JP4314693B2 - 固体撮像素子の駆動方法、固体撮像装置および撮像システム - Google Patents

Description

【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、固体撮像装置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、固体撮像装置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 Device) 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▲１▼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▲２▼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▲１▼，▲２▼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▲１▼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▲１▼＋Ａ、即ち暗信号出力波形▲２▼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▲１▼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▲２▼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▲１▼，▲２▼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▲１▼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▲２▼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▲１▼，▲２▼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、固体撮像装置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、当該固体撮像素子の各センサ部への光の入射が光制御手段によって遮断されることによる露光完了後において、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た露光完了後において、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、露光完了後において第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ＣＣＤ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１１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φＶ１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ＣＣＤ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φＨ１，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）２２-1〜２２-4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２１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ＣＣＤ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、
１２００＊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として暗信号＋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＋５．６Ｈ）とし、第２フィールド側の掃き出し転送期間を１８Ｈ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６Ｈ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、
３９．３Ｈ＝２４．３＋（２４．３−９．３）
＝２９．９＋（１８．７−９．３）
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１０３９ｍＶ、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×１０×０．００００１）、第１実施形態に係る駆動方法の場合、６９２６７倍光量（＝１０３９ｍＶ／１５０ｍＶ×１０×０．００００１）、第２実施形態に係る駆動方法の場合、９１０６７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、ＣＣＤ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ＣＣＤ１３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、露光完了後において第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、１３…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 (8)

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に当たって、
   前記固体撮像素子の各センサ部への光の入射が光制御手段によって遮断されることによる露光完了後において、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
   固体撮像素子の駆動方法。
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
   請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。
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
   請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。
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
   請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法。
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
   請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法。
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、
   前記複数個の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、
   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するように前記垂直転送部を駆動する駆動制御部とを備え、
   前記駆動制御部は、前記固体撮像素子の各センサ部への光の入射が光制御手段によって遮断されることによる露光完了後において、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
   固体撮像装置。
7. 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た露光完了後において、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駆動手段と
   を具備する撮像システム。
8. 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
   請求項７記載の撮像システム。

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