JP4137442B2 - 固体撮像装置とそのスミア電荷除去方法並びにデジタルスチルカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子シャッタ機能を持つデジタルスチルカメラに係り、更に詳細には、電子シャッタ機能により高速シャッタを切って画像を撮像するときスミアの影響が無い撮像画像を取得できる固体撮像装置とそのスミア電荷除去方法並びにデジタルスチルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、正方格子状に画素が配列された従来の固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置１０は、青色フィルタが装着された受光素子１１ｂと緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇとが交互に横一行に配列された受光素子群と、緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇと赤色フィルタが装着された受光素子１１ｒとが交互に横一行に配列された受光素子群とが交互に縦方向に配列されている。
【０００３】
各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの周りには転送電極１６が設けられており、各転送電極１６で構成される縦一列の転送電極群が垂直ＣＣＤレジスタ１２（１列のみ点線で図示）を構成する。転送電極１６のうち、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの上辺部分に並置された横一行の第１転送電極１６群が電極端子２１に接続され、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの下辺部分に並置された横一行の第２転送電極１６群が電極端子２２に接続され、横一例に配列された受光素子群と次の横一行の受光素子群との間に設けられた横一行の第３転送電極１６群が電極端子２３に接続される。
【０００４】
この固体撮像装置１０が撮像した画像信号（各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷）を読み出すべく図示しない読出ゲートに読出電位が印加されたとき、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷（信号電荷）は、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に図示した矢印に示す様に、垂直ＣＣＤレジスタ１２の転送電極１６に読み出される。
【０００５】
そして、各電極端子２１〜２３に順次転送電位（転送パルス）が印加されることで、この受光電荷が垂直方向（図示の例では下方向）に転送され、最下段に設けられた水平レジスタ１３に信号電荷が転送される。この信号電荷は、電極端子２５，２６に転送パルスが印加されることで水平方向に転送され、水平レジスタ１３の出力部１４から出力される。また、固体撮像装置１０には、後述するＯＦＤパルス印加用の電極端子２８が設けられている。
【０００６】
図１９は、メカニカルシャッタと上述した従来の固体撮像装置を搭載したデジタルスチルカメラの動作タイミングを示す図である。デジタルスチルカメラでは、シャッタボタンがレリーズされていない場合、カメラ背面のＬＣＤ表示部に撮像画像（動画）を表示してファインダ代わりとするため、例えば垂直ブランキングパルスが１／３０〜１／６０秒間隔で発生され、１／３０〜１／６０秒毎に撮像画像の信号が取り込まれている。
【０００７】
ここで、シャッタボタンがレリーズ（ＯＮ）されると、それ以後の垂直ブランキングパルス間の時間間隔が例えば１／１０秒となり、垂直ブランキングパルスＡ１中，Ａ２中，…に発生される読出パルスＢ１，Ｂ２，…で夫々静止画の取り込みが行われる。
【０００８】
しかし、最初の読出パルスＢ１で取り込まれた画像信号はダミー出力として破棄され、次の読出パルスＢ２で取り込まれた画像信号が静止画の画像信号として出力される。また、最初の垂直ブランキングパルスＡ１後にＯＦＤ（オーバーフロードレイン）パルスが印加され、固体撮像装置の半導体基板表面に形成されている各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの蓄積電荷は半導体基板の背面側にドレインされ、撮像開始前に各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの蓄積電荷がゼロクリアされる。
【０００９】
また、電極端子２１，２２，２３から垂直ＣＣＤレジスタ１２に与えられる転送パルス（図１９では第２相転送パルスＶＰ２のみ図示しており、オンオフ状態の変化をクロスハッチにより省略して図示している。）を、次の垂直ブランキングパルスＡ２の立ち上がり直後から読出パルスＢ２の立ち上がりまでに高速に送り（図中の黒く塗り潰した部分Ｘ）、受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから画像情報の信号電荷を垂直ＣＣＤレジスタ１２に取り込む前に、垂直ＣＣＤレジスタ１２内の電荷を高速に掃き出すようにしている。
【００１０】
そして、ＯＦＤパルス後からメカニカルシャッタ閉までの間に各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに蓄積された信号電荷が、垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出され転送されて、静止画像の信号として出力される。
【００１１】
図２０は、図１８に示す固体撮像装置１０の垂直ＣＣＤレジスタ１２の転送状態を説明するタイミングチャートである。図中の○付き数字は、電極端子２１〜２３の符号下一桁を表し、各電極端子に転送電位（例えば、ハイレベル（０Ｖ）、ローレベル（−８Ｖ）のパルス）を巡回的に印加することで、電位井戸を垂直レジスタＣＣＤ１２に沿って移動させ、画像信号を構成する信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…等を水平レジスタ１３まで転送する。
【００１２】
このとき、画素Ａ，Ｂ，Ｃ…（受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ）の受光電荷を垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出す前であっても、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから垂直ＣＣＤレジスタ１２に光や電子が漏れ込み、本来の信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…の他に、スミア（太陽等を撮影したときに画像中に現れる縦方向の輝線等）の原因となるスミア電荷ｑsmrが各電位井戸に入ってしまう。
【００１３】
そこで、前述した様に、図１９のタイミングｔ8〜ｔ9にかけて垂直ＣＣＤレジスタ１２に高速の掃き出しパルスＸを印加し、スミア電荷ｑsmrを掃き出してしまい、各電位井戸を完全な空井戸として（タイミングｔ9）から、各画素Ａ，Ｂ，…の信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…を読み出し（タイミングｔ10）、水平レジスタ１３まで転送する様にしている。これにより、スミアのない良好な画像を得ることが可能となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１９で説明したデジタルスチルカメラの動作タイミングは、メカニカルシャッタを用いた低速シャッタの例であり、掃き出しパルスＸにより垂直ＣＣＤレジスタ１２を駆動している最中は、メカニカルシャッタが閉じた状態のため、新たなスミア電荷が電位井戸に入り込む可能性はない状態となっている。
【００１５】
これに対し、高速シャッタにより画像を撮像する場合、メカニカルシャッタでは高速シャッタを切ることができないため、図２１に示す様に、電子シャッタ機能により高速シャッタを切ることになる。この場合、メカニカルシャッタが開いている状態で、ＯＦＤパルス直後のタイミングｔ6から読出パルスＢ２のタイミングｔ8までの期間がシャッタ時間となり、そのシャッタ時間中に受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに蓄積された信号電荷が撮像画像の信号として読み出されることになる。
【００１６】
この場合も、読出パルスＢ２前に、掃き出しパルスＸにより垂直ＣＣＤレジスタ１２内のスミア電荷が掃き出されるが、メカニカルシャッタが開いた状態で掃き出しが行われるため、この掃き出し中にも電位井戸にスミア電荷ｑsmrが入り込んでしまう。
【００１７】
従って、電子シャッタ機能により高速シャッタを切った場合には、図２２に示す様に、信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…を転送する電位井戸にスミア電荷ｑi+1，ｑi，…が入り込んでしまい、このスミア電荷が信号電荷と一緒に転送されてしまう。このスミア電荷ｑi+1，ｑi，…は、信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…と区別することができないため、撮像画像の画質を劣化させてしまう原因となる。
【００１８】
本発明の目的は、電子シャッタ機能により高速シャッタを切る場合でもスミアによる影響の無い画像を撮像することが可能な固体撮像装置とそのスミア電荷除去方法並びにデジタルスチルカメラを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、行方向とこれに直交する列方向に配列された画素配列と、各画素が受光することで発生した信号電荷が読み出され転送パルスを受けて前記列方向に前記信号電荷を順次転送する複数の転送電極で成る垂直レジスタと、該垂直レジスタによって転送されてきた前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平レジスタと、該水平レジスタにより転送されてきた前記信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを備え、メカニカルシャッタを有するデジタルスチルカメラに搭載され該メカニカルシャッタが「開」の間に電子シャッタによるシャッタ期間で静止画像が撮像され該静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出したあと前記メカニカルシャッタが「閉」にされる固体撮像装置であって、
前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出すとき、該読み出し前にスミア電荷用電位井戸を生成すると共に前記垂直レジスタ内の不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集め、前記不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集めることで前記不要電荷の無くなった空の信号電荷転送用電位井戸を生成して前記信号電荷を前記画素から前記信号電荷転送用電位井戸に読み出し、前記不要電荷と前記信号電荷を混合することなく前記スミア電荷用電位井戸及び前記信号電荷転送用電位井戸を前記水平レジスタに転送することで、達成される。この構成により、スミア電荷が信号電荷に混じることがなくなり、スミアの無い良好な画像を得ることが可能となる。
【００２０】
好適には、上記において、前記電子シャッタのシャッタ期間で撮像された前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記スミア電荷用電位井戸を生成し該スミア電荷用電位井戸内に不要電荷を集めたあと前記垂直レジスタで転送する第１モードと、前記電子シャッタの「閉」から前記メカニカルシャッタ閉までのシャッタ期間に撮像された静止画像を構成する前記信号電荷を前記スミア電荷用電位井戸を生成せずに前記垂直レジスタで転送する第２モードとを切り換える選択手段を設けたことを特徴とする。この構成により、スミア電荷の廃棄が不要な場合にはスミア電荷用電位井戸を設けずに信号電荷を転送するため、高速転送が可能となる。
【００２１】
好適には、上記において、前記固体撮像装置がインタライン転送形ＣＣＤエリアイメージセンサまたはフレームインタライン転送形ＣＣＤエリアイメージセンサであることを特徴とし、また、前記画素配列は、正方格子状またはハニカム状に配列されていることを特徴とする。本発明は、ＣＣＤイメージセンサの種類に関わらず適用可能である。
【００２２】
更に好適には、上記において、前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷に基づく電圧信号を前記信号電荷に基づく電圧信号と区別して出力する手段を設けることとを特徴とする。この構成により、固体撮像装置の後段の信号処理回路によって画像信号とスミア信号とを区別可能となる。
【００２３】
更に好適には、上記において、前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷を固体撮像装置内で排出する排出手段を設け、更に、前記排出手段は、前記垂直レジスタと前記水平レジスタとの接続箇所、または、前記水平レジスタの出力端に設けたことを特徴とする。この構成により、固体撮像装置の後段における信号処理の負荷が軽減される。
【００２４】
更に好適には、上記おいて、前記スミア電荷用電位井戸に前記不要電荷を集める前に前記垂直レジスタを高速パルスで駆動して不要電荷の掃き出しを行う手段を設けたことを特徴とする。この構成により、スミア電荷用電位井戸に集まる不要電荷量が低減される。
【００２５】
上記目的を達成するスミア電荷除去方法は、行方向とこれに直交する列方向に配列された画素配列と、各画素が受光することで発生した信号電荷が読み出され転送パルスを受けて前記列方向に前記信号電荷を順次転送する複数の転送電極で成る垂直レジスタと、該垂直レジスタによって転送されてきた前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平レジスタと、該水平レジスタにより転送されてきた前記信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを備え、メカニカルシャッタを有するデジタルスチルカメラに搭載され該メカニカルシャッタが「開」の間に電子シャッタによるシャッタ期間で静止画像が撮像され該静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出したあと前記メカニカルシャッタが「閉」にされる固体撮像装置のスミア電荷除去方法であって、
前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出すとき、該読み出し前にスミア電荷用電位井戸を生成すると共に前記垂直レジスタ内の不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集め、前記不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集めることで前記不要電荷の無くなった空の信号電荷転送用電位井戸を生成して前記信号電荷を前記画素から前記信号電荷転送用電位井戸に読み出し、前記不要電荷と前記信号電荷を混合することなく前記スミア電荷用電位井戸及び前記信号電荷転送用電位井戸を前記水平レジスタに転送することを特徴とする。この構成により、スミアによる画質劣化のない画像を得ることが可能となる。
【００２６】
更に好適には、上記において、前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷を固体撮像装置内で廃棄することを特徴とする。この構成により、固体撮像装置の後段における信号処理負荷が軽減される。
【００２７】
上記目的を達成するデジタルスチルカメラは、上記に記載の固体撮像装置と、被写体像を前記固体撮像装置に結像する光学系と、前記固体撮像装置の前記出力部から出力されてくる信号を処理し画像を生成する信号処理部と、生成された画像を記録するメモリ部とを備えることを特徴とする。この構成により、高速シャッタを電子シャッタ機能で切ったときでもスミアの無い良好な画像を撮像することができる。
【００２８】
上記目的を達成するデジタルスチルカメラは、上記に記載の固体撮像装置と、被写体像を前記固体撮像装置に結像する光学系と、該光学系を遮光するメカニカルシャッタと、前記固体撮像装置の前記出力部から出力されてくる信号を処理し画像を生成する信号処理部と、生成された画像を記録するメモリ部と、前記メカニカルシャッタを用いて遮光したときに得られる信号電荷に対しては前記スミア電荷用電位井戸を生成せずに前記固体撮像装置内を転送させ該固体撮像装置から出力させ前記メカニカルシャッタを用いずに電子シャッタで前記信号電荷を得たときは前記スミア電荷用電位井戸を生成して前記固体撮像装置内を転送させ該固体撮像装置から出力させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２９】
この構成により、電子シャッタで高速シャッタを切ったときはスミア電荷の廃棄を行い、メカニカルシャッタを切ったときはスミア電荷の廃棄が不要なためスミア電荷の除去を行わずに画像生成をすることができる。
好適には、上記において、メカニカルシャッタを用いずに撮像して得た静止画像信号と、前記撮像に連続して前記メカニカルシャッタを用いて撮像して得た静止画像信号とを重ね合わせ合成して出力する手段を備えることを特徴とする。この構成により、広いダイナミックレンジを持った静止画像を撮像することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。このデジタルスチルカメラは、固体撮像装置３０と、この固体撮像装置３０に被写体画像を結像する光学系３１と、固体撮像装置３０と光学系３１との間に設けられたメカニカルシャッタ３２と、固体撮像装置３０を駆動するドライブ回路３３と、固体撮像装置３０から読み出されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するアナログ／デジタル変換部３４と、デジタル画像信号を処理する信号処理部３５と、信号処理された画像信号を記憶する記録部３６と、デジタルカメラ背面に設けられファインダ代わりに用いられると共に撮像画像を表示できる液晶表示部３７と、ドライブ回路３３や信号処理部３５，記録部３６を制御する制御部３８とを備えて構成される。
【００３２】
信号処理部３５は、アナログ／デジタル変換部３４から出力されるデジタル画像信号の出力先を切り替えるスイッチ３５ａと、スイッチ３５ａを通して取り込んだデジタル画像信号を動画処理する動画処理部３５ｂと、スイッチ３５ａを通して取り込んだデジタル画像信号を静止画処理する静止画処理部３５ｃと、動画処理部３５ｂ及び静止画処理部３５ｃの処理結果を受け取りその他の画像処理を行う共通信号処理部３５ｄとを備える。
【００３３】
図２は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置３０は、青色フィルタが装着された受光素子１１ｂと緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇとが交互に横一行に配列された受光素子群と、緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇと赤色フィルタが装着された受光素子１１ｒとが交互に横一行に配列された受光素子群とが縦方向に交互に配列され、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは正方格子状に配列されている。
【００３４】
各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの周りには転送電極１６が設けられており、各転送電極１６で構成される縦一列の転送電極群が垂直ＣＣＤレジスタ１２（１列のみ点線で図示）を構成する。以下、横方向の一列を「行」といい、縦方向の一列を「列」という。
【００３５】
図１８で説明した従来の固体撮像装置１０は垂直ＣＣＤレジスタ１２を３相駆動するために３つの電極端子２１，２２，２３を設けているが、本実施形態の固体撮像装置３０では、垂直ＣＣＤレジスタ１２を９相駆動するために、９個の電極端子３０１〜３０９が設けられている。
【００３６】
転送電極１６のうち、第１行目の受光素子群の上辺部分に並置された横一行の転送電極１６群が電極端子３０１に接続され、第１行目の受光素子群の下辺部分に並置された横一例の転送電極１６群が電極端子３０２に接続され、第１行目の受光素子群と第２行目の受光素子群との間に設けられた横一行の転送電極１６群が電極端子３０３に接続される。
【００３７】
更に、第２行目の受光素子群の上辺部分に並置された横一行の転送電極１６群が電極端子３０４に接続され、以下同様にして、………、第３行目の受光素子群と第４行目の受光素子群との間に設けられた横一行の転送電極１６群が電極端子３０９に接続され、第４行目の受光素子群の上辺部分に並置された横一行の転送電極１６群が再び電極端子３０１に接続される、という接続構成が繰り返される。ある電極端子に電圧が印加されたとき、その電極端子に接続されている転送電極全てに同一タイミングで同一電圧が印加される。
【００３８】
固体撮像装置３０の各画素が撮像した画像信号（各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷）を読み出す場合は、図示しない各読出ゲートに読出電位（読出パルス）が印加され、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷（信号電荷）が、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に図示した矢印に示す様に、垂直ＣＣＤレジスタ１２の該当する転送電極１６に読み出される。
【００３９】
そして、各電極端子３０１〜３０９に９相駆動用の転送パルスが印加されることで、信号電荷は水平ＣＣＤレジスタ１３方向に転送され、水平ＣＣＤレジスタ１３の電極端子２５，２６に転送パルスが印加されることで、信号電荷は水平レジスタ１３の出力部１４から出力される。本実施形態でも、ＯＦＤパルス印加用の電極端子２８が設けられている。
【００４０】
図３，図４は、垂直ＣＣＤレジスタ１２の転送方法を説明するタイミングチャートである。図中の○付き数字は、電極端子３０１〜３０９の符号下一桁を表し、各電極端子に転送電位（例えば、ハイレベル（０Ｖ）、ローレベル（−８Ｖ）のパルス）を巡回的に印加することで、電位井戸を垂直ＣＣＤレジスタ１２に沿って移動させ、画像信号を構成する信号電荷Ｑi，Ｑi-1，…等を水平レジスタ１３まで転送する。動作タイミングは、図２１に示したものと同じであり、掃き出しパルスＸの終了したタイミングｔ7以後を、図３，図４に示している。
【００４１】
高速シャッタを切った場合、上述したように、メカニカルシャッタが開いている状態で掃き出しが行われるため、掃き出しパルスＸによる掃き出しが終了したタイミングｔ7での電位井戸には、スミア電荷ｑが入り込んでいる。この掃き出し終了のタイミングｔ7では、▲２▼電極，▲５▼電極，▲８▼電極にだけハイレベル電位が印加されて電位井戸が形成された状態となっている。
【００４２】
本実施形態では、タイミングｔ7の時点で残っている各電位井戸のスミア電荷を一カ所に纏め、纏めたスミア電荷を垂直ＣＣＤレジスタ１２で転送し、水平ＣＣＤレジスタ１３に送り込む前、あるいは水平ＣＣＤレジスタ１３の出力端で排出する構成とする。
【００４３】
そこで、本実施形態では、タイミングｔ7直後のタイミングｔ700で、▲４▼電極以外の電極を全てハイレベル電位とする。これにより、電位井戸が８電極分に広がり、３つのスミア電荷が一緒になる。以下、タイミングｔ701，…，ｔ707で、▲５▼電極，▲６▼電極，▲７▼電極，▲８▼電極，▲９▼電極，▲１▼電極，▲２▼電極と順次ローレベル電位を印加して電位井戸の幅を順次狭め、３つのスミア電荷３ｑを、▲３▼電極による電位井戸に集める。
【００４４】
次のタイミングｔ708では、▲３▼電極の他に、▲５▼電極，▲８▼電極，▲１▼電極にハイレベル電位を印加し、信号電荷転送用の電位井戸を形成する。そして、次の読出タイミングｔ709（第１相目の読出パルスＢ２（図２１には第２相目の読出パルスＢ２を図示）に対応）で、画素Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅの信号電荷Ｑa，Ｑb，Ｑd，Ｑeが電位井戸に読み出される。
【００４５】
この読み出しは、例えば＋１６Ｖの読出電位を該当する読出ゲートに印加することで行われ、このため、該当する信号電荷転送用の電位井戸の深さが深くなっている。前述したタイミングｔ708で、▲１▼電極の位置に形成された信号電荷転送用の電位井戸は、未だ画素Ｃ，Ｆの位置まで移動していないため、このタイミングｔ709の時点では、画素Ｃ，Ｆからの信号電荷の読み出しはしない（後述する第２相の読出パルスＢ２のタイミングｔ8で読み出す。）。
【００４６】
信号電荷Ｑa，Ｑb，Ｑd，Ｑeの読出後は、電位井戸の深さは元の深さに戻り（タイミングｔ710）、次から、アコーデオン転送と呼ばれる方法で電位井戸の転送が行われる。即ち、タイミングｔ711で、▲６▼電極をハイレベル電位にし、信号電荷Ｑa，Ｑdの入っている電位井戸の幅を夫々２電極分に広げ、次のタイミングｔ712で▲５▼電極にローレベル電位を印加する。これにより、信号電荷Ｑa，Ｑdの入っている電位井戸の幅が１電極分に縮まり、結果としてこの信号電荷Ｑa，Ｑdの入っている電位井戸が１電極分だけ前に進んだことになる。
【００４７】
また、タイミングｔ713では、▲４▼電極にハイレベル電位が印加されてスミア電荷転送用の電位井戸の幅が２電極分に広げられ、次のタイミングｔ714で▲３▼電極にローレベル電位が印加されてスミア電荷転送用の電位井戸の幅が１電極分に縮められ、結果として、スミア電荷転送用の電位井戸が１電極分だけ前に進んだことになる。
【００４８】
同様にして、タイミングｔ715，ｔ716と進み、空の信号電荷転送用の電位井戸が、▲２▼電極の位置に移動する。次のタイミングｔ8で、第２相の読出パルスＢ２が▲２▼電極に印加され、画素Ｃ，Ｆの信号電荷Ｑc，Ｑfが受光素子から電位井戸に移される。この読出直後のタイミングｔ8+Δの状態で、該当する電位井戸の深さが元に戻り、固体撮像装置３０の各受光素子の信号電荷が全て垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出されたことになる。以下、説明は省略するが、図３，図４のタイミングｔ801〜ｔ818に示す様に、各信号電荷転送用の電位井戸と、スミア電荷転送用の電位井戸とが順次水平ＣＣＤレジスタ側に転送される。
【００４９】
このように、固体撮像装置の垂直ＣＣＤレジスタ１２を多相駆動することで、スミア電荷転送用として専用に使用できる電位井戸を設けることができ、スミア電荷をこのスミア電荷転送用電位井戸に纏めて転送することで、スミア電荷を詳細は後述する様に排出でき、スミアの無い良好な画像を得ることが可能となる。
【００５０】
図５は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置４０は、所謂ハニカム型と云われる構造を持ち、青色フィルタが装着された受光素子１１ｂと赤色フィルタが装着された受光素子１１ｒとが交互に横一行に配列された受光素子群と、緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇが横一行に配列された受光素子群とが１／２ピッチずらして縦方向に交互に配列されている。
【００５１】
図面上、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを４５度傾けた正方形で表示しているが、この固体撮像装置４０では、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各正方形の各辺に沿って転送電極１６が設けられており、これら転送電極の横一行Ｈ１は、各受光素子対応にチャネルストップで区分けされているが、横一行の電極群Ｈ１に同一タイミングで同一電位が印加されるようになっている。
【００５２】
本実施形態の固体撮像装置４０は、８相駆動としているため、各横一行の電極群は、…，Ｈ７，Ｈ８，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６，…の繰り返しとなっており、電極群Ｈ１には電極端子４０１が接続され、電極群Ｈ２には電極端子４０２が接続され、電極群Ｈ３には電極端子４０３が接続され、…、電極群Ｈ８には電極端子４０８が接続される（即ち、電極群Ｈｘは、電極端子４０ｘに接続される。）。
【００５３】
各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの周りに設けられた転送電極１６は、縦方向にも整列し、縦方向に並んだ転送電極群１２（一列のみ点線で図示）が垂直ＣＣＤレジスタ１２を構成する。この固体撮像装置４０が撮像した画像信号（各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷）を読み出すべく図示しない読出ゲートに読出電位（読出パルス）が印加されたとき、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷（信号電荷）は、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に図示した矢印に示す様に、垂直ＣＣＤレジスタ１２の該当する転送電極に読み出される。
【００５４】
そして、各電極端子４０１〜４０８に順次転送電位（転送パルス）が印加されることで、この受光電荷が垂直方向（図示の例では下方向）に転送され、転送電極１７を通って最下段に設けられた水平ＣＣＤレジスタ１３に信号電荷が転送される。この信号電荷は、電極端子２５，２６に転送パルスが印加されることで水平方向に転送され、水平レジスタ１３の出力部１４から矢印２７に示す様に出力される。また、この固体撮像装置４０にも、ＯＦＤパルスの印加用電極２８が設けられている。
【００５５】
図６は、第２実施形態に係る固体撮像装置の動作タイミングを示す図である。図２１と比べて、クロスハッチで示した詳細なパルス波形（図示せず）が異なるだけで、基本的には同じである。本実施形態でも、読出パルスＢ１で読み出された信号電荷はダミー出力として排出され、読出パルスＢ２で読み出された画像信号が静止画用の出力とされる。
【００５６】
静止画用の出力は、メカニカルシャッタが閉じた後に行われ、メカニカルシャッタが閉じるまでの間は、垂直ＣＣＤレジスタの転送動作は停止あるいは通常の読出レートより低いレートで動作される（これは、第１実施形態でも同様である。）。読出パルスＢ２による信号電荷の読み出しに先立ち、掃き出しパルスＸで垂直ＣＣＤレジスタ１２内の電荷を高速に掃き出し、ＯＦＤパルスによって受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの蓄積電荷をゼロクリアするのも、上述した説明と同じである。
【００５７】
図７は、第２実施形態に係る固体撮像装置の転送方法を説明するタイミングチャートである。図中の○付き数字は、電極端子４０１〜４０８の下一桁を示している。また、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはある垂直ＣＣＤレジスタ１２に隣接する図５の奇数行目の受光素子を表し、画素Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは、同様に図５の偶数行目の受光素子を表している。
【００５８】
本実施形態では、奇数行目の画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（図５の青色用と赤色用の受光素子１１ｒ，１１ｂ）の信号電荷Ｑa，Ｑb，Ｑc，Ｑdを、偶数列目の垂直ＣＣＤレジスタ１２（図５に符号１２を付けた垂直ＣＣＤレジスタ１２が３列目であるため、その両隣が２列目，４列目となる。）に形成した電位井戸に読み出して転送し、偶数行目の画素Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ（図５の緑色用の受光素子１１ｇ）の信号電荷Ｑe，Ｑf，Ｑg，Ｑhを、奇数列目の垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出して転送する。
【００５９】
図７に示す各タイミング時において、偶数列目の垂直ＣＣＤレジスタで転送される電位井戸のタイミングチャートを各上段に示し、奇数列目の垂直ＣＣＤレジスタで転送される電位井戸のタイミングチャートを各下段に示す。
【００６０】
本実施形態の固体撮像装置４０でも、掃き出しパルスＸの終了時点で残ったスミア電荷を１つの電位井戸に集め、集めたスミア電荷だけを信号電荷とは別に転送し、最終的にスミア電荷を破棄することで、スミアの無い画像を得るようにしている。即ち、本実施形態では、掃き出しパルスＸの終了タイミングｔ7で残っているスミア電荷ｑを、先ず、▲４▼電極以外をハイレベル電位にして（タイミングｔa）２つのスミア電荷２ｑづつに纏め、次に、▲５▼電極→▲６▼電極→▲７▼電極…とローレベル電位を印加することで、スミア電荷を１電極分の電位井戸に集めている（タイミングｔb）。
【００６１】
そして、第１実施形態と同様に信号電荷転送用の電位井戸を形成し（図示せず）、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの信号電荷を読み出し、タイミングｔ8+Δから、各垂直ＣＣＤレジスタで上述したアコーデオン転送を開始する。即ち、タイミングｔcで▲６▼電極，▲７▼電極をハイレベルにして該当する電位井戸の幅を広げ、タイミングｔdで▲５▼電極，▲６▼電極を順次ローレベルとして該当する電位井戸の幅を１電極分に狭め、結果として、電位井戸を２電極分進める。
【００６２】
このように、偶数列目と奇数列目の各垂直ＣＣＤレジスタ１２の電位井戸転送を同時並行的に進め、奇数列目の信号電荷転送用の空電位井戸が画素Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの位置に来たとき、これら画素Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの信号電荷Ｑe，Ｑf，Ｑg，Ｑhを読み出し、再び、各垂直ＣＣＤレジスタ１２の転送を開始する（タイミングｔg）。
【００６３】
これにより、図５に示す横一行の転送電極群で、２行分の受光素子群の信号電荷が転送され、図１に示す信号処理部３５は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の画像信号を一緒に取り込んで画像処理することが可能となる。また同様に、スミア電荷も横一行の転送電極群で転送されるため、スミア電荷だけを後述するように一緒に排出することが可能となる。
【００６４】
図８は、本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置の転送方法を説明するタイミングチャートである。この第３実施形態の固体撮像装置の装置構成は、図５に示す第２実施形態と同じであるが、第２実施形態では、全画素からの信号電荷を読み出すプログレッシブ走査型であったのに対し、この第３実施形態では、インタレース走査型としている点が異なる。しかし、この場合でも、スミア電荷を１つの電位井戸に纏めてから転送し、最終的に破棄することは同じである。
【００６５】
即ち、掃き出しパルスＸの終了時点（タイミングｔ7）で残っているスミア電荷ｑを、２電極分の電位井戸に纏める（タイミングｔb）。そして、信号電荷転送用の電位井戸を形成し、画素Ａ，Ｃの信号電荷Ｑa，Ｑcを読み出し、全電位井戸を同時並行的に水平ＣＣＤレジスタ方向に進める。
【００６６】
インタレース走査型であるため、各電位井戸間には２電極分のスペースがあり、例えば、タイミングｔ8+Δの▲１▼電極と▲２▼電極をハイレベルして形成された信号電荷Ｑaの電位井戸にあっては、▲３▼電極をハイレベルにすると同時に▲１▼電極をローレベルとすることで、この２電極の幅の電位井戸を１電極分だけ進ませることができ、隣接するスミア電荷２ｑを入れた電位井戸もこれと同時に１電極分進ませることができ、第２実施形態に比べて高速転送が可能となる。
【００６７】
本実施形態では、インタレース走査型であるため、垂直方向の読み出し画素数がプログレッシブ走査型に比べて１／２となり、垂直方向の解像度は劣化してしまうが、信号電荷を転送する電位井戸の幅を２電極分とることができるため、信号電荷の飽和量は、１電極分の電位井戸で信号電荷を転送する第２実施形態に比べて２倍となり、広いダイナミックレンジが得られるという利点がある。
【００６８】
尚、上述した各実施形態は、高速シャッタを電子シャッタで切ったときの例であるが、低速シャッタを電子シャッタ機能で切ったときも本発明を適用可能である。しかし、メカニカルシャッタを搭載したデジタルスチルカメラにあっては、低速シャッタはメカニカルシャッタで切る方が望ましい。この場合は、垂直ＣＣＤレジスタの第５相〜第８相の電極端子に第１相〜第４相の転送パルスと同じ転送パルスを印加し、スミア電荷用の電位井戸は生成せずに、信号電荷のみを転送すればよい。これにより、低速シャッタ時に高画質の画像を得ることができる。
【００６９】
図９は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置２００は、第２実施形態の固体撮像装置４０（図５）と略同じであり、転送電位を印加する電極端子数とその接続構成が異なるだけである。
【００７０】
本実施形態では、垂直ＣＣＤレジスタ１２を１６相駆動するために、垂直ＣＣＤレジスタ１２に転送電位を印加する１６個の電極端子２０１〜２１６を設け、夫々が、水平ラインの電極群Ｈ１〜Ｈ１６に接続される。各電極端子２０１〜２１６は、各電極端子の符号（数字）下２桁が「Ｈ」の後の数字と一致する電極群Ｈ１〜Ｈ１６に接続される。
【００７１】
図１０は、第４実施形態に係る固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。図７で説明した第２実施形態では、信号電荷を転送する電位井戸の幅を１電極分としたため、信号電荷の飽和量が第３実施形態（図８）に比べて１／２になっている。これに対し、この第４実施形態では、プログレッシブ走査型であってしかも信号電荷転送用の電位井戸の幅を２電極分としているのが特徴である。
【００７２】
本実施形態でも、掃き出しパルスＸの終了時点（タイミングｔ7）で各電位井戸に残っているスミア電荷を１つの電位井戸に纏めることにしている（タイミングｔb）。上述したように、信号電荷の飽和量を大きくするため、信号電荷の転送用電位井戸の幅は２電極分の幅としているが、スミア電荷転送専用の電位井戸は１電極分の幅にしている。信号電荷転送用の電位井戸やスミア電荷転送用の電位井戸の転送はアコーデオン転送で行い、信号電荷転送用の電位井戸の幅を転送中でも２電極分維持できるようにしている点が第２実施形態と異なり、その他の点は第２実施形態と同じである。
【００７３】
本実施形態によれば、プログレッシブ走査型であるため高解像度の画像が得られ、しかも、信号電荷転送用の電位井戸として２電極分の電位井戸で信号電荷を転送するため、広いダイナミックレンジの画像を得ることが可能となる。
【００７４】
図１１は、本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置５００は、第４実施形態の固体撮像装置２００（図９）と略同じであり、転送電位を印加する電極端子数とその接続構成が異なるだけである。
【００７５】
本実施形態では、垂直ＣＣＤレジスタ１２を１２相駆動するために、垂直ＣＣＤレジスタ１２に転送電位を印加する１２個の電極端子５０１〜５１２を設け、夫々が、水平ラインの電極群Ｈ１〜Ｈ１２に接続される。各電極端子５０１〜５１２は、各電極端子の符号（数字）下２桁が「Ｈ」の後の数字と一致する電極群Ｈ１〜Ｈ１２に接続される。
【００７６】
図１２，図１３は、第５実施形態に係る固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。図１０で説明した第４実施形態と基本的に同じであり、スミア電荷転送用の電位井戸の幅を１電極分にすると共に信号電荷転送用の電位井戸の幅を２電極分とし、全画素の信号電荷を読み出して転送するプログレッシブ走査を行っている。第５実施形態が第４実施形態と異なるのは、電極端子数であり、このため、固体撮像装置に設けるピン数が減ると共に、転送パルスの作成が容易となる。
【００７７】
本実施形態によれば、プログレッシブ走査型であるため高解像度の画像が得られ、しかも、信号電荷転送用の電位井戸として２電極分の電位井戸で信号電荷を転送するため、広いダイナミックレンジの画像を得ることが可能となり、更に、転送パルスの作成が容易で且つ固体撮像装置のピン数が減少するという効果を奏する。
【００７８】
図１４は、本発明の別実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。図１に示す実施形態のデジタルスチルカメラと異なるのは、信号処理部３５内に画像合成部３５ｅを設け、複数の静止画処理済みの画像信号を合成する点にある。このデジタルスチルカメラに搭載する固体撮像装置３０としては、上述した実施形態のいずれの固体撮像装置でもよい。
【００７９】
本実施形態のデジタルスチルカメラは、高速シャッタの単独撮影による静止画像を出力する高速撮影モードと、メカニカルシャッタを用いた単独撮影による静止画像を出力する低速撮影モードの他に、高速シャッタで撮影した静止画像とこれに連続して撮影した低速シャッタによる静止画像とを合成して出力する合成撮影モードを選択できる様になっている。
【００８０】
図１５は、この合成撮像モードにおける動作タイミングを示す図である。ＯＦＤパルスによる受光素子群の蓄積電荷のドレインや、掃き出しパルスＸによる垂直ＣＣＤレジスタの蓄積電荷の掃き出し処理は上述した実施形態と同様である。本実施形態でも、読出パルスＢ１で固体撮像装置から読み出した信号電荷はダミー出力として排出する。
【００８１】
そして、ＯＦＤパルス後に高速シャッタで撮像した信号電荷を読出パルスＢ２で読み出し、上述した各実施形態で説明したように垂直ＣＣＤレジスタ１２で転送すると共に水平ＣＣＤレジスタ１３で転送し、次の垂直ブランキング信号Ａ２後に高速シャッタ静止画像Ｓ１として信号処理部３５（図１４）に出力する。
【００８２】
高速シャッタによる信号電荷が受光素子から垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出された後にメカニカルシャッタが閉となるまでの間に受光素子に蓄積された信号電荷は、次の垂直ブランキング信号Ａ３中に発生する読出パルスＢ３によって読み出され同様に転送されて、低速シャッタ静止画像Ｓ２として信号処理部３５に出力される。信号処理部３５は、これら２つの静止画像Ｓ１，Ｓ２を合成処理部３５ｅで合成し、共通信号処理部３５ｅで処理した後、記録部３６に格納すると共に表示部３７に表示する。このように合成された静止画像は、広いダイナミックレンジを持っている。
【００８３】
図１６は、上述した様にして水平ＣＣＤレジスタ１３の直前まで転送されてきたスミア電荷を排出する構造を説明する図であり、図１６（ａ）は、例えば図２の水平ＣＣＤレジスタ１３の近傍詳細を示す固体撮像装置の平面図である。この例では、水平ＣＣＤレジスタ１３に至る２つ前の転送電極１６に、スミア電荷排出構造が設けられている。このスミア電荷排出構造は、図２に示す水平ＣＣＤレジスタ１３に至る２つ前の転送電極１６の横一行の全ての転送電極１６に設けられる。
【００８４】
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＢ―Ｂ線断面図である。固体撮像装置のｎ型半導体基板７００の表面側にはＰウェル７１０が設けられ、Ｐウェル７１０の表面にはｎ型半導体層でなる埋め込みチャネル７０８が形成されている。この埋め込みチャネル７０８に電荷が蓄積され転送されるが、隣接する垂直ＣＣＤレジスタ１２の埋め込みチャネル７０８との間を区分けするために、埋め込みチャネル７０８に隣接してチャネルストップ領域７０７が設けられている。
【００８５】
ｐウェル７１０の表面にはゲート絶縁膜７１１が設けられ、このゲート絶縁膜７１１を介して埋め込みチャネル７０８上にポリシリコン製の転送電極１６が設けられる。ｐウェル７１０の表面には、埋め込みチャネル７０８から少し離れた位置にドレイン７０６が設けられ、このドレイン７０６と半導体基板７００とは、ドレイン接続領域７０９で接続されている。
【００８６】
そして、埋め込みチャネル７０８とドレイン７０６との間に、ゲート絶縁膜７１１を介してポリシリコン製のスミア電荷排出用の制御電極７０５が設けられている。転送電極１６や制御電極７０５は絶縁膜７１２で覆われ、その上に光遮光膜７１５が設けられ、更にその上に絶縁膜７１３が設けられ、最上層には透明膜７１４が設けられている。
【００８７】
斯かる構成において、制御電極７０５が並置された転送電極１６にスミア電荷が転送されてきたとき、制御電極７０５に制御電圧が印加され、転送電極１６とその下部の埋め込みチャネル７０８との間に蓄積されているスミア電荷がドレイン７０６に移り、スミア電荷は半導体基板７００に排出されることになる。
【００８８】
図１７は、水平ＣＣＤレジスタ１３の垂直ＣＣＤレジスタとは反対側の端部にスミア電荷排出構造を設けた例を示す図である。ｎ型半導体基板８００の表面側にはｐウェル８０１が設けられ、このｐウェル８０１の表面に、埋め込みチャネル８０２と、ドレイン８０３とが設けられる。ｐウェル８０１の表面にはゲート絶縁膜８０４が設けられ、このゲート絶縁膜８０４を介して、埋め込みチャネル８０２の上部に水平ＣＣＤレジスタの転送電極８０５が、埋め込みチャネル８０２とドレイン８０３との間の上部にスミア電荷排出用の制御電極８０６が設けられる。
【００８９】
転送電極８０５と制御電極８０６は絶縁膜８０７で覆われ、その上に光遮光膜８０８が設けられ、更にその上に絶縁膜８０９が設けられ、最上層に透明膜８１０が設けられている。
【００９０】
斯かる構成において、転送電極８０５とその下部の埋め込みチャネル８０２との間にスミア電荷が転送されてきたとき、制御電極８０６に制御電圧が印加され、このスミア電荷はドレイン８０３に移され、排出される。
【００９１】
以上説明した各実施形態によれば、垂直ＣＣＤレジスタ内のスミア電荷を掃き出しパルスで掃き出した後に転送電極に入り込んだスミア電荷を集めて専用電位井戸で転送し排出する構成としたため、スミアによる画質劣化のない良好な画像を得ることが可能となる。
【００９２】
尚、上述した様に、電子シャッタで高速シャッタを切る場合には、メカニカルシャッタが開いた状態で垂直レジスタの転送が行われるため、スミア電荷を纏めて転送し排出する必要が生じる。しかし、低速シャッタをメカニカルシャッタで切った場合には、メカニカルシャッタが閉じた状態で垂直レジスタの転送が行われるので、固体撮像装置の表面が外光に晒されることがなく、スミア電荷の転送と排出を行う必要がない。
【００９３】
このため、デジタルスチルカメラに、上述した実施形態のスミア電荷の集合及び転送，排出を行う高速撮影モードと、スミア電荷の集合，転送，排出を行わない低速撮影モードを選択可能としておき、どちらかのモードを選択して被写体像を撮像できる様にする構成とするのが好ましい。この場合、モードの選択は、手動による選択でも、また、メカニカルシャッタの動作に連動して自動的に選択される構成でもよい。
【００９４】
また、上述した実施形態では、インタライン転送形ＣＣＤエリアイメージセンサを例に説明したが、フレームインターライン転送形のＣＣＤエリアイメージセンサにも本発明を適用可能である。更に、実施形態では、スミア電荷を垂直レジスタ末端または水平レジスタ出力端で排出する構成としているが、スミア電荷による電圧信号を固体撮像装置からそのまま出力し、信号処理部にてこの電圧信号を破棄する構成とすることでもよい。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、スミアによる画質劣化のない良好な画像を出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。
【図３】図２に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図４】図３に連続するタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。
【図６】図５に示す固体撮像装置の動作タイミングを示す図である。
【図７】図５に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。
【図１０】図９に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。
【図１２】図１１に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図１３】図１２に連続するタイミングチャートである。
【図１４】本発明の別実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。
【図１５】図１４に示すデジタルスチルカメラの動作タイミングを示す図である。
【図１６】本発明の実施形態で転送されたスミア電荷を垂直ＣＣＤレジスタの端部で排出する構造を説明する図である。
【図１７】本発明の実施形態で転送されたスミア電荷を水平ＣＣＤレジスタで排出する構造を説明する図である。
【図１８】従来の固体撮像装置の概略平面図である。
【図１９】図１８に示す固体撮像装置で低速シャッタによる撮像画像を得るときの動作タイミングを示す図である。
【図２０】図１８に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図２１】図１８に示す固体撮像装置で高速シャッタによる撮像画像を得るときの動作タイミングを示す図である。
【図２２】図１８に示す固体撮像装置における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１１ｒ 赤色用の受光素子
１１ｇ 緑色用の受光素子
１１ｂ 青色用の受光素子
１２ 垂直ＣＣＤレジスタ
１３ 水平ＣＣＤレジスタ
１６ 転送電極
３０，４０，２００，５００ 固体撮像装置
３１ 結像光学系
３２ メカニカルシャッタ
２０１〜２１６ １６相駆動用の電極端子
３０１〜３０９ ９相駆動用の電極端子
４０１〜４０８ ８相駆動用の電極端子
５０１〜５１２ １２相駆動用の電極端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子シャッタ機能を持つデジタルスチルカメラに係り、更に詳細には、電子シャッタ機能により高速シャッタを切って画像を撮像するときスミアの影響が無い撮像画像を取得できる固体撮像装置とそのスミア電荷除去方法並びにデジタルスチルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、正方格子状に画素が配列された従来の固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置１０は、青色フィルタが装着された受光素子１１ｂと緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇとが交互に横一行に配列された受光素子群と、緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇと赤色フィルタが装着された受光素子１１ｒとが交互に横一行に配列された受光素子群とが交互に縦方向に配列されている。
【０００３】
各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの周りには転送電極１６が設けられており、各転送電極１６で構成される縦一列の転送電極群が垂直ＣＣＤレジスタ１２（１列のみ点線で図示）を構成する。転送電極１６のうち、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの上辺部分に並置された横一行の第１転送電極１６群が電極端子２１に接続され、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの下辺部分に並置された横一行の第２転送電極１６群が電極端子２２に接続され、横一例に配列された受光素子群と次の横一行の受光素子群との間に設けられた横一行の第３転送電極１６群が電極端子２３に接続される。
【０００４】
この固体撮像装置１０が撮像した画像信号（各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷）を読み出すべく図示しない読出ゲートに読出電位が印加されたとき、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷（信号電荷）は、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に図示した矢印に示す様に、垂直ＣＣＤレジスタ１２の転送電極１６に読み出される。
【０００５】
そして、各電極端子２１〜２３に順次転送電位（転送パルス）が印加されることで、この受光電荷が垂直方向（図示の例では下方向）に転送され、最下段に設けられた水平レジスタ１３に信号電荷が転送される。この信号電荷は、電極端子２５，２６に転送パルスが印加されることで水平方向に転送され、水平レジスタ１３の出力部１４から出力される。また、固体撮像装置１０には、後述するＯＦＤパルス印加用の電極端子２８が設けられている。
【０００６】
図１９は、メカニカルシャッタと上述した従来の固体撮像装置を搭載したデジタルスチルカメラの動作タイミングを示す図である。デジタルスチルカメラでは、シャッタボタンがレリーズされていない場合、カメラ背面のＬＣＤ表示部に撮像画像（動画）を表示してファインダ代わりとするため、例えば垂直ブランキングパルスが１／３０〜１／６０秒間隔で発生され、１／３０〜１／６０秒毎に撮像画像の信号が取り込まれている。
【０００７】
ここで、シャッタボタンがレリーズ（ＯＮ）されると、それ以後の垂直ブランキングパルス間の時間間隔が例えば１／１０秒となり、垂直ブランキングパルスＡ１中，Ａ２中，…に発生される読出パルスＢ１，Ｂ２，…で夫々静止画の取り込みが行われる。
【０００８】
しかし、最初の読出パルスＢ１で取り込まれた画像信号はダミー出力として破棄され、次の読出パルスＢ２で取り込まれた画像信号が静止画の画像信号として出力される。また、最初の垂直ブランキングパルスＡ１後にＯＦＤ（オーバーフロードレイン）パルスが印加され、固体撮像装置の半導体基板表面に形成されている各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの蓄積電荷は半導体基板の背面側にドレインされ、撮像開始前に各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの蓄積電荷がゼロクリアされる。
【０００９】
また、電極端子２１，２２，２３から垂直ＣＣＤレジスタ１２に与えられる転送パルス（図１９では第２相転送パルスＶＰ２のみ図示しており、オンオフ状態の変化をクロスハッチにより省略して図示している。）を、次の垂直ブランキングパルスＡ２の立ち上がり直後から読出パルスＢ２の立ち上がりまでに高速に送り（図中の黒く塗り潰した部分Ｘ）、受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから画像情報の信号電荷を垂直ＣＣＤレジスタ１２に取り込む前に、垂直ＣＣＤレジスタ１２内の電荷を高速に掃き出すようにしている。
【００１０】
そして、ＯＦＤパルス後からメカニカルシャッタ閉までの間に各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに蓄積された信号電荷が、垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出され転送されて、静止画像の信号として出力される。
【００１１】
図２０は、図１８に示す固体撮像装置１０の垂直ＣＣＤレジスタ１２の転送状態を説明するタイミングチャートである。図中の○付き数字は、電極端子２１〜２３の符号下一桁を表し、各電極端子に転送電位（例えば、ハイレベル（０Ｖ）、ローレベル（−８Ｖ）のパルス）を巡回的に印加することで、電位井戸を垂直レジスタＣＣＤ１２に沿って移動させ、画像信号を構成する信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…等を水平レジスタ１３まで転送する。
【００１２】
このとき、画素Ａ，Ｂ，Ｃ…（受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ）の受光電荷を垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出す前であっても、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから垂直ＣＣＤレジスタ１２に光や電子が漏れ込み、本来の信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…の他に、スミア（太陽等を撮影したときに画像中に現れる縦方向の輝線等）の原因となるスミア電荷ｑsmrが各電位井戸に入ってしまう。
【００１３】
そこで、前述した様に、図１９のタイミングｔ8〜ｔ9にかけて垂直ＣＣＤレジスタ１２に高速の掃き出しパルスＸを印加し、スミア電荷ｑsmrを掃き出してしまい、各電位井戸を完全な空井戸として（タイミングｔ9）から、各画素Ａ，Ｂ，…の信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…を読み出し（タイミングｔ10）、水平レジスタ１３まで転送する様にしている。これにより、スミアのない良好な画像を得ることが可能となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１９で説明したデジタルスチルカメラの動作タイミングは、メカニカルシャッタを用いた低速シャッタの例であり、掃き出しパルスＸにより垂直ＣＣＤレジスタ１２を駆動している最中は、メカニカルシャッタが閉じた状態のため、新たなスミア電荷が電位井戸に入り込む可能性はない状態となっている。
【００１５】
これに対し、高速シャッタにより画像を撮像する場合、メカニカルシャッタでは高速シャッタを切ることができないため、図２１に示す様に、電子シャッタ機能により高速シャッタを切ることになる。この場合、メカニカルシャッタが開いている状態で、ＯＦＤパルス直後のタイミングｔ6から読出パルスＢ２のタイミングｔ8までの期間がシャッタ時間となり、そのシャッタ時間中に受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに蓄積された信号電荷が撮像画像の信号として読み出されることになる。
【００１６】
この場合も、読出パルスＢ２前に、掃き出しパルスＸにより垂直ＣＣＤレジスタ１２内のスミア電荷が掃き出されるが、メカニカルシャッタが開いた状態で掃き出しが行われるため、この掃き出し中にも電位井戸にスミア電荷ｑsmrが入り込んでしまう。
【００１７】
従って、電子シャッタ機能により高速シャッタを切った場合には、図２２に示す様に、信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…を転送する電位井戸にスミア電荷ｑi+1，ｑi，…が入り込んでしまい、このスミア電荷が信号電荷と一緒に転送されてしまう。このスミア電荷ｑi+1，ｑi，…は、信号電荷Ｑsiga，Ｑsigb，…と区別することができないため、撮像画像の画質を劣化させてしまう原因となる。
【００１８】
本発明の目的は、電子シャッタ機能により高速シャッタを切る場合でもスミアによる影響の無い画像を撮像することが可能な固体撮像装置とそのスミア電荷除去方法並びにデジタルスチルカメラを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、行方向とこれに直交する列方向に配列された画素配列と、各画素が受光することで発生した信号電荷が読み出され転送パルスを受けて前記列方向に前記信号電荷を順次転送する複数の転送電極で成る垂直レジスタと、該垂直レジスタによって転送されてきた前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平レジスタと、該水平レジスタにより転送されてきた前記信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを備え、メカニカルシャッタを有するデジタルスチルカメラに搭載され該メカニカルシャッタが「開」の間に電子シャッタによるシャッタ期間で静止画像が撮像され該静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出したあと前記メカニカルシャッタが「閉」にされる固体撮像装置であって、
前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出すとき、該読み出し前にスミア電荷用電位井戸を生成すると共に前記垂直レジスタ内の不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集め、前記不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集めることで前記不要電荷の無くなった空の信号電荷転送用電位井戸を生成して前記信号電荷を前記画素から前記信号電荷転送用電位井戸に読み出し、前記不要電荷と前記信号電荷を混合することなく前記スミア電荷用電位井戸及び前記信号電荷転送用電位井戸を前記水平レジスタに転送することで、達成される。この構成により、スミア電荷が信号電荷に混じることがなくなり、スミアの無い良好な画像を得ることが可能となる。
【００２０】
好適には、上記において、前記電子シャッタのシャッタ期間で撮像された前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記スミア電荷用電位井戸を生成し該スミア電荷用電位井戸内に不要電荷を集めたあと前記垂直レジスタで転送する第１モードと、前記電子シャッタの「閉」から前記メカニカルシャッタ閉までのシャッタ期間に撮像された静止画像を構成する前記信号電荷を前記スミア電荷用電位井戸を生成せずに前記垂直レジスタで転送する第２モードとを切り換える選択手段を設けたことを特徴とする。この構成により、スミア電荷の廃棄が不要な場合にはスミア電荷用電位井戸を設けずに信号電荷を転送するため、高速転送が可能となる。
【００２１】
好適には、上記において、前記固体撮像装置がインタライン転送形ＣＣＤエリアイメージセンサまたはフレームインタライン転送形ＣＣＤエリアイメージセンサであることを特徴とし、また、前記画素配列は、正方格子状またはハニカム状に配列されていることを特徴とする。本発明は、ＣＣＤイメージセンサの種類に関わらず適用可能である。
【００２２】
更に好適には、上記において、前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷に基づく電圧信号を前記信号電荷に基づく電圧信号と区別して出力する手段を設けることとを特徴とする。この構成により、固体撮像装置の後段の信号処理回路によって画像信号とスミア信号とを区別可能となる。
【００２３】
更に好適には、上記において、前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷を固体撮像装置内で排出する排出手段を設け、更に、前記排出手段は、前記垂直レジスタと前記水平レジスタとの接続箇所、または、前記水平レジスタの出力端に設けたことを特徴とする。この構成により、固体撮像装置の後段における信号処理の負荷が軽減される。
【００２４】
更に好適には、上記おいて、前記スミア電荷用電位井戸に前記不要電荷を集める前に前記垂直レジスタを高速パルスで駆動して不要電荷の掃き出しを行う手段を設けたことを特徴とする。この構成により、スミア電荷用電位井戸に集まる不要電荷量が低減される。
【００２５】
上記目的を達成するスミア電荷除去方法は、行方向とこれに直交する列方向に配列された画素配列と、各画素が受光することで発生した信号電荷が読み出され転送パルスを受けて前記列方向に前記信号電荷を順次転送する複数の転送電極で成る垂直レジスタと、該垂直レジスタによって転送されてきた前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平レジスタと、該水平レジスタにより転送されてきた前記信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを備え、メカニカルシャッタを有するデジタルスチルカメラに搭載され該メカニカルシャッタが「開」の間に電子シャッタによるシャッタ期間で静止画像が撮像され該静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出したあと前記メカニカルシャッタが「閉」にされる固体撮像装置のスミア電荷除去方法であって、
前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出すとき、該読み出し前にスミア電荷用電位井戸を生成すると共に前記垂直レジスタ内の不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集め、前記不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集めることで前記不要電荷の無くなった空の信号電荷転送用電位井戸を生成して前記信号電荷を前記画素から前記信号電荷転送用電位井戸に読み出し、前記不要電荷と前記信号電荷を混合することなく前記スミア電荷用電位井戸及び前記信号電荷転送用電位井戸を前記水平レジスタに転送することを特徴とする。この構成により、スミアによる画質劣化のない画像を得ることが可能となる。
【００２６】
更に好適には、上記において、前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷を固体撮像装置内で廃棄することを特徴とする。この構成により、固体撮像装置の後段における信号処理負荷が軽減される。
【００２７】
上記目的を達成するデジタルスチルカメラは、上記に記載の固体撮像装置と、被写体像を前記固体撮像装置に結像する光学系と、前記固体撮像装置の前記出力部から出力されてくる信号を処理し画像を生成する信号処理部と、生成された画像を記録するメモリ部とを備えることを特徴とする。この構成により、高速シャッタを電子シャッタ機能で切ったときでもスミアの無い良好な画像を撮像することができる。
【００２８】
上記目的を達成するデジタルスチルカメラは、上記に記載の固体撮像装置と、被写体像を前記固体撮像装置に結像する光学系と、該光学系を遮光するメカニカルシャッタと、前記固体撮像装置の前記出力部から出力されてくる信号を処理し画像を生成する信号処理部と、生成された画像を記録するメモリ部と、前記メカニカルシャッタを用いて遮光したときに得られる信号電荷に対しては前記スミア電荷用電位井戸を生成せずに前記固体撮像装置内を転送させ該固体撮像装置から出力させ前記メカニカルシャッタを用いずに電子シャッタで前記信号電荷を得たときは前記スミア電荷用電位井戸を生成して前記固体撮像装置内を転送させ該固体撮像装置から出力させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２９】
この構成により、電子シャッタで高速シャッタを切ったときはスミア電荷の廃棄を行い、メカニカルシャッタを切ったときはスミア電荷の廃棄が不要なためスミア電荷の除去を行わずに画像生成をすることができる。
好適には、上記において、メカニカルシャッタを用いずに撮像して得た静止画像信号と、前記撮像に連続して前記メカニカルシャッタを用いて撮像して得た静止画像信号とを重ね合わせ合成して出力する手段を備えることを特徴とする。この構成により、広いダイナミックレンジを持った静止画像を撮像することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。このデジタルスチルカメラは、固体撮像装置３０と、この固体撮像装置３０に被写体画像を結像する光学系３１と、固体撮像装置３０と光学系３１との間に設けられたメカニカルシャッタ３２と、固体撮像装置３０を駆動するドライブ回路３３と、固体撮像装置３０から読み出されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するアナログ／デジタル変換部３４と、デジタル画像信号を処理する信号処理部３５と、信号処理された画像信号を記憶する記録部３６と、デジタルカメラ背面に設けられファインダ代わりに用いられると共に撮像画像を表示できる液晶表示部３７と、ドライブ回路３３や信号処理部３５，記録部３６を制御する制御部３８とを備えて構成される。
【００３２】
信号処理部３５は、アナログ／デジタル変換部３４から出力されるデジタル画像信号の出力先を切り替えるスイッチ３５ａと、スイッチ３５ａを通して取り込んだデジタル画像信号を動画処理する動画処理部３５ｂと、スイッチ３５ａを通して取り込んだデジタル画像信号を静止画処理する静止画処理部３５ｃと、動画処理部３５ｂ及び静止画処理部３５ｃの処理結果を受け取りその他の画像処理を行う共通信号処理部３５ｄとを備える。
【００３３】
図２は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置３０は、青色フィルタが装着された受光素子１１ｂと緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇとが交互に横一行に配列された受光素子群と、緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇと赤色フィルタが装着された受光素子１１ｒとが交互に横一行に配列された受光素子群とが縦方向に交互に配列され、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは正方格子状に配列されている。
【００３４】
各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの周りには転送電極１６が設けられており、各転送電極１６で構成される縦一列の転送電極群が垂直ＣＣＤレジスタ１２（１列のみ点線で図示）を構成する。以下、横方向の一列を「行」といい、縦方向の一列を「列」という。
【００３５】
図１８で説明した従来の固体撮像装置１０は垂直ＣＣＤレジスタ１２を３相駆動するために３つの電極端子２１，２２，２３を設けているが、本実施形態の固体撮像装置３０では、垂直ＣＣＤレジスタ１２を９相駆動するために、９個の電極端子３０１〜３０９が設けられている。
【００３６】
転送電極１６のうち、第１行目の受光素子群の上辺部分に並置された横一行の転送電極１６群が電極端子３０１に接続され、第１行目の受光素子群の下辺部分に並置された横一例の転送電極１６群が電極端子３０２に接続され、第１行目の受光素子群と第２行目の受光素子群との間に設けられた横一行の転送電極１６群が電極端子３０３に接続される。
【００３７】
更に、第２行目の受光素子群の上辺部分に並置された横一行の転送電極１６群が電極端子３０４に接続され、以下同様にして、………、第３行目の受光素子群と第４行目の受光素子群との間に設けられた横一行の転送電極１６群が電極端子３０９に接続され、第４行目の受光素子群の上辺部分に並置された横一行の転送電極１６群が再び電極端子３０１に接続される、という接続構成が繰り返される。ある電極端子に電圧が印加されたとき、その電極端子に接続されている転送電極全てに同一タイミングで同一電圧が印加される。
【００３８】
固体撮像装置３０の各画素が撮像した画像信号（各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷）を読み出す場合は、図示しない各読出ゲートに読出電位（読出パルス）が印加され、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷（信号電荷）が、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に図示した矢印に示す様に、垂直ＣＣＤレジスタ１２の該当する転送電極１６に読み出される。
【００３９】
そして、各電極端子３０１〜３０９に９相駆動用の転送パルスが印加されることで、信号電荷は水平ＣＣＤレジスタ１３方向に転送され、水平ＣＣＤレジスタ１３の電極端子２５，２６に転送パルスが印加されることで、信号電荷は水平レジスタ１３の出力部１４から出力される。本実施形態でも、ＯＦＤパルス印加用の電極端子２８が設けられている。
【００４０】
図３，図４は、垂直ＣＣＤレジスタ１２の転送方法を説明するタイミングチャートである。図中の○付き数字は、電極端子３０１〜３０９の符号下一桁を表し、各電極端子に転送電位（例えば、ハイレベル（０Ｖ）、ローレベル（−８Ｖ）のパルス）を巡回的に印加することで、電位井戸を垂直ＣＣＤレジスタ１２に沿って移動させ、画像信号を構成する信号電荷Ｑi，Ｑi-1，…等を水平レジスタ１３まで転送する。動作タイミングは、図２１に示したものと同じであり、掃き出しパルスＸの終了したタイミングｔ7以後を、図３，図４に示している。
【００４１】
高速シャッタを切った場合、上述したように、メカニカルシャッタが開いている状態で掃き出しが行われるため、掃き出しパルスＸによる掃き出しが終了したタイミングｔ7での電位井戸には、スミア電荷ｑが入り込んでいる。この掃き出し終了のタイミングｔ7では、▲２▼電極，▲５▼電極，▲８▼電極にだけハイレベル電位が印加されて電位井戸が形成された状態となっている。
【００４２】
本実施形態では、タイミングｔ7の時点で残っている各電位井戸のスミア電荷を一カ所に纏め、纏めたスミア電荷を垂直ＣＣＤレジスタ１２で転送し、水平ＣＣＤレジスタ１３に送り込む前、あるいは水平ＣＣＤレジスタ１３の出力端で排出する構成とする。
【００４３】
そこで、本実施形態では、タイミングｔ7直後のタイミングｔ700で、▲４▼電極以外の電極を全てハイレベル電位とする。これにより、電位井戸が８電極分に広がり、３つのスミア電荷が一緒になる。以下、タイミングｔ701，…，ｔ707で、▲５▼電極，▲６▼電極，▲７▼電極，▲８▼電極，▲９▼電極，▲１▼電極，▲２▼電極と順次ローレベル電位を印加して電位井戸の幅を順次狭め、３つのスミア電荷３ｑを、▲３▼電極による電位井戸に集める。
【００４４】
次のタイミングｔ708では、▲３▼電極の他に、▲５▼電極，▲８▼電極，▲１▼電極にハイレベル電位を印加し、信号電荷転送用の電位井戸を形成する。そして、次の読出タイミングｔ709（第１相目の読出パルスＢ２（図２１には第２相目の読出パルスＢ２を図示）に対応）で、画素Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅの信号電荷Ｑa，Ｑb，Ｑd，Ｑeが電位井戸に読み出される。
【００４５】
この読み出しは、例えば＋１６Ｖの読出電位を該当する読出ゲートに印加することで行われ、このため、該当する信号電荷転送用の電位井戸の深さが深くなっている。前述したタイミングｔ708で、▲１▼電極の位置に形成された信号電荷転送用の電位井戸は、未だ画素Ｃ，Ｆの位置まで移動していないため、このタイミングｔ709の時点では、画素Ｃ，Ｆからの信号電荷の読み出しはしない（後述する第２相の読出パルスＢ２のタイミングｔ8で読み出す。）。
【００４６】
信号電荷Ｑa，Ｑb，Ｑd，Ｑeの読出後は、電位井戸の深さは元の深さに戻り（タイミングｔ710）、次から、アコーデオン転送と呼ばれる方法で電位井戸の転送が行われる。即ち、タイミングｔ711で、▲６▼電極をハイレベル電位にし、信号電荷Ｑa，Ｑdの入っている電位井戸の幅を夫々２電極分に広げ、次のタイミングｔ712で▲５▼電極にローレベル電位を印加する。これにより、信号電荷Ｑa，Ｑdの入っている電位井戸の幅が１電極分に縮まり、結果としてこの信号電荷Ｑa，Ｑdの入っている電位井戸が１電極分だけ前に進んだことになる。
【００４７】
また、タイミングｔ713では、▲４▼電極にハイレベル電位が印加されてスミア電荷転送用の電位井戸の幅が２電極分に広げられ、次のタイミングｔ714で▲３▼電極にローレベル電位が印加されてスミア電荷転送用の電位井戸の幅が１電極分に縮められ、結果として、スミア電荷転送用の電位井戸が１電極分だけ前に進んだことになる。
【００４８】
同様にして、タイミングｔ715，ｔ716と進み、空の信号電荷転送用の電位井戸が、▲２▼電極の位置に移動する。次のタイミングｔ8で、第２相の読出パルスＢ２が▲２▼電極に印加され、画素Ｃ，Ｆの信号電荷Ｑc，Ｑfが受光素子から電位井戸に移される。この読出直後のタイミングｔ8+Δの状態で、該当する電位井戸の深さが元に戻り、固体撮像装置３０の各受光素子の信号電荷が全て垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出されたことになる。以下、説明は省略するが、図３，図４のタイミングｔ801〜ｔ818に示す様に、各信号電荷転送用の電位井戸と、スミア電荷転送用の電位井戸とが順次水平ＣＣＤレジスタ側に転送される。
【００４９】
このように、固体撮像装置の垂直ＣＣＤレジスタ１２を多相駆動することで、スミア電荷転送用として専用に使用できる電位井戸を設けることができ、スミア電荷をこのスミア電荷転送用電位井戸に纏めて転送することで、スミア電荷を詳細は後述する様に排出でき、スミアの無い良好な画像を得ることが可能となる。
【００５０】
図５は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置４０は、所謂ハニカム型と云われる構造を持ち、青色フィルタが装着された受光素子１１ｂと赤色フィルタが装着された受光素子１１ｒとが交互に横一行に配列された受光素子群と、緑色フィルタが装着された受光素子１１ｇが横一行に配列された受光素子群とが１／２ピッチずらして縦方向に交互に配列されている。
【００５１】
図面上、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを４５度傾けた正方形で表示しているが、この固体撮像装置４０では、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各正方形の各辺に沿って転送電極１６が設けられており、これら転送電極の横一行Ｈ１は、各受光素子対応にチャネルストップで区分けされているが、横一行の電極群Ｈ１に同一タイミングで同一電位が印加されるようになっている。
【００５２】
本実施形態の固体撮像装置４０は、８相駆動としているため、各横一行の電極群は、…，Ｈ７，Ｈ８，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６，…の繰り返しとなっており、電極群Ｈ１には電極端子４０１が接続され、電極群Ｈ２には電極端子４０２が接続され、電極群Ｈ３には電極端子４０３が接続され、…、電極群Ｈ８には電極端子４０８が接続される（即ち、電極群Ｈｘは、電極端子４０ｘに接続される。）。
【００５３】
各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの周りに設けられた転送電極１６は、縦方向にも整列し、縦方向に並んだ転送電極群１２（一列のみ点線で図示）が垂直ＣＣＤレジスタ１２を構成する。この固体撮像装置４０が撮像した画像信号（各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷）を読み出すべく図示しない読出ゲートに読出電位（読出パルス）が印加されたとき、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの受光電荷（信号電荷）は、各受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に図示した矢印に示す様に、垂直ＣＣＤレジスタ１２の該当する転送電極に読み出される。
【００５４】
そして、各電極端子４０１〜４０８に順次転送電位（転送パルス）が印加されることで、この受光電荷が垂直方向（図示の例では下方向）に転送され、転送電極１７を通って最下段に設けられた水平ＣＣＤレジスタ１３に信号電荷が転送される。この信号電荷は、電極端子２５，２６に転送パルスが印加されることで水平方向に転送され、水平レジスタ１３の出力部１４から矢印２７に示す様に出力される。また、この固体撮像装置４０にも、ＯＦＤパルスの印加用電極２８が設けられている。
【００５５】
図６は、第２実施形態に係る固体撮像装置の動作タイミングを示す図である。図２１と比べて、クロスハッチで示した詳細なパルス波形（図示せず）が異なるだけで、基本的には同じである。本実施形態でも、読出パルスＢ１で読み出された信号電荷はダミー出力として排出され、読出パルスＢ２で読み出された画像信号が静止画用の出力とされる。
【００５６】
静止画用の出力は、メカニカルシャッタが閉じた後に行われ、メカニカルシャッタが閉じるまでの間は、垂直ＣＣＤレジスタの転送動作は停止あるいは通常の読出レートより低いレートで動作される（これは、第１実施形態でも同様である。）。読出パルスＢ２による信号電荷の読み出しに先立ち、掃き出しパルスＸで垂直ＣＣＤレジスタ１２内の電荷を高速に掃き出し、ＯＦＤパルスによって受光素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの蓄積電荷をゼロクリアするのも、上述した説明と同じである。
【００５７】
図７は、第２実施形態に係る固体撮像装置の転送方法を説明するタイミングチャートである。図中の○付き数字は、電極端子４０１〜４０８の下一桁を示している。また、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはある垂直ＣＣＤレジスタ１２に隣接する図５の奇数行目の受光素子を表し、画素Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは、同様に図５の偶数行目の受光素子を表している。
【００５８】
本実施形態では、奇数行目の画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（図５の青色用と赤色用の受光素子１１ｒ，１１ｂ）の信号電荷Ｑa，Ｑb，Ｑc，Ｑdを、偶数列目の垂直ＣＣＤレジスタ１２（図５に符号１２を付けた垂直ＣＣＤレジスタ１２が３列目であるため、その両隣が２列目，４列目となる。）に形成した電位井戸に読み出して転送し、偶数行目の画素Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ（図５の緑色用の受光素子１１ｇ）の信号電荷Ｑe，Ｑf，Ｑg，Ｑhを、奇数列目の垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出して転送する。
【００５９】
図７に示す各タイミング時において、偶数列目の垂直ＣＣＤレジスタで転送される電位井戸のタイミングチャートを各上段に示し、奇数列目の垂直ＣＣＤレジスタで転送される電位井戸のタイミングチャートを各下段に示す。
【００６０】
本実施形態の固体撮像装置４０でも、掃き出しパルスＸの終了時点で残ったスミア電荷を１つの電位井戸に集め、集めたスミア電荷だけを信号電荷とは別に転送し、最終的にスミア電荷を破棄することで、スミアの無い画像を得るようにしている。即ち、本実施形態では、掃き出しパルスＸの終了タイミングｔ7で残っているスミア電荷ｑを、先ず、▲４▼電極以外をハイレベル電位にして（タイミングｔa）２つのスミア電荷２ｑづつに纏め、次に、▲５▼電極→▲６▼電極→▲７▼電極…とローレベル電位を印加することで、スミア電荷を１電極分の電位井戸に集めている（タイミングｔb）。
【００６１】
そして、第１実施形態と同様に信号電荷転送用の電位井戸を形成し（図示せず）、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの信号電荷を読み出し、タイミングｔ8+Δから、各垂直ＣＣＤレジスタで上述したアコーデオン転送を開始する。即ち、タイミングｔcで▲６▼電極，▲７▼電極をハイレベルにして該当する電位井戸の幅を広げ、タイミングｔdで▲５▼電極，▲６▼電極を順次ローレベルとして該当する電位井戸の幅を１電極分に狭め、結果として、電位井戸を２電極分進める。
【００６２】
このように、偶数列目と奇数列目の各垂直ＣＣＤレジスタ１２の電位井戸転送を同時並行的に進め、奇数列目の信号電荷転送用の空電位井戸が画素Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの位置に来たとき、これら画素Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの信号電荷Ｑe，Ｑf，Ｑg，Ｑhを読み出し、再び、各垂直ＣＣＤレジスタ１２の転送を開始する（タイミングｔg）。
【００６３】
これにより、図５に示す横一行の転送電極群で、２行分の受光素子群の信号電荷が転送され、図１に示す信号処理部３５は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の画像信号を一緒に取り込んで画像処理することが可能となる。また同様に、スミア電荷も横一行の転送電極群で転送されるため、スミア電荷だけを後述するように一緒に排出することが可能となる。
【００６４】
図８は、本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置の転送方法を説明するタイミングチャートである。この第３実施形態の固体撮像装置の装置構成は、図５に示す第２実施形態と同じであるが、第２実施形態では、全画素からの信号電荷を読み出すプログレッシブ走査型であったのに対し、この第３実施形態では、インタレース走査型としている点が異なる。しかし、この場合でも、スミア電荷を１つの電位井戸に纏めてから転送し、最終的に破棄することは同じである。
【００６５】
即ち、掃き出しパルスＸの終了時点（タイミングｔ7）で残っているスミア電荷ｑを、２電極分の電位井戸に纏める（タイミングｔb）。そして、信号電荷転送用の電位井戸を形成し、画素Ａ，Ｃの信号電荷Ｑa，Ｑcを読み出し、全電位井戸を同時並行的に水平ＣＣＤレジスタ方向に進める。
【００６６】
インタレース走査型であるため、各電位井戸間には２電極分のスペースがあり、例えば、タイミングｔ8+Δの▲１▼電極と▲２▼電極をハイレベルして形成された信号電荷Ｑaの電位井戸にあっては、▲３▼電極をハイレベルにすると同時に▲１▼電極をローレベルとすることで、この２電極の幅の電位井戸を１電極分だけ進ませることができ、隣接するスミア電荷２ｑを入れた電位井戸もこれと同時に１電極分進ませることができ、第２実施形態に比べて高速転送が可能となる。
【００６７】
本実施形態では、インタレース走査型であるため、垂直方向の読み出し画素数がプログレッシブ走査型に比べて１／２となり、垂直方向の解像度は劣化してしまうが、信号電荷を転送する電位井戸の幅を２電極分とることができるため、信号電荷の飽和量は、１電極分の電位井戸で信号電荷を転送する第２実施形態に比べて２倍となり、広いダイナミックレンジが得られるという利点がある。
【００６８】
尚、上述した各実施形態は、高速シャッタを電子シャッタで切ったときの例であるが、低速シャッタを電子シャッタ機能で切ったときも本発明を適用可能である。しかし、メカニカルシャッタを搭載したデジタルスチルカメラにあっては、低速シャッタはメカニカルシャッタで切る方が望ましい。この場合は、垂直ＣＣＤレジスタの第５相〜第８相の電極端子に第１相〜第４相の転送パルスと同じ転送パルスを印加し、スミア電荷用の電位井戸は生成せずに、信号電荷のみを転送すればよい。これにより、低速シャッタ時に高画質の画像を得ることができる。
【００６９】
図９は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置２００は、第２実施形態の固体撮像装置４０（図５）と略同じであり、転送電位を印加する電極端子数とその接続構成が異なるだけである。
【００７０】
本実施形態では、垂直ＣＣＤレジスタ１２を１６相駆動するために、垂直ＣＣＤレジスタ１２に転送電位を印加する１６個の電極端子２０１〜２１６を設け、夫々が、水平ラインの電極群Ｈ１〜Ｈ１６に接続される。各電極端子２０１〜２１６は、各電極端子の符号（数字）下２桁が「Ｈ」の後の数字と一致する電極群Ｈ１〜Ｈ１６に接続される。
【００７１】
図１０は、第４実施形態に係る固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。図７で説明した第２実施形態では、信号電荷を転送する電位井戸の幅を１電極分としたため、信号電荷の飽和量が第３実施形態（図８）に比べて１／２になっている。これに対し、この第４実施形態では、プログレッシブ走査型であってしかも信号電荷転送用の電位井戸の幅を２電極分としているのが特徴である。
【００７２】
本実施形態でも、掃き出しパルスＸの終了時点（タイミングｔ7）で各電位井戸に残っているスミア電荷を１つの電位井戸に纏めることにしている（タイミングｔb）。上述したように、信号電荷の飽和量を大きくするため、信号電荷の転送用電位井戸の幅は２電極分の幅としているが、スミア電荷転送専用の電位井戸は１電極分の幅にしている。信号電荷転送用の電位井戸やスミア電荷転送用の電位井戸の転送はアコーデオン転送で行い、信号電荷転送用の電位井戸の幅を転送中でも２電極分維持できるようにしている点が第２実施形態と異なり、その他の点は第２実施形態と同じである。
【００７３】
本実施形態によれば、プログレッシブ走査型であるため高解像度の画像が得られ、しかも、信号電荷転送用の電位井戸として２電極分の電位井戸で信号電荷を転送するため、広いダイナミックレンジの画像を得ることが可能となる。
【００７４】
図１１は、本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。この固体撮像装置５００は、第４実施形態の固体撮像装置２００（図９）と略同じであり、転送電位を印加する電極端子数とその接続構成が異なるだけである。
【００７５】
本実施形態では、垂直ＣＣＤレジスタ１２を１２相駆動するために、垂直ＣＣＤレジスタ１２に転送電位を印加する１２個の電極端子５０１〜５１２を設け、夫々が、水平ラインの電極群Ｈ１〜Ｈ１２に接続される。各電極端子５０１〜５１２は、各電極端子の符号（数字）下２桁が「Ｈ」の後の数字と一致する電極群Ｈ１〜Ｈ１２に接続される。
【００７６】
図１２，図１３は、第５実施形態に係る固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。図１０で説明した第４実施形態と基本的に同じであり、スミア電荷転送用の電位井戸の幅を１電極分にすると共に信号電荷転送用の電位井戸の幅を２電極分とし、全画素の信号電荷を読み出して転送するプログレッシブ走査を行っている。第５実施形態が第４実施形態と異なるのは、電極端子数であり、このため、固体撮像装置に設けるピン数が減ると共に、転送パルスの作成が容易となる。
【００７７】
本実施形態によれば、プログレッシブ走査型であるため高解像度の画像が得られ、しかも、信号電荷転送用の電位井戸として２電極分の電位井戸で信号電荷を転送するため、広いダイナミックレンジの画像を得ることが可能となり、更に、転送パルスの作成が容易で且つ固体撮像装置のピン数が減少するという効果を奏する。
【００７８】
図１４は、本発明の別実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。図１に示す実施形態のデジタルスチルカメラと異なるのは、信号処理部３５内に画像合成部３５ｅを設け、複数の静止画処理済みの画像信号を合成する点にある。このデジタルスチルカメラに搭載する固体撮像装置３０としては、上述した実施形態のいずれの固体撮像装置でもよい。
【００７９】
本実施形態のデジタルスチルカメラは、高速シャッタの単独撮影による静止画像を出力する高速撮影モードと、メカニカルシャッタを用いた単独撮影による静止画像を出力する低速撮影モードの他に、高速シャッタで撮影した静止画像とこれに連続して撮影した低速シャッタによる静止画像とを合成して出力する合成撮影モードを選択できる様になっている。
【００８０】
図１５は、この合成撮像モードにおける動作タイミングを示す図である。ＯＦＤパルスによる受光素子群の蓄積電荷のドレインや、掃き出しパルスＸによる垂直ＣＣＤレジスタの蓄積電荷の掃き出し処理は上述した実施形態と同様である。本実施形態でも、読出パルスＢ１で固体撮像装置から読み出した信号電荷はダミー出力として排出する。
【００８１】
そして、ＯＦＤパルス後に高速シャッタで撮像した信号電荷を読出パルスＢ２で読み出し、上述した各実施形態で説明したように垂直ＣＣＤレジスタ１２で転送すると共に水平ＣＣＤレジスタ１３で転送し、次の垂直ブランキング信号Ａ２後に高速シャッタ静止画像Ｓ１として信号処理部３５（図１４）に出力する。
【００８２】
高速シャッタによる信号電荷が受光素子から垂直ＣＣＤレジスタ１２に読み出された後にメカニカルシャッタが閉となるまでの間に受光素子に蓄積された信号電荷は、次の垂直ブランキング信号Ａ３中に発生する読出パルスＢ３によって読み出され同様に転送されて、低速シャッタ静止画像Ｓ２として信号処理部３５に出力される。信号処理部３５は、これら２つの静止画像Ｓ１，Ｓ２を合成処理部３５ｅで合成し、共通信号処理部３５ｅで処理した後、記録部３６に格納すると共に表示部３７に表示する。このように合成された静止画像は、広いダイナミックレンジを持っている。
【００８３】
図１６は、上述した様にして水平ＣＣＤレジスタ１３の直前まで転送されてきたスミア電荷を排出する構造を説明する図であり、図１６（ａ）は、例えば図２の水平ＣＣＤレジスタ１３の近傍詳細を示す固体撮像装置の平面図である。この例では、水平ＣＣＤレジスタ１３に至る２つ前の転送電極１６に、スミア電荷排出構造が設けられている。このスミア電荷排出構造は、図２に示す水平ＣＣＤレジスタ１３に至る２つ前の転送電極１６の横一行の全ての転送電極１６に設けられる。
【００８４】
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＢ―Ｂ線断面図である。固体撮像装置のｎ型半導体基板７００の表面側にはＰウェル７１０が設けられ、Ｐウェル７１０の表面にはｎ型半導体層でなる埋め込みチャネル７０８が形成されている。この埋め込みチャネル７０８に電荷が蓄積され転送されるが、隣接する垂直ＣＣＤレジスタ１２の埋め込みチャネル７０８との間を区分けするために、埋め込みチャネル７０８に隣接してチャネルストップ領域７０７が設けられている。
【００８５】
ｐウェル７１０の表面にはゲート絶縁膜７１１が設けられ、このゲート絶縁膜７１１を介して埋め込みチャネル７０８上にポリシリコン製の転送電極１６が設けられる。ｐウェル７１０の表面には、埋め込みチャネル７０８から少し離れた位置にドレイン７０６が設けられ、このドレイン７０６と半導体基板７００とは、ドレイン接続領域７０９で接続されている。
【００８６】
そして、埋め込みチャネル７０８とドレイン７０６との間に、ゲート絶縁膜７１１を介してポリシリコン製のスミア電荷排出用の制御電極７０５が設けられている。転送電極１６や制御電極７０５は絶縁膜７１２で覆われ、その上に光遮光膜７１５が設けられ、更にその上に絶縁膜７１３が設けられ、最上層には透明膜７１４が設けられている。
【００８７】
斯かる構成において、制御電極７０５が並置された転送電極１６にスミア電荷が転送されてきたとき、制御電極７０５に制御電圧が印加され、転送電極１６とその下部の埋め込みチャネル７０８との間に蓄積されているスミア電荷がドレイン７０６に移り、スミア電荷は半導体基板７００に排出されることになる。
【００８８】
図１７は、水平ＣＣＤレジスタ１３の垂直ＣＣＤレジスタとは反対側の端部にスミア電荷排出構造を設けた例を示す図である。ｎ型半導体基板８００の表面側にはｐウェル８０１が設けられ、このｐウェル８０１の表面に、埋め込みチャネル８０２と、ドレイン８０３とが設けられる。ｐウェル８０１の表面にはゲート絶縁膜８０４が設けられ、このゲート絶縁膜８０４を介して、埋め込みチャネル８０２の上部に水平ＣＣＤレジスタの転送電極８０５が、埋め込みチャネル８０２とドレイン８０３との間の上部にスミア電荷排出用の制御電極８０６が設けられる。
【００８９】
転送電極８０５と制御電極８０６は絶縁膜８０７で覆われ、その上に光遮光膜８０８が設けられ、更にその上に絶縁膜８０９が設けられ、最上層に透明膜８１０が設けられている。
【００９０】
斯かる構成において、転送電極８０５とその下部の埋め込みチャネル８０２との間にスミア電荷が転送されてきたとき、制御電極８０６に制御電圧が印加され、このスミア電荷はドレイン８０３に移され、排出される。
【００９１】
以上説明した各実施形態によれば、垂直ＣＣＤレジスタ内のスミア電荷を掃き出しパルスで掃き出した後に転送電極に入り込んだスミア電荷を集めて専用電位井戸で転送し排出する構成としたため、スミアによる画質劣化のない良好な画像を得ることが可能となる。
【００９２】
尚、上述した様に、電子シャッタで高速シャッタを切る場合には、メカニカルシャッタが開いた状態で垂直レジスタの転送が行われるため、スミア電荷を纏めて転送し排出する必要が生じる。しかし、低速シャッタをメカニカルシャッタで切った場合には、メカニカルシャッタが閉じた状態で垂直レジスタの転送が行われるので、固体撮像装置の表面が外光に晒されることがなく、スミア電荷の転送と排出を行う必要がない。
【００９３】
このため、デジタルスチルカメラに、上述した実施形態のスミア電荷の集合及び転送，排出を行う高速撮影モードと、スミア電荷の集合，転送，排出を行わない低速撮影モードを選択可能としておき、どちらかのモードを選択して被写体像を撮像できる様にする構成とするのが好ましい。この場合、モードの選択は、手動による選択でも、また、メカニカルシャッタの動作に連動して自動的に選択される構成でもよい。
【００９４】
また、上述した実施形態では、インタライン転送形ＣＣＤエリアイメージセンサを例に説明したが、フレームインターライン転送形のＣＣＤエリアイメージセンサにも本発明を適用可能である。更に、実施形態では、スミア電荷を垂直レジスタ末端または水平レジスタ出力端で排出する構成としているが、スミア電荷による電圧信号を固体撮像装置からそのまま出力し、信号処理部にてこの電圧信号を破棄する構成とすることでもよい。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、スミアによる画質劣化のない良好な画像を出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。
【図３】図２に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図４】図３に連続するタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。
【図６】図５に示す固体撮像装置の動作タイミングを示す図である。
【図７】図５に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。
【図１０】図９に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。
【図１２】図１１に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図１３】図１２に連続するタイミングチャートである。
【図１４】本発明の別実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。
【図１５】図１４に示すデジタルスチルカメラの動作タイミングを示す図である。
【図１６】本発明の実施形態で転送されたスミア電荷を垂直ＣＣＤレジスタの端部で排出する構造を説明する図である。
【図１７】本発明の実施形態で転送されたスミア電荷を水平ＣＣＤレジスタで排出する構造を説明する図である。
【図１８】従来の固体撮像装置の概略平面図である。
【図１９】図１８に示す固体撮像装置で低速シャッタによる撮像画像を得るときの動作タイミングを示す図である。
【図２０】図１８に示す固体撮像装置における転送方法を説明するタイミングチャートである。
【図２１】図１８に示す固体撮像装置で高速シャッタによる撮像画像を得るときの動作タイミングを示す図である。
【図２２】図１８に示す固体撮像装置における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１１ｒ 赤色用の受光素子
１１ｇ 緑色用の受光素子
１１ｂ 青色用の受光素子
１２ 垂直ＣＣＤレジスタ
１３ 水平ＣＣＤレジスタ
１６ 転送電極
３０，４０，２００，５００ 固体撮像装置
３１ 結像光学系
３２ メカニカルシャッタ
２０１〜２１６ １６相駆動用の電極端子
３０１〜３０９ ９相駆動用の電極端子
４０１〜４０８ ８相駆動用の電極端子
５０１〜５１２ １２相駆動用の電極端子
Claims (13)
- 行方向とこれに直交する列方向に配列された画素配列と、各画素が受光することで発生した信号電荷が読み出され転送パルスを受けて前記列方向に前記信号電荷を順次転送する複数の転送電極で成る垂直レジスタと、該垂直レジスタによって転送されてきた前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平レジスタと、該水平レジスタにより転送されてきた前記信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを備え、メカニカルシャッタを有するデジタルスチルカメラに搭載され該メカニカルシャッタが「開」の間に電子シャッタによるシャッタ期間で静止画像が撮像され該静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出したあと前記メカニカルシャッタが「閉」にされる固体撮像装置であって、
前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出すとき、該読み出し前にスミア電荷用電位井戸を生成すると共に前記垂直レジスタ内の不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集め、前記不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集めることで前記不要電荷の無くなった空の信号電荷転送用電位井戸を生成して前記信号電荷を前記画素から前記信号電荷転送用電位井戸に読み出し、前記不要電荷と前記信号電荷を混合することなく前記スミア電荷用電位井戸及び前記信号電荷転送用電位井戸を前記水平レジスタに転送することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記電子シャッタのシャッタ期間で撮像された前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記スミア電荷用電位井戸を生成し該スミア電荷用電位井戸内に不要電荷を集めたあと前記垂直レジスタで転送する第１モードと、前記電子シャッタの「閉」から前記メカニカルシャッタ閉までのシャッタ期間に撮像された静止画像を構成する前記信号電荷を前記スミア電荷用電位井戸を生成せずに前記垂直レジスタで転送する第２モードとを切り換える選択手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記固体撮像装置がインタライン転送形ＣＣＤエリアイメージセンサまたはフレームインタライン転送形ＣＣＤエリアイメージセンサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記画素配列は、正方格子状またはハニカム状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷に基づく電圧信号を前記信号電荷に基づく電圧信号と区別して出力する手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷を固体撮像装置内で排出する排出手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記排出手段は、前記垂直レジスタと前記水平レジスタとの接続箇所、または、前記垂直レジスタと反対側に位置する前記水平レジスタの端部に設けたことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
- 前記スミア電荷用電位井戸に前記不要電荷を集める前に前記垂直レジスタを高速パルスで駆動して不要電荷の掃き出しを行う手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 行方向とこれに直交する列方向に配列された画素配列と、各画素が受光することで発生した信号電荷が読み出され転送パルスを受けて前記列方向に前記信号電荷を順次転送する複数の転送電極で成る垂直レジスタと、該垂直レジスタによって転送されてきた前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平レジスタと、該水平レジスタにより転送されてきた前記信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを備え、メカニカルシャッタを有するデジタルスチルカメラに搭載され該メカニカルシャッタが「開」の間に電子シャッタによるシャッタ期間で静止画像が撮像され該静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出したあと前記メカニカルシャッタが「閉」にされる固体撮像装置のスミア電荷除去方法であって、
前記静止画像を構成する前記信号電荷を前記画素から前記垂直レジスタに読み出すとき、該読み出し前にスミア電荷用電位井戸を生成すると共に前記垂直レジスタ内の不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集め、前記不要電荷を前記スミア電荷用電位井戸に集めることで前記不要電荷の無くなった空の信号電荷転送用電位井戸を生成して前記信号電荷を前記画素から前記信号電荷転送用電位井戸に読み出し、前記不要電荷と前記信号電荷を混合することなく前記スミア電荷用電位井戸及び前記信号電荷転送用電位井戸を前記水平レジスタに転送することを特徴とする固体撮像装置のスミア電荷除去方法。 - 前記スミア電荷用電位井戸で転送されてきた前記不要電荷を固体撮像装置内で廃棄することを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置のスミア電荷除去方法。
- 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体撮像装置と、被写体像を前記固体撮像装置に結像する光学系と、前記固体撮像装置の前記出力部から出力されてくる信号を処理し画像を生成する信号処理部と、生成された画像を記録するメモリ部とを備えることを特徴とするデジタルスチルカメラ。
- 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体撮像装置と、被写体像を前記固体撮像装置に結像する光学系と、該光学系を遮光する前記メカニカルシャッタと、前記固体撮像装置の前記出力部から出力されてくる信号を処理し画像を生成する信号処理部と、生成された画像を記録するメモリ部と、前記メカニカルシャッタを用いて遮光したときに得られる信号電荷に対しては前記スミア電荷用電位井戸を生成せずに前記固体撮像装置内を転送させて該固体撮像装置から出力させ前記メカニカルシャッタを用いずに電子シャッタで前記信号電荷を得たときは前記スミア電荷用電位井戸を生成して前記固体撮像装置内を転送させ該固体撮像装置から出力させる制御手段とを備えることを特徴とするデジタルスチルカメラ。
- 請求項１２に記載のデジタルスチルカメラであって、メカニカルシャッタを用いずに撮像して得た静止画像信号と、前記撮像に連続して前記メカニカルシャッタを用いて撮像して得た静止画像信号とを重ね合わせ合成して出力する手段を備えることを特徴とするデジタルスチルカメラ。
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