JP2011244351A - 撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブルーミングを抑制した広ダイナミックレンジの画像を撮像する。
【解決手段】半導体基板上に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素に対応して設けられたＭＯＳトランジスタでなる信号読出回路が形成された固体撮像素子と、複数の画素の奇数行画素行又は偶数行画素行の一方で構成される第１画素群（Ａ群画素）の長時間露光中に奇数行画素行又は前記偶数行画素行の他方で構成される第２画素群（Ｂ群画素）の短時間露光を行い、かつ、前記長時間露光中であって前記短時間露光中でない期間に前記第２画素群の信号読出回路を構成するＭＯＳトランジスタの中のリセットトランジスタにリセット信号７０を印加する撮像素子駆動手段とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法に係り、特に、ブルーミングが抑制された広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像できる撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法に関する。

信号読出回路としてＭＯＳトランジスタ回路を用いた固体撮像素子は、信号読出回路がＣＣＤ型の固体撮像素子より低消費電力で撮像画像データの高速読出が可能なため、様々な撮像装置に搭載されている。例えば、下記の特許文献１に記載されているＣＭＯＳ型固体撮像素子は、画素配列が市松配列（奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチずれている。）となっており、各画素が大面積部と小面積部とに画素分割されている。この固体撮像素子では、大面積部と小面積部の各検出信号を合成することで、広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像することができる。

しかし、この特許文献１記載の固体撮像素子は、微細な１画素１画素を更に画素分割しなければならないため、製造コストが嵩んでしまうという問題がある。そこで、１画素１画素を画素分割するのではなく、大面積部と小面積部とを同色カラーフィルタを搭載した独立画素として分離形成する固体撮像素子が、ＣＣＤ型の例であるが、下記の特許文献２に提案されている。

この特許文献２記載の画素配列，カラーフィルタ配列を用いたＣＭＯＳ型の固体撮像素子が、下記の特許文献３に提案されている。特許文献３記載のＣＭＯＳ型固体撮像素子では、隣接する同色画素の一方を第１画素群に属する画素とし、他方を第２画素群に属する画素とし、第１画素群を長時間露光し、第２画素群を短時間露光することで、広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像している。

しかし、特許文献３記載の固体撮像素子の構成では、第２画素群を短時間露光する場合、第１画素群と同時に露光開始し第２画素群だけ先に信号読出することが行われる。あるいは、第１画素群と第２画素群を同時に露光開始し、第２画素群の蓄積電荷だけ任意タイミングで廃棄して短時間露光の開始タイミングとし、その後、第１画素群と第２画素群から同時に信号読出することが行われる。

この様な長時間露光と短時間露光の制御を行う場合、第２画素群には、信号として利用しない電荷が蓄積される期間（長時間露光中の短時間露光期間以外の期間：以下、「不要露光期間」という。）が存在する。この不要露光期間に、第２画素群の特定エリアの画素に高輝度被写体からの光が入射すると、この画素に蓄積される電荷が飽和電荷量を超えてしまい、溢れた電荷が長時間露光用の画素に流れ込み、ブルーミングが発生してしまう。

特開２００４―３６３１９３号公報 特開２００４―５５７８６号公報 特開２００７―１２４１３７号公報 特開２００７―８１１４０号公報

本発明の目的は、同色カラーフィルタが搭載された隣接２画素の一方を長時間露光し他方を短時間露光するＭＯＳ型固体撮像素子でブルーミングの発生を抑制できる撮像装置及びＭＯＳ型固体撮像素子の駆動制御方法を提供することにある。

本発明の撮像装置は、半導体基板上に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素に対応して設けられたＭＯＳトランジスタでなる信号読出回路が形成された固体撮像素子と、前記複数の画素の奇数行画素行又は偶数行画素行の一方で構成される第１画素群の露光（以下、長時間露光という。）中に前記奇数行画素行又は前記偶数行画素行の他方で構成される第２画素群の露光（以下、短時間露光という。）を行いかつ前記長時間露光中であって前記短時間露光中でない期間に前記第２画素群の前記信号読出回路を構成する前記ＭＯＳトランジスタの中のリセットトランジスタにリセット信号を印加する撮像素子駆動手段とを備えることを特徴とする。

本発明の固体撮像素子の駆動制御方法は、半導体基板上に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素に対応して設けられたＭＯＳトランジスタでなる信号読出回路が形成された固体撮像素子の駆動制御方法であって、前記複数の画素の奇数行画素行又は偶数行画素行の一方で構成される第１画素群の露光（以下、長時間露光という。）中に前記奇数行画素行又は前記偶数行画素行の他方で構成される第２画素群の露光（以下、短時間露光という。）を行いかつ前記長時間露光中であって前記短時間露光中でない期間に前記第２画素群の前記信号読出回路を構成する前記ＭＯＳトランジスタの中のリセットトランジスタにリセット信号を印加することを特徴とする。

本発明によれば、ブルーミングを抑制した広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック構成図である。 図１に示すＣＭＯＳ型固体撮像素子の表面模式図である。 信号読出回路として用いる周知の３トランジスタ回路図（ａ）と４トランジスタ回路図（ｂ）である。 図２に示すＣＭＯＳ型固体撮像素子のカラーフィルタ配列だけを示す図である。 図４に代わるＣＭＯＳ型固体撮像素子のカラーフィルタ配列だけを示す図である。 ブルーミングの説明図である。 広ダイナミックレンジ画像におけるブルーミングの説明図である。 従来の駆動制御方法（ａ）と本発明の一実施形態の駆動方法（ｂ）の説明図である。 本発明の別実施形態に係る駆動方法の説明図である。 本発明の更に別実施形態に係る駆動方法の説明図である。 本発明の更に別実施形態に係る駆動方法の説明図である。 本発明の更に別実施形態に係る駆動方法の説明図である。 本発明の更に別実施形態に係る駆動方法の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置（この例ではデジタルスチルカメラ）の機能ブロック構成図である。この撮像装置１は、撮影レンズ１０と、詳細は後述するＣＭＯＳ型固体撮像素子１１と、撮影レンズ１０と固体撮像素子１１との間に置かれたメカニカルシャッタ及び絞り１２，赤外線カットフィルタ１３，光学的ローパスフィルタ１４とを備える。

更に、固体撮像素子２１から出力されるアナログの画像信号をアナログ処理（相関二重サンプリング処理や利得制御処理）する信号処理部２２と、信号処理部２２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２３と、この撮像装置１の全体を統括制御するＣＰＵ１５と、ＣＰＵ１５の制御により撮影レンズ１０のズーム位置やフォーカス位置制御を行うレンズ駆動部１７と、メカニカルシャッタの開閉制御駆動や絞り１２の開口量調整を行う絞り・メカニカルシャッタ駆動部１９と、ＣＰＵ１５の指示により固体撮像素子１１を詳細は後述する様に駆動する撮像素子駆動部２０と、ＣＰＵ１５の指示によりフラッシュ発光を行うフラッシュ発光部１６と、ＣＰＵ１５にユーザからの指示を入力する操作部２１とを備える。操作部２１は、電源スイッチＳＷや、シャッタボタン（Ｓ１スイッチ，Ｓ２スイッチの２段スイッチ）等を含む。

この撮像装置１の電気制御系は、Ａ／Ｄ変換器２３に接続されたデータバス３４と、ＣＰＵ１５に接続された制御バス３３と、これらバス３３，３４に接続された以下の構成部材とでなる。

バス３３，３４には、メインメモリ２４が接続されたメモリ制御部２５と、デジタルの画像信号に対してオフセット処理，ガンマ処理，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理，同時化処理等の周知の画像処理を施すデジタル信号処理部２６と、画像処理されたデジタル画像信号をＪＰＥＧ画像等に圧縮したり逆に伸張したりする圧縮／伸張処理部２７と、マイク３５やスピーカ３６が接続されユーザにカメラ操作案内等を音声で行ったりする音声制御部３７と、ＪＰＥＧ画像データを記録する記録メディア２９が接続されたメディア制御部３８と、撮像装置背面等に設置される液晶表示部３１が接続された表示制御部３２と、電源部３９とが接続され、電源部３９にはバッテリ電池４０が接続される。

図２は、図１に示すＣＭＯＳ型固体撮像素子１１の表面模式図である。半導体基板４１の表面部には、夫々の受光面積が同一の複数のフォトダイオード（画素）４２が二次元アレイ状に配列形成されている。図示する例では、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして形成された、所謂ハニカム画素配列となっている。

半導体基板４１の図示の例では右辺側に垂直走査回路４３と制御パルス生成回路４４とが形成されている。垂直走査回路４３は、図１の撮像素子制御部２０からの指示を受けて垂直走査信号を各画素行毎に出力し、制御パルス生成回路４４はこの垂直走査信号を垂直走査回路４３から受けたとき制御パルスを生成して水平信号線４５に出力する。各水平信号線４５は、各画素行に沿って、各画素を避けるように水平方向に蛇行して配線されている。

半導体基板４１の下辺部には、雑音抑制回路４６及び水平走査回路４７が設けられている。各画素列に沿って垂直方向に垂直信号線４８が各画素を避けるように蛇行して配線され、各画素４２の出力信号は垂直信号線４８から雑音抑制回路４６を通して水平走査回路４７に出力され、固体撮像素子１１から図１のアナログ信号処理回路２２に出力される。なお、アナログ信号処理部２２を構成する回路素子やＡ／Ｄを固体撮像素子１１内に形成することも可能である。

各画素４２に隣接して、各画素対応にトランジスタ回路による信号読出回路が形成（図示は省略）されている。このトランジスタ回路は、周知の３トランジスタ構成でも、周知の４トランジスタ構成でも良い。

図３（ａ）は公知の３トランジスタ構成の信号読出回路図、図３（ｂ）は公知の４トランジスタ構成の信号読出回路図である。

３トランジスタ構成の場合には、電源Ｖｃｃを供給する電源端子５１と、リセットトランジスタ５２にリセット信号を印加するリセット端子５２ａと、出力トランジスタ５３から信号出力を行う出力端子５３ａと、行選択トランジスタ５４の行選択端子５４ａとがある。

４トランジスタ構成の場合には、３トランジスタ構成の各端子５１，５２ａ，５３ａ，５４ａの他に、行読出トランジスタ５５の行読出端子５５ａがある。

固体撮像素子１１の受光面に渡って敷設される水平信号線４５，垂直信号線４８は、信号読出回路の各端子５１，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａに接続される。

図２では水平信号線４５を各画素行に対して１本だけ図示しているが、実際には、３トランジスタ構成の場合、各画素行毎に、リセット端子５２ａに接続されるリセット線と、行選択端子５４ａに接続される行選択線の２本が設けられる。４トランジスタ構成の場合には、更に、水平信号線４５として行読出端子５５ａに接続される行読出線が加わり、計３本づつとなる。

同様に、垂直信号線４８は、画素列毎に、３トランジスタ構成でも４トランジスタ構成でも、電源端子５１に接続される電源線と、出力端子５３ａに接続される出力線の２本で構成される。

水平信号線４５や垂直信号線４８は蛇行して配線されるが、この配線は、周知のＣＭＯＳイメージセンサと同様に半導体基板に積層された絶縁層内に配線しても良く、また、特開２００７―８１１４０号公報に記載されている様に、半導体基板上に配線しても良い。

図２の固体撮像素子１１の各画素４２上に、Ｒ，Ｇ，Ｂ，ｒ，ｇ，ｂと記載したのは、カラーフィルタの色を表している。Ｒ＝ｒ（赤），Ｇ＝ｇ（緑），Ｂ＝ｂ（青）であるが、以下の説明で、奇数行の画素と偶数行の画素を区別して説明する関係で、大文字ＲＧＢと小文字ｒｇｂで分けている。

奇数行の画素配列だけみると、各画素４２は正方格子配列されており、偶数行の画素配列だけみると、各画素４２は正方格子配列されている。そこで、奇数行の画素に３原色のカラーフィルタをベイヤ配列し、偶数行の画素にも３原色のカラーフィルタをベイヤ配列している。つまり、奇数行の画素をＡ群画素としてカラーフィルタＲＧＢを積層し、偶数行の画素をＢ群画素としてカラーフィルタｒｇｂを積層している。

この結果、カラーフィルタ配列だけを図示すると、図３に示す様になり、同色２画素が斜め方向に２画素づつ連続し、緑色フィルタ（Ｇ，ｇ）を搭載した画素が斜め１行置きにストライプ状に形成される構成となる。この固体撮像素子１１によれば、Ａ群画素，Ｂ群画素で同一被写体を同時に撮像したとき、Ａ群画素だけによる撮像画像（ＲＡＷデータ）と、Ｂ群画素だけによる撮像画像（ＲＡＷデータ）とは、画素位置が垂直方向，水平方向に共に１／２画素ずれているが、同一となる。

なお、Ａ群画素のカラーフィルタ配列とＢ群画素のカラーフィルタ配列とが同一であればよく、ベイヤ配列に限るものではなく、縦ストライプや横ストライプ等の他のカラーフィルタ配列でも良い。

本実施形態の撮像装置１では、Ａ群画素（奇数行画素）にだけリセット信号を同時に印加してＡ群画素だけをグローバルリセットすることができ、Ｂ群画素にだけリセット信号を同時に印加してＢ群画素だけをグローバルリセットすることができる様になっている。更に、Ａ群画素だけを順次リセット（例えば上の画素行から下の画素行に向かって１画素行づつ順にリセットする（ローリングシャッタともいう））でき、Ｂ群画素だけを順次リセットできる様になっている。

つまり、ＣＰＵ１５の指示を受ける撮像素子駆動部２０内には、Ａ群画素用のグローバルリセット／順次リセット信号印加手段（機能）と、Ｂ群画素用のグローバル／順次リセット信号印加手段（機能）とが設けられ、Ａ群，Ｂ群で独立にグローバルリセット，順次リセットを制御できる構成になっている。

もっとも、Ａ群画素に印加するリセット信号の印加タイミングと、Ｂ群画素に印加するリセット信号の印加タイミングとを同一タイミングにすれば、全画素をグローバルリセットすることができ、Ａ群画素の１画素行毎の順次リセットとＢ群画素の画素行毎の順次リセットを画素行毎に交互に行えば、全画素の順次リセットができる。

図２，図４に示す固体撮像素子１１の実施形態は、画素配列が所謂ハニカム画素配列になっているが、本発明はハニカム画素配列にだけ適用できるのではなく、画素配列が正方格子状に配列された固体撮像素子にも適用可能である。

図５は、正方格子状の画素配列にした固体撮像素子５０のカラーフィルタ配列だけを図示した図である。半導体基板表面部に夫々の受光面積が同一の複数の画素（フォトダイオード）を正方格子状に配列形成し、奇数行の画素行をＡ群画素とし、偶数行の画素行をＢ群画素とする。そして、Ａ群画素に３原色カラーフィルタをベイヤ配列し、Ｂ群画素に３原色カラーフィルタをベイヤ配列する。なお、カラーフィルタ配列がベイヤ配列に限られないことは上述した通りである。この構成の固体撮像素子でも、以下に述べる実施形態を同様に適用可能である。

なお、画素を正方格子配列すれば、隣接画素間に垂直信号線，水平信号線を直線で配線でき、製造コストの低減を図ることができる。

図６は、ブルーミングの説明図である。画面６０中に、高輝度被写体（円で図示）６１が存在する場合、高輝度被写体からの光を受光した画素（フォトダイオード）の蓄積電荷量が飽和電荷量をオーバーすると、オーバーした電荷が周りの画素に流れ込み、本来より明るい画像としてしまうのがブルーミングであり、図６では、円６１の周囲がブルーミング６２で高輝度になっていることを示している。

本実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子１１，５０では、Ａ群画素とＢ群画素とが設けられており、Ａ群画素を長時間露光，Ｂ群画素を短時間露光することで、広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像する構成となっている。

この場合、図７に示す様に、短時間露光するＢ群画素６５の中に、高輝度被写体からの入射光を受光する画素が存在すると、その画素の蓄積電荷が溢れ、周辺部の画素（図４，図５の例では長時間露光するＡ群画素６６となる可能性が高くなる。）に流れ込み、ブルーミング６２が発生してしまう。

図８（ａ）は、Ａ群画素を長時間露光し、Ｂ群画素を短時間露光する従来の固体撮像素子の駆動方法を説明する図であり、図８（ｂ）は、ブルーミングを抑制する本実施形態の駆動方法を説明する図である。

図８（ａ）に示す様に、メカニカルシャッタ「開」のタイミングｔ１から所定時間後のタイミングｔ２でＡ群画素に対してグローバルリセットパルス６８を印加する。これにより、Ａ群画素は、パルス６８のオフタイミングから露光期間が開始する。

タイミングｔ２より後のタイミングでＢ群画素に対してグローバルリセットパルス６９を印加する。これにより、Ｂ群画素は、パルス６９のオフタイミングｔ３から露光期間が開始する。

タイミングｔ３より後の所要タイミングｔ４でメカニカルシャッタを「閉」とすると、Ａ群画素の露光期間は「ｔ４−ｔ２」となり、Ｂ群画素の露光期間は「ｔ４−ｔ３」となる。時間的には、「ｔ４−ｔ２」＞「ｔ４−ｔ３」となるため、Ａ群画素は長時間露光、Ｂ群画素はこの長時間露光中の短時間露光となる。

Ａ群画素，Ｂ群画素の隣接する同色画素をペアとし、長時間露光によるＡ群の撮像画像信号と、短時間露光によるＢ群の撮像画像信号とを、図１のデジタル信号処理部２６が信号加算することで、被写体画像の広ダイナミックレンジ化を図ることができる。また、露光期間（時間）比を制御することで、ダイナミックレンジ幅を変更することも可能となる。

図８（ａ）のメカニカルシャッタ「開」のタイミングｔ１からＢ群画素も受光を開始する。このため、Ｂ群画素にも信号電荷が蓄積され、タイミングｔ３のグローバルリセットパルス６９の印加により、期間「ｔ３−ｔ１」で蓄積された信号電荷は廃棄され、タイミングｔ３以後に新たに信号電荷の蓄積が開始する。

この期間「ｔ３−ｔ１」で、蓄積電荷量が飽和電荷量を超える高輝度被写体の入射光を受ける画素が存在すると、その画素の蓄積電荷は溢れ、周辺の画素に信号電荷が流れ出てしまう。

そこで、本実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の駆動制御方法では、図８（ｂ）に示す様に、期間「ｔ３−ｔ１」の間に、Ｂ群画素に対して所定周期でグローバルリセットパルス７０を印加し、Ｂ群画素に飽和電荷量を超える信号電荷が蓄積されないようにする。これにより、ブルーミングが抑制される。

図９は、本発明の別実施形態におけるブルーミング抑制方法の説明図である。図８の実施形態では、Ｂ群画素の全画素に対して同時にリセット信号を印加するグローバルリセットにてブルーミングを回避したが、本実施形態では、グローバルリセットではなく、順次リセットを複数回繰り返し行うことで、ブルーミングを回避している。

本実施形態では、メカニカルシャッタを用いずに、長時間露光と、該長時間露光と同時の短時間露光を制御している。Ａ群画素とＢ群画素とを区別せずに、画素行順に順次リセット信号７１を図４のＣＭＯＳ型固体撮像素子１１に印加する（結果として、Ａ群画素とＢ群画素の１画素行毎に交互に順次リセット信号が印加されることになる。）と、リセット信号の印加直後から、各画素に受光量に応じた電荷が蓄積される。

所要のタイミングｔ７から、Ｂ群画素に対して順次読出信号７２を印加することで、Ｂ群画素から短時間露光の撮像画像信号が読み出される。順次読出信号７２が印加された画素行の蓄積電荷は、読み出されたため一旦無くなるが、再び電荷蓄積が開始される。このため、再び蓄積された電荷が飽和電荷量をオーバーしたとき、白抜き矢印６２で示す様に、信号電荷がＡ群画素側に流れてブルーミングが発生してしまう。

そこで、本実施形態では、Ｂ群画素に順次読出信号を印加した後も、所定周期で複数の順次リセット信号７３，７４を印加し、Ｂ群画素の電荷を廃棄するようにしている。この様に、メカニカルシャッタを用いずにローリングリセット信号にてブルーミングを回避できるため、本実施形態は動画モードにも適用可能である。

なお、図８の実施形態では、長時間露光と短時間露光の夫々の露光終了時点が一致するように露光時間制御を行い、図９の実施形態では、長時間露光と短時間露光の夫々の露光開始時点が一致するように露光時間制御を行っている。本発明の実施形態はどちらにも適用可能であり、長時間露光中であって短時間露光を行っていない状態時（上記の不要露光期間）に短時間露光用の画素に対してリセット信号を印加することでブルーミングを回避する。

図９に示す実施形態では不要露光期間中にブルーミング回避用の順次リセット信号７３，７４を２回印加し、図８に示す実施形態では不要露光期間中にブルーミング回避用のグローバルリセット信号７０を３回印加している。

不要露光期間にブルーミング回避用のリセット信号を何回も印加すれば、ブルーミングの発生を皆無にすることができる。しかし、バッテリ電源を消費してしまうことになるため、回数制限を行うのが好ましい。

この回数制限を行う場合、例えば、長時間露光と短時間露光の露光時間比に応じて行うのが好ましい。露光時間比が大きい場合（長時間露光に対して短時間露光が短い場合）にはリセット回数を多くし、露光時間比が小さい場合には不要露光時間が短いためリセット回数を少なくする。

リセット回数を１フレーム前の短時間露光画素（この例ではＢ群画素）の出力を解析して決定することも可能である。図１０に示す様に、高輝度被写体６１が画面内に存在する場合、長時間露光画素の信号電荷量は飽和状態に達している。このときの短時間露光画素の信号がどの程度であるかを検出し、短時間露光画素が不要露光期間中にどの程度の信号レベルに達するかを見積もり、短時間露光画素が不要露光期間中に飽和電荷量に達しないように、リセット信号を印加する時間間隔を決定する。

図１１は、本発明の別実施形態に係るブルーミング抑制方法の説明図である。図１０で説明した短時間露光画素の信号レベルによって直ぐにリセットとしたい場合も生じる。しかし、順次読出信号７１や順次リセット信号７２に時間がかかる場合、つまり、図１１に示す信号７１，７２の傾斜が寝ている場合には、順次リセット信号が間に合わずにブルーミングが発生してしまう事態も想定される。

斯かる場合には、図１１に示す様に、部分一括リセット信号７５を印加することで、対処する。部分一括リセットとは、この例ではＢ群画素に対して一括でリセット信号を印加することをいい、図８で説明したグローバルリセットと同意である。部分一括リセットであれば、短時間に何回も印加可能となり、ブルーミングの発生を回避可能となる。

図１２は、本発明の更に別実施形態のブルーミング抑制方法の説明図である。動画像を撮影する場合、高フレームレートで画像読出を行う関係で、全画素行の信号を読み出すのではなく、画素間引きを行って被写体画像を読み出すことが行われる。

図１２に示す例では、ペアとなる隣接する長露光ライン，短露光ラインの２行の画素行Ｘが読出対象となる画素行となっており、その上部と下部の画素は読出対象とはなっていない。読出対象となっていない画素で少しくらいブルーミングが発生しても動画像には影響はない。

そこで、本実施形態では読出対象となっている画素行Ｘに最隣接する上部側の短露光ラインＹ１と下部側の短露光ラインＹ２を重点リセット対象エリアの画素とし、他の読出対象外となっている短時間露光画素へのリセット回数より多くリセットを行い、ブルーミングが読出対象画素Ｘに及ばないようにする。

図１３は、本発明の更に別実施形態のブルーミング抑制方法の説明図である。画像を撮像するとき、高輝度被写体６１が存在すると、その高輝度被写体６１の周囲でブルーミングが発生する確率が高くなる。短時間露光画素がブルーミングを起こすか否かは、長時間露光画素の信号レベルが飽和レベルに達したときのペアとなる短時間露光画素の信号レベルから判断できる。

そこで、本実施形態では、ブルーミングの発生確率が所定閾値以上となる可能が高い画面中の部分領域（リセット信号は画素行毎に印加する配線構造となっているのが普通のため、この部分領域は横一ラインが単位となる。）Ｎに対して、部分領域Ｎ内の短時間露光画素を重点的にリセットし、ブルーミング発生を抑制する。勿論、部分領域Ｎ以外でも図８，図９で説明した様に短時間露光画素をリセットしてブルーミングを抑制するが、部分領域Ｎではリセット回数を他の領域より多くする。

以上述べた様に、上述した各実施形態によれば、第２画素群の不要露光期間中に第２画素群に対してリセット信号を印加して不要電荷の廃棄を図るため、ブルーミングの発生が抑制され、高品質な広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像することが可能となる。

なお、上述した各実施形態は、各画素が半導体基板上に形成したフォトダイオードであるとして説明したが、例えば特開２０１０―６７８２９号公報に記載されている様に、半導体基板にＭＯＳトランジスタ回路による信号読出回路が形成され、その上層として画素電極膜が被着された光電変換膜が積層され、その上にカラーフィルタが積層される光電変換膜積層型の固体撮像素子でも各実施形態を適用可能である。

また、上述した各実施形態を別々に説明したが、複数の実施形態を併用して適用することでも良いことは言うまでもない。

以上述べた様に、実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法は、半導体基板上に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素に対応して設けられたＭＯＳトランジスタでなる信号読出回路が形成された固体撮像素子を搭載した撮像装置であって、前記複数の画素の奇数行画素行又は偶数行画素行の一方で構成される第１画素群の露光（以下、長時間露光という。）中に前記奇数行画素行又は前記偶数行画素行の他方で構成される第２画素群の露光（以下、短時間露光という。）を行いかつ前記長時間露光中であって前記短時間露光中でない期間に前記第２画素群の前記信号読出回路を構成する前記ＭＯＳトランジスタの中のリセットトランジスタにリセット信号を印加することを特徴とする。

また、実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法の前記リセット信号の印加は、前記第２画素群の全画素に対して同時に行うグローバルリセットであることを特徴とする。

また、実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法の前記リセット信号の印加は、前記第２画素群の各画素行順に行う順次リセットであることを特徴とする。

また、実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法は、前記順次リセットが所定時間より遅い場合にはグローバルリセットを併用することを特徴とする。

また、実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法は、前記リセット信号の印加を行う回数を、前記長時間露光と前記短時間露光の時間比によって決定することを特徴とする。

また、実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法は、前記リセット信号の印加を行う回数を、前記固体撮像素子から撮像画像データを読み出すフレームの前フレームの撮像画像データで決めることを特徴とする。

また、実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法は、前記固体撮像素子から撮像画像データを画素間引きしながら読み出す場合には、読出画素に近いエリアの前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数を、該読出画素から遠いエリアの前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数より多くすることを特徴とする。

また、実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法は、前記固体撮像素子から撮像画像データを読み出すフレームの前フレームの撮像画像データからブルーミングが起きやすいエリアを求め、該エリア内の前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数を、該エリア外の前記リセット信号の印加回数より多くすることを特徴とする。

実施形態の撮像装置及び固体撮像素子の駆動制御方法によれば、ブルーミングを起こすことなく広ダイナミックレンジの被写体画像を撮影することが可能となる。

本発明に係る撮像装置は、ブルーミングを抑制した広ダイナミックレンジの画像を撮像できるため、デジタルカメラやカメラ付携帯電話機、ＰＤＡやノートパソコン等のカメラ付電子装置、内視鏡等の撮像装置一般に適用すると有用である。

１ 撮像装置
１１，５０ ＣＭＯＳ型固体撮像素子
１２ メカニカルシャッタ，絞り
１５ システム制御部（ＣＰＵ）
１９ 絞り・メカニカルシャッタ駆動部
２０ 撮像素子駆動部
４１ 半導体基板
４２ 画素（フォトダイオード）
５２ リセットトランジスタ
６１ 高輝度被写体画像
６２ ブルーミング
６８，６９，７０ グローバルリセット信号
７１，７３，７４ 順次リセット信号
７２ 順次読出信号
７５ 部分一括リセット信号（＝グローバルリセット信号）

Claims (16)

1. 半導体基板上に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素に対応して設けられたＭＯＳトランジスタでなる信号読出回路が形成された固体撮像素子と、
   前記複数の画素の奇数行画素行または偶数行画素行の一方で構成される第１画素群の露光（以下、長時間露光という。）中に前記奇数行画素行または前記偶数行画素行の他方で構成される第２画素群の露光（以下、短時間露光という。）を行い、且つ、前記長時間露光中であって前記短時間露光中でない期間に前記第２画素群の前記信号読出回路を構成する前記ＭＯＳトランジスタの中のリセットトランジスタにリセット信号を印加する撮像素子駆動手段と
   を備える撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、前記リセット信号の印加は、前記第２画素群の全画素に対して同時に行うグローバルリセットである撮像装置。
3. 請求項１に記載の撮像装置であって、前記リセット信号の印加は、前記第２画素群の各画素行順に行う順次リセットである撮像装置。
4. 請求項３に記載の撮像装置であって、前記順次リセットが所定時間より遅い場合にはグローバルリセットを併用する撮像装置。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、前記リセット信号の印加を行う回数を、前記長時間露光と前記短時間露光の時間比によって決定する撮像装置。
6. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、前記リセット信号の印加を行う回数を、前記固体撮像素子から撮像画像データを読み出すフレームの前フレームの撮像画像データで決める撮像装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置であって、前記固体撮像素子から撮像画像データを画素間引きしながら読み出す場合には、読出画素に近いエリアの前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数を、該読出画素から遠いエリアの前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数より多くする撮像装置。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置であって、前記固体撮像素子から撮像画像データを読み出すフレームの前フレームの撮像画像データからブルーミングが起きやすいエリアを求め、該エリア内の前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数を、該エリア外の前記リセット信号の印加回数より多くする撮像装置。
9. 半導体基板上に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素に対応して設けられたＭＯＳトランジスタでなる信号読出回路が形成された固体撮像素子の駆動制御方法であって、
   前記複数の画素の奇数行画素行または偶数行画素行の一方で構成される第１画素群の露光（以下、長時間露光という。）中に前記奇数行画素行または前記偶数行画素行の他方で構成される第２画素群の露光（以下、短時間露光という。）を行い、且つ、前記長時間露光中であって前記短時間露光中でない期間に前記第２画素群の前記信号読出回路を構成する前記ＭＯＳトランジスタの中のリセットトランジスタにリセット信号を印加する
   固体撮像素子の駆動制御方法。
10. 請求項９に記載の固体撮像素子の駆動制御方法であって、前記リセット信号の印加は、前記第２画素群の全画素に対して同時に行うグローバルリセットである固体撮像素子の駆動制御方法。
11. 請求項９に記載の固体撮像素子の駆動制御方法であって、前記リセット信号の印加は、前記第２画素群の各画素行順に行う順次リセットである固体撮像素子の駆動制御方法。
12. 請求項１１に記載の固体撮像素子の駆動制御方法であって、前記順次リセットが所定時間より遅い場合にはグローバルリセットを併用する固体撮像素子の駆動制御方法。
13. 請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の固体撮像素子の駆動制御方法であって、前記リセット信号の印加を行う回数を、前記長時間露光と前記短時間露光の時間比によって決定する固体撮像素子の駆動制御方法。
14. 請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の固体撮像素子の駆動制御方法であって、前記リセット信号の印加を行う回数を、前記固体撮像素子から撮像画像データを読み出すフレームの前フレームの撮像画像データで決める固体撮像素子の駆動制御方法。
15. 請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の固体撮像素子の駆動制御方法であって、前記固体撮像素子から撮像画像データを画素間引きしながら読み出す場合には、読出画素に近いエリアの前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数を、該読出画素から遠いエリアの前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数より多くする固体撮像素子の駆動制御方法。
16. 請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の固体撮像素子の駆動制御方法であって、前記固体撮像素子から撮像画像データを読み出すフレームの前フレームの撮像画像データからブルーミングが起きやすいエリアを求め、該エリア内の前記第２画素群に対する前記リセット信号の印加回数を、該エリア外の前記リセット信号の印加回数より多くする固体撮像素子の駆動制御方法。

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