JP6700758B2 - 撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Description

撮像装置の駆動方法に関する。

特許文献１に記載された撮像装置には、画素から出力された信号を保持する複数のメモリが配されている。そして、連続的に光が入射された光電変換部に生じた電荷に対応して画素から出力された信号を、各々のメモリに保持している。このメモリでの保持は光電変換部で生じた電荷をソースフォロワ回路で電圧に変換したのちに行っている。そして電圧に変換したのちに保持した信号を、後段の回路で加算あるいは平均化処理を行うことでダイナミックレンジ拡大を図っている。

特開２０１３−５５６１０号公報

光電変換部に生じた電荷に対応して画素から出力された信号を、複数のメモリが保持する構成においては、画素において光電変換部で生じた電荷を電圧に変換したのちに信号として保持される。各々の信号にソースフォロアに起因したノイズを含んだ状態で保持されてしまう恐れがある。特に、光電変換部で生じた電荷のうち、各々が異なる期間で生じた電荷に基づく信号を用いる場合には、異なる時間に生じた信号を取り扱うため、さらにこのノイズが時間的に変化してばらつく可能性が高い。

そのため、保持した信号を加算した際にＳ／Ｎ比（信号／ノイズ比）の向上という点で検討が必要であった。

本発明は上記課題に鑑み、異なる期間に光電変換部で生じた電荷を用いて画像を生成する際に、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能な撮像装置の駆動方法を提供する。

本発明は、光電変換部と、一つの光電変換部で生じた電荷を保持する少なくとも二つの電荷保持部と、一つの光電変換部で生じた電荷を、二つの電荷保持部のうち一方の電荷保持部へ転送する第１転送部と、他方の電荷保持部へ転送する第２転送部と、二つの電荷保持部で保持された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、一方の電荷保持部からフローティングディフュージョンへ電荷を転送する第３転送部と、他方の電荷保持部からフローティングディフュージョンへ電荷を転送する第４転送部と、を有する複数の画素を行列状に有する撮像装置の駆動方法であって、異なる期間に一つの光電変換部において生じた電荷を、二つの電荷保持部の各々に保持させた後、第３転送部をオン状態としてフローティングディフュージョンへ電荷を転送した後、フローティングディフュージョンで転送された電荷を保持した状態で、第４転送部をオン状態とすることを特徴とする。

複数の電荷保持部を有する画素において、異なる期間に光電変換部で生じた電荷を用いて画像を生成する際に、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能となる。

撮像装置のブロック図 画素の回路図 駆動概念図 駆動パルス図 画素の回路図 駆動概念図 駆動パルス図 駆動概念図 駆動パルス図 駆動概念図 駆動パルス図 駆動概念図

（実施例１）
図１〜図４を用いて、本実施例の撮像装置の駆動方法を説明する。各図面において同じ符号が付されている部分は、同じ素子もしくは同じ領域を指す。

図１に撮像装置１０１のブロック図を示す。撮像装置１０１は、画素部１０２、パルス生成部１０３、垂直走査回路１０４、列回路１０５、水平走査回路１０６、信号線１０７、出力回路１０８を有している。

画素部１０２は、光を電気信号へ変換し、変換した電気信号を出力する画素１００を撮像面に複数有している。複数の画素１００は行列状に配置されている。

垂直走査回路１０４はパルス生成部１０３からの制御パルスを受け、各画素に駆動パルスを供給する。垂直走査回路１０４にはシフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられる。

各々の信号線１０７は画素部１０２の画素列毎に配されており画素からの信号が出力される。

列回路１０５には、信号線１０７を介して並列に出力され所定の処理が行われる。所定の処理とはノイズ除去、信号の増幅、ＡＤ変換の少なくとも一つである。

水平走査回路１０６は、列回路１０５で処理されたのちの信号を順次出力するための駆動パルスを列回路１０５に供給する。

出力回路１０８は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列回路１０５からの画素信号を撮像装置１０１の外部の信号処理部に出力する。

図２に画素１００の回路図を示す。図２では行列状に配列された複数の画素１００のうち、２行２列の４つの画素１００を示す。

本実施例では電子を信号電荷（以下、電荷とも表現する）として扱う。各トランジスタはＮ型のトランジスタとして説明する。電荷をホールとする場合には、光電変換部２０１、電荷保持部およびＦＤ２０５を構成するそれぞれの半導体領域の導電型を反対導電型にすればよい。

各画素は一つの光電変換部で生じた電荷を各々が保持する二つの電荷保持部を有している。両者を区別するために、一方の電荷保持部を第１電荷保持部、他方の電荷保持部を第２電荷保持部として説明する。

光電変換部２０１は、光が入射すると電荷対が生じ、電子を蓄積する。ここでは光電変換部２０１の例としてフォトダイオードを示している。

第１電荷保持部２０３および第２電荷保持部２１３は光電変換部２０１から転送された電荷を保持する。

第１転送部２０２は、光電変換部２０１で生じた電荷を第１電荷保持部２０３に転送する。第１転送部２０２には、駆動パルスｐＧＳ１が供給され、駆動パルスｐＧＳ１により第１転送部２０２のオン状態（導通）、オフ状態（非導通）が切り替えられる。具体的には、駆動パルスｐＧＳ１がＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベル）となることで第１転送部２０２がオン状態となる。さらに、駆動パルスｐＧＳ１がＬｏｗレベル（以下、Ｌレベル）以下となることで第１転送部２０２がオフ状態となる。

第２転送部２１２は、光電変換部２０１で生じた電荷を第２電荷保持部２１３に転送する。第２転送部２１２には、駆動パルスｐＧＳ２が供給され、駆動パルスｐＧＳ２により第２転送部２１２のオン状態、オフ状態が切り替えられる。

第３転送部２０４は、第１電荷保持部２０３で保持された電荷をフローティングディフュージョン（以下ＦＤ）２０５に転送する。第３転送部２０４には、駆動パルスｐＴＸ１が供給され、駆動パルスｐＴＸ１により第３転送部２０４のオン状態、オフ状態が切り替えられる。

第４転送部２１４は、第２電荷保持部２１３で保持された電荷をＦＤ２０５に転送する。第４転送部２１４には、駆動パルスｐＴＸ２が供給され、駆動パルスｐＴＸ２により第４転送部２１４のオン状態、オフ状態が切り替えられる。各転送部はトランジスタにより構成することができる。

ＦＤ２０５は、第３転送部２０４および第４転送部２１４によって、各電荷保持部の電荷が転送される半導体領域である。ＦＤ２０５は所定期間電荷を保持する。そして、ＦＤ２０５は増幅トランジスタ２０７のゲートと接続され増幅トランジスタ２０７の入力ノードの一部を構成する。

増幅トランジスタ２０７は、ソースフォロアを構成し、ＦＤ２０５に転送された電荷に基づく信号を増幅して選択トランジスタ２０８を介して信号線２０７へ出力する。増幅トランジスタ２０７のドレインは電源電圧ＶＤＤが供給されている電源配線に接続される。増幅トランジスタ２０７のソースは、選択トランジスタ２０８のドレインに接続され、選択トランジスタ２０８のソースは信号線１０７に接続されている。

リセットトランジスタ２０６は、ＦＤ２０５を含む入力ノードの電圧をリセットする。リセットトランジスタ２０６のゲートには駆動パルスｐＲＥＳが供給される。駆動パルスｐＲＥＳがＨレベルとなることでオン状態となり、Ｌレベルとなることでオフ状態となる。

選択トランジスタ２０８は、増幅トランジスタ２０７と信号線１０７との電気的導通を制御し、１つの信号線１０７に対して複数設けられている画素１００の信号を１画素ずつもしくは複数画素ずつ信号線１０７に出力させる。選択トランジスタ２０８のゲートには駆動パルスｐＳＥＬが供給される。駆動パルスｐＳＥＬがＨレベルとなることでオン状態となり、Ｌレベルとなることでオフ状態となる。

本実施例の構成に代えて、選択トランジスタ２０８を設けずに、増幅トランジスタ２０７のドレインもしくは増幅トランジスタ２０７のゲートの電位を切り替えることにより、信号線１０７への選択状態、非選択状態を切り替えてもよい。

次に本実施例の撮像装置の光電変換部で生じた電荷の転送、保持の時間的変化および信号が読み出される様子を図３を用いて説明する。図において電荷保持部をＭＥＭとして表記する。これは以下の図においても同様である。

以下では、複数の画素行つまり行列状に配された複数の画素で、光電変換部２０１における電荷生成の開始を揃え、光電変換部２０１から各電荷保持部への電荷の転送とを揃えるグローバル電子シャッタ動作を説明する。

ただし、各画素行で光電変換部２０１の電荷蓄積の開始と、光電変換部２０１から各電荷保持部への電荷の転送とを順次行うローリングシャッタ動作にも適用可能である。さらに、メカシャッタ―動作においても適用可能であり、その場合にはフレームとフレームの間（例えば図３の第ｎフレームと第ｎ＋１フレームの間）に非露光期間を有する。これらは本実施例以外の実施例においても同様である。

また以下の図および説明におけるフレームとは、複数フレームの画像により動画像を撮影する際の各フレームに対応する期間である。つまり、たとえば１秒間に６０フレームの画像を撮影する場合には、各フレームは１／６０秒となる。静止画撮影の場合も同様に、所定期間を撮影画像の数で割った時間である。たとえば１秒間に１０コマの撮影をする場合には１／１０秒となる。また各フレームに対応する期間の開始時刻と終了時刻として以下の例をあげる。

一つ目は、光電変換部のリセットが解除されて光電変換部における電荷蓄積が可能になった時刻を開始時刻とし、終了時刻は、次フレームの光電変換部のリセットが解除されて光電変換部における電荷蓄積が可能になった時刻とする場合である。たとえば、後述の図６などの動作である。

二つ目は、前フレームの光電変換部の電荷の転送が開始した時刻を開始時刻とし、終了時刻を、そのフレームの画像を生成するための電荷の転送が開始する時刻とする場合である。たとえば後述の図３、８，１０，１２などの動作である。なお、これらの例の開始時刻と終了時刻を組み合わせてもよい。

これらは具体例であるが、さらに各実施例においてオーバーフロードレイン（以下、ＯＦＤ）を用いて、光電変換部の蓄積時間をフレキシブルに変更してもよい。このような場合には、前フレームの光電変換部の電荷の転送完了時刻から、光電変換部のリセットが解除される時刻との間の任意の時間に、開始時刻、終了時刻を設定してもよい。

図３は光電変換部で生じる電荷と電荷保持部で保持される電荷、およびそれらの出力動作を概念的に示す図である。光電変換部から第１電荷保持部へ転送されるタイミングを矢印で示している。また、光電変換部から第２電荷保持部へ転送されるタイミングを矢印で示している。

図３では第ｎフレームの画像を生成するための動作を実線で、それ以外のフレームの画像を生成するための動作を点線で示している。本実施例では主に第ｎフレームに対応する動作を説明する。

図３において、期間Ｔ０−Ｔ２が第ｎフレームの画像に対応する期間であり、期間Ｔ２−Ｔ４が第ｎ＋１フレームの画像に対応する期間である。

時刻Ｔ０で第ｎフレームに対応する期間が開始する。時刻Ｔ０において、光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始される。この時、第１電荷保持部２０３には、第ｎ−１フレームの画像を生成するための電荷（ＰＤｎ−１（１））が保持され、第２電荷保持部２１３には、第ｎ−１フレームの画像を生成するための電荷（ＰＤｎ−１（２））が保持されている。そして、期間Ｔ０−Ｔ１において、各画素行の画素の各電荷保持部に保持した電荷に対応した信号が、順次行ごとに出力される。

時刻Ｔ１では、期間Ｔ０−Ｔ１に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（１）が、全画素において一括して第１電荷保持部２０３へ転送される。そして、電荷転送が終了した光電変換部２０１において生じた電荷の蓄積が開始される。

時刻Ｔ２では、期間Ｔ１−Ｔ２に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（２）が、全画素において一括して第２電荷保持部２１３へ転送される。なお、当該転送は、時刻Ｔ１で転送された電荷ＰＤｎ（１）が第１電荷保持部２０３で保持されている状態で行う。

さらに、時刻Ｔ２において第ｎフレームの画像を生成するための電荷の転送が完了する。したがって、時刻Ｔ２において、第ｎ＋１フレームに対応する期間が開始され、光電変換部２０１において生じた電荷の蓄積が開始される。

なお、期間Ｔ２−Ｔ３において、各電荷保持部に保持した電荷ＰＤｎ（１）、ＰＤｎ（２）に対応した信号が、順次行ごとにＦＤ２０５に転送され、画素外へ出力される。

つまり本実施例は、異なる期間に一つの光電変換部において生じた電荷を、二つの電荷保持部の各々に保持させた後、二つの電荷保持部の各々に保持した電荷をＦＤ２０５で加算することを特徴としている。

ここでＦＤ２０５は期間Ｔ０−Ｔ１に光電変換部で生じた電荷と期間Ｔ１−Ｔ２で生じた電荷の両者をＦＤ２０５で加算することでソースフォロアに起因したノイズを含まないで保持した電荷の加算が可能になり、Ｓ／Ｎ比を向上することが可能となる。

図４は、本実施例の駆動パルス図である。図４の駆動パルス図では、ｍ行目の画素１００に供給される駆動信号の末尾に（ｍ）、ｍ＋１行目の画素１００に供給される駆動信号の末尾に（ｍ＋１）を付けて説明する。なお、特に行を区別せずに説明する際には駆動パルス名の末尾に付与せず説明を行う。また図３で示した各時刻を示す符号と同じ符号を用いている部分は同様の時刻を示している。

図４（ａ）で、時刻Ｔ０に駆動パルスｐＧＳ２はＬレベルになり、第２転送部２１２がオフ状態となり、光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始される。

期間Ｔ０―Ｔ１では光電変換部２０１に生じた電荷を蓄積する。同時に、第ｎ−１フレームの画像を生成するための信号の出力動作を行う。

時刻Ｔ２１において、駆動パルスｐＧＳ１はＨレベルになり、第１転送部２０２がオン状態となり、時刻Ｔ１において、駆動パルスｐＧＳ１はＬレベルとなり、第１転送部２０２はオフ状態となる。

期間Ｔ２１−Ｔ１では、期間Ｔ０−Ｔ１において光電変換部２０１に生じた電荷ＰＤｎ（１）が、第１電荷保持部２０３に転送される。

時刻Ｔ２２において、駆動パルスｐＧＳ２はＨレベルになり、第２転送部２１２がオン状態となり、時刻Ｔ２において、駆動パルスｐＧＳ２はＬレベルとなり、第２転送部２１２はオフ状態となる。

期間Ｔ２２−Ｔ２に、期間Ｔ１−Ｔ２に光電変換部２０１に生じた電荷ＰＤｎ（２）が、第２電荷保持部２１３に転送される。

以上により、第ｎフレームに対応する期間が終了する。

次に時刻Ｔ２に第ｎ＋１フレームに対応する期間が開始される。なお、期間Ｔ２−Ｔ３において、光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始され、同時に、第ｎフレームの画像を生成するための信号の出力動作が行われる。

なお、時刻Ｔ２は時刻Ｔ０、時刻Ｔ３は時刻Ｔ１に対応した動作を行う。本実施例において、期間Ｔ０−Ｔ１（ΔＴ１）と期間Ｔ１−Ｔ２（ΔＴ２）の期間は等しいものとする。

図４（ｂ）を用いて図４（ａ）の「Ｒｅａｄ」における具体的な出力動作（第１出力動作）を説明する。図４（ｂ）において、時刻Ｔ１０にｍ行目の画素行の画素の選択トランジスタ２０８に供給される駆動パルスｐＳＥＬ（ｍ）がＨレベルとなり選択トランジスタ２０８がオン状態となる。時刻Ｔ１０からｍ行目の第１出力動作が開始する。なお、選択トランジスタ２０８が連続してオン状態である行を選択行と呼ぶ。

次に、時刻Ｔ２３に駆動パルスｐＲＥＳ（ｍ）がＨレベルとなりリセットトランジスタ２０６がオン状態となり、時刻Ｔ１１に駆動パルスｐＲＥＳ（ｍ）がＬレベルとなり、リセットトランジスタ２０６がオフ状態となる。期間Ｔ２３−Ｔ１１において、ＦＤ２０５に存在する電荷を電源Ｖｄｄに排出するリセット動作を行う。

その後、期間Ｔ１１−Ｔ２４において、リセット動作によって生じたノイズ信号が図１の列回路１０５に出力され、保持される（Ｎ読み）。

時刻Ｔ２４に駆動パルスｐＴＸ１（ｍ）がＨレベルとなり、第３転送部２０４がオン状態となり、時刻Ｔ１２に駆動パルスｐＴＸ１（ｍ）がＬレベルとなり、第３転送部２０４がオフ状態となる。

期間Ｔ２４−Ｔ１２において、第１電荷保持部２０３に保持されていた第ｎフレームの画像を生成するための電荷ＰＤｎ（１）がＦＤ２０５に転送される。その後、期間Ｔ１２−Ｔ２５において、ＦＤ２０５に転送された電荷ＰＤｎ（１）に対応した信号は増幅トランジスタ２０７のソースフォロワ動作によって増幅され、列回路１０５に出力され、保持される（Ｓ読み）。

次に時刻Ｔ２５に駆動パルスｐＴＸ２（ｍ）がＨレベルとなり、第４転送部２１４がオン状態となり、時刻Ｔ１３に駆動パルスｐＴＸ２（ｍ）がＬレベルとなり、第４転送部２１４がオフ状態となる。

期間Ｔ２５−Ｔ１３において、第２電荷保持部２１３に保持されていた第ｎフレームの画像を生成するための電荷（ＰＤｎ（２））がＦＤ２０５に転送される。なお、期間Ｔ１２−Ｔ１３においてＦＤ２０５はリセットされない。そのため、ＦＤ２０５には電荷ＰＤｎ（１）と電荷ＰＤｎ（２）とを加算した電荷が保持される。

期間Ｔ１３−Ｔ１４において、ＦＤ２０５に転送された電荷ＰＤｎ（１）と電荷ＰＤｎ（２）とを加算した電荷に対応した信号は増幅トランジスタ２０７のソースフォロワ動作によって増幅され、列回路１０５に出力され、保持される（Ｌ読み）。

そして時刻Ｔ１４に駆動パルスｐＳＥＬ（ｍ）がＬレベルとなり、オフ状態となる。これにより、ｍ行目の選択を終了する。

以降、行ごとに順次、第１出力動作を行う。

本実施例では、第１電荷保持部２０３で保持された電荷ＰＤｎ（１）をＦＤ２０５に転送し、電荷ＰＤｎ（１）に対応した信号を列回路１０５に出力し保持する。その後、第２電荷保持部２１３で保持された電荷ＰＤｎ（２）をＦＤ２０５に転送し、電荷ＰＤｎ（１）と電荷ＰＤｎ（２）のとを加算した電荷に対応した信号を列回路１０５に出力し保持する。

これによって、光電変換部２０１の蓄積期間が期間ΔＴ１の電荷に対する信号と期間ΔＴ１の２倍の蓄積期間の電荷に対する信号を得ることができる。

なお、第３転送部をオン状態とする期間の少なくとも一部と第４転送部をオン状態とする期間の少なくとも一部とを重ねてもよい。これは以下の実施例においても同様である。

さらに、期間ΔＴ１に対応した信号を短い蓄積期間（短秒蓄積期間）の電荷に対する信号として扱い、加算した信号を長い蓄積期間（長秒蓄積期間）の電荷に対する信号として扱うことで、ダイナミックレンジを拡大することが可能である。

また、列回路１０５で電荷ＰＤｎ（１）に対応した信号と電荷ＰＤｎ（２）に対応した信号とを加算する場合にには、各々の電荷に対応した信号がソースフォロワでのランダムノイズを含んでいるため、ランダムノイズが加算されてしまう。一方、本実施例ではＦＤ２０５において電荷ＰＤｎ（１）と電荷ＰＤｎ（２）とを加算しているため、ランダムノイズを減らすことができる。そのため低照度におけるＳ／Ｎ比を向上することが可能である。

さらに、第１電荷保持部２０３の電荷ＰＤｎ（１）に対応した信号と第２電荷保持部２１３の電荷ＰＤｎ（２）に対応した信号を別々に読みだす場合には、期間Ｔ１２−Ｔ２５において、ＦＤ２０５をリセットする必要がある。

しかしその場合には、第１電荷保持部２０３からＦＤ２０５への電荷の転送前に行うリセット後のノイズ信号と、第２電荷保持部２１３からＦＤ２０５への電荷の転送前に行うリセット後のノイズ信号とは、リセット後のＫＴＣノイズに相関が無くなる。そのため、各々のノイズ信号を出力する必要がある。

一方、本実施例では、期間Ｔ１２−Ｔ２５において、ＦＤ２０５をリセットする必要がない。そのため、ノイズ信号の読み出しが１回でよいため、１行の出力期間の短縮と、後段の回路での信号処理を簡略化することが可能となる。

本実施例では、一つの光電変換部２０１に対して、２個の電荷保持部の場合を例示したが、一つの光電変換部２０１に対して、３個以上の電荷保持部を配してもよい。これは以下の実施例においても同様である。

（実施例２）
本実施例の撮像装置に関して図５〜図７を用いて説明する。本実施例と実施例１のとの違いは、第１電荷保持部に保持される電荷の光電変換部２０１での電荷蓄積時間が、第２電荷保持部２１３に保持される電荷の光電変換部２０１での電荷蓄積期間より短い点である。つまり、本実施例は、一方の電荷保持部（第１電荷保持部）に転送される電荷の一つの光電変換部で蓄積された期間の長さが、他方の電荷保持部（第２電荷保持部）に転送される電荷の一つの光電変換部で蓄積された期間の長さよりも短い。以下では、実施例１との違いに着目して説明を行う。

なお、本実施例では光電変換部の電荷をリセットするオーバーフロードレイントランジスタ（以下ＯＦＤトランジスタ）を設けた場合について説明するが設けなくてもよい。

図５は本実施例で用いる画素１００の回路図である。ＯＦＤトランジスタ２１１のゲートには駆動パルスｐＯＦＤが供給され、オン状態、オフ状態が制御される。
ＯＦＤトランジスタ２１１をオン状態とすることで強い光が光電変換部２０１に入射した際の不要な電荷を排出する。また、ＯＦＤトランジスタ２１１によって光電変換部２０１の蓄積時間を制御すことが可能である。

次に本実施例の撮像装置の光電変換部で生じた電荷の転送、保持の時間的変化および信号が読み出される様子を図６を用いて説明する。

実施例１では、光電変換部における電荷の生成は、光電変換部から各電荷保持部への電荷の転送により制御していたが、本実施例では、電荷の転送とは別にＯＦＤトランジスタ２１１を用いて任意の時刻に光電変換部における電荷生成期間の開始を制御できる。

また、本実施例は、光電変換部２０１から第１電荷保持部２０３に転送される電荷の蓄積期間の長さと、光電変換部２０１から第２電荷保持部２１３に転送される電荷の蓄積期間の長さとが異なる。

図６は光電変換部で生じる電荷と電荷保持部で保持される電荷、およびそれらの出力動作を概念的に示す図である。図６では、期間Ｔ０−Ｔ３が第ｎフレームに対応する期間であり、期間Ｔ３−Ｔ６が第ｎ＋１フレームに対応する期間である。

時刻Ｔ０にＯＦＤトランジスタ２１１がオン状態からオフ状態となり、光電変換部２０１において第ｎフレームの画像を生成するための電荷の生成が開始する。

この時、第１電荷保持部２０３には、第ｎ−１フレームの画像を生成するための電荷ＰＤｎ−１（１）が保持され、第２電荷保持部２１３には、第ｎ−１フレームの画像を生成するための電荷ＰＤｎ−１（２）が保持されている。

時刻Ｔ１になると、期間Ｔ０―Ｔ１に光電変換部２０１に生じた電荷ＰＤｎ（１）は、光電変換部２０１から第１電荷保持部２０３に全画素一括して転送され、第１電荷保持部２０３に保持される。

時刻Ｔ２になると、期間Ｔ１―Ｔ２に光電変換部２０１に生じた電荷ＰＤｎ（２）が、光電変換部２０１から第２電荷保持部２１３に全画素一括して転送され、第２電荷保持部２１３に保持される。この転送は第１電荷保持部２０３に電荷が保持されている状態で行われる。

期間Ｔ２―Ｔ３において、光電変換部２０１で生じた電荷は、ＯＦＤトランジスタ２１１をオン状態とすることで電源Ｖｄｄに排出される。以後、ＯＦＤトランジスタ２１１をオンさせて電荷を排出する動作をＯＦＤ動作と呼ぶ。

時刻Ｔ３において、ＯＦＤ動作が終了すると、第ｎ＋１フレームの画像に対応する期間が開始し、光電変換部２０１に生じた電荷の蓄積が開始する。

時刻Ｔ４において、期間Ｔ３−Ｔ４に蓄積された電荷ＰＤｎ＋１（１）が第１電荷保持部２０３に全画素一括で転送される。

期間Ｔ２―Ｔ４に各電荷保持部に保持した電荷ＰＤｎ（１）、ＰＤｎ（２）に対応した信号が、順次行ごとに画素外へ出力される。以上が本実施例の動作である。

本実施例の動作は、異なる期間に一つの光電変換部で生じた電荷を第１電荷保持部２０３で保持した状態で、一つの光電変換部で生じた電荷を第２電荷保持部２１３へ電荷を転送することは実施例１と同様である。異なるのは、１度の転送動作で転送される電荷が光電変換部で蓄積されていた期間の長さである。具体的には、１度の転送動作で第１電荷保持部２０３に転送され保持される電荷が光電変換部で蓄積されていた期間の方が、１度の転送動作で第２電荷保持部２１３に転送され保持される電荷が光電変換部で蓄積されていた期間よりも短い。つまり期間Ｔ０−Ｔ１（ΔＴ１）＜期間Ｔ１−Ｔ２（ΔＴ２）の関係になっている。

次に図７は図６の駆動概念に基づいた駆動パルス図である。

図７に示すように、時刻Ｔ０に駆動パルスｐＯＦＤはＨレベルからＬレベルになり、光電変換部２０１に生じた電荷の電源Ｖｄｄへの排出が終了し、第ｎフレームの画像を生成するための電荷の蓄積を開始する。

時刻Ｔ２６において駆動パルスｐＧＳ１はＨレベルとなり第１転送部２０２がオン状態となり、時刻Ｔ１において駆動パルスｐＧＳ１はＬレベルとなり、第１転送部２０２がオフ状態となる。これにより、期間Ｔ０−Ｔ１において光電変換部２０１に生じた電荷の第１電荷保持部２０３への全画素一括の転送が終了する。

時刻Ｔ１の後、駆動パルスｐＧＳ１がＬレベルになると、光電変換部２０１に生じた電荷の蓄積が開始する。

次に時刻Ｔ２７において、駆動パルスｐＧＳ２がＨレベルとなり、第２転送部２１２がオン状態となり、時刻Ｔ２において駆動パルスｐＧＳ２がＬレベルとなり、第２転送部２１２がオフ状態となる。

これにより、期間Ｔ１−Ｔ２において光電変換部２０１に生じた電荷の第２電荷保持部２１３への全画素一括の転送が終了する。

時刻Ｔ２の後、駆動パルスｐＧＳ２がＬレベルになると、光電変換部２０１に生じた電荷の蓄積が開始する。

そして、時刻Ｔ２８において駆動パルスｐＯＦＤがＨレベルとなり、ＯＦＤトランジスタ２１１がオン状態となり、時刻Ｔ３において駆動パルスｐＯＦＤがＬレベルとなり、ＯＦＤトランジスタ２１１がオフ状態となる。これにより、期間Ｔ２−Ｔ３に光電変換部２０１に生じた電荷が電源Ｖｄｄに排出される。なお、前述したように期間Ｔ２−Ｔ４にｎフレームの画像を形成するための信号の出力動作を行う。

ここで、期間Δ１と期間ΔＴ２は、１：４の比となっており、ΔＴ１の方がΔＴ２と比較して期間が短い。以下の説明では、期間ΔＴ１を短秒蓄積期間とよび、期間ΔＴ２を長秒蓄積期間と呼ぶ。本実施例において、期間ΔＴ１の蓄積電荷に対応した信号を短秒信号として扱い、期間ΔＴ１の蓄積電荷と期間ΔＴ２の蓄積電荷とをＦＤ２０５で加算した電荷に対応した信号を長秒信号として扱う。

そして、本実施例における具体的な出力動作は、図４（ｂ）と同じ第１出力動作であるため、説明を省略する。なお、本実施例において出力動作を行うときは、まず、短秒蓄積期間に生じた電荷を保持する第１電荷保持部２０３の電荷をＦＤ２０５に転送する。そして、ＦＤ２０５に転送された電荷ＰＤｎ（１）に対応した信号を列回路１０５に出力し、保持する。その後で、長秒蓄積期間で蓄積された電荷を保持する第２電荷保持部２１３の電荷をＦＤ２０５に転送する。そして、ＦＤ２０５に転送された電荷ＰＤｎ（１）と電荷ＰＤｎ（２）とを加算した電荷に対応した信号を列回路１０５に出力し、保持する。

このような構成によれば実施例１よりもさらにダイナミックレンジを拡大することが可能である。

次に、長い電荷蓄積期間である期間ΔＴ２の電荷よりも先に短い電荷蓄積期間である期間ΔＴ１の電荷をＦＤ２０５に転送する理由を説明する。

これは、先に長秒蓄積期間である期間ΔＴ２に生じた電荷をＦＤ２０５に転送した場合には、ＦＤ２０５が飽和してしまう恐れがあるからである。一方で先に短秒蓄積期間である期間ΔＴ１に生じた電荷をＦＤ２０５に転送する場合には飽和する可能性が下がる。

さらに、先に期間ΔＴ２に生じた電荷をＦＤ２０５に転送した場合に、期間ΔＴ１に生じた電荷をＦＤ２０５に転送した場合に得られる信号を取得するためには、期間ΔＴ１＋期間ΔＴ２の電荷に対応した信号（Ｌ読み）から期間ΔＴ２の電荷に対応した信号（Ｓ読み）を後段の回路で減算する必要がある。

このような場合には、期間ΔＴ１の電荷に対応した信号に加え、期間ΔＴ１＋期間ΔＴ２の信号に対応する光ショットノイズの一部が残る。そのため、期間ΔＴ１の電荷に対応した信号のみを出力する場合に比べて信号のノイズ成分が増大し、Ｓ／Ｎ比を低下させる。

なお、第１電荷保持部２０３に転送される電荷と第２電荷保持部２１３に転送される電荷の比は１：４を例示したが、その限りではなく、期間ΔＴ１が期間ΔＴ２よりも短いという条件下であれば、自由に選択可能である。

さらに、３つ以上の電荷保持部を用いて、例えば、長い蓄積期間、短い蓄積期間、中間の蓄積期間の電荷を保持する構成としてもよい。これは以下の実施例においても同様である。

（実施例３）
本実施例の撮像装置の駆動方法について図８、図９を用いて説明する。撮像装置の回路構成や画素回路以外のトランジスタの動作は実施例１と同様であるため、説明は省略する。

本実施例と実施例２とは、光電変換部２０１から電荷保持部への電荷の転送において、長秒蓄積期間の電荷の転送を先に行い、短秒蓄積期間の電荷の転送を後に行っている点で異なる。つまり本実施例は、他方の電荷保持部（第２電荷保持部）で長秒蓄積期間の電荷を保持している状態で、一方の電荷保持部（第１電荷保持部）に短秒蓄積期間の電荷を転送する動作を有することを特徴としている。

本実施例では、実施例２と異なる部分に着目して説明する。

図８は本実施例の撮像装置の駆動方法を示す駆動概念図である。

時刻Ｔ０で第ｎフレームに対応する期間が開始する。時刻Ｔ０において光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始される。この時、第２電荷保持部２１３には、第ｎ−１フレームの画像を生成するための電荷（ＰＤｎ−１（１））が保持され、第１電荷保持部２０３には、第ｎ−１フレームの画像を生成するための電荷（ＰＤｎ−１（２））が保持されている。そして、期間Ｔ０−Ｔ１において、各画素行の画素の各電荷保持部に保持した電荷に対応した信号が、順次行ごとに出力される。

時刻Ｔ１では、期間Ｔ０−Ｔ１に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（１）が、全画素において一括して第２電荷保持部２１３へ転送される。そして、電荷転送が終了した光電変換部２０１において生じた電荷の蓄積が開始される。

時刻Ｔ２では、期間Ｔ１−Ｔ２に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（２）が、全画素において一括して第１電荷保持部２０３へ転送される。なお、当該転送は、時刻Ｔ１で転送された電荷ＰＤｎ（１）が第１電荷保持部２０３で保持されている状態で行う。

さらに、時刻Ｔ２において第ｎフレームの画像を生成するための電荷の転送が完了する。したがって、時刻Ｔ２において、第ｎ＋１フレームに対応する期間が開始され、光電変換部２０１において生じた電荷の蓄積が開始される。

なお、期間Ｔ０−Ｔ１の長さは、期間Ｔ１−Ｔ２の長さよりも長くなっている。

期間Ｔ２−Ｔ３において、各電荷保持部に保持した電荷ＰＤｎ（１）、ＰＤｎ（２）に対応した信号が、順次行ごとに画素外へ出力される。

次に図９を用いて、上記駆動を実現するための実際の駆動パルスのタイミングについて説明する。

図９の説明では、時刻Ｔ０に駆動パルスｐＧＳ１はＬレベルになり、第１転送部２１２をオフ状態となり、光電変換部２０１は入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。

期間Ｔ０―Ｔ１では光電変換部２０１に電荷を蓄積する。同時に、第ｎ−１フレームの画像を生成するための信号の出力動作を行う。

時刻Ｔ３０において、駆動パルスｐＧＳ２はＨレベルになり第２転送部２１２がオン状態となり、時刻Ｔ１において、駆動パルスｐＧＳ２はＬレベルとなり第２転送部２１２はオフ状態となる。

期間Ｔ３０−Ｔ１に、期間Ｔ０−Ｔ１において光電変換部２０１に生じた電荷ＰＤｎ（１）が、第２電荷保持部２１３に転送される。

時刻Ｔ３１において駆動パルスｐＧＳ１はＨレベルになり、第１転送部２０２がオン状態となり、時刻Ｔ２において駆動パルスｐＧＳ１はＬレベルとなり、第１転送部２０２はオフ状態となる。

期間Ｔ３１−Ｔ２に、期間Ｔ１−Ｔ２に光電変換部２０１において生じた電荷ＰＤｎ（２）が、第１電荷保持部２０３に転送される。

以上により、第ｎフレームの画像に対応する期間が終了する。

次に第ｎ＋１フレームの画像に対応する期間を行う。

期間Ｔ２−Ｔ３において、光電変換部２０１に電荷を蓄積する。同時に、第ｎフレームの画像を生成するための信号の出力動作を行う。

期間Ｔ０―Ｔ１（期間ΔＴ１）と期間Ｔ１―Ｔ２（期間ΔＴ２）は比が４：１となっており、期間ΔＴ２の方が期間ΔＴ１と比較して短くなっている。以下の説明では期間ΔＴ２を短秒蓄積期間とよび、期間ΔＴ１を長秒蓄積期間と呼ぶ。

そして、本実施例では長秒蓄積期間に光電変換部２０１に蓄積した電荷の第２電荷保持部２１３への転送が、短秒蓄積期間に光電変換部２０１に蓄積した電荷の第１電荷保持部２０３への転送より先に行われている。

なお本実施例における具体的な出力動作として、図４（ｂ）と同じ第１出力動作が行われる。本実施例においても第１出力動作を行うときは、実施例２と同様に、先に短秒蓄積期間に生じた電荷を保持する第１電荷保持部２０３の電荷をＦＤ２０５に転送してから、長秒蓄積期間に生じた電荷を保持する第２電荷保持部２１３の電荷をＦＤ２０５に転送したほうがよい。

本実施例のように、長秒蓄積期間の電荷を第１電荷保持部２０３に転送した後、短秒蓄積期間の電荷を第２電荷保持部２１３に転送する構成によれば、グローバル電子シャッタ動作を行う際にフレーム出力動作が高速化されていない場合にも出力が可能となる。以下でその理由を説明する。

電荷保持部からＦＤ２０５への転送を終える前に、光電変換部２０１から電荷保持部への一括転送を行うと、電荷保持部に蓄積された電荷に対応する蓄積時間が揃わなくなる恐れがある。

つまり、光電変換部２０１から電荷保持部への転送動作を行う前に、前フレームの画像を生成するための信号の出力動作を終えることが必要となる。その際に、短秒蓄積期間の電荷の第１電荷保持部２０３への転送を先に行うとき、第１電荷保持部２０３からＦＤ２０５への電荷の転送ならびに信号の出力動作を終えていなければならない。そのため、電荷転送速度および信号の出力速度の少なくとも一方の高速化が必要となる。

また、電荷転送速度および信号出力速度の少なくとも一方を速められない場合には、実施例２のようにＯＦＤ期間を設ける必要がある。ＯＦＤ期間を設けるとフレームレートが下がる恐れがある。

一方、光電変換部２０１から電荷保持部への転送動作を行うときに長秒蓄積期間に対応した電荷を先に転送することで、前フレームの画像に対応する期間の出力期間と現フレームの画像に対応する期間における光電変換部の蓄積期間とを重ねる際に、時間的な余裕が生じる。そのため、ＯＦＤ期間の設置や電荷転送速度の高速化などを行わなくても電子シャッタ動作を実現することが可能となる。

また、ＯＦＤ期間を設けなくてもよいため、各フレームの画像に対応する期間のほとんどを光電変換部の蓄積期間とすることが可能となり、低照度時のＳ／Ｎ比がよくなる可能性がある。

また、本実施例でも電荷保持部からＦＤ２０５への転送は短秒蓄積期間に対応した電荷が先となっているため、実施例２と同様の効果が得られる。

また、長秒蓄積期間の信号と短秒蓄積期間の信号の比は４：１を例示したが、その限りではなく、長秒蓄積期間と短秒蓄積期間の長さが異なっていれば、自由に選択可能である。

（実施例４）
本実施例の撮像装置の駆動方法について図１０、図１１を用いて説明する。図１０は本実施例の撮像装置の駆動方法を示す駆動概念図である。

本実施例は、ローリング蓄積動作である点で実施例３と異なる。つまり本実施例は、光電変換部の電荷蓄積が各画素行で順次開始する。

さらに、本実施例は電荷保持部のリセット動作を行っている点で実施例３と異なる。つまり本実施例は、一方の電荷保持部（第１電荷保持部）に電荷を転送する前に、第３転送部とリセットトランジスタとを同時にオン状態とすることで、一方の電荷保持部をリセットする動作を有することを特徴としている。

図１０では、期間Ｔ０−Ｔ５４が第ｎフレームの画像に対応する期間であり、期間Ｔ５−Ｔ７が第ｎ＋１フレームの画像に対応する期間である。ここでは、１行目の画素行と２行目の画素行を用いて説明する。なお、第ｎフレームの画像に対応する期間において、すべての画素行の光電変換部２０１から電荷保持部への電荷転送が終了してから第ｎ＋１フレームの画像に対応する期間を行ってもよい。

第ｎフレームの画像に対応する期間は時刻Ｔ０から始まる。時刻Ｔ０に１行目の光電変換部に生じた電荷の蓄積を開始する。時刻Ｔ１に２行目の光電変換部の電荷の蓄積を開始する。

時刻Ｔ２になると、期間Ｔ０―Ｔ２に１行目の光電変換部２０１に生じた電荷ＰＤｎ（１）が１行目の第２電荷保持部２１３へと転送され、
１行目の第２電荷保持部２１３に保持される。電荷の転送が終了すると、１行目の光電変換部２０１に生じた電荷の蓄積を開始する。

次に、時刻Ｔ３になると、期間Ｔ１−Ｔ３に２行目の光電変換部２０１に生じた電荷ＰＤｎ（１）が第２電荷保持部２１３へと転送され、第２電荷保持部２１３にて保持される。電荷の転送が終了すると、２行目の光電変換部２０１は電荷に生じた電荷の蓄積を開始する。

時刻Ｔ４において、期間Ｔ２−Ｔ４に１行目の光電変換部２０１に生じた電荷ＰＤｎ（２）は、第１電荷保持部２０３に転送され、第１電荷保持部２０３に保持される。その後、１行目において第２電荷保持部２１３に保持された電荷ＰＤｎ（１）と、第１電荷保持部２０３に保持された電荷ＰＤｎ（２）とが、ＦＤ２０５に転送される。電荷の転送が終了すると、１行目の光電変換部２０１は第ｎ＋１フレームの画像を生成するための電荷の蓄積を開始する。

時刻Ｔ５において、期間Ｔ３−Ｔ５に２行目の光電変換部２０１に蓄積された電荷ＰＤｎ（２）は、第１電荷保持部２０３に転送され、第１電荷保持部２０３に保持される。

その後、２行目において第２電荷保持部２１３に保持された電荷ＰＤｎ（１）と第１電荷保持部２０３に保持された電荷ＰＤｎ（２）とが、ＦＤ２０５に転送される。電荷の転送が終了すると、２行目の光電変換部２０１は第ｎ＋１フレームにおける電荷の蓄積を開始する。

以後、光電変換部２０１から第２電荷保持部２１３への蓄積電荷の転送と、光電変換部２０１から第１電荷保持部２０３への蓄積電荷の転送と、各電荷保持部からＦＤ２０５への転送が行順次に行われる。

次に図１１は図１０の動作を実現するための具体的な駆動パルスの一例を示す図であり、図１１を用いて撮像装置の動作の説明を行う。

時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間にｍ行目の第ｎ―１フレームの画像を生成するための信号の出力動作を行う。ｍ行における出力動作の詳細は図１１（ｂ）にて後述する。

時刻Ｔ５５に駆動パルスｐＧＳ１（ｍ＋１）がＨレベルとなり、第１転送部２０２をオン状態とし、時刻Ｔ１に駆動パルスｐＧＳ１（ｍ＋１）がＨレベルからＬレベルになり、第１転送部２０２をオフ状態とする。この動作により、ｍ＋１行目の光電変換部２０１から第１電荷保持部２０３へ第ｎ−１フレームの画像を生成する電荷の転送が終了する。

時刻Ｔ５６に駆動パルスｐＧＳ２（ｍ）がＨレベルとなり、第２転送部２１２がオン状態となり、時刻Ｔ２に駆動パルスｐＧＳ２（ｍ）がＬレベルとなり、第２転送部２１２がオフ状態となる。この動作により、期間Ｔ０―Ｔ２にｍ行目の光電変換部２０１に生じた第ｎフレームの画像を生成する電荷がｍ行目の第２電荷保持部２１３に転送される。

時刻Ｔ５７に駆動パルスｐＧＳ２（ｍ＋１）がＨレベルとなり、第２転送部２１２がオン状態となり、時刻Ｔ３に駆動パルスｐＧＳ２（ｍ＋１）がＬレベルとなり第２転送部２１２がオフ状態となる。この動作により、期間Ｔ１―Ｔ３にｍ行目の光電変換部２０１に生じた第ｎフレームの画像を生成する電荷がｍ＋１行目の第２電荷保持部２１３に転送される。

時刻Ｔ５８に駆動パルスｐＧＳ１（ｍ）がＨレベルとなり、第１転送部２０２がオン状態となり、時刻Ｔ４に駆動パルスｐＧＳ１（ｍ）がＬレベルとなり、第１転送部２０２がオフ状態となる。この動作により、期間Ｔ２―Ｔ４にｍ行目の光電変換部２０１に蓄積された第ｎフレームの画像を生成する電荷がｍ行目の第１電荷保持部２０３に転送される。

時刻Ｔ５９に駆動パルスｐＧＳ１（ｍ＋１）がＨレベルとなり、第１転送部２０２がオン状態となり、時刻Ｔ５に駆動パルスｐＧＳ１（ｍ＋１）がＬレベルとなり第１転送部２０２がオフ状態となる。この動作により、期間Ｔ３―Ｔ５にｍ＋１行目の光電変換部２０１に生じた第ｎフレームの画像を生成する電荷がｍ＋１行目の第１電荷保持部２０３に転送される。

期間Ｔ４の後に、ｍ行目の出力動作を行う。また、期間Ｔ５の後に、ｍ＋１行目の出力動作を行う。

そして、期間Ｔ０―Ｔ２（期間ΔＴＬ）と期間Ｔ２―Ｔ４（期間ΔＴＳ）は、期間ΔＴＳよりも期間ΔＴＬのほうが長く、その比は４：１となっている。以下では、期間ΔＴＬが長秒蓄積期間に対応し、期間ΔＴＳが短秒蓄積期間に対応する。

本実施例では短秒蓄積期間に光電変換部２０１に蓄積された電荷が転送される電荷保持部は、当該電荷を転送する前にリセットする。例えばｍ行目においては時刻Ｔ４において本実施例では光電変換部２０１から第１電荷保持部２０３に電荷を転送する前に、期間Ｔ２−Ｔ４において、ｍ行目の第１電荷保持部２０３をリセットする。

なお、期間ΔＴＬに光電変換部２０１に蓄積された電荷が転送される第２電荷保持部２１３を、当該電荷が転送される前にリセットしてもよい。

次に図１１（ｂ）を用いて、ｍ行目とｍ＋１行目の出力動作とｍ＋１行目の電荷保持部のリセット動作について説明する。

まず、ｍ行目とｍ＋１行目の出力動作について説明する。ｍ行目においては、期間Ｔ４０−Ｔ４６において、前述した第１出力動作を行う。同様に、ｍ＋１行目においては、期間Ｔ４６−Ｔ６０において前述した第１出力動作を行う。

次に、ｍ＋１行目の第２電荷保持部２１３のリセット動作の説明を行う。時刻Ｔ４２において、ｐＲＥＳ（ｍ＋１）がＨレベルとなり、時刻Ｔ４４にオフ状態となる。これにより期間Ｔ４２−４４においてリセットトランジスタがオン状態となる。

期間Ｔ４２−Ｔ４４に内包される、期間Ｔ４２−Ｔ４３において、ｐＴＸ１（ｍ＋１）がＨレベルとなり、時刻Ｔ４３でｐＴＸ１（ｍ＋１）がＬレベルとなる。

この動作により、第１電荷保持部２０３に保持された電荷が排出される。このとき保持されている電荷は、暗電流によるものや、遮光漏れによる電荷であり、第２転送部２１２をオン状態とすることで光電変換部２０１から転送する電荷とは異なるものである。

そして時刻Ｔ４４の後に、ｍ＋１行目において第１出力動作を行う。

図１１（ｂ）において、実施例２と同様に、電荷保持部からＦＤ２０５への保持電荷の転送は短秒蓄積期間に対応した電荷が先となる。そのため実施例２と同様に、ＦＤ２０５の飽和を防ぐ効果と、短秒蓄積期間に生じた電荷に対応した信号のＳ／Ｎ比を向上する効果が得られる。

また、図１１（ａ）において、実施例３と同様に長秒蓄積期間の電荷が光電変換部２０１から第２電荷保持部２１３に転送されることが先となり、短秒蓄積期間の電荷が光電変換部２０１から第１電荷保持部２０３に転送されることが後となってもよい。

これにより、ローリングシャッタ動作時には、短秒蓄積期間の電荷を光電変換部２０１から第１電荷保持部２０３への転送と、第１電荷保持部２０３からＦＤ２０５への転送をほぼ１行の読み出し期間内に行うことができる。

本実施例のように、光電変換部２０１から短秒蓄積期間の電荷を蓄積する第１電荷保持部２０３への電荷の転送前に、第１電荷保持部２０３のリセット動作を行うことで、遮光漏れや暗電流等によって生じた不要電荷の影響を抑制することが可能となる。

さらに、遮光漏れによる影響は信号の小さい短秒蓄積期間の場合に顕著であるため、より効果的であるが、光電変換部２０１から長秒蓄積期間の電荷を蓄積する第２電荷保持部２１３への電荷の転送前に、第１電荷保持部２０３のリセット動作を行っても同様の効果を得られる。

また、本実施例のリセット動作は、実施例１〜３においても暗電流などによって生じた不要電荷の影響を抑制することが可能となる。

（実施例５）
本実施例の撮像装置の駆動方法について図１２を用いて説明する。画素を除いた撮像装置の回路構成や画素回路以外のトランジスタの動作は実施例３と同様であるため、説明は省略する。図１２は本実施例における光電変換部で生じる電荷と電荷保持部で保持される電荷、およびそれらの出力動作を概念的に示した図である。

本実施例と実施例３とは、本実施例において光電変換部２０１から各電荷保持部への電荷の転送を、各電荷保持部をリセットせずに複数回行う点で異なる。

図１２において、第ｎフレームの画像に対応する期間の時刻Ｔ０において光電変換部２０１の電荷蓄積を開始する。

時刻Ｔ２では、期間Ｔ０―Ｔ２において光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤ１（ｎ）を第１電荷保持部２０３に転送する。時刻Ｔ２の後、光電変換部２０１で電荷の蓄積を開始する。

次に時刻Ｔ３では、期間Ｔ２−Ｔ３において光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤ２（ｎ）を第２電荷保持部２１３に転送する。時刻Ｔ３の後、光電変換部２０１で電荷の蓄積を開始する。

時刻Ｔ４では、期間Ｔ３−Ｔ４において光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤ３（ｎ）を第１電荷保持部２０３に転送する。時刻Ｔ４の後、光電変換部２０１で電荷の蓄積を開始する。

ここで光電変換部２０１で蓄積された電荷を各電荷保持部に転送する動作をサンプリング動作と呼ぶ。そして、期間Ｔ３―Ｔ４（期間ΔＴＬとする）は、期間Ｔ２―Ｔ３（期間ΔＴＳとする）より長くなっている。同様に、期間Ｔ０−Ｔ２（期間ΔＴＬＬとする）は、期間ΔＴＳよりも長くなっている。

以降、期間ΔＴＬにおけるサンプリング動作と、期間ΔＴＳにおけるサンプリング動作とを、時刻Ｔ１２まで繰り返し行う。そして、期間Ｔ１２−Ｔ１４において、第ｎ＋１フレーム目の期間ΔＴＬＬのサンプリング動作を行う。

本実施例では、長秒蓄積期間（期間ΔＴＬ，期間ΔＴＬＬ）のサンプリングを６回、短秒蓄積期間（ΔＴＳ）のサンプリング動作を５回行い、長秒蓄積期間のサンプリング動作と短秒蓄積期間のサンプリングが交互に行われている。

時刻Ｔ１２から第ｎフレーム目の出力動作を行う。

なお、１回のサンプリング動作と次のサンプリング動作の終了までの期間をサンプリング周期と呼び、フレーム間でのサンプリング動作の開始からサンプリング動作の終了までの期間をサンプリング期間と呼ぶ。

本実施例の効果について説明する。サンプリング周期とサンプリング期間が異なることにより、光源のフリッカ現象に対して、幅広い光源周期に対応することが可能となる。

図１２に明滅周期の長い光源を矩形波で示している。明滅周期はフレーム周期とほぼ同じである。短秒蓄積期間のサンプリング期間が短い場合、たとえば、期間Ｔ９―Ｔ１１をサンプリング期間とした場合には、例示した明滅周期の長い光源の消灯期間にしかサンプリング動作が行われず、光源の点灯を認識できない可能性がある。

具体的には例えば明るい昼間に信号機の赤信号が点灯している場合、短い露光時間での撮像では信号が点灯していないと誤検出してしまう可能性がある。また、光源明滅の位相がずれることにより、動画においては光源が点滅した映像となってしまい、画質の低下を生じる。

それに対し、本実施例では、サンプリング期間を期間Ｔ２―Ｔ１１としている。期間Ｔ２−Ｔ１１の長さは、１フレームの期間Ｔ０−１２の長さの１／２より長くしている。

これにより、期間Ｔ２−Ｔ４において、明滅する光源の点灯状態を捉えることを可能としている。つまり、光源の位相がずれた場合においても確実に光源の点灯状態を捉えることができる。

上述では明滅周期が長い光源について述べたが、明滅周期は、短秒蓄積期間のサンプリング期間の２倍より小さい周期の光源までに対応できる。例として図１２では明滅周期の短い光源を矩形波で示している。サンプリング周期を短くすることにより、光源周期の短い光源にも対応することができる。

明滅する光源の例としては、一般的に商用電源を用いる蛍光灯の照明や、信号機等が挙げられる。商用電源の場合は、５０Ｈｚや６０Ｈｚと地域によって周波数がばらばらである。また、ＬＥＤの電光掲示板などでは、種類ごとに周波数が固定でない場合もあるので、幅広い光源の周期に対応できるようにすることで、様々な被写体に対してフリッカを低減することができる。

また、光源の点滅と短時間の露光との位相の関係を合わせる必要性が少なくなるため、光源の点滅を検出する点灯検出部を必要としない。また光源の点滅する位相と撮像装置の露光の動作の位相とを一致させなくてもよいため、回路構成が簡単になる。この結果、安価な撮像装置が実現される。

本実施例では第１電荷保持部２０３に長秒蓄積期間に対応する信号電荷を保持し、第２電荷保持部２１３に短秒蓄積期間に対応する電荷を保持した。しかし、蓄積時間の長短は逆でもよい。

２０１ 光電変換部
２０３ 第１電荷保持部
２１３ 第２電荷保持部
２０２ 第１転送部
２１２ 第２転送部
２０５ フローティングディフュージョン
２０４ 第３転送部
２１４ 第４転送部
２０７ 増幅トランジスタ

Claims (13)

1. 光電変換部と、
   一つの前記光電変換部で生じた電荷を保持する少なくとも二つの電荷保持部と、
   前記一つの光電変換部で生じた電荷を、前記二つの電荷保持部のうち一方の電荷保持部へ転送する第１転送部と、
   他方の電荷保持部へ転送する第２転送部と、
   前記二つの電荷保持部で保持された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、
   前記一方の電荷保持部から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送する第３転送部と、
   前記他方の電荷保持部から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送する第４転送部と、
   を有する複数の画素を行列状に有する撮像装置の駆動方法であって、
   前記複数の画素において、前記第１転送部または前記第２転送部を、行ごとに順次オン状態とし、
   異なる期間に前記一つの光電変換部において生じた電荷を、前記二つの電荷保持部の各々に保持させた後、前記第３転送部をオン状態として前記フローティングディフュージョンへ電荷を転送した後、前記フローティングディフュージョンで転送された電荷を保持した状態で、前記第４転送部をオン状態とすることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
2. 光電変換部と、
   一つの前記光電変換部で生じた電荷を保持する少なくとも二つの電荷保持部と、
   前記一つの光電変換部で生じた電荷を、前記二つの電荷保持部のうち一方の電荷保持部へ転送する第１転送部と、
   他方の電荷保持部へ転送する第２転送部と、
   前記二つの電荷保持部で保持された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、
   前記一方の電荷保持部から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送する第３転送部と、
   前記他方の電荷保持部から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送する第４転送部と、
   を有する複数の画素を行列状に有する撮像装置の駆動方法であって、
   異なる期間に前記一つの光電変換部において生じた電荷を、前記二つの電荷保持部の各々に保持させた後、前記第３転送部をオン状態とする期間の少なくとも一部と前記第４転送部をオン状態とする期間の少なくとも一部とを重ねることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
3. 光電変換部と、
   一つの前記光電変換部で生じた電荷を保持する少なくとも二つの電荷保持部と、
   前記一つの光電変換部で生じた電荷を、前記二つの電荷保持部のうち一方の電荷保持部へ転送する第１転送部と、
   他方の電荷保持部へ転送する第２転送部と、
   前記二つの電荷保持部で保持された電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、
   前記一方の電荷保持部から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送する第３転送部と、
   前記他方の電荷保持部から前記フローティングディフュージョンへ前記電荷を転送する第４転送部と、
   を有する複数の画素を行列状に有する撮像装置の駆動方法であって、
   前記複数の画素において、前記第１転送部または前記第２転送部を、行ごとに順次オン状態とし、
   異なる期間に前記一つの光電変換部において生じた電荷を、前記二つの電荷保持部の各々に保持させた後、前記一方の電荷保持部で保持された電荷と前記他方の電荷保持部で保持された電荷とを前記フローティングディフュージョンで加算することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
4. 前記第１転送部を一度オン状態とすることで前記光電変換部から前記一方の電荷保持部に転送される電荷の前記光電変換部における電荷蓄積期間は、前記第２転送部を一度オン状態とすることで前記光電変換部から前記他方の電荷保持部に転送される電荷の前記光電変換部における電荷蓄積期間よりも短いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
5. 異なる期間に前記一つの光電変換部において生じた電荷を、前記二つの電荷保持部の各々に保持させる際に、前記他方の電荷保持部で電荷を保持させてから、前記一方の電荷保持部で電荷を保持させることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置の駆動方法。
6. 異なる期間に前記一つの光電変換部において生じた電荷を、前記二つの電荷保持部の各々に保持させる際に、前記第１転送部および前記第２転送部の少なくとも一方を複数回オン状態とさせることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
7. 異なる期間に前記一つの光電変換部において生じた電荷を、前記二つの電荷保持部の各々に保持させる際に、前記第１転送部と前記第２転送部とを交互にオン状態とすることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置の駆動方法。
8. 前記第２転送部をオン状態とする前に、前記他方の電荷保持部に保持されている電荷をリセットすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
9. 前記第１転送部をオン状態とする前に、前記一方の電荷保持部に保持されている電荷をリセットすることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
10. 異なる期間に前記一つの光電変換部において生じた電荷を、前記二つの電荷保持部の各々に保持させた後、異なる期間に前記一つの光電変換部において生じた電荷を、最初に保持するまでの期間に電荷蓄積を行い、
    前記期間に前記一方の電荷保持部に保持した電荷と、前記他方の電荷保持部に保持した電荷とを前記フローティングディフュージョンへ電荷を転送することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
11. 前記第１転送部もしくは前記第２転送部を、行列状に配置された前記複数の画素において同時にオン状態とすることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
12. 前記第１転送部もしくは前記第２転送部を、行列状に配置された前記複数の画素において、行ごとに順次オン状態とすることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置の駆動方法。
13. 前記画素は、
    前記光電変換部をリセットするオーバーフロードレイントランジスタを有し、
    前記光電変換部における電荷蓄積期間は、前記オーバーフロードレイントランジスタをオン状態とすることによって開始されることを特徴とする請求項１乃至１２に記載の撮像装置の駆動方法。

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