JP5139150B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子による全画素の一括露光とライン毎の順次露光とを行い得る撮像装置に関する。

ＭＯＳ型の固体撮像素子は、入射光量に応じた信号を発生させる光電変換部（例えばフォトダイオード（ＰＤ）など）を備えているが、さらに、この光電変換部により発生された信号を一時的に保持する信号蓄積部（例えばフローティングディフュージョン（ＦＤ）など）を備えたものもある。

これらの内のＰＤは、本発明の実施形態に係る図４を参照すれば分かるように、基板内に埋め込まれた型となっている（この図に示す例では、Ｐ型基板において、配線層側に形成されたＰ型領域の内部にｎ−領域として埋め込み形成されている）ために、このＰＤに発生する暗電流を少なくすることが可能である。これに対してＦＤは、この図４に示すように、配線層に直接接続されるために、暗電流を少なくすることができない。

ところで、ＰＤとＦＤとを備えるＭＯＳ型の固体撮像素子においては、ローリングシャッタと呼ばれるライン毎（あるいは画素毎）に露光開始時刻および露光終了時刻が異なるシャッタ方式と、グローバルシャッタと呼ばれる全ラインにおいて露光開始時刻および露光終了時刻が同一となるシャッタ方式と、が知られている。

これらの内のローリングシャッタは、本発明の実施形態に係る図６を参照すれば分かるように、ＰＤをリセットして露光を開始してから、所定の露光時間が終了したところでＦＤをリセットしてリセットノイズを読み出し、ＰＤからリセット後のＦＤへ電荷を転送して、このＦＤの読み出しを行う処理手順となっているために、ＦＤに発生する暗電流の影響を極めて小さく抑制することができる。ただし、このローリングシャッタは、露光開始時刻（および露光終了時刻）がライン毎に異なるために、高速に移動する物体を撮像すると、その物体の画像部分に歪みが生じてしまうことになる。

これに対して、従来のグローバルシャッタは、露光期間が始まる前までにＦＤをライン順にリセットしてリセットノイズを読み出し、その後に全ライン同時に露光が開始されて、さらにその後に全ライン同時に露光が終了したところで、ＰＤからＦＤへ電荷を転送し、読出期間が開始されてからライン順にＦＤの読み出しを行う処理手順となっている。このようなグローバルシャッタによれば、露光開始時刻（および露光終了時刻）が全ライン同一となるために、高速に移動する物体を撮像しても歪みが生じることがない、という利点を備えている。ただし、このグローバルシャッタでは、ＦＤをリセットしてからＦＤから信号電荷の読み出しを行うまでに（露光期間＋読出期間）程度の時間が必要となるために、ＦＤに発生する暗電流の影響を比較的大きく受けざるを得なかった。

そこで、例えば特開２００８−２８５１７号公報には、グローバルシャッタ時に、ＦＤをリセットしてリセットノイズを読み出す処理を、露光期間が開始された後にも行い、読出期間が始まる前までに終了する技術が記載されている（本発明の実施形態に係る図５を参照）。これにより、ＦＤをリセットしてからＦＤからの読み出しを行うまでの時間をできる限り短縮して読出期間程度（１フレーム周期程度）とし、ＦＤに発生する暗電流に起因するノイズをより低減することが可能となっている。
特開２００８−２８５１７号公報

ところで、ＦＤにおいて発生する暗電流は、温度による変動が大きいことが知られている。しかし、上記特開２００８−２８５１７号公報に記載の技術では、暗電流に起因するノイズが温度により変動することについては特に考慮されていなかった。従って、該公報に記載の技術を用いても、撮像素子の温度が高い場合には暗電流に起因するノイズを有効に低減することは難しかった。

こうして、全画素の光電変換部が同一時刻にリセットされないことに起因する画像の歪みと、信号蓄積部がリセットされてから信号電荷が転送されるまでに時間を要することによりこの信号蓄積部に暗電流が発生してしまうことに起因するノイズと、の両方に対してバランス良く配慮することができる技術が望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、露光時刻が異なることに起因する画像の歪みと暗電流に起因するノイズとをバランス良く低減することが可能な撮像装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による撮像装置は、入射光量に応じた信号を発生させる光電変換部と、上記光電変換部により発生された信号を一時的に保持する信号蓄積部と、上記光電変換部により発生された信号を上記信号蓄積部へ移送するゲート部と、上記信号蓄積部をリセットする第１リセット部と、上記信号蓄積部の信号を読み出す信号読出部と、を有する画素を二次元状に配列してなる画素部と、上記光電変換部をリセットする第２リセット部と、を備えた固体撮像素子と、上記固体撮像素子の温度を実質的に検出する温度検出部と、上記光電変換部に電荷を蓄積する露光時間を設定する露光時間設定部と、全画素の上記光電変換部を上記第２リセット部によって一括してリセットすることにより上記光電変換部における信号の蓄積を同時に開始させ、上記露光時間だけ上記光電変換部に蓄積した信号を上記ゲート部により一括して上記信号蓄積部に移送した後に、該信号蓄積部に蓄積した信号を上記信号読出部により読み出すように制御する第１駆動部と、上記光電変換部を上記第２リセット部によってリセットすることにより上記光電変換部における信号の蓄積を開始させ、上記露光時間だけ上記光電変換部に蓄積した信号を上記ゲート部により上記信号蓄積部に移送した後に、該信号蓄積部に蓄積した信号を上記信号読出部により読み出す動作を、ライン毎に順次行うように制御する第２駆動部と、上記露光時間設定部により設定した露光時間を所定時間と比較して、所定時間よりも長い場合には上記固体撮像素子の駆動について上記第２駆動部を選択し、所定時間以下である場合には、さらに上記温度検出部により検出された温度が所定値以上である場合に上記固体撮像素子の駆動について上記第２駆動部を選択し、上記温度検出部により検出された温度が該所定値未満である場合に上記固体撮像素子の駆動について上記第１駆動部を選択する選択部と、を具備し、上記選択部により選択された上記第１駆動部または上記第２駆動部により上記固体撮像素子を駆動して撮影を行うものである。

また、本発明の第２の態様による撮像装置は、上記第１の態様による撮像装置において、上記選択部が上記露光時間と比較する上記所定時間は、フレーム周期に基づいて算出される時間である。

本発明の第３の態様による撮像装置は、入射光量に応じた信号を発生させる光電変換部と、上記光電変換部により発生された信号を一時的に保持する信号蓄積部と、上記光電変換部により発生された信号を上記信号蓄積部へ移送するゲート部と、上記信号蓄積部をリセットする第１リセット部と、上記信号蓄積部の信号を読み出す信号読出部と、を有する画素を二次元状に配列してなる画素部と、上記光電変換部をリセットする第２リセット部と、を備えた固体撮像素子と、上記固体撮像素子の温度を実質的に検出する温度検出部と、上記光電変換部に電荷を蓄積する露光時間を設定する露光時間設定部と、全画素の上記光電変換部を上記第２リセット部によって一括してリセットすることにより上記光電変換部における信号の蓄積を同時に開始させ、上記露光時間だけ上記光電変換部に蓄積した信号を上記ゲート部により一括して上記信号蓄積部に移送した後に、該信号蓄積部に蓄積した信号を上記信号読出部により読み出すように制御する第１駆動部と、上記光電変換部を上記第２リセット部によってリセットすることにより上記光電変換部における信号の蓄積を開始させ、上記露光時間だけ上記光電変換部に蓄積した信号を上記ゲート部により上記信号蓄積部に移送した後に、該信号蓄積部に蓄積した信号を上記信号読出部により読み出す動作を、ライン毎に順次行うように制御する第２駆動部と、上記温度検出部により検出された温度が相対的に高い場合には相対的に低い場合よりも長くなるようにある時間を求めて、求めた時間を所定時間とし、上記露光時間設定部により設定した露光時間を上記所定時間と比較して、所定時間以下である場合には上記固体撮像素子の駆動について上記第１駆動部を選択し、所定時間よりも長い場合には上記固体撮像素子の駆動について上記第２駆動部を選択する選択部と、を具備し、上記選択部により選択された上記第１駆動部または上記第２駆動部により上記固体撮像素子を駆動して撮影を行うものである。

本発明の撮像装置によれば、露光時刻が異なることに起因する画像の歪みと暗電流に起因するノイズとをバランス良く低減することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［実施形態１］
図１から図７は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は撮像装置の構成を示すブロック図である。

この撮像装置は、図１に示すように、レンズ１と、撮像部２と、温度検出部３と、画像処理部４と、表示部５と、カメラ操作部７と、カメラ制御部８と、を備えている。なお、メモリカード６は、この撮像装置に対して着脱可能に構成されているために、この撮像装置固有の構成でなくても構わない。

レンズ１は、被写体の光学像を撮像部２の撮像素子１１（図２参照）の撮像面に結像するためのものである。

撮像部２は、レンズ１により結像された被写体の光学像を光電変換して、後述するようにデジタル信号に変換してから、出力するものである。

温度検出部３は、撮像部２の撮像素子１１の近傍に配設されていて、この撮像素子１１の温度を実質的に検出するためのものである。

画像処理部４は、撮像部２から出力される画像信号に、種々のデジタル的な画像処理（この画像処理は、例えば記録再生用の圧縮伸長処理等も含む）を行うものである。

表示部５は、画像処理部４により表示用に画像処理された信号に基づき画像を表示するものである。

メモリカード６は、画像処理部４により記録用に画像処理された信号を保存するための記録媒体である。

カメラ操作部７は、この撮像装置に対する各種の操作入力を行うためのものである。

カメラ制御部８は、カメラ操作部７からの操作入力と、温度検出部３により検出された撮像素子１１の温度と、に基づいて、撮像部２、画像処理部４、メモリカード６等を含むこの撮像装置全体を制御するものである。このカメラ制御部８は、撮像素子１１の後述する光電変換部ＰＤに電荷を蓄積する露光時間を設定する露光時間設定部を兼ねたものとなっている。そして、カメラ制御部８は、設定した露光時間に基づいて、さらには温度検出部３により検出された撮像素子１１の温度に基づいて、撮像部２にグローバルシャッタとしての動作を行わせるかあるいはローリングシャッタとしての動作を行わせるかを後述するように選択する選択部を兼ねたものとなっている。

次に、図２は、撮像部２のより詳細な構成を示す図である。

この撮像部２は、ＭＯＳ型の固体撮像素子として構成された撮像素子１１と、Ａ／Ｄ変換部１２と、ＫＴＣノイズ除去部１３と、を備えて構成されている。

これらの内の撮像素子１１は、画素部１４と、ＣＤＳ部１５と、垂直走査回路１６と、水平走査回路１７と、を備えて構成されている。

画素部１４は、複数の画素１８を２次元状に配列して構成されている。

垂直走査回路１６は、第１駆動部と第２駆動部とを兼ねていて、行（ライン）単位で画素を選択するものである。この垂直走査回路１６により選択された行の画素の信号は、列毎に設けられている垂直転送線ＶＴＬ（図３参照）へ出力されるようになっている。

ＣＤＳ部１５は、ローリングシャッタ時に、垂直転送線ＶＴＬから転送されてくる画素信号に相関二重サンプリングを行うものである。

水平走査回路１７は、第１駆動部と第２駆動部とを兼ねていて、垂直走査回路１６により選択されて垂直転送線ＶＴＬからＣＤＳ部１５を介して転送されてくる１行分の画素の信号を取り込み、その行の画素の信号を水平方向の画素並びの順で時系列に出力するものである。

Ａ／Ｄ変換部１２は、撮像素子１１から出力されてくるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するものである。

ＫＴＣノイズ除去部１３は、グローバルシャッタ時に、Ａ／Ｄ変換部１２から出力されてくるデジタルの画像信号に、ＫＴＣノイズ除去の処理を行うものである。

続いて、図３は、撮像素子１１の画素部１４における画素１８の構成をより詳細に示す回路図である。

図３において、ＰＤは光電変換部であり、ＦＤは光電変換部ＰＤの信号を一時的に保持する信号蓄積部（フローティングディフュージョン）である。

Ｍｔｘ２は光電変換部ＰＤをリセットする第２リセット部として機能するトランジスタであり、電流源ＶＤＤに接続されると共に、ＰＤリセットパルスを印加するための信号線Ｔｘ２に接続されている。

Ｍｔｘ１は光電変換部ＰＤの信号を信号蓄積部ＦＤへ転送するゲート部として機能するトランジスタであり、転送パルスを印加するための信号線Ｔｘ１に接続されている。

Ｍａは増幅部として機能する増幅用トランジスタであり、垂直転送線ＶＴＬに設けられた電流源ＶＤＤとでソースフォロアンプを構成する。信号蓄積部ＦＤの信号は、増幅用トランジスタＭａにより増幅され、信号読出部として機能する選択トランジスタＭｂを介して垂直転送線ＶＴＬに出力される。選択トランジスタＭｂは、選択パルスを印加するための信号線ＳＥＬに接続されている。

Ｍｒは信号蓄積部ＦＤおよび増幅用トランジスタＭａの入力部をリセットする第１リセット部として機能するトランジスタであり、ＦＤリセットパルスを印加するための信号線ＲＥＳに接続されている。なお、上述したトランジスタＭｔｘ１への転送パルスの印加と、このトランジスタＭｒへのＦＤリセットパルスの印加と、を同時に行えば、信号蓄積部ＦＤをリセットすることができるだけでなく、同時にさらに光電変換部ＰＤをリセットすることができる。従って、ゲート部であるトランジスタＭｔｘ１および第１リセット部であるトランジスタＭｒの組み合わせは、第２リセット部としても機能するものとなっている。

次に、図４は、半導体基板における画素１８の構成を基板厚み方向に示す図である。

この図４に示す例においては、半導体基板としてＰ型基板を用いている。

光電変換部ＰＤは、ｎ−領域として形成されていて、その配線層側にはｐ領域が形成されている。また、このｐ領域に信号線Ｔｘ２が接続されている。これにより光電変換部ＰＤは埋め込み型として形成され、上述したように、暗電流を少なくすることが可能となっている。

信号蓄積部ＦＤは、光電変換部ＰＤと所定の間隔を離してｎ＋領域として形成されている。このｎ＋領域は、増幅用トランジスタＭａ側へ接続されるようになっている。このように信号蓄積部ＦＤは、配線層に直接接続されるために、暗電流を少なくすることは上述したように困難である。

また、光電変換部ＰＤと信号蓄積部ＦＤとの間の基板表面にはゲート電極が形成され、トランジスタＭｔｘ１が構成されている。このトランジスタＭｔｘ１のゲート電極は、信号線Ｔｘ１に接続されている。

さらに、信号蓄積部ＦＤを構成するｎ＋領域とは、所定の間隔を離して、他のｎ＋領域が形成されており、後者のｎ＋領域に電流源ＶＤＤが接続されている。そして、これら２つのｎ＋領域の間の基板表面にゲート電極が形成されて、トランジスタＭｒが構成されている。このトランジスタＭｒのゲート電極は、信号線ＲＥＳに接続されている。

続いて、図５は、この撮像装置におけるグローバルシャッタ時の動作を示すタイミングチャートである。

グローバルシャッタ動作時には、全ラインの全画素のトランジスタＭｔｘ２が同時にオフになったところで、全画素の光電変換部ＰＤへの電荷の蓄積が開始され、つまり全画素の露光が同時に開始される。

その後、全ラインの全画素のトランジスタＭｔｘ１に転送パルスが同時に印加されたところで、全画素の光電変換部ＰＤに蓄積されていた電荷が信号蓄積部ＦＤへ転送され、つまり全画素の露光が同時に終了する。ここに、露光期間の開始から露光期間の終了までの時間（露光時間）が、後述するシャッタ速度Ｔｓである。

そして、その後は読出期間に入って、信号蓄積部ＦＤに蓄積されている電荷が、増幅用トランジスタＭａおよび選択トランジスタＭｂを介して、ライン単位で垂直転送線ＶＴＬへ順次転送される。なお、上述した露光期間が終了した時点から、この読出期間が終了した時点までがフレーム周期Ｔｆである。

このような動作を行うグローバルシャッタにおいて、信号蓄積部ＦＤのリセットおよびリセットノイズの読み出しは、上述した露光期間が終了するまでの間にライン単位で行われる。なお、この図５に示す例においては、リセットノイズを読み出してから信号電荷を読み出すまでの時間を極力短くして、暗電流に起因するノイズの影響を低減するために、露光期間の終了直前にＦＤのリセットノイズの読み出しが終了するようなタイミングで動作が行われている。そして、このときには、ＦＤリセットノイズを読み出してから、ＦＤの信号電荷を読み出すまでの時間は、ほぼフレーム周期Ｔｆになる。

次に、図６は、この撮像装置におけるローリングシャッタ時の動作を示すタイミングチャートである。

ローリングシャッタ動作時には、光電変換部ＰＤのリセットはライン単位で順次行われる。従って、露光開始時刻は、ライン毎に異なることになる。

ただし、露光時間（上述したシャッタ速度Ｔｓ）は全画素同一である。

そして、露光時間がライン毎のタイミングで終了する直前に、信号蓄積部ＦＤのリセットおよびリセットノイズの読み出しが行われ、露光時間が終了したところで光電変換部ＰＤに蓄積されていた電荷が信号蓄積部ＦＤへ転送され、さらに信号蓄積部ＦＤの電荷が垂直転送線ＶＴＬへ転送され、ＣＤＳ部１５によりノイズが低減される。

こうして、ローリングシャッタ時には、露光時間は全画素同一であっても、露光開始時刻および露光終了時刻がライン毎に異なることになる。

そして、ローリングシャッタ時には、リセットノイズを読み出してから信号電荷を読み出すまでの時間が、フレーム周期Ｔｆに比べてほとんど無視し得る程度の短い時間であるために、暗電流に起因するノイズの影響をグローバルシャッタ時に比して極めて低いレベルに低減することができる。

このように、グローバルシャッタは露光時刻が異なることに起因する画像の歪みが発生することがないという利点を備えている反面、暗電流に起因するノイズの影響を受け易い。一方、ローリングシャッタは露光時刻が異なることに起因する画像の歪みが発生してしまう反面、暗電流に起因するノイズの影響が極めて小さいという利点を備えている。そこで、各々の長短を備えたグローバルシャッタとローリングシャッタとを、シャッタ速度や撮像素子１１の温度に応じて適切に使い分けをするようにした例を示すのが図７である。

図７は、撮像装置においてシャッタ速度や撮像素子の温度に応じてローリングシャッタとグローバルシャッタとをどのように選択するかを示すフローチャートである。

この処理を開始すると、シャッタ速度ＴｓがＡＥ（自動露出制御）に基づいて、または撮影者の設定に基づいて決定され、決定されたシャッタ速度Ｔｓの情報がカメラ制御部８により取得される（ステップＳ１）。

次に、カメラ制御部８は、温度検出部３により撮像部２の撮像素子１１の温度を実質的に検出させ、検出された温度Ｐの情報を取得する（ステップＳ２）。

そして、カメラ制御部８は、まず、取得されたシャッタ速度Ｔｓを所定のシャッタ速度Ｔ０と比較する（ステップＳ３）。ここに、所定のシャッタ速度Ｔ０は、ローリングシャッタによる撮影を行っても、被写体に生じる歪みがあまり目立たないと想定されるシャッタ速度である。つまり、シャッタ速度が速い（図６における露光時間＝Ｔｓが短い）と、上端側のラインの露光期間と下端側のラインの露光期間とに共通する時刻が存在しなくなり、つまり上端側のラインにより撮像された画像と下端側のラインにより撮像された画像とは、異なる時刻の画像となる。これに対して、シャッタ速度が遅い（図６における露光時間＝Ｔｓが長い）と、上端側のラインの露光期間と下端側のラインの露光期間とに共通する時刻が長くなり、露光期間の多くが同一時刻に露光された画像となる。従って、このような区分を行う際の閾値として設定されたのが上述した所定のシャッタ速度Ｔ０である。この所定のシャッタ速度Ｔ０の具体例としては、フレーム周期Ｔｆと一致させる場合、フレーム周期Ｔｆの半分の時間と一致させる場合、などが挙げられ、これらはフレーム周期に基づいて算出された時間である。

このステップＳ３において、シャッタ速度Ｔｓが所定のシャッタ速度Ｔ０以下である（つまり、所定のシャッタ速度Ｔ０と等しいかそれよりも早いシャッタ速度である）と判定された場合には、取得された撮像素子１１の温度Ｐを所定の温度Ｐ０と比較する（ステップＳ４）。ここに、所定の温度Ｐ０は、グローバルシャッタによる撮影を行った場合（つまり、ＦＤをリセットしてからＦＤの電荷を読み出すまでの時間が、図５に示したように、フレーム周期Ｔｆ程度にならざるを得ない場合）には、暗電流に起因するノイズが無視し得ない程度に発生すると考えられる閾値となる温度である。ここに、常温付近において、暗電流は、温度が８度増加する毎に２倍になる傾向があることが知られ、暗電流ショットノイズは、温度が８度増加する毎に√２倍になる傾向があることが知られている。しかしながら、暗電流に起因するノイズが温度に応じて実際にどの程度発生するかは、撮像素子のタイプによって様々であるために、この所定の温度Ｐ０は実験等を行ってその結果に基づき決定することになる。

上述したステップＳ３においてシャッタ速度Ｔｓが所定のシャッタ速度Ｔ０よりも大きい（つまり、所定のシャッタ速度Ｔ０よりも遅いシャッタ速度である）と判定された場合、または上述したステップＳ４において温度Ｐが所定の温度Ｐ０以上であると判定された場合には、カメラ制御部８は、ローリングシャッタによる撮影を行わせるように撮像部２を制御する（ステップＳ５）。

一方、上述したステップＳ４において温度Ｐが所定の温度Ｐ０未満であると判定された場合には、カメラ制御部８は、グローバルシャッタによる撮影を行わせるように撮像部２を制御する（ステップＳ６）。

このように、カメラ制御部８は、シャッタ速度Ｔｓに基づいて、あるいはさらに撮像素子１１の温度Ｐに基づいて、ローリングシャッタによる撮像を行うか、あるいはグローバルシャッタによる撮像を行うかを決定して、制御するようになっている。

なお、上述では、光電変換部ＰＤをリセットする第２リセット部として機能するトランジスタＭｔｘ２を各画素毎に設けたが、これに限るものではなく、例えばライン毎に１つずつ設けるようにしても構わないし、複数画素毎に１つずつ設けるようにしても良い。

このような実施形態１によれば、シャッタ速度Ｔｓに基づいて、ローリングシャッタによる撮像を行った場合に被写体に生じる歪みが無視し得る程度であるか否かを判定し、無視し得る程度であると判定した場合にローリングシャッタによる撮像を行うようにしているために、被写体に歪みをほとんど生じさせることなく、暗電流に起因するノイズの影響が極めて小さい画像を撮像することができる。

さらに、シャッタ速度Ｔｓに基づいて、ローリングシャッタによる撮像を行った場合に被写体に生じる歪みが無視し得ない程度であると判定した場合であっても、撮像素子１１の温度Ｐに基づいて、グローバルシャッタによる撮像を行った場合の暗電流に起因するノイズの影響が無視し得ない程度であると判定した場合には、ローリングシャッタによる撮像を行うようにしているために、被写体に幾らかの歪みが生じたとしても、暗電流に起因するノイズの影響が極めて小さい画像を撮像することができる。

加えて、シャッタ速度Ｔｓに基づいて、ローリングシャッタによる撮像を行った場合に被写体に生じる歪みが無視し得ない程度であると判定した場合であって、かつ、撮像素子１１の温度Ｐに基づいて、グローバルシャッタによる撮像を行った場合の暗電流に起因するノイズの影響が無視し得る程度であると判定した場合には、グローバルシャッタによる撮像を行うようにしているために、被写体に生じる歪みを抑制しながら、暗電流に起因するノイズの影響が小さい画像を撮像することができる。

［実施形態２］
図８および図９は本発明の実施形態２を示したものであり、図８は撮像装置においてシャッタ速度や撮像素子の温度に応じてローリングシャッタとグローバルシャッタとをどのように選択するかを示すフローチャート、図９は撮像素子の温度に応じて所定のシャッタ速度が変化する様子の一例を示す線図である。

この実施形態２において、上述の実施形態１と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

本実施形態は、ローリングシャッタを選択するかあるいはグローバルシャッタを選択するかを決定する際に用いる閾値としての所定のシャッタ速度を、撮像素子の温度に応じて変化させるようにしたものとなっている。

すなわち、低温においては暗電流に起因するノイズの影響が小さいために、より低速のシャッタ速度の範囲までグローバルシャッタによる撮像を行うことが望ましい。一方、高温においては暗電流に起因するノイズの影響が大きいために、比較的高速のシャッタ速度であっても（つまり画像に幾らかの歪みが生じるとしても）ローリングシャッタを選択することが望ましい。

そこで、図９は、撮像素子の温度に応じて、所定のシャッタ速度を変化させる様子の一例を示している。

図示の例では、撮像素子の温度が８℃程度以下である場合には所定のシャッタ速度として１／３０秒を設定し、４８℃程度以上である場合には所定のシャッタ速度として１／１０００秒を設定し、さらに８℃〜４８℃の範囲においてこれらが滑らかに結ばれるように（例えば、図９の縦軸は指数目盛となっているが、このようなグラフにおいて８℃程度以下の部分と４８℃程度以上の部分とが直線的に結ばれるように）したものとなっている。そして、このような所定のシャッタ速度の温度依存性が、カメラ制御部８内の不揮発性メモリに例えばテーブルまたは数式等として記憶されているものとする。

このように変化する所定のシャッタ速度を用いて、ローリングシャッタとグローバルシャッタとを適切に使い分けするようにした処理を示すのが図８である。

すなわち、この処理を開始すると、上述したステップＳ１およびステップＳ２の処理を行ってシャッタ速度Ｔｓと撮像素子１１の温度Ｐとを取得する。

そして、カメラ制御部８は、取得した温度Ｐに基づいて所定のシャッタ速度Ｔ０（Ｐ）を算出し、取得したシャッタ速度Ｔｓがこの所定のシャッタ速度Ｔ０（Ｐ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ここで、シャッタ速度Ｔｓが、温度Ｐに依存する所定のシャッタ速度Ｔ０（Ｐ）よりも大きい（つまり、所定のシャッタ速度Ｔ０（Ｐ）よりも遅いシャッタ速度である）と判定された場合には、ステップＳ５の処理へ進んでローリングシャッタによる撮影を行わせるように撮像部２を制御する。

一方、シャッタ速度Ｔｓが、温度Ｐに依存する所定のシャッタ速度Ｔ０（Ｐ）以下である（つまり、所定のシャッタ速度Ｔ０（Ｐ）と等しいかそれよりも早いシャッタ速度である）と判定された場合には、ステップＳ６の処理へ進んでグローバルシャッタによる撮影を行わせるように撮像部２を制御する。

このような実施形態２によれば、上述した実施形態１とほぼ同様の効果を奏するとともに、シャッタ速度Ｔｓと撮像素子１１の温度Ｐとの２つのパラメータに応じたより細かい制御を行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

本発明の実施形態１における撮像装置の構成を示すブロック図。 上記実施形態１における撮像部のより詳細な構成を示す図。 上記実施形態１において、撮像素子の画素部における画素の構成をより詳細に示す回路図。 上記実施形態１において、半導体基板における画素の構成を基板厚み方向に示す図。 上記実施形態１の撮像装置におけるグローバルシャッタ時の動作を示すタイミングチャート。 上記実施形態１の撮像装置におけるローリングシャッタ時の動作を示すタイミングチャート。 上記実施形態１の撮像装置においてシャッタ速度や撮像素子の温度に応じてローリングシャッタとグローバルシャッタとをどのように選択するかを示すフローチャート。 本発明の実施形態２の撮像装置においてシャッタ速度や撮像素子の温度に応じてローリングシャッタとグローバルシャッタとをどのように選択するかを示すフローチャート。 上記実施形態２において、撮像素子の温度に応じて所定のシャッタ速度が変化する様子の一例を示す線図。

符号の説明

１…レンズ
２…撮像部
３…温度検出部
４…画像処理部
５…表示部
６…メモリカード
７…カメラ操作部
８…カメラ制御部（露光時間設定部、選択部）
１１…撮像素子（固体撮像素子）
１２…Ａ／Ｄ変換部
１３…ＫＴＣノイズ除去部
１４…画素部
１５…ＣＤＳ部
１６…垂直走査回路（第１駆動部、第２駆動部）
１７…水平走査回路（第１駆動部、第２駆動部）
１８…画素
ＦＤ…信号蓄積部
ＰＤ…光電変換部
Ｍｔｘ１…トランジスタ（ゲート部）
Ｍｔｘ２…トランジスタ（第２リセット部）
Ｍｒ…トランジスタ（第１リセット部）
Ｍｂ…選択トランジスタ（信号読出部）

Claims (3)

1. 入射光量に応じた信号を発生させる光電変換部と、上記光電変換部により発生された信号を一時的に保持する信号蓄積部と、上記光電変換部により発生された信号を上記信号蓄積部へ移送するゲート部と、上記信号蓄積部をリセットする第１リセット部と、上記信号蓄積部の信号を読み出す信号読出部と、を有する画素を二次元状に配列してなる画素部と、上記光電変換部をリセットする第２リセット部と、を備えた固体撮像素子と、
   上記固体撮像素子の温度を実質的に検出する温度検出部と、
   上記光電変換部に電荷を蓄積する露光時間を設定する露光時間設定部と、
   全画素の上記光電変換部を上記第２リセット部によって一括してリセットすることにより上記光電変換部における信号の蓄積を同時に開始させ、上記露光時間だけ上記光電変換部に蓄積した信号を上記ゲート部により一括して上記信号蓄積部に移送した後に、該信号蓄積部に蓄積した信号を上記信号読出部により読み出すように制御する第１駆動部と、
   上記光電変換部を上記第２リセット部によってリセットすることにより上記光電変換部における信号の蓄積を開始させ、上記露光時間だけ上記光電変換部に蓄積した信号を上記ゲート部により上記信号蓄積部に移送した後に、該信号蓄積部に蓄積した信号を上記信号読出部により読み出す動作を、ライン毎に順次行うように制御する第２駆動部と、
   上記露光時間設定部により設定した露光時間を所定時間と比較して、所定時間よりも長い場合には上記固体撮像素子の駆動について上記第２駆動部を選択し、所定時間以下である場合には、さらに上記温度検出部により検出された温度が所定値以上である場合に上記固体撮像素子の駆動について上記第２駆動部を選択し、上記温度検出部により検出された温度が該所定値未満である場合に上記固体撮像素子の駆動について上記第１駆動部を選択する選択部と、
   を具備し、
   上記選択部により選択された上記第１駆動部または上記第２駆動部により上記固体撮像素子を駆動して撮影を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 上記選択部が上記露光時間と比較する上記所定時間は、フレーム周期に基づいて算出される時間であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 入射光量に応じた信号を発生させる光電変換部と、上記光電変換部により発生された信号を一時的に保持する信号蓄積部と、上記光電変換部により発生された信号を上記信号蓄積部へ移送するゲート部と、上記信号蓄積部をリセットする第１リセット部と、上記信号蓄積部の信号を読み出す信号読出部と、を有する画素を二次元状に配列してなる画素部と、上記光電変換部をリセットする第２リセット部と、を備えた固体撮像素子と、
   上記固体撮像素子の温度を実質的に検出する温度検出部と、
   上記光電変換部に電荷を蓄積する露光時間を設定する露光時間設定部と、
   全画素の上記光電変換部を上記第２リセット部によって一括してリセットすることにより上記光電変換部における信号の蓄積を同時に開始させ、上記露光時間だけ上記光電変換部に蓄積した信号を上記ゲート部により一括して上記信号蓄積部に移送した後に、該信号蓄積部に蓄積した信号を上記信号読出部により読み出すように制御する第１駆動部と、
   上記光電変換部を上記第２リセット部によってリセットすることにより上記光電変換部における信号の蓄積を開始させ、上記露光時間だけ上記光電変換部に蓄積した信号を上記ゲート部により上記信号蓄積部に移送した後に、該信号蓄積部に蓄積した信号を上記信号読出部により読み出す動作を、ライン毎に順次行うように制御する第２駆動部と、
   上記温度検出部により検出された温度が相対的に高い場合には相対的に低い場合よりも長くなるようにある時間を求めて、求めた時間を所定時間とし、上記露光時間設定部により設定した露光時間を上記所定時間と比較して、所定時間以下である場合には上記固体撮像素子の駆動について上記第１駆動部を選択し、所定時間よりも長い場合には上記固体撮像素子の駆動について上記第２駆動部を選択する選択部と、
   を具備し、
   上記選択部により選択された上記第１駆動部または上記第２駆動部により上記固体撮像素子を駆動して撮影を行うことを特徴とする撮像装置。

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