JP2008067301A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動画モードから静止画モードの移行期間を短縮することによって、ストレスなくスムーズな撮影を可能とし、動画モードから静止画モードの移行時に発生するノイズが完全に除去された高品質の画像を得ることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】動画モードの間に静止画の撮像指示が入力されると、固体撮像装置の電子シャッタ用シフトレジスタに２本のスタートパルスが連続して入力される。１本目のパルスの走査によって、各ラインがリセットされた後、２本目のパルスの走査によって、静止画モードが開始する。よって、本発明によれば、動画モードと静止画モードの切り替えに要する時間が短く、かつ、ライン間で残像差のない高画質の静止画像を撮影可能な撮像装置を実現できる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、半導体基板上に、入射光を光電変換する単位セルが一次元または二次元状に配列された固体撮像装置を備える撮像装置に関し、より特定的には、単位セル内に残存する電荷に起因するノイズを低減する技術に関する。

近年、デジタルカメラ付き携帯電話等の撮像機器が一般に普及している。バッテリーの小型化による軽量化と、連続使用時間の延長とを両立するために、これらの撮像機器には消費電力を抑えることが要求される。それ故、これらの撮像機器には、ＣＣＤ型撮像装置と比べて消費電力が極めて小さいＭＯＳ型撮像装置が採用される場合が多い。

また、ＭＯＳ型固体撮像装置には、画素と同一基板上に様々なＭＯＳ回路を容易に構成可能であるので、ＭＯＳ型固体撮像装置には、ＣＣＤ型固体撮像装置と比べてより多様な機能を実装することができる。一例として、ライン毎に信号読み出しを行うＭＯＳ型固体撮像装置において、読み出しラインを自由に変更する機能が知られている。以下では、説明の便宜上、この機能を「読み出しライン変更機能」という。

ある種の撮像装置は、固体撮像装置の駆動方法として、動画像を取得するための動画モードと、静止画像を取得するための静止画モードとを備える。動画モード及び静止画モードを備える撮像装置は、電源がオンの間、普通は固体撮像装置を動画モードで駆動して動画像をリアルタイムにモニターに表示し、撮像指示が入力されたときのみ（例えば、ユーザによってシャッタボタンが操作されたときのみ）、固体撮像装置を静止画モードで駆動して静止画像を撮影する。

デジタルカメラや携帯電話用カメラが動画モードで動作する場合、画像の歪みを抑制するために、内蔵される固体撮像装置には高速な読み出し処理が要求される。そこで、上記の読み出しライン変更機能を有する固体撮像装置においては、全ラインから画素信号を読み出す代わりに、特定のラインのみから画素信号を読み出すことによって、読み出し動作の高速化が図られている。

特定のラインを読み出すことができる固体撮像装置の駆動方法は、例えば、特許文献１に記載されている。
特開昭６３−１８５２８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている固体撮像装置の駆動方法を動画モードに適用した場合、動画モードから静止画モードへの移行時に、ライン間で光電変換部の状態差が生じるため、ノイズの発生の原因となる。より詳細には、動画モードから静止画モードへと駆動方法が切り替えられたときに、動画モードで画素信号が読み出されていないラインの光電変換部は、動画モードで画素信号が読み出されたラインの光電変換部より多くの電荷を蓄積している。この結果、静止画モードの画像取得時に光電変換部の残存電子（以下、「残像」という）に差が生じ、ライン状のノイズの発生に繋がる。

そこで、このような不具合を解消できる固体撮像装置の駆動方法が知られている。以下、この方法について簡単に説明する。

図２０は、従来の固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。

図２０に示される駆動方法においては、動画モード中に静止画の撮像指示が入力されると、即座に動画モードから静止画モードに移行せずに、１フレーム期間だけリセットパルスの空送りが行われる。この結果、静止画の撮像前に一旦全ラインがリセットされるため、ライン間の残像差に基づくノイズの発生が防止される。

しかしながら、図２０に示される駆動方法では、動画モードから静止画モードへと移行するために、少なくとも１フレーム期間が必要である。画素数が増加するにつれて、１フレーム期間も長くなる。したがって、画素数の増加に伴って、スムーズな静止画像の撮像が一層困難になる。

それ故に、本発明は、動画撮影時に特定のラインから信号を読み出す撮像装置であって、動画撮像時に読み出されるラインと読み出されないラインとの残像差が完全に除去され、かつ、静止画の撮像指示から静止画の読み出しまでに要する時間が短い撮像装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、入射光の強度に応じた信号電荷を蓄積し、行方向及び列方向に配列される複数の単位セルを有する画素アレイと、単位セルに蓄積された電荷に応じた信号を行単位で読み出すと共に、単位セルを行単位でリセットする垂直走査手段と、静止画の撮像指示の入力を受付ける受付手段と、受付手段が撮像指示を受付ける前にあっては、単位セルに蓄積された信号電荷を所定行間隔で読み出すように垂直走査手段を駆動し、受付手段が撮像指示を受付けたときに、単位セルの全ての行のリセットと、単位セルの全ての行からの信号の読み出しとを１フレーム期間内に行うように垂直走査手段を駆動する駆動手段とを備える。

このような構成によれば、静止画の撮像指示の入力に応答して、１フレーム期間内に画素アレイの全行のリセットと、全行からの信号の読み出しが行われる。したがって、各行間の残像差のない高画質の静止画を、その撮像指示が入力されてから１フレーム期間内に撮像する固体撮像装置を実現できる。

垂直走査手段は、外部からの第１のスタートパルスの供給に応答して、単位セルを行毎にリセットする電子シャッタ用垂直シフトレジスタと、外部からの第２のスタートパルスの供給に応答して、単位セルから行毎に信号を読み出す読み出し用垂直シフトレジスタと、電子シャッタ用垂直シフトレジスタの出力と、読み出し用垂直シフトレジスタの出力とのいずれかを選択して画素アレイに供給するマルチプレクサ回路とを含んでいても良い。この場合、駆動手段は、受付手段への撮像指示の入力に応答して、２本の第１のスタートパルスを１フレーム期間より小さな時間間隔で電子シャッタ用垂直シフトレジスタに出力した後、読み出し用垂直シフトレジスタに第２のスタートパルスを供給する。

このような構成によれば、先に供給された第１のスタートパルスに従って、全画素行がリセットされた後、後に供給された第１のスタートパルスと第２のスタートパルスとに従って、各画素行からの信号が読み出される。２本の第１のスタートパルスの時間差が１フレーム期間内であるため、静止画の撮像指示が入力されてから静止画が読み出されるまでに要する期間を１フレーム期間より短くすることが可能となる。

あるいは、本発明に係る撮像装置は、受付手段への撮像指示の入力に応答して、すべての画素行をリセットするためのオールリセットパルスを垂直走査手段に出力するオールリセット部を更に備え、垂直走査手段は、外部からの第１のスタートパルスの供給に応答して、単位セルを行毎にリセットする電子シャッタ用垂直シフトレジスタと、外部からの第２のスタートパルスの供給に応答して、単位セルから行毎に信号を読み出す読み出し用垂直シフトレジスタと、電子シャッタ用垂直シフトレジスタの出力と、読み出し用垂直シフトレジスタの出力と、オールリセットパルスのいずれかを選択して画素アレイに供給するマルチプレクサ回路とを含んでいても良い。この場合、駆動手段は、オールリセット部からオールリセットパルスが出力されてから１フレーム期間が経過するまでに、第１のスタートパルスを電子シャッタ用垂直シフトレジスタに出力した後、第２のスタートパルスを読み出し用垂直シフトレジスタに出力する。

このような構成によれば、撮像指示の入力に応答して供給されるリセットパルスによって全画素行が同時にリセットされた後、第１のスタートパルスと第２のスタートパルスとに従って、各画素行からの信号が読み出される。オールリセットパルスと、第１のスタートパルスの時間差が１フレーム期間内であるため、静止画の撮像指示が入力されてから静止画が読み出されるまでに要する期間を１フレーム期間より短くすることが可能となる。

本発明によれば、動画を撮影する動画モードから静止画を撮影する静止画モードへの切り替えに要する時間が１フレーム期間より短く、かつ、画素行間で残像差のない高画質の静止画を撮影する撮像装置を実現できる。

（実施の形態１）
＜概要＞
実施の形態１に係る撮像装置は、固体撮像装置に同一フレーム期間内に２本の電子シャッタ用スタートパルスを入力し、２本のパルスのそれぞれを用いてライン走査を２回行う点に特徴を有する。１本目のパルスによって、画素行間の残像差が解消され、２本目のパルスによって、静止画モードが開始する。この結果、動画モードから静止画モードへの切り替えに要する時間を短縮することができる。

＜撮像装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

本実施の形態に係る撮像装置１００ａは、モニター部１０１と、受付部１０２ａと、駆動制御装置１０３ａと、固体撮像装置１０５ａとを備える。

受付部１０２ａは、撮像指示を受付け、撮像指示に応答して駆動制御装置１０３ａに静止画の撮影を指示する。撮像指示は、例えば、ユーザによってシャッタボタンが押下された時に生成される信号や、タイマーに従って生成される信号である。尚、受付部１０２ａは、撮像指示に応答して、モニター部１０１に動画の表示を停止するよう指示しても良い。

駆動制御装置１０３ａは、受付部１０２ａからの指示に従って、固体撮像装置１０５ａを駆動するためのスタートパルスと、リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ／ＥＲＳＣＥＬＬ）と、読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ／ＥＴＲＡＮＳ）とを生成し、生成したパルスを固体撮像装置１０５ａに出力する。また、駆動制御装置１０３ａは、固体撮像装置１０５ａから出力される画像データ（静止画及び動画）をモニター部１０１に出力する。尚、駆動制御装置１０３ａによる固体撮像装置１０５ａの駆動方法の詳細については後述する。

固体撮像装置１０５ａは、入射光を光電変換するための複数の画素が配列された画素アレイと、画素アレイの各行を順に走査する垂直走査部と、水平読み出し回路と、最終アンプとを備える。固体撮像装置１０５ａは、駆動制御装置１０３ａから出力されるスタートパルスに従って、各画素に蓄積された電荷に応じた信号駆動制御装置１０３ａに出力する。尚、固体撮像装置１０５ａの詳細についても後述する。

モニター部１０１は、液晶ディスプレイ等の表示装置（図示せず）を含み、駆動制御装置１０３ａから出力される画像データを当該表示装置の画面に表示する。より詳細には、モニター部は、メインスイッチがオンされたときに表示装置を起動し、動画モードの間には、駆動制御装置１０３ａから所定のフレームレートで出力される動画像データを画面に表示し、静止画モードの間には、駆動制御装置１０３ａから出力される静止画データを画面に表示する。

＜固体撮像装置の概略構成＞
図２は、図１に示される固体撮像装置の概略構成を示す図であり、図３は、図１に示される画素アレイの一例を示す回路図である。尚、図２及び３では、図示の都合上、５×５の２次元状に配列された２５個の単位セルのみが示されているが、実際には、２次元状に数十万〜数百万個程度の単位セルが配列されている。また、単位セルが１次元状に配列される固体撮像装置の場合には、数百〜数千個の画素が直線状に配列される。

図２を参照して、固体撮像装置１０５ａは、画素アレイ１と、垂直走査部７ａと、水平読み出し回路５と、最終アンプ６と、負荷回路８と、信号処理回路９とを備える。

垂直走査部７ａは、電子シャッタ用シフトレジスタ２と、画像信号読み出し用シフトレジスタ３と、マルチプレクサ回路４ａとを含む。垂直走査部７ａは、駆動制御装置１０３ａから出力されるスタートパルスと、リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ／ＥＲＳＣＥＬＬ）と、読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ／ＥＴＲＡＮＳ）とに従って、リセット信号線ＲＳＯＵＴ及び転送信号線ＴＲＯＵＴにパルスを供給して、行単位で単位セルをリセットし、また、行単位で単位セルから信号を読み出す。

読出しパルスに従って各画素の光電変換部から読み出された信号電荷は、信号処理回路９においてノイズ除去や増幅等の処理が施された後、水平読み出し回路５からの信号に従って水平信号線に読み出され、更に、最終アンプ６に送られた後、画素信号として出力される。尚、負荷回路８は、後述する画素内の増幅トランジスタ１４とソースフォロワ回路を構成する。

画素アレイ１は、入射光の強度に応じた電荷を蓄積し、蓄積された電荷に応じた信号を出力する複数の単位セルが２次元状に配列された撮像領域である。一例として、単位セルは、図３に示されるように、光電変換部であるフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１に蓄積された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタ１２と、読み出された信号電荷を保持するフローティングディフュージョン（以下、「ＦＤ」という）１３と、ＦＤ１３の電位を初期状態にリセットするリセットトランジスタ１５と、ＦＤ１３の電位変化を受けて信号電荷を増幅する増幅トランジスタ１４とを含む。増幅トランジスタ１４は、列毎に配置された負荷トランジスタ１６とソースフォロワ回路を構成し、画素からの信号を垂直出力信号線１７に出力する。また、同一行に整列する単位セルに含まれるリセットトランジスタ１５の各々のゲートは、図２、３に示すリセット信号線ＲＳＯＵＴ（ＲＳＯＵＴ１〜ＲＳＯＵＴ５）に接続され、同一行に整列する単位セルに含まれる読み出しトランジスタ１２の各々のゲートは、図２、３に示す転送信号線ＴＲＯＵＴ（ＴＲＯＵＴ１〜ＴＲＯＵＴ５）に接続されている。

再度、図２を参照して、電子シャッタ用シフトレジスタ２（以下、単に「シフトレジスタ２」という）は、駆動制御装置１０３ａから１フレーム毎に与えられる電子シャッタ用スタートパルスを順次シフトする。動画モードの間には、シフトレジスタ２は、画像信号を読み出すための電子シャッタ用行アドレス信号を予め定められた行毎に順次生成する。また、静止画モードの間には、シフトレジスタ２は、画像信号を読み出すための電子シャッタ用行アドレス信号を１行毎に順次生成する。

シフトレジスタ２は、動画モード及び静止画モードにおいて、動画表示時の被写体の光量や、ユーザによる設定、測光センサによって検出された被写体の光量等に基づいて露光時間を求め、求められた露光時間に応じて、リセットのタイミングを変更して、露光時間を調整する。

画像信号読み出し用シフトレジスタ３（以下、単に「シフトレジスタ３」という）は、駆動制御装置１０３ａから１フレーム毎に与えられる画像信号読み出し用スタートパルスを順次シフトさせる。動画モードの間には、シフトレジスタ３は、画像信号を読み出すための画像信号読み出し用行アドレス信号を予め定められた行毎に順次生成する。また、静止画モードの間には、シフトレジスタ３は、画像信号読み出し用行アドレス信号を１行毎に順次生成する。

マルチプレクサ回路４ａは、シフトレジスタ２からの出力と、シフトレジスタ３からの出力と、駆動制御装置１０３ａから出力されるリセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ／ＥＲＳＣＥＬＬ）、読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ／ＥＴＲＡＮＳ）を選択して、選択された出力を単位セルに行単位で供給する論理回路である。

＜電子シャッタ用シフトレジスタ＞
図４は、図２に示される電子シャッタ用シフトレジスタの概略構成を示す回路図である。

図４に示されるように、シフトレジスタ２は、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路によって構成されている。図４においては、図示の都合上、図２に示される各行に対応する５段の単位レジスタのみが記載されているが、実際の単位レジスタの段数は、画素部１の行数と等しく、例えば数百〜数千段程度である。以下、シフトレジスタ２の動作について説明する。

図５は、静止画モードにおける電子シャッタ用シフトレジスタの動作タイミングを示す図である。

まず、時刻ｔ１において、電子シャッタ用スタートパルスのレベルが“Ｈ”になると、ノードＩＮのレベルが”Ｈ”に遷移するため、トランジスタＴＲ１−１がＯＮ状態になる。

次に、時刻ｔ２において、クロックパルスＣｌｋのレベルが“Ｌ”から“Ｈ”に立ち上がると、トランジスタＴＲ１−１のゲートが接続されるノードＩＮの電位は、キャパシタＣ１によって昇圧される。また、ＯＵＴ１の電位は、クロックパルスＣｌｋの立ち上がりに同期して“Ｈ”に遷移する。このとき、トランジスタＴＲ１−２のゲートの電位も”Ｈ”であるので、ノードＮＥＸＴ１の電位が“Ｈ”に遷移する。

次に、時刻ｔ３において、クロックパルスＣｌｋのレベルが“Ｈ”から“Ｌ”に立ち下がると、ＯＵＴ１の電位は、クロックパルスＣｌｋの立ち下がりに同期して“Ｌ”に遷移する。ただし、トランジスタＴＲ１−２は一方向性素子であるので、この時点でのノードＮＥＸＴ１の電位は“Ｈ”に維持されている。

その後、２段目〜５段目の単位レジスタがクロックパルスＣｌｋに従って順に１段目の単位レジスタと同様に動作し、図５に示されるパルスがＯＵＴ２〜ＯＵＴ５に順に出力される。

図６は、動画モードにおける電子シャッタ用シフトレジスタの動作タイミングを示す図である。

動画モードにおける基本的なパルスの制御方法は、図５に示される静止画モードにおける制御方法（全画素行から信号が読み出される場合の制御方法）と同様である。ただし、図６に示されるように、動画モードにおいては、特定ライン（例えば、偶数ライン）のクロックパルスを高速にすることによって、当該特定ラインが空送りされる。空送りされたラインの次のラインには信号が転送されているので、クロックパルスＣｌｋのパルス幅を通常読み出し時の値に戻すことによって、当該次のラインの信号を読み出すことができる。このように、クロックパルスＣｌｋのタイミングを応用することによって、任意のラインのみから信号を読み出すことが可能となる。

尚、画像信号読み出し用シフトレジスタ３の回路構成及び動作は、電子シャッタ用シフトレジスタ２と同様であるので、繰り返しの説明を省略する。

＜マルチプレクサ回路＞
図７は、図１に示されるマルチプレクサ回路の１段目の論理を示す図であり、図８は、図７に示される論理を実現する回路図である。

図８に示されるように、マルチプレクサ回路４ａは、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路によって構成されており、次の条件ａまたはｂを満たしたときにリセット信号線ＲＳＯＵＴ１に”Ｈ”レベルの信号を出力する。
（ａ）読み出し用シフトレジスタ出力（ＩＮ２−１）と、画像信号読み出し用リセットパルスＲＳＣＥＬＬ（ＲＳＩＮｂ）との両方が”Ｈ”レベルである。
（ｂ）電子シャッタ用シフトレジスタ出力（ＩＮ３−１）と、電子シャッタ用リセットパルスＥＲＳＣＥＬＬ（ＲＳＩＮａ）との両方が”Ｈ”レベルである。

また、マルチプレクサ回路４ａは、次の条件ｃまたはｄを満たしたときに転送信号線ＴＲＯＵＴ１に”Ｈ”レベルの信号を出力する。
（ｃ）読み出し用シフトレジスタ出力（ＩＮ２−１）と、画像信号読み出し用読み出しパルスＴＲＡＮＳ（ＴＲＩＮｂ）との両方が”Ｈ”レベルである。
（ｄ）電子シャッタ用シフトレジスタ出力（ＩＮ３−１）と、電子シャッタ用画素読み出しパルスＥＴＲＡＮＳ（ＴＲＩＮａ）との両方が”Ｈ”レベルである。

尚、マルチプレクサ回路４の２段目以降の回路は、１段目の回路と同様であるので、ここでの説明を繰り返さない。

＜画素信号読み出し＞
次に、画素信号読み出しについて、図９のタイミングチャートを用いて説明する。図９のタイミングチャートに示される記号は、以下の各信号（パルス）を表す。
・ＯＵＴ１、ＯＵＴ２：シフトレジスタ３の出力
・ＶＤＤＣＥＬＬ、ＬＯＡＤＣＥＬＬ、ＲＳＣＥＬＬ、ＴＲＡＮＳ：駆動制御装置１０３ａから供給されるパルス
・ＲＳＯＵＴ１、ＲＳＯＵＴ２、ＴＲＯＵＴ１、ＴＲＯＵＴ２：シフトレジスタ３の出力とＲＳＣＥＬＬ、ＴＲＡＮＳの状態により決まるマルチプレクサ４ａの出力
・ＦＤ１：図３の１行目のＦＤ１３の電位状態
・ＦＤ２：図３の２行目のＦＤ１３の電位状態
・出力信号：図３の垂直出力信号線１７の電位状態

図９を図３と併せて参照して、まず、１行目の画素を選択する際には、ＦＤ１の電位を、リセットトランジスタ１５及び増幅トランジスタ１４の電源であるＶＤＤＣＥＬＬのＨｉ電位と等しくするために、リセットパルスＲＳＯＵＴ１をＨｉ電位に制御する。リセットパルスＲＳＯＵＴ１がＨｉ電位に遷移すると、リセットトランジスタ１５がオン状態となる。これにより、ＦＤ１の電位がＨｉ電位になるので、ＦＤ１の電位に応じた電位が増幅トランジスタ１４の出力部から出力され、垂直出力信号線１７の電位が上昇する（時刻ａ）。

次に、リセットパルスＲＳＯＵＴ１がＬｏｗ電位に遷移すると、リセットトランジスタ１５がオフ状態となる。このとき、ＦＤ１の電位は、Ｈｉ電位に維持される（時刻ｂ）。

次に、リードパルスＴＲＯＵＴ１がＨｉ電位に遷移すると、読み出しトランジスタ１２がオン状態となる。これにより、入射光強度に応じてフォトダイオード１１に蓄積されていた電荷がＦＤ１に読み出されるので、ＦＤ１の電位が降下する。ＦＤ１の電位の降下に応じて、増幅トランジスタ１４の出力部の電位が降下するので、出力信号線の電位が降下する（時刻ｃ）。

次に、リードパルスＴＲＯＵＴ１がＬｏｗ電位に遷移すると、読み出しトランジスタ１２がオフ状態となる（時刻ｄ）。

信号処理回路９は、時刻ｂにおける出力信号線の電位と、時刻ｄにおける出力信号線の電位とを検出し、それらの電位差を画素信号として測定する。

次に、ＦＤ１の電位をＶＤＤＣＥＬＬのＬｏｗ電位にするため、リセットパルスＲＳＯＵＴ１をＨｉ電位に遷移すると、リセットトランジスタがオン状態となる。これにより、ＦＤ１の電位がＬｏｗ電位になり、増幅トランジスタ１４がオフ状態となる。以上のパルス制御の結果、画素セルの画素信号出力動作が終了する（時刻ｅ）。

そして、画素アレイの１行目の画素が非選択状態となった後、上記と同様の制御に従って、２行目の画素の選択、読出し動作が開始する（時刻ｆ）。

＜電子シャッタ動作＞
次に、図１０を参照して、露光時間を調整するための電子シャッタ動作（電荷排出動作）について説明する。図１０のタイミングチャートに示される記号は、以下の各信号（パルス）を表す。
・ＯＵＴ１、ＯＵＴ２：シフトレジスタ２の出力
・ＥＲＳＣＥＬＬ、ＥＴＲＡＮＳ：駆動制御装置１０３ａから供給されるパルス
・ＲＳＯＵＴ１、ＲＳＯＵＴ２、ＴＲＯＵＴ１、ＴＲＯＵＴ２：シフトレジスタ２の出力とＥＲＳＣＥＬＬ、ＥＴＲＡＮＳの状態により決まるマルチプレクサ４ａの出力
尚、これら以外の記号（ＦＤ１、ＦＤ２）及び出力信号は、図９に示されるものと同様であるので、説明を省略する。

図１０を図３と併せて参照して、電子シャッタ動作は、フォトダイオード１１の電荷を排出し、初期化することを目的とする。したがって、１行目の画素に対して、図９に示された選択動作と読み出し動作とを同時に行う（時刻ｇ）。これにより、ＶＤＤＣＥＬＬへと電荷が排出される。

続いて、読み出し動作と同様に、１行目の画素を非選択状態にするため、ＶＤＤＣＥＬＬがＬｏｗ電位である時に、リセットパルスＲＳＯＵＴ１をＨｉ電位に制御する。このとき、ＦＤ１の電位がＬｏｗ電位になるので、増幅トランジスタ１４がオフ状態となる（時刻ｈ）。

尚、電子シャッタ動作中には信号検出の必要がないため、信号処理回路９は動作しない状態に維持されている。

＜任意行読み出し動作（動画モード）＞
次に、図１１を参照して、任意行読み出し動作（動画モードでの駆動方法）について説明する。なお、シフトレジスタ２及びシフトレジスタ３の駆動方法は、図６に示したものと同様である。

図１１に示されるように、通常クロック（ＯＵＴ１、ＯＵＴ３）が供給されている行からは、画素信号が読み出され、高速クロック（ＯＵＴ２）が供給されている行からは、画素信号が読み出されない。電子シャッタ動作も同様であり、通常クロック（ＯＵＴ１、ＯＵＴ３）が供給されている行に対して、電荷排出を行い、高速クロック（ＯＵＴ２）が供給されている行に対しては、電荷排出を行わない。

＜制御方法＞
図１２は、図１に示される撮像装置の制御処理を示すフローチャートであり、図１３は、図１に示される駆動制御装置から固体撮像装置へのパルスの供給タイミングを示す図である。以下、図１２及び図１３を併せて参照しながら、本実施の形態に係る撮像装置の制御方法を説明する。

（Ｓｔｅｐ１ａ）まず、撮像装置１００ａは、メインスイッチがＯＮ状態であるか否かを判定する。撮像装置１００ａは、メインスイッチがＯＮである場合には、Ｓｔｅｐ２ａに進み、それ以外の場合にはＳｔｅｐ２ａ以降の処理を行わない。

（Ｓｔｅｐ２ａ）メインスイッチがＯＮ状態の場合（Ｓｔｅｐ１ａでＹＥＳ）、撮像装置１００ａは、モニター部１０１の画面に動画を表示する。より詳細には、駆動制御装置１０３ａは、動画モードで固体撮像装置１０５ａを駆動し、固体撮像装置１０５ａから取得した動画データをモニター部１０１に出力する。なお、この動画モードは、図１１で示すような特定のラインのみから画素信号を読み出すための駆動方法をいう。モニター部１０１は、駆動制御装置１０３ａが連続的に読み出す動画を画面に表示する。その後、撮像装置１００ａは、Ｓｔｅｐ３ａに進む。

（Ｓｔｅｐ３ａ）撮像装置１００ａは、シャッタボタンの押下等に応答して生成される撮像指示を受付けたか否かを判定する。撮像装置１００ａは、受付部１０２ａが撮像指示を受付けた場合にはＳｔｅｐ４ａに進み、それ以外の場合にはＳｔｅｐ１ａに戻る。

（Ｓｔｅｐ４ａ）撮像装置１００ａは、電子シャッタ用シフトレジスタ２に、動画モードで読み出されるラインと読み出されないラインとの残像差を抑制することを目的として、１本目のスタートパルスを供給する。より詳細には、Ｓｔｅｐ３ａにおいて、受付部１０２ａが静止画の撮像指示を検出した場合、シフトレジスタ２に電子シャッタ用スタートパルスを出力するように駆動制御装置１０３ａに指示する。受付部１０２ａからの指示に従って、駆動制御装置１０３ａは、図１０に示される時刻Ｔ１１にシフトレジスタ２に１本目のスタートパルスを出力して、全画素に蓄積されている電荷のリセットを開始する。尚、Ｓｔｅｐ４ａにおいては、シフトレジスタ２は、全ラインを走査するために、図１０に示される通常の電子シャッタ動作と同様に駆動される。その後、撮像装置１００ａは、Ｓｔｅｐ５ａに進む。

（Ｓｔｅｐ５ａ）撮像装置１００ａは、シフトレジスタ２が２行目のラインを走査した以降に、露光時間を制御（通常の電子シャッタ動作）することを目的として、２本目のスタートパルスを供給する。より詳細には、駆動制御装置１０３ａは、時刻Ｔ１１から所定時間（１フレーム期間内の時間）経過後の時刻Ｔ１２において、固体撮像装置１０５ａに２本目のスタートパルスを出力する。本実施の形態においては、時刻Ｔ１２は、シフトレジスタ２が１本目のスタートパルスが入力されてから２ライン走査後の時刻である。すなわち、移行期間"Ｔ１２−Ｔ１１"はシフトレジスタ２が２ライン走査する期間に設定され得る。

駆動制御装置１０３ａが２本目のスタートパルスをシフトレジスタに出力すると、静止画モード用の露光が開始する。露光開始後、駆動制御装置１０３ａは、時刻Ｔ１２及びＴ１３の間隔が所望の露光時間になるように、時刻Ｔ１３でシフトレジスタ３に画素信号読み出しスタートパルスを供給し、固体撮像装置１０５ａから静止画データを読み出す。尚、Ｓｔｅｐ５ａにおいて、シフトレジスタ２及び３は、全ラインを走査するため、図９、図１０に示される通常の画素信号読み出し動作、電子シャッタ動作と同様に駆動される。その後、固体撮像装置１０５ａから出力された静止画データは、モニター部１０１によって画面に表示される。

（Ｓｔｅｐ６ａ）撮像装置１００は、静止画が画面に表示された後、動画表示を再開し、Ｓｔｅｐ１ａへ戻る。

＜まとめ＞
以上説明したように、本実施の形態に係る撮像装置１００ａにおいては、静止画像の撮像指示に応答して、電子シャッタ用シフトレジスタ２に２本のスタートパルスが続けて入力される。シフトレジスタ２に１本目のスタートパルスが入力されると、全ラインが順にリセットされ、動画モードで読み出されるラインと読み出されないラインとの残像差を抑制することができる。また、シフトレジスタ２に２本目のスタートパルスが入力されると静止画の撮像処理が開始する。また、２本のスタートパルスが同一フレーム期間内にシフトレジスタ２に入力されるため、動画モードから静止画モードへの移行期間を１フレーム期間より短くする（最短時間はシフトレジスタ２が２ライン走査する期間）ことができる。

したがって、本発明によれば、動画モードと静止画モードの切り替えに要する時間が短く、かつ、ライン間の残像差のない高画質の静止画像を撮影できる撮像装置を実現することができる。

（実施の形態２）
＜概要＞
本発明の実施の形態２に係る撮像装置は、全ての単位セルに蓄積されている電荷を同時にリセットするオールリセット部を備える。全ての単位セルが一旦リセットされるため、ライン間の残像差が解消される。また、オールリセット部が全ての単位セルをリセットした後は、所望のタイミングで静止画の読み出しを開始することができるので、動画モードから静止画モードへの切り替えに要する時間の短縮が可能となる。

＜構成＞
図１４は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態に係る撮像装置１００ｂは、実施の形態１に係る撮像装置１００ａの受付部１０２ａ、駆動制御装置１０３ａ及び固体撮像装置１０５ａがそれぞれ受付部１０２ｂ、駆動制御装置１０３ｂ及び固体撮像装置１０５ｂに置換され、更に、オールリセット部１０４が追加されたものである。ただし、本実施の形態の撮像装置１００ｂを構成する各要素の基本的な機能は、実施の形態１に係るものと同様であるので、以下においては、本実施の形態と実施の形態１との相違点を中心に説明する。

受付部１０２ｂは、撮像指示の入力を受付けると、オールリセット部１０４に全ラインをリセットするように指示した後、固体撮像装置１０５ｂから静止画データを読み出すために、駆動制御装置１０３ｂにスタートパルスを出力するよう指示する。

オールリセット部１０４は、受付部１０２ｂからの指示に応答して、全ての単位セルに蓄積されている信号電荷をリセットするためのオールリセットパルスを固体撮像装置１０５ｂに出力する。

駆動制御装置１０３ｂは、オールリセット部１０４がオールリセットパルスを固体撮像装置１０５ｂに出力した後、固体撮像装置１０５ｂを静止画モードで駆動して、固体撮像装置１０５ｂから静止画データを取得する。

＜固体撮像装置の概略構成＞
図１５は、図１４に示される固体撮像装置１０５ｂの概略構成を示す図である。

固体撮像装置１０５ｂは、実施の形態１に係る固体撮像装置のマルチプレクサ回路４ａを含む垂直走査部７ａに代えて、マルチプレクサ回路４ｂを含む垂直走査部７ｂに置換されたものである。マルチプレクサ回路４ｂは、オールリセット部１０４から供給されるオールリセットパルスＡＬＬＲＳと、電子シャッタ用シフトレジスタ２からの出力と、画像信号読み出し用シフトレジスタ３からの出力とから１つを選択して画素アレイに供給する論理回路である。

＜マルチプレクサ回路＞
また、図１６は、図１５に示されるマルチプレクサ回路の１段目の論理を示す図であり、図１７は、図１６に示される論理を実現する回路構成の一例を示す図である。

図１６及び１７を併せて参照して、マルチプレクサ回路４ｂは、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路によって構成されており、次の条件ｅ〜ｇのいずれかを満たす場合にリセット信号線ＲＳＯＵＴ１に”Ｈ”レベルの信号を供給する。
（ｅ）オールリセットパルスＡＬＬＲＳ（ＩＮ１）と、電子シャッタ用画素リセットパルスＥＲＳＣＥＬＬ（ＲＳＩＮａ）との両方が”Ｈ”である。
（ｆ）読み出し用シフトレジスタ出力（ＩＮ２−１）と、画像信号読み出し用画素リセットパルスＲＳＣＥＬＬ（ＲＳＩＮｂ）との両方が”Ｈ”である。
（ｇ）電子シャッタ用シフトレジスタ出力（ＩＮ３−１）と、電子シャッタ用画素リセットパルスＥＲＳＣＥＬＬ（ＲＳＩＮａ）との両方が”Ｈ”である。

また、マルチプレクサ回路４ｂは、次の条件ｈ〜ｊを満たす場合に、転送信号線ＴＲＯＵＴ１に”Ｈ”レベルの信号を出力する。
（ｈ）オールリセットパルスＡＬＬＲＳ（ＩＮ１）と、電子シャッタ用画素読み出しパルスＥＴＲＡＮＳ（ＲＳＩＮａ）との両方が”Ｈ”である。
（ｉ）読み出し用シフトレジスタ３の出力（ＩＮ２−１）と、画像信号読み出し用画素読み出しパルスＴＲＡＮＳ（ＲＳＩＮｂ）との両方が”Ｈ”である。
（ｊ）電子シャッタ用シフトレジスタ２の出力（ＩＮ３−１）と、電子シャッタ用画素読み出しパルスＥＴＲＡＮＳ（ＲＳＩＮａ）との両方が”Ｈ”である。

尚、マルチプレクサ回路４ｂの２段目以降の回路は、１段目の回路と同様であるので、ここでの説明を繰り返さない。

＜制御方法＞
図１８は、図１４に示される撮像装置の制御処理を示すフローチャートであり、図１９は、図１４に示される駆動制御装置から固体撮像装置へのパルスの供給タイミングを示す図である。

（Ｓｔｅｐ１ｂ）まず、撮像装置１００ｂは、メインスイッチがＯＮ状態であるか否かを判定する。撮像装置１００ｂは、メインスイッチがＯＮ状態である場合にはＳｔｅｐ２ｂに進み、それ以外の場合にはＳｔｅｐ２ｂ以降の処理を実行しない。

（Ｓｔｅｐ２ｂ）メインスイッチがＯＮ状態の場合（Ｓｔｅｐ１ｂでＹＥＳ）、撮像装置１００ｂは、モニター部１０１の画面に動画を表示する。より詳細には、駆動制御装置１０３ｂは、動画モードで固体撮像装置１０５ｂを駆動し、固体撮像装置１０５ｂから取得した動画データをモニター部１０１に出力する。なお、この動画モードは、実施の形態１の図１１で示した特定ラインのみを読み出すための駆動方法をいう。モニター部１０１は、駆動制御装置１０３ｂが連続的に読み出す動画を画面に表示する。

（Ｓｔｅｐ３ｂ）撮像装置１００ｂは、シャッタボタンの押下等に応答して生成される撮像指示を受付けたか否かを判定する。撮像装置１００ｂは、受付部１０２ｂが撮像指示を受付けた場合にはＳｔｅｐ４ｂに進み、それ以外の場合にはＳｔｅｐ１ｂに戻る。

（Ｓｔｅｐ４ｂ）撮像装置１００ｂは、オールリセット機能を使用して、画素アレイの全ラインをリセットする。より詳細には、受付部１０２ｂからのリセット指示に応答して、オールリセット部１０４がマルチプレクサ回路４ｂにオールリセットパルスを供給する（図１９のＴ２１〜Ｔ２２）。図１９に示すように、オールリセットパルスが供給されている期間（オールリセット期間）にＥＴＲＡＮＳ、ＥＲＳＣＥＬＬを供給（"Ｈ"印加）することにより、全画素に蓄積されている電荷のリセットを同時に行うことができ、移行期間はオールリセット期間まで短縮することができる。

（Ｓｔｅｐ５ｂ）撮像装置１００ｂは、固体撮像装置１０５ｂから画素信号を読み出し、読み出した画素信号をモニター部１０１に出力する。より詳細には、駆動制御装置１０３ｂが、図１６に示される時刻Ｔ２２及びＴ２３のそれぞれにおいて、シフトレジスタ２及び３のそれぞれにスタートパルスを供給し、固体撮像装置１０５ｂ出力される静止画を取得する。シフトレジスタ２及び３の役割は、実施の形態１と同様である。シフトレジスタ２は露光時間を制御する電子シャッタ動作を行い、シフトレジスタ２は、露光時間に応じた画素信号を読み出す動作を行う。その後、撮像装置１００ｂは、Ｓｔｅｐ６ｂに進む。

（Ｓｔｅｐ６ｂ）撮像装置１００ｂは、静止画が画面に表示された後、動画表示を再開し、Ｓｔｅｐ１ｂへ戻る。

＜まとめ＞
以上説明したように、本実施の形態に係る撮像装置においては、静止画像の撮像指示に応答して、オールリセット部１０４がオールリセットパルスをマルチプレクサ回路４ｂに出力し、全ラインを同時にリセットする。全てのラインが同時にリセットされた後は、静止画モードを所望のタイミングで開始できるので、移行期間をオールリセット期間まで短縮することができ、動画モードから静止画モードへの移行に要する時間の短縮が可能となる。

よって、本発明によれば、動画モードと静止画モードの切り替えに要する時間が短く、かつ、ライン間で残像差のない高画質の静止画像を撮影できる撮像装置を実現することができる。

尚、本実施形態においては、オールリセット部１０４と駆動制御装置１０３ｂとが別個に構成されているが、駆動制御装置１０３ｂがオールリセット部１０４の機能（すなわち、オールリセットパルス供給機能）を備えていても良い。

本発明は、例えば、デジタルカメラやカメラ内蔵携帯電話、ラインセンサのように、複数の画素が一次元または二次元状に配列される固体撮像装置を含む撮像装置に利用できる。

本発明の実施の形態１に係る撮像装置の概略構成を示す機能ブロック図 図１に示される固体撮像装置の概略構成を示す図 図１に示される画素アレイの一例を示す回路図 図２に示される電子シャッタ用シフトレジスタの概略構成を示す回路図 静止画モードにおける電子シャッタ用シフトレジスタの動作タイミングを示す図 動画モードにおける電子シャッタ用シフトレジスタの動作タイミングを示す図 図１に示されるマルチプレクサ回路の１段目の論理を示す図 図７に示される論理を実現する回路図 図２に示される固体撮像装置の画素信号読み出し動作のタイミング例を示す図 図２に示される固体撮像装置の電子シャッタ動作のタイミング例を示す図 図２に示される固体撮像装置の任意行読み出し動作のタイミング例を示す図 図１に示される撮像装置の制御処理を示すフローチャート 図１に示される駆動制御装置から固体撮像装置へのパルスの供給タイミングを示す図 本発明の実施の形態２に係る撮像装置の概略構成を示す機能ブロック図 図１４に示される固体撮像装置の概略構成を示す図 図１５に示されるマルチプレクサ回路の１段目の論理を示す図 図１６に示される論理を実現する回路構成の一例を示す図 図１４に示される撮像装置の制御処理を示すフローチャート 図１４に示される駆動制御装置から固体撮像装置へのパルスの供給タイミングを示す図 従来の固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図

符号の説明

１ 画素アレイ
２ 電子シャッタ用シフトレジスタ
３ 画像信号読み出し用シフトレジスタ
４ マルチプレクサ回路
７ 垂直走査部
１００ 撮像装置
１０２ 受付部
１０３ 駆動制御装置
１０４ オールリセット部

Claims (3)

1. 撮像装置であって、
   入射光の強度に応じた信号電荷を蓄積し、行方向及び列方向に配列される複数の単位セルを有する画素アレイと、
   前記単位セルに蓄積された電荷に応じた信号を行単位で読み出すと共に、前記単位セルを行単位でリセットする垂直走査手段と、
   静止画の撮像指示の入力を受付ける受付手段と、
   前記受付手段が前記撮像指示を受付ける前にあっては、前記単位セルに蓄積された信号電荷を所定行間隔で読み出すように前記垂直走査手段を駆動し、前記受付手段が前記撮像指示を受付けたときに、前記単位セルの全ての行のリセットと、前記単位セルの全ての行からの信号の読み出しとを１フレーム期間内に行うように前記垂直走査手段を駆動する駆動手段とを備える、撮像装置。
2. 前記垂直走査手段は、
   外部からの第１のスタートパルスの供給に応答して、前記単位セルを行毎にリセットする電子シャッタ用垂直シフトレジスタと、
   外部からの第２のスタートパルスの供給に応答して、前記単位セルから行毎に信号を読み出す読み出し用垂直シフトレジスタと、
   前記電子シャッタ用垂直シフトレジスタの出力と、前記読み出し用垂直シフトレジスタの出力とのいずれかを選択して前記画素アレイに供給するマルチプレクサ回路とを含み、
   前記駆動手段は、前記受付手段への前記撮像指示の入力に応答して、２本の前記第１のスタートパルスを１フレーム期間より小さな時間間隔で前記電子シャッタ用垂直シフトレジスタに出力した後、前記読み出し用垂直シフトレジスタに前記第２のスタートパルスを供給することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記受付手段への前記撮像指示の入力に応答して、すべての画素行をリセットするためのオールリセットパルスを前記垂直走査手段に出力するオールリセット部を更に備え、
   前記垂直走査手段は、
   外部からの第１のスタートパルスの供給に応答して、前記単位セルを行毎にリセットする電子シャッタ用垂直シフトレジスタと、
   外部からの第２のスタートパルスの供給に応答して、前記単位セルから行毎に信号を読み出す読み出し用垂直シフトレジスタと、
   前記電子シャッタ用垂直シフトレジスタの出力と、前記読み出し用垂直シフトレジスタの出力と、前記オールリセットパルスのいずれかを選択して前記画素アレイに供給するマルチプレクサ回路とを含み、
   前記駆動手段は、前記オールリセット部から前記オールリセットパルスが出力されてから１フレーム期間が経過するまでに、前記第１のスタートパルスを前記電子シャッタ用垂直シフトレジスタに出力した後、前記第２のスタートパルスを前記読み出し用垂直シフトレジスタ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。

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