JP4211849B2 - 物理量検出装置、固体撮像装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部から与えられる物理量を検出する物理量検出装置、外部から与えられる光を検出する固体撮像装置、及び当該固体撮像装置を用いた撮像装置に関する。

外部から与えられる物理量を検出する物理量検出装置として、例えば、被写体を経た入射光の光強度を物理量として検出する固体撮像装置、あるいは一定期間に入射する微粒子の数をそれに相当する電気信号に変換して検出する粒子検出装置などが知られている。

物理量検出装置のうち、例えばＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像装置において、光電変換素子を含む画素が行列状に２次元配置され、この行列状の画素配列に対して画素列ごとに垂直信号線が配線されてなる画素アレイ部の各画素について、蓄積時間（露光時間）を異ならせることでその長短によって高感度の信号と低感度の信号を得て、この高感度の信号と低感度の信号を合成することによってダイナミックレンジの拡大を図る技術が広く知られている。

こうした従来技術の一つとして、画素アレイ部の画素列ごとに信号線を通して出力される画素の信号に対して所定の処理を施すカラム回路を１列につき２つ配置し、１つの画素から１本の信号線を通して出力される高感度の信号と低感度の信号を２つのカラム回路によって並列に処理する構成のものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

この従来技術の概念について図１８を用いて説明する。図１８において、（Ａ）は画素アレイ部１０１と２つのカラム回路群１０２，１０３の物理配置を、（Ｂ）は画素アレイ部１０１の走査の概念をそれぞれ示している。ここでは、図面の簡略化のために、画素アレイ部１０１を１８行×２２列の画素配列としている。カラム回路群１０２，１０３の各カラム回路は、画素列ごとに配置されている。

画素アレイ部１０１の走査は、画素行の単位で行なわれる。また、走査としては、画素の光電変換素子に蓄積されている信号をリセットする（捨てる）ための電子シャッタ走査と、光電変換素子に蓄積されている信号を読み出すための読み出し走査がある。さらに、読み出し走査については、蓄積時間を変えて２回ずつ走査が行なわれる。

そして、電子シャッタ走査が行なわれる画素行（以下、「シャッタ行」という）を走査してから、当該シャッタ行を、１回目の読み出し走査が行なわれる画素行（以下、「読み出し行１」という）として走査するまでの時間が蓄積時間１となり、読み出し行１を走査してから、当該読み出し行１を、２回目の読み出し走査が行なわれる画素行（以下、「読み出し行２」という）として走査するまでの時間が蓄積時間２となる。これら蓄積時間１，２を異ならせることによって、感度が異なる２つの信号、すなわち低感度の信号と高感度の信号が得られる。

上記図１８においては、蓄積時間１が４行走査する時間（４Ｈ）であり、蓄積時間２が８行走査する時間（８Ｈ）であるため、読み出し行２の各画素からは読み出し行１の各画素に対して２倍の感度の信号が得られる。そして、同一行の各画素について、感度が異なる２つの信号を後段の信号処理回路（図示せず）で合成することで、ダイナミックレンジの広い画像信号を得ることができる。

また、画素アレイ部１０１の垂直方向において、実際に電子シャッタ行又は読み出し行として走査される行が１行分ずれるまでの期間を、走査の単位期間（以下、「１Ｈ期間」という）とすると、この１Ｈ期間内では、図１９（Ａ）に示すように、シャッタ行のシャッタ動作（電子シャッタ動作）と、読み出し行１からカラム回路群１０２への信号の読み出し動作と、読み出し行２からカラム回路群１０３への信号の読み出し動作と、各々のカラム回路群１０２，１０３に読み出された信号の水平転送が、順に行なわれる。また、カラム回路群１０２，１０３がパイプライン型の場合は、カラム回路に信号を読み出した後、すぐに次段に信号を転送しておき、水平転送は次の１Ｈ期間に行なわれる。このため、カラム回路にパイプライン型を採用した場合は、図１９（Ｂ）に示すように、１Ｈ期間内において、シャッタ行のシャッタ動作と、読み出し行１からの読み出し動作と、読み出し行２からの読み出し動作が順に行なわれ、それと並行して前の行の信号（データ）の水平転送が行なわれる。

Orly Yadid-Pecht and Eric R.Fossum,"Wide Intrascene Dynamic Range CMOS APS Using Dual Sampling,"IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL.44,NO.10,pp1721-1723,OCTOBER 1997

ところで、固体撮像装置における信号の蓄積時間は、通常、走査の単位期間となる１Ｈ期間を１つの単位として計られる。このため、上記従来技術においては、蓄積時間１が４Ｈ期間に相当し、蓄積時間２が８Ｈ期間に相当するものとなる。このように蓄積時間１と蓄積時間２の比を整数倍の関係とすれば、蓄積時間の異なる複数の信号を合成してダイナミックレンジを拡大する場合に、例えば、短い方の蓄積時間１で読み出された信号の値を、長い方の蓄積時間２で読み出された信号に合わせて、２倍に拡大して処理することにより、上記複数の信号の間で蓄積時間の対応をとることができる。

しかしながら、１Ｈ期間内での動作タイミングをみると、図１９（Ａ）に示すように、シャッタ行のシャッタ動作と読み出し行１からの読み出し動作のタイミングにずれ１が生じており、読み出し行１からの読み出し動作と読み出し行２からの読み出し動作のタイミングにもずれ２が生じている。このため、シャッタ行から読み出し行１までの行間隔を４行間隔に設定しても、読み出し行１で信号を読み出すときの蓄積時間１はちょうど４Ｈとはならず、正確には４Ｈ＋ずれ１の蓄積時間となる。また、読み出し行１で信号を読み出した後は、すぐに信号（光電子）の蓄積が開始されるため、読み出し行１から読み出し行２までの行間隔を８行間隔に設定しても、読み出し行２で信号を読み出すときの蓄積時間２はちょうど８Ｈとはならず、正確には８Ｈ＋ずれ２の蓄積時間となる。

このため、蓄積時間１と蓄積時間２の比を１：２の関係とするには、ずれ１とずれ２の比も１：２の関係にする必要があるが、実際にこれを実現しようとすると、タイミングの制約が大きく、また読み出し行１と読み出し行２の間隔を、露光条件によって色々と変えるのに対応が難しいものとなる。また、従来多く見られる、水平転送期間が長く、当該水平転送期間が１Ｈ期間の大部分を占める場合には、上記タイミングのずれ量の割合は相対的に小さくなる。しかしながら、ずれ量の誤差は確実に存在し、これから増えるであろうパイプライン型のカラム回路を採用した場合は、１Ｈ期間が短くなるため、ずれ量の割合が大きくなる。また、上述のように蓄積時間を変えて複数系統の読み出し行を走査する方式では、各々の読み出し行における蓄積時間の比が非常に重要であり、これが正確でないと、ダイナミックレンジ拡大処理を正確に行なうことができなかったり、計算量が増大したりする問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、信号の蓄積時間を変えて複数系統の読み出し行を走査する場合に、各系統の蓄積時間の比を正確に整数倍の関係にすることができる物理量検出装置、固体撮像装置及び撮像装置を提供することにある。

本発明に係る物理量検出装置は、外部から与えられる物理量を電気信号に変換して蓄積する画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、この画素アレイ部の各々の画素に蓄積された信号の読み出しを行なう読み出し行を、信号の蓄積時間が異なるように複数系統にわたって走査するとともに、走査の単位期間となる１Ｈ期間内で、画素に蓄積された信号をリセットするための電子シャッタ走査を行なうシャッタ行のシャッタ動作を、複数系統の読み出し行のうち、対応する読み出し行の読み出し動作とタイミングを合わせて行なう走査手段とを備えるものである。
また、本発明に係る固体撮像装置は、外部からの入射光を電気信号に変換して蓄積する画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、この画素アレイ部の各々の画素に蓄積された信号の読み出しを行なう読み出し行を、信号の蓄積時間が異なるように複数系統にわたって走査するとともに、走査の単位期間となる１Ｈ期間内で、画素に蓄積された信号をリセットするための電子シャッタ走査を行なうシャッタ行のシャッタ動作を、複数系統の読み出し行のうち、対応する読み出し行の読み出し動作とタイミングを合わせて行なう走査手段とを備えるものである。
さらに、本発明に係る撮像装置は、上記構成の固体撮像装置を撮像デバイスとして用いたものである。

本発明に係る物理量検出装置、固体撮像装置及び撮像装置においては、信号の蓄積時間を変えて複数系統の読み出し行を走査するにあたって、走査の単位期間となる１Ｈ期間内で、対応する読み出し行の読み出し動作とシャッタ行のシャッタ動作をタイミングを合わせて行なうことにより、各系統の蓄積時間の比を正確に整数倍の関係にすることが可能となる。

本発明によれば、信号の蓄積時間を変えて複数系統の読み出し行を走査する場合に、各系統の蓄積時間の比を正確に整数倍（好ましくは、２の累乗倍）の関係にすることができる。このため、ダイナミックレンジ拡大処理を少ない計算量で正確に行なうことが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

ここでは、外部から与えられる物理量を検出する物理量検出装置として、例えば、被写体を経た入射光の光強度を検出する固体撮像装置を例に挙げて説明するものとする。また、本発明の実施形態においては、固体撮像装置として、例えばＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを例に挙げて説明するものとする。

［第１実施形態の装置構成］
図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の構成の概略を示すシステム構成図である。図示した固体撮像装置１０は、外部の物理量を表す信号を出力する画素、例えば入射光をその光量に応じた電気信号（電荷量）に変換して蓄積する光電変換素子を含む画素２０が行列状（マトリックス状）に多数２次元配置されてなる画素アレイ部１１に加えて、垂直駆動回路（走査手段）１２、カラム回路群１３，１４、水平駆動回路１５，１６、出力回路１７，１８及び制御回路１９を有するシステム構成となっている。

このシステム構成において、制御回路１９は、図示せぬインターフェースを介して本固体撮像装置１０の動作モードなどを指令するデータを外部から受け取り、また本固体撮像装置１０の情報を含むデータを外部に出力するとともに、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ及びマスタークロックＭＣＫに基づいて、垂直駆動回路１２、カラム回路群１３，１４及び水平駆動回路１５，１６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成し、これら各回路に対して与える。

画素アレイ部１１には、画素２０が行列状に配置されるとともに、この行列状の画素配置に対して画素行ごとに画素駆動配線２１が図の横方向（左右方向）に配線され、画素列ごとに垂直信号線２２が図の縦方向（上下方向）に配線されている。

［画素の回路構成］
図２は画素２０の回路構成の一例を示す回路図である。本回路例に係る画素２０は、光電変換素子、例えばフォトダイオード２３に加えて、例えば転送トランジスタ２４、リセットトランジスタ２５、増幅トランジスタ２６及び選択トランジスタ２７の４つのトランジスタを有する画素回路となっている。ここでは、これらトランジスタ２４〜２７として、例えばＮチャネルのＭＯＳトランジスタを用いている。この画素２０に対して、画素駆動配線２１として、転送配線２１１、リセット配線２１２及び選択配線２１３が同一行の画素に対して共通に配線されている。

フォトダイオード２３は、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷（ここでは、電子）に光電変換する。フォトダイオード２３のカソードは、転送トランジスタ２４を介して増幅トランジスタ２６のゲートと電気的に接続されている。この増幅トランジスタ２６のゲートと電気的に繋がったノードをＦＤ（フローティングディフュージョン）部２８と呼ぶ。このＦＤ部２８は、電荷を電圧に変換する作用をなす。

転送トランジスタ２４は、フォトダイオード２３のカソードとＦＤ部２８との間に接続され、ゲートに転送配線２１１を介して転送パルスφＴＲＦが与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード２３で光電変換され、ここに蓄積された光電荷をＦＤ部２８に転送する。

リセットトランジスタ２５は、ドレインが電源配線Ｖｄｄに、ソースがＦＤ部２８にそれぞれ接続され、ゲートにリセット配線２１２を介してリセットパルスφＲＳＴが与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード２３からＦＤ部２８への信号電荷の転送に先立って、ＦＤ部２８の電荷を電源配線Ｖｄｄに捨てることによって当該ＦＤ部２８をリセットする。

増幅トランジスタ２６は、ゲートがＦＤ部２８に、ドレインが電源配線Ｖｄｄにそれぞれ接続され、リセットトランジスタ２５によってリセットした後のＦＤ部２８の電位をリセットレベルとして出力し、さらに転送トランジスタ２４によってフォトダイオード２３から信号電荷を転送した後のＦＤ部２８の電位を信号レベルとして出力する。

選択トランジスタ２７は、例えば、ドレインが増幅トランジスタ２６のソースに、ソースが垂直信号線２２にそれぞれ接続され、ゲートに選択配線２１３を介して選択パルスφＳＥＬが与えられることによってオン状態となり、画素２０を選択状態として増幅トランジスタ２６から出力される信号を垂直信号線２２に中継する。

なお、この選択トランジスタ２７については、電源配線Ｖｄｄと増幅トランジスタ２６のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。

また、画素２０としては、上記構成の４トランジスタ構成のものに限られるものではなく、増幅トランジスタ２６と選択トランジスタ２７を兼用した３トランジスタ構成のものなどであってもよい。

図１に戻って、垂直駆動回路１２は、シフトレジスタあるいはデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１１の各画素２０を行単位で順次選択走査し、その選択行の各画素に対して画素駆動配線２１を通して必要な駆動パルス（制御パルス）を供給する。

ここでは、図示を省略するが、垂直駆動回路１２は、画素２０を行単位で順に選択して当該選択行の各画素２０の信号を読み出す読み出し動作を行なうための読み出し走査系と、当該読み出し走査系による読み出し動作よりもシャッタ速度に対応した時間分だけ前に同じ行の画素２０のフォトダイオード２３にそれまでに蓄積された信号電荷を捨てる（リセットする）電子シャッタ動作を行なうための電子シャッタ走査系を有する構成となっている。

そして、基本的には、電子シャッタ走査系によるシャッタ動作によってフォトダイオード２３の不要な信号電荷がリセットされたタイミングから、読み出し走査系による読み出し動作によって画素２０の信号が読み出されるタイミングまでの期間が、画素２０における信号電荷の蓄積時間（露光時間）となる。すなわち、電子シャッタ動作とは、フォトダイオード２３に蓄積された信号電荷をリセットし、新たに信号電荷の蓄積を開始する動作である。本発明の実施形態に係る走査方式は、垂直駆動回路１２の選択走査によって実現されるものである。

選択行の各画素２０から出力される信号は、垂直信号線２２の各々を通してカラム回路群１３又はカラム回路群１４に供給される。カラム回路群１３，１４は、画素アレイ部１１の例えば画素列ごとに、即ち画素列に対して１対１の対応関係をもって各カラム回路が画素アレイ部１１の上下にそれぞれ配置され、１行分の各画素２０から出力される信号を画素列ごとに受けて、その信号に対して画素固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)や信号増幅などの信号処理を行なう。カラム回路群１３，１４の各カラム回路に、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換機能を持たせた構成を採ることも可能である。

水平駆動回路１５，１６は、カラム回路群１３，１４に対応して設けられている。水平駆動回路１５は、水平走査回路１５１、水平選択スイッチ群１５２及び水平信号線１５３によって構成されている。水平走査回路１５１は、シフトレジスタなどによって構成され、水平選択スイッチ群１５２の各スイッチを順に選択することにより、カラム回路群１３の各カラム回路で信号処理後の１行分の信号を水平信号線１５３に順番に出力させる。

水平駆動回路１６も、水平駆動回路１５と同様に、水平走査回路１６１、水平選択スイッチ群１６２及び水平信号線１６３によって構成され、水平走査回路１６１による水平走査によって水平選択スイッチ群１６２の各スイッチを順に選択することにより、カラム回路群１４の各カラム回路で信号処理後の１行分の信号を水平信号線１６３に順番に出力させる。

出力回路１７，１８は、カラム回路群１３，１４の各カラム回路から水平選択スイッチ群１５２，１６２及び水平信号線１５３，１６３を通して順に供給される信号に対して種々の信号処理を施して出力信号ＯＵＴ１，ＯＵＴ２として出力する。これら出力回路１７，１８での具体的な信号処理としては、例えば、バッファリングだけを行なう場合もあるし、あるいはバッファリングの前に黒レベル調整、列ごとのばらつきの補正、信号増幅、色関係処理などを行なうこともある。

［第１実施形態の第１の走査方式］
図３は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置１０を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第１の走査方式を説明するもので、（Ａ）は画素アレイ部１１と２つのカラム回路群１３，１４の物理配置を、（Ｂ）は画素アレイ部１１の走査の概念をそれぞれ示している。ここでは、画素アレイ部１１の垂直方向において、垂直駆動回路１２が選択走査する行が１行分ずれるまでの期間を、走査の単位期間、すなわち「１Ｈ期間」と定義する。

図から分かるように、本発明の第１実施形態に係る第１の走査方式においては、シャッタ行が１行（１系統）と読み出し行が２行（２系統）走査されるようになっている。垂直駆動回路１２による選択走査が、図中矢印で示すように垂直方向において下方から上方に１行ずつ順に進むものとすると、電子シャッタ走査が行なわれる画素行（以下、「シャッタ行１」）を先頭にして、それぞれ読み出し走査が行なわれる２つの画素行までの行間隔が次のように設定されている。すなわち、シャッタ行１から、走査方向の下流側（前段側）で読み出し走査が行なわれる画素行（以下、「読み出し行１」）までの行間隔は、４行間隔で設定されている。これに対して、読み出し行１から、走査方向の上流側（後段側）で読み出し走査が行なわれる画素行（以下、「読み出し行２」）までの行間隔は、８行間隔に設定されている。

また、シャッタ行１から読み出し行１までの行間隔は、信号電荷の蓄積時間（露光時間）１に相当するものとなり、読み出し行１から読み出し行２までの行間隔も、信号電荷の蓄積時間（露光時間）２に相当するものとなる。このため、蓄積時間１は、シャッタ行１から読み出し行１までの行間隔が４行間隔であることから４Ｈ期間相当の時間となり、蓄積時間２は、読み出し行１から読み出し行２までの行間隔が８行間隔であることから８Ｈ期間相当の時間となる。

このように蓄積時間１を４Ｈ相当、蓄積時間２を８Ｈ相当と異ならせることにより、読み出し行１とした画素行の画素から読み出した信号は、相対的に感度の低い信号となり、読み出し行２とした画素行の画素から読み出した信号は、相対的に感度の高い信号となる。また、蓄積時間１と蓄積時間２の比は整数倍（１：２）の関係となっているため、読み出し行２からは、読み出し行１の２倍の感度の信号が出力される。これにより、画素アレイ部１１の各画素２０ごとに、感度（蓄積時間）の異なる２つの信号（高感度信号、低感度信号）が得られるため、当該２つの信号を後段の信号処理回路（不図示）で合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像信号を得ることができる。

図４は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置１０における１Ｈ期間の動作を説明するタイミングチャートである。１Ｈ期間は大きく３つ（第１の期間、第２の期間、第３の期間）に分けられる。第１の期間では、シャッタ行１のシャッタ動作と、シャッタ行１に対応する読み出し行１からの読み出し動作をタイミングを合わせて行なう。次に、第２の期間では、読み出し行１をシャッタ行２としたシャッタ動作と、シャッタ行２に対応する読み出し行２からの読み出し動作をタイミングを合わせて行なう。次いで、第３の期間では、水平駆動回路１５，１６による信号の水平転送を行なう。

［第１の期間の詳細］
読み出し行１においては、選択パルスφＳＥＬを立ち上げて（高レベルにして）選択トランジスタ２７をオンし、この状態でリセットパルスφＲＳＴを立ち上げてリセットトランジスタ２５をオンすることにより、ＦＤ部２８をリセットする。そして、リセットパルスφＲＳＴ後のＦＤ部２８の電位（リセットレベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１３のカラム回路に入力する。

その後、読み出し行１の転送パルスφＴＲＦを立ち上げて転送トランジスタ２４をオンすることにより、フォトダイオード２３の光電子をＦＤ部２８に転送する。そして、転送パルスφＴＲＦ後のＦＤ部２８の電位（信号レベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１３のカラム回路に入力する。カラム回路群１３のカラム回路は、リセットレベルと信号レベルの差を取って、その後の処理に進む。

一方、シャッタ行１においては、選択トランジスタ２７をオフしたまま（選択パルスφＳＥＬを立ち下げたまま）、読み出し行１の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、リセットパルスφＲＳＴと転送パルスφＴＲＦをそれぞれ立ち上げて、リセットトランジスタ２５と転送トランジスタ２４を同時にオンすることにより、フォトダイオード２３をリセットする。

［第２の期間の詳細］
読み出し行２においては、選択パルスφＳＥＬを立ち上げて選択トランジスタ２７をオンし、この状態でリセットパルスφＲＳＴを立ち上げてリセットトランジスタ２５をオンすることにより、ＦＤ部２８をリセットする。そして、リセットパルスφＲＳＴ後のＦＤ部２８の電位（リセットレベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１４のカラム回路に入力する。

その後、読み出し行２の転送パルスφＴＲＦを立ち上げて転送トランジスタ２４をオンすることにより、フォトダイオード２３の光電子をＦＤ部２８に転送する。そして、転送パルスφＴＲＦ後のＦＤ部２８の電位（信号レベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１４のカラム回路に入力する。カラム回路群１４のカラム回路は、リセットレベルと信号レベルの差を取って、その後の処理に進む。

一方、読み出し行１は、読み出し行２の一つ前の読み出し行となる。そこで、この読み出し行１を読み出し行２に対応するシャッタ行２として、次のようにシャッタ動作させる。すなわち、読み出し行１（シャッタ行２）においては、選択トランジスタ２７をオフしたまま（選択パルスφＳＥＬを立ち下げたまま）、読み出し行２の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、リセットパルスφＲＳＴと転送パルスφＴＲＦをそれぞれ立ち上げて、リセットトランジスタ２５と転送トランジスタ２４を同時にオンすることにより、フォトダイオード２３をリセットする。

なお、第１の期間における読み出し行１、シャッタ行２及びカラム回路群１３の動作と、第２の期間における読み出し行２、読み出し行１（シャッタ行２）及びカラム回路群１４の動作は、基本的に同様である。

［第３の期間の詳細］
第３の期間は、カラム回路群１３，１４の各カラム回路からの出力を、それぞれに対応する水平信号線１５３，１６３を通して出力回路１７，１８に転送する水平転送期間となる。本形態例では、水平転送期間が終わると、垂直駆動回路１２による走査が１行進み、次の行でも上記同様の動作が繰り返される。

以上の動作において、読み出し行１で蓄積時間が終了するタイミングは、読み出し行１の転送パルスφＴＲＦを立ち下げたタイミングによって決まる。これに対して、シャッタ行１では、当該シャッタ行１に対応する読み出し行１の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、転送パルスφＴＲＦとリセットパルスφＲＳＴを立ち下げてフォトダイオード２３をリセットしている。このように第１の期間で読み出し行１とシャッタ行１の各転送パルスφＴＲＦを同じタイミングで立ち下げることにより、読み出し行１の蓄積時間１は、ちょうど４Ｈとなる。

同様に、読み出し行２で蓄積時間が終了するタイミングは、読み出し行２の転送パルスφＴＲＦを立ち下げたタイミングによって決まる。これに対して、読み出し行１をシャッタ行２としたシャッタ動作では、読み出し行２の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、転送パルスφＴＲＦとリセットパルスφＲＳＴを立ち下げてフォトダイオード２３をリセットしている。このように第２の期間で読み出し行２とこれに対応するシャッタ行２の各転送パルスφＴＲＦを同じタイミングで立ち下げることにより、読み出し行２の蓄積時間２は、ちょうど８Ｈとなる。したがって、蓄積時間１と蓄積時間２の比は、正確に整数倍（１：２）の関係となる。

また、読み出し行１の蓄積時間１と読み出し行２の蓄積時間２の比が１：２の関係、すなわち２の累乗（１，２，４，８，１６，…）倍の関係となっているため、後段の画像処理回路でダイナミックレンジを拡大するための信号処理（合成処理）が簡単になる。具体的には、各々の画素からアナログで読み出した信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換した後、デジタルの信号をビットずらしをするだけで、蓄積時間の対応をとることができる。例えば、上述のように蓄積時間１が４Ｈで、蓄積時間２が８Ｈである場合は、蓄積時間１の条件で読み出したデジタル信号を１ビット分だけずらすことにより、その信号値を２倍に拡大し、蓄積時間２の条件で読み出したデジタル信号に対応する信号値に変換することができる。このため、ダイナミックレンジ拡大処理を少ない計算量で正確に行なうことができる。

ちなみに、従来においては、シャッタ行１に対応する読み出し行１を、読み出し行２に対応するシャッタ行２としてシャッタ動作させないため、読み出し行２の蓄積時間は、上記第１の期間で読み出し行１の転送パルスφＴＲＦによりフォトダイオード２３をリセットしてから、８行走査後に上記第２の期間で読み出し行２の転送パルスφＴＲＦでフォトダイオード２３の信号を読み出すまでの時間となる。この蓄積時間は、１Ｈ期間内での動作タイミングのずれを含んだものとなるため、読み出し行１から読み出し行２までの行間隔を８行間隔に設定しても、読み出し行２の蓄積時間はちょうど８Ｈにはならない。こうした時間的な誤差は、１Ｈ期間内に占める水平転送期間（第３の期間）が長ければ、相対的に小さくなるものの、イメージセンサが高精度化されると問題となるレベルである。

また、処理の高速化のために、例えば、カラム回路群１３，１４の各カラム回路が、垂直信号線２２から信号を取り込みつつその取り込んだ信号を水平駆動回路１５，１６に順次出力するパイプライン型の構成を採用した場合は、図５に示すように、１Ｈ期間が、上記第１の期間（シャッタ行１のシャッタ動作と、読み出し行１からの読み出し動作を行なう期間）と第２の期間（読み出し行１をシャッタ行２としたシャッタ動作と、読み出し行２からの読み出し動作を行なう期間）に分かれ、１Ｈ期間に、現在の行の読み出しを行ないつつ、前の行の信号を水平転送することになる。このため、シャッタ行１に対応する読み出し行１を、読み出し行２に対応するシャッタ行２としてシャッタ動作させない場合は、上記時間的な誤差の影響が１Ｈ期間に対して大きくなり、問題が顕在化する。

また、シャッタ行１のシャッタ動作と、読み出し行１をシャッタ行２としたシャッタ動作で、それぞれリセットパルスφＲＳＴと転送パルスφＴＲＦを重ねているのは、シャッタ行１，２ではフォトダイオード２３のリセットを確実に行なうためである。その場合、選択トランジスタ２７をオンしないため、信号読み出し時と画素内のポテンシャルが微妙に異なる。よって、転送パルスφＴＲＦによるフォトダイオード２３のリセットのされ方も微妙に異なるが、光電変換素子としてのフォトダイオード２３を完全転送可能な埋め込み型フォトダイオードで構成することにより、フォトダイオード２３の光電子が０の、ばらつきの無い状態にリセットし、画質の向上を図っている。

また、第１の期間でシャッタ行１と読み出し行１の双方には、元が同一の転送パルスφＴＲＦを通すことがリーズナブルであり、第２の期間で読み出し行１（シャッタ行２）と読み出し行２の双方にも、元が同一の転送パルスφＴＲＦを通すことがリーズナブルである。ただし、必ずしもそうでなくてもよい。

また、第１の期間におけるシャッタ行１と読み出し行１の関係において、シャッタ行１の転送パルスφＴＲＦと読み出し行１の転送パルスφＴＲＦは、パルスの立ち上がりや立ち下がりのタイミングが、必ずしも同じタイミングである必要はない。その理由は、信号電荷の蓄積時間は、転送パルスφＴＲＦの立ち上がりではなく、立ち下がりのタイミングで決まるため、シャッタ行１と読み出し行１で転送パルスφＴＲＦの立ち下がりのタイミングを合わせることが重要となるためである。

また、シャッタ行１と読み出し行１で転送パルスφＴＲＦの立ち下がりのタイミングを合わせる際の精度は、固体撮像装置１０の用途により実用上誤差として許容される範囲内に抑えればよく、例えばマスタークロックＭＣＫで１０クロック程度ずれていても実用上問題がない場合もある。同様に、第２の期間におけるシャッタ行２と読み出し行２の関係においても、シャッタ行２の転送パルスφＴＲＦと読み出し行２の転送パルスφＴＲＦは、パルスの立ち上がりや立ち下がりのタイミングが、必ずしも同じタイミングである必要はない。さらに、ここでは１つの画素列につきカラム回路を２個ずつ設け、並行して読み出される読み出し行の行数を２行とした場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、１列あたりのカラム回路数を増やすなどして、並行して読み出される読み出し行の行数を３行以上とする場合は、上記読み出し行１と同様に、上記読み出し行２を読み出し動作させた後、次の読み出し行の読み出し動作に合わせて上記読み出し行２をシャッタ動作させればよい。

［第１実施形態の第２の走査方式］
図６は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置１０を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第２の走査方式を説明するもので、（Ａ）は画素アレイ部１１と２つのカラム回路群１３，１４の物理配置を、（Ｂ）は画素アレイ部１１の走査の概念をそれぞれ示している。

図から分かるように、本発明の第１実施形態に係る第２の走査方式においては、シャッター行と読み出し行がそれぞれ２行（２系統）ずつ走査されるようになっている。垂直駆動回路１２による選択走査が、図中矢印で示すように垂直方向において下方から上方に１行ずつ順に進むものとすると、走査方向の下流側（前段側）で電子シャッタ走査が行なわれる画素行（以下、「シャッタ行１」）から、同じく走査方向の下流側（前段側）で読み出し走査が行なわれる画素行（以下、「読み出し行１」）までの行間隔は、４行間隔で設定されている。これに対して、走査方向の上流側（後段側）で電子シャッタ走査が行なわれる画素行（以下、「シャッタ行２」）から、同じく走査方向の上流側（後段側）で読み出し走査が行なわれる画素行（以下、「読み出し行２」）までの行間隔は、８行間隔に設定されている。

また、画素アレイ部１１の垂直方向においては、読み出し行１に隣接する次の行がシャッタ行２になっている。このため、前述したように、画素アレイ部１１の垂直方向において、垂直駆動回路１２が選択走査する行が１行分ずれるまでの期間を、走査の単位期間、すなわち「１Ｈ期間」と定義すると、ある１Ｈ期間で読み出し行１となった画素行は、次の１Ｈ期間でシャッタ行２となる。また、シャッタ行１から読み出し行１までの行間隔は、ある１つの画素行をシャッタ行１としてシャッタ動作（電子シャッタ動作）してから、当該画素行を読み出し行１として読み出し動作するまでの時間、すなわち信号電荷の蓄積時間（露光時間）に相当するものとなる。同様に、シャッタ行２から読み出し行２までの行間隔は、ある１つの画素行をシャッタ行２としてシャッタ動作してから、当該画素行を読み出し行２として読み出し動作するまでの時間、すなわち信号電荷の蓄積時間（露光時間）に相当するものとなる。このため、シャッタ行１と当該シャッタ行１に対応する読み出し行１を第１系統とし、これに続くシャッタ行２と当該シャッタ行２に対応する読み出し行２を第２系統とすると、第１系統の蓄積時間１は、シャッタ行１から読み出し行１までの行間隔が４行間隔であることから４Ｈ期間相当の時間となり、第２系統の蓄積時間２は、シャッタ行２から読み出し行２までの行間隔が８行間隔であることから８Ｈ期間相当の時間となる。

このように蓄積時間１を４Ｈ相当、蓄積時間２を８Ｈ相当と異ならせることにより、読み出し行１とした画素行の画素から読み出した信号は、相対的に感度の低い信号となり、読み出し行２とした画素行の画素から読み出した信号は、相対的に感度の高い信号となる。また、蓄積時間１と蓄積時間２の比は整数倍（１：２）の関係となっているため、読み出し行２からは、読み出し行１の２倍の感度の信号が出力される。これにより、画素アレイ部１１の各画素２０ごとに、感度（蓄積時間）の異なる２つの信号（高感度信号、低感度信号）が得られるため、当該２つの信号を後段の信号処理回路（不図示）で合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像信号を得ることができる。

図７は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置１０における１Ｈ期間の動作を説明するタイミングチャートである。１Ｈ期間は大きく３つ（第１の期間、第２の期間、第３の期間）に分けられる。第１の期間では、シャッタ行１のシャッタ動作とこれに対応する読み出し行１からの読み出し動作をタイミングを合わせて行なう。次に、第２の期間では、シャッタ行２のシャッタ動作とこれに対応する読み出し行２からの読み出し動作をタイミングを合わせて行なう。次いで、第３の期間では、水平駆動回路１５，１６による信号の水平転送を行なう。

［第１の期間の詳細］
読み出し行１においては、選択パルスφＳＥＬを立ち上げて（高レベルにして）選択トランジスタ２７をオンし、この状態でリセットパルスφＲＳＴを立ち上げてリセットトランジスタ２５をオンすることにより、ＦＤ部２８をリセットする。そして、リセットパルスφＲＳＴ後のＦＤ部２８の電位（リセットレベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１３のカラム回路に入力する。

その後、読み出し行１の転送パルスφＴＲＦを立ち上げて転送トランジスタ２４をオンすることにより、フォトダイオード２３の光電子をＦＤ部２８に転送する。そして、転送パルスφＴＲＦ後のＦＤ部２８の電位（信号レベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１３のカラム回路に入力する。カラム回路群１３のカラム回路は、リセットレベルと信号レベルの差を取って、その後の処理に進む。

一方、シャッタ行１においては、選択トランジスタ２７をオフしたまま（選択パルスφＳＥＬを立ち下げたまま）、読み出し行１の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、リセットパルスφＲＳＴと転送パルスφＴＲＦをそれぞれ立ち上げて、リセットトランジスタ２５と転送トランジスタ２４を同時にオンすることにより、フォトダイオード２３をリセットする。

［第２の期間の詳細］
読み出し行２においては、選択パルスφＳＥＬを立ち上げて選択トランジスタ２７をオンし、この状態でリセットパルスφＲＳＴを立ち上げてリセットトランジスタ２５をオンすることにより、ＦＤ部２８をリセットする。そして、リセットパルスφＲＳＴ後のＦＤ部２８の電位（リセットレベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１４のカラム回路に入力する。

その後、読み出し行２の転送パルスφＴＲＦを立ち上げて転送トランジスタ２４をオンすることにより、フォトダイオード２３の光電子をＦＤ部２８に転送する。そして、転送パルスφＴＲＦ後のＦＤ部２８の電位（信号レベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１４のカラム回路に入力する。カラム回路群１４のカラム回路は、リセットレベルと信号レベルの差を取って、その後の処理に進む。

一方、シャッタ行２においては、選択トランジスタ２７をオフしたまま（選択パルスφＳＥＬを立ち下げたまま）、読み出し行２の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、リセットパルスφＲＳＴと転送パルスφＴＲＦをそれぞれ立ち上げて、リセットトランジスタ２５と転送トランジスタ２４を同時にオンすることにより、フォトダイオード２３をリセットする。

なお、第１の期間における読み出し行１、シャッタ行２及びカラム回路群１３の動作と、第２の期間における読み出し行２、シャッタ行２及びカラム回路群１４の動作は、基本的に同様である。

［第３の期間の詳細］
第３の期間は、カラム回路群１３，１４の各カラム回路からの出力を、それぞれに対応する水平信号線１５３，１６３を通して出力回路１７，１８に転送する水平転送期間となる。本形態例では、水平転送期間が終わると、垂直駆動回路１２による走査が１行進み、次の行でも上記同様の動作が繰り返される。

以上の動作において、読み出し行１で蓄積時間が終了するタイミングは、読み出し行１の転送パルスφＴＲＦを立ち下げたタイミングによって決まる。これに対して、シャッタ行１では、読み出し行１の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、転送パルスφＴＲＦとリセットパルスφＲＳＴを立ち下げてフォトダイオード２３をリセットしている。このように第１の期間で読み出し行１とシャッタ行１の各転送パルスφＴＲＦを同じタイミングで立ち下げることにより、第１系統の読み出し行１の蓄積時間１は、ちょうど４Ｈとなる。

同様に、読み出し行２で蓄積時間が終了するタイミングは、読み出し行２の転送パルスφＴＲＦを立ち下げたタイミングによって決まる。これに対して、シャッタ行２では、読み出し行２の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、転送パルスφＴＲＦとリセットパルスφＲＳＴを立ち下げてフォトダイオード２３をリセットしている。このように第２の期間で読み出し行２とシャッタ行２の各転送パルスφＴＲＦを同じタイミングで立ち下げることにより、第２系統の読み出し行２の蓄積時間２は、ちょうど８Ｈとなる。したがって、蓄積時間１と蓄積時間２の比は、正確に整数倍（１：２）の関係となる。

また、読み出し行１の蓄積時間１と読み出し行２の蓄積時間２の比が１：２の関係、すなわち２の累乗（１，２，４，８，１６，…）倍の関係となっているため、前述と同様に後段の画像処理回路でダイナミックレンジを拡大するための信号処理（合成処理）が簡単になる。

ちなみに、従来においては、シャッタ行２が無いため、読み出し行２の蓄積時間は、読み出し行１の転送パルスφＴＲＦでフォトダイオード２３をリセットしてから、８行走査後に読み出し行２の転送パルスφＴＲＦでフォトダイオード２３の信号を読み出すまでの時間となる。この蓄積時間は、１Ｈ期間内での動作タイミングのずれを含んだものとなるため、読み出し行１から読み出し行２までの行間隔を８行間隔に設定しても、読み出し行２の蓄積時間はちょうど８Ｈにはならない。こうした時間的な誤差は、１Ｈ期間内に占める水平転送期間（第３の期間）が長ければ、相対的に小さくなるものの、イメージセンサが高精度化されると問題となるレベルである。

また、処理の高速化のために、例えば、カラム回路群１３，１４の各カラム回路が、垂直信号線２２から信号を取り込みつつその取り込んだ信号を水平駆動回路１５，１６に順次出力するパイプライン型の構成を採用した場合は、図８に示すように、１Ｈ期間が、上記第１の期間（シャッタ行１のシャッタ動作と、読み出し行１からの読み出し動作を行なう期間）と第２の期間（シャッタ行２のシャッタ動作と、読み出し行２からの読み出し動作を行なう期間）に分かれ、１Ｈ期間に、現在の行の読み出しを行ないつつ、前の行の信号を水平転送することになる。このため、シャッタ行２が無いと、上記時間的な誤差の影響が１Ｈ期間に対して大きくなり、問題が顕在化する。

また、シャッタ行１，２でリセットパルスφＲＳＴと転送パルスφＴＲＦを重ねているのは、フォトダイオード２３のリセットを確実に行なうためである。その場合、選択トランジスタ２７をオンしないため、信号読み出し時と画素内のポテンシャルが微妙に異なる。よって、転送パルスφＴＲＦによるフォトダイオード２３のリセットのされ方も微妙に異なるが、光電変換素子としてのフォトダイオード２３を完全転送可能な埋め込み型フォトダイオードで構成することにより、フォトダイオード２３の光電子が０の、ばらつきの無い状態にリセットし、画質の向上を図っている。

また、シャッタ行２を読み出し行１の次の行としているのは、蓄積時間を無駄にしないためである。それほど高い感度が要求されない場合は、読み出し行１の２行以上後の行をシャッタ行２に設定してもかまわない。

また、シャッタ行１と読み出し行１の双方には、元が同一の転送パルスφＴＲＦを通すことがリーズナブルであり、シャッタ行２と読み出し行２の双方にも、元が同一の転送パルスφＴＲＦを通すことがリーズナブルである。ただし、必ずしもそうでなくてもよい。

また、シャッタ行１と読み出し行１の関係において、シャッタ行１の転送パルスφＴＲＦと読み出し行１の転送パルスφＴＲＦは、パルスの立ち上がりや立ち下がりのタイミングが、必ずしも同じタイミングである必要はない。その理由は、信号電荷の蓄積時間は、転送パルスφＴＲＦの立ち上がりではなく、立ち下がりのタイミングで決まるため、シャッタ行１と読み出し行１で転送パルスφＴＲＦの立ち下がりのタイミングを合わせることが重要となるためである。

また、シャッタ行１と読み出し行１で転送パルスφＴＲＦの立ち下がりのタイミングを合わせる際の精度は、固体撮像装置１０の用途により実用上誤差として許容される範囲内に抑えればよく、例えばマスタークロックＭＣＫで１０クロック程度ずれていても実用上問題がない場合もある。同様に、シャッタ行２と読み出し行２の関係においても、シャッタ行２の転送パルスφＴＲＦと読み出し行２の転送パルスφＴＲＦは、パルスの立ち上がりや立ち下がりのタイミングが、必ずしも同じタイミングである必要はない。

［第２実施形態の装置構成］
図９は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の構成の概略を示すシステム構成図である。図示した固体撮像装置１０は、上記第１実施形態のシステム構成と比較して、カラム回路１３、水平駆動回路１５及び出力回路１７を備えておらず、それ以外は上記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。この場合は、垂直信号線２２の一方側だけしかカラム回路群１４が設けられていないため、１列にカラム回路が１つしか存在しない。

［第２実施形態の第１の走査方式］
図１０は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置１０を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第１の走査方式を説明する図である。図中上段の１，２，３，４，５，６，７，８，…の数字は、経時的な走査の順番を示している。まず、読み出し行は１Ｈ期間に１行しか選択されず、２Ｈ期間をかけて走査が１行ずつ進むようになっている。また、シャッタ行と読み出し行は２系統ずつ走査されるようになっている。ここでは、シャッタ行及び読み出し行の各系統において、先頭を走る系統を第１系統、その次を走る系統を第２系統とする。図例のように、第１系統の読み出し行が偶数（２，４，６，…）番目に動作される場合、第２系統の読み出し行は奇数（７，９，１１，…）番目に動作されることになる。

ちなみに、シャッタ行が最初の１系統しか走査されない読み出し方式では、２系統の読み出し行が同じ１Ｈ期間で動作されないように、第１系統の読み出し行から第２系統の読み出し行までの間隔を設定すると、第１系統の読み出し行の蓄積時間１を例えば２Ｈ期間とした場合に、第２系統の読み出し行の蓄積時間２が必然的に１Ｈ期間の奇数倍相当の期間となる。このため、蓄積時間１と蓄積時間２の比を、２の累乗倍の関係とすることができない。また、これを拡張して、３系統以上の読み出し行を並行して走査する場合も、同様の理由により、蓄積時間とその比が制約され、撮影条件に合わせて都合の良い値をとろうとしても制約が多く、悪い条件で撮影せざるを得ない場合が多く、制御が複雑だったり画質が落ちたりする問題が生じる。

そこで、本第２実施形態に係る第１の走査方式においては、第１系統の読み出し行の後（次の行）に、第２系統のシャッタ行の走査を入れることにより、蓄積時間の比を２の累乗倍の関係とするものである。具体的には、第１系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を１行間隔とし、第２系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を４行間隔として、第１系統の読み出し行の次の行を第２系統のシャッタ行としている。つまり、最終系統となる第２系統の読み出し行以外の読み出し行（本例では第１系統の読み出し行）は、次の行を次の系統（本例では第２系統の）のシャッタ行としている。このため、最終系統以外の読み出し行は、次の１Ｈ期間で次の系統のシャッタ行となる。

また、第１の走査方式においては、１番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、２番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、３番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統のシャッタ行を動作し、４番目の期間では第１系統の読み出し行を動作する。次に、５番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統のシャッタ行を動作し、６番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、７番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作する。これ以降は、偶数番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、奇数番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作する。

以上の走査方式において、第１系統では、シャッタ行を走査してから読み出しを走査するまでの期間（蓄積時間１）が１Ｈ期間となっており、第２系統では、シャッタ行を走査してから読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間２）が１Ｈの４倍となる４Ｈ期間となっている。このため、第１系統の蓄積時間１と第２系統の蓄積時間２の比が１：４の関係、すなわち２の累乗倍の関係となる。

［第２実施形態の第２の走査方式］
図１１は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置１０を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第２の走査方式を説明する図である。図示した第２の走査方式においては、第１系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を２行間隔とし、第２系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を８行間隔として、第１系統の読み出し行の次の行を第２系統のシャッタ行としている。つまり、最終系統となる第２系統の読み出し行以外の読み出し行（本例では第１系統の読み出し行）は、次の行を次の系統（本例では第２系統の）のシャッタ行としている。このため、最終系統以外の読み出し行は、次の１Ｈ期間で次の系統のシャッタ行となる。

また、第２の走査方式においては、１番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、２番目の期間では何も動作せず、３番目の期間では第１系統のシャッタ行と第１系統の読み出し行を動作し、４番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。次に、５番目の期間では第１系統のシャッタ行と第１系統の読み出し行を動作し、６番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作し、７番目の期間では第１系統のシャッタ行と第１系統の読み出し行を動作する。

次に、８番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作し、９番目の期間では第１系統のシャッタ行と第１系統の読み出し行を動作する。次に、１０番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作し、１１番目の期間では第１系統のシャッタ行と第１系統の読み出し行を動作する。次に、１２番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、１３番目の期間では第１系統のシャッタ行と第１系統の読み出し行を動作する。これ以降は、偶数番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作査し、奇数番目の期間では第１系統のシャッタ行と第１系統の読み出し行を動作する。

以上の走査方式において、第１系統では、シャッタ行を走査してから読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間１）が１Ｈの２倍となる２Ｈ期間となっており、第２系統では、シャッタ行を走査してから読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間２）が１Ｈの８倍となる８Ｈ期間となっている。このため、第１系統の蓄積時間１と第２系統の蓄積時間２の比でみると、上記同様に１：４の関係、すなわち２の累乗倍の関係となる。

また、上記第１の走査方式（図１０）及び第２の走査方式（図１１）においては、いずれの走査方式を適用した場合でも、１Ｈ期間の動作では、第１系統でも第２系統でも、シャッタ行と読み出し行の動作タイミングが、図１２のように設定されている。すなわち、１Ｈ期間を２つの期間（第１の期間、第２の期間）に分けると、第１の期間では、シャッタ行のシャッタ動作と読み出し行からの読み出し動作をタイミングを合わせて行ない、第２の期間では、水平駆動回路１６による水平転送を行なう。

［第１の期間の詳細］
読み出し行においては、選択パルスφＳＥＬを立ち上げて（高レベルにして）選択トランジスタ２７をオンし、この状態でリセットパルスφＲＳＴを立ち上げてリセットトランジスタ２５をオンすることにより、ＦＤ部２８をリセットする。そして、リセットパルスφＲＳＴ後のＦＤ部２８の電位（リセットレベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１４のカラム回路に入力する。

その後、読み出し行の転送パルスφＴＲＦを立ち上げて転送トランジスタ２４をオンすることにより、フォトダイオード２３の光電子をＦＤ部２８に転送する。そして、転送パルスφＴＲＦ後のＦＤ部２８の電位（信号レベル）を、垂直信号線２２を通してカラム回路群１４のカラム回路に入力する。カラム回路群１４のカラム回路は、リセットレベルと信号レベルの差を取って、その後の処理に進む。

一方、シャッタ行においては、選択トランジスタ２７をオフしたまま（選択パルスφＳＥＬを立ち下げたまま）、読み出し行の転送パルスφＴＲＦと同じタイミングで、リセットパルスφＲＳＴと転送パルスφＴＲＦをそれぞれ立ち上げて、リセットトランジスタ２５と転送トランジスタ２４を同時にオンすることにより、フォトダイオード２３をリセットする。

［第２の期間の詳細］
第２の期間は、カラム回路群１４の各カラム回路からの出力を、水平信号線１６３を通して出力回路１８に転送する水平転送期間となる。

以上の動作においては、第１の期間でシャッタ行と読み出し行の各転送パルスφＴＲＦを同じタイミングで立ち下げているため、シャッタ行のシャッタ動作を、当該シャッタ行の次に来る読み出し行の読み出し動作とタイミングを合わせて行なうことになる。このため、第１の走査方式（図１０）を採用した場合は、第１系統の読み出し行の蓄積時間１がちょうど１Ｈとなり、第２系統の読み出し行の蓄積時間２がちょうど４Ｈとなる。また、第２の走査方式（図１１）を採用した場合は、第１系統の読み出し行の蓄積時間１がちょうど２Ｈとなり、第２系統の読み出し行の蓄積時間２がちょうど８Ｈとなる。したがって、いずれの走査方式を採用した場合も、蓄積時間１と蓄積時間２の比は、正確に整数倍の関係となる。

ちなみに、カラム回路群１４のカラム回路にパイプライン型の構成を採用した場合は、図１３に示すような動作となる。いずれの場合も、シャッタ行のシャッタ動作と、読み出し行からの読み出し動作を、同じ期間にタイミングを合わせて行なうことにより、蓄積時間１と蓄積時間２の比が正確に整数倍の関係となる。

また、上記図１０に示す第１の走査方式を採用した場合は、走査における順番が３番目以降の期間で、２つのシャッタ行（第１系統のシャッタ行と第２系統のシャッタ行）を動作するときと、シャッタ行をまったく動作しないときが、交互に繰り返される。例えば、３番目の期間では、２つのシャッタ行を動作するが、次の４番目の期間では、読み出し行の動作を行なうだけで、シャッタ行の動作が行なわない。そうした場合、２つのシャッタ行を動作するときは、上記図１２に示す動作タイミングに基づいて、第１系統のシャッタ行と第２系統のシャッタ行を同じタイミングで動作させる。また、走査における順番の違いによって電源などに対する負荷が変わらないように、ダミー行を用意しておき、２つのシャッタ行を動作するときは、ダミー行を動作させず、シャッタ行を動作しないときは、ダミー行を動作させることが望ましい。これにより、例えば電源が弱い場合などに発生する横筋を抑えることができる。

［第２実施形態の第３の走査方式］
図１４は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第３の走査方式を説明する図である。まず、読み出し行は１Ｈ期間に１行しか選択されず、４Ｈ期間をかけて走査が１行ずつ進むようになっている。また、シャッタ行と読み出し行は４系統ずつ走査されるようになっている。ここでは、シャッタ行及び読み出し行の各系統において、先頭を走る系統を第１系統、その次を走る系統を第２系統、その次を走る系統を第３系統、最後尾を走る系統を第４系統とする。

そうした場合、本第２実施形態に係る第３の走査方式においては、第１系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を１行間隔とし、第２系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を４行間隔とし、第３系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を８行間隔とし、第４系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を１６行間隔として、第１系統の読み出し行の次の行を第２系統のシャッタ行とし、第２系統の読み出し行の次の行を第３系統のシャッタ行とし、第３系統の読み出し行の次の行を第４系統のシャッタ行としている。つまり、最終系統となる第４系統の読み出し行以外の読み出し行（第１系統〜第３系統の読み出し行）は、次の行を次の系統のシャッタ行としている。このため、最終系統以外の読み出し行は、次の１Ｈ期間で次の系統のシャッタ行となる。

また、第３の走査方式においては、上述した４系統の読み出し行のうち、２系統以上の読み出し行が同じ１Ｈ期間で動作されないように、次のような手順で各系統のシャッタ行と読み出し行を走査する。すなわち、１番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、２番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、３番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作し、４番目の期間では何も動作しない。次に、５番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、６番目の期間では第１系統の読み出し行を動作査し、７番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、８番目の期間では第３系統のシャッタ行を動作する。

次に、９番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、１０番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、１１番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、１２番目の期間では第３系統のシャッタ行を動作する。次に、１３番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、１４番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、１５番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、１６番目の期間では、第３系統のシャッタ行と第３系統の読み出し行を動作する。

次に、１７番目の期間では第１系統のシャッタ行と第４系統のシャッタ行を動作し、１８番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、１９番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、２０番目の期間では第３系統のシャッタ行と第３系統の読み出し行を動作する。次に、２１番目の期間では第１系統のシャッタ行と第４系統のシャッタ行を動作し、２２番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、２３番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、２４番目の期間では第３系統のシャッタ行と第３系統の読み出し行を動作する。

次に、２５番目の期間では第１系統のシャッタ行と第４系統のシャッタ行を動作し、２６番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、２７番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、２８番目の期間では第３系統のシャッタ行と第３系統の読み出し行を動作する。次に、２９番目の期間では第１系統のシャッタ行と第４系統のシャッタ行を動作し、３０番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、３１番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、３２番目の期間では第３系統のシャッタ行と第３系統の読み出し行を動作する。

次に、３３番目の期間では第１系統のシャッタ行と第４系統のシャッタ行と第４系統の読み出し行を動作し、３４番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、３５番目の期間では第２系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、３６番目の期間査では第３系統のシャッタ行と第３系統の読み出し行を動作する。これ以降は、４Ｈ期間を１つの周期として、３３番目〜３６番目までの期間と同様の走査が繰り返される。

以上の走査方式において、第１系統では、第１系統のシャッタ行を走査してから第１系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間１）が１Ｈ期間となっており、第２系統では、第２系統のシャッタ行を走査してから第２系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間２）が１Ｈの４倍となる４Ｈ期間となっている。また、第３系統では、第３系統のシャッタ行を走査してから第３系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間３）が１Ｈの８倍となる８Ｈ期間となっており、第４系統では、第４系統のシャッタ行を走査してから第４系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間４）が１Ｈの１６倍となる１６Ｈ期間となっている。このため、第１系統の蓄積時間１、第２系統の蓄積時間２、第３系統の蓄積時間３、第４系統の蓄積時間４の比でみると、１：４：８：１６の関係、すなわち２の累乗倍の関係となる。

また、１Ｈ期間の動作では、第１系統〜第４系統のいずれにおいても、シャッタ行と読み出し行の動作タイミング（パルスの立ち上がりと立ち下がりのタイミング）が、上記図１２のように設定されている。このため、第１系統の読み出し行の蓄積時間１はちょうど１Ｈとなり、第２系統の読み出し行の蓄積時間２はちょうど４Ｈとなる。また、第３系統の読み出し行の蓄積時間３はちょうど８Ｈとなり、第４系統の読み出し行の蓄積時間４はちょうど１６Ｈとなる。したがって、蓄積時間１、蓄積時間２、蓄積時間３及び蓄積時間４の比は、正確に整数倍の関係となる。

これまでは読み出し行の系統数が２の累乗である場合（上記の例では２系統の場合と４系統の場合）について説明したが、ここからは読み出し行の系統数が２の累乗でない場合、例えば読み出し行の系統数が３系統である場合について説明する。読み出し行の系統数を３系統にすると、系統ごとに蓄積時間を変化させるときに（例えば、１Ｈ、４Ｈ、８Ｈから２Ｈ、８Ｈ、１６Ｈと変化させるときに）、シャッタ行の入れ方が変わったりするため、例えば動作などでは微妙な影響が出ることも考えられる。

そこで、本発明の実施形態においては、３系統の読み出し行を、各系統の読み出し行を動作する順番が３の互いに異なる剰余類に属する順番（ｎ，ｍ，ｐを整数として、３ｎ、３ｍ＋１、３ｐ＋２番目となる順番）で走査されるように設定している。このことは、２以上のその他の整数に対しても、同様に適用される。例えば、読み出し行の系統数を２系統にした場合、上記図１０に示す走査方式では、第１系統の読み出し行を動作する順番が、２番、４番、６番、８番、…（つまり、２の剰余が０となる順番）になっていて、第２系統の読み出し行を動作する順番が、７番、９番、１１番、１３番、…（つまり、２の剰余が１となる順番）になっている。また、上記図１１に示す走査方式では、第１系統の読み出し行を動作する順番が、３番、５番、７番、９番、…（つまり、２の剰余が１となる順番）になっていて、第２系統の読み出し行を動作する順番が、１２番、１４番、１６番、１８番、…（つまり、２の剰余が０となる順番）になっている。

また、上記図１４に示す走査方式では、第１系統の読み出し行を動作する順番が、２番、６番、１０番、１４番、…（つまり、４の剰余が２となる順番）になっていて、第２系統の読み出し行を動作する順番が、７番、１１番、１５番、１９番、…（つまり、４の剰余が３となる順番）になっている。さらに、第３系統の読み出し行を動作する順番が、１６番、２０番、２４番、２８番、…（つまり、４の剰余が０となる順番）になっていて、第４系統の読み出し行を動作する順番が、３３番、３７番、４１番、４５番、…（つまり、４の剰余が１となる順番）になっている。

要するに、本発明においては、「ｑ（ｑは２以上の整数）系統の読み出し行に対して、各系統の読み出し行がｑの互いに異なる剰余類に属する順番で動作するように走査され、かつ所望の蓄積時間となるように、第１系統の読み出し行から最終系統の読み出し行までの間に最大ｑ系統のシャッタ行を適宜挿入する」ことにより、所望の蓄積時間（各系統の蓄積時間の比が２の累乗倍の関係になる）を実現している。特に、読み出し行の系統数ｑが２の累乗となる整数の場合は、シャッタ行と読み出し行が１：１の関係で対応するようにシャッタ行をｑ系統（読み出し行と同数の系統）とし、最終系統（最後尾の系統）以外の読み出し行は、次の１Ｈ期間でシャッタ行とする、という一定の法則を適用して、画素行の選択走査を行なうことが、蓄積時間を無駄にしないという点で望ましい。

［第２実施形態の第４の走査方式］
図１５は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第４の走査方式を説明する図である。まず、読み出し行は１Ｈ期間に１行しか選択されず、３Ｈ期間をかけて走査が１行ずつ進むようになっている。また、シャッタ行は２系統で走査され、読み出し行はシャッタ行の系統数よりも多い３系統で走査されるようになっている。ここでは、シャッタ行及び読み出し行の各系統において、先頭を走る系統を第１系統、その次を走る系統を第２系統、その次を走る系統を第３系統とする。

そうした場合、本第２実施形態に係る第４の走査方式においては、第１系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を１行間隔とし、第２系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を４行間隔とし、第２系統の読み出し行と第３系統の読み出し行の行間隔を８行間隔として、第１系統の読み出し行の次の行を第２系統のシャッタ行としている。

また、第４の走査方式においては、上述した３系統の読み出し行のうち、２系統以上の読み出し行が同じ１Ｈ期間で動作されないように、次のような手順で各系統のシャッタ行と読み出し行を走査する。すなわち、１番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、２番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、３番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。次に、４番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、５番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、６番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。

次に、７番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、８番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、９番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。次に、１０番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、１１番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、１２番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。

次に、１３番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、１４番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、１５番目の期間では第２系統のシャッタ行と第３系統の読み出し行を動作する。これ以降は、３Ｈ期間を１つの周期として、１３番目〜１５番目までの期間と同様の走査が繰り返される。

以上の走査方式において、第１系統では、第１系統のシャッタ行を走査してから第１系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間１）が１Ｈ期間となっており、第２系統では、第２系統のシャッタ行を走査してから第２系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間２）が１Ｈの４倍となる４Ｈ期間となっている。また、第３系統では、第２系統の読み出し行を走査してから第３系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間３）が１Ｈの８倍となる８Ｈ期間となっている。このため、第１系統の蓄積時間１、第２系統の蓄積時間２、第３系統の蓄積時間３の比でみると、１：４：８の関係、すなわち２の累乗倍の関係となる。

また、１Ｈ期間の動作では、第１系統〜第３系統のいずれにおいても、シャッタ行と読み出し行の動作タイミング（パルスの立ち上がりと立ち下がりのタイミング）が、上記図１２のように設定されている。このため、第１系統の読み出し行の蓄積時間１はちょうど１Ｈとなり、第２系統の読み出し行の蓄積時間２はちょうど４Ｈとなる。また、第３系統の読み出し行の蓄積時間３はちょうど８Ｈとなる。したがって、蓄積時間１、蓄積時間２及び蓄積時間３の比は、正確に整数倍の関係となる。

また、この走査方式では、第１系統の読み出し行が動作される順番が、２番、５番、８番、１１番、…（つまり、３の剰余が２となる順番）になっていて、第２系統の読み出し行が動作される順番が、７番、１０番、１３番、１６番、…（つまり、３の剰余が１となる順番）になっていて、第３系統の読み出し行が動作される順番が、１５番、１８番、２１番、２４番、…（つまり、３の剰余が０となる順番）になっている。

［第２実施形態の第５の走査方式］
図１６は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第５の走査方式を説明する図である。まず、読み出し行は１Ｈ期間に１行しか選択されず、３Ｈ期間をかけて走査が１行ずつ進むようになっている。また、シャッタ行と読み出し行は３系統ずつ走査されるようになっている。ここでは、シャッタ行及び読み出し行の各系統において、先頭を走る系統を第１系統、その次を走る系統を第２系統、その次を走る系統を第３系統とする。

そうした場合、本第２実施形態に係る第５の走査方式においては、第１系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を１行間隔とし、第２系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を４行間隔とし、第３系統のシャッタ行と読み出し行の行間隔を８行間隔として、第１系統の読み出し行の次の行を第２系統のシャッタ行とし、第２系統の読み出し行から３行後の行を第３系統のシャッタ行としている。

また、第５の走査方式においては、上述した３系統の読み出し行のうち、２系統以上の読み出し行が同じ１Ｈ期間で動作されないように、次のような手順で各系統のシャッタ行と読み出し行を走査する。すなわち、１番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、２番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、３番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。次に、４番目の期間では第１系統のシャッタ行を動作し、５番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、６番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。

次に、７番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行を動作し、８番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、９番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。次に、１０番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行と第３系統のシャッタ行を動作し、１１番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、１２番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。

次に、１３番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行と第３系統のシャッタ行を動作し、１４番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、１５番目の期間では第２系統のシャッタ行を動作する。次に、１６番目の期間では第１系統のシャッタ行と第２系統の読み出し行と第３系統のシャッタ行を動作し、１７番目の期間では第１系統の読み出し行を動作し、１８番目の期間では第２系統のシャッタ行と第３系統の読み出し行を動作する。これ以降は、３Ｈ期間を１つの周期として、１６番目〜１８番目までの期間と同様の走査が繰り返される。

以上の走査方式において、第１系統では、第１系統のシャッタ行を走査してから第１系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間１）が１Ｈ期間となっており、第２系統では、第２系統のシャッタ行を走査してから第２系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間２）が１Ｈの４倍となる４Ｈ期間となっている。また、第３系統では、第３系統のシャッタ行を走査してから第３系統の読み出し行を走査するまでの期間（蓄積時間３）が１Ｈの８倍となる８Ｈ期間となっている。このため、第１系統の蓄積時間１、第２系統の蓄積時間２、第３系統の蓄積時間３の比でみると、１：４：８の関係、すなわち２の累乗倍の関係となる。

また、１Ｈ期間の動作では、第１系統〜第３系統のいずれにおいても、シャッタ行と読み出し行の動作タイミング（パルスの立ち上がりと立ち下がりのタイミング）が、上記図１２のように設定されている。このため、第１系統の読み出し行の蓄積時間１はちょうど１Ｈとなり、第２系統の読み出し行の蓄積時間２はちょうど４Ｈとなる。また、第３系統の読み出し行の蓄積時間３はちょうど８Ｈとなる。したがって、蓄積時間１、蓄積時間２及び蓄積時間３の比は、正確に整数倍の関係となる。

また、この走査方式では、第１系統の読み出し行が動作される順番が、２番、５番、８番、１１番、…（つまり、３の剰余が２となる順番）になっていて、第２系統の読み出し行が動作される順番が、７番、１０番、１３番、１６番、…（つまり、３の剰余が１となる順番）になっていて、第３系統の読み出し行が動作される順番が、１８番、２１番、２４番、２７、…（つまり、３の剰余が０となる順番）になっている。

なお、上記各実施形態においては、外部から与えられる物理量を検出する物理量検出装置として、被写体を経た入射光の光強度を検出する固体撮像装置を例に挙げたが、本発明は、固体撮像装置に限られるものではなく、外部から与えられる物理量として、可視光以外の電磁波や粒子、圧力や化学物質の分布などを時間に比例する信号として検出する画素が、行列状に２次元配置された物理量検出装置全般に適用可能である。

［適用例］
先述した実施形態に係る固体撮像装置１０は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置において、その撮像デバイス（画像入力デバイス）として用いて好適なものである。

ここに、撮像装置とは、撮像デバイスとしての固体撮像装置、当該固体撮像装置の撮像面（受光面）上に被写体の像光を結像させるレンズ群等の光学系を含み、携帯電話等の電子機器に搭載されて用いられるカメラモジュールや、当該カメラモジュールを搭載したデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムを言うものとする。

図１７は本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。本例に係る撮像装置は、レンズ群を含む光学系３０、固体撮像装置１０、ＤＳＰ(Digital signal processor)からなる信号処理回路３１、フレームメモリ３２、表示装置３３、記録装置３４、操作系３５、電源系３６等を備えた構成となっている。このうち、信号処理回路３１、フレームメモリ３２、表示装置３３、記録装置３４、操作系３５、電源系３６は、共通のバスライン３７に接続されている。

光学系３０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１０の撮像面（画素アレイ部）に導くものである。固体撮像装置１０は、光学系３０によって撮像面に結像された像光を画素単位で電気信号に変換する。固体撮像装置１０は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、信号処理回路３１やフレームメモリ３２とまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。

信号処理回路３１は、固体撮像装置１０から蓄積時間（感度）を変えた複数回の走査（画素信号の読み出し）によって出力される画像信号を合成することにより、ダイナミックレンジを拡大した画像信号を生成するものである。フレームメモリ３２は、信号処理回路３１で処理される画像信号を一時的に記憶するために使用されるメモリである。

表示装置３３は、信号処理回路３１の処理結果として出力された画像信号を表示するものである。記録装置３４は、その画像信号を例えば磁気テープ、磁気ディスク等に記録するものである。操作系３５は、撮像装置を操作するためのものである。電源系３６は、撮像装置を駆動するための電力を供給するものである。

この撮像装置においては、複数系統の読み出し行の蓄積時間比を２の累乗倍の関係とすることにより、複数回の走査によって読み出された画像信号を用いて信号処理回路３１がダイナミックレンジの拡大処理を行なう場合に、少ない計算量で正確な処理を行なえるため、画質と低消費電力を両立することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の構成の概略を示すシステム構成図である。 画素の回路構成の一例を示す回路図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置１０を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第１の走査方式を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置における１Ｈ期間の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置において、パイプライン型のカラム回路を採用した場合の１Ｈ期間の動作を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第２の走査方式を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置における１Ｈ期間の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置において、パイプライン型のカラム回路を採用した場合の１Ｈ期間の動作を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の構成の概略を示すシステム構成図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第１の走査方式を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第２の走査方式を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置における１Ｈ期間の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置において、パイプライン型のカラム回路を採用した場合の１Ｈ期間の動作を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第３の走査方式を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第４の走査方式を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を用いて画素行を走査する場合に適用可能な第５の走査方式を説明する図である。 本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。 従来の走査方式を説明する図である。 従来の走査方式における１Ｈ期間の動作を説明する図である。

符号の説明

１０…固体撮像装置、１１…画素アレイ部、１２…垂直駆動回路、１３，１４…カラム回路群、１５，１６…水平走査回路、１７，１８…出力回路、１９…制御回路、２０…画素、３０…光学系、３１…信号処理回路

Claims (12)

1. 外部から与えられる物理量を電気信号に変換して蓄積する画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、
   前記画素アレイ部の各々の画素に蓄積された信号の読み出しを行なう読み出し行を、信号の蓄積時間が異なるように複数系統にわたって走査するとともに、走査の単位期間となる１Ｈ期間内で、画素に蓄積された信号をリセットするための電子シャッタ走査を行なうシャッタ行のシャッタ動作を、前記複数系統の読み出し行のうち、対応する読み出し行の読み出し動作とタイミングを合わせて行なう走査手段と
   を備えることを特徴とする物理量検出装置。
2. 前記走査手段は、最初以外の読み出し行では、当該最初以外の読み出し行の１つ前の読み出し行を、対応するシャッタ行とする
   ことを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
3. 前記走査手段は、最初の読み出し行よりも後で且つ最後の読み出し行よりも前に、前記シャッタ行を少なくとも１系統走査する
   ことを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
4. 前記走査手段は、最初の読み出し行に対応するシャッタ行を、当該最初の読み出し行よりも前に走査するとともに、最初以外の読み出し行に対応するシャッタ行を、当該最初以外の読み出し行よりも前で且つ当該最初以外の読み出し行の１つ前の読み出し行よりも後に走査する
   ことを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
5. 前記最初以外の読み出し行では、当該最初以外の読み出し行の１つ前の読み出し行の次の行を、対応するシャッタ行とする
   ことを特徴とする請求項４記載の物理量検出装置。
6. 前記走査手段は、前記複数系統となるｑ（ｑは２以上の整数）系統の読み出し行を、各系統の読み出し行を動作する順番がｑの互いに異なる剰余類に属する順番となるように走査しながら、前記１Ｈ期間内に１行の読み出し行の信号を読み出す
   ことを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
7. 前記シャッタ行のシャッタ動作を、当該シャッタ行の次に来る読み出し行の読み出し動作とタイミングを合わせて行なう
   ことを特徴とする請求項６記載の物理量検出装置。
8. ｑが２の累乗となる整数であり、シャッタ行と読み出し行が１：１の関係で対応するようにシャッタ行をｑ系統とし、最終系統以外の読み出し行は、次の１Ｈ期間でシャッタ行とする
   ことを特徴とする請求項６記載の物理量検出装置。
9. 前記複数系統の読み出し行の蓄積時間の比が、２の累乗倍の関係にある
   ことを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
10. 外部からの入射光を電気信号に変換して蓄積する画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、
    前記画素アレイ部の各々の画素に蓄積された信号の読み出しを行なう読み出し行を、信号の蓄積時間が異なるように複数系統にわたって走査するとともに、走査の単位期間となる１Ｈ期間内で、画素に蓄積された信号をリセットするための電子シャッタ走査を行なうシャッタ行のシャッタ動作を、前記複数系統の読み出し行のうち、対応する読み出し行の読み出し動作とタイミングを合わせて行なう走査手段と
    を備えることを特徴とする固体撮像装置。
11. 前記画素は、埋め込み型フォトダイオードからなる光電変換素子を有する
    ことを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置。
12. 外部からの入射光を電気信号に変換して蓄積する画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、
    被写体からの光を前記画素アレイ部に導く光学系と、
    前記画素アレイ部の各々の画素に蓄積された信号の読み出しを行なう読み出し行を、信号の蓄積時間が異なるように複数系統にわたって走査するとともに、走査の単位期間となる１Ｈ期間内で、画素に蓄積された信号をリセットするための電子シャッタ走査を行なうシャッタ行のシャッタ動作を、前記複数系統の読み出し行のうち、対応する読み出し行の読み出し動作とタイミングを合わせて行なう走査手段と、
    前記走査手段によって各々の画素から蓄積時間を変えて読み出された複数の信号を処理する信号処理手段と
    を備えることを特徴とする撮像装置。

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