撮像装置
【課題】光ノイズの除去に用いる信号を取得することができる。
【解決手段】垂直制御回路２６は、静止画を撮像する際には、画素部２４が備える全ての画素２８の光電変換部を一括露光させ、露光終了のタイミングで、画素部２４が備える全ての画素２８の第１の転送部を駆動させて光電変換部が蓄積した光電荷を第１の蓄積部のみに一括転送させ、当該第１の蓄積部に蓄積された電荷を、第１の増幅部と、第１の接続部と、第１の出力信号線とを介して、光信号として読み出すとともに、第２の蓄積部に蓄積された電荷を、第２の増幅部と、第２の接続部と、第２の出力信号線とを介して、光ノイズ信号として読み出すように制御する。
【解決手段】垂直制御回路２６は、静止画を撮像する際には、画素部２４が備える全ての画素２８の光電変換部を一括露光させ、露光終了のタイミングで、画素部２４が備える全ての画素２８の第１の転送部を駆動させて光電変換部が蓄積した光電荷を第１の蓄積部のみに一括転送させ、当該第１の蓄積部に蓄積された電荷を、第１の増幅部と、第１の接続部と、第１の出力信号線とを介して、光信号として読み出すとともに、第２の蓄積部に蓄積された電荷を、第２の増幅部と、第２の接続部と、第２の出力信号線とを介して、光ノイズ信号として読み出すように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、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が、この撮像素子は、近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）からＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、相補型金属酸化膜半導体）へとマーケットシェアーが移行しつつある。
【０００３】
撮像装置に搭載されているＣＭＯＳ等の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電荷を順次読み出すようになっているが、電荷を順次読み出す方式では露光開始時刻および露光終了時刻が画素毎に（あるいはライン毎に）異なることになり、画像に歪みが生じてしまう。そこで、全画素の露光開始時刻を同一にし、かつ全画素の露光終了時刻を同一にすることができるように（つまり、グローバルシャッタによる制御が可能となるように）構成されたＭＯＳ型撮像素子が知られている。このＭＯＳ型撮像素子は、露光量に応じた信号を発生させるフォトダイオード等の光電変換部を備えるとともに、光電変換部において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、さらに、電荷の転送やリセットを行う際にスイッチとして機能するトランジスタ等を備えた構成となっている。
【０００４】
このような撮像素子の画素の構成の一例として、図１０に示すような、１画素内に５つのトランジスタが設けられた構成が知られている。図１０は、従来知られている画素の回路構成を示した回路図である。図示する例では、電荷蓄積部ＦＤを画素内メモリとして利用して、グローバルシャッタによる制御を可能とするものとなっている。この撮像素子をデジタルカメラに用いる場合に、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）を抑圧するために、以下のようなシーケンスにより駆動させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
（１）電荷蓄積部ＦＤをトランジスタＭｒによりリセットし、増幅トランジスタＭａと選択トランジスタＭｓとを介してリセットデータをライン毎に順次走査して読み出し、記憶しておく。
（２）全画素の光電変換部ＰＤを、排出トランジスタＭｆにより一括してリセットし、所定の露光時間が経過した後に、光電変換部ＰＤの画素データを、転送トランジスタＭｔを介して一括して電荷蓄積部ＦＤへ転送する。
（３）電荷蓄積部ＦＤへ転送された画素データを、増幅トランジスタＭａと選択トランジスタＭｓとを介してライン毎に順次走査して読み出し、（１）において記憶しておいたリセットデータを減算する（差分をとる）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、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、光電変換部ＰＤの画素データを一括して電荷蓄積部ＦＤに転送した後、電荷蓄積部ＦＤに転送した画素データをライン毎に順次走査して読み出すまでの間においても、撮像装置に外光が入射する。撮像装置に外光が入射されると、光電変換部ＰＤから電荷蓄積部ＦＤに電荷が漏れ込むことがある。また、撮像装置に外光が入射されると、電荷蓄積部ＦＤに直接入射した光によって電荷が発生することがある。そのため、撮像装置に入射した外光により、光電変換部ＰＤからの電荷漏れ込みと電荷蓄積部ＦＤに直接入射した光により発生する電荷、すなわち外光による光ノイズ電荷が電荷蓄積部ＦＤに蓄積されることがある。
【０００８】
これにより、撮像装置が撮像する画像に、光ノイズ電荷による光ノイズが表れてしまい画質が劣化してしまうという問題がある。特に、走行中の自動車のヘッドライト等のような移動する高輝度被写体を撮像する場合には、高輝度被写体の移動軌跡に光ノイズ電荷が発生し、撮像した画像にも光ノイズとして高輝度被写体の移動軌跡が写ってしまう。
【０００９】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、光ノイズの除去に用いる信号を取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、入射光を光電荷に変換し、該光電荷を蓄積する光電変換部と、電荷を蓄積する第１の蓄積部と、電荷を蓄積する第２の蓄積部と、前記光電変換部が蓄積する前記光電荷を前記第１の蓄積部に転送する第１の転送部と、前記光電変換部が蓄積する前記光電荷を前記第２の蓄積部に転送する第２の転送部と、前記第１の蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットする第１のリセット部と、前記第１の蓄積部に蓄積された前記電荷を増幅して出力する第１の増幅部と、前記第１の増幅部の出力を第１の出力信号線に伝達する第１の接続部と、前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットする第２のリセット部と、前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷を増幅して出力する第２の増幅部と、前記第２の増幅部の出力を第２の出力信号線に伝達する第２の接続部と、を有する画素を複数備え、当該画素が行列状に２次元に配列された画素部と、静止画を撮像する際には、前記画素部が備える全ての前記画素の前記光電変換部を一括露光させ、露光終了のタイミングで、前記画素部が備える全ての前記画素の前記第１の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部のみに一括転送させ、当該第１の蓄積部に蓄積された前記電荷を、前記第１の増幅部と、前記第１の接続部と、前記第１の出力信号線とを介して、光信号として読み出すとともに、前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷を、前記第２の増幅部と、前記第２の接続部と、前記第２の出力信号線とを介して、光ノイズ信号として読み出すように制御する制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置である。
【００１１】
また、本発明の撮像装置において、前記制御部はさらに、前記光電変換部を一括露光させる前に、前記第１のリセット部と前記第２のリセット部とを駆動させた後、前記第１の蓄積部のリセット信号と前記第２の蓄積部のリセット信号とを読み出し、前記光信号と前記第１の蓄積部のリセット信号との差分である静止画用データと、前記光ノイズ信号と前記第２の蓄積部のリセット信号との差分である補正用データとを生成し、前記静止画用データと前記補正用データとの差分である補正済み静止画像データを生成する画像処理部を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の撮像装置において、前記画素は、複数のフィールドのうちいずれかの前記フィールドに属しており、前記制御部は、前記光信号と、前記光ノイズ信号と、前記第１の蓄積部のリセット信号と、前記第２の蓄積部のリセット信号とを、前記フィールドに属している前記画素の前記第１の蓄積部と前記第２の蓄積部から前記フィールド毎に読み出すように制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の撮像装置において、前記制御部は、前記フィールド毎に、前記第１の蓄積部のリセット信号と前記第２の蓄積部のリセット信号とを読み出す前の前記画素の前記光電変換部を露光させ、露光終了のタイミングで、当該画素の前記第１の転送部または前記第２の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部または前記第２の蓄積部のみに転送させ、当該第１の蓄積部または当該第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をライブビュー表示用の光信号として読み出し、さらに、前記フィールド毎に、前記光信号と前記光ノイズ信号とを読み出した後の前記画素の前記光電変換部を露光させ、露光終了のタイミングで、当該画素の前記第１の転送部または前記第２の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部または前記第２の蓄積部のみに転送させ、当該第１の蓄積部または当該第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をライブビュー表示用の光信号として読み出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御部は、静止画を撮像する際には、画素部が備える全ての画素の光電変換部を一括露光させ、露光終了のタイミングで、画素部が備える全ての画素の第１の転送部を駆動させて光電変換部が蓄積した光電荷を第１の蓄積部のみに一括転送させ、当該第１の蓄積部に蓄積された電荷を、第１の増幅部と、第１の接続部と、第１の出力信号線とを介して、光信号として読み出すとともに、第２の蓄積部に蓄積された電荷を、第２の増幅部と、第２の接続部と、第２の出力信号線とを介して、光ノイズ信号として読み出す。
【００１５】
撮像装置に外光が入射されると、第１の蓄積部と第２の蓄積部とに光ノイズ電荷が蓄積される。そのため、第１の蓄積部には、光電変換部が蓄積した光電荷と光ノイズ電荷とが蓄積される。また、第２の蓄積部には、光ノイズ電荷のみが蓄積される。よって、第１の蓄積部に蓄積された電荷に基づく光信号に含まれるノイズ成分を、第２の蓄積部に蓄積された電荷に基づく光ノイズ信号として取得することが可能となる。従って、本発明によれば、光ノイズの除去に用いる信号を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態における撮像装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における撮像部の構成を示した概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における画素の回路構成を示した回路図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における撮像素子のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態における撮像素子のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態における信号線と電荷蓄積部との組み合わせの配置を示した概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における撮像素子のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態において、画素を２つのフィールドに分けた場合のフィールドの例を示した概略図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における撮像素子のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】従来知られている画素の回路構成を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における撮像装置１０の構成を示したブロック図である。撮像装置１０は、デジタルカメラの他、デジタルビデオカメラ、内視鏡などの電子機器に搭載することが可能である。図示する例では、撮像装置１０は、レンズ１と、撮像部２と、画像処理部３と、表示部４と、駆動制御部６と、レンズ制御部７と、カメラ制御部８と、カメラ操作部９とを備えている。図１にはメモリーカード５も示しているが、このメモリーカード５は撮像装置に対して着脱可能に構成されているため、撮像装置１０に固有の構成でなくても構わない。
【００１８】
レンズ１は、被写体の光学像を撮像部２の撮像素子（後述）の撮像面に結像するための撮影レンズである。撮像部２は、レンズ１より結像された被写体の光学像を光電変換してデジタル信号に変換してから画像信号として出力するものである。画像処理部３は、撮像部２から出力される画像信号に種々のデジタル的な画像処理を施すものである。この画像処理部３は、画像信号（画像データ）を記録用に処理する第１画像処理部３ａと、画像信号を表示用に処理する第２画像処理部３ｂとを備えている。表示部４は、画像処理部３の第２画像処理部３ｂにより表示用に画像処理された画像信号に基づき、画像を表示するものである。この表示部４は、静止画像を再生表示することができると共に、被撮像範囲をリアルタイムに表示するライブビュー（ＬＶ）表示を行うことができるようになっている。
【００１９】
メモリーカード５は、第１画像処理部３ａにより記録用に画像処理された画像信号を保存するための記録媒体である。駆動制御部６は、カメラ制御部８からの指令に基づいて、撮像部２の動作を制御するものである。レンズ制御部７は、カメラ制御部８からの指令に基づいてレンズの絞り、焦点位置を制御するものである。カメラ制御部８は、撮像装置１０が備える各部を制御するものである。カメラ操作部９は、撮像装置１０に対する各種の操作入力を行うためのものであり、例えば、撮像装置１０の電源をオンオフするための電源スイッチや、静止画撮影を指示するためのレリーズボタンや、静止画撮影モードを単写モードと連写モードに切り替えるための静止画撮影モードスイッチなどが挙げられる。
【００２０】
次に、撮像部２の構成について説明する。図２は本実施形態における撮像部２の構成を示した概略図である。図示する例では、撮像部２は、ＭＯＳ型の固体撮像素子である撮像素子２１と、ＡＤ変換部２２と、ノイズ除去部２３とを備えている。
【００２１】
撮像素子２１は、画素２８を備える画素部２４と、列処理回路２５と、垂直制御回路２６と、水平走査回路２７とから構成されている。なお、請求項に係る制御部は、例えば、垂直制御回路２６に対応する。
【００２２】
撮像素子２１は、画素２８の電荷の蓄積動作を全画素一括に制御するグローバルシャッタモードで行えるものである。なお、画素２８の電荷の蓄積動作を行毎に制御するローリングシャッタモードを有していても良い。
【００２３】
画素部２４は、複数の画素２８が行方向および列方向に２次元状に配列されている。垂直制御回路２６は、画素部２４の画素２８に対して行単位で画素動作を制御する信号を印加するものであり、垂直走査回路と、リセット制御部と、信号読み出し制御部とを含んでいる。この垂直制御回路２６により選択制御された行の画素２８の画素信号は、列毎に設けられている垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１または垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２（図３参照）へ出力されるようになっている。列処理回路２５は、垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１または垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２に出力された画素信号を列毎に処理するものであり、例えば、増幅動作や撮像素子をローリングシャッタ動作させた時のノイズ除去のためのＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ、相関２重サンプリング）処理を行うものである。水平走査回路２７は、列処理回路２５の出力を水平方向の並びの順で時系列に出力するものである。
【００２４】
ＡＤ変換部２２は、撮像素子２１から出力されるアナログの画素信号をデジタルの画素信号に変換するものである。なお、列処理回路２５がＡＤ変換回路を有している場合、ＡＤ変換回路２２は不要となることは言うまでもない。ノイズ除去部２３は、撮像素子２１がグローバルシャッタにより動作するときに、ＡＤ変換部２２から出力されるデジタルの画素信号に対してノイズ除去の処理を行うものである。
【００２５】
次に、画素２８の構成について説明する。図３は本実施形態における画素２８の回路構成を示した回路図である。光電変換部ＰＤは受光した光に応じた光電荷を生成する。ここでは、光電変換部ＰＤの例としてフォトダイオードを示している。電荷転送部Ｍｔｘ１，Ｍｔｘ２は、光電変換部ＰＤが生成した光電荷を後段の電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２へ転送可能な構成である。
【００２６】
電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２は、光電変換部ＰＤが生成した光電荷を保持可能な構成となっている。増幅部ＳＦ１，ＳＦ２は、電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積された光電荷に基づく信号を増幅して外部へ読み出す。ここでは、増幅部ＳＦ１，ＳＦ２の例として、垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１または垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２に接続されている電流源とから構成されるＭＯＳトランジスタを用いたソースフォロワ回路を示している。リセット部Ｍｒ１，Ｍｒ２は、電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２に基準電圧を供給可能な構成となっている。選択部Ｍｂ１，Ｍｂ２は、各画素を選択して画素ごともしくは画素行ごとに信号を外部へ読み出し可能な構成である。電荷排出部Ｍｆｔは、光電変換部ＰＤの電荷を排出することができる。例えば、電荷排出部ＭｆｔとしてはＭＯＳトランジスタを用いることができる。この場合には、光電変換部ＰＤの一部を構成する信号電荷と同極性の半導体領域をソースとし、電源電圧が供給された半導体領域（オーバーフロードレイン領域、ＯＦＤ領域）をドレインとした構成となっている。
【００２７】
本実施形態の特徴としては、画素２８は、１画素につき１つの光電変換部ＰＤと、１つの電荷排出部Ｍｆｔと、２つの電荷転送部Ｍｔｘ１，Ｍｔｘ２と、２つの電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２と、２つの増幅部ＳＦ１，ＳＦ２と、２つの選択部Ｍｂ１，Ｍｂ２と、２つのリセット部Ｍｒ１，Ｍｒ２とを備えている。なお、図３においては、電荷転送部Ｍｔ１と、電荷蓄積部ＦＤ１と、リセット部Ｍｒ１と、増幅部ＳＦ１と、選択部Ｍｂ１とからなる、光電変換部ＰＤの信号を出力する回路を画素内回路２８１としている。また、電荷転送部Ｍｔ２と、電荷蓄積部ＦＤ２と、リセット部Ｍｒ２と、増幅部ＳＦ２と、選択部Ｍｂ２とからなる、光電変換部ＰＤの信号を出力する回路を画素内回路２８２としている。
【００２８】
なお、請求項に係る第１の蓄積部は、例えば、電荷蓄積部ＦＤ１に対応する。また、請求項に係る第２の蓄積部は、例えば、電荷蓄積部ＦＤ２に対応する。また、請求項に係る第１の転送部は、例えば、電荷転送部Ｍｔｘ１に対応する。また、請求項に係る第２の転送部は、例えば、電荷転送部Ｍｔｘ２に対応する。また、請求項に係る第１のリセット部は、例えば、リセット部Ｍｒ１に対応する。また、請求項に係る第２のリセット部は、例えば、リセット部Ｍｒ２に対応する。また、請求項に係る第１の増幅部は、例えば、増幅部ＳＦ１に対応する。また、請求項に係る第２の増幅部は、例えば、増幅部ＳＦ２に対応する。また、請求項に係る第１の接続部は、例えば、選択部Ｍｂ１に対応する。また、請求項に係る第２の接続部は、例えば、選択部Ｍｂ２に対応する。
【００２９】
次に、撮像部２の動作について説明する。撮像部２が備える撮像素子２１は、グローバルシャッタ動作が可能である。以下、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作について説明する。
【００３０】
図４は、リセット信号読み出し期間および光信号読み出し期間に、一行目の画素２８からｎ行目の画素２８まで順にリセット信号および光信号の読み出しを行った場合における、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。本実施形態では、光電変換部ＰＤが出力する光電荷を、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積する。
【００３１】
図示するタイミングチャートの横軸は時間を示している。また、縦方向は、画素部２４に配列された画素２８を１行目からｎ行目（最終行）までを順次選択して、その画素の信号を出力する様子を示している。また、信号線ＴＸ１および信号線ＦＴに印加される信号のタイミングについては、画素部２４の全画素２８の信号線ＴＸ１および信号線ＦＴに同時に印加される信号のタイミングのみを示している。
【００３２】
グローバルシャッタ動作による露光を行う前の、リセット信号読み出し期間（タイミングＰ１〜タイミングＰ２）においては、垂直制御回路２６の制御により、水平走査回路２７は電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号の読み出しを行う。この期間では、先ず、垂直制御回路２６は、画素部２４の第１行目に配列された各画素２８のトランジスタＭｒ１に、信号線ＲＳＴ１からリセットパルスを印加して、第１行目の電荷蓄積部ＦＤ１のリセットを行う。さらに、垂直制御回路２６は、第１行目の各画素２８の選択トランジスタＭｂ１に信号線ＳＥＬ１から選択パルスを印加して、電荷蓄積部ＦＤ１から垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１にリセット信号を出力させる。このリセット信号は、列処理回路２５と、水平走査回路２７と、ＡＤ変換部２２とを介してノイズ除去部２３に読み出されて記憶される。このような動作を画素部２４の第１行目から第ｎ行目（最終行）まで行うことで、リセット信号読み出し期間が終了する。
【００３３】
次に、タイミングＰ２において、垂直制御回路２６は、信号線ＦＴを介して全画素２８の電荷排出部Ｍｆｔを同時にオンすることにより、全画素２８の光電変換部ＰＤを一括リセットし、その後、全画素２８の電荷排出部Ｍｆｔを同時にオフすることにより、光電変換部ＰＤの露光（光電荷の蓄積）を開始する。露光を開始してから所定の露光期間が経過したタイミングＰ３において、垂直制御回路２６は、信号線ＴＸ１を介して全画素２８の電荷転送部Ｍｔｘ１に転送パルスを同時に印加することにより、露光期間中に光電変換部ＰＤに蓄積された光電荷を電荷蓄積部ＦＤ１に一括で転送する。つまり全画素２８の露光が同時に終了する。
【００３４】
その後、光信号読み出し期間（タイミングＰ３〜タイミングＰ４）に入り、垂直制御回路２６は、第１行目の各画素２８の選択トランジスタＭｂ１に信号線ＳＥＬ１から選択パルスを印加して、電荷蓄積部ＦＤ１から垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１に、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷を光信号として出力させる。この光信号は、列処理回路２５と、水平走査回路２７と、ＡＤ変換部２２とを介してノイズ除去部２３に読み出される。ノイズ除去部２３では、読み出された電荷蓄積部ＦＤ１の光信号と、リセット信号読み出し期間に記憶された電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号との差分処理が行なわれ、ノイズが除去された光信号が静止画用データとして画像処理部３へ出力される。以上の動作を画素部２４の第１行目から第ｎ行目（最終行）までの画素２８に対して行うことで、光信号読み出し期間が終了し、１枚のグローバルシャッタ動作時の静止画用データが画像処理部３へ出力される。
【００３５】
なお、静止画用データを取得する際には、光電変換部ＰＤの光電荷を一括して電荷蓄積部ＦＤ１に転送した後、電荷蓄積部ＦＤ１に転送した光電荷をライン毎に順次走査して光信号として読み出すまでの間においても、撮像装置１０に外光が入射することがある。そのため、電荷蓄積部ＦＤ１において外光による光ノイズ電荷が発生することがある。これにより、電荷蓄積部ＦＤ１には、光電変換部ＰＤから転送された光電荷と、光ノイズ電荷とが蓄積される。従って、静止画用データには、光ノイズ電荷による光ノイズデータが含まれる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、電荷蓄積部ＦＤ１と同等の電荷蓄積部ＦＤ２を設け、電荷蓄積部ＦＤ２において発生した光ノイズ電荷による光ノイズデータを取得する。なお、取得した光ノイズデータを補正用データと呼ぶ。電荷蓄積部ＦＤ１と電荷蓄積部ＦＤ２とは同等であるため、同じ光が入射された場合には同じ光ノイズ電荷が発生する。そこで、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した信号電荷と光ノイズ電荷とに基づいた静止画用データと、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した光ノイズ電荷に基づいた補正用データとの差分データが、光ノイズデータを除去した補正済み静止画像データとなる。
【００３７】
以下、補正用データの取得手順について説明する。本実施形態では、静止画用データを取得する際に、光ノイズを除去するためのデータである補正用データを取得する。図５は、電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号と、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光信号と、電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号と、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した光ノイズ信号との読み出しを行った場合における、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。本実施形態では、電荷蓄積部ＦＤ２が光ノイズ電荷を蓄積する。
【００３８】
図示するタイミングチャートの横軸は時間を示している。また、縦方向は、画素部２４に配列された画素２８を１行目からｎ行目（最終行）までを順次選択して、その画素の信号を出力する様子を示している。なお、（１）電荷蓄積部ＦＤ１は、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した信号を読み出すタイミングを示している。また、（２）電荷蓄積部ＦＤ２は、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した電荷を読み出すタイミングを示している。また、信号線ＴＸ１および信号線ＦＴに印加される信号のタイミングについては、画素部２４の全画素２８の信号線ＴＸ１および信号線ＦＴに同時に印加される信号のタイミングのみを示している。なお、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した信号を読み出すタイミングは、図４に示したタイミングと同様である。
【００３９】
以下、補正用データの取得タイミングについて説明する。本実施形態では、画素内回路２８２を用いて補正用データを取得する。グローバルシャッタ動作による露光を行う前の、リセット信号読み出し期間（タイミングＰ１〜タイミングＰ２）においては、垂直制御回路２６の制御により、水平走査回路２７は電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号の読み出しを行う。この期間では、先ず、垂直制御回路２６は、画素部２４の第１行目に配列された各画素２８のトランジスタＭｒ２に、信号線ＲＳＴ２からリセットパルスを印加して、第１行目の電荷蓄積部ＦＤ２のリセットを行う。さらに、垂直制御回路２６は、第１行目の各画素２８の選択トランジスタＭｂ２に信号線ＳＥＬ２から選択パルスを印加して、電荷蓄積部ＦＤ２から垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２にリセット信号を出力させる。このリセット信号は、列処理回路２５と、水平走査回路２７と、ＡＤ変換部２２とを介してノイズ除去部２３に読み出されて記憶される。このような動作を画素部２４の第１行目から第ｎ行目（最終行）まで行うことで、リセット信号読み出し期間が終了する。
【００４０】
静止画露光期間（タイミングＰ２〜タイミングＰ３）においては、電荷蓄積部ＦＤ２は、電荷蓄積部ＦＤ２の内部で発生した光ノイズの原因となる光ノイズ電荷を蓄積する。その後、光信号読み出し期間（タイミングＰ３〜タイミングＰ４）においては、垂直制御回路２６は、第１行目の各画素２８の選択トランジスタＭｂ２に信号線ＳＥＬ２から選択パルスを印加して、電荷蓄積部ＦＤ２から垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２に光ノイズ信号を出力させる。この光ノイズ信号は、列処理回路２５と、水平走査回路２７と、ＡＤ変換部２２とを介してノイズ除去部２３に読み出される。ノイズ除去部２３では、読み出された電荷蓄積部ＦＤ２の光ノイズ信号と、リセット信号読み出し期間に記憶された電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号との差分処理が行なわれ、ノイズが除去された光ノイズ信号が補正用データとして画像処理部３へ出力される。以上の動作を画素部２４の第１行目から第ｎ行目（最終行）までの画素２８に対して行うことで、静止画用データと同時に補正用データが画像処理部３へ出力される。
【００４１】
上述したようにグローバルシャッタ動作を行うことで、画像処理部３には、静止画用データと補正用データとが入力される。画像処理部３の第１画像処理部３ａは、入力された静止画用データと補正用データとの差分データを生成する。これにより、画像処理部３は、光ノイズを除去した補正済み静止画像データを生成することができる。また、第１画像処理部３ａは、生成した補正済み静止画像データをメモリーカード５に記録する。
【００４２】
ここで、電荷蓄積部ＦＤ１と電荷蓄積部ＦＤ２とが蓄積する電荷について詳細に説明する。撮像信号読み出し期間（タイミングＰ３〜タイミングＰ４）において、例えば移動する高輝度被写体などが存在する場合、光電変換部ＰＤからの電荷漏れ込みと、電荷蓄積部ＦＤ１および電荷蓄積部ＦＤ２に直接入射した光により発生する電荷とにより、電荷蓄積部ＦＤ１と電荷蓄積部ＦＤ２に光ノイズ電荷が蓄積される。
【００４３】
電荷蓄積部ＦＤ１には、静止画露光期間終了後のタイミングＰ３において、光電変換部ＰＤが蓄積した光電荷が転送されるため、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積する電荷は、光電変換部ＰＤから転送された光電荷と光ノイズ電荷である。一方、静止画露光期間終了のタイミングＰ３において、信号線ＴＸ２にはパルスを印加していないため、電荷蓄積部ＦＤ２には光電変換部ＰＤから光電荷は転送されない。従って、電荷蓄積部ＦＤ２には、光電変換部ＰＤが蓄積した光電荷は蓄積されず、光ノイズ電荷のみが蓄積される。
【００４４】
これにより、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した電荷に基づいた静止画用データと、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した電荷に基づいた補正用データとの差分データが、光ノイズを除去した補正済み静止画像データとなる。
【００４５】
なお、画素２８内において、信号線ＴＸ１と電荷蓄積部ＦＤ１との組み合わせと、信号線ＴＸ２と電荷蓄積部ＦＤ２との組み合わせとの配置が、例えば図６に示すように、光電変換部ＰＤの同じ辺かつ同じ距離に配置されていることが望ましい。図６は、本実施形態における、信号線ＴＸ１と電荷蓄積部ＦＤ１との組み合わせと、信号線ＴＸ２と電荷蓄積部ＦＤ２との組み合わせとの配置を示した概略図である。図示する例では、光電変換部ＰＤの右側の辺に、信号線ＴＸ１と電荷蓄積部ＦＤ１との組み合わせと、信号線ＴＸ２と電荷蓄積部ＦＤ２との組み合わせとが配置されている。また、光電変換部ＰＤの辺から、信号線ＴＸ１と電荷蓄積部ＦＤ１との組み合わせまでの距離と、信号線ＴＸ２と電荷蓄積部ＦＤ２との組み合わせまでの距離とが同一である。これにより、電荷蓄積部ＦＤ１と電荷蓄積部ＦＤ２とに蓄積される光ノイズ電荷がより同等となり、より精度良く光ノイズを除去することができる信号を取得することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態における撮像装置１０の構成は、第１の実施形態における撮像装置１０の構成と同様である。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、本実施形態では、画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のリセット電荷と、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷と、電荷蓄積部ＦＤ２のリセット電荷と、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した光ノイズ電荷との読み出しをフィールド読み出しで行う点である。また、本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、静止画用データと補正用データとを取得する際に、ライブビューの表示に用いるライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得する点である。
【００４７】
次に、撮像部２の動作について説明する。図７は、リセット信号読み出し期間および光信号読み出し期間に、フィールド毎に各信号の読み出しを行った場合における、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作のタイミングを示すタイミングチャートである。図示する例は、画素２８を２つのフィールドに分けた場合の動作タイミングの例を示している。
【００４８】
図８は、本実施形態において、画素２８を２つのフィールドに分けた場合のフィールドの例を示した概略図である。図示する例では、画素部２４に配列されている画素２８のうち、１行目、３行目、５行目、・・・、（２ｍ−１）行目の画素２８からなる画素群を第１フィールド（ｆ−Ａ）とし、２行目、４行目、６行目、・・・、（２ｍ）行目の画素２８からなる画素群を第２フィールド（ｆ−Ｂ）とした場合を示している（ｍは１以上の整数）。
【００４９】
以下、図７の説明に戻る。図７に示した例は、第１の実施形態の図４に示した例と異なり、リセット信号読み出し期間と光信号読み出し期間において、それぞれ、第１フィールド（ｆ−Ａ）、第２フィールド（ｆ−Ｂ）の順に、各フィールドに含まれる画素２８からリセット信号および光信号の読み出しを行う例を示している。すなわち、第１の実施形態の図４に示した例と図７に示した例とでは、画素２８からリセット信号および光信号を読み出す順番が異なるだけである。このように、グローバルシャッタ動作においては、画素部２４に配列された画素２８からリセット信号および光信号を読み出す順番は、必ずしも１行目から最終行まで順に読み出す必要はない。
【００５０】
次に、撮像装置１０の動作について説明をする。図９は、本実施形態において、静止画撮影中にライブビュー用の画像（動画）を取得する場合における、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示したタイミングチャートである。図示するタイミングチャートにおいては、図７に示した例と同様に、画素２８を第１フィールド（ｆ−Ａ）と第２フィールド（ｆ−Ｂ）との２つのフィールドに分けて、第１フィールド（ｆ−Ａ）、第２フィールド（ｆ−Ｂ）の順に、各フィールドに含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のリセット電荷と、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷と、電荷蓄積部ＦＤ２のリセット電荷と、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した光ノイズ電荷との読み出しを行う例を示している。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光電変換部ＰＤが出力する光電荷を電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積し、電荷蓄積部ＦＤ２が光ノイズ電荷を蓄積する。
【００５１】
まず静止画撮影が開始されると、期間１において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のライブビュー用リセット信号を取得するために、ローリングリセットを行う。任意の期間２が経過した後、期間３において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷を読み出すライブビュー用ビデオ信号の取得走査を行う。これにより、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８のライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得することができる。画像処理部３の第２画像処理部３ｂは、ライブビュー用ビデオ信号とライブビュー用リセット信号との差分信号であるライブビュー表示用信号を生成する。そして、第２画像処理部３ｂは、生成したライブビュー表示用信号に基づいたライブビュー画像を表示部４に表示させる。
【００５２】
その後、期間４において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号と電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号とを取得するために、ローリング走査を行う。これにより、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号と電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号とを取得する。期間５〜期間８においては、期間１〜期間４と同様の処理を第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８に対して行う。これにより、期間１〜期間８において、２つのライブビュー表示用信号と、全画素２８に含まれる電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号と電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号とを取得することができる。
【００５３】
期間８の終了後、撮像装置１０は、全ての画素２８の信号線ＦＴに一括してパルスを印加して光電変換部ＰＤのリセットを行う。その後、露光期間である期間９が終了した後、撮像装置１０は、全ての画素２８の信号線ＴＸ１に一括してパルスを印加し、光電変換部ＰＤから電荷蓄積部ＦＤ１に光電荷を転送させる。
【００５４】
その後、期間１０において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１の光信号と電荷蓄積部ＦＤ２の光ノイズ信号とを取得するために、ローリング走査を行う。これにより、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１の光信号と電荷蓄積部ＦＤ２の光ノイズ信号とを取得する。
【００５５】
その後、期間１１において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のライブビュー用リセット信号を取得するために、ローリングリセットを行う。任意の期間１２が経過した後、期間１３において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷を読み出すライブビュー用ビデオ信号の取得走査を行う。これにより、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８のライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得することができる。画像処理部３の第２画像処理部３ｂは、ライブビュー用ビデオ信号とライブビュー用リセット信号との差分信号であるライブビュー表示用信号を生成する。そして、第２画像処理部３ｂは、生成したライブビュー表示用信号に基づいたライブビュー画像を表示部４に表示させる。期間１４〜期間１７においては、期間１０〜期間１３と同様の処理を第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８に対して行う。これにより、期間１０〜期間１７において、２つのライブビュー表示用信号と、全画素２８に含まれる電荷蓄積部ＦＤ１の光信号と電荷蓄積部ＦＤ２の光ノイズ信号とを取得することができる。
【００５６】
図５に示した例では、静止画露光期間（タイミングＰ２〜タイミングＰ３）の直前および直後のリセット信号読み出し期間（タイミングＰ１〜タイミングＰ２）および光信号読み出し期間（タイミングＰ３〜タイミングＰ４）では、全画素２８の静止画用データおよび補正用データを同時に取得しており、ライブビュー用リセット信号およびライブビュー用ビデオ信号を取得することができないため、ライブビュー画像が更新されない。これに対して、図９に示した例では、期間１〜期間４において、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８から、ライブビュー用リセット信号と、ライブビュー用ビデオ信号と、静止画用のリセット信号とを取得する。また、期間１〜期間４の後の期間である期間５〜期間８において、第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８から、ライブビュー用リセット信号と、ライブビュー用ビデオ信号と、静止画用のリセット信号とを取得する。そのため、静止画用のリセット信号を取得する際に、露光期間である期間９により近い期間５〜期間７において、ライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得することができる。
【００５７】
また、期間１０〜期間１３において、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８から、ライブビュー用リセット信号と、ライブビュー用ビデオ信号と、静止画用の光信号および光ノイズ信号とを取得する。また、期間１０〜期間１３の後の期間である期間１４〜期間１７において、第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８から、ライブビュー用リセット信号と、ライブビュー用ビデオ信号と、静止画用の光信号および光ノイズ信号とを取得する。そのため、静止画用の光信号および光ノイズ信号を取得する際に、露光期間である期間９により近い期間１１〜期間１３において、ライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得することができる。
【００５８】
従って、静止画撮影時に、ライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを複数回取得することができ、さらに、露光期間により近い期間においてもライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを複数回取得することができるため、ライブビュー画像が更新されない期間（ブラックアウト期間）を短くすることができる。
【００５９】
また、本実施形態においても第１実施形態と同様に光ノイズを補正するための光ノイズ補正用データを得ることができ、
【００６０】
なお、本実施形態では、第１フィールド（ｆ−Ａ）と第２フィールド（ｆ−Ｂ）とに分割したフィールド読み出しの例を用いて説明したが、これに限らず、３つ以上のフィールドに分割してフィールド読み出しを行ってもよい。また、本実施形態では、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８からライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号を取得したが、これに限らず、第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８からライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号を取得するようにしてもよい。第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８からライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号を取得する場合においても、静止画像撮影時にライブビュー画像が更新されない期間を短くすることができる。
【００６１】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・レンズ、２・・・撮像部、３・・・画像処理部、３ａ・・・第１画像処理部、３ｂ・・・第２画像処理部、４・・・表示部、５・・・メモリーカード、６・・・駆動制御部、７・・・レンズ制御部、８・・・カメラ制御部、９・・・カメラ操作部、１０・・・撮像装置、２１・・・撮像素子、２２・・・ＡＤ変換部、２３・・・ノイズ除去部、２４・・・画素部、２５・・・列処理回路、２６・・・垂直制御回路、２７・・・水平走査回路、２８・・・画素、２８１，２８２・・・画素内回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、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が、この撮像素子は、近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）からＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、相補型金属酸化膜半導体）へとマーケットシェアーが移行しつつある。
【０００３】
撮像装置に搭載されているＣＭＯＳ等の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電荷を順次読み出すようになっているが、電荷を順次読み出す方式では露光開始時刻および露光終了時刻が画素毎に（あるいはライン毎に）異なることになり、画像に歪みが生じてしまう。そこで、全画素の露光開始時刻を同一にし、かつ全画素の露光終了時刻を同一にすることができるように（つまり、グローバルシャッタによる制御が可能となるように）構成されたＭＯＳ型撮像素子が知られている。このＭＯＳ型撮像素子は、露光量に応じた信号を発生させるフォトダイオード等の光電変換部を備えるとともに、光電変換部において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、さらに、電荷の転送やリセットを行う際にスイッチとして機能するトランジスタ等を備えた構成となっている。
【０００４】
このような撮像素子の画素の構成の一例として、図１０に示すような、１画素内に５つのトランジスタが設けられた構成が知られている。図１０は、従来知られている画素の回路構成を示した回路図である。図示する例では、電荷蓄積部ＦＤを画素内メモリとして利用して、グローバルシャッタによる制御を可能とするものとなっている。この撮像素子をデジタルカメラに用いる場合に、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）を抑圧するために、以下のようなシーケンスにより駆動させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
（１）電荷蓄積部ＦＤをトランジスタＭｒによりリセットし、増幅トランジスタＭａと選択トランジスタＭｓとを介してリセットデータをライン毎に順次走査して読み出し、記憶しておく。
（２）全画素の光電変換部ＰＤを、排出トランジスタＭｆにより一括してリセットし、所定の露光時間が経過した後に、光電変換部ＰＤの画素データを、転送トランジスタＭｔを介して一括して電荷蓄積部ＦＤへ転送する。
（３）電荷蓄積部ＦＤへ転送された画素データを、増幅トランジスタＭａと選択トランジスタＭｓとを介してライン毎に順次走査して読み出し、（１）において記憶しておいたリセットデータを減算する（差分をとる）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、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、光電変換部ＰＤの画素データを一括して電荷蓄積部ＦＤに転送した後、電荷蓄積部ＦＤに転送した画素データをライン毎に順次走査して読み出すまでの間においても、撮像装置に外光が入射する。撮像装置に外光が入射されると、光電変換部ＰＤから電荷蓄積部ＦＤに電荷が漏れ込むことがある。また、撮像装置に外光が入射されると、電荷蓄積部ＦＤに直接入射した光によって電荷が発生することがある。そのため、撮像装置に入射した外光により、光電変換部ＰＤからの電荷漏れ込みと電荷蓄積部ＦＤに直接入射した光により発生する電荷、すなわち外光による光ノイズ電荷が電荷蓄積部ＦＤに蓄積されることがある。
【０００８】
これにより、撮像装置が撮像する画像に、光ノイズ電荷による光ノイズが表れてしまい画質が劣化してしまうという問題がある。特に、走行中の自動車のヘッドライト等のような移動する高輝度被写体を撮像する場合には、高輝度被写体の移動軌跡に光ノイズ電荷が発生し、撮像した画像にも光ノイズとして高輝度被写体の移動軌跡が写ってしまう。
【０００９】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、光ノイズの除去に用いる信号を取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、入射光を光電荷に変換し、該光電荷を蓄積する光電変換部と、電荷を蓄積する第１の蓄積部と、電荷を蓄積する第２の蓄積部と、前記光電変換部が蓄積する前記光電荷を前記第１の蓄積部に転送する第１の転送部と、前記光電変換部が蓄積する前記光電荷を前記第２の蓄積部に転送する第２の転送部と、前記第１の蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットする第１のリセット部と、前記第１の蓄積部に蓄積された前記電荷を増幅して出力する第１の増幅部と、前記第１の増幅部の出力を第１の出力信号線に伝達する第１の接続部と、前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットする第２のリセット部と、前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷を増幅して出力する第２の増幅部と、前記第２の増幅部の出力を第２の出力信号線に伝達する第２の接続部と、を有する画素を複数備え、当該画素が行列状に２次元に配列された画素部と、静止画を撮像する際には、前記画素部が備える全ての前記画素の前記光電変換部を一括露光させ、露光終了のタイミングで、前記画素部が備える全ての前記画素の前記第１の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部のみに一括転送させ、当該第１の蓄積部に蓄積された前記電荷を、前記第１の増幅部と、前記第１の接続部と、前記第１の出力信号線とを介して、光信号として読み出すとともに、前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷を、前記第２の増幅部と、前記第２の接続部と、前記第２の出力信号線とを介して、光ノイズ信号として読み出すように制御する制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置である。
【００１１】
また、本発明の撮像装置において、前記制御部はさらに、前記光電変換部を一括露光させる前に、前記第１のリセット部と前記第２のリセット部とを駆動させた後、前記第１の蓄積部のリセット信号と前記第２の蓄積部のリセット信号とを読み出し、前記光信号と前記第１の蓄積部のリセット信号との差分である静止画用データと、前記光ノイズ信号と前記第２の蓄積部のリセット信号との差分である補正用データとを生成し、前記静止画用データと前記補正用データとの差分である補正済み静止画像データを生成する画像処理部を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の撮像装置において、前記画素は、複数のフィールドのうちいずれかの前記フィールドに属しており、前記制御部は、前記光信号と、前記光ノイズ信号と、前記第１の蓄積部のリセット信号と、前記第２の蓄積部のリセット信号とを、前記フィールドに属している前記画素の前記第１の蓄積部と前記第２の蓄積部から前記フィールド毎に読み出すように制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の撮像装置において、前記制御部は、前記フィールド毎に、前記第１の蓄積部のリセット信号と前記第２の蓄積部のリセット信号とを読み出す前の前記画素の前記光電変換部を露光させ、露光終了のタイミングで、当該画素の前記第１の転送部または前記第２の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部または前記第２の蓄積部のみに転送させ、当該第１の蓄積部または当該第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をライブビュー表示用の光信号として読み出し、さらに、前記フィールド毎に、前記光信号と前記光ノイズ信号とを読み出した後の前記画素の前記光電変換部を露光させ、露光終了のタイミングで、当該画素の前記第１の転送部または前記第２の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部または前記第２の蓄積部のみに転送させ、当該第１の蓄積部または当該第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をライブビュー表示用の光信号として読み出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御部は、静止画を撮像する際には、画素部が備える全ての画素の光電変換部を一括露光させ、露光終了のタイミングで、画素部が備える全ての画素の第１の転送部を駆動させて光電変換部が蓄積した光電荷を第１の蓄積部のみに一括転送させ、当該第１の蓄積部に蓄積された電荷を、第１の増幅部と、第１の接続部と、第１の出力信号線とを介して、光信号として読み出すとともに、第２の蓄積部に蓄積された電荷を、第２の増幅部と、第２の接続部と、第２の出力信号線とを介して、光ノイズ信号として読み出す。
【００１５】
撮像装置に外光が入射されると、第１の蓄積部と第２の蓄積部とに光ノイズ電荷が蓄積される。そのため、第１の蓄積部には、光電変換部が蓄積した光電荷と光ノイズ電荷とが蓄積される。また、第２の蓄積部には、光ノイズ電荷のみが蓄積される。よって、第１の蓄積部に蓄積された電荷に基づく光信号に含まれるノイズ成分を、第２の蓄積部に蓄積された電荷に基づく光ノイズ信号として取得することが可能となる。従って、本発明によれば、光ノイズの除去に用いる信号を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態における撮像装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における撮像部の構成を示した概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における画素の回路構成を示した回路図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における撮像素子のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態における撮像素子のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態における信号線と電荷蓄積部との組み合わせの配置を示した概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における撮像素子のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態において、画素を２つのフィールドに分けた場合のフィールドの例を示した概略図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における撮像素子のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】従来知られている画素の回路構成を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における撮像装置１０の構成を示したブロック図である。撮像装置１０は、デジタルカメラの他、デジタルビデオカメラ、内視鏡などの電子機器に搭載することが可能である。図示する例では、撮像装置１０は、レンズ１と、撮像部２と、画像処理部３と、表示部４と、駆動制御部６と、レンズ制御部７と、カメラ制御部８と、カメラ操作部９とを備えている。図１にはメモリーカード５も示しているが、このメモリーカード５は撮像装置に対して着脱可能に構成されているため、撮像装置１０に固有の構成でなくても構わない。
【００１８】
レンズ１は、被写体の光学像を撮像部２の撮像素子（後述）の撮像面に結像するための撮影レンズである。撮像部２は、レンズ１より結像された被写体の光学像を光電変換してデジタル信号に変換してから画像信号として出力するものである。画像処理部３は、撮像部２から出力される画像信号に種々のデジタル的な画像処理を施すものである。この画像処理部３は、画像信号（画像データ）を記録用に処理する第１画像処理部３ａと、画像信号を表示用に処理する第２画像処理部３ｂとを備えている。表示部４は、画像処理部３の第２画像処理部３ｂにより表示用に画像処理された画像信号に基づき、画像を表示するものである。この表示部４は、静止画像を再生表示することができると共に、被撮像範囲をリアルタイムに表示するライブビュー（ＬＶ）表示を行うことができるようになっている。
【００１９】
メモリーカード５は、第１画像処理部３ａにより記録用に画像処理された画像信号を保存するための記録媒体である。駆動制御部６は、カメラ制御部８からの指令に基づいて、撮像部２の動作を制御するものである。レンズ制御部７は、カメラ制御部８からの指令に基づいてレンズの絞り、焦点位置を制御するものである。カメラ制御部８は、撮像装置１０が備える各部を制御するものである。カメラ操作部９は、撮像装置１０に対する各種の操作入力を行うためのものであり、例えば、撮像装置１０の電源をオンオフするための電源スイッチや、静止画撮影を指示するためのレリーズボタンや、静止画撮影モードを単写モードと連写モードに切り替えるための静止画撮影モードスイッチなどが挙げられる。
【００２０】
次に、撮像部２の構成について説明する。図２は本実施形態における撮像部２の構成を示した概略図である。図示する例では、撮像部２は、ＭＯＳ型の固体撮像素子である撮像素子２１と、ＡＤ変換部２２と、ノイズ除去部２３とを備えている。
【００２１】
撮像素子２１は、画素２８を備える画素部２４と、列処理回路２５と、垂直制御回路２６と、水平走査回路２７とから構成されている。なお、請求項に係る制御部は、例えば、垂直制御回路２６に対応する。
【００２２】
撮像素子２１は、画素２８の電荷の蓄積動作を全画素一括に制御するグローバルシャッタモードで行えるものである。なお、画素２８の電荷の蓄積動作を行毎に制御するローリングシャッタモードを有していても良い。
【００２３】
画素部２４は、複数の画素２８が行方向および列方向に２次元状に配列されている。垂直制御回路２６は、画素部２４の画素２８に対して行単位で画素動作を制御する信号を印加するものであり、垂直走査回路と、リセット制御部と、信号読み出し制御部とを含んでいる。この垂直制御回路２６により選択制御された行の画素２８の画素信号は、列毎に設けられている垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１または垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２（図３参照）へ出力されるようになっている。列処理回路２５は、垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１または垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２に出力された画素信号を列毎に処理するものであり、例えば、増幅動作や撮像素子をローリングシャッタ動作させた時のノイズ除去のためのＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ、相関２重サンプリング）処理を行うものである。水平走査回路２７は、列処理回路２５の出力を水平方向の並びの順で時系列に出力するものである。
【００２４】
ＡＤ変換部２２は、撮像素子２１から出力されるアナログの画素信号をデジタルの画素信号に変換するものである。なお、列処理回路２５がＡＤ変換回路を有している場合、ＡＤ変換回路２２は不要となることは言うまでもない。ノイズ除去部２３は、撮像素子２１がグローバルシャッタにより動作するときに、ＡＤ変換部２２から出力されるデジタルの画素信号に対してノイズ除去の処理を行うものである。
【００２５】
次に、画素２８の構成について説明する。図３は本実施形態における画素２８の回路構成を示した回路図である。光電変換部ＰＤは受光した光に応じた光電荷を生成する。ここでは、光電変換部ＰＤの例としてフォトダイオードを示している。電荷転送部Ｍｔｘ１，Ｍｔｘ２は、光電変換部ＰＤが生成した光電荷を後段の電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２へ転送可能な構成である。
【００２６】
電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２は、光電変換部ＰＤが生成した光電荷を保持可能な構成となっている。増幅部ＳＦ１，ＳＦ２は、電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積された光電荷に基づく信号を増幅して外部へ読み出す。ここでは、増幅部ＳＦ１，ＳＦ２の例として、垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１または垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２に接続されている電流源とから構成されるＭＯＳトランジスタを用いたソースフォロワ回路を示している。リセット部Ｍｒ１，Ｍｒ２は、電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２に基準電圧を供給可能な構成となっている。選択部Ｍｂ１，Ｍｂ２は、各画素を選択して画素ごともしくは画素行ごとに信号を外部へ読み出し可能な構成である。電荷排出部Ｍｆｔは、光電変換部ＰＤの電荷を排出することができる。例えば、電荷排出部ＭｆｔとしてはＭＯＳトランジスタを用いることができる。この場合には、光電変換部ＰＤの一部を構成する信号電荷と同極性の半導体領域をソースとし、電源電圧が供給された半導体領域（オーバーフロードレイン領域、ＯＦＤ領域）をドレインとした構成となっている。
【００２７】
本実施形態の特徴としては、画素２８は、１画素につき１つの光電変換部ＰＤと、１つの電荷排出部Ｍｆｔと、２つの電荷転送部Ｍｔｘ１，Ｍｔｘ２と、２つの電荷蓄積部ＦＤ１，ＦＤ２と、２つの増幅部ＳＦ１，ＳＦ２と、２つの選択部Ｍｂ１，Ｍｂ２と、２つのリセット部Ｍｒ１，Ｍｒ２とを備えている。なお、図３においては、電荷転送部Ｍｔ１と、電荷蓄積部ＦＤ１と、リセット部Ｍｒ１と、増幅部ＳＦ１と、選択部Ｍｂ１とからなる、光電変換部ＰＤの信号を出力する回路を画素内回路２８１としている。また、電荷転送部Ｍｔ２と、電荷蓄積部ＦＤ２と、リセット部Ｍｒ２と、増幅部ＳＦ２と、選択部Ｍｂ２とからなる、光電変換部ＰＤの信号を出力する回路を画素内回路２８２としている。
【００２８】
なお、請求項に係る第１の蓄積部は、例えば、電荷蓄積部ＦＤ１に対応する。また、請求項に係る第２の蓄積部は、例えば、電荷蓄積部ＦＤ２に対応する。また、請求項に係る第１の転送部は、例えば、電荷転送部Ｍｔｘ１に対応する。また、請求項に係る第２の転送部は、例えば、電荷転送部Ｍｔｘ２に対応する。また、請求項に係る第１のリセット部は、例えば、リセット部Ｍｒ１に対応する。また、請求項に係る第２のリセット部は、例えば、リセット部Ｍｒ２に対応する。また、請求項に係る第１の増幅部は、例えば、増幅部ＳＦ１に対応する。また、請求項に係る第２の増幅部は、例えば、増幅部ＳＦ２に対応する。また、請求項に係る第１の接続部は、例えば、選択部Ｍｂ１に対応する。また、請求項に係る第２の接続部は、例えば、選択部Ｍｂ２に対応する。
【００２９】
次に、撮像部２の動作について説明する。撮像部２が備える撮像素子２１は、グローバルシャッタ動作が可能である。以下、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作について説明する。
【００３０】
図４は、リセット信号読み出し期間および光信号読み出し期間に、一行目の画素２８からｎ行目の画素２８まで順にリセット信号および光信号の読み出しを行った場合における、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。本実施形態では、光電変換部ＰＤが出力する光電荷を、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積する。
【００３１】
図示するタイミングチャートの横軸は時間を示している。また、縦方向は、画素部２４に配列された画素２８を１行目からｎ行目（最終行）までを順次選択して、その画素の信号を出力する様子を示している。また、信号線ＴＸ１および信号線ＦＴに印加される信号のタイミングについては、画素部２４の全画素２８の信号線ＴＸ１および信号線ＦＴに同時に印加される信号のタイミングのみを示している。
【００３２】
グローバルシャッタ動作による露光を行う前の、リセット信号読み出し期間（タイミングＰ１〜タイミングＰ２）においては、垂直制御回路２６の制御により、水平走査回路２７は電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号の読み出しを行う。この期間では、先ず、垂直制御回路２６は、画素部２４の第１行目に配列された各画素２８のトランジスタＭｒ１に、信号線ＲＳＴ１からリセットパルスを印加して、第１行目の電荷蓄積部ＦＤ１のリセットを行う。さらに、垂直制御回路２６は、第１行目の各画素２８の選択トランジスタＭｂ１に信号線ＳＥＬ１から選択パルスを印加して、電荷蓄積部ＦＤ１から垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１にリセット信号を出力させる。このリセット信号は、列処理回路２５と、水平走査回路２７と、ＡＤ変換部２２とを介してノイズ除去部２３に読み出されて記憶される。このような動作を画素部２４の第１行目から第ｎ行目（最終行）まで行うことで、リセット信号読み出し期間が終了する。
【００３３】
次に、タイミングＰ２において、垂直制御回路２６は、信号線ＦＴを介して全画素２８の電荷排出部Ｍｆｔを同時にオンすることにより、全画素２８の光電変換部ＰＤを一括リセットし、その後、全画素２８の電荷排出部Ｍｆｔを同時にオフすることにより、光電変換部ＰＤの露光（光電荷の蓄積）を開始する。露光を開始してから所定の露光期間が経過したタイミングＰ３において、垂直制御回路２６は、信号線ＴＸ１を介して全画素２８の電荷転送部Ｍｔｘ１に転送パルスを同時に印加することにより、露光期間中に光電変換部ＰＤに蓄積された光電荷を電荷蓄積部ＦＤ１に一括で転送する。つまり全画素２８の露光が同時に終了する。
【００３４】
その後、光信号読み出し期間（タイミングＰ３〜タイミングＰ４）に入り、垂直制御回路２６は、第１行目の各画素２８の選択トランジスタＭｂ１に信号線ＳＥＬ１から選択パルスを印加して、電荷蓄積部ＦＤ１から垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ１に、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷を光信号として出力させる。この光信号は、列処理回路２５と、水平走査回路２７と、ＡＤ変換部２２とを介してノイズ除去部２３に読み出される。ノイズ除去部２３では、読み出された電荷蓄積部ＦＤ１の光信号と、リセット信号読み出し期間に記憶された電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号との差分処理が行なわれ、ノイズが除去された光信号が静止画用データとして画像処理部３へ出力される。以上の動作を画素部２４の第１行目から第ｎ行目（最終行）までの画素２８に対して行うことで、光信号読み出し期間が終了し、１枚のグローバルシャッタ動作時の静止画用データが画像処理部３へ出力される。
【００３５】
なお、静止画用データを取得する際には、光電変換部ＰＤの光電荷を一括して電荷蓄積部ＦＤ１に転送した後、電荷蓄積部ＦＤ１に転送した光電荷をライン毎に順次走査して光信号として読み出すまでの間においても、撮像装置１０に外光が入射することがある。そのため、電荷蓄積部ＦＤ１において外光による光ノイズ電荷が発生することがある。これにより、電荷蓄積部ＦＤ１には、光電変換部ＰＤから転送された光電荷と、光ノイズ電荷とが蓄積される。従って、静止画用データには、光ノイズ電荷による光ノイズデータが含まれる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、電荷蓄積部ＦＤ１と同等の電荷蓄積部ＦＤ２を設け、電荷蓄積部ＦＤ２において発生した光ノイズ電荷による光ノイズデータを取得する。なお、取得した光ノイズデータを補正用データと呼ぶ。電荷蓄積部ＦＤ１と電荷蓄積部ＦＤ２とは同等であるため、同じ光が入射された場合には同じ光ノイズ電荷が発生する。そこで、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した信号電荷と光ノイズ電荷とに基づいた静止画用データと、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した光ノイズ電荷に基づいた補正用データとの差分データが、光ノイズデータを除去した補正済み静止画像データとなる。
【００３７】
以下、補正用データの取得手順について説明する。本実施形態では、静止画用データを取得する際に、光ノイズを除去するためのデータである補正用データを取得する。図５は、電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号と、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光信号と、電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号と、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した光ノイズ信号との読み出しを行った場合における、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示すタイミングチャートである。本実施形態では、電荷蓄積部ＦＤ２が光ノイズ電荷を蓄積する。
【００３８】
図示するタイミングチャートの横軸は時間を示している。また、縦方向は、画素部２４に配列された画素２８を１行目からｎ行目（最終行）までを順次選択して、その画素の信号を出力する様子を示している。なお、（１）電荷蓄積部ＦＤ１は、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した信号を読み出すタイミングを示している。また、（２）電荷蓄積部ＦＤ２は、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した電荷を読み出すタイミングを示している。また、信号線ＴＸ１および信号線ＦＴに印加される信号のタイミングについては、画素部２４の全画素２８の信号線ＴＸ１および信号線ＦＴに同時に印加される信号のタイミングのみを示している。なお、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した信号を読み出すタイミングは、図４に示したタイミングと同様である。
【００３９】
以下、補正用データの取得タイミングについて説明する。本実施形態では、画素内回路２８２を用いて補正用データを取得する。グローバルシャッタ動作による露光を行う前の、リセット信号読み出し期間（タイミングＰ１〜タイミングＰ２）においては、垂直制御回路２６の制御により、水平走査回路２７は電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号の読み出しを行う。この期間では、先ず、垂直制御回路２６は、画素部２４の第１行目に配列された各画素２８のトランジスタＭｒ２に、信号線ＲＳＴ２からリセットパルスを印加して、第１行目の電荷蓄積部ＦＤ２のリセットを行う。さらに、垂直制御回路２６は、第１行目の各画素２８の選択トランジスタＭｂ２に信号線ＳＥＬ２から選択パルスを印加して、電荷蓄積部ＦＤ２から垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２にリセット信号を出力させる。このリセット信号は、列処理回路２５と、水平走査回路２７と、ＡＤ変換部２２とを介してノイズ除去部２３に読み出されて記憶される。このような動作を画素部２４の第１行目から第ｎ行目（最終行）まで行うことで、リセット信号読み出し期間が終了する。
【００４０】
静止画露光期間（タイミングＰ２〜タイミングＰ３）においては、電荷蓄積部ＦＤ２は、電荷蓄積部ＦＤ２の内部で発生した光ノイズの原因となる光ノイズ電荷を蓄積する。その後、光信号読み出し期間（タイミングＰ３〜タイミングＰ４）においては、垂直制御回路２６は、第１行目の各画素２８の選択トランジスタＭｂ２に信号線ＳＥＬ２から選択パルスを印加して、電荷蓄積部ＦＤ２から垂直信号線ＲｅａｄＢｕｓ２に光ノイズ信号を出力させる。この光ノイズ信号は、列処理回路２５と、水平走査回路２７と、ＡＤ変換部２２とを介してノイズ除去部２３に読み出される。ノイズ除去部２３では、読み出された電荷蓄積部ＦＤ２の光ノイズ信号と、リセット信号読み出し期間に記憶された電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号との差分処理が行なわれ、ノイズが除去された光ノイズ信号が補正用データとして画像処理部３へ出力される。以上の動作を画素部２４の第１行目から第ｎ行目（最終行）までの画素２８に対して行うことで、静止画用データと同時に補正用データが画像処理部３へ出力される。
【００４１】
上述したようにグローバルシャッタ動作を行うことで、画像処理部３には、静止画用データと補正用データとが入力される。画像処理部３の第１画像処理部３ａは、入力された静止画用データと補正用データとの差分データを生成する。これにより、画像処理部３は、光ノイズを除去した補正済み静止画像データを生成することができる。また、第１画像処理部３ａは、生成した補正済み静止画像データをメモリーカード５に記録する。
【００４２】
ここで、電荷蓄積部ＦＤ１と電荷蓄積部ＦＤ２とが蓄積する電荷について詳細に説明する。撮像信号読み出し期間（タイミングＰ３〜タイミングＰ４）において、例えば移動する高輝度被写体などが存在する場合、光電変換部ＰＤからの電荷漏れ込みと、電荷蓄積部ＦＤ１および電荷蓄積部ＦＤ２に直接入射した光により発生する電荷とにより、電荷蓄積部ＦＤ１と電荷蓄積部ＦＤ２に光ノイズ電荷が蓄積される。
【００４３】
電荷蓄積部ＦＤ１には、静止画露光期間終了後のタイミングＰ３において、光電変換部ＰＤが蓄積した光電荷が転送されるため、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積する電荷は、光電変換部ＰＤから転送された光電荷と光ノイズ電荷である。一方、静止画露光期間終了のタイミングＰ３において、信号線ＴＸ２にはパルスを印加していないため、電荷蓄積部ＦＤ２には光電変換部ＰＤから光電荷は転送されない。従って、電荷蓄積部ＦＤ２には、光電変換部ＰＤが蓄積した光電荷は蓄積されず、光ノイズ電荷のみが蓄積される。
【００４４】
これにより、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した電荷に基づいた静止画用データと、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した電荷に基づいた補正用データとの差分データが、光ノイズを除去した補正済み静止画像データとなる。
【００４５】
なお、画素２８内において、信号線ＴＸ１と電荷蓄積部ＦＤ１との組み合わせと、信号線ＴＸ２と電荷蓄積部ＦＤ２との組み合わせとの配置が、例えば図６に示すように、光電変換部ＰＤの同じ辺かつ同じ距離に配置されていることが望ましい。図６は、本実施形態における、信号線ＴＸ１と電荷蓄積部ＦＤ１との組み合わせと、信号線ＴＸ２と電荷蓄積部ＦＤ２との組み合わせとの配置を示した概略図である。図示する例では、光電変換部ＰＤの右側の辺に、信号線ＴＸ１と電荷蓄積部ＦＤ１との組み合わせと、信号線ＴＸ２と電荷蓄積部ＦＤ２との組み合わせとが配置されている。また、光電変換部ＰＤの辺から、信号線ＴＸ１と電荷蓄積部ＦＤ１との組み合わせまでの距離と、信号線ＴＸ２と電荷蓄積部ＦＤ２との組み合わせまでの距離とが同一である。これにより、電荷蓄積部ＦＤ１と電荷蓄積部ＦＤ２とに蓄積される光ノイズ電荷がより同等となり、より精度良く光ノイズを除去することができる信号を取得することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態における撮像装置１０の構成は、第１の実施形態における撮像装置１０の構成と同様である。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、本実施形態では、画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のリセット電荷と、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷と、電荷蓄積部ＦＤ２のリセット電荷と、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した光ノイズ電荷との読み出しをフィールド読み出しで行う点である。また、本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、静止画用データと補正用データとを取得する際に、ライブビューの表示に用いるライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得する点である。
【００４７】
次に、撮像部２の動作について説明する。図７は、リセット信号読み出し期間および光信号読み出し期間に、フィールド毎に各信号の読み出しを行った場合における、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作のタイミングを示すタイミングチャートである。図示する例は、画素２８を２つのフィールドに分けた場合の動作タイミングの例を示している。
【００４８】
図８は、本実施形態において、画素２８を２つのフィールドに分けた場合のフィールドの例を示した概略図である。図示する例では、画素部２４に配列されている画素２８のうち、１行目、３行目、５行目、・・・、（２ｍ−１）行目の画素２８からなる画素群を第１フィールド（ｆ−Ａ）とし、２行目、４行目、６行目、・・・、（２ｍ）行目の画素２８からなる画素群を第２フィールド（ｆ−Ｂ）とした場合を示している（ｍは１以上の整数）。
【００４９】
以下、図７の説明に戻る。図７に示した例は、第１の実施形態の図４に示した例と異なり、リセット信号読み出し期間と光信号読み出し期間において、それぞれ、第１フィールド（ｆ−Ａ）、第２フィールド（ｆ−Ｂ）の順に、各フィールドに含まれる画素２８からリセット信号および光信号の読み出しを行う例を示している。すなわち、第１の実施形態の図４に示した例と図７に示した例とでは、画素２８からリセット信号および光信号を読み出す順番が異なるだけである。このように、グローバルシャッタ動作においては、画素部２４に配列された画素２８からリセット信号および光信号を読み出す順番は、必ずしも１行目から最終行まで順に読み出す必要はない。
【００５０】
次に、撮像装置１０の動作について説明をする。図９は、本実施形態において、静止画撮影中にライブビュー用の画像（動画）を取得する場合における、撮像素子２１のグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示したタイミングチャートである。図示するタイミングチャートにおいては、図７に示した例と同様に、画素２８を第１フィールド（ｆ−Ａ）と第２フィールド（ｆ−Ｂ）との２つのフィールドに分けて、第１フィールド（ｆ−Ａ）、第２フィールド（ｆ−Ｂ）の順に、各フィールドに含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のリセット電荷と、電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷と、電荷蓄積部ＦＤ２のリセット電荷と、電荷蓄積部ＦＤ２が蓄積した光ノイズ電荷との読み出しを行う例を示している。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光電変換部ＰＤが出力する光電荷を電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積し、電荷蓄積部ＦＤ２が光ノイズ電荷を蓄積する。
【００５１】
まず静止画撮影が開始されると、期間１において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のライブビュー用リセット信号を取得するために、ローリングリセットを行う。任意の期間２が経過した後、期間３において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷を読み出すライブビュー用ビデオ信号の取得走査を行う。これにより、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８のライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得することができる。画像処理部３の第２画像処理部３ｂは、ライブビュー用ビデオ信号とライブビュー用リセット信号との差分信号であるライブビュー表示用信号を生成する。そして、第２画像処理部３ｂは、生成したライブビュー表示用信号に基づいたライブビュー画像を表示部４に表示させる。
【００５２】
その後、期間４において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号と電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号とを取得するために、ローリング走査を行う。これにより、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号と電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号とを取得する。期間５〜期間８においては、期間１〜期間４と同様の処理を第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８に対して行う。これにより、期間１〜期間８において、２つのライブビュー表示用信号と、全画素２８に含まれる電荷蓄積部ＦＤ１のリセット信号と電荷蓄積部ＦＤ２のリセット信号とを取得することができる。
【００５３】
期間８の終了後、撮像装置１０は、全ての画素２８の信号線ＦＴに一括してパルスを印加して光電変換部ＰＤのリセットを行う。その後、露光期間である期間９が終了した後、撮像装置１０は、全ての画素２８の信号線ＴＸ１に一括してパルスを印加し、光電変換部ＰＤから電荷蓄積部ＦＤ１に光電荷を転送させる。
【００５４】
その後、期間１０において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１の光信号と電荷蓄積部ＦＤ２の光ノイズ信号とを取得するために、ローリング走査を行う。これにより、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１の光信号と電荷蓄積部ＦＤ２の光ノイズ信号とを取得する。
【００５５】
その後、期間１１において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１のライブビュー用リセット信号を取得するために、ローリングリセットを行う。任意の期間１２が経過した後、期間１３において、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８の電荷蓄積部ＦＤ１が蓄積した光電荷を読み出すライブビュー用ビデオ信号の取得走査を行う。これにより、撮像装置１０は、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８のライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得することができる。画像処理部３の第２画像処理部３ｂは、ライブビュー用ビデオ信号とライブビュー用リセット信号との差分信号であるライブビュー表示用信号を生成する。そして、第２画像処理部３ｂは、生成したライブビュー表示用信号に基づいたライブビュー画像を表示部４に表示させる。期間１４〜期間１７においては、期間１０〜期間１３と同様の処理を第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８に対して行う。これにより、期間１０〜期間１７において、２つのライブビュー表示用信号と、全画素２８に含まれる電荷蓄積部ＦＤ１の光信号と電荷蓄積部ＦＤ２の光ノイズ信号とを取得することができる。
【００５６】
図５に示した例では、静止画露光期間（タイミングＰ２〜タイミングＰ３）の直前および直後のリセット信号読み出し期間（タイミングＰ１〜タイミングＰ２）および光信号読み出し期間（タイミングＰ３〜タイミングＰ４）では、全画素２８の静止画用データおよび補正用データを同時に取得しており、ライブビュー用リセット信号およびライブビュー用ビデオ信号を取得することができないため、ライブビュー画像が更新されない。これに対して、図９に示した例では、期間１〜期間４において、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８から、ライブビュー用リセット信号と、ライブビュー用ビデオ信号と、静止画用のリセット信号とを取得する。また、期間１〜期間４の後の期間である期間５〜期間８において、第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８から、ライブビュー用リセット信号と、ライブビュー用ビデオ信号と、静止画用のリセット信号とを取得する。そのため、静止画用のリセット信号を取得する際に、露光期間である期間９により近い期間５〜期間７において、ライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得することができる。
【００５７】
また、期間１０〜期間１３において、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８から、ライブビュー用リセット信号と、ライブビュー用ビデオ信号と、静止画用の光信号および光ノイズ信号とを取得する。また、期間１０〜期間１３の後の期間である期間１４〜期間１７において、第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８から、ライブビュー用リセット信号と、ライブビュー用ビデオ信号と、静止画用の光信号および光ノイズ信号とを取得する。そのため、静止画用の光信号および光ノイズ信号を取得する際に、露光期間である期間９により近い期間１１〜期間１３において、ライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを取得することができる。
【００５８】
従って、静止画撮影時に、ライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを複数回取得することができ、さらに、露光期間により近い期間においてもライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号とを複数回取得することができるため、ライブビュー画像が更新されない期間（ブラックアウト期間）を短くすることができる。
【００５９】
また、本実施形態においても第１実施形態と同様に光ノイズを補正するための光ノイズ補正用データを得ることができ、
【００６０】
なお、本実施形態では、第１フィールド（ｆ−Ａ）と第２フィールド（ｆ−Ｂ）とに分割したフィールド読み出しの例を用いて説明したが、これに限らず、３つ以上のフィールドに分割してフィールド読み出しを行ってもよい。また、本実施形態では、第１フィールド（ｆ−Ａ）に含まれる画素２８からライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号を取得したが、これに限らず、第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８からライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号を取得するようにしてもよい。第２フィールド（ｆ−Ｂ）に含まれる画素２８からライブビュー用リセット信号とライブビュー用ビデオ信号を取得する場合においても、静止画像撮影時にライブビュー画像が更新されない期間を短くすることができる。
【００６１】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・レンズ、２・・・撮像部、３・・・画像処理部、３ａ・・・第１画像処理部、３ｂ・・・第２画像処理部、４・・・表示部、５・・・メモリーカード、６・・・駆動制御部、７・・・レンズ制御部、８・・・カメラ制御部、９・・・カメラ操作部、１０・・・撮像装置、２１・・・撮像素子、２２・・・ＡＤ変換部、２３・・・ノイズ除去部、２４・・・画素部、２５・・・列処理回路、２６・・・垂直制御回路、２７・・・水平走査回路、２８・・・画素、２８１，２８２・・・画素内回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電荷に変換し、該光電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を蓄積する第１の蓄積部と、
電荷を蓄積する第２の蓄積部と、
前記光電変換部が蓄積する前記光電荷を前記第１の蓄積部に転送する第１の転送部と、
前記光電変換部が蓄積する前記光電荷を前記第２の蓄積部に転送する第２の転送部と、
前記第１の蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットする第１のリセット部と、
前記第１の蓄積部に蓄積された前記電荷を増幅して出力する第１の増幅部と、
前記第１の増幅部の出力を第１の出力信号線に伝達する第１の接続部と、
前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットする第２のリセット部と、
前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷を増幅して出力する第２の増幅部と、
前記第２の増幅部の出力を第２の出力信号線に伝達する第２の接続部と、
を有する画素を複数備え、当該画素が行列状に２次元に配列された画素部と、
静止画を撮像する際には、前記画素部が備える全ての前記画素の前記光電変換部を一括露光させ、露光終了のタイミングで、前記画素部が備える全ての前記画素の前記第１の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部のみに一括転送させ、当該第１の蓄積部に蓄積された前記電荷を、前記第１の増幅部と、前記第１の接続部と、前記第１の出力信号線とを介して、光信号として読み出すとともに、前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷を、前記第２の増幅部と、前記第２の接続部と、前記第２の出力信号線とを介して、光ノイズ信号として読み出すように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御部はさらに、前記光電変換部を一括露光させる前に、前記第１のリセット部と前記第２のリセット部とを駆動させた後、前記第１の蓄積部のリセット信号と前記第２の蓄積部のリセット信号とを読み出し、
前記光信号と前記第１の蓄積部のリセット信号との差分である静止画用データと、前記光ノイズ信号と前記第２の蓄積部のリセット信号との差分である補正用データとを生成し、前記静止画用データと前記補正用データとの差分である補正済み静止画像データを生成する画像処理部
を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画素は、複数のフィールドのうちいずれかの前記フィールドに属しており、
前記制御部は、前記光信号と、前記光ノイズ信号と、前記第１の蓄積部のリセット信号と、前記第２の蓄積部のリセット信号とを、前記フィールドに属している前記画素の前記第１の蓄積部と前記第２の蓄積部から前記フィールド毎に読み出すように制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記フィールド毎に、前記第１の蓄積部のリセット信号と前記第２の蓄積部のリセット信号とを読み出す前の前記画素の前記光電変換部を露光させ、露光終了のタイミングで、当該画素の前記第１の転送部または前記第２の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部または前記第２の蓄積部のみに転送させ、当該第１の蓄積部または当該第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をライブビュー表示用の光信号として読み出し、さらに、前記フィールド毎に、前記光信号と前記光ノイズ信号とを読み出した後の前記画素の前記光電変換部を露光させ、露光終了のタイミングで、当該画素の前記第１の転送部または前記第２の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部または前記第２の蓄積部のみに転送させ、当該第１の蓄積部または当該第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をライブビュー表示用の光信号として読み出す
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項１】
入射光を光電荷に変換し、該光電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を蓄積する第１の蓄積部と、
電荷を蓄積する第２の蓄積部と、
前記光電変換部が蓄積する前記光電荷を前記第１の蓄積部に転送する第１の転送部と、
前記光電変換部が蓄積する前記光電荷を前記第２の蓄積部に転送する第２の転送部と、
前記第１の蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットする第１のリセット部と、
前記第１の蓄積部に蓄積された前記電荷を増幅して出力する第１の増幅部と、
前記第１の増幅部の出力を第１の出力信号線に伝達する第１の接続部と、
前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットする第２のリセット部と、
前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷を増幅して出力する第２の増幅部と、
前記第２の増幅部の出力を第２の出力信号線に伝達する第２の接続部と、
を有する画素を複数備え、当該画素が行列状に２次元に配列された画素部と、
静止画を撮像する際には、前記画素部が備える全ての前記画素の前記光電変換部を一括露光させ、露光終了のタイミングで、前記画素部が備える全ての前記画素の前記第１の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部のみに一括転送させ、当該第１の蓄積部に蓄積された前記電荷を、前記第１の増幅部と、前記第１の接続部と、前記第１の出力信号線とを介して、光信号として読み出すとともに、前記第２の蓄積部に蓄積された前記電荷を、前記第２の増幅部と、前記第２の接続部と、前記第２の出力信号線とを介して、光ノイズ信号として読み出すように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御部はさらに、前記光電変換部を一括露光させる前に、前記第１のリセット部と前記第２のリセット部とを駆動させた後、前記第１の蓄積部のリセット信号と前記第２の蓄積部のリセット信号とを読み出し、
前記光信号と前記第１の蓄積部のリセット信号との差分である静止画用データと、前記光ノイズ信号と前記第２の蓄積部のリセット信号との差分である補正用データとを生成し、前記静止画用データと前記補正用データとの差分である補正済み静止画像データを生成する画像処理部
を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画素は、複数のフィールドのうちいずれかの前記フィールドに属しており、
前記制御部は、前記光信号と、前記光ノイズ信号と、前記第１の蓄積部のリセット信号と、前記第２の蓄積部のリセット信号とを、前記フィールドに属している前記画素の前記第１の蓄積部と前記第２の蓄積部から前記フィールド毎に読み出すように制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記フィールド毎に、前記第１の蓄積部のリセット信号と前記第２の蓄積部のリセット信号とを読み出す前の前記画素の前記光電変換部を露光させ、露光終了のタイミングで、当該画素の前記第１の転送部または前記第２の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部または前記第２の蓄積部のみに転送させ、当該第１の蓄積部または当該第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をライブビュー表示用の光信号として読み出し、さらに、前記フィールド毎に、前記光信号と前記光ノイズ信号とを読み出した後の前記画素の前記光電変換部を露光させ、露光終了のタイミングで、当該画素の前記第１の転送部または前記第２の転送部を駆動させて前記光電変換部が蓄積した前記光電荷を前記第１の蓄積部または前記第２の蓄積部のみに転送させ、当該第１の蓄積部または当該第２の蓄積部に蓄積された前記電荷をライブビュー表示用の光信号として読み出す
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１３４７５６（Ｐ２０１２−１３４７５６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８４８６０（Ｐ２０１０−２８４８６０）
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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