JP2008245245A - 撮像装置、撮像装置の駆動方法、及び撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】画素の選択及び非選択を行う撮像装置において、非読み出し領域に含まれる画素から光電荷が漏れ出すのを低減する。
【解決手段】光電変換部と、光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、光電変換部に蓄積された電荷を増幅部の入力部に転送する転送部と、入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態に、第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とを含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、駆動部とを備え、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、非読み出し領域に含まれる画素を、第１の期間において電荷を転送できる状態で入力部の電位を第３の電位に設定して光電変換部をリセットし、第１の期間よりも後の第２の期間において入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動する。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置、撮像装置の駆動方法、及び撮像システムに関する。

近年、ＨＤＴＶ(Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ)の普及に伴い、アスペクト比１６：９の動画を撮影する撮像装置が要求されている。それに対して、静止画は、写真用紙のアスペクト比がほぼ４：３であることから、アスペクト比４：３で撮影することが求められる。よって、動画と静止画との両方に対応した撮像装置を実現するためには、アスペクト比を１６：９モードと４：３モードとに切替可能であることが必要である。その撮像装置では、全体としてアスペクト比４：３の撮像領域を有し、４：３モードにおいて全画素の信号を読み出す。また、その撮像装置では、１６：９モードにおいて、上下（画素からの信号が読み出されない非読み出し領域）の画素の信号を読み出さずに、中央（画素からの信号が読み出される読み出し領域）の画素の信号のみを読み出すといった動作を行う。

例えば、特許文献１では、非読み出し領域に含まれる画素の光電変換素子をリセットして、非読み出し領域に含まれる画素から読み出し領域に含まれる画素へ光電荷があふれることを抑制している。特許文献１では、全ての画素に垂直選択スイッチＭＯＳが存在している。

一方、画素縮小化のため、１画素あたりのＭＯＳトランジスタ数を削減することが必要であり、垂直選択スイッチＭＯＳを削減することが求められている。特許文献２では、信号増幅部の入力端子（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ：ＦＤ部）の動作点を変えることにより、画素を選択している。すなわち、選択画素のＦＤ部の電位をオン電位に設定し、非選択画素のＦＤ部の電位をオフ電位に設定する。これにより、選択画素の出力のみを列信号線に読み出すことが可能となっている。
特開２０００-３５０１０３号公報 特開平１１-１１２０１８号公報

特許文献２に記載の画素回路を用いて、特許文献１に記載の駆動方法を用いて１６：９モードの動作を行う際、単純にこの２つの技術を組み合わせただけでは、正常な動作ができない。１６：９モードにおいて非読み出し領域に含まれる画素の光電変換素子をリセットする際に、その画素のＦＤ部の電位は、光電変換素子をリセットするのに必要な電位に設定しておく必要がある。また、１６：９モードにおいて非読み出し領域に含まれる画素は、非選択画素であるので、そのＦＤ部の電位がオフ電位に設定されなければならない。

ここで、例えば増幅トランジスタがＮ-ＭＯＳＦＥＴの場合、「オフ電位＜光電変換素子をリセットするのに必要な電位」ならば、１６：９モードにおいて非読み出し領域に含まれる画素のＦＤ部の電位の設定に矛盾が生じている。非読み出し領域に含まれる画素のＦＤ部の電位が光電変換素子をリセットするために必要な電位に設定されていると、必然的にオフ電位よりも高い電位となる。すると、非読み出し領域に含まれる画素の増幅トランジスタがオンしてしまい、非読み出し領域に含まれる画素の信号が列信号線に読み出されてしまう。

逆に、１６：９モードにおいて非読み出し領域に含まれる画素のＦＤ電位をオフ電位に設定しておくと、そのＦＤ部の電位は、必然的に光電変換素子をリセットするのに必要な電位よりも低い電位となる。すると、非読み出し領域に含まれる画素の光電変換素子をリセットできなくなり、非読み出し領域に含まれる画素から読み出し領域に含まれる画素へ光電荷が漏れ出す可能性がある。

本発明の目的は、増幅部の入力部の電位によりそれぞれの画素の選択及び非選択を行う撮像装置において、非読み出し領域に含まれる画素から光電荷が漏れ出すこととを低減することにある。

本発明の第１側面に係る撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、前記増幅部の入力部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記入力部に転送する転送部と、前記入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態にし、前記入力部の電位を第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とをそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、前記画素配列における複数の画素を駆動する駆動部とを備え、前記画素配列は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、前記駆動部は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、第１の期間において前記転送部が電荷を転送できる状態で前記設定部が前記入力部の電位を第３の電位に設定して前記光電変換部をリセットし、前記第１の期間よりも後の第２の期間において前記設定部が前記入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動することを特徴とする。

本発明の第２側面に係る撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、前記増幅部の入力部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記入力部に転送する転送部と、前記入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態にし、前記入力部の電位を第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とをそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、前記画素配列における複数の画素を駆動する駆動部とを備え、前記画素配列は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、前記駆動部は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、第１の期間において前記転送部が電荷を転送できる状態で前記設定部が前記入力部の電位を第３の電位に設定して前記光電変換部をリセットし、前記第１の期間よりも後の第２の期間において前記設定部が前記入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動することを特徴とする。

本発明の第３側面に係る撮像装置の駆動方法は、光電変換部と、前記光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、前記増幅部の入力部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記入力部に転送する転送部と、前記入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態にし、前記入力部の電位を第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とをそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列を有する撮像装置の駆動方法であって、前記画素配列は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、前記駆動方法は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、第１の期間において前記転送部が電荷を転送できる状態で前記設定部が前記入力部の電位を第３の電位に設定するように、駆動する設定工程と、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記第１の期間よりも後の第２の期間において前記設定部が前記入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動する非選択工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の第４側面に係る撮像装置の駆動方法は、光電変換部と、前記光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、前記増幅部の入力部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記入力部に転送する転送部と、前記入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態にし、前記入力部の電位を第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とをそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列を有する撮像装置の駆動方法であって、前記画素配列は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、前記駆動方法は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、第１の期間において前記転送部が電荷を転送できる状態で前記設定部が前記入力部の電位を第３の電位に設定するように、駆動する設定工程と、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記第１の期間よりも後の第２の期間において前記設定部が前記入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動する非選択工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の第５側面に係る撮像システムは、本発明の第１側面に係る撮像装置と、前記撮像装置の前記画素配列へ光を結像する光学系と、前記撮像装置からの出力信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、増幅部の入力部の電位によりそれぞれの画素の選択及び非選択を行う撮像装置において、非読み出し領域に含まれる画素から光電荷が漏れ出すこととを低減できる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の構成図である。

撮像装置１００は、図１（ａ）に示すように、画素配列ＰＡ及び駆動部１０３を備える。

画素配列ＰＡは、第１のモードにおいて、読み出し領域１０１と非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂとを含む。読み出し領域１０１は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される領域である。非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂは、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出されない領域である。これにより、第１のモードにおいて得られる画像は、図１（ｃ）に示すように、アスペクト比が１６：９になる。なお、読み出し領域１０１は、読み出すように選択された行の画素である選択画素と、その選択画素以外の画素である非選択画素とを含む。

一方、画素配列ＰＡは、第２のモードにおいて、全ての画素から信号が読み出される。これにより、第２のモードにおいて得られる画像は、図１（ｂ）に示すように、アスペクト比が４：３になる。なお、全ての画素は、読み出すように選択された行の画素である選択画素と、その選択画素以外の画素である非選択画素とを含む。

駆動部１０３は、画素配列ＰＡの周辺に配される。駆動部１０３は、画素配列ＰＡにおける複数の画素（図２参照）を駆動する。駆動部１０３は、例えば、画素配列ＰＡを垂直方向に走査する垂直走査回路である。

なお、図１では、各列の列信号線７１，７２・・・（図２参照）に出力された信号を読み出すために読み出し回路や、その読み出し回路を水平方向に走査するための水平走査回路などの図示が省略されている。

次に、撮像装置１００における画素配列ＰＡについて、図２を用いて説明する。図２は、撮像装置１００が有する画素配列ＰＡの構成を示す図である。

画素配列ＰＡでは、図２に示すように、複数の画素（６ａ１，６ａ２，・・・，６ａｎ，・・・，６ｃｎ，・・・）が行方向及び列方向に配列されている。

画素６ａ１は、光電変換部１、入力部５、転送部２ａ、設定部３ａ、及び増幅部４を備える。ここで、画素とは、１つの光電変換素子及びこの光電変換素子から出力線へ信号を読み出すための素子集合の最小単位を指す。隣接する光電変換素子において、素子を共有することも可能であるが、この場合にも１つの光電変換素子の信号を読み出すための素子集合の最小単位で定義づけられる。

光電変換部１は、入射した光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換部１は、例えば、負電荷（電子）を蓄積するタイプのフォトダイオードである。

入力部５は、後述の増幅部４の入力部であり、光電変換部１が蓄積した電荷を保持する。入力部５は、例えば、フローティングディフュージョンである。

転送部２ａは、光電変換部１に蓄積された電荷を所定のタイミングで入力部５に転送する。転送部２ａは、例えば、転送用のＭＯＳトランジスタである。

設定部３ａは、入力部５の電位を第１の電位（図４に示すＶ１参照）に設定して選択状態にし、入力部５の電位を第２の電位（図４に示すＶ２参照）に設定して非選択状態にする。設定部３ａは、例えば、リセット用のＭＯＳトランジスタである。第１の電位は、増幅部４がオンする電位であり、光電変換部１をリセットするのに必要な電位よりも高い必要がある。第２の電位は、増幅部４がオフする電位であり、「列信号線７１等の電位＋増幅部４（増幅用のＮＭＯＳトランジスタ）がオンする閾値電圧」よりも低い必要がある。

増幅部４は、入力部５に保持された電荷による信号（電圧）を増幅する。増幅部４は、例えば、増幅用のＮＭＯＳトランジスタである。

なお、他の画素６ａ２等についても、画素６ａ１と同様である。

次に、撮像装置１００における駆動部１０３について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、駆動部１０３の回路構成の一部を示す図である。図４は、駆動部１０３が画素に供給するパルスの波形図である。

まず、第１のモードが選択された場合について説明する。

このとき、図３に示すモード制御端子Ｎｅｎには、第１のモードが選択されたことを示すＨレベルの信号が入力される。これにより、トランスファーゲートＧ１，Ｇ３が開くとともに、トランスファーゲートＧ２，Ｇ４が閉じる。そして、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる画素の転送部２ａにパルスＰ２ａ（図４参照）を供給し、設定部３ａにパルスＰ３ａ（図４参照）を供給する。また、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素の転送部２ｂにパルスＰ２ｂ（図４参照）を供給し、設定部３ｂにパルスＰ３ｂ（図４参照）を供給する。駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非選択画素の転送部２ｃにパルスＰ２ｃ（図４参照）を供給し、設定部３ｃにパルスＰ３ｃ（図４参照）を供給する。

すなわち、駆動部１０３は、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる画素のそれぞれを、第１の期間において転送部２ａが電荷を転送できる状態で設定部３ａが入力部５の電位を第３の電位に設定するように、駆動する。この工程を設定工程と呼ぶ。第３の電位は、増幅部４をオンする電位であり、上記の第１の電位に等しく、例えば、図４に示すリセット電源信号Ｖｒｅｓの電位Ｖ１である。第１の期間は、例えば、図４に示す「間引き画素リセット期間」である。これにより、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる各画素では、第１の期間において、転送部２ａと設定部３ａとがともにオンして、光電変換部１及び入力部５がリセットされる。

また、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素を、第１の期間において転送部２ｂ及び設定部３ｂがオフするように、駆動する。駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非選択画素を、第１の期間において転送部２ｃ及び設定部３ｃがオフするように、駆動する。

次に、駆動部１０３は、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる画素のそれぞれを、第１の期間よりも後の第２の期間において設定部３ａが入力部５の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動する。この工程を非選択工程と呼ぶ。第４の電位は、増幅部４がオフする電位であり、上記の第２の電位に等しく、例えば、図４に示すリセット電源信号Ｖｒｅｓの電位Ｖ２である。第２の期間は、例えば、図４に示す「非選択画素リセット期間」である。これにより、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる各画素では、第２の期間において、転送部２ａがオフして、設定部３ａがオンする。そして、入力部５の電位が第１の電位になり、増幅部４がオフされた状態が維持される非選択状態になる。

また、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素を、第２の期間において転送部２ｂ及び設定部３ｂがオフするように、駆動する。駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非選択画素を、第１の期間において転送部２ｃがオフし設定部３ｃがオンするように、駆動する。これにより、非選択画素は、入力部５の電位が第２の電位（例えば、図４に示すＶ２）に設定されて非選択状態になる。

次に、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素を、第２の期間よりも後の第３の期間において転送部２ｂがオフし設定部３ｂがオンするように、駆動する。第３の期間は、例えば、図４に示す「選択画素信号読み出し期間」である。これにより、選択画素は、入力部５の電位が第１の電位（例えば、図４に示すＶ１）に設定されて選択状態になる。そして、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素を、第２の期間よりも後の第３の期間において転送部２ｂがオンし設定部３ｂがオフするように、駆動する。これにより、選択画素では、光電変換部１に蓄積された電荷が入力部５へ転送されて、入力部５に保持された電荷による信号（電圧）が増幅されて出力信号線に読み出される。なお、駆動部１０３は、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる画素のそれぞれを、第３の期間において転送部２ａ及び設定部３ａがオフするように、駆動する。駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非選択画素を、第３の期間において転送部２ｃ及び設定部３ｃがオフするように、駆動する。

次に、第２のモードが選択された場合について、第１のモードが選択された場合と異なる部分を中心に説明する。

このとき、図３に示すモード制御端子Ｎｅｎには、Ｌレベルの信号が入力される。これにより、トランスファーゲートＧ２，Ｇ４が開くとともに、トランスファーゲートＧ１，Ｇ３が閉じる。これにより、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素の転送部２ａにパルスＰ２ｂ（図４参照）を供給し、設定部３ａにパルスＰ３ｂ（図４参照）を供給する。あるいは、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非選択画素の転送部２ａにパルスＰ２ｃ（図４参照）を供給し、設定部３ａにパルスＰ３ｃ（図４参照）を供給する。

すなわち、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素を、第１の期間において転送部２ａ及び設定部３ａがオフするように、駆動する。あるいは、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非選択画素を、第１の期間において転送部２ａ及び設定部３ａがオフするように、駆動する。

次に、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素を、第２の期間において転送部２ａ及び設定部３ａがオフするように、駆動する。駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非選択画素を、第２の期間において転送部２ｃがオフし設定部３ｃがオンするように、駆動する。これにより、非選択画素は、入力部５の電位が第２の電位（例えば、図４に示すＶ２）に設定されて非選択状態になる。

次に、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素を、第２の期間よりも後の第３の期間において転送部２ａがオフし設定部３ａがオンするように、駆動する。これにより、選択画素は、入力部５の電位が第１の電位（例えば、図４に示すＶ１）に設定されて選択状態になる。そして、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、選択画素を、第２の期間よりも後の第３の期間において転送部２ａがオンし設定部３ａがオフするように、駆動する。これにより、選択画素では、光電変換部１に蓄積された電荷が入力部５へ転送されて、入力部５に保持された電荷による信号（電圧）が増幅されて出力信号線に読み出される。あるいは、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非選択画素を、第３の期間において転送部２ａ及び設定部３ａがオフするように、駆動する。

なお、光電変換素子が正孔を蓄積するタイプのフォトダイオードであったり、増幅トランジスタがＰ-ＭＯＳＦＥＴであったりしてもよい。ただしその場合、ＮＭＯＳとＰＭＯＳでは極性が反転するため、本実施形態中に記載している電位の高低関係も反転する。

以上のように、本発明の第１実施形態によれば、第１のモードにおいて、非読み出し領域に含まれる画素の光電変換部１を好適にリセットすることと、入力部５の電位をオフ電位（第２の電位）にすることとを両立できる。したがって、入力部の電位によりそれぞれの画素の選択及び非選択を行う撮像装置において、非読み出し領域に含まれる画素から光電荷が漏れ出すこととを低減できる。

次に、本発明の撮像装置１００を適用した撮像システムの一例を図５に示す。

撮像システム９０は、図５に示すように、主として、光学系、撮像装置１００及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、撮影レンズ９２及び絞り９３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。

シャッター９１は、光路上において撮影レンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。

撮影レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像装置１００へ被写体の像を結像させる。

絞り９３は、光路上において撮影レンズ９２と撮像装置１００との間に設けられ、撮影レンズ９２を通過後に撮像装置１００へ導かれる光の量を調節する。

撮像装置１００は、画素配列ＰＡに結像された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置１００は、その画像信号を画素配列ＰＡから読み出して出力する。

撮像信号処理回路９５は、撮像装置１００に接続されており、撮像装置１００から出力された画像信号を処理する。

Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）をデジタル信号へ変換する。

画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。

メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。

外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。

タイミング発生部９８は、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。

全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。

記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。

以上の構成により、撮像装置１００において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置２００について、図６〜図８を用いて説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置２００の構成図である。図７は、撮像装置２００における画素配列ＰＡの構成を示す図である。図８は、駆動部２０３が画素に供給するパルスの波形図である。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分に関しては説明を省略する。

撮像装置２００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、駆動部２０３を備える点で、第１実施形態と異なる。

駆動部２０３は、図７に示すように、トランスファーゲートＧ２０１を備える点で、第１実施形態の駆動部１０３と異なる。これにより、第１のモードが選択された場合の駆動部２０３の動作が次のように異なる。

すなわち、図７に示すモード制御端子Ｎｅｎには、第１のモードが選択されたことを示すＨレベルの信号が入力される。これにより、トランスファーゲートＧ２０１，Ｇ３が開くとともに、トランスファーゲートＧ２，Ｇ４が閉じる。そして、駆動部１０３は、第１のモードにおいて、非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる画素の転送部２ａにパルスＰ２ａ１（図８参照）を供給し、設定部３ａにパルスＰ３ａ（図４参照）を供給する。

すなわち、駆動部１０３は、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる画素のそれぞれを、第１の期間、第２の期間、及び第３の期間において転送部２ａがオン状態に固定されるように、駆動する。言い換えれば、上記の設定工程及び非選択工程では、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる画素のそれぞれを、転送部２ａがオン状態に固定されるように、駆動する。

第１実施形態では、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれる画素において、転送部２ａ及び設定部３ａの両方がパルス駆動されている。入力部５は、転送部２ａ及び設定部３ａに接続されているため、これら２つの素子がパルス駆動されると、それによって入力部５の電位が振られる。入力部５の電位が変動すると、増幅部４を介して信号出力も変動してしまう。

たとえば、仮に、画素配列ＰＡの中央部と周辺部とで入力部５の振られ量が大きく異なると、出力信号に面内シェーディングが発生してしまう。また、それとは別に、転送部２ａ及び設定部３ａがパルス駆動されると、半導体基板を介して、光電変換部１の基準電位が変動してしまう。そうすると、光電変換部１に蓄積されていた光電荷が周囲に漏れ出してしまう。特に、光電変換部１の飽和近くまで光電荷を蓄積している状態だと、もともと隣接する画素へ電荷が漏れ出しやすい状態であるため、わずかな基準電位の変動でも隣接する画素へ光電荷の漏れ出しが発生してしまう。

それに対して、第２実施形態では、設定部３ａのみがパルス駆動されており、転送部２ａはオン固定となっている。すなわち、第２実施形態の方が、第１実施形態に比較して、パルス駆動される素子（例えば、トランジスタ）の数が少なくなる。これにより、出力信号に面内シェーディングが発生することを低減でき、光電変換部１に蓄積された光電荷が隣接する画素へ漏れ出すことを低減できる。

次に、本発明の第３実施形態に係る撮像装置３００について、図９〜図１０を用いて説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る撮像装置３００の構成図である。図１０は、撮像装置３００における画素配列ＰＡの構成を示す図である。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分に関しては説明を省略する。 撮像装置３００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、図１０に示すように、駆動部３０３が、トランスファーゲートＧ３０１およびＧ３０３を備える点で、第１実施形態の駆動部１０３と異なる。これにより、第１のモードが選択された場合の駆動部３０３の動作が次のように異なる。

図１０に示すモード制御端子Ｎｅｎには、第１のモードが選択されたことを示すＨレベルの信号が入力される。これにより、トランスファーゲートＧ３０１，Ｇ３０３がオンするとともに、トランスファーゲートＧ２，Ｇ４がオフする。そして、図４に示すとおり、駆動部３０３は、第１のモードにおいて、非読み出し領域３０２ａ，３０２ｂに含まれる画素のうち読み出し領域１０１に隣接する部分３０２ａ１，３０２ｂ１の画素にＰ２ａおよびＰ３ａを供給する。すなわち、駆動部３０３は、第１の期間において転送部２ａが電荷を転送できる状態で設定部３ａが入力部５の電位を第３の電位に設定するように、駆動する。

上記のように、第１実施形態では、第１のモードにおいて非読み出し領域１０２ａ，１０２ｂに含まれるすべての画素が、第１の期間において、転送部２ａ及び設定部３ａの両方がパルス駆動されている。

それに対して、第３実施形態では、第１のモードにおいて非読み出し領域３０２ａ，３０２ｂに含まれる画素のうち読み出し領域１０１に隣接する部分の画素が、第１の期間において、転送部２ａ及び設定部３ａの両方がパルス駆動されている。非読み出し領域３０２ａ，３０２ｂに含まれるそれ以外の部分３０２ａ２，３０２ｂ２の画素は、第１の期間において、転送部２ａ及び設定部３ａの両方がオフ固定となっている。すなわち、第３実施形態の方が、第１実施形態に比較して、第１の期間においてパルス駆動される素子、例えばトランジスタの数が少なくなる。これにより、出力信号の面内シェーディングを低減できる。

なお、駆動部３０３（例えば、垂直走査回路）は、非読み出し領域３０２ａ，３０２ｂに含まれる画素のうち読み出し領域１０１に隣接する部分３０２ａ１，３０２ｂ１の画素（Ｐ２ａおよびＰ３ａが供給される画素）を順次走査してもよい。これにより、駆動部３０３は、非読み出し領域３０２ａ，３０２ｂに含まれる画素のうち読み出し領域１０１に隣接する部分３０２ａ１，３０２ｂ１に含まれる全ての画素の光電荷をリセットすることが可能となる。

または、駆動部３０３は、必ずしも、非読み出し領域３０２ａ，３０２ｂに含まれる画素のうち読み出し領域１０１に隣接する部分３０２ａ１，３０２ｂ１に含まれる全ての画素の光電荷をリセットする必要はない。すなわち、駆動部３０３は、部分３０２ａ１，３０２ｂ１のうち読み出し領域１０１の近傍の一部の画素のみにＰ２ａおよびＰ３ａが供給してもよい。この場合でも、読み出し領域に含まれる画素へ光電荷があふれることを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成図。 撮像装置における画素配列の構成を示す図。 駆動部の回路構成の一部を示す図。 駆動部が画素に供給するパルスの波形図。 第１実施形態に係る撮像装置を適用した撮像システムの構成図。 本発明の第２実施形態に係る撮像装置の構成図。 撮像装置における画素配列の構成を示す図。 駆動部が画素に供給するパルスの波形図。 本発明の第３実施形態に係る撮像装置の構成図。 駆動部の回路構成の一部を示す図。

符号の説明

１ 光電変換部
２ａ等 転送部
３ａ等 設定部
５ 入力部
６ａ１等 画素
１００，２００，３００ 撮像装置
１０１ 読み出し領域
１０２ａ，１０２ｂ 非読み出し領域
１０３，２０３，３０３ 駆動部
ＰＡ 画素配列

Claims (25)

1. 光電変換部と、前記光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、前記増幅部の入力部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記入力部に転送する転送部と、前記入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態にし、前記入力部の電位を第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とをそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、
   前記画素配列における複数の画素を駆動する駆動部と、
   を備え、
   前記画素配列は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、
   前記駆動部は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、第１の期間において前記転送部が電荷を転送できる状態で前記設定部が前記入力部の電位を第３の電位に設定して前記光電変換部をリセットし、前記第１の期間よりも後の第２の期間において前記設定部が前記入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記複数の画素のそれぞれの前記転送部は、トランジスタを含み、
   前記駆動部は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記第１の期間において前記転送部がオンし、前記第２の期間において前記転送部がオフするように、駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記複数の画素のそれぞれの前記転送部は、トランジスタを含み、
   前記駆動部は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記転送部がオン状態に固定されるように、駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記複数の画素のそれぞれの前記増幅部は、トランジスタを含み、
   前記第１の電位及び前記第３の電位は、前記増幅部がオンする電位であり、
   前記第２の電位及び前記第４の電位は、前記増幅部がオフする電位である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記第３の電位は、前記第１の電位に等しく、
   前記第４の電位は、前記第２の電位に等しい
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記画素配列は、第２のモードにおいて、全ての画素から信号が読み出される
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 光電変換部と、前記光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、前記増幅部の入力部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記入力部に転送する転送部と、前記入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態にし、前記入力部の電位を第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とをそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、
   前記画素配列における複数の画素を駆動する駆動部と、
   を備え、
   前記画素配列は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、
   前記駆動部は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、第１の期間において前記転送部が電荷を転送できる状態で前記設定部が前記入力部の電位を第３の電位に設定して前記光電変換部をリセットし、前記第１の期間よりも後の第２の期間において前記設定部が前記入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動する
   ことを特徴とする撮像装置。
8. 前記複数の画素のそれぞれの前記転送部は、トランジスタを含み、
   前記駆動部は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、前記第１の期間において前記転送部がオンし、前記第２の期間において前記転送部がオフするように、駆動する
   ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記複数の画素のそれぞれの前記転送部は、トランジスタを含み、
   前記駆動部は、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、前記転送部がオン状態に固定されるように、駆動する
   ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
10. 前記複数の画素のそれぞれの前記増幅部は、トランジスタを含み、
    前記第１の電位及び前記第３の電位は、前記増幅部がオンする電位であり、
    前記第２の電位及び前記第４の電位は、前記増幅部がオフする電位である
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記第３の電位は、前記第１の電位に等しく、
    前記第４の電位は、前記第２の電位に等しい
    ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記画素配列は、第２のモードにおいて、全ての画素から信号が読み出される
    ことを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 光電変換部と、前記光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、前記増幅部の入力部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記入力部に転送する転送部と、前記入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態にし、前記入力部の電位を第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とをそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列を有する撮像装置の駆動方法であって、
    前記画素配列は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、
    前記駆動方法は、
    前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、第１の期間において前記転送部が電荷を転送できる状態で前記設定部が前記入力部の電位を第３の電位に設定するように、駆動する設定工程と、
    前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記第１の期間よりも後の第２の期間において前記設定部が前記入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動する非選択工程と、
    を備えたことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
14. 前記複数の画素のそれぞれの前記転送部は、トランジスタを含み、
    前記設定工程では、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記第１の期間において前記転送部がオンするように、駆動し、
    前記非選択工程では、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記第２の期間において前記転送部がオフするように、駆動する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置の駆動方法。
15. 前記複数の画素のそれぞれの前記転送部は、トランジスタを含み、
    前記設定工程および前記非選択工程では、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記転送部がオン状態に固定されるように、駆動する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置の駆動方法。
16. 前記複数の画素のそれぞれの前記増幅部は、トランジスタを含み、
    前記第１の電位及び前記第３の電位は、前記増幅部がオンする電位であり、
    前記第２の電位及び前記第４の電位は、前記増幅部がオフする電位である
    ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
17. 前記第３の電位は、前記第１の電位に等しく、
    前記第４の電位は、前記第２の電位に等しい
    ことを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
18. 前記画素配列は、第２のモードにおいて、全ての画素の前記入力部に保持された電荷による信号が読み出される
    ことを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
19. 光電変換部と、前記光電変換部に発生した電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、前記増幅部の入力部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記入力部に転送する転送部と、前記入力部の電位を第１の電位に設定して選択状態にし、前記入力部の電位を第２の電位に設定して非選択状態にする設定部とをそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列を有する撮像装置の駆動方法であって、
    前記画素配列は、第１のモードにおいて、画素から信号が読み出される読み出し領域と、画素から信号が読み出されない非読み出し領域とを含み、
    前記駆動方法は、
    前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、第１の期間において前記転送部が電荷を転送できる状態で前記設定部が前記入力部の電位を第３の電位に設定するように、駆動する設定工程と、
    前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のそれぞれを、前記第１の期間よりも後の第２の期間において前記設定部が前記入力部の電位を第４の電位に設定して非選択状態にするように、駆動する非選択工程と、
    を備えたことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
20. 前記複数の画素のそれぞれの前記転送部は、トランジスタを含み、
    前記設定工程では、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、前記第１の期間において前記転送部がオンするように、駆動し、
    前記非選択工程では、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、前記第２の期間において前記転送部がオフするように、駆動する
    ことを特徴とする請求項１９に記載の撮像装置の駆動方法。
21. 前記複数の画素のそれぞれの前記転送部は、トランジスタを含み、
    前記設定工程および前記非選択工程では、前記第１のモードにおいて前記非読み出し領域に含まれる画素のうち前記読み出し領域に隣接する部分の画素を、前記転送部がオン状態に固定されるように、駆動する
    ことを特徴とする請求項１９に記載の撮像装置の駆動方法。
22. 前記複数の画素のそれぞれの前記増幅部は、トランジスタを含み、
    前記第１の電位及び前記第３の電位は、前記増幅部がオンする電位であり、
    前記第２の電位及び前記第４の電位は、前記増幅部がオフする電位である
    ことを特徴とする請求項１９から２１のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
23. 前記第３の電位は、前記第１の電位に等しく、
    前記第４の電位は、前記第２の電位に等しい
    ことを特徴とする請求項１９から２２のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
24. 前記画素配列は、第２のモードにおいて、全ての画素の前記入力部に保持された電荷による信号が読み出される
    ことを特徴とする請求項１９から２３のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
25. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の前記画素配列へ光を結像する光学系と、
    前記撮像装置からの出力信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
    を備えたことを特徴とする撮像システム。

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