CN102891970B - 能够改变摄像装置的操作条件的摄像设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摄像设备及其控制方法。摄像设备能够确保适用于图像拍摄条件的动态范围并且能够减少噪声。摄像设备包括摄像装置，摄像装置具有浮动扩散单元，浮动扩散单元与像素相对应地设置并且用于将在像素中累积的电荷转换成电压信号，其中，从像素放大器输出电压信号作为像素信号。此时，根据图像拍摄条件，顺次接通与浮动扩散单元相对应的连接开关的至少一部分或者断开所有连接开关，从而将连接开关连接至连接线或者从连接线断开，以改变连接至像素放大器的电容成分。这有助于动态范围扩大或噪声减少。

Description

能够改变摄像装置的操作条件的摄像设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及能够根据图像拍摄条件来改变摄像装置的操作条件的诸如数字照相机等的摄像设备及其控制方法。

背景技术

一些摄像设备被配置为在根据图像拍摄条件而变化的操作条件下操作诸如CMOS传感器等的摄像装置。例如，存在随着图像拍摄感光度的增大使摄像装置的像素放大器的增益增大的摄像设备。为此，将用于累积像素中所生成的电荷的浮动扩散单元(以下各自称为FD)分别配置为具有小的电容。然而，随着FD电容的减小，可以被传送的电荷量减小，结果，所谓的动态范围变窄。

为了避免这个问题，已知通过使用例如连接至FD的MOS晶体管来改变FD电容以改变在FD中能够保持的电荷量、从而扩大动态范围的摄像设备(参见日本特开2000-165754)。

应当注意，随着FD电容的增大，不仅动态范围增大，噪声也增大。另一方面，如前所述，动态范围随着FD电容的减小而变窄。

根据日本特开2000-165754所公开的摄像设备，可以扩大动态范围，然而，难以同时减少噪声并扩大动态范围。在例如将同一列的像素数据相加的情况下，难以同时实现动态范围扩大和噪声减少。

发明内容

本发明提供能够确保与图像拍摄条件相适合的动态范围并且能够减少噪声的摄像设备及其控制方法。

根据本发明的一个方面，提供一种摄像设备，包括：摄像装置，包括二维配置的多个像素、多个浮动扩散单元和开关单元，其中，所述多个浮动扩散单元分别与所述多个像素相对应地设置并且用于将在所述多个像素中所分别生成的电荷转换成电压信号，所述开关单元具有连接线，其中，所述多个浮动扩散单元中相对应的至少一个浮动扩散单元能够选择性地连接至各所述连接线或者从各所述连接线断开；以及控制单元，用于以以下方式控制所述开关单元：使所述多个浮动扩散单元中的至少一部分顺次连接至所述连接线，或者使所述多个浮动扩散单元都不连接至所述连接线。

根据本发明的其它方面，一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备具有摄像装置，所述摄像装置包括二维配置的多个像素、多个浮动扩散单元和开关单元，其中，所述多个浮动扩散单元分别与所述多个像素相对应地设置并且用于将在所述多个像素中所分别生成的电荷转换成电压信号，所述开关单元具有连接线，其中，所述多个浮动扩散单元中相对应的至少一个浮动扩散单元能够选择性地连接至各所述连接线或者从各所述连接线断开，所述控制方法包括：控制步骤，用于以以下方式控制所述开关单元：使所述多个浮动扩散单元中的至少一部分顺次连接至所述连接线，或者使所述多个浮动扩散单元都不连接至所述连接线。

利用本发明，可以与图像拍摄条件无关地确保动态范围，并且可以减少噪声。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的摄像设备的例子的框图；

图2A和2B是示出摄像设备的摄像装置的示例电路结构的图；

图3A是示出摄像设备的操作单元的示例结构的框图；

图3B是示出在摄像设备的显示单元上所显示的运动图像拍摄模式选择画面的例子的图；

图4是示出摄像设备的图像拍摄操作的流程图；

图5A和5B是示出低ISO静止图像拍摄中的摄像装置的操作定时的时序图；

图6A和6B是示出高ISO静止图像拍摄中的摄像装置的操作定时的时序图；

图7A和7B是示出高图像质量模式下的运动图像拍摄中的摄像装置的操作定时的时序图；

图8A和8B是示出高速模式下的低ISO运动图像拍摄中的摄像装置的操作定时的时序图；

图9A和9B是示出高速模式下的高ISO运动图像拍摄中的摄像装置的操作定时的时序图；

图10是示出根据本发明第二实施例的摄像设备的摄像装置的各列放大器的结构的图；

图11是示出静止图像拍摄中的图像拍摄感光度和列放大器的增益之间的关系的图；

图12是示出高图像质量模式下的运动图像拍摄中的图像拍摄感光度和列放大器的增益之间的关系的图；

图13是示出高速模式下的运动图像拍摄中的图像拍摄感光度和列放大器的增益之间的关系的图；以及

图14是示出作为彩色摄像设备的摄像设备中所设置的具有原色拜耳模式的颜色滤波器的一部分的图。

具体实施方式

以下将参考示出本发明的优选实施例的附图详细说明本发明。

第一实施例

图1在框图中示出根据本发明第一实施例的摄像设备的例子。

在图1中，作为数字照相机的摄像设备100例如具有静止图像拍摄功能和运动图像拍摄功能。摄像设备100包括用于整体控制摄像设备100的CPU104，并且包括形成有穿过摄像镜头(未示出)的光学图像的摄像装置101。摄像装置101将其上所形成的光学图像转换成一系列电信号(模拟像素信号)。

在模拟前端(以下称为AFE)103中对从摄像装置101输出的模拟像素信号进行增益调整，然后由AFE103将模拟像素信号转换成具有预定量化位数的数字信号(图像数据)。在CPU104的控制下，时序发生器(TG)102控制摄像装置101的操作定时和AFE103的操作定时。

RAM108是用于存储从AFE103输出的图像数据和由图像处理单元109处理后的图像数据的图像存储器。RAM108还用作CPU104的工作存储器。应该注意，在本示例中，RAM108用作图像存储器和工作存储器，但是可以使用存取速度没有问题的任意其它存储器来代替RAM108。

ROM106存储在CPU104上运行的程序。在本示例中，闪速ROM用作ROM106，但是可以使用存取速度没有问题的任意其它存储器来代替闪速ROM。

图像处理单元109进行静止图像和运动图像的校正和压缩并且进行其它处理。接口单元(I/F)110提供与外部记录单元113的接口。

外部记录单元113包括I/F114、记录介质115和连接器116。记录介质115是非易失性存储器或硬盘等，并且存储图像数据等。外部记录单元113经由连接器116和摄像设备100的连接器112连接至I/F110。附图标记111表示连接CPU104等的总线。

在该示例中，记录介质115设置在外部记录单元113中，外部记录单元113经由连接器112、116可拆卸地安装至摄像设备100。可选地，诸如非易失性存储器或硬盘等的记录介质可以包括在摄像设备100中。

操作单元105由用户用来对摄像设备100给出图像拍摄指示以及设置图像拍摄条件等。显示单元107在CPU104的控制下根据图像数据来显示静止图像或运动图像，并且显示菜单等。

图2A和2B示出摄像装置101的示例电路结构。

参考图2A和2B，摄像装置101具有以二维矩阵配置有多个像素的有效图像区域。

应当注意，在彩色图像摄像设备的情况下，光在入射至摄像装置101之前穿过颜色滤波器。例如，颜色滤波器具有原色拜耳模式。在图14中部分示出的原色拜耳模式的颜色滤波器包括在数量上与摄像装置101的像素相对应的滤波器单元，各滤波器单元包括R(红色)滤波器、B(蓝色)滤波器和两个G(绿色)滤波器。利用已知的方法，可以根据从各像素输出的像素信号来生成与R、B和G滤波器相对应的各颜色的像素信号。在图14中与由同一标记(例如G11)所表示的滤波器相对应的像素可以相互连接，以使得例如可以将同一列中相同颜色的三个像素信号相加在一起。以下将以对各颜色不相互区分的方式来简化说明。

在图2A和2B中，为了简化说明，仅示出摄像装置101中6行和2列的像素。在摄像装置101的有效图像区域中，像素20a~20f配置在第m列的第n~(n+5)行中，并且构成第m像素列的一部分。像素20g~20l配置在第(m+1)列的第n~(n+5)行中，并且构成第(m+1)像素列的一部分。像素20g~20l各自包括光电二极管(以下称为PD)1和传送开关2。

将传送控制信号PTX(n)从垂直扫描电路35供给至第n行的像素20a、20g的传送开关2各自的栅极，并且将传送控制信号PTX(n+1)从垂直扫描电路35供给至第(n+1)行的像素20b、20h的传送开关2各自的栅极。同样，将传送控制信号PTX(n+2)、PTX(n+3)、PTX(n+4)和PTX(n+5)从垂直扫描电路35分别供给至像素20c、20i，20d、20j，20e、20k和20f、20l的传送开关2的栅极。

在摄像装置101的有效图像区域中，设置分别连接至像素20a~20l的信号传送单元21a~21l。各信号传送单元21a~21l包括复位开关3、行选择开关6、像素放大器7和浮动扩散单元(以下称为FD)9，浮动扩散单元9将光电二极管1中所生成的电荷转换成电压信号。

在第n行的信号传送单元21a、21g中，将复位控制信号PRES(n)从垂直扫描电路35供给至复位开关3各自的栅极，并且将选择控制信号PSEL(n)从垂直扫描电路35供给至行选择开关6各自的栅极。在第(n+1)行的信号传送单元21b、21h中，将复位控制信号PRES(n+1)从垂直扫描电路35供给至复位开关3各自的栅极，并且将选择控制信号PSEL(n+1)从垂直扫描电路35供给至行选择开关6各自的栅极。同样，在第(n+2)~(n+5)行的信号传送单元21c、21i，21d、21j，21e、21k和21f、21l中，将复位控制信号PRES(n+2)~PRES(n+5)供给至复位开关3的栅极，并且将选择控制信号PSEL(n+2)~PSEL(n+5)供给至行选择开关6的栅极。

摄像装置101还包括与第m和(m+1)像素列分别邻接配置的在列方向上延伸的垂直输出线36a、36b。垂直输出线36a与信号传送单元21a~21f连接，并且垂直输出线36b与信号传送单元21g~21l连接。

垂直输出线36a具有与恒流源22a连接的一端和与列放大器(放大单元)23a连接的另一端。列放大器23a经由传送栅极24a、25a连接至保持电容(保持存储器)26a、27a，其中，根据从垂直扫描电路35供给的栅极控制信号PTS、PTN分别控制传送栅极24a、25a以使其接通和断开。经由输出传送开关28a、29a将保持电容26a、27a分别连接至水平输出线30a、31a，其中，输出传送开关28a、29a由从水平扫描电路34a供给的水平控制信号PH(m)来驱动。

水平输出线30a、31a与读出放大器32a连接。读出放大器32a通过将来自水平输出线30a、31a的输出之间的差乘以预定增益来获得模拟输出信号，并且从其输出端子33a(以下有时称为摄像装置101的输出端子)输出由此获得的信号。

垂直输出线36b具有与列放大器(放大单元)23b连接的一端和与恒流源22b连接的另一端。列放大器23b经由传送栅极24b、25b连接至保持电容(保持存储器)26b、27b，其中，根据从垂直扫描电路35供给的栅极控制信号PTS、PTN分别控制传送栅极24b、25b以使其接通和断开。经由输出传送开关28b、29b将保持电容26b、27b分别连接至水平输出线30b、31b，其中，输出传送开关28b、29b由从水平扫描电路34b供给的水平控制信号PH(m+1)来驱动。

水平输出线30b、31b与读出放大器32b连接。读出放大器32b通过将来自水平输出线30b、31b的输出之间的差乘以预定增益来获得模拟输出信号，并且从其输出端子33b(以下有时称为摄像装置101的输出端子)输出由此获得的信号。

在信号传送单元21a~21c中，像素放大器7分别在其栅极8处与连接至共用连接线38a的连接开关37a~37c相连接。在信号传送单元21d~21f中，像素放大器7分别在其栅极8处与连接至共用连接线38b的连接开关37d~37f连接。

同样，在信号传送单元21g~21i中，像素放大器7分别在其栅极8处与连接至共用连接线38c的连接开关37g~37i连接。在信号传送单元21j~21l中，像素放大器7分别在其栅极8处与连接至共用连接线38d的连接开关37j~37l连接。信号传送单元21a~21l中的FD9各自可以通过连接开关37a~37l中相对应的一个选择性地连接至连接线38a~38d中相对应的一个、或者从连接线38a~38d中相对应的一个断开。

将连接控制信号PFD(n)从垂直扫描电路35供给至第n行的连接开关37a、37g的栅极。同样，将连接控制信号PFD(n+1)~PFD(n+5)从垂直扫描电路35分别供给至第(n+1)~(n+5)行的连接开关37b、37h，37c、37i，37d、37j，37e、7k和37f、37l的栅极。

在信号传送单元21a~21l中，像素放大器7的栅极8和连接开关37a~37l的相对应的一个之间的配线距离相互相同，并且连接开关37a~37l和连接线38a~38d的相对应的一个之间的配线距离相互相同。

在选择性地接通任一连接开关37a~37l以选择性地将相对应的像素放大器7的栅极8连接至连接线38a~38d中的相对应的一个的情况下，与接通连接开关37a~37l中的哪一个无关、连接至像素放大器7的栅极8的电容成分增大相同的量。

图3A示出操作单元105的示例结构，以及图3B示出在显示单元107上所显示的运动图像拍摄模式选择画面的例子。

如图3A所示，操作单元105包括静止图像拍摄开关(SW)105a、运动图像拍摄开关(SW)105b和图形用户接口(GUI)操作装置105c。当按下静止图像拍摄SW105a时，在显示单元107上显示图像拍摄感光度选择画面(未示出)。在图像拍摄感光度选择画面上，显示例如五个选项“ISO100”、“ISO200”、“ISO400”、“ISO800”和“ISO1600”。用户可以通过操作GUI操作装置105c来选择五个选项中任意一个选项。当按下运动图像拍摄SW105b时，在显示单元107上显示图3B所示的运动图像拍摄模式选择画面。在所示出的例子中，在运动图像拍摄模式选择画面上显示两个选项“30fps高图像质量模式”和“60fps高速模式”。用户可以通过操作GUI操作装置105c来选择两个选项中任意一个选项。

图4在流程图中示出摄像设备100的图像拍摄操作。

当用户按下静止图像拍摄SW105a或运动图像拍摄SW105b时，图4的图像拍摄操作开始。首先，CPU104判断是否按下了静止图像拍摄SW105a，由此判断是否选择了静止图像拍摄模式(步骤S101)。如果按下了静止图像拍摄SW105a来选择静止图像拍摄模式(即，步骤S101中为“是”)，则CPU104判断是否将低ISO感光度选择为作为图像拍摄条件的图像拍摄感光度(步骤S102)。

当用户响应于静止图像拍摄SW105a的按下、在显示单元107所显示的图像拍摄感光度选择画面(未示出)上选择选项“ISO100”或“ISO200”时，CPU104判断为选择了低ISO感光度(步骤S102中为“是”)，并且对摄像装置101或时序发生器102设置(后述的)低ISO感光度图像拍摄用的设置(步骤S103)。然后，CPU104控制静止图像拍摄(步骤S105)。

以下将说明低ISO静止图像拍摄(第二读出模式)中的摄像装置101的操作定时。图5A和5B示出低ISO静止图像拍摄中的摄像装置101的操作定时。摄像装置101在CPU104的控制下由时序发生器102进行控制。应当注意，在第二读出模式中，顺次接通连接开关37a~37l中的一部分。在所示出的例子中，在例如从第n行的像素20a、20g读取像素信号的情况下，仅接通与读出对象像素20a、20g相对应的连接开关37a、37g。

如图5A和5B所示，在a1~a2的时间段(全像素复位时间段)中，垂直扫描电路35使得传送控制信号PTX(n)~PTX(n+5)有效。结果，在所有像素中，经由传送开关2将光电二极管1中累积的电荷传送至像素放大器7的栅极8。

在时刻a2，垂直扫描电路35使传送控制信号PTX(n)~PTX(n+5)无效，从而在所有像素中复位光电二极管1并且同时开始电荷累积。

在a2~a3的时间段内的某个时刻，入射至摄像装置101的光由设置在摄像装置101外的机构(未示出)阻断。在从时刻a2直到入射光被阻断为止的时间段(即，累积时间段)中，在所有像素的光电二极管1中累积信号电荷。应当注意，在本示例中同时开始所有像素中的信号电荷累积，但是这不是限制性的。还可以以每列为单位在不同时刻复位光电二极管1。

在时刻a3，CPU104发起表示一行的读出时间的定时信号HD。接着，在时刻a4，第n行的像素20a、20g的垂直传送(列传送)开始。更具体地，在时刻a4，垂直扫描电路35使得选择控制信号PSEL(n)有效，从而接通信号传送单元21a、21g的行选择开关6。结果，在各信号传送单元21a、21g中，由像素放大器7和电流源22a、22b构成的源极跟随器电路变得可工作。

在时刻a4，垂直扫描电路35使得连接控制信号PFD(n)有效，从而接通连接开关37a、37g。在各信号传送单元21a、21g中，连接线38a或38c连接至像素放大器7的栅极8，以使得连接至像素放大器7的栅极8的电容成分增大至例如2C的值，其中C表示FD9的电容。

在时刻a5，垂直扫描电路35使得复位控制信号PRES(n)有效，从而在各信号传送单元21a、21g中接通复位开关3，并且由FD9和连接线38a或38c所确定的电容被初始化。结果，将具有紧挨在复位之后的信号电平(即，所谓的暗电平)的信号输出至各垂直输出线36a、36b。

垂直扫描电路35在时刻a6使复位控制信号PRES(n)无效，并且在时刻a7使得栅极控制信号PTN有效，从而接通传送栅极25a、25b，以经由列放大器23a、23b将暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在时刻a8，垂直扫描电路35使栅极控制信号PTN无效。随后，在时刻a9，垂直扫描电路35使传送控制信号PTX(n)有效，从而接通像素20a、20g的传送开关2。将在各像素的光电二极管1中累积的信号电荷传送至包括像素放大器7的源极跟随器的栅极8。此时，源极跟随器的电位从复位电平改变与所传送的信号电荷相对应的量，从而确定信号电平。

垂直扫描电路35在时刻a10使传送控制信号PTX(n)无效，并且在时刻a11使栅极控制信号PTS有效，从而接通传送栅极24a、24b，以经由列放大器23a、23b将信号电平保持在保持电容26a、26b中。在时刻a12，垂直扫描电路35使栅极控制信号PTS无效，从而完成传送操作。

利用直到时刻a12为止所进行的操作，将像素20a、20g中的信号电平保持在保持电容26a、26b中，并且将像素20a、20g中的暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在从像素20a、20g的垂直传送结束后的时刻a13，垂直扫描电路35使选择控制信号PSEL(n)和连接控制信号PFD(n)无效。

接着，在a14~a15的时间段中，水平扫描电路34a、34b分别使水平控制信号PH(m)、PH(m+1)有效，从而将保持电容26a、26b连接至水平输出线30a、30b，并且将保持电容27a、27b连接至水平输出线31a、31b。

将像素20a中的暗电平和信号电平输入至读出放大器32a，读出放大器32a将暗电平和信号电平之间的差乘以预定增益以获得输出信号，并且从输出端子33a输出由此所获得的信号。同样，将像素20g中的暗电平和信号电平输入至读出放大器32b，读出放大器32b从输出端子33b输出通过将暗电平和信号电平之间的差乘以预定增益所获得的输出信号。像素信号输出在时刻a15结束，并且在时刻a16开始从下一行的像素读出。

在a16~a17的时间段中，以与在a3~a16的时间段中从第n行的像素20a、20g读取像素信号的情况相同的定时来顺次供给选择控制信号PSEL(n+1)、连接控制信号PFD(n+1)、复位控制信号PRES(n+1)、传送控制信号PTX(n+1)、栅极控制信号PTN和PTS、以及水平控制信号PH(m)和PH(m+1)。结果，从第(n+1)行的像素20b、20h输出像素信号。

同样，在a17~a18、a18~a19、a19~a20和a20~a21的时间段中，分别从第(n+2)~(n+5)行的像素读取像素信号。

通过以上述方式对摄像装置101的所有行进行读出操作，从摄像装置101的所有像素输出模拟像素信号。如前所述，利用AFE103将从摄像装置101输出的模拟像素信号转换成图像数据，并且将图像数据输入至图像处理单元109，在图像处理单元109中，对图像数据进行预定处理。将所生成的静止图像数据记录在记录介质115中，并且低ISO静止图像拍摄结束。

再次参考图4，在步骤S105中控制静止图像拍摄之后，CPU104判断图像拍摄是否完成(步骤S112)。如果判断为图像拍摄未完成(即，步骤S112中为“否”)，则流程返回至步骤S101。另一方面，如果判断为图像拍摄完成(即，步骤S112中为“是”)，则摄像设备100完成图像拍摄操作。

接着将说明高ISO静止图像拍摄。

当用户响应于静止图像拍摄SW105a的按下而在显示单元107上所显示的图像拍摄感光度选择画面(未示出)上选择选项“ISO400”、“ISO800”或“ISO1600”时，CPU104判断为未选择低ISO感光度而是选择了高ISO感光度(步骤S102中为“否”)，并且CPU104对摄像装置101或时序发生器102设置(后述的)高ISO感光度图像拍摄用的设置(步骤S104)。然后，在步骤S105中，CPU104控制静止图像拍摄。

图6A和6B示出高ISO静止图像拍摄(第一读出模式)中摄像装置101的操作定时。第一读出模式的操作定时与在图5A和5B中所示的第二读出模式中的操作定时基本相同，并且将简化其说明。

参考图6A和6B，在b1~b2的全像素复位时间段中，使得传送控制信号PTX(n)~PTX(n+5)有效，从而在所有像素中，经由传送开关2将光电二极管1中累积的电荷传送至像素放大器7的栅极8。

接着，在时刻b2，使传送控制信号PTX(n)~PTX(n+5)无效，从而在所有像素中，复位光电二极管1并且同时开始电荷累积。

在从时刻b2直到入射至摄像装置101的光被阻断为止的累积时间段中，在所有像素的光电二极管1中累积信号电荷。

在时刻b3，发起定时信号HD，并且第n行的像素20a、20g的垂直传送在时刻b4开始。更具体地，在时刻b4，使选择控制信号PSEL(n)有效，从而接通信号传送单元21a、21g的行选择开关6。结果，在各信号传送开关21a、21g中，由像素放大器7和电流源22a、22b构成的源极跟随器电路变得可工作。

此时，使连接控制信号PFD(n)保持无效。由此，在各信号传送单元21a、21g中，不将连接线38a或38c连接至像素放大器7的栅极8，从而使连接至像素放大器7的栅极8的电容成分保持为等于FD9的电容“C”。

在时刻b5，使复位控制信号PRES(n)有效，从而在各信号传送单元21a、21g中接通复位开关3，并且初始化由FD9和连接线38a或38c所确定的电容。结果，将具有紧挨在复位后的信号电平(暗电平)的信号输出至各垂直输出线36a、36b。

在时刻b6使复位控制信号PRES(n)无效，并且在时刻b7使栅极控制信号PTN有效，从而接通传送栅极25a、25b，并且将暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在时刻b8使栅极控制信号PTN无效，并且在时刻b9使传送控制信号PTX(n)有效，从而接通像素20a、20g的传送开关2。将在各像素的光电二极管1中累积的信号电荷传送至源极跟随器的栅极8，并且源极跟随器的电位从复位电平改变与所传送的信号电荷相对应的量，从而确定信号电平。

在时刻b10使传送控制信号PTX(n)无效，并且在时刻b11使栅极控制信号PTS有效，从而接通传送栅极24a、24b，并且将信号电平保持在保持电容26a、26b中。在时刻b12，使栅极控制信号PTS无效。

通过直到时刻b12为止所进行的操作，将像素20a、20g中的信号电平保持在保持电容26a、26b中，并且将像素20a、20g中的暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在时刻b13，使选择控制信号PSEL(n)无效，并且使连接控制信号PFD(n)保持无效。

在b14~b15的时间段中，使水平控制信号PH(m)、PH(m+1)有效，从而将保持电容26a、26b连接至水平输出线30a、30b，并且将保持电容27a、27b连接至水平输出线31a、31b。

将像素20a中的暗电平和信号电平以及像素20b中的暗电平和信号电平分别输入至读出放大器32a、32b，读出放大器32a、32b各自输出通过将暗电平和信号电平之间的差乘以预定增益所获得的输出信号。在时刻b15完成像素信号输出，并且在时刻b16开始从下一行的像素读出。

在b16~b17的时间段中，以与从第n行的像素20a、20g读取像素信号的情况相同的定时来顺次供给控制信号PSEL(n+1)、PFD(n+1)、PRES(n+1)、PTX(n+1)、PTN、PTS、PH(m)和PH(m+1)。结果，从第(n+1)行的像素20b、20h输出像素信号。

同样，在b17~b18、b18~b19、b19~b20和b20~b21的时间段中，分别从第(n+2)~(n+5)行的像素读取像素信号。

以上述方式从摄像装置101的所有像素输出像素信号。将从这些像素信号获得的静止图像数据记录在记录介质115中，并且完成高ISO静止图像拍摄。

接着，将说明选择运动图像拍摄模式的情况。

在响应于图3A所示的静止图像拍摄SW105a或运动图像拍摄SW105b的按下而开始的图4的图像拍摄操作中，如上所述，CPU104在步骤S101中判断是否按下静止图像拍摄SW105a以选择静止图像拍摄模式。如果步骤S101中为“否”，则CPU104判断为按下运动图像拍摄SW105b以选择运动图像拍摄模式，并且流程进入步骤S106。

当按下运动图像拍摄SW105b时，在显示单元107上显示图3B所示的运动图像拍摄模式选择画面，并且用户操作图3A所示的GUI操作装置105c以选择模式选择画面上所显示的选项“高图像质量模式”或选项“高速模式”。

在步骤S106中，CPU104判断是否选择了高图像质量模式(全HD模式)。如果步骤S106中为“是”，则CPU104对摄像装置101或时序发生器102设置(后述的)高图像质量模式下的运动图像拍摄用的设置(步骤S107)，并且控制运动图像拍摄(步骤S111)。

图7A和7B示出高图像质量模式下的运动图像拍摄中的摄像装置101的操作定时(第三读出模式)。第三读出模式中的操作定时与图6A、6B和图5A、5B中所示的第一和第二读出模式基本相同，并且将简化其说明。

如图7A和7B所示，在c1~c2的时间段中，使传送控制信号PTX(n)~PTX(n+2)有效，从而在第n~(n+2)行的像素20a~20c和20g~20i的各像素中，经由传送开关2将光电二极管1中累积的电荷传送至像素放大器7的栅极8，并且复位光电二极管1。

接着，在c3~c4的时间段中，使传送控制信号PTX(n+3)~PTX(n+5)有效，从而在第(n+3)~(n+5)行的像素20d~20f和20j~20l中的各像素中，经由传送开关2将光电二极管1中累积的电荷传送至像素放大器7的栅极8，并且复位光电二极管1。

如上所述，在高图像质量模式下的运动图像拍摄时，按预定时间间隔以三行为单位顺次复位光电二极管1，并且在累积时间段(即，从复位光电二极管1起到从光电二极管1中读取像素信号的时间段)中在光电二极管1中累积信号电荷。

在时刻c5发起定时信号HD，并且第n~(n+2)行的像素20a~20c和20g~20i的垂直传送在时刻c6开始。更具体地，在时刻c6，使选择控制信号PSEL(n)有效，从而接通第n行的信号传送单元21a、21g的行选择开关6。结果，在各信号传送单元21a、21g中，由像素放大器7和电流源22a、22b构成的源极跟随器电路变得可工作。

在时刻c6，使连接控制信号PFD(n)~PFD(n+2)有效，从而在各信号传送单元21a~21c中，将连接线38a连接至像素放大器7的栅极8，以使得连接至像素放大器7的栅极8的电容成分增大至例如4C的值，4C是FD9的电容“C”的四倍。

同样，在各信号传送单元21g~21i中，连接线38c连接至像素放大器7的栅极8，连接至像素放大器7的栅极8的电容成分增大至例如“4C”的值。

在时刻c7，使复位控制信号PRES(n)~PRES(n+2)有效，从而在信号传送单元21a~21c和21g~21i中的各单元中接通复位开关3，并且对由连接线38a或者38c和包括三个FD9的FD组所确定的电容进行初始化，并且将具有暗电平的信号输出至各垂直输出线36a、36b。

在时刻c8使复位控制信号PRES(n)~PRES(n+2)无效，并且在时刻c9使栅极控制信号PTN有效，从而接通传送栅极25a、25b，并且将暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在时刻c10使栅极控制信号PTN无效，并且在时刻c11使传送控制信号PTX(n)~PTX(n+2)有效，从而接通像素20a~20c和20g~20i的传送开关2，并且将光电二极管1中累积的信号电荷传送至包括像素放大器7的源极跟随器的栅极8。此时，各源极跟随器的电位从复位电平改变与所传送的信号电荷相对应的量，从而确定信号电平。

在向各源极跟随器传送电荷时，进行相加读取。更具体地，将第m列的像素20a~20c的光电二极管1中分别累积的信号电荷相加，并且将得到的信号传送至源极跟随器。同样，将第(m+1)列的像素20g~20i的光电二极管1中分别累积的信号电荷相加，并且将得到的信号传送至源极跟随器。

在时刻c12使传送控制信号PTX(n)~PTX(n+2)无效，并且在时刻c13使栅极控制信号PTS有效，从而接通传送栅极24a、24b，以将信号电平保持在保持电容26a、26b中。在时刻c14，使栅极控制信号PTS无效以完成传送操作。

通过直到时刻c14为止所进行的操作，将通过从像素20a~20c和从像素20g~20i相加读取所分别获得的信号电平分别保持在保持电容26a、26b中，并且将像素20a~20c和20g~20i中的暗电平分别保持在保持电容27a、27b中。

在从像素20a~20c和20g~20i的垂直传送结束之后的时刻c15，使选择控制信号PSEL(n)和连接控制信号PFD(n)~PFD(n+2)无效。

接着，在时间段c16~c17中，使水平控制信号PH(m)、PH(m+1)有效，从而将保持电容26a、26b连接至水平输出线30a、30b，并且将保持电容27a、27b连接至水平输出线31a、31b。

将像素20a~20c中的暗电平和相加后的信号电平以及像素20g~20i中的暗电平和相加后的信号电平分别输入至读出放大器32a、32b，读出放大器32a、32b各自输出通过将暗电平和信号电平之间的差乘以预定增益所获得的输出信号。像素信号输出在时刻c17结束，并且在时刻c18开始从接下来的三行的像素读出。

在c18~c19的时间段中，以与从第n~(n+2)行的像素读取像素信号的情况相同的定时来顺次供给控制信号PSEL(n+3)、PFD(n+3)~PFD(n+5)、PRES(n+3)~PRES(n+5)、PTX(n+3)~PTX(n+5)、PTN、PTS、PH(m)和PH(m+1)，从而分别从第(n+3)~(n+5)行的像素20d~20f和20j~20l输出像素信号。

通过摄像装置101的上述读出操作，从摄像装置101的所有像素中1/3的像素输出像素信号。将从这些像素信号获得的运动图像数据记录在记录介质115中，并且高图像质量模式下的运动图像拍摄结束。

在图4的图像拍摄操作中，如果在图3B所示的运动图像模式选择画面上选择选项“高速模式”，则CPU104判断为未选择高图像质量模式而是选择了高速模式(步骤S106中为“否”)，并且判断是否将低ISO感光度选择为图像拍摄感光度(步骤S108)。

当判断为选择了低ISO感光度时(即，步骤S108中为“是”)，CPU104对摄像装置101或时序发生器102设置低ISO图像拍摄用的设置(步骤S109)，并且控制运动图像拍摄(步骤S111)。

图8A和8B示出高速模式下的低ISO运动图像拍摄中的摄像装置的操作定时。图8A和8B所示的操作定时与图7A和7B所示的基本相同。

如图8A和8B所示，在d1~d2的时间段中，使传送控制信号PTX(n)有效，从而在第n行的各像素20a、20g中，经由传送开关2将光电二极管1中累积的电荷传送至像素放大器7的栅极8，并且复位光电二极管1。

接着，在d3~d4的时间段中，使传送控制信号PTX(n+5)有效，从而在第(n+5)行的各像素20f、20l中，经由传送开关2将光电二极管1中累积的电荷传送至像素放大器7的栅极8，并且复位光电二极管1。

如上所述，在高速模式下的运动图像拍摄中，以5行的间隔和预定时间间隔来顺次复位光电二极管1，并且在从复位光电二极管1时起至从光电二极管1中读取像素信号时的累积时间段中、在光电二极管1中累积信号电荷。

在时刻d5发起定时信号HD，并且第n行的像素20a、20g的垂直传送在时刻d6开始。更具体地，在时刻d6，使选择控制信号PSEL(n)有效，从而接通第n行的信号传送单元21a、21g的行选择开关6。结果，在各信号传送单元21a、21g中，由像素放大器7和电流源22a、22b构成的源极跟随器电路变得可工作。

在时刻d6，使连接控制信号PFD(n)有效，从而在各信号传送单元21a、21g中，将连接线38a或38c连接至像素放大器7的栅极8，以使得连接至像素放大器7的栅极8的电容成分增大至例如2C的值，其中，2C是FD9的电容“C”的两倍。

在时刻d7，使复位控制信号PRES(n)有效，从而在各信号传送单元21a、21g中接通复位开关3并且对由FD9和连接线38a或38c所确定的电容进行初始化，并且将具有暗电平的信号输出至各垂直输出线36a、36b。

在时刻d8使复位控制信号PRES(n)无效，并且在时刻d9使栅极控制信号PTN有效，从而接通传送栅极25a、25b，并且将暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在时刻d10使栅极控制信号PTN无效，并且在时刻d11使传送控制信号PTX(n)有效，从而接通像素20a、20g的传送开关2，并且将在光电二极管1中累积的电荷传送至包括像素放大器7的源极跟随器的栅极8。此时，各源极跟随器的电位从复位电平改变与所传送的信号电荷相对应的量，从而确定信号电平。

在时刻d12使传送控制信号PTX(n)无效，并且在时刻d13使栅极控制信号PTS有效，从而接通传送栅极24a、24b，以将信号电平保持在保持电容26a、26b中。在时刻d14，使栅极控制信号PTS无效以完成传送操作。

通过直到时刻d14为止所进行的操作，将像素20a、20g中的信号电平保持在保持电容26a、26b中，并且将像素20a、20g中的暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在从像素20a、20g的垂直传送结束后的时刻d15，使选择控制信号PSEL(n)和连接控制信号PFD(n)无效。接着，在d16~d17的时间段中，使水平控制信号PH(m)、PH(m+1)有效，从而分别将保持电容26a、26b连接至水平输出线30a、30b并且将保持电容27a、27b连接至水平输出线31a、31b。

将像素20a中的暗电平和信号电平以及像素20g中的暗电平和信号电平分别输入至读出放大器32a、32b，读出放大器32a、32b各自输出通过将暗电平和信号电平之间的差乘以预定增益所获得的输出信号。像素信号输出在时刻d17完成，并且在时刻d18开始从下一行的像素读出。

在d18~d19的时间段中，以与从第n行的像素20a、20g读取像素信号的情况相同的定时来顺次供给控制信号PSEL(n+5)、PFD(n+5)、PRES(n+5)、PTX(n+5)、PTN、PTS、PH(m)和PH(m+1)，从而从第(n+5)行的像素20f、20l输出像素信号。

通过摄像装置101的上述读出操作，从摄像装置101的所有像素中1/5的像素输出像素信号。将从这些像素信号获得的运动图像数据记录在记录介质115中，并且完成高速模式下的低ISO运动图像拍摄。

在图4的图像拍摄操作中，如果用户在显示单元107上所显示的图像拍摄感光度选择画面(未示出)上选择高ISO感光度，则CPU104判断为未选择低ISO感光度而是选择了高ISO感光度(步骤S108中为“否”)，并且对摄像装置101或时序发生器102设置高速模式下的高ISO图像拍摄用的设置(步骤S110)。接着，CPU104控制运动图像拍摄(步骤S111)。

图9A和9B示出高速模式下的高ISO运动图像拍摄中的摄像装置101的操作定时。图9A和9B所示的操作定时与图8A和8B所示的基本相同。

如图9A和9B所示，在e1~e2的时间段中，使传送控制信号PTX(n)有效，从而在第n行的各像素20a、20g中，经由传送开关2将光电二极管1中累积的电荷传送至像素放大器7的栅极8并且复位光电二极管1。

接着，在e3~e4的时间段中，使传送控制信号PTX(n+5)有效，从而在第(n+5)行的各像素20f、20l中，经由传送开关2将光电二极管1中累积的电荷传送至像素放大器7的栅极8并且复位光电二极管1。

在时刻e5发起定时信号HD，并且第n行的像素20a、20g的垂直传送在时刻e6开始。更具体地，在时刻e6，使选择控制信号PSEL(n)有效，从而接通第n行的信号传送单元21a、21g的行选择开关6。结果，在各信号传送单元21a、21g中，由像素放大器7和电流源22a、22b构成的源极跟随器电路变得可工作。

此时，使连接控制信号PFD(n)保持无效。由此，在各信号传送单元21a、21g中，不将连接线38a或38c连接至像素放大器7的栅极8，从而将连接至像素放大器7的栅极8的电容成分保持为等于FD9的电容“C”。

在时刻e7，使复位控制信号PRES(n)有效，从而在各信号传送单元21a、21g中接通复位开关3，并且对由FD9和连接线38a或38c所确定的电容进行初始化，从而将具有暗电平的信号输出至各垂直输出线36a、36b。

在时刻e8使复位控制信号PRES(n)无效，并且在时刻e9使栅极控制信号PTN有效，从而接通传送栅极25a、25b，并且将暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在时刻e10使栅极控制信号PTN无效，并且在时刻e11使传送控制信号PTX(n)有效，从而接通像素20a、20g的传送开关2，并且将光电二极管1中累积的信号电荷传送至包括像素放大器7的源极跟随器的栅极8。此时，各源极跟随器的电位从复位电平改变与所传送的信号电荷相对应的量，从而确定信号电平。

在时刻e12使传送控制信号PTX(n)无效，并且在时刻e13使栅极控制信号PTS有效，从而接通传送栅极24a、24b，以将信号电平保持在保持电容26a、26b中。在时刻e14，使栅极控制信号PTS无效。

通过直到时刻e14为止所进行的操作，将像素20a、20g中的信号电平保持在保持电容26a、26b中，并且将像素20a、20g中的暗电平保持在保持电容27a、27b中。

在从像素20a、20g的垂直传送结束后的时刻e15，使选择控制信号PSEL(n)无效。接着，在e16~e17的时间段中，使水平控制信号PH(m)、PH(m+1)有效，从而将保持电容26a、26b连接至水平输出线30a、30b，并且将保持电容27a、27b连接至水平输出线31a、31b。

将像素20a中的暗电平和信号电平以及像素20g中的暗电平和信号电平分别输入至读出放大器32a、32b，读出放大器32a、32b各自输出通过将暗电平和信号电平之间的差乘以预定增益所获得的输出信号。像素信号输出在时刻e17完成，并且在时刻e18开始从下一行的像素读出。

在e18~e19的时间段中，以与从第n行的像素20a、20g读取像素信号的情况相同的定时来顺次供给控制信号PSEL(n+5)、PFD(n+5)、PRES(n+5)、PTX(n+5)、PTN、PTS、PH(m)和PH(m+1)，从而从第(n+5)行的像素20f、20l输出像素信号。

通过摄像装置101的上述读出操作，从摄像装置101的所有像素中1/5的像素输出像素信号。将从这些像素信号获得的运动图像数据记录在记录介质115中，并且完成高速模式下的高ISO运动图像拍摄。

在上述第一实施例中，在低ISO静止图像拍摄中，分别增大连接至像素放大器7的电容成分，从而可以确保动态范围。另一方面，在高ISO静止图像拍摄中，增大像素放大器7的增益，同时将连接至像素放大器7的各电容成分保持为等于FD9的电容，从而可以使摄像装置101的后级的增益变小，结果，可以减少噪声。

在高图像质量模式下的运动图像拍摄中，将来自配置在同一列的各组像素的像素信号相加，从而可以提高图像质量。在高速模式中，进行减少了读出对象像素数的间隔剔除读出，从而可以增大帧频。另外，在低ISO图像拍摄中，增大连接至像素放大器7的电容成分，从而可以确保动态范围。另一方面，在高ISO图像拍摄中，增大像素放大器7的增益，同时将连接至像素放大器7的各电容成分保持为等于FD9的电容，从而可以使摄像装置101的后级的增益变小，结果，可以减少噪声。

在第一实施例中，根据图像拍摄感光度，像素放大器在其栅极处顺次连接至相应的连接线，但这不是限制性的。例如，可以在与图4相对应的流程图中判断例如实时取景中所测量得到的被摄体的亮度是否高，并且在被摄体亮度高的情况下，像素放大器7可以在其栅极处连接至连接线、以增大连接至像素放大器7的电容成分。另一方面，在被摄体亮度低的情况下，像素放大器的栅极可以从连接线断开、以将连接至像素放大器的各电容成分保持为等于FD的电容，从而减少噪声的影响。

第二实施例

接着将说明根据本发明第二实施例的摄像设备的例子。应该注意，除了与图2A和2B所示的列放大器23a、23b相对应的列放大器(放大单元)以外，本实施例的摄像设备在结构上与图1所示的摄像设备100相同。

图10示出本实施例的摄像装置101的各列放大器的结构。

图10所示的列放大器具有如后所述改变的可变增益。列放大器包括输入电容器303，输入电容器303对从摄像装置101的相应像素顺次输出的像素信号进行箝位。输入电容器303连接至差分放大器301的反转输入端子(-)，该差分放大器301具有施加了参考电压302的非反转输入端子(+)。

列放大器包括第一至第六列放大器元件，第一至第六列放大器元件包括第一至第六反馈电容器304~309和分别与反馈电容器304~309串联连接的第一至第六模式选择开关310~315。第一至第六列放大器元件相互并联连接。反馈电容器304~309各自具有连接至差分放大器301的反转输入端子的一端。模式选择开关310~315各自具有连接至差分放大器301的输出端子的一端。

列放大器还包括与第一至第六列放大器元件并联连接的复位开关316。当接通复位开关316时，复位差分放大器301。

差分放大器301具有根据模式选择开关310~315中的哪一个开关被接通而变化的增益。差分放大器301的增益由通过将输入电容器303的电容除以被接通的电容器的电容所获得的值来表示。

在本实施例中，反馈电容器304~309分别具有是输入电容器303的电容的以下倍数的电容：1、1/2、1/4、1/8、1/16和1/32。换句话说，可以通过接通模式选择开关310~315中相对应的开关来选择1倍、2倍、4倍、8倍、16倍或32倍增益作为差分放大器301的增益(即，作为列放大器的增益)，从而可以利用所选择的增益来放大输入像素信号。

接着将说明本实施例的摄像设备的图像拍摄操作。除了列放大器(以下称为列放大器23a、23b)的操作以外，摄像设备的图像拍摄操作与第一实施例相同。以下将主要说明列放大器23a、23b的操作。

在低ISO静止图像拍摄中，摄像设备的摄像装置101以图5A和5B所示的操作定时操作。在图5A和5B中a4~a5的时间段中，摄像装置101的垂直扫描电路35在时序发生器102的控制下接通列放大器23a、23b的复位开关316，从而复位列放大器23a、23b。

在时间段a5~a12中的电荷传送时，垂直扫描电路35根据用户所选择的ISO感光度来接通模式选择开关310或311。在选择ISO100的情况下，接通模式选择开关310，并且差分放大器301提供1倍增益。在选择ISO200的情况下，接通模式选择开关311，并且差分放大器301提供2倍增益。

通过在上述增益选择状态下的摄像装置101直到时刻a12为止所进行的操作，将第n行的像素20a、20g中的信号电平与所选择的ISO感光度相对应地乘以1倍或2倍增益，并且将乘以增益后的信号电平保持在保持电容26a、26b中。还将像素20a、20g中的暗电平乘以1倍或2倍增益，并且将乘以增益后的暗电平保持在保持电容27a、27b中。随后，在a14~a15的时间段中，从输出端子33a、33b输出乘以1倍或2倍增益后的输出信号。这也适用于其它行。

在高ISO静止图像拍摄时，摄像装置101以图6A和6B所示的操作定时进行操作。在图6A和6B中的时间段b4~b5中，接通列放大器23a、23b的复位开关316以复位列放大器23a、23b。在时间段b5~b12中的电荷传送时，根据用户所选择的ISO感光度来接通模式选择开关311、312或313。在选择ISO400的情况下，接通开关311并且差分放大器301提供2倍增益。在选择ISO800的情况下，接通开关312并且差分放大器301提供4倍增益。在选择ISO1600的情况下，接通开关313并且差分放大器301提供8倍增益。

通过在该增益选择状态下的摄像装置101直到时刻b12为止所进行的操作，将第n行的像素20a、20g的信号电平与所选择的ISO感光度相对应地乘以2倍、4倍或8倍增益，并且将乘以增益后的信号电平保持在保持电容26a、26b中。将像素20a、20g的暗电平乘以2倍、4倍或8倍增益，并且将乘以增益后的暗电平保持在保持电容27a、27b中。随后，在时间段b14~b15中，从输出端子33a、33b输出乘以2倍、4倍或8倍增益后的输出信号。这也适用于其它行。

在高图像质量模式下的运动图像拍摄时，摄像装置101以图7A和7B所示的操作定时进行操作。在图7A和7B中的时间段c6~c7中，接通列放大器23a、23b的复位开关316以复位列放大器23a、23b。在c7~c14的时间段中的电荷传送时，根据用户所选择的ISO感光度来接通第二至第六模式选择开关311~315中的任意一者。在选择ISO100、ISO200、ISO400、ISO800和ISO1600中之一的情况下，接通模式选择开关311~315中相对应的一者，并且选择2倍、4倍、8倍、16倍或32倍增益作为差分放大器301的增益。

通过在该增益选择状态下的摄像装置101直到时刻c12为止所进行的操作，将第n~(n+2)行的像素20a~20c的信号相加所获得的信号电平与所选择的ISO感光度相对应地乘以2倍、4倍、8倍、16倍或32倍增益，并且将乘以增益后的信号电平保持在保持电容26a中。将第n~(n+2)行的像素20g~20i的信号相加所获得的信号电平与所选择的ISO感光度相对应地乘以2倍、4倍、8倍、16倍或32倍增益，并且将乘以增益后的信号电平保持在保持电容26b中。将像素20a~20c的暗电平和像素20g~20i的暗电平乘以2倍、4倍、8倍、16倍或32倍增益，并且将乘以增益后的暗电平分别保持在保持电容27a、27b中。

随后，在时间段c16~c17中，从摄像装置101的输出端子33a、33b分别输出乘以2倍、4倍、8倍、16倍或32倍增益后的输出信号。这也适用于其它行。

在高速模式下的低ISO运动图像拍摄时，摄像装置101以图8A和8B所示的操作定时操作。在图8A和8B所示的时间段d6~d7中，接通列放大器23a、23b的复位开关316以复位列放大器23a、23b。在时间段d7~d14中的电荷传送时，根据用户选择ISO100和ISO200中的哪一个作为ISO感光度来接通模式选择开关310或311，从而选择1倍或2倍增益作为差分放大器301的增益。

通过在该增益选择状态下的摄像装置101直到时刻d12为止所进行的操作，将像素20a、20g的信号电平与所选择的ISO感光度相对应地乘以1倍或2倍增益，并且将乘以增益后的信号电平分别保持在保持电容26a、26b中。还将像素20a、20g的暗电平乘以1倍或2倍增益，并且将乘以增益后的暗电平分别保持在保持电容27a、27b中。随后，在时间段d16~d17中，从摄像装置101的输出端子33a、33b分别输出乘以1倍或2倍增益后的输出信号。这也适用于其它行。

在高速模式下的高ISO运动图像拍摄时，摄像装置101以图9A和9B所示的操作定时进行操作。在图9A和9B中的时间段e6~e7中，接通列放大器23a、23b的复位开关316以复位列放大器23a、23b。在时间段e7~e14中的电荷传送时，根据用户选择ISO400、ISO800和ISO1600中的哪一个作为ISO感光度来接通模式选择开关311、312或313，从而选择2倍、4倍或8倍增益作为差分放大器301的增益。

通过在该增益选择状态下的摄像装置101直到时刻e12所进行的操作，将像素20a、20g的信号电平与所选择的ISO感光度相对应地乘以2倍、4倍或8倍增益，并且将乘以增益后的信号电平分别保持在保持电容26a、26b中。还将像素20a、20g的暗电平乘以2倍、4倍或8倍增益，并且将乘以增益后的暗电平分别保持在保持电容27a、27b中。随后，在时间段e16~e17中，从摄像装置101的输出端子33a、33b分别输出乘以2倍、4倍或8倍增益后的输出信号。这也适用于其它行。

图11示出静止图像拍摄中的图像拍摄感光度和各列放大器23a、23b的增益之间的关系。

如上所述，在静止图像拍摄中选择低ISO感光度(ISO100或ISO200)的情况下，在将连接至像素放大器7的电容成分各自增大至值“2C”时进行读出操作，“2C”是FD9的电容“C”的两倍。因此，各像素放大器7的增益减小至连接到各像素放大器7的电容成分等于FD9的电容“C”的情况下所获得的增益的1/2。在本实施例中，如图11所示，在所选择的图像拍摄感光度是ISO100或ISO200的情况下，各列放大器提供1倍或2倍增益。另一方面，在图像拍摄感光度是ISO400、ISO800或ISO1600的情况下，各列放大器提供2倍、4倍或8倍增益。

结果，在ISO100、ISO200、ISO400、ISO800和ISO1600时，读出操作时的像素放大器和列放大器的总增益分别成为1/2倍、1倍、1倍、2倍和4倍增益。

图12示出高图像质量模式下的运动图像拍摄中的图像拍摄感光度和各列放大器23a、23b的增益之间的关系。

在高图像质量模式下的运动图像拍摄的情况下，如上所述，在与同一列中配置的三个像素相关联的像素放大器连接至连接线时进行读出操作，以将连接至各像素放大器的电容成分增大至值“4C”，其中，“4C”是FD9的电容“C”的四倍。因而，各像素放大器的增益减小至像素放大器未连接至连接线时所获得的增益的1/4。

在本实施例中，如图12所示，在选择ISO100、ISO200、ISO400、ISO800或ISO1600的情况下，各列放大器提供2倍、4倍、8倍、16倍或32倍增益。结果，在ISO100、ISO200、ISO400、ISO800和ISO1600时，读出操作时的像素放大器和列放大器的总增益分别成为1/2倍、1倍、2倍、4倍和8倍增益。

图13示出高速模式下的运动图像拍摄中图像拍摄感光度和各列放大器23a、23b的增益之间的关系。

在高速模式下的运动图像拍摄中选择低ISO感光度(ISO100或ISO200)的情况下，如上所述，在连接至像素放大器7的电容成分各自增大至值“2C”时进行读出操作，其中，“2C”是FD9的电容“C”的2倍。因此，各像素放大器7的增益减小至电容成分等于值“C”时所获得的增益的1/2。

在本实施例中，如图13所示，在图像拍摄感光度是ISO100或ISO200的情况下，各列放大器提供1倍或2倍增益。另一方面，在图像拍摄感光度是ISO400、ISO800或ISO1600的情况下，各列放大器提供2倍、4倍或8倍增益。结果，在ISO100、ISO200、ISO400、ISO800和ISO1600时，读出操作时的像素放大器和列放大器的总增益分别变成1/2倍、1倍、1倍、2倍和4倍增益。

如上所述，根据图像拍摄模式(静止图像拍摄或运动图像拍摄)和图像拍摄条件(图像拍摄感光度和高图像质量模式或高速模式)，通过选择性地将像素放大器连接至相对应的连接线来改变连接至像素放大器的电容成分，以及还改变列放大器的增益，从而可以与图像拍摄模式无关地将在同一ISO感光度下的像素放大器和列放大器的总增益保持为基本相同。

在高感光度静止图像拍摄的情况下，可以通过将增益设置为小来减少噪声。

应该注意，在第二实施例中，根据连接至像素放大器的电容成分来设置列放大器的增益，但这不是限制性的。例如，可以根据连接至像素放大器的电容成分来设置摄像装置中(除了列放大器的增益以外)的增益或除摄像装置以外的装置(例如AFE和图像处理单元)的增益。

从上述说明明显的是，所附权利要求书中所定义的本发明的开关单元包括连接开关37a~37l和连接线38a~38d，并且CPU104、时序发生器102和垂直扫描电路35用作本发明的控制单元。

其它实施例

还可以利用读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)和通过下面的方法实现本发明的方面，其中，利用系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行上述方法的步骤。为此，例如，通过网络或者通过用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

本申请要求于2011年7月21日提交的日本专利申请2011-159924和2012年5月28日提交的日本专利申请2012-120584的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (12)

1.一种摄像设备，其特征在于，包括：

摄像装置，包括二维配置的多个像素、多个浮动扩散单元和开关单元，其中，所述多个浮动扩散单元分别与所述多个像素相对应地设置并且用于将在所述多个像素中所分别生成的电荷转换成电压信号，所述开关单元用于选择性地将所述多个浮动扩散单元中的至少一个浮动扩散单元连接至连接线或者从所述连接线断开；以及

控制单元，用于以以下方式控制所述开关单元：使所述多个浮动扩散单元中的至少一部分连接至所述连接线以增大各像素的电容，以及以以下方式控制所述开关单元：使所述多个浮动扩散单元经由所述连接线相互连接以将所述多个像素中所分别生成的电荷相加。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述多个浮动扩散单元包括在同一列中配置的多组浮动扩散单元，以及

所述开关单元包括分别与所述多个像素相对应地配置的连接开关。

3.根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元能够以断开所有所述连接开关的第一读出模式或者接通所述连接开关的一部分的第二读出模式来操作。

4.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，在所述第二读出模式中，所述控制单元接通所述连接开关中与读出对象像素相对应的连接开关。

5.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元在图像拍摄条件表示高图像拍摄感光度的情况下以所述第一读出模式来操作，并且在所述图像拍摄条件表示低图像拍摄感光度的情况下以所述第二读出模式来操作。

6.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元在图像拍摄条件表示低亮度的情况下以所述第一读出模式来操作，并且在所述图像拍摄条件表示高亮度的情况下以所述第二读出模式来操作。

7.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元在图像拍摄条件表示静止图像拍摄模式的情况下以所述第二读出模式来操作。

8.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，所述多个像素包括在同一列中配置的多组像素，

所述控制单元能够以接通与所述多组像素中的各组像素相对应的所有所述连接开关的第三读出模式来操作，

所述控制单元在针对所述多组像素中的各组像素进行间隔剔除读出的情况下以所述第一读出模式或所述第二读出模式来操作，以及

所述控制单元在针对所述多组像素中的各组像素进行相加读出的情况下以所述第三读出模式来操作。

9.根据权利要求8所述的摄像设备，其特征在于，在运动图像拍摄时，所述控制单元根据帧频在所述第三读出模式与所述第一读出模式或所述第二读出模式之间进行切换。

10.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，所述摄像装置还包括放大单元，所述放大单元用于分别对从所述多个像素中所生成的电荷转换得到的电压信号进行放大，以及

所述控制单元根据所述控制单元以所述第一读出模式和所述第二读出模式中的哪个模式来操作，改变所述放大单元的增益。

11.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元基于图像拍摄条件来控制所述开关单元，并且所述图像拍摄条件包括图像拍摄感光度和表示静止图像拍摄或运动图像拍摄的图像拍摄模式中至少之一。

12.一种摄像设备的控制方法，其特征在于，所述摄像设备具有摄像装置，所述摄像装置包括二维配置的多个像素、多个浮动扩散单元和开关单元，其中，所述多个浮动扩散单元分别与所述多个像素相对应地设置并且用于将在所述多个像素中所分别生成的电荷转换成电压信号，所述开关单元用于选择性地将所述多个浮动扩散单元中的至少一个浮动扩散单元连接至连接线或者从所述连接线断开，所述控制方法包括：

控制步骤，用于以以下方式控制所述开关单元：使所述多个浮动扩散单元中的至少一部分连接至所述连接线以增大各像素的电容，以及以以下方式控制所述开关单元：使所述多个浮动扩散单元经由所述连接线相互连接以将所述多个像素中所分别生成的电荷相加。