JP5683985B2 - 固体撮像装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置および固体撮像装置を搭載した撮像装置に関する。

デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、内視鏡などの撮像装置には、光学像を電気信号に変換する撮像素子が搭載されている。この撮像素子は、近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）型撮像素子から、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）型撮像素子（以下、「ＭＯＳ型撮像素子」という）へと、マーケットシェア（市場占有率）が移行しつつある。

このＭＯＳ型撮像素子は、ＣＣＤ型撮像素子と異なり、単一電源で駆動することが可能である。また、ＣＣＤ型撮像素子では、専用の製造プロセスを必要とするのに対し、ＭＯＳ型撮像素子は、他のＬＳＩと同じ製造プロセスを用いて製造することができることからＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ Ｃｈｉｐ）への対応が容易であり、固体撮像装置の多機能化を可能としている。
また、ＭＯＳ型撮像素子は、各画素に増幅回路を備えることによって画素内で信号電荷を増幅しているため、信号の伝達経路からのノイズの影響が少ない構成になっている。さらに、各画素の信号電荷を選択して取り出す（選択方式）ことが可能であり、原理上、信号の蓄積時間や読み出し順序を画素毎に自由に制御することができるという特徴がある。

また、撮像装置に搭載されているＣＭＯＳなどのＭＯＳ型撮像素子は、撮像面に２次元状に配列された多数の画素の信号電荷を、順次読み出すようになっている。しかし、この場合、各画素の露光開始時刻および露光終了時刻が、画素毎（あるいはライン毎）に異なってしまう。そのため、静止画を撮影する場合などでは、メカニカルシャッタを利用し、このメカニカルシャッタの駆動によって露光時間を調節している。

また、メカニカルシャッタを搭載せず、全ての画素の露光開始時刻を同一にし、かつ全ての画素の露光終了時刻を同一にする、いわゆる、グローバルシャッタによる露光制御が可能となるように構成されたＭＯＳ型撮像素子が考案されている。このグローバルシャッタによる露光制御が可能なＭＯＳ型撮像素子は、それぞれの画素に、露光量に応じた信号電荷を発生させるフォトダイオードなどの光電変換部を備えるとともに、光電変換部で発生した信号電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部を備えた構成となっている。また、それぞれの画素には、さらに、信号電荷の転送やリセットを行う際のスイッチとして機能するトランジスタなどを備えている。

このようなＭＯＳ型撮像素子（以下、「撮像素子」という）の画素の構成の一例を、図１０に示す。図１０は、従来の撮像素子における単位画素の概略構成を示した回路図である。従来の撮像素子では、図１０に示すように、１画素（以下、「単位画素」という）内に５つのトランジスタが設けられた構成が挙げられる。図１０に示した従来の単位画素は、フォトダイオードＰＤ、電荷蓄積部ＦＤ、転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４、排出トランジスタＭ５から構成される。この図１０に示したような構成の単位画素によって構成される撮像素子では、各単位画素内の電荷蓄積部ＦＤを画素内メモリとして利用することによって、グローバルシャッタによる露光制御が可能である。

このような単位画素の構成の撮像素子を、例えば、デジタルカメラに搭載した場合において、各単位画素で発生した固定パターンノイズ、リセットノイズや熱ノイズなどのＫＴＣノイズ（リセットノイズ）を抑圧するため、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。特許文献１では、以下のような手順（シーケンス）で撮像素子を駆動させることによって、リセットノイズを抑圧している。
（手順１）：電荷蓄積部ＦＤをリセットトランジスタＭ２によってリセットし、このときのリセット電圧に応じたリセット信号を、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４を介して、撮像素子のライン毎に順次走査して読み出し、記憶しておく。
（手順２）：全ての画素のフォトダイオードＰＤを、排出トランジスタＭ５によって一括してリセットし、所定の露光時間が経過した後に、フォトダイオードＰＤで発生した信号電荷（露光信号電圧）を、転送トランジスタＭ１を介して一括して電荷蓄積部ＦＤに転送する。
（手順３）：電荷蓄積部ＦＤに転送された露光信号電圧に応じた露光信号を、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４を介して、撮像素子のライン毎に順次走査して読み出し、手順１において記憶しておいたリセット信号を減算する（差分をとる）。
このリセット信号を減算した露光信号が、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）を抑圧した静止画像用の画像信号である。

上述したようなシーケンスで撮像素子を駆動した場合には、メカニカルシャッタが不要であるため、動画像と静止画像との切り替えをスムーズに行うことができる。このため、近年の撮像装置においては、静止画像として撮影する被写体を確認するために、例えば、撮像装置の表示部に動画像を表示する、いわゆる、ライブビューの機能が実現されている。

しかしながら、上述したようなシーケンスで撮像装置に搭載した撮像素子を駆動した場合には、静止画像を得るための一連の撮影動作中に、ライブビュー画像（動画像）を表示するためのライブビュー用の画像信号を取得することができない。このため、撮像素子から静止画像用の画像信号を取得している期間は、ライブビューの表示として同じ画像が続けて表示される状態（フリーズ）、あるいは、ライブビューの表示がされずに黒表示の状態（ブラックアウト）となり、被写体を確認するためのライブビュー画像を更新することができないという問題がある。

特に、上述したシーケンスにおいては、静止画像の露光期間（手順２）の他に、静止画像の露光前のリセット信号を全ての画素から読み出す動作（手順１）と、露光後の露光信号を全ての画素から読み出す動作（手順３）と、の両方の動作が必要であるため、１回の静止画像の撮影動作に要する期間が長くなる。また、近年の撮像素子は、画素数が増加しているため、全ての画素からの静止画像用の画像信号の読み出し動作に要する時間が、さらに長くなる傾向にある。このため、ライブビュー用の画像信号を取得することができない期間、すなわち、ライブビュー画像が更新されない時間も、さらに長くなる傾向にある。

このような、静止画像を撮影する際にライブビュー画像が更新されない時間を短縮するため、以下のような手順（シーケンス）が考えられる。図１１は、従来の撮像素子を搭載したデジタルカメラにおける画像読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。図１１に示した画像読み出しタイミングでは、撮像素子内の画素全体を複数のフィールド（図１１においては、３つのフィールド：フィールドｆ１、ｆ２、ｆ３）に分割し、分割したフィールド毎に静止画像用のリセット信号と露光信号とを読み出す。そして、静止画像用のリセット信号または露光信号を読み出す各フィールドの間に、ライブビュー用の露光信号を読み出している。

より具体的に、図１１を用いて説明する。図１１に示した（ａ）〜（ｋ）の動作は、それぞれ、以下の読み出し動作を表している。
（ａ）：フィールドｆ１の静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｂ）：フィールドｆ３を使用したライブビュー用の露光信号の読み出し動作。
（ｃ）：フィールドｆ２の静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｄ）：フィールドｆ３を使用したライブビュー用の露光信号の読み出し動作。
（ｅ）：フィールドｆ３の静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｆ）：静止画用露光時間（グローバル露光）
（ｇ）：フィールドｆ１の静止画像用の露光信号の読み出し動作。
（ｈ）：フィールドｆ１を使用したライブビュー用の露光信号の読み出し動作。
（ｉ）：フィールドｆ２の静止画像用の露光信号の読み出し動作。
（ｊ）：フィールドｆ１を使用したライブビュー用の露光信号の読み出し動作。
（ｋ）：フィールドｆ３の静止画像用の露光信号の読み出し動作。

このように、静止画像用のリセット信号の読み出しが完了していないフィールドを使用したライブビュー用の露光信号の読み出し動作、または静止画像用の露光信号の読み出しが完了したフィールドを使用したライブビュー用の露光信号の読み出し動作を行うことによって、静止画像を撮影する際にライブビュー画像が更新されない時間を短縮することができる。なお、ライブビュー用の露光信号の読み出し動作は、フィールドの一部のみを使用することもできる。また、読み出されたライブビュー用の露光信号は、ライブビュー画像としてデジタルカメラの表示部に表示する以外に、例えば、デジタルカメラにおけるＡＦ（オートフォーカス：自動焦点）や、動画記録などに利用される。

特開２００５−６５１８４号公報

しかしながら、上述したライブビュー画像が更新されない時間を短縮するシーケンスにおいても、依然としてライブビュー画像が更新されない、ライブビュー用の画像信号を取得することができない期間が存在してしまうという問題がある。このライブビュー用の画像信号を取得することができない期間は、図１１に示したタイミングチャートにおける動作（ｆ）の静止画用露光時間の前後の動作（ｅ）と動作（ｇ）との期間である。これは、静止画像用のリセット信号を読み出した後は、静止画像用の露光信号の読み出しが終わるまで、電荷蓄積部ＦＤから信号の読み出しが行えないためである。

より具体的には、図１１に示した静止画像用のリセット信号の読み出し期間では、静止画像用のリセット信号の読み出しが完了していないフィールドを使用してライブビュー用の露光信号の読み出しを行っていた。しかし、動作（ｅ）によって全ての画素からのリセット信号の読み出しが完了した後は、電荷蓄積部ＦＤがリセットされた状態を維持しておく必要があるため、フォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧を、電荷蓄積部ＦＤに転送することができない。また、静止画像用の露光信号の読み出し期間では、静止画像用の露光信号の読み出しが完了したフィールドを使用してライブビュー用の露光信号の読み出しを行っていた。しかし、動作（ｇ）によってフィールドｆ１の静止画像用の露光信号の読み出しが完了する前は、電荷蓄積部ＦＤが静止画像用の露光信号電圧を保持しておく必要があるため、フォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧を、電荷蓄積部ＦＤに転送することができない。

また、上述したライブビュー画像が更新されない時間を短縮するシーケンスにおいて各フィールドの間にライブビュー用の露光信号を読み出すためには、電荷蓄積部ＦＤに信号電荷が保持されていない状態、すなわち、信号電荷が読み出された後の状態である必要がある。このため、ライブビュー用の露光信号の読み出しに使用することができる画素が限定されてしまうという問題がある。

本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、ライブビュー用の露光信号を取得する際に読み出す画素が限定されることがなく、静止画像を得るための撮影動作中にライブビュー画像が更新されない時間を短縮することができる固体撮像装置および撮像装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部が発生した前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して第１の画素信号として出力信号線に出力する増幅部と、前記蓄積部に貯められた信号電荷をリセットするリセット部と、を具備した画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、前記画素部に配列された所定数の前記画素に１つの割合で配列され、対応するそれぞれの前記画素の内、いずれか１つの前記画素に具備された前記光電変換部が発生した前記信号電荷に応じた第２の画素信号を出力信号線に出力する補助読み出し部と、全ての前記画素に具備された前記光電変換部を同時露光して得られる前記第１の画素信号、または前記画素に具備された前記光電変換部を順次露光して得られる前記第２の画素信号を読み出す信号読み出し部と、を備え、前記信号読み出し部は、前記画素部から前記第１の画素信号を読み出す期間において、前記光電変換部を同時露光する直前、または前記光電変換部を同時露光した直後に、前記第２の画素信号を前記補助読み出し部から読み出し、前記第１の画素信号は、被写体を撮影した静止画像用の画素信号であり、前記第２の画素信号は、被写体を撮影した動画像用の画素信号であり、前記補助読み出し部は、前記画素部に配置された複数の画素を、複数のグループに区分し、それぞれのグループに属する画素から、前記区分したグループの単位で前記第１の画素信号を読み出し、さらに、前記区分したグループの単位で前記第１の画素信号を読み出す合間の期間に、前記第２の画素信号を読み出すことによって、前記被写体を撮影した全ての前記静止画像用の画素信号を取得する撮影動作中に、前記静止画像用の画素信号と前記動画像用の画素信号とを交互に読み出す、ことを特徴とする。

また、本発明の前記補助読み出し部は、前記光電変換部が発生した前記信号電荷を蓄積する第２の蓄積部と、前記第２の蓄積部に対応する前記画素に具備された前記光電変換部が発生した前記信号電荷を転送する前記所定数の第２の転送部と、前記第２の蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して第２の画素信号として出力信号線に出力する第２の増幅部と、前記第２の蓄積部に貯められた信号電荷をリセットする第２のリセット部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の前記補助読み出し部は、前記同時露光の開始タイミングで、前記画素に具備された前記光電変換部を、前記補助読み出し部によってリセットする、ことを特徴とする。

また、本発明の前記補助読み出し部は、前記補助読み出し部に備えた前記第２の転送部と、前記第２のリセット部とを同時に駆動することによって、前記画素に具備された前記光電変換部をリセットする、ことを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部が発生した前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して第１の画素信号として出力信号線に出力する増幅部と、前記蓄積部に貯められた信号電荷をリセットするリセット部と、を具備した画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、前記画素部に配列された所定数の前記画素に１つの割合で配列され、対応するそれぞれの前記画素の内、いずれか１つの前記画素に具備された前記光電変換部が発生した前記信号電荷に応じた第２の画素信号を出力信号線に出力する補助読み出し部と、を具備する固体撮像装置と、全ての前記画素に具備された前記光電変換部を同時露光して得られる前記第１の画素信号、または前記画素に具備された前記光電変換部を順次露光して得られる前記第２の画素信号を読み出す信号読み出し部と、前記固体撮像装置から出力される前記第１の画素信号に基づいて生成した第１の画像信号を記憶用に出力し、前記固体撮像装置から出力される前記第２の画素信号に基づいて生成した第２の画像信号を表示用に出力する信号処理部と、を備え、前記信号読み出し部は、前記画素部から前記第１の画素信号を読み出す期間において、前記光電変換部を同時露光する直前、または前記光電変換部を同時露光した直後に、前記第２の画素信号を前記補助読み出し部から読み出し、前記補助読み出し部は、前記画素部に配置された複数の画素を、複数のグループに区分し、それぞれのグループに属する画素から、前記区分したグループの単位で前記第１の画素信号を読み出し、さらに、前記区分したグループの単位で前記第１の画素信号を読み出す合間の期間に、前記第２の画素信号を読み出すことによって、前記被写体を撮影した全ての前記第１の画素信号を取得する撮影動作中に、前記第１の画素信号と前記第２の画素信号とを交互に読み出す、ことを特徴とする。

本発明によれば、ライブビュー用の露光信号を取得する際に読み出す画素が限定されることがなく、静止画像を得るための撮影動作中にライブビュー画像が更新されない時間を短縮することができるという効果が得られる。

本発明の実施形態によるデジタルカメラの概略構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態によるイメージセンサの概略構成を示したブロック図である。 本第１の実施形態のイメージセンサにおける画素アレイ部の概略構成を示した回路図である。 本第１の実施形態のイメージセンサにおける各駆動のタイミングを示したタイミングチャートである。 本第１の実施形態のイメージセンサを搭載したデジタルカメラにおける画像読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態によるイメージセンサの概略構成を示したブロック図である。 本第２の実施形態のイメージセンサにおける画素アレイ部の概略構成を示した回路図である。 本第２の実施形態のイメージセンサにおける各駆動のタイミングを示したタイミングチャートである。 本第２の実施形態のイメージセンサを搭載したデジタルカメラにおける画像読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。 従来の撮像素子における単位画素の概略構成を示した回路図である。 従来の撮像素子を搭載したデジタルカメラにおける画像読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態によるデジタルカメラ（例えば、デジタル一眼レフレックスカメラシステム）の概略構成を示したブロック図である。図１に示したデジタルカメラ１は、レンズユニット部２、イメージセンサ３、記録装置４、表示装置５、画像信号処理装置６、カメラ制御装置７から構成される。なお、図１に示したデジタルカメラ１は、イメージセンサ３を遮光するためのメカニカルシャッタを搭載せず、イメージセンサ３の全ての画素を同時に露光するグローバル露光を行うデジタルカメラである。

レンズユニット部２は、カメラ制御装置７によってズーム、フォーカス、絞りなどが駆動制御され、被写体像をイメージセンサ３に結像させる。
イメージセンサ３は、カメラ制御装置７によって駆動、制御され、レンズユニット部２を介してデジタルカメラ１内に入射した被写体光を画像信号に変換するＭＯＳ型撮像素子である。なお、このイメージセンサ３に関する詳細な説明は、後述する。

画像信号処理装置６は、イメージセンサ３から出力された画像信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正、画像データの圧縮などの処理を行う。また、画像信号処理装置６は、デジタルカメラ１が撮影する被写体を確認するためのライブビュー画像に基づいて、デジタルカメラ１が静止画像や動画（ライブビューも含む）を撮影する際のＡＦ（オートフォーカス：自動焦点）やＡＥ（自動露光制御）など、撮影条件を設定するための様々な処理を行う。

記録装置４は、半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。
表示装置５は、イメージセンサ３に結像され、画像信号処理装置６によって処理された画像データ、または記録装置４から読み出された画像データに基づく画像を表示する液晶などの表示装置である。
カメラ制御装置７は、デジタルカメラ１の全体の制御を行う制御装置である。

＜第１の実施形態＞
次に、本第１の実施形態のイメージセンサについて説明する。図２は、本第１の実施形態によるイメージセンサ３の概略構成を示したブロック図である。図２において、イメージセンサ３は、イメージセンサ制御信号発生回路３１、垂直走査回路３２、水平読み出し回路３３、画素アレイ部３４、垂直信号線３５から構成される。画素アレイ部３４は、複数の単位画素３６と、複数の補助読み出し部３７とから構成される。なお、図２に示した画素アレイ部３４は、画素アレイ部３４の２行に対して１行の割合で補助読み出し部３７が配置された例、すなわち、２つの単位画素３６で１つの補助読み出し部３７を共有する例を示している。このイメージセンサ３の構成によって、後述する画像読み出しタイミングでの動作を行う。

なお、図２に示したイメージセンサ３において、各符号の後に表す“（）：括弧”内の数字は、イメージセンサ３内に配置されている単位画素３６または補助読み出し部３７の行番号を表している。なお、単位画素３６および補助読み出し部３７の列番号は省略している。例えば、２行目の単位画素３６は、単位画素３６（２）と表す。また、１行目の補助読み出し部３７は、補助読み出し部３７（１）と表す。なお、以下の説明において、行番号を特定しない場合には、各符号の後の“（）：括弧”を表記せずに説明する。

イメージセンサ制御信号発生回路３１は、垂直走査回路３２および水平読み出し回路３３を制御する。
垂直走査回路３２は、画素アレイ部３４内のそれぞれの単位画素３６および補助読み出し部３７を制御し、各単位画素３６および各補助読み出し部３７の出力信号（画素信号）を垂直信号線３５に出力させる。垂直走査回路３２は、単位画素３６を制御するための制御信号（リセットパルスΦＲＳＴ１、転送パルスΦＴＸ１、セレクトパルスΦＳＥＬ１）を、画素アレイ部３４に配置された単位画素３６の行毎に出力する。また、垂直走査回路３２は、単位画素３６を制御するための制御信号（排出パルスΦＦＴ）を、画素アレイ部３４内の全ての単位画素３６に共通して出力する。なお、排出パルスΦＦＴを、画素アレイ部３４に配置された単位画素３６の行毎に出力する構成とすることもできる。また、垂直走査回路３２は、補助読み出し部３７を制御するための制御信号（リセットパルスΦＲＳＴ２、転送パルスΦＴＸ２ＡおよびΦＴＸ２Ｂ、セレクトパルスΦＳＥＬ２）を、画素アレイ部３４に配置された補助読み出し部３７の行毎に出力する。垂直走査回路３２による単位画素３６および補助読み出し部３７の制御は、単位画素３６および補助読み出し部３７のそれぞれに出力された制御信号のレベルによって行われる。

水平読み出し回路３３は、垂直信号線３５に出力された画素信号を信号処理し、信号処理した後の画素信号を順次読み出す。また、水平読み出し回路３３には、各単位画素３６および補助読み出し部３７用の電流源も含まれている。このイメージセンサ制御信号発生回路３１、垂直走査回路３２、および水平読み出し回路３３による制御によって、イメージセンサ３は、入射した被写体光の画像信号を出力する。

次に、本第１の実施形態のイメージセンサ３に備えた単位画素３６および補助読み出し部３７について説明する。図３は、本第１の実施形態のイメージセンサ３における画素アレイ部３４の概略構成を示した回路図である。図３に示した画素アレイ部３４の概略構成では、２つの単位画素３６（ｉ行目の単位画素３６（ｉ）およびｉ＋１行目の単位画素３６（ｉ＋１））に対して、１つの補助読み出し部３７（ｊ行目の補助読み出し部３７（ｊ））を設けた構成を示している。なお、以下の説明において、行番号を特定しない場合には、各符号の後の“（）：括弧”を表記せずに説明する。

単位画素３６は、入射した光を電気信号に変換した画素信号を、垂直信号線３５に出力する回路である。単位画素３６は、それぞれ、フォトダイオードＰＤを備え、さらに、第１の電荷蓄積部ＦＤ１、第１のリセットトランジスタＭ２、第１の転送トランジスタＭ１、第１の増幅トランジスタＭ３、第１の選択トランジスタＭ４、排出トランジスタＭ５から構成される。

なお、電荷蓄積部ＦＤ１は、増幅トランジスタＭ３のゲート端子に接続されたノードに付随する容量であり、図３に示した単位画素３６（ｉ）および単位画素３６（ｉ＋１）の概略構成においては、キャパシタの記号で示している。なお、図３に示した単位画素３６の概略構成は、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷を出力することができる以外は、図１０に示した従来の単位画素の概略構成と同様である。

フォトダイオードＰＤは、入射した光を光電変換した信号電荷を発生する光電変換部である。電荷蓄積部ＦＤ１は、信号電荷を蓄積する蓄積部である。転送トランジスタＭ１は、垂直走査回路３２から入力された転送パルスΦＴＸ１、に基づいて、フォトダイオードＰＤで発生した信号電荷を、増幅トランジスタＭ３のゲート端子に接続された電荷蓄積部ＦＤ１に転送する。転送トランジスタＭ１によって転送された信号電荷は、電荷蓄積部ＦＤ１に蓄積される。増幅トランジスタＭ３は、電荷蓄積部ＦＤ１に蓄積された信号電荷に応じた電圧を出力する。リセットトランジスタＭ２は、垂直走査回路３２から入力されるリセットパルスΦＲＳＴ１に基づいて、電荷蓄積部ＦＤ１を電源電圧Ｖｄｄにリセットする。選択トランジスタＭ４は、垂直走査回路３２から入力されたセレクトパルスΦＳＥＬ１に基づいて、増幅トランジスタＭ３が出力した電圧を、単位画素３６の出力信号として垂直信号線３５に出力する。排出トランジスタＭ５は、垂直走査回路３２から入力される排出パルスΦＦＴに基づいて、フォトダイオードＰＤで発生した信号電荷を、電源電圧Ｖｄｄにリセットする。

補助読み出し部３７は、第２の電荷蓄積部ＦＤ２、第２のリセットトランジスタＭ７、第２の転送トランジスタＭ６ＡおよびＭ６Ｂ、第２の増幅トランジスタＭ８、第２の選択トランジスタＭ９から構成される。補助読み出し部３７は、単位画素３６のフォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷を、第２の電荷蓄積部ＦＤ２を経由して垂直信号線３５に出力する。

なお、電荷蓄積部ＦＤ２は、増幅トランジスタＭ８のゲート端子に接続されたノードに付随する容量であり、図３に示した補助読み出し部３７（ｊ）の概略構成においては、キャパシタの記号で示している。なお、図３に示した補助読み出し部３７（ｊ）は、２つの単位画素３６（単位画素３６（ｉ）および単位画素３６（ｉ＋１））で共有されるため、単位画素３６（ｉ）および単位画素３６（ｉ＋１）のそれぞれに対応する２つの転送トランジスタＭ６ＡおよびＭ６Ｂを備えている。

電荷蓄積部ＦＤ２は、信号電荷を蓄積する蓄積部である。転送トランジスタＭ６ＡおよびＭ６Ｂは、それぞれ、垂直走査回路３２から入力された転送パルスΦＴＸ２Ａまたは転送パルスΦＴＸ２Ｂに基づいて、フォトダイオードＰＤ（単位画素３６（ｉ）のフォトダイオードＰＤ、または単位画素３６（ｉ＋１）のフォトダイオードＰＤ）で発生した信号電荷を、増幅トランジスタＭ８のゲート端子に接続された電荷蓄積部ＦＤ２に転送する。転送トランジスタＭ６ＡまたはＭ６Ｂによって転送された信号電荷は、電荷蓄積部ＦＤ２に蓄積される。増幅トランジスタＭ８は、電荷蓄積部ＦＤ２に蓄積された信号電荷に応じた電圧を出力する。リセットトランジスタＭ７は、垂直走査回路３２から入力されるリセットパルスΦＲＳＴ２に基づいて、電荷蓄積部ＦＤ２を電源電圧Ｖｄｄにリセットする。選択トランジスタＭ９は、垂直走査回路３２から入力されたセレクトパルスΦＳＥＬ２に基づいて、増幅トランジスタＭ８が出力した電圧を、補助読み出し部３７の出力信号として垂直信号線３５に出力する。

このような構成によって、補助読み出し部３７（ｊ）は、転送トランジスタＭ６ＡまたはＭ６Ｂを介して転送された、単位画素３６（ｉ）または単位画素３６（ｉ＋１）の、いずれか１つのフォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷に応じた出力信号を補助的に読み出して、垂直信号線３５に出力する。

なお、図３からもわかるように、補助読み出し部３７（ｊ）は、図３に示した単位画素３６（ｉ）または単位画素３６（ｉ＋１）の構成要素の内、フォトダイオードＰＤと排出トランジスタＭ５とが削除され、対応する単位画素３６（すなわち、フォトダイオードＰＤ）の数と同じ数の転送トランジスタＭ６を備えた構成である。従って、１つの補助読み出し部３７内に備える転送トランジスタＭ６の数を変更することによって、対応する単位画素３６の数を変更することができる。

次に、本第１の実施形態のイメージセンサ３の駆動タイミングについて説明する。図４は、本第１の実施形態のイメージセンサ３における各駆動のタイミングを示したタイミングチャートである。なお、図４に示したタイミングチャートは、図２に示したイメージセンサ３の構成において、２行分の単位画素３６が連続で処理されるタイミングを示している。実際の動作においては、イメージセンサ３の、例えば、画素数や、分割したフィールドの数などのパラメータによって、連続で処理される単位画素３６の行や、処理される単位画素３６などが変化する。

図４に示した（ａ）〜（ｄ）のタイミングは、それぞれ、以下の駆動タイミングを示している。以下の駆動タイミングは、イメージセンサ３内の垂直走査回路３２から出力される制御信号によって制御される。なお、以下の説明においては、リセットされた単位画素３６または補助読み出し部３７から出力される画素信号をリセット信号といい、入射した被写体光に応じた画素信号を露光信号という。
（ａ）：単位画素３６の静止画像用のリセット信号の読み出しタイミング。
（ｂ）：補助読み出し部３７によるライブビュー用の露光信号の読み出しタイミング。
（ｃ）：単位画素３６の一括リセットおよび一括転送（グローバル露光）タイミング。
（ｄ）：単位画素３６の静止画像用の露光信号の読み出しタイミング。

ここで、上述の駆動タイミングにおける詳細な駆動方法について説明する。図４（ａ）に示した単位画素３６の静止画像用のリセット信号の読み出しタイミングは、静止画像を得るための一連の撮影動作において、静止画像の露光前に各単位画素３６内の電荷蓄積部ＦＤ１に固有のリセット電圧に応じたリセット信号を読み出す駆動タイミングである。リセット信号の読み出しタイミングでは、まず、リセットパルスΦＲＳＴ１（ｉ）を“Ｈｉｇｈ”レベルにして、画素アレイ部３４内のｉ行目の単位画素３６（ｉ）のリセットトランジスタＭ２をＯＮ状態にする。これにより、単位画素３６（ｉ）の電荷蓄積部ＦＤ１が電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。その後、リセットパルスΦＲＳＴ１（ｉ）を“Ｌｏｗ”レベルにして、電荷蓄積部ＦＤ１のリセット電圧が安定した後、セレクトパルスΦＳＥＬ１（ｉ）が“Ｈｉｇｈ”レベルの間に垂直信号線３５に出力されたリセット信号を、水平読み出し回路３３がサンプリングする。そして、水平読み出し回路３３がサンプリングしたｉ行目の各単位画素３６（ｉ）のリセット信号を、画素アレイ部３４の列毎に順次読み出す。続いて、同様に、リセットパルスΦＲＳＴ１（ｉ＋１）を制御して、セレクトパルスΦＳＥＬ１（ｉ＋１）が“Ｈｉｇｈ”レベルの間に垂直信号線３５に出力された、画素アレイ部３４内のｉ＋１行目の各単位画素３６（ｉ＋１）のリセット信号を、水平読み出し回路３３がサンプリングする。そして、同様に、水平読み出し回路３３がサンプリングしたｉ＋１行目の各単位画素３６（ｉ＋１）のリセット信号を、画素アレイ部３４の列毎に順次読み出す。このように、リセット信号の読み出しタイミングの駆動を、画素アレイ部３４の各行毎に行うことによって、全ての単位画素３６のリセット信号を読み出すことができる。読み出したリセット信号は、例えば、画像信号処理装置６に保持しておく。

図４（ｂ）に示したライブビュー用の露光信号（以下、「ライブビュー信号」という）の読み出しタイミングは、静止画像を得るための一連の撮影動作中に、ライブビュー信号を読み出す駆動タイミングである。本第１の実施形態のイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１においては、単位画素３６内のフォトダイオードＰＤが発生した信号電荷（露光信号電圧）を、補助読み出し部３７を用いて取得し、通常のローリングシャッタ制御と同様のタイミングで補助読み出し部３７からライブビュー信号を取得する。ライブビュー信号の読み出しタイミングでは、まず、セレクトパルスΦＳＥＬ２（ｊ）が“Ｈｉｇｈ”レベルのときに、リセットパルスΦＲＳＴ２（ｊ）を“Ｈｉｇｈ”レベルにして、画素アレイ部３４のｊ行目の補助読み出し部３７（ｊ）のリセットトランジスタＭ７をＯＮ状態にする。これにより、補助読み出し部３７（ｊ）の電荷蓄積部ＦＤ２が電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。その後、電荷蓄積部ＦＤ２のリセット電圧が安定した後、セレクトパルスΦＳＥＬ２（ｊ）が“Ｈｉｇｈ”レベルの間に垂直信号線３５に出力されたリセット信号を、水平読み出し回路３３がサンプリングする。そして、リセットパルスΦＲＳＴ２（ｊ）を“Ｌｏｗ”レベルにして、ライブビュー画像用の露光を行い、ライブビューの露光期間を終了するときに、転送パルスΦＴＸ２Ａ（ｊ）を“Ｈｉｇｈ”レベルにして、ライブビューの露光によって、画素アレイ部３４のｉ行目の単位画素３６（ｉ）内のフォトダイオードＰＤが発生した露光信号電圧を、補助読み出し部３７（ｊ）の電荷蓄積部ＦＤ２に転送する。その後、セレクトパルスΦＳＥＬ２（ｊ）が“Ｈｉｇｈ”レベルの間に、電荷蓄積部ＦＤ２に転送された露光信号電圧に応じたライブビュー信号を、水平読み出し回路３３がサンプリングする。このようにサンプリングされた画素アレイ部３４内のｊ行目の各補助読み出し部３７（ｊ）のリセット信号とライブビュー信号とは、水平読み出し回路３３によって、例えば、ＣＤＳ処理などの画像処理がされ、画素アレイ部３４の列毎に順次読み出される。ここで、補助読み出し部３７に接続されたもう１つの単位画素３６（ｉ＋１）の読み出しを行う場合は、引き続き、同様に、セレクトパルスΦＳＥＬ２（ｊ）が“Ｈｉｇｈ”レベルのときに、リセットパルスΦＲＳＴ２（ｊ）および転送パルスΦＴＸ２Ｂを制御して、画素アレイ部３４のｊ行目の各補助読み出し部３７（ｊ）のリセット信号と、画素アレイ部３４のｉ＋１行目の単位画素３６（ｉ＋１）内のフォトダイオードＰＤが発生した露光信号電圧に応じたライブビュー信号とを、水平読み出し回路３３がサンプリングする。そして、同様に、水平読み出し回路３３によって、例えば、ＣＤＳ処理などの画像処理がされ、画素アレイ部３４の列毎に順次読み出す。このように、ライブビュー信号の読み出しタイミングの駆動を、画素アレイ部３４の各行毎に行うことによって、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を読み出すことができる。読み出したライブビュー信号は、画像信号処理装置６によって処理され、ライブビュー画像として、例えば、表示装置５に表示される。

図４（ｃ）に示した単位画素３６の一括リセットおよび一括転送（グローバル露光）タイミングは、静止画像を得るための一連の撮影動作において、静止画像の露光前にフォトダイオードＰＤを一括してリセットし、フォトダイオードＰＤが発生した信号電荷（露光信号電圧）を電荷蓄積部ＦＤ１に一括して転送する駆動タイミングである。グローバル露光では、フォトダイオードＰＤの一括リセットによってグローバル露光が開始され、電荷蓄積部ＦＤ１への一括転送によってグローバル露光が終了する。グローバル露光タイミングでは、まず、一括リセットタイミングにおいて、排出パルスΦＦＴを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、画素アレイ部３４内の全ての単位画素３６の排出トランジスタＭ５を同時にＯＮ状態にする。これにより、画素アレイ部３４内の全ての単位画素３６のフォトダイオードＰＤが同時に電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。なお、一括リセットタイミングでは、フォトダイオードＰＤのみがリセットされるため、図４（ａ）に示したリセット信号の読み出しタイミングによってリセット電圧が安定した電荷蓄積部ＦＤ１のリセット電圧を破壊することなく、フォトダイオードＰＤをリセットすることができる。そして、排出パルスΦＦＴを“Ｌｏｗ”レベルにして、グローバル露光を行い、静止画用の露光時間（グローバル露光時間）が経過した後、一括転送タイミングにおいて、全ての行同時のタイミングで転送パルスΦＴＸ１を“Ｈｉｇｈ”レベルにして、画素アレイ部３４内の全ての単位画素３６の転送トランジスタＭ１を同時にＯＮ状態にする。これにより、グローバル露光期間において画素アレイ部３４内の全ての単位画素３６のフォトダイオードＰＤが発生した露光信号電圧が、同時に電荷蓄積部ＦＤ１に転送される。

図４（ｄ）に示した単位画素３６の静止画像用の露光信号（以下、「静止画像信号」という）の読み出しタイミングは、静止画像を得るための一連の撮影動作において、静止画像の露光後に各単位画素３６内の電荷蓄積部ＦＤ１に一括して転送した露光信号電圧を読み出す駆動タイミングである。静止画像信号の読み出しタイミングでは、まず、セレクトパルスΦＳＥＬ１（ｉ）を“Ｈｉｇｈ”レベルにして、画素アレイ部３４内のｉ行目の単位画素３６（ｉ）の選択トランジスタＭ４をＯＮ状態にする。これにより、ｉ行目の単位画素３６（ｉ）の電荷蓄積部ＦＤ１に転送された露光信号電圧に応じた静止画像信号が垂直信号線３５に出力され、水平読み出し回路３３が、垂直信号線３５に出力された静止画像信号をサンプリングする。そして、水平読み出し回路３３がサンプリングしたｉ行目の各単位画素３６（ｉ）の静止画像信号を、画素アレイ部３４の列毎に順次読み出す。続いて、同様に、セレクトパルスΦＳＥＬ１（ｉ＋１）を制御して、セレクトパルスΦＳＥＬ１（ｉ＋１）が“Ｈｉｇｈ”レベルの間に垂直信号線３５に出力された、画素アレイ部３４内のｉ＋１行目の各単位画素３６（ｉ＋１）の静止画像信号を、水平読み出し回路３３がサンプリングする。そして、同様に、水平読み出し回路３３がサンプリングしたｉ＋１行目の各単位画素３６（ｉ＋１）の静止画像信号を、画素アレイ部３４の列毎に順次読み出す。このように、静止画像信号の読み出しタイミングの駆動を、画素アレイ部３４の各行毎に行うことによって、全ての単位画素３６の静止画像信号を読み出すことができる。なお、読み出した静止画像信号は、例えば、画像信号処理装置６によって、すでに保持しているリセット信号が減算される。リセット信号が減算された静止画像信号は、さらに、画像信号処理装置６によって処理され、例えば、記録装置４に記録される。

次に、本第１の実施形態のイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１において、静止画像を得るための一連の撮影動作中に、ライブビュー画像を得るための撮影動作について説明する。図５は、本第１の実施形態のイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１における画像読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。図５に示した画像読み出しタイミングは、画素アレイ部３４内に配置された単位画素３６を行毎に３つのフィールド（フィールドｆ１、ｆ２、ｆ３）に分割して、静止画像を取得するタイミングの例を示している。そして、デジタルカメラ１がグローバルシャッタ制御によって静止画像を得るための一連の撮影動作中に、ライブビュー信号の読み出しを行っている。すなわち、静止画像を得るための撮影動作中にライブビュー画像が更新されない時間を短縮することができる固体撮像装置の読み出し方法を示している。

本第１の実施形態のイメージセンサ３では、静止画像用のリセット信号の読み出しが完了したフィールドの単位画素３６や、静止画像信号の読み出しが完了していないフィールドの単位画素３６内のフォトダイオードＰＤからも、露光信号電圧（ライブビュー信号）を読み出すことができる。図５に示した画像読み出しタイミングにおいては、ライブビュー信号の読み出しに必要な単位画素３６の領域が、フィールドｆ３に相当する行の領域であるもとし、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤからライブビュー信号を読み出すものとする。

なお、図５のタイミングチャートに示した「ΦＦＴ」は、図４（ｃ）に示したグローバル露光の開始を表す一括リセットのタイミング、「ΦＴＸ１」は、図４（ｃ）に示したグローバル露光の終了を表す一括転送のタイミングをそれぞれ表している。また、「ΦＶＤ」は、イメージセンサ３からリセット信号、静止画像信号、およびライブビュー信号の読み出し開始タイミングを示す垂直同期パルスを表している。

また、垂直同期パルスΦＶＤの下部に示した斜線は、イメージセンサ３からリセット信号、静止画像信号、およびライブビュー信号を順次読み出している動作の様子を模式的に表したものであり、図５に示した（ａ）〜（ｍ）の動作は、それぞれ、以下の読み出し動作を表している。なお、イメージセンサ３からの各信号の読み出しは、垂直同期パルスΦＶＤが“Ｈｉｇｈ”レベルの期間中に行われる。

（ａ）：フィールドｆ１の単位画素３６からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｂ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｃ）：フィールドｆ２の単位画素３６からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｄ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｅ）：フィールドｆ３の単位画素３６からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｆ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｇ）：静止画用露光時間（グローバル露光）
（ｈ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｉ）：フィールドｆ１の単位画素３６からの静止画像信号の読み出し動作。
（ｊ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｋ）：フィールドｆ２の単位画素３６からの静止画像信号の読み出し動作。
（ｌ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｍ）：フィールドｆ３の単位画素３６からの静止画像信号の読み出し動作。

ここで、図５に示した画像読み出しタイミングにおける動作について詳細について説明する。例えば、デジタルカメラ１のレリーズボタンが押下されたことにより、静止画撮影開始の命令が発せられると、時刻ｔ１のときに、静止画像を得るための撮影動作に移行する。図５（ａ）に示したフィールドｆ１の単位画素３６からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作では、図４（ａ）に示した単位画素３６の静止画像用のリセット信号の読み出しタイミングで、画素アレイ部３４のフィールドｆ１に相当する行の単位画素３６からリセット信号を順次読み出す。そして、読み出したフィールドｆ１のリセット信号を、画像信号処理装置６に保持する。

静止画像用のリセット信号の読み出し動作中にも、補助読み出し部３７を介して、ライブビュー信号の読み出しに必要な単位画素３６の領域（本第１の実施形態では、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３６）を使用して、ライブビュー画像を得ることができる。なお、ライブビュー信号の読み出しは、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３６の一部のみを使用して行うこともできる。図５（ｂ）に示した補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作では、図４（ｂ）に示したライブビュー信号の読み出しタイミングで、ローリングシャッタ制御によって、画素アレイ部３４のフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤから、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を順次読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させる。

続いて、図５（ｃ）に示したフィールドｆ２の単位画素３６からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作では、図４（ａ）に示した単位画素３６の静止画像用のリセット信号の読み出しタイミングで、画素アレイ部３４のフィールドｆ２に相当する行の単位画素３６からリセット信号を順次読み出す。そして、読み出したフィールドｆ２のリセット信号を、画像信号処理装置６に保持する。

続いて、図５（ｄ）に示した補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作では、図４（ｂ）に示したライブビュー信号の読み出しタイミングで、ローリングシャッタ制御によって、画素アレイ部３４のフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤから、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を順次読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させる。

続いて、図５（ｅ）に示したフィールドｆ３の単位画素３６からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作では、図４（ａ）に示した単位画素３６の静止画像用のリセット信号の読み出しタイミングで、画素アレイ部３４のフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６からリセット信号を順次読み出す。そして、読み出したフィールドｆ３のリセット信号を、画像信号処理装置６に保持する。

続いて、図５（ｆ）に示した補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作では、図４（ｂ）に示したライブビュー信号の読み出しタイミングで、ローリングシャッタ制御によって、画素アレイ部３４のフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤから、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を順次読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させる。

このように、本第１の実施形態のイメージセンサ３では、静止画像用のリセット信号の読み出しが完了したか否かに係わらず、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤからライブビュー信号を読み出すことができる。図１０に示したような、従来のイメージセンサの構成では、全ての単位画素からのリセット信号の読み出しが完了した後は、電荷蓄積部ＦＤがリセットされた状態を維持しておく必要があるため、フォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧を、電荷蓄積部ＦＤに転送することができない。これに対し、本第１の実施形態のイメージセンサ３では、リセット信号の読み出しが完了した単位画素３６の電荷蓄積部ＦＤ１を経由せずに、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号の読み出しを行うことができる。すなわち、リセット信号の読み出しが完了した単位画素３６の電荷蓄積部ＦＤ１にフォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧を転送するのではなく、単位画素３６に対して設けられた補助読み出し部３７内の電荷蓄積部ＦＤ２にフォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧を転送することができる。このようにすることによって、本第１の実施形態のイメージセンサ３では、リセット信号の読み出しが完了した単位画素３６内の電荷蓄積部ＦＤ１で安定しているリセット電圧を破壊することなく、フォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧に応じたライブビュー信号を読み出読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させることができる。

続いて、画素アレイ部３４内に配置された全ての単位画素３６からの静止画像用のリセット信号を画像信号処理装置６に保持した後、時刻ｔ２のときに、静止画像を得るためのグローバル露光の動作に移行する。図５（ｇ）に示した静止画用露光時間（グローバル露光）の動作では、図４（ｃ）に示したグローバル露光タイミングで、画素アレイ部３４内の全ての単位画素３６のフォトダイオードＰＤを一括してリセットする。そして、任意に設定した静止画用露光時間が経過した時刻ｔ３のときに、画素アレイ部３４内の全ての単位画素３６のフォトダイオードＰＤが発生した露光信号電圧を、それぞれの単位画素３６の電荷蓄積部ＦＤ１に一括して転送する。

その後、静止画像信号の読み出し動作に移行する。静止画像信号の読み出し動作中にも、補助読み出し部３７を介して、ライブビュー信号の読み出しに必要な単位画素３６の領域（本第１の実施形態では、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３６）を使用して、ライブビュー画像を得ることができる。なお、静止画像信号の読み出し動作中のライブビュー信号の読み出しも、静止画像用のリセット信号の読み出し動作中のライブビュー信号の読み出しと同様に、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３６の一部のみを使用して行うこともできる。図５（ｈ）に示した補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作では、図４（ｂ）に示したライブビュー信号の読み出しタイミングで、ローリングシャッタ制御によって、画素アレイ部３４のフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤから、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を順次読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させる。

このように、本第１の実施形態のイメージセンサ３では、静止画像信号の読み出しが完了したか否かに係わらず、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤからライブビュー信号を読み出すことができる。図１０に示したような、従来のイメージセンサの構成では、フィールドｆ３の静止画像信号の読み出しが完了する前は、電荷蓄積部ＦＤが静止画像用の露光信号電圧を保持しておく必要があるため、フォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧を、電荷蓄積部ＦＤに転送することができない。これに対し、本第１の実施形態のイメージセンサ３では、静止画像信号の読み出しが完了していない単位画素３６の電荷蓄積部ＦＤ１を経由せずに、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号の読み出しを行うことができる。すなわち、静止画像信号の読み出しが完了していない単位画素３６の電荷蓄積部ＦＤ１にフォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧を転送するのではなく、単位画素３６に対して設けられた補助読み出し部３７内の電荷蓄積部ＦＤ２にフォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧を転送することができる。このようにすることによって、本第１の実施形態のイメージセンサ３では、静止画像信号の読み出しが完了していない単位画素３６内の電荷蓄積部ＦＤ１に保持している露光信号電圧を破壊することなく、フォトダイオードＰＤで発生したライブビュー用の露光信号電圧に応じたライブビュー信号を読み出読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させることができる。

続いて、図５（ｉ）に示したフィールドｆ１の単位画素３６からの静止画像信号の読み出し動作では、図４（ｄ）に示した単位画素３６の静止画像信号の読み出しタイミングで、画素アレイ部３４のフィールドｆ１に相当する行の単位画素３６から静止画像信号を順次読み出す。そして、読み出したフィールドｆ１の静止画像信号を、画像信号処理装置６に保持する。

続いて、図５（ｊ）に示した補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作では、図４（ｂ）に示したライブビュー信号の読み出しタイミングで、ローリングシャッタ制御によって、画素アレイ部３４のフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤから、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を順次読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させる。なお、静止画像信号の読み出しが完了していないフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤからライブビュー信号を読み出すことができる理由は、図５（ｈ）の動作と同様の理由である。

続いて、図５（ｋ）に示したフィールドｆ２の単位画素３６からの静止画像信号の読み出し動作では、図４（ｄ）に示した単位画素３６の静止画像信号の読み出しタイミングで、画素アレイ部３４のフィールドｆ２に相当する行の単位画素３６から静止画像信号を順次読み出す。そして、読み出したフィールドｆ２の静止画像信号を、画像信号処理装置６に保持する。

続いて、図５（ｌ）に示した補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作では、図４（ｂ）に示したライブビュー信号の読み出しタイミングで、ローリングシャッタ制御によって、画素アレイ部３４のフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤから、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を順次読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させる。なお、静止画像信号の読み出しが完了していないフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤからライブビュー信号を読み出すことができる理由は、図５（ｈ）の動作と同様の理由である。

続いて、図５（ｍ）に示したフィールドｆ３の単位画素３６からの静止画像信号の読み出し動作では、図４（ｄ）に示した単位画素３６の静止画像信号の読み出しタイミングで、画素アレイ部３４のフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６から静止画像信号を順次読み出す。そして、読み出したフィールドｆ３の静止画像信号を、画像信号処理装置６に保持する。

このように、画素アレイ部３４内に配置された全ての単位画素３６からの静止画像信号を画像信号処理装置６に保持した後、時刻ｔ４のときから、画像信号処理装置６において、全ての単位画素３６の静止画像用のリセット信号と、全ての単位画素３６の静止画像信号との差分処理を行う。これにより、各単位画素３６の固定パターンノイズ、リセットノイズや熱ノイズなどのＫＴＣノイズ（リセットノイズ）を除去した全画素同時露光（グローバル露光）の静止画像を得ることができる。このリセットノイズが除去された静止画像信号は、さらに、画像信号処理装置６によって処理され、デジタルカメラ１が撮影した静止画像として、記録装置４に記録される。

また、時刻ｔ４のときから、ライブビュー信号の読み出し動作に移行することもできる。時刻ｔ４以降のライブビュー信号の読み出し動作では、図４（ｂ）に示したライブビュー信号の読み出しタイミングで、ローリングシャッタ制御によって、ライブビュー信号の読み出しに必要な領域の単位画素３６内のフォトダイオードＰＤから、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を順次読み出し、表示装置５にライブビュー画像を表示させる。
以降、このライブビュー信号の読み出し動作は、例えば、次の静止画像を得るための撮影動作に移行するまで継続して行われる。

なお、読み出されたライブビュー信号は、ライブビュー画像として表示装置５に表示する以外に、デジタルカメラ１が静止画像を撮影する際のＡＦ（オートフォーカス：自動焦点）やＡＥ（自動露光制御）などの撮影条件を設定や、動画記録などに利用される。

上記に述べたように、本第１の実施形態のイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１では、グローバル露光によって静止画像を撮影する撮影動作の期間中に、補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を取得し、表示装置５にライブビュー画像を表示させることができる。そして、図５に示した画像読み出しタイミングでは、ライブビュー信号の読み出しに使用する単位画素３６がフィールドｆ３に相当する行の単位画素３６である場合の例について説明したが、ライブビュー信号の読み出しに使用する単位画素３６は、分割したフィールドとは関係なく、任意の単位画素３６を使用してライブビュー信号を取得することができる。

また、本第１の実施形態のイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１では、静止画用のグローバル露光の直前や直後でもライブビュー信号を取得することができる。これにより、静止画像を得るための一連の撮影動作中にライブビュー画像が更新されず、ライブビューの表示がフリーズやブラックアウトの状態となってしまう時間を短縮することができる。

さらに、本第１の実施形態のイメージセンサ３では、複数の単位画素３６に対して１つ補助読み出し部３７（本第１の実施形態では、２つの単位画素３６に対して１つの補助読み出し部３７）を設けることにより、イメージセンサに補助読み出し部３７を追加したことによる、イメージセンサの画素構成要素の増加を最小限に抑えることができる。すなわち、画素構成要素の増加に伴ってイメージセンサ内のフォトダイオードＰＤの占有面積が減少してしまうのを最小限に抑えることができる。これにより、フォトダイオードＰＤの面積が影響を及ぼす、イメージセンサの感度特性や飽和特性などの低下による撮像素子のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）の劣化を最小限に抑圧することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本第２の実施形態のイメージセンサについて説明する。図６は、本第２の実施形態によるイメージセンサ３０の概略構成を示したブロック図である。図６において、イメージセンサ３０は、イメージセンサ制御信号発生回路３１、垂直走査回路３２、水平読み出し回路３３、画素アレイ部３４０、垂直信号線３５から構成される。画素アレイ部３４０は、複数の単位画素３８と、複数の補助読み出し部３７とから構成される。なお、図６に示した画素アレイ部３４０は、画素アレイ部３４０の２行に対して１行の割合で補助読み出し部３７が配置された例、すなわち、２つの単位画素３８で１つの補助読み出し部３７を共有する例を示している。このイメージセンサ３０の構成によって、後述する画像読み出しタイミングでの動作を行う。

なお、図６に示したイメージセンサ３０において、各符号の後に表す“（）：括弧”内の数字は、図２に示したイメージセンサ３と同様に、イメージセンサ３０内に配置されている単位画素３８または補助読み出し部３７の行番号を表している。また、図２に示したイメージセンサ３と同様に、単位画素３８および補助読み出し部３７の列番号は省略している。従って、以下の説明において、行番号を特定しない場合には、同様に、各符号の後の“（）：括弧”を表記せずに説明する。

また、本第２の実施形態のイメージセンサ３０を搭載したデジタルカメラと、図２に示した第１の実施形態のイメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１との異なる点は、イメージセンサ３０の構成、イメージセンサ３０内の単位画素の構成、および駆動タイミングのみである。従って、以下の説明においては、図１に示した本実施形態のデジタルカメラ１のイメージセンサ３に代えて、本第２の実施形態のイメージセンサ３０を搭載したものとして、本第２の実施形態のイメージセンサ３０を搭載したデジタルカメラの概略構成を示すブロック図は省略する。また、以下の説明においては、イメージセンサ３０の構成要素以外の各構成要素は、同一の符号を用いて、それぞれの詳細な説明は省略する。

また、本第２の実施形態のイメージセンサ３０と、図２に示したイメージセンサ３との異なる点は、単位画素３６が単位画素３８に代わり、これに伴って、画像アレイ部３４が画素アレイ部３４０に代わり、垂直走査回路３２から入力されていた排出パルスΦＦＴが削除されているのみである。従って、以下の説明においては、イメージセンサ３０内の単位画素３６および画素アレイ部３４０以外の各構成要素にも、同一の符号を用いて、それぞれの詳細な説明は省略する。

垂直走査回路３２は、画素アレイ部３４０内のそれぞれの単位画素３８および補助読み出し部３７を制御し、各単位画素３８および各補助読み出し部３７の出力信号（画素信号）を垂直信号線３５に出力させる。垂直走査回路３２は、単位画素３８を制御するための制御信号（リセットパルスΦＲＳＴ１、転送パルスΦＴＸ１、セレクトパルスΦＳＥＬ１）を、画素アレイ部３４０に配置された単位画素３８の行毎に出力する。また、垂直走査回路３２は、補助読み出し部３７を制御するための制御信号（リセットパルスΦＲＳＴ２、転送パルスΦＴＸ２ＡおよびΦＴＸ２Ｂ、セレクトパルスΦＳＥＬ２）を、画素アレイ部３４０に配置された補助読み出し部３７の行毎に出力する。垂直走査回路３２による単位画素３８および補助読み出し部３７の制御は、単位画素３８および補助読み出し部３７のそれぞれに出力された制御信号のレベルによって行われる。

次に、本第２の実施形態のイメージセンサ３０に備えた単位画素３８および補助読み出し部３７について説明する。図７は、本第２の実施形態のイメージセンサ３０における画素アレイ部３４０の概略構成を示した回路図である。図７に示した画素アレイ部３４０の概略構成では、２つの単位画素３８（ｉ行目の単位画素３８（ｉ）およびｉ＋１行目の単位画素３８（ｉ＋１））に対して、１つの補助読み出し部３７（ｊ行目の補助読み出し部３７（ｊ））を設けた構成を示している。なお、以下の説明において、行番号を特定しない場合には、各符号の後の“（）：括弧”を表記せずに説明する。

図７に示した画素アレイ部３４０の概略構成を、図３に示した画素アレイ部３４の概略構成と比較すると、図６に示したイメージセンサ３０の概略構成からもわかるように、単位画素３６が単位画素３８に代わっているのみである。

単位画素３８は、図３に示した単位画素３６と同様に、入射した光を電気信号に変換した画素信号を、垂直信号線３５に出力する回路である。単位画素３８は、それぞれ、フォトダイオードＰＤを備え、さらに、第１の電荷蓄積部ＦＤ１、第１のリセットトランジスタＭ２、第１の転送トランジスタＭ１、第１の増幅トランジスタＭ３、第１の選択トランジスタＭ４から構成される。

単位画素３８と、図３に示した単位画素３６との異なる点は、単位画素３６の構成要素である排出トランジスタＭ５が削除されているのみである。従って、単位画素３８の動作は、排出トランジスタＭ５に係る動作以外は単位画素３６と同様であるため、単位画素３８内の各構成要素にも、同一の符号を用いて、それぞれの詳細な説明は省略する。

単位画素３８は、図３に示した単位画素３６から排出トランジスタＭ５が削除されたことにより、単位画素３８内のフォトダイオードＰＤで発生した信号電荷を、電源電圧Ｖｄｄにリセットするための駆動方法が異なる。単位画素３８においては、補助読み出し部３７を使用して、フォトダイオードＰＤのリセットを行う。より具体的には、垂直走査回路３２が、補助読み出し部３７を制御するためのリセットパルスΦＲＳＴ２、転送パルスΦＴＸ２ＡおよびΦＴＸ２Ｂを制御して、補助読み出し部３７内のリセットトランジスタＭ７、転送トランジスタＭ６ＡおよびＭ６Ｂを同時にＯＮ状態にすることによって、画素アレイ部３４０内の単位画素３８のフォトダイオードＰＤを、電源電圧Ｖｄｄにリセットする。単位画素３８では、このような駆動を行うことによって、図３に示した単位画素３６と同等の動作を行うことができる。

次に、本第２の実施形態のイメージセンサ３０の駆動タイミングについて説明する。図８は、本第２の実施形態のイメージセンサ３０における各駆動のタイミングを示したタイミングチャートである。なお、図８に示したタイミングチャートは、図４に示したタイミングチャートと同様に、図６に示したイメージセンサ３０の構成において、２行分の単位画素３８が連続で処理されるタイミングを示している。実際の動作においては、イメージセンサ３と同様に、イメージセンサ３０の、例えば、画素数や、分割したフィールドの数などのパラメータによって、連続で処理される単位画素３８の行や、処理される単位画素３８などが変化する。

図８に示した（ａ）〜（ｄ）のタイミングは、それぞれ、以下の駆動タイミングを示している。以下の駆動タイミングは、イメージセンサ３０内の垂直走査回路３２から出力される制御信号によって制御される。なお、以下の説明においても、リセットされた単位画素３８または補助読み出し部３７から出力される画素信号をリセット信号といい、入射した被写体光に応じた画素信号を露光信号という。
（ａ）：単位画素３８の静止画像用のリセット信号の読み出しタイミング。
（ｂ）：補助読み出し部３７によるライブビュー用の露光信号の読み出しタイミング。
（ｃ）：単位画素３８の一括リセットおよび一括転送（グローバル露光）タイミング。
（ｄ）：単位画素３８の静止画像用の露光信号の読み出しタイミング。

ここで、上述の駆動タイミングにおける詳細な駆動方法について説明する。なお、図８（ａ）、図８（ｂ）、および図８（ｄ）に示したタイミングは、単位画素３８から削除された排出トランジスタＭ５に係る駆動を行っていないため、図４（ａ）、図４（ｂ）、および図４（ｄ）に示したイメージセンサ３の駆動タイミングと同様であるため、それぞれの詳細な説明は省略する。

図８（ｃ）に示した単位画素３８の一括リセットおよび一括転送（グローバル露光）タイミングは、図４（ｃ）に示したイメージセンサ３の駆動タイミングと同様に、静止画像を得るための一連の撮影動作において、静止画像の露光前にフォトダイオードＰＤを一括してリセットし、フォトダイオードＰＤが発生した露光信号電圧を電荷蓄積部ＦＤ１に一括して転送する駆動タイミングである。図８（ｃ）に示したグローバル露光においても、フォトダイオードＰＤの一括リセットによってグローバル露光が開始され、電荷蓄積部ＦＤ１への一括転送によってグローバル露光が終了する。図８（ｃ）に示したグローバル露光タイミングでは、まず、一括リセットタイミングにおいて、リセットパルスΦＲＳＴ２、転送パルスΦＴＸ２ＡおよびΦＴＸ２Ｂを同時に“Ｈｉｇｈ”レベルにして、画素アレイ部３４０内の全ての補助読み出し部３７内のリセットトランジスタＭ７、転送トランジスタＭ６ＡおよびＭ６Ｂを同時にＯＮ状態にする。これにより、画素アレイ部３４０内の全ての単位画素３８のフォトダイオードＰＤが発生した信号電荷が同時に、転送トランジスタＭ６ＡまたはＭ６ＢとリセットトランジスタＭ７とを介して、電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。なお、図８（ｃ）に示した単位画素３８の一括リセットタイミングでは、フォトダイオードＰＤの信号電荷のみが、転送トランジスタＭ６ＡまたはＭ６ＢとリセットトランジスタＭ７とを介してリセットされる。このため、図８（ａ）に示したリセット信号の読み出しタイミングによってリセット電圧が安定した電荷蓄積部ＦＤ１のリセット電圧を破壊することなく、フォトダイオードＰＤをリセットすることができる。そして、リセットパルスΦＲＳＴ２、転送パルスΦＴＸ２ＡおよびΦＴＸ２Ｂを同時に“Ｌｏｗ”レベルにして、グローバル露光を行い、静止画用の露光時間（グローバル露光時間）が経過した後、図４（ｃ）に示したイメージセンサ３の駆動タイミングと同様に、フォトダイオードＰＤが発生した露光信号電圧を電荷蓄積部ＦＤ１に一括して転送する。より具体的には、一括転送タイミングにおいて、全ての行同時のタイミングで転送パルスΦＴＸ１を“Ｈｉｇｈ”レベルにして、画素アレイ部３４０内の全ての単位画素３８の転送トランジスタＭ１を同時にＯＮ状態にし、グローバル露光期間において画素アレイ部３４０内の全ての単位画素３８のフォトダイオードＰＤが発生した露光信号電圧を、同時に電荷蓄積部ＦＤ１に転送する。

次に、本第２の実施形態のイメージセンサ３０を搭載したデジタルカメラ１において、静止画像を得るための一連の撮影動作中に、ライブビュー画像を得るための撮影動作について説明する。図９は、本第２の実施形態のイメージセンサ３０を搭載したデジタルカメラ１における画像読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。なお、図９に示した画像読み出しタイミングは、図５に示した画像読み出しタイミングと同様に、画素アレイ部３４０内に配置された単位画素３８を行毎に３つのフィールド（フィールドｆ１、ｆ２、ｆ３）に分割して、静止画像を取得するタイミングの例を示している。そして、デジタルカメラ１がグローバルシャッタ制御によって静止画像を得るための一連の撮影動作中に、ライブビュー信号の読み出しを行い、静止画像を得るための撮影動作中にライブビュー画像が更新されない時間を短縮することができる固体撮像装置の読み出し方法を示している。

本第２の実施形態のイメージセンサ３０では、イメージセンサ３と同様に、静止画像用のリセット信号の読み出しが完了したフィールドの単位画素３８や、静止画像信号の読み出しが完了していないフィールドの単位画素３８内のフォトダイオードＰＤからも、露光信号電圧（ライブビュー信号）を読み出すことができる。図９に示した画像読み出しタイミングにおいては、図５に示した画像読み出しタイミングと同様に、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤからライブビュー信号を読み出している。

なお、図９のタイミングチャートに示した「ΦＲＳＴ２，ΦＴＸ２Ａ，ΦＴＸ２Ｂ」は、図８（ｃ）に示したグローバル露光の開始を表す一括リセットのタイミング、「ΦＴＸ１」は、図８（ｃ）に示したグローバル露光の終了を表す一括転送のタイミングをそれぞれ表している。また、「ΦＶＤ」は、イメージセンサ３０からリセット信号、静止画像信号、およびライブビュー信号の読み出し開始タイミングを示す垂直同期パルスを表している。

また、垂直同期パルスΦＶＤの下部に示した斜線は、イメージセンサ３０からリセット信号、静止画像信号、およびライブビュー信号を順次読み出している動作の様子を模式的に表したものであり、図９に示した（ａ）〜（ｍ）の動作は、それぞれ、以下の読み出し動作を表している。なお、イメージセンサ３０からの各信号の読み出しは、垂直同期パルスΦＶＤが“Ｈｉｇｈ”レベルの期間中に行われる。

（ａ）：フィールドｆ１の単位画素３８からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｂ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｃ）：フィールドｆ２の単位画素３８からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｄ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｅ）：フィールドｆ３の単位画素３８からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作。
（ｆ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｇ）：静止画用露光時間（グローバル露光）
（ｈ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｉ）：フィールドｆ１の単位画素３８からの静止画像信号の読み出し動作。
（ｊ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｋ）：フィールドｆ２の単位画素３８からの静止画像信号の読み出し動作。
（ｌ）：補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作（フィールドｆ３の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤを使用）。
（ｍ）：フィールドｆ３の単位画素３８からの静止画像信号の読み出し動作。

ここで、図９に示した画像読み出しタイミングにおける動作について詳細について説明する。なお、図９（ａ）〜図９（ｆ）、および図９（ｈ）〜図９（ｍ）に示したタイミング、すなわち、図９（ｇ）以外のタイミングは、単位画素３８から削除された排出トランジスタＭ５に係る駆動を行っていないため、図５に示したそれぞれ対応するタイミングと同様であるため、それぞれの詳細な説明は省略する。

例えば、デジタルカメラ１のレリーズボタンが押下されたことにより、静止画撮影開始の命令が発せられると、時刻ｔ１のときに、静止画像を得るための撮影動作に移行する。これにより、図９（ａ）〜図９（ｆ）において、図５（ａ）〜図５（ｆ）と同様に、単位画素３８からの静止画像用のリセット信号の読み出し動作と、補助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作とを、交互に行う。これにより、静止画像用のリセット信号の画像信号処理装置６への保持と、表示装置５へのライブビュー画像の表示とが、交互に行われる。

このように、本第２の実施形態のイメージセンサ３０では、イメージセンサ３と同様に、静止画像用のリセット信号の読み出しが完了したか否かに係わらず、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤからライブビュー信号を読み出すことができる。なお、ライブビュー信号を読み出すことができる理由は、イメージセンサ３と同様である。

続いて、画素アレイ部３４０内に配置された全ての単位画素３８からの静止画像用のリセット信号を画像信号処理装置６に保持した後、時刻ｔ２のときに、静止画像を得るためのグローバル露光の動作に移行する。図９（ｇ）に示した静止画用露光時間（グローバル露光）の動作では、図８（ｃ）に示したグローバル露光タイミングで、画素アレイ部３４０内の全ての単位画素３８のフォトダイオードＰＤを一括してリセットする。そして、任意に設定した静止画用露光時間が経過した時刻ｔ３のときに、画素アレイ部３４０内の全ての単位画素３８のフォトダイオードＰＤが発生した露光信号電圧を、それぞれの単位画素３８の電荷蓄積部ＦＤ１に一括して転送する。

その後、静止画像信号の読み出し動作に移行する。これにより、図９（ｈ）〜図９（ｍ）において、図５（ｈ）〜図５（ｍ）と同様に、助読み出し部３７からのライブビュー信号の読み出し動作と、単位画素３８からの静止画像信号の読み出し動作とを、交互に行う。これにより、表示装置５へのライブビュー画像の表示と、静止画像信号の画像信号処理装置６への保持とが、交互に行われる。

このように、本第２の実施形態のイメージセンサ３０では、イメージセンサ３と同様に、静止画像信号の読み出しが完了したか否かに係わらず、フィールドｆ３に相当する行の単位画素３８内のフォトダイオードＰＤからライブビュー信号を読み出すことができる。なお、ライブビュー信号を読み出すことができる理由は、イメージセンサ３と同様である。

このように、画素アレイ部３４０内に配置された全ての単位画素３８からの静止画像信号を画像信号処理装置６に保持した後、時刻ｔ４のときから、イメージセンサ３と同様に、画像信号処理装置６において静止画像用のリセット信号と静止画像信号との差分処理が行われ、リセットノイズが除去された静止画像信号に基づいた静止画像が、デジタルカメラ１の記録装置４に記録される。

また、時刻ｔ４のときから、イメージセンサ３と同様に、ライブビュー信号の読み出し動作に移行し、時刻ｔ４以降のライブビュー信号に基づいたライブビュー画像を表示装置５に表示させることもできる。

上記に述べたように、本第２の実施形態のイメージセンサ３０を搭載したデジタルカメラ１においても、イメージセンサ３を搭載したデジタルカメラ１と同様に、静止画像を撮影する撮影動作の期間中のグローバル露光の直前や直後に、任意の単位画素３８から補助読み出し部３７を介してライブビュー信号を取得し、表示装置５にライブビュー画像を表示させることができる。

さらに、本第２の実施形態のイメージセンサ３０では、イメージセンサ３の構成要素である単位画素３６が、単位画素３６よりもトランジスタ数が少ない単位画素３８に代わっている。これにより、イメージセンサに補助読み出し部３７を追加したことによるイメージセンサの画素構成要素の増加を、さらに抑えることができる。このことにより、フォトダイオードＰＤの面積が影響を及ぼす、イメージセンサの感度特性や飽和特性などの低下による撮像素子のＳ／Ｎの劣化を、さらに抑圧することができる。

上記に述べたように、本発明を実施するための形態によれば、固体撮像装置に備えた画素の、予め定めた数の画素に１つの割合で、補助読み出し部を設ける。これにより、撮像装置が、グローバル露光によって静止画像を撮影する撮影動作の期間中に、補助読み出し部を介してライブビュー用の露光信号を取得することができる。このことにより、従来の固体撮像装置では、グローバル露光によって静止画像を撮影する撮影動作の期間中のライブビュー用の露光信号を取得することができない期間が長かったが、本発明を実施するための形態では、このライブビュー用の露光信号を取得することができない期間を短縮することができる。より具体的には、従来の固体撮像装置では、静止画用のグローバル露光の直前や直後に、ライブビュー用の露光信号を取得することができない期間が存在していたが、本発明を実施するための形態では、静止画用のグローバル露光の直前や直後でも、ライブビュー用の露光信号を取得することができる。

例えば、撮像装置では、ライブビュー用の露光信号から得られた画像信号を、静止画像を撮影する際のＡＦ（オートフォーカス：自動焦点）やＡＥ（自動露光制御）などの撮影条件を設定にも利用している。静止画用のグローバル露光の直前にライブビュー用の露光信号を取得することができることによって、静止画像の露光期間の開始直前のライブビューの画像信号に基づいた、適切な撮影条件を設定することができ、ＡＦやＡＥの精度を向上させることができる。また、例えば、撮像装置によって、静止画像の連続撮影（連写）を行うときに、従来では、連続で行われている撮影動作の期間の間、ライブビューの表示がフリーズやブラックアウトの状態となっているため、被写体の動きに追従した撮影を行うことができなかった。静止画用のグローバル露光の直後にライブビュー用の露光信号を取得することができることによって、例えば、被写体が速く動いているような場合であっても、ライブビューの表示を確認しながら被写体の動きに追従した撮影を行うことができる。そして、静止画像の連写では、前回のグローバル露光が終了した後から、次にグローバル露光を開始するまでの期間、すなわち、静止画像の連写の間の期間に取得したライブビュー用の露光信号に基づいて、連続で撮影する静止画像のそれぞれに応じた適切な撮影条件を設定することができ、被写体の移動などによるＡＦ精度の低下を抑えることができる。

また、従来の固体撮像装置では、ライブビュー用の露光信号を取得することができる画素に制限があったが、本発明を実施するための形態では、ライブビュー用の露光信号を取得することができる画素の制限をなくすことができる。すなわち、従来の固体撮像装置では、ライブビュー用の露光信号を取得する際に読み出す画素は、静止画像用のリセット信号の読み出し期間中のリセット信号の読み出しが完了していない画素、または静止画像用の露光信号の読み出し期間中の露光信号の読み出しが完了した画素の限定されていた。これに対し、本発明を実施するための形態では、静止画像用のリセット信号の読み出しや、静止画像用の露光信号の読み出しが完了したか否かに係わらず、ライブビュー用の露光信号の読み出しを行うことができ、ライブビュー用の露光信号を取得する際に読み出す画素の限定をなくすことができる。

また、本発明を実施するための形態では、補助読み出し部を予め定めた数の画素に１つの割合で補助読み出し部を設けるため、補助読み出し部の追加に伴う固体撮像装置の画素構成要素の増加を抑えることができる。これにより、固体撮像装置内の光電変換部（フォトダイオード）の占有面積の減少を抑えることができ、フォトダイオードの面積に影響される固体撮像装置の感度特性や飽和特性などの低下を抑え、固体撮像装置のＳ／Ｎの劣化を最小限にすることができる。このことにより、撮像装置によって最終的に得られる静止画像の画質への影響を軽減することができる。

なお、本発明を実施するための形態では、画素アレイ部３４（画素アレイ部３４０）の２行に対して１行の割合で補助読み出し部３７を配置したときの例について説明したが、画素アレイ部に配置する補助読み出し部の割合は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、画素アレイ部の４行に対して１行の割合、すなわち、４つの画素で１つの補助読み出し部を共有する割合で補助読み出し部を配置することもできる。また、例えば、画素アレイ部の２行２列に対して１つの割合、すなわち、画素アレイ部の１行目の１列目および２列目の画素と、画素アレイ部の２行目の１列目および２列目の画素との４つの画素で１つの補助読み出し部を共有する割合で補助読み出し部を配置することもできる。このように、１つの補助読み出し部が対応する画素が異なる構成とした場合においても、補助読み出し部に備える第２の転送トランジスタＭ６、および垂直走査回路３２が出力する転送パルスΦＴＸ２の数を、対応する画素（フォトダイオード）の数に応じて変更することによって、同様に制御することができる。

また、本発明を実施するための形態では、画素アレイ部３４（画素アレイ部３４０）内に配置された単位画素３６（単位画素３８）を行毎に３つのフィールドに分割して読み出すときの例について説明したが、フィールドの分割数は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、静止画像およびライブビュー画像の解像度や、ライブビュー画像のフレームレートを考慮して、フィールドの分割数を変更することもできる。また、ライブビュー信号の読み出しに使用する画素を、分割したフィールドとは関係なく、例えば、予め定められた領域の画素とすることもできる。そして、ライブビュー信号の読み出しに使用する画素のみを、補助読み出し部が対応する画素として、補助読み出し部を配置することもできる。

また、本発明を実施するための形態では、静止画像を撮影する撮影動作中のリセット信号、静止画像信号、またはライブビュー信号の読み出しを、単位画素３６（単位画素３８）の行単位で分割したフィールド毎に行う場合の例について説明したが、静止画像の撮影動作中にそれぞれの信号を分割して読み出す方法は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、静止画像の撮影動作中に読み出すそれぞれの信号を、グループ単位または画素単位でそれぞれ分割して読み出すこともできる。

また、本発明を実施するための形態では、ライブビュー信号を取得する際のイメージセンサ３（イメージセンサ３０）における電子シャッタのタイミングに関して図示していないが、被写体の露光条件に応じて、適宜電子シャッタを使用しても構わない。

なお、本発明における回路構成および駆動方式の具体的な構成は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更をすることができる。例えば、分割するフィールド数を増やすこともできる。また、画素の構成要素および駆動方法が変わった場合においても、イメージセンサ３（イメージセンサ３０）や単位画素３６（単位画素３８）内の構成要素や回路構成に応じて駆動方法を変更することによって対応することができる。例えば、補助読み出し部の回路構成は、本発明を実施するための形態と同様に、画素の回路構成における転送トランジスタ以降の回路構成と同様の構成とし、転送トランジスタを対応する画素の数分とすることによって実現することができる。より具体的には、補助読み出し部の回路構成を、例えば、図３の単位画素３６における転送トランジスタＭ１以降の電荷蓄積部ＦＤ１、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４と同様の回路構成、すなわち、電荷蓄積部ＦＤ２、リセットトランジスタＭ７、増幅トランジスタＭ８、選択トランジスタＭ９とする。そして、転送トランジスタＭ１を対応する画素の数分、すなわち、対応する画素の数が２つの場合には、転送トランジスタＭ６ＡおよびＭ６Ｂとする。このように、補助読み出し部の回路構成を、画素の回路構成に似た回路構成とすることによって、異なる回路構成の画素にも本発明の考えを適用することができる。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。

１・・・デジタルカメラ（撮像装置）
２・・・レンズユニット部
３，３０・・・イメージセンサ（固体撮像装置）
４・・・記録装置
５・・・表示装置
６・・・画像信号処理装置（信号処理部）
７・・・カメラ制御装置（信号読み出し部）
３１・・・イメージセンサ制御信号発生回路（信号読み出し部）
３２・・・垂直走査回路（信号読み出し部）
３３・・・水平読み出し回路（信号読み出し部）
３４，３４０・・・画素アレイ部（画素部）
３５・・・垂直信号線（出力信号線）
３６，３８・・・単位画素（画素）
３７・・・補助読み出し部
ＰＤ・・・フォトダイオード（光電変換部）
ＦＤ１・・・電荷蓄積部（蓄積部）
Ｍ１・・・転送トランジスタ（転送部）
Ｍ２・・・リセットトランジスタ（リセット部）
Ｍ３・・・増幅トランジスタ（増幅部）
Ｍ４・・・選択トランジスタ
Ｍ５・・・排出トランジスタ
ＦＤ２・・・電荷蓄積部（第２の蓄積部）
Ｍ７・・・リセットトランジスタ（第２のリセット部）
Ｍ６Ａ，Ｍ６Ｂ・・・転送トランジスタ（第２の転送部）
Ｍ８・・・増幅トランジスタ（第２の増幅部）
Ｍ９・・・選択トランジスタ
ＦＤ・・・電荷蓄積部

Claims (5)

1. 入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部が発生した前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して第１の画素信号として出力信号線に出力する増幅部と、前記蓄積部に貯められた信号電荷をリセットするリセット部と、を具備した画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、
   前記画素部に配列された所定数の前記画素に１つの割合で配列され、対応するそれぞれの前記画素の内、いずれか１つの前記画素に具備された前記光電変換部が発生した前記信号電荷に応じた第２の画素信号を出力信号線に出力する補助読み出し部と、
   全ての前記画素に具備された前記光電変換部を同時露光して得られる前記第１の画素信号、または前記画素に具備された前記光電変換部を順次露光して得られる前記第２の画素信号を読み出す信号読み出し部と、
   を備え、
   前記信号読み出し部は、
   前記画素部から前記第１の画素信号を読み出す期間において、前記光電変換部を同時露光する直前、または前記光電変換部を同時露光した直後に、前記第２の画素信号を前記補助読み出し部から読み出し、
   前記第１の画素信号は、被写体を撮影した静止画像用の画素信号であり、
   前記第２の画素信号は、被写体を撮影した動画像用の画素信号であり、
   前記補助読み出し部は、
   前記画素部に配置された複数の画素を、複数のグループに区分し、それぞれのグループに属する画素から、前記区分したグループの単位で前記第１の画素信号を読み出し、さらに、前記区分したグループの単位で前記第１の画素信号を読み出す合間の期間に、前記第２の画素信号を読み出すことによって、前記被写体を撮影した全ての前記静止画像用の画素信号を取得する撮影動作中に、前記静止画像用の画素信号と前記動画像用の画素信号とを交互に読み出す、
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記補助読み出し部は、
   前記光電変換部が発生した前記信号電荷を蓄積する第２の蓄積部と、
   前記第２の蓄積部に対応する前記画素に具備された前記光電変換部が発生した前記信号電荷を転送する前記所定数の第２の転送部と、
   前記第２の蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して第２の画素信号として出力信号線に出力する第２の増幅部と、
   前記第２の蓄積部に貯められた信号電荷をリセットする第２のリセット部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記補助読み出し部は、
   前記同時露光の開始タイミングで、前記画素に具備された前記光電変換部を、前記補助読み出し部によってリセットする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記補助読み出し部は、
   前記補助読み出し部に備えた前記第２の転送部と、前記第２のリセット部とを同時に駆動することによって、前記画素に具備された前記光電変換部をリセットする、
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部が発生した前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して第１の画素信号として出力信号線に出力する増幅部と、前記蓄積部に貯められた信号電荷をリセットするリセット部と、を具備した画素を、２次元の行列状に複数配列した画素部と、前記画素部に配列された所定数の前記画素に１つの割合で配列され、対応するそれぞれの前記画素の内、いずれか１つの前記画素に具備された前記光電変換部が発生した前記信号電荷に応じた第２の画素信号を出力信号線に出力する補助読み出し部と、を具備する固体撮像装置と、
   全ての前記画素に具備された前記光電変換部を同時露光して得られる前記第１の画素信号、または前記画素に具備された前記光電変換部を順次露光して得られる前記第２の画素信号を読み出す信号読み出し部と、
   前記固体撮像装置から出力される前記第１の画素信号に基づいて生成した第１の画像信号を記憶用に出力し、前記固体撮像装置から出力される前記第２の画素信号に基づいて生成した第２の画像信号を表示用に出力する信号処理部と、
   を備え、
   前記信号読み出し部は、
   前記画素部から前記第１の画素信号を読み出す期間において、前記光電変換部を同時露光する直前、または前記光電変換部を同時露光した直後に、前記第２の画素信号を前記補助読み出し部から読み出し、
   前記補助読み出し部は、
   前記画素部に配置された複数の画素を、複数のグループに区分し、それぞれのグループに属する画素から、前記区分したグループの単位で前記第１の画素信号を読み出し、さらに、前記区分したグループの単位で前記第１の画素信号を読み出す合間の期間に、前記第２の画素信号を読み出すことによって、前記被写体を撮影した全ての前記第１の画素信号を取得する撮影動作中に、前記第１の画素信号と前記第２の画素信号とを交互に読み出す、
   ことを特徴とする撮像装置。

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