JP2009005015A - 撮像装置、撮像システム、及び撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との時間的相関を向上できる撮像装置、及び撮像システムを提供する。
【解決手段】撮像装置は、光電変換部をそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、前記画素配列におけるいずれかの行の画素を選択して駆動する行選択部と、前記行選択部が１つの行を選択するための１ライン期間において、前記行選択部が選択している行の画素の中から各列の画素の信号を読み出して順次出力する読み出し部とを備え、前記読み出し部は、前記１ライン期間が始まる前から前記１ライン期間の途中までの第１の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第１の読み出し動作と、前記第１の蓄積期間より短くかつ前記１ライン期間より短い第２の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第２の読み出し動作とを、前記１ライン期間において行う
【選択図】図９

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム、及び撮像装置の駆動方法に関する。

光電変換部を含む画素が行方向及び列方向に配列された画素配列を備えた撮像装置では、光電変換部が信号電荷の蓄積動作を行う。

特許文献１に示す撮像装置では、１フィールド期間（１フレーム期間）の前半において、光電変換部が長い期間の蓄積動作を行い、１フィールド期間の後半において、光電変換部が短い期間の蓄積動作を行う。これにより、撮像された１フィールド期間の画像信号において、高輝度の部分に短い期間の蓄積動作の信号を用い、低輝度の部分に長い期間の蓄積動作の信号を用いれば、信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
特開平０７-０９５４８１号公報

特許文献１に示された撮像装置では、各光電変換部が長い期間の蓄積動作を完了するタイミングと、各光電変換部が短い期間の蓄積動作を完了するタイミングとが、少なくとも１／２フィールド期間だけずれる。これにより、撮像された画像信号において、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との時間的相関が低くなる可能性がある。

本発明の目的は、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との時間的相関を向上できる撮像装置、及び撮像システムを提供することにある。

本発明の第１側面に係る撮像装置は、光電変換部をそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、前記画素配列における行を選択する行選択部と、前記行選択部が１つの行を選択してから次の行を選択するまでの１ライン期間において、前記行選択部が選択している行の画素の中から各列の画素の信号を読み出して順次出力する読み出し部とを備え、前記読み出し部は、前記１ライン期間が始まる前から前記１ライン期間の途中までの第１の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第１の読み出し動作と、前記第１の蓄積期間より短くかつ前記１ライン期間より短い第２の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第２の読み出し動作とを、前記１ライン期間において行うことを特徴とする。

本発明の第２側面に係る撮像システムは、本発明の第１側面に係る撮像装置と、前記撮像装置の撮像面へ像を形成する光学系と、前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第３側面に係る撮像装置の駆動方法は、光電変換部をそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、前記画素配列における行を選択する行選択部と、前記行選択部が１つの行を選択してから次の行を選択するまでの１ライン期間において、前記行選択部が選択している行の画素の中から各列の画素の信号を読み出して順次出力する読み出し部とを有する撮像装置の駆動方法であって、前記読み出し部が、前記１ライン期間が始まる前から前記１ライン期間の途中までの第１の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第１の読み出し動作を、前記１ライン期間の一部の期間において行う第１の読み出しステップと、前記読み出し部が、前記第１の蓄積期間より短くかつ前記１ライン期間より短い第２の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第２の読み出し動作を、前記１ライン期間の別の一部の期間において行う第２の読み出しステップとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との時間的相関を向上できる。

本発明の課題を、撮像装置１を用いて説明する。

まず、撮像装置１の構成を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の課題の説明に用いられる撮像装置１の回路構成図である。

撮像装置１は、画素配列ＰＡ、行選択部４０、読み出し部２０、及び出力部３０を備える。

画素配列ＰＡは、複数の画素Ｐ１１，Ｐ２１，・・・，Ｐｍｎ，・・・が行方向及び列方向に配列されている。各画素Ｐ１１，・・・は、光電変換部２、転送部６、電荷電圧変換部７、増幅部４、リセット部５、及び選択部３を含む。光電変換部２は、光を電荷の信号として蓄積する蓄積動作を行う。光電変換部２は、例えば、フォトダイオードである。転送部６は、行選択部４０から供給される信号Ｔｘ１がアクティブな期間に、光電変換部２が蓄積した信号を電荷電圧変換部７へ転送する。このとき、画素Ｐ１１がリセットされる。すなわち、光電変換部２がリセットされる。この転送部６は、例えば、信号Ｔｘ１がそのゲートに供給される転送ＭＯＳトランジスタである。電荷電圧変換部７は、転送された信号としての電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部７は、例えば、フローティングディフュージョン（ＦＤ）である。リセット部５は、行選択部４０から供給される信号Ｒｅｓｅｔ１がアクティブな期間に、電荷電圧変換部７をリセットする。ここで、画素Ｐ１１をリセットするとは、光電変換部２をリセットすることを意味するものとし、電荷電圧変換部７をリセットすることとは異なるものとする。

また、増幅部４は、電荷電圧変換部７から供給された信号としての電圧を増幅して列信号線ＲＬへ出力する。増幅部４は、例えば、電荷電圧変換部７から供給された電圧がそのゲートに入力される増幅ＭＯＳトランジスタであり、列信号線ＲＬを介して接続された定電流源ＣＩとともにソースフォロワとして動作する。選択部３は、行選択部４０から供給される信号Ｓｅｌｅｃｔ１がアクティブな期間に、増幅部４の出力信号を列信号線ＲＬへ伝達する。選択部３は、例えば、信号Ｓｅｌｅｃｔ１がそのゲートに入力される選択ＭＯＳトランジスタである。

行選択部４０は、垂直走査回路４１を含む。垂直走査回路４１は、各画素Ｐ１１，・・・へ信号Ｔｘ１，Ｒｅｓｅｔ１，Ｓｅｌｅｃｔ１などを供給することにより、各画素Ｐ１１，・・・を駆動する。例えば、垂直走査回路４１は、Ｓｅｌｅｃｔ１を選択部３に供給することにより、いずれかの行の画素Ｐ１１，・・・を選択して駆動する。すなわち、行選択部４０は、画素配列ＰＡにおけるいずれかの行の画素を選択して駆動する。

読み出し部２０は、読み出し回路２０ａ，２０ｂ，・・・、及び水平走査回路２５を含む。各読み出し回路２０ａ，・・・は、画素配列ＰＡの各列に対応して列信号線ＲＬごとに設けられている。読み出し部２０は、１ライン期間が始まる前から１ライン期間の途中までの第１の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第１の読み出し動作を、１ライン期間の一部の期間において行う。読み出し部２０は、第１の蓄積期間より短くかつ１ライン期間より短い第２の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第２の読み出し動作を、１ライン期間の別の一部の期間において行う。１ライン期間は、行選択部４０が１つの行を選択してから次の行を選択するまでの期間である。

読み出し回路２０ａは、スイッチ２１ａ、保持部２３ａ、及びスイッチ２２ａを含む。スイッチ２１ａは、供給される信号Ｔｒがアクティブな期間に、列信号線ＲＬにより伝達された増幅部４の出力信号を保持部２３ａへ蓄積させる。保持部２３ａは、蓄積した信号を所定の期間だけ保持する。スイッチ２２ａは、水平走査回路２５から供給される信号ＨＳＲ１がアクティブな期間に、保持部２３ａが保持する信号を容量分割にて水平出力線３１へ出力する。ここで、水平走査回路２５は、各列の信号ＨＳＲ１，ＨＳＲ２，・・・を順次アクティブにすることにより、各列の画素の信号を順次出力する。すなわち、読み出し部２０は、行選択部４０が１つの行を選択してから次の行を選択するまでの１ライン期間（図２のＬＴ１参照）において、行選択部４０が選択している行の画素の中から各列の画素の信号を読み出して順次出力する。なお、他の読み出し回路２０ｂ，・・・も、読み出し回路２０ａと同様である。

出力部３０は、水平出力線３１に接続され、水平出力線３１に出力された信号に基づいてインピーダンス変換等を行って画像信号を生成し、画像信号を後段へ出力する。

次に、撮像装置１の概略動作を、図２及び図３を用いて説明する。図２は、撮像装置１の各画素の動作シーケンスを示す概念図である。図３は、撮像装置１の各画素の動作を示すタイミング波形図である。

図２では、縦軸が、画素配列ＰＡにおける各画素Ｐ１１等の垂直方向における位置をしめしている。横軸が、タイミングを示している。図３では、縦軸が信号名を示し、横軸がタイミングを示している。

図２に示すように、行選択部４０が画素Ｐ１１の行を選択するための１ライン期間ＬＴ１において、期間Ａで選択された行の各列の画素Ｐ１１等の読み出し動作が行われて各列の画素Ｐ１１等がリセットされる。期間Ｂで読み出し部２０により水平走査が行われ、各列の画素Ｐ１１等の信号が順次出力される。以下では、画素Ｐ１１を中心に説明するが、他の画素についても同様である。

具体的には、図３に示すように、１ライン期間ＬＴ１の期間Ａにおいて、行選択部４０から画素Ｐ１１の選択部３にアクティブな信号Ｓｅｌｅｃｔ１が供給される。

このとき、期間Ａの前半において、行選択部４０から画素Ｐ１１のリセット部５にアクティブな信号Ｒｅｓｅｔ１が供給される。これにより、リセット部５は電荷電圧変換部７をリセットし、電荷電圧変換部７の電位はリセット状態の電位になる。信号Ｒｅｓｅｔ１がノンアクティブになった後に、行選択部４０から画素Ｐ１１の転送部６にアクティブな信号Ｔｘ１が供給される。これにより、転送部６は、画素Ｐ１１（光電変換部２）が蓄積した信号を電荷電圧変換部７へ転送し、画素Ｐ１１（光電変換部２）をリセットする。ここで、転送される信号は、画素Ｐ１１（光電変換部２）の長い期間ＳＴ１（図４参照）の蓄積動作で蓄積された信号である。信号Ｔｘ１がノンアクティブになった後に、読み出し部２０のスイッチ２１ａにアクティブな信号Ｔｒが供給される。これにより、読み出し部２０は、画素Ｐ１１（光電変換部２）が蓄積した信号を、増幅部４、選択部３、及び列信号線ＲＬを介して画素Ｐ１１（光電変換部２）から読み出し、保持部２３ａに蓄積する。

そして、１ライン期間ＬＴ１の期間Ｂにおいて、行選択部４０から画素Ｐ１１の選択部３に供給される信号Ｓｅｌｅｃｔ１がノンアクティブになる。

このとき、読み出し部２０の水平走査回路２５から各列のスイッチ２２ａ，・・・へ供給される各列の信号ＨＳＲ１，ＨＳＲ２，・・・は順次にアクティブになる。これにより、保持部２３ａに保持している各列の画素Ｐ１１等の信号は、水平出力線３１へ順次出力される。それとともに、水平出力線３１の電位は、各列の画素Ｐ１１等が出力される度に図２下に示す波形「出力」のように変化する。なお、図２下に示す波形は、各列の画素Ｐ１１等が出力される度の水平出力線３１の電位を概念的に示したものであり、実際には列の数だけのこぎり状の歯が並んだものとなる。

さらに、１ライン期間ＬＴ１の後に、行選択部４０が画素Ｐ２１の行を選択するための１ライン期間ＬＴ２が設けられている。この１ライン期間ＬＴ２でも、１ライン期間ＬＴ１と同様の動作が行われる。

このようにして、撮像装置１では、１行ごとに、画素からの信号の読み出し、画素のリセット、水平走査が行われる。

次に、撮像装置１における各画素の短い期間の蓄積動作と長い期間の蓄積動作とを、図４を用いて説明する。図４は、撮像装置１の各画素の動作シーケンスを示す概念図である点で図２と同様であるが、短い期間の蓄積動作がさらに示されている点で図２と異なる。以下では、画素Ｐ１１を中心に説明するが、他の画素についても同様である。なお、図４に示されるような技術は、ローリング電子シャッターと呼ばれる。

図４に示す期間Ｒにおいて、行選択部４０から画素Ｐ１１のリセット部５にアクティブな信号Ｒｅｓｅｔ１が供給され、行選択部４０から画素Ｐ１１の転送部６にアクティブな信号Ｔｘ１が供給される。これにより、画素Ｐ１１（光電変換部２）がリセットされるとともに、電荷電圧変換部７がリセットされる。そして、信号Ｔｘ１がアクティブからノンアクティブになったタイミングで画素Ｐ１１（光電変換部２）が短い期間ＳＴ２の蓄積動作を開始する。すなわち、蓄積動作の期間ＳＴ２は、信号Ｔｘ１がアクティブからノンアクティブに変わったタイミングで開始する。

１ライン期間ＬＴ１ａの期間Ａにおける動作は、図３に示す１ライン期間ＬＴ１の期間Ａにおける動作と基本的に同様であるが、画素Ｐ１１（光電変換部２）の短い期間ＳＴ２の蓄積動作で蓄積された信号が電荷電圧変換部７へ転送される点で異なる。ここで、蓄積動作の期間ＳＴ２は、信号Ｔｘ１がノンアクティブからアクティブに変わったタイミングで終了する。そして、信号Ｔｘ１がアクティブからノンアクティブになったタイミングで画素Ｐ１１（光電変換部２）が長い期間ＳＴ１の蓄積動作を開始する。すなわち、蓄積動作の期間ＳＴ１は、信号Ｔｘ１がアクティブからノンアクティブに変わったタイミングで開始する。

さらに、１ライン期間ＬＴ１ａから１フレーム期間経過したタイミングで上述の１ライン期間ＬＴ１が開始する。蓄積動作の期間ＳＴ１は、信号Ｔｘ１がノンアクティブからアクティブに変わったタイミングで終了する。

ここで、蓄積動作の期間ＳＴ１の長さは、ほぼ、１フレーム期間の長さに等しい。それに対して、蓄積動作の期間ＳＴ２の長さは、蓄積動作の期間ＳＴ１の長さよりも短い。そこで、図４では、長い期間ＳＴ１の蓄積動作を「長蓄積」、短い期間ＳＴ２の蓄積動作を「短蓄積」と表現している。図４では、水平出力線３１の電位は、各列の画素Ｐ１１等が出力される度に図４下に示す波形「出力」のように変化する。すなわち、短い期間の蓄積動作の信号のレベルが低く、長い期間の蓄積動作の信号のレベルが高いことが、図４に示されている。

図４に示されるように、各光電変換部２が長い期間の蓄積動作を完了するタイミングと、各光電変換部２が短い期間の蓄積動作を完了するタイミングとが、ほぼ１フレーム期間だけずれる。これにより、撮像された画像信号において、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との時間的相関が低くなる可能性がある。したがって、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との合成は、図５（撮像システムの一部を示す構成図）に示すようなフレームメモリ８７ａを用いて画像処理部９７ａ等によりフレームごとに行われる。この結果、撮像装置１が後段の画像処理部９７ａ等へ及ぼす負荷が大きくなる可能性がある。

また、画像処理部９７ａ等によりシステム的に高輝度を検知し、電子シャッター動作を行う手法もある。ストロボ的な画像の防止の為などを考えると、緩慢な動作にならざるを得ない。

さらには、電子シャッター動作の際、行のカラ送り、など不規則な行選択動作を行うと、蓄積時間の不一致などが生じ、画像に歪みなどが生ずる懸念がある。

なお、このような課題は、読み出し部１２０が列アンプ１２６ａをさらに含むような撮像装置１００（図６参照）であっても、同様に生じる。

一方、特許文献１に示された技術を用いても、各光電変換部が長い期間の電荷蓄積動作を完了するタイミングと、短い期間の電荷蓄積動作を完了するタイミングとが、１／２フィールド期間だけずれる。これにより、撮像された画像信号において、長い期間の電荷蓄積動作の信号と短い期間の電荷蓄積動作の信号との時間的相関が低くなる可能性がある。すなわち、特許文献１に示された技術を用いても、上記と同様の課題が生じる。

次に、本発明の第１実施形態に係る撮像装置２００について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置２００の回路構成図である。以下では、本発明の課題の説明に用いられる撮像装置１と異なる部分を中心に説明し、同様の部分に関しては説明を省略する。

撮像装置２００は、行選択部２４０及び読み出し部２２０を備える点で撮像装置１（図１参照）とは異なる。行選択部２４０は、垂直走査回路２４１を含む点で行選択部４０（図１参照）と異なる。読み出し部２２０は、読み出し回路２２０ａ，２２０ｂ，・・・及び垂直走査回路２２５を含む点で読み出し部２０（図１参照）と異なる。読み出し回路２２０ａは、スイッチ２２１ａを含む。

図８に示すように、行選択部２４０が画素Ｐ１１の行を選択するための１ライン期間ＬＴ２０１は、第１の期間Ａ１、第２の期間Ｂ１、第３の期間Ａ２、及び第４の期間Ｂ２を含む点で、１ライン期間ＬＴ１（図２参照）と異なる。ここで、第２の期間Ｂ１は、第１の期間Ａ１に続く期間である。第３の期間Ａ２は、第２の期間Ｂ１に続く期間である。第４の期間Ｂ２は、第３の期間Ａ２に続く期間である。なお、図８は、撮像装置２００の各画素の動作シーケンスを示す概念図である。

１ライン期間ＬＴ２０１の第１の期間Ａ１では、読み出し部２２０が、第１の読み出し動作を行う。第１の読み出し動作は、１ライン期間ＬＴ２０１が始まる前から１ライン期間ＬＴ２０１の途中までの第１の蓄積期間ＳＴ２０１で蓄積された信号を画素Ｐ１１等から読み出す動作である。すなわち、第１の読み出し動作が行われることにより、行選択部２４０が選択している行の画素Ｐ１１等がリセットされて第１の蓄積期間ＳＴ２０１が完了し、第１の読み出し動作が完了することにより、第２の蓄積期間ＳＴ２０２が始まる。

１ライン期間ＬＴ２０１の第２の期間Ｂ１では、読み出し部２２０が、第１の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号を順次出力する。

１ライン期間ＬＴ２０１の第３の期間Ａ２では、読み出し部２２０が、第２の読み出し動作を行う。第２の読み出し動作は、第１の蓄積期間ＳＴ２０１より短くかつ１ライン期間ＬＴ２０１より短い第２の蓄積期間ＳＴ２０２で蓄積された信号を画素から読み出す動作である。この第２の蓄積期間ＳＴ２０２は、第１の期間Ａ１、第２の期間Ｂ１、及び第３の期間Ａ２に含まれる。すなわち、第２の読み出し動作が行われることにより、行選択部２４０が選択している行の画素Ｐ１１等がリセットされて第２の蓄積期間ＳＴ２０２が完了する。

１ライン期間ＬＴ２０１の第４の期間Ｂ２では、読み出し部２２０が、第２の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号を順次出力する。

具体的には、図９に示すように、次の点で撮像装置２００の動作が、撮像装置１の動作（図３参照）と次の点で異なる。なお、図９は、撮像装置２００の各画素の動作を示すタイミング波形図である。

１ライン期間ＬＴ２０１の第１の期間Ａ１における動作は、１ライン期間ＬＴ１の期間Ａにおける動作（図３参照）と基本的に同様であるが、信号Ｔｘ１がアクティブからノンアクティブになるタイミングで短い蓄積期間ＳＴ２０２が始まる点で異なる。なお、信号Ｔｘ１がノンアクティブからアクティブになるタイミングで長い蓄積期間ＳＴ２０１が終了する点は、１ライン期間ＬＴ１の期間Ａにおける動作と同様である。また、第１の蓄積期間（長い蓄積期間）ＳＴ２０１の長さがほぼ１フレーム期間に等しい点は、長い蓄積期間ＳＴ１（図３参照）と同様である。

１ライン期間ＬＴ２０１の第２の期間Ｂ１における動作は、１ライン期間ＬＴ１の期間Ｂにおける動作（図３参照）と基本的に同様であるが、画素Ｐ１１（光電変換部２）が短い期間ＳＴ２０２の蓄積動作を行っている点で異なる。なお、１ライン期間ＬＴ１の期間Ｂでは、画素Ｐ１１（光電変換部２）が長い期間ＳＴ１の蓄積動作も短い期間ＳＴ２の蓄積動作も行っていない（図４参照）。

１ライン期間ＬＴ２０１の第３の期間Ａ２における動作は、１ライン期間ＬＴ１ａの期間Ａにおける動作（図４参照）と基本的に同様であるが、信号Ｔｘ１がアクティブからノンアクティブになるタイミングで長い蓄積期間ＳＴ２０１が始まらない点で異なる。また、第２の蓄積期間（短い蓄積期間）ＳＴ２０２の長さが１フレーム期間より短い点は、短い蓄積期間ＳＴ２（図３参照）と異なる。なお、信号Ｔｘ１がノンアクティブからアクティブになるタイミングで短い蓄積期間ＳＴ２０２が終了する点は、１ライン期間ＬＴ１ａの期間Ａにおける動作と同様である。

１ライン期間ＬＴ２０１の第４の期間Ｂ２における動作は、１ライン期間ＬＴ１ａの期間Ｂにおける動作（図４参照）と基本的に同様であるが、画素Ｐ１１（光電変換部２）が長い期間ＳＴ２０２の蓄積動作を行っていない点で異なる。なお、１ライン期間ＬＴ１ａの期間Ｂでは、画素Ｐ１１（光電変換部２）が長い期間ＳＴ１の蓄積動作を行っている（図４参照）。

以上のように、各光電変換部２が長い期間ＳＴ２０１の蓄積動作を完了するタイミングと、各光電変換部２が短い期間ＳＴ２０２の蓄積動作を完了するタイミングとが、１ライン期間より短い期間（１ライン期間の半分程度）だけずれる。例えば、ＶＧＡサイズ（６４０ｘ４８０）の撮像装置２００の場合、蓄積時間の比率は
ＳＴ２０２／ＳＴ２０１＝１／９６０・・・数式１
となる。そして、第１の蓄積期間ＳＴ２０１が完了するタイミングと第２の蓄積期間ＳＴ２０２が完了するタイミングとの差は
１水平走査期間＝１ライン期間の半分程度・・・数式２
となる。

これにより、撮像された画像信号において、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との時間的相関を向上できる。したがって、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との合成は、図１０（撮像システムの一部を示す構成図）に示すようなラインメモリ８７ｂを用いて画像処理部９７ｂ等によりライン（行）ごとに行われる。この結果、撮像装置２００が後段の画像処理部９７ｂ等へ及ぼす負荷を低減できる。

また、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との時間的相関を向上できるので、高速な撮影が可能となる。

さらに、数式１で示すように、第２の蓄積期間と第１の蓄積期間との比を非常に小さくできるので、信号のダイナミックレンジを容易に拡大することができる。

次に、本発明の撮像装置を適用した撮像システムの一例を図１１に示す。

撮像システム９０は、図１１に示すように、主として、光学系、撮像装置２００及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、撮影レンズ９２及び絞り９３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。

シャッター９１は、光路上において撮影レンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。

撮影レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像装置２００の画素配列ＰＡ（撮像面）へ被写体の像を形成する。

絞り９３は、光路上において撮影レンズ９２と撮像装置２００との間に設けられ、撮影レンズ９２を通過後に撮像装置２００へ導かれる光の量を調節する。

撮像装置２００は、画素配列ＰＡに形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置２００は、その画像信号を画素配列ＰＡから読み出して出力する。

撮像信号処理回路９５は、撮像装置２００に接続されており、撮像装置２００から出力された画像信号を処理する。

Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）をデジタル信号へ変換する。

画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。画像信号処理部９７は、上述の画像処理部９７ｂを含む。

メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。メモリ部８７は、上述のラインメモリ８７ｂを含む。

外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。

タイミング発生部９８は、撮像装置２００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像装置２００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置２００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。

全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。

記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。

以上の構成により、撮像装置２００において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。

次に、第２実施形態に係る撮像装置３００について、図１２を用いて説明する。図１２は、第２実施形態に係る撮像装置３００の回路構成図である。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の点に関しては説明を省略する。

撮像装置３００は、行選択部３４０、読み出し部３２０、及び出力部３３０を備える点で、第１実施形態と異なる。行選択部３４０は、垂直走査回路３４１を含む点で行選択部２４０（図７参照）と異なる。読み出し部３２０は、読み出し回路３２０ａ，３２０ｂ，・・・、及び垂直走査回路２２５を含む点で読み出し部２２０（図７参照）と異なる。読み出し回路３２０ａは、スイッチ３２７ａ、第１保持部３２３ａ、第２保持部３２４ａ、スイッチ３２８ａ、及びＡＮＤゲート３２９ａ１，３２９ａ２を含む。出力部３３０は、第１出力部３３０ａ及び第２出力部３３０ｂを含む点で出力部３０（図７参照）と異なる。

図１３に示すように、行選択部３４０が画素Ｐ１１の行を選択するための１ライン期間ＬＴ３０１は、第１の期間Ａ１、第５の期間Ａ３、及び第６の期間Ｂ３を含む点で、１ライン期間ＬＴ２０１（図８参照）と異なる。ここで、第５の期間Ａ３は、第１の期間Ａ１に続く期間である。第６の期間Ｂ３は、第５の期間Ａ３に続く期間である。なお、図１３は、撮像装置３００の各画素の動作シーケンスを示す概念図である。

１ライン期間ＬＴ３０１の第５の期間Ａ３では、読み出し部３２０が、第２の読み出し動作を行う。第２の読み出し動作は、第１の蓄積期間ＳＴ３０１より短くかつ１ライン期間ＬＴ３０１より短い第２の蓄積期間ＳＴ３０２で蓄積された信号を画素から読み出す動作である。この第２の蓄積期間ＳＴ３０２は、第１の期間Ａ１、及び第５の期間Ａ３に含まれる。すなわち、第２の読み出し動作が行われることにより、行選択部３４０が選択している行の画素Ｐ１１等がリセットされて第２の蓄積期間ＳＴ３０２が完了する。

１ライン期間ＬＴ３０１の第６の期間Ｂ３では、読み出し部３２０が、第１の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号と、第２の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号とを、それぞれ、順次出力する。

具体的には、図１４に示すように、次の点で撮像装置３００の動作が、撮像装置２００の動作（図９参照）と次の点で異なる。図１４は、撮像装置３００の各画素の動作を示すタイミング波形図である。

１ライン期間ＬＴ３０１の第１の期間Ａ１における動作は、１ライン期間ＬＴ２０１の第１の期間Ａ１における動作（図９参照）と基本的に同様であるが、第１の読み出し動作により各列の画素から読み出された信号を第１保持部３２３ａが保持する点で異なる。

１ライン期間ＬＴ３０１の第５の期間Ａ３における動作は、１ライン期間ＬＴ２０１の第３の期間Ａ２における動作（図９参照）と基本的に同様であるが、第２の読み出し動作により各列の画素から読み出された信号を第２保持部３２４ａが保持する点で異なる。また、第２の蓄積期間ＳＴ３０２の長さが１フレーム期間の半分より短い点は、第２の蓄積期間ＳＴ２０２（図３参照）と異なる。

１ライン期間ＬＴ３０１の第６の期間Ｂ３における動作は、１ライン期間ＬＴ２０１の第４の期間Ｂ２における動作（図９参照）と基本的に同様であるが、第１の読み出し動作により各列の画素から読み出された信号を出力する点で異なる。

すなわち、ＡＮＤゲート３２９ａ１は、信号Ｓｔｏｒａｇｅ-ＮｏｒｍａｌとＨＳＲ１との論理積を演算してスイッチ２２ａへ供給する。ＡＮＤゲート３２９ａ２は、信号Ｓｔｏｒａｇｅ-ＳｈｏｒｔとＨＳＲ１との論理積を演算してスイッチ３２８ａへ供給する。これにより、水平走査回路３２５は、各列のスイッチ２２ａ及びスイッチ３２８ａをそれぞれ順次アクティブにする。これにより、第１保持部３２３ａ及び第２保持部３２４ａから読み出された各列の画素の信号は、水平出力線３３１ａ，３３１ｂへそれぞれ順次出力される。そして、第１出力部３３０ａは、第１保持部３２３ａから出力された信号に基づいて第１の画像信号を生成して、その第１の画像信号を出力する。それと並行して、第２出力部３３０ｂは、第２保持部３２４ａから出力された信号に基づいて第２の画像信号を生成して、その第２の画像信号を出力する。

このように、第１の読み出し動作により各列の画素から読み出された信号と、第２の読み出し動作により各列の画素から読み出された信号とを、同時に出力することができる。これにより、各光電変換部２が長い期間ＳＴ２０１の蓄積動作を完了するタイミングと、各光電変換部２が短い期間ＳＴ２０２の蓄積動作を完了するタイミングとのずれを、１ライン期間ＬＴ３０１の半分よりも短くできる。したがって、撮像された画像信号において、長い期間の蓄積動作の信号と短い期間の蓄積動作の信号との時間的相関を容易に向上できる。

また、水平走査回路３２５が読み出し回路３２０ａ等を水平走査する回数を減らせるので、１ライン期間ＬＴ３０１を短く抑えることができる。これにより、高速な撮影が可能となる。

次に、第３実施形態に係る撮像装置４００について、図１５を用いて説明する。図１５は、第３実施形態に係る撮像装置４００の回路構成図である。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の点に関しては説明を省略する。

撮像装置４００は、読み出し部４２０、及び出力部４３０を備える点で、第１実施形態と異なる。読み出し部４２０は、Ａ／Ｄ変換部４２０ａ，４２０ｂ，・・・を含む点で読み出し部２２０（図７参照）と異なる。Ａ／Ｄ変換部４２０ａ等は、例えば、アナログ-デジタル変換器である。出力部４３０は、デジタル信号を処理するための回路である点で出力部３０（図７参照）と異なる。なお、出力部４３０は、アナログ信号を処理するための回路である。

第１の期間Ａ１や第３の期間Ａ２（図９参照）では、Ａ／Ｄ変換部４２０ａが、トリガ信号Ｔｒｉｇｇｅｒに応じて、第１の読み出し動作や第２の読み出し動作を行う。Ａ／Ｄ変換部４２０ａは、各列の画素の信号をそれぞれＡ／Ｄ変換して保持する。

また、第２の期間Ｂ１や第４の期間Ｂ２（図９参照）では、Ａ／Ｄ変換部４２０ａが、第１の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号を、バスライン４３１を介して並行的に出力する。これにより、第２の期間Ｂ１や第４の期間Ｂ２の長さを短縮することができる。

本発明の課題の説明に用いられる撮像装置１の回路構成図。 撮像装置１の各画素の動作シーケンスを示す概念図。 撮像装置１の各画素の動作を示すタイミング波形図。 撮像装置１の各画素の動作シーケンスを示す概念図 撮像システムの一部を示す構成図。 本発明の課題の説明に用いられる撮像装置１の別の回路構成図。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置２００の回路構成図。 撮像装置２００の各画素の動作シーケンスを示す概念図。 撮像装置２００の各画素の動作を示すタイミング波形図。 撮像システムの一部を示す構成図。 本発明の撮像装置を適用した撮像システムの一例を示す図。 本発明の第２実施形態に係る撮像装置２００の回路構成図。 撮像装置３００の各画素の動作シーケンスを示す概念図。 撮像装置３００の各画素の動作を示すタイミング波形図。 本発明の第３実施形態に係る撮像装置２００の回路構成図。

符号の説明

１，１００，２００，３００，４００ 撮像装置
２ 光電変換部
３０，３３０，４３０ 出力部
４０，２４０，３４０ 行選択部
２０，１２０，２２０，３２０，４２０ 読み出し部
９０ 撮像システム
３２３ａ等 第１保持部
３２４ａ等 第２保持部
３３０ａ 第１出力部
３３０ｂ 第２出力部
Ｐ１１等 画素
ＰＡ 画素配列

Claims (11)

1. 光電変換部をそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、
   前記画素配列における行を選択する行選択部と、
   前記行選択部が１つの行を選択してから次の行を選択するまでの１ライン期間において、前記行選択部が選択している行の画素の中から各列の画素の信号を読み出して順次出力する読み出し部と、
   を備え、
   前記読み出し部は、前記１ライン期間が始まる前から前記１ライン期間の途中までの第１の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第１の読み出し動作と、前記第１の蓄積期間より短くかつ前記１ライン期間より短い第２の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第２の読み出し動作とを、前記１ライン期間において行う
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記１ライン期間は、
   前記第１の読み出し動作が行われる第１の期間と、
   前記第１の期間に続く期間であって、前記第１の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号が順次出力される第２の期間と、
   前記第２の期間に続く期間であって、前記第２の読み出し動作が行われる第３の期間と、
   前記第３の期間に続く期間であって、前記第２の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号が順次出力される第４の期間と、
   を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２の蓄積期間は、前記第１の期間、前記第２の期間、及び前記第３の期間に含まれる
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の期間では、前記第１の読み出し動作が行われることにより、前記行選択部が選択している行の画素がリセットされて前記第１の蓄積期間が完了し、前記第１の読み出し動作が完了することにより、前記第２の蓄積期間が始まり、
   前記第３の期間では、前記第２の読み出し動作が行われることにより、前記行選択部が選択している行の画素がリセットされて前記第２の蓄積期間が完了する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
5. 前記１ライン期間は、
   前記第１の読み出し動作が行われる第１の期間と、
   前記第１の期間に続く期間であって、前記第２の読み出し動作が行われる第５の期間と、
   前記第５の期間に続く期間であって、前記第１の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号と、前記第２の読み出し動作により読み出された各列の画素の信号とが、それぞれ、順次出力される第６の期間と、
   を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記第２の蓄積期間は、前記第１の期間及び前記第５の期間に含まれる
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記第１の期間では、前記第１の読み出し動作が行われることにより、前記行選択部が選択している行の画素がリセットされて前記第１の蓄積期間が完了し、前記第１の読み出し動作が完了することにより、前記第２の蓄積期間が始まり、
   前記第５の期間では、前記第２の読み出し動作が行われることにより、前記行選択部が選択している行の画素がリセットされて前記第２の蓄積期間が完了する
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。
8. 前記読み出し部から出力された信号に基づいて画像信号を生成し、前記画像信号を出力する出力部をさらに備え、
   前記読み出し部は、
   前記第１の期間において、前記第１の読み出し動作により各列の画素から読み出された信号を保持する第１保持部と、
   前記第５の期間において、前記第２の読み出し動作により各列の画素から読み出された信号を保持する第２保持部と、
   を含み、
   前記出力部は、
   前記第６の期間において、前記第１保持部から出力された信号に基づいて第１の画像信号を生成して、前記第１の画像信号を出力する第１出力部と、
   前記第６の期間において、前記第２保持部から出力された信号に基づいて第２の画像信号を生成して、前記第２の画像信号を出力する第２出力部と、
   を含む
   ことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記画素配列において列方向に配列された画素と前記読み出し部とをそれぞれ接続する複数の列信号線をさらに備え、
   前記読み出し部は、前記複数の列信号線のそれぞれにより伝達された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を含む
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の撮像面へ像を形成する光学系と、
    前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
    を備えたことを特徴とする撮像システム。
11. 光電変換部をそれぞれ含む複数の画素が行方向及び列方向に配列された画素配列と、前記画素配列における行を選択する行選択部と、前記行選択部が１つの行を選択してから次の行を選択するまでの１ライン期間において、前記行選択部が選択している行の画素の中から各列の画素の信号を読み出して順次出力する読み出し部とを有する撮像装置の駆動方法であって、
    前記読み出し部が、前記１ライン期間が始まる前から前記１ライン期間の途中までの第１の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第１の読み出し動作を、前記１ライン期間の一部の期間において行う第１の読み出しステップと、
    前記読み出し部が、前記第１の蓄積期間より短くかつ前記１ライン期間より短い第２の蓄積期間で蓄積された信号を画素から読み出す第２の読み出し動作を、前記１ライン期間の別の一部の期間において行う第２の読み出しステップと、
    を備えたことを特徴とする撮像装置の駆動方法。

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