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【発明の名称】 固体撮像装置及びその制御方法
【発明者】 【氏名】井上 忠夫

【氏名】山本 克義
【要約】 【課題】グローバルシャッター機能を備えつつ小型且つ低ノイズにする。

【構成】固体撮像装置は、複数の画素からなる画素部４と、複数の画素を制御するライン制御回路６と、画素部４から出力される各画素の信号を読み出す読み出し回路７と、画素部４に光が入射する状態又は画素部４を遮光する状態にする液晶シャッター２と、全画素にて同時に露光を行うＧＳモード又は１ライン毎に露光を行うＬＳモードの何れかへ露光モードを切り替えるＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａを有し、ＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａにより切り替えられた露光モードに応じて、ライン制御回路６、読み出し回路７、及び液晶シャッター２を制御する制御回路１０とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素からなる画素部と、
前記複数の画素を制御する画素制御手段と、
前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、
前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、
全画素にて同時に露光を行う第１の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第２の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段を有し、前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第１の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出すように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第２の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、静止画撮影を行う第１の撮影モード又は動画撮影を行う第２の撮影モードの何れかへ撮影モードを切り替える撮影モード切替手段を更に有し、
前記露光モード切替手段は、前記撮影モード切替手段により前記第１の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第１の露光モードへ切り替え、前記撮影モード切替手段により前記第２の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第２の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記露光モード切替手段は、被写体の明るさに応じて求められた露光時間が所定時間を超える場合には前記第１の露光モードへ切り替え、前記露光時間が前記所定時間以下である場合には前記第２の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記画素部は、画素が光電変換素子、増幅用素子、前記光電変換素子から前記増幅用素子の入力部に光電荷を転送する転送用素子、及び、前記増幅用素子の入力部をリセットするリセット用素子を有する画素部であり、
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により第１の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素において前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記リセット用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第１の信号を読み出し、続いて前記転送用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第２の信号を読み出し、続いて前記第２の信号から前記第１の信号を差し引くという制御を行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記シャッター手段は液晶シャッターである、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
複数の画素からなる画素部と、前記複数の画素を制御する画素制御手段と、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、全画素にて同時に露光を行う第１の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第２の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段とを備える固体撮像装置の制御方法であって、
前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。
【請求項９】
前記露光モード切替手段により前記第１の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置の制御方法。
【請求項１０】
前記露光モード切替手段により前記第２の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行う、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする請求項８又は９記載の固体撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固体撮像装置に用いられるイメージセンサとして、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが知られている。ＣＭＯＳイメージセンサの露光方式には、ローリングシャッター方式（ラインシャッター方式ともいう）とグローバルシャッター方式（同時シャッター方式或いは一括シャッター方式ともいう）がある。ローリングシャッター方式は、リセット、露光、読み出しという一連の撮像シーケンスを、ライン毎に順番に行う方式のものであり、ＣＭＯＳイメージセンサの中で最も一般的な方式である。一方、グローバルシャッター方式は、全画素において、同時にリセットし、同時に露光し、遮光されたノードへ同時に電荷転送する方式であって、全画素での同時露光を可能にした方式である。
【０００３】
ここで、各々の方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサにおける画素回路の構成例を、図９乃至１２を用いて説明する。
図９は、ローリングシャッター方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサの１画素分の画素回路であって３Ｔｒ型画素回路の一例を示す図である。同図に示したように、この３Ｔｒ型画素回路は、光の照射により電荷を発生する光電変換素子であるフォトダイオード（以下「ＰＤ」という）と、信号の読み出し箇所となる（この回路構成では電荷蓄積（光検出）箇所でもある）読み出しノード（以下「ＦＤ」という（ＦＤ：Floating Diffusion））と、ＦＤをリセットするリセット用素子であるリセット用トランジスタ（以下「ＲＳＴ−Ｔｒ」という）と、ゲート端子がＦＤに接続された増幅用素子である増幅用トランジスタ（以下「ＳＦ−Ｔｒ」という（ＳＦ：Source Follower））と、ＣＭＯＳイメージセンサの画素部（不図示）の各カラム出力に共通接続された複数ラインの中から１ラインを選択する選択用素子である選択用トランジスタ（以下「ＳＬＣＴ−Ｔｒ」という）とを備えている。尚、ＲＳＴ−Ｔｒ、ＳＦ−Ｔｒ、及び、ＳＬＣＴ−Ｔｒは、ｎチャンネルのＭＯＳトランジスタである。また、同図において、ＶＤＤは電源電圧、ＳＬＣＴはＳＦ−Ｔｒを制御する信号、ＶＲはリセット電圧、ＲＳＴはＲＳＴ−Ｔｒを制御する信号を示している。
【０００４】
このような回路構成を有する３Ｔｒ型画素回路においては、ＰＤの端子が、ＲＳＴ−Ｔｒのソース端子と同一ノードになっており基板表面（ＣＭＯＳイメージセンサの基板表面）に到達しているので、基板内部にＰＤを埋め込む構造とすることができない。そのため、このような構造におけるＰＤは、基板表面に多数ある結晶欠陥に起因する暗電流ノイズが多いことが大きな問題となる。
【０００５】
また、ＣＭＯＳイメージセンサの読み出し回路（不図示）においては、信号を読み出すときに、露光により発生した電荷がＦＤに有る時と無い時（リセット時）の２回、信号を読み出して前者から後者を差し引くことでノイズをキャンセルするＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路を用いることが多いが、この３Ｔｒ型画素回路で構成されるＣＭＯＳイメージセンサにおいては、ＣＤＳ回路によってＳＦ−Ｔｒの素子バラツキに起因するノイズのキャンセルはできるものの、リセットノイズ（ｋＴＣノイズ）のキャンセルはできずに残るという問題もある。その理由は、比較的長い露光時間の後に、（１）露光により発生した電荷がＦＤに有る時の信号読み出しと（２）リセット時の信号読み出しの２回の読み出しを続けて行うには、（１）→（２）の順になるが、このとき、露光前のリセット時の信号と前記（２）におけるリセット時の信号とのそれぞれに時間的にランダムな(相関のない)ｋＴＣノイズが発生してしまうからである。
【０００６】
また、３Ｔｒ型画素回路においては、トランジスタが３つで済むので、ＰＤの受光面積を大きくすることができるが、後述の図１２に示す５Ｔｒ型画素回路のように電荷保持領域を設けていないために、このままではグローバルシャッター方式を採用することはできない。
【０００７】
図１０は、ローリングシャッター方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサの１画素分の画素回路であって４Ｔｒ型画素回路の一例を示す図である。同図に示したように、この４Ｔｒ型画素回路は、図９に示した３Ｔｒ型画素回路に、転送用素子である転送用トランジスタ（以下「ＴＧ−Ｔｒ」という（ＴＧ：Transfer Gate））を一つ加えた構成である。尚、ＴＧ−Ｔｒは、ＰＤからＦＤへ電荷を転送するトランジスタであり、これもｎチャンネルのＭＯＳトランジスタである。また、同図において、ＴＧはＴＧ−Ｔｒを制御する信号である。この回路構成では、ＰＤとＦＤとの間にＴＧ−Ｔｒが設けられたことで、ＦＤと電荷蓄積（光検出）箇所は異なった位置となっている。
【０００８】
このような回路構成を有する４Ｔｒ型画素回路においては、ＰＤがＴＧ−Ｔｒを介してＦＤに接続されているので、ＴＧ−ＴｒをＯＦＦに制御しておけば、ＰＤのノードは基板表面と電気的に絶縁され、ＰＤを基板内部に埋め込む構造とすることができる。そのため、このような構造におけるＰＤは、基板表面に多数ある結晶欠陥に起因する暗電流ノイズの影響が非常に少ない。
【０００９】
また、この４Ｔｒ型画素回路で構成されるＣＭＯＳイメージセンサにおいては、ＣＤＳ回路によって、ＳＦ−Ｔｒの素子バラツキによるノイズだけでなく、ｋＴＣノイズもキャンセルすることできる。その理由は、この４Ｔｒ型画素回路の構成では、信号読み出しの前に、（１）ＦＤをリセットしてリセット時の信号を読み出し、続けて、（２）ＴＧ−ＴｒをＯＮに制御して露光により生じた電荷をＦＤへ転送し転送後の信号を読み出すという、（１）→（２）の順となり、１回のリセットで、リセット時の信号読み出しと電荷転送後の信号読み出しとが行われるからである。
【００１０】
また、４Ｔｒ型画素回路においては、トランジスタが４つで済むので、ＰＤの受光面積をやや大きくすることができるが、これも、後述の図１２に示す５Ｔｒ型画素回路のように電荷保持領域を設けていないために、このままではグローバルシャッター方式を採用することはできない。
【００１１】
図１１は、ローリングシャッター方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサの２画素分の画素回路であって４Ｔｒ−Ｔｒ共用型画素回路の一例を示す図である。同図に示したように、この４Ｔｒ−Ｔｒ共用型画素回路は、図１０に示した４Ｔｒ型画素回路に、ＰＤとＴＧ−Ｔｒを一つづつ加えた構成である。この回路構成では、ＴＧ１−ＴｒはＰＤ１からＦＤへ電荷を転送するトランジスタであり、ＴＧ２−ＴｒはＰＤ２からＦＤへ電荷を転送するトランジスタである。尚、ＴＧ１−ＴｒとＴＧ２−Ｔｒは、いずれもｎチャンネルのＭＯＳトランジスタである。また、同図において、ＴＧ１はＴＧ１−Ｔｒを制御する信号であり、ＴＧ２はＴＧ２−Ｔｒを制御する信号である。
【００１２】
このような回路構成を有する４Ｔｒ−Ｔｒ共用型画素回路においては、２つの画素において、ＲＳＴ−Ｔｒ、ＳＦ−Ｔｒ、及び、ＳＬＣＴ−Ｔｒを共用できるので、例えば前述の図１０に示した４Ｔｒ型画素回路に対して、画素サイズが同じ場合には、ＰＤの受光面積を大きくすることができることから飽和電荷数、感度を大きくすることができ、Ｓ／Ｎを向上させることができる。また、ＰＤの受光面積が同じ場合には、画素サイズを縮小することができることから小型化と低コスト化を実現することができる。
【００１３】
また、４Ｔｒ−Ｔｒ共用型画素回路においては、図１０に示した４Ｔｒ型画素回路と同様に、ＰＤ１及びＰＤ２を基板内部に埋め込む構造とすることができるので、基板表面に多数ある結晶欠陥に起因する暗電流ノイズの影響が非常に少ない。
【００１４】
また、４Ｔｒ−Ｔｒ共用型画素回路においても、後述の図１２に示す５Ｔｒ型画素回路のように電荷保持領域を設けていないために、このままではグローバルシャッター方式を採用することはできない。
【００１５】
このように図９乃至１１を用いて説明したローリングシャッター方式のＣＭＯＳイメージセンサ、或いは、ローリングシャッター方式を採用したその他のイメージセンサにおいては、その露光方式からもわかるとおり、画像の上下方向において露光タイミングが異なるため、動いている被写体を撮影すると、撮影された被写体が不自然にゆがむという問題がある。
【００１６】
図１２は、グローバルシャッター方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサの１画素分の画素回路であって５Ｔｒ型画素回路の一例を示す図である。同図に示したように、この５Ｔｒ型画素回路は、図１０に示した４Ｔｒ型画素回路に、ＴＧ−Ｔｒを一つ加えた構成である。この回路構成においては、ＴＧ１−ＴｒはＰＤから電荷保持領域（以下「ＦＤ１」という）へ電荷を転送し、ＴＧ２−ＴｒはＦＤ１から読み出しノード（以下「ＦＤ２」という）へ電荷を転送する。尚、ＴＧ１−ＴｒとＴＧ２−Ｔｒは、いずれもｎチャンネルのＭＯＳトランジスタである。また、同図において、ＴＧ１はＴＧ１−Ｔｒを制御する信号であり、ＴＧ２はＴＧ２−Ｔｒを制御する信号である。
【００１７】
このような５Ｔｒ型画素回路で構成されるＣＭＯＳイメージセンサにおいては、全画素回路において、ＰＤからＦＤ１へ同時に電荷転送されるので、全画素で露光タイミングが一致し、動いている被写体を撮影しても、撮影された被写体がゆがむことはない。
【００１８】
また、５Ｔｒ型画素回路においては、ＰＤがＴＧ１−ＴｒとＴＧ２−Ｔｒを介してＦＤに接続されているので、ＴＧ１−Ｔｒ及びＴＧ２−ＴｒをＯＦＦに制御しておけば、ＰＤのノードは基板表面と電気的に絶縁され、ＰＤを基板内部に埋め込む構造とすることができる。そのため、このような構造におけるＰＤは、基板表面に多数ある結晶欠陥に起因する暗電流ノイズの影響が非常に少ない。
【００１９】
また、５Ｔｒ型画素回路においては、トランジスタが５つ必要になるので、ＰＤの受光面積をあまり大きくすることができないが、電荷保持領域であるＦＤ１を設けているので、ローリングシャッター方式及びグローバルシャッター方式のいずれも採用することができる。
【特許文献１】特開平７−７８９５４号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２５４６号公報
【特許文献３】特開２００４−１４８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述したように、３Ｔｒ型、４Ｔｒ型、４Ｔｒ−Ｔｒ共用型の各画素回路で構成されたＣＭＯＳイメージセンサにおいては、そのままではグローバルシャッター方式を採用できないので、グローバルシャッター機能（全画素同時露光可能な機能）を備えた低ノイズ撮像素子を実現できない。
【００２１】
また、３Ｔｒ型、４Ｔｒ型、４Ｔｒ−Ｔｒ共用型の各画素回路で構成されるＣＭＯＳイメージセンサにメカニカルシャッターを付加してグローバルシャッター機能を実現することも考えられるが、そうすると、コスト増、サイズが大きくなるという問題がある。
【００２２】
また、５Ｔｒ型画素回路で構成されるＣＭＯＳイメージセンサにおいては、グローバルシャッター方式を採用できるのでグローバルシャッター機能の実現は可能であるものの、画素サイズを小さくできないので、小型化、低コスト化できないという問題がある。
【００２３】
本発明は、上記実情に鑑み、グローバルシャッター機能を備えた小型且つ低ノイズの個体撮像装置及びその制御方法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】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る固体撮像装置は、複数の画素からなる画素部と、前記複数の画素を制御する画素制御手段と、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、全画素にて同時に露光を行う第１の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第２の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段を有し、前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する制御手段とを備える。
【００２５】
この装置によれば、露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じてシャッター手段等の各手段を制御することにより、グローバルシャッター方式のような全画素を同時に露光する方式、又は、ローリングシャッター方式のような所定単位分の画素毎に露光を行う方式の何れかにより露光を行うことができる。
【００２６】
本発明の第２の態様に係る固体撮像装置は、上記第１の態様において、前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第１の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出すように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する。
【００２７】
この装置によれば、露光モード切替手段により切り替えられた第１の露光モードに応じてシャッター手段等の各手段を制御することにより、グローバルシャッター方式のような全画素同時露光を行うことができる。
【００２８】
本発明の第３の態様に係る固体撮像装置は、上記第１又は２の態様において、前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第２の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する。
【００２９】
この装置によれば、露光モード切替手段により切り替えられた第２の露光モードに応じてシャッター手段等の各手段を制御することにより、ローリングシャッター方式のような所定単位分の画素毎に露光を行うことができる。
【００３０】
本発明の第４の態様に係る固体撮像装置は、上記第１乃至３の何れか一つの態様において、前記 前記制御手段は、静止画撮影を行う第１の撮影モード又は動画撮影を行う第２の撮影モードの何れかへ撮影モードを切り替える撮影モード切替手段を更に有し、前記露光モード切替手段は、前記撮影モード切替手段により前記第１の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第１の露光モードへ切り替え、前記撮影モード切替手段により前記第２の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第２の露光モードへ切り替える。
【００３１】
この装置によれば、露光モード切替手段による露光モードの切り替えを、撮影モード切替手段により切り替えられた撮影モードに応じて行わせることができる。
本発明の第５の態様に係る固体撮像装置は、上記第１乃至３の何れか一つの態様において、前記露光モード切替手段は、被写体の明るさに応じて求められた露光時間が所定時間を超える場合には前記第１の露光モードへ切り替え、前記露光時間が前記所定時間以下である場合には前記第２の露光モードへ切り替える。
【００３２】
この装置によれば、露光モード切替手段による露光モードの切り替えを、被写体の明るさに応じて求められた露光時間に応じて行わせることができる。
本発明の第６の態様に係る固体撮像装置は、上記第２の態様において、前記画素部は、画素が光電変換素子、増幅用素子、前記光電変換素子から前記増幅用素子の入力部に光電荷を転送する転送用素子、及び、前記増幅用素子の入力部をリセットするリセット用素子を有する画素部であり、前記制御手段は、前記露光モード切替手段により第１の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素において前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記リセット用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第１の信号を読み出し、続いて前記転送用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第２の信号を読み出し、続いて前記第２の信号から前記第１の信号を差し引くという制御を行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、ことを特徴とする。
【００３３】
この装置によれば、各画素が４Ｔｒ型画素回路からなる画素部を備えた固体撮像装置において、露光モード切替手段により切り替えられた第１の露光モードに応じてシャッター手段等の各手段を制御することにより、グローバルシャッター方式のような全画素同時露光を行うことができる。また、各画素が４Ｔｒ型画素回路であることから、小型且つ低ノイズの固体撮像素子を実現することもできる。
【００３４】
本発明の第７の態様に係る固体撮像装置は、上記第１乃至６の何れか一つの態様において、前記シャッター手段は液晶シャッターである、ことを特徴とする。
この装置によれば、固体撮像装置を、より低コスト且つ小型に構成することができる。
【００３５】
尚、上記の各態様に係る固体撮像装置は、固体撮像装置の制御方法として構成することもできる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、グローバルシャッター機能を備えた小型且つ低ノイズの固体撮像装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本発明の実施例１に係る固体撮像装置が備える、撮像素子チップと液晶シャッターの実装構造を示す図である。
同図に示したように、本実施例に係る固体撮像装置においては、撮像素子チップ１上に液晶シャッター２が導電性接着剤３により接着されて実装されている。尚、本実施例では、導電性接着剤３により接着しているが、液晶シャッター２に影響が無い程度の低温で処理可能な半田バンプによる接合によって撮像素子チップ１上に液晶シャッター２を実装することも可能である。
【００３９】
撮像素子チップ１は、Ｓｉ基板のＬＳＩであって、４Ｔｒ型画素回路で構成されたＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳの固体撮像素子）、読み出し回路、及び、液晶シャッター２等を制御する制御回路などを搭載している。
【００４０】
液晶シャッター２は、透過型の液晶シャッターであって、撮像素子チップ１が搭載する制御回路の制御の下に透明／不透明に制御され、ＣＭＯＳイメージセンサの画素部に光（映像光）が入射する状態、又は、その画素部を遮光する状態にするシャッター手段である。
【００４１】
図２は、液晶シャッター２が実装された撮像素子チップ１の回路構成を示す図である。
同図において、画素部４は、Ｎ行×Ｍ列の複数の画素で構成されており、各画素の画素回路は、枠５に示すように、４Ｔｒ型画素回路で構成されている。尚、枠５に示した画素回路は、図１０に示した画素回路と同じである。ライン制御回路（画素制御手段の一例）６は、画素部４の各画素回路をライン毎に制御する。読み出し回路（読出手段の一例）７は、画素部４の各カラムから出力される各画素の信号を読み出す。また、読み出し回路７はＣＤＳ回路を含み、露光により生じた電荷がＦＤに有る時に読み出した信号から、リセット時に読み出した信号を差し引いた差信号を出力する。ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）８は、読み出し回路７の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。駆動回路９は、液晶シャッター２を駆動する。
【００４２】
制御回路（制御手段の一例）１０は、シャッターモードをグローバルシャッターモード（以下「ＧＳモード」という）又はローリングシャッターモード（以下「ＬＳモード」という）へ切り替えるＧＳ／ＬＳ切り替え部（露光モード切替手段の一例）１０ａを有し、ＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ｂにより切り替えられたシャッターモードに応じて、ライン制御回路６、読み出し回路７、ＡＤＣ８、及び、駆動回路９の各回路を制御する。
【００４３】
尚、詳しくは後述するが、シャッターモードがＧＳモードであるときには、画素部４の全画素において同時露光が行われるようになり、シャッターモードがＬＳモードであるときには、画素部４のライン毎に露光が行われるようになる。
【００４４】
また、制御回路１０は、不図示ではあるが、当該固体撮像装置が備えるＡＥ（Automatic Exposure）機能により求められた露光時間に応じて露光時間を制御する露光時間制御部等も有している。尚、ＡＥ機能により求められる露光時間は、被写体の明るさに応じて求められるものである。
【００４５】
次に、図２に示した回路構成の動作として、ＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａにより切り替えられたシャッターモードが、ＧＳモードである場合とＬＳモードである場合の動作について詳細に説明する。
【００４６】
まず、切り替えられたシャッターモードがＧＳモードである場合の動作について説明する。この場合には、切り替えられたＧＳモードに応じて、ライン制御回路６、読み出し回路７、ＡＤＣ８、駆動回路９の各回路が制御される。
【００４７】
図３は、シャッターモードがＧＳモードである場合の動作を示すタイミングチャートである。
同図において、「シャッター制御信号」は、液晶シャッター２を制御するために制御回路１０から駆動回路９へ出力される信号である。尚、駆動回路９は、このシャッター制御信号に応じて液晶シャッター２を透明／不透明にするように駆動する。
【００４８】
また、「１行目制御信号」、「２行目制御信号」、…、「ｊ行目制御信号」、…、「Ｎ行目制御信号」の各制御信号は、制御回路１０の制御の下に、ライン制御回路６から画素部４の各ラインの画素の画素回路へ出力される信号である。これらの各制御信号は、画素回路における（図２の枠５参照）、ＲＳＴ−Ｔｒを制御する信号である「リセット信号」（ＲＳＴ）、ＴＧ−Ｔｒを制御する信号である「転送信号」（ＴＧ）、及び、ＳＬＣＴ−Ｔｒを制御する信号である「選択信号」（ＳＬＣＴ）からなる。
【００４９】
また、「読み出し回路ＣＤＳ回路動作」は、ＣＤＳ回路を含む読み出し回路７の動作を示す。また、「ＡＤＣ回路動作」は、ＡＤＣ８の動作を示す。
同図のタイミングチャートに示したように、シャッターモードがＧＳモードである場合の動作では、まず、（Ｓ１）シャッター制御信号により、液晶シャッター２を不透明にして、画素部４を遮光する。
【００５０】
続いて、（Ｓ２）ライン制御回路６からの制御信号により、画素部４の１行目からライン毎に順番に、各ラインの各画素の画素回路において、次の（Ｓ２ａ）の動作を行う。
（Ｓ２ａ）リセット信号と転送信号を同時にＯＮ、ＯＦＦしてＲＳＴ−ＴｒとＴＧ−Ｔｒとを同時にＯＮさせ、ＰＤをリセットする（先行リセット）。
【００５１】
続いて、（Ｓ３）シャッター制御信号により、液晶シャッター２を透明にする。これにより、画素部４の全画素に同時に光（映像光）が入射し、全画素同時露光が行われる（１フレーム分の露光）。このとき、画素部４の各画素回路のＰＤでは、光の照射により電荷が発生する。
【００５２】
尚、この（Ｓ３）における液晶シャッター２を透明にしている時間、すなわち露光時間は、当該固体撮像装置が備えるＡＥ機能により求められた露光時間に応じて決定される。
続いて、（Ｓ４）シャッター制御信号により、液晶シャッター２を再び不透明にして、画素部４を遮光する。
【００５３】
続いて、（Ｓ５）ライン制御回路６からの制御信号により、画素部４の１行目からライン毎に順番に、各ラインの各画素の画素回路において、次の（Ｓ５ａ）〜（Ｓ５ｄ）の動作を順に行うと共に、（Ｓ５ｂ）では読み出し回路７も動作させ、（Ｓ５ｄ）では読み出し回路７及びＡＤＣ８も動作させる（１フレーム分の出力動作）。
【００５４】
（Ｓ５ａ）リセット信号をＯＮ、ＯＦＦしてＲＳＴ−ＴｒをＯＮさせ、ＦＤをリセットする（読み出しリセット）。
（Ｓ５ｂ）選択信号をＯＮ、ＯＦＦしてＳＬＣＴ−ＴｒをＯＮさせ、ＳＦ−Ｔｒからリセット時の信号を出力させる（リセットレベル読み出し）。ここで出力されたリセット時の信号は、読み出し回路７により読み出される（リセットレベルサンプリング）。
【００５５】
（Ｓ５ｃ）転送信号をＯＮ、ＯＦＦしてＴＧ−ＴｒをＯＮさせ、ＰＤに蓄積された電荷をＦＤへ転送する（信号電荷転送）。
（Ｓ５ｄ）選択信号をＯＮ、ＯＦＦしてＳＬＣＴ−ＴｒをＯＮさせ、ＳＦ−Ｔｒから、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤへ転送された時の信号を出力させる。ここで出力された信号は、読み出し回路７により読み出され（信号読み出し）、読み出し回路７のＣＤＳ回路により、各カラム毎に、上記（Ｓ５ｂ）で読み出されたリセット時の信号が差し引かれ、その差信号が出力される。これにより、リセット時の信号レベルが毎回微妙に異なるリセットノイズ（ｋＴＣノイズ）、及び、カラム毎のＳＦ−Ｔｒの素子バラツキによるノイズを同時にキャンセルすることができる。そして、読み出し回路（ＣＤＳ回路）７から出力された差信号は、ＡＤＣ８によりデジタル信号に変換されて出力される。
【００５６】
尚、このＧＳモードの動作が動画撮影において行われていた場合には、上記（Ｓ５ｄ）の動作において、ＳＬＣＴ−ＴｒをＯＮさせた後に、更に、図３のタイミングチャートに示したように、上記（Ｓ２ａ）と同様に、ＲＳＴ−ＴｒとＴＧ−Ｔｒとを同時にＯＮさせてＰＤをリセットする（先行リセット）。以降は、同様にして、１フレーム分の露光及び出力が繰り返し行われる。一方、このＧＳモードの動作が静止画撮影において行われていた場合には、上記（Ｓ５）の動作が完了した時点でＧＳモードの動作は終了する。
【００５７】
次に、切り替えられたシャッターモードがＬＳモードである場合の動作について説明する。この場合には、切り替えられたＬＳモードに応じて、ライン制御回路６、読み出し回路７、ＡＤＣ８、駆動回路９の各回路が制御される。
【００５８】
図４は、シャッターモードがＬＳモードである場合の動作を示すタイミングチャートである。
同図のタイミングチャートに示したように、シャッターモードがＬＳモードである場合の動作では、まず、（Ｓ１１）シャッター制御信号により、液晶シャッター２を透明にして、画素部４の全画素に光（映像光）が入射するようにする。
【００５９】
続いて、（Ｓ１２）ライン制御回路６からの制御信号により、画素部４の１行目からライン毎に順番に、各ラインの各画素の画素回路において、次の（Ｓ１２ａ）の動作を行う（１フレーム分の先行リセットと露光開始）。
【００６０】
（Ｓ１２ａ）リセット信号と転送信号を同時にＯＮ、ＯＦＦしてＲＳＴ−ＴｒとＴＧ−Ｔｒとを同時にＯＮさせ、ＰＤをリセットし（先行リセット）、当該ラインの画素における露光を開始する。
【００６１】
続いて、（Ｓ１３）ライン制御回路６からの制御信号により、画素部４の１行目からライン毎に順番に、各ラインの各画素の画素回路において、次の（Ｓ１３ａ）〜（Ｓ１３ｄ）の動作を順に行うと共に、（Ｓ１３ｂ）では読み出し回路７も動作させ、（Ｓ１３ｄ）では読み出し回路７及びＡＤＣ８も動作させる（１フレーム分の出力動作）。
【００６２】
（Ｓ１３ａ）リセット信号をＯＮ、ＯＦＦしてＲＳＴ−ＴｒをＯＮさせ、ＦＤをリセットする（読み出しリセット）。
（Ｓ１３ｂ）選択信号をＯＮ、ＯＦＦしてＳＬＣＴ−ＴｒをＯＮさせ、ＳＦ−Ｔｒからリセット時の信号を出力させる（リセットレベル読み出し）。ここで出力されたリセット時の信号は、読み出し回路７により読み出される（リセットレベルサンプリング）。
【００６３】
（Ｓ１３ｃ）転送信号をＯＮ、ＯＦＦしてＴＧ−ＴｒをＯＮさせ、ＰＤに蓄積された電荷をＦＤへ転送する（信号電荷転送）。
尚、画素部４の同一ライン上の各画素回路において、上記（Ｓ１２ａ）の先行リセット終了時から、上記（Ｓ１３ｃ）のＴＧ−ＴｒがＯＮするまでの時間が露光時間となるが、この露光時間は、当該固体撮像装置が備えるＡＥ（Automatic Exposure）機能により求められた露光時間に応じて決定される。
【００６４】
（Ｓ１３ｄ）選択信号をＯＮ、ＯＦＦしてＳＬＣＴ−ＴｒをＯＮさせ、ＳＦ−Ｔｒから、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤへ転送された時の信号を出力させる。ここで出力された信号は、読み出し回路７により読み出され（信号読み出し）、読み出し回路７のＣＤＳ回路により、各カラム毎に、上記（Ｓ１３ｂ）で読み出されたリセット時の信号が差し引かれ、その差信号が出力される。これにより、上記のＧＳモード時の動作と同様に、リセット時の信号レベルが毎回微妙に異なるリセットノイズ（ｋＴＣノイズ）、及び、カラム毎のＳＦ−Ｔｒの素子バラツキによるノイズを同時にキャンセルすることができる。そして、読み出し回路（ＣＤＳ回路）７から出力された差信号は、ＡＤＣ８によりデジタル信号に変換されて出力される。
【００６５】
尚、このＬＳモードの動作が動画撮影において行われていた場合には、上記（Ｓ１３ｄ）の動作において、ＳＬＣＴ−ＴｒをＯＮさせた後に、更に、図４のタイミングチャートに示したように、上記（Ｓ１２ａ）と同様に、ＲＳＴ−ＴｒとＴＧ−Ｔｒとを同時にＯＮさせてＰＤをリセットし（先行リセット）、当該ラインの画素における露光を開始する（次の１フレーム分の先行リセットと露光開始）。以降は、同様にして、１フレーム分の出力と次の１フレーム分の先行リセット及び露光開始が繰り返し行われる。一方、このＬＳモードの動作が静止画撮影において行われていた場合には、上記（Ｓ１３）の動作が完了した時点でＬＳモードの動作は終了する。
【００６６】
以上、本実施例に係る固体撮像装置によれば、ＧＳ撮像素子チップ１上に実装された液晶シャッター２によって、画素部４の全画素同時露光を可能にするＧＳ機能を実現し、シャッターモードの切り替えにより、ＧＳモードによる全画素同時露光を行うか、又は、ＬＳモードによるライン毎の露光を行うかを切り替えることができる。これにより、例えばユーザの指示に応じてシャッターモードを切り替えることが可能になり、その場合、ユーザは、好みに応じてシャッターモードを選択することができる。
【００６７】
また、本実施例に係る固体撮像装置では、各画素の画素回路として４Ｔｒ型画素回路を用いているので、ＰＤを基板内部（撮像素子チップ１内部）に埋め込む構造とすることができ、基板表面に多数ある結晶欠陥に起因する暗電流ノイズの影響を少なくすることができる。また、ＣＤＳ回路によりｋＴＣノイズをキャンセルすることもできる。よって、ノイズの少ない高いＳ／Ｎの固体撮像素子を実現できる。
【００６８】
尚、本実施例に係る固体撮像装置では、画素回路として４Ｔｒ型画素回路を用いたが、３Ｔｒ型又は４Ｔｒ−Ｔｒ共用型の画素回路を用いることも可能である。例えば、３Ｔｒ型の画素回路を用いた場合には、１フレームについて、液晶シャッター２を不透明にしてリセットを行い、次に透明にして露光を行い、次に不透明にして読み出すということを行うことで、全画素同時露光が可能になる。
【００６９】
また、本実施例に係る固体撮像装置において、シャッターモードがＧＳモードである場合の動作を図３に示したタイミングチャートを用いて説明したが、このタイミングチャートにおいて最初に行われる上記（Ｓ２）の動作では、画素部４の１行目からライン毎に順番に、各ラインの各画素の画素回路において上記（Ｓ２ａ）の動作を行うものであったが、これを、図５に示すタイミングチャートのように、画素部４の全ライン同時に、各ラインの各画素の画素回路において上記の（Ｓ２ａ）の動作を行うように構成することもできる。これにより、最初に行われる、画素部４の全画素の画素回路に対する先行リセットを短時間で行うことができ、フレームレートをより高めることが可能になる。
【実施例２】
【００７０】
本発明の実施例２に係る固体撮像装置は、撮影モードに応じてシャッターモードを切り替えるようにした態様である。
本実施例に係る固体撮像装置において、当該装置が備える、撮像素子チップと液晶シャッターの実装構造については実施例１と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００７１】
図６は、本実施例に係る固体撮像装置において、液晶シャッターが実装された撮像素子チップの回路構成を示す図である。尚、同図において、図２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００７２】
図６に示した回路構成において、図２に示した回路構成と異なる点は、制御回路１０が、撮影モードを静止画撮影を行う静止画モード又は動画撮影を行う動画モードへ切り替える静止画／動画切り替え部（撮影モード切替手段の一例）１０ｂを更に備え、ＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａが、静止画／動画切り替え部１０ａにより切り替えられた撮影モードに応じてシャッターモードを切り替えるようにした点である。本実施例において、ＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａは、静止画／動画切り替え部１０ｂにより切り替えられた撮影モードが静止画モードである場合にはシャッターモードをＧＳモードへ切り替え、それが動画モードである場合にはシャッターモードをＬＳモードへ切り替える。
【００７３】
このように切り替えるようにした理由は、ＧＳモードとＬＳモードに次のような特徴があるからである。つまり、ＧＳモードでは、画素部４の各画素からの読み出しが全て終了するまで、次のフレームについての露光を行うことができないので、露光と次の露光との間の時間が長くなり、ＬＳモード時に比べてフレームレートが低下するが、全画素を同時に露光するので画像にゆがみが生じないという特徴があり、逆に、ＬＳモードでは、ライン毎の露光となるので画像にゆがみが生じる虞があるが、ＧＳモード時に比べてフレームレートが高くなるという特徴があるからである。
【００７４】
次に、図６に示した回路構成の動作として、静止画／動画切り替え部１０ａにより切り替えられた撮影モードが、静止画モードである場合と動画モードである場合の動作について説明する。
【００７５】
まず、静止画／動画切り替え部１０ａにより切り替えられた撮影モードが静止画モードである場合について説明する。この場合には、撮影モードが静止画モードに切り替えられたことに応じて、シャッターモードがＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ｂによりＧＳモードへ切り替えられ、そのＧＳモードに応じて、ライン制御回路６、読み出し回路７、ＡＤＣ８、駆動回路９の各回路が制御される。
【００７６】
尚、ＧＳモードで静止画撮影を行うときの動作については、図３（又は図５）に示したタイミングチャートを用いて説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
一方、静止画／動画切り替え部１０ａにより切り替えられた撮影モードが動画モードである場合には、撮影モードが動画モードに切り替えられたことに応じて、シャッターモードがＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ｂによりＬＳモードへ切り替えられ、そのＬＳモードに応じて、ライン制御回路６、読み出し回路７、ＡＤＣ８、駆動回路９の各回路が制御される。
【００７７】
尚、ＬＳモードで動画撮影を行うときの動作については、図４に示したタイミングチャートを用いて説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
以上、本実施例に係る固体撮像装置によれば、撮影モードに応じてシャッターモードを切り替えるようにしたことにより、撮影モードに適したシャッターモードへ自動的に切り替えることが可能になる。
【００７８】
また、本実施例に係る固体撮像装置を、例えば携帯電話機に適用した場合には、撮影が可能なカメラモード時において、静止画撮影指示が無い時には撮影モードを動画モードへ切り替えて動画撮影を行い動画画像を表示部に表示するようにし、静止画撮影指示が有った時だけ撮影モードを静止画モードへ切り替えて静止画撮影を行うように構成することもできる。これにより、カメラモード時において、ユーザが静止画撮影指示を行っていない時には、動きの滑らかな動画像が表示部に表示されるようになり、静止画撮影指示を行った時には、ゆがみのない静止画像を撮影することができる。
【実施例３】
【００７９】
本発明の実施例３に係る固体撮像装置は、当該装置が備えるＡＥ機能によって求められた露光時間に応じて、シャッターモードを切り替えるようにした態様である。
本実施例に係る固体撮像装置において、当該装置が備える、撮像素子チップと液晶シャッターの実装構造については実施例１と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００８０】
図７は、本実施例に係る固体撮像装置において、液晶シャッターが実装された撮像素子チップの回路構成を示す図である。尚、同図において、図２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００８１】
図７に示した回路構成において、図２に示した回路構成と異なる点は、露光時間を制御する露光時間制御部１０ｃからの制御信号に応じて、ＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａがシャッターモードを切り替えるようにした点である。本実施例において、露光時間制御部１０ｃは、露光時間が、当該固体撮像装置が備えるＡＥ機能により求められた露光時間になるように制御すると共に、ＡＥ機能により求めれた露光時間が所定時間を超える場合にはＧＳモードへ切り替えるための制御信号をＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａへ出力し、ＡＥ機能により求めれた露光時間が所定時間以下の場合にはＬＳモードへ切り替えるための制御信号をＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａへ出力する。これにより、ＡＥ機能により求めれた露光時間が所定時間を超える場合にはＧＳモードへ切り替えられ、ＡＥ機能により求めれた露光時間が所定時間以下の場合にはＬＳモードへ切り替えられる。
【００８２】
このように切り替えるようにした理由は、一般に、ＡＥ機能では、画像の輝度を適切にするために、暗い被写体に対しては露光時間を長くし、逆に、明るい被写体に対しては露光時間を短くするように制御が行われる。そのため、ＬＳモード時においては、ＡＥ機能により求められた露光時間が短いときには画像のゆがみが目立たないものの、その露光時間が長いときには画像のゆがみが目立つようになってしまうので、これを防止するためである。
【００８３】
次に、図７に示した回路構成の動作として、ＡＥ機能により求められた露光時間が所定時間を超えているか否かに応じて、露光時間制御部１０ｃがＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａに対し、ＧＳモードへ切り替えるための制御信号を出力した場合とＬＳモードへ切り替えるための制御信号を出力した場合の動作について説明する。
【００８４】
まず、ＡＥ機能により求められた露光時間が所定時間を超えていたために、露光時間制御部１０ｃがＧＳモードへ切り替えるための制御信号をＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａに出力した場合の動作について説明する。この場合には、ＧＳモードへ切り替えるための制御信号に応じて、シャッターモードがＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ｂによりＧＳモードへ切り替えられ、そのＧＳモードに応じて、ライン制御回路６、読み出し回路７、ＡＤＣ８、駆動回路９の各回路が制御される。
【００８５】
尚、ＧＳモードであるときの動作については、図３（又は図５）に示したタイミングチャートを用いて説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
一方、ＡＥ機能により求められた露光時間が所定時間以下であったために、露光時間制御部１０ｃがＬＳモードへ切り替えるための制御信号をＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ａに出力した場合には、ＬＳモードへ切り替えるための制御信号に応じて、シャッターモードがＧＳ／ＬＳ切り替え部１０ｂによりＬＳモードへ切り替えられ、そのＬＳモードに応じて、ライン制御回路６、読み出し回路７、ＡＤＣ８、駆動回路９の各回路が制御される。
【００８６】
尚、ＬＳモードであるときの動作については、図４に示したタイミングチャートを用いて説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
以上、本実施例に係る固体撮像装置によれば、ＡＥ機能により求められた露光時間に応じてシャッターモードを切り替えるようにしたことにより、被写体が暗いために露光時間が長くなる場合にはＧＳモードへ切り替えられ、ゆがみのない画像を得ることができると共に、被写体が明るいために露光時間が短くなる場合にはＬＳモードへ切り替えられ、ゆがみの目立たない画像を得ることができる。また、動画撮影においては、被写体が明るいために露光時間が短くなる場合に、ＬＳモードへ切り替えられるので、比較的に高いフレームレートを実現することができる。
【実施例４】
【００８７】
本発明の実施例４に係る固体撮像装置は、実施例３に係る固体撮像装置における画素部４の画素回路として、４Ｔｒ−Ｔｒ共用型画素回路を適用した態様である。
本実施例に係る固体撮像装置において、当該装置が備える、撮像素子チップと液晶シャッターの実装構造については実施例１と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００８８】
図８は、本実施例に係る固体撮像装置において、液晶シャッターが実装された撮像素子チップの回路構成を示す図である。尚、同図において、図７に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００８９】
図８に示した回路構成において、図７に示した回路構成と異なる点は、図８の枠５ａに示したように、各２画素の画素回路が、４Ｔｒ−Ｔｒ共用型で構成されている点である。すなわち、図７に示した回路構成では、図７の枠５に示したように、各画素の画素回路が４Ｔｒ型で構成されていたが、図８に示した回路構成では、図８の枠５ａに示したように、各２画素（２行１列の２画素）でＲＳＴ−Ｔｒ、ＳＦ−Ｔｒ、ＳＬＣＴ−Ｔｒを共用する４ＴｒーＴｒ共用型で構成されている。尚、枠５ａに示した画素回路は、図１１に示した画素回路と同じである。
【００９０】
図８に示した回路構成の動作については、ＲＳＴ−Ｔｒ、ＳＦ−Ｔｒ、ＳＬＣＴ−Ｔｒを共用する２画素において、リセット信号の信号線と選択信号の信号線とがそれぞれ１本となるため、その２行についてのリセット信号を１本の信号線を用いて順に行い、同じく、その２行についての選択信号を１本の信号線を用いて順に行う点が異なるだけで、動作としては、実施例３に係る回路構成の動作と同じとなる。そのため、ここでは説明を省略する。
【００９１】
以上、本実施例に係る固体撮像装置によれば、画素回路として４Ｔｒ−Ｔｒ共用型を適用したことで、例えば４Ｔｒ型の画素回路に対して、画素サイズが同じ場合には、ＰＤの受光面積を大きくすることができるので、ＰＤの感度と飽和電荷量を増やすことができ、Ｓ／Ｎを向上させることができる。また、ＰＤの受光面積が同じ場合には、画素サイズを縮小することができることから小型化と低コスト化を実現することができる。
【００９２】
以上、実施例１乃至４について説明したが、各実施例に係る固体撮像装置においては、ＣＭＯＳイメージセンサの代わりに、他のＭＯＳ型イメージセンサやＣＭＤ（Charge Modulation Device）などのＧＳ機能のない固体撮像素子を適用することも可能である。
【００９３】
また、各実施例に係る固体撮像装置において４Ｔｒ型画素回路を例に用いたが、４Ｔｒ型から選択用トランジスタを省略し、その代わりにＦＤノードに非選択信号を記憶させる方式も、既に提案されている。このような選択用トランジスタを省いた４Ｔｒ型画素回路に対しても、本発明は同様な効果を持つことは容易に類推できる。
【００９４】
また、各実施例に係る固体撮像装置において、撮像素子チップに、カラー処理、ガンマ処理、輪郭補正処理、ＡＷＢ（Automatic White Balance）処理などの画像処理回路を、更に内蔵させるように構成することも可能である。
【００９５】
また、各実施例に係る固体撮像装置において、ＧＳモードでの動画撮影を行わないのであれば、液晶シャッター２の代わりにメカニカルシャッターを適用することも可能である。
【００９６】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【００９７】
（付記１）
複数の画素からなる画素部と、
前記複数の画素を制御する画素制御手段と、
前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、
前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、
全画素にて同時に露光を行う第１の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第２の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段を有し、前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【００９８】
（付記２）
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第１の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出すように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記１記載の固体撮像装置。
【００９９】
（付記３）
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により前記第２の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記１記載の固体撮像装置。
【０１００】
（付記４）
前記制御手段は、静止画撮影を行う第１の撮影モード又は動画撮影を行う第２の撮影モードの何れかへ撮影モードを切り替える撮影モード切替手段を更に有し、
前記露光モード切替手段は、前記撮影モード切替手段により前記第１の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第１の露光モードへ切り替え、前記撮影モード切替手段により前記第２の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第２の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする付記１記載の固体撮像装置。
【０１０１】
（付記５）
前記露光モード切替手段は、被写体の明るさに応じて求められた露光時間が所定時間を超える場合には前記第１の露光モードへ切り替え、前記露光時間が前記所定時間以下である場合には前記第２の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする付記１記載の固体撮像装置。
【０１０２】
（付記６）
前記画素部は、画素が光電変換素子、増幅用素子、前記光電変換素子から前記増幅用素子の入力部に光電荷を転送する転送用素子、及び、前記増幅用素子の入力部をリセットするリセット用素子を有する画素部であり、
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により第１の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素において前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、次に、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、次に、前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記リセット用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第１の信号を読み出し、続いて前記転送用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第２の信号を読み出し、続いて前記第２の信号から前記第１の信号を差し引くという制御を行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記２記載の固体撮像装置。
【０１０３】
（付記７）
前記制御手段は、前記光電変換素子のリセットを前記複数の画素にて同時に行うように制御する、
ことを特徴とする付記６記載の固体撮像装置。
【０１０４】
（付記８）
前記画素部は、各画素が光電変換素子、増幅用素子、前記光電変換素子から前記増幅用素子の入力部に光電荷を転送する転送用素子、及び、前記増幅用素子の入力部をリセットするリセット用素子を有する画素部であり、
前記制御手段は、前記露光モード切替手段により第２の露光モードへ切り替えられた場合には、前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記所定単位分の画素毎に、前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、続いて露光を行い、続いて前記リセット用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第１の信号を読み出し、続いて前記転送用素子を制御して前記増幅用素子を経て出力させた第２の信号を読み出し、続いて前記第２の信号から前記第１の信号を差し引くという制御を行うように、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記３記載の固体撮像装置。
【０１０５】
（付記９）
前記画素部は、各画素が光電変換素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部、又は、各画素が光電変換素子、転送用素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部、或いは、各画素が光電変換素子及び転送用素子を有すると共に２画素毎にリセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を共用する画素部である、
ことを特徴とする付記１記載の固体撮像装置。
【０１０６】
（付記１０）
前記シャッター手段は液晶シャッターである、
ことを特徴とする付記１記載の固体撮像装置。
【０１０７】
（付記１１）
複数の画素からなる画素部と、前記複数の画素を制御する画素制御手段と、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す読出手段と、前記画素部に光が入射する状態又は前記画素部を遮光する状態にするシャッター手段と、全画素にて同時に露光を行う第１の露光モード又は所定単位分の画素毎に露光を行う第２の露光モードの何れかへ露光モードを切り替える露光モード切替手段とを備える固体撮像装置の制御方法であって、
前記露光モード切替手段により切り替えられた露光モードに応じて、前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。
【０１０８】
（付記１２）
前記露光モード切替手段により前記第１の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素をリセットし、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記画素部から出力される各画素の信号を読み出す、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記１１記載の固体撮像装置の制御方法。
【０１０９】
（付記１３）
前記露光モード切替手段により前記第２の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記所定単位分の画素毎に、リセット、露光、及び前記画素部から出力される各画素の信号の読み出しを行う、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記１１記載の固体撮像装置の制御方法。
【０１１０】
（付記１４）
前記固体撮像装置は、静止画撮影を行う第１の撮影モード又は動画撮影を行う第２の撮影モードの何れかへ撮影モードを切り替える撮影モード切替手段を更に備え、
前記露光モード切替手段は、前記撮影モード切替手段により前記第１の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第１の露光モードへ切り替え、前記撮影モード切替手段により前記第２の撮影モードへ切り替えられた場合には前記第２の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする付記１１記載の固体撮像装置の制御方法。
【０１１１】
（付記１５）
前記露光モード切替手段は、被写体の明るさに応じて求められた露光時間が所定時間を超える場合には前記第１の露光モードへ切り替え、前記露光時間が前記所定時間以下である場合には前記第２の露光モードへ切り替える、
ことを特徴とする付記１１記載の固体撮像装置の制御方法。
【０１１２】
（付記１６）
前記画素部は、各画素が光電変換素子、転送用素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部であり、
前記露光モード切替手段により第１の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素において前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素にて同時に露光を行い、
前記シャッター手段により前記画素部を遮光する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記リセット用素子と前記選択用素子を制御して出力させた第１の信号を読み出し、続いて前記転送用素子と前記選択用素子を制御して出力させた第２の信号を読み出し、続いて前記第２の信号から前記第１の信号を差し引く、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記１２記載の固体撮像装置の制御方法。
【０１１３】
（付記１７）
前記光電変換素子のリセットを前記複数の画素にて同時に行うように制御する、
ことを特徴とする付記１６記載の固体撮像装置の制御方法。
【０１１４】
（付記１８）
前記画素部は、各画素が光電変換素子、転送用素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部であり、
前記露光モード切替手段により第２の露光モードへ切り替えられた場合には、
前記シャッター手段により前記画素部に光が入射する状態にして、前記複数の画素の各画素について、前記所定単位分の画素毎に、前記リセット用素子及び前記転送用素子を制御して前記光電変換素子をリセットし、続いて露光を行い、続いて前記リセット用素子と前記選択用素子を制御して出力させた第１の信号を読み出し、続いて前記転送用素子と前記選択用素子を制御して出力させた第２の信号を読み出し、続いて前記第２の信号から前記第１の信号を差し引く、
ように前記画素制御手段、前記読出手段、及び前記シャッター手段を制御する、
ことを特徴とする付記１３記載の固体撮像装置の制御方法。
【０１１５】
（付記１９）
前記画素部は、各画素が光電変換素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部、又は、各画素が光電変換素子、転送用素子、リセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を有する画素部、或いは、各画素が光電変換素子及び転送用素子を有すると共に２画素毎にリセット用素子、増幅用素子、及び選択用素子を共用する画素部である、
ことを特徴とする付記１１記載の固体撮像装置の制御方法。
【０１１６】
（付記２０）
前記シャッター手段は液晶シャッターである、
ことを特徴とする付記１１記載の固体撮像装置の制御方法。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】実施例１に係る固体撮像装置が備える、撮像素子チップと液晶シャッターの実装構造を示す図である。
【図２】実施例１に係る、液晶シャッターが実装された撮像素子チップの回路構成を示す図である。
【図３】実施例１に係る、シャッターモードがＧＳモードである場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】実施例１に係る、シャッターモードがＬＳモードである場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】実施例１の変形例に係る、シャッターモードがＧＳモードである場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】実施例２に係る、液晶シャッターが実装された撮像素子チップの回路構成を示す図である。
【図７】実施例３に係る、液晶シャッターが実装された撮像素子チップの回路構成を示す図である。
【図８】実施例４に係る、液晶シャッターが実装された撮像素子チップの回路構成を示す図である。
【図９】ローリングシャッター方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサの１画素分の画素回路であって３Ｔｒ型画素回路の一例を示す図である。
【図１０】ローリングシャッター方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサの１画素分の画素回路であって４Ｔｒ型画素回路の一例を示す図である。
【図１１】ローリングシャッター方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサの２画素分の画素回路であって４Ｔｒ−Ｔｒ共用型画素回路の一例を示す図である。
【図１２】グローバルシャッター方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサの１画素分の画素回路であって５Ｔｒ型画素回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 撮像素子チップ
２ 液晶シャッター
３ 導電性接着剤
４ 画素部
５、５ａ 枠
６ ライン制御回路
７ 読み出し回路
８ ＡＤＣ
９ 駆動回路
１０ 制御回路
１０ａ ＧＳ／ＬＳ切り替え部
１０ｂ 静止画／動画切り替え部
１０ｃ 露光時間制御部
【出願人】 【識別番号】０００００５２２３
【氏名又は名称】富士通株式会社
【出願日】 平成１８年６月３０日（２００６．６．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００７４０９９
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之

【識別番号】１０００６７９８７
【弁理士】
【氏名又は名称】久木元 彰
【公開番号】 特開２００８−１１２９８（Ｐ２００８−１１２９８Ａ）
【公開日】 平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【出願番号】 特願２００６−１８０８１０（Ｐ２００６−１８０８１０）