JP2001148809A - 固体撮像素子の駆動方法および撮像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光期間において、入射光量が増えてスミア
成分とブルーミング成分が増加した場合に、第１フィー
ルド側の掃き出し転送期間で掃き出す不要電荷量が取り
扱い電荷量をオーバーするため、強い光が入射した場合
に掃き出し不良が生じてしまう。 【解決手段】 メカニカルシャッタを用いて露光時間を
制御するデジタルスチルカメラにおいて、センサ部から
垂直転送部に信号電荷を読み出すのに先立って、センサ
部から垂直転送部に読み出された信号電荷を転送すると
きの転送スピードよりも高速に垂直転送部中の電荷を転
送して掃き出す掃き出し転送を行う固体撮像素子を撮像
デバイスとして用いた場合に、第１フィールド側の掃き
出し転送期間を、第２フィールド側の掃き出し転送期間
よりも長く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子の駆
動方法および撮像システムに関し、特にインターレース
走査方式の固体撮像素子の駆動方法および当該駆動方法
が適用される固体撮像素子を撮像デバイスとして搭載
し、メカニカルシャッタなどの光制御手段を用いて露光
時間を制御する撮像システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像素子を撮像デバイスに用
いた撮像システムとして、デジタルスチルカメラ（電子
スチルカメラ）が急速に普及しつつする。このデジタル
スチルカメラでは、静止画を撮影する場合には解像度を
優先するため、同一時刻に全画素の信号電荷を一斉に読
み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送するいわゆ
る全画素読み出し方式の固体撮像素子、あるいは奇数ラ
インと偶数ラインの信号電荷をフィールドごとに交互に
読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送するいわ
ゆるフレーム読み出し方式の固体撮像素子が用いられ
る。

【０００３】これら各読み出し方式の固体撮像素子のう
ち、フレーム読み出し方式の固体撮像素子を撮像デバイ
スとして使用した場合には、１枚（１フレーム）の画像
を得るためには、２つのフィールドの信号が必要であ
る。したがって、デジタルスチルカメラのように、１回
の露光で１枚の画像を得る場合、第１フィールドと第２
フィールドの画像を変化させないために、露光完了後に
メカニカルシャッタで遮光する必要がある。

【０００４】ところで、ＣＣＤ(Charge Coupled Devic
e) 型撮像素子に代表される電荷転送型の固体撮像素子
では、その固有の現象としてスミアやブルーミングの発
生が挙げられる。ここで、スミアとは、撮像画中に輝度
の高い被写体があるとその上下方向画角いっぱいに白っ
ぽい筋状のノイズが現れる現象を言う。また、ブルーミ
ングとは、過大な入射光量に対してセンサ部（画素）で
発生する信号電荷が過剰となり、周辺の画素に溢れ出し
て周囲に白い部分が広がる現象を言う。

【０００５】このスミア成分やブルーミング成分以外に
も、半導体デバイスでは、光を遮断した状態でも時間の
経過とともに光に関係なく蓄積される電荷、即ち暗信号
（暗電流）成分がノイズ成分として挙げられる。これら
のノイズ成分は、撮像画上に固定パターンノイズとして
現れ、画質を劣化させる一因となる。

【０００６】そこで、メカニカルシャッタを用いて露光
時間を制御するデジタルスチルカメラにおいて、その撮
像デバイスとして用いられるＣＣＤ撮像素子では、従
来、垂直転送部中に湧き出した暗信号成分や、センサ部
から漏れ込んだスミア成分やブルーミング成分を掃き捨
てるために、メカニカルシャッタを閉じた後、垂直転送
部を通常の転送スピードよりも高速に転送駆動して垂直
転送部中の電荷を掃き出す動作（以下、これを掃き出し
転送と称す）を行い、しかる後各センサ部からの信号電
荷の読み出しを行うようにしている。

【０００７】また、全画素読み出し方式の固体撮像素子
の場合には、メカニカルシャッタを使用しなくても１回
の露光で１枚の画像を得ることが可能であるが、この全
画素読み出し方式の固体撮像素子においても、垂直転送
部中に湧き出した暗信号成分や、センサ部から漏れ込ん
だスミア成分やブルーミング成分を除去するために、同
様の掃き出し転送を行う場合がある。

【０００８】フレーム読み出し方式の場合には、図７の
タイミングチャートから明らかなように、メカニカルシ
ャッタが閉じ、露光期間が終了した時点から、センサ部
から信号電荷を読み出すまでの間に第１フィールド側と
第２フィールド側でそれぞれ掃き出し転送を同じ段数だ
け行っている。これは、第１フィールド側と第２フィー
ルド側で掃き出し転送期間が同じであることを意味して
いる。つまり、第１フィールド側と第２フィールド側の
掃き出し転送の取り扱い電荷量は同じということにな
る。

【０００９】一方、第１フィールド側と第２フィールド
側では、以下のように、高速で掃き出す不要電荷量が異
なる。すなわち、スミア成分とブルーミング成分は入射
光に起因して発生するものであり、第１フィールド側の
掃き出し転送で全て掃き捨てられるため、高速で掃き出
す不要電荷量が、第１フィールド側では暗信号成分＋ス
ミア成分＋ブルーミング成分となるのに対して、第２フ
ィールド側では暗信号成分のみとなる。

【００１０】そのため、露光期間において、過大光量の
光が入射し、それに伴ってスミア成分およびブルーミン
グ成分が増加した場合には、第２フィールド側での掃き
出し転送には全く問題はないのであるが、第１フィール
ド側の掃き出し転送では、掃き出す不要電荷量が垂直転
送部の取り扱い電荷量をオーバーし、掃き出し不良が生
じる、という不具合が発生する。

【００１１】一例として、デジタルスチルカメラでは、
光学ファインダを直接見ずに液晶モニタに写し出された
画像を見て撮影することが可能なため、直接見ることの
困難な日中の太陽を撮影するような場合もある。このよ
うに、太陽光のような過大光量が入射した場合には、掃
き出す不要電荷量が垂直転送部の取り扱い電荷量をオー
バーするため掃き出し不良が生じ、これが、図８に示す
ように、画面上部に縦筋として現れる場合がある。

【００１２】かかる不具合を解消するためには、第１フ
ィールド側の掃き出し転送期間を長く設定して取り扱い
電荷量を増やす方法が考えられる。通常、暗信号成分≪
（スミア成分＋ブルーミング成分）であるため、スミア
成分＋ブルーミング成分のみを掃き出せば良いとする
と、第２フィールド側では掃き出し転送を行わないよう
にし、その分を第１フィールド側の掃き出し転送期間に
割り当てることも考えられる。この場合、トータルの掃
き出し転送期間を増加させることなく、第１フィールド
側の掃き出し転送期間を倍増させることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以下の
理由により、第２フィールド側でも掃き出し転送を行う
必要がある。図９（ａ）のタイミングチャートに示すよ
うに、第２フィールド側の掃き出し転送期間を無くす
と、同図（ｂ）に示すように、第１フィールド側の暗信
号出力波形が斜めに傾きを持つシェーティングを生じ
るのに対して、第２フィールド側の暗信号出力波形は
一定となり、第１フィールド側と第２フィールド側とで
暗信号出力波形，がアンバランスになってしまう。

【００１４】ここでは、その説明として、図９（ａ）の
タイミングチャートに示すように、メカニカルシャッタ
を閉じた直後に電源をＯＮした場合を考える。先ず、ス
ミア成分等を除去するための掃き出し転送は高速なので
蓄積時間が少ない。したがって、この掃き出し転送期間
に発生する暗信号成分は、その後のラインシフト（１ラ
イン分の垂直転送）期間で発生する暗信号成分よりも十
分に小さいのでほぼ０と見なすことにする。この掃き出
し転送により、スミア成分およびブルーミング成分に加
えて暗信号成分も掃き捨てられ、除去される。

【００１５】次のラインシフト期間中の垂直転送部での
蓄積時間の経過とともに、暗信号が増加し、図９（ｂ）
に示すような暗信号出力波形になる。次の第２フィー
ルド側では、センサ部からの信号電荷の読み出し前に掃
き出し転送による暗信号成分の除去が無く、図９（ｂ）
に示すように、信号出力前に暗信号Ａが蓄積されている
ので、信号出力時には暗信号出力波形＋Ａ、即ち暗信
号出力波形となり、暗信号は一定となる。

【００１６】これに対して、図１０（ａ）のタイミング
チャートに示すように、第２フィールド側でも掃き出し
転送を行った場合には、同図（ｂ）に示すように、第１
フィールド側の暗信号出力波形が斜めに傾きを持つシ
ェーディングを生じ、第２フィールド側も同様に、読み
出し前に掃き出し転送による暗信号（それまでに蓄積さ
れていた暗信号成分Ａ）の除去が行われるため、暗信号
出力波形が斜めに傾きを持つシェーディングを生じ
る。

【００１７】このように、第２フィールド側でも掃き出
し転送を行った場合は、図１０（ｂ）に示すように、第
１フィールド側と第２フィールド側の暗信号出力波形
，が同じ波形になるのに対して、第２フィールド側
では掃き出し転送を行わない場合は、図９（ｂ）に示す
ように、第１フィールド側の暗信号出力波形が斜めに
傾きを持つシェーディングを生じ、第２フィールド側の
暗信号出力波形は一定となり、第１フィールド側と第
２フィールド側とで暗信号出力波形，がアンバラン
スになってしまう。

【００１８】両フィールドを合成して１フレーム（１
枚）の画像を作成する場合は、第１フィールドと第２フ
ィールドの出力ラインが交互に配置されるので、特に画
面上部（信号出力の初段）付近では、暗信号がライン間
で大きく異なり、その暗信号出力差が横縞になって現れ
る。したがって、スミア成分およびブルーミング成分よ
りも十分に小さい暗信号成分であっても、このような状
態になると画質が劣化するため、第２フィールド側でも
掃き出し転送を行っているのが現状である。

【００１９】しかも、従来は、駆動タイミングを設定す
るのが容易であるなどの理由から、掃き出し転送期間を
第１フィールド側と第２フィールド側で同じに設定する
という考え方が前提となっていたため、先述したよう
に、第１フィールド側の掃き出し転送期間を長く設定し
て取り扱い電荷量を増やすには、第２フィールド側の掃
き出し転送期間も同様に長く設定せざるを得ないことに
なる。これにより、２フィールドのトータルの掃き出し
転送期間が長くなるため、メカニカルシャッタを閉じて
から全画素の信号電荷を出力するまでの期間が長くな
る、という新たな問題が発生する。

【００２０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、トータルの掃き捨て
時間を変更することなく、第１フィールド側の掃き出し
転送期間での取り扱い電荷量（掃き捨て電荷量）を増や
すことが可能な固体撮像素子の駆動方法および撮像シス
テムを提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、行列状に配列されて光電変換を行う複
数個のセンサ部と、これらセンサ部で光電変換された信
号電荷を転送する垂直転送部とを有し、センサ部から垂
直転送部に信号電荷を読み出すのに先立って、センサ部
から垂直転送部に読み出された信号電荷を転送するとき
の転送スピードよりも高速に垂直転送部中の電荷を転送
して掃き出す掃き出し転送を行う固体撮像素子におい
て、第１フィールド側の掃き出し転送期間を、第２フィ
ールド側の掃き出し転送期間よりも長く設定するように
する。

【００２２】また、本発明による撮像システムは、行列
状に配列されて光電変換を行う複数個のセンサ部と、こ
れらセンサ部で光電変換された信号電荷を転送する垂直
転送部とを有し、センサ部から垂直転送部に信号電荷を
読み出すのに先立って、センサ部から垂直転送部に読み
出された信号電荷を転送するときの転送スピードよりも
高速に垂直転送部中の電荷を転送して掃き出す掃き出し
転送を行う固体撮像素子と、この固体撮像素子の各セン
サ部への光の入射を制御する光制御手段とを具備し、固
体撮像素子および光制御手段を駆動する駆動手段が、光
制御手段を遮光状態にしてからセンサ部から垂直転送部
に信号電荷を読み出すまでに行う第１フィールド側の掃
き出し転送期間を、第２フィールド側の掃き出し転送期
間よりも長く設定する構成となっている。

【００２３】光制御手段、例えばメカニカルシャッタを
用いて露光時間を制御する撮像システムにおいて、その
撮像デバイスとして、センサ部から垂直転送部に信号電
荷を読み出すのに先立って掃き出し転送を行う固体撮像
素子を搭載した場合に、第１フィールド側の掃き出し転
送期間を、第２フィールド側のそれよりも長く設定す
る。このとき、第１フィールド側よりも第２フィールド
側の方が取り扱い電荷量が少ないことから、その少ない
分に相当する期間を第１フィールド側の掃き出し転送期
間に割り当てるようにするのが好ましい。これにより、
トータルの掃き出し転送期間を変更することなく、第１
フィールド側の掃き出し転送期間での取り扱い電荷量を
増やすことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明によ
る駆動方法が適用されるインターレース走査方式のＣＣ
Ｄ撮像素子の一例を示す概略構成図である。

【００２５】図１において、行列状に配列され、かつ入
射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄
積する複数個のセンサ部（画素）１１と、これらセンサ
部１１の垂直列ごとに配置され、各センサ部１１から読
み出しゲート部１２を通して読み出された信号電荷を垂
直転送する複数本の垂直ＣＣＤ（垂直転送部）１３とに
よって撮像エリア１４が構成されている。

【００２６】この撮像エリア１４において、センサ部１
１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードから構成されて
いる。このセンサ部１１に蓄積された信号電荷は、読み
出しゲート部１２のゲート電極に後述する読み出しパル
スＸＳＧが印加され、当該ゲート電極の下のポテンシャ
ルが深くなることによって垂直ＣＣＤ１３に読み出され
る。垂直ＣＣＤ１３は、例えば４相の垂直転送クロック
φＶ１〜φＶ４によって転送駆動され、読み出された信
号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１
ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。

【００２７】垂直ＣＣＤ１３において、１相目および３
相目の転送電極は、読み出しゲート部１２のゲート電極
を兼ねている。このことから、４相の垂直転送クロック
φＶ１〜φＶ４のうち、１相目の垂直転送クロックφＶ
１と３相目の垂直転送クロックφＶ３が低レベル、中間
レベルおよび高レベルの３値をとるように設定されてお
り、その３値目の高レベルのパルスが読み出しゲート部
１２のゲート電極に印加される読み出しパルスＸＳＧと
なる。

【００２８】撮像エリア１４の図面上の下側には、水平
ＣＣＤ１５が配されている。この水平ＣＣＤ１５には、
複数本の垂直ＣＣＤ１３から１ラインに相当する信号電
荷が順次移送される。水平ＣＣＤ１５は、例えば２相の
水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって転送駆動さ
れ、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移送された１ライン分
の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間
において順次水平方向に転送する。この水平ＣＣＤ１４
に隣接して、その転送方向に沿ってオーバーフロードレ
イン１６が配されている。このオーバーフロードレイン
１６には、水平ＣＣＤ１４でオーバーフローした電荷が
掃き捨てられる。

【００２９】水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、例え
ばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電
荷電圧変換部１７が設けられている。この電荷電圧変換
部１７は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた
信号電荷を順次信号電圧に変換して出力する。この信号
電圧は、出力回路（図示せず）を経た後、被写体からの
像光（入射光）の光量に応じたＣＣＤ出力ＶＯＵＴとし
て導出される。

【００３０】上述したセンサ部１１、読み出しゲート部
１２、垂直ＣＣＤ１３、水平ＣＣＤ１５および電荷電圧
変換部１７は半導体基板（以下、単に基板と称す）１８
上に形成される。以上により、インターレース走査方式
のＣＣＤ固体撮像素子１０が構成されている。このＣＣ
Ｄ固体撮像素子１０を駆動するための４相の垂直転送ク
ロックφＶ１〜φＶ４および２相の水平転送クロックφ
Ｈ１，φＨ２は、タイミング発生回路２１で発生され
る。

【００３１】４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４
は、基板１８上に形成された端子（パッド）２２-1〜２
２-4を介して垂直ＣＣＤ１３に供給される。２相の水平
転送クロックφＨ１，φＨ２は、端子２３-1，２３-2を
介して水平ＣＣＤ１５に供給される。タイミング発生回
路２１は、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４およ
び２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２以外にも、セ
ンサ部１１に蓄積された信号電荷を基板１７に掃き出す
ためのシャッタパルスφＳＵＢなどの各種のタイミング
信号をも適宜発生する。

【００３２】一方、基板１８には、基板バイアス発生回
路２４で発生される基板バイアス電圧Ｖｓｕｂが、クラ
ンプ用ダイオード２５および端子２６を介して印加され
るようになっている。基板バイアス発生回路２４および
その周辺の回路素子については、基板１８内に配する構
成としても良い。端子２６とグランドとの間には、抵抗
２７が接続されている。そして、タイミング発生回路２
１で発生されるシャッタパルスφＳＵＢは、コンデンサ
２８で直流カットされた後、基板バイアス電圧Ｖｓｕｂ
に重畳されて端子２６を介して基板１８に印加される。

【００３３】なお、タイミング発生回路２１は、図２の
タイミングチャートから明らかなように、読み出しパル
スＸＳＧを発生してセンサ部１１から信号電荷を読み出
す前に、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４として、読み
出した信号電荷を転送する通常転送時の周波数よりも高
い周波数のクロックを発生する。これにより、ＣＣＤ固
体撮像素子１０では、信号電荷を読み出す前に、読み出
した信号電荷を転送する通常転送時の転送スピードより
も速いスピードで掃き出し転送が行われる。

【００３４】この掃き出し転送は、センサ部１１から信
号電荷を読み出す前に、垂直ＣＣＤ１３に湧き出した暗
信号成分や、センサ部１１から漏れ込んだスミア成分や
ブルーミング成分を掃き捨てるために行われる動作であ
る。この掃き出し転送では、垂直ＣＣＤ１３中の暗信号
成分、スミア成分やブルーミング成分（電荷）を高速垂
直転送にて水平ＣＣＤ１５に送り込み、水平ＣＣＤ１５
でオーバーフローした分についてはオーバーフロードレ
イン１６に掃き捨て、水平ＣＣＤ１５中に残存した電荷
については水平ＣＣＤ１５を水平転送することによって
電荷電圧変換部１７に掃き捨てることで、不要な電荷の
掃き捨てが行われる。

【００３５】上記構成のインターレース走査方式のＣＣ
Ｄ固体撮像素子１０において、その画素構成として、こ
こでは一例として、垂直方向の画素数を１２００ライン
（画素）、水平方向の画素数を１６００ビット（画
素）、１Ｈ（Ｈは水平走査期間）を１８００ビット（画
素）、掃き出し転送期間の転送スピードを５６ビット／
ラインとした場合を例に採って説明するものとする。

【００３６】上記の画素構成において、従来例に係る駆
動方式の場合には、垂直方向の画素数のマージンを見て
１．３倍の段数を掃き出す掃き出し転送を行うとする
と、図７のタイミングチャートに示すように、第１フィ
ールドおよび第２フィールドの掃き出し転送期間は、１
２００＊１．３／（１８００／５６）／２＝２３．４と
なり、第１フィールド側、第２フィールド側共に２４Ｈ
期間の掃き出し転送期間を設定していた。

【００３７】一方、先述したように、第１フィールド側
では不要電荷して暗信号＋スミア＋ブルーミング成分を
掃き出すことが必要であるのに対して、第２フィールド
側では不要電荷として暗信号成分のみを掃き出せば良
い、つまり、垂直方向の画素数が１２００ラインの場
合、本例ではこの段数の垂直ＣＣＤ１３のみを掃き出せ
ば良いことから、 １２００／（１８００／５６）／２＝１８．７ となり、１８Ｈ期間の掃き出し転送期間を設定すれば良
い。

【００３８】かかる事実に鑑み、本発明の第１実施形態
に係る駆動方法では、図２のタイミングチャートから明
らかなように、第２フィールド側の２４．３Ｈ−１８．
７Ｈ＝５．６Ｈ分の掃き出し転送期間を第１フィールド
側の掃き出し転送期間に割り当て、第１フィールド側の
掃き出し転送期間を約３０Ｈ（＝２４．３Ｈ＋５．６
Ｈ）とし、第２フィールド側の掃き出し転送期間を１８
Ｈとする。

【００３９】これにより、第１フィールドと第２フィー
ルドのトータルの掃き出し転送期間（４８Ｈ）におい
て、図３から明らかなように、第１フィールド側では、
従来例に係る駆動方法（２４Ｈ⇒約８５０ｍＶ）に比べ
て約２００ｍＶ多い、約１０５０ｍＶの暗信号成分＋ス
ミア成分＋ブルーミング成分の掃き出し転送を行うこと
ができる。なお、図３には、掃き出し転送期間と掃き出
し転送の取り扱い電荷量との相関関係が示されている。

【００４０】なお、上記第１実施形態では、第１フィー
ルド側、第２フィールド側のトータルの掃き出し転送期
間として予め決められた時間（本例では、４８Ｈ）を変
更することなく、第１フィールド側の掃き出し転送期間
を第２フィールド側の掃き出し転送期間よりも長く設定
するとしたが、第２フィールド側の掃き出し転送期間を
２４Ｈのままとし、第１フィールド側の掃き出し転送期
間のみを変更して３０Ｈに設定することも可能である。

【００４１】この駆動方式の場合には、第１フィールド
側、第２フィールド側のトータルの掃き出し転送期間が
５４Ｈ（３０Ｈ＋２４Ｈ）となり、第１フィールドの掃
き出し転送の開始から全画素の信号電荷を読み出す（第
２フィールドの読み出しパルスＸＳＧが立つ）までの時
間が、上記第１実施形態に係る駆動方式の場合よりも６
Ｈだけ長くなるものの、第１フィールド側、第２フィー
ルド側共に３０Ｈ期間の掃き出し転送期間を設定する駆
動方法の場合よりも６Ｈだけ短くできる。

【００４２】ところで、第１フィールド側の掃き出し転
送では、取り扱い電荷量を確保するために、転送スピー
ドはある一定値とする必要がある。これに対して、第２
フィールド側では、掃き出し転送期間の転送スピードを
速く設定することによって取り扱い電荷量の減少が生じ
たとしても、前述したように、暗信号成分のみを掃き出
せば良く、不要電荷量が少ないことから問題とはならな
い。

【００４３】そこで、本発明の第２実施形態に係る駆動
方法では、図４のタイミングチャートに示すように、第
２フィールド側の掃き出し転送期間の転送スピードを例
えば従来の２倍、即ち２８（＝５６／２）ビット／ライ
ンとし、なおかつ、転送段数については、最低限の垂直
画素数分の掃き出し転送期間を １２００／（１８００／２８）／２＝９．３ とする。

【００４４】これにより、第２フィールド側の掃き出し
転送期間を、従来例に係る駆動方法に対しては１５．０
（＝２４．３−９．３）Ｈだけ、第１実施形態に係る駆
動方法に対しては９．４（＝１８．７−９．３）Ｈだけ
削減できる。そして、この削減分を第１フィールド側の
掃き出し転送期間に割り当てる。その結果、第１フィー
ルド側の掃き出し転送期間は、 となる。

【００４５】これにより、第１フィールド側の掃き出し
転送期間の転送段数が、従来例に係る駆動方法（図７）
では垂直画素数の約１．３倍の段数、第１実施形態に係
る駆動方法（図２）では垂直画素数の約１．６倍の段数
であるのに対し、本実施形態に係る駆動方法（図４）で
は垂直画素数の約２．１倍の段数となる。すなわち、第
１フィールド側の掃き出し転送において、本実施形態に
係る駆動方法の場合、垂直画素数の約２．１倍の段数分
の掃き出し転送を行うことが可能となる。

【００４６】ここで、第１，第２実施形態に係る駆動方
法を用いた場合に、標準設定に対してどのくらいの光量
まで耐えられるかについて述べる。

【００４７】第１フィールド側の不要電荷の成分、即ち
暗信号成分、スミア成分、ブルーミング成分の比率は、
入射光量が十分大きいときはスミア成分のみ光量に正比
例するために、次のような関係にあると考えられる。暗
信号成分≪ブルーミング成分≪スミア成分すなわち、入
射光量が十分大きいときはスミア成分が支配的である。

【００４８】例えば、本ＣＣＤ撮像素子のスミア実力が
−１００ｄＢ、標準設定を１５０ｍＶと仮定すると、図
３から明らかなように、第１フィールド側の掃き出し転
送期間が２４．３Ｈ（従来例に係る駆動方法）のときの
取り扱い電荷量は８４５ｍＶ、２９．９Ｈ（第１実施形
態に係る駆動方法）のときの取り扱い電荷量は１０３９
ｍＶ、３９．３Ｈ（第２実施形態に係る駆動方法）のと
きの取り扱い電荷量は１３６６ｍＶとなる。

【００４９】したがって、取り扱い電荷量／スミア成分
は、従来例に係る駆動方法の場合、５６３３３倍光量
（＝８４５ｍＶ／１５０ｍＶ×１０×０．００００
１）、第１実施形態に係る駆動方法の場合、６９２６７
倍光量（＝１０３９ｍＶ／１５０ｍＶ×１０×０．００
００１）、第２実施形態に係る駆動方法の場合、９１０
６７倍光量（＝１３６６ｍＶ／１５０ｍＶ×１０×０．
００００１）となる。以上のことから、特に第２実施形
態に係る駆動方法によれば、従来例に係る駆動方法に対
して、約１．６倍の光量に耐えられるようになることが
わかる。

【００５０】なお、上記第２実施形態においては、第２
フィールド側の掃き出し転送期間の転送スピードを、第
１フィールド側の掃き出し転送期間の転送スピードの２
倍に設定するとしたが、これに限定されるものではな
く、整数倍に限らず、２倍以上又は２倍以下の任意の倍
数に設定可能である。

【００５１】図５は、第２実施形態の応用例に係る駆動
方法のタイミングチャートである。この応用例に係る駆
動方法では、第２フィールドの掃き出し転送期間の転送
スピードを、第１フィールド側の掃き出し転送期間の転
送スピードよりも高速に設定し、第２フィールドの掃き
出し転送期間の削減分を第１フィールド側の掃き出し転
送期間に割り当てるのではなく、第１，第２フィールド
のトータルの掃き出し転送期間の短縮に用いるようにし
ている。

【００５２】すなわち、第１フィールド側の掃き出し転
送期間を、第２フィールド側の掃き出し転送期間よりも
長く設定する第１実施形態に係る駆動方法に対して、第
２実施形態のように、第２フィールド側の掃き出し転送
期間の転送スピードを例えば従来の２倍に設定すること
により、単に、第２フィールド側の掃き出し転送期間を
約９（≒１８．７−９．３）Ｈだけ削減する。

【００５３】これにより、第１実施形態に係る駆動方法
に比べて、第２フィールド側の掃き出し転送期間の削減
分（９Ｈ分）だけ第１，第２フィールドのトータルの掃
き出し転送期間を短縮できるので、第１実施形態に係る
駆動方法での第１フィールド側の掃き出し能力を維持し
たまま、全信号量を出力する期間の短縮、即ちフレーム
レートの向上が図れる。その結果、１枚の画を撮影する
時間を短縮できる。

【００５４】図６は、本発明に係る撮像システムである
デジタルスチルカメラ（電子スチルカメラ）の構成例を
示すブロック図である。このデジタルスチルカメラは、
上記構成のＣＣＤ撮像素子を撮像デバイス３１として搭
載するとともに、上述した第１，第２実施形態またはそ
の応用例に係る駆動方法を用いている。

【００５５】図６において、被写体（図示せず）からの
像光は、レンズ３２および光制御手段、例えばメカニカ
ルシャッタ３３を経てＣＣＤ撮像素子３１の撮像エリア
に入射する。ここで、レンズ３２は、被写体からの像光
をメカニカルシャッタ３３を通してＣＣＤ撮像素子３１
の撮像面上に結像する。メカニカルシャッタ３３は、Ｃ
ＣＤ撮像素子３１の露光時間を制御する。

【００５６】ＣＣＤ撮像素子３１としては、図１に示す
ＣＣＤ撮像素子１０が用いられ、またその駆動方法とし
て先述した第１，第２実施形態またはその応用例に係る
駆動方法、即ちメカニカルシャッタ３３を閉じてから第
１フィールドの信号電荷をセンサ部１１から垂直ＣＣＤ
１３に読み出すまでに行う掃き出し転送期間を、第２フ
ィールドの信号電荷をセンサ部１１から垂直ＣＣＤ１３
に読み出すまでに行う掃き出し転送期間よりも長く設定
する方法が用いられる。

【００５７】ＣＣＤ撮像素子３１の駆動は、ＣＣＤ駆動
回路３４によって行われる。このＣＣＤ駆動回路３４
は、図１におけるタイミング発生回路２１を含む構成と
なっており、このタイミング発生回路２１で発生される
各種のタイミング信号のタイミングを適宜コントロール
することによって上記駆動方法を実現する。メカニカル
シャッタ３３の開閉制御やＣＣＤ駆動回路３４のタイミ
ング制御は、ＣＰＵ等からなるコントローラ３５によっ
て行われる。

【００５８】ＣＣＤ撮像素子３１の出力信号は、信号処
理回路３６においてＣＤＳ（相関二重サンプリング）な
どの各種の信号処理が施された後、記録装置３７におい
て磁気ディスクなどの記録媒体に記録される。なお、本
例では、ＣＣＤ撮像素子１０の撮像面への光の入射／遮
断を制御するのにメカニカルシャッタ３３を用いるとし
たが、これに限られるものではなく、液晶シャッタなど
の他の光制御手段を用いることも可能である。

【００５９】このように、掃き出し転送が可能なＣＣＤ
撮像素子３１を撮像デバイスして搭載し、メカニカルシ
ャッタ３３を用いてＣＣＤ撮像素子３１の露光時間を制
御する構成のデジタルスチルカメラにおいて、メカニカ
ルシャッタ３１を閉じてからＣＣＤ撮像素子３１の第１
フィールドの信号電荷を読み出すまでに行う掃き出し転
送期間を、第２フィールドの信号電荷を読み出すまでに
行う掃き出し転送期間よりも長く設定することにより、
第１フィールド側の掃き出し転送期間での取り扱い電荷
量（掃き捨て電荷量）を増やすことができる。

【００６０】これにより、露光期間において強い光が入
射し、スミア成分とブルーミング成分が増加したとして
も、このスミア＋ブルーミング成分を暗信号成分と共に
第１フィールド側での掃き出し転送期間に確実に掃き出
すことができるため、スチル画像の高画質化が図れるこ
とになる。特に、第２フィールド側の余分な取り扱い電
荷量に相当する時間を、第１フィールド側の掃き出し転
送期間に割り当てることで、トータルの掃き捨て時間を
変更することなく、所期の目的を達成できる利点があ
る。

【００６１】特に、第２フィールド側の掃き出し転送期
間の転送スピードを、第１フィールド側の掃き出し転送
期間の転送スピードよりも高速に設定する駆動方法を採
ることにより、第２フィールド側の掃き出し転送期間を
さらに削減し、その削減分を第２フィールド側の掃き出
し転送期間に割り当てることができるため、第１フィー
ルド側の掃き出し転送期間での取り扱い電荷量をさらに
増加させることができる。したがって、日中の太陽を撮
影するような場合であっても、その入射光量に伴って発
生する不要電荷を第１フィールド側の掃き出し転送で掃
き出し不良を生ずることなく、確実に掃き出すことがで
きる。

【００６２】一方、第２フィールド側の掃き出し転送期
間の転送スピードを、第１フィールド側の掃き出し転送
期間の転送スピードよりも高速に設定し、第２フィール
ド側の掃き出し転送期間をさらに削減することによって
その削減分だけ第１，第２フィールドのトータルの掃き
出し転送期間を短縮する駆動方法を採ることにより、フ
レームレートを向上することができるため、１枚の画を
撮影する時間を短縮することができる。これにより、記
録時間および撮影間隔の短縮化が図れるため、連写枚数
を増加させることが可能となる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサ部からの信号電荷の読み出しに先立って掃き出し
転送を行う固体撮像素子およびこれを撮像デバイスとし
て用いた撮像システムにおいて、第１フィールド側の掃
き出し転送期間を第２フィールド側のそれよりも長く設
定することにより、第１フィールド側の掃き出し転送期
間での取り扱い電荷量を増やすことができるため、露光
期間において強い光が入射し、スミア成分やブルーミン
グ成分が増加しても、このスミア＋ブルーミング成分を
暗信号成分と共に第１フィールド側での掃き出し転送期
間に、掃き出し不良を生ずることなく確実に掃き出すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインターレース走査方式のＣＣＤ
固体撮像素子の一例を示す概略構成図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る駆動方法のタイミ
ングチャートである。

【図３】高速掃き出し期間と高速掃き出し動作の取り扱
い電荷量との相関関係を示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る駆動方法のタイミ
ングチャートである。

【図５】本発明の第２実施形態の応用例に係る駆動方法
のタイミングチャートである。

【図６】本発明に係るデジタルスチルカメラの構成例を
示すブロック図である。

【図７】従来例の駆動方法に係るタイミングチャートで
ある。

【図８】太陽光撮像時の掃き出し不良による縦筋が発生
した画面を示す図である。

【図９】第２フィールド側の掃き出し転送がない場合の
動作説明図であり、（ａ）はそのタイミングチャート、
（ｂ）は暗信号の出力波形をそれぞれ示している。

【図１０】第１，第２フィールド側双方に掃き出し転送
がある場合の動作説明図であり、（ａ）はそのタイミン
グチャート、（ｂ）は暗信号の出力波形をそれぞれ示し
ている。

【符号の説明】

１０，３１…ＣＣＤ固体撮像素子、１１…センサ部、１
３…垂直ＣＣＤ、１５…水平ＣＣＤ、１６…電荷電圧変
化部、２１…タイミング発生回路、２４…基板バイアス
発生回路、３３…メカニカルシャッタ、３４…ＣＣＤ駆
動回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   個のセンサ部と、これらセンサ部で光電変換された信号
   電荷を転送する垂直転送部とを有し、前記センサ部から
   前記垂直転送部に信号電荷を読み出すのに先立って、前
   記センサ部から前記垂直転送部に読み出された信号電荷
   を転送するときの転送スピードよりも高速に前記垂直転
   送部中の電荷を転送して掃き出す掃き出し転送を行う固
   体撮像素子の駆動方法であって、 第１フィールド側の掃き出し転送期間を、第２フィール
   ド側の掃き出し転送期間よりも長く設定することを特徴
   とする固体撮像素子の駆動方法。
2. 【請求項２】 第１フィールド側、第２フィールド側の
   トータルの掃き出し転送期間として予め決められた期間
   を変更することなく、第２フィールド側の掃き出し転送
   期間を短縮してその短縮期間を第１フィールド側の掃き
   出し転送期間に割り当てることを特徴とする請求項１記
   載の固体撮像素子の駆動方法。
3. 【請求項３】 第２フィールド側の掃き出し転送期間の
   転送スピードを、第１フィールド側の掃き出し転送期間
   の転送スピードよりも高速に設定することを特徴とする
   請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。
4. 【請求項４】 第１，第２フィールド側の各掃き出し転
   送期間の転送スピードが同じ状態でのトータルの掃き出
   し転送期間と、第２フィールド側の掃き出し転送期間の
   転送スピードを第１フィールド側の掃き出し転送期間の
   転送スピードよりも高速に設定した状態でのトータルの
   掃き出し転送期間との差分期間を、第１フィールド側の
   掃き出し転送期間に割り当てることを特徴とする請求項
   ３記載の固体撮像素子の駆動方法。
5. 【請求項５】 第１，第２フィールド側の各掃き出し転
   送期間の転送スピードが同じ状態でのトータルの掃き出
   し転送期間と、第２フィールド側の掃き出し転送期間の
   転送スピードを第１フィールド側の掃き出し転送期間の
   転送スピードよりも高速に設定した状態でのトータルの
   掃き出し転送期間との差分期間を、第１，第２フィール
   ドの全信号電荷の出力期間の短縮に用いることを特徴と
   する請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法。
6. 【請求項６】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   個のセンサ部と、これらセンサ部で光電変換された信号
   電荷を転送する垂直転送部とを有し、前記センサ部から
   前記垂直転送部に信号電荷を読み出すのに先立って、前
   記センサ部から前記垂直転送部に読み出された信号電荷
   を転送するときの転送スピードよりも高速に前記垂直転
   送部中の電荷を転送して掃き出す掃き出し転送を行う固
   体撮像素子と、 前記固体撮像素子の各センサ部への光の入射を制御する
   光制御手段と、 前記固体撮像素子および前記光制御手段を駆動するとと
   もに、前記光制御手段を遮光状態にしてから前記センサ
   部から前記垂直転送部に信号電荷を読み出すまでに行う
   第１フィールド側の掃き出し転送期間を、第２フィール
   ド側の掃き出し転送期間よりも長く設定する駆動手段と
   を具備することを特徴とする撮像システム。
7. 【請求項７】 前記駆動手段は、第２フィールド側の掃
   き出し転送期間の転送スピードを、第１フィールド側の
   掃き出し転送期間の転送スピードよりも高速に設定する
   ことを特徴とする請求項６記載の撮像システム。