JP6727797B2 - 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、一つの光電変換部に対して並列に配された複数の電荷保持部が配された構成が記載されている。

ＷＯ２０１１／０９６３４０号公報

特許文献１の撮像装置においては、一つの光電変換部に対して一つの電荷保持部を有する場合に比べて光電変換部の面積が小さくなるため光電変換部の飽和電荷量が小さくなる恐れがある。そのため、光電変換部に光が照射される期間が長い場合や、入射光の強度が強い場合には、光電変換部に生じる電荷量が、光電変換部の飽和電荷量をこえやすくなり、ブルーミングが生じる恐れがある。

ここで光電変換部の不純物濃度を高くして飽和電荷量を大きくすることによりブルーミングを抑制することも考えられる。しかし、光電変換部からの電荷の転送効率および光電変換部の感度を維持しつつ所望の飽和電荷量を満たす不純物濃度を採用することは困難な場合がある。

また、光電変換部における蓄積期間を複数に分割して、分割した期間ごとに生じた電荷に基づく信号を画素外部に読み出すことも考えられる。

しかしこのような読み出しを行うと、画素外部で分割した期間の数に応じた信号を保持する信号保持部を設ける必要が生じ、画素後段の回路の設計自由度が低くなる。もしくは分割した期間ごとに信号を画素外に読み出す場合には、画素外部へ信号を読みだす回数が増えるため、読み出し速度を高める必要が生じ、所定の期間内に所望の数の画像を生成することが困難となる。

本発明は上記課題に鑑み、一つの光電変換部に対し、複数の電荷保持部を設けた際のブルーミングを大きな弊害を生じさせることなく抑制することが可能な撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置の駆動方法は、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を有する画素を複数有する撮像装置の駆動方法であって、一方の電荷保持部で電荷を保持している状態で、第１転送部により、一つの光電変換部から前記一方の電荷保持部へ電荷を転送する第１転送動作を有することを特徴とする。

本発明によれば、一つの光電変換部に対し複数の電荷保持部を設けた際のブルーミングを抑制す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 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 駆動パルス図

（第１実施形態）
図１〜図３を用いて、本実施形態の撮像装置を説明する。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２次元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。

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た信号が入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２次元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２０３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保持する。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。以下、Ｌレベル以下の電圧をオフ電圧と呼ぶ。以下の駆動パルスも同様である。

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１０７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ｐＲＥＳ１が供給される。駆動パルスｐＲＥＳ１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。

次に本実施形態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２次元に配された複数の画素で、光電変換部における電荷生成の開始と、光電変換部から電荷保持部への電荷の転送とをそろ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の電荷蓄積の開始と、光電変換部から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、その場合には図３のフレームとフレームの間に非露光期間を有する。これらは本実施形態以外の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８、１０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完了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、光電変換部の電荷の転送が終了する時刻とする場合である。たとえば後述の図３、５、１２、１４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。

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−Ｔ４が第ｎフレームの画像に対応する期間であり、期間Ｔ４−Ｔ８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（１，２））が保持されている。そして、期間Ｔ０−Ｔ２において、各画素行の画素の第１電荷保持部２０３に保持された電荷に対応した信号が順次行ごとに出力される。

時刻Ｔ２に、期間Ｔ０−Ｔ２に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（１）が、第１電荷保持部２０３へ全画素において一括して転送される。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Ｔ４では、期間Ｔ２−Ｔ４に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（２）が第１電荷保持部２０３へ全画素において一括して転送される。なお、当該転送は、時刻Ｔ２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。そのため時刻Ｔ２で転送された電荷ＰＤｎ（１）と時刻Ｔ４で転送された電荷ＰＤｎ（２）とが加算され第１電荷保持部で加算後の電荷ＰＤｎ（１，２）が保持される。そして、さらに時刻Ｔ４において、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Ｔ４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Ｔ４−Ｔ６において、第１電荷保持部２０３で保持された電荷ＰＤｎ（１，２）に対応した信号が順次行ごとに画素外へ出力される。

つまり本実施形態は、一つの光電変換部で生じた電荷を、一方の電荷保持部で電荷を保持している状態で、一つの光電変換部から一方の電荷保持部へ電荷を転送する第１転送動作を有することを特徴としている。なお、電荷保持部は光電変換部とは異なり、電荷保持に特化した設計することが可能であり、光電変換部に比べて飽和電荷量を増やすことが容易である。したがって上述したような動作を行ってもブルーミングを起こすことなく動作させることが可能になるのである。

以下、本実施形態を具体的な実施例を挙げて説明する。

（実施例１）
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で、時刻Ｔ０に駆動パルスｐＧＳ１はＬレベルになり、第１転送部２０２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。

時刻Ｔ２１に駆動パルス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。次に、駆動パルスｐＲＥＳ１（ｍ）がＨレベルとなりリセットトランジスタ２０６がオン状態となる。この時、ＦＤ２０５の電荷は電源Ｖｄｄに排出される。そして駆動パルスｐＲＥＳ１（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。

この後、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、第１電荷保持部２０３に保持されていた第ｎ−１フレームの画像を生成するための電荷（ＰＤｎ−１（１，２））はＦＤ２０５に転送される。駆動パルスｐＴＸ１（ｍ）がＬレベルとなった後、駆動パルスｐＳＥＬ（ｍ）がＬレベルとなり選択トランジスタがオフ状態となる。その後の時刻Ｔ２２からｍ＋１行目の出力動作を行う。このような動作を読み出しが必要な行に対して行うことでｎフレームの画像を生成するための信号を画素外に出力することが可能となる。

次に、時刻Ｔ１において駆動パルスｐＧＳ１をＨレベルとし、第１転送部２０２をオン状態とする。

時刻Ｔ２において駆動パルスｐＧＳ１をＬレベルとし、第１転送部２０２をオフ状態とする。期間Ｔ１−Ｔ２に、全画素において光電変換部２０１で生じた電荷（ＰＤｎ（１））は、第１電荷保持部２０３に転送される。時刻Ｔ２において、第１転送部２０２がオフ状態となると、光電変換部２０１で生じた電荷は光電変換部において蓄積される。

時刻Ｔ３において、駆動パルスｐＧＳ１をＨレベルとし、第１転送部２０２をオン状態とする。時刻Ｔ４において駆動パルスｐＧＳ１をＬレベルとし、第１転送部２０２をオフ状態とする。期間Ｔ３−Ｔ４に全画素の光電変換部２０１に蓄積された電荷（ＰＤｎ（２））は、第１電荷保持部２０３に転送される。この期間Ｔ３−Ｔ４に行われる動作が図３において説明した第１転送動作に該当する。

時刻Ｔ４以降の期間において第１電荷保持部２０３では、電荷ＰＤｎ（１）とＰＤｎ（２）の和である電荷ＰＤｎ（１，２）が保持される。

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Ｔ４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Ｔ４―Ｔ５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。時刻Ｔ４は時刻Ｔ０、時刻Ｔ５は時刻Ｔ１、時刻Ｔ６は時刻Ｔ２、時刻Ｔ７は時刻Ｔ３、時刻Ｔ８は時刻Ｔ４に対応した動作が行われる。

本実施例によれば、光電変換部のみで電荷を蓄積する期間を短くすることが可能となり、光電変換部からの電荷が漏れ出すことによるブルーミングを抑制することが可能となる。

第２電荷保持部２１３が、第１電荷保持部２０３に複数回の転送を行ってもなお光電変換部２０１が飽和してしまうような場合に、第２転送部２１２をオン状態とすることで第２電荷保持部２１３に電荷を保持することができる。もしくは、光電変換部２０１と第２電荷保持部２１３の間の電荷に対するポテンシャルを低くすることで第２電荷保持部２１３に電荷を保持することができる。

また、第２電荷保持部２１３にて、各々の電荷保持部で生じた暗電流成分などを保持し、第１電荷保持部２０３に保持される電荷に対応した信号と、第２電荷保持部２０３に保持される電荷に対応した信号とを後段の回路で差分処理を行い、低ノイズの画像を得ることができる。

本実施例では、１フレーム期間に光電変換部２０１から第１電荷保持部２０３への転送は２回しか実施していないが３回以上実施してもよい。

本実施例では、１つの光電変換部に対して、２個の電荷保持部の場合を例示したが、
１つの光電変換部に対して、３個以上の電荷保持部を持ってもよい。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の駆動方法について、図５および図６を用いて説明する。図５は実施例２に係る撮像装置の駆動方法の概略を示す駆動概念図である。本実施例と実施例１との違いについて説明する。

実施例１は光電変換部２０１に蓄積した電荷を第１電荷保持部２０３に複数回転送し、第１電荷保持部２０３で電荷を加算して保持した。これに対し、実施例１の動作に追加して、さらに光電変換部２０１に蓄積した電荷を第２電荷保持部２１３に複数回転送し、第２電荷保持部２１３で電荷を加算して保持する動作を行う点が異なる。

つまり本実施例は、他方の電荷保持部（第２電荷保持部）で電荷を保持している状態で、第２転送部により、光電変換部から第２電荷保持部へ電荷を転送する動作（第２転送動作）を有することを特徴としている。本実施例では、実施例１と異なる部分に着目して説明する。

図５では、期間Ｔ０−Ｔ８が第ｎフレームに対応する期間であり、期間Ｔ８−Ｔ１６が第ｎ＋１フレームに対応する期間である。

時刻Ｔ０で光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始され、第ｎフレームに対応する期間が開始する。時刻Ｔ０においては、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（３，４））が保持されている。

期間Ｔ０−Ｔ４において、各画素行の画素の第２電荷保持部２１３に保持されていた電荷ＰＤｎー１（３，４）に対応した信号が、順次行ごとに出力される。

時刻Ｔ２では、期間Ｔ０−Ｔ２に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（１）が第１電荷保持部２０３へ全画素において一括して転送される。

時刻Ｔ４では、期間Ｔ２−Ｔ４に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（２）が第１電荷保持部２０３へ全画素において一括して転送される。なお、当該転送は、時刻Ｔ２で転送された電荷ＰＤｎ（１）を保持した状態で行う（第１転送動作）。―そして、第１電荷保持部２０３において時刻Ｔ２で転送された電荷ＰＤｎ（１）と時刻Ｔ４で転送されたＰＤｎ（２）を加算した電荷量が保持される。

時刻Ｔ６において、期間Ｔ４−Ｔ６に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（３）が、第２電荷保持部２１３へ全画素において一括して転送される。そして、光電変換部２０１はその後生じた電荷の蓄積を開始する。この際の転送は、第２電荷保持部に電荷が保持されていない状態で行われる。この動作は第１転送動作と後述の第２転送動作との間に行われる。

時刻Ｔ８において、期間Ｔ６−Ｔ８に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤ４（ｎ）は第２電荷保持部２１３に全画素一括して転送される。この転送は、時刻Ｔ６で転送された電荷ＰＤｎ（３）を第２電荷保持部２１３において保持した状態で行う（第２転送動作）。そして、時刻Ｔ６で転送された電荷ＰＤｎ（３）と時刻Ｔ８で転送された電荷ＰＤｎ（４）を加算した電荷量が保持される。

なお、第２転送動作は、第１転送動作の後に行われる。また期間Ｔ８−Ｔ１２において第２電荷保持部２１３で保持されていた電荷の転送が行われる。

時刻Ｔ８に光電変換部２０１から第２電荷保持部２１３への電荷転送が完了することで、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し、同時に、第ｎ＋１フレームに対応する期間が開始される。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。

なお、期間Ｔ４−Ｔ８において、各画素行の画素の第１電荷保持部２０３に保持された電荷に対応した信号が順次行ごとに出力され、期間Ｔ８−Ｔ１２において、各画素行の画素の第２電荷保持部２１３に保持された電荷に対応した信号が順次行ごとに出力される。第１電荷保持部２０３で保持された電荷による信号を行順次で画素外に読み出したのち、第２電荷保持部２１３で保持された電荷による信号を行順次で画素外に読み出す。

図６は、図５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６を用いて撮像装置の動作の説明を行う。

時刻Ｔ０に駆動パルスｐＧＳ２はＬレベルになり、第２転送部２１２がオフ状態となる。そして、光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積を開始する。

期間Ｔ０−Ｔ２において、各画素行において第２電荷保持部２１３で保持された電荷による信号の出力動作を順次行うことで第ｎ−１フレームの画像を生成するための信号の出力が終了する。

時刻Ｔ１において駆動パルスｐＧＳ１をＨレベルとし、第１転送部２０２をオン状態とする。時刻Ｔ２において駆動パルスｐＧＳ１をＬレベルとし、第１転送部２０２をオフ状態とする。この動作により、期間Ｔ０−Ｔ２に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（１）は、全画素一括して第１電荷保持部２０３に転送される。また期間Ｔ０−Ｔ２に行われる動作は、第１電荷保持部２０３で電荷が保持されていない状態で行われる。

時刻Ｔ２において、第１転送部２０２がオフ状態となると、光電変換部２０１は電荷の蓄積を再開する。

時刻Ｔ３において、駆動パルスｐＧＳ１をＨレベルとし、第１転送部２０２をオン状態とする。時刻Ｔ４において駆動パルスｐＧＳ１をＬレベルとし、第１転送部２０２をオフ状態とする（第１転送動作）。

期間Ｔ４−Ｔ８において、各画素行において第１電荷保持部２０３で保持された電荷による信号の出力動作を順次行うことで、期間Ｔ０―Ｔ４に光電変換部で生じた電荷に対応した信号の出力が終了する。

時刻Ｔ５において駆動パルスｐＧＳ２をＨレベルとし、第２転送部２１２をオン状態とし、時刻Ｔ６において駆動パルスｐＧＳ２をＬレベルとし第２転送部２０２をオフ状態とする。

期間Ｔ４−Ｔ６において光電変換部で生じた電荷（図５のＰＤｎ（３））が、全画素一括で第２電荷保持部２１３に転送される。この動作は、第２電荷保持部２１３において電荷を保持していない状態で行われる。

時刻Ｔ７において駆動パルスｐＧＳ２をＨレベルとして第２転送部２１２をオン状態とし、時刻Ｔ８において駆動パルスｐＧＳ２をＬレベルとして第２転送部２０２をオフ状態とする。

期間Ｔ６−Ｔ８に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（４）が、全画素一括で第２電荷保持部２１３に転送される（第２転送動作）。

以上により第ｎフレームの画像を生成するための電荷の電荷保持部への読み出しが終了する。

その後、期間Ｔ８―Ｔ１２に、各画素行において第２電荷保持部２１３で保持した電荷による信号の出力動作を行順次行うことで第ｎフレームの画像を生成するための電荷による信号の出力が終了する。

なお、時刻Ｔ８は時刻Ｔ０、時刻Ｔ９は時刻Ｔ１、時刻Ｔ１０は時刻Ｔ２、時刻Ｔ１１は時刻Ｔ３、時刻Ｔ１２は時刻Ｔ４、時刻Ｔ１３は時刻Ｔ５、時刻Ｔ１４は時刻Ｔ６、時刻Ｔ１５は時刻Ｔ７、時刻Ｔ１６は時刻Ｔ８に対応した動作が行われる。

本実施例では、各フレームに対応する期間の前半部分に対応する期間に生じた電荷を第１電荷保持部２０３で保持し、後半部分で生じた電荷を第２電荷保持部２１３で保持する。第１電荷保持部２０３で保持された電荷による信号の出力が全行で終了したのちに、第２電荷保持部２１３で保持された電荷による信号の出力を行う。

本実施例によれば、同一フレーム期間の別の時間の信号を画像処理して動体検出を行う場合に好適に利用することができる。

（実施形態２）
本実施形態の撮像装置に関して図７〜図９を用いて説明する。本実施例の実施形態１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での電荷蓄積時間より長い点である。

つまり、本実施例は、一方の電荷保持部（第１電荷保持部）に転送される電荷が一つの光電変換部で蓄積された期間の長さと、他方の電荷保持部（第２電荷保持部）に転送される電荷が一つの光電変換部で蓄積された期間の長さとが異なる。以下では、実施形態１との違いに着目して説明する。なお、本実施形態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。ＯＦＤトランジスタは必ずしも設けなくてもよい。

図７は本実施形態の画素１００の等価回路図である。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。

次に本実施形態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８を用いて説明する。

実施形態１では、光電変換部における電荷の生成は、光電変換部からの電荷の転送により制御していたが、本実施形態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機関の開始を制御できる。

図８では、期間Ｔ４０−Ｔ５２が第ｎフレームに対応する期間であり、期間Ｔ５２−Ｔ６４が第ｎ＋１フレームに対応する期間である。

図８において、時刻Ｔ４０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。時刻Ｔ４０においては、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（４，５，６））が保持されている。

時刻Ｔ４１において、期間Ｔ４０―Ｔ４１に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（１）は第１電荷保持部２０３に全画素一括して転送される。この転送は第１電荷保持部２０３に電荷が保持されていない状態で行われる。

期間Ｔ４１―Ｔ４２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Ｔ４２においてＯＦＤ動作が終了すると、光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始される。

時刻Ｔ４３において、期間Ｔ４２―Ｔ４３に光電変換部で生じた電荷ＰＤｎ（２）が第１電荷保持部２０３へと全画素一括して転送される（第１転送動作）。

そして、期間Ｔ４３−Ｔ４４においてＯＦＤ動作を行う。

時刻Ｔ４４にＯＦＤ動作を終了すると、光電変換部２０１への電荷の蓄積が開始する。

時刻Ｔ４５において、期間Ｔ４４−Ｔ４５に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（３）が第１電荷保持部２０３に全画素一括して転送される。この動作は第１転送動作と類似の動作であるが、厳密な意味では差異がある。第１転送動作により転送された電荷を第１電荷保持部で保持している状態でさらに第１の電荷保持部へ電荷を転送するという点が異なる。しかし以降の説明では、この動作も第１電荷保持部において電荷が保持されている状態で、第１電荷保持部に電荷を転送する点で同じ動作であるため、違いを説明する必要がない場合には両者を第１転送動作と呼ぶ場合もある。期間Ｔ４５―Ｔ４６はＯＦＤ期間となる。

時刻Ｔ４５の後、第２電荷保持部２１３で保持された電荷による信号の出力動作を開始する時刻Ｔ５１までの期間Ｔ４５−Ｔ５１に、第１電荷保持部２０３に保持された電荷がＦＤ２０５に転送される。

時刻Ｔ４６にＯＦＤ期間が終了すると、光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始する。時刻Ｔ４７において、期間Ｔ４６―Ｔ４７に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（４）が第２電荷保持部２１３へと全画素一括して転送される。この転送動作は第２電荷保持部２１３において電荷が保持されていない状態で行う。

そして、期間Ｔ４７−Ｔ４８はＯＦＤ期間となる。時刻Ｔ４８にＯＦＤ期間が終了すると、光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始する。

時刻Ｔ４９において、期間Ｔ４８−Ｔ４９に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（５）が第２電荷保持部２１３に全画素一括して転送される（第２転送動作）。

そして、期間Ｔ４９−Ｔ５０はＯＦＤ期間となる。時刻Ｔ５０にＯＦＤ期間が終了すると、光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積が開始する。時刻Ｔ５１において、期間Ｔ５０−Ｔ５１に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（６）が第２電荷保持部２１３に全画素一括して転送される。この動作も期間Ｔ４５−Ｔ４６の動作と同様に、第２転送動作と類似の動作である。しかしこの動作も同様に以降の説明では第２転送動作と呼んで説明する場合がある。

時刻Ｔ５１の後、第２電荷保持部２１３に保持された電荷による信号は、第ｎ＋１フレーム目の出力動作を開始する時刻Ｔ５７までの期間Ｔ５１−Ｔ５７に出力される。

以上が本実施形態の動作である。

第１電荷保持部２０３、第２電荷保持部２１３で異なる期間に生じた電荷がそれぞれ複数回転送され保持されることは第１実施形態と同様である。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長い点である。期間Ｔ４０−Ｔ４１、期間Ｔ４２−Ｔ４３、期間Ｔ４４−Ｔ４５＞期間Ｔ４６−Ｔ４７、期間Ｔ４８−Ｔ４９、期間Ｔ５０−Ｔ５１の関係になっている。

すなわち、第１電荷保持部２０３には長時間の蓄積電荷に対応する電荷が複数回転送されて保持され、第２電荷保持部２１３にはこれに比べて短時間の蓄積電荷に対応する電荷が複数回転送されて保持されている。

このような動作を行うことで実施形態１で説明した効果に加えて、ダイナミックレンジを拡大した撮影が可能となる。

以下具体的な実施例を説明する。

（実施例３）
図９は本実施例の駆動パルス図である。図８と同様の部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

時刻Ｔ４０に駆動パルスｐＯＦＤをＬレベルとすることで、ＯＦＤ期間が終了し、光電変換部２０１には第ｎフレームの画像を生成するための電荷の蓄積が開始される。

時刻Ｔ４１に駆動パルスｐＧＳ１をＨレベルからＬレベルとして第１転送部２０２をオン状態とした後オフ状態とする。

期間Ｔ４０−Ｔ４１に光電変換部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Ｔ４１に駆動パルスｐＯＦＤをＨレベルとしてＯＦＤ期間を開始し、時刻Ｔ４２にＯＦＤ期間が終了することで、光電変換部２０１は電荷蓄積を再開する。

さらに期間Ｔ４０−Ｔ４１においては、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、第４転送部を行順次で制御することで、第ｎ−１フレームの画像を生成するための電荷による信号を画素外に読み出している。

期間Ｔ４２−Ｔ４３において光電変換部２０１で生じた電荷は、第１電荷保持部２０３に転送される（第１転送動作）。時刻Ｔ４３に駆動パルスｐＯＦＤをＨレベルとしてＯＦＤ期間を開始し、時刻Ｔ４４にＯＦＤ期間が終了することで、光電変換部２０１は電荷蓄積を再開する。

期間Ｔ４４−Ｔ４５において光電変換部２０１で生じた電荷は、第１電荷保持部２０３に転送される（第１転送動作）。時刻Ｔ４５に駆動パルスｐＯＦＤをＨレベルとしてＯＦＤ期間を開始し、時刻Ｔ４６にＯＦＤ期間が終了することで、光電変換部２０１は電荷蓄積を再開する。

時刻Ｔ４５において、駆動パルスｐＧＳ１がＬレベルとなり、第１転送部２０２がオフされると、第１電荷保持部２０３で保持された電荷による信号の画素外への出力動作が行われる。この動作は期間Ｔ４５−Ｔ４８において、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、第４転送部を行順次で制御することで行われる。

時刻Ｔ４６にＯＦＤ期間が終了すると、光電変換部２０１は電荷蓄積を再開する。

時刻Ｔ４７に駆動パルスｐＧＳ２がＨレベルからＬレベルとなることで、光電変換部２０１から第２転送部２０２を介した第２電荷保持部２１３への転送が行われる。

期間Ｔ４６−Ｔ４７に光電変換部２０１に生じた電荷が、第２電荷保持部２１３に転送される。

時刻Ｔ４７に、駆動パルスｐＯＦＤをＨレベルとしてＯＦＤ期間を開始する。時刻Ｔ４８にＯＦＤ期間を終えると、光電変換部２０１は電荷蓄積を再開する。その後、この動作を時刻Ｔ５２まで複数回行う。

そして時刻Ｔ５１において、駆動パルスｐＧＳ２がＬレベルとなることで、第ｎフレームの画像を生成するための電荷の転送が終了した後、この電荷による信号の画素外への出力動作が行われる。

本実施例では、第１電荷保持部２０３に長秒蓄積の電荷が保持され、第２電荷保持部２１３にはこれと比べて短秒蓄積の電荷が保持されている。このような動作によれば、ダイナミックレンジを拡大することが可能となる。

なお、本実施例では第１電荷保持部２０３、第２電荷保持部２１３ともに各フレームに対応する期間内で複数回の転送を行っているが、どちらか片方を複数回の転送を行うこととしてもよい。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。さらに、本実施例では第ｎフレームにおいて、長い蓄積期間を先に開始し、短い蓄積期間を後に行っていたが、この順番は逆でもよい。これらは以下の実施例でも同様である。

（実施例４）
本実施例の撮像装置の駆動方法について、図１０および図１１を用いて説明する。本実施例は、電荷保持部で保持された電荷のＦＤへの転送および、信号の画素外への出力動作が実施例３と異なる。

本実施例では各画素行ごとに第１電荷保持部２０３で保持された電荷と第２電荷保持部で保持された電荷とを順次転送し、画素外へは各画素行ごとに連続して読み出す点が実施例３と異なる。

図１０を用いて実施例３との差異について説明する。本実施例では、各画素行の１回の行選択で第１電荷保持部２０３で保持された電荷による信号と、第２電荷保持部２１３で保持された電荷による信号とを各行ごとにまとめて読み出している。具体的には期間Ｔ５１−Ｔ５３に、第１電荷保持部２０３で保持された電荷に基づく信号と第２電荷保持部２１３で保持された電荷に基づく信号とを読み出しを行っている。

次に図１１（ａ）の駆動パルス図を用いて説明する。図１１（ｂ）はフレーム期間の中でも特に時刻Ｔ５１から時刻Ｔ５３に行われる出力動作について示した駆動パルス図である。同様の図面であるため、両者を区別することなく説明を行う。

図１１において、駆動パルスｐＯＦＤ、ｐＧＳ１、ｐＧＳ２の動作は実施例３と同一であるので説明を省略する。

時刻Ｔ５２において駆動パルスｐＧＳ２がＬレベルになり、時刻Ｔ５２の後で、駆動パルスｐＳＥＬが連続してＨレベルとなる第１期間において、駆動パルスｐＲＥＳ、駆動パルスｐＴＸ２、駆動パルスｐＴＸ１を制御することで、第２電荷保持部２１３で保持された電荷をＦＤへ転送する。そしてこの電荷に基づく信号を画素外へ読み出したのちＦＤをリセットし、第１電荷保持部２０３で保持された電荷をＦＤへ転送し、画素外へ読み出す動作である。具体的に説明する。

図１１の時刻Ｔ５１までに光電変換部２０１で生じた電荷がそれぞれ第１電荷保持部２０３および第２電荷保持部２１３に保持されている。

時刻Ｔ５１の後、各画素行の出力動作が開始する。ここではｍ行目の出力動作について説明する。時刻Ｔ６８に駆動パルスｐＳＥＬ（ｍ）をＨレベルとして、選択トランジスタ２０８をオン状態とする。これによりｍ行目を選択し、ｍ行目の画素の信号が画素外へ出力される。

次に、時刻Ｔ７０において駆動パルスｐＲＥＳ（ｍ）がＨレベルとしてリセットトランジスタ２０６をオン状態とする。これによりＦＤ２０５の電荷を電源Ｖｄｄに排出する。

時刻Ｔ７１でリセットトランジスタ２０６をオフ状態とする。期間Ｔ７１−Ｔ７２において、ノイズ信号を後段の回路に出力する。

そして時刻Ｔ７２に駆動パルスｐＴＸ２（ｍ）をＨレベルとして、第２転送部２１２をオン状態とする。時刻Ｔ７３に駆動パルスｐＴＸ２（ｍ）がオフ状態となる。期間Ｔ７２−Ｔ７３において、第２電荷保持部２１３に保持された電荷をＦＤ２０５に転送する。

当該転送後、増幅トランジスタ２０７のソースフォロワ動作によって第２電荷保持部２１３の電荷の信号は増幅され、信号線１０７に読み出される。

次に、時刻Ｔ７４に駆動パルスｐＴＸ１（ｍ）をＨレベルとして、第１転送部２０２がオン状態となる。時刻Ｔ７５に駆動パルスｐＴＸ１（ｍ）をＬレベルとする。期間Ｔ７４−Ｔ７５において、第１電荷保持部２０３に保持された電荷をＦＤ２０５に転送する。ＦＤで第２電荷保持部の電荷が保持された状態で転送を行うため、第１電荷保持部の電荷と第２電荷保持部の電荷とが加算される。

当該転送後、ＦＤ２０５にて第１電荷保持部２０３と第２電荷保持部２１３の電荷を加算した信号はソースフォロワ動作によって増幅され信号線１０７へと読みだされる。

時刻Ｔ６９に駆動パルスｐＳＥＬ（ｍ）をＬレベルとし、選択トランジスタ２０８をオフ状態とする。これによりｍ行目の選択が終了する。

なお、第１電荷保持部２０３のＦＤ２０５への電荷の転送を、第２電荷保持部２１３の電荷の転送よりも先に行うと、ＦＤ２０５が飽和してしまう恐れがある。そのため、短時間の蓄積電荷を保持する電荷保持部（第２電荷保持部２１３）の転送を、長時間の蓄積電荷を保持する電荷保持部（第１電荷保持部２０３）の転送よりも先に行った方がよい。この順番によれば、少なくとも短時間の蓄積電荷を保持する電荷保持部の電荷に対応した正しい信号を出力することができる。また、少なくとも一部の期間において同時に転送してもよい。

また、第２電荷保持部２１３の電荷転送と第１電荷保持部２０３の電荷転送との間の期間Ｔ７３−Ｔ７４において、駆動パルスｐＲＥＳ（ｍ）をＨレベルにし、ＦＤ２０５のリセット動作を行ってもよい。

なお、第ｎフレームの信号の出力動作は、時刻Ｔ５１に第２電荷保持部２１３への電荷転送終了後から、時刻Ｔ５３に第１電荷保持部２０３への第ｎ＋１フレーム目の一度目の電荷転送が行われるまでに終了する必要がある。

その為、光電変換部２０１における長秒蓄積が各フレームに対応する期間の前半部分に行われるほうが、第ｎ＋１フレームの一度目の電荷転送までの時間が長く確保でき、出力動作の時間に余裕が持てる。

本実施例は実施例３のように、それぞれの電荷保持部において、異なる選択期間で第１電荷保持部２０３および第２電荷保持部２１３に保持した電荷を出力する場合に比べて、１回の行選択で第１電荷保持部２０３および第２電荷保持部２１３に保持した電荷を出力することで出力動作を短くすることが可能である。

（実施例５）
本実施例の撮像装置の駆動方法について図１２、図１３を用いて説明する。

本実施例は、第１電荷保持部２０３へ保持される電荷と第２電荷保持部２１３に保持される電荷の電荷蓄積期間の組み合わせが実施例４とは異なる。これまでの実施例では第１電荷保持部２０３、第２電荷保持部２１３のそれぞれで蓄積される電荷は、連続する期間に光電変換部で生じた電荷であった。これに対し本実施例では、第１電荷保持部、第２電荷保持部への電荷の転送を交互に繰り返し行う点が特徴である。さらに具体的にいえば、第１転送動作と、第２転送動作とを二つの電荷保持部で電荷を保持した状態で交互に繰り返し行う動作である。

図１２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。

図１２の期間Ｔ０―Ｔ１（以下、期間ΔＴ１）に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（１）、期間Ｔ２―Ｔ３（以下、期間ΔＴ３）に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（３）、期間Ｔ４―Ｔ５（以下、期間ΔＴ５）に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤｎ（５）は第１電荷保持部２０３に転送される。

そして、期間Ｔ１―Ｔ２（以下、期間ΔＴ２）に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤ２（ｎ）、期間Ｔ３―Ｔ４（以下、期間ΔＴ４）に光電変換部２０１で生じた電荷ＰＤ４（ｎ）は第２電荷保持部２１３に転送される。

期間ΔＴ１、期間ΔＴ３、期間ΔＴ５はそれぞれ光電変換部２０１の長秒蓄積に対応し、その長さは等しい（ΔＴ１＝ΔＴ３＝ΔＴ５）。また、期間ΔＴ２、期間ΔＴ４はそれぞれ光電変換部２０１の短秒蓄積に対応しその長さは等しい（ΔＴ２＝ΔＴ４）。

期間ΔＴ１、期間ΔＴ３、期間ΔＴ５に生じた電荷は第１電荷保持部２０３で加算された後、保持される。これはこれまで説明した第１転送動作を用いて行われる。

同様に、期間ΔＴ２と期間ΔＴ４の期間に生じた電荷は第２電荷保持部２１３で加算された後保持される。これはこれまで説明した第２転送動作を用いて行われる。

ここで、第１電荷保持部２０３で最終的に保持される総電荷の光電変換部２０１で蓄積されていた期間を第１期間とする。本例では第１期間は期間Ｔ０−Ｔ５である。また、第２電荷保持部２１３で最終的に保持される総電荷の光電変換部２０１で蓄積されていた期間を第２期間とする。本例では第２期間は期間Ｔ１−Ｔ４である。

ここで第１期間の開始時刻Ｔ０と第２期間の開始時刻Ｔ１とは異なっている。また第１期間の終了時刻Ｔ５と第２期間の終了時刻Ｔ４とは異なっている。一方で、第１期間の開始時刻Ｔ０と終了時刻Ｔ５との間の中心時刻と、第２期間の開始時刻Ｔ１と終了時刻Ｔ４との間の中心時刻とは一致している。図１２において時間中心は黒丸で示している部分である。

本実施例では、この二つの保持部に保持される信号電荷の時間的な中心（中心時刻）が一致している。

次に図１３を用いて、図１２の具体的な駆動パルスのタイミングについて説明する。主にこれまでの実施例と異なる部分を中心に説明する。

時刻Ｔ０に駆動パルスｐＧＳ１はＬレベルとなり、光電変換部２０１へ第ｎフレーム期間の電荷の蓄積が開始される。

時刻Ｔ１において、駆動パルスｐＧＳ１はＨレベルとなり、期間Ｔ０―Ｔ１に光電変換部２０１に生じた電荷は第１電荷保持部２０３へと転送される。

その後駆動パルスｐＧＳ１がＬレベルとなると、光電変換部２０１は電荷の蓄積を再開し、時刻Ｔ２に駆動パルスｐＧＳ２がＨレベルになることにより、第２電荷保持部２１３に期間Ｔ１−Ｔ２に光電変換部２０１に生じた電荷を転送する。

その後、同様の動作を時刻Ｔ４まで繰り返し、時刻Ｔ５に駆動パルスｐＧＳ１がＨレベルになることにより、第１電荷保持部２０３への３回目の電荷転送を行う。

時刻Ｔ６に駆動パルスｐＧＳ１がＬレベルになると、順次行ごとに第ｎフレーム目の信号の出力動作を行う。

これまでの説明と同様に、画素外への信号の出力動作はまず駆動パルスｐＳＥＬがＨレベルになり行選択が行われることで開始される。行選択が行われた後、駆動パルスｐＲＥＳによるＦＤ２０５のリセットが行われる。次に、駆動パルスｐＴＸ１がＨレベルとなり、第１電荷保持部２０３の出力動作を行う。その後、駆動パルスｐＲＥＳがＨレベルとなりＦＤ２０５のリセットを再び行う。リセット後、駆動パルスｐＴＸ２がＨレベルとなり、第２電荷保持部２１３の出力動作を行う。

駆動パルスｐＴＸ１をＨレベルと駆動パルスｐＴＸ２のＨレベルとの間の期間に駆動パルスｐＲＥＳをＨレベルにしてＦＤ２０５のリセットを行っている。これにより、第１電荷保持部２０３の電荷を転送した時点でＦＤ２０５が飽和してしまった場合でも、その後ＦＤ２０５のリセットを行うため、第２電荷保持部２１３の電荷の出力を行うことができる。

ここで、第ｎフレーム目の駆動パルスｐＧＳ１と駆動パルスｐＧＳ２に着目する。

時刻Ｔ１に駆動パルスｐＧＳ１がＨレベルとなり第１電荷保持部２０３への転送を行った後、時刻Ｔ２に駆動パルスｐＧＳ２がＨレベルとなり第２電荷保持部２１３への転送を行っている。

そして、第ｎフレームに対応する期間の最後に駆動パルスｐＧＳ１がＨレベルとなり、第１電荷保持部２０３への電荷転送を再び行っている。このように第２電荷保持部２１３の複数回の電荷転送のタイミングが、第１電荷保持部２０３の複数回の電荷転送のタイミングの間にある。つまり、第１転送動作と第２転送動作とを、二つの電荷保持部で電荷を保持した状態で交互に繰り返し行っている。

本実施例によれば、長秒蓄積の電荷と短秒蓄積の電荷とを組み合わせてハイダイナミックレンジ合成画像を作成する際に、時間的なずれの少ない自然な画像とする事が出来る。

本実施例では長秒蓄積と短秒蓄積とで時間中心が一致していたが、時間的なずれの改善という意味では、長秒蓄積の電荷の転送と短秒蓄積の電荷の転送とを交互に行えばよい。

（実施例６）
本実施例の撮像装置の駆動方法について図１４、図１５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１と同様である為、説明は省略する。図１４は本実施形態の駆動方式を説明する駆動概念図である。

図１４において、期間Ｔ０−Ｔ１はＯＦＤ期間である。

期間Ｔ１―Ｔ２は光電変換部２０１で生じた電荷の蓄積を行い、時刻Ｔ２において、第１電荷保持部２０３に電荷を転送する。

期間Ｔ２―Ｔ３において、光電変換部２０１で生じた電荷を蓄積し、時刻Ｔ３において、第２電荷保持部２１３に電荷を転送する。ここで、説明のため光電変換部２０１で生じた電荷を電荷保持部に転送し、保持する動作をサンプリング動作と呼ぶ。

ここで、期間Ｔ１−Ｔ２（ΔＴＬとする）は、期間Ｔ２−Ｔ３（ΔＴＳとする）より長い。

次に、期間Ｔ３―Ｔ４において、光電変換部２０１に生じた電荷を蓄積し、時刻Ｔ４に第１電荷保持部２０３に電荷を転送する。期間Ｔ３―Ｔ４は、ΔＴＬに等しい。期間Ｔ４―Ｔ５において、光電変換部２０１に生じた電荷を蓄積し、時刻Ｔ５に第２電荷保持部２１３に電荷を転送する。期間Ｔ４―Ｔ５はΔＴＳに等しい。

以降ΔＴＬの期間の電荷を第１電荷保持部２０３に転送する動作と、ΔＴＳの期間の電荷を第２電荷保持部２１３に転送する動作を時刻Ｔ１１まで繰り返し行う。そして、期間Ｔ１１−Ｔ１２にΔＴＬの期間の電荷を第１電荷保持部２０３に転送する動作を行う。

すなわち、長秒蓄積のサンプリングを６回、短秒蓄積のサンプリング動作を５回行い、長い蓄積期間のサンプリング動作と短い蓄積期間のサンプリングが交互となっている。

時刻Ｔ１２から第ｎフレーム目の出力動作を行う。出力動作は実施例５と同様であるので、詳細な説明は省略する。１回のサンプリング動作と次のサンプリング動作の間隔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開始からサンプリング動作終了までの期間をサンプリング期間と呼ぶ。

本実施例では図１５に示すようにＯＦＤ動作を行う期間に画素外への出力動作を行う。

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１４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。短い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。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。さらに、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Ｔ３―Ｔ１１とし、フレーム周期の１／２より大きくしている。これにより、時刻Ｔ３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。本実施例では光源の明滅周期をフレーム周期と同じ場合を例示したが、一般化すると、短い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の周期までに対応できる。

また、明滅周期の短い光源も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。

また、実施例５と同様に、長秒蓄積と短秒蓄積とを交互に行い、かつ、長秒蓄積と短秒蓄積の時間中心を一致させているため同様の効果を得ることができる。

本実施例では、長い蓄積期間の時間中心を揃えるため、期間Ｔ０―Ｔ１においてＯＦＤ期間を設けている。これは、前フレームの出力動作の期間が期間Ｔ０−Ｔ２となると、長秒蓄積の期間ΔＴＬよりも長くなってしまうためである。

これは、前述したフリッカ対応のため、サンプリングの周期を細かくすればするほど、１回あたりの長秒蓄積が短くなり、前フレームの出力動作を間に合わせるのが難しくなるためである。

しかしながら、出力動作を高速にし、出力動作の期間をΔＴＬより短くできる場合には、ＯＦＤ期間を設ける必要は必ずしもない。また、時間中心を完全に一致させなくとも、ハイダイナミックレンジ合成時の画質は向上するので、出力動作はそのままでＯＦＤ期間をなくしてもよい。

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

Claims (10)

1. 光電変換部と、
   前記光電変換部で生じた電荷を保持する第１電荷保持部および第２電荷保持部と、
   前記第１電荷保持部および前記第２電荷保持部で保持された電荷の少なくとも一方が転送されるフローティングディフュージョンと、
   前記光電変換部で生じた電荷を前記第１電荷保持部へ転送する第１転送部と、
   前記光電変換部で生じた電荷を前記第２電荷保持部へ転送する第２転送部と、
   前記第１電荷保持部で保持された電荷を前記フローティングディフュージョンへ転送する第３転送部と、
   前記第２電荷保持部で保持された電荷を前記フローティングディフュージョンへ転送する第４転送部と、
   前記第１電荷保持部で保持された電荷および前記第２電荷保持部で保持された電荷の少なくとも一方の電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、を有する画素が行列上に複数配された撮像装置の駆動方法であって、
   前記第３転送部がオン状態からオフ状態に維持されてから、その後オフ状態からオン状態になる間に、複数の画素行において、同時に、前記光電変換部で生じた電荷を第１保持部に転送する第１転送動作を複数回行い、
   前記第４転送部がオン状態からオフ状態に維持されてから、その後オフ状態からオン状態になる間に、前記複数の画素行において、同時に、前記光電変換部で生じた電荷を第２保持部に転送する第２転送動作を複数回行い、
   前記複数の第１転送動作のそれぞれにより転送される電荷が前記光電変換部で蓄積されていた期間の長さと、前記複数の第２転送動作のそれぞれにより転送される電荷が前記光電変換部で蓄積されていた期間の長さが異なり、
   前記複数の第１転送動作の回数と、前記複数の第２転送動作の回数が異なることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
2. 第１期間は、前記第３転送部がオン状態からオフ状態に維持されてから、その後オフ状態からオン状態になるまでに前記第１電荷保持部で保持される電荷が前記光電変換部で蓄積されていた期間であり、
   第２期間は、前記第４転送部がオン状態からオフ状態に維持されてから、その後オフ状態からオン状態になるまでに前記第２電荷保持部で保持される電荷が前記光電変換部で蓄積されていた期間であり、
   前記第１期間の開始時刻と前記第２期間の開始時刻とは異なっており、
   前記第１期間の終了時刻と前記第２期間の終了時刻とは異なっており、
   前記第１期間の開始時刻と終了時刻との間の中心時刻と、前記第２期間の開始時刻と終了時刻との間の中心時刻とが等しいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の駆動方法。
3. 前記第１電荷保持部で保持された電荷を前記フローティングディフュージョンへ転送した後、前記フローティングディフュージョンで前記第１電荷保持部からの電荷を保持した状態で、前記第２電荷保持部で保持された電荷を前記フローティングディフュージョンへ転送することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置の駆動方法。
4. 前記第１電荷保持部で保持された電荷と前記第２電荷保持部で保持された電荷とを同時に前記フローティングディフュージョンへ転送することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置の駆動方法。
5. 前記第１電荷保持部で保持された電荷を前記フローティングディフュージョンへ転送し、前記第１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転送された電荷をリセットした後、前記第２電荷保持部で保持された電荷を前記フローティングディフュージョンへ転送することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置の駆動方法。
6. 前記複数の第１転送動作及び前記複数の第２転送動作のうち、連続して行われる二つの動作の間に、前記光電変換部の電荷をリセットす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. オーバーフロートランジスタを有し、
   前記オーバーフロートランジスタをオン状態にすることにより、前記光電変換部の電荷をリセットすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
8. 前記フローティングディフュージョンの電荷をリセットするリセットトランジスタを有し、
   前記第１転送動作後に、前記第１電荷保持部で保持されていた電荷を、前記フローティングディフュージョンに転送する前に、前記リセットトランジスタを用いて、前記フローティングディフュージョンの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. 画像を生成する際に、前記第３転送部により転送される電荷に基づく信号と、前記第４転送部により転送される電荷に基づく信号を用い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. 前記複数の第１転送動作のそれぞれにより転送される電荷が前記光電変換部で蓄積されていた期間の長さは、前記複数の第２転送動作のそれぞれにより転送される電荷が前記光電変換部で蓄積されていた期間の長さよりも長く、前記複数の第１転送動作の回数は、前記複数の第２転送動作の回数よりも多い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。

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