撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法
【課題】光電変換素子の露光時間制御のための該光電変換素子からの電荷読み出し時において、電荷を完全に読み出すことが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像素子５は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂよりも露光時間が短く制御される光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂとを備える。撮像素子駆動部１０は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間中に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始を制御する。
【解決手段】固体撮像素子５は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂよりも露光時間が短く制御される光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂとを備える。撮像素子駆動部１０は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間中に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１回の撮影で低感度の画像データと高感度の画像データとを得て、これらを合成してダイナミックレンジを広げるために、高感度の光電変換素子と低感度の光電変換素子とを有する固体撮像素子が提案されている。光電変換素子に感度差を付ける方法はいろいろあり、例えば、特許文献１には、光電変換素子の露光時間に差をつけることで、感度差をつける方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７５０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、光電変換素子に露光時間差をつけるために、一部の光電変換素子の露光期間中に、該一部以外の光電変換素子に読み出しパルスを印加して、その光電変換素子に蓄積されている電荷を読み出すことで、該一部以外の光電変換素子の露光期間を制御している。露光期間終了後に光電変換素子から電荷を読み出すときは、既に撮影が終了しているため、電荷の読み出しが完全に行われかったとしても画質にそれほど影響を与えないが、露光時間を制御するための電荷読み出し動作においては、残像防止のために、電荷の完全な読み出しが求められる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換素子の露光時間制御のための該光電変換素子からの電荷読み出し時において、電荷を完全に読み出すことが可能な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】
【０００６】
本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられた前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加すると共に、前記読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に、前記読み出しパルスによる前記光電変換素子の電荷蓄積領域の電位変化を抑制するための前記読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加する駆動を行う。
【０００７】
本発明の撮像装置は、前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値以下の場合に前記駆動を行い、前記露光時間が閾値よりも大きい場合に、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行う。
【０００８】
本発明の撮像装置は、前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合に、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行い、前記露光時間が閾値以下の場合に、前記駆動において前記抑制パルスを停止し、前記読み出しパルスのレベルを、前記露光時間が閾値よりも大きい場合の駆動で印加するときのレベルよりも高くした駆動を行う。
【０００９】
本発明の撮像装置は、前記抑制パルスの印加開始タイミングと、前記読み出しパルスの印加開始タイミングとが一致している。
【００１０】
本発明の撮像装置は、前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、前記駆動手段が、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【００１１】
本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、前記駆動手段は、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加する駆動を行い、前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値以下の場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスよりも大きいレベルの読み出しパルスを印加する駆動を行う。
【００１２】
本発明の撮像装置は、前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に、前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加すると共に、前記読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に、前記読み出しパルスによる前記光電変換素子の電荷蓄積領域の電位変化を抑制するための前記読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加する駆動を行う駆動ステップを有する。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値とを比較する比較ステップを有し、前記露光時間が閾値以下の場合に前記駆動を行い、前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行う。
【００１５】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値とを比較する比較ステップを有し、前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行い、前記露光時間が閾値以下の場合、前記駆動において前記抑制パルスを停止し、前記読み出しパルスのレベルを、前記露光時間が閾値より大きい場合の前記駆動で印加するときのレベルよりも高くする。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記抑制パルスの印加開始タイミングと、前記読み出しパルスの印加開始タイミングとを一致させる。
【００１７】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加するステップを有する。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値を比較する比較ステップと、前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加する駆動を行うステップと、前記露光時間が閾値以下の場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスよりもレベルの高い読み出しパルスを印加する駆動を行うステップとを有する。
【００１９】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する駆動を行うステップを有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光電変換素子の露光時間制御のための該光電変換素子からの電荷読み出し時において、電荷を完全に読み出すことが可能な撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。
【００２３】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００２４】
又、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００２５】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。
【００２６】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理、画像合成処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備え、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００２７】
図２は、図１に示す固体撮像素子５の一構成例を示した平面模式図である。
固体撮像素子５は、半導体基板５０上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに正方格子状に配列された赤色（Ｒ）の波長域の光（Ｒ光）を検出する光電変換素子５１Ｒ（図中に“Ｒ”の文字を付してある）、緑色（Ｇ）の波長域の光（Ｇ光）を検出する光電変換素子５１Ｇ（図中に“Ｇ”の文字を付してある）、青色（Ｂ）の波長域の光（Ｂ光）を検出する光電変換素子５１Ｂ（図中に“Ｂ”の文字を付してある）からなるＲＧＢ光電変換素子群と、半導体基板５０上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに正方格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子５１ｒ（図中に“ｒ”の文字を付してある）、Ｇ光を検出する光電変換素子５１ｇ（図中に“ｇ”の文字を付してある）、Ｂ光を検出する光電変換素子５１ｂ（図中に“ｂ”の文字を付してある）からなるｒｇｂ光電変換素子群とを備え、これらが、それぞれの光電変換素子配列ピッチの略１／２だけ、行方向Ｘ及び列方向Ｙにずれた位置に配置されている。
【００２８】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の上方にはカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタの配列はベイヤー配列となっている。ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の上方にも同様にカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタの配列もベイヤー配列となっている。
【００２９】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子と、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子とは、それぞれ同一構造となっているが、撮像素子駆動部１０によって、それぞれの露光時間が異なるように制御される。本実施形態では、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間が、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間よりも短くなるように制御されるものとする。
【００３０】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｇと光電変換素子５１Ｒとからなる光電変換素子列であるＧＲ光電変換素子列と、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｂと光電変換素子５１Ｇとからなる光電変換素子列であるＢＧ光電変換素子列とを、行方向Ｘに交互に配列したものと言うことができる。又、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１Ｇと光電変換素子５１Ｂとからなる光電変換素子行であるＧＢ光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１Ｒと光電変換素子５１Ｇとからなる光電変換素子行であるＲＧ光電変換素子行とを、列方向Ｙに交互に配列したものと言うこともできる。
【００３１】
ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１ｇと光電変換素子５１ｒとからなる光電変換素子列であるｇｒ光電変換素子列と、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１ｂと光電変換素子５１ｇとからなる光電変換素子列であるｂｇ光電変換素子列とを、行方向Ｘに交互に配列したものと言うことができる。又、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１ｇと光電変換素子５１ｂとからなる光電変換素子行であるｇｂ光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１ｒと光電変換素子５１ｇとからなる光電変換素子行であるｒｇ光電変換素子行とを、列方向Ｙに交互に配列したものと言うこともできる。
【００３２】
各光電変換素子列の右側部には、各光電変換素子列に対応させて、各光電変換素子列を構成する光電変換素子に蓄積された電荷を列方向Ｙに転送するための垂直電荷転送路５４（図２では一部のみ図示してある）が形成されている。垂直電荷転送路５４は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層内に注入されたｎ型不純物によって形成されている。
【００３３】
垂直電荷転送路５４上方には、垂直電荷転送路５４に読み出された電荷の転送を制御するための８相の転送パルスが撮像素子駆動部１０によって印加される転送電極Ｖ１〜Ｖ８が形成されている。転送電極Ｖ１には転送パルスφＶ１が印加され、転送電極Ｖ２には転送パルスφＶ２が印加され、転送電極Ｖ３には転送パルスφＶ３が印加され、転送電極Ｖ４には転送パルスφＶ４が印加され、転送電極Ｖ５には転送パルスφＶ５が印加され、転送電極Ｖ６には転送パルスφＶ６が印加され、転送電極Ｖ７には転送パルスφＶ７が印加され、転送電極Ｖ８には転送パルスφＶ８が印加される。
【００３４】
転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、それぞれ、各光電変換素子行の間を、これらを構成する光電変換素子を避けるように行方向Ｘに蛇行して配設されている。ｇｂ光電変換素子行の上側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ８と転送電極Ｖ１が配置されている。ｇｂ光電変換素子行の下側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該ｇｂ光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ２と転送電極Ｖ３が配置されている。ｒｇ光電変換素子行の上側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ４と転送電極Ｖ５が配置されている。ｒｇ光電変換素子行の下側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該ｒｇ光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ６と転送電極Ｖ７が配置されている。
【００３５】
各光電変換素子と、それに対応する垂直電荷転送路５４との間には、各光電変換素子で発生した電荷を、該垂直電荷転送路５４に読み出すための電荷読出し部５５が設けられている。電荷読出し部５５は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層の一部分によって形成されている。電荷読出し部５５は、各光電変換素子に対して同一の方向（図中の斜め右下方向）に設けられている。
【００３６】
ｇｂ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ２が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｇｂ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３７】
ＧＢ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ４が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＧＢ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３８】
ｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ６が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３９】
ＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ８が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００４０】
垂直電荷転送路５４には、垂直電荷転送路５４を転送されてきた電荷を行方向Ｘに転送するための水平電荷転送路５７が接続され、水平電荷転送路５７には、水平電荷転送路５７を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプ５８が接続されている。
【００４１】
電荷読出し部５５上方の転送電極（Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８）には、それぞれ、垂直電荷転送路５４に電荷を蓄積するパケットを形成するためのミドルレベル（ＶＭ，例えば０Ｖ）の転送パルスＶＭと、垂直電荷転送路５４に該パケットのバリアを形成するためのＶＭよりもレベルの低いローレベル（ＶＬ，例えば−８Ｖ）の転送パルスＶＬと、各光電変換素子から垂直電荷転送路５４に電荷を読み出すためのパルスであってＶＭよりも高いレベル（ＶＨ，例えば１５Ｖ）の読み出しパルスとのいずれかが印加可能となっている。電荷読出し部５５上方の転送電極（Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８）以外の転送電極（Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７）には、ＶＬとＶＭとのいずれかの転送パルスが印加可能となっている。
【００４２】
次に、このような構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。図３は、第一実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャートである。
操作部１４に含まれるシャッタボタンが半押しされると、システム制御部１１により、自動露出（ＡＥ）処理及び自動焦点調節（ＡＦ）処理が行われ、被写体の撮影に必要なダイナミックレンジの測定が行われる。システム制御部１１は、測定したダイナミックレンジにより、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光時間と、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間とをそれぞれ決定し、決定した露光時間で撮像を行うように撮像素子駆動部１０を制御する。
【００４３】
図３に示すように、デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ，例えば約−８Ｖ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００４４】
光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ，例えば０Ｖ）に制御される。そして、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ２，Ｖ６にそれぞれハイレベル（ＶＨ，例えば１５Ｖ）の読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部５５を介して垂直電荷転送路５４に読み出し、読み出しパルスの停止を以って、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光期間を開始する駆動を行う。
【００４５】
読み出しパルスの印加により、電荷読み出し部５５のポテンシャルが下がり、バリアが消滅するため、光電変換素子の電荷蓄積領域にある電荷は垂直電荷転送路５４に読み出される。しかし、この読み出しパルスの印加により光電変換素子の電荷蓄積領域の電位も高くなり、最小空乏化電圧を高くする傾向がある。つまり、光電変換素子の電荷蓄積領域の電位が高くなることで、電荷蓄積領域内に電荷が残りやすくなり、電荷の完全転送が行われなくなって、残像が発生してしまうという問題がある。
【００４６】
又、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に完全に読み出すためには、転送電極Ｖ２，Ｖ６に印加される読み出しパルスの実効電圧が重要となる。この実効電圧は、読み出しパルスが印加される転送電極の電位と、読み出しパルスを印加する転送電極に隣接する転送電極の電位との電位差によって決まり、１５Ｖ程度が必要である。しかし、読み出しパルスが転送電極Ｖ２，Ｖ６に印加されると、そこに隣接する転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７の電位は、高レベルの読み出しパルスによってグラウンドレベルよりも上に引き上げられてしまう。この結果、読み出しパルスの実効電圧は低下してしまうという問題もある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、撮像素子駆動部１０が、読み出しパルスの印加と同時に、転送電極Ｖ２，Ｖ６以外の転送電極の一部（例えば転送電極Ｖ４，Ｖ８）に、読み出しパルスと逆方向の変化を示す抑制パルス（例えばＶＬ）を印加するものとしている。読み出しパルスが正極性の変化を示すとき、抑制パルスは負極性の変化を示し、読み出しパルスによる電荷蓄積領域の電位変化を抑制して、最小空乏化電圧を減少させる。この抑制パルスは、光電変換素子の電位を引き下げる（ポテンシャルを持ち上げる）機能を有するため、光電変換素子に残留していた電荷は垂直電荷転送路５４に読み出される。読み出しパルスのみでは電荷が残っているところ、抑制パルスの印加により電荷を全て読み出せるようになったので、最小空乏化電圧が低下したことになる。又、抑制パルスの印加によって、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７の電位がグラウンドレベルに引き寄せられるため、読み出しパルスの実効電圧を、電荷の読み出しに十分な値にすることができる。
【００４８】
尚、読み出しパルスと抑制パルスのタイミングは正確に一致している必要はなく、オーバーラップ期間を有して、抑制パルスが読み出しパルスの影響を少なくとも一部抑制し、電荷読み出し動作として実質的に同じ効果を示せばよい。又、抑制パルスは、読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の全てに印加しても良い。抑制パルスについては、特開２００６−５４６８５号にも詳細が記載されているので、これを参照されたい。
【００４９】
このように、読み出しパルスと抑制パルスの印加により、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始時には、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂには電荷が全く蓄積されていない状態となるので、残像を防ぐことができる。
【００５０】
撮像素子駆動部１０は、読み出しパルスと抑制パルスの印加後、転送パルスφＶ２，φＶ４，φＶ６，φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送パルスφＶ２，φＶ６以外をＶＬにする。電子シャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路５４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に抑制パルスを印加して、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送する。これにより、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。
【００５１】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路５４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８に抑制パルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送する。これにより、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。
【００５２】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて撮影動作が終了する。
【００５３】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂとの露光時間に差をつけるための読み出しパルスの印加時に、その読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に抑制パルスを印加するようにしているため、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を完全に読み出すことができ、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始時に、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに電荷が残っていることによる残像の発生を防ぐことができる。
【００５４】
又、以上のような駆動によれば、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間開始から光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光期間開始まで期間の一部の期間、転送電極Ｖ１〜Ｖ８の各々にＶＬの転送パルスが供給されているため、この期間に各光電変換素子と垂直電荷転送路５４との間のシリコン基板５０の領域とこの上方のゲート絶縁膜との界面で発生した電子を、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに移動させることなく、該領域に蓄積しておくことが可能となる。これは、該領域上方の転送電極に極性がマイナスの転送パルスを印加すると、該領域にはホールが蓄積され、このホールと上記界面で発生した電子とが再結合することになり、該領域に電子を蓄積しておくことができるためである。この結果、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂでの白傷を減らすことができる。
【００５５】
尚、本実施形態では、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光開始から光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始までの間の一部の期間は、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスが印加されているため、この期間に発生したスミア電荷によって、ブルーミングが起こる可能性がある。しかし、ブルーミングが発生するほどスミア電荷の量が多くなるのは、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間を極端に短くしない限り、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始後となるため、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始前でのブルーミングの発生の確率は低い。したがって、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始前は、白傷防止のために、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが有効となる。
【００５６】
又、図３の例では、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始の直前に、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＭの転送パルスを印加してから読み出しパルスを印加するようにしているが、読み出しパルスの印加と同時に、読み出しパルスと抑制パルスを印加していない転送電極にＶＭの転送パルスを印加するようにしておくことも可能であり、このようにした場合には、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光開始から光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始までの間の全ての期間において転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが可能となり、白傷防止効果を高めることができる。
【００５７】
（第二実施形態）
第一実施形態では、固体撮像素子５の光電変換素子配列が、ＲＧＢ光電変換素子群とｒｇｂ光電変換素子群とを、行方向Ｘと列方向Ｙに配列ピッチの１／２だけずらした、所謂ハニカム配列である場合を例にしたが、光電変換素子配列はこれに限らず、例えば正方配列であっても構わない。本実施形態では、このような固体撮像素子の別の構成例について説明する。
【００５８】
図４は、図１に示したデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。
図４に示す固体撮像素子５’は、半導体基板上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子６１Ｒ（図中に“Ｒ”の文字を付してある）、Ｇ光を検出する光電変換素子６１Ｇ（図中に“Ｇ”の文字を付してある）、Ｂ光を検出する光電変換素子６１Ｂ（図中に“Ｂ”の文字を付してある）からなるＲＧＢ光電変換素子群と、半導体基板上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子６１ｒ（図中に“ｒ”の文字を付してある）、Ｇ光を検出する光電変換素子６１ｇ（図中に“ｇ”の文字を付してある）、Ｂ光を検出する光電変換素子６１ｂ（図中に“ｂ”の文字を付してある）からなるｒｇｂ光電変換素子群とを備え、これらが、それぞれの光電変換素子の列方向配列ピッチの略１／２だけ、列方向Ｙにずれた位置に配置されている。
【００５９】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子と、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子とは、それぞれ同一構造となっているが、撮像素子駆動部１０によって、それぞれの露光時間が異なるように制御される。本実施形態では、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間が、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間よりも短くなるように制御されるものとする。
【００６０】
固体撮像素子５’の光電変換素子の配列は、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒと光電変換素子６１ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるｂｇｒｇ光電変換素子行と、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒと光電変換素子６１Ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるＢＧＲＧ光電変換素子行と、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１ｒと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるｒｇｂｇ光電変換素子行と、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１Ｒと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるＲＧＢＧ光電変換素子行とを、この順番で列方向Ｙに繰り返し配置したものとなっている。
【００６１】
列方向Ｙに並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子列の右側部には、該光電変換素子列に対応させて、該光電変換素子列を構成する光電変換素子に蓄積された電荷を列方向Ｙに転送するための垂直電荷転送路６４（図４では一部のみ図示してある）が形成されている。垂直電荷転送路６４は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層内に注入されたｎ型不純物によって形成されている。
【００６２】
各光電変換素子と、それに対応する垂直電荷転送路６４との間には、各光電変換素子で発生した電荷を、該垂直電荷転送路６４に読み出すための電荷読出し部６５が設けられている。電荷読出し部６５は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層の一部分によって形成されている。電荷読出し部６５は、各光電変換素子に対して同一の位置に設けられている。
【００６３】
垂直電荷転送路６４上方には、垂直電荷転送路６４に読み出された電荷の転送を制御するための８相の転送パルスが撮像素子駆動部１０によって印加される転送電極Ｖ１〜Ｖ８が形成されている。転送電極Ｖ１には転送パルスφＶ１が印加され、転送電極Ｖ２には転送パルスφＶ２が印加され、転送電極Ｖ３には転送パルスφＶ３が印加され、転送電極Ｖ４には転送パルスφＶ４が印加され、転送電極Ｖ５には転送パルスφＶ５が印加され、転送電極Ｖ６には転送パルスφＶ６が印加され、転送電極Ｖ７には転送パルスφＶ７が印加され、転送電極Ｖ８には転送パルスφＶ８が印加される。
【００６４】
転送電極Ｖ１，Ｖ２は、ｂｇｒｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ２は、ｂｇｒｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｂｇｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００６５】
転送電極Ｖ３，Ｖ４は、ＢＧＲＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ４は、ＢＧＲＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＢＧＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００６６】
転送電極Ｖ５，Ｖ６は、ｒｇｂｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ６は、ｒｇｂｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｒｇｂｇ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００６７】
転送電極Ｖ７，Ｖ８は、ＲＧＢＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ８は、ＲＧＢＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＲＧＢＧ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００６８】
垂直電荷転送路６４には、垂直電荷転送路６４を転送されてきた電荷を行方向Ｘに転送するための水平電荷転送路６７が接続され、水平電荷転送路６７には、水平電荷転送路６７を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプ６８が接続されている。
【００６９】
次に、このような構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。
操作部１４に含まれるシャッタボタンが半押しされると、システム制御部１１により、自動露出（ＡＥ）処理及び自動焦点調節（ＡＦ）処理が行われ、被写体の撮影に必要なダイナミックレンジの測定が行われる。システム制御部１１は、測定したダイナミックレンジにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光時間と、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間とをそれぞれ決定し、決定した露光時間で撮像を行うように撮像素子駆動部１０を制御する。
【００７０】
デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００７１】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ）に制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ２，Ｖ６にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８にそれぞれローレベルの抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出し、読み出しパルスの停止を以って、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光期間を開始する駆動を行う。
【００７２】
撮像素子駆動部１０は、読み出しパルスと抑制パルスの印加後、転送パルスφＶ２，φＶ４，φＶ６，φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送パルスφＶ２，φＶ６以外をＶＬにする。電子シャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’から出力される。
【００７３】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’から出力される。
【００７４】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて撮影動作が終了する。
【００７５】
以上のように、固体撮像素子が図４に示したような構成であっても、第一実施形態と同様の駆動が可能となり、同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（第三実施形態）
図５は、図１に示すデジタルカメラに搭載する固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。
図５に示す固体撮像素子５’’は、図４に示した固体撮像素子において、光電変換素子６１Ｇと、その水平電荷転送路６７とは反対側に隣接する光電変換素子６１ｇとの位置を逆にした構成となっている。又、図４に示した光電変換素子６１Ｇに対応して設けていた電荷読出し部６５の位置を、転送電極Ｖ４下方にあったものは、その転送電極Ｖ４隣の転送電極Ｖ３下方に変更し、転送電極Ｖ８下方にあったものは、その転送電極Ｖ８隣の転送電極Ｖ７下方に変更した構成となっている。更に、図４に示した光電変換素子６１ｒ，６１ｂに対応して設けた電荷読出し部６５の位置を、転送電極Ｖ２下方にあったものは、その転送電極Ｖ２隣の転送電極Ｖ１下方に変更し、転送電極Ｖ６下方にあったものは、その転送電極Ｖ６隣の転送電極Ｖ５下方に変更した構成となっている。
【００７７】
転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ５は、それぞれ、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００７８】
転送電極Ｖ３と転送電極Ｖ７は、それぞれ、光電変換素子６１ｇに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１ｇに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００７９】
転送電極Ｖ２と転送電極Ｖ６は、それぞれ、光電変換素子６１Ｇに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１Ｇに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００８０】
転送電極Ｖ４と転送電極Ｖ８は、それぞれ、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００８１】
次に、このような固体撮像素子５’’を搭載した図１に示す構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。
図６は、第三実施形態のデジタルカメラによる撮影時の動作フローを示した図である。図７は、第三実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャートである。
操作部１４に含まれるシャッタボタンが半押しされると（ステップＳ１）、システム制御部１１により、自動露出（ＡＥ）処理（ステップＳ２）及び自動焦点調節（ＡＦ）処理（ステップＳ３）が行われ、被写体の撮影に必要なダイナミックレンジの測定が行われる（ステップＳ４）。システム制御部１１は、測定したダイナミックレンジにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光時間と、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間とをそれぞれ決定する。
【００８２】
次に、システム制御部１１は、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５）。光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値よりも大きかった場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂを２つのグループに分け、各グループ毎にタイミングをずらして読み出しパルス及び抑制パルスの印加を行って、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されている電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す時分割読み出し駆動を、撮像素子駆動部１０を介して行う（ステップＳ６）。
【００８３】
時分割読み出し駆動について詳しく説明する。
図７に示すように、デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００８４】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ）に制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、まず転送電極Ｖ１，Ｖ５にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ３，Ｖ７に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスφＶ１〜φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送電極Ｖ３，Ｖ７にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ１，Ｖ５に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｇに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。
【００８５】
以上が、時分割読み出し駆動の詳細である。
【００８６】
図６の動作説明に戻り、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値以下だった場合（ステップＳ５：ＮＯ）、システム制御部１１は、ｒｇｂ光電変換素子群の全ての光電変換素子に対応する電荷読出し部６５上方の転送電極に同時に読み出しパルスを印加し、読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されている電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す同時読み出し駆動を、撮像素子駆動部１０を介して行う（ステップＳ７）。
【００８７】
同時読み出し駆動について詳しく説明する。
デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００８８】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ）に制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。
【００８９】
以上が、同時読み出し駆動の詳細である。
【００９０】
撮像素子駆動部１０は、ステップＳ６又はステップＳ７が終了し、電子シャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１Ｇに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスφＶ１〜φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送電極Ｖ４，Ｖ８にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’’から出力される（ステップＳ８）。
【００９１】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ１，Ｖ５に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ３，Ｖ７に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスφＶ１〜φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送電極Ｖ３，Ｖ７にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ１，Ｖ５に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｇに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’’から出力される（ステップＳ８）。
【００９２】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し（ステップＳ９）、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて（ステップＳ１０）、撮影動作が終了する。
【００９３】
第一実施形態で説明した抑制パルスは、読み出しパルスを印加する転送電極以外の電極であれば、どこに印加しても効果があるものである。しかし、読み出しパルスを印加する転送電極に隣接する転送電極に抑制パルスを印加してしまうと、高電位の転送電極と低電位の転送電極とが隣接することになり、この２つの転送電極間の電位差によって電極ダメージが発生し、電極ダメージが発生した回数に比例して光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積される暗電流が増えてくるなど、信頼性の低下が懸念される。
【００９４】
このような理由から、上記暗電流を減らして信頼性を向上させるためには、読み出しパルスを印加する転送電極の隣の転送電極に抑制パルスを印加する駆動をなるべく行わないようにすることが重要となる。
【００９５】
本実施形態では、上記信頼性を向上させるための駆動として、上述した時分割読み出し駆動を採用している。本実施形態の固体撮像素子５’’は、光電変換素子６１ｒ，６１ｂと光電変換素子６１ｇとで独立に電荷の読み出しを制御することができるような構成となっている。このため、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間制御のための読み出しパルスの印加時に、その読み出しパルスを印加する転送電極の隣の転送電極以外の転送電極に抑制パルスを印加することが可能となっており、上述した電極ダメージの累積を防いで、暗電流の発生を抑えることができる。
【００９６】
ただし、上記時分割読み出し駆動を行うと、光電変換素子６１ｒ，６１ｂと光電変換素子６１ｇとで、わずかではあるが露光時間に差が生じてしまう。この露光時間差は、システム制御部１１によって決定された光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が十分に大きければ、許容できるものとなるが、該露光時間が小さい場合には画質劣化が顕著なものとなってしまう。
【００９７】
このように、時分割読み出し駆動は、暗電流低減効果はあるが、光電変換素子６１ｒ，６１ｂと光電変換素子６１ｇとの露光時間差に起因する画質劣化の恐れもある駆動となっている。一方、同時読み出し駆動は、読み出しパルスを印加する転送電極の隣の転送電極に抑制パルスを印加しているため、電極ダメージによる暗電流が発生しやすい駆動となっているが、露光時間差は発生しないため、画質劣化の恐れがない駆動ともなっている。
【００９８】
本実施形態のデジタルカメラでは、電極ダメージが累積してしまう同時読み出し駆動をなるべく行わないために、光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が閾値よりも大きく、上記露光時間差による影響が許容できると判断された場合には、撮像素子駆動部１０が時分割読み出し駆動を行い、光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が閾値以下であり、上記露光時間差による影響が許容できないと判断された場合にのみ、撮像素子駆動部１０が同時読み出し駆動を行うものとしている。
【００９９】
このように、露光時間差による画質劣化が顕著となるような露光時間である場合にのみ同時読み出し駆動を行い、それ以外の場合には時分割読み出し駆動を行うことで、露光時間制御のための電荷の完全読み出しを実現しながら、電極ダメージの累積を防ぐことができ、電極ダメージに起因する暗電流の増加を極力防ぐことができる。
【０１００】
尚、露光期間終了後の電荷読み出し時においては、時分割読み出し駆動を行ったとしても画質には何も影響がない。このため、上述したように、露光期間終了後の電荷読み出し時においては、暗電流の発生を避けるために、常に時分割読み出し駆動を実施することが好ましい。
【０１０１】
又、上記閾値は、露光時間差に起因する画質劣化が許容できなくなるような光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間の上限値としておけば良い。
【０１０２】
尚、図７の例では、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始の直前に、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＭの転送パルスを印加してから読み出しパルスを印加するようにしているが、読み出しパルスの印加と同時に、読み出しパルスと抑制パルスを印加していない転送電極にＶＭの転送パルスを印加するようにしておくことも可能であり、このようにした場合には、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光開始から光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始までの間の全ての期間において転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが可能となり、白傷防止効果を高めることができる。
【０１０３】
（第四実施形態）
本実施形態のデジタルカメラの構成は、第三実施形態のデジタルカメラとほぼ同様であり、撮像素子駆動部１０による駆動方法が若干異なるものとなっている。本実施形態のデジタルカメラは、図６に示すステップＳ７で同時読み出し駆動を行う代わりに、抑制パルスの印加を行わずにｒｇｂ光電変換素子群の全ての光電変換素子に対応する電荷読出し部６５上方の転送電極に同時に読み出しパルスの印加を行って、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されている電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す、抑制パルスなし同時読み出し駆動を行うものとなっている。
【０１０４】
以下、固体撮像素子の駆動方法について説明する。
図８は、第四実施形態のデジタルカメラによる撮影時の動作フローを示した図である。図９は、第四実施形態のデジタルカメラによる撮影時（抑制パルスなし同時読み出し駆動を行う場合）の転送パルスのタイミングチャートである。図８において図６と同じ処理には同一符号を付してある。
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値以下だった場合（ステップＳ５：ＮＯ）、システム制御部１１は、読み出しパルスのレベルを上昇させる指示を行った後（ステップＳ１７）、抑制パルスなし同時読み出し駆動を、撮像素子駆動部１０を介して行う（ステップＳ１８）。抑制パルスなし同時読み出し駆動が終了した後は、ステップＳ８に処理を移行する。
【０１０５】
抑制パルスなし同時読み出し駆動について詳しく説明する。
図９に示すように、デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【０１０６】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ）に制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７にそれぞれ高電圧（時分割読み出し駆動時に印加する読み出しパルスよりも高いレベル（例えば１８、１９Ｖ）の電圧の読み出しパルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。
【０１０７】
以上が、抑制パルスなし同時読み出し駆動の詳細である。
【０１０８】
第一実施形態で説明した抑制パルスは、光電変換素子からの電荷の完全な読み出しを目的として用いられている。しかし、読み出しパルスのレベルが十分に大きければ、この抑制パルスがなくとも、電荷の完全な読み出しは可能であり、本実施形態では、このことを利用して電荷の完全読み出しを実現した抑制パルスなし同時読み出し駆動を採用している。抑制パルスなし同時読み出し駆動によれば、抑制パルスを印加する必要がなく、読み出しパルスが印加されている転送電極の隣の転送電極の電位をグラウンド電位とすることができるため、電極ダメージによる暗電流の発生といった問題をなくすことができる。
【０１０９】
本実施形態のデジタルカメラでは、高電圧の読み出しパルスを印加する抑制パルスなし同時読み出し駆動をなるべく行わないため（消費電力低減のため）に、光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が閾値よりも大きく、上記露光時間差による影響が許容できると判断された場合には、撮像素子駆動部１０が時分割読み出し駆動を行い、光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が閾値以下であり、上記露光時間差による影響が許容できないと判断された場合にのみ、撮像素子駆動部１０が抑制パルスなし同時読み出し駆動を行うものとしている。
【０１１０】
このように、露光時間差による画質劣化が顕著となるような露光時間である場合にのみ抑制パルスなし同時読み出し駆動を行い、それ以外の場合には時分割読み出し駆動を行うことで、露光時間制御のための電荷の完全読み出しを実現しながら、電極ダメージの累積を防ぐことができ、電極ダメージに起因する暗電流の増加を極力防ぐことができる。
【０１１１】
抑制パルスなし同時読み出し駆動時に印加する読み出しパルスのレベルは、光電変換素子からの電荷の完全読み出しができるようになる程度のレベルであれば良く、ＶＨとＶＬの絶対値とを加算したレベル（＋２２Ｖ）よりも十分に小さい値で良いため、読み出しパルスが印加される転送電極と、その隣の転送電極との電位差は、同時読み出し駆動を行った場合よりも小さくすることができる。このため、電極ダメージを減らすことができ、暗電流の増加防止という効果が得られる。
【０１１２】
尚、図８のステップＳ６において抑制パルスの印加を省略することも可能である。ステップＳ６において抑制パルスの印加を省略して、読み出しパルスを複数回に分けて印加するようにした場合、読み出しパルスを１回しか印加しない場合と比べて、読み出し対象となる光電変換素子の周囲に存在する読み出しパルスが印加される電極数を減らすことができる。この結果、光電変換素子の電位変動や読み出しパルスの実効電圧の変動が小さくなるため、抑制パルスを印加しなくとも、光電変換素子からの電荷の完全な読み出しを実現することが可能となる。又、ステップＳ６において抑制パルスの印加を省略した場合でも、露光時間差に起因する画質劣化が許容できないときにステップＳ６の駆動を実行せずにステップＳ１８の駆動を実行することは、画質を向上させる上で技術的に意義のある処理となる。
【０１１３】
尚、図９の例では、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始の直前に、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＭの転送パルスを印加してから読み出しパルスを印加するようにしているが、読み出しパルスの印加と同時に、読み出しパルスを印加していない転送電極にＶＭの転送パルスを印加するようにしておくことも可能であり、このようにした場合には、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光開始から光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始までの間の全ての期間において転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが可能となり、白傷防止効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】本発明の第一実施形態のデジタルカメラに搭載された固体撮像素子の一構成例を示した平面模式図
【図３】本発明の第一実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャート
【図４】図１に示したデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図
【図５】図１に示すデジタルカメラに搭載する固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図
【図６】第三実施形態のデジタルカメラによる撮影時に動作フローを示した図
【図７】第三実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャート
【図８】第四実施形態のデジタルカメラによる撮影時に動作フローを示した図
【図９】第四実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャート
【符号の説明】
【０１１５】
５ 固体撮像素子
５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ 長時間露光用の光電変換素子
５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ 短時間露光用の光電変換素子
１０ 撮像素子駆動部
１１ システム制御部
５４ 垂直電荷転送路
５５ 電荷読出し部
５７ 水平電荷転送路
５８ 出力アンプ
Ｖ１〜Ｖ８ 転送電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１回の撮影で低感度の画像データと高感度の画像データとを得て、これらを合成してダイナミックレンジを広げるために、高感度の光電変換素子と低感度の光電変換素子とを有する固体撮像素子が提案されている。光電変換素子に感度差を付ける方法はいろいろあり、例えば、特許文献１には、光電変換素子の露光時間に差をつけることで、感度差をつける方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７５０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、光電変換素子に露光時間差をつけるために、一部の光電変換素子の露光期間中に、該一部以外の光電変換素子に読み出しパルスを印加して、その光電変換素子に蓄積されている電荷を読み出すことで、該一部以外の光電変換素子の露光期間を制御している。露光期間終了後に光電変換素子から電荷を読み出すときは、既に撮影が終了しているため、電荷の読み出しが完全に行われかったとしても画質にそれほど影響を与えないが、露光時間を制御するための電荷読み出し動作においては、残像防止のために、電荷の完全な読み出しが求められる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換素子の露光時間制御のための該光電変換素子からの電荷読み出し時において、電荷を完全に読み出すことが可能な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】
【０００６】
本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられた前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加すると共に、前記読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に、前記読み出しパルスによる前記光電変換素子の電荷蓄積領域の電位変化を抑制するための前記読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加する駆動を行う。
【０００７】
本発明の撮像装置は、前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値以下の場合に前記駆動を行い、前記露光時間が閾値よりも大きい場合に、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行う。
【０００８】
本発明の撮像装置は、前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合に、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行い、前記露光時間が閾値以下の場合に、前記駆動において前記抑制パルスを停止し、前記読み出しパルスのレベルを、前記露光時間が閾値よりも大きい場合の駆動で印加するときのレベルよりも高くした駆動を行う。
【０００９】
本発明の撮像装置は、前記抑制パルスの印加開始タイミングと、前記読み出しパルスの印加開始タイミングとが一致している。
【００１０】
本発明の撮像装置は、前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、前記駆動手段が、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【００１１】
本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、前記駆動手段は、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加する駆動を行い、前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値以下の場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスよりも大きいレベルの読み出しパルスを印加する駆動を行う。
【００１２】
本発明の撮像装置は、前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に、前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加すると共に、前記読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に、前記読み出しパルスによる前記光電変換素子の電荷蓄積領域の電位変化を抑制するための前記読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加する駆動を行う駆動ステップを有する。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値とを比較する比較ステップを有し、前記露光時間が閾値以下の場合に前記駆動を行い、前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行う。
【００１５】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値とを比較する比較ステップを有し、前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行い、前記露光時間が閾値以下の場合、前記駆動において前記抑制パルスを停止し、前記読み出しパルスのレベルを、前記露光時間が閾値より大きい場合の前記駆動で印加するときのレベルよりも高くする。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記抑制パルスの印加開始タイミングと、前記読み出しパルスの印加開始タイミングとを一致させる。
【００１７】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加するステップを有する。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値を比較する比較ステップと、前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加する駆動を行うステップと、前記露光時間が閾値以下の場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスよりもレベルの高い読み出しパルスを印加する駆動を行うステップとを有する。
【００１９】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する駆動を行うステップを有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光電変換素子の露光時間制御のための該光電変換素子からの電荷読み出し時において、電荷を完全に読み出すことが可能な撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。
【００２３】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００２４】
又、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００２５】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。
【００２６】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理、画像合成処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備え、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００２７】
図２は、図１に示す固体撮像素子５の一構成例を示した平面模式図である。
固体撮像素子５は、半導体基板５０上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに正方格子状に配列された赤色（Ｒ）の波長域の光（Ｒ光）を検出する光電変換素子５１Ｒ（図中に“Ｒ”の文字を付してある）、緑色（Ｇ）の波長域の光（Ｇ光）を検出する光電変換素子５１Ｇ（図中に“Ｇ”の文字を付してある）、青色（Ｂ）の波長域の光（Ｂ光）を検出する光電変換素子５１Ｂ（図中に“Ｂ”の文字を付してある）からなるＲＧＢ光電変換素子群と、半導体基板５０上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに正方格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子５１ｒ（図中に“ｒ”の文字を付してある）、Ｇ光を検出する光電変換素子５１ｇ（図中に“ｇ”の文字を付してある）、Ｂ光を検出する光電変換素子５１ｂ（図中に“ｂ”の文字を付してある）からなるｒｇｂ光電変換素子群とを備え、これらが、それぞれの光電変換素子配列ピッチの略１／２だけ、行方向Ｘ及び列方向Ｙにずれた位置に配置されている。
【００２８】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の上方にはカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタの配列はベイヤー配列となっている。ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の上方にも同様にカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタの配列もベイヤー配列となっている。
【００２９】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子と、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子とは、それぞれ同一構造となっているが、撮像素子駆動部１０によって、それぞれの露光時間が異なるように制御される。本実施形態では、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間が、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間よりも短くなるように制御されるものとする。
【００３０】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｇと光電変換素子５１Ｒとからなる光電変換素子列であるＧＲ光電変換素子列と、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｂと光電変換素子５１Ｇとからなる光電変換素子列であるＢＧ光電変換素子列とを、行方向Ｘに交互に配列したものと言うことができる。又、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１Ｇと光電変換素子５１Ｂとからなる光電変換素子行であるＧＢ光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１Ｒと光電変換素子５１Ｇとからなる光電変換素子行であるＲＧ光電変換素子行とを、列方向Ｙに交互に配列したものと言うこともできる。
【００３１】
ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１ｇと光電変換素子５１ｒとからなる光電変換素子列であるｇｒ光電変換素子列と、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１ｂと光電変換素子５１ｇとからなる光電変換素子列であるｂｇ光電変換素子列とを、行方向Ｘに交互に配列したものと言うことができる。又、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１ｇと光電変換素子５１ｂとからなる光電変換素子行であるｇｂ光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１ｒと光電変換素子５１ｇとからなる光電変換素子行であるｒｇ光電変換素子行とを、列方向Ｙに交互に配列したものと言うこともできる。
【００３２】
各光電変換素子列の右側部には、各光電変換素子列に対応させて、各光電変換素子列を構成する光電変換素子に蓄積された電荷を列方向Ｙに転送するための垂直電荷転送路５４（図２では一部のみ図示してある）が形成されている。垂直電荷転送路５４は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層内に注入されたｎ型不純物によって形成されている。
【００３３】
垂直電荷転送路５４上方には、垂直電荷転送路５４に読み出された電荷の転送を制御するための８相の転送パルスが撮像素子駆動部１０によって印加される転送電極Ｖ１〜Ｖ８が形成されている。転送電極Ｖ１には転送パルスφＶ１が印加され、転送電極Ｖ２には転送パルスφＶ２が印加され、転送電極Ｖ３には転送パルスφＶ３が印加され、転送電極Ｖ４には転送パルスφＶ４が印加され、転送電極Ｖ５には転送パルスφＶ５が印加され、転送電極Ｖ６には転送パルスφＶ６が印加され、転送電極Ｖ７には転送パルスφＶ７が印加され、転送電極Ｖ８には転送パルスφＶ８が印加される。
【００３４】
転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、それぞれ、各光電変換素子行の間を、これらを構成する光電変換素子を避けるように行方向Ｘに蛇行して配設されている。ｇｂ光電変換素子行の上側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ８と転送電極Ｖ１が配置されている。ｇｂ光電変換素子行の下側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該ｇｂ光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ２と転送電極Ｖ３が配置されている。ｒｇ光電変換素子行の上側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ４と転送電極Ｖ５が配置されている。ｒｇ光電変換素子行の下側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該ｒｇ光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ６と転送電極Ｖ７が配置されている。
【００３５】
各光電変換素子と、それに対応する垂直電荷転送路５４との間には、各光電変換素子で発生した電荷を、該垂直電荷転送路５４に読み出すための電荷読出し部５５が設けられている。電荷読出し部５５は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層の一部分によって形成されている。電荷読出し部５５は、各光電変換素子に対して同一の方向（図中の斜め右下方向）に設けられている。
【００３６】
ｇｂ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ２が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｇｂ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３７】
ＧＢ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ４が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＧＢ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３８】
ｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ６が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３９】
ＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ８が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００４０】
垂直電荷転送路５４には、垂直電荷転送路５４を転送されてきた電荷を行方向Ｘに転送するための水平電荷転送路５７が接続され、水平電荷転送路５７には、水平電荷転送路５７を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプ５８が接続されている。
【００４１】
電荷読出し部５５上方の転送電極（Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８）には、それぞれ、垂直電荷転送路５４に電荷を蓄積するパケットを形成するためのミドルレベル（ＶＭ，例えば０Ｖ）の転送パルスＶＭと、垂直電荷転送路５４に該パケットのバリアを形成するためのＶＭよりもレベルの低いローレベル（ＶＬ，例えば−８Ｖ）の転送パルスＶＬと、各光電変換素子から垂直電荷転送路５４に電荷を読み出すためのパルスであってＶＭよりも高いレベル（ＶＨ，例えば１５Ｖ）の読み出しパルスとのいずれかが印加可能となっている。電荷読出し部５５上方の転送電極（Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８）以外の転送電極（Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７）には、ＶＬとＶＭとのいずれかの転送パルスが印加可能となっている。
【００４２】
次に、このような構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。図３は、第一実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャートである。
操作部１４に含まれるシャッタボタンが半押しされると、システム制御部１１により、自動露出（ＡＥ）処理及び自動焦点調節（ＡＦ）処理が行われ、被写体の撮影に必要なダイナミックレンジの測定が行われる。システム制御部１１は、測定したダイナミックレンジにより、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光時間と、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間とをそれぞれ決定し、決定した露光時間で撮像を行うように撮像素子駆動部１０を制御する。
【００４３】
図３に示すように、デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ，例えば約−８Ｖ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００４４】
光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ，例えば０Ｖ）に制御される。そして、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ２，Ｖ６にそれぞれハイレベル（ＶＨ，例えば１５Ｖ）の読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部５５を介して垂直電荷転送路５４に読み出し、読み出しパルスの停止を以って、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光期間を開始する駆動を行う。
【００４５】
読み出しパルスの印加により、電荷読み出し部５５のポテンシャルが下がり、バリアが消滅するため、光電変換素子の電荷蓄積領域にある電荷は垂直電荷転送路５４に読み出される。しかし、この読み出しパルスの印加により光電変換素子の電荷蓄積領域の電位も高くなり、最小空乏化電圧を高くする傾向がある。つまり、光電変換素子の電荷蓄積領域の電位が高くなることで、電荷蓄積領域内に電荷が残りやすくなり、電荷の完全転送が行われなくなって、残像が発生してしまうという問題がある。
【００４６】
又、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に完全に読み出すためには、転送電極Ｖ２，Ｖ６に印加される読み出しパルスの実効電圧が重要となる。この実効電圧は、読み出しパルスが印加される転送電極の電位と、読み出しパルスを印加する転送電極に隣接する転送電極の電位との電位差によって決まり、１５Ｖ程度が必要である。しかし、読み出しパルスが転送電極Ｖ２，Ｖ６に印加されると、そこに隣接する転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７の電位は、高レベルの読み出しパルスによってグラウンドレベルよりも上に引き上げられてしまう。この結果、読み出しパルスの実効電圧は低下してしまうという問題もある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、撮像素子駆動部１０が、読み出しパルスの印加と同時に、転送電極Ｖ２，Ｖ６以外の転送電極の一部（例えば転送電極Ｖ４，Ｖ８）に、読み出しパルスと逆方向の変化を示す抑制パルス（例えばＶＬ）を印加するものとしている。読み出しパルスが正極性の変化を示すとき、抑制パルスは負極性の変化を示し、読み出しパルスによる電荷蓄積領域の電位変化を抑制して、最小空乏化電圧を減少させる。この抑制パルスは、光電変換素子の電位を引き下げる（ポテンシャルを持ち上げる）機能を有するため、光電変換素子に残留していた電荷は垂直電荷転送路５４に読み出される。読み出しパルスのみでは電荷が残っているところ、抑制パルスの印加により電荷を全て読み出せるようになったので、最小空乏化電圧が低下したことになる。又、抑制パルスの印加によって、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７の電位がグラウンドレベルに引き寄せられるため、読み出しパルスの実効電圧を、電荷の読み出しに十分な値にすることができる。
【００４８】
尚、読み出しパルスと抑制パルスのタイミングは正確に一致している必要はなく、オーバーラップ期間を有して、抑制パルスが読み出しパルスの影響を少なくとも一部抑制し、電荷読み出し動作として実質的に同じ効果を示せばよい。又、抑制パルスは、読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の全てに印加しても良い。抑制パルスについては、特開２００６−５４６８５号にも詳細が記載されているので、これを参照されたい。
【００４９】
このように、読み出しパルスと抑制パルスの印加により、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始時には、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂには電荷が全く蓄積されていない状態となるので、残像を防ぐことができる。
【００５０】
撮像素子駆動部１０は、読み出しパルスと抑制パルスの印加後、転送パルスφＶ２，φＶ４，φＶ６，φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送パルスφＶ２，φＶ６以外をＶＬにする。電子シャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路５４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に抑制パルスを印加して、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送する。これにより、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。
【００５１】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路５４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８に抑制パルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送する。これにより、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。
【００５２】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて撮影動作が終了する。
【００５３】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂとの露光時間に差をつけるための読み出しパルスの印加時に、その読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に抑制パルスを印加するようにしているため、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を完全に読み出すことができ、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始時に、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに電荷が残っていることによる残像の発生を防ぐことができる。
【００５４】
又、以上のような駆動によれば、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間開始から光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光期間開始まで期間の一部の期間、転送電極Ｖ１〜Ｖ８の各々にＶＬの転送パルスが供給されているため、この期間に各光電変換素子と垂直電荷転送路５４との間のシリコン基板５０の領域とこの上方のゲート絶縁膜との界面で発生した電子を、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに移動させることなく、該領域に蓄積しておくことが可能となる。これは、該領域上方の転送電極に極性がマイナスの転送パルスを印加すると、該領域にはホールが蓄積され、このホールと上記界面で発生した電子とが再結合することになり、該領域に電子を蓄積しておくことができるためである。この結果、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂでの白傷を減らすことができる。
【００５５】
尚、本実施形態では、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光開始から光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始までの間の一部の期間は、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスが印加されているため、この期間に発生したスミア電荷によって、ブルーミングが起こる可能性がある。しかし、ブルーミングが発生するほどスミア電荷の量が多くなるのは、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間を極端に短くしない限り、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始後となるため、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始前でのブルーミングの発生の確率は低い。したがって、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始前は、白傷防止のために、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが有効となる。
【００５６】
又、図３の例では、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始の直前に、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＭの転送パルスを印加してから読み出しパルスを印加するようにしているが、読み出しパルスの印加と同時に、読み出しパルスと抑制パルスを印加していない転送電極にＶＭの転送パルスを印加するようにしておくことも可能であり、このようにした場合には、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光開始から光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始までの間の全ての期間において転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが可能となり、白傷防止効果を高めることができる。
【００５７】
（第二実施形態）
第一実施形態では、固体撮像素子５の光電変換素子配列が、ＲＧＢ光電変換素子群とｒｇｂ光電変換素子群とを、行方向Ｘと列方向Ｙに配列ピッチの１／２だけずらした、所謂ハニカム配列である場合を例にしたが、光電変換素子配列はこれに限らず、例えば正方配列であっても構わない。本実施形態では、このような固体撮像素子の別の構成例について説明する。
【００５８】
図４は、図１に示したデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。
図４に示す固体撮像素子５’は、半導体基板上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子６１Ｒ（図中に“Ｒ”の文字を付してある）、Ｇ光を検出する光電変換素子６１Ｇ（図中に“Ｇ”の文字を付してある）、Ｂ光を検出する光電変換素子６１Ｂ（図中に“Ｂ”の文字を付してある）からなるＲＧＢ光電変換素子群と、半導体基板上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子６１ｒ（図中に“ｒ”の文字を付してある）、Ｇ光を検出する光電変換素子６１ｇ（図中に“ｇ”の文字を付してある）、Ｂ光を検出する光電変換素子６１ｂ（図中に“ｂ”の文字を付してある）からなるｒｇｂ光電変換素子群とを備え、これらが、それぞれの光電変換素子の列方向配列ピッチの略１／２だけ、列方向Ｙにずれた位置に配置されている。
【００５９】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子と、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子とは、それぞれ同一構造となっているが、撮像素子駆動部１０によって、それぞれの露光時間が異なるように制御される。本実施形態では、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間が、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間よりも短くなるように制御されるものとする。
【００６０】
固体撮像素子５’の光電変換素子の配列は、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒと光電変換素子６１ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるｂｇｒｇ光電変換素子行と、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒと光電変換素子６１Ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるＢＧＲＧ光電変換素子行と、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１ｒと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるｒｇｂｇ光電変換素子行と、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１Ｒと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるＲＧＢＧ光電変換素子行とを、この順番で列方向Ｙに繰り返し配置したものとなっている。
【００６１】
列方向Ｙに並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子列の右側部には、該光電変換素子列に対応させて、該光電変換素子列を構成する光電変換素子に蓄積された電荷を列方向Ｙに転送するための垂直電荷転送路６４（図４では一部のみ図示してある）が形成されている。垂直電荷転送路６４は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層内に注入されたｎ型不純物によって形成されている。
【００６２】
各光電変換素子と、それに対応する垂直電荷転送路６４との間には、各光電変換素子で発生した電荷を、該垂直電荷転送路６４に読み出すための電荷読出し部６５が設けられている。電荷読出し部６５は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層の一部分によって形成されている。電荷読出し部６５は、各光電変換素子に対して同一の位置に設けられている。
【００６３】
垂直電荷転送路６４上方には、垂直電荷転送路６４に読み出された電荷の転送を制御するための８相の転送パルスが撮像素子駆動部１０によって印加される転送電極Ｖ１〜Ｖ８が形成されている。転送電極Ｖ１には転送パルスφＶ１が印加され、転送電極Ｖ２には転送パルスφＶ２が印加され、転送電極Ｖ３には転送パルスφＶ３が印加され、転送電極Ｖ４には転送パルスφＶ４が印加され、転送電極Ｖ５には転送パルスφＶ５が印加され、転送電極Ｖ６には転送パルスφＶ６が印加され、転送電極Ｖ７には転送パルスφＶ７が印加され、転送電極Ｖ８には転送パルスφＶ８が印加される。
【００６４】
転送電極Ｖ１，Ｖ２は、ｂｇｒｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ２は、ｂｇｒｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｂｇｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００６５】
転送電極Ｖ３，Ｖ４は、ＢＧＲＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ４は、ＢＧＲＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＢＧＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００６６】
転送電極Ｖ５，Ｖ６は、ｒｇｂｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ６は、ｒｇｂｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｒｇｂｇ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００６７】
転送電極Ｖ７，Ｖ８は、ＲＧＢＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ８は、ＲＧＢＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＲＧＢＧ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００６８】
垂直電荷転送路６４には、垂直電荷転送路６４を転送されてきた電荷を行方向Ｘに転送するための水平電荷転送路６７が接続され、水平電荷転送路６７には、水平電荷転送路６７を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプ６８が接続されている。
【００６９】
次に、このような構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。
操作部１４に含まれるシャッタボタンが半押しされると、システム制御部１１により、自動露出（ＡＥ）処理及び自動焦点調節（ＡＦ）処理が行われ、被写体の撮影に必要なダイナミックレンジの測定が行われる。システム制御部１１は、測定したダイナミックレンジにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光時間と、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間とをそれぞれ決定し、決定した露光時間で撮像を行うように撮像素子駆動部１０を制御する。
【００７０】
デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００７１】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ）に制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ２，Ｖ６にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８にそれぞれローレベルの抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出し、読み出しパルスの停止を以って、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光期間を開始する駆動を行う。
【００７２】
撮像素子駆動部１０は、読み出しパルスと抑制パルスの印加後、転送パルスφＶ２，φＶ４，φＶ６，φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送パルスφＶ２，φＶ６以外をＶＬにする。電子シャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’から出力される。
【００７３】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’から出力される。
【００７４】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて撮影動作が終了する。
【００７５】
以上のように、固体撮像素子が図４に示したような構成であっても、第一実施形態と同様の駆動が可能となり、同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（第三実施形態）
図５は、図１に示すデジタルカメラに搭載する固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。
図５に示す固体撮像素子５’’は、図４に示した固体撮像素子において、光電変換素子６１Ｇと、その水平電荷転送路６７とは反対側に隣接する光電変換素子６１ｇとの位置を逆にした構成となっている。又、図４に示した光電変換素子６１Ｇに対応して設けていた電荷読出し部６５の位置を、転送電極Ｖ４下方にあったものは、その転送電極Ｖ４隣の転送電極Ｖ３下方に変更し、転送電極Ｖ８下方にあったものは、その転送電極Ｖ８隣の転送電極Ｖ７下方に変更した構成となっている。更に、図４に示した光電変換素子６１ｒ，６１ｂに対応して設けた電荷読出し部６５の位置を、転送電極Ｖ２下方にあったものは、その転送電極Ｖ２隣の転送電極Ｖ１下方に変更し、転送電極Ｖ６下方にあったものは、その転送電極Ｖ６隣の転送電極Ｖ５下方に変更した構成となっている。
【００７７】
転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ５は、それぞれ、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００７８】
転送電極Ｖ３と転送電極Ｖ７は、それぞれ、光電変換素子６１ｇに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１ｇに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００７９】
転送電極Ｖ２と転送電極Ｖ６は、それぞれ、光電変換素子６１Ｇに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１Ｇに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００８０】
転送電極Ｖ４と転送電極Ｖ８は、それぞれ、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００８１】
次に、このような固体撮像素子５’’を搭載した図１に示す構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。
図６は、第三実施形態のデジタルカメラによる撮影時の動作フローを示した図である。図７は、第三実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャートである。
操作部１４に含まれるシャッタボタンが半押しされると（ステップＳ１）、システム制御部１１により、自動露出（ＡＥ）処理（ステップＳ２）及び自動焦点調節（ＡＦ）処理（ステップＳ３）が行われ、被写体の撮影に必要なダイナミックレンジの測定が行われる（ステップＳ４）。システム制御部１１は、測定したダイナミックレンジにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光時間と、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間とをそれぞれ決定する。
【００８２】
次に、システム制御部１１は、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５）。光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値よりも大きかった場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂを２つのグループに分け、各グループ毎にタイミングをずらして読み出しパルス及び抑制パルスの印加を行って、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されている電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す時分割読み出し駆動を、撮像素子駆動部１０を介して行う（ステップＳ６）。
【００８３】
時分割読み出し駆動について詳しく説明する。
図７に示すように、デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００８４】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ）に制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、まず転送電極Ｖ１，Ｖ５にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ３，Ｖ７に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスφＶ１〜φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送電極Ｖ３，Ｖ７にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ１，Ｖ５に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｇに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。
【００８５】
以上が、時分割読み出し駆動の詳細である。
【００８６】
図６の動作説明に戻り、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値以下だった場合（ステップＳ５：ＮＯ）、システム制御部１１は、ｒｇｂ光電変換素子群の全ての光電変換素子に対応する電荷読出し部６５上方の転送電極に同時に読み出しパルスを印加し、読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されている電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す同時読み出し駆動を、撮像素子駆動部１０を介して行う（ステップＳ７）。
【００８７】
同時読み出し駆動について詳しく説明する。
デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００８８】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ）に制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。
【００８９】
以上が、同時読み出し駆動の詳細である。
【００９０】
撮像素子駆動部１０は、ステップＳ６又はステップＳ７が終了し、電子シャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ４，Ｖ８に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１Ｇに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスφＶ１〜φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送電極Ｖ４，Ｖ８にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’’から出力される（ステップＳ８）。
【００９１】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ１，Ｖ５に読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ３，Ｖ７に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスφＶ１〜φＶ８をそれぞれＶＭに戻し、その後、転送電極Ｖ３，Ｖ７にそれぞれハイレベル（ＶＨ）の読み出しパルスを印加すると共に、転送電極Ｖ１，Ｖ５に抑制パルスを印加して、光電変換素子６１ｇに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’’から出力される（ステップＳ８）。
【００９２】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し（ステップＳ９）、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて（ステップＳ１０）、撮影動作が終了する。
【００９３】
第一実施形態で説明した抑制パルスは、読み出しパルスを印加する転送電極以外の電極であれば、どこに印加しても効果があるものである。しかし、読み出しパルスを印加する転送電極に隣接する転送電極に抑制パルスを印加してしまうと、高電位の転送電極と低電位の転送電極とが隣接することになり、この２つの転送電極間の電位差によって電極ダメージが発生し、電極ダメージが発生した回数に比例して光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積される暗電流が増えてくるなど、信頼性の低下が懸念される。
【００９４】
このような理由から、上記暗電流を減らして信頼性を向上させるためには、読み出しパルスを印加する転送電極の隣の転送電極に抑制パルスを印加する駆動をなるべく行わないようにすることが重要となる。
【００９５】
本実施形態では、上記信頼性を向上させるための駆動として、上述した時分割読み出し駆動を採用している。本実施形態の固体撮像素子５’’は、光電変換素子６１ｒ，６１ｂと光電変換素子６１ｇとで独立に電荷の読み出しを制御することができるような構成となっている。このため、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間制御のための読み出しパルスの印加時に、その読み出しパルスを印加する転送電極の隣の転送電極以外の転送電極に抑制パルスを印加することが可能となっており、上述した電極ダメージの累積を防いで、暗電流の発生を抑えることができる。
【００９６】
ただし、上記時分割読み出し駆動を行うと、光電変換素子６１ｒ，６１ｂと光電変換素子６１ｇとで、わずかではあるが露光時間に差が生じてしまう。この露光時間差は、システム制御部１１によって決定された光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が十分に大きければ、許容できるものとなるが、該露光時間が小さい場合には画質劣化が顕著なものとなってしまう。
【００９７】
このように、時分割読み出し駆動は、暗電流低減効果はあるが、光電変換素子６１ｒ，６１ｂと光電変換素子６１ｇとの露光時間差に起因する画質劣化の恐れもある駆動となっている。一方、同時読み出し駆動は、読み出しパルスを印加する転送電極の隣の転送電極に抑制パルスを印加しているため、電極ダメージによる暗電流が発生しやすい駆動となっているが、露光時間差は発生しないため、画質劣化の恐れがない駆動ともなっている。
【００９８】
本実施形態のデジタルカメラでは、電極ダメージが累積してしまう同時読み出し駆動をなるべく行わないために、光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が閾値よりも大きく、上記露光時間差による影響が許容できると判断された場合には、撮像素子駆動部１０が時分割読み出し駆動を行い、光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が閾値以下であり、上記露光時間差による影響が許容できないと判断された場合にのみ、撮像素子駆動部１０が同時読み出し駆動を行うものとしている。
【００９９】
このように、露光時間差による画質劣化が顕著となるような露光時間である場合にのみ同時読み出し駆動を行い、それ以外の場合には時分割読み出し駆動を行うことで、露光時間制御のための電荷の完全読み出しを実現しながら、電極ダメージの累積を防ぐことができ、電極ダメージに起因する暗電流の増加を極力防ぐことができる。
【０１００】
尚、露光期間終了後の電荷読み出し時においては、時分割読み出し駆動を行ったとしても画質には何も影響がない。このため、上述したように、露光期間終了後の電荷読み出し時においては、暗電流の発生を避けるために、常に時分割読み出し駆動を実施することが好ましい。
【０１０１】
又、上記閾値は、露光時間差に起因する画質劣化が許容できなくなるような光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間の上限値としておけば良い。
【０１０２】
尚、図７の例では、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始の直前に、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＭの転送パルスを印加してから読み出しパルスを印加するようにしているが、読み出しパルスの印加と同時に、読み出しパルスと抑制パルスを印加していない転送電極にＶＭの転送パルスを印加するようにしておくことも可能であり、このようにした場合には、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光開始から光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始までの間の全ての期間において転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが可能となり、白傷防止効果を高めることができる。
【０１０３】
（第四実施形態）
本実施形態のデジタルカメラの構成は、第三実施形態のデジタルカメラとほぼ同様であり、撮像素子駆動部１０による駆動方法が若干異なるものとなっている。本実施形態のデジタルカメラは、図６に示すステップＳ７で同時読み出し駆動を行う代わりに、抑制パルスの印加を行わずにｒｇｂ光電変換素子群の全ての光電変換素子に対応する電荷読出し部６５上方の転送電極に同時に読み出しパルスの印加を行って、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されている電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す、抑制パルスなし同時読み出し駆動を行うものとなっている。
【０１０４】
以下、固体撮像素子の駆動方法について説明する。
図８は、第四実施形態のデジタルカメラによる撮影時の動作フローを示した図である。図９は、第四実施形態のデジタルカメラによる撮影時（抑制パルスなし同時読み出し駆動を行う場合）の転送パルスのタイミングチャートである。図８において図６と同じ処理には同一符号を付してある。
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値以下だった場合（ステップＳ５：ＮＯ）、システム制御部１１は、読み出しパルスのレベルを上昇させる指示を行った後（ステップＳ１７）、抑制パルスなし同時読み出し駆動を、撮像素子駆動部１０を介して行う（ステップＳ１８）。抑制パルスなし同時読み出し駆動が終了した後は、ステップＳ８に処理を移行する。
【０１０５】
抑制パルスなし同時読み出し駆動について詳しく説明する。
図９に示すように、デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれローレベル（ＶＬ）の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【０１０６】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加される転送パルスがそれぞれミドルレベル（ＶＭ）に制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７にそれぞれ高電圧（時分割読み出し駆動時に印加する読み出しパルスよりも高いレベル（例えば１８、１９Ｖ）の電圧の読み出しパルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出す。
【０１０７】
以上が、抑制パルスなし同時読み出し駆動の詳細である。
【０１０８】
第一実施形態で説明した抑制パルスは、光電変換素子からの電荷の完全な読み出しを目的として用いられている。しかし、読み出しパルスのレベルが十分に大きければ、この抑制パルスがなくとも、電荷の完全な読み出しは可能であり、本実施形態では、このことを利用して電荷の完全読み出しを実現した抑制パルスなし同時読み出し駆動を採用している。抑制パルスなし同時読み出し駆動によれば、抑制パルスを印加する必要がなく、読み出しパルスが印加されている転送電極の隣の転送電極の電位をグラウンド電位とすることができるため、電極ダメージによる暗電流の発生といった問題をなくすことができる。
【０１０９】
本実施形態のデジタルカメラでは、高電圧の読み出しパルスを印加する抑制パルスなし同時読み出し駆動をなるべく行わないため（消費電力低減のため）に、光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が閾値よりも大きく、上記露光時間差による影響が許容できると判断された場合には、撮像素子駆動部１０が時分割読み出し駆動を行い、光電変換素子６１ｒ，６１ｂ，６１ｇの露光時間が閾値以下であり、上記露光時間差による影響が許容できないと判断された場合にのみ、撮像素子駆動部１０が抑制パルスなし同時読み出し駆動を行うものとしている。
【０１１０】
このように、露光時間差による画質劣化が顕著となるような露光時間である場合にのみ抑制パルスなし同時読み出し駆動を行い、それ以外の場合には時分割読み出し駆動を行うことで、露光時間制御のための電荷の完全読み出しを実現しながら、電極ダメージの累積を防ぐことができ、電極ダメージに起因する暗電流の増加を極力防ぐことができる。
【０１１１】
抑制パルスなし同時読み出し駆動時に印加する読み出しパルスのレベルは、光電変換素子からの電荷の完全読み出しができるようになる程度のレベルであれば良く、ＶＨとＶＬの絶対値とを加算したレベル（＋２２Ｖ）よりも十分に小さい値で良いため、読み出しパルスが印加される転送電極と、その隣の転送電極との電位差は、同時読み出し駆動を行った場合よりも小さくすることができる。このため、電極ダメージを減らすことができ、暗電流の増加防止という効果が得られる。
【０１１２】
尚、図８のステップＳ６において抑制パルスの印加を省略することも可能である。ステップＳ６において抑制パルスの印加を省略して、読み出しパルスを複数回に分けて印加するようにした場合、読み出しパルスを１回しか印加しない場合と比べて、読み出し対象となる光電変換素子の周囲に存在する読み出しパルスが印加される電極数を減らすことができる。この結果、光電変換素子の電位変動や読み出しパルスの実効電圧の変動が小さくなるため、抑制パルスを印加しなくとも、光電変換素子からの電荷の完全な読み出しを実現することが可能となる。又、ステップＳ６において抑制パルスの印加を省略した場合でも、露光時間差に起因する画質劣化が許容できないときにステップＳ６の駆動を実行せずにステップＳ１８の駆動を実行することは、画質を向上させる上で技術的に意義のある処理となる。
【０１１３】
尚、図９の例では、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始の直前に、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＭの転送パルスを印加してから読み出しパルスを印加するようにしているが、読み出しパルスの印加と同時に、読み出しパルスを印加していない転送電極にＶＭの転送パルスを印加するようにしておくことも可能であり、このようにした場合には、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光開始から光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始までの間の全ての期間において転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが可能となり、白傷防止効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】本発明の第一実施形態のデジタルカメラに搭載された固体撮像素子の一構成例を示した平面模式図
【図３】本発明の第一実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャート
【図４】図１に示したデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図
【図５】図１に示すデジタルカメラに搭載する固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図
【図６】第三実施形態のデジタルカメラによる撮影時に動作フローを示した図
【図７】第三実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャート
【図８】第四実施形態のデジタルカメラによる撮影時に動作フローを示した図
【図９】第四実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャート
【符号の説明】
【０１１５】
５ 固体撮像素子
５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ 長時間露光用の光電変換素子
５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ 短時間露光用の光電変換素子
１０ 撮像素子駆動部
１１ システム制御部
５４ 垂直電荷転送路
５５ 電荷読出し部
５７ 水平電荷転送路
５８ 出力アンプ
Ｖ１〜Ｖ８ 転送電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられた前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加すると共に、前記読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に、前記読み出しパルスによる前記光電変換素子の電荷蓄積領域の電位変化を抑制するための前記読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加する駆動を行う撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値以下の場合に前記駆動を行い、前記露光時間が閾値よりも大きい場合に、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行う撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合に、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行い、前記露光時間が閾値以下の場合に、前記駆動において前記抑制パルスを停止し、前記読み出しパルスのレベルを、前記露光時間が閾値よりも大きい場合の駆動で印加するときのレベルよりも高くした駆動を行う撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記抑制パルスの印加開始タイミングと、前記読み出しパルスの印加開始タイミングとが一致している撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、
前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する撮像装置。
【請求項６】
固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
前記駆動手段は、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加する駆動を行い、前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値以下の場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスよりも大きいレベルの読み出しパルスを印加する駆動を行う撮像装置。
【請求項７】
請求項６記載の撮像装置であって、
前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、
前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する撮像装置。
【請求項８】
半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に、前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加すると共に、
前記読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に、前記読み出しパルスによる前記光電変換素子の電荷蓄積領域の電位変化を抑制するための前記読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加する駆動を行う駆動ステップを有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項９】
請求項８記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値とを比較する比較ステップを有し、
前記露光時間が閾値以下の場合に前記駆動を行い、前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行う固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１０】
請求項８記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値とを比較する比較ステップを有し、
前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行い、
前記露光時間が閾値以下の場合、前記駆動において前記抑制パルスを停止し、前記読み出しパルスのレベルを、前記露光時間が閾値より大きい場合の前記駆動で印加するときのレベルよりも高くする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記抑制パルスの印加開始タイミングと、前記読み出しパルスの印加開始タイミングとを一致させる固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、
前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加するステップを有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１３】
半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値を比較する比較ステップと、
前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加する駆動を行うステップと、
前記露光時間が閾値以下の場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスよりもレベルの高い読み出しパルスを印加する駆動を行うステップとを有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、
前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する駆動を行うステップを有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１】
固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられた前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加すると共に、前記読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に、前記読み出しパルスによる前記光電変換素子の電荷蓄積領域の電位変化を抑制するための前記読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加する駆動を行う撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値以下の場合に前記駆動を行い、前記露光時間が閾値よりも大きい場合に、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行う撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合に、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行い、前記露光時間が閾値以下の場合に、前記駆動において前記抑制パルスを停止し、前記読み出しパルスのレベルを、前記露光時間が閾値よりも大きい場合の駆動で印加するときのレベルよりも高くした駆動を行う撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記抑制パルスの印加開始タイミングと、前記読み出しパルスの印加開始タイミングとが一致している撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、
前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する撮像装置。
【請求項６】
固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
前記駆動手段は、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加する駆動を行い、前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値以下の場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスよりも大きいレベルの読み出しパルスを印加する駆動を行う撮像装置。
【請求項７】
請求項６記載の撮像装置であって、
前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、
前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する撮像装置。
【請求項８】
半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に、前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加すると共に、
前記読み出しパルスを印加する転送電極以外の転送電極の少なくとも一部に、前記読み出しパルスによる前記光電変換素子の電荷蓄積領域の電位変化を抑制するための前記読み出しパルスとは逆極性の抑制パルスを印加する駆動を行う駆動ステップを有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項９】
請求項８記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値とを比較する比較ステップを有し、
前記露光時間が閾値以下の場合に前記駆動を行い、前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行う固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１０】
請求項８記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値とを比較する比較ステップを有し、
前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記駆動において、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記読み出しパルス及び前記抑制パルスを印加する駆動を行い、
前記露光時間が閾値以下の場合、前記駆動において前記抑制パルスを停止し、前記読み出しパルスのレベルを、前記露光時間が閾値より大きい場合の前記駆動で印加するときのレベルよりも高くする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記抑制パルスの印加開始タイミングと、前記読み出しパルスの印加開始タイミングとを一致させる固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、
前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加するステップを有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１３】
半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極を含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
設定された前記第二の光電変換素子の露光時間と閾値を比較する比較ステップと、
前記露光時間が閾値よりも大きい場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極を複数のグループに分けて前記複数のグループ毎に異なるタイミングで前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すための読み出しパルスを印加する駆動を行うステップと、
前記露光時間が閾値以下の場合、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスよりもレベルの高い読み出しパルスを印加する駆動を行うステップとを有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための前記読み出しパルスよりもレベルの低い第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスとが印加可能であり、
前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間の少なくとも一部の期間に、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する駆動を行うステップを有する固体撮像素子の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−８８７０６（Ｐ２００９−８８７０６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５２６００（Ｐ２００７−２５２６００）
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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