｎにパルスを印加され転送スイッチ１０３及びリセットスイッチ１０７をオンにし、ｎライン目のＰＤ１０２とＦＤ１０４に蓄積されている不用電荷を除去するリセット動作を行う。時刻ｔ３２で転送スイッチ１０３がオフになり、ＰＤに発生した光電荷が蓄積される蓄積動作が始まる。

次に時刻ｔ３４においてφＴＸｎにパルスを印加され転送スイッチ１０３をオンにし、ＰＤ１０２に蓄積された光電荷をＦＤ１０４に転送する転送動作を行う。なお、リセットスイッチ１０７は、転送動作に先んじてオフする必要があり、本図では、時刻ｔ３２で転送スイッチ１０３と同時にオフとなる。ここで、時刻ｔ３２から時刻ｔ３５までが蓄積時間となる。ｎライン目の転送動作終了後φＳＥＬｎにパルスが印加され選択スイッチ１０６がオンする事により、ＦＤ１０４で保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路１１３に出力される。読み出し回路１１３で一時的に保持された信号が水平走査回路１１２によって時刻ｔ３６より順次出力される。時刻ｔ３４の転送開始から時刻ｔ３７の読み出し終了までをＴ３ｒｅａｄとし、時刻ｔ３１から時刻ｔ３３までの時間をＴ３ｗａｉｔとする。他のラインにおいても同様に、転送開始から読み出し終了までの時間がＴ３ｒｅａｄとなり、あるラインのリセット開始から次のラインのリセット開始までの間の時間がＴ３ｗａｉｔとなる。

図３の上段のシーケンスよりローリング電子シャッタは画面の上部と下部で蓄積時刻が画面の走査に要した時間だけずれるという問題がある。これは、あるラインのリセットおよび転送走査から次のラインのリセットおよび転送走査の時間Ｔ３ｗａｉｔがＴ３ｒｅａｄ以上の時間を設定しないといけないためである。このＴ３ｗａｉｔ時間がＴ３ｒｅａｄ時間より短いと読み出し動作が完了していない画素の情報が次のラインの情報が読み出し回路に入り欠落してしまうためである。従って、高速に信号出力の読み出し走査ができないと、特に画素数が多い場合、このずれが大きくなってしまう。

また、特許文献1に記載されていているような、リセット動作および転送動作を一括で行うＭＯＳ型撮像素子も存在する。このような動作における各ラインのシーケンスを図４に示す。図４において、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２にすべてのラインのリセット動作が同時に行われる。時刻ｔ４３から時刻ｔ４４までの転送動作も同時に行われる。このような電子シャッタを以下一括電子シャッタとよぶ。一括電子シャッタを行うと蓄積時間は全ラインでｔ４２からｔ４４までとなり、蓄積時刻が画面の上下でずれない電子シャッタが得られる。

また、リセット動作および転送動作を高速で行うために、リセット動作と転送動作の高速化を図った図５で示すシーケンスを行うＭＯＳ型撮像素子も存在する。このシーケンスを図１と図５を用いて説明する。まず時刻ｔ５１からｔ５２までφＲＥＳｎとφＴＸｎにパルスを印加することによって、スイッチ１０７と１０３をオンにし、ｎライン目のＰＤ１０２とＦＤ１０４をリセットするリセット動作を行う。時刻ｔ５２よりｎライン目のＰＤに光電荷が発生する蓄積動作が始まりｔ５３に最終ラインまでのリセット動作が完了する。

時刻ｔ５４からｔ５５においてφＴＸｎにパルスを印加してスイッチ１０３をオンにし、ＰＤ１０２で溜まった光電荷をＦＤ１０４に転送する転送動作を行う。時刻ｔ５２から時刻ｔ５４までがｎライン目の蓄積時間となる。Ｎ＋１ライン目以降の転送動作についてはｔ５５以降の時刻に順次行われ、時刻ｔ５７ですべてのラインの転送が完了する。ここで、Ｎライン目の転送動作終了後、時刻ｔ５６にφＳＥＬｎにパルスが印加されスイッチ１０６がオンする事により、１０４で保持した電荷が１０５によって電圧に変換され、読み出し回路１１３に読み出される。読み出し回路１１３で一時的に保持された信号が水平走査回路１１２によって時刻１５より順次出力される。ｎ＋１ライン目の読み出しは時刻ｔ５８以降に行われる。

図５に示すシーケンスによって、あるラインの走査開始から次のラインの走査開始までの時間が読み出し時間に依存せず決定できるため、ローリング電子シャッタによる画像の歪みを低減することができる。このような電子シャッタをローリング転送電子シャッタとよぶ。
特開２００３−１７６７７号公報 特開平１０−１５５１００号公報

しかしながら、一括電子シャッタおよびローリング転送電子シャッタにおいて、蓄積部の蓄積時間は画素のリセット時と読み出し時の間の時間であるため、画面の上下で蓄積部の蓄積時間が異なってしまう。そのため、蓄積部で時間に比例して発生する暗電流の量が画面の上下で異なってしまい、画質の低下を招いてしまう。

そこで、本発明では一括電子シャッタおよびローリング転送電子シャッタを行ったときでも、蓄積時間の違いにより、画面の上下で暗電流量の差が出ない電子シャッタを行うことを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は（１）もしくは（２）の通り構成される。

（１）受光量に応じて光電荷を発生し蓄積する受光部と受光部の光電荷を一時的に蓄える蓄積部と有する撮像素子および、前記蓄積部の信号の初期化を行う第１の走査手段と、前記受光部の電荷蓄積開始走査を行う第２の走査手段と、受光部の光電荷を蓄積部に転送する事で前記撮像素子の蓄積終了走査を行う第３の走査手段と、前記蓄積部の信号を読み出す第４の走査手段を有する撮像装置において、第１の走査手段により前記蓄積部の初期化を行い、第２の走査手段により行または列を順次蓄積開始し、第３の走査手段により転送終了した行または列より順次、第４の走査手段により読み出しを行い、前記蓄積部の信号の初期化から前記読み出しまでの時間が行または列で同じであることを特徴とする撮像装置。

（１）の撮像装置において、前記第１の走査手段によって行われる蓄積部の初期化と前記第４の走査手段によって行われる読み出しで規定されるＦＤ蓄積時間に対し、前記第２の走査手段によって行われる受光部の電荷蓄積開始と前記第３の走査手段によって行われる蓄積終了で規定されるＰＤ蓄積時間が短いときには第１の走査手段から走査開始し、短いときには第２の走査手段から走査開始する事を特徴とする。

（１）の撮像装置において、前記ＦＤ蓄積時間と前記ＰＤ蓄積時間に関わらず、常に前記第１の走査手段から走査開始する事を特徴とする。

（２）受光量に応じて光電荷を発生し蓄積する受光部と受光部の光電荷を一時的に蓄える蓄積部と有する撮像素子および、前記蓄積部の信号の初期化を行う第１の走査手段と、前記受光部の電荷蓄積開始を行う第２の初期化手段と、受光部の光電荷を蓄積部に転送する事で前記撮像素子の蓄積終了を行う第３の転送手段と、前記蓄積部の信号を読み出す第４の走査手段を有する撮像装置において、第１の走査手段により前記蓄積部の初期化を行い、第２の初期化手段により蓄積開始し、第３の転送手段により転送を行い、転送終了後に第４の走査手段により読み出しを行い、前記蓄積部の信号の初期化から前記読み出しまでの時間が行または列で同じであることを特徴とする撮像装置。

（２）の撮像装置において、前記第１の走査手段によって行われる蓄積部の初期化と前記第４の走査手段によって行われる読み出しで規定されるＦＤ蓄積時間に対し、前記第２の初期化手段によって行われる受光部の電荷蓄積開始と前記第３の転送手段によって行われる蓄積終了で規定されるＰＤ蓄積時間が短いときには第１の走査手段から走査開始し、短いときには第２の初期化手段から動作開始する事を特徴とする撮像装置。

（２）の撮像装置において、前記ＦＤ蓄積時間と前記ＰＤ蓄積時間に関わらず、常に第１の走査手段から走査開始する事を特徴とする撮像装置。

電子シャッタ動作時においても、暗電流むらのない高画質を得る。

以下、本発明の実施形態１について図面を用いて説明する。

図６は撮像素子を示したものである。６０１は単位画素を表し、単位画素を図７に示す。７０１は光を電荷に変換するフォトダイオード（以下ＰＤと表す）である。７０３は電荷を一時的に蓄積しておく蓄積領域（以下ＦＤと表す）であり、７０２はＰＤで発生した電荷を転送パルスφＴＸによってＦＤに転送する転送スイッチである。７０４はリセットパルスφＲＥＳＰによってＰＤをリセットするリセットスイッチである。７０５は負荷容量である。７０６はソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプである。７０７はリセットパルスφＲＥＳＦによってＦＤをリセットするリセットスイッチである。７０８は選択パルスφＳＥＬによって画素を選択する選択スイッチであり、選択された画素の信号が信号出力線６０２にて読み出し回路６０３に転送される。読み出し回路６０３では転送された画素信号を保持する機能を持つ。６０４は負荷電流源である。６０５は読み出し回路で保持された出力信号を選択する選択スイッチであり、水平走査回路６０６によって順次選択される。また、６０７はスイッチ７０２、７０４、７０７、７０８を選択するための垂直走査回路である。水平走査回路６０７によって選択された画素信号は出力アンプ６０８で増幅され出力される。φＴＸ、φＲＥＳＰ、φＲＥＳＦ、φＳＥＬそれぞれにおいてｎ番目の走査ラインをφＴＸｎ、φＲＥＳＰｎ、φＲＥＳＦｎ、φＳＥＬｎとする。ここでは、簡単のため単位画素が行４×列４で構成された撮像素子を示しているが、画素数を行４×４に限ることではない。

図８は本発明の実施の形態１における駆動方法と動作シーケンスを示したものである。

時刻ｔ８０１からｔ８０２までφＲＥＳＦｎにパルスを印加することによって、スイッチ７０７をオンし、ＦＤ７０３をリセットするＦＤリセット動作を行う。時刻ｔ８０１よりｎライン目のＦＤリセットが始まりｔ８０９に最終ラインまでのＦＤリセット動作が完了する。時刻ｔ８０３からｔ８０４までφＲＥＳＰｎにパルスを印加することによって、スイッチ７０４をオンし、ＰＤ７０１をリセットするＰＤリセット動作を行う。時刻ｔ８０４よりｎライン目のＰＤに光電荷が発生する蓄積動作が始まりｔ８０５に最終ラインまでのＰＤリセット動作が完了する。

時刻ｔ８０６からｔ８０７においてφＴＸｎにパルスを印加してスイッチ７０２をオンにし、ＰＤ７０１で溜まった光電荷をＦＤ７０３に転送する転送動作を行う。時刻ｔ８０４から時刻ｔ８０６までがｎライン目の蓄積時間となる。Ｎ＋１ライン目以降の転送動作についてはｔ８０７以降の時刻に順次行われ、時刻ｔ８１０ですべてのラインの転送が完了する。

ここで、Ｎライン目の転送動作終了後、φＳＥＬｎにパルスが印加されスイッチ７０８がオンする事により、ＦＤ７０３で保持した電荷が７０６、６０４によって電圧に変換され、読み出し回路６０３に読み出される。読み出し回路６０３で一時的に保持された信号が水平走査回路６０６によって時刻ｔ８０８より順次出力される。ｎ＋１ライン目の読み出しは時刻ｔ８１１以降に行われる。時刻ｔ８０２からｔ８０８までの時間がＦＤ蓄積時間となる。

図８に示すシーケンスによって、ＦＤ蓄積時間が各行で同じになるので、蓄積時間の違いにより、画面の上下で暗電流量の差が出ず、上下でむらのない画像が得られる。ＦＤリセット開始時刻とＰＤリセット開始時刻はＦＤの蓄積時間とＰＤの蓄積時間によって前後が入れ替わる。また、ＦＤリセット時刻は全てのラインにおいて、ＦＤリセット終了がＰＤの電荷がＦＤに転送される転送時刻より前の時刻を満たす範囲で選択する事が可能である。

図２に基づいて、上記で説明した実施の撮像素子の駆動方法を撮像装置であるデジタルカメラに適用した場合の一実施例について詳述する。

図２において、２０１は被写体の光学像を撮像素子２０５に結像させるレンズ部で、レンズ駆動装置２０２によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などがおこなわれる。２０３はシャッタでいわゆる一眼レフカメラに使用されるフォーカルプレーン型のシャッタの後幕に相当するシャッタ幕を有するシャッタ手段であり、シャッタ駆動手段２０４によって制御される。２０５はレンズ部２０１で結像された被写体を画像信号として取り込むための撮像素子、２０６は固体撮像素子２０５より出力される画像信号の増幅や、アナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換、Ａ／Ｄ変換後の画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する撮像信号処理回路である。２０７は固体撮像素子２０５、撮像信号処理回路２０６に、各種タイミング信号を出力する駆動手段であるタイミング発生回路、２０９は各種演算と撮像装置全体を制御する制御回路、２０８は画像データを一時的に記憶する為のメモリ、２１０は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース、２１１は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、２１２は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェースである。

次に、前述の構成における撮影時のデジタルカメラの動作について説明する。

メイン電源がオンされると、コントロール系の電源がオンし、更に撮像信号処理回路２０６などの撮像系回路の電源がオンされる。

それから、図示しないレリーズボタンが押されると、露光量を制御する為に、制御回路２０９は測光装置２１３で測光を行って明るさを判断し、その結果に応じてレンズ駆動装置は光学系の絞りを制御する。

次に、測距装置２１４から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を制御回路２０９で行う。その後、レンズ駆動装置２０２によりレンズ部を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ部を駆動し測距を行う。

そして、合焦が確認された後に撮影動作が開始する。

撮影動作のシーケンスを図１０、図１１、図１２に基づいて説明する。ＰＤの蓄積時間が読み出し時間に対して短いときには図１０で示すように、まずＦＤのリセットが行われる。ＦＤリセット走査が開始されると、ＦＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＦＤリセット走査開始後、ＰＤリセット走査開始が行われる。ＰＤリセット走査が開始されると、ＰＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＰＤリセット開始後一定の蓄積時間ＴＰＤ後に電荷転送走査開始が行われる。電荷転送走査が行われると電荷の転送動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＦＤリセット走査開始時刻はＦＤリセット終了時刻が電荷転送走査終了時刻より前になるように規定される。ＦＤ蓄積時間はＴＦＤとなる。

電荷転送走査開始後に読み出し走査開始が行われるが、読み出し動作中に撮像素子が露光するのを防ぐために電荷転送動作開始後にメカニカルなシャッタを走査する。このメカニカルシャッタは蓄積時間を規定するために設けられるのではなく、蓄積時間は撮像素子で規定されるため、通常の一眼レフカメラタイプのいわゆる先幕と後幕の２枚羽根タイプのものでもよいが、後幕のみの１枚羽根タイプのものでもよい。１枚羽根タイプのものでは、従来の２枚羽根タイプのフォーカルプレーンシャッタに比べてシャッタユニットの厚さを薄くすることが可能となり、スペース的に有利となる。

さらに、メカニカルシャッタは撮像素子上を走査するときに、その走査時間にばらつきがあるのでメカニカルシャッタの走査時間と撮像素子の電荷転送の走査時間をほぼ同じにすることで、この差はより低減できる。読み出し動作が終了したところで、撮影動作終了となる。

ＰＤの蓄積時間がＦＤの蓄積時間に対して長いときには図１１で示すように、まずＰＤのリセットが行われる。ＰＤリセット走査が開始されると、ＰＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＰＤリセット走査開始後、ＦＤリセット走査開始が行われる。ＦＤリセット走査が開始されると、ＦＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＰＤリセット開始後一定の蓄積時間ＴＰＤ後に電荷転送走査開始が行われる。電荷転送走査が行われると電荷の転送動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＦＤリセット走査開始時刻はＦＤリセット終了時刻が電荷転送走査終了時刻より前になるように規定される。ＦＤ蓄積時間はＴＦＤとなる。電荷転送走査開始後に読み出し走査開始が行われるが、読み出し動作中に撮像素子が露光するのを防ぐために電荷転送動作開始後にメカニカルなシャッタを走査する。前述したようにメカニカルなシャッタは蓄積時間を規定するものではない。読み出し動作が終了したところで、撮影動作終了となる。

次に、ＰＤの蓄積時間とＦＤの蓄積時間に依存せず常にＦＤのリセットから開始されるときには図１２で示すように、まずＦＤのリセットが行われる。ＦＤリセット走査が開始されると、ＦＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＦＤリセット走査開始後、ＰＤリセット走査開始が行われる。ＰＤリセット走査が開始されると、ＰＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＰＤリセット開始後一定の蓄積時間ＴＰＤ後に電荷転送走査開始が行われる。電荷転送走査が行われると電荷の転送動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＦＤリセット走査開始時刻はＦＤリセット走査終了時刻がＰＤリセット走査終了時刻より前になるように規定される。

すなわちＦＤリセット走査開始からＰＤリセット走査開始までの時間ＴＰＦは一定となる。ＦＤ蓄積時間はＴＦＤとなる。電荷転送走査開始後に読み出し走査開始が行われるが、読み出し動作中に撮像素子が露光するのを防ぐために電荷転送動作開始後にメカニカルなシャッタを走査する。前述したようにメカニカルなシャッタは蓄積時間を規定するものではない。読み出し動作が終了したところで、撮影動作終了となる。

撮影動作が終了すると、固体撮像素子２０５から出力された画像信号は撮像信号処理回路２０６で増幅、Ａ／Ｄ変換などの処理をされ、制御回路２０９によりメモリに書き込まれる。

その後、メモリ２０８に蓄積されたデータは、制御回路２０９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１０を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体２１１に記録される。

また、外部Ｉ／Ｆ部２１３を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。

以下、本発明の実施形態２について図面を用いて説明する。

図６は撮像素子を示したものである。６０１は単位画素を表し、単位画素を図７に示す。７０１は光を電荷に変換するフォトダイオード（以下ＰＤと表す）である。７０３は電荷を一時的に蓄積しておく蓄積領域（以下ＦＤと表す）であり、７０２はＰＤで発生した電荷を転送パルスφＴＸによってＦＤに転送する転送スイッチである。７０４はリセットパルスφＲＥＳＰによってＰＤをリセットするリセットスイッチである。７０５は負荷容量である。７０６はソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプである。７０７はリセットパルスφＲＥＳＦによってＦＤをリセットするリセットスイッチである。７０８は選択パルスφＳＥＬによって画素を選択する選択スイッチであり、選択された画素の信号が信号出力線６０２にて読み出し回路６０３に転送される。読み出し回路６０３では転送された画素信号を保持する機能を持つ。６０４は負荷電流源である。６０５は読み出し回路で保持された出力信号を選択する選択スイッチであり、水平走査回路６０６によって順次選択される。また、６０７はスイッチ７０２、７０４、７０７、７０８を選択するための垂直走査回路である。水平走査回路６０７によって選択された画素信号は出力アンプ６０８で増幅され出力される。φＴＸ、φＲＥＳＰ、φＲＥＳＦ、φＳＥＬそれぞれにおいてｎ番目の走査ラインをφＴＸｎ、φＲＥＳＰｎ、φＲＥＳＦｎ、φＳＥＬｎとする。ここでは、簡単のため単位画素が行４×列４で構成された撮像素子を示しているが、画素数を行４×４に限ることではない。

図９は本発明の実施の形態２における駆動方法と動作シーケンスを示したものである。

時刻ｔ９０１からｔ９０２までφＲＥＳＦｎにパルスを印加することによって、スイッチ７０７をオンし、ＦＤ７０３をリセットするＦＤリセット動作を行う。時刻ｔ９０１よりｎライン目のＦＤリセットが始まりｔ９０５までに最終ラインまでのＦＤリセット動作が完了する。時刻ｔ９０３からｔ９０４まですべての行のφＲＥＳＰにパルスを印加することによって、スイッチ７０４をオンし、ＰＤ７０１を一括でリセットするＰＤリセット動作を行う。時刻ｔ９０４よりすべての画素のＰＤに光電荷が発生する蓄積動作が始まる。

時刻ｔ９０５からｔ９０６においてφＴＸにパルスを印加してスイッチ７０２をオンにし、ＰＤ７０１で溜まった光電荷をＦＤ７０３に一括で転送する転送動作を行う。時刻ｔ９０４から時刻ｔ９０５までがＰＤ蓄積時間となる。時刻ｔ９０６以降にφＳＥＬｎにパルスが印加されスイッチ７０８がオンする事により、７０３で保持した電荷が７０６、６０４によって電圧に変換され、読み出し回路６０３に読み出される。読み出し回路６０３で一時的に保持された信号が水平走査回路６０６によって時刻ｔ９０７より順次出力される。ｎ＋１ライン目の読み出しは時刻ｔ９０８以降に行われ、時刻ｔ９０９で読み出し動作が終了する。時刻ｔ９０１からｔ９０６までの時間がＦＤ蓄積時間となる。

図９に示すシーケンスによって、ＦＤ蓄積時間が各行で同じになるので、蓄積時間の違いにより、画面の上下で暗電流量の差が出ず、上下でむらのない画像が得られる。ＦＤリセット開始時刻とＰＤリセット開始時刻はＦＤの蓄積時間とＰＤの蓄積時間によって前後が入れ替わる。また、ＦＤリセット時刻は全てのラインにおいて、ＦＤリセット終了がＰＤの電荷がＦＤに転送される転送時刻より前の時刻を満たす範囲で選択する事が可能である。

図２に基づいて、上記で説明した実施の撮像素子の駆動方法を撮像装置であるデジタルカメラに適用した場合の一実施例について詳述する。

図２において、２０１は被写体の光学像を撮像素子２０５に結像させるレンズ部で、レンズ駆動装置２０２によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などがおこなわれる。２０３はシャッタでいわゆる一眼レフカメラに使用されるフォーカルプレーン型のシャッタの後幕に相当するシャッタ幕を有するシャッタ手段であり、シャッタ駆動装置２０４によって制御される。２０５はレンズ部２０１で結像された被写体を画像信号として取り込むための撮像素子、２０６は固体撮像素子２０５より出力される画像信号の増幅や、アナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換、Ａ／Ｄ変換後の画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する撮像信号処理回路である。２０７は固体撮像素子２０５、撮像信号処理回路２０６に、各種タイミング信号を出力する駆動手段であるタイミング発生回路、２０９は各種演算と撮像装置全体を制御する制御回路、２０８は画像データを一時的に記憶する為のメモリ、２１０は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース、２１１は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、２１２は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェースである。

次に、前述の構成における撮影時のデジタルカメラの動作について説明する。

メイン電源がオンされると、コントロール系の電源がオンし、更に撮像信号処理回路２０６などの撮像系回路の電源がオンされる。

それから、図示しないレリーズボタンが押されると、露光量を制御する為に、制御回路２０９は測光装置２１３で測光を行って明るさを判断し、その結果に応じてレンズ駆動装置は光学系の絞りを制御する。

次に、測距装置２１４から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を制御回路２０９で行う。その後、レンズ駆動装置２０２によりレンズ部を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ部を駆動し測距を行う。

そして、合焦が確認された後に撮影動作が開始する。

撮影動作のシーケンスを図１３、図１４、図１５に基づいて説明する。ＰＤの蓄積時間がＦＤの蓄積時間に対して短いときには図１３で示すように、まずＦＤのリセット走査が行われる。ＦＤリセット走査が開始されると、ＦＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＦＤリセット走査開始後、ＰＤリセットが行われる。ＰＤリセット後、一定の蓄積時間ＴＰＤ後に電荷転送動作が行われる。ＦＤリセット走査開始時刻はＦＤリセット終了時刻が電荷転送動作の時刻より前になるように規定される。ＦＤ蓄積時間はＴＦＤとなる。読み出し動作が終了したところで、撮影動作終了となる。

ＰＤの蓄積時間がＦＤの蓄積時間に対して長いときには図１４で示すように、まずＰＤリセットが行われる。ＰＤリセット後、ＦＤのリセット走査が行われる。ＦＤリセット走査が開始されると、ＦＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＰＤリセット後、一定の蓄積時間ＴＰＤ後に電荷転送動作が行われる。ＦＤリセット走査開始時刻はＦＤリセット終了時刻が電荷転送動作の時刻より前になるように規定される。ＦＤ蓄積時間はＴＦＤとなる。読み出し動作が終了したところで、撮影動作終了となる。

次に、ＰＤの蓄積時間とＦＤの蓄積時間に依存せず常にＦＤのリセットから開始されるときは図１５で示すように、まずＦＤのリセット走査が行われる。ＦＤリセット走査が開始されると、ＦＤリセット動作が撮像素子のライン方向に順次行われる。ＦＤリセット走査開始後、ＰＤリセットが行われる。ＰＤリセット後、一定の蓄積時間ＴＰＤ後に電荷転送動作が行われる。ＦＤリセット走査開始時刻はＦＤリセット終了時刻がＰＤリセット動作の時刻より前になるように規定される。すなわちＦＤリセット走査開始からＰＤリセットまでの時間ＴＰＦは一定となる。ＦＤ蓄積時間はＴＦＤとなる。読み出し動作が終了したところで、撮影動作終了となる。

撮影動作が終了すると、固体撮像素子２０５から出力された画像信号は撮像信号処理回路２０６で増幅、Ａ／Ｄ変換などの処理をされ、制御回路２０９によりメモリに書き込まれる。

その後、メモリ２０８に蓄積されたデータは、制御回路２０９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１０を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体２１１に記録される。

また、外部Ｉ／Ｆ部２１３を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。

従来の撮像装置に用いられる撮像素子の構成を表した図 本発明の実施の形態１，２の撮像装置のブロック図 従来の駆動方法のタイミングチャート 従来の駆動方法のタイミングチャート 従来の駆動方法のタイミングチャート 本発明の実施の形態１，２の撮像装置に用いられる撮像素子を示す図 本発明の実施の形態１，２の撮像装置に用いられる撮像素子の単位画素を示す図 本発明の実施の形態１の駆動方法のタイミングチャート 本発明の実施の形態２の駆動方法のタイミングチャート 本発明の実施の形態１の撮影動作のタイミングチャート 本発明の実施の形態１の撮影動作のタイミングチャート 本発明の実施の形態１の撮影動作のタイミングチャート 本発明の実施の形態２の撮影動作のタイミングチャート 本発明の実施の形態２の撮影動作のタイミングチャート 本発明の実施の形態２の撮影動作のタイミングチャート

符号の説明

１０１ 単位画素
１０２ フォトダイオード
１０３ 転送スイッチ
１０４ 蓄積領域
１０５ 増幅ＭＯＳアンプ
１０６ 選択スイッチ
１０７ リセットスイッチ
１０８ 信号出力線
１０９ 定電流源
１１０ 水平選択スイッチ
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
２０１ レンズ部
２０２ レンズ駆動装置
２０３ シャッタ
２０４ シャッタ駆動装置
２０５ 撮像素子
２０６ 撮像信号処理回路
２０７ タイミング発生部
２０８ メモリ部
２０９ 全体制御・演算部（制御回路）
２１０ 記録媒体制御Ｉ／Ｆ部
２１１ 記録媒体
２１２ 外部Ｉ／Ｆ部
２１３ 測光装置
２１４ 測距装置
６０１ 単位画素
６０２ 信号出力線
６０３ 読み出し回路
６０４ 負荷電流源
６０５ 水平選択スイッチ
６０６ 水平走査回路
６０７ 垂直走査回路
６０８ 出力アンプ
７０１ フォトダイオード
７０２ 転送スイッチ
７０３ 蓄積領域
７０４ ＰＤリセットスイッチ
７０５ 負荷容量
７０６ 増幅ＭＯＳアンプ
７０７ ＦＤリセットスイッチ
７０８ 垂直選択スイッチ

Claims (6)

1. 受光量に応じて光電荷を発生し蓄積する受光部と受光部の光電荷を一時的に蓄える蓄積部とを有する撮像素子および、前記蓄積部の信号の初期化を行う第１の走査手段と、前記受光部の電荷蓄積開始走査を行う第２の走査手段と、受光部の光電荷を蓄積部に転送する事で前記撮像素子の蓄積終了走査を行う第３の走査手段と、前記蓄積部の信号を読み出す第４の走査手段を有する撮像装置において、
   第１の走査手段により前記蓄積部の初期化を行い、第２の走査手段により行または列を順次蓄積開始し、第３の走査手段により転送終了した行または列より順次、第４の走査手段により読み出しを行い、前記蓄積部の信号の初期化から前記読み出しまでの時間が行または列で同じであることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置において、前記第１の走査手段によって行われる蓄積部の初期化と前記第４の走査手段によって行われる読み出しで規定されるＦＤ蓄積時間に対し、前記第２の走査手段によって行われる受光部の電荷蓄積開始と前記第３の走査手段によって行われる蓄積終了で規定されるＰＤ蓄積時間が短いときには第１の走査手段から走査開始し、短いときには第２の走査手段から走査開始する事を特徴とする撮像装置。
3. 請求項１記載の撮像装置において、前記ＦＤ蓄積時間と前記ＰＤ蓄積時間に関わらず、常に前記第１の走査手段から走査開始する事を特徴とする撮像装置。
4. 受光量に応じて光電荷を発生し蓄積する受光部と受光部の光電荷を一時的に蓄える蓄積部とを有する撮像素子および、前記蓄積部の信号の初期化を行う第１の走査手段と、前記受光部の電荷蓄積開始を行う第２の初期化手段と、受光部の光電荷を蓄積部に転送する事で前記撮像素子の蓄積終了を行う第３の転送手段と、前記蓄積部の信号を読み出す第４の走査手段を有する撮像装置において、
   第１の走査手段により前記蓄積部の初期化を行い、第２の初期化手段により蓄積開始し、第３の転送手段により転送を行い、転送終了後に第４の走査手段により読み出しを行い、前記蓄積部の信号の初期化から前記読み出しまでの時間が行または列で同じであることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項４記載の撮像装置において、前記第１の走査手段によって行われる蓄積部の初期化と前記第４の走査手段によって行われる読み出しで規定されるＦＤ蓄積時間に対し、前記第２の初期化手段によって行われる受光部の電荷蓄積開始と前記第３の転送手段によって行われる蓄積終了で規定されるＰＤ蓄積時間が短いときには第１の走査手段から走査開始し、短いときには第２の初期化手段から動作開始する事を特徴とする撮像装置。
6. 請求項４記載の撮像装置において、前記ＦＤ蓄積時間と前記ＰＤ蓄積時間に関わらず、常に第１の走査手段から走査開始する事を特徴とする撮像装置。