JP6736539B2 - 撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置及びその駆動方法に関する。
撮像装置では、光が照射される画素群からなる有効画素領域に配された画素の出力値から遮光された画素群からなるオプティカルブラック領域に配された画素の出力値を差し引くことにより、熱や回路構造に起因するオフセット成分を低減することが行われている。オプティカルブラック領域は、通常、有効画素領域の周囲に配置されている。しかしながら、オプティカルブラック領域に配された画素の出力に重畳するオフセットやノイズの量との差は、オプティカルブラック領域から離れた場所に配された画素ほど大きくなることが知られている。
特許文献１には、撮像装置を光量計測に用いる場合に、光量計測用領域の近傍の有効画素領域を遮光領域とし、この遮光領域に配された画素の出力値からオフセットやノイズの量を算出する撮像装置が記載されている。このように構成することにより、光量計測用領域とオフセットやノイズの量を算出するための画素が配された領域との物理的な距離を近づけることができ、オフセット補正の精度を向上することができる。
特開２０１３−０５５３８７号公報
ところで、画素信号に重畳するオフセット値は、画素の露光時間が変化するとそれに応じて変化する。したがって、画素信号のオフセット補正を適正に行うためには、ＯＢ領域に配された画素の露光時間を、有効画素領域に配された画素の露光時間と同じにすることが望ましい。
しかしながら、特許文献１に記載の撮像装置では、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合は考慮されていなかった。このため、露光時間が異なる複数の撮像領域を有する場合に、必ずしも適正なオフセット補正を行うことができなかった。
本発明の目的は、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合にも適正なオフセット補正が可能な撮像装置及び撮像装置の駆動方法を提供することにある。
本発明の一観点によれば、複数の行に渡って配され、各々が、光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部と、を含む複数の画素を有する画素部と、前記複数の画素に対して、前記行の単位で、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作と、を行う走査部と、を有し、前記複数の画素は、光が前記光電変換部に入射する有効画素と、前記有効画素が配された行とは別の行において前記有効画素よりも多く配され、前記光電変換部が遮光されたオプティカルブラック画素と、を含み、前記画素部は、複数の前記有効画素がそれぞれに配された第１及び第２の撮像領域と、複数の前記オプティカルブラック画素がそれぞれに配された第１及び第２の参照領域と、を含み、前記第１の撮像領域と前記第２の撮像領域との間に前記第２の参照領域が配されており、前記第１の参照領域と前記第２の参照領域との間に前記第１の撮像領域が配されており、前記走査部は、前記リセット動作が終了するタイミングから前記電荷転送が終了するタイミングまでの期間が第１の長さである第１の条件で、前記第１の撮像領域及び前記第１の参照領域に配された前記画素を駆動し、前記リセット動作が終了するタイミングから前記電荷転送が終了するタイミングまでの期間が前記第１の長さとは異なる第２の長さである第２の条件で、前記第２の撮像領域及び前記第２の参照領域に配された前記画素を駆動するように構成されており、前記走査部は、前記第１の参照領域に属する行の前記読み出し動作、前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作、前記第２の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第２の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を、この順序で実行可能に構成されている撮像装置が提供される。
また、本発明の他の一観点によれば、複数の行に渡って配され、各々が、光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部と、を含む複数の画素が設けられた画素部を有し、前記複数の画素は、光が前記光電変換部に入射する有効画素と、前記有効画素が配された行とは別の行において前記有効画素よりも多く配され、前記光電変換部が遮光されたオプティカルブラック画素と、を含み、前記画素部は、複数の前記有効画素がそれぞれに配された第１及び第２の撮像領域と、複数の前記オプティカルブラック画素がそれぞれに配された第１及び第２の参照領域と、を含み、前記第１の撮像領域と前記第２の撮像領域との間に前記第２の参照領域が配され、前記第１の参照領域と前記第２の参照領域との間に前記第１の撮像領域が配された撮像装置の駆動方法であって、前記複数の画素に対して、前記行の単位で、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う際に、前記第１の撮像領域及び前記第１の参照領域に配された前記画素を、前記リセット動作が終了するタイミングから前記電荷転送が終了するタイミングまでの期間が第１の長さである第１の条件で駆動し、前記第２の撮像領域及び前記第２の参照領域に配された前記画素を、前記リセット動作が終了するタイミングから前記電荷転送が終了するタイミングまでの期間が前記第１の長さとは異なる第２の長さである第２の条件で駆動し、前記第１の参照領域に属する行の前記読み出し動作、前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作、前記第２の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第２の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を、この順序で実行する撮像装置の駆動方法が提供される。
本発明によれば、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合に、適正なオフセット補正を行うことができる。
本発明の第１実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。 本発明の第１実施形態による撮像装置における画素部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート（その１）である。 本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート（その２）である。 本発明の第１実施形態による撮像装置における制御部及び垂直走査部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。 本発明の第２実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート（その１）である。 本発明の第２実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート（その２）である。 本発明の第３実施形態による撮像装置における画素部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 本発明の第５実施形態による撮像装置における画素部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 本発明の第６実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第７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。 第８実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１乃至図６を用いて説明する。
はじめに、本実施形態による撮像装置の構造について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。図３は、本実施形態による撮像装置における画素部の構成例を示すブロック図である。
本実施形態による撮像装置１００は、図１に示すように、画素部１０と、垂直走査部３０と、列回路４０と、水平走査部５０と、信号出力部６０と、制御部７０と、ＣＰＵ８０と、を有している。
画素部１０には、複数の行及び複数の列に渡って配された複数の画素Ｐが配されている。図１には、（ｎ＋１）行×（ｍ＋１）列の２次元状に配された画素Ｐ（０，０）〜画素Ｐ（ｎ，ｍ）を示している。ここで、画素Ｐ（Ｘ，Ｙ）として、Ｘが行番号を表し、Ｙが列番号を表している。先頭行の行番号は０行目であり、先頭列の列番号は０列目であるものとする。なお、本明細書では、画素部１０内の特定の位置に配された画素Ｐを示すときは「画素Ｐ（ｎ，ｍ）」のように行番号及び列番号とともに表記し、画素部１０内の位置を特定しない場合には単に「画素Ｐ」と表記するものとする。
画素部１０の各行には、第１の方向（図１においてＸ方向）に延在して、制御線２０が配されている。制御線２０は、第１の方向に並ぶ画素Ｐにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。本明細書では、制御線２０の延在する第１の方向を、行方向と表記することがある。
また、画素部１０の各列には、第１の方向と交差する第２の方向（図１においてＹ方向）に延在して、出力線２２が配されている。出力線２２は、第２の方向に並ぶ画素Ｐにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。本明細書では、出力線２２の延在する第２の方向を、列方向と表記することがある。
各行の制御線２０は、垂直走査部３０に接続されている。また、各列の出力線２２は、列回路４０に接続されている。各列の列回路４０には、水平走査部５０と、信号出力部６０とが接続されている。垂直走査部３０、列回路４０、水平走査部５０には、制御部７０が接続されている。制御部７０には、ＣＰＵ８０が接続されている。
垂直走査部３０は、画素Ｐ内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御線２０を介して画素Ｐに供給する回路部である。垂直走査部３０は、制御部７０からの信号を受けて動作し、画素部１０のシャッタ走査と読み出し走査とを行う。なお、シャッタ走査とは、画素部１０の一部又は全部の行の画素Ｐに対して、光電変換素子のリセットを行単位で順次行い、露光（電荷の蓄積）を開始する動作をいう。読み出し走査とは、画素部１０の一部又は全部の行の画素Ｐから光電変換素子に蓄積された電荷に基づく信号を行単位で順次出力する動作をいう。
列回路４０は、増幅回路、アナログ・デジタル変換（ＡＤ変換）回路、メモリ等を備える。列回路４０は、画素Ｐから出力される画素信号を増幅し、ＡＤ変換を行い、デジタル画素信号としてメモリに保持する。
水平走査部５０は、制御部７０からの信号を受けて動作し、列回路４０の各列のメモリに順次、制御信号を出力する。水平走査部５０から制御信号を受信した列回路４０は、対応する列のメモリに保持されたデジタル画素信号を信号出力部６０へと出力する。
信号出力部６０は、デジタル信号処理部、パラレル・シリアル変換回路、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）回路等の外部インターフェース等を備える。信号出力部６０は、列回路４０から受信したデジタル画素信号に対してデジタル信号処理を実施し、シリアルデータとして撮像装置１００の外部に出力する。
制御部７０は、垂直走査部３０、列回路４０、水平走査部５０等に、これらの動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。これら制御信号の少なくとも一部は、撮像装置１００の外部から供給されてもよい。
ＣＰＵ８０は、制御部７０を制御する。制御部７０は、ＣＰＵ８０から同期信号などの制御信号や動作モードなどの設定信号を受けて動作する。ＣＰＵ８０は、撮像装置１００が搭載される撮像システム内、すなわち撮像装置１００の外部に設けられていてもよい。
なお、列回路４０は、必ずしもＡＤ変換の機能を備える必要はなく、例えば、撮像装置１００の外部でＡＤ変換を行うようにしてもよい。この場合、水平走査部５０及び信号出力部６０の構成は、アナログ信号の処理に適合するように適宜変更される。
図２は、画素Ｐの構成例を示す回路図である。図２に示す回路は、ローリングシャッタ駆動を適用する撮像装置に用いられる典型的な画素構成である。画素部１０を構成する複数の画素Ｐの各々は、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１と、ＦＤリセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、選択トランジスタＭ４と、を含む。なお、図２には一例として、第ｎ行、第ｍ列に配置された画素Ｐ（ｎ，ｍ）を示しているが、他の画素Ｐも同様である。
光電変換部ＰＤは、光電変換素子、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤを構成するフォトダイオードは、アノードが接地ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、ＦＤリセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、ＦＤリセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、いわゆるフローティングディフュージョンＦＤである。フローティングディフュージョンＦＤは、容量成分を含み、電荷保持部として機能するとともに、この容量成分からなる電荷電圧変換部を構成する。ＦＤリセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源ノード（電圧ＶＣＣ）に接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、出力線２２に接続されている。出力線２２には、図示しない電流源が接続されている。なお、トランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型や着目する機能等に応じて異なることがあり、上述のソースとドレインとは逆の名称で呼ばれることもある。
図２に示す回路構成の場合、各行の制御線２０は、転送ゲート信号線、ＦＤリセット信号線、選択信号線を含む。
転送ゲート信号線は、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ１のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＴＸを転送トランジスタＭ１のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍ）には、第ｎ行の転送ゲート信号線を介して制御信号ＰＴＸ（ｎ）が供給される。
ＦＤリセット信号線は、対応する行に属する画素ＰのＦＤリセットトランジスタＭ２のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＲＥＳをＦＤリセットトランジスタＭ２のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍ）には、第ｎ行のＦＤリセット信号線を介して制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）が供給される。
選択信号線は、対応する行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ４のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＳＥＬを選択トランジスタＭ４のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍ）には、第ｎ行の選択信号線を介して制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）が供給される。
画素Ｐの各トランジスタがＮチャネルトランジスタで構成される場合、垂直走査部３０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンとなり、垂直走査部３０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフとなる。ここでは、ハイレベルが論理値「１」に対応し、ローレベルが論理値「０」に対応するものとする。なお、画素Ｐの各トランジスタは、Ｐチャネルトランジスタで構成してもよい。画素Ｐの各トランジスタをＰチャネルトランジスタで構成する場合、各トランジスタを駆動する制御信号の信号レベルはＮチャネルトランジスタの場合とは逆になる。
被写体の光学像が画素部１０に入射すると、各画素Ｐの光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１は、オンになることで光電変換部ＰＤに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。
フローティングディフュージョンＦＤは、光電変換部ＰＤから転送された電荷を保持するとともに、その容量成分による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤから転送された電荷の量に応じた電圧となる。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電圧ＶＣＣが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介してバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に基づく画素信号（第ｍ列の画素Ｐにおいては画素信号Ｖｏｕｔ（ｍ））を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２２に出力する。
ＦＤリセットトランジスタＭ２は、オンになることでフローティングディフュージョンＦＤを電圧ＶＣＣに応じた電圧にリセットする。また、ＦＤリセットトランジスタＭ２と転送トランジスタＭ１とが同時にオンになることで、光電変換部ＰＤを電圧ＶＣＣに応じた電圧にリセットすることができる。ＦＤリセットトランジスタＭ２と転送トランジスタＭ１とは、光電変換部ＰＤをリセットするリセット部を構成する。
画素部１０は、図３に示すように、有効画素領域１２ａ，１２ｂと、オプティカルブラック領域（以下、「ＯＢ領域」と表記する）１６と、を含む。有効画素領域１２ａ，１２ｂは、光電変換部ＰＤを含み入射光量に応じた信号を出力しうる画素（有効画素）Ｐが配された領域である。ＯＢ領域１６は、遮光膜で覆われた画素（オプティカルブラック画素（以下、「ＯＢ画素」と表記する））Ｐが配された領域である。
有効画素領域１２ａは、撮像領域１４ａを含む。有効画素領域１２ｂは、撮像領域１４ｂを含む。撮像領域１４ａ，１４ｂは、有効画素領域１２ａ，１２ｂの画素Ｐのうち、撮像画像を取得するために用いられる画素Ｐが配された領域である。撮像領域１４ａ，１４ｂは、有効画素領域１２ａ，１２ｂと同じであってもよいし、有効画素領域１２ａ，１２ｂより小さくてもよい。
ＯＢ領域１６は、参照領域１８ａ，１８ｂを含む。参照領域１８ａは、撮像領域１４ａに配された画素Ｐから取得した画素信号に重畳するオフセット成分を算出するために用いられる画素Ｐが配された領域である。また、参照領域１８ｂは、撮像領域１４ｂに配された画素Ｐから取得した画素信号に重畳するオフセット成分を算出するために用いられる画素Ｐが配された領域である。
撮像領域１４ａ，１４ｂ、参照領域１８ａ，１８ｂは、少なくとも１つの画素Ｐを含む。すなわち、これら領域の行方向（図３においてＸ方向）の最小単位は１列であり、列方向（図３においてＹ方向）の最小単位は１行である。典型的には、撮像領域１４ａ，１４ｂ、参照領域１８ａ，１８ｂは、複数の行及び複数の列を含む。
有効画素領域１２ａと有効画素領域１２ｂとは、画素部１０内に、ＯＢ領域１６を介して列方向に並べて配されている。換言すると、有効画素領域１２ａが設けられた行と有効画素領域１２ｂが設けられた行とは異なっている。有効画素領域１２ａが設けられた列と有効画素領域１２ｂが設けられた列とは、一部又は全部が重複していてもよい。
有効画素領域１２ａ及び有効画素領域１２ｂが設けられた領域以外の画素部１０内の領域が、ＯＢ領域１６である。図３に示す配置例では、ＯＢ領域１６は、総ての列を含む行（図３において有効画素領域１２ａの上下に位置する行）と、総ての行を含む列（図３において有効画素領域１２ａ，１２ｂよりも左側に位置する列）とを含む。
参照領域１８ｂは、有効画素領域１２ａと有効画素領域１２ａとの間のＯＢ領域１６に配されている。参照領域１８ａは、参照領域１８ｂとの間に有効画素領域１２ａを挟むように、有効画素領域１２ａに対して列方向に隣接して配されている。すなわち、参照領域１８ａ、有効画素領域１２ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、列方向にこの順番で配されている。参照領域１８ａ、有効画素領域１２ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、異なる行に配されている。なお、参照領域１８ａは、有効画素領域１２ａに接していてもよい。また、参照領域１８ｂは、有効画素領域１２ａ及び／又は有効画素領域１２ｂに接していてもよい。
また、参照領域１８ａは、撮像領域１４ａが配された列を少なくとも含むように配されている。また、参照領域１８ｂは、撮像領域１４ｂが配された列を少なくとも含むように配されている。一例では、参照領域１８ａ、撮像領域１４ａ、参照領域１８ｂ、撮像領域１４ｂが配された列は、同じである。
図３において、撮像領域１４ａに配された画素Ｐの露光時間（露光時間１）と、撮像領域１４ｂに配された画素Ｐの露光時間（露光時間２）とは、独立に制御される。参照領域１８ａに配された画素Ｐは、撮像領域１４ａに配された画素Ｐと同様の条件で制御される。また、参照領域１８ｂに配された画素Ｐは、撮像領域１４ｂに配された画素Ｐと同様の条件で制御される。なお、ここで言う同様の条件とは、光電変換部ＰＤのリセット動作が終了するタイミングから、光電変換部ＰＤからフローティングディフュージョンＦＤへの電荷転送が終了するタイミングまでの期間の長さが同じであることを意味する。この期間は、有効画素領域１２ａ，１２ｂに配された画素Ｐにあっては、露光時間に相当する。
このように、本実施形態による撮像装置の画素部１０は、露光時間を独立して設定可能な複数の撮像領域１４ａ，１４ｂを含む。また、本実施形態による撮像装置の画素部１０は、これら撮像領域１４ａ，１４ｂに関連付けられた複数の参照領域１８ａ，１８ｂを有している。撮像領域１４ａに配された画素Ｐと撮像領域１４ａに関連付けられた参照領域１８ａに配された画素Ｐとは、同様の条件で制御される。また、撮像領域１４ｂに配された画素Ｐと撮像領域１４ｂに関連付けられた参照領域１８ｂに配された画素Ｐとは、同様の条件で制御される。
一般的に、ＯＢ領域に配されたＯＢ画素は、熱や回路構造に起因して有効画素の画素信号に重畳するオフセット成分を算出するために用いられるものである。しかしながら、撮像領域１４ａと撮像領域１４ｂとの間で露光時間の長さ、露光タイミングが異なるような場合、その露光時間の長さ、露光タイミングの違いに起因して画素信号に重畳するオフセット成分も異なることになる。そのため、撮像領域１４ａから取得した画素信号及び撮像領域１４ｂから取得した画素信号に対して同じオフセット値を用いてオフセット補正行うと、少なくとも一方の画素信号に対してオフセット補正の精度が低下する。
このような観点から、本実施形態による撮像装置においては、画素部１０のＯＢ領域１６に、撮像領域１４ａに関連付けられた参照領域１８ａと、撮像領域１４ａに関連付けられた参照領域１８ａとを配している。そして、垂直走査部３０は、撮像領域１４ａ及び参照領域１８ａに配された画素Ｐと、撮像領域１４ｂ及び参照領域１８ｂに配された画素Ｐとを、異なる条件（露光時間の長さ）で制御する機能を備える。
このように構成することで、撮像領域１４ａから取得した画素信号に対して適正なオフセット値を、参照領域１８ａから取得した画素信号に基づいて算出することができる。また、撮像領域１４ｂから取得した画素信号に対して適正なオフセット値を、参照領域１８ｂから取得した画素信号に基づいて算出することができる。これにより、露光時間の異なる撮像領域１４ａ，１４ｂの両方に対して、より適正なオフセット補正を行うことができる。
また、画素特性は面内分布を有している場合があり、オフセット値を取得するために用いられるＯＢ画素が配された参照領域は、撮像領域の近傍に配置されていることが望ましい。この点、本実施形態では、参照領域１８ｂを、撮像領域１４ａと撮像領域１４ｂとの間に配置し、撮像領域１４ｂと参照領域１８ｂとの物理的な距離を近くしている。これにより、撮像領域１４ｂから取得した画素信号に対してより適正なオフセット値を算出することができる。
また、図１に示すように画素Ｐが２次元状に配されたエリアセンサを用いて位相差検出方式の焦点検出装置を構成する場合、複数の撮像領域の位置は光学系の構成によって固定される。具体的には、撮像装置に光を導く光学系として、瞳分割を行うセパレータレンズ（２次結像レンズ）が用いられる。この場合、セパレータレンズは図５に示した撮像領域の位置に光を導き、他の領域には光を導かない。このような場合、撮像領域の間の領域を遮光してＯＢ領域とし、このＯＢ領域を、オフセット値を取得するための参照領域として用いることができる。このように構成することで、撮像領域に挟まれない領域に配されるＯＢ領域を削減することが可能となり、画素部１０を小面積化し、ひいては撮像装置を小型化することができる。
次に、本実施形態による撮像装置の駆動方法について、図４乃至図６を用いて説明する。図４及び図５は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図６は、本実施形態による撮像装置における制御部及び垂直走査部の構成例を示すブロック図である。
図４は、画素部１０の各行におけるシャッタ動作及び読み出し動作の概略を示すタイミングチャートである。なお、図４には、第ｎ行の動作を例示している。
シャッタ動作では、制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）及び制御信号ＰＴＸ（ｎ）をハイレベルに制御し、転送トランジスタＭ１及びＦＤリセットトランジスタＭ２を同時にオンにする。これにより、光電変換部ＰＤを転送トランジスタＭ１及びＦＤリセットトランジスタＭ２を介して電源ノードに接続し、光電変換部ＰＤを電圧ＶＣＣに応じた電位にリセットする。この後に、制御信号ＰＴＸ（ｎ）をローレベルに制御して光電変換部ＰＤのリセットを解除するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける電荷の蓄積期間の開始、すなわち露光開始の時刻となる。
読み出し動作では、制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をローレベルに、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ），ＰＴＸ（ｎ）をハイレベルに制御し、ＦＤリセットトランジスタＭ２がオフの状態で、転送トランジスタＭ１及び選択トランジスタＭ４を同時にオンにする。これにより、光電変換部ＰＤに蓄積されている電荷がフローティングディフュージョンＦＤへと転送される。この後に、制御信号ＰＴＸ（ｎ）をローレベルに制御してフローティングディフュージョンＦＤへの電荷の転送を終了するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける電荷の蓄積期間の終了、すなわち露光終了の時刻となる。
光電変換部ＰＤからフローティングディフュージョンＦＤへと電荷が転送されることにより、フローティングディフュージョンＦＤは転送された電荷の量に応じた電位となる。これにより、増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた画素信号を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２２に出力する。このように、読み出し動作は、光電変換部ＰＤで生じた電荷をフローティングディフュージョンＦＤへ転送する電荷転送を含み、光電変換部ＰＤで生じた電荷に基づく画素信号の読み出しを行う動作である。
ローリングシャッタ駆動では、上述の１行の画素駆動を、画素部１０の行を順次選択して行うことで、シャッタ走査及び読み出し走査を実行する。
図５は、画素部１０の全体における動作の概略を示すタイミングチャートである。図５には、水平同期信号の入力ごとに１行分のデータの読み出しを行う駆動例を示している。
図５の上段には、水平同期信号、読み出し走査開始信号１、読み出し走査開始信号２、シャッタ走査開始信号１、シャッタ走査開始信号２のタイミングを示している。
読み出し走査開始信号１、読み出し走査開始信号２、シャッタ走査開始信号１、シャッタ走査開始信号２は、制御部７０から垂直走査部３０へと所定のタイミングで出力される制御信号である。読み出し走査開始信号１は、垂直走査部３０に対して、露光時間が露光時間１に設定された行（撮像領域１４ａ、参照領域１８ａ）の読み出し走査の開始を指示する信号である。読み出し走査開始信号２は、垂直走査部３０に対して、露光時間が露光時間２に設定された行（撮像領域１４ｂ、参照領域１８ｂ）の読み出し走査の開始を指示する信号である。シャッタ走査開始信号１は、垂直走査部３０に対して、露光時間が露光時間１に設定された行（撮像領域１４ａ、参照領域１８ａ）のシャッタ走査の開始を指示する信号である。シャッタ走査開始信号２は、垂直走査部３０に対して、露光時間が露光時間２に設定された行（撮像領域１４ｂ、参照領域１８ｂ）のシャッタ走査の開始を指示する信号である。
図５の下段には、上段に示した信号に対応した動作の概略を示している。「シャッタ走査」、「読み出し走査」として示される矩形のブロック群の各々が、図４で説明した「シャッタ動作」、「読み出し動作」に対応する。各行のシャッタ動作が行毎に順次行われる動作がシャッタ走査であり、各行の読み出し動作が行毎に順次行われる動作が読み出し走査であることを、視覚的に表している。
参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａの読み出し走査は、垂直走査部３０が読み出し走査開始信号１を受信することに応じて開始される。また、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂの読み出し走査は、垂直走査部３０が読み出し走査開始信号２を受信することに応じて開始される。
図５の駆動例では、水平同期信号の間隔で規定される１水平期間の間に１行分の読み出し動作を行い、次の１水平期間の間に次の行の読み出し動作を行う場合を想定している。このようにして、参照領域１８ａ、撮像領域１４ａ、参照領域１８ｂ、撮像領域１４ｂに属する行の画素Ｐの読み出し動作を、行毎に順次実行する。図５の駆動例では複数の行の読み出し動作を同時に行わないため、参照領域１８ａ、撮像領域１４ａ、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂの各領域の読み出し走査が同じタイミングで行われることはない。
参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａのシャッタ走査は、垂直走査部３０がシャッタ走査開始信号１を受信することに応じて開始される。制御部７０からシャッタ走査開始信号１の出力されるタイミングは、制御部７０から読み出し走査開始信号１の出力されるタイミングから露光時間１に相当する時間だけ遡ったタイミングに設定される。参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂのシャッタ走査は、垂直走査部３０がシャッタ走査開始信号２を受信することに応じて開始される。制御部７０からシャッタ走査開始信号２の出力されるタイミングは、制御部７０から読み出し走査開始信号２の出力されるタイミングから露光時間２に相当する時間だけ遡ったタイミングに設定される。
読み出し動作の場合と同様、図５の駆動例では、１水平期間の間に１行分のシャッタ動作が行われ、次の１水平期間の間に次の行のシャッタ動作が行われる場合を想定している。このようにして、参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａのシャッタ動作と、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂのシャッタ動作とを、行毎に順次実行する。また、垂直走査部３０は、参照領域１８ａ、撮像領域１４ａのシャッタ動作と、参照領域１８ｂ、撮像領域１４ｂのシャッタ動作とを独立して制御している。これにより、本実施形態の撮像装置は、参照領域１８ａ、撮像領域１４ａの露光時間の長さ、露光タイミングを、参照領域１８ｂ、撮像領域１４ｂの露光時間の長さ、露光タイミングに対して独立して設定することができる。
図５に示す駆動例では、同様の条件で駆動される参照領域１８ａの行と撮像領域１４ａの行とが連続して走査される。また、同様の条件で駆動される参照領域１８ｂの行と撮像領域１４ｂの行とが連続して走査される。したがって、領域間における制御の切り替えを簡略化することができ、また、垂直走査部３０の構成が複雑化することをも防止することができる。
なお、図５に示すタイミングチャートでは、参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａの読み出し走査を行った後、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂの読み出し走査を行っているが、読み出し走査の順序は逆でもよい。この場合、シャッタ走査の開始タイミングは、各領域に設定された露光時間に応じて適宜変更すればよい。
また、図５に示すタイミングチャートでは１水平期間の間に１行のみを読み出す場合を示しているが、１水平期間の間に読み出す行数は必ずしも１行である必要はない。例えば、ある水平期間においてシャッタ行として選択される行数と読み出し行として選択される行数とを増やし、露光時間が一定になるように制御することで、１水平期間の間に複数行の読み出しを行うことが可能である。
このようにして取得した画素部１０の読み出しデータは、図５に示すように、参照領域１８ａの出力値、撮像領域１４ａの出力値、参照領域１８ｂの出力値、撮像領域１４ｂの出力値の順番で行毎に出力される。
撮像領域１４ａ，１４ｂに配された画素Ｐの出力値から参照領域１８ａ，１８ｂに配された画素Ｐの出力値を差し引くオフセット補正処理は、撮像装置１００の内部で行ってもよいし、撮像装置１００の外部で行ってもよい。オフセット補正処理を撮像装置１００の内部で行う場合、撮像装置１００は、当該オフセット補正処理を行う信号処理部を更に有する。
図６は、図５に示す駆動を実現するための制御部７０及び垂直走査部３０の構成例を示すブロック図である。なお、図６に示す制御部７０及び垂直走査部３０の構成は、一例であって、これに限定されるものではない。
図６に示すように、制御部７０は、レジスタ制御部７２と、露光時間の設定領域の数に応じた数のタイミング制御部７４と、を備える。ここでは、画素部１０が露光時間１の撮像領域１４ａと露光時間２の撮像領域１４ｂとを含む場合を想定し、制御部７０が、露光時間１に対応するタイミング制御部７４ａと、露光時間２に対応するタイミング制御部７４ｂとを備える構成例を説明する。
レジスタ制御部７２は、画素部１０内の撮像領域１４ａ，１４ｂの露光時間の設定などの情報を保持しており、保持する情報をタイミング制御部７４ａ，７４ｂへと出力する。
タイミング制御部７４ａは、レジスタ制御部７２から供給される制御信号（露光時間設定１）と同期信号とに応じて、露光時間１に設定された領域において読み出し走査の開始を指示するタイミング信号（読み出し走査開始信号１）を生成する。また、タイミング制御部７４ａは、レジスタ制御部７２から供給される制御信号（露光時間設定１）と同期信号とに応じて、露光時間１に設定された領域においてシャッタ走査の開始を指示するタイミング信号（シャッタ走査開始信号１）を生成する。ここでは、露光時間１に設定された領域は、参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａである。
同様に、タイミング制御部７４ｂは、レジスタ制御部７２から供給される制御信号（露光時間設定２）と同期信号とに応じて、露光時間２に設定された領域において読み出し走査の開始を指示するタイミング信号（読み出し走査開始信号２）を生成する。また、タイミング制御部７４ｂは、レジスタ制御部７２から供給される制御信号（露光時間設定２）と同期信号とに応じて、露光時間２に設定された領域においてシャッタ走査の開始を指示するタイミング信号（シャッタ走査開始信号２）を生成する。ここでは、露光時間２に設定された領域は、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂである。
垂直走査部３０は、露光時間の設定値の数に応じた数の垂直走査回路３２を備える。ここでは、画素部１０が露光時間１に設定された領域と露光時間２に設定された領域とを含む場合を想定し、垂直走査部３０が、露光時間１に対応する垂直走査回路３２ａと、露光時間２に対応する垂直走査回路３２ｂとを備える構成例を説明する。
垂直走査回路３２ａは、読み出し走査制御部３４ａと、シャッタ走査制御部３６ａと、を含む。読み出し走査制御部３４ａは、制御部７０から読み出し走査開始信号（読み出し走査開始信号１）を受けて動作し、画素部１０に読み出し走査制御信号（読み出し走査制御信号１）を出力する。シャッタ走査制御部３６ａは、制御部７０からシャッタ走査開始信号（シャッタ走査開始信号１）を受けて動作し、画素部１０にシャッタ走査制御信号（シャッタ走査制御信号１）を出力する。
同様に、垂直走査回路３２ｂは、読み出し走査制御部３４ｂと、シャッタ走査制御部３６ｂと、を含む。読み出し走査制御部３４ｂは、制御部７０から読み出し走査開始信号（読み出し走査開始信号２）を受けて動作し、画素部１０に読み出し走査制御信号（読み出し走査制御信号２）を出力する。シャッタ走査制御部３６ｂは、制御部７０からシャッタ走査開始信号（シャッタ走査開始信号２）を受けて動作し、画素部１０にシャッタ走査制御信号（シャッタ走査制御信号２）を出力する。
露光時間１に対応する参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａの画素Ｐは、読み出し走査制御部３４ａから出力される読み出し走査制御信号１と、シャッタ走査制御部３６ａから出力されるシャッタ走査制御信号１によって制御される。また、露光時間２に対応する参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂの画素Ｐは、読み出し走査制御部３４ｂから出力される読み出し走査制御信号２と、シャッタ走査制御部３６ｂから出力されるシャッタ走査制御信号２によって制御される。読み出し走査制御信号１、シャッタ走査制御信号１、読み出し走査制御信号２、シャッタ走査制御信号２は、対応する行の制御信号ＰＳＥＬ，ＰＲＥＳ，ＰＴＸにより構成される。
制御部７０及び垂直走査部３０をこのように構成することで、撮像領域１４ａ及び参照領域１８ａに配された画素Ｐと撮像領域１４ｂ及び参照領域１８ｂに配された画素Ｐとを異なる条件（露光時間）で制御し、図５に示す駆動を実現することができる。
このように、本実施形態によれば、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合に、適正なオフセット補正を行うことができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図７乃至図９を用いて説明する。図７は、本実施形態による撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。図８及び図９は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。第１実施形態による撮像装置と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態では、グローバルシャッタ機能を備えた撮像装置への本発明の適用例を説明する。本実施形態による撮像装置は、画素Ｐの回路構成が異なるほかは、基本的な構成は第１実施形態による撮像装置と同様である。例えば、画素部１０における領域設定やそれによって得られる効果は、第１実施形態の場合と同様である。
本実施形態による撮像装置の画素Ｐは、図７に示すように、光電変換部ＰＤ、転送トランジスタＭ１、ＦＤリセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３及び選択トランジスタＭ４に加え、ＰＤリセットトランジスタＭ５及び転送トランジスタＭ６を更に含む。図７に示す回路は、グローバルシャッタ駆動を適用する撮像装置に用いられる典型的な画素構成である。なお、図７には一例として、第ｎ行、第ｍ列に配置された画素Ｐ（ｎ，ｍ）を示しているが、他の画素Ｐも同様である。
光電変換部ＰＤを構成するフォトダイオードは、アノードが接地ノードに接続され、カソードがＰＤリセットトランジスタＭ５のソース及び転送トランジスタＭ６のソースに接続されている。転送トランジスタＭ６のドレインは、転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ６のドレインと転送トランジスタＭ１のソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷保持部ＭＥＭとして機能する。図７にはこの容量成分を容量素子で表している。転送トランジスタＭ１のドレインは、ＦＤリセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、ＦＤリセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードが、フローティングディフュージョンＦＤである。ＦＤリセットトランジスタＭ２のドレイン、ＰＤリセットトランジスタＭ５のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源ノード（電圧ＶＣＣ）に接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、出力線２２に接続されている。出力線２２には、図示しない電流源が接続されている。
図７に示す回路構成の場合、各行の制御線２０は、第１及び第２の転送ゲート信号線、ＦＤリセット信号線、ＰＤリセット信号線、選択信号線を含む。
第１の転送ゲート信号線は、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ１のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＴＸを転送トランジスタＭ１のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍ）には、第ｎ行の第１の転送ゲート信号線を介して制御信号ＰＴＸ（ｎ）が供給される。
第２の転送ゲート信号線は、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ６のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＧＳを転送トランジスタＭ６のゲートに供給する。なお、駆動条件（露光時間）が同じ画素Ｐを含む複数の行の第２の転送ゲート信号線には、共通の制御信号ＧＳが供給される。
ＦＤリセット信号線は、対応する行に属する画素ＰのＦＤリセットトランジスタＭ２のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＲＥＳをＦＤリセットトランジスタＭ２のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍｎ）には、第ｎ行のＦＤリセット信号線を介して制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）が供給される。
ＰＤリセット信号線は、対応する行に属する画素ＰのＰＤリセットトランジスタＭ５のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＯＦＤをＰＤリセットトランジスタＭ５のゲートに供給する。なお、駆動条件（露光時間）が同じ画素Ｐを含む複数の行のＰＤリセット信号線には、共通の制御信号ＯＦＤが供給される。
選択信号線は、対応する行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ４のゲートに接続されており、垂直走査部３０から供給される制御信号ＰＳＥＬを選択トランジスタＭ４のゲートに供給する。例えば、画素Ｐ（ｎ，ｍ）には、第ｎ行の選択信号線を介して制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）が供給される。
被写体の光学像が画素部１０に入射すると、各画素Ｐの光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ６は、オンになることで光電変換部ＰＤに蓄積された電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送する。なお、駆動条件（露光時間）が同じ画素Ｐを含む複数の行における光電変換部ＰＤから電荷保持部ＭＥＭへの電荷の転送は、一括で行われる（一括メモリ転送動作）。転送トランジスタＭ１は、オンになることで電荷保持部ＭＥＭが保持する電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。
フローティングディフュージョンＦＤは、光電変換部ＰＤから転送された電荷を保持するとともに、その容量成分による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤから転送された電荷の量に応じた電圧となる。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電圧ＶＣＣが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介してバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に基づく画素信号（第ｍ列の画素Ｐにおいては画素信号Ｖｏｕｔ（ｍ））を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２２に出力する。
ＦＤリセットトランジスタＭ２は、オンになることでフローティングディフュージョンＦＤを電圧ＶＣＣに応じた電圧にリセットする。ＰＤリセットトランジスタＭ５は、オンになることで光電変換部ＰＤを電圧ＶＣＣに応じた電圧にリセットする。ＰＤリセットトランジスタＭ５は、光電変換部ＰＤをリセットするリセット部を構成する。ＰＤリセットトランジスタＭ５を備えることにより、電荷保持部ＭＥＭに電荷を保持したままの状態で光電変換部ＰＤのリセットが可能となる。なお、駆動条件（露光時間）が同じ画素Ｐを含む複数の行における光電変換部ＰＤのリセットは、一括で行われる（一括シャッタ動作）。
図８は、画素部１０の各行におけるシャッタ動作及び読み出し動作の概略を示すタイミングチャートである。なお、図８には、第ｎ行の動作を例示している。
グローバルシャッタ駆動におけるシャッタ動作では、複数の行の画素Ｐの光電変換部ＰＤを同時にリセットする。ここで、複数の行は、例えば、露光時間が同じである画素Ｐが配された行である。例えば、画素部１０が図３に示すような撮像領域１４ａ，１４ｂ及び参照領域１８ａ，１８ｂを含む場合、撮像領域１４ａに属する行の画素Ｐの光電変換部ＰＤと参照領域１８ａに属する行の画素Ｐの光電変換部ＰＤとを同時にリセットする。また、撮像領域１４ｂに属する行の画素Ｐの光電変換部ＰＤと参照領域１８ｂに属する行の画素Ｐの光電変換部ＰＤとを同時にリセットする。総ての行の画素Ｐの光電変換部ＰＤを同時にリセットするようにしてもよい。
複数の行の画素Ｐの光電変換部ＰＤのリセットは、これら複数の行のＰＤリセット信号線に同一の制御信号ＯＦＤを供給することにより行う。制御信号ＯＦＤをハイレベルに制御してＰＤリセットトランジスタＭ５をオンにすることにより、ＰＤリセットトランジスタＭ５を介して光電変換部ＰＤを電源ノードに接続し、光電変換部ＰＤを電圧ＶＣＣに応じた電位にリセットする。この後に、制御信号ＯＦＤをローレベルに制御して光電変換部ＰＤのリセットを解除するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける電荷の蓄積期間の開始、すなわち露光開始の時刻となる。このようにして複数の行の画素Ｐの光電変換部ＰＤを同時にリセットする動作を、一括シャッタ動作という。
グローバルシャッタ駆動における露光終了のタイミングは、光電変換部ＰＤに蓄積されている電荷の電荷保持部ＭＥＭへの転送を終了するタイミングである。光電変換部ＰＤから電荷保持部ＭＥＭへの電荷の転送は、同時に露光を開始した複数の行の第２転送ゲート信号線に同一の制御信号ＧＳを供給することにより行う。制御信号ＧＳをハイレベルに制御して転送トランジスタＭ６をオンにすることにより、光電変換部ＰＤに蓄積されている電荷が電荷保持部ＭＥＭへと転送される。この後に、制御信号ＧＳをローレベルに制御して光電変換部ＰＤから電荷保持部ＭＥＭへの電荷の転送を終了するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける電荷の蓄積期間の終了、すなわち露光終了の時刻となる。このようにして複数の行の画素Ｐにおいて同時に光電変換部ＰＤから電荷保持部ＭＥＭへの電荷の転送を行う動作を、一括メモリ転送動作という。
一括メモリ転送動作を行う画素Ｐでは、一括メモリ転送動作に先立ち、電荷保持部ＭＥＭをリセットしておく。一括メモリ転送動作の前に、一括メモリ転送動作が行われる複数の行の制御信号ＰＲＥＳと制御信号ＰＴＸとをハイレベルに制御し、ＦＤリセットトランジスタＭ２及び転送トランジスタＭ１を同時にオンにする。これにより、電荷保持部ＭＥＭを転送トランジスタＭ１及びＦＤリセットトランジスタＭ２を介して電源ノードに接続し、電荷保持部ＭＥＭを電圧ＶＣＣに応じた電位にリセットする。このようにして複数の行の画素Ｐにおいて同時に電荷保持部ＭＥＭをリセットする動作を、一括メモリリセット動作という。
読み出し動作では、制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をローレベルに、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ），ＰＴＸ（ｎ）をハイレベルに制御し、ＦＤリセットトランジスタＭ２がオフの状態で、転送トランジスタＭ１及び選択トランジスタＭ４を同時にオンにする。これにより、電荷保持部ＭＥＭに保持されている電荷がフローティングディフュージョンＦＤへと転送される。電荷保持部ＭＥＭからフローティングディフュージョンＦＤへと電荷が転送されることにより、フローティングディフュージョンＦＤは転送された電荷の量に応じた電位となる。これにより、増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた画素信号を、選択トランジスタＭ４を介して出力線２２に出力する。グローバルシャッタ駆動における読み出し動作は、ローリングシャッタ駆動の場合と同様、行毎に順次行う。読み出し動作は、光電変換部ＰＤで生じた電荷を電荷保持部ＭＥＭへ転送する電荷転送を含み、光電変換部ＰＤで生じた電荷に基づく画素信号の読み出しを行う動作である。
このようにして、複数の行の画素Ｐにおける露光開始タイミングと露光終了タイミングとを同時にすることにより、グローバルシャッタ動作を実現することができる。
図９は、画素部１０の全体における動作の概略を示すタイミングチャートである。図９には、水平同期信号の入力ごとに１行分のデータの読み出しを行う駆動例を示している。ここでは、第１実施形態と同様、画素部１０が図３のようにレイアウトされている場合を想定する。
図９の上段には、水平同期信号、読み出し走査開始信号１、読み出し走査開始信号２、一括シャッタ制御信号１、一括シャッタ制御信号２、一括メモリ転送信号１、一括メモリ転送信号２のタイミングを示している。これら制御信号は、第１実施形態の場合と同様である。
図９の下段には、上段に示した信号に対応した動作の概略を示している。「一括シャッタ」、「一括メモリ転送」、「読み出し走査」として示される矩形のブロック群の各々が、図８で説明した「一括シャッタ動作」、「一括メモリ転送動作」、「読み出し動作」に対応する。
グローバルシャッタ駆動では、図９に示すように、露光時間が同一の領域に含まれる複数の行において、一括シャッタ動作により同時に露光が開始され、一括メモリ転送により同時に露光が終了する。すなわち、露光時間が露光時間１である参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａに含まれる複数の行において一括シャッタ動作及び一括メモリ転送が行われる。また、露光時間が露光時間１とは異なる露光時間２である参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂに含まれる複数の行において一括シャッタ動作及び一括メモリ転送が行われる。
読み出し走査は、一括メモリ転送の後に開始されるが、露光時間によらず行順次で行われる。なお、図９に示すタイミングチャートでは、参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａの読み出し走査を行った後、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂの読み出し走査を行っているが、読み出し走査の順序は逆でもよい。
図９に示す駆動例では、同様の条件で駆動される参照領域１８ａの行と撮像領域１４ａの行とにおいて、シャッタ動作とメモリ転送動作とが一括で行われ、読み出し走査は連続して行われる。また、同様の条件で駆動される参照領域１８ｂの行と撮像領域１４ｂの行とにおいて、シャッタ動作とメモリ転送動作とが一括で行われ、読み出し走査は連続して行われる。したがって、領域間における制御の切り替えを簡略化することができ、また、垂直走査部３０の構成が複雑化することをも防止することができる。制御部７０及び垂直走査部３０には、例えば第１実施形態で説明した図６に示す構成を適用可能である。
なお、図９に示すタイミングチャートでは１水平期間の間に１行のみを読み出す場合を示しているが、１水平期間の間に読み出す行数は必ずしも１行である必要はない。グローバルシャッタ駆動においては、ある水平期間において読み出し行として選択される行数を増やすだけでよく、一括シャッタ動作及び一括メモリ転送動作に影響することはない。
このように、本実施形態によれば、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合に、適正なオフセット補正を行うことができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、本実施形態による撮像装置における画素部の構成例を示すブロック図である。図１１は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。第１及び第２実施形態による撮像装置と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による撮像装置は、画素部１０における領域設定が異なるほかは、基本的な構成は第１実施形態による撮像装置と同様である。例えば、画素Ｐは、図２に示す回路により構成される。本実施形態では、ローリングシャッタ駆動を行う撮像装置を想定している。
本実施形態による撮像装置の画素部１０においては、参照領域１８ａが、有効画素領域１２ａの上部ではなく、図１０に示すように、有効画素領域１２ａと参照領域１８ｂとの間に配されている。すなわち、有効画素領域１２ａ、参照領域１８ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、列方向にこの順番で配されている。有効画素領域１２ａ、参照領域１８ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、異なる行に配されている。なお、参照領域１８ａは、有効画素領域１２ａ及び／又は参照領域１８ｂに接していてもよい。また、参照領域１８ｂは、参照領域１８ａ及び／又は有効画素領域１２ｂに接していてもよい。
本実施形態による撮像装置における画素部１０の領域設定においても、参照領域１８ａは撮像領域１４ａに隣接し、参照領域１８ｂは撮像領域１４ｂに隣接している。したがって、本実施形態においても、露光時間の異なる撮像領域１４ａ，１４ｂの各々に対して適正なオフセット値を取得することができる。
また、図１に示すように画素Ｐが２次元状に配されたエリアセンサを用いて焦点検出装置を構成する場合、複数の撮像領域の位置は光学系の構成によって固定され、撮像領域以外の領域には光が入射しない。このような場合、撮像領域の間の領域を遮光してＯＢ領域とし、このＯＢ領域を、オフセット値を取得するための参照領域として用いることができる。このように構成することで、撮像領域１４ａ，１４ｂの間に挟まれない上下の領域にＯＢ領域を配置しなくてもよく、画素部１０を小面積化し、ひいては撮像装置を小型化することができる。
図１１は、画素部１０の全体における動作の概略を示すタイミングチャートである。図１１には、水平同期信号の入力ごとに１行分のデータの読み出しを行う駆動例を示している。図１１の上段には、水平同期信号、読み出し走査開始信号１、読み出し走査開始信号２、シャッタ走査開始信号１、シャッタ走査開始信号２のタイミングを示している。これら制御信号は、第１実施形態の場合と同様である。図１１の下段には、上段に示した信号に対応した動作の概略を示している。「シャッタ走査」、「読み出し走査」として示される矩形のブロック群の各々が、図４で説明した「シャッタ動作」、「読み出し動作」に対応する。
本実施形態の撮像装置では、図１１に示すように、第１実施形態の撮像装置と同様のローリングシャッタ方式の駆動を行う。
図１１の駆動例において、撮像領域１４ａは露光時間１で制御され、撮像領域１４ｂは露光時間１とは独立した露光時間２で制御される。第１実施形態の場合と同様、撮像領域１４ａに対応する参照領域１８ａは、撮像領域１４ａと同様の条件（露光時間１に相当）で制御される。また、撮像領域１４ｂに対応する参照領域１８ｂは、撮像領域１４ｂと同様の条件（露光時間２に相当）で制御される。
図１１の駆動例では、露光時間の異なる領域ごとに、参照領域１８から撮像領域１４に向かうように、垂直走査の方向を制御している。すなわち、露光時間１に設定された参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａでは、行アドレスが小さくなる方向にシャッタ走査及び読み出し走査を行っている。また、露光時間２に設定された参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂでは、行アドレスが大きくなる方向にシャッタ走査及び読み出し走査を行っている。このように構成することで、露光時間の異なる領域ごとに、参照領域１８のうち最後に読み出しが行われる行と撮像領域１４のうち最初に読み出しが行われる行とを隣接させ、物理的な距離の違いによってオフセット誤差が生じるのを防止することができる。
なお、図１１に示すタイミングチャートでは、参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａの読み出し走査を行った後、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂの読み出し走査を行っているが、読み出し走査の順序は逆でもよい。
このように、本実施形態によれば、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合に、適正なオフセット補正を行うことができる。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。第１乃至第３実施形態による撮像装置と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による撮像装置は、画素部１０における領域設定が異なるほかは、基本的な構成は第２実施形態による撮像装置と同様である。例えば、画素Ｐは、図７に示す回路により構成される。本実施形態では、グローバルシャッタ動作駆動を行う撮像装置を想定している。
本実施形態による撮像装置の画素部１０は、第３実施形態と同様、参照領域１８ａが、有効画素領域１２ａの上部ではなく、有効画素領域１２ａと参照領域１８ｂとの間に配されている（図１０参照）。すなわち、有効画素領域１２ａ、参照領域１８ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、列方向にこの順番で配されている。有効画素領域１２ａ、参照領域１８ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、異なる行に配されている。
本実施形態による撮像装置における画素部１０の領域設定においても、参照領域１８ａは撮像領域１４ａに隣接し、参照領域１８ｂは撮像領域１４ｂに隣接している。したがって、本実施形態においても、露光時間の異なる撮像領域１４ａ，１４ｂの各々に対して適正なオフセット値を取得することができる。
また、図１に示すように画素Ｐが２次元状に配されたエリアセンサを用いて焦点検出装置を構成する場合、複数の撮像領域の位置は光学系の構成によって固定され、撮像領域以外の領域には光が入射しない。このような場合、撮像領域の間の領域を遮光してＯＢ領域とし、このＯＢ領域を、オフセット値を取得するための参照領域として用いることができる。このように構成することで、撮像領域１４ａ，１４ｂの間に挟まれない上下の領域にＯＢ領域を配置しなくてもよく、画素部１０を小面積化し、ひいては撮像装置を小型化することができる。
図１２は、画素部１０の全体における動作の概略を示すタイミングチャートである。図１２には、水平同期信号の入力ごとに１行分のデータの読み出しを行う駆動例を示している。図１２の上段には、水平同期信号、読み出し走査開始信号１、読み出し走査開始信号２、一括シャッタ制御信号１、一括シャッタ制御信号２、一括メモリ転送信号１、一括メモリ転送信号２のタイミングを示している。これら制御信号は、第２実施形態の場合と同様である。図１２の下段には、上段に示した信号に対応した動作の概略を示している。「一括シャッタ」、「一括メモリ転送」、「読み出し走査」として示される矩形のブロック群の各々が、図８で説明した「一括シャッタ動作」、「一括メモリ転送動作」、「読み出し動作」に対応する。
本実施形態の撮像装置では、図１２に示すように、第２実施形態の撮像装置と同様のグローバルシャッタ方式の駆動を行う。
一括シャッタ動作及び一括メモリ転送動作は、第２実施形態の場合と同様、露光時間の異なる領域ごとに独立のタイミングで行う。また、読み出し走査は、物理的な距離の違いによってオフセット誤差が生じるのを防止するために、第３実施形態の場合と同様、露光時間１に設定された参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａでは行アドレスが小さくなる方向に読み出し走査を行う。また、露光時間２に設定された参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂでは、行アドレスが大きくなる方向に読み出し走査を行う。
なお、図１２に示すタイミングチャートでは、参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａの読み出し走査を行った後、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂの読み出し走査を行っているが、読み出し走査の順序は逆でもよい。
このように、本実施形態によれば、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合に、適正なオフセット補正を行うことができる。
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、本実施形態による撮像装置における画素部の構成例を示すブロック図である。図１４は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。第１乃至第４実施形態による撮像装置と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による撮像装置は、画素部１０における領域設定が異なるほかは、基本的な構成は第１実施形態による撮像装置と同様である。例えば、画素Ｐは、図２に示す回路により構成される。本実施形態では、ローリングシャッタ駆動を行う撮像装置を想定している。
本実施形態による撮像装置において、画素部１０は、図１３に示すように、有効画素領域１２ａに配された撮像領域１４ａと、有効画素領域１２ｂに配された撮像領域１４ｂと、ＯＢ領域１６に配された参照領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、を含む。図１０に示す第３実施形態による撮像装置との違いは、ＯＢ領域１６に参照領域１８ｃが更に設けられていることである。参照領域１８ｃは、参照領域１８ａとの間に有効画素領域１２ａを挟むように、有効画素領域１２ａに対して列方向に隣接して配置されている。すなわち、参照領域１８ｃ、有効画素領域１２ａ、参照領域１８ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、列方向にこの順番で配されている。参照領域１８ｃ、有効画素領域１２ａ、参照領域１８ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、異なる行に配されている。なお、参照領域１８ｃは、有効画素領域１２ａに接していてもよい。
参照領域１８ａ及び参照領域１８ｃは、撮像領域１４ａに配された画素Ｐから取得した画素信号に重畳するオフセット成分を算出するために用いられる画素Ｐが配された領域である。また、参照領域１８ｂは、撮像領域１４ｂに配された画素Ｐから取得した画素信号に重畳するオフセット成分を算出するために用いられる画素Ｐが配された領域である。
図１４は、画素部１０の全体における動作の概略を示すタイミングチャートである。図１４には、水平同期信号の入力ごとに１行分のデータの読み出しを行う駆動例を示している。図１４の上段には、垂直同期信号、水平同期信号、読み出し走査開始信号１、読み出し走査開始信号２、シャッタ走査開始信号１、シャッタ走査開始信号２のタイミングを示している。これら制御信号は、第１実施形態の場合と同様である。図１４の下段には、上段に示した信号に対応した動作の概略を示している。「シャッタ走査」、「読み出し走査」として示される矩形のブロック群の各々が、図４で説明した「シャッタ動作」、「読み出し動作」に対応する。
本実施形態の撮像装置では、図１４に示すように、第１実施形態の撮像装置と同様のローリングシャッタ方式の駆動を行う。
図１４の駆動例において、撮像領域１４ａは露光時間１で制御され、撮像領域１４ｂは露光時間１とは独立した露光時間２で制御される。第１実施形態の場合と同様、撮像領域１４ａに対応する参照領域１８ａ，１８ｃは、撮像領域１４ａと同様の条件（露光時間１に相当）で制御される。また、撮像領域１４ｂに対応する参照領域１８ｂは、撮像領域１４ｂと同様の条件（露光時間２に相当）で制御される。
第３実施形態で説明したようなシャッタ走査及び読み出し走査の方向を領域ごとに切り替える駆動ができない場合、参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａは、ともに行アドレスが大きくなる方向に走査することになる。しかしながら、参照領域１８ａの走査後に撮像領域１４ａの走査を行うと、参照領域１８ａのうち最後に走査される行と撮像領域１４ａのうち最初に走査される行とは隣接しなくなる。そのため、このような駆動を行うと、画素Ｐの配置場所の違いに起因したオフセット誤差が生じうる。
そこで、図１４の駆動例では、参照領域１８ａを読み出した後、撮像領域１４ａの読み出しを開始する前に、参照領域１８ｃの読み出しを行い、参照領域１８ｃのうち最後に走査される行と撮像領域１４ａのうち最初に走査される行とが隣接するようにしている。このように構成することで、参照領域１８ａと撮像領域１４ａとの配置場所の違いに起因するオフセット誤差を低減することができる。参照領域１８ｃは、オフセット誤差分を吸収するに足る画素数（行数）があればよい。
このように、本実施形態によれば、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合に、適正なオフセット補正を行うことができる。
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。第１乃至第５実施形態による撮像装置と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
本実施形態による撮像装置は、画素部１０における領域設定が異なるほかは、基本的な構成は第２実施形態による撮像装置と同様である。例えば、画素Ｐは、図７に示す回路により構成される。本実施形態では、グローバルシャッタ動作駆動を行う撮像装置を想定している。
本実施形態による撮像装置の画素部１０は、第５実施形態と同様、参照領域１８ａとの間に有効画素領域１２ａを挟むように、有効画素領域１２ａに対して列方向に隣接して配置された参照領域１８ｃを更に有している。すなわち、参照領域１８ｃ、有効画素領域１２ａ、参照領域１８ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、列方向にこの順番で配されている。参照領域１８ｃ、有効画素領域１２ａ、参照領域１８ａ、参照領域１８ｂ、有効画素領域１２ｂは、異なる行に配されている。なお、参照領域１８ｃは、有効画素領域１２ａに接していてもよい。
図１５は、画素部１０の全体における動作の概略を示すタイミングチャートである。図１５には、水平同期信号の入力ごとに１行分のデータの読み出しを行う駆動例を示している。図１５の上段には、水平同期信号、読み出し走査開始信号１、読み出し走査開始信号２、一括シャッタ制御信号１、一括シャッタ制御信号２、一括メモリ転送信号１、一括メモリ転送信号２のタイミングを示している。これら制御信号は、第２実施形態の場合と同様である。図１５の下段には、上段に示した信号に対応した動作の概略を示している。「一括シャッタ」、「一括メモリ転送」、「読み出し走査」として示される矩形のブロック群の各々が、図８で説明した「一括シャッタ動作」、「一括メモリ転送動作」、「読み出し動作」に対応する。
本実施形態の撮像装置では、図１５に示すように、第２実施形態の撮像装置と同様のグローバルシャッタ方式の駆動を行う。
一括シャッタ動作及び一括メモリ転送動作は、第２実施形態の場合と同様、露光時間の異なる領域ごとに独立のタイミングで行う。また、露光時間１に設定された参照領域１８ａ，１８ｃ及び撮像領域１４ａの読み出し走査は、第５実施形態の場合と同様、参照領域１８ａ、参照領域１８ｃ、撮像領域１４ａの順に行う。これにより、参照領域１８ｃと撮像領域１４ａとの間の画素Ｐの配置場所の違いに起因するオフセット誤差が生じるのを防止することができる。また、露光時間１に設定された参照領域１８ａ及び撮像領域１４ａの読み出し走査では、第５実施形態の場合と同様、行アドレスが大きくなる方向に走査を行う。
なお、図１５に示すタイミングチャートでは、参照領域１８ａ，１８ｃ及び撮像領域１４ａの読み出し走査を行った後、参照領域１８ｂ及び撮像領域１４ｂの読み出し走査を行っているが、読み出し走査の順序は逆でもよい。
このように、本実施形態によれば、複数の撮像領域において露光時間が異なる場合に、適正なオフセット補正を行うことができる。
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による撮像システムについて、図１６を用いて説明する。第１乃至第６実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。図１６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乃至第６実施形態で述べた撮像装置１００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の例としては、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１６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。
図１６に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１乃至第６実施形態で説明した撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。撮像領域１４に配された画素Ｐの出力値から参照領域１８に配された画素Ｐの出力値を差し引くオフセット補正処理は、信号処理部２０８において行ってもよい。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置２０１と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
撮像システム２００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。さらに撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
さらに撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
第１乃至第６実施形態による撮像装置１００を適用することにより、ノイズの少ない良質な画像を取得しうる撮像システムを実現することができる。
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態による撮像システム及び移動体について、図１７を用いて説明する。図１７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１７（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１乃至第６実施形態のいずれかに記載の撮像装置１００である。撮像システム３００は、撮像装置３１０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３１２と、撮像システム３００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３１４を有する。また、撮像システム３００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３１６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３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６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３１８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）や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３００は車両情報取得装置３２０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３００は、衝突判定部３１８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ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８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３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０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３４０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３００で撮像する。図１７（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、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。
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、何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形態、或いは他の実施形態の一部の構成と置換した形態も本発明の実施形態である。
また、上記実施形態では、撮像領域１４ａ，１４ｂにおいて露光時間が異なる場合を説明したが、撮像領域１４ａ，１４ｂの露光時間は同じであってもよい。
また、上記実施形態では、露光時間の異なる撮像領域１４の数を２つとしたが、露光時間の異なる撮像領域１４の数は２つに限定されるものでなく、３つ以上でもよい。この場合、露光時間の異なる撮像領域の数に応じた露光時間設定と、それに対応して独立したタイミング制御部及び垂直走査回路とを設け、読み出し走査とシャッタ走査とを露光時間の異なる撮像領域ごとに制御すればよい。
また、上記実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の固体撮像装置を適用可能な撮像システムは図１６及び図１７に示した構成に限定されるものではない。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
Ｐ…画素
１０…画素部
１４ａ，１４ｂ…撮像領域
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…参照領域
３０…垂直走査部
１００…撮像装置

Claims (18)

  1. 複数の行に渡って配され、各々が、光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部と、を含む複数の画素を有する画素部と、
    前記複数の画素に対して、前記行の単位で、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作と、を行う走査部と、を有し、
    前記複数の画素は、光が前記光電変換部に入射する有効画素と、前記有効画素が配された行とは別の行において前記有効画素よりも多く配され、前記光電変換部が遮光されたオプティカルブラック画素と、を含み、
    前記画素部は、複数の前記有効画素がそれぞれに配された第１及び第２の撮像領域と、複数の前記オプティカルブラック画素がそれぞれに配された第１及び第２の参照領域と、を含み、前記第１の撮像領域と前記第２の撮像領域との間に前記第２の参照領域が配されており、前記第１の参照領域と前記第２の参照領域との間に前記第１の撮像領域が配されており、
    前記走査部は、
    前記リセット動作が終了するタイミングから前記電荷転送が終了するタイミングまでの期間が第１の長さである第１の条件で、前記第１の撮像領域及び前記第１の参照領域に配された前記画素を駆動し、
    前記リセット動作が終了するタイミングから前記電荷転送が終了するタイミングまでの期間が前記第１の長さとは異なる第２の長さである第２の条件で、前記第２の撮像領域及び前記第２の参照領域に配された前記画素を駆動するように構成されており、
    前記走査部は、前記第１の参照領域に属する行の前記読み出し動作、前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作、前記第２の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第２の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を、この順序で実行可能に構成されている
    ことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記画素部は、前記第１の撮像領域と前記第２の参照領域との間に配され、前記第１の条件で駆動される前記オプティカルブラック画素が配された第３の参照領域を更に有する
    ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
  3. 前記走査部は、前記第３の参照領域に属する行の前記読み出し動作を行った後、前記第１の参照領域に属する行及び前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を行うように構成されている
    ことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
  4. 前記第１の参照領域に属する行のうち最後に前記読み出し動作を行う行と、前記第１の撮像領域に属する行のうち最初に前記読み出し動作を行う行とが隣接しており、
    前記第２の参照領域に属する行のうち最後に前記読み出し動作を行う行と、前記第２の撮像領域に属する行のうち最初に前記読み出し動作を行う行とが隣接している
    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。
  5. 前記第１の参照領域及び前記第１の撮像領域と前記第２の参照領域及び前記第２の撮像領域との各々において、前記複数の行における前記リセット動作と前記電荷転送とを、行毎に順次行う
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
  6. 前記保持部は、前記光電変換部から電荷が転送される第１の保持部と、前記第１の保持部から電荷が転送される第２の保持部と、を有し、
    前記増幅部は、前記第２の保持部が保持する電荷の量に基づく前記画素信号を出力し、
    前記電荷転送は、前記光電変換部から前記第１の保持部への電荷の転送であり、
    前記走査部は、
    前記第１の参照領域及び前記第１の撮像領域の前記リセット動作を、前記第１の参照領域及び前記第１の撮像領域に属する複数行で第１のタイミングに同時に行い、
    前記第２の参照領域及び前記第２の撮像領域の前記リセット動作を、前記第１の参照領域及び前記第１の撮像領域に属する複数行で第２のタイミングに同時に行い、
    前記第１の参照領域及び前記第１の撮像領域の前記電荷転送を、前記第１の参照領域及び前記第１の撮像領域に属する複数行で第３のタイミングに同時に行い、
    前記第２の参照領域及び前記第２の撮像領域の前記電荷転送を、前記第２の参照領域及び前記第２の撮像領域に属する複数行で第４のタイミングに同時に行う
    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。
  7. 前記第１の撮像領域と前記第１の参照領域とが隣接し
    前記第２の撮像領域と前記第２の参照領域とが隣接している
    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。
  8. 前記走査部は、前記第１の撮像領域及び前記第１の参照領域に配された前記画素を前記第１の条件で駆動する第１の走査回路と、前記第２の撮像領域及び前記第２の参照領域に配された前記画素を前記第２の条件で駆動する第２の走査回路と、を有する
    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。
  9. 前記走査部は、前記第１の参照領域が選択されてから、次に前記第１の参照領域が選択されるまでの間に、前記第１の参照領域に属する行の前記読み出し動作、前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作、前記第２の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第２の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を、この順序で実行する
    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。
  10. 前記第１の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作は、第１の読み出し走査開始信号によって制御され、
    前記第２の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第２の撮像領域に属する行の前記読み出し動作は、前記第１の読み出し走査開始信号とは別のタイミングに供給される第２の読み出し走査開始信号によって制御される
    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。
  11. 前記第１の撮像領域に配された前記画素の出力値から前記第１の参照領域に配された前記画素の出力値を差し引く補正処理と、前記第２の撮像領域に配された前記画素の出力値から前記第２の撮像領域に配された前記画素の出力値を差し引く補正処理と、を実行する信号処理部を更に有する
    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。
  12. 複数の行に渡って配され、各々が、光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部と、を含む複数の画素が設けられた画素部を有し、前記複数の画素は、光が前記光電変換部に入射する有効画素と、前記有効画素が配された行とは別の行において前記有効画素よりも多く配され、前記光電変換部が遮光されたオプティカルブラック画素と、を含み、前記画素部は、複数の前記有効画素がそれぞれに配された第１及び第２の撮像領域と、複数の前記オプティカルブラック画素がそれぞれに配された第１及び第２の参照領域と、を含み、前記第１の撮像領域と前記第２の撮像領域との間に前記第２の参照領域が配され、前記第１の参照領域と前記第２の参照領域との間に前記第１の撮像領域が配された撮像装置の駆動方法であって、
    前記複数の画素に対して、前記行の単位で、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う際に、
    前記第１の撮像領域及び前記第１の参照領域に配された前記画素を、前記リセット動作が終了するタイミングから前記電荷転送が終了するタイミングまでの期間が第１の長さである第１の条件で駆動し、
    前記第２の撮像領域及び前記第２の参照領域に配された前記画素を、前記リセット動作が終了するタイミングから前記電荷転送が終了するタイミングまでの期間が前記第１の長さとは異なる第２の長さである第２の条件で駆動し、
    前記第１の参照領域に属する行の前記読み出し動作、前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作、前記第２の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第２の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を、この順序で実行する
    ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
  13. 前記第１の参照領域に属する行のうち最後に前記読み出し動作を行う行と、前記第１の撮像領域に属する行のうち最初に前記読み出し動作を行う行とが隣接しており、
    前記第２の参照領域に属する行のうち最後に前記読み出し動作を行う行と、前記第２の撮像領域に属する行のうち最初に前記読み出し動作を行う行とが隣接している
    ことを特徴とする請求項１２記載の撮像装置の駆動方法。
  14. 前記第１の参照領域が選択されてから、次に前記第１の参照領域が選択されるまでの間に、前記第１の参照領域に属する行の前記読み出し動作、前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作、前記第２の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第２の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を、この順序で実行する
    ことを特徴とする請求項１２又は１３記載の撮像装置の駆動方法。
  15. 第１の読み出し走査開始信号により、前記第１の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第１の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を制御し、
    前記第１の読み出し走査開始信号とは別のタイミングに供給される第２の読み出し走査開始信号により、前記第２の参照領域に属する行の前記読み出し動作及び前記第２の撮像領域に属する行の前記読み出し動作を制御する
    ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
  16. 請求項１乃至１０のいずれか１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を処理する信号処理部と
    を有することを特徴とする撮像システム。
  17. 前記信号処理部は、前記第１の撮像領域に配された前記画素の出力値から前記第１の参照領域に配された前記画素の出力値を差し引く補正処理と、前記第２の撮像領域に配された前記画素の出力値から前記第２の撮像領域に配された前記画素の出力値を差し引く補正処理と、を実行する
    ことを特徴とする請求項１６記載の撮像システム。
  18. 移動体であって、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置からの信号に基づく視差画像から、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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