JP2021034963A - 撮像装置及び撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の画像を連続的に取得する際に読み出し時間が異なる駆動方式への切り替えが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】シャッタ走査と読み出し走査とを行うように複数の画素を制御する走査部を有し、前記走査部は、前記複数の画素の制御において前記読み出し走査の期間の長さが互いに異なる第１駆動方式と第２駆動方式とを切り替えるように構成されており、前記第１駆動方式から前記第２駆動方式に駆動方式を切り替える際に、前記第１駆動方式による前記読み出し走査が終了する前に前記第２駆動方式による前記シャッタ走査を開始するように構成されている。【選択図】図７

Description

本発明は、撮像装置及び撮像装置の駆動方法に関する。

ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置において、動画撮影等のために複数の画像を連続的に取得するものがある。このような撮像装置には、複数の画像を連続的に取得している最中にシャッタ動作、読み出し動作等に関連する駆動方式を変更することができるものもある。

特許文献１には、フレーム単位で駆動方式を切り替えることができる撮像装置が開示されている。特許文献１の撮像装置は、駆動方式を第１駆動方式から第２駆動方式に切り替える際に、読み出し動作の駆動方式を１フレームに相当する期間だけ第１駆動方式に維持したままシャッタ動作の駆動方式を第２駆動方式に切り替える。更に、特許文献１の撮像装置は、駆動方式の切り替え時に走査速度が変わらないように、駆動方式によらず同じ走査速度で読み出しの走査を行う。これにより、駆動方式の切り替え時に各行の光電変換素子における電荷の蓄積時間を一定に保つことができ、無効データが出力されないようにすることができる。

特開２００７−１０４２４１号公報

特許文献１に記載されている駆動方式の切り替え手法では、読み出し動作の周期が駆動方式によらず一定であるため、駆動方式間で読み出し時間が異なる場合が考慮されていない。

そこで、本発明は、複数の画像を連続的に取得する際に読み出し時間が異なる駆動方式への切り替えが可能な撮像装置及び撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、複数の行に渡って配された複数の画素を備える撮像装置であって、前記複数の画素の各々が、光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から電荷が転送される検出部と、前記検出部に接続され前記検出部の電位に応じた画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部に蓄積された電荷をリセットするリセット部と、を含み、前記画素の前記光電変換部のリセットを前記行ごとに解除することにより前記光電変換部における電荷の蓄積を開始するシャッタ走査と、前記増幅部から前記画素信号を前記行ごとに信号線へ出力する読み出し走査と、を行うように前記複数の画素を制御する走査部と、前記シャッタ走査における各行の画素の駆動タイミングを示す第１同期信号と、前記読み出し走査における各行の画素の駆動タイミングを示す第２同期信号とを前記走査部に出力する制御部と、を有し、前記走査部は、前記第１同期信号及び前記第２同期信号に基づく前記複数の画素の制御において、前記読み出し走査の期間の長さが互いに異なる第１駆動方式と第２駆動方式とを切り替えるように構成されており、前記第１駆動方式から前記第２駆動方式に駆動方式を切り替える際に、前記第１駆動方式による前記読み出し走査が終了する前に前記第２駆動方式による前記シャッタ走査を開始するように構成されていることを特徴とする撮像装置が提供される。

本発明の他の一観点によれば、複数の行に渡って配された複数の画素を備える撮像装置であって、前記複数の画素の各々が、光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から電荷が転送される検出部と、前記検出部に接続され前記検出部の電位に応じた画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部に蓄積された電荷をリセットするリセット部と、を含み、前記画素の前記光電変換部のリセットを前記行ごとに解除することにより前記光電変換部における電荷の蓄積を開始するシャッタ走査と、前記増幅部から前記画素信号を前記行ごとに信号線へ出力する読み出し走査と、を行うように前記複数の画素を制御する走査部と、前記シャッタ走査における各行の画素の駆動タイミングを示す第１同期信号と、前記読み出し走査における各行の画素の駆動タイミングを示す第２同期信号とを前記走査部に出力する制御部と、を有する撮像装置の駆動方法であって、前記第１同期信号及び前記第２同期信号に基づいて、第１駆動方式により前記複数の画素を制御するステップと、前記第１同期信号及び前記第２同期信号に基づいて、前記読み出し走査の期間の長さが前記第１駆動方式とは異なる第２駆動方式により前記複数の画素を制御するステップと、を有し、前記第１駆動方式による前記読み出し走査が終了する前に前記第２駆動方式による前記シャッタ走査が開始することを特徴とする撮像装置の駆動方法が提供される。

本発明によれば、複数の画像を連続的に取得する際に読み出し時間が異なる駆動方式への切り替えが可能な撮像装置及び撮像装置の駆動方法が提供される。

第１実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。 第１実施形態に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第１比較例に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第２比較例に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第３比較例に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第１実施形態に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第１実施形態に係る制御部及び垂直走査部の構成例を示すブロック図である。 第２実施形態に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第３実施形態に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第４実施形態に係る撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。 第４実施形態に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第４実施形態に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第４実施形態に係る撮像装置の読み出し動作に要する時間を模式的に示す図である。 第５実施形態に係る撮像システムの概略構成を示すブロック図である。 第６実施形態に係る撮像システム及び機器の構成例を示す図である。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、画素部１０、垂直走査部３０、列回路４０、水平走査部５０、信号出力部６０、制御部７０及びＣＰＵ８０を有している。

画素部１０には、複数の行及び複数の列に渡って配された複数の画素Ｐが配されている。図１には、（ｎ＋１）行×（ｍ＋１）列の２次元状に配された画素Ｐ（０，０）から画素Ｐ（ｎ，ｍ）が示されている。ここで、画素Ｐ（Ｘ，Ｙ）の表記においては、Ｘが行番号を表しており、Ｙが列番号を表している。先頭行の行番号は０行目であり、先頭列の列番号は０列目であるものとする。なお、本明細書では、画素部１０内の特定の位置に配された画素Ｐを示すときは「画素Ｐ（ｎ，ｍ）」のように行番号及び列番号とともに表記し、画素部１０内の位置を特定しない場合には単に「画素Ｐ」と表記するものとする。

画素部１０の各行には、第１の方向（図１においてＸ方向）に延在して、制御線２０が配されている。制御線２０は、第１の方向に並ぶ画素Ｐにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。本明細書では、制御線２０が延在している第１の方向を行方向と表記することがある。

また、画素部１０の各列には、第１の方向と交差する第２の方向（図１においてＹ方向）に延在して、出力線２２が配されている。出力線２２は、第２の方向に並ぶ画素Ｐにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。本明細書では、出力線２２の延在する第２の方向を、列方向と表記することがある。

各行の制御線２０は、垂直走査部３０に接続されている。また、各列の出力線２２は、列回路４０に接続されている。列回路４０には、水平走査部５０と、信号出力部６０とが接続されている。垂直走査部３０、列回路４０、水平走査部５０には、制御部７０が接続されている。制御部７０には、ＣＰＵ８０が接続されている。

垂直走査部３０は、画素Ｐ内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御線２０を介して画素Ｐに供給する回路部である。垂直走査部３０は、制御部７０からの信号を受けて動作し、画素部１０のシャッタ走査と読み出し走査とを行う。なお、シャッタ走査とは、画素部１０の一部又は全部の行の画素Ｐに対して、光電変換素子のリセット及びリセットの解除を行単位で順次行い、露光（電荷の蓄積）を開始させる動作をいう。読み出し走査とは、画素部１０の一部又は全部の行の画素Ｐに対して、光電変換素子に蓄積された電荷に基づく画素信号を行単位で順次出力させる動作をいう。

列回路４０は、増幅回路、アナログ・デジタル変換（ＡＤ変換）回路、メモリ等を備える。列回路４０は、画素Ｐから出力される画素信号を増幅し、ＡＤ変換を行い、デジタル画素信号としてメモリに保持する。

水平走査部５０は、制御部７０からの信号を受けて動作し、列回路４０の各列のメモリに順次、制御信号を出力する。水平走査部５０から制御信号を受信した列回路４０は、対応する列のメモリに保持されたデジタル画素信号を信号出力部６０へと出力する。

信号出力部６０は、デジタル信号処理部、パラレル・シリアル変換回路、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）回路等の外部インターフェース等を備える。信号出力部６０は、列回路４０から受信したデジタル画素信号に対してデジタル信号処理を実施し、シリアルデータとして撮像装置１００の外部に出力する。

制御部７０は、垂直走査部３０、列回路４０、水平走査部５０等に、これらの動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。これら制御信号の少なくとも一部は、撮像装置１００の外部から供給されてもよい。

ＣＰＵ８０は、制御部７０を制御する。制御部７０は、ＣＰＵ８０から同期信号などの制御信号や動作モードなどの設定信号を受けて動作する。ＣＰＵ８０は、撮像装置１００が搭載される撮像システム内、すなわち撮像装置１００の外部に設けられていてもよい。

なお、列回路４０は、必ずしもＡＤ変換の機能を備える必要はなく、例えば、撮像装置１００の外部でＡＤ変換を行うようにしてもよい。この場合、水平走査部５０及び信号出力部６０の構成は、アナログ信号の処理に適合するように適宜変更される。

図２は、本実施形態に係る画素Ｐの構成例を示す回路図である。図２に示す回路は、ローリングシャッタ駆動を適用する撮像装置に用いられる典型的な画素構成である。画素部１０を構成する複数の画素Ｐの各々は、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１と、ＦＤリセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、選択トランジスタＭ４と、を含む。なお、図２には一例として、第ｎ行、第ｍ列に配置された画素Ｐ（ｎ，ｍ）を示しているが、他の画素Ｐも同様である。

光電変換部ＰＤは、光電変換素子、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤを構成するフォトダイオードのアノードは接地ノードに接続され、カソードは転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、ＦＤリセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、ＦＤリセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、いわゆるフローティングディフュージョンＦＤである。フローティングディフュージョンＦＤは、容量成分を含み、電荷保持部として機能するとともに、この容量成分からなる電荷電圧変換部を構成する。ＦＤリセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源ノード（電圧ＶＣＣ）に接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、出力線２２に接続されている。出力線２２には、図示しない電流源が接続されている。なお、トランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型又は着目する機能等に応じて異なることがあり、上述のソースとドレインとは逆の名称で呼ばれることもある。

図２に示す回路構成の場合、各行の制御線２０は、転送ゲート信号線、ＦＤリセット信号線及び選択信号線を含む。

転送ゲート信号線は、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ１のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＴＸを転送トランジスタＭ１のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍ）には、第ｎ行の転送ゲート信号線を介して制御信号ＰＴＸ（ｎ）が供給される。

ＦＤリセット信号線は、対応する行に属する画素ＰのＦＤリセットトランジスタＭ２のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＲＥＳをＦＤリセットトランジスタＭ２のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍ）には、第ｎ行のＦＤリセット信号線を介して制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）が供給される。

選択信号線は、対応する行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ４のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＳＥＬを選択トランジスタＭ４のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍ）には、第ｎ行の選択信号線を介して制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）が供給される。

画素Ｐの各トランジスタがＮチャネルトランジスタで構成される場合、垂直走査部３０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンとなり、垂直走査部３０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフとなる。ここでは、ハイレベルが論理値「１」に対応し、ローレベルが論理値「０」に対応するものとする。なお、画素Ｐの各トランジスタは、Ｐチャネルトランジスタで構成してもよい。画素Ｐの各トランジスタをＰチャネルトランジスタで構成する場合、各トランジスタを駆動する制御信号の信号レベルはＮチャネルトランジスタの場合とは逆になる。

被写体の光学像が画素部１０に入射すると、各画素Ｐの光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１は、オンになることで光電変換部ＰＤに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。

フローティングディフュージョンＦＤは、光電変換部ＰＤから転送された電荷を保持するとともに、その容量成分による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤから転送された電荷の量に応じた電圧を示す、電荷を検出するための検出部である。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電圧ＶＣＣが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介してバイアス電流が供給される構成となっている。増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤに接続されたゲートを入力ノードとする増幅部を構成する。このようにして、増幅トランジスタＭ３はソースフォロワ回路を構成する。これにより増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に基づく画素信号（第ｍ列の画素Ｐにおいては画素信号Ｖｏｕｔ（ｍ））を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２２に出力する。

ＦＤリセットトランジスタＭ２は、オンになることでフローティングディフュージョンＦＤを電圧ＶＣＣに応じた電圧にリセットする。また、ＦＤリセットトランジスタＭ２と転送トランジスタＭ１とが同時にオンになることで、光電変換部ＰＤを電圧ＶＣＣに応じた電圧にリセットすることができる。ＦＤリセットトランジスタＭ２と転送トランジスタＭ１とは、光電変換部ＰＤをリセットするリセット部を構成する。

図３は、本実施形態に係る撮像装置１００の駆動方法を示すタイミングチャートである。図３は、画素部１０の各行におけるシャッタ動作及び読み出し動作の概略を示している。なお、図３には、第ｎ行の動作のみを例示している。

シャッタ動作では、制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）、ＰＴＸ（ｎ）をハイレベルに制御し、転送トランジスタＭ１及びＦＤリセットトランジスタＭ２を同時にオンにする。これにより、光電変換部ＰＤを転送トランジスタＭ１及びＦＤリセットトランジスタＭ２を介して電源ノードに接続し、光電変換部ＰＤを電圧ＶＣＣに応じた電位にリセットする。この後に、制御信号ＰＴＸ（ｎ）をローレベルに制御して光電変換部ＰＤのリセットを解除するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける電荷の蓄積期間の開始、すなわち露光開始の時刻となる。

読み出し動作では、制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をローレベルに、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）、ＰＴＸ（ｎ）をハイレベルに制御し、ＦＤリセットトランジスタＭ２がオフの状態で、転送トランジスタＭ１及び選択トランジスタＭ４を同時にオンにする。これにより、光電変換部ＰＤに蓄積されている電荷がフローティングディフュージョンＦＤへと転送される。この後に、制御信号ＰＴＸ（ｎ）をローレベルに制御してフローティングディフュージョンＦＤへの電荷の転送を終了するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける電荷の蓄積期間の終了、すなわち露光終了の時刻となる。

光電変換部ＰＤからフローティングディフュージョンＦＤへと電荷が転送されることにより、フローティングディフュージョンＦＤは転送された電荷の量に応じた電位となる。これにより、増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた画素信号を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２２に出力する。このように、読み出し動作は、光電変換部ＰＤで生じた電荷をフローティングディフュージョンＦＤへ転送する電荷転送を含み、光電変換部ＰＤで生じた電荷に基づく画素信号の読み出しを行う動作である。このように、画素部１０の行を順次選択して上述の１行の画素駆動を行うことにより、ローリングシャッタ駆動によるシャッタ走査及び読み出し走査が行われる。

ｎ行目の読み出し走査の期間の開始時刻は、出力線２２へのｎ行目の信号の出力が開始する時刻であるものとする。また、読み出し走査の期間の終了時刻は、出力線２２へのｎ行目の信号の出力が終了する時刻であるものとする。ｎ行目の読み出し走査において出力線２２への信号の出力が複数回行われる場合もあり得る。この場合、読み出し走査の期間の開始時刻は、出力線２２へのｎ行目の信号の出力が最初に開始する時刻であるものとする。また、読み出し走査の期間の終了時刻は、出力線２２へのｎ行目の信号の出力が最後に終了する時刻であるものとする。

画素Ｐが選択トランジスタＭ４を有する回路構成である場合、図３に示されているように、１フレームの読み出しにおけるｎ行目の読み出し走査の期間の開始時刻は、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）が立ち上がる時刻であるものとする。また、ｎ行目の読み出し走査の期間の終了時刻は、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）が立ち下がる時刻であるものとする。すなわち、ｎ行目の読み出し走査の期間の長さは、上述の開始時刻から終了時刻までの時間である。１行の読み出し走査において、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）の立ち上がり及び立ち下がりが複数回行われる場合がある。このような場合には、ｎ行目の読み出し走査の期間の開始時刻は、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）が最初に立ち上がる時刻であるものとし、ｎ行目の読み出し走査の期間の終了時刻は、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）が最後に立ち下がる時刻であるものとする。

画素Ｐが選択トランジスタＭ４を有しない回路構成である場合、すなわち、図２において増幅トランジスタＭ３のソースが出力線２２に直接接続されている場合には、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）は用いられない。このような場合には、出力線２２へのｎ行目の信号の出力の開始と終了は、増幅トランジスタＭ３のドレインの電位の制御、あるいは、増幅トランジスタＭ３のゲートの電位の制御によって、増幅トランジスタＭ３をＯＮ／ＯＦＦするタイミングで定義される。

次に、図４、図５及び図６を参照して、第１比較例、第２比較例及び第３比較例に係る撮像装置１００の駆動方法をそれぞれ説明し、その後、図７を参照して本実施形態に係る撮像装置１００の駆動方法を説明する。ここで、第１乃至第３比較例及び本実施形態の撮像装置１００は、いずれも図１から図３に示されているような構成を有する。すなわち、第１比較例、第２比較例、第３比較例及び本実施形態の間の相違点は、撮像装置１００の駆動方法である。なお、これらの比較例及び実施形態の説明において、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。

まず、図４に示す第１比較例に係る撮像装置１００の駆動方法を説明する。図４には、水平同期信号が入力されるごとに１行分のデータの読み出しが行われる駆動例が示されている。図４の上段には、垂直同期信号、水平同期信号、シャッタ走査開始信号及び読み出し走査開始信号のタイミングが示されている。

シャッタ走査開始信号及び読み出し走査開始信号は、制御部７０から垂直走査部３０へと所定のタイミングで出力される制御信号である。シャッタ走査開始信号は、垂直走査部３０に対してシャッタ走査の開始を指示する信号である。読み出し走査開始信号は、垂直走査部３０に対して読み出し走査の開始を指示する信号である。

図４の下段には、上段に示した信号に対応した動作の概略が示されている。「シャッタ走査Ｓ１、Ｓ２」、「読み出し走査Ｒ１、Ｒ２」として示される矩形のブロック群の各々が、図３で説明した「シャッタ動作」、「読み出し動作」に対応する。すなわち、図４の下段は、各行のシャッタ動作が行ごとに順次行われる動作がシャッタ走査であり、各行の読み出し動作が行ごとに順次行われる動作が読み出し走査であることを、視覚的に表している。

シャッタ走査は、垂直走査部３０がシャッタ走査開始信号の制御パルスを受信することに応じて開始される。また、読み出し走査は、垂直走査部３０が読み出し走査開始信号の制御パルスを受信することに応じて開始される。シャッタ走査の終了時刻は、読み出し走査の終了時刻よりも蓄積時間の分だけ早い時刻である。図４の駆動例では、水平同期信号の制御パルスの間隔（水平同期信号の周期）で規定される１水平期間の間に１行分の読み出し動作が行われ、次の１水平期間の間に次の行の読み出し動作が行われる。また、１水平期間の間に１行分のシャッタ動作が行われ、次の１水平期間の間に次の行のシャッタ動作が行われる。このように、シャッタ動作及び読み出し動作が行ごとに順次行われることにより、シャッタ走査及び読み出し走査が行われる。

本比較例の駆動方法では、蓄積時間が異なる第１駆動方式及び第２駆動方式の切り替えが可能である。図４では、シャッタ走査Ｓ１及び読み出し走査Ｒ１が第１駆動方式に対応し、シャッタ走査Ｓ２及び読み出し走査Ｒ２が第２駆動方式に対応する。第１駆動方式と第２駆動方式とでは、シャッタ走査と読み出し走査の間隔が互いに異なっている。これにより、第１駆動方式の蓄積時間Ｔ１と第２駆動方式の蓄積時間Ｔ２とが互いに異なっている。なお、第１駆動方式から第２駆動方式への切り替えのタイミングは、典型的にはシャッタ走査Ｓ２の開始時刻であるが、読み出し走査Ｒ１の終了時刻から、シャッタ走査Ｓ２の開始時刻の間であってもよい。本例では、各行のシャッタ動作と読み出し動作の時間間隔が一定である。そのためすべての行において蓄積時間が一定となるため、有効なデータを得ることができる。

次に、図５に示す第２比較例に係る撮像装置１００の駆動方法を説明する。本比較例は、駆動方式の変更の際に水平同期信号の周期が変わる例である。水平同期信号の周期を変える場合の例としては、駆動方式の変更により１水平期間における読み出し時間が変わる場合が挙げられる。図５では、時刻ｔ１に水平同期信号の周期をＨＤ１からＨＤ２に変更し、時刻ｔ３に水平同期信号の周期をＨＤ２からＨＤ３に変更する例を示している。ここで、ＨＤ１、ＨＤ２及びＨＤ３は、ＨＤ２＞ＨＤ１及びＨＤ２＞ＨＤ３の関係を満たす。なお、時刻ｔ２においては、水平同期信号の周期は変更されていない。

読み出し走査Ｒ３は時刻ｔ１から開始される。読み出し走査Ｒ３に対応するシャッタ走査Ｓ３は、蓄積時間がＴ３になるように時刻ｔ１よりも前に開始される。シャッタ走査Ｓ３の途中で時刻ｔ１になると、水平同期信号の周期がＨＤ１からＨＤ２に変化することにより、図５に示されているようにシャッタ走査Ｓ３の傾きが変化する。この傾きの変化に起因して、蓄積時間が全ての行で一定にはならない。そのため、読み出し走査Ｒ３により読み出されたデータは無効データとなる。

読み出し走査Ｒ４は時刻ｔ２から開始される。読み出し走査Ｒ４に対応するシャッタ走査Ｓ４は、蓄積時間がＴ４になるように時刻ｔ２よりも前に開始される。シャッタ走査Ｓ４の途中で時刻ｔ２になったとき、水平同期信号の周期はＨＤ２のままで変化しない。シャッタ走査Ｓ４の傾きは一定であるため、蓄積時間が全ての行で一定となる。そのため、読み出し走査Ｒ４により読み出されたデータは有効データとなる。

時刻ｔ３から開始される読み出し走査Ｒ５とこれに対応するシャッタ走査Ｓ５とについては、シャッタ走査Ｓ３及び読み出し走査Ｒ３の場合と同様に、蓄積時間が全ての行で一定にはならない。そのため、読み出し走査Ｒ５により読み出されたデータも無効データとなる。第２比較例のように水平同期信号の周期をシャッタ走査の途中で変更すると、シャッタ走査の傾きが変化する。この傾きの変化に起因して、周期の変更直後に読み出されたデータは無効データとなることがある。

次に、図６に示す第３比較例に係る撮像装置１００の駆動方法を説明する。本比較例は、第２比較例と同様に水平同期信号の周期が変わる場合において、無効データの発生を避ける手法の例である。図６では、時刻ｔ４において読み出し時間をＴＲ１からＴＲ２に変更するために水平同期信号の周期をＨＤ４からＨＤ５に変更する例を示している。ここで、ＨＤ４及びＨＤ５は、ＨＤ４＞ＨＤ５の関係を満たす。

本比較例では、第２比較例とは異なり、読み出し走査Ｒ６が終了した後の時刻ｔ４において水平同期信号の周期がＨＤ４からＨＤ５に変更され、シャッタ走査Ｓ７が開始する。すなわち、本比較例では、シャッタ走査Ｓ７の途中で水平同期信号の周期が変化しない。これにより、シャッタ走査Ｓ７の傾きは一定であるため、蓄積時間が全ての行で一定となる。そのため、読み出し走査Ｒ７により読み出されたデータは有効データとなる。

このように本比較例では、水平同期信号の周期の変更直後に読み出されたデータも有効データとなる。しかしながら、本比較例では、読み出し走査Ｒ６とシャッタ走査Ｓ７とが重複しないように読み出し走査Ｒ６の終了を待ってからシャッタ走査Ｓ７を開始するため、シャッタ走査Ｓ７の開始が遅れる。そのため、読み出し走査Ｒ７の開始の遅れ又は蓄積時間Ｔ７の減少が問題となり得る。

次に、図７に示す本実施形態に係る撮像装置の駆動方法を説明する。本実施形態の駆動方法では、周期を個別に設定可能なシャッタ用水平同期信号と読み出し用水平同期信号が用いられる。シャッタ用水平同期信号と読み出し用水平同期信号は、水平同期信号に基づいて制御部７０によって生成される。シャッタ用水平同期信号は、シャッタ走査における各行の画素Ｐの駆動タイミングを示す第１同期信号である。読み出し用水平同期信号は、読み出し走査における各行の画素Ｐの駆動タイミングを示す第２同期信号である。

図７に示されているシャッタ設定（Ａ、Ｂ、Ｃ）と読み出し設定（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、シャッタ走査開始信号と読み出し走査開始信号に基づくタイミングで更新される。ここで、シャッタ設定と読み出し設定とは、具体的には、読み出しに必要な１水平期間の周期の設定、垂直走査の加算方式などに代表される読み出し方式、読み出し領域等であり得る。

本実施形態においても第１乃至第３比較例と同様に蓄積時間が異なる第１駆動方式及び第２駆動方式の切り替えが可能である。図７では、例えば、シャッタ走査Ｓ８及び読み出し走査Ｒ８が第１駆動方式に対応し、シャッタ走査Ｓ９及び読み出し走査Ｒ９が第２駆動方式に対応する。あるいは、シャッタ走査Ｓ９及び読み出し走査Ｒ９が第１駆動方式に対応し、シャッタ走査Ｓ１０及び読み出し走査Ｒ１０が第２駆動方式に対応するものとしてもよい。第１駆動方式と第２駆動方式とでは、シャッタ走査と読み出し走査との間隔（蓄積時間Ｔ８、Ｔ９、Ｔ１０）が互いに異なっている。また、第１駆動方式と第２駆動方式とでは、読み出し走査の期間の長さ（ＴＲ３、ＴＲ４、ＴＲ５）が互いに異なっている。

図７では、時刻ｔ５に読み出し用水平同期信号の周期をＨＤ８からＨＤ９に変更し、時刻ｔ７に読み出し用水平同期信号の周期をＨＤ９からＨＤ１０に変更する例を示している。ここで、ＨＤ８、ＨＤ９及びＨＤ１０は、ＨＤ９＝２×ＨＤ８＝２×ＨＤ１０の関係を満たす。なお、時刻ｔ６においては、読み出し用水平同期信号の周期は変更されていない。また、水平同期信号の周期ＨＤ６、シャッタ用水平同期信号の周期ＨＤ７、読み出し用水平同期信号の周期ＨＤ８は、ＨＤ６＝ＨＤ７＝ＨＤ８の関係を満たす。

読み出し走査Ｒ８は時刻ｔ５から開始される。読み出し走査Ｒ８に対応するシャッタ走査Ｓ８は、蓄積時間がＴ８になるように時刻ｔ５よりも前に開始される。シャッタ走査Ｓ８における各行のシャッタ動作はシャッタ用水平同期信号を基準として行われる。ここで、読み出し走査Ｒ８に対応する読み出し用水平同期信号の周期ＨＤ９は、シャッタ用水平同期信号の周期ＨＤ７の２倍である。そのため、図７に図示されているように、シャッタ走査Ｓ８においては、シャッタ用水平同期信号が２回入力されるごとに１行分のシャッタ動作が行われる。これにより、シャッタ走査Ｓ８の傾きと読み出し走査Ｒ８の傾きとが一致する。また、時刻ｔ５に読み出し走査用水平同期信号の周期がＨＤ８からＨＤ９に変更されてもシャッタ走査Ｓ８の傾きが変化せず、蓄積時間が全ての行で一定となる。そのため、読み出し走査Ｒ８により読み出されたデータは有効データとなる。

読み出し走査Ｒ９は時刻ｔ６から開始される。読み出し走査Ｒ９に対応するシャッタ走査Ｓ９は、蓄積時間がＴ９になるように時刻ｔ６よりも前に開始される。ここで、読み出し走査Ｒ９に対応する読み出し用水平同期信号の周期ＨＤ９は、シャッタ用水平同期信号の周期ＨＤ７の２倍である。そのため、図７に図示されているように、シャッタ走査Ｓ９においては、シャッタ走査Ｓ８と同様にシャッタ用水平同期信号が２回入力されるごとに１行分のシャッタ動作が行われる。これにより、シャッタ走査Ｓ９の傾きと読み出し走査Ｒ９の傾きとが一致する。また、時刻ｔ６においてシャッタ走査Ｓ９の傾きが変化しないため、蓄積時間が全ての行で一定となる。そのため、読み出し走査Ｒ９により読み出されたデータは有効データとなる。

読み出し走査Ｒ１０は時刻ｔ７から開始される。読み出し走査Ｒ１０に対応するシャッタ走査Ｓ１０は、蓄積時間がＴ１０になるように時刻ｔ７よりも前に開始される。ここで、読み出し走査Ｒ１０に対応する読み出し用水平同期信号の周期ＨＤ１０は、シャッタ用水平同期信号の周期ＨＤ７と同じである。そのため、図７に図示されているように、シャッタ走査Ｓ１０においては、シャッタ用水平同期信号が１回入力されるごとに１行分のシャッタ動作が行われる。これにより、シャッタ走査Ｓ１０の傾きと読み出し走査Ｒ１０の傾きとが一致する。また、時刻ｔ７に読み出し走査用水平同期信号の周期がＨＤ９からＨＤ１０に変更されてもシャッタ走査Ｓ１０の傾きが変化せず、蓄積時間が全ての行で一定となる。そのため、読み出し走査Ｒ１０により読み出されたデータは有効データとなる。

以上のように、本駆動方法では、シャッタ用水平同期信号と読み出し用水平同期信号に基づいてシャッタ走査と読み出し走査をそれぞれ行う。これにより、シャッタ動作のタイミングは、読み出し動作のタイミングに対して独立に設定可能である。また、シャッタ用水平同期信号と読み出し用水平同期信号の周期の比率に応じてシャッタ動作の頻度が定められていることにより、各行の蓄積時間を一定に保つことができる。

シャッタ用水平同期信号と読み出し用水平同期信号の周期の比率とシャッタ動作の頻度との関係についてより一般化して説明する。ＣＰＵ８０等から入力される水平同期信号の周期をＨＤ、読み出し用水平同期信号の周期をＨＤＲ、シャッタ用水平同期信号の周期をＨＤＳとする。このとき、ＨＤＲ＝ｎ×ＨＤＳ＝ｎ×ＨＤ（ｎは１以上の整数）の関係が成り立つように各周期を設定する。すなわち、読み出し用水平同期信号の周期は、シャッタ用水平同期信号及び水平同期信号の周期のｎ倍である。更に、シャッタ用水平同期信号の駆動パルスがｎ個入力されるごとに１行分のシャッタ動作が行われるようにする。このように設定することで、シャッタ走査と読み出し走査の傾きが一致するため、各行の蓄積時間を一定に保つ走査が実現される。

したがって、本実施形態の駆動方法では、第２比較例及び第３比較例と同様に水平同期信号の周期の変更を伴う駆動方式の変更が可能であり、読み出し動作の周期を変えることができる。すなわち、本実施形態では、複数の画像を連続的に取得する際に読み出し時間が異なる駆動方式への切り替えが可能な撮像装置１００が提供される。更に、本実施形態では、駆動方法の変更時にも各行の蓄積時間を同一にすることができるため、第２の比較例で述べた無効データの発生を避けることができる。また、本実施形態では、駆動方式の変更が行われる場合であっても読み出し走査が終了する前に次のシャッタ走査を開始することができるため、第３の比較例で述べた読み出し走査の開始の遅れ及び蓄積時間Ｔの減少を避けることができる。

図８は、図７に示す駆動を実現するための制御部７０及び垂直走査部３０の構成例を示すブロック図である。なお、図８に示す制御部７０及び垂直走査部３０の構成は、一例であって、これに限定されるものではない。

制御部７０は、レジスタ制御部７１、内部同期信号生成部７２及びタイミング制御部７３を有する。垂直走査部３０は、読み出し走査制御部３１及びシャッタ走査制御部３２を有する。

レジスタ制御部７１は、読み出し走査及びシャッタ走査に関する設定（読み出し走査設定及びシャッタ走査設定）、これらの走査に対応する蓄積時間の設定（蓄積時間設定）等の情報を保持している。レジスタ制御部７１は、読み出し走査設定及びシャッタ走査設定を内部同期信号生成部７２及びタイミング制御部７３に供給し、蓄積時間設定をタイミング制御部７３に供給する。

内部同期信号生成部７２は、読み出し走査設定及びシャッタ走査設定に基づいて、撮像装置１００の内部又は外部から入力される同期信号（第３同期信号）から読み出し用水平同期信号及びシャッタ用水平同期信号を生成する。ここで、図７に示されているように、読み出し用水平同期信号の周期は同期信号の周期と同一であり、シャッタ用水平同期信号の周期は同期信号の周期の整数倍である。内部同期信号生成部７２は、読み出し用水平同期信号及びシャッタ用水平同期信号をタイミング制御部７３に供給する。また、内部同期信号生成部７２は、読み出し用水平同期信号を読み出し走査制御部３１に供給し、シャッタ用水平同期信号をシャッタ走査制御部３２に供給する。

タイミング制御部７３は、入力される各種設定、読み出し用水平同期信号及びシャッタ用水平同期信号に基づいて、読み出し走査の開始を指示する読み出し走査開始信号及びシャッタ走査の開始を指示するシャッタ走査開始信号を生成する。ここで、シャッタ走査開始信号の制御パルスの時刻は、各読み出しの蓄積時間設定により規定される蓄積時間が実現されるように、読み出し走査開始信号の制御パルスの時刻よりも前の時刻に生成される。

読み出し走査制御部３１は、制御部７０から読み出し用水平同期信号及び読み出し走査開始信号を受けて動作する。読み出し走査制御部３１は、読み出し用水平同期信号の制御パルスが入力されるごとに読み出し行を選択し、対応する行の読み出し走査制御信号を画素部１０に出力する。

シャッタ走査制御部３２は、制御部７０からシャッタ用水平同期信号及びシャッタ走査開始信号を受けて動作し、画素部１０にシャッタ走査制御信号を出力する。シャッタ走査制御部３２は、シャッタ用水平同期信号の１つの制御パルスが入力されるごと又は所定数の制御パルスが入力されるごとにシャッタ行を選択し、対応する行のシャッタ走査制御信号を画素部１０に出力する。なお、読み出し走査制御信号及びシャッタ走査制御信号は対応する行の制御信号ＰＳＥＬ、ＰＲＥＳ、ＰＴＸを含む。

制御部７０及び垂直走査部３０を以上のように構成することで、図７に示す駆動を実現することができる。

以上のように、本実施形態によれば、複数の画像を連続的に取得する際に読み出し時間が異なる駆動方式への切り替えが可能な撮像装置１００及び撮像装置１００の駆動方法が提供される。

なお、図７に示されているタイミングチャートは、１水平期間において１つの行のみを読み出す場合の例を示しているが、これに限られるものではない。ある水平期間において複数のシャッタ行及び読み出し行を選択し、選択された複数の行の露光時間が一定になるように制御することで、1水平期間に複数の行から画素信号を一括して読み出すことが可能である。

また、図８において内部同期信号生成部７２に入力される同期信号の周期は、切り替え可能な種々の駆動方式のなかで一番短い駆動方式の読み出しの周期に一致するように設定され得る。これにより、１水平期間に読み出されるデータの量が少ない駆動方式においても読み出し時間の損失が少ない駆動が実現される。

［第２実施形態］
図９を参照して第２実施形態を説明する。本実施形態の撮像装置１００の駆動方法は、第１駆動方式による読み出し走査が終了した直後に第２駆動方式によるシャッタ走査も終了するように構成されている。この構成を例として、第１駆動方式による読み出し走査と第２駆動方式によるシャッタ走査とが並行して行われる場合の制約条件について説明する。なお、本実施形態の説明において、第１実施形態と共通する部分についての説明は省略又は簡略化する場合がある。特に、本実施形態の装置構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図９は、本実施形態に係る撮像装置１００の駆動方法を示すタイミングチャートである。図９では、シャッタ走査Ｓ１１及び読み出し走査Ｒ１１が第１駆動方式に対応し、シャッタ走査Ｓ１２及び読み出し走査Ｒ１２が第２駆動方式に対応する。第１駆動方式の読み出し走査Ｒ１１の期間の長さＴＲ６と第２駆動方式の読み出し走査Ｒ１２の期間の長さＴＲ７とは互いに異なっている。

図９では、時刻ｔ９に読み出し用水平同期信号の周期をＨＤ１３からＨＤ１４に変更する例を示している。ここで、ＨＤ１３及びＨＤ１４は、ＨＤ１３＝２×ＨＤ１４（すなわちＨＤ１３＞ＨＤ１４）の関係を満たす。水平同期信号の周期ＨＤ１１、シャッタ用水平同期信号の周期ＨＤ１２、読み出し用水平同期信号の周期をＨＤ１４は、ＨＤ１１＝ＨＤ１２＝ＨＤ１４の関係を満たす。ＴＲ６＝ＨＤ１３×（ｎ＋１）であり、ＴＲ７＝ＨＤ１４×（ｎ＋１）であることから、ＴＲ６＝２×ＴＲ７の関係が成り立つ。

図９に示されているように、読み出し走査Ｒ１１の読み出し走査開始信号の制御パルスとシャッタ走査Ｓ１２の読み出し走査開始信号の制御パルスとの時間間隔をＩＮＨとする。このとき、図９のように読み出し走査Ｒ１１の直後にシャッタ走査Ｓ１２が終了するための条件は、ＩＮＨ＝ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１１（あるいは、ＩＮＨ＝ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１２）である。ＩＮＨがこれよりも短い場合には、読み出し走査Ｒ１１がシャッタ走査Ｓ１２に追いついて、同じ行で読み出し動作とシャッタ動作が同時に行われることになるため、読み出し走査Ｒ１１が正常に行われなくなる。したがって、ＨＤ１３＞ＨＤ１４の場合には、ＩＮＨ≧ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１１（あるいは、ＩＮＨ≧ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１２）となるように各信号のタイミングを設定することにより、読み出し走査Ｒ１１が正常に行われ得る。

なお、図９とは逆にＨＤ１３≦ＨＤ１４である場合には、読み出し走査Ｒ１１がシャッタ走査Ｓ１２に追いつくことはないため上述の条件は不要である。しかしながら、読み出し動作とシャッタ動作が同時刻に行われると読み出し走査Ｒ１１が正常に行われなくなる。そのため、０行目の読み出し動作が終了してからシャッタ走査Ｓ１２を行う必要がある。すなわち、ＨＤ１３≦ＨＤ１４の場合には、ＩＮＨ≧ＨＤ１３となるように各信号のタイミングを設定することにより、読み出し走査Ｒ１１が正常に行われ得る。

以上のように、ＨＤ１３＞ＨＤ１４の場合には、ＩＮＨ≧ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１１（あるいは、ＩＮＨ＝ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１２）となるように各信号のタイミングを設定する。また、ＨＤ１３≦ＨＤ１４の場合には、ＩＮＨ≧ＨＤ１３の条件を満たすように各信号のタイミングを設定する。これにより、読み出し走査とシャッタ走査が並行して行われる場合であっても、正常に画素信号の読み出しを行うことができる。

また、図９に示されているように、ＨＤ１３＞ＨＤ１４の場合には、ＩＮＨ＝ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１１を満たしていることが望ましい。また、ＨＤ１３≦ＨＤ１４の場合には、ＩＮＨ＝ＨＤ１３の関係を満たしていることが望ましい。これらのように各信号のタイミングを設定することで、読み出し走査とシャッタ走査の間の空き時間を最小にすることができる。

［第３実施形態］
図１０を参照して第３実施形態を説明する。本実施形態の撮像装置１００の駆動方法は、第１駆動方式によるシャッタ走査が終了する前に第２駆動方式によるシャッタ走査が開始するように構成されている。なお、本実施形態の説明において、第１実施形態又は第２実施形態と共通する部分についての説明は省略又は簡略化する場合がある。特に、本実施形態の装置構成は、第１実施形態又は第２実施形態と同様であるため説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係る撮像装置１００の駆動方法を示すタイミングチャートである。図１０では、シャッタ走査Ｓ１３及び読み出し走査Ｒ１３が第１駆動方式に対応し、シャッタ走査Ｓ１４及び読み出し走査Ｒ１４が第２駆動方式に対応する。第１駆動方式の読み出し走査Ｒ１３の期間の長さＴＲ８と第２駆動方式の読み出し走査Ｒ１４の期間の長さＴＲ９とは互いに異なっている。また、本実施形態においては、読み出し走査Ｒ１３に対応する読み出し用水平同期信号の周期ＨＤ１７と読み出し走査Ｒ１４に対応する読み出し用水平同期信号の周期ＨＤ１８との間には、２×ＨＤ１７＝ＨＤ１８の関係が成り立つ。

図１０では、シャッタ走査Ｓ１３が終了する時刻ｔ１１よりも前の時刻ｔ１０にシャッタ走査Ｓ１４が開始する。これにより、読み出し走査Ｒ１３とシャッタ走査Ｓ１４の間の空き時間を少なくすることができる。

ここで、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１の間の期間では２つのシャッタ走査Ｓ１３、Ｓ１４が並行して行われる。シャッタ走査Ｓ１３とシャッタ走査Ｓ１４は、異なる駆動方式によるものであるため、これらの走査には異なる設定が必要となる。そこで、図１０の「シャッタ設定１」及び「シャッタ設定２」に示されているように、シャッタ走査の条件を同時刻に複数個設定できるように撮像装置１００のレジスタ制御部７１を構成することにより、本実施形態の駆動が実現可能である。

本実施形態によれば、第１駆動方式によるシャッタ走査が終了する前に第２駆動方式によるシャッタ走査が開始することにより、読み出し走査とシャッタ走査の間の空き時間を少なくすることができる。

［第４実施形態］
図１１乃至図１４を参照して第４実施形態を説明する。本実施形態では第１乃至第３実施形態の第１駆動方式と第２駆動方式の切り替え手法を焦点検出用信号の取得が可能な画素構成に適用した例を説明する。本実施形態の撮像装置１００は、１つの画素Ｐが複数の光電変換部を有しており、画素Ｐが焦点検出用信号と撮像用信号とを出力可能である点が第１乃至第３実施形態と相違する。なお、本実施形態の説明において、第１乃至第３実施形態と共通する部分についての説明は省略又は簡略化する場合がある。

図１１は、本実施形態に係る画素Ｐの構成例を示す回路図である。画素Ｐは、２つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ（第１光電変換部、第２光電変換部）と、２つの転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂと、ＦＤリセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、選択トランジスタＭ４と、を含む。

光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢを構成するフォトダイオードのアノードは接地ノードに接続されている。光電変換部ＰＤＡを構成するフォトダイオードのカソードは転送トランジスタＭ１Ａのソースに接続されている。光電変換部ＰＤＢを構成するフォトダイオードのカソードは転送トランジスタＭ１Ｂのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂのドレインは、ＦＤリセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。

本実施形態では、２つの転送ゲート信号線が、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂのゲートにそれぞれ接続されている。２つの転送ゲート信号線は、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＴＸＡ、ＰＴＸＢを転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂのゲートにそれぞれ供給する。

図１２は、本実施形態に係る撮像装置１００の第１駆動方式による駆動方法を示すタイミングチャートであり、図１３は、本実施形態に係る撮像装置１００の第２駆動方式による駆動方法を示すタイミングチャートである。図１２及び図１３は、画素部１０の各行におけるシャッタ動作及び読み出し動作の概略を示している。なお、図１２及び図１３には、第ｎ行の動作のみを例示している。

まず、図１２を参照して、第１駆動方式による駆動方法について説明する。第１駆動方式は、一方の光電変換部ＰＤＡで生成された電荷のみに基づく画素信号（Ａ像）と、光電変換部ＰＤＡ及び光電変換部ＰＤＢの両方で生成された電荷に基づく画素信号（Ａ＋Ｂ像）との読み出しを連続して行う駆動方式である。シャッタ動作については図３と概ね同様であるため説明を省略する。

Ａ像の読み出し動作では、制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をローレベルに、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）、ＰＴＸＡ（ｎ）をハイレベルに制御し、ＦＤリセットトランジスタＭ２がオフの状態で、転送トランジスタＭ１Ａ及び選択トランジスタＭ４を同時にオンにする。これにより、光電変換部ＰＤＡに蓄積されている電荷がフローティングディフュージョンＦＤへと転送される。増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じたＡ像の画素信号を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２２に出力する。このようにして、光電変換部ＰＤＡで生成された電荷に基づくＡ像の読み出しが行われる。

Ａ像の読み出し動作に続いて、Ａ＋Ｂ像の読み出し動作が行われる。Ａ＋Ｂ像の読み出し動作では、制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をローレベルに、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）、ＰＴＸＡ（ｎ）、ＰＴＸＢ（ｎ）をハイレベルに制御する。このとき、ＦＤリセットトランジスタＭ２がオフの状態で、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ及び選択トランジスタＭ４が同時にオンになる。これにより、光電変換部ＰＤＡに蓄積されている電荷と光電変換部ＰＤＢに蓄積されている電荷とがフローティングディフュージョンＦＤへと転送される。増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じたＡ＋Ｂ像の画素信号を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２２に出力する。このようにして、光電変換部ＰＤＡで生成された電荷に基づくＡ＋Ｂ像の読み出しが行われる。

Ａ＋Ｂ像の画素信号からＡ像の画素信号を減算することにより、光電変換部ＰＤＢで生成された電荷に基づく画素信号（Ｂ像）を得ることができる。このようにして得られたＡ像の画素信号及びＢ像の画素信号は、焦点検出等に用いられ得る。また、Ａ＋Ｂ像の画素信号は画像の生成に用いられ得る。カメラにおいては焦点検出の結果に基づいて合焦動作が行われる。

次に、図１３を参照して、第２駆動方式による駆動方法について説明する。第２駆動方式は、Ａ＋Ｂ像の画素信号のみの読み出しを行う駆動方式である。本駆動方式は、図１２に示されている第１駆動方式に対して、Ａ像の読み出し動作が省略されている。それ以外の点は、図１２と概ね同様であるため説明を省略する。

第２駆動方式では、Ａ像及びＢ像の画素信号を得ることはできないが、読み出しに要する時間を第１駆動方式に比べて短縮することができる。読み出し時間の違いについて図１４（ａ）及び図１４（ｂ）を参照して説明する。

図１４（ａ）は、第１駆動方式による読み出し動作に要する時間を模式的に示す図である。図１４（ａ）に示されているように、第１駆動方式による読み出し動作では、水平同期信号の１周期である期間Ｔａの間に、Ｎ変換、Ａ変換、Ａ＋Ｂ変換の３回のＡＤ変換が行われる。なお、読み出し動作に要する時間の大部分はＡＤ変換の時間であるため、ここではＡＤ変換の時間のみを考慮するものとする。図１４（ａ）の「ＡＤ変換」の欄の三角形はＡＤ変換に用いられるランプ信号の電位の推移を模式的に示している。ここで、Ｎ変換は、リセット状態のフローティングディフュージョンＦＤの電位を示す信号のＡＤ変換を意味する。また、Ａ変換、Ａ＋Ｂ変換は、それぞれ、Ａ像の画素信号、Ａ＋Ｂ像の画素信号のＡＤ変換を意味する。垂直同期信号の１周期（フレーム期間）においてはｎ＋１行分の読み出しが行われる。したがって、垂直同期信号の１周期の長さは少なくともＴａ×（ｎ＋１）よりも大きくなければならない。

図１４（ｂ）は、第２駆動方式による読み出し動作に要する時間を模式的に示す図である。図１４（ｂ）に示されているように、第２駆動方式による読み出し動作では、水平同期信号の１周期である期間Ｔｂの間に、Ｎ変換、Ａ＋Ｂ変換の２回のＡＤ変換が行われる。ここで、垂直同期信号の１周期の長さは少なくともＴｂ×（ｎ＋１）よりも大きい。第２駆動方式では、水平同期信号の１周期内に行われるＡＤ変換の回数が少ないため、Ｔｂ＜Ｔａとすることができ、読み出しに要する時間を第１駆動方式に比べて短縮することができる。

以上のように、第１駆動方式では、Ａ像及びＢ像の画素信号が得られるが読み出しに要する時間が長い。これに対し、第２駆動方式では、Ａ像及びＢ像の画素信号は得られないが、読み出しに要する時間が短い。Ａ像及びＢ像の画素信号は焦点検出に用いられる信号であるため、これらの信号の取得は毎フレーム行う必要がない場合もある。

そこで、本実施形態では、第１乃至第３実施形態の手法により第１駆動方式と第２駆動方式とをフレームに応じて切り替える。これにより、常に第１駆動方式を用いる場合と比べて、全体の読み出し時間を短縮することができる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システムについて、図１５を用いて説明する。図１５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。

上述の第１乃至第４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の例としては、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１５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。種々の撮像システムを具備する機器は、電子機器、情報機器、通信機器、医療機器、産業機器、分析機器、輸送機器などである。

図１５に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１乃至第４実施形態で説明した撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。

撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置２０１と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。

撮像システム２００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。更に撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

更に撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。撮像システム２００を備える機器はモーターやアクチュエータ等の機械装置を備えることができる。全体制御・演算部２１８は、撮像装置２０１からの信号に基づく情報に基づいて機械装置を制御する制御装置でありうる。機械装置は、合焦や防振（ブレ補正）のためにレンズ２０２を移動させたり、絞り２０４を動作させたり、防振のために撮像装置３０１を移動させたりする。これら機械装置を制御する情報は、撮像装置２０１から得られた信号に基づくものでありうる。

撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。

第１乃至第４実施形態による撮像装置１００を適用することにより、駆動方式の切り替えが可能な撮像システムを実現することができる。

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による撮像システム及び移動体（輸送機器）について、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）を用いて説明する。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、本実施形態による撮像システム及び機器（輸送機器、移動体）の構成を示す図である。

図１６（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上述の第１乃至第４実施形態のいずれかに記載の撮像装置１００である。撮像システム３００は、撮像装置３１０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３１２と、撮像システム３００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３１４を有する。また、撮像システム３００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３１６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３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６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３１８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３００は車両情報取得装置３２０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３００は、衝突判定部３１８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ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８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３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０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等により衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステム等の画面に警報情報を表示する、シートベルト又はステアリングに振動を与える等によりユーザに警告を行う。ブレーキやエンジンなどの機械装置が、撮像装置３１０からの信号に基づく情報に基づいて、制御ＥＣＵ３３０などの制御装置によって制御される。

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３００で撮像する。図１６（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、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（輸送機器）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。

［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した形態も本発明の実施形態である。

また、上述の実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置１００を適用しうる撮像システムの例を示したものであり、本発明の撮像装置１００を適用可能な撮像システムは図１５、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示した構成に限定されるものではない。

なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０ 画素部
３０ 垂直走査部
７０ 制御部
１００ 撮像装置
Ｍ１、Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ 転送トランジスタ
Ｍ２ ＦＤリセットトランジスタ
Ｍ３ 増幅トランジスタ
Ｐ 画素
ＰＤ、ＰＤＡ、ＰＤＢ 光電変換部

Claims (20)

1. 複数の行に渡って配された複数の画素を備える撮像装置であって、
   前記複数の画素の各々が、光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から電荷が転送される検出部と、前記検出部に接続され前記検出部の電位に応じた画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部に蓄積された電荷をリセットするリセット部と、を含み、
   前記画素の前記光電変換部のリセットを前記行ごとに解除することにより前記光電変換部における電荷の蓄積を開始するシャッタ走査と、前記増幅部から前記画素信号を前記行ごとに信号線へ出力する読み出し走査と、を行うように前記複数の画素を制御する走査部と、
   前記シャッタ走査における各行の画素の駆動タイミングを示す第１同期信号と、前記読み出し走査における各行の画素の駆動タイミングを示す第２同期信号とを前記走査部に出力する制御部と、を有し、
   前記走査部は、
   前記第１同期信号及び前記第２同期信号に基づく前記複数の画素の制御において、前記読み出し走査の期間の長さが互いに異なる第１駆動方式と第２駆動方式とを切り替えるように構成されており、
   前記第１駆動方式から前記第２駆動方式に駆動方式を切り替える際に、前記第１駆動方式による前記読み出し走査が終了する前に前記第２駆動方式による前記シャッタ走査を開始するように構成されている
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１同期信号と前記第２同期信号は、互いに異なる周期の制御パルスを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記走査部は、前記シャッタ走査において、前記第１同期信号に含まれる制御パルスの周期とは異なる周期で各行の画素の駆動を行うように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第２同期信号に含まれる制御パルスの周期は、駆動方式に応じて変化する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
5. 前記第２同期信号に含まれる制御パルスの周期は、前記第１同期信号に含まれる制御パルスの周期のｎ倍（ｎは１以上の整数）である
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記走査部は、前記シャッタ走査において、前記第１同期信号に含まれる制御パルスの周期のｎ倍の周期で各行の画素の駆動を行うように構成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記走査部は、前記シャッタ走査において、ｎ個の制御パルスが入力されるごとに１行の画素の駆動を行うように構成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記走査部は、前記読み出し走査において、前記第２同期信号に含まれる制御パルスの周期と同一の周期で各行の画素の駆動を行うように構成されている
   ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記制御部は、前記制御部に入力された第３同期信号に含まれる制御パルスに基づいて前記第１同期信号及び前記第２同期信号の制御パルスを生成する
   ことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記第１同期信号に含まれる制御パルスの周期は、前記第３同期信号に含まれる制御パルスの周期と同一である
    ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記第２同期信号に含まれる制御パルスの周期は、前記第３同期信号に含まれる制御パルスの周期のｎ倍（ｎは１以上の整数）である
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の撮像装置。
12. 前記第１駆動方式による前記読み出し走査の開始から前記第２駆動方式による前記シャッタ走査の開始までの期間の長さをＩＮＨ、前記第１駆動方式による前記読み出し走査の期間の長さをＴＲ６、前記第２駆動方式による前記読み出し走査の期間の長さをＴＲ７、前記第１同期信号に含まれる制御パルスの周期をＨＤ１２、前記第１駆動方式において前記第２同期信号に含まれる制御パルスの周期をＨＤ１３、前記第２駆動方式において前記第２同期信号に含まれる制御パルスの周期をＨＤ１４とするとき、
    ＨＤ１３＞ＨＤ１４である場合において、ＩＮＨ≧ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１２を満たす
    ことを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. ＨＤ１３＞ＨＤ１４である場合において、ＩＮＨ＝ＴＲ６−ＴＲ７＋ＨＤ１２を満たす
    ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. ＨＤ１３≦ＨＤ１４である場合において、ＩＮＨ≧ＨＤ１３を満たす
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の撮像装置。
15. 前記走査部は、前記第１駆動方式から前記第２駆動方式に駆動方式を切り替える際に、前記第１駆動方式による前記シャッタ走査が終了する前に前記第２駆動方式による前記シャッタ走査を開始するように構成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
16. 前記制御部は、前記シャッタ走査の条件を同時刻に複数個設定できるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
17. 前記複数の画素の各々は、第１光電変換部及び第２光電変換部を含み、
    前記第１駆動方式は、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の一方のみに基づく画素信号と、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の両方に基づく画素信号とを出力する方式であり、
    前記第２駆動方式は、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の一方のみに基づく画素信号を出力せず、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の両方に基づく画素信号を出力する方式である
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の撮像装置。
18. 請求項１乃至１７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。
19. 請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    機械装置と、
    前記撮像装置からの信号に基づく情報に基づいて前記機械装置を制御する制御装置と、
    を有することを特徴とする機器。
20. 複数の行に渡って配された複数の画素を備える撮像装置であって、
    前記複数の画素の各々が、光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から電荷が転送される検出部と、前記検出部に接続され前記検出部の電位に応じた画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部に蓄積された電荷をリセットするリセット部と、を含み、
    前記画素の前記光電変換部のリセットを前記行ごとに解除することにより前記光電変換部における電荷の蓄積を開始するシャッタ走査と、前記増幅部から前記画素信号を前記行ごとに信号線へ出力する読み出し走査と、を行うように前記複数の画素を制御する走査部と、
    前記シャッタ走査における各行の画素の駆動タイミングを示す第１同期信号と、前記読み出し走査における各行の画素の駆動タイミングを示す第２同期信号とを前記走査部に出力する制御部と、を有する撮像装置の駆動方法であって、
    前記第１同期信号及び前記第２同期信号に基づいて、第１駆動方式により前記複数の画素を制御するステップと、
    前記第１同期信号及び前記第２同期信号に基づいて、前記読み出し走査の期間の長さが前記第１駆動方式とは異なる第２駆動方式により前記複数の画素を制御するステップと、
    を有し、
    前記第１駆動方式による前記読み出し走査が終了する前に前記第２駆動方式による前記シャッタ走査が開始する
    ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。

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