JP2011244253A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローリングシャッタ方式において、１フレーム期間よりも長い露光を行うことができ、ＳＮ比の高い画像が得られるようにする。
【解決手段】撮像装置は、行列状に配置された複数の画素で構成される画素部と、露光開始タイミングと露光後の信号の読み出しタイミングとを前記画素部の各行に順次与えてローリングシャッタを行うタイミング制御部と、前記タイミング制御部によって前記画素部から読み出された露光後の信号を外部に出力する出力部とを有する撮像装置であって、前記タイミング制御部は、連続する複数枚の画像を予め設定されたフレームレートでローリングシャッタを行う場合に、前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとの時間間隔が前記フレームレートよりも長く、且つ前記読み出しタイミングを出力する行がフレーム毎に異なるように前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとを制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、固体撮像素子単体および固体撮像素子を搭載する電子カメラなどの撮像装置に関する。

一般的な電子カメラは、静止画やスルー画像或いは動画など、機能に応じて様々な解像度の画像に対応できるようになっている。例えば電子カメラに広く用いられているＣＭＯＳ型の固体撮像素子では、撮像画面の必要な部分だけを読み出したり、行を間引いて読み出すことができる（例えば、特許文献１参照）。

一方、スルー画像や動画撮影などではローリングシャッタ方式の電子シャッタが用いられている。ローリングシャッタ方式では、行列状に配置された固体撮像素子の各画素の光電変換部に蓄積される電荷のリセット動作と、リセット後に光電変換部に蓄積された電荷を電気信号に変換して読み出す動作とが行単位で繰り返し行われる。

特開２００６−３２５０７３号公報

ところが、従来のローリングシャッタ方式におけるリセット動作と読み出し動作は、１フレーム内の同一行に対して行われるようになっており、リセットタイミングと読み出しタイミングを独立して制御することができず、１フレーム期間よりも長い時間の露光を行うことが難しかった。これにより、暗い場所での撮影時にＳＮ比が劣化するという問題があった。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、１フレーム期間よりも長い時間の露光を行うことができ、ＳＮ比の高い画像が得られる撮像装置を提供することである。

本発明に係る撮像装置は、行列状に配置された複数の画素で構成される画素部と、露光開始タイミングと露光後の信号の読み出しタイミングとを前記画素部の各行に順次与えてローリングシャッタを行うタイミング制御部と、前記タイミング制御部によって前記画素部から読み出された露光後の信号を外部に出力する出力部とを有する撮像装置であって、前記タイミング制御部は、連続する複数枚の画像を予め設定されたフレームレートでローリングシャッタを行う場合に、前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとの時間間隔が前記フレームレートよりも長く、且つ前記読み出しタイミングを出力する行がフレーム毎に異なるように前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとを制御することを特徴とする。

また、前記タイミング制御部の前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとの時間間隔が前記フレームレートよりも長い第１モードと、前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとの時間間隔が前記フレームレート以下の第２モードとを切り替えるモード切替部を更に備え、前記タイミング制御部は、前記モード切替部により設定されたモードに応じて、前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとを制御することを特徴とする。

さらに、撮影する被写体の明るさ測光する測光部を更に備え、前記モード切替部は、前記測光部の測光値に応じて前記第１モードおよび前記第２モードを切替えることを特徴とする。

また、前記タイミング制御部は、前記画素部の同一行の複数の画素に対して、前記露光開始タイミングを出力したフレームと異なるフレームで前記読み出しタイミングを出力することを特徴とする。

さらに、前記画素部の列毎に設けられた増幅器を更に備え、前記増幅器の増幅率は、前記測光部の測光値に応じて制御されることを特徴とする。

本発明に係る撮像装置は、リセットタイミングと読み出しタイミングを独立して制御するので、１フレーム期間よりも長い時間の露光を行うことができ、ＳＮ比の高い画像を得ることができる。

固体撮像素子１０１の構成例を示す図である。 画素ｐｘ（ｎ，ｍ）の回路例を示す図である。 「通常撮影モード」のタイミング例を示す図である。 「通常撮影モード」のタイミングチャートである。 行ブロックの例を示す図である。 長時間露光のタイミング例を示す図である。 「高ＳＮ撮影モード」のタイミングチャートである。 電子カメラ２０１の構成例を示す図である。

以下、本発明に係る撮像装置の実施形態について図面を用いて詳しく説明する。尚、本発明に係る撮像装置は、電子シャッタの１つであるローリングシャッタ方式に対応する固体撮像素子単体だけでなく、電子カメラ，ビデオカメラ，カメラ付携帯電話など固体撮像素子を搭載して画像を撮影する機器を含んでいる。

（第１実施形態）
先ず、本発明に係る撮像装置の第１実施形態として固体撮像素子１０１について説明する。図１は、固体撮像素子１０１の構成を示すブロック図である。

［固体撮像素子１０１の構成例］
図１において、固体撮像素子１０１は、画素部１０２と、出力部１０３と、タイミング制御部１０４とで構成される。そして、動作制御信号がタイミング制御部１０４に外部から与えられる。外部から与えられる動作制御信号は、固体撮像素子１０１の動作モードを選択する信号や動作タイミングの元になるクロック信号やフレーム信号などで構成される。動作モード選択信号は、例えば電子シャッタをローリングシャッタ方式で行うかグローバルシャッタ方式で行うかを選択する。或いは、固体撮像素子１０１から読み出す画像の解像度の選択や間引き読み出しの設定、或いはゲイン設定などを行う。尚、本実施形態では、ローリングシャッタ方式で行間引き読み出しを行う場合について説明する。ローリングシャッタ方式は、常に固体撮像素子１０１に被写体光が入射した状態にして、固体撮像素子１０１の各画素に蓄積される電荷のリセットタイミングと読み出しタイミングとを制御することにより、露光時間を制御して画像を撮影する電子シャッタの１つで、行毎に順次撮影して１フレームの画像を取得する。特に、本実施形態に係る固体撮像素子１０１は、ローリングシャッタ方式で撮影する場合に、「通常撮影モード」と「高ＳＮ撮影モード」の２つのモードを選択できるようになっている。「通常撮影モード」では行毎の露光時間が１フレーム未満のローリングシャッタを行い、「高ＳＮ撮影モード」では行毎の露光時間が１フレーム期間よりも長いローリングシャッタを行うことができる。尚、これらの撮影モードについては後で詳しく説明する。

以下、図１の固体撮像素子１０１の各部について詳しく説明する。

画素部１０２は、行列状に配置された複数の画素で構成される。尚、図１では、説明がわかり易いように、画素部１０２は９行９列の８１画素で構成されているが、実際には数百万画素を有する。画素部１０２において、１列目の画素ｐｘ（１，１）から画素ｐｘ（９，１）までの９つの画素は垂直信号線ＶＬＩＮＥ（１）に接続され、垂直信号線ＶＬＩＮＥ（１）に読み出された信号は出力部１０３に入力される。同様に、２列目の画素ｐｘ（１，２）から画素ｐｘ（９，２）までの９つの画素は垂直信号線ＶＬＩＮＥ（２）に接続され、９列目の画素ｐｘ（１，９）から画素ｐｘ（９，９）までの９つの画素は垂直信号線ＶＬＩＮＥ（９）に接続され、それぞれの垂直信号線を介して出力部１０３に入力される。尚、図１では省略してあるが、３列目から８列目についても同様である。ここで、以降の説明において、特定の行または列を指定しない場合は行方向をｎ（ｎは１から９の整数）、列方向をｍ（ｍは１から９の整数）として表記する。

また、画素部１０２において、１行目の画素ｐｘ（１，１）から画素ｐｘ（１，９）までの９つの画素に対してタイミング制御部１０４から３つのタイミング信号（ＦＤＲＳＴ（１），ＳＥＬ（１），ＴＸ（１））が入力され、１行目の９つの画素で光電変換された信号が列毎に配置されたそれぞれの垂直信号線（ＶＬＩＮＥ（１）からＶＬＩＮＥ（９））にそれぞれ読み出される。同様に、２行目の画素ｐｘ（２，１）から画素ｐｘ（２，９）までの９つの画素は、タイミング信号（ＦＤＲＳＴ（２），ＳＥＬ（２），ＴＸ（２））によって、９行目の画素ｐｘ（９，１）から画素ｐｘ（９，９）までの９つの画素は、タイミング信号（ＦＤＲＳＴ（９），ＳＥＬ（９），ＴＸ（９））によって、各画素で光電変換された信号が列毎に配置されたそれぞれの垂直信号線（ＶＬＩＮＥ（１）からＶＬＩＮＥ（９））にそれぞれ読み出される。尚、図１では省略してあるが、３行目から８行目についても同様である。

次に、出力部１０３は、画素部１０２から行毎に読み出される各画素の信号を列順に外部に出力するためのブロックである。図１において、出力部１０３は、各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に信号を読み出すために必要な定電流を供給する定電流回路と、カラムアンプＣＡＭＰ（ｍ）と、信号保持部１０５と、出力アンプＯＡＭＰとで構成される。

定電流回路は、垂直信号線（ＶＬＩＮＥ（１）からＶＬＩＮＥ（９））毎に設けられた定電流用のトランジスタ（Ｔｉ１１からＴｉ９１）と、電源Ｖｄｄに接続された定電流源ＰＷ１によって定電流を流すトランジスタＴｉｂ１とで構成される。ここで、定電流用のトランジスタ（Ｔｉ１１からＴｉ９１）とトランジスタＴｉｂ１は、カレントミラー回路を構成している。そして、各列の定電流用のトランジスタは、後で説明する各画素の出力用のトランジスタとソースフォロワ回路を構成し、各画素からそれぞれの垂直信号線（ＶＬＩＮＥ（１）からＶＬＩＮＥ（９））に信号が読み出すために必要な定電流を供給する。

カラムアンプＣＡＭＰ（ｍ）は、垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出された信号の増幅などを行う。尚、各カラムアンプＣＡＭＰ（ｍ）は、タイミング制御部１０４から与えられるカラムアンプ制御信号によって動作が制御される。カラムアンプ制御信号は、例えばカラムアンプのリセットやゲインを可変するための制御信号である。

信号保持部１０５は、各画素から読み出された信号を行毎に保持する。ここで、各画素から読み出される信号は、各画素のばらつきを除去するために各画素に保持された電荷をリセットしたときのダーク信号（Ｖｄｋ）と、被写体光に応じて各画素に蓄積された電荷を読み出したときの光信号（Ｖｓｉｇ）とで構成される。ダーク信号（Ｖｄｋ）はタイミング制御部１０４が出力するダーク信号の保持信号ＳＨｄｋにより保持され、光信号（Ｖｓｉｇ）はタイミング制御部１０４が出力する光信号の保持信号ＳＨｓｉｇにより保持される。そして、信号保持部１０５に保持されたダーク信号（Ｖｄｋ）と光信号（Ｖｓｉｇ）は、タイミング制御部１０４が出力する水平走査信号（Ｈ（１）からＨ（９））に応じて各列毎に出力アンプＯＡＭＰ側に読み出される。

ここで、信号保持部１０５の動作について１列目の場合を例に挙げて説明する。画素部１０２から１列目の垂直信号線ＶＬＩＮＥ（１）に読み出されたダーク信号は、カラムアンプＣＡＭＰ（１）を介してトランジスタＴｈ１１，Ｔｈ１２に入力される。トランジスタＴｈ１１はダーク信号の保持信号ＳＨｄｋによってオンされ、ダーク用コンデンサＣｔｄ（１）に保持される。尚、この時、トランジスタＴｈ１２はオフである。次に、画素部１０２で垂直信号線ＶＬＩＮＥ（１）に読み出された光信号は、カラムアンプＣＡＭＰ（１）を介してトランジスタＴｈ１１，Ｔｈ１２に入力される。そして、トランジスタＴｈ１２は光信号の保持信号ＳＨｓｉｇによってオンされ、光用コンデンサＣｔｓ（１）に保持される。尚、この時、トランジスタＴｈ１１はオフである。このようにして、ダーク信号（Ｖｄｋ）はダーク用コンデンサＣｔｄ（１）に、光信号（Ｖｓｉｇ）は光用コンデンサＣｔｓ（１）にそれぞれ保持される。同様に、２列目の場合、画素部１０２で垂直信号線ＶＬＩＮＥ（２）に読み出されたダーク信号はトランジスタＴｈ２１を介してダーク用コンデンサＣｔｄ（２）に、光信号はトランジスタＴｈ２２を介して光用コンデンサＣｔｓ（２）にそれぞれ保持される。また、９列目の場合、画素部１０２で垂直信号線ＶＬＩＮＥ（９）に読み出されたダーク信号はトランジスタＴｈ９１を介してダーク用コンデンサＣｔｄ（９）に、光信号はトランジスタＴｈ９２を介して光用コンデンサＣｔｓ（９）にそれぞれ保持される。尚、図１では省略してあるが、３列目から８列目についても同様に動作する。このようにして、ダーク信号（Ｖｄｋ）はダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）に、光信号（Ｖｓｉｇ）は光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）にそれぞれ保持される。

出力アンプＯＡＭＰは、信号保持部１０５から各列の画素毎に読み出された光信号（Ｖｓｉｇ）から同じ画素のダーク信号（Ｖｄｋ）を引き算し、出力信号Ｖｏｕｔを外部に出力する。ここで、信号保持部１０５と出力アンプＯＡＭＰは相関二重サンプリング回路を構成し、各画素のばらつきによるノイズを除去する。

次に、タイミング制御部１０４は、固体撮像素子１０１の画素部１０２および出力部１０３にタイミング信号を供給するブロックである。画素部１０２に対するタイミング信号は、例えば各画素の露光開始タイミングを与える露光開始信号や各画素から信号を読み出すタイミングを与える読み出し信号などに対応する。尚、これらの信号は、画素部１０２の各行のタイミング信号（ＦＤＲＳＴ（ｎ），ＳＥＬ（ｎ），ＴＸ（ｎ））の組合せによって生成される。また、出力部１０３に対するタイミング信号は、例えば各列毎に画素部１０２から読み出された１行分の信号を信号保持部１０５で保持するための保持信号（ＳＨｄｋ，ＳＨｓｉｇ）や、信号保持部１０５で保持された１行分の信号を列順に読み出すための水平走査信号（Ｈ（１）からＨ（９））などで構成される。さらに、タイミング制御部１０４は、各カラムアンプＣＡＭＰ（ｍ）を制御するためのカラムアンプ制御信号を出力する。カラムアンプ制御信号は、例えば複数本の制御信号を有し、各カラムアンプＣＡＭＰ（ｍ）を初期リセットするカラムアンプリセット信号ＣＡｒｓｔやゲインを変えるためのゲイン制御信号ＧＡＩＮなどで構成される。

［画素ｐｘ（ｎ，ｍ）の構成例］
次に、図１の画素部１０２の各画素ｐｘ（ｎ，ｍ）の構成例について図２を用いて説明する。図２において、画素ｐｘ（ｎ，ｍ）は、フォトダイオードＰＤと、転送用トランジスタＴｔｘと、画素アンプを構成する増幅用トランジスタＴａｍと、選択用トランジスタＴｓｅと、リセット用トランジスタＴｒｓとで構成される。尚、ＦＤは転送用トランジスタＴｔｘのドレインとリセット用トランジスタＴｒｓのソースと増幅用トランジスタＴａｍのゲートとが接続されるフローティングディフュージョン領域、Ｖｄｄは電源、ＧＮＤは接地をそれぞれ示している。また、画素ｐｘ（ｎ，ｍ）には、ＦＤ領域に蓄積されている電荷をリセットするＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（ｎ），転送信号ＴＸ（ｎ）および選択信号ＳＥＬ（ｎ）の各タイミング信号が図１のタイミング制御部１０４から与えられている。

図２において、フォトダイオードＰＤは、被写体光の光量に応じた電荷を蓄積する。そして、転送用トランジスタＴｔｘのゲートに転送信号ＴＸ（ｎ）が入力されると、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷はＦＤ領域に転送される。ＦＤ領域は、接地ＧＮＤとの間に形成される容量で、フォトダイオードＰＤから転送された電荷はＦＤ領域で保持される。そして、選択用トランジスタＴｓｅのゲートに選択信号ＳＥＬ（ｎ）が入力されると、ＦＤ領域で保持された電荷は、増幅用トランジスタＴａｍで電気信号に変換され、選択用トランジスタＴｓｅを介して垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。

このように、画素部１０２の各画素の信号はタイミング制御部１０４が出力する各タイミング信号によって各列の垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。

ここで、先に説明したように、本実施形態に係る固体撮像素子１０１は、ローリングシャッタ方式で撮影する場合に、「通常撮影モード」と「高ＳＮ撮影モード」の２つのモードを選択できるようになっている。次に、各撮影モードにおけるローリングシャッタ時の動作について詳しく説明する。

［「通常撮影モード」の動作］
「通常撮影モード」では行毎の露光時間が１フレームより短い期間でローリングシャッタを行うことができる。図３は、固体撮像素子１０１の「通常撮影モード」において、全ての行と列の全画素から信号を読み出す場合のタイミング例を示す図である。 尚、図３は、ローリングシャッタ方式で全行読み出しの場合と間引き読み出しの場合のタイミング例を示し、各行の露光開始タイミングと露光終了タイミングとの関係が理解しやすいように、図３では露光開始タイミング（リセットタイミングＲＳＴ（ｎ））と露光終了タイミング（読み出しタイミングＲＤ（ｎ））だけを抽出して描いてある。ここで、白四角印で示したタイミングは露光開始タイミングＲＳＴ（ｎ）を示し、黒四角印で示したタイミングは露光終了タイミング（読み出しタイミング）ＲＤ（ｎ）を示している。また、矢印は露光期間を示している。このように、ローリングシャッタ方式では、リセットしている行と読み出しを行っている行は異なり、例えば、図３に示した全行読み出しの場合は、1行目を読み出しているときに３行目をリセットし、２行目を読み出しているときに４行目をリセットしている。このようにして、各フレーム周期毎に１行目から９行目までの読み出しが行われる、露光期間は１フレーム期間より短くなる。また、図３の間引き読み出しのタイミング例は、１フレーム目で１，４および７行目の各画素から信号を読み出し、２フレーム目で２，５および８行目、３フレーム目で３，６および９行目の各画素からそれぞれ信号を読み出す場合のタイミングを示している。このように、「通常撮影モード」では間引き読み出しにおいても、１フレーム期間より長い時間の露光を行うことができなかった。

図４は、露光開始タイミング（リセットタイミングＲＳＴ（ｎ））と露光終了タイミング（読み出しタイミングＲＤ（ｎ））の動作を詳細に描いたタイミングチャートである。図４では、ローリングシャッタ方式で複数のフレームを所定のフレームレート（例えば３０フレーム／秒など）で撮影する場合を示し、且つ画素部１０２の全画素（本実施例では９行９列の全８１画素）をフレーム毎に読み出す場合の例を示している。尚、図４において、図１と同符号の各タイミング信号は同じものを示す。

図４において、フレームクロックＦＣＬＫは１フレーム毎のタイミングを示す信号で、行クロックＬＣＬＫは１フレーム内で行毎のタイミングを示す信号である。ここで、フレームクロックＦＣＬＫおよび行クロックＬＣＬＫは、固体撮像素子１０１の外部から動作制御信号の一部として供給しても構わないし、外部から供給される動作制御信号のクロック信号などからタイミング制御部１０４で生成しても構わない。

図４において、フレームクロックＦＣＬＫが示す期間（タイミングＴ１からＴ２１まで）が１フレーム目に対応する。尚、以下の説明において、各信号のＨｉｇｈレベルをオン状態（当該信号が機能する状態）、Ｌｏｗレベルをオフ状態（当該信号が機能しない状態）とする。

先ず、タイミングＴ１からＴ４の期間に、１行目のＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（１）がオンになる。この時の動作は、図２において（ｎ＝１，ｍ＝１）として、ＦＤＲＳＴ（１）信号がリセット用トランジスタＴｒｓのゲートに与えられ、画素ｐｘ（１，１）のＦＤ領域の電荷がリセットされる。そして、ＦＤ領域の電荷がリセット中のタイミングＴ２からＴ３の期間に、１行目の転送信号ＴＸ（１）がオンになる。この時の動作は、図２において（ｎ＝１，ｍ＝１）として、ＴＸ（１）信号が転送用トランジスタＴｔｘのゲートに与えられ、フォトダイオードＰＤに蓄積されていた電荷はＦＤ領域に転送されてリセットされる。そして、転送信号ＴＸ（１）がオフするタイミングＴ３からフォトダイオードＰＤへの電荷の蓄積が開始される（１行目の露光期間の開始）。

尚、同じ１行目の他の列の画素ｐｘ（１，２）からｐｘ（１，９）についても同様である。

ここで、ＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（１）と転送信号ＴＸ（１）の論理積は露光開始信号に相当し、１行目の露光開始タイミングを与える。

同様に、タイミングＴ４からＴ７の期間において、２行目のＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（２）がオンになり、画素ｐｘ（２，ｍ）のＦＤ領域の電荷がリセットされる。そして、ＦＤ領域の電荷がリセット中のタイミングＴ５からＴ６の期間に、２行目の転送信号ＴＸ（２）がオンになり、フォトダイオードＰＤに蓄積されていた電荷はＦＤ領域に転送されてリセットされる。そして、転送信号ＴＸ（２）がオフするタイミングＴ６からフォトダイオードＰＤへの電荷の蓄積が開始される（２行目の露光期間の開始）。

このようにして、１行目から９行目までのフォトダイオードＰＤの電荷はリセットされ、それぞれの行で露光期間が開始される。

一方、露光期間の開始動作と並行して、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を電気信号に変換して読み出す動作が各行毎に行われる。例えば、タイミングＴ８からＴ１３の期間において、選択信号ＳＥＬ（１）がオンになり、１行目の各画素のＦＤ領域の電荷が各列の垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。尚、この時点ではタイミングＴ７からＴ８の期間でＦＤ領域はリセットされた状態なので、ダーク信号として増幅用トランジスタＴａｍおよび選択用トランジスタＴｓｅを介して各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。

一方、タイミングＴ８からＴ９の期間において、ダーク信号の保持信号ＳＨｄｋがオンになり、信号保持部１０５の各列のダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）にそれぞれの垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出されたダーク信号が保持される。

次のタイミングＴ１０からＴ１１の期間において、転送信号ＴＸ（１）がオンになると、１行目の各画素のフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷がＦＤ領域に転送される。この時点で、１行目の露光期間が終了する。尚、この時、選択信号ＳＥＬ（１）はオンの状態なので、１行目の各画素のＦＤ領域に転送された電荷は光信号として増幅用トランジスタＴａｍおよび選択用トランジスタＴｓｅを介して各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。

一方、タイミングＴ１０からＴ１２の期間において、光信号の保持信号ＳＨｓｉｇがオンになり、各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出された１行目の各画素の光信号は、信号保持部１０５の各列の光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）にそれぞれ保持される。

同様に、１フレーム目の２行目の各画素についてもタイミングＴ１４以降でダーク信号と光信号の読み出しが行われる。そして２行目の各画素から読み出されたダーク信号は各列のダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）に、光信号は各列の光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）にそれぞれ保持される。
図４尚、図４では省略してあるが、３行目から８行目についても同様に各画素から読み出されたダーク信号は各列のダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）に、光信号は各列の光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）にそれぞれ保持される。 このようにして、行単位に各列の画素からダーク信号と光信号とが読み出され、信号保持部１０５のダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）および光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）に保持される。

次に、信号保持部１０５のダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）および光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）に行毎に保持された信号を固体撮像素子１０１の外部に出力する際のタイミングについて説明する。図４のタイミングチャートにおいて、信号保持部１０５のダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）および光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）に行毎に保持されたダーク信号と光信号は、列毎に水平走査信号（Ｈ（１）からＨ（９））のタイミングに応じて外部に出力される。

先ず、図４のタイミングＴ１５の期間において、タイミング制御部１０４の水平走査信号Ｈ（１）がオンになる。これにより、信号保持部１０５の１列目のトランジスタＴａ１１，Ｔａ１２がオンし、ダーク用コンデンサＣｔｄ（１）に保持されていたダーク信号（Ｖｄｋ）と光用コンデンサＣｔｓ（１）に保持されていた光信号（Ｖｓｉｇ）とが出力アンプＯＡＭＰに入力される。出力アンプＯＡＭＰは差動増幅器なので、光信号（Ｖｓｉｇ）からダーク信号（Ｖｄｋ）を引き算した出力信号Ｖｏｕｔを外部に出力する。ここで、図４において、水平走査信号Ｈ（１）がオンの期間に出力アンプＯＡＭＰから出力される出力信号Ｖｏｕｔは１行１列目の画素ｐｘ（１，１）の信号Ｓｄ１である。

次に、次のタイミングＴ１６の期間において、タイミング制御部１０４の水平走査信号Ｈ（２）がオンになる。これにより、信号保持部１０５の２列目のトランジスタＴａ２１，Ｔａ２２がオンし、ダーク用コンデンサＣｔｄ（２）に保持されていたダーク信号（Ｖｄｋ）と光用コンデンサＣｔｓ（２）に保持されていた光信号（Ｖｓｉｇ）とが出力アンプＯＡＭＰに入力され、光信号（Ｖｓｉｇ）からダーク信号（Ｖｄｋ）を引き算した出力信号Ｖｏｕｔが外部に出力される。図４において、水平走査信号Ｈ（２）がオンの期間の出力信号Ｖｏｕｔは１行２列目の画素ｐｘ（１，２）の信号Ｓｄ２である。

同様に、次のタイミングＴ１７の期間において、タイミング制御部１０４の水平走査信号Ｈ（９）がオンになる。これにより、信号保持部１０５の９列目のトランジスタＴａ９１，Ｔａ９２がオンし、ダーク用コンデンサＣｔｄ（９）に保持されていたダーク信号（Ｖｄｋ）と光用コンデンサＣｔｓ（９）に保持されていた光信号（Ｖｓｉｇ）とが出力アンプＯＡＭＰに入力され、光信号（Ｖｓｉｇ）からダーク信号（Ｖｄｋ）を引き算した出力信号Ｖｏｕｔが外部に出力される。図４において、水平走査信号Ｈ（９）がオンの期間の出力信号Ｖｏｕｔは１行９列目の画素ｐｘ（１，９）の信号Ｓｄ９である。

尚、図４では省略してあるが、１行３列目から１行８列目の各画素（ｐｘ（１，３）からｐｘ（１，８））についても同様に出力アンプＯＡＭＰから各画素の信号が出力される。

同様に、１フレーム目の２行目から９行目についても固体撮像素子１０１から外部に全画素の信号が読み出される。また、タイミングＴ２１以降の２フレーム目についても１フレーム目と同様に動作し、全画素の信号が読み出される。

以上、図４のタイミングチャートで説明したように、固体撮像素子１０１の全画素から信号を読み出すローリングシャッタでは、フォトダイオードＰＤの電荷とＦＤ領域の電荷とをリセットするリセット動作と、露光期間と、信号の読み出し動作とが行毎に順番に実行され、且つ１フレーム期間内に閉じた動作が行われていた。

尚、図４のタイミングチャートは、１フレーム期間に画素部１０２の全画素から信号を読み出す場合のタイミングを示しているが、間引き読み出しを行う場合でも読み出す行に対応するタイミング信号（ＦＤＲＳＴ（ｎ），ＳＥＬ（ｎ），ＴＸ（ｎ））が上記の説明と同様のタイミングで出力される。例えば１フレーム期間に２行を間引いて、１行目，４行目，７行目を読み出す場合は、図４のタイミングチャートにおいて、１行目に対応するタイミング信号（ＦＤＲＳＴ（１），ＳＥＬ（１），ＴＸ（１））と、４行目に対応するタイミング信号（ＦＤＲＳＴ（４），ＳＥＬ（４），ＴＸ（４））と、７行目に対応するタイミング信号（ＦＤＲＳＴ（７），ＳＥＬ（７），ＴＸ（７））とが１フレーム期間にタイミング制御部１０４から画素部１０２に出力されるだけで、１フレーム期間内にリセット動作と、露光期間と、信号の読み出し動作とが行毎（１行目，４行目，７行目）に順番に実行されることは同じである。

また、フレーム毎に間引き行を変える場合は、例えば１フレーム目は１行目，４行目，７行目、２フレーム目は２行目，５行目，８行目、３フレーム目は３行目，６行目，９行目、そして４フレーム目は再び１行目，４行目，７行目のように読み出し動作を実行する。この場合でも、１フレーム期間内に、リセット動作と、露光期間と、信号の読み出し動作とが行毎に順番に実行される。従って、図４のタイミングチャートで固体撮像素子１０１を動作させて撮影を行う場合は、各行の露光期間が最大でも１フレーム期間未満に制限される。次に、本実施形態に係る固体撮像素子１０１における「高ＳＮ撮影モード」の動作について説明する。

［「高ＳＮ撮影モード」の動作］
固体撮像素子１０１の外部からタイミング制御部１０４に「高ＳＮ撮影モード」の動作が指示されると、タイミング制御部１０４は「高ＳＮ撮影モード」に応じたタイミング信号を画素部１０２や出力部１０３に出力する。

ここで、「高ＳＮ撮影モード」では行毎の露光時間が１フレーム期間よりも長いローリングシャッタを行うことができる。このため、暗い場所などでもＳＮ比の良い高画質の画像を撮影することができる。尚、「高ＳＮ撮影モード」では、固体撮像素子１０１でローリングシャッタを行う場合に行間引きを行うことが前提である。特に、行間引きを行う行の組合せを行ブロックとした場合、複数の行ブロックに分けて、行ブロック毎に露光タイミングを制御する。この様子を図５に示す。図５は、２行を間引いて３行毎に行ブロックを構成する場合の一例を示している。例えば図５において、１行目と４行目と７行目とで行ブロックＡ、２行目と５行目と８行目とで行ブロックＢ、３行目と６行目と９行目とで行ブロックＣをそれぞれ構成する。そして、（３ｋ−２）フレーム目は行ブロックＡを、（３ｋ−１）フレーム目は行ブロックＢを、（３ｋ）フレーム目は行ブロックＣをそれぞれ読み出す。ここで、ｋは１以上の整数である。例えば図５において、１フレーム目は行ブロックＡを、２フレーム目は行ブロックＢを、３フレーム目は行ブロックＣをそれぞれ読み出し、４フレーム目は再び行ブロックＡを読み出し、以降のフレームは読み出す行ブロックを順番に変えながら繰り返して動作する。尚、間引き行数をｐ（ｐは１以上の整数）、行ブロック数をｑ（ｑは１以上の整数）とした場合、両者の関係は（ｑ≦ｐ＋１）となる。例えば図５の場合は、間引き行数ｐ＝２なので行ブロック数ｑ≦３であればよく、図５の例では、行ブロックＡ，ＢおよびＣの３つのブロックをフレーム毎に巡回的に用いたが、間引き行数ｐ＝２の場合でも行ブロックＡおよびＢの２つのブロックをフレーム毎に巡回的に用いても構わない。

次に、本実施形態に係る固体撮像素子１０１において、露光期間を１フレーム期間以上にする場合の動作について図６のタイミングチャートを用いて説明する。尚、図６のタイミングチャートは、ローリングシャッタ方式で複数のフレームを所定のフレームレート（例えば３０フレーム／秒など）で撮影する場合を示し、且つ画素部１０２から行間引きを行ってフレーム毎に異なる行を読み出す場合の例を示している。

ここで、「高ＳＮ撮影モード」における各行と各フレームの露光開始タイミングと露光終了タイミングとの関係が理解しやすいように、図６では露光開始タイミング（リセットタイミングＲＳＴ（ｎ））と露光終了タイミング（読み出しタイミングＲＤ（ｎ））だけを抽出して描いてある。尚、図６において、横軸が時間で縦軸は９行分の各行を示している。また、白四角印で示したタイミングは露光開始タイミングＲＳＴ（ｎ）を示し、黒四角印で示したタイミングは露光終了タイミング（読み出しタイミング）ＲＤ（ｎ）を示す。また、図６ではわかり易いように、露光終了タイミングと読み出しタイミングは同じタイミングであるものとしたが、実際の読み出しタイミングは図７で説明したように、ダーク信号や光信号および水平出力タイミングなどで構成され、図７のタイミングＴ３６の時点が図６の露光終了タイミングに相当する。従って、図６の白四角印と黒四角印とを結ぶ矢印は露光期間を示す。

先ず、図６において、各行ブロック毎の読み出しタイミングについて説明する。図６において、１フレーム目では行ブロックＡに対応する１，４および７行目の各画素から時系列順にそれぞれ信号が読み出されて１フレーム目の画像を形成する。２フレーム目では行ブロックＢに対応する２，５および８行目の各画素から時系列順にそれぞれ信号が読み出されて２フレーム目の画像を形成する。３フレーム目では行ブロックＣに対応する３，６および９行目の各画素から時系列順にそれぞれ信号が読み出されて３フレーム目の画像を形成する。４フレーム目では再び行ブロックＡに対応する１，４および７行目の各画素から時系列順にそれぞれ信号が読み出されて４フレーム目の画像を形成する。以降のフレームについても同様に各行ブロックの各画素から信号が読み出される。

次に、図６において、各行ブロック毎の露光開始タイミング（リセットタイミング）について説明する。尚、このリセットタイミングは、図１のＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（ｎ）自体と同一ではなく、ＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（ｎ）と転送信号ＴＸ（ｎ）の組合せによって発生されるタイミングで、フォトダイオードＰＤの電荷をリセットして新たな露光を開始するタイミングである。具体的な動作タイミングは、図４のタイミングＴ１からＴ２のように、ＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（ｎ）をオンすると同時にフォトダイオードＰＤの電荷をＦＤ領域に転送する転送信号ＴＸ（ｎ）をオンする動作に対応する。これにより、フォトダイオードＰＤの電荷が読み出されてＦＤ領域の電荷と共にクリア（リセット）される。

図６において、各行ブロック毎の露光開始タイミング（リセットタイミング）は、１フレーム目では行ブロックＣに対応する３，６および９行目の各画素のフォトダイオードＰＤの電荷をリセットする。２フレーム目では行ブロックＡに対応する１，４および７行目の各画素のフォトダイオードＰＤの電荷をリセットする。３フレーム目では行ブロックＢに対応する２，５および８行目の各画素のフォトダイオードＰＤの電荷をリセットする。４フレーム目では再び行ブロックＣに対応する３，６および９行目の各画素のフォトダイオードＰＤの電荷をリセットする。以降のフレームについても同様に各行ブロックの各画素のフォトダイオードＰＤの電荷がリセットされる。

ここで、図６の例では、１フレーム目の１，４および７行目の各画素から信号を読み出す際に、既に１フレーム目より時間的に前のタイミングで行ブロックＡに対する露光開始動作（フォトダイオードＰＤの電荷とＦＤ領域の電荷をリセットする動作）が行われているものとする。同様に、２フレーム目の２，５および８行目の各画素から信号を読み出す際に、既に２フレーム目より時間的に前のタイミングで行ブロックＢに対する露光開始動作（フォトダイオードＰＤの電荷とＦＤ領域の電荷をリセットする動作）が行われているものとする。尚、実際に固体撮像素子１０１をカメラに搭載して連続した複数のフレームの画像を撮影する場合は、固体撮像素子１０１が出力する最初の２フレームを捨てフレームとして扱う必要がある。

このように、フォトダイオードＰＤの電荷とＦＤ領域の電荷をリセットして露光を開始するタイミングが行ブロックＡ−＞行ブロックＢ−＞行ブロックＣー＞行ブロックＡ−＞行ブロックＢ−＞・・・のようにフレーム毎に切り替えられる。一方、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を読み出すタイミングについても行ブロックＡ−＞行ブロックＢ−＞行ブロックＣー＞行ブロックＡ−＞行ブロックＢ−＞・・・のようにフレーム毎に切り替えられる。但し、図６に示したように、「高ＳＮ撮影モード」においては、同じ行ブロックに対する露光開始タイミング（フォトダイオードＰＤの電荷とＦＤ領域の電荷をリセットするタイミング）と読み出しタイミング（フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷の読み出しタイミング）とが同一のフレーム期間内に実行されない。例えば、１フレーム目では行ブロックＣをリセットしているが行ブロックＣの読み出しは行われていない。また、１フレーム目では行ブロックＡの読み出しを行っているが行ブロックＡのリセットは行われていない。同様に、２フレーム目では、リセット動作は行ブロックＡのみ、読み出し動作は行ブロックＢのみである。３フレーム目についても、リセット動作は行ブロックＢのみ、読み出し動作は行ブロックＣのみである。このように「高ＳＮ撮影モード」では、同じ行ブロックのリセット動作と読み出し動作とが異なるフレームで行われ、且つ各行ブロックは同じ動作間隔（同じ露光時間）を保ちながら巡回的に行われる。例えば、図６の場合は、行ブロックＡがリセット動作で行ブロックＢが読み出し動作を行い、次のフレームでは行ブロックＢがリセット動作で行ブロックＣが読み出し動作を行い、次のフレームでは行ブロックＣがリセット動作で行ブロックＡが読み出し動作を行う３つの状態がフレーム毎に巡回的に繰り返される。この点が「通常撮影モード」で説明した図４のタイミングチャートにおいて間引き読み出しを行う場合とは大きく異なる。先に説明したように、図４のタイミングチャートで２行間引き読み出しを行う場合は１フレーム期間よりも短い露光期間しか得られないが、図６のタイミングチャートでは１フレーム期間よりも長い露光期間が得られる。これにより、暗い場所などで撮影を行う場合でも、ノイズの少ない高ＳＮ比の画像を得ることができる。

次に、図６で説明した「高ＳＮ撮影モード」の詳細なタイミングチャートについて図７を用いて説明する。尚、図７のタイミングチャートは「通常撮影モード」の図４のタイミングチャートに相当する図で、ローリングシャッタ方式で複数のフレームを所定のフレームレート（例えば３０フレーム／秒など）で撮影する場合を示し、且つ画素部１０２から行間引きを行ってフレーム毎に異なる行ブロックを読み出す場合の例を示している。また、図７において、図１および図４と同符号のタイミング信号は同じものを示す。例えば、フレームクロックＦＣＬＫは１フレーム毎のタイミングを示す信号で、行クロックＬＣＬＫは１フレーム内で行毎のタイミングを示す信号である。

ここで、図７は、１行目の露光期間がわかり易いように、１行目の露光開始タイミングとなる図６の２フレーム目（１行目の露光開始タイミング）から４フレーム目（１行目の露光終了タイミング）までを中心に描いたタイミングチャートである。

先ず、図４のタイミングＴ１からＴ４の期間と同様に、図７の２フレーム目のタイミングＴ３１からＴ３４の期間において、１行目のＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（１）がリセット用トランジスタＴｒｓのゲートに与えられ、画素ｐｘ（１，１）のＦＤ領域の電荷がリセットされる。そして、ＦＤ領域の電荷がリセット中のタイミングＴ３２からＴ３３の期間に、１行目の転送信号ＴＸ（１）がオンになる。この時の動作は、図２において（ｎ＝１，ｍ＝１）として、ＴＸ（１）信号が転送用トランジスタＴｔｘのゲートに与えられ、フォトダイオードＰＤに蓄積されていた電荷はＦＤ領域に転送されてリセットされる。そして、転送信号ＴＸ（１）がオフするタイミングＴｂ１からフォトダイオードＰＤへの電荷の蓄積が開始される（１行目の露光期間の開始）。尚、同じ１行目の他の列の画素ｐｘ（１，２）からｐｘ（１，９）についても同様である。

ここで、ＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（１）と転送信号ＴＸ（１）の論理積は露光開始信号に相当し、１行目の露光開始タイミングを与える。尚、１行目の露光が開始されるタイミングＴ３４までの動作は図４の場合と同じであるが、２フレーム目の残りの期間および３フレーム目の全期間において１行目の選択信号ＳＥＬ（１）と転送信号ＴＸ（１）はオンにはならないので、１行目の各画素の信号は２フレーム目および３フレーム目では読み出されない。そして、４フレーム目の期間において、タイミングＴ５０からＴ５１の期間にＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（１）がオンになり、１行目の各画素のＦＤ領域の電荷がリセットされる。尚、先のタイミングＴ３１からＴ３４の期間においてＦＤ領域の電荷をリセットした後、フォトダイオードＰＤからＦＤ領域に電荷は転送されていないのでタイミングＴ５０からＴ５１の期間にＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（１）をオンにしなくても構わないが、フォトダイオードＰＤや他からの電荷のリークでＦＤ領域にノイズ成分の電荷が保持される可能性があり、フォトダイオードＰＤの電荷を読み出す直前にＦＤ領域の電荷をリセットしておくのが適切である。

そして、タイミングＴ５１からＴ５６の期間に選択信号ＳＥＬ（１）がオンになり、１行目の各画素のＦＤ領域の電荷が各列の垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。尚、この時点ではタイミングＴ５０からＴ５１の期間にＦＤ領域はリセットされているので、各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される信号はダーク信号である。

一方、タイミングＴ５１からＴ５２の期間において、ダーク信号の保持信号ＳＨｄｋがオンになり、信号保持部１０５の各列のダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）にそれぞれの垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出されたダーク信号が保持される。

次のタイミングＴ５３からＴ５４の期間において、転送信号ＴＸ（１）がオンになると、１行目の各画素のフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷がＦＤ領域に転送される。この時点で、先の２フレーム目のタイミングＴ３３で開始された１行目の露光期間が終了する。尚、選択信号ＳＥＬ（１）はオンの状態なので、１行目の各画素のＦＤ領域に転送された電荷は光信号として増幅用トランジスタＴａｍおよび選択用トランジスタＴｓｅを介して各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。

一方、タイミングＴ５３からＴ５５の期間において、光信号の保持信号ＳＨｓｉｇがオンになり、各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出された１行目の各画素の光信号は、信号保持部１０５の各列の光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）にそれぞれ保持される。尚、信号保持部１０５に各行の光信号とダーク信号とが読み出された後の動作は図４と同じである。例えば、信号保持部１０５に保持された１行目のダーク信号と光信号は、タイミング制御部１０４が出力する水平走査信号Ｈ（１）からＨ（９）（図７のタイミングＴ５７，Ｔ５８およびＴ５９など）に応じて列毎に順番に出力アンプＯＡＭＰ側に読み出される。そして、出力アンプＯＡＭＰは、光信号からダーク信号を引き算した出力信号Ｖｏｕｔを外部に出力する。

１行目と同様に、間引き読み出しを行う４行目および７行目の同じ行ブロックＡの各画素についても、２フレーム目でフォトダイオードＰＤの電荷とＦＤ領域の電荷がリセットされて露光が開始され、４フレーム目まで露光が継続された後、４行目および７行目の各画素のフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷はそれぞれのＦＤ領域に転送され（露光終了）、光信号として増幅用トランジスタＴａｍおよび選択用トランジスタＴｓｅを介して各列の垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。そして、信号保持部１０５および出力アンプＯＡＭＰを介して外部に出力される。

このように、１行目，４行目および７行目（行ブロックＡ）の各画素は、２フレーム目で露光が開始され、４フレーム目で露光を終了するので、約２フレーム期間に亘る長時間露光を行うことができ、暗い場所などで撮影した場合でもＳＮ比の高い画像を得ることができる。

同様に、２行目，５行目および８行目の行ブロックＢおよび３行目，６行目および９行目の行ブロックＣの各画素の信号についても、約２フレーム期間に亘る長時間露光でフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷が光信号として読み出される。

例えば図７において、行ブロックＢの２行目の各画素の信号は、タイミングＴ３４からＴ３５の期間にＦＤリセット信号ＦＤＲＳＴ（２）がオンになり、２行目の各画素のＦＤ領域の電荷がリセットされる。そして、次のタイミングＴ３５からＴ３６の期間において、ダーク信号の保持信号ＳＨｄｋがオンになり、信号保持部１０５の各列のダーク用コンデンサＣｔｄ（ｍ）にそれぞれの垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出されたダーク信号が保持される。そして、次のタイミングＴ３７で転送信号ＴＸ（１）がオンになると、２行目の各画素のフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷がＦＤ領域に転送され、２行目の露光期間が終了する。尚、この時、選択信号ＳＥＬ（２）はオンの状態なので、２行目の各画素のＦＤ領域に転送された電荷は光信号として増幅用トランジスタＴａｍおよび選択用トランジスタＴｓｅを介して各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出される。

一方、タイミングＴ３７からＴ３９の期間において、光信号の保持信号ＳＨｓｉｇがオンになり、各垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｍ）に読み出された２行目の各画素の光信号は、信号保持部１０５の各列の光用コンデンサＣｔｓ（ｍ）にそれぞれ保持される。そして、信号保持部１０５に保持された２行目の各画素のダーク信号と光信号は、タイミングＴ４１以降は１行目と同様に、水平走査信号（Ｈ（１）からＨ（９））に応じて列毎に順番に出力アンプＯＡＭＰ側に読み出され、出力アンプＯＡＭＰは光信号からダーク信号を引き算した出力信号Ｖｏｕｔを外部に出力する。

このように、「高ＳＮ撮影モード」では、各行の露光期間を１フレーム期間以上にすることができ、暗い場所での撮影でもＳＮ比の高い画像を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る撮像装置の第２実施形態として電子カメラ２００について説明する。尚、電子カメラ２０１は、第１実施形態で説明したローリングシャッタ方式に対応する固体撮像素子１０１を用いた電子カメラである。

図８は、電子カメラ２００の構成を示すブロック図である。図８において、電子カメラ２００は、撮影光学系２０１と、固体撮像素子１０１と、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）２０２と、画像バッファ２０３と、画像処理部２０４と、制御部２０５と、表示部２０６と、メモリカードＩＦ２０７と、操作部２０８と、測光部２０９とで構成される。尚、電子カメラ２０１は、ローリングシャッタ方式で撮影する場合に「通常撮影モード」，「高ＳＮ撮影モード」および「自動ＳＮ撮影モード」の３つのモードを操作部２０８で選択することができる。特に、電子カメラ２０１の「自動ＳＮ撮影モード」では、撮影時に測光部２０９の測光値に応じて自動的に１フレーム未満の露光時間の「通常撮影モード」から１フレーム期間よりも長い露光時間が可能な「高ＳＮ撮影モード」まで切り替えることができ、明るい場所から暗い場所まで、良好なＳＮ比で画像を撮影することができる。以下、電子カメラ２０１の各部について順番に説明する。

撮影光学系２０１は、フォーカスレンズ，ズームレンズ，絞り或いはメカニカルシャッタなどで構成され、制御部２０５によってフォーカス位置，ズーム位置，絞り値などの制御或いはメカニカルシャッタの開閉などが行われる。被写体光は撮影光学系２０１を介して入射し、固体撮像素子１０１の受光面に結像される。

固体撮像素子１０１は、第１実施形態で説明した固体撮像素子１０１と同じもので、ローリングシャッタ方式による電子シャッタに対応している。

ＡＦＥ２０２は、固体撮像素子１０１から行単位に順番に出力される各画素の信号を制御部２０５から指示されるゲインに応じてレベル調整する。そして、レベル調整されたアナログの電気信号をデジタルデータにＡ／Ｄ変換して画像バッファ２０３に取り込む。尚、画像バッファ２０３に取り込まれる画像は１画素毎にＡ／Ｄ変換されたデジタルデータを１フレームの画像単位にまとめて記憶される。

画像バッファ２０３は、揮発性の高速メモリなどで構成され、制御部２０５が出力するタイミングに応じてＡＦＥ２０２から出力される１画素単位のデジタルデータが順番に記憶され、１フレーム分の画像データとして保持する。また、画像バッファ２０３は、画像処理部２０４の処理バッファとしても用いられる。

画像処理部２０４は、画像バッファ２０３に取り込まれた画像データに対して制御部２０５から指示された画像処理（色補正処理やエッジ強調処理或いはＪＰＥＧ圧縮処理など）やホワイトバランス処理などを行う。

制御部２０５は 内部に予め記憶されたプログラムコードに従って動作するＣＰＵで構成される。制御部２０５は、操作部２０８に設けられた操作部材の操作に応じて電子カメラ２０１全体の動作を制御する。特に本実施形態では、制御部２０５は、操作部２０８で選択される「通常撮影モード」，「高ＳＮ撮影モード」および「自動ＳＮ撮影モード」の３つのモードに応じて固体撮像素子１０１の動作を制御する。また、制御部２０６は、合成処理部３０１を有し、固体撮像素子１０１で１フレーム期間よりも長い露光期間で撮影した複数の行ブロックの画像を合成してＳＮ比の高い画像を得るための合成処理を行う。

表示部２０６は、例えば液晶モニタなどで構成される。そして、画像バッファ２０３に取り込まれた画像（ライブビュー画像や本撮影された静止画や動画など）或いは制御部２０５が出力する操作メニュー画面などを表示する。

メモリカードＩＦ２０７は、メモリカード２０７ａを装着するためのインタフェースで、制御部２０５から出力されるデータ（撮影された画像データなど）をメモリカード２０７ａに記憶する。或いは、制御部２０５の指令に応じてメモリカード２０７ａに記憶されているデータ（撮影済みの画像データなど）を読み出して制御部２０５に出力する。

操作部２０８は、電源ボタン，レリーズボタン，撮影モードダイヤル，メニューボタンおよび十字カーソルボタンなどの操作部材で構成される。撮影者は、これらの操作部材を用いて電子カメラ２０１を操作し、これらの操作部材による操作情報は制御部２０５に出力される。そして、制御部２０５は、操作部２０８から入力する操作情報に応じて、電子カメラ２０１全体の動作を制御する。特に本実施形態に係る電子カメラ２０１では、撮影者は、撮影モードダイヤルを操作して「通常撮影モード」，「高ＳＮ撮影モード」および「自動ＳＮ撮影モード」の３つのモードのいずれかを選択できる。

測光部２０９は、例えばフォトダイオードなどからなる測光センサで構成される。そして、撮影光学系２０１から入射する被写体光の明るさを測定し、制御部２０５に出力する。尚、測光部２０９の代わりに固体撮像素子１０１で逐次撮影されるライブビュー画像から被写体の明るさを測定しても構わない。

［「高ＳＮ撮影モード」，「自動ＳＮ撮影モード」の動作］
次に、電子カメラ２０１の操作部２０８で「高ＳＮ撮影モード」または「自動ＳＮ撮影モード」を選択した場合の動作について説明する。「高ＳＮ撮影モード」または「自動ＳＮ撮影モード」を選択した場合、第１実施形態で説明したように、複数の行ブロック毎に複数のフレームの画像が画像バッファ２０３に取り込まれる。例えば、電子カメラ２０１を「高ＳＮ撮影モード」に設定して静止画撮影を行う場合、撮影者が操作部２０８のレリーズボタンを押下すると、制御部２０５は１フレーム期間よりも長い露光時間で撮影された３フレームの画像を画像バッファ２０３に取り込む。尚、この時、第１実施形態で説明したように、例えば図６の場合は、最初の２フレームを捨てフレームとするので、実際には少なくとも５フレーム画像が撮影される。

例えば、先に説明した図５において、１フレーム目として１，４および７行目の行ブロックＡの画像が画像バッファ２０３に取り込まれる。そして、２フレーム目として２，５および８行目の行ブロックＢ、３フレーム目として３，６および９行目の行ブロックＣの画像がそれぞれ画像バッファ２０３に取り込まれる。この後、制御部２０５の合成処理部３０１は、行ブロックＡ，ＢおよびＣの３つの行ブロックの画像を画像バッファ２０３で合成し、１行目から９行目までの９画素×９画素で構成される画像データを作成する。そして、制御部２０５は、合成した画像データをメモリカードＩＦ２０７を介してメモリカード１０７ａに撮影画像として保存する。

ここで、各行ブロックの画像は、１フレーム期間よりも長い露光時間で撮影された高ＳＮ画像なので、合成された静止画像も同じ高ＳＮ画像が得られる。

尚、上記の説明では、露光時間を１フレーム期間以上としたが、例えば図６において、露光開始タイミングの位置または露光終了タイミングの少なくとも一方の位置を変えることによって、任意の露光時間を得ることができる。

さらに、測光部２０９の測光値に応じて、露光時間を多段階で変化させるようにしても構わない。これにより、被写体の明るさに応じてより最適なＳＮ比で画像を撮影することができる。

また、固体撮像素子１０１のカラムアンプＣＡＭＰ（ｍ）のゲイン調整やＡＦＥ２０２でのレベル調整などと連携して、露光時間を制御することによってより適切な露出状態で画像を撮影することができる。

或いは、制御部２０５に被写体の動きを検出する動き検出処理部を設けて、被写体の動きに応じて自動的に露光時間を変えるようにしても構わない。例えば、制御部２０５は、動き検出処理部で検出した被写体の動きが予め設定した閾値より大きい場合には露光時間を短くする。逆に、制御部２０５は、動き検出処理部で検出した被写体の動きが予め設定した閾値より小さい場合には露光時間を長くする。これにより、例えば、赤道儀を用いて自動追尾しながら天体撮影を行うような場合は、被写体の動きはほとんど無いと見なせるので、例えば１０個の行ブロックに分けて９フレーム期間以上の長時間露光を行うことができ、撮影後に１０枚の画像を合成することによってノイズの少ない高ＳＮで高品質な画像を得ることができる。

以上、本発明に係る撮像装置について、各実施形態で例を挙げて説明してきたが、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく他の多様な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。

１０１・・・固体撮像素子 １０２・・・画素部
１０３・・・出力部 １０４・・・タイミング制御部
１０５・・・信号保持部
ＶＬＩＮＥ（ｍ）・・・垂直信号線 ＣＡＭＰ（ｍ）・・・カラムアンプ
ＯＡＭＰ・・・出力アンプ ｐｘ（ｎ，ｍ）・・・画素
ＰＤ・・・フォトダイオード Ｔｔｘ・・・転送用トランジスタ
Ｔａｍ・・・増幅用トランジスタ Ｔｓｅ・・・選択用トランジスタ
Ｔｒｓ・・・リセット用トランジスタ Ｃｔｄ（ｍ）・・・ダーク用コンデンサ
Ｃｔｓ（ｍ）・・・光用コンデンサ ＦＤＲＳＴ（ｎ）・・・ＦＤリセット信号
ＴＸ（ｎ）・・・転送信号 ＳＥＬ（ｎ）・・・選択信号
ＳＨｄｋ・・・ダーク信号の保持信号 ＳＨｓｉｇ・・・光信号の保持信号
Ｈ（ｍ）・・・水平走査信号

Claims (5)

1. 行列状に配置された複数の画素で構成される画素部と、
   露光開始タイミングと露光後の信号の読み出しタイミングとを前記画素部の各行に順次与えてローリングシャッタを行うタイミング制御部と、
   前記タイミング制御部によって前記画素部から読み出された露光後の信号を外部に出力する出力部と
   を有する撮像装置であって、
   前記タイミング制御部は、連続する複数枚の画像を予め設定されたフレームレートでローリングシャッタを行う場合に、前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとの時間間隔が前記フレームレートよりも長く、且つ前記読み出しタイミングを出力する行がフレーム毎に異なるように前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとを制御する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記タイミング制御部の前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとの時間間隔が前記フレームレートよりも長い第１モードと、前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとの時間間隔が前記フレームレート以下の第２モードとを切り替えるモード切替部を更に備え、
   前記タイミング制御部は、前記モード切替部により設定されたモードに応じて、前記露光開始タイミングと前記読み出しタイミングとを制御する
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   撮影する被写体の明るさ測光する測光部を更に備え、
   前記モード切替部は、前記測光部の測光値に応じて前記第１モードおよび前記第２モードを切替える
   ことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記タイミング制御部は、前記画素部の同一行の複数の画素に対して、前記露光開始タイミングを出力したフレームと異なるフレームで前記読み出しタイミングを出力する
   ことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項３に記載の撮像装置において、
   前記画素部の列毎に設けられた増幅器を更に備え、
   前記増幅器の増幅率は、前記測光部の測光値に応じて制御される
   ことを特徴とする撮像装置。

Images