JP2019106668A

JP2019106668A - 撮像装置

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Publication number: JP2019106668A
Application number: JP2017239610A
Authority: JP
Inventors: 関根　寛; Hiroshi Sekine; 関根　　寛
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-12-14
Also published as: US20190191121A1; JP7066392B2; US10645322B2

Abstract

【課題】光電変換部から電荷保持部への電荷の漏れ出しによる混色の発生を抑制可能な技術を提供する。【解決手段】画素は、光電変換部と、電荷保持部と、オン状態のときに光電変換部の電荷を電荷保持部に転送する転送部と、オン状態のときに光電変換部の電荷を排出するオーバーフロー制御部と、を有し、転送部とオーバーフロー制御部がともにオフ状態となり、かつ、光電変換部と電荷保持部にそれぞれ異なるフレームの電荷が保持された状態となる期間が存在するように制御される。オーバーフロー制御部は、オフ状態の転送部により光電変換部と電荷保持部のあいだに形成されるポテンシャル障壁よりも低い、第１のポテンシャル障壁を形成する第１のモードと、第１のポテンシャル障壁よりもさらに低い第２のポテンシャル障壁を形成する第２のモードを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、グローバル電子シャッター動作を可能とする電荷保持部を有する撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置には、低消費電力や高速読み出しに適したＣＭＯＳイメージセンサが広く用いられている。ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、行順次読み出しでの動作が基本であるが、グローバル（全画素同時）電子シャッター機能を有するＣＭＯＳイメージセンサが提案されている（特許文献１参照）。この電子シャッター機能のために、画素内には光電変換を行う光電変換部とは別に、電荷をある程度の時間保持しておく電荷保持部が設けられている。

特開２０１４−６３８８９号公報

グローバル電子シャッター動作を行う場合、光電変換部と電荷保持部に異なるフレームの電荷が保持される期間が存在する。そのような期間においては光電変換部と電荷保持部の間の転送ゲートがオフ状態となり、光電変換部から電荷保持部への電荷の転送が行われないよう制御されることが一般的である。しかしながら、転送ゲートがオフになっていたとしても、光電変換部を飽和した電荷が転送ゲートのポテンシャル障壁を乗り越えて電荷保持部側に漏れ出し、混色（異なるフレームの電荷が混ざること）が起きる可能性がある。そのような混色の発生は画質の低下を招くため望ましくない。

本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、光電変換部と電荷保持部にそれぞれ異なるフレームの電荷が保持された状態となる期間が存在するように制御される画素を有する撮像装置において、光電変換部から電荷保持部への電荷の漏れ出しによる混色の発生を抑制可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の第一態様は、複数の画素を有する撮像装置であって、前記複数の画素のうちの１つ以上の画素は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を保持可能な電荷保持部と、オン状態のときに前記光電変換部の電荷を前記電荷保持部に転送する転送部と、オン状態のときに前記光電変換部の電荷を排出するオーバーフロー制御部と、を有し、前記転送部と前記オーバーフロー制御部がともにオフ状態となり、かつ、前記光電変換部と前記電荷保持部にそれぞれ異なるフレームの電荷が保持された状態となる期間が存在するように制御され、前記オーバーフロー制御部は、オフ状態の前記転送部により前記光電変換部と前記電荷保持部のあいだに形成されるポテンシャル障壁よりも低い、第１のポテンシャル障壁を形成する第１のモードと、前記第１のポテンシャル障壁よりもさらに低い第２のポテンシャル障壁を形成する第２のモードを有することを特徴とする撮像装置を提供する。

本発明によれば、光電変換部と電荷保持部にそれぞれ異なるフレームの電荷が保持された状態となる期間が存在するように制御される画素を有する撮像装置において、光電変換
部から電荷保持部への電荷の漏れ出しによる混色の発生を抑制することができる。

撮像装置ブロック図画素部の等価回路図画素ポテンシャルの概念図画素駆動図画素駆動図（複数回転送）画素ポテンシャルの制御方法のバリエーション画素部の等価回路図画素駆動図（複数回転送）画素ポテンシャルの概念図（蓄積時）複数回転送時のポテンシャルの制御撮像システムの構成図移動体の構成図

以下、図面を参照して本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態の一例を説明する。撮像装置は、光を電気信号に変換する画素を複数有する半導体デバイスであり、固体撮像素子やイメージセンサとも呼ばれるものである。撮像装置には、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどが含まれる。以下では、本発明の好ましい適用例の一つとして、グローバル電子シャッター動作を行うＣＭＯＳイメージセンサに本発明を適用した場合の構成例を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成を表すブロック図である。撮像装置１００は、画素部１０１、垂直走査回路１０２、列増幅回路１０３、水平走査回路１０４、出力回路１０５、制御回路１０６を備える。画素部１０１は、ＸＹの行列状に配置された複数の画素１０７を備えている。制御回路１０６は垂直走査回路１０２、列増幅回路１０３、水平走査回路１０４などの動作タイミングを制御する回路である。垂直走査回路１０２は画素１０７内のトランジスタをオン状態（導通状態）またはオフ状態（非導通状態）に制御するための制御信号を供給する。画素１０７の各列には列信号線１０８が設けられており、画素１０７からの信号が列ごとに列信号線１０８に出力される。列増幅回路１０３は列信号線１０８に出力された画素信号を増幅し、画素１０７のリセット時の信号および光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理などを行う。水平走査回路１０４は、列増幅回路１０３の増幅器に接続されたスイッチをオン状態またはオフ状態に制御するための制御信号を供給する。出力回路１０５はバッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列増幅回路１０３からの画素信号を撮像装置１００の外部の信号処理部に出力する。また、ＡＤ変換部を撮像装置１００に設け、デジタルの画素信号を出力しても良い。

図２は、撮像装置の画素１０７の等価回路を示している。画素１０７は、光電変換部２０１、第１転送部２０２、第２転送部２０３、電荷保持部２０４、及びフローティングディフュージョン２０５を含む。さらに、画素１０７は、リセット部２０６、増幅部２０７、行選択部２０８、オーバーフロー制御部２０９を含む。

光電変換部２０１は、受光により電荷を発生し蓄積する素子であり、例えばフォトダイオードなどの受光素子により構成される。第１転送部２０２は、光電変換部２０１の電荷を電荷保持部２０４に転送する。電荷保持部２０４は、光電変換部２０１とは独立に、電荷を保持可能な素子である（電荷蓄積部とも呼ばれる）。第２転送部２０３は、電荷保持部２０４の電荷を増幅部２０７の入力ノードであるフローティングディフュージョン２０
５に転送する。リセット部２０６は、フローティングディフュージョン２０５の電圧をリセットする。行選択部２０８は、列信号線１０８に信号を出力する画素を選択するスイッチである。増幅部２０７は、受光によって生じた電荷に基づく信号を、行選択部２０８を介して列信号線１０８に出力する。またオーバーフロー制御部２０９は、非露光時に光電変換部２０１の電荷をオーバーフロードレインなどの電源ノードに排出する。

第１転送部２０２、第２転送部２０３、および、オーバーフロー制御部２０９は、それぞれ、ＭＯＳトランジスタである。第１転送部２０２には、制御線ｐＧＳが接続される。第２転送部２０３には、制御線ｐＴＸが接続される。オーバーフロー制御部２０９には制御線ｐＯＦＧが接続される。

制御線ｐＧＳを介して第１転送部２０２のゲートにオフ電圧が印加されると（オフ状態）、光電変換部２０１と電荷保持部２０４のあいだにポテンシャル障壁が形成され、光電変換部２０１に電荷を蓄積可能な状態となる。制御線ｐＧＳを介して第１転送部２０２のゲートにオン電圧が印加されると（オン状態）、光電変換部２０１に蓄積された電荷が電荷保持部２０４へ転送される。

制御線ｐＴＸを介して第２転送部２０３のゲートにオフ電圧が印加されると（オフ状態）、電荷保持部２０４とフローティングディフュージョン２０５のあいだにポテンシャル障壁が形成され、電荷保持部２０４に電荷を蓄積可能な状態となる。制御線ｐＴＸを介して第２転送部２０３のゲートにオン電圧が印加されると（オン状態）、電荷保持部２０４に蓄積された電荷がフローティングディフュージョン２０５へ転送される。

制御線ｐＯＦＧを介してオーバーフロー制御部２０９のゲートにオフ電圧が印加されると（オフ状態）、光電変換部２０１と電源ノードのあいだにポテンシャル障壁が形成され、光電変換部２０１に電荷を蓄積可能な状態となる。制御線ｐＯＦＧを介してオーバーフロー制御部２０９のゲートにオン電圧が印加されると（オン状態）、光電変換部２０１に蓄積された電荷が電源ノードへ排出される。

図３は、グローバル電子シャッター方式による画素駆動のタイミングを模式的に示している。図３の横方向は時間軸である。ＰＤ（ｎ）は第ｎフレームにおいて光電変換部２０１で発生した電荷を光電変換部２０１に保持している期間を示す。ＭＥＭ（ｎ）は第ｎフレームの電荷を電荷保持部２０４に保持している期間を示す。ｐＧＳは、第１転送部２０２をオン状態にするタイミングを示し、ｐＯＦＧは、オーバーフロー制御部２０９をオン状態にするタイミングを示している。ｐＴＸは、第２転送部２０３をオン状態にするタイミングを示している（縦方向は行番号に対応しており、斜めの線は行ごとに順番に第２転送部２０３が駆動されることを模式的に示している。）。

図３に示すように、第ｎフレームの電荷は、ＰＤ（ｎ）期間において光電変換部２０１に蓄積・保持される。そして、第ｎフレームの終了のタイミングで第１転送部２０２がオンとなり、光電変換部２０１に蓄積されていた第ｎフレームの電荷が電荷保持部２０４へ一括転送される。その後、第２転送部２０３を行ごとにオンし、電荷保持部２０４に蓄積された第ｎフレームの電荷を順次フローティングディフュージョン２０５へ転送する。これにより、第ｎフレームの画素信号が、１行目から順に読みだされていく。これにより、グローバル電子シャッター動作が実現される。

このような駆動方式の場合、第ｎフレームの電荷を電荷保持部２０４で保持しているＭＥＭ（ｎ）期間のあいだ、光電変換部２０１には第ｎ＋１フレームの電荷が蓄積されることになる（ＰＤ（ｎ＋１））。つまり、光電変換部２０１と電荷保持部２０４にそれぞれ異なるフレームの電荷が保持された状態となる期間が存在する。

図４Ａおよび図４Ｂは、図２で示した画素のポテンシャルの概念図を示している。図中、ＯＦＧはオーバーフロー制御部２０９、ＧＳは第１転送部２０２、ＴＸは第２転送部２０３を示す。ＶＤＤは電源ノード、ＰＤは光電変換部２０１、ＭＥＭは電荷保持部２０４、ＦＤはフローティングディフュージョン２０５を示す。ＯＦＧＶはオーバーフロー制御部２０９のゲートに印加される電圧、ＯＦＤ＿Ｐ１，ＯＦＤ＿Ｐ２はオフ状態のオーバーフロー制御部２０９により形成されるポテンシャル障壁、ＧＳ＿Ｐはオフ状態の第１転送部２０２により形成されるポテンシャル障壁を示す。以後、オーバーフロー制御部２０９により形成されるポテンシャル障壁を、オーバーフロードレインポテンシャル（ＯＦＤポテンシャル）とも呼ぶ。また、オーバーフロー制御部２０９のゲートを、ＯＦＧゲートとも呼ぶ。

オーバーフロー制御部２０９は、オフ状態のモードとして、ＯＦＤポテンシャルが異なる複数のモード（本例では２つのモード）を有している。本実施形態では、ＯＦＤポテンシャル（ＯＦＤ＿Ｐ１，ＯＦＤ＿Ｐ２）をＯＦＧゲートのオフ電圧Ｖ_Ｌｏｗ１，Ｖ_Ｌｏｗ２（Ｖ_Ｌｏｗ１＜Ｖ_Ｌｏｗ２）によって制御する。図４ＡはＯＦＧゲートのオフ電圧がＶ_Ｌｏｗ１の場合を示しており、図４ＢはＯＦＧゲートのオフ電圧がＶ_Ｌｏｗ２の場合を示しており、その時のＯＦＤポテンシャルはＯＦＤ＿Ｐ１＞ＯＦＤ＿Ｐ２の関係になる。

一般的なグローバルシャッター画素では、光電変換部２０１の飽和量（電荷を蓄積可能な量）よりも、電荷保持部２０４の飽和量の方が大きい。したがって、画素としての飽和電荷量は、光電変換部２０１の飽和量によって規定される。また、本実施形態のような構成の場合、光電変換部２０１の飽和量はＯＦＤポテンシャルの高さに応じて変化する。したがって、ＯＤＦポテンシャルが高いモード（図４Ａ）の方が、ＯＦＤポテンシャルが低いモード（図４Ｂ）に比べ、画素の飽和電荷量が大きい。

図５Ａおよび図５Ｂは、図３で示した画素駆動において、第ｎ＋１フレームの電荷を光電変換部２０１で蓄積している期間のある画素のポテンシャルを概念的に示している。第ｎ＋１フレームに光電変換部２０１の飽和量を超えるような余剰電荷が発生した場合、余剰電荷はポテンシャル障壁が最も低いところへ漏れ出す。しかし、電荷は運動エネルギーを持っているため、第１転送部２０２のゲート下のポテンシャル（ＧＳ＿Ｐ）とＯＦＤポテンシャル（ＯＦＤ＿Ｐ１，ＯＦＤ＿Ｐ２）の差が小さいほど、電荷保持部２０４側へ余剰電荷が漏れ出す割合が大きくなる。つまり、混色が大きくなる。したがって、図５Ａと図５Ｂを混色の観点から比べると、図５Ｂの方（ＯＦＤポテンシャルが低いモードの方）が混色を抑えることができることがわかる。

このように、本実施形態のようにＯＦＤポテンシャルをＯＦＤ＿Ｐ１，ＯＦＤ＿Ｐ２のように２値持つことで、画素の飽和電荷量を十分に確保できるモード（図５Ａ）に加え、混色を低減できるモード（図５Ｂ）を実現することが可能となる。そのため、撮像装置の動作、用途、外部回路との関係などに合わせて飽和電荷量優先モードと混色低減モードを適宜切り替えることで、要求に応じた品質の画像を得ることができる。たとえば、画素の最大飽和量まで電荷を蓄積する必要がない場合には、ＯＦＤポテンシャルを低いモードに切り替えることで、混色の少ない（又は混色の無い）画像を得ることができる。最大飽和量まで電荷を蓄積する必要がない場合とは、たとえば、撮像装置から出力される信号の最大値が、画素の飽和電荷量ではなく、回路側のダイナミックレンジで決まる場合などである。

なお、本実施形態では、ＯＦＧゲートに印加するオフ電圧を変えることによりＯＦＤポテンシャルの高さを制御する例を示したが、ＯＦＤポテンシャルの高さを制御する方法はこの例に限られない。たとえば、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、オーバーフロー制御
部２０９のドレイン電圧（本実施形態の構成では、電源ＶＤＤのレベル）を変えることにより、ＯＦＤポテンシャルを制御してもよい。この方法によれば、オーバーフロー制御部２０９のゲートに印加する電圧がオンとオフの２値でよいため、駆動回路を簡単化できるという利点がある。

また、オーバーフロー制御部２０９を複数のトランジスタから構成し、その複数のトランジスタのオン状態とオフ状態の組み合わせを変えることにより、ＯＦＤポテンシャルを制御してもよい。たとえば、図７の例では、第１トランジスタ２０９Ａと第２トランジスタ２０９Ｂの２つのＭＯＳトランジスタを並列に接続している。第１トランジスタ２０９Ａと第２トランジスタ２０９Ｂは、オン状態におけるゲート下のポテンシャルの高さが異なるものである。第１トランジスタ２０９Ａのオン状態とオフ状態のポテンシャルをそれぞれＯＦＧ１＿Ｐｏｎ、ＯＦＧ１＿Ｐｏｆｆ、第２トランジスタ２０９Ｂのオン状態とオフ状態のポテンシャルをそれぞれＯＦＧ２＿Ｐｏｎ、ＯＦＧ２＿Ｐｏｆｆとする。このとき、ＯＦＧ１＿Ｐｏｆｆ≧ＯＦＧ２＿Ｐｏｆｆ＞ＯＦＧ１＿Ｐｏｎ＞ＯＦＧ２＿Ｐｏｎとなるように各トランジスタを設定する。ここでたとえば、ＯＦＧ２＿Ｐｏｆｆを図４ＡのＯＦＤ＿Ｐ１と同等のポテンシャルに設定し、ＯＦＧ１＿Ｐｏｎを図４ＢのＯＦＤ＿Ｐ２と同等のポテンシャルに設定することで、以下のようなＯＦＤポテンシャルの制御が可能である。

すなわち、両方のトランジスタをオン状態にすると、ＯＦＤポテンシャルは最も低い状態となり、光電変換部２０１の電荷が排出される。また、両方のトランジスタをオフ状態にすると、図４Ａと同じようなポテンシャル障壁が形成されるので、光電変換部２０１における飽和電荷量を十分に確保できる。そして、一方のトランジスタをオン状態、他方のトランジスタをオフ状態にすると、図４Ｂと同じような低いポテンシャル障壁が形成されるので、混色を抑制することができる。この方法によれば、各トランジスタのゲートに印加する電圧がオンとオフの２値でよいため、駆動回路を簡単化できるという利点がある。

また、ゲート電圧の制御、ドレイン電圧の制御、複数のトランジスタの組み合わせ、の３つの方法を適宜組み合わせることで、複数種類のＯＤＦポテンシャルを形成できるようにしてもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、１フレームの期間に光電変換部２０１から電荷保持部２０４への電荷の転送を複数回行う例である。第１実施形態との違いは画素駆動のみであるため、以下では第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同じ部分については説明を省略する。

第２実施形態における画素駆動では、図８に示すように、１フレーム期間中に２回、第１転送部２０２にオン電圧が印加される。つまり、１フレーム期間中に光電変換部２０１から電荷保持部２０４へ２回電荷を転送している。このような画素駆動の場合、２回目の転送が完了するまでは第２転送部２０３を駆動することはできず、また第２転送部２０３を駆動している最中は１回目の転送を行うことはできない。そのため、電荷の転送を２回
行う場合は、図８に示すような読み出しタイミングとなる。

図９Ａ〜図９Ｆは、図８に記載されている画素駆動を行ったときの電荷蓄積、及び電荷転送の様子を模式的に示したものである。ｔ１、ｔ２、ｔ３は図８の時刻に対応している。ＶＬｏｗ１モードは、ＯＦＧゲートに印加するオフ電圧がＶＬｏｗ１であるモードであり、ＶＬｏｗ２モードは、ＯＦＧゲートに印加するオフ電圧がＶＬｏｗ２であるモードである。ＶＬｏｗ１モードでは、光電変換部２０１の飽和電荷量が電荷保持部２０４の飽和電荷量とおおよそ同等になるポテンシャルとなるようにしている。なお、説明を簡単にするために、ＶＬｏｗ１モードでの光電変換部の飽和電荷量に対し、ＶＬｏｗ２モードでの光電変換部の飽和電荷量は１／２とする。また、１フレーム期間中に、画素が十分飽和する程度の光が受光素子に当たっている場合を考える。

ＶＬｏｗ１モードとＶＬｏｗ２モードを時間ごとに比べていくと、時刻ｔ１では、ともに第ｎフレームの信号が電荷保持部２０４にあり、第１実施形態でも述べたような混色の課題が生じる。またその程度は、ＶＬｏｗ１モードのほうが悪い。続いて時刻ｔ２では、ともに第ｎ＋１フレームの電荷が光電変換部２０１から電荷保持部２０４へ転送されている状態となる。この時に電荷保持部２０４に蓄積されている電荷量は、ＶＬｏｗ１モード：ＶＬｏｗ２モード＝２：１である。最後に時刻ｔ３では、さらに光電変換部２０１から電荷保持部２０４へ電荷が転送されるので、電荷保持部２０４に蓄積されている電荷量は、ＶＬｏｗ１モード：ＶＬｏｗ２モード＝２：２となり、同等の飽和量を得ることができる。つまり、２回転送を行う場合は、ＶＬｏｗ２モードで駆動することによって、飽和を犠牲にすることなく、混色を低減させることができる。

上記の原理をもとに、１フレーム期間中の転送回数をさらに増やした場合を考えると、図１０のような対応となる。ＧＳパルス駆動回数が、１フレーム期間中に第１転送部２０２のゲートにオン電圧を印加する回数、すなわち転送回数を表す。ゆえに、１フレーム期間中に複数回の転送を行う場合は、飽和を犠牲にすることなく、ＯＦＤポテンシャルを下げることができ、混色を低減することができる。しかも、転送回数が多いほど、ＯＦＤポテンシャルをより低くでき、混色の低減効果をより高めることが可能となる。したがって、転送回数に応じてＯＦＤポテンシャルの高さを制御することも好適である。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態による撮像システムについて、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。

上記第１乃至第２実施形態で述べた撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１１にはこれらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

撮像システム３００は、図１１に示すように、撮像光学系３０２、ＣＰＵ３１０、レンズ制御部３１２、撮像装置制御部３１４、画像処理部３１６、絞りシャッタ制御部３１８、表示部３２０、操作スイッチ３２２、記録媒体３２４を備える。

撮像光学系３０２は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、レンズ群、絞り３０４等を含む。絞り３０４は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。レンズ群及び絞り３０４は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動し
た動作によって変倍機能（ズーム機能）や焦点調節機能を実現する。撮像光学系３０２は、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。

撮像光学系３０２の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置１００が配置されている。撮像装置１００は、第１乃至第２実施形態で説明した撮像装置１００であり、ＣＭＯＳセンサ（画素部１０１）とその周辺回路（周辺回路領域）とを含んで構成される。撮像装置１００は、複数の光電変換部を有する画素が２次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、２次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置１００は、撮像光学系３０２により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。

レンズ制御部３１２は、撮像光学系３０２のレンズ群の進退駆動を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。絞りシャッタ制御部３１８は、絞り３０４の開口径を変化して（絞り値を可変として）撮影光量を調節するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成される。

ＣＰＵ３１０は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。ＣＰＵ３１０は、ＲＯＭ等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、撮像光学系３０２の焦点状態の検出（焦点検出）を含むＡＦ、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。ＣＰＵ３１０は、信号処理部でもある。

撮像装置制御部３１４は、撮像装置１００の動作を制御するとともに、撮像装置１００から出力された信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ３１０に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。Ａ／Ｄ変換機能は、撮像装置１００が備えていてもかまわない。画像処理部３１６は、Ａ／Ｄ変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。表示部３２０は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ３２２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体３２４は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。

このようにして、第１乃至第２実施形態による撮像装置１００を適用した撮像システム３００を構成することにより、高性能の撮像システムを実現することができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態による撮像システム及び移動体について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。

図１２Ａは、車載カメラに関する撮像システム４００の一例を示したものである。撮像システム４００は、撮像装置４１０を有する。撮像装置４１０は、上述の第１乃至第２実施形態に記載の撮像装置１００のいずれかである。撮像システム４００は、撮像装置４１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部４１２と、撮像装置４１０により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行
う視差取得部４１４を有する。また、撮像システム４００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部４１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部４１８と、を有する。ここで、視差取得部４１４や距離取得部４１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部４１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム４００は、車両情報取得装置４２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ４３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ４３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置４４０とも接続されている。例えば、衝突判定部４１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ４３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置４４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム４００で撮像する。図１２Ｂに、車両前方（撮像範囲４５０）を撮像する場合の撮像システム４００を示した。車両情報取得装置４２０は、撮像システム４００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の第１乃至第３実施形態の撮像装置１００を撮像装置４１０として用いることにより、本実施形態の撮像システム４００は、測距の精度をより向上させることができる。

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

以上述べた実施形態は本発明の一具体例を述べたものにすぎず、本発明の範囲は上記実施形態の構成に限られるものではない。

１００：撮像装置、１０７：画素、２０１：光電変換部、２０２：電荷保持部、２０２：第１転送部、２０９：オーバーフロー制御部

Claims

複数の画素を有する撮像装置であって、
前記複数の画素のうちの１つ以上の画素は、
光電変換部と、
前記光電変換部で発生した電荷を保持可能な電荷保持部と、
オン状態のときに前記光電変換部の電荷を前記電荷保持部に転送する転送部と、
オン状態のときに前記光電変換部の電荷を排出するオーバーフロー制御部と、を有し、
前記転送部と前記オーバーフロー制御部がともにオフ状態となり、かつ、前記光電変換部と前記電荷保持部にそれぞれ異なるフレームの電荷が保持された状態となる期間が存在するように制御され、
前記オーバーフロー制御部は、
オフ状態の前記転送部により前記光電変換部と前記電荷保持部のあいだに形成されるポテンシャル障壁よりも低い、第１のポテンシャル障壁を形成する第１のモードと、
前記第１のポテンシャル障壁よりもさらに低い第２のポテンシャル障壁を形成する第２のモードを有することを特徴とする撮像装置。
前記転送部は、１フレームの期間に、前記光電変換部から前記電荷保持部への電荷の転送を複数回行う
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記オーバーフロー制御部は、１フレームの期間に行われる転送の回数が多いほど、ポテンシャル障壁を低くする
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記オーバーフロー制御部は、前記光電変換部で蓄積すべき電荷量が少ないほど、ポテンシャル障壁を低くする
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記オーバーフロー制御部はトランジスタであり、
前記オーバーフロー制御部のゲートに印加するオフ電圧を変えることにより、ポテンシャル障壁の高さが制御される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記オーバーフロー制御部はトランジスタであり、
前記オーバーフロー制御部のドレイン電圧を変えることにより、ポテンシャル障壁の高さが制御される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記オーバーフロー制御部は、複数のトランジスタから構成され、
前記複数のトランジスタのオン状態とオフ状態の組み合わせを変えることにより、ポテンシャル障壁の高さが制御される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を有することを特徴とする撮像システム。
移動体であって、
請求項１〜７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から出力される信号から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。