JP7075208B2 - 撮像装置および撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置および撮像システムに関する。

近年、高画質化および／または多機能化等を目的として、画素内に複数のメモリが設けられた撮像装置が提案されている。特許文献１には、ダイナミックレンジ拡大を図るために、各画素が複数の蓄積ノードを有する撮像装置が記載されている。より具体的には、特許文献１に記載された各画素は、フォトダイオードと、第１蓄積ノードと、第２蓄積ノードと、第１転送ゲートと、第２転送ゲートとを有する。第１転送ゲートは、時間ＴＡの間にフォトダイオードで蓄積された電荷を第１蓄積ノードに転送し、第２転送ゲートは、時間ＴＢの間にフォトダイオードで蓄積された電荷を第２蓄積ノードに転送する。１回の露光は、時間ＴＡ、ＴＢ、ＴＡ、ＴＢ・・・のように、ＴＡとＴＢとからなるサイクルを繰り返す。

米国特許第２０１３／０１３５４８６号

特許文献１に記載された撮像装置は、相互に異なるタイミングで撮像を開始するので、例えば、高速に移動する物体を相互に異なるタイミングで撮像するために有利である。しかし、特許文献１に記載された撮像装置では、撮像の開始のタイミングとして、相互に異なる任意のタイミングを外部から与えることはできない。したがって、特許文献１に記載された撮像装置では、高速で移動する物体あるいは任意に出現しうる物体の撮像を互いに同期しない任意のタイミングのそれぞれで開始することができない。高速で移動する物体あるいは任意に出現しうる物体としては、例えば、道路上を移動する自動車、あるいは、コンベア上を移動する物品等を挙げることができる。

本発明は、高速で移動する物体あるいは任意に出現しうる物体の撮像を互いに同期しない任意のタイミングのそれぞれで開始するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明に１つの側面は、複数の画素を有する撮像装置に係り、前記撮像装置は、トリガ 信号を外部から取り込む入力部と、前記入力部によって取り込まれた前記トリガ信号の立 ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの一方に応じて第１タイミングを与える第１信号 を発生し、前記立ち上がりエッジおよび前記立ち下がりエッジの他方に応じて第２タイミ ングを与える第２信号を発生する制御回路と、を備え、前記複数の画素の各々は、光電変 換部と、前記光電変換部で発生した電荷を保持する第１電荷保持部と、前記光電変換部で 発生した電荷を保持する第２電荷保持部と、を含み、前記複数の画素の各々における動作 は、前記第１信号に応じて前記光電変換部で蓄積が開始された電荷が前記第２電荷保持部 によって保持され、前記第２信号に応じて前記光電変換部で蓄積が開始された電荷が前記 第１電荷保持部によって保持される動作を含む。

本発明によれば、高速で移動する物体あるいは任意に出現しうる物体の撮像を互いに同期しない任意のタイミングのそれぞれで開始するために有利な技術が提供される。

第１実施形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図。 第１実施形態の撮像装置の画素の等価回路を例示する図。 第１実施形態の撮像装置の動作を概念的に示す図。 第１実施形態の撮像装置の動作を示す図。 第２実施形態の撮像装置の画素の等価回路を例示する図。 第２実施形態の撮像装置の動作を概念的に示す図。 第２実施形態の撮像装置の動作を示す図。 第３実施形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図。 第３実施形態の撮像装置の動作を概念的に示す図。 第３実施形態の撮像装置の動作を示す図。 第４実施形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図。 第４実施形態の撮像装置の動作を概念的に示す図。 第４実施形態の撮像装置の動作を示す図。 第４実施形態の撮像装置の他の動作を示す図。 第５実施形態の撮像装置の動作を概念的に示す図。 第５実施形態の撮像装置の動作を示す図。 第６実施形態の撮像装置の動作を概念的に示す図。 本発明の一実施形態の撮像システムの構成を示す図。 本発明の一実施形態の移動体の構成を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。本明細書および添付図面では、信号線とその信号線に出力される信号名とが同一の符号ないし名称で示される場合がある。

図１、図２、図３および図４を参照しながら本発明の第１実施形態の撮像装置を説明する。図１には、第１実施形態の撮像装置１の概略構成が示されている。撮像装置１は、画素アレイ１００、垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２、水平走査回路１０３、出力回路１０４、制御回路１０５、および、入力部ＩＰを備えうる。入力部ＩＰは、相互に同期していない第１タイミングおよび第２タイミングを与えるトリガ信号を外部から取り込む。入力部ＩＰは、例えば、第１外部トリガ端子（第１端子）１０６、および、第２外部トリガ端子（第２端子）１０７を含みうる。第１外部トリガ端子１０６は、第１タイミングを与える第１外部トリガ信号（第１トリガ信号）を外部から取り込みうる。第２外部トリガ端子１０７は、第２タイミングを与える第２外部トリガ信号（第２トリガ信号）を外部から取り込みうる。画素アレイ１００は、複数の行および複数の列を構成するように配列された複数の画素２０を含む。垂直走査回路１０１は、画素アレイ１００の複数の行のうち読出対象の行（の画素２０）を選択する行選択回路である。垂直走査回路１０１は、画素アレイ１００の複数の行（の画素２０）を駆動する。垂直走査回路１０１は、例えば、シフトレジスタまたはアドレスデコーダなどの論理回路を含みうる。

画素アレイ１００の複数の行の各々には、垂直出力線１０が設けられており、画素２０からの信号が列毎に垂直出力線１０に出力されうる。列増幅回路１０２は、複数の垂直出力線１０にそれぞれ対応する複数の増幅器を含み、複数の垂直出力線１０にそれぞれ出力される複数の信号を増幅する。列増幅回路１０２は、例えば、画素２０のリセット時の信号および画素２０の光電変換による信号に基づく相関二重サンプリング処理を行うように構成されうる。水平走査回路１０３は、例えば、列増幅回路１０２の複数の増幅器にそれぞれ接続された複数のスイッチと、該複数のスイッチをそれぞれ制御する複数の制御信号を発生する選択回路とを含みうる。出力回路１０４は、例えば、バッファアンプ、差動増幅器等で構成され、列増幅回路１０２からの信号を撮像装置１の外部の信号処理部に出力する。列増幅回路１０２または出力回路１０４にＡＤ変換部が設けられ、デジタルの画像信号が撮像装置１から出力されてもよい。

制御回路１０５は、垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２、水平走査回路１０３および出力回路１０４を制御しうる。また、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１の制御を介して画素アレイ１００の複数の画素２０を制御しうる。より具体的には、制御回路１０５は、第１外部トリガ端子１０６、第２外部トリガ端子１０７を介して外部から供給される第１外部トリガ信号、第２外部トリガ信号に従って、垂直走査回路１０１の制御を介して画素アレイ１００の複数の画素２０を制御する。

図２には、撮像装置１の画素アレイ１００の一部分の構成が例示されている。具体的には、図２には、画素アレイ１００における２行×２列＝４個の画素２０が示されている。複数の画素２０の各々は、光電変換部１、第１電荷保持部２、第２電荷保持部３、フローティングディフュージョン（第３電荷保持部）４、第１転送トランジスタ（第１転送部）５、第２転送トランジスタ（第２転送部）６を含みうる。また、複数の画素２０の各々は、第３転送トランジスタ（第３転送部）７、選択トランジスタ９、リセットトランジスタ１１、増幅トランジスタ１２およびオーバーフロートランジスタ１４を含みうる。

光電変換部１は、半導体基板の中に配置され、入射光を光電変換し、光電変換によって発生した電荷を蓄積する。第１転送トランジスタ５は、そのゲートに接続された第１転送信号線ｐＧＳ１がアクティブレベルに駆動されることによってオンして、光電変換部１の電荷を第１電荷保持部２に転送する。第１転送トランジスタ５は、光電変換部１の電荷の全てを第１電荷保持部２に転送するように構成されうる。第１電荷保持部２は、第１転送トランジスタ５によって転送された電荷を一時的に保持する。第１電荷保持部２は、例えば、光電変換部１が配置された半導体基板の中に配置され空乏化される領域を有し、該領域の中に電荷を保持するように構成されうる。

第２転送トランジスタ６は、そのゲートに接続された第２転送信号線ｐＧＳ２がアクティブレベルに駆動されることによってオンして、第１電荷保持部２によって保持された電荷を第２電荷保持部３に転送する。第２転送トランジスタ６は、第１電荷保持部２によって保持された電荷の全てを第２電荷保持部３に転送するように構成されうる。第２電荷保持部３は、第２転送トランジスタ６によって転送された電荷を一時的に保持する。第２電荷保持部３は、例えば、光電変換部１および第１電荷保持部２が配置された半導体基板の中に配置され空乏化される領域を有し、該領域の中に電荷を保持するように構成されうる。

第３転送トランジスタ７は、そのゲートに接続された第３転送信号線ｐＴＸがアクティブレベルに駆動されることによってオンして、第２電荷保持部３によって保持された電荷をフローティングディフュージョン（第３電荷保持部）４に転送する。第３転送トランジスタ７は、第２電荷保持部３によって保持された電荷の全てをフローティングディフュージョン４に転送するように構成されうる。フローティングディフュージョン４は、例えば、光電変換部１、第１電荷保持部２および第２電荷保持部３が配置された半導体基板の中に配置され空乏化される領域を有し、該領域の中に電荷を保持するように構成されうる。

増幅トランジスタ１２は、例えば、垂直出力線１０に接続された不図示の電流源とともにソースフォロワ回路を構成し、フローティングディフュージョン４の電圧に応じた信号を、選択トランジスタ９を介して垂直出力線１０に出力しうる。増幅トランジスタ１２は、フローティングディフュージョン４の電圧に応じた信号を出力する画素出力部である。リセットトランジスタ１１は、そのゲートに接続されたリセット信号線ｐＲＥＳがアクティブレベルに駆動されることによってオンして、フローティングディフュージョン４の電圧を電源線１３の電圧に応じた電圧にリセットしうる。オーバーフロートランジスタ１４は、そのゲートに接続された排出信号線ｐＯＦＤがアクティブレベルに駆動されることによってオンして、光電変換部１に蓄積された電荷を電源線１３に排出しうる。

同一行の画素２０に対しては、共通の制御信号が垂直走査回路１０１から供給される。より具体的には、第ｍ行の画素２０の第１転送トランジスタ５、第２転送トランジスタ６、第３転送トランジスタ７のゲートには、制御信号線ｐＧＳ１（ｍ）、ｐＧＳ２（ｍ）、ｐＴＸ（ｍ）がそれぞれ接続される。ｍａｔａ、第ｍ行の画素２０の選択トランジスタ９、リセットトランジスタ１１、オーバーフロートランジスタ１４のゲートには、制御信号線ｐＳＥＬ（ｍ）、ｐＲＥＳ（ｍ）、ｐＯＦＤ（ｍ）がそれぞれ接続される。この例では、これらのトランジスタは、制御信号線の電圧がハイレベル（アクティブレベル）である時にオンし、ローレベル（インアクティブレベル）の時にオフする。ｐＧＳ１（ｍ）は第１転送信号線、ｐＧＳ２（ｍ）は第２転送信号線、ｐＴＸ（ｍ）は第３転送信号線、ｐＳＥＬ（ｍ）は選択信号線、ｐＲＥＳ（ｍ）はリセット信号線、ｐＯＦＤ（ｍ）は排出信号線とも呼ばれうる。

次に、図３を参照しながら第１実施形態の撮像装置１の駆動方法について説明する。図３には、第１実施形態の撮像装置１の駆動方法が概念的に示されている。図３において、光電変換部から第１電荷保持部への矢印は、グローバル電子シャッタ動作における電荷の転送を意味する。図３では、第ｎフレームに関する動作が実線で示され、第（ｎ＋１）フレーム、第（ｎ－１）フレームに関する動作が破線で示されている。撮像装置１の駆動方法は、第ｎフレームと第（ｎ＋１）フレームとで同一であるため、本明細書では、主に第ｎフレームの動作に注目して説明する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号(パルス信号）の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスを発生し、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図３では、第１電荷保持部２に保持された電荷がＭＥＭ１（ｎ）として表されている。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号（パルス信号）の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスを発生し、第２トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ３において、第１電荷保持部２によって保持された電荷（第１トリガパルスに応じて蓄積が開始され、その後、第１電荷保持部２に転送された電荷ＭＥＭ１（ｎ））を、第２転送トランジスタ６を介して第２電荷保持部３に転送させる。その後、制御回路１０５は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ２（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ３における転送が終了した時刻から時刻Ｔ４までの期間において、第１トリガパルスに応じて蓄積が開始された電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号が第２電荷保持部３から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。読出動作は、制御回路１０５が垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２および水平走査回路１０３および出力回路１０４を制御することによってなされる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ４において、第１電荷保持部２によって保持された電荷（第２トリガパルスに応じて蓄積が開始され、その後、第１電荷保持部２に転送された電荷ＭＥＭ２（ｎ））を、第２転送トランジスタ６を介して第２電荷保持部３に転送させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ４おける転送が終了した時刻から時刻Ｔ５での期間において、第２トリガパルスに応じて蓄積が開始された電荷ＭＥＭ２（ｎ）が第２電荷保持部３から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。読出動作は、制御回路１０５が垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２および水平走査回路１０３および出力回路１０４を制御することによってなされる。

次に、図４を参照しながら第１実施形態の撮像装置１の駆動方法をより具体的に説明する。なお、以後のタイミング図の説明では、第１ｍ行の画素２０を制御する制御信号名を末尾に（ｍ）を付加して説明し、特に行を区別せずに説明する際には制御信号名の末尾に文字を付加せずに説明を行う。

図４（ａ）に示されるように、制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスｐＴＲＧ１を発生する。第１トリガパルスｐＴＲＧ１の立ち上がりエッジに応じて排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。制御回路１０５は、撮像装置１の不図示のレジスタに設定されたパラメータ値で規定される電荷蓄積時間に基づいて、時刻Ｔ１において第１転送信号線ｐＧＳ１の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように第１転送信号線ｐＧＳ１のパルス駆動を制御する。これにより、時刻Ｔ１において、第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第１電荷保持部２への電荷の転送が終了する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、第２外部トリガ端子に供給される第２外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスｐＴＲＧ２を発生する。第２トリガパルスｐＴＲＧ２の立ち上がりエッジに応じて排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始（再開）する。制御回路１０５は、撮像装置１の不図示のレジスタに設定されたパラメータ値で規定される電荷蓄積時間に基づいて、時刻Ｔ３において第１転送信号線ｐＧＳ１の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように第１転送信号線ｐＧＳ１のパルス駆動を制御する。これにより、時刻Ｔ３において、第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第１電荷保持部２への電荷の転送が終了する。

また、制御回路１０５は、時刻Ｔ３よりも前の時刻Ｔ４１において、第２転送信号線ｐＧＳ２の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように、第２転送信号線ｐＧＳ２のパルス駆動を制御する。これにより、第１電荷保持部２から第２電荷保持部３への電荷の転送が開始された後、時刻Ｔ４１において、第２転送トランジスタ６がオフし、第１電荷保持部２から第２電荷保持部３への転送が終了する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間において、第２電荷保持部３に転送され第２電荷保持部３によって保持されている電荷に応じた信号の読出動作を制御する。この読出動作は、画素アレイ１００の全ての行の画素２０を対象としてなされる。読出動作については、図４（ｂ）を参照して後述する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ４において、第２転送信号線ｐＧＳ２の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように、第２転送信号線ｐＧＳ２のパルス駆動を制御する。これにより、第１電荷保持部２から第２電荷保持部３への電荷の転送が開始された後、時刻Ｔ４において、第２転送トランジスタ６がオフし、第１電荷保持部２から第２電荷保持部３への転送が終了する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間において、第２電荷保持部３に転送され第２電荷保持部３によって保持されている電荷に応じた信号の読出動作を制御する。この読出動作は、画素アレイ１００の全ての行の画素２０を対象としてなされる。

図４（ｂ）には、第ｍ行と第（ｍ＋１）行の画素２０からの読出動作が示されている。時刻Ｔ４２において、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介して選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ）の電圧をローベルからハイレベルに遷移させる。これにより、第ｍ行の画素２０が選択された状態になる。制御回路１０５は、時刻Ｔ４２から時刻Ｔ４３までの期間の途中において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１をオンさせる。制御回路１０５は、時刻Ｔ４３において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）をローレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１をオフさせる。この動作により、フローティングディフュージョン４に存在する電荷が電源線１３に排出される。フローティングディフュージョン４の電圧（ノイズ信号）は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。

時刻Ｔ４３から時刻Ｔ４４までの期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２にノイズ信号を読み出させる（Ｎ読み）。その後、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介した制御によって第３転送信号線ｐＴＸ１（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、第３転送トランジスタ７をオンさせる。これにより、第ｎフレームの電荷ＭＥＭ１（ｎ）が第ｍ行の画素２０の電荷を保持している第２電荷保持部３からフローティングディフュージョン４に転送される。フローティングディフュージョン４の電圧（光信号）は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。制御回路１０５は、時刻Ｔ４４において、垂直走査回路１０１を介した制御によって第３転送信号線ｐＴＸ１（ｍ）の電圧をオフさせる。

時刻Ｔ４４から時刻Ｔ４５の期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２に電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた光信号を読み出させる（Ｓ読み）。制御回路１０５は、時刻Ｔ４５において、垂直走査回路１０１を介した制御によって選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ）の電圧をローレベルに遷移させることによって第ｍ行の選択を終了させる。また、制御回路１０５は、時刻Ｔ４５において、選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ＋１）の電圧をハイレベルに遷移させることによって第（ｍ＋１）行の選択を開始させる。

第１実施形態では、被写体の検知が撮像装置１とは別の外部装置で実行され、被写体の検知を示す検知信号が外部装置から撮像装置１の第１、第２外部トリガ端子に供給されうる。これにより、被写体が撮像装置１の撮影範囲に入るタイミングと撮像装置１の画素２０による撮像開始（電荷蓄積の開始）とを同期させることができる。また、撮像装置１に２つの外部トリガ端子を設けて、２つの外部トリガ信号を撮像装置１が独立して取り込むことを可能にすることによって、読出動作の周期と非同期に電荷蓄積の開始タイミングの間隔を制御できる。また、１つの電荷保持部に第１トリガパルスに対応して蓄積された電荷を保持させ、もう１つの電荷保持部に第２トリガパルスに対応して蓄積された電荷を保持させることで、撮像の間隔が読出動作の間隔より短い場合においても連続した撮像が可能となる。

また、本実施形態では、光電変換部から電荷保持部への電荷の転送が全ての画素で一括しなされるので、電荷蓄積期間が全ての画素同じであり、被写体の歪みがないグローバル電子シャッタの効果もある。ただし、ローリングシャッタ動作に変更されてもよい。

上記の例では、外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知してトリガパルスを発生させるが、外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知してトリガパルスが発生させてもよい。

図５、図６および図７を参照しながら本発明の第２実施形態の撮像装置を説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従うる。第２実施形態の撮像装置１は、第１電荷保持部２と第２電荷保持部３とが並列接続されている点で第１実施形態と異なる。

複数の画素２０の各々は、光電変換部１、第１電荷保持部２、第２電荷保持部３、フローティングディフュージョン（第３電荷保持部）４、第１転送トランジスタ（第１転送部）５、第２転送トランジスタ（第２転送部）６を含みうる。また、複数の画素２０の各々は、第３転送トランジスタ（第３転送部）７、第４転送トランジスタ（第４転送部）８、選択トランジスタ９、リセットトランジスタ１１および増幅トランジスタ１２、オーバーフロードレイントランジスタ１４を備える。

光電変換部１は、半導体基板の中に配置され、入射光を光電変換し、光電変換によって発生した電荷を蓄積する。第１転送トランジスタ５は、そのゲートに接続された第１転送信号線ｐＧＳ１がアクティブレベルに駆動されることによってオンして、光電変換部１の電荷を第１電荷保持部２に転送する。第１転送トランジスタ５は、光電変換部１の電荷の全てを第１電荷保持部２に転送するように構成されうる。第１電荷保持部２は、第１転送トランジスタ５によって転送された電荷を一時的に保持する。第１電荷保持部２は、例えば、光電変換部１が配置された半導体基板の中に配置され空乏化される領域を有し、該領域の中に電荷を保持するように構成されうる。

第２転送トランジスタ６は、そのゲートに接続された第２転送信号線ｐＧＳ２がアクティブレベルに駆動されることによってオンして、光電変換部１の電荷を第２電荷保持部３に転送する。つまり、第２転送トランジスタ６は、そのゲートに接続された第２転送信号線ｐＧＳ２がアクティブレベルに駆動されることによってオンして、光電変換部１の電荷を、第１電荷保持部２を経由することなく、第２電荷保持部３に転送する。第２転送トランジスタ６は、光電変換部１の電荷の全てを第２電荷保持部３に転送するように構成されうる。第２電荷保持部３は、第２転送トランジスタ６によって転送された電荷を一時的に保持する。第２電荷保持部３は、例えば、光電変換部１および第１電荷保持部２が配置された半導体基板の中に配置され空乏化される領域を有し、該領域の中に電荷を保持するように構成されうる。

第３転送トランジスタ７は、そのゲートに接続された第３転送信号線ｐＴＸ１がアクティブレベルに駆動されることによってオンして、第１電荷保持部２によって保持された電荷をフローティングディフュージョン（第３電荷保持部）４に転送する。第３転送トランジスタ７は、第１電荷保持部２によって保持された電荷の全てをフローティングディフュージョン４に転送するように構成されうる。フローティングディフュージョン４は、例えば、光電変換部１、第１電荷保持部２および第２電荷保持部３が配置された半導体基板の中に配置され空乏化される領域を有し、該領域の中に電荷を保持するように構成されうる。

第４転送トランジスタ８は、そのゲートに接続された第４転送信号線ｐＴＸ２がアクティブレベルに駆動されることによってオンして、第２電荷保持部３によって保持された電荷をフローティングディフュージョン（第３電荷保持部）４に転送する。第４転送トランジスタ８は、第２電荷保持部３によって保持された電荷の全てをフローティングディフュージョン４に転送するように構成されうる。

増幅トランジスタ１２は、垂直出力線１０に接続された不図示の電流源とともにソースフォロワ回路を構成し、フローティングディフュージョン４の電圧に応じた信号を、選択トランジスタ９を介して垂直出力線１０に出力する。リセットトランジスタ１１は、そのゲートに接続されたリセット信号線ｐＲＥＳがアクティブレベルに駆動されることによってオンして、フローティングディフュージョン４の電圧を電源線１３の電圧に応じた電圧にリセットする。オーバーフロートランジスタ１４は、そのゲートに接続された排出信号線ｐＯＦＤがアクティブレベルに駆動されることによってオンして、光電変換部１に蓄積された電荷を電源線１３に排出する。

同一行の画素２０に対しては、共通の制御信号が垂直走査回路１０１から供給される。より具体的には、第ｍ行の画素２０の第１転送トランジスタ５、第２転送トランジスタ６、第３転送トランジスタ７、第４転送トランジスタ８のゲートには、制御信号線ｐＧＳ１（ｍ）、ｐＧＳ２（ｍ）、ｐＴＸ１（ｍ）、ｐＴＸ２（ｍ）がそれぞれ接続される。より具体的には、第ｍ行の画素２０の選択トランジスタ９、リセットトランジスタ１１、オーバーフロートランジスタ１４のゲートには、制御信号線ｐＳＥＬ（ｍ）、ｐＲＥＳ（ｍ）、ｐＯＦＤ（ｍ）がそれぞれ接続される。この例では、これらのトランジスタは、制御信号線の電圧がハイレベル（アクティブレベル）である時にオンし、ローレベル（インアクティブレベル）の時にオフする。ｐＧＳ１（ｍ）は第１転送信号線、ｐＧＳ２（ｍ）は第２転送信号線、ｐＴＸ１（ｍ）は第３転送信号線、ｐＴＸ２（ｍ）は第４転送信号線、ｐＳＥＬ（ｍ）は選択信号線、ｐＲＥＳ（ｍ）はリセット信号線、ｐＯＦＤ（ｍ）は排出信号線とも呼ばれる。

次に、図６を参照しながら第２実施形態の撮像装置１の駆動方法について説明する。図６には、第２実施形態の撮像装置１の駆動方法が概念的に示されている。図６において、光電変換部から第１、第２電荷保持部への矢印は、グローバル電子シャッタ動作における電荷の転送を意味する。図６では、第ｎフレームに関する動作が実線で示され、第（ｎ＋１）フレーム、第（ｎ－１）フレームに関する動作が破線で示されている。撮像装置１の駆動方法は、第ｎフレームと第（ｎ＋１）フレームとで同一であるため、本明細書では、主に第ｎフレームの動作に注目して説明する。

第２実施形態の撮像装置１は、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号に応じた電荷蓄積期間と、第１電荷保持部によって保持されている電荷に応じた信号の読出動作期間の少なくとも一部とが重なりうる点で第１実施形態の撮像装置１と異なる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスを発生し、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図６では、第１電荷保持部２に保持された電荷がＭＥＭ１（ｎ）として表されている。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。また、制御回路１０５は、時刻Ｔ１における転送が終了した時刻から時刻Ｔ４までの期間において、第１トリガパルスに応じて蓄積が開始された電荷ＭＥＭ１（ｎ）が、第１電荷保持部２から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。読出動作は、制御回路１０５が垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２および水平走査回路１０３および出力回路１０４を制御することによってなされる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号（パルス信号）の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスを発生し、第２トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ３において、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ２（ｎ）を、第２転送トランジスタ６を介して第２電荷保持部３へ転送させ、第２電荷保持部３に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図６では、第２電荷保持部３に保持された電荷がＭＥＭ２（ｎ）として表されている。制御回路１０５は、時刻Ｔ３において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

時刻Ｔ３では、電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号の読出動作と第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号に応じた電荷蓄積とが並行してなされている。これは、第１電荷保持部２と第２電荷保持部３とが並列接続されていることによって実現されている。

時刻Ｔ４において、電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号の読出動作が終了し、続いて電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が開始される。時刻Ｔ４から時刻Ｔ７までの期間において、電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が行われる。

時刻Ｔ５において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号がローレベルとなるが、時刻Ｔ５では電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が実行されているので、制御回路１０５は、光電変換部１における電荷の蓄積を再開させない。一方、電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号の読出動作の終了後である時刻Ｔ６において、制御回路１０５は、第１外部トリガ端子に供給される第２外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知する。制御回路１０５は、この検知に応じて第１トリガパルスを発生し、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ８において、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ＋１）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図６では、第１電荷保持部２に新たに保持された電荷がＭＥＭ１（ｎ＋１）として表されている。制御回路１０５は、時刻Ｔ８において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。また、制御回路１０５は、時刻Ｔ８における転送が終了した後、電荷ＭＥＭ１（ｎ＋１）が第１電荷保持部２から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。読出動作は、制御回路１０５が垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２および水平走査回路１０３および出力回路１０４を制御することによってなされる。

次に、図７を参照しながら第２実施形態の撮像装置１の駆動方法をより具体的に説明する。図７（ａ）に示されるように、制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスｐＴＲＧ１を発生する。第１トリガパルスｐＴＲＧ１の立ち上がりエッジに応じて排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。制御回路１０５は、撮像装置１の不図示のレジスタに設定されたパラメータ値で規定される電荷蓄積時間に基づいて、時刻Ｔ１において第１転送信号線ｐＧＳ１の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように第１転送信号線ｐＧＳ１のパルス駆動を制御する。これにより、時刻Ｔ１において、第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第１電荷保持部２への電荷の転送が終了する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの期間において、第１電荷保持部２に転送され第１電荷保持部２によって保持されている電荷に応じた信号の読出動作を制御する。この読出動作は、画素アレイ１００の全ての行の画素２０を対象としてなされる。読出動作については、図７（ｂ）を参照して後述する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、第２外部トリガ端子に供給される第２外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスｐＴＲＧ２を発生する。第２トリガパルスｐＴＲＧ２の立ち上がりエッジに応じて排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始（再開）する。制御回路１０５は、撮像装置１の不図示のレジスタに設定されたパラメータ値で規定される電荷蓄積時間に基づいて、時刻Ｔ３において第２転送信号線ｐＧＳ２の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように第２転送信号線ｐＧＳ２のパルス駆動を制御する。これにより、時刻Ｔ３において、第２転送トランジスタ６がオフし、光電変換部１から第２電荷保持部３への電荷の転送が終了する。

時刻Ｔ４において、全ての行について電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号の読出動作が終了する。制御回路１０５は、時刻Ｔ４から時刻Ｔ７までの期間において、第２電荷保持部３に転送され第２電荷保持部３によって保持されている電荷に応じた信号の読出動作を制御する。この読出動作は、画素アレイ１００の全ての行の画素２０を対象としてなされる。読出動作については、図７（ｃ）を参照して後述する。

時刻Ｔ５において、第２外部トリガ端子（ＥＸＴＴＲＧ２）に供給される第２外部トリガ信号がローレベルとなるが、時刻Ｔ５では電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が実行されているので、制御回路１０５は、第２トリガパルスを発生しない。これにより、第２電荷保持部３からの読出動作の期間中に光電変換部１から第２電荷保持部３に電荷が転送されることが防がれている。第１外部トリガ端子（ＥＸＴＴＲＧ１）に供給される第１外部トリガ信号についても同様に、第１電荷保持部２からの読出動作の期間中は、第１外部トリガ端子がローレベルとなっても、制御回路１０５は、第１トリガパルスを発生しない。

ここで、制御回路１０５は、電荷保持部からの読出動作の期間中に該電荷保持部への電荷の転送を生じさせうる外部トリガ信号を無視するように構成されうる。しかし、電荷保持部からの読出動作の期間と該電荷保持部への電荷の転送との衝突は、より正確には、電荷保持部からの読出動作が終了する前に該電荷保持部に電荷を転送することによって生じる。よって、制御回路１０５は、例えば、不図示のレジスタに設定されたパラメータ値で規定される電荷蓄積時間に基づいて電荷蓄積期間の終了時刻を特定し、該終了時刻が読出動作の期間内になる場合にトリガパルスを発生しないように構成されてもよい。

制御回路１０５は、時刻Ｔ６において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスｐＴＲＧ１を発生する。第１トリガパルスｐＴＲＧ１の立ち上がりエッジに応じて排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。制御回路１０５は、撮像装置１の不図示のレジスタに設定されたパラメータ値で規定される電荷蓄積時間に基づいて、時刻Ｔ８において第１転送信号線ｐＧＳ１の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように第１転送信号線ｐＧＳ１のパルス駆動を制御する。これにより、時刻Ｔ８において、第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第１電荷保持部２への電荷の転送が終了する。

図７（ｂ）には、第ｍ行と第（ｍ＋１）行の画素２０の第１電荷保持部２からの読出動作（図７（ａ）におけるＲｅａｄ１）が示されている。時刻Ｔ７０において、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介して選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ）の電圧をローレベルからハイレベルに遷移させる。これにより、第ｍ行の画素２０が選択された状態になる。制御回路１０５は、時刻Ｔ７０から時刻Ｔ７１までの期間の途中において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１はオンさせる。制御回路１０５は、時刻Ｔ７１において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）をローレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１をオフさせる。この動作により、フローティングディフュージョン４に存在する電荷が電源線１３に排出される。フローティングディフュージョン４の電圧(ノイズ)信号は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。

時刻Ｔ７１から時刻Ｔ７２までの期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２にノイズ信号を読み出させる（Ｎ読み）。その後、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介した制御によって第３転送信号線ｐＴＸ１（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、第３転送トランジスタ７をオンさせる。これにより、第ｎフレームの電荷ＭＥＭ１（ｎ）（第１トリガパルスに応じて蓄積された電荷）が第ｍ行の画素２０の電荷を保持している第１電荷保持部２からフローティングディフュージョン４に転送される。フローティングディフュージョン４の電圧（光信号）は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。制御回路１０５は、時刻Ｔ７２において、垂直走査回路１０１を介した制御によって第３転送信号線ｐＴＸ１（ｍ）の電圧をオフさせる。

時刻Ｔ７２から時刻Ｔ７３の期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２に電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた光信号を読み出させる（Ｓ読み）。制御回路１０５は、時刻Ｔ７３において、垂直走査回路１０１を介した制御によって選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ）の電圧をローレベルに遷移させることによって第ｍ行の選択を終了させる。また、制御回路１０５は、時刻Ｔ７３において、選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ＋１）の電圧をハイレベルに遷移させることによって第（ｍ＋１）行の選択を開始させる。

図７（ｃ）には、第ｍ行と第（ｍ＋１）行の画素２０の第１電荷保持部２からの読出動作（図７（ｂ）におけるＲｅａｄ２）が示されている。時刻Ｔ７７において、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介して選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ）の電圧をローレベルからハイレベルに遷移させる。これにより、第ｍ行の画素２０が選択された状態になる。制御回路１０５は、時刻Ｔ７７から時刻Ｔ７８までの期間の途中において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１をオンさせる。制御回路１０５は、時刻Ｔ７８において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）をローレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１をオフさせる。この動作により、フローティングディフュージョン４に存在する電荷が電源線１３に排出される。フローティングディフュージョン４の電圧(ノイズ)信号は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。

時刻Ｔ７８から時刻Ｔ７９までの期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２にノイズ信号を読み出させる（Ｎ読み）。その後、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介した制御によって第４転送信号線ｐＴＸ２（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、第４転送トランジスタ８をオンさせる。これにより、第ｎフレームの電荷ＭＥＭ１（ｎ）（第２トリガパルスに応じて蓄積された電荷）が、第ｍ行の画素２０の電荷を保持している第２電荷保持部３からフローティングディフュージョン４に転送される。フローティングディフュージョン４の電圧（光信号）は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。制御回路１０５は、時刻Ｔ７２において、垂直走査回路１０１を介した制御によって第４転送信号線ｐＴＸ２（ｍ）の電圧をオフさせる。

時刻Ｔ７９から時刻Ｔ７１０の期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２に電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた光信号を読み出させる（Ｓ読み）。制御回路１０５は、時刻Ｔ７１０において、垂直走査回路１０１を介した制御によって選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ）の電圧をローレベルに遷移させることによって第ｍ行の選択を終了させる。また、制御回路１０５は、時刻Ｔ７１０において、選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ＋１）の電圧をハイレベルに遷移させることによって第（ｍ＋１）行の選択を開始させる。

第２実施形態によれば、第１外部トリガ信号に応じて蓄積された電荷に応じた信号の読出動作と、第２外部トリガ信号に応じた電荷の蓄積とが並行してなされうる。よって、第２実施形態は、撮像と撮像との間隔を短くするために有利である。換言すると、第２実施形態は、より頻繁に外部トリガ信号が供給される用途に有利である。

図８、図９、図１０を参照しながら本発明の第３実施形態の撮像装置を説明する。第３実施形態は、第２実施形態の変形例であり、第３実施形態として言及しない事項は、第２実施形態に従いうる。ただし、第３実施形態において説明される事項は、第１実施形態の撮像装置１に適用されてもよい。図８には、第３実施形態の撮像装置１の概略構成が示されている。図８に示されるように、第３実施形態の撮像装置１は、垂直同期信号を外部装置から取り込む同期信号端子１０８を付加的に備えている。第３実施形態では、垂直同期信号に従って画素アレイ１００の各画素２０からの信号を出力する。

図９を参照しながら第３実施形態の撮像装置１の駆動方法について説明する。図９には、第３実施形態の撮像装置１の駆動方法が概念的に示されている。制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスを発生し、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知する。そして、制御回路１０５は、この立ち上がりエッジの検知に応じて、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスを発生し、第２トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ３において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知する。そして、制御回路１０５は、この立ち上がりエッジの検知に応じて、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ２（ｎ）を、第２転送トランジスタ６を介して第２電荷保持部３へ転送させ、第２電荷保持部３に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図９では、制御回路１０５は、時刻Ｔ３において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ４において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスを発生し、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ５において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知する。そして、制御回路１０５は、この立ち上がりエッジの検知に応じて、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ３（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。第１電荷保持部２では、既に保持している電荷ＰＤ１（ｎ）と、第１転送トランジスタ５によって新たに転送された電荷ＰＤ３（ｎ）とが加算される。制御回路１０５は、時刻Ｔ５において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ６において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスを発生し、第２トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ７において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知する。そして、制御回路１０５は、この立ち上がりエッジの検知に応じて、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ４（ｎ）を、第２転送トランジスタ６を介して第２電荷保持部３へ転送させ、第２電荷保持部３に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。第２電荷保持部２では、既に保持している電荷ＰＤ２（ｎ）と、第２転送トランジスタ６によって新たに転送された電荷ＰＤ４（ｎ）とが加算される。制御回路１０５は、時刻Ｔ７において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ８において垂直同期信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて、時刻Ｔ８から時刻Ｔ９までの期間において読出動作を行わせる。この読出動作では、第１電荷保持部２によって保持されている電荷ＭＥＭ１（ｎ）が第１電荷保持部２から行順次で読み出される。制御回路１０５は、時刻Ｔ１０において垂直同期信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの期間において読出動作を行わせる。この読出動作では、第２電荷保持部３によって保持されている電荷ＭＥＭ２（ｎ）が第２電荷保持部３から行順次で読み出される。読出動作は、制御回路１０５が垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２および水平走査回路１０３および出力回路１０４を制御することによってなされる。

次に、図１０を参照しながら第３実施形態の撮像装置１の駆動方法をより具体的に説明する。図１０（ａ）に示されるように、制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスｐＴＲＧ１を発生する。第１トリガパルスｐＴＲＧ１に応じて、時刻Ｔ８０において、排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第１転送信号線ｐＧＳ１をパルス駆動する。パルス駆動される第１転送信号線ｐＧＳ１は、時刻Ｔ８１でハイレベルからローレベルに遷移し、これにより、時刻Ｔ８１で第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第１電荷保持部２への電荷の転送が終了する。第１電荷蓄積期間は、時刻Ｔ８０から時刻Ｔ８１までの期間となる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスｐＴＲＧ２を発生する。第２トリガパルスｐＴＲＧ２に応じて、時刻Ｔ８２において、排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ３において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第２転送信号線ｐＧＳ２をパルス駆動する。パルス駆動される第２転送信号線ｐＧＳ２は、時刻Ｔ８３でハイレベルからローレベルに遷移し、これにより、時刻Ｔ８３で第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第２電荷保持部３への電荷の転送が終了する。第２電荷蓄積期間は、時刻Ｔ８２から時刻Ｔ８３までの期間となる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ４において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスｐＴＲＧ１を発生する。第１トリガパルスｐＴＲＧ１に応じて、時刻Ｔ８４において、排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ５において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第１転送信号線ｐＧＳ１をパルス駆動する。パルス駆動される第１転送信号線ｐＧＳ１は、時刻Ｔ８５でハイレベルからローレベルに遷移し、これにより、時刻Ｔ８５で第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第１電荷保持部２への電荷の転送が終了する。第３電荷蓄積期間は、時刻Ｔ８４から時刻Ｔ８５までの期間となる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ６において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスｐＴＲＧ２を発生する。第２トリガパルスｐＴＲＧ２に応じて、時刻Ｔ８６において、排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ７において、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第２転送信号線ｐＧＳ２をパルス駆動する。パルス駆動される第２転送信号線ｐＧＳ２は、時刻Ｔ８７でハイレベルからローレベルに遷移し、これにより、時刻Ｔ８７で第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第２電荷保持部３への電荷の転送が終了する。第４電荷蓄積期間は、時刻Ｔ８６から時刻Ｔ８７までの期間となる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ８において垂直同期信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて、第１電荷保持部２によって保持されている電荷ＭＥＭ１（ｎ）が第１電荷保持部２から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。

第３実施形態によれば、垂直同期信号によって規定される１フレームの読出動作（垂直同期信号の周期）より短い時間間隔で外部トリガ信号が与えられる場合であっても、それに応じた撮像が可能である。また、光電変換部１から第１電荷保持部２または第２電荷保持部３への電荷の転送を複数回にわたって行う際の電荷蓄積のタイミングを外部トリガ信号で制御することで、多重露光の制御の自由度を上げることができる。また、電荷保持部への電荷の転送のタイミングを第１電荷保持部、第２電荷保持部、第１電荷保持部・・・というように交互に行うことで、多重露光を行った際に被写体が重なってしまう影響を低減することができる。また、読出動作の開始を外部装置からの信号（垂直同期信号）によって制御することによって、読出動作のタイミングの自由度を向上させることができる。

図１１、図１２、図１３、図１４を参照しながら本発明の第４実施形態の撮像装置を説明する。第４実施形態は、第２実施形態の変形例であり、第４実施形態として言及しない事項は、第２実施形態に従いうる。ただし、第４実施形態において説明される事項は、第１又は第３実施形態の撮像装置１に適用されてもよい。図１１には、第４実施形態の撮像装置１の概略構成が示されている。図１１に示されるように、第４実施形態の撮像装置１は、２つの外部トリガ端子が１つの外部トリガ端子に多重化されている。

次に、図１２を参照しながら第４実施形態の撮像装置１の駆動方法について説明する。図１２には、第４実施形態の撮像装置１の駆動方法が概念的に示されている。図１２において、光電変換部から第１電荷保持部への矢印は、グローバル電子シャッタ動作における電荷の転送を意味する。図１２では、第ｎフレームに関する動作が実線で示され、第（ｎ＋１）フレーム、第（ｎ－１）フレームに関する動作が破線で示されている。

制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスを発生し、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図１２では、第１電荷保持部２に保持された電荷がＭＥＭ１（ｎ）として表されている。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ１における転送が終了した時刻から時刻Ｔ４までの期間において、第１トリガパルスに応じて蓄積が開始された電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号が第１電荷保持部２から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号（パルス信号）の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスを発生し、第２トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ３において、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ２（ｎ）を、第２転送トランジスタ６を介して第２電荷保持部３へ転送させ、第２電荷保持部３に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図１２では、第２電荷保持部３に保持された電荷がＭＥＭ２（ｎ）として表されている。

時刻Ｔ４において、第１電荷保持部２によって保持された電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号の読出動作が終了し、続いて第２電荷保持部３によって保持された電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が開始される。

次に、図１３を参照しながら第４実施形態の撮像装置１の駆動方法をより具体的に説明する。図１３に示されるように、制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスｐＴＲＧ１を発生する。第１トリガパルスｐＴＲＧ１の立ち上がりエッジに応じて排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。制御回路１０５は、撮像装置１の不図示のレジスタに設定されたパラメータ値で規定される電荷蓄積時間に基づいて、時刻Ｔ１において第１転送信号線ｐＧＳ１の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように第１転送信号線ｐＧＳ１のパルス駆動を制御する。これにより、時刻Ｔ１において、第１転送トランジスタ５がオフし、光電変換部１から第１電荷保持部２への電荷の転送が終了する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ１における転送が終了した時刻から時刻Ｔ４までの期間において、第１トリガパルスに応じて蓄積が開始された電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号が第１電荷保持部２から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスｐＴＲＧ２を発生する。第２トリガパルスｐＴＲＧ２の立ち上がりエッジに応じて排出信号線ｐＯＦＤの電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、オーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。制御回路１０５は、撮像装置１の不図示のレジスタに設定されたパラメータ値で規定される電荷蓄積時間に基づいて、時刻Ｔ３において第２転送信号線ｐＧＳ２の電圧がハイレベルからローレベルに遷移するように第２転送信号線ｐＧＳ２のパルス駆動を制御する。これにより、時刻Ｔ３において、第２転送トランジスタ６がオフし、光電変換部１から第２電荷保持部３への電荷の転送が終了する。

時刻Ｔ４において、第１電荷保持部２によって保持された電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号の読出動作が終了し、続いて第２電荷保持部３によって保持された電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が開始される。

上記の例では、制御回路１０５は、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち下がりエッジを第１タイミングとして第１トリガパルスを発生し、該外部トリガ信号の立ち上がりエッジを第２タイミングとして第２トリガパルスを発生する。しかしながら、制御回路１０５は、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち上がりエッジを第１タイミングとして第１トリガパルスを発生し、該外部トリガ信号の立ち下がりエッジを第２タイミングとして第２トリガパルスを発生する。つまり、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの一方で第１タイミングを与え、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの他方で第２タイミングを与えうる。

また、図１４には、第４実施形態の別の変形例である撮像装置１の駆動方法が概念的に示されている。図１４において、光電変換部から第１電荷保持部への矢印は、グローバル電子シャッタ動作における電荷の転送を意味する。図１２では、第ｎフレームに関する動作が実線で示され、第（ｎ＋１）フレーム、第（ｎ－１）フレームに関する動作が破線で示されている。

制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これと撮像装置内のトリガ識別信号（不図示）に応じて第１トリガパルスを発生する。そして、制御回路１０５は、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図１４では、第１電荷保持部２に保持された電荷がＭＥＭ１（ｎ）として表されている。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、外部トリガ端子１０６の立ち上がりエッジを検知する。そして、制御回路１０５は、この立ち上がりエッジの検知に応じて、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。また、また、時刻T1において、撮像装置内のトリガ識別信号を反転させ、次の立下りエッジで、第２トリガパルスを発生させるようにする。

制御回路１０５は、時刻Ｔ１における転送が終了した時刻から時刻Ｔ４までの期間において、第１トリガパルスに応じて蓄積が開始された電荷ＭＥＭ１（ｎ）が、第１電荷保持部２から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。読出動作は、制御回路１０５が垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２および水平走査回路１０３および出力回路１０４を制御することによってなされる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これと撮像装置内のトリガ識別信号に応じて第２トリガパルスを発生する。そして、制御回路１０５は、第２トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ３において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知する。そして、制御回路１０５は、この立ち上がりエッジの検知に応じて、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ２（ｎ）を、第２転送トランジスタ６を介して第２電荷保持部３へ転送させ、第２電荷保持部３に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図１４では、制御回路１０５は、時刻Ｔ３において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。また、時刻T1において、撮像装置内のトリガ識別信号を反転させ、次の立下りエッジで、第１トリガパルスを発生させるようにする。

時刻Ｔ４において、電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号の読出動作が終了し、続いて電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が開始される。時刻Ｔ４から時刻Ｔ７までの期間において、電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が行われる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ５において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これと撮像装置内のトリガ識別信号に応じて第１トリガパルスを発生する。そして、制御回路１０５は、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。制御回路１０５は、時刻Ｔ６において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知する。そして、制御回路１０５は、この立ち上がりエッジの検知に応じて、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ＋１）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。制御回路１０５は、時刻Ｔ５において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

第４実施形態によれば、外部トリガ端子の数を削減することができることに加えて、他の実施形態のように２つの外部トリガ端子に対応する２つの信号ラインの間に信号遅延による影響を受けないという利点が提供される。

図１５および図１６を参照しながら本発明の第５実施形態の撮像装置を説明する。第５実施形態は、第４実施形態の変形例であり、第５実施形態として言及しない事項は、第４実施形態に従いうる。ただし、第５実施形態において説明される事項は、第１乃至第３実施形態の撮像装置１に適用されてもよい。第５実施形態の撮像装置１は、電子シャッタ動作がローリングシャッタ動作である点、および、多重露光を行う点で第４実施形態の露光装置１と異なる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスを発生し、第１トリガパルスを基準として、第１行の画素２０の光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。以後、制御回路１０５は、行順次で第２行以降の画素２０の光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。ここで、光電変換部１における電荷の蓄積は、オーバーフロートランジスタ１４をオフさせることによって開始される。

制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスを発生する。そして、制御回路１０５は、第２トリガパルスに応じて、第１行の画素２０の光電変換部１に時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に蓄積された信号電荷ＰＤ１（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。以降においても、行順次で第１電荷保持部２への電荷の転送が行われる。図１５では、第１電荷保持部２に保持された電荷がＭＥＭ１（ｎ）として表されている。時刻Ｔ１において、第１行の画素２０における光電変換部１から第１電荷保持部２への電荷の転送が終了すると、即ち、第１電荷蓄積期間における電荷蓄積が終了すると、第２電荷蓄積期間における電荷蓄積が開始される。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスを発生する。そして、制御回路１０５は、第１トリガパルスに応じて、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ２（ｎ）を第２電荷保持部３へ転送させる。その転送が終了すると、第３電荷蓄積期間における電荷蓄積が開始される。

制御回路１０５は、時刻Ｔ３において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスを発生する。そして、制御回路１０５は、第２トリガパルスに応じて、第１行の画素２０の光電変換部１に時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間に蓄積された信号電荷ＰＤ３（ｎ）を、第１転送トランジスタ５を介して第１電荷保持部２へ転送させ、第１電荷保持部２に保持させる。以降においても、行順次で第１電荷保持部２への電荷の転送が行われる。その転送が終了すると、第４電荷蓄積期間における電荷蓄積が開始される。

制御回路１０５は、時刻Ｔ４において垂直同期信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて、第１行の画素２０からの信号の読出動作を開始し、行順次で読出動作を行う。

次に、図１６を参照しながら第５実施形態の撮像装置１の駆動方法をより具体的に説明する。図１６（ａ）に示されるように、制御回路１０５は、時刻Ｔ０において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスｐＴＲＧ１を発生する。第１トリガパルスｐＴＲＧ１に応じて、第１行の画素２０のための排出信号線ｐＯＦＤ（１）の電圧がハイレベルからローレベルに遷移し、第１行の画素２０のオーバーフロートランジスタ１４がオフする。これによって、第１行の画素２０の光電変換部１は、入射光に対応する電荷の蓄積を開始する。

制御回路１０５は、時刻Ｔ１において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスｐＴＲＧ２を発生する。制御回路１０５は、第２トリガパルスｐＴＲＧ２に応じて、第１行の画素２０のための第１転送信号ｐＧＳ１（１）にパルスを発生させる。これによって第１転送信号ｐＧＳ１（１）がハイレベルであるときに、第１行の画素２０において、光電変換部１から第１電荷保持部２に電荷が転送される。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて第１トリガパルスｐＴＲＧ１を発生する。制御回路１０５は、第１トリガパルスｐＴＲＧ１に応じて、第１行の画素２０のための第２転送信号ｐＧＳ２（１）にパルスを発生させる。これによって第２転送信号ｐＧＳ２（１）がハイレベルであるときに、第１行の画素２０において、光電変換部１から第２電荷保持部３に電荷が転送される。

制御回路１０５は、時刻Ｔ３において、外部トリガ端子１０６に供給される外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１の立ち上がりエッジを検知し、これに応じて第２トリガパルスｐＴＲＧ２を発生する。制御回路１０５は、第２トリガパルスｐＴＲＧ２に応じて、第１行の画素２０のための第１転送信号ｐＧＳ１（１）にパルスを発生させる。これによって第１転送信号ｐＧＳ１（１）がハイレベルであるときに、第１行の画素２０において、光電変換部１から第１電荷保持部２に電荷が転送される。

制御回路１０５は、時刻Ｔ４において垂直同期信号の立ち下がりエッジを検知し、これに応じて、第１行の画素２０からの信号の読出動作を開始し、行順次で読出動作を行う。この読出動作は、図１６（ｂ）に示されている。

図１６（ｂ）には、第ｍ行と第（ｍ＋１）行の画素２０の第１電荷保持部２からの読出動作（図１５（ａ）におけるＲｅａｄ）が示されている。時刻Ｔ９０において、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介して選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ）の電圧をローレベルからハイレベルに遷移させる。これにより、第ｍ行の画素２０が選択された状態になる。制御回路１０５は、時刻Ｔ９０から時刻Ｔ９１までの期間の途中において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１をオンさせる。制御回路１０５は、時刻Ｔ９１において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）をローレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１をオフさせる。この動作により、フローティングディフュージョン４に存在する電荷が電源線１３に排出される。フローティングディフュージョン４の電圧(ノイズ)信号は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。

時刻Ｔ９１から時刻Ｔ９２までの期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２にノイズ信号を読み出させる（Ｎ読み）。その後、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介した制御によって第３転送信号線ｐＴＸ１（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、第３転送トランジスタ７をオンさせる。これにより、電荷ＭＥＭ１（ｍ）（第１トリガパルスに応じて蓄積された電荷）が第ｍ行の画素２０の電荷を保持している第１電荷保持部２からフローティングディフュージョン４に転送される。フローティングディフュージョン４の電圧（光信号）は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。制御回路１０５は、時刻Ｔ９２において、垂直走査回路１０１を介した制御によって第３転送信号線ｐＴＸ１（ｍ）の電圧をオフさせる。

時刻Ｔ９２から時刻Ｔ９３の期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２に電荷ＭＥＭ１（ｍ）に応じた光信号を読み出させ（Ｓ１読み）、その後、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させる。これにより、リセットトランジスタ１１がオンする。制御回路１０５は、時刻Ｔ９３において、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）をローレベルに遷移させ、リセットトランジスタ１１をオフさせる。この動作により、フローティングディフュージョン４に存在する電荷が電源線１３に排出される。フローティングディフュージョン４の電圧(ノイズ)信号は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。

時刻Ｔ９４から時刻Ｔ９５までの期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２にノイズ信号を読み出させる（Ｎ読み）。その後、制御回路１０５は、垂直走査回路１０１を介した制御によって第４転送信号線ｐＴＸ２（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させ、第４転送トランジスタ８をオンさせる。これにより、電荷ＭＥＭ２（ｍ）（第１トリガパルスに応じて蓄積された電荷）が第ｍ行の画素２０の電荷を保持している第２電荷保持部３からフローティングディフュージョン４に転送される。フローティングディフュージョン４の電圧（光信号）は、ソースフォロワ動作によって増幅され、垂直出力線１０に出力される。制御回路１０５は、時刻Ｔ９４において、垂直走査回路１０１を介した制御によって第４転送信号線ｐＴＸ２（ｍ）の電圧をオフさせる。

時刻Ｔ９４から時刻Ｔ９５の期間において、制御回路１０５は、列増幅回路１０２に電荷ＭＥＭ２（ｍ）に応じた光信号を読み出させ（Ｓ２読み）、その後、垂直走査回路１０１を介した制御によってリセット信号線ｐＲＥＳ（ｍ）の電圧をハイレベルに遷移させる。これにより、リセットトランジスタ１１がオンする。

制御回路１０５は、時刻Ｔ９５において、垂直走査回路１０１を介した制御によって選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ）の電圧をローレベルに遷移させることによって第ｍ行の選択を終了させる。また、制御回路１０５は、選択信号線ｐＳＥＬ（ｍ＋１）の電圧をハイレベルに遷移させることによって第（ｍ＋１）行の選択を開始させる。

第５実施形態によれば、被写体が垂直同期信号に対して非同期で連続して動く状況において、撮像間隔が垂直同期信号によって規定される１フレームの読出動作（垂直同期信号の周期）より短い時間間隔より短い場合においても、連続撮像が可能である。また、電荷蓄積時間が短い画像と、電荷蓄積時間が長い画像とを得ることができる。また、多重露光によって移動体等の物体を複数回にわたって１つの画像に記録するこができる。

図１７を参照しながら本発明の第６実施形態の撮像装置を説明する。第６実施形態は、第２実施形態の変形例であり、第６実施形態として言及しない事項は、第２実施形態に従いうる。ただし、第６実施形態において説明される事項は、第１、第３乃至第５実施形態の撮像装置１に適用されてもよい。第６実施形態では、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ端子１０６と第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号とは、相補信号である。

第６実施形態では、制御回路１０５は、時刻Ｔ０で、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号の立ち下がりエッジと、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号の立ち上がりエッジとを検知して第１トリガパルスを発生する。そして、制御回路１０５は、第１トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。時刻Ｔ１において、制御回路１０５は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ１（ｎ）を第１電荷保持部２に転送させ、第１電荷保持部２によって保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。図１６では、第１電荷保持部２に保持された電荷がＭＥＭ１（ｎ）として表されている。制御回路１０５は、時刻Ｔ１において転送が終了すると、オーバーフロートランジスタ１４を介して光電変換部１の電荷を電源線１３に排出させる。

時刻Ｔ１における電荷の転送が終了した後、制御回路１０５は、第１トリガパルスに応じて蓄積が開始された電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号が第１電荷保持部２から行順次で読み出されるように読出動作を制御する。読出動作は、制御回路１０５が垂直走査回路１０１、列増幅回路１０２および水平走査回路１０３および出力回路１０４を制御することによってなされる。

制御回路１０５は、時刻Ｔ２において、第１外部トリガ端子１０６に供給される第１外部トリガ信号の立ち上がりエッジと、第２外部トリガ端子１０７に供給される第２外部トリガ信号の立ち下がりエッジとの双方を検知して、第２トリガパルスを発生する。そして、制御回路１０５は、第２トリガパルスを基準として、光電変換部１に電荷の蓄積を開始させる。時刻Ｔ３において、制御回路１０５は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に光電変換部１に蓄積された電荷ＰＤ２（ｎ）を第２電荷保持部３に転送させ、第２電荷保持部３によって保持させる。この転送は、画素アレイ１００の全ての画素２０において一括してなされる。

時刻Ｔ４において、電荷ＭＥＭ１（ｎ）に応じた信号の読出動作が終了し、続いて電荷ＭＥＭ２（ｎ）に応じた信号の読出動作が開始される。

第６実施形態によれば、外部トリガ信号として相補信号を用いることによって、ノイズ耐性を向上させることができる。

図１８には、本発明の一実施形態の撮像システム２００の構成が示されている。撮像システム２００は、検出部Ｄ１と、カメラＣＡＭとを備えうる。あるいは、撮像システム２００は、検出部Ｄ１と、撮像装置１とを備えうる。検出部Ｄ１は、物体を検出し、物体を検出したことを示す検出信号ＴＲ１、ＴＲ２を上記の第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１、第２外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２として発生する。あるいは、検出部Ｄ１は、物体を検出し、物体を検出したことを示す検出信号ＴＲを上記の外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧとして発生するように構成されてもよい。検出部Ｄ１は、例えば、自動車等の物体を検出するループコイル、磁気センサ、光電式センサ、超音波センサ等のセンサを含みうる。あるいは、検出部Ｄ１は、コンベア上の物体を検出するフォトインターラプター等のセンサを含みうる。検出部Ｄ１は、例えば、１つの物体を検出したときに第１検出信号ＴＲ１（第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１）を発生し、更に１つの物体を検出したときに第２検出信号ＴＲ３（第３外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２）を発生するように構成されうる。あるいは、検出部Ｄ１は、１つの物体を検出したときに検出信号ＴＲ（外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ）の論理レベルを反転させ、更に１つの物体を検出したときに検出信号ＴＲ（外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ）の論理レベルを更に反転させるように構成されうる。

カメラＣＡＭは、撮像機能を有するあらゆる装置でありうる。カメラＣＡＭは、撮像装置１の他、図１７に示される構成要素を含みうる。カメラＣＡＭは、被写体（物体）の光学像を撮像装置１の撮像面に形成するレンズＣ０２を含みうる。また、カメラＣＡＭは、レンズＣ０２を通過する光量を変更するための絞りＣ０４、レンズＣ０２の保護のためのバリアＣ０６を含みうる。撮像装置１は、レンズＣ０２により形成された光学像を画像データに変換する。

カメラＣＡＭは、また、撮像装置１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部Ｃ０８を含みうる。信号処理部Ｃ０８は、例えば、画像データの補正、加工、圧縮等を行いうる。カメラＣＡＭは、画像データを一時的に記憶するためのメモリＣ１０、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（外部Ｉ／Ｆ）Ｃ１２を含みうる。また、カメラＣＡＭは、画像データを記録すための半導体メモリ等の記録媒体Ｃ１４、記録媒体Ｃ１４に対する画像データの記録および記録媒体Ｃ１４からの画像データの読出を行うための媒体制御部Ｃ１６を含みうる。記録媒体Ｃ１４は、カメラＣＡＭに固定的に備えられてもよいし、着脱可能であってもよい。カメラＣＡＭは、カメラＣＡＭの構成要素を制御する主制御部Ｃ１８を含みうる。撮像装置１には、検出部Ｄ１から第１外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ１、第２外部トリガ信号ＥＸＴＴＲＧ２としての第１検出信号ＴＲ１、第２検出信号ＴＲ２が供給されうる。撮像装置１は、第１検出信号ＴＲ１、第２検出信号ＴＲ２に従って撮像を行いうる。

撮像システムの一例として、監視カメラがある。防犯、監視等の用途で用いられる監視カメラでは、イベントの発生（注目するオブジェクト（人、動物、物体、移動体、異常現象等）の接近、発生等）を検出部Ｄ１が検出する。この検出の結果として、外部トリガ信号ＴＲ１、ＴＲ２を撮像装置１に出力する。また、撮像システムの他の一例として、工業用カメラがある。工業用カメラの用途として、生産ラインを流れる生産物の監視がある。この工業用カメラでは、イベントの発生（生産物の接近、異常現象の発生等）を検出部Ｄ１が検出する。この検出の結果として、外部トリガ信号ＴＲ１、ＴＲ２を撮像装置１に出力する。

上述したように、複数の外部トリガ信号を用いることによって撮像と撮像の間隔を、外部トリガ信号が１つの場合に比べて短縮することができる。これにより、高速に移動する複数の移動体、複数の生産物、複数の異常現象の連続発生といった複数のイベントの発生のそれぞれを高速に撮像することができる。

第７実施形態である撮像システム及び移動体について、図１９を用いて説明する。図１９は、本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。

図１９（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、上述の各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）の取得を行う視差取得部４１４を有する。撮像システム４００は、取得された視差に基づいて対象物までの距離を取得する距離取得部４１６と、取得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１９（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。上述の各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。

また、外部トリガ信号を撮像装置４１０に出力する出力部として、視差取得部４１４、距離取得部４１６、衝突判定部４１８、車両情報取得装置４２０のいずれか、あるいはその複数とすることができる。例えば、移動体の前方を撮像している場合、人や他の移動体の接近を視差取得部４１４、距離取得部４１６、衝突判定部４１８、車両情報取得装置４２０のいずれか、又はその複数が検知した場合に外部トリガ信号として撮像装置４１０に出力するようにしてもよい。

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、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や、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、画素１２や列読み出し回路３０の回路構成は、図３に示すものに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、それぞれの画素１２が複数の光電変換部ＰＤを有していてもよい。

また、上記実施形態では、カラーフィルタ配列としてＲＧＢＷ１２配列の場合を説明したが、必ずしもＲＧＢＷ１２配列のカラーフィルタである必要はない。例えば、Ｗ画素の比率の異なるＲＧＢＷ配列のカラーフィルタ、例えばＲＧＢＷ８配列のカラーフィルタであってもよい。或いは、シアン色のＣＦを備えたＣ画素と、マゼンダ色のＣＦを備えたＭ画素と、黄色のＣＦを備えたＹ画素と、Ｗ画素とを含むＣＭＹＷ配列のカラーフィルタであってもよい。

また、第３及び第４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を例示したものであり、本発明の撮像装置を適用可能な撮像システムは、図１８及び図１９に示した構成に限定されるものではない。 本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

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。

１：撮像装置、１０５：制御回路、１０６：第１外部トリガ端子（第１端子）、１０７：第２外部トリガ端子（第２端子）、１００：画素アレイ、２０：画素、ＥＸＴＴＲＧ１：第１外部トリガ信号、ＥＸＴＴＲＧ２：第２外部トリガ信号

Claims (13)

1. 複数の画素を有する撮像装置であって、
   トリガ信号を外部から取り込む入力部と、
   前記入力部によって取り込まれた前記トリガ信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がり エッジの一方に応じて第１タイミングを与える第１信号を発生し、前記立ち上がりエッジ および前記立ち下がりエッジの他方に応じて第２タイミングを与える第２信号を発生する 制御回路と、を備え、 前記複数の画素の各々は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を保持する第１電荷保持部と、前記光電変換部で発生した電荷を保持する第２電荷保持部と、を含み、
   前記複数の画素の各々における動作は、前記第１信号に応じて前記光電変換部で蓄積が開始された電荷が前記第２電荷保持部によって保持され、前記第２信号に応じて前記光電変換部で蓄積が開始された電荷が前記第１電荷保持部によって保持される動作を含み、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記複数の画素の各々は、前記光電変換部の電荷を前記第１電荷保持部に転送する第１転送部と、前記第１電荷保持部によって保持された電荷を前記第２電荷保持部に転送する第２転送部と、画素出力部と、前記第２電荷保持部によって保持された電荷を前記画素出力部に転送する第３転送部とを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２電荷保持部によって保持された電荷に応じた信号が読み出された後に、前記第１電荷保持部によって保持された電荷が前記第２転送部によって前記第２電荷保持部に転送され、前記第２電荷保持部に転送された電荷に応じた信号が読み出される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記複数の画素の各々は、前記光電変換部の電荷を前記第１電荷保持部に転送する第１転送部と、前記光電変換部の電荷を前記第２電荷保持部に転送する第２転送部と、画素出力部と、前記第１電荷保持部によって保持された電荷を前記画素出力部に転送する第３転送部と、前記第２電荷保持部によって保持された電荷を前記画素出力部に転送する第４転送部とを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記第１電荷保持部によって保持されている電荷に応じた信号が読み出される前に前記第２信号が与えられた場合に、前記第２信号に応じて前記光電変換部で電荷の蓄積が開始される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 複数の画素を有する撮像装置であって、
   第１タイミングおよび第２タイミングを与えるトリガ信号を外部から取り込む入力部と 、
   同期信号を外部から取り込む同期信号端子と、を備え、
   前記複数の画素の各々は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を保持する第 １電荷保持部と、前記光電変換部で発生した電荷を保持する第２電荷保持部と、を含み、 前記複数の画素の各々における動作は、前記第１タイミングに応じて前記光電変換部で 蓄積が開始された電荷が前記第２電荷保持部によって保持され、前記第２タイミングに応 じて前記光電変換部で蓄積が開始された電荷が前記第１電荷保持部によって保持される動 作を含み、
   前記第１電荷保持部によって保持された電荷に応じた信号および前記第２電荷保持部によって保持された電荷に応じた信号は、前記同期信号に応じて読み出される、
   ことを特徴とする撮像装置。
7. 前記複数の画素の各々は、グローバル電子シャッタ動作を行う、
   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. 複数の画素を有する撮像装置であって、
   第１タイミングおよび第２タイミングを与えるトリガ信号を外部から取り込む入力部を備え、
   前記複数の画素の各々は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を保持する第 １電荷保持部と、前記光電変換部で発生した電荷を保持する第２電荷保持部と、を含み、 前記複数の画素の各々における動作は、前記第１タイミングに応じて前記光電変換部で 蓄積が開始された電荷が前記第２電荷保持部によって保持され、前記第２タイミングに応 じて前記光電変換部で蓄積が開始された電荷が前記第１電荷保持部によって保持される動 作を含み、
   前記複数の画素の各々は、ローリングシャッタ動作を行う、
   ことを特徴とする撮像装置。
9. 前記トリガ信号は、相補信号である、
   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. イベントの発生を検出して検出信号を発生する検出部と、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置と、を備え、
    前記撮像装置は、前記検出信号を前記トリガ信号として前記入力部によって取り込む、
    ことを特徴とする撮像システム。
11. 前記イベントの発生が、物体の接近であることを特徴とする請求項１０に記載の撮像システム。
12. イベントを検出して検出信号を発生する検出部と、
    請求項１乃至９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対象物を制御する制御手段とを備え、
    前記撮像装置は、前記検出信号を前記トリガ信号として前記入力部によって取り込む、
    ことを特徴とする移動体。
13. 前記イベントの発生が、物体の接近であることを特徴とする請求項１２に記載の移動体。

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