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【発明の名称】 撮像装置及びその制御方法、撮像システム
【発明者】 【氏名】鈴木 聡史
【要約】 【課題】高輝度の光量が入射されるダイナミックレンジ拡張領域においても効果的なダイナミックレンジの拡大を可能とすること。

【構成】撮像装置は、光を信号電荷に光電変換するフォトダイオード２と、フォトダイオード２に蓄積された信号電荷を一時的に蓄える浮遊拡散層７と、浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷を除去するリセットスイッチ４、１０と、フォトダイオード２から浮遊拡散層７に転送された信号電荷を電圧に変換して出力する出力部とを有する単位画素１５を備える。撮像装置はまた、浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷量を設定値と比較する比較器８と、を備える。リセットスイッチ４、１０は、比較器８の比較結果に基づいて、浮遊拡散層７を異なるリセットレベルＳＶＤＤ１、ＳＶＤＤ２でリセットする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を信号電荷に光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を一時的に蓄える蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された信号電荷を除去するリセット部とを有する画素を備える撮像装置であって、
前記蓄積部に蓄積された信号電荷量を設定値と比較する比較部を備え、
前記リセット部は、前記比較部の比較結果に基づいて前記蓄積部を異なるリセットレベルでリセットすることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記リセット部は、前記蓄積部に蓄積された信号電荷量が前記設定値未満である場合には、前記蓄積部を第１のリセットレベルにリセットし、前記蓄積部に蓄積された信号電荷量が前記設定値以上の場合には、前記蓄積部を前記第１のリセットレベルとは異なる第２のリセットレベルにリセットす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、前記光電変換素子から前記蓄積部に転送された信号電荷を電圧に変換して出力する出力部を更に有し、
当該撮像装置は、
前記出力部から出力された前記蓄積部の光信号成分とノイズ成分とを含む信号電荷を蓄積する第１の蓄積部と、
前記出力部から出力された前記蓄積部のリセット時のノイズ成分を含む信号電荷を蓄積する第２の蓄積部と、
前記第１の蓄積部に蓄積された信号電荷に基づく信号と前記第２の蓄積部に蓄積された信号電荷に基づく信号との差分信号を出力する差動出力部と、
を更に備え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】
前記第２の蓄積部に蓄積された信号電荷に基づく信号を出力するノイズ信号モニタ部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ノイズ信号モニタ部による出力信号のレベルが前記第１のリセットレベルである場合には、前記差動出力部の出力信号をそのまま出力し、前記ノイズ信号モニタ部による出力信号のレベルが前記第２のリセットレベルである場合には、前記蓄積部を前記第２のリセットレベルにリセットするときに前記蓄積部に蓄積された信号電荷に基づく信号を前記差動出力部の出力信号に加算して出力する信号出力部を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
光学系と、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置と、
を備える撮像システム。
【請求項７】
光を信号電荷に光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を一時的に蓄える蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された信号電荷を除去するリセット部とを有する画素を備える撮像装置の制御方法であって、
前記蓄積部に蓄積された信号電荷量を設定値と比較する比較工程と、
前記比較工程での比較結果に基づいて前記蓄積部を異なるリセットレベルでリセットするリセット工程と、
を含むことを特徴とする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、光電変換素子を有する撮像装置及びその制御方法、撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メモリ素子を有するメモリカードを記録媒体とし、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子で撮像した画像を記録又は再生するデジタルカメラ等の撮像装置がある。特に、ＣＭＯＳイメージセンサは、低電圧・低消費電力等の観点から、撮像装置に搭載する撮像素子として広く用いられている。
【０００３】
図６〜図８は、従来のＣＭＯＳイメージセンサの構成及び駆動タイミングを示す図である。
【０００４】
図６は、従来のＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す回路図である。単位画素１は、フォトダイオード２、転送スイッチ３、リセットスイッチ４、行選択スイッチ５、ソースフォロアアンプ６、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）７を備える。
【０００５】
フォトダイオード２は、光電変換素子であり、光を信号電荷に変換する。フォトダイオード２で生成された信号電荷は、パルスＰＴＸにより駆動される転送スイッチ３を通して浮遊拡散層７に転送され、浮遊拡散層７に蓄積される。浮遊拡散層７は、ソースフォロアアンプ６のゲートに接続されたリセットスイッチ４に印加されるリセットパルスＰＲＥＳによって、電位ＳＶＤＤのレベルにリセットされる。浮遊拡散層７に蓄積された電荷は、ソースフォロアアンプ６によって増幅される。行選択スイッチ５は、不図示の垂直走査回路からの選択パルスＰＳＥＬにより選択される。行選択スイッチ５が選択されると、ソースフォロアアンプ６の出力が、行選択スイッチ５と負荷電流源２１により構成されたソースフォロワ回路により垂直出力線２２に出力される。垂直出力線２２に出力された信号は、信号出力パルスＰＴＳにより駆動される転送ゲート２５を通して転送容量ＣＴＳ２７に蓄積され、ノイズ出力パルスＰＴＮにより駆動される転送ゲート２４を通して転送容量ＣＴＮ２６に蓄積される。次いで、不図示の水平走査回路からの制御信号ＰＨＳ、ＰＨＮにより駆動される転送スイッチ２８、２９を通して、ノイズ成分は容量ＣＨＮ３０に、信号成分は容量ＣＨＳ３１に蓄積される。ノイズ成分と信号成分の差分は、差動増幅器３２によって画素信号として出力される。
【０００６】
図７は、図６の撮像装置の駆動タイミングを示す図である。
【０００７】
まず、１水平走査期間の開始を示す信号ＨＤの立下りに伴って、不図示の回路により、垂直出力線２２が設定された電位にリセットされる。
【０００８】
Ｔ１の期間では、ＰＲＥＳ信号がハイレベル（以下「Ｈ」という。）となり、これに応じてリセットスイッチ４がＯＮされ、ソースフォロアアンプ６のゲートに接続された、浮遊拡散層７に蓄積された電荷が設定された電位ＳＶＤＤにリセットされる。
【０００９】
Ｔ２の期間では、ＰＲＥＳ信号がローレベル（以下「Ｌ」という。）となり、これに応じてリセットスイッチ４がＯＦＦされる。また、ＰＳＥＬ信号がＨとなり、これに応じて行選択スイッチ５と負荷電流源２１で構成されたソースフォロワ回路が動作状態になり、垂直出力線２２上にソースフォロアアンプ６のフローティングゲートのリセット電位に応じたノイズ出力がなされる。また、ＰＴＮ信号がＨとなり、転送容量ＣＴＮ２６が垂直出力線２２と接続され、ノイズ成分の信号が転送容量ＣＴＮ２６に蓄積される。
【００１０】
次いで、フォトダイオード２で発生した信号電荷とノイズ成分との混合信号を蓄積する。
【００１１】
まず、垂直出力線２２は、不図示の回路により、設定された電位にリセットされる。
【００１２】
Ｔ３の期間では、ＰＴＸ信号がＨとなり、これに応じて転送スイッチ３がＯＮされ、フォトダイオード２に蓄積された信号電荷がソースフォロアアンプ６のフローティングゲートに転送される。
【００１３】
Ｔ４の期間では、ＰＳＥＬ信号がＨとなり、これに応じて行選択スイッチ５と負荷電流源２１で構成されたソースフォロワ回路が動作状態になり、垂直出力線２２上にソースフォロアアンプ６のフローティングゲートのリセット電位に応じたノイズ出力がなされる。また、ＰＴＳ信号がＨとなり、「光信号成分＋ノイズ成分」を蓄積する転送容量ＣＴＳ２７が垂直出力線２２と接続され、「光信号成分＋ノイズ成分」の信号が転送容量ＣＴＳ２７に保持される。
【００１４】
このように、１行分のノイズ成分とフォトダイオードで発生した「光信号成分＋ノイズ成分」とが、転送容量ＣＴＮ２６、転送容量ＣＴＳ２７にそれぞれ蓄積される。
【００１５】
次いで、これら２信号を不図示の水平走査回路により制御される制御パルスＰＨによって、容量ＣＨＮ３０、容量ＣＨＳ３１にそれぞれ転送する。容量ＣＨＮ３０、容量ＣＨＳ３１に蓄積されたノイズ成分と「光信号成分＋ノイズ成分」は、差動増幅器３２によって、（光信号成分＋ノイズ成分）−ノイズ成分、すなわち光信号成分として出力される。
【００１６】
図８は、上述のＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像装置における「光信号成分＋ノイズ成分」（以下「Ｓ信号」という。）及びノイズ成分（以下「Ｎ信号」という。）の入射光量に対する信号量の推移を表す図である。図８において、Ｓ信号は、一般的には飽和レベルＶｓａｔに達するか若しくはその近傍までは入射光量に比例して単調増加し、飽和レベルＶｓａｔに達する入射光量Ｅｓａｔ以上の光量が入射した場合にはＶｓａｔを出力する。すなわち、このような撮像装置においては、Ｅｓａｔ以上の入射光量は取り込めない。Ｎ信号は、入射光量によらず、浮遊拡散層７をリセットパルスＰＲＥＳによってリセットする電位ＳＶＤＤのレベルに相当する信号量となる。
【００１７】
このような構造のＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサを用いた撮像装置において、多くの光を取り込むために、ダイナミックレンジを拡大するための提案がなされている。従来は、飽和点近傍等の高輝度範囲における階調を落とすことによって、ダイナミックレンジを拡大している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来の方法では、例えば、画像信号を記録した後、レベル補正等により、より高い輝度範囲の信号を中心に画像が構成されるように補正しようとしても、階調を落として記録されているため、満足のいく画像が得られない場合がある。すなわち、このような技術では、高輝度から低輝度までの広い輝度領域で満足のいく画像が得ることが困難であった。
【００１９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高輝度の光量が入射されるダイナミックレンジ拡張領域においても、効果的なダイナミックレンジの拡大を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１の側面は、光を信号電荷に光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を一時的に蓄える蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された信号電荷を除去するリセット部とを有する画素を備える撮像装置に係り、前記蓄積部に蓄積された信号電荷量を設定値と比較する比較部と、を備え、前記リセット部は、前記比較部の比較結果に基づいて前記蓄積部を異なるリセットレベルでリセットすることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第２の側面は、撮像システムに係り、光学系と、上記の撮像装置と、を備える。
【００２２】
本発明の第３の側面は、光を信号電荷に光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を一時的に蓄える蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された信号電荷を除去するリセット部とを有する画素を備える撮像装置の制御方法に係り、前記蓄積部に蓄積された信号電荷量を設定値と比較する比較工程と、前記比較工程での比較結果に基づいて前記蓄積部を異なるリセットレベルでリセットするリセット工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高輝度の光量が入射されるダイナミックレンジ拡張領域においても、効果的なダイナミックレンジの拡大が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。図１〜図３は、本発明の好適な実施の形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構成及び駆動タイミングを示す図である。
【００２５】
図１は、本発明の好適な実施の形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す回路図である。図４と同様の構成要素については、同じ参照符号を付している。単位画素１５は、フォトダイオード２、フォトダイオード２、転送スイッチ３、リセットスイッチ４、行選択スイッチ５、ソースフォロアアンプ６、浮遊拡散層７、比較器８、ラッチ部９及びリセットスイッチ１０を備える。単位画素１５はまた、ＡＮＤゲート１１、ＯＲゲート１２、ＡＮＤゲート１３、インバーター１４を備える。
【００２６】
フォトダイオード２は、光電変換素子であり、光を信号電荷に変換する。フォトダイオード２で生成された信号電荷は、パルスＰＴＸにより駆動される転送スイッチ３を通して浮遊拡散層７に転送される。転送された電荷は、浮遊拡散層７に蓄積される。浮遊拡散層７は、ソースフォロアアンプ６のゲートに接続されたリセットスイッチ４に印加されるリセットパルスＰＲＥＳによって、電位ＳＶＤＤ１又はＳＶＤＤ２のレベルにリセットされる。浮遊拡散層７に蓄積された電荷は、ソースフォロアアンプ６によって増幅される。行選択スイッチ５は、図４の垂直走査回路２２０からの制御パルスＰＳＥＬにより選択される。比較器８は、ソースフォロアアンプ６の出力をモニタし、そのレベル（電位）と予め定められた基準レベルＲｅｆ（電位）とを比較する。ラッチ部９は、比較器８の出力を１水平期間固定する。リセットスイッチ１０は、ＭＯＳトランジスタで構成され、浮遊拡散層７の電位を電位ＳＶＤＤ２のレベルにリセットする。行選択スイッチ５が選択されると、ソースフォロアアンプ６の出力が、行選択スイッチ５と負荷電流源２１により構成されたソースフォロワ回路により垂直出力線２２に出力される。垂直出力線２２は、図４のＶＳＩＧ１〜ＶＳＩＧｎのいずれかに対応する。垂直出力線２２に出力された信号は、信号出力パルスＰＴＳにより駆動される転送ゲート２５を通して転送容量ＣＴＳ２７に蓄積され、ノイズ出力パルスＰＴＮにより駆動される転送ゲート２４を通して転送容量ＣＴＮ２６に蓄積される。次いで、図４の水平走査回路からの制御パルスＰＨＳ、ＰＨＮにより駆動される転送スイッチ２８、２９を通して、Ｎ信号は容量ＣＨＮ３０に、信号成分は容量ＣＨＳ３１に蓄積される。Ｓ信号とＮ信号との差分は、差動増幅器３２によって画素信号として出力される。また、出力アンプ３３は、容量ＣＨＮ３０の蓄積容量をモニタするための出力アンプである。
【００２７】
図２は、図１の撮像装置の駆動タイミングを示す図である。図２において水平走査期間Ｈ１は蓄積期間中に入射光量が所定のレベル以上である場合の推移を表すものであり、水平走査期間Ｈ２は入射光量が所定のレベル未満である場合の推移を表すものである。
【００２８】
まず、水平走査期間Ｈ１の開始を示す信号ＨＤの立下りに伴って、不図示の回路により、垂直出力線２２が設定された電位にリセットされる。
【００２９】
Ｔ１の期間では、ＰＲＥＳ信号がＨとなり、ラッチ部９の出力がＬであるため、ＡＮＤゲート１１の２つの入力端子には、Ｈが入力される。これにより、ＡＮＤゲート１１がＨを出力し、リセットスイッチ４がＯＮされ、ソースフォロアアンプ６のゲートに接続された浮遊拡散層７が、設定された第１の電位ＳＶＤＤ１にリセットされる。その後、ＰＲＥＳ信号がＬとなり、ＡＮＤゲート１１がＬを出力し、リセットスイッチ４がＯＦＦされる。
【００３０】
Ｔ２の期間では、ＰＴＸ信号がＨとなり、これに応じて転送スイッチ３がＯＮし、フォトダイオード２に蓄積された信号電荷がソースフォロアアンプ６のフローティングゲートに転送され、浮遊拡散層７に蓄積される。ＰＴＸ信号は、この信号電荷の蓄積期間中にハイレベルに維持され、比較器８により浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷の量がモニタされる。浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷量が設定値以上であれば、比較器８の出力はＨとなる。比較器８の出力がＨとなると、ＯＲゲート１２がＨを出力し、リセットスイッチ１０がＯＮされ、浮遊拡散層７が第２の電位ＳＶＤＤ２にリセットされる。また、ラッチ部９の出力は、比較器８の出力がＨになると、１水平期間Ｈ１ではＨに固定される。蓄積期間Ｔ２後、ＰＴＸ信号をローレベルとすることにより、転送スイッチ３がＯＦＦされ、フォトダイオード２からの信号電荷の転送が停止される。
【００３１】
Ｔ３の期間では、ＰＳＥＬ信号がＨとなり、これに応じて行選択スイッチ５と負荷電流源２１で構成されたソースフォロワ回路が動作状態となる。そして、垂直出力線２２上にソースフォロアアンプ６のフローティングゲートの電位に応じたＳ信号が出力される。また、ＰＴＳ信号がＨとなり、転送容量ＣＴＳ２７が垂直出力線２２と接続され、Ｓ信号が転送容量ＣＴＳ２７に蓄積される。
【００３２】
次いで、Ｎ信号の転送が行われる。上述のように、Ｔ２の期間では、浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷量が設定値以上となり、比較器８の出力がＨとなっているため、ラッチ部９の出力はハイレベルに固定されている。
【００３３】
従って、Ｔ４の期間では、ＰＲＥＳ信号がＨとなり、ラッチ部９の出力がＨであるため、ＡＮＤゲート４がＬを出力し、ＡＮＤゲート１１はＨを出力する。これによって、リセットスイッチ４はＯＦＦされ、リセットスイッチ１０はＯＮされて、浮遊拡散層７は第２の電位ＳＶＤＤ２にリセットされる。
【００３４】
Ｔ５の期間では、ＰＳＥＬ信号がＨとなり、これに応じて行選択スイッチ５と負荷電流源２１で構成されたソースフォロワ回路が動作状態になり、垂直出力線２２上にソースフォロアアンプ６のフローティングゲートのリセット電位に応じたＮ信号が出力される。また、ＰＴＮ信号がＨとなり、Ｎ信号を蓄積する転送容量ＣＴＮ２６が垂直出力線２２と接続され、Ｎ信号が転送容量ＣＴＮ２６に保持される。
【００３５】
上述のように、１行分のフォトダイオードで発生したＮ信号とＳ信号とが、転送容量ＣＴＮ２６、転送容量ＣＴＳ２７にそれぞれ蓄積される。
【００３６】
次いで、これら２信号を図４の水平走査回路２２２により制御される制御パルスＰＨＳ、ＰＨＮによって、容量ＣＨＮ３０、容量ＣＨＳ３１にそれぞれ転送する。容量ＣＨＮ３０、容量ＣＨＳ３１に蓄積されたＮ信号とＳ信号は、差動増幅器３２によって、Ｓ信号−Ｎ信号、すなわち光信号成分として出力される。
【００３７】
次いで、水平走査期間Ｈ２の開始を示す信号ＨＤの立下りに伴って、不図示の回路により、垂直出力線２２が設定された電位にリセットされる。
【００３８】
Ｔ１１の期間では、ＰＲＥＳ信号がＨとなり、ラッチ部９の出力がＬであるため、ＡＮＤゲート１１の２つの入力端子には、Ｈが入力される。これにより、ＡＮＤゲート１１がＨを出力し、リセットスイッチ４がＯＮされ、ソースフォロアアンプ６のゲートに接続された浮遊拡散層７が、設定された第１の電位ＳＶＤＤ１にリセットされる。その後、ＰＲＥＳ信号がＬとなり、ＡＮＤゲート１１がＬを出力し、リセットスイッチ４がＯＦＦされる。
【００３９】
Ｔ１２の期間では、ＰＴＸ信号がＨとなり、これに応じて転送スイッチ３がＯＮし、フォトダイオード２に蓄積された信号電荷がソースフォロアアンプ６のフローティングゲートに転送され、浮遊拡散層７に蓄積される。ＰＴＸ信号は、この信号電荷の蓄積期間中にハイレベルに維持され、比較器８により浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷の量がモニタされる。浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷量が設定値以上であれば、比較器８の出力はＨとなる。しかしながら、Ｔ１２の期間では、浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷量は設定値未満であり、比較器８の出力はＬに固定される。蓄積期間Ｔ１２後、ＰＴＸ信号をローレベルとすることにより、転送スイッチ３がＯＦＦされ、フォトダイオード２からの信号電荷の転送が停止される。
【００４０】
Ｔ１３の期間では、ＰＳＥＬ信号がＨとなり、これに応じて行選択スイッチ５と負荷電流源２１で構成されたソースフォロワ回路が動作状態になり、垂直出力線２２上にソースフォロアアンプ６のフローティングゲートの電位に応じたＳ信号が出力される。また、ＰＴＳ信号がＨとなり、転送容量ＣＴＳ２７が垂直出力線２２と接続され、Ｓ信号が転送容量ＣＴＳ２７に蓄積される。
【００４１】
次いで、Ｎ信号の転送が行われる。上述のように、Ｔ１２の期間では、浮遊拡散層７に蓄積された信号電荷量が設定値未満であり、比較器８の出力がＬとなっているため、ラッチ部９の出力はローレベルに固定されている。
【００４２】
従って、Ｔ１４の期間では、ＰＲＥＳ信号がＨとなり、ラッチ部９の出力がＬであるため、ＡＮＤゲート４はＨを出力し、ＡＮＤゲート１１はＬを出力する。その結果、リセットスイッチ４はＯＮされ、リセットスイッチ１０はＯＦＦされて、浮遊拡散層７は第１の電位ＳＶＤＤ１にリセットされる。
【００４３】
Ｔ１５の期間では、ＰＳＥＬ信号がＨとなり、これに応じて行選択スイッチ５と負荷電流源２１で構成されたソースフォロワ回路が動作状態となる。そして、垂直出力線２２上にソースフォロアアンプ６のフローティングゲートのリセット電位に応じたノイズ出力がなされる。また、ＰＴＮ信号がＨとなり、Ｎ信号を蓄積する転送容量ＣＴＮ２６が垂直出力線２２と接続され、Ｎ信号が転送容量ＣＴＮ２６に保持される。
【００４４】
このように、水平走査期間Ｈ２においても、水平走査期間Ｈ１と同様に１行分のＮ信号とフォトダイオードで発生したＳ信号とが、転送容量ＣＴＮ２６、転送容量ＣＴＳ２７にそれぞれ蓄積される。
【００４５】
次いで、これら２信号を不図示の水平走査回路により制御される制御パルスＰＨによって、容量ＣＨＮ３０、容量ＣＨＳ３１にそれぞれ転送する。容量ＣＨＮ３０、容量ＣＨＳ３１に蓄積されたＮ信号とＳ信号は、差動増幅器３２によって、Ｓ信号−Ｎ信号、すなわち光信号成分として出力される。
【００４６】
図３は、上述のＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像装置におけるＳ信号及びＮ信号の入射光量に対する信号量の推移を表す図である。図３において、Ｓ信号は、予め定められた判定レベルＶｊｕｄに達する入射光量Ｅｊｕｄ未満の範囲では、入射光量に比例して単調増加する。入射光量がＥｊｕｄ以上の範囲では、リセットスイッチ１０がＯＮされ、Ｓ信号が一旦電位ＳＶＤＤ２のレベルにリセットされる。その後、Ｓ信号は、Ｅｊｕｄに達した以降の入射光量、すなわち総入射光量からＥｊｕｄを差し引いた光量分に比例して、リセット前と同じ傾きで単調増加する。Ｎ信号は、入射光量Ｅｊｕｄ未満の範囲では、電位ＳＶＤＤ１のレベルに相当する信号量を出力し、入射光量がＥｊｕｄ以上の範囲では、ＳＶＤＤ２のレベルに相当する信号量を出力する。
【００４７】
従って、出力アンプ３３によるＮ信号をモニタした結果、リセット電位ＳＶＤＤ１のレベルに相当する出力である場合には、入射光量が小さく、光信号蓄積中のリセットは行われていないと判断して、差動増幅器３２の出力をそのまま光信号量とすればよい。
【００４８】
一方、出力アンプ３３の出力が、リセット電位ＳＶＤＤ２のレベルに相当する出力である場合には、入射光量が大きく、光信号蓄積中のリセットが行われたと判断する。そして、図中の点線で示すような、差動増幅器３２の出力に判定レベルＶｊｕｄに相当する値を加えたものを光信号量とすればよい。
【００４９】
以上のように、本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置によれば、図６に示した飽和に達する入射光量Ｅｓａｔ以上の入射光量を取り込むことが可能となり、ダイナミックレンジを拡大することができる。また、拡大されたダイナミックレンジ領域においても、通常時と同じ感度で入射光量を取り込むことができるため、階調性も失われない。
【００５０】
なお、本実施形態では、リセットする電位を１回だけ切り換える構成を例示的に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、入射光量が所定の判定レベルＶｊｕｄに達する度に、複数回信号電荷をリセットする構成を用いてもよい。この場合、リセットを行った回数を知るための手段としては、リセットレベルを３種類以上用意する手段を用いてもよいし、別途カウンタを用意して、リセット回数をカウントする手段を用いてもよい。
【００５１】
図４は、上述のＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像部の概観図である。Ｂ１１〜Ｂｍｎ（ｍ、ｎは整数である。以下同じ。）は撮像面に２次元に配置された画素１５である。垂直走査回路２２０は、水平出力線ＶＳＥＬ１〜ＶＳＥＬｍ毎に画素から電気信号を読み出す制御パルスを出力する。水平出力線ＶＳＥＬ１〜ＶＳＥＬｍにより選択された各画素の電気信号は、垂直出力線ＶＳＩＧ１〜ＶＳＩＧｎにより読み出され、加算回路２２１に蓄積される。加算回路２２１に蓄積された電気信号は、水平走査回路２２２により順次読み出し走査が行われ、時系列的に出力される。水平出力線の制御パルスによって選択された各画素の電気信号は、垂直出力線ＶＳＩＧ１〜ＶＳＩＧｎの制御パルスより加算回路２２１に読み出される。
【００５２】
図５は、図４の撮像部を用いた撮像システムの概略を示す図である。５０１は光学系としてのレンズ部（図５では「レンズ」と表記）、５０２はレンズ駆動部、５０３はメカニカルシャッタ（メカシャッタと表記）、５０４はメカニカルシャッタ駆動部（図５では「シャッタ駆動部」と表記）、５０５はＡ／Ｄ変換器を示す。２００は図４に示す構成を有する撮像部を示す。また、５０６は撮像信号処理回路、５０７はタイミング発生部、５０８はメモリ部、５０９は制御部、５１０は記録媒体制御インターフェース部（図５では「記録媒体制御Ｉ／Ｆ部」と表記）、５１１は表示部を示す。また、５１２は記録媒体、５１３は外部インターフェース部（図５では「外部Ｉ／Ｆ部」と表記）、５１４は測光部、５１５は測距部を示す。撮像信号処理回路５０６は、Ａ／Ｄ変換器５０５からの信号に基づいてホワイトバランス処理を行うＷＢ回路５１６を含む。
【００５３】
レンズ部５０１を通った被写体像は、撮像部２００近傍に結像される。撮像部２００近傍に結像した被写体像は、撮像部２００により画像信号として取り込まれる。撮像信号処理回路５０６は、撮像部２００から出力された画像信号を増幅し、アナログ信号からデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）し、Ａ／Ｄ変換後にＲ、Ｇ、Ｇ、Ｂの信号を得る。撮像信号処理回路５０６は、各種の補正、画像データの圧縮等を行う。
【００５４】
レンズ部５０１は、レンズ駆動部５０２によってズーム、フォーカス、絞り等が駆動制御される。メカシャッタ５０３は、一眼レフカメラに使用されるフォーカルプレーン型のシャッタの後幕に相当する幕のみを有するシャッタ機構である。メカシャッタ５０３は、シャッタ駆動部５０４によって駆動制御される。タイミング発生部５０７は、撮像部２００、撮像信号処理回路５０６に各種タイミング信号を出力する。制御部５０９は、撮像システム全体の制御と各種演算などを行う。メモリ部５０８は、画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御インターフェース部５１０は、記録媒体５１２に画像データを記録させたり、記録媒体５１２から画像データを又は読み出したりする。表示部５１１は、画像データの表示を行う。記録媒体５１２は、半導体メモリ等の着脱可能な記憶媒体であり、画像データを記録する。外部インターフェース部５１３は、外部のコンピュータ等と通信を行うためのインターフェースである。測光部５１４は被写体の明るさ情報の検出を行い、測距部５１５は被写体までの距離情報を検出する。５１６は、ホワイトバランス回路（ＷＢ回路）である。なお、撮像装置の動作モードは、操作部５１７によって設定される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示す図である。
【図３】本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置における信号レベルの推移を表す図である。
【図４】ＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像部の概観図である。
【図５】図４の撮像部を用いた撮像システムの概略を示す図である。
【図６】従来のＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す回路図である。
【図７】従来の撮像装置の駆動タイミングを示す図である。
【図８】従来の撮像装置における信号レベルの推移を表す図である。
【符号の説明】
【００５６】
２ フォトダイオード
４、１０ リセットスイッチ
７ 浮遊拡散層
８ 比較器
１５ 単位画素
ＳＶＤＤ１、ＳＶＤＤ２ リセットレベル
【出願人】 【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
【出願日】 平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【代理人】 【識別番号】１０００７６４２８
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 康徳

【識別番号】１００１１２５０８
【弁理士】
【氏名又は名称】高柳 司郎

【識別番号】１００１１５０７１
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 康弘

【識別番号】１００１１６８９４
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 秀二
【公開番号】 特開２００８−７２５１２（Ｐ２００８−７２５１２Ａ）
【公開日】 平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願番号】 特願２００６−２４９９５２（Ｐ２００６−２４９９５２）