JP6728268B2 - 撮像装置、撮像システム、および、移動体 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム、および、移動体に関する。

近年、ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、グローバル電子シャッタを行うことが提案されている。グローバル電子シャッタを行う撮像装置では、１フレームを得るための光電変換による電荷の蓄積動作の開始時刻および終了時刻（露光開始時刻と露光終了時刻）を各画素で揃える。これにより、動きの速い被写体を撮影する場合でも被写体像が歪まないという利点がある。

特許文献１には、グローバル電子シャッタ機能を備えた撮像装置が記載されている。特許文献１に記載の撮像装置では、１フレームを得るための露光期間のうち、露光開始時刻から始まる第１の期間では第１の期間における光電変換によって生じた電荷を光電変換部に蓄積する。当該露光開始時刻において、保持部は前のフレームを得るための露光期間に蓄積された電荷を保持しており、第１の期間ではその読み出し動作が各画素で順次行われる。第１の期間の終了時には、各画素において光電変換部から保持部への電荷の転送が行われる。そして、第１の期間より後の第２の期間では、第２の期間における光電変換によって生じた電荷を光電変換部、または、光電変換部および保持部によって蓄積する。

特許文献１に記載の撮像装置では、このように、１フレームを得るための露光期間の途中に光電変換部から保持部への電荷の転送を行う。これにより、画質の低下を抑制しつつ、画素の飽和電荷量を向上させることのできるグローバル電子シャッタ動作を実現している。

特開２０１５−１７７３４９号公報

特許文献１に記載の撮像装置では、例えば動きの速い被写体を撮影した場合など、１フレームを得るための露光期間中に光量が大きく変化する場合に、各画素から出力される信号の出力比が、本来の出力比からずれる場合がある。そのため、画質が低下するという課題があった。

そこで本発明では、上述の課題に鑑み、画質を向上させることを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素に接続された出力線と、を有し、第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、前記第２の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、前記第２の時刻の後の第３の時刻に、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷、の両方を保持し、前記複数の画素は、それぞれの有する前記光電変換部の飽和電荷量が互いに異なる第１の画素と第２の画素とを含むことを特徴とする。
本発明の別の側面に係る実施例の光電変換装置は、入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素に接続された出力線と、を有し、第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、遅くとも前記第２の時刻までに、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、前記第２の時刻の後の第３の時刻に、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷、の両方を保持し、前記排出スイッチは前記光電変換部と接続されたトランジスタであり、前記複数の画素に含まれる第１の画素の排出スイッチのゲートに印加されるオフ電圧は、前記複数の画素に含まれる第２の画素の排出スイッチのゲートに印加されるオフ電圧と異なることを特徴とする。
本発明の別の側面に係る実施例の光電変換装置は、入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素に接続された出力線と、を有し、第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、遅くとも前記第２の時刻までに、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、前記第２の時刻の後の第３の時刻に、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷、の両方を保持し、前記排出スイッチは前記光電変換部と接続されたトランジスタであり、前記複数の画素に含まれる第１の画素の排出スイッチのゲート電極の下に配置される半導体領域の不純物濃度は、前記複数の画素に含まれる第２の画素の排出スイッチのゲート電極の下に配置される半導体領域の不純物濃度と異なることを特徴とする。
本発明の別の側面に係る実施例の光電変換装置は、入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素に接続された出力線と、を有し、第１の駆動モードと、第２の駆動モードと、を切替可能に備え、前記第１の駆動モードにおいて、第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、前記第２の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、前記第２の時刻の後の第３の時刻に、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷、の両方を保持し、前記第２の駆動モードにおいて、１フレームを得るための露光期間の開始時において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、前記露光期間の開始時から終了時まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、前記露光期間の終了時に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、前記第１の駆動モードと前記第２の駆動モードとの切替えに応じて、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の有する前記光電変換部の飽和電荷量を変更することを特徴とする。

本発明によれば、画質を向上させることができる。

撮像装置の構成を示すブロック図である。 撮像装置の等価回路を表す図である。 撮像装置の断面構造を模式的に示す図である。 第１の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスを示す図である。 第１の駆動モードにおける撮像装置の画素の各部のポテンシャル状態を模式的に示す図である。 第１の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスを示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスを示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 撮像装置の等価回路を表す図である。 撮像装置の等価回路を表す図である。 撮像装置の断面構造を模式的に示す図である。 撮像装置の等価回路を表す図である。 撮像装置の断面構造を模式的に示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 第２の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスと画素部の電荷量の一例を模式的に示す図である。 撮像システムの構成を示すブロック図である。 移動体の構成を示すブロック図である。

本発明に係る１つの実施形態は、複数の画素と、複数の画素に接続され、複数の画素からの信号が出力される出力線とを備える撮像装置である。複数の画素のそれぞれが、光電変換部と、電荷を保持する保持部と、電荷に基づく信号を出力する増幅部とを有する。さらに、光電変換部から保持部へ電荷を転送する第１の転送スイッチと、保持部から増幅部へ電荷を転送する第２の転送スイッチとが配される。このような構成により、複数の画素の間で光電変換の期間が一致するような撮像動作、いわゆる、グローバル電子シャッタを行うことができる。電子シャッタとは、入射光によって生じた電荷の蓄積を電気的に制御することである。

本発明に係るいくつかの実施形態では、第１の時刻において、複数の画素の光電変換部が同時に電荷の蓄積を開始する（ｋフレーム目の露光期間の開始。ただし、ここではｋは２以上の正の整数）。第１の時刻から第２の時刻まで、少なくとも１つの画素において、第１の転送スイッチがオフに維持される。当該少なくとも１つの画素については、この期間に生じた電荷が光電変換部に蓄積される。第１の時刻から第２の時刻までの期間が第１の期間である。

第１の期間に、複数の画素の保持部に保持された電荷に基づく信号を、増幅部が、順次、出力線へ出力する。言い換えると、当該第１の期間に、各画素が少なくとも１回ずつ信号を出力する。具体的な動作としては、当該第１の期間に、複数の画素の第２の転送スイッチが、順次、オンする。第１の期間に生じた電荷は光電変換部に蓄積されるので、保持部は第１の時刻より前に生じた電荷を、この第１の期間の間、保持することができる。なお、第１の時刻において保持部が保持している電荷は、具体的には、前のフレーム（（ｋ−１）フレーム）の露光期間に光電変換部で生成された電荷である。

第１の期間に出力する信号の数は、出力する画像のフォーマットによって変更されうる。例えば動画の撮影であれば、１フレームに用いられる水平ラインの数だけ信号が出力されればよい。このような実施形態では、撮像装置が備える画素の全部から信号が出力されなくてもよい。

複数の画素からの信号の出力が終わった後、少なくとも第２の時刻から第３の時刻までの第２の期間、複数の画素の保持部が電荷を保持する。このとき、保持部は、第１の期間で生じた電荷と第２の期間で生じた電荷とを保持する。第３の時刻に、複数の画素の第１の転送スイッチが同時にオンからオフに制御される。

光電変換部は、少なくとも第１の期間に生じる電荷を蓄積できればよいため、光電変換部の飽和電荷量が小さくても、画素の飽和電荷量を維持することができる。したがって、このような構成により、飽和電荷量を維持しつつ、グローバル電子シャッタを行うことができる。なお、いくつかの実施形態では、複数の画素の保持部が電荷を保持している第２の期間は、第１の期間よりも長い。第２の期間が第１の期間より長いことにより、光電変換部の飽和電荷量をより小さくできるためである。

いくつかの実施形態では、１フレームを得るための露光期間の途中に光電変換部から保持部へ電荷を転送するグローバル電子シャッタを行う撮像装置において、画素間出力比のずれを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。もちろん、本発明に係る実施形態は、以下に説明される実施形態のみに限定されない。例えば、以下のいずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した例、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した例も本発明の実施形態である。また、以下の実施形態では、第１導電型がＮ型であり、第２導電型がＰ型である。しかし、第１導電型がＰ型であり、第２導電型がＮ型であってもよい。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置１は半導体基板を用いて１つのチップで構成することができる。撮像装置１は、複数の画素が配された撮像領域２を有している。更に、撮像装置１は制御部３を有している。制御部３は、垂直走査部４、信号処理部５、および出力部６に制御信号、電源電圧等を供給する。

垂直走査部４は撮像領域２に配された複数の画素に駆動パルスを供給する。通常、画素行ごともしくは複数の画素行ごとに駆動パルスを供給する。垂直走査部４はシフトレジスタもしくはアドレスデコーダを用いて構成することができる。

信号処理部５は、不図示の列回路、水平走査回路、水平出力線を含んで構成される。列回路は、各々が、垂直走査部４により選択された画素行に含まれる複数の画素の信号を受ける複数の回路ブロックにより構成されている。各回路ブロックは、信号保持部、増幅回路、ノイズ除去回路、アナログデジタル変換回路のいずれか、もしくはそれらの組み合わせにより構成することができる。水平走査回路はシフトレジスタもしくはアドレスデコーダを用いて構成することができる。

出力部６は水平出力線を介して伝達された信号を撮像装置１の外に出力する。出力部６は、バッファもしくは増幅回路を含んで構成されている。出力部６は、各画素からの信号
を信号処理部７に出力する。信号処理部７は、各画素からの信号を信号処理する。典型的には、各画素からのそれぞれからの信号に、ホワイトバランスに応じたゲインをかけて、現像画像を生成する処理を行う。なお、信号処理部７は撮像装置１の内部に設けられていてもよい。

（画素構造）
図２は、撮像装置１のうち、撮像領域２に含まれる画素の等価回路を表す図である。撮像領域２には、画素が行列状に配されているとして、説明の簡略化のために、ｎ行目からｎ＋２行目までのうち、ｍ列目からｍ＋２列目までの、３行×３列の画素を例に取っている。１個の画素を破線で囲い、これをＰＩＸとして示した。すなわち、図２には９個の画素ＰＩＸが示されているが、撮像装置１はさらに多くの画素を有している。

各画素ＰＩＸは、光電変換部ＰＤ、保持部ＭＥＭ、増幅部ＳＦ、第１の転送スイッチＴＸ１、および、第２の転送スイッチＴＸ２を含む。さらに、各画素ＰＩＸは、リセットトランジスタＲＥＳ、選択トランジスタＳＥＬを含む。

光電変換部ＰＤは、入射光によって生じた電荷を蓄積する。光電変換部ＰＤのアノードは固定電位に接地され、カソードは第１の転送部である第１の転送スイッチＴＸ１を介して保持部ＭＥＭの一方の端子に接続される。第１の転送スイッチＴＸ１は、光電変換部ＰＤの電荷を保持部ＭＥＭに転送する。光電変換部ＰＤのカソードは、さらに、第３の転送部である第３の転送スイッチＴＸ３を介してオーバーフロードレイン（以下、ＯＦＤ）として機能する第２の電源である電源線と接続される。第３の転送スイッチＴＸ３は、光電変換部ＰＤの電荷を排出する排出スイッチである。

保持部ＭＥＭの他方の端子は固定電位に接地されている。保持部ＭＥＭの一方の端子は、さらに、第２の転送部である第２の転送スイッチＴＸ２を介して増幅部ＳＦである増幅トランジスタのゲート端子に接続される。第２の転送スイッチＴＸ２は、保持部ＭＥＭの電荷を増幅部ＳＦの入力ノードである浮遊拡散部（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｐｏｒｔｉｏｎ）ＦＤに転送する。増幅部ＳＦのゲート端子は、リセット部であるリセットトランジスタＲＥＳを介して第１の電源である画素電源線に接続される。リセットトランジスタＲＥＳは、増幅部ＳＦの入力ノードである浮遊拡散部ＦＤの電圧をリセットする。選択トランジスタＳＥＬは、出力線である垂直信号線ＯＵＴに信号を出力する画素ＰＩＸを選択する。増幅部ＳＦは、入射光によって生じた電荷に基づく信号を垂直信号線ＯＵＴに出力する。増幅部ＳＦは、例えばソースフォロアである。ここでは、第１の転送スイッチＴＸ１、第２の転送スイッチＴＸ２、排出スイッチＴＸ３は、それぞれ、ＭＯＳトランジスタである。各トランジスタの制御電極に与えられる信号は、図２では、ＯＦＤとして機能する電源線と画素電源線とを分けているが、これらは共通の電源に接続されてもよい。

選択トランジスタＳＥＬは、一方の主電極が垂直信号線に、他方の主電極が増幅トランジスタＳＦの一方の主電極と接続されている。アクティブな信号ＰＳＥＬが選択トランジスタＳＥＬの制御電極に入力されると、選択トランジスタＳＥＬの両主電極は導通状態となる。これにより増幅部ＳＦは、垂直信号線ＯＵＴに設けられた不図示の定電流源とでソースフォロワ回路を形成し、増幅部ＳＦの制御電極であるゲート端子の電位に応じた信号が垂直信号線ＯＵＴに現れる。垂直信号線ＯＵＴに現れた信号、すなわち画素ＰＩＸから出力された信号に基づいて撮像装置１から信号が出力される。また、増幅部ＳＦのゲート端子と、リセットトランジスタＲＥＳおよび第２転送スイッチＴＸ２の主電極とが共通に接続される入力ノードである浮遊拡散部ＦＤは、容量値を有しており、電荷を保持することができる。

本実施形態の撮像装置１はカラーセンサであり、各画素ＰＩＸのそれぞれにカラーフィルタが配置されている。図２中の各画素ＰＩＸの左上にそれぞれ示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇｒ、Ｇｂ）、青（Ｂ）のカラーフィルタがそれぞれ配置された画素ＰＩＸがベイヤー配列で並んでいる。本実施形態の撮像装置１では、排出スイッチＴＸ３のゲート駆動配線が、各行にＰＴＸ３−１とＰＴＸ３−２の２本ずつあり、赤（Ｒ）、緑（Ｇｒ、Ｇｂ）、青（Ｂ）の各画素ＰＩＸが、カラーフィルタの色ごとに別の駆動配線に接続されている。

本実施形態では、ｎ行の画素行においては、赤（Ｒ）の画素ＰＩＸにはゲート駆動配線ＰＴＸ３−１（ｎ）が、緑（Ｇｒ）の画素ＰＩＸにはゲート駆動配線ＰＴＸ３−２（ｎ）が、それぞれ接続されている。（ｎ＋１）行の画素行においては、緑（Ｇｂ）の画素ＰＩＸにはゲート駆動配線ＰＴＸ３−１（ｎ＋１）が、青（Ｂ）の画素ＰＩＸにはゲート駆動配線ＰＴＸ３−２（ｎ＋１）が、それぞれ接続されている。緑（Ｇｒ）の画素ＰＩＸを駆動するゲート駆動配線ＰＴＸ３−２（ｎ）と緑（Ｇｂ）の画素を駆動するゲート駆動配線ＰＴＸ３−１（ｎ＋１）は、不図示の領域で同一となっている。

図３は、撮像装置の断面構造を模式的に示している。図３には１つの画素の断面が示されている。なお、図３において、図２に示した各部と同じ機能を有する部分には同じ符号を付している。図３では、表面照射型の撮像装置を示しているが、これに限定はされず、裏面照射型の撮像装置であってもよい。また、ここでは、信号電荷として電子を用いる場合を例にとって、半導体領域の導電型は説明する。信号電荷としてホールを用いる場合には各半導体領域の導電型を逆導電型とすればよい。

光電変換部ＰＤは埋め込み型のフォトダイオード構造を有する。光電変換部ＰＤは、Ｎ型の半導体領域２０２と、Ｐ型の半導体領域２０３と、を有する。Ｎ型の半導体領域２０２、および、Ｐ型の半導体領域２０３がＰＮ接合を形成する。Ｐ型の半導体領域２０３により界面のノイズを抑制することが可能となる。

Ｎ型の半導体領域２０２の周囲には、Ｐ型の半導体領域２０１が配置されている。Ｐ型の半導体領域２０１は、Ｎ型の半導体基板にＰ型の不純物イオンを注入して形成してもよいし、Ｐ型の半導体基板を用いて形成してもよい。

保持部ＭＥＭは、Ｎ型の半導体領域２０５を含む。Ｎ型の半導体領域２０５に、信号となる電荷が保持される。また、Ｎ型の半導体領域２０５と半導体基板の表面との間にＰ型の半導体領域を配置してもよい。これにより、保持部ＭＥＭが埋め込み型の構造を有することができる。

ゲート電極２０７は、第１の転送スイッチＴＸ１のゲートを構成する。また、ゲート電極２０７の下には、ゲート絶縁膜を介して、Ｎ型の半導体領域２１３が配置されている。Ｎ型の半導体領域２１３の不純物濃度は、Ｎ型の半導体領域２０２の不純物濃度よりも低い。ゲート電極２０７に供給する電圧によって、光電変換部ＰＤと保持部ＭＥＭとの間のポテンシャル状態を制御可能である。

Ｎ型の半導体領域２０８は、浮遊拡散部ＦＤを構成する。Ｎ型の半導体領域２０８は、増幅部ＳＦのゲートと、プラグ２０９を介して電気的に接続されている。

ゲート電極２０４は、第２の転送スイッチＴＸ２のゲートを構成する。ゲート電極２０４に供給する電圧によって、保持部ＭＥＭと浮遊拡散部ＦＤの間のポテンシャル状態を制御可能である。

保持部ＭＥＭは、遮光部２１０によって遮光される。遮光部２１０は、可視光域の光の透過率の低い材料、例えば、タングステンやアルミニウム等の金属で形成される。遮光部２１０は、少なくとも保持部ＭＥＭを覆っているが、図示するように、第１の転送スイッチのゲート電極２０７の全体、および、第２の転送スイッチのゲート電極２０４の一部の上部まで延在して配置されていてもよい。この構成によれば、遮光部２１０による遮光機能をさらに高めることができるので好ましい。遮光部２１０の開口の上には、カラーフィルタＣＦ、マイクロレンズＭＬが配置されている。すなわち、各画素ＰＩＸには、光電変換部ＰＤの入射光の入射方向の上流側に、カラーフィルタＣＦとマイクロレンズＭＬが配置されている。

Ｎ型の半導体領域２１２は、ＯＦＤ領域の一部を構成する。プラグ２１５は、Ｎ型の半導体領域２１２へ電源電圧を供給するためのプラグであり、ＯＦＤとして機能する第２の電源と接続されている。

ゲート電極２１１は、排出スイッチＴＸ３のゲートを構成する。ゲート電極２１１に供給する電圧によって、光電変換部ＰＤとＯＦＤ領域との間のポテンシャル状態を制御可能である。

（駆動方法）
次に、撮像装置の駆動方法について説明する。以下の説明では、撮像装置の駆動方法について、第１の駆動モードと第２の駆動モードについて説明する。第１の駆動モードおよび第２の駆動モードはいずれもグローバル電子シャッタを行う駆動モードであり、光電変換部ＰＤでの電荷の蓄積と光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送を含むが、電荷の転送のタイミングが異なる。具体的には、第１の駆動モードでは露光期間の終了時に光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送を行うのに対して、第２の駆動モードでは露光期間の途中に光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送を行う。本実施形態の撮像装置は、少なくとも、第２の駆動モードで動作を行う。

なお、本実施形態の撮像装置は、ローリングシャッタを行う駆動モードを有していてもよい。ローリングシャッタの駆動モードでは、複数の画素の光電変換部ＰＤによる電荷の蓄積を、順次、開始する。その後、複数の画素の第１の転送スイッチＴＸ１を、順次、オンに制御する。

（第１の駆動モード）
図４〜６を用いて、グローバル電子シャッタを行う第１の駆動モードについて説明する。第１の駆動モードでは、露光期間中に生じた電荷を光電変換部ＰＤで蓄積し、露光期間の終了時に、光電変換部ＰＤで蓄積していた電荷を保持部ＭＥＭに転送する動作を行う。

図４は、第１の駆動モードにおける駆動パルスを模式的に示している。図４では、ｎ〜（ｎ＋２）行目の画素の、選択トランジスタＳＥＬ、リセットトランジスタＲＥＳ、第１の転送スイッチＴＸ１、第２の転送スイッチＴＸ２、および、排出スイッチＴＸ３に供給される駆動パルスが示されている。駆動パルスがハイレベルの時に、対応するトランジスタまたはスイッチがオンする。駆動パルスがローレベルの時に、対応するトランジスタまたはスイッチがオフする。これらの駆動パルスは、撮像装置１に配された制御部３が供給する。

図５は、各タイミングでの、画素の各部のポテンシャル状態を模式的に示している。図５は電子に対するポテンシャルの図であり、図の上側ほど電子に対するポテンシャルが高い、つまり電位としては低いことを表している。図５は左から、ＯＦＤ、排出スイッチＴＸ３、光電変換部ＰＤ、第１の転送スイッチＴＸ１、保持部ＭＥＭ、第２の転送スイッチＴＸ２、浮遊拡散部ＦＤの電位を表しており、図２、３に示した各部に対応する。

まず、時刻ｔ２より前に、前のフレームの露光が行われている。露光とは、光電変換によって生じた電荷が信号として蓄積または保持されることを意味する。

時刻ｔ１の前は、光電変換部ＰＤに光が照射され、時刻ｔ１までの期間に光電変換部ＰＤに入射した光の光量に対応した電荷が光電変換部ＰＤに蓄積されている。その状態が、図５（ａ）に模式的に示されている。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に、第１の転送スイッチ制御信号ＰＴＸ１（ｎ）、ＰＴＸ１（ｎ＋１）、ＰＴＸ１（ｎ＋２）（以下、これらをまとめて「ＰＴＸ１」と称する）がハイレベルとなり、第１の転送スイッチＴＸ１がオンになる。これにより、光電変換部ＰＤに溜まっていた電荷が、保持部ＭＥＭへと転送される。その状態が、図５（ｂ）に模式的に示されている。時刻ｔ２にＰＴＸ１が再びローレベルとなり、転送動作が終了する。このときの状態が、図５（ｃ）に模式的に示されている。この光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送動作は、全画素同時に行われる。第１の駆動モードにおける前のフレームの露光の終了は、光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の第１の転送スイッチＴＸ１を全画素同時にオンからオフへ制御することである（図４の時刻ｔ２）。

時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間に、排出スイッチ制御信号ＰＴＸ３−１（ｎ）、ＰＴＸ３−１（ｎ＋１）、ＰＴＸ３−１（ｎ＋２）、ＰＴＸ３−２（ｎ）、ＰＴＸ３−２（ｎ＋１）、ＰＴＸ３−２（ｎ＋２）（以下、これらをまとめて「ＰＴＸ３」と称する）がハイレベルとなり、光電変換部ＰＤからＯＦＤへ電荷が排出される。その状態が図５（ｄ）に模式的に示されている。この光電変換部ＰＤからＯＦＤへの排出動作は全画素同時に行われる。第１の駆動モードにおける露光の開始は、光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送を行う排出スイッチＴＸ３を全画素同時にオンからオフへ制御することである（図４の時刻ｔ４）。

このように、第１の駆動モードでは、光電変換部ＰＤからＯＦＤへの電荷の排出、および、光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの転送を全画素同時に行う。これにより、複数の画素の間で光電変換の期間が一致するような撮像動作、いわゆる、グローバル電子シャッタを行うことができる。

次に、光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへと転送された電荷の読み出しの動作を説明する。なおここでは、排出スイッチＴＸ３をオンからオフへと制御することで開始される次のフレームの露光（光電変換部ＰＤでの電荷の蓄積）が開始された後に前のフレームの信号の読み出し動作が開始される場合について説明するが、これに限定はされない。

時刻ｔ５には、浮遊拡散部ＦＤのリセットトランジスタＲＥＳ（ｎ）がオンからオフへと制御され、浮遊拡散部ＦＤのリセットが解除される。同時に、行選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）がハイレベルになることで、選択トランジスタＳＥＬ（ｎ）がオンとなり、ｎ行目の画素が選択される。これにより、ｎ行目の画素の浮遊拡散部ＦＤの電位に対応する電圧が、垂直信号線ＯＵＴに出力される。

時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間に、リセットノイズ選択信号ＰＴＮがハイレベルになる。このタイミングで、信号処理部５に含まれる列回路が、ｎ行目の画素の浮遊拡散部ＦＤのリセットノイズレベルをサンプルホールドする。これにより、ノイズ信号の読み出し（Ｎ読み）が行われる。

時刻ｔ８から時刻ｔ９までの期間に、第２の転送スイッチ制御信号ＰＴＸ２（ｎ）がハイレベルになり、ｎ行目の画素の第２転送スイッチＴＸ２がオンになる。これにより、保持部ＭＥＭに溜まっていた電荷が、浮遊拡散部ＦＤへと転送される。その状態が、図５（ｅ）に示されている。時刻ｔ９に第２の転送スイッチ制御信号ＰＴＸ２（ｎ）が再びローレベルになり、ｎ行目の画素の第２転送スイッチＴＸ２がオフになる。これにより、保持部ＭＥＭから浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送の動作が終了する。このときの状態が、図５（ｆ）に示されている。

時刻ｔ９において保持部ＭＥＭから浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送の動作が完了した後、垂直出力線ＯＵＴには、リセットレベルに、浮遊拡散部ＦＤに溜まった電荷に対応する電位が加算されたレベル（光信号レベル）が出力されている。時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間に、画像信号選択信号ＰＴＳがハイレベルになり、列回路がこの光信号レベルをサンプルホールドする。これにより、光信号の読み出し（Ｓ読み）が行われる。光信号レベルから、先にサンプルホールドしたリセットノイズレベルが減算され、ノイズが除去された画像信号として後段へ出力される。

時刻ｔ１２には、選択トランジスタＳＥＬ（ｎ）がオフになるとともに、リセットトランジスタＲＥＳ（ｎ）がオンになり、ｎ行目の浮遊拡散部ＦＤの電位が再びリセットされる。

上述のような駆動パルスにしたがって、画素の選択、リセット、ノイズ信号の読み出し（Ｎ読み）、浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送、光信号の読み出し（Ｓ読み）という一連の読み出し動作が、画素行ごとに行われる。出力された信号は、撮像装置の外部でＡＤ変換されてもよいし撮像装置の内部でＡＤ変換されてもよい。図４に示すように、ｎ行目に続いて、（ｎ＋１）行目、（ｎ＋２）行目の画素行についても、読み出し動作が順次行われる。

本明細書においては、各画素行において、「ノイズ信号の読み出し（Ｎ読み）、浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送、光信号の読み出し（Ｓ読み）」が行われている期間を、「読み出し期間」と定義する。図４の左側の読み出し期間がｋフレーム目の読み出し期間とすると、続く右側は（ｋ＋１）フレーム目の読み出し期間である。また、本明細書においては、各画素の光電変換部ＰＤにおいて、１フレームに対応する電荷の蓄積が行われている期間を、「露光期間」と定義する。本実施形態においては、ＯＦＤへの電荷の排出が完了する時刻ｔ４から、保持部ＭＥＭへの電荷の転送が完了する時刻ｔ１３までの期間が、（ｋ＋１）フレームの露光期間である。図４のタイミングチャートの上下に示すように、本実施形態では、ｋフレーム目の読み出し期間と、（ｋ＋１）フレーム目の露光期間と、の少なくとも一部が重複している。

以後の説明においては、「ノイズ信号の読み出し（Ｎ読み）、浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送、光信号の読み出し（Ｓ読み）」の一連の動作を行うために画素内の各部に供給される駆動パルスをまとめて「読み出し信号」と呼ぶ。図６は、第１の駆動モードにおける撮像装置の駆動パルスを示す図であり、読み出し動作が行毎に順次行われていることを斜めの線で示している。第１の転送スイッチ制御信号ＰＴＸ１および排出スイッチ制御信号ＰＴＸ３は、それぞれ全画素同時に供給されるため、図６においては全画素まとめて１つの信号で表している。図６は図４と同じタイミングを表しており、図４のタイミングを多画素配列に対応するような場合として簡易的に表現した図である。

以上説明したように、第１の駆動モードにおいては、露光期間の終了時に光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送を行う。したがって、光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送が、１フレームの露光期間中に１回だけ行われる。このような駆動は、１回転送駆動とも呼ばれる。

（第２の駆動モード）
次に、図７を用いて、グローバル電子シャッタを行う第２の駆動モードについて説明する。第２の駆動モードでは、露光期間中に生じた電荷を光電変換部ＰＤで蓄積し、露光期間の途中に、光電変換部ＰＤで蓄積していた電荷を保持部ＭＥＭに転送する動作を行う。そして、１回目の保持部ＭＥＭへの電荷の転送動作の後には、その後の期間における光電変換で生じた電荷を、光電変換部ＰＤ、または、光電変換部ＰＤおよび保持部ＭＥＭで蓄積する。以下、第２の駆動モードの一例として、１フレームの露光期間中に光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送を２回行う例について説明する。なお、第１の駆動モードと同じ部分については説明を省略する。なお、このような駆動は、このような駆動は、２回転送駆動とも呼ばれる。

図７は、第２の駆動モードにおける駆動パルスを模式的に示している。第１の駆動モードと同様に、時刻ｔ２より前には前のフレームの露光が行われており、時刻ｔ４においては、保持部ＭＥＭは前のフレームの露光期間に光電変換部ＰＤで生成された電荷が蓄積されている。また、時刻ｔ４において排出スイッチＴＸ３が全画素同時にオンからオフへ制御されることで、次のフレームの露光期間が開始される。時刻ｔ４は露光期間が開始される時刻であり、第１の時刻と呼ぶ。

第１の時刻（時刻ｔ４）から第１の期間が経過する第２の時刻（時刻ｔ１４）までは、第１の転送スイッチＴＸ１がオフに維持される。この実施例においては、全ての画素の第１の転送スイッチＴＸ１がオフに維持される。しかしながら本発明はこれに限定はされず、少なくとも１つの画素において、第１の時刻から第２の時刻まで、第１の転送スイッチＴＸ１がオフに維持されていればよい。

第１の時刻（時刻ｔ４）から第１の期間が経過した時刻が第２の時刻（時刻ｔ１４）である。すなわち、第１の時刻（時刻ｔ４）から第２の時刻（時刻ｔ１４）までの期間が第１の期間である。第１の期間においては、当該第１の期間に生じる電荷が光電変換部ＰＤに蓄積される。

そして、第１の期間には、保持部ＭＥＭが保持している前のフレームに対応する電荷の読み出し動作が順次行われる。遅くとも第２の時刻までに、前のフレームに対応する信号の出力が完了するように、読み出し動作が順次行われる。

第２の時刻（時刻ｔ１４）に、第１の転送スイッチＴＸ１をオンにする。これにより、光電変換部ＰＤの電荷が保持部ＭＥＭに転送される。つまり、第２の時刻以降は、第１の期間に生じた電荷が、保持部ＭＥＭによって保持される。この実施例では、全ての画素の第１の転送スイッチＴＸ１が同時にオフからオンに遷移する。しかし、第２の時刻までに、複数の画素の第１の転送スイッチＴＸ１がオンしていればよく、遷移のタイミングは互いに異なっていてもよい。例えば、上述の読み出し動作が終わった画素から順に、第１の転送スイッチＴＸ１をオンにしてもよい。

第２の時刻（時刻ｔ１４）から第２の期間が経過した時刻が第３の時刻（時刻ｔ１３）である。すなわち、第２の時刻（時刻ｔ１４）から第３の時刻（時刻ｔ１３）までの期間が第２の期間である。本実施例では、時刻ｔ１４の後の時刻ｔ１５において、第１の転送スイッチＴＸ１が再びオンからオフへと制御される。時刻ｔ１５から時刻ｔ１３までの第２露光期間に生じる電荷は光電変換部ＰＤに蓄積される。また、第２露光期間においては、時刻ｔ４から時刻ｔ１５までの第１露光期間に生じた電荷は保持部ＭＥＭによって保持される。時刻ｔ１５から時刻ｔ１３の間の時刻に、第１の転送スイッチＴＸ１が再びオフからオンへと制御されると、光電変換部ＰＤの電荷が保持部ＭＥＭに転送される。したがって、第３の時刻（時刻ｔ１３）においては、保持部ＭＥＭが、第１の期間に生じた電荷と、第２の期間に生じた電荷と、の両方を保持する。

このように、第２の駆動モードによれば、１フレームの露光が終了してからすぐに、次の露光を開始することができる。したがって、情報が欠落する期間をほとんどなくすことができるため、画質を向上させることができる。

また、第２の駆動モードでは、保持部ＭＥＭに保持されている前のフレームに対応する電荷の読み出しが完了した後に、光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送を露光期間の途中に行う。これにより、光電変換部ＰＤの飽和電荷量が小さくても、画素の飽和電荷量を増加させることができる。画素の飽和電荷量は、１回の露光で生じる電荷のうち、信号として扱うことができる電荷量の最大値である。光電変換部ＰＤの飽和電荷量、および、保持部ＭＥＭの飽和電荷量は、それぞれ、光電変換部ＰＤが蓄積できる電荷量の最大値、および、保持部ＭＥＭが保持できる電荷量の最大値である。

１回の露光期間は、第１の期間と第２の期間の合計である。ここで、保持部ＭＥＭに保持された前のフレームの電荷は、第１の期間に読み出される。そのため、第１の期間が終われば、保持部ＭＥＭが電荷を保持することができる。したがって、光電変換部ＰＤは、少なくとも第１の期間に生じる電荷を蓄積できればよい。通常は、第１の期間に生じる電荷の量は、１回の露光期間に生じる電荷の量より少ないため、光電変換部ＰＤの飽和電荷量を小さくすることができるのである。

なお、本実施例では第２の期間において、第１の転送スイッチＴＸ１のオンからオフへの制御を１回だけ行っている（時刻ｔ１５）。しかし、これに限定はされず、第２の期間における第１の転送スイッチＴＸ１のオンからオフへの制御は０回であってもよいし、複数回であってもよい。０回の場合は、第２露光期間に生じる電荷は、光電変換部ＰＤで生じた電荷が即座に保持部ＭＥＭに転送され、保持部ＭＥＭによって保持される。複数回の場合は、光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの電荷の転送が、１フレームの露光期間中に３回以上行われることになる。このように、第２の期間における第１の転送スイッチＴＸ１のオンからオフへの制御を複数回にすることで、光電変換部ＰＤの飽和電荷量をさらに小さくすることができる。

１フレームに対応する露光期間中における、第１の転送スイッチＴＸ１のオフからオンへの制御の回数は、光電変換部ＰＤの飽和電荷量に対する保持部ＭＥＭの飽和電荷量の比とほぼ等しいか、それよりも大きいことが好ましく、ほぼ等しいことがより好ましい。これにより、光電変換部ＰＤと保持部ＭＥＭのサイズを最適化することができる。

（本実施形態の効果）
続いて、図８〜１３を用いて、本実施形態の構成と効果について説明する。以下、撮像装置１が第２の駆動モードで動作する場合について説明する。

カメラで撮影する際、被写体はある光源で照らされており、その光源の光が被写体で反射され、レンズを介して撮像装置１に入射する。図８〜１３では、その光源のもとで人間の目で見て白と認識される被写体を撮影しているときを例にとって説明する。

（比較例１）
本実施形態の構成と効果について説明する前に、比較例について説明する。比較例１の撮像装置では、赤（Ｒ）、緑（Ｇｒ、Ｇｂ）、青（Ｂ）の各画素（以下、それぞれ「Ｒ画素」、「Ｇ画素」、「Ｂ画素」と称する）の光電変換部ＰＤの飽和電荷量が全て等しい。図８〜１０は、それぞれ、入射光の条件が異なる場合における、比較例１の撮像装置の動作を説明するための図である。

図８（ａ）は、駆動パルスを示すタイミングチャートであり、図７と同様の２回転送動作のときの駆動パルスを表している。図８（ｂ）は、撮像装置のある領域へ入射される光の光量を示している。図８（ｂ）において、下の破線は光量０（光が入っていない状態）を示し、上の破線は第１露光期間、第２露光期間のそれぞれで、Ｇ画素の光電変換部ＰＤがちょうど飽和に達するレベルの光量を示す。図８の例では、図８（ｂ）の２つの破線でそれぞれ示される光量の中間の光量が、撮像面の該当領域に入射されている。光量は、図８に図示された第１露光期間、第２露光期間を通して一定である。

図８（ｃ）〜（ｅ）に、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素のそれぞれの光電変換部ＰＤの電荷量の時間変化が示されている。Ｇ画素を例に動作を説明する。

時刻ｔ４に排出スイッチＴＸ３がオンからオフになると、光電変換部ＰＤへの電荷の蓄積が開始される。図８の例の場合、入射光量が一定なので、光電変換部ＰＤの電荷量は時間に比例して増加する。時刻ｔ１５において、光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへの１回目の電荷の転送が完了し、光電変換部ＰＤ内の電荷は再び０となる。

時刻ｔ１５からは第２露光期間となり、同じように光電変換部ＰＤの電荷量は時間に比例して増加していき、時刻ｔ１３で再び保持部ＭＥＭへ転送されることで、光電変換部ＰＤ内の電荷は再度０となる。

光電変換部ＰＤの飽和レベルを１とすると、図８の例では、第１露光期間、第２露光期間のそれぞれで、Ｇ画素には０．７の電荷が蓄積される。これらは保持部ＭＥＭで加算され、０．７＋０．７＝１．４が、該当フレームの、該当Ｇ画素の出力となる。

このとき、Ｒ画素およびＢ画素についても同様の動作が行われる。図８の例では、Ｒ画素には０．６＋０．６＝１．２、Ｂ画素には０．３５＋０．３５＝０．７の電荷が蓄積される。

図８の例においては、この光源下で人間の目で見て白と認識される被写体を撮影した際のＧ：Ｒ：Ｂの光量の比率は、１．４：１．２：０．７である。なお、この比率は、被写体に照射される光源によって異なる。この比率のことをホワイトバランスと呼ぶ。

ここで、ホワイトバランスに関して補足説明を加える。人間の目は、どのような光源下でも白いものを白と認識する。それに合わせるため、カメラではＧ画素、Ｒ画素、Ｂ画素のそれぞれからの信号に、ホワイトバランスに応じたゲインをかけて、最終的な現像画像を生成する。このゲインをホワイトバランスゲインと呼ぶ。ホワイトバランスゲインは、通常、撮像装置の後段にあるエンジン（信号処理部）で乗算される。例えば本例では、この光源下で人間が見て白と認識される被写体に対するＧ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の最終現像画像での輝度値が揃うように、Ｒに１．４／１．２＝１．１７を、Ｂに１．４／０．７＝２を乗算する。また、上記ホワイトバランスが崩れると、最終的な現像画像において白いものが白く見えなくなる現象が発生してしまう。本例では、この現象を色づき問題と呼ぶ。

比較例１では、上述のとおり、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量は全て等しい。比較例１では、排出スイッチＴＸ３のゲート駆動配線ＰＴＸ３のオフレベルは、全ての画素で共通としている。すなわち、排出スイッチＴＸ３のオフ状態のポテンシャル障壁の高さを全ての画素で等しくしている。比較例１のように全画素の飽和電荷量が同じ場合であっても、図８のように露光期間中に各画素の光電変換部ＰＤが飽和に達しない場合には、色づきの問題は発生しない。

図９は、比較例１の撮像装置において、図８よりも入射光量が大きい場合の各画素の電荷量を示している。図９では、該領域への入射光量が、Ｇ画素の飽和レベルよりも高く、１フレーム期間内で光量一定の場合を示している。

このとき、Ｇ画素の光電変換部ＰＤの電荷量は、第１露光期間、第２露光期間共に飽和レベル１に達している。光電変換部ＰＤには飽和電荷量以上の電荷は蓄積できないので、該フレームの該Ｇ画素の出力は１＋１＝２になる。

このとき、図９（ｄ）および（ｅ）に示す通り、該領域のＲ画素とＢ画素は飽和に達していないが、Ｇ画素が飽和レベル“２”に達した時点で、後段のエンジンは、該領域の出力は飽和とみなす。そして、このような領域では、最終的な現像画像において、例えばＧ、Ｒ、Ｂ全て最大諧調として、白色の最大輝度領域として処理される。

よって、図９のようにＧ画素の光電変換部ＰＤが第１露光期間、第２露光期間の両方で飽和に達する場合にも、比較例１のように全画素の飽和電荷量が同じ場合であっても、色づきの問題は発生しない。

図１０は、比較例１の撮像装置において、色づきの問題が発生する状況を示している。図１０では、例えば、人間が見て白と認識される被写体が動いている場合などを想定している。このとき、該領域への入射光量は、第１露光期間ではＧ飽和レベルを超えていたが、第２露光期間ではより暗くなり、中間光量になっている。

このとき、Ｇ画素の光電変換部ＰＤの電荷量は、第１露光期間では飽和レベルである１に達するが、第２露光期間では０．７であり、最終的な出力は１＋０．７＝１．７となる。一方、Ｒ画素、Ｂ画素の光電変換部ＰＤのそれぞれは、第１露光期間、第２露光期間共に飽和に達していない。

この場合、最終的なＧ画素の出力は“２”に達していないため、後段のエンジンは飽和と判断しない。しかしながら、第１露光期間においてＧ画素の光電変換部ＰＤのみ飽和に達してしまっているため、Ｇ画素の電荷量が本来よりも小さくなり、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の電荷量の比率がずれてしまう。そして、該フレームのＧ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の画素間の出力比がずれてしまう。

本来この光源下では、白い被写体を撮影した際のＧ：Ｒ：Ｂの比は、図８のように１．４：１．２：０．７＝１：０．８６：０．５のはずであった。しかしながら、図１０の状況の場合、Ｇ：Ｒ：Ｂの出力比は１．７：１．５５：０．９＝１：０．９１：０．５３であり、本来のＧ、Ｒ、Ｂの比からずれてしまっている。この場合、相対的にＲ、Ｂの出力比が上がっているため、最終的な現像画像は、マゼンダ色に色づいてしまう。すなわち、比較例１の撮像装置では、明るい被写体が移動した場合、被写体の周囲が色づいてしまう場合がある。

（実施例１）
続いて、本実施形態の構成と効果について、実施例１を例に説明する。実施例１の撮像装置では、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を互いに異ならせている。すなわち、それぞれの有する光電変換部ＰＤの飽和電荷量が互いに異なる第１の画素と第２の画素と第３の画素とを含む構成としている。ここでは、具体的には、Ｇ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を１としたときに、Ｒ画素の光電変換部ＰＤは飽和電荷量を０．８６に、Ｂ画素の光電変換部ＰＤは飽和電荷量を０．５にしている。これは、図２に図示するように、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素それぞれに対するゲート駆動配線ＰＴＸ３の配線を色ごとに別に設けており、ゲート駆動配線ＰＴＸ３のオフレベルの電位をＧ画素、Ｒ画素、Ｂ画素それぞれで異なる値とすることで実現している。

この飽和の比率は、この光源下で人間が見て白と認識する被写体を撮影した際の、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の感度比に揃えている。すなわち、該光源下におけるホワイトバランスの比に揃えている。

図１１は、図１０の場合と同様に、第１露光期間における光量がＧ飽和レベルを超える光量であり、第２露光期間における光量が中間光量である場合における、実施例１の撮像装置の各画素の電荷量を示している。上述のようにＧ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の飽和電荷量をホワイトバランスに応じて異ならせているため、第１露光期間においてＧ画素が飽和したときには、Ｒ画素、Ｂ画素もそれぞれ設定した飽和量に達する。また、第２露光期間ではいずれの画素も飽和には達しない。これにより、最終的な出力比はＧ：Ｒ：Ｂ＝１．７：１．４６：０．８５＝１：０．８６：０．５となり、本来の出力比である図８の場合とずれない。つまり、本実施例１の撮像装置では、明るい被写体が移動した場合の、周囲の色づきを抑制できる。

図１２は、図１１の場合とは逆に、第１露光期間における光量が中間光量で、第２露光期間における光量がＧ飽和レベルを超える光量である場合における、実施例１の撮像装置の各画素の電荷量を示している。すなわち、撮像面の該領域が暗めの状態から明るい状態に変化する場合の例である。この場合も同様に、実施例１のように各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量をＧ画素、Ｒ画素、Ｂ画素で適切に変えておけば、色づきを抑制することができる。

図１３は、図８〜１２の場合とは異なる光源下で、人間の目で見て白と認識される被写体を実施例１の撮像装置で撮影した場合を示している。ここでも、図１１〜１２の場合と同様に、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量の比率を、撮影環境の光源下におけるホワイトバランスの比に揃えている。図１３の場合、この光源下では、人間が見て白と認識する被写体を撮影した際のＧ：Ｒ：Ｂの光量の比率、すなわちホワイトバランスの比は、１：０．５：０．５である。そのため、図１３の例では、Ｇ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を１としたときに、Ｒ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量は０．５に、Ｂ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量は０．５にしている。この場合も、Ｇ画素、Ｂ画素、Ｒ画素それぞれのゲート駆動配線ＰＴＸ３のオフレベルの電位を適切に調整することで実現している。

図１３は、第１露光期間における光量がＧ飽和レベルを超える光量であり、第２露光期間における光量が中間光量である場合における、実施例１の撮像装置の各画素の電荷量を示している。この場合も図１１の場合と同様に、第１露光期間においてＧ画素が飽和したときには、Ｒ画素、Ｂ画素もそれぞれ設定した飽和量に達し、第２露光期間ではいずれの画素も飽和には達しない。これにより、最終的な出力比はＧ：Ｒ：Ｂ＝１．６：０．８：０．８＝１：０．５：０．５となり、本来の出力比からずれない。つまり、本実施例１の撮像装置では、明るい被写体が移動した場合の、周囲の色づきを抑制できる。

このように、画素ごとに光電変換部ＰＤの飽和電荷量を異ならせることで、１フレームを得るための露光期間の途中に光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへ電荷を転送するグローバル電子シャッタを行った場合の画素間出力比のずれを抑制することができる。具体的には、各画素のカラーフィルタの色情報（または種類の情報）と、撮影時の光源下でのホワイトバランスと、に応じて、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を異ならせることで、画素間出力比のずれを抑制することができる。

本実施形態の撮像装置は、複数の画素ＰＩＸを含み、該複数の画素ＰＩＸは、それぞれの有する光電変換部ＰＤの飽和電荷量が互いに異なる第１の画素と第２の画素とを含む。このとき、第１の画素と第２の画素は、後段の信号処理部による処理条件が異なる画素であることが好ましい。また、信号処理は各画素ＰＩＸから出力された信号にゲインをかける処理を含み、第１の画素と第２の画素は、該ゲインが異なる画素であることが好ましい。ここで、ゲインは、典型的にはホワイトバランスゲインである。これにより、画素間出力比のずれを抑制することができる。なお、第１の画素と第２の画素は、感度が異なる画素であるということもできる。

各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量は、上述のとおり、各画素の排出スイッチＴＸ３のオフ状態のポテンシャル障壁の高さによって制御できる。排出スイッチＴＸ３のオフ状態のポテンシャル障壁の高さは、各画素の排出スイッチＴＸ３がトランジスタである場合には、排出スイッチＴＸ３のゲート電極に印加するオフ電圧、すなわち、ゲート駆動配線ＰＴＸ３のオフレベルの電位によって制御できる。あるいは、排出スイッチＴＸ３のオフ状態のポテンシャル障壁の高さは、各画素の排出スイッチＴＸ３がトランジスタである場合には、排出スイッチＴＸ３のゲート電極の下に配置される半導体領域の不純物濃度によって制御できる。

各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量は、変更可能であることが好ましい。すなわち、第１の画素の光電変換部ＰＤおよび第２の画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量の少なくとも一方は変更可能であることが好ましい。これにより、撮影条件や信号処理部における処理条件に応じて各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を変更することができ、様々な条件下で画素間出力比のずれを抑制することができるようになる。撮像装置が信号処理部における処理条件を設定する条件設定部を有する場合には、条件設定部による設定に応じて、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を変更することが好ましい。典型的には、条件設定部によるホワイトバランスの設定に応じて、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を変更することが好ましい。これにより、異なる光源下のそれぞれで、色づきを抑制することができる。

なお、図１１〜１３の例では、ホワイトバランスの比と、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量の比を一致させる例を示したが、完全に一致しなくても効果はある。白い被写体を撮影した際に感度の高い画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を、感度の低い画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量よりも大きくすれば、色づきを低減する効果がある。すなわち、第１の画素が第２の画素よりも後段の信号処理におけるホワイトバランスゲインが大きい画素である場合には、第１の画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を第２の画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量よりも小さくすればよい。その上で、各画素の感度比（ここではホワイトバランスの比）と、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量の比と、を近づけると、色づきを低減する効果が大きくなる。極端に不自然な色づきを避けるために、各画素の感度比と各画素の光電変換部の飽和電荷量の比のずれを、±３０％以内に収めることが望ましい。すなわち、下記式（１）を満たすことが好ましい。
０．７Ｒ≦ｒ≦１．３Ｒ・・・式（１）

上記式（１）において、Ｒは、信号処理部による信号処理において第１の画素の信号にかけるゲインに対する第２の画素の信号にかけるゲインの比を表す。また、上記式（１）において、ｒは、第１の画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量に対する第２の画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量の比を表す。

また、図１０〜１３では、簡単のために第１露光期間と第２露光期間の境界付近で、該領域への入射光量が変わる場合を図示したが、本発明の効果はその場合に限定されるものではない。第１露光期間や第２露光期間の途中に入射光量が変化する場合や、ステップ上でなくスロープ状に光量が変化する場合でも、本発明の効果は同様である。

本実施形態の撮像装置は、少なくとも第２の駆動モードで動作を行うが、駆動モードが切替可能で、第１の駆動モードでの動作も行うことができてもよい。第１の駆動モード（１回転送動作）の場合は、Ｇ画素の光電変換部ＰＤが飽和する場合、必ず後段のエンジンは飽和とみなすことができるため、色づきの問題は発生しない。よって第１の駆動モードの場合、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量は同一でもよい。実施例１の撮像装置は、各画素のゲート駆動配線ＰＴＸ３のオフレベルの電位を個別に設定可能な構成を有するため、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を個別に設定できるようになっている。したがって、駆動モードの切替えに応じて、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量の変更を行ってもよい。具体的には、第１の駆動モードに切替えた場合には、各画素のゲート駆動配線ＰＴＸ３のオフレベルの電位が同一になるように変更してもよい。各画素の第１の転送スイッチＴＸ１の制御信号のタイミングを変更可能とし、かつ、転送回数または転送タイミングに対応してゲート駆動配線ＰＴＸ３のオフレベルの電位を変更する構成とすることで、一装置内でこれら対応が可能となる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態との差分のみ、詳しく説明する。第２の実施形態の撮像装置の全体ブロック図も、第１の実施形態と同じく図１で示される。

（実施例２）
第２の実施形態の撮像装置について、実施例２を例に説明する。図１４は、実施例２の撮像装置のうち、撮像領域２に含まれる画素の等価回路を表す図である。図１４に太線で示すように、実施例２の撮像装置では、Ｒ画素およびＢ画素の排出スイッチＴＸ３が同一の配線で駆動され、Ｇ画素（Ｇｒ、Ｇｂ）の排出スイッチＴＸ３が同一の配線で駆動される。実施例２の撮像装置では、図１４に示すように、カラーフィルタＣＦの種類に応じて、各画素ＰＩＸのそれぞれの排出スイッチＴＸ３の駆動配線が蛇行している。なお、ゲート駆動配線ＰＴＸ（ｎ）とゲート駆動配線ＰＴＸ（ｎ＋２）は、不図示の領域で同一となっている。

例えば、第１の実施形態で説明した図１３の光源下の例の場合、人間の目で見て白と認識される被写体を撮影した際のＲ画素とＢ画素の感度（またはホワイトバランスゲイン）は同一である。そのため、Ｇ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量と、Ｒ画素およびＢ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量と、を個別に調整できれば、色づきを抑制することができる。換言すれば、この場合は、Ｒ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量とＢ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量は、個別に調整できなくても、色づきを抑制することができる。

実施例２の撮像装置では、図１４の回路のように、Ｇ画素の排出スイッチＴＸ３を駆動する配線と、Ｒ画素およびＢ画素の排出スイッチＴＸ３を駆動する配線とを分けている。これにより、Ｇ画素と、Ｒ画素およびＢ画素と、の間で排出スイッチＴＸ３のオフレベルの電位を個別に調整できるようにしている。実施例２では、Ｒ画素の排出スイッチＴＸ３とＢ画素の排出スイッチＴＸ３とを同一の配線で駆動しているので、Ｒ画素とＢ画素の飽和電荷量は個別に調整できないが、例えば図１３の場合の光源下など、光源によっては色づきを抑制することができる。

（実施例３）
第２の実施形態の撮像装置の別の例として、実施例３について説明する。図１５は、実施例３の撮像装置のうち、撮像領域２に含まれる画素の等価回路を表す図である。図１５に示すように、実施例３の撮像装置では、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の全ての画素の排出スイッチＴＸ３が同一の配線で駆動される。なお、各ゲート駆動配線ＰＴＸ（ｎ）、ＰＴＸ（ｎ＋１）、ＰＴＸ（ｎ＋２）は、不図示の領域で同一となっている。

実施例３では、排出スイッチＴＸ３のゲート電極の下に配置される半導体領域の不純物濃度を各画素で異ならせることによって、各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を異ならせている。

図１６は、実施例３の撮像装置の断面構造を模式的に示している。図１６には１つの画素の断面が示されている。図３に示した実施例１の撮像装置の断面構造と異なる点としては、排出スイッチＴＸ３のゲート電極２１１の下に、不図示の絶縁層を介して、画素ごとに個別の半導体領域であるｐ型領域２１４があることである。実施例３の撮像装置では、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素のそれぞれで、ｐ型領域２１４の不純物濃度を変えることで、排出スイッチＴＸ３のオフ状態のポテンシャル障壁の高さを変えている。こうすることで、Ｇ画素、Ｒ画素、Ｂ画素の各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を異ならせて、各画素の飽和電荷量の比をホワイトバランスの比に合わせるようにしている。これにより、色づきを抑制することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態との差分のみ、詳しく説明する。第３の実施形態の撮像装置の全体ブロック図も、第１の実施形態と同じく図１で示される。

図１７は、第３の実施形態の撮像装置のうち、撮像領域２に含まれる画素の等価回路を表す図である。第３の実施形態の撮像装置は、通常画素と、ＩＲ画素と、を有する。ＩＲ画素は、光電変換部ＰＤの半導体基板における深さが、通常画素より深く、赤外光に対する感度を高めた画素である。第３の実施形態の撮像装置は、カラーフィルタは有していない。また、第３の実施形態の撮像装置が有する通常の画素は、第１〜第２の実施形態の各画素と、カラーフィルタを有していない点以外は同様の構造を有する画素である。

図１７に示すように、第３の実施形態の撮像装置は、ｎ行目にはＩＲ画素が、（ｎ＋１）行目には通常画素が、（ｎ＋２）行目にはＩＲ画素が、配置されている。第３の実施形態の撮像装置からは、隣接する行（例えばｎ行目と（ｎ＋１）行目）のＩＲ画素からの出力から通常画素からの出力を減算することで、赤外光成分のみの出力を得ることができる。

図１８は、第３の実施形態の撮像装置の断面構造を模式的に示している。図１８には１つのＩＲ画素の断面が示されている。なお、通常画素の断面構造は、図３からカラーフィルタＣＦを除いたものである。ＩＲ画素は、通常画素が有するＮ型の半導体領域２０２の代わりに、半導体基板における深さの深いＮ型の半導体領域２１６を有している。

（比較例２）
本実施形態の構成と効果について説明する前に、比較例について説明する。比較例２の撮像装置では、通常画素とＩＲ画素の各画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量が全て等しい。図１９〜２０は、それぞれ、入射光の条件が異なる場合における、比較例２の撮像装置の動作を説明するための図である。なお、図１９〜２１においては、図８〜１３と同様に、（ａ）は駆動パルスを示すタイミングチャート、（ｂ）は撮像装置のある領域へ入射される光の光量を示している。また、（ｃ）はＩＲ画素の光電変換部ＰＤの電荷量の時間変化、（ｄ）は通常画素の光電変換部ＰＤの電荷量の時間変化を示している。

図１９の状況では、第１露光期間、第２露光期間のいずれの期間においても、ＩＲ画素、通常画素ともに光電変換部ＰＤは飽和していない。よって、該当フレームのＩＲ画素と通常画素の各画素からの出力の比率は、両画素の感度比率と同じになっている。ＩＲ画素からの出力は０．８＋０．８＝１．６、通常画素からの出力は０．５＋０．５＝１である。その比率は、ＩＲ画素：通常画素＝１．６：１である。

図２０は、比較例２において、入射光量が第１露光期間と第２露光期間で変化した場合の例である。図２０の状況の場合、ＩＲ画素は第１露光期間において飽和し、第２露光期間では飽和していない。一方、通常画素は、第１露光期間、第２露光期間のいずれにおいても飽和していない。そのため、最終的な画素出力の比率は、各画素の感度比率からずれてしまう。ＩＲ画素の出力は１＋０．８＝１．８、通常画素の出力は０．８７５＋０．５＝１．３７５であり、比率はＩＲ画素：通常画素＝１．８：１．３７５＝１．３０９：１となり、感度比の１．６：１からずれてしまう。この状態でＩＲ画素出力−通常画素出力を計算すると、図１９のようにＩＲ画素が各露光期間で飽和しない場合に比べて赤外光の成分が少ない、不正確な画像となってしまう。すなわち、この場合でも、画素間出力比のずれが発生する。

（実施例４）
一方、本発明の第３の実施形態の例である実施例４の撮像装置では、ＩＲ画素と通常画素とで、光電変換部ＰＤの飽和電荷量を互いに異ならせている。すなわち、それぞれの有する光電変換部ＰＤの飽和電荷量が互いに異なる第１の画素と第２の画素とを含む構成としている。ここでは、具体的には、ＩＲ画素の光電変換部ＰＤの飽和電荷量を１としたときに、通常画素の光電変換部ＰＤは飽和電荷量を０．６２５にしている。これは、図１７に図示するように、ＩＲ画素、通常画素それぞれに対するゲート駆動配線ＰＴＸ３の配線を別に設けており、ゲート駆動配線ＰＴＸ３のオフレベルの電位をＩＲ画素と通常画素とで異なる値とすることで実現している。

図２１は、図２０の場合と同様に、第１露光期間における光量がＩＲ飽和レベルを超える光量であり、第２露光期間における光量が中間光量である場合における、実施例４の撮像装置の各画素の電荷量を示している。上述のようにＩＲ画素、通常画素の飽和電荷量を感度比に応じて異ならせているため、第１露光期間においてＩＲ画素が飽和したときには、通常画素もそれぞれ設定した飽和量に達する。また、第２露光期間ではいずれの画素も飽和には達しない。これにより、最終的な出力比はＩＲ画素：通常画素＝１．８：１．１２５＝１．６：１となり、本来の出力比である図１９の場合とずれない。

以上のように、第３の実施形態の撮像装置によれば、画素ごとに光電変換部ＰＤの飽和電荷量を異ならせる。これにより、１フレームを得るための露光期間の途中に光電変換部ＰＤから保持部ＭＥＭへ電荷を転送するグローバル電子シャッタを行った場合の画素間出力比のずれを抑制することができる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態による撮像システムについて、図２２を用いて説明する。図２２は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。

上記第１〜第３実施形態で述べた撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図２２にはこれらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

撮像システム３００は、図２２に示すように、撮像装置１００、撮像光学系３０２、ＣＰＵ３１０、レンズ制御部３１２、撮像装置制御部３１４、画像処理部３１６、絞りシャッタ制御部３１８、表示部３２０、操作スイッチ３２２、記録媒体３２４を備える。

撮像光学系３０２は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、レンズ群、絞り３０４等を含む。絞り３０４は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。レンズ群及び絞り３０４は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能（ズーム機能）や焦点調節機能を実現する。撮像光学系３０２は、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。

撮像光学系３０２の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置１００が配置されている。撮像装置１００は、第１〜第３実施形態で説明した撮像装置であり、ＣＭＯＳセンサ（画素領域１０）とその周辺回路（周辺回路領域）とを含んで構成される。撮像装置１００は、複数の光電変換部を有する画素が２次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、２次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置１００は、撮像光学系３０２により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。

レンズ制御部３１２は、撮像光学系３０２のレンズ群の進退駆動を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。絞りシャッタ制御部３１８は、絞り３０４の開口径を変化して（絞り値を可変として）撮影光量を調節するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成される。

ＣＰＵ３１０は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。ＣＰＵ３１０は、ＲＯＭ等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、撮像光学系３０２の焦点状態の検出（焦点検出）を含むＡＦ、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。ＣＰＵ３１０は、信号処理部でもある。

撮像装置制御部３１４は、撮像装置１００の動作を制御するとともに、撮像装置１００から出力された信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ３１０に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。Ａ／Ｄ変換機能は、撮像装置１００が備えていてもかまわない。画像処理部３１６は、Ａ／Ｄ変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。このように、撮像システム３００は、ＣＰＵ３１０および画像処理部３１６を含む処理装置を有する。処理装置は、撮像装置１００より出力された撮像データに各種の補正やデータの圧縮などを行う。

表示部３２０は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ３２２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体３２４は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。

このようにして、第１乃至第３実施形態による撮像装置１００を適用した撮像システム３００を構成することにより、高精度の焦点調節が可能であり且つ被写界深度の深い画像を取得しうる高性能の撮像システムを実現することができる。

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態による撮像システム及び移動体について、図２３を用いて説明する。図２３は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。

図２３（ａ）は、車載カメラに関する撮像システム４００の一例を示したものである。撮像システム４００は、撮像装置４１０を有する。撮像装置４１０は、上述の第１〜第３実施形態に記載の撮像装置のいずれかである。撮像システム４００は、撮像装置４１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部４１２と、撮像装置４１０により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部４１４を有する。また、撮像システム４００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部４１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部４１８と、を有する。ここで、視差取得部４１４や距離取得部４１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部４１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム４００は、車両情報取得装置４２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ４３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ４３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置４４０とも接続されている。例えば、衝突判定部４１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ４３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置４４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム４００で撮像する。図２３（ｂ）に、車両前方（撮像範囲４５０）を撮像する場合の撮像システム４００を示した。車両情報取得装置４２０は、撮像システム４００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の第１〜第３実施形態の撮像装置を撮像装置４１０として用いることにより、本実施形態の撮像システム４００は、測距の精度をより向上させることができる。

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

ＰＤ 光電変換部
ＭＥＭ 保持部
ＳＦ 増幅部
ＴＸ１ 第１の転送スイッチ
ＴＸ２ 第２の転送スイッチ
ＯＵＴ 出力線（垂直信号線）

Claims (26)

1. 入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
   前記複数の画素に接続された出力線と、を有し、
   第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
   前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
   遅くとも前記第２の時刻までに、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、
   前記第２の時刻の後の第３の時刻に、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷、の両方を保持し、
   前記複数の画素は、それぞれの有する前記光電変換部の飽和電荷量が互いに異なる第１の画素と第２の画素とを含むことを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像装置は、第１のフレームと、前記第１のフレームの後に続く第２のフレームと、の撮像を行う撮像装置であって、
   前記第２のフレームの露光期間は、前記第１の期間および前記第２の期間を含み、
   前記第１の時刻において、前記保持部は前記第１のフレームに対応する電荷を保持しており、
   遅くとも前記第２の時刻までに前記第１のフレームに対応する信号の出力が完了するように、前記第１の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチが順にオンし、かつ、前記複数の画素の前記増幅部が前記信号を順に出力することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記複数の画素から出力された前記信号を、複数の処理条件のいずれかで信号処理する信号処理部をさらに有し、
   前記信号処理において、前記第１の画素から出力された信号の処理条件と前記第２の画素から出力された信号の処理条件とが互いに異な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。
4. 前記信号処理は、前記信号にゲインをかける処理を含み、
   前記信号処理において、前記第１の画素から出力された信号にかけるゲインと前記第２の画素から出力された信号にかけるゲインとが互いに異なることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記ゲインはホワイトバランスゲインであることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記信号処理において、前記第１の画素から出力された信号にかけるゲインは前記第２の画素から出力された信号にかけるゲインよりも小さく、前記第１の画素の光電変換部の飽和電荷量は前記第２の画素の光電変換部の飽和電荷量よりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
7. 前記信号処理において前記第１の画素の信号にかけるゲインに対する前記第２の画素の信号にかけるゲインの比をｒ、前記第１の画素の光電変換部の飽和電荷量に対する前記第２の画素の光電変換部の飽和電荷量の比をＲとすると、
   ０．７Ｒ≦ｒ≦１．３Ｒを満たすことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の撮像装置。
8. 前記信号処理部における前記処理条件を設定する条件設定部をさらに有し、
   前記条件設定部による前記処理条件の設定に応じて、前記第１の画素の光電変換部の飽和電荷量および前記第２の画素の光電変換部の飽和電荷量の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の撮像装置。
9. 前記第１の画素の光電変換部の飽和電荷量および前記第２の画素の光電変換部の飽和電荷量の少なくとも一方は変更可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 前記複数の画素のそれぞれは、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチをさらに有し、
    前記第１の画素の排出スイッチのオフ状態のポテンシャル障壁の高さは、前記第２の画素の排出スイッチのオフ状態のポテンシャル障壁の高さと異なることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の撮像装置。
11. 前記第１の画素の排出スイッチのオフ状態のポテンシャル障壁の高さ、および、前記第２の画素の排出スイッチのオフ状態のポテンシャル障壁の高さ、の少なくとも一方は変更可能であることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
12. 前記排出スイッチはトランジスタであり、
    前記排出スイッチのゲートに印加するオフ電圧を変えることによりオフ状態のポテンシャル障壁の高さを変更可能であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の撮像装置。
13. 前記排出スイッチは前記光電変換部と接続されたトランジスタであり、
    前記第１の画素の排出スイッチのゲートに印加されるオフ電圧は、前記第２の画素の排出スイッチのゲートに印加されるオフ電圧と異なることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
14. 前記排出スイッチはトランジスタであり、
    前記第１の画素の排出スイッチのゲート電極の下に配置される半導体領域の不純物濃度は、前記第２の画素の排出スイッチのゲート電極の下に配置される半導体領域の不純物濃度と異なることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の撮像装置。
15. 前記第１の画素および前記第２の画素の少なくとも一方は、前記光電変換部の前記入射光の入射方向の上流側に配置されたカラーフィルタを有し、
    前記第１の画素と前記第２の画素は、前記カラーフィルタの種類が異なることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の撮像装置。
16. 前記第１の画素の有するカラーフィルタは緑のカラーフィルタであり、
    前記第２の画素の有するカラーフィルタは赤または青のカラーフィルタであり、
    前記第１の画素の光電変換部の飽和電荷量は前記第２の画素の光電変換部の飽和電荷量よりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
17. 前記複数の画素のそれぞれは、前記光電変換部の前記入射光の入射方向の上流側に配置されたカラーフィルタと、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチと、を有し、
    前記カラーフィルタの種類が異なる画素が行列状に配列されており、
    前記カラーフィルタの種類に応じて、前記複数の画素のそれぞれの前記排出スイッチのゲートの配線を、各行または各列に２本ずつ有することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の撮像装置。
18. 前記複数の画素のそれぞれは、前記光電変換部の前記入射光の入射方向の上流側に配置されたカラーフィルタと、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチと、を有し、
    前記カラーフィルタの種類が異なる画素が行列状に配列されており、
    前記カラーフィルタの種類に応じて、前記複数の画素のそれぞれの前記排出スイッチのゲートの配線が蛇行していることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の撮像装置。
19. ホワイトバランスを設定する設定部を有し、
    前記ホワイトバランスの設定に応じて、前記第１の画素の有する前記光電変換部の飽和電荷量および前記第２の画素の有する前記光電変換部の飽和電荷量の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の撮像装置。
20. 入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
    前記複数の画素に接続された出力線と、を有し、
    第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
    前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
    遅くとも前記第２の時刻までに、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、
    前記第２の時刻の後の第３の時刻に、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷、の両方を保持し、
    前記排出スイッチは前記光電変換部と接続されたトランジスタであり、
    前記複数の画素に含まれる第１の画素の排出スイッチのゲートに印加されるオフ電圧は、前記複数の画素に含まれる第２の画素の排出スイッチのゲートに印加されるオフ電圧と異なる
    ことを特徴とする撮像装置。
21. 前記第１の画素および前記第２の画素の少なくとも一方は、前記光電変換部の前記入射光の入射方向の上流側に配置されたカラーフィルタを有し、
    前記第１の画素と前記第２の画素は、前記カラーフィルタの種類が異なることを特徴とする請求項２０に記載の撮像装置。
22. 入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
    前記複数の画素に接続された出力線と、を有し、
    第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
    前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
    遅くとも前記第２の時刻までに、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、
    前記第２の時刻の後の第３の時刻に、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷、の両方を保持し、
    前記排出スイッチは前記光電変換部と接続されたトランジスタであり、
    前記複数の画素に含まれる第１の画素の排出スイッチのゲート電極の下に配置される半導体領域の不純物濃度は、前記複数の画素に含まれる第２の画素の排出スイッチのゲート電極の下に配置される半導体領域の不純物濃度と異なる
    ことを特徴とする撮像装置。
23. 前記第１の画素および前記第２の画素の少なくとも一方は、前記光電変換部の前記入射光の入射方向の上流側に配置されたカラーフィルタを有し、
    前記第１の画素と前記第２の画素は、前記カラーフィルタの種類が異なる
    ことを特徴とする請求項２２に記載の撮像装置。
24. 入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
    前記複数の画素に接続された出力線と、を有し、
    第１の駆動モードと、第２の駆動モードと、を切替可能に備え、
    前記第１の駆動モードにおいて、
    第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
    前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
    前記第２の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、
    前記第２の時刻の後の第３の時刻に、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷、の両方を保持し、
    前記第２の駆動モードにおいて、
    １フレームを得るための露光期間の開始時において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
    前記露光期間の開始時から終了時まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、
    前記露光期間の終了時に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフからオンに制御され、
    前記第１の駆動モードと前記第２の駆動モードとの切替えに応じて、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の有する前記光電変換部の飽和電荷量を変更することを特徴とする撮像装置。
25. 請求項１から２４のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置から出力される信号を処理する処理装置と、を有することを特徴とする撮像システム。
26. 移動体であって、
    請求項１から２４のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の前記画素から出力される信号から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。

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