(57)【要約】【課題】同一の読み出しシーケンスで露光期間が異なる複数の画像信号を得ることで、画像合成後に解像度が低下しないＣＣＤ型固体撮像装置を実現する。また、同一の読み出しシーケンスで露光期間が異なる複数の画像信号を得て、こうして得られた画像信号を合成することでダイナミックレンジの拡大された画像を実現する。【解決手段】受光部７と、垂直転送部８と、読み出し電極１０と、水平転送部１１とを有するＣＣＤ型固体撮像素子２において、露光期間中の符号ｔ２で示すタイミングで第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７に読み出しパルスを印加する。また、符号ｔ３で示すタイミングで第（３Ｎ）行目に位置する受光部に読み出しパルスを印加する。【選択図】図６
2010213251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、
該受光部に隣接して形成されると共に、前記受光部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、
前記受光部に蓄積された信号電荷を前記電荷転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極と、
前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された制御部とを備える
固体撮像装置。
【請求項２】
マトリクス状に配列されると共に、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、
該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
前記受光部に蓄積された信号電荷を前記垂直転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極と、
前記垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された制御部とを備える
固体撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記露光期間中であると共に前記第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加した後に、前記第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部である第２の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された
請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
受光部で入射光に応じた信号電荷を蓄積する露光期間中に、受光部の一部である第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷を同第１の所定の受光部に隣接して形成された電荷転送部に読み出す工程を備える
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
前記露光期間中であると共に前記第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷を読み出した後に、前記第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部である第２の所定の受光部に蓄積された信号電荷を同第２の所定の受光部に隣接して形成された電荷転送部に読み出す工程を備える
請求項４に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部に隣接して形成されると共に、前記受光部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記電荷転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極と、前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された制御部とを有する固体撮像装置と、
前記受光部に入射光を導く光学系とを備える
撮像装置。
【請求項７】
マトリクス状に配列されると共に、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記垂直転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極と、前記垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された制御部とを有する固体撮像装置と、
前記受光部に入射光を導く光学系とを備える
撮像装置。
【請求項８】
入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部に隣接して形成されると共に、前記受光部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記電荷転送部に読み出すための読み出し電圧が印可される読み出し電極とを有する固体撮像装置と、
前記受光部に入射光を集光する光学系と、
該光学系で集光された入射光を遮光するメカニカルシャッタと、
前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加し、前記第１の所定の受光部の露光期間を同第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加してから前記メカニカルシャッタが閉じるまでの期間とする制御部とを備える
撮像装置。
【請求項９】
マトリクス状に配列されると共に、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記垂直転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極とを有する固体撮像装置と、
前記受光部に入射光を集光する光学系と、
該光学系で集光された入射光を遮光するメカニカルシャッタと、
前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加し、前記第１の所定の受光部の露光期間を同第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加してから前記メカニカルシャッタが閉じるまでの期間とする制御部とを備える
撮像装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記露光期間中であると共に前記第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加した後に、前記第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部である第２の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加し、前記第２の所定の受光部の露光期間を同第２の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加してから前記メカニカルシャッタが閉じるまでの期間とする
請求項８または請求項９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置及びその駆動方法、並びに撮像装置に関する。詳しくは、ダイナミックレンジの拡大が可能な固体撮像装置及びその駆動方法、並びにダイナミックレンジの拡大が可能な固体撮像装置を用いた撮像装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の固体撮像素子を利用したビデオカメラやスチールデジタルカメラ等が広く普及している。
【０００３】
図１２は従来の静止画露光シーケンスを説明するための図であり、従来の固体撮像装置の駆動方法では、高速撮像期間（モニタリングモード）を経て露光期間、高速掃き捨て期間、フレーム読み出し期間と遷移する。そして、フレーム読み出し期間の後に再びモニタリング期間に遷移する。なお、従来の静止画露光シーケンスでは、露光期間中に電子シャッタ信号φＳＵＢを発生させ、最後の電子シャッタ信号の立ち上がりタイミングからメカシャッタが閉じるまでの期間（図中符号Ｅで示す期間）が露光期間となる。
【０００４】
ところで、ダイナミックレンジが狭い固体撮像装置で被写体を撮影した場合には、明るい部分の階調が失われる現象である「白飛び」や、暗い部分の階調が失われる現象である「黒つぶれ」等が発生してしまう。
【０００５】
そこで、ダイナミックレンジの拡大を実現する技術として、特許文献１に記載された技術が開示されている。具体的には、第１群の光電変換素子で蓄積された信号電荷を読み出した後に、第２群の光電変換素子で蓄積された信号電荷を読み出し、それぞれの信号電荷を混合することなく信号出力に変換する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−８４２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、第１群の光電変換素子で蓄積された信号電荷の読み出しシーケンスの後に、第２群の光電変換素子で蓄積された信号電荷の読み出しシーケンスを行っている。そのために、第１群の光電変換素子と第２群の光電変換素子とは時間的にズレのある読み出しシーケンスを経る必要がある。
【０００８】
そして、時間的にズレのある読み出しシーケンスを経る必要があるために、被写体が高速で動いている場合や、露光時間が長い場合において、画像合成後に解像度が低下してしまう。
【０００９】
また、点滅する被写体を撮影する場合、特に点滅周期が撮影周期の２倍に近い場合には、合成する２つの画像のうち一方には点灯した画像が、他方には消灯した画像が撮影されることが考えられ、適正にダイナミックレンジの拡大が図れないことがある。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、同一の読み出しシーケンスで露光期間が異なる画像信号を得ることができる固体撮像装置及びその駆動方法、並びに撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置では、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部に隣接して形成されると共に、前記受光部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記電荷転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極と、前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された制御部とを備える。
【００１２】
また、本発明の固体撮像装置では、マトリクス状に配列されると共に、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記垂直転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極と、前記垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された制御部とを備える。
【００１３】
また、本発明の撮像装置では、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部に隣接して形成されると共に、前記受光部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記電荷転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極と、前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された制御部とを有する固体撮像装置と、前記受光部に入射光を導く光学系とを備える。
【００１４】
また、本発明の撮像装置では、マトリクス状に配列されると共に、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記垂直転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極と、前記垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された制御部とを有する固体撮像装置と、前記受光部に入射光を導く光学系とを備える。
【００１５】
ここで、制御部によって第１の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングで第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷が電荷転送部若しくは垂直転送部に読み出されることとなる。即ち、露光期間の開始タイミングから読み出し電圧を印加するタイミングまでの期間に第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷が電荷転送部若しくは垂直転送部に読み出されることとなる。
従って、第１の所定の受光部では、第１の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングで初期状態にリセットされ、再び初期状態から信号電荷の蓄積を開始することとなる。
【００１６】
なお、「受光部で信号電荷を蓄積する露光期間」とは、最後の電子シャッタ信号の立ち上がりタイミング（電子シャッタの引き終わりタイミング）からメカニカルシャッタが閉じるまでの期間を意味している。
【００１７】
また、「第１の所定の受光部に対応する読み出し電極」とは、読み出し電圧を印加することによって第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷を電荷転送部若しくは垂直転送部に読み出すことが可能となる読み出し電極を意味している。
【００１８】
また、「受光部の一部」を「第１の所定の受光部」としているのは、少なくとも２つの露光期間が異なる画像信号を得るためである。
【００１９】
即ち、「受光部の全部」を「第１の所定の受光部」とした場合には、第１の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングで受光部の全部が初期状態にリセットされることとなる。つまり、第１の所定の受光部を初期状態にリセットすることに起因して露光期間を異ならせることができない。そのために、「受光部の一部」を「第１の所定の受光部」とし、「受光部の一部」のみを初期状態にリセットすることによって、初期状態にリセットされた受光部の露光期間と初期状態にリセットされていない受光部の露光期間とを異ならせているのである。
【００２０】
また、制御部が、露光期間中であると共に第１の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加した後に、第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部である第２の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加可能に構成された場合には、制御部によって第２の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングで第２の所定の受光部に蓄積された信号電荷が電荷転送部若しくは垂直転送部に読み出されることとなる。即ち、露光期間の開始タイミングから読み出し電圧を印加するタイミングまでの期間に第２の所定の受光部に蓄積された信号電荷が電荷転送部若しくは垂直転送部に読み出されることとなる。
従って、第２の所定の受光部では、第２の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングで初期状態にリセットされ、再び初期状態から信号電荷の蓄積を開始することとなる。
【００２１】
なお、「第２の所定の受光部に対応する読み出し電極」とは、読み出し電圧を印加することによって第２の所定の受光部に蓄積された信号電荷を電荷転送部若しくは垂直転送部に読み出すことが可能となる読み出し電極を意味している。
【００２２】
また、「第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部」を「第２の所定の受光部」としているのは、少なくとも３つの露光期間が異なる画像信号を得るためである。
【００２３】
即ち、「第１の所定の受光部とは異なる受光部の全部」を「第２の所定の受光部」とした場合には、第２の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングで第１の所定の受光部とは異なる受光部の全部が初期状態にリセットされることとなる。つまり、第２の所定の受光部を初期状態にリセットすることに起因して露光期間を異ならせることができない。そのために、「第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部」を「第２の所定の受光部」とし、「第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部」のみを初期状態にリセットすることによって、初期状態にリセットされた受光部（第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部）と初期状態にリセットされていない受光部の露光期間とを異ならせているのである。
【００２４】
また、上記の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の駆動方法では、受光部で入射光に応じた信号電荷を蓄積する露光期間中に、受光部の一部である第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷を同第１の所定の受光部に隣接して形成された電荷転送部に読み出す工程を備える。
【００２５】
ここで、第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷を第１の所定の受光部に隣接して形成された電荷転送部に読み出すタイミングで、露光期間の開始タイミングから読み出しタイミングまでの期間に第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷が電荷転送部に読み出されることとなる。
従って、第１の所定の受光部では、隣接して形成された電荷転送部に信号電荷を読み出すタイミングで初期状態にリセットされ、再び初期状態から信号電荷の蓄積を開始することとなる。
【００２６】
また、露光期間中であると共に第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷を読み出した後に、第１の所定の受光部とは異なる受光部の一部である第２の所定の受光部に蓄積された信号電荷を第２の所定の受光部に隣接して形成された電荷転送部に読み出した場合には、第２の所定の受光部で蓄積された信号電荷を電荷転送部に読み出したタイミングで、露光期間の開始タイミングから読み出しタイミングまでの期間に第２の所定の受光部に蓄積された信号電荷が電荷転送部に読み出されることとなる。
従って、第２の所定の受光部では、隣接して形成された電荷転送部に信号電荷を読み出すタイミングで初期状態にリセットされ、再び初期状態から信号電荷の蓄積を開始することとなる。
【００２７】
また、上記の目的を達成するために、本発明の撮像装置は、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部に隣接して形成されると共に、前記受光部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記電荷転送部に読み出すための読み出し電圧が印可される読み出し電極とを有する固体撮像装置と、前記受光部に入射光を集光する光学系と、該光学系で集光された入射光を遮光するメカニカルシャッタと、前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加し、前記第１の所定の受光部の露光期間を同第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加してから前記メカニカルシャッタが閉じるまでの期間とする制御部とを備える。
【００２８】
また、本発明の撮像装置は、マトリクス状に配列されると共に、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光部と、該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を前記垂直転送部に読み出すための読み出し電圧が印加される読み出し電極とを有する固体撮像装置と、前記受光部に入射光を集光する光学系と、該光学系で集光された入射光を遮光するメカニカルシャッタと、前記受光部で信号電荷を蓄積する露光期間中に、前記受光部の一部である第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加し、前記第１の所定の受光部の露光期間を同第１の所定の受光部に対応する前記読み出し電極に読み出し電圧を印加してから前記メカニカルシャッタが閉じるまでの期間とする制御部とを備える。
【００２９】
ここで、制御部によって第１の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングで第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷が電荷転送部若しくは垂直転送部に読み出されることとなる。即ち、露光期間の開始タイミングから読み出し電圧を印加するタイミングまでの期間に第１の所定の受光部に蓄積された信号電荷が電荷転送部若しくは垂直転送部に読み出されることとなる。そのため、第１の所定の受光部では、第１の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングで初期状態にリセットされ、再び初期状態から信号電荷の蓄積を開始することとなる。
従って、第１の所定の受光部の露光期間は、第１の所定の受光部に対応する読み出し電極に読み出し電圧を印加したタイミングからメカニカルシャッタを閉じるタイミングまでの期間となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明を適用した固体撮像装置及びその駆動方法、並びに撮像装置では、同一の読み出しシーケンスで露光期間の異なる画像信号を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」と称する。）について説明を行う。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
【００３２】
＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ型固体撮像装置１を説明するための模式的な平面図である。そして、ここで示すＣＣＤ型固体撮像装置１は、主としてＣＣＤ型固体撮像素子２と、タイミング信号発生回路６によって構成されている。なお、タイミング信号発生回路６は制御部の一例である。
【００３３】
［ＣＣＤ型固体撮像素子について］
ＣＣＤ型固体撮像素子２には、受光部７と垂直転送部８とによって撮像エリア９が構成されている。
ここで、受光部７は、行（垂直）方向及び列（水平）方向にマトリクス状に配列されており、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。また、受光部７は例えばＰＮ接合のフォトダイオードから構成されており、受光部７に蓄積された信号電荷は、読み出し電極（読み出しゲート部）１０に後述する読み出しパルス（読み出し電圧）ＸＳＧが印加されることにより垂直転送部８に読み出されることとなる。
【００３４】
また、垂直転送部８は、受光部７の垂直列毎に設けられ、垂直転送クロックφＶ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にて１走査線に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
【００３５】
更に、垂直転送部８において、転送電極は読み出し電極（読み出しゲート部）１０を兼ねている。このことから、垂直転送クロックφＶは低レベル（Ｌレベル）、中間レベル（Ｍレベル）及び高レベル（Ｈレベル）の３値を採るように設定されており、高レベル（Ｈレベル）のパルスが読み出しゲート部１０に与えられる読み出しパルスＸＳＧとなる。
【００３６】
また、撮像エリア９の図面上の下側には、水平転送部１１が配置されている。ここで、水平転送部１１は、例えば２相の水平転送クロックφＨ１及びφＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直転送部８から転送された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。
【００３７】
更に、水平転送部１１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１２が設けられている。ここで、電荷電圧変換部１２は、水平転送部１１によって水平転送された信号電荷を順次電圧信号に変換して出力するものである。
なお、電荷電圧変換部１２で変換された電圧信号は、出力回路１３を経た後に、被写体からの入射光に応じたＣＣＤ出力として、出力端子４から外部に出力されることとなる。
【００３８】
上述した撮像エリア９、水平転送部１１及び電荷電圧変換部１２は半導体基板１４上に形成され、これらが形成されることによって、インターライン転送方式のＣＣＤ型固体撮像素子が構成されることとなる。
【００３９】
［受光部及びその周辺の半導体基板の深さ方向の構造］
図２は、受光部７及びその周辺の半導体基板１４の深さ方向の構造を示す模式的な断面図である。図２において、例えばＮ型の半導体基板１４の表面にＰ型のウェル領域３１が形成されており、このウェル領域３１の表面にはＮ＋型の信号電荷蓄積領域３２が形成されている。更に、信号電荷蓄積領域３２の上にＰ＋型の正孔蓄積領域３３が形成されることにより、いわゆるＨＡＤ（正孔蓄積ダイオード）構造の受光部７が構成されている。
【００４０】
この受光部７に蓄積される信号電荷の電荷量は、Ｐ型のウェル領域３１で構成されるオーバーフローバリア（ＯＦＢ）のポテンシャルバリアの高さによって決定される。即ち、このオーバーフローバリア（ＯＦＢ）は、受光部７に蓄積される飽和信号量Ｑｓを決めるものである。なお、蓄積電荷量がこの飽和信号量Ｑｓを超えた場合には、その超えた分の信号電荷がポテンシャルバリアを超えて半導体基板１４側へ掃き出されることとなる。
【００４１】
この様にして、いわゆる縦型オーバーフロードレイン構造の受光部７が構成されており、縦型オーバーフロードレイン構造においては、半導体基板１４がオーバーフロードレインとなる。
【００４２】
なお、受光部７において、飽和信号量Ｑｓは、デバイスのＳ／Ｎ特性、垂直転送部１１の取扱電荷量等によって決定されるが、製造バラツキによりオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルにバラツキが生じることとなってしまう。こうしたオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルは、オーバーフロードレインバイアス、即ち、基板バイアスＶｓｕｂによって制御が可能である。
【００４３】
ところで、受光部７の横方向には、読み出しゲート部１０を構成するＰ型領域３４を介してＮ型＋の信号電荷転送領域３５及びＰ＋型のチャネルストップ領域３６が形成されている。信号電荷転送領域３５の下には、スミア成分の混入を防止するためのＰ＋型の不純物拡散領域３７が形成されている。更に、信号電荷転送領域３５の上方には、ゲート絶縁膜３８を介して例えば多結晶シリコンからなる転送電極３９が配されることにより、垂直転送部８が構成されている。転送電極３９は、Ｐ型領域３４の上方に位置する部分が読み出しゲート部１０のゲート電極を兼ねている。
【００４４】
また、垂直転送部８の上方には、転送電極３９を覆うようにして層間膜４０を介してアルミニウム遮光膜４１が形成されている。このアルミニウム遮光膜４１は、受光部７の領域が選択的にエッチング除去されており、外部からの光はこのエッチング除去によって形成された開口４２を通して受光部７内に入射することとなる。そして、半導体基板１４には、上述した様に、受光部７に蓄積される信号電荷の電荷量を決定する、即ちオーバーフローバリア（ＯＦＢ）のポテンシャルを決める基板バイアスＶｓｕｂが印加される様に構成されている。
【００４５】
［タイミング発生回路について］
タイミング発生回路６は、上記のＣＣＤ型固体撮像素子２を駆動するための垂直転送クロックφＶ及び２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２を発生する。
【００４６】
ここで、垂直転送クロックφＶは、半導体基板１４上に形成された端子１５を介してＣＣＤ型固体撮像素子２に供給されることとなる。また、２相の水平転送クロックφＨ１及びφＨ２は、半導体基板１４上に形成された端子１６ａ，１６ｂを介してＣＣＤ型固体撮像素子２に供給されることとなる。
【００４７】
また、タイミング発生回路６は、垂直転送クロック及び水平転送クロックの外にも、受光部７に蓄積された信号電荷を半導体基板１４へ掃き出すためのシャッタパルスφＳＵＢ等の各種タイミング信号をも適宜発生する。
【００４８】
［固体撮像装置の動作］
以下、上記の様に構成された固体撮像装置の動作について説明を行う。即ち、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例について説明を行う。
【００４９】
［露光期間が異なる電圧信号の取得］
本発明を適用したＣＣＤ型固体撮像装置１では、先ず、メカニカルシャッタが開いた状態の高速撮像期間（モニタリングモード）においてスチール写真として撮像したい映像を決定する。
【００５０】
次に、スチール写真として撮像したい映像が決定し、シャッタ（図示せず）が押されると（図３中符号ｔ１で示すタイミング）、これに応答して、その期間においてシャッタパルスφＳＵＢが複数個発生する。こうしたシャッタパルスφＳＵＢによって、全ての受光部７の信号電荷が半導体基板１４に掃き捨てられることとなる。
【００５１】
続いて、図３中符号ｔ２で示すタイミングで、第（３Ｎ−２）行目（Ｎ：自然数）に位置する受光部７の読み出しゲート部１０に読み出しパルスＸＳＧを印加する。こうした読み出しパルスＸＳＧを印加することによって、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の信号電荷が垂直転送部８に読み出されることとなる。なお、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７は、「第１の所定の受光部」の一例である。
【００５２】
その後、図３中符号ｔ３で示すタイミングで、メカニカルシャッタが閉じ、露光期間が終了することとなる。
【００５３】
ここで、図３中符号ｔ２で示すタイミングで第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の信号電荷を垂直転送部８に読み出すことによって、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の露光期間は図３中符号Ｔ２で示す期間と等しくなる。
【００５４】
即ち、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７には、図３中符号Ｔ１で示す期間に光が入射している。しかし、露光期間の開始タイミングから図３中符号ｔ２で示すタイミングまでの期間に入射した光によって蓄積された信号電荷は垂直転送部８に読み出されることとなる。そのため、図３中符号ｔ３で示すタイミングで第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７に蓄積されている信号電荷は図３中符号Ｔ２で示す期間に入射した光によって蓄積されたものである。従って、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の露光期間は図３中符号Ｔ２で示す期間と等しくなるのである。
【００５５】
なお、第（３Ｎ−１）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の露光期間は図３中符号Ｔ１で示す期間である。
【００５６】
ここで、メカニカルシャッタが閉じて露光期間が終了すると、例えばフレーム読み出しによって全ての受光部７の信号電荷を読み出すフレーム読み出し期間に入る。
【００５７】
このフレーム読み出し期間においては、先ず、垂直転送部８の高速転送駆動によって垂直転送部８中の信号電荷が掃き出される（高速掃き捨て期間）。なお、高速転送駆動によって、図３中符号ｔ２で示すタイミングで受光部７から垂直転送部８に読み出された信号電荷についても掃き出すことができる。
【００５８】
以上の方法によって、露光期間がＴ１である電圧信号と露光期間がＴ２である電圧信号とを得ることができる。
【００５９】
なお、第１の実施の形態では、図３中符号ｔ２で示すタイミングで第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の読み出しゲート部１０に読み出しパルスＸＳＧを印加する場合を例に挙げて説明を行っている。しかし、必ずしも第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の読み出しを行う必要はなく、任意の受光部７の読み出しを行って良い。
【００６０】
［露光期間がＴ１である場合の画像信号の取得］
上記した方法によって得られた電圧信号は、第（３Ｎ−１）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７については露光期間がＴ１であり、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７については露光期間がＴ２である。
ところで、露光期間がＴ１である場合の画像信号を取得するためには、全ての受光部７について露光期間がＴ１である電圧信号が必要となる。そのために、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の電圧信号を算出する必要がある。
以下、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の電圧信号の算出例について説明を行う。
【００６１】
（１）露光期間がＴ２の電圧信号の信号量が充分である場合
第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ１／Ｔ２を乗じることで、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の電圧信号を算出することができる（図４（ａ）参照。）。
なお、図４（ａ）中の「Ｒ」、「Ｇ」及び「Ｂ」の記号はカラーフィルタの「レッド」、「グリーン」及び「ブルー」を示している。
【００６２】
（２）露光期間がＴ２である電圧信号の信号量が充分でない場合
第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の電圧信号を利用することで、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である電圧信号を算出することができる（図４（ｂ）参照。）。
なお、図４（ｂ）中の「Ｒ」、「Ｇ」及び「Ｂ」の記号はカラーフィルタの「レッド」、「グリーン」及び「ブルー」を示している。また、図４（ｂ）中の点線の丸印を付した受光部７の電圧信号に基づいて、実線の丸印を付した受光部７の電圧信号を算出することを示している。
【００６３】
以上の方法によって、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の画像信号を得ることができる。
【００６４】
［露光期間がＴ２である場合の画像信号の取得］
上記と同様に、露光期間がＴ２である場合の画像信号の取得のためには、全ての受光部７について露光期間がＴ２である電圧信号が必要となる。そのために、第（３Ｎ−１）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出する必要がある。
以下、第（３Ｎ−１）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号の算出例について説明を行う。
【００６５】
（１）露光期間がＴ１の電圧信号の信号量が飽和していない場合
第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ２／Ｔ１を乗じることで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる。また、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ２／Ｔ１を乗じることで、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる（図５（ａ）参照。）。
なお、図５（ａ）中の「Ｒ」、「Ｇ」及び「Ｂ」の記号はカラーフィルタの「レッド」、「グリーン」及び「ブルー」を示している。
【００６６】
（２）露光期間がＴ１の電圧信号の信号量が飽和している場合
第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の電圧信号を利用することで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる（図５（ｂ）参照）。
なお、図５（ｂ）中の「Ｒ」、「Ｇ」及び「Ｂ」の記号はカラーフィルタの「レッド」、「グリーン」及び「ブルー」を示している。また、図５（ｂ）中の点線の丸印を付した受光部７の電圧信号に基づいて、実線の丸印を付した受光部７の電圧信号を算出することを示している。
【００６７】
以上の方法によって、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の画像信号を得ることができる。
【００６８】
続いて、露光期間がＴ１である画像信号と、露光期間がＴ２である画像信号とを合成することにとよって、ダイナミックレンジが拡大した画像を得るのであるが、具体的な方法については、後述する第３の実施の形態で詳述する。
【００６９】
本発明を適用した第１の実施の形態では、露光期間が異なる画像信号を単一の読み出しシーケンスで得ることができる。即ち、露光期間がＴ１である画像信号の読み出しシーケンスと、露光期間がＴ２である画像信号の読み出しシーケンスとの間に時間的なズレが生じない。そのために、被写体が高速で動いている場合や、露光時間が長い場合であったとしても、画像を合成した後に解像度が低下することがない。
【００７０】
また、露光期間が異なる画像信号を単一の読み出しシーケンスで得ているために、点滅する被写体を撮影する場合であったとしても、適正にダイナミックレンジが拡大した画像を得ることができる。
【００７１】
＜２．第２の実施の形態＞
上記した第１の実施の形態では、露光期間が異なる２つの画像信号を得る場合を例に挙げて説明を行っている。しかし、合成する画像信号の数は必ずしも２つである必要は無く、露光期間が異なる３つ以上の画像信号を合成しても良い。なお、露光期間が異なる３つ以上の画像信号を得る場合であっても、固体撮像装置の構成については上記した第１の実施の形態と同様である。
【００７２】
［固体撮像装置の動作］
以下、露光期間が異なる３つの画像信号を得る場合についての固体撮像装置の動作について説明を行う。即ち、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例について説明を行う。
【００７３】
［露光期間が異なる電圧信号の取得］
露光期間が異なる３つの画像信号を得る場合にも、上記した第１の実施の形態と同様に、メカニカルシャッタが開いた状態の高速撮像期間（モニタリングモード）においてスチール写真として撮像したい映像を決定する。
【００７４】
次に、スチール写真として撮像したい映像が決定し、シャッタ（図示せず）が押されると（図６中符号ｔ１で示すタイミング）、これに応答して、その期間においてシャッタパルスφＳＵＢが複数個発生する。こうしたシャッタパルスφＳＵＢによって、全ての受光部７の信号電荷が半導体基板１４に掃き捨てられることとなる。
【００７５】
続いて、図６中符号ｔ２で示すタイミングで、第（３Ｎ−２）行目（Ｎ：自然数）に位置する受光部７の読み出しゲート部１０に読み出しパルスＸＳＧを印加する。こうした読み出しパルスＸＳＧを印加することによって、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の信号電荷が垂直転送部８に読み出されることとなる。なお、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７は、「第１の所定の受光部」の一例である。
【００７６】
更に、図６中符号ｔ３で示すタイミングで、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の読み出しゲート部１０に読み出しパルスＸＳＧを印加する。こうした読み出しパルスＸＳＧを印加することによって、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の信号電荷が垂直転送部８に読み出されることとなる。なお、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７は、「第２の所定の受光部」の一例である。
【００７７】
その後、図６中符号ｔ４で示すタイミングで、メカニカルシャッタが閉じ、露光期間が終了することとなる。
【００７８】
ここで、図６中符号ｔ２で示すタイミングで第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の信号電荷を垂直転送部８に読み出すことによって、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の露光期間は図６中符号Ｔ２で示す期間と等しくなる。
【００７９】
即ち、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７には、図６中符号Ｔ１で示す期間に光が入射している。しかし、露光期間の開始タイミングから図６中符号ｔ２で示すタイミングまでの期間に入射した光によって蓄積された信号電荷は垂直転送部８に読み出されることとなる。そのため、図６中符号ｔ４で示すタイミングで第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７に蓄積されている信号電荷は図６中符号Ｔ２で示す期間に入射した光によって蓄積されたものである。従って、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の露光期間は図６中符号Ｔ２で示す期間と等しくなるのである。
【００８０】
また、図６中符号ｔ３で示すタイミングで第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の信号電荷を垂直転送部８に読み出すことによって、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の露光期間は図６中符号Ｔ３で示す期間と等しくなる。
【００８１】
即ち、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７には、図６中符号Ｔ１で示す期間に光が入射している。しかし、露光期間の開始タイミングから図６中符号ｔ３で示すタイミングまでの期間に入射した光によって蓄積された信号電荷は垂直転送部８に読み出されることとなる。そのため、図６中符号ｔ４で示すタイミングで第（３Ｎ）行目に位置する受光部７に蓄積されている信号電荷は図６中符号Ｔ３で示す期間に入射した光によって蓄積されたものである。従って、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の露光期間は図６中符号Ｔ３で示す期間と等しくなるのである。
【００８２】
なお、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７の露光期間は図６中符号Ｔ１で示す期間である。
【００８３】
ここで、メカニカルシャッタが閉じて露光期間が終了すると、例えばフレーム読み出しによって全ての受光部７の信号電荷を読み出すフレーム読み出し期間に入る。
【００８４】
このフレーム読み出し期間においては、先ず、垂直転送部８の高速転送駆動によって垂直転送部８内の信号電荷が掃き出される（高速掃き捨て期間）。なお、高速転送駆動によって、図６中符号ｔ２で示すタイミング及び図６中符号ｔ３で示すタイミングで受光部７から垂直転送部８に読み出された信号電荷についても掃き出すことができる。
【００８５】
以上の方法によって、露光期間がＴ１である電圧信号と、露光期間がＴ２である電圧信号と、露光期間がＴ３である電圧信号とを得ることができる。
【００８６】
なお、第２の実施の形態では、図６中符号ｔ２で示すタイミングで第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の読み出しゲート部１０に読み出しパルスＸＳＧを印加する場合を例に挙げて説明を行っている。また、第２の実施の形態では、図６中符号ｔ３で示すタイミングで第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の読み出しゲート部１０に読み出しパルスＸＳＧを印加する場合を例に挙げて説明を行っている。しかし、必ずしも図６中符号ｔ２で示すタイミングで第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の読み出しを行う必要はなく、任意の受光部７の読み出しを行って良い。同様に、必ずしも図６中符号ｔ３で示すタイミングで第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の読み出しを行う必要はなく、任意の受光部７の読み出しを行って良い。但し、図６中符号ｔ２で示すタイミングで読み出しを行う受光部７と、図６中符号ｔ３で示すタイミングで読み出しを行う受光部７とは異ならせる必要がある。
【００８７】
［露光期間がＴ１である場合の画像信号の取得］
上記した方法によって得られた電圧信号は、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７については露光期間がＴ１であり、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７については露光期間がＴ２である。また、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７については露光期間がＴ３である。そして、露光期間がＴ１である場合の画像信号の取得のためには、全ての受光部７について露光期間がＴ１である電圧信号が必要となる。そのために、第（３Ｎ−２）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の電圧信号を算出する必要がある。
以下、第（３Ｎ−２）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の電圧信号の算出例について説明を行う。
【００８８】
（１）露光期間がＴ２及び露光期間がＴ３の電圧信号の信号量が充分である場合
第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ１／Ｔ２を乗じることで、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の電圧信号を算出することができる。また、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ１／Ｔ３を乗じることで、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の電圧信号を算出することができる（図７（ａ）参照。）。
なお、図７（ａ）中の「Ｒ」、「Ｇ」及び「Ｂ」の記号はカラーフィルタの「レッド」、「グリーン」及び「ブルー」を示している。
【００８９】
（２）露光期間がＴ２及び露光期間がＴ３の電圧信号の信号量が充分でない場合
第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７の電圧信号を利用することで、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の電圧信号を算出することができる（図７（ｂ）参照。）。
なお、図７（ｂ）中の「Ｒ」、「Ｇ」及び「Ｂ」の記号はカラーフィルタの「レッド」、「グリーン」及び「ブルー」を示している。また、図７（ｂ）中の点線の丸印を付した受光部７の電圧信号に基づいて、実線の丸印を付した受光部７の電圧信号を算出することを示している。
【００９０】
以上の方法によって、第（３Ｎ−２）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ１である場合の画像信号を得ることができる。
【００９１】
［露光期間がＴ２である場合の画像信号の取得］
上記と同様に、露光期間がＴ２である場合の画像信号の取得のためには、全ての受光部７について、露光期間がＴ２である電圧信号が必要となる。そのために、第（３Ｎ−１）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出する必要がある。
以下、第（３Ｎ−１）行目及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号の算出例について説明を行う。
【００９２】
（１）露光期間がＴ１の電圧信号の信号量が飽和しておらず、露光期間がＴ３の電圧信号の信号量が充分である場合
第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ２／Ｔ１を乗じることで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる。また、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ２／Ｔ３を乗じることで、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる。
【００９３】
（２）露光期間がＴ１の電圧信号の信号量が飽和しておらず、露光期間がＴ３の電圧信号の信号量が充分でない場合
第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ２／Ｔ１を乗じることで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる。また、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７の電圧信号を利用することで、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる。
【００９４】
（３）露光期間がＴ１の電圧信号の信号量が飽和しており、露光期間がＴ３の電圧信号の信号量が充分である場合
第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の電圧信号を利用することで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる。また、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ２／Ｔ３を乗じることで、第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる。
【００９５】
（４）露光期間がＴ１の電圧信号の信号量が飽和しており、露光期間がＴ３の電圧信号の信号量が充分でない場合
第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の電圧信号を利用することで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の電圧信号を算出することができる。
【００９６】
以上の方法によって、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ２である場合の画像信号を得ることができる。
【００９７】
［露光期間がＴ３である場合の画像信号の取得］
上記と同様に、露光期間がＴ３である場合の画像信号の取得のためには、全ての受光部７について、露光期間がＴ３である電圧信号が必要となる。そのために、第（３Ｎ−２）行目及び第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ３である場合の電圧信号を算出する必要がある。
以下、第（３Ｎ−２）行目及び第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ３である場合の電圧信号の算出例について説明を行う。
【００９８】
（１）露光期間がＴ１の電圧信号の信号量が飽和しておらず、露光期間がＴ２の電圧信号の信号量が充分である場合
第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ３／Ｔ２を乗じることで、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ３である場合の電圧信号を算出することができる。また、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ３／Ｔ１を乗じることで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ３である場合の電圧信号を算出することができる。
【００９９】
（２）露光期間がＴ１の電圧信号の信号量が飽和しておらず、露光期間がＴ２の電圧信号の信号量が充分でない場合
第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ３／Ｔ１を乗じることで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ３である場合の電圧信号を算出することができる。また、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の電圧信号を利用することで、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ３である場合の電圧信号を算出することができる。
【０１００】
（３）露光期間がＴ１である電圧信号の信号量が飽和しており、露光期間がＴ２の電圧信号の信号量が充分である場合
第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７及び第（３Ｎ）行目に位置する受光部７の電圧信号を利用することで、第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ３である場合の電圧信号を算出することができる。また、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７の電圧信号にＴ３／Ｔ２を乗じることで、第（３Ｎ−２）行目に位置する受光部７について、露光期間がＴ３である場合の電圧信号を算出することができる。
【０１０１】
以上の方法によって、第（３Ｎ−２）行目及び第（３Ｎ−１）行目に位置する受光部について、露光期間がＴ３である場合の画像信号を得ることができる。
【０１０２】
続いて、露光期間がＴ１である画像信号と、露光期間がＴ２である画像信号と、露光期間がＴ３である画像信号とを合成することによって、ダイナミックレンジが拡大した画像を得るのであるが、具体的な方法については、後述する第３の実施の形態で詳述する。
【０１０３】
本発明を適用した第２の実施の形態では、露光期間が異なる画像信号を単一の読み出しシーケンスで得ることができる。即ち、露光期間がＴ１である画像信号の読み出しシーケンスと、露光期間がＴ２である画像信号の読み出しシーケンスと、露光期間がＴ３である画像信号の読み出しシーケンスとの間に時間的なズレが生じない。そのために、被写体が高速で動いている場合や、露光時間が長い場合であったとしても、画像を合成した後に解像度が低下することがない。
【０１０４】
また、露光期間が異なる画像信号を単一の読み出しシーケンスで得ているために、点滅する被写体を撮影する場合であったとしても、適正にダイナミックレンジが拡大した画像を得ることができる。
【０１０５】
＜３．第３の実施の形態＞
［ワイドＤカメラの構成］
図８は本発明を適用した撮像装置の一例であるワイドダイナミックレンジカメラ（以下、「ワイドＤカメラ」と称する。）の概略的な構成を示すブロック図である。
【０１０６】
図８に示すワイドＤカメラは、光学部品１３０と、撮像素子１３１と、前処理部１３２と、信号処理部１３３と、出力部１３４と、ＴＧ１３５と、ＥＶＲ１３６と、マイクロコンピュータ部１３７と、光学部品制御回路１３８と、記録媒体１３９とから構成される。
【０１０７】
光学部品１３０は、レンズ、または不要な波長を除去する光学フィルタであり、例えば、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｉｌｔｅｒ；光量調節フィルタ）等が挙げられる。被写体から入射し、光学部品１３０を透過した光は、撮像素子１３１に取り込まれ、電気信号に変換される。また、光学部品１３０は、マイクロコンピュータ（マイコン）部により光学部品制御回路１３８を介して、例えばレンズの絞り等が制御される。
【０１０８】
撮像素子（撮像デバイス）１３１は、上述した第１の実施の形態におけるＣＣＤ型固体撮像素子２が用いられる。
【０１０９】
前処理部１３２は、撮像素子１３１により出力される画像信号を受信した後、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング）回路の処理によってノイズ（雑音）を減少させつつ、映像信号を取り出す。更に、前処理部１３２は、必要に応じて好適な信号レベルに増幅（ゲイン調整）するために利得を持たせ、信号処理部１３３に送信する。
【０１１０】
ここで、撮像素子１３１であるＣＣＤ型固体撮像素子の雑音の主なものとしては、例えば、転送雑音、出力増幅器の雑音、リセット雑音、暗電流に起因する雑音、光ショット雑音等が挙げられる。なお、リセット雑音は、ＣＣＤ型固体撮像素子のフローティングディフュージョンのリセット時に発生する雑音であるが、このリセット雑音を軽減することが可能であるのが、上述のＣＤＳ回路である。
【０１１１】
信号処理部１３３は、大別すると２つのブロックから構成されており、一方が信号前処理ブロック１４０であり、他方が信号後処理ブロック（図示せず）である。
【０１１２】
信号前処理ブロック１４０は、入力される露光期間の異なる複数の画像信号（露光期間がＴ１である画像信号と露光期間がＴ２である画像信号）の抽出処理、色バランス補正処理、合成処理を行う。なお、信号前処理ブロック１４０については、後ほど詳述する。
【０１１３】
信号後処理ブロックは、γ（ガンマ）補正や輪郭補正するためのアパーチャー（ａｐｅｒｔｕｒｅ）の処理、被写体に含まれる"白"を基準に色温度を調整するホワイトバランス等の色処理を行う。
【０１１４】
更に信号処理部１３３は、少なくとも検波部１４３を備え、例えば、輝度信号レベル等、現時点で入力される画像信号レベル情報または色情報等を検出することが可能である。こうして検出された情報に基づいて、ホワイトバランスを調整したりすることが可能である。なお、検波部１４３については、後ほど詳述する。
【０１１５】
出力部１３４は、信号処理部１３３の処理の後に、信号処理部１３３から映像信号を受信し、例えば、ディスプレイ装置等のモニタに映像を出力する。
【０１１６】
ＴＧ（タイミングジェネレータ）１３５は、上述した第１の実施の形態におけるタイミング発生回路と同様の各種パルスを生成する。
【０１１７】
ＥＶＲ（電子ボリューム）１３６は、デジタル信号等により抵抗値を調整できる可変抵抗器であり、抵抗値を変更することにより、光学部品制御回路１３８等を制御する。従って、ＥＶＲ１３６等により、光学部品１３０であるレンズの絞り調整をすることができる。また、ＥＶＲ１３６は、例えば、メモリ等の記憶手段を備えており、電源がオフになったとしても変更された抵抗値を保持することができる。
【０１１８】
光学部品制御回路１３８は、例えば、光学部品１３０の絞り調整等を行うための制御手段（図示せず）を備えている。
【０１１９】
マイコン１３７は、例えば、検波部１４３からの検波結果に基づいて、前処理部１３２、信号処理部１３３、ＴＧ１３５、ＥＶＲ１３６及び光学部品制御回路１３８の各処理を制御する。また、露光期間がＴ１である画像信号と露光期間がＴ２である画像信号とを合成し、圧縮するための圧縮ゲイン（圧縮利得）等を決定している。
【０１２０】
更に、マイコン１３７は、外部インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介して、ワイドＤカメラの外部の装置と、例えば、装置を制御するための制御データ等を相互に送受信することによりワイドＤカメラの制御が可能となる。なお、外部インターフェイスは、例えば、１０Ｂａｓｅ−Ｔ若しくは１０Ｂａｓｅ−２等のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＥＩＡ−２３２、またはＥＩＡ−４８５等が挙げられる。
【０１２１】
記録媒体１３９は、例えば、ワイドＤカメラに備わる各部の制御に必要な制御データ、被写体に対する露光を調整するための調整データ、ワイドＤカメラを使用する各ユーザが色補正やＡＥ等の各種設定が可能なユーザ設定データ等を記憶することが可能である。
【０１２２】
記録媒体１３９は、例えば、データを書き込むことで記憶可能なＲＯＭ、電気的消去によりデータを記憶または消去することが可能なＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）等がある。
【０１２３】
［信号前処理ブロックについての詳細説明］
次に、信号前処理ブロック１４０の概略的な構成を示すブロック図である図９を参照しながら、信号処理部１３３に含まれる信号前処理ブロック１４０について説明を行う。
【０１２４】
図９に示す様に、信号前処理ブロック１４０は、クランプ処理部（１）１４１、クランプ処理部（２）１４２と、検波部１４３と、合成部１４４から構成される。
【０１２５】
先ず、クランプ処理部（１）１４１に長時間露光画像信号が送信され、クランプ処理部（２）に短時間露光画像信号が送信される。ここで、「長時間露光画像信号」とは、撮像素子１３１により撮像された長時間露光画像（ｌｏｎｇ）を含む信号であり、「短時間露光画像信号」とは撮像素子１３１により撮像された短時間渡航画像（ｓｈｏｒｔ）を含む信号である。
【０１２６】
なお、ここでの「長時間露光画像信号」が第１の実施の形態における「露光期間がＴ１である画像信号」に相当し、「短時間露光画像信号」が第１の実施の形態における「露光期間がＴ２である画像信号」に相当する。
【０１２７】
そして、クランプ処理部（１）１４１及びクランプ処理部（２）１４２では、長時間露光画像と短時間露光画像の輝度信号レベルのうち"０レベル（黒レベル）"の基準を決定する（クランプ処理）。０レベルの決定後、クランプ処理部（１）１４１及びクランプ処理部（２）１４２は、長時間露光画像及び短時間露光画像を合成部１４４と、検波部１４３とに出力する。
【０１２８】
クランプ処理部（１）１４１及びクランプ処理部（２）１４２は、長時間露光画像信号及び短時間露光画像信号が周期性を持っていることを利用して直流成分の再生を行い、低周波ノイズを除去し、どこが０レベルなのかを決定する。複合映像信号や輝度信号では黒レベルを基準としており、直流電圧値が情報を表している。従って、信号処理においては黒レベル（０レベル）を固定して、このレベルを基準とした処理が行われる。
【０１２９】
検波部１４３は、クランプ処理部（１）１４１及びクランプ処理部（２）１４２から出力される長時間露光画像信号及び短時間露光画像信号について、どの程度の信号量が入力されているのか、どの程度の輝度信号レベルであるのかを検出する。なお、輝度信号レベル（輝度レベル）は、明るさの度合いを表すものである。
【０１３０】
ここで、検波部１４３の検波結果が、例えば、マイコン１３７等の各部に出力されることによって、各部は処理を実行することが可能となる。
特にマイコン１３７は、長時間露光画像と短時間露光画像との合成の切替ポイント（ｓｗｉｔｃｈ  ｐｏｉｎｔ）を決める必要がある。そのため、検波部１４３は、入力される長時間露光画像及び短時間露光画像の信号量または輝度信号レベルの分布（輝度信号レベルのヒストグラム）を検出する。
【０１３１】
合成部１４４は、入力される長時間露光画像と短時間露光画像とを、先ず露光のレベル合わせを行い、画素単位で切替処理することにより１画像に合成する。生成された合成画像は、合成画像信号として出力される。なお、合成部１４４の長時間露光画像と短時間露光画像との合成処理については、後ほど詳述する。
【０１３２】
マイコン１３７は、検波部１４３により長時間露光画像信号と短時間露光画像信号とから検波された輝度信号レベルの信号量または輝度信号レベルのヒストグラム等を受信することができる。なお、輝度信号レベルの信号量から、高輝度領域または低中輝度領域の平均輝度信号レベル等が求められる。
【０１３３】
マイコン１３７は、検波部１４３から取得した検波結果などの情報に基づき、長時間露光画像と短時間露光画像の露光を調節する。また、映像信号として出力される出力画像のダイナミックレンジにおける高輝度ダイナミックレンジと低中輝度ダイナミックレンジとの割合を補正する。更に、長時間露光画像と短時間露光画像とを合成するための切替ポイントの決定等を行う。なお、切替ポイントについては、マイコン１３７により信号前処理ブロック１４０の各処理部に送信される。
【０１３４】
［画像出力動作］
以下、上記の様に構成されたワイドＤカメラの画像出力動作について説明を行う。
【０１３５】
［撮像処理（Ｓ１６０）］
先ず、ワイドＤカメラである撮像装置では、図１０に示す様に、撮像素子１３１により被写体を撮像処理する（Ｓ１６０）。具体的には、上記した第１の実施の形態における「固体撮像装置の動作」で述べたフローに従って撮像処理する。
【０１３６】
撮像処理がなされると、撮像素子１３１から出力され、前処理部１３２により、例えばＣＤＳ処理等が行われた長時間露光画像と短時間露光画像とが、信号処理部１３３の信号前処理ブロック１４０に送信される。
【０１３７】
［検波処理（Ｓ１６２）］
信号前処理ブロック１４０では、クランプ処理部（１）１４１及びクランプ処理部（２）１４２において、クランプ処理した後、長時間露光画像及び短時間露光画像は、検波部１４３と合成部１４４に送信される。
【０１３８】
長時間露光画像及び短時間露光画像が、検波部１４４に送信されると、検波部１４４は長時間露光画像及び短時間露光画像の検波処理（Ｓ１６２）を行う。
【０１３９】
検波処理の検波結果に基づいて、マイコン１３７は、長時間露光画像における低中輝度領域のうち最も高い輝度信号レベルを示すＬａ（切替輝度信号レベル）を決定する。また同時に、短時間露光画像における高輝度領域のうち最も高い輝度信号レベルを示すＬｂをも決定する。
【０１４０】
［合成処理（Ｓ１６４）］
検波処理の後に、合成部１４４において長時間露光画像と短時間露光画像との合成処理（Ｓ１６４）が行われ、合成画像が生成される。合成部１４４は、マイコン１３７から送信される情報、例えばＬａ等の情報に基づいて合成処理を行う。
【０１４１】
ここで、第３の実施の形態における合成処理では、切替ポイントを基準として、切替ポイントよりも低い輝度信号レベルについては長時間露光画像の輝度信号レベルに該当する画素を採用する。一方、切替ポイントを超えた時点で短時間露光画像の輝度信号レベルに該当する画素を採用する様に切替を行う。
即ち、切替ポイントを基準として、画素単位に長時間露光画像から短時間露光画像に採用対象を切り替えることによって、１の合成画像として合成するのである。
【０１４２】
以下、図１１を参照しながら第３の実施の形態にかかる切替ポイントについて説明を行う。
図１１で示す様に、短時間露光画像の入出力特性は短時間入出力特性１７０であり、長時間露光画像の入出力特性は長時間入出力特性１７１であり、映像信号として信号処理部１３３から出力される出力画像の入出力特性は、出力画像入出力特性１７２である。なお、図１１に示す横軸は合成部１４４に入力される画像信号の輝度信号レベルを示し、縦軸が出力される画像信号の輝度信号レベルを示している。
【０１４３】
先ず、合成するために、長時間露光画像と短時間露光画像との露光比を短時間露光画像に乗算することで、双方の画像のレベル合わせを行う。例えば、長時間露光画像と短時間露光画像との露光比が、１０：１である場合、短時間露光画像の露光は長時間露光画像の１／１０である。しかし、存在する光の量としては、短時間露光画像の輝度レベルの１０倍は光量がある。従って、短時間露光画像に１０を乗算することによりレベルを合わせるのである。
【０１４４】
従って、短時間入出力特性１７０の傾きが、図１１で示す矢印方向へ移動し、長時間入出力特性１７１とレベルが合う。更に、適当な切替ポイントを基準として、所定の傾き分を寝かせることにより、出力画像入出力特性１７２となる。
【０１４５】
上記の所定の傾きは、例えば、記録媒体１３９等に記憶されており、更にマイコン１３７により上記乗算されてレベル合わせされた短時間入出力特性１７１の傾きを所定の傾き分だけ寝かす処理が行われる。上記傾き分寝かせるのは、ダイナミックレンジが非常に広く、例えば画像の乱れなどのノイズを避けるためである。
【０１４６】
上記した双方のレベル合わせが終了すると、図１１に示す、切替ポイントを基準として、長時間露光画像から短時間露光画像へと合成画像として採用される画素の対象先が切り替わることにより、１の合成画像として合成される。
【０１４７】
上記した合成処理（Ｓ１６４）が終了すると、合成部１４４は、映像信号として出力画像を信号後処理ブロックに送信し、一連の画像出力動作を終了する。
【０１４８】
本発明を適用した第３の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同様にして長時間露光画像及び短時間露光画像を得ている。従って、露光期間が異なる画像信号を単一の読み出しシーケンスで得ることができ、長時間露光画像及び短時間露光画像との間で時間的なズレが生じることが無い。そのために、合成処理後の出力画像の解像度が低下することがなく、更には、点滅する被写体を撮影する場合であったとしても、適正にダイナミックレンジが拡大した画像を得ることができる。
【０１４９】
また、露光期間が異なる画像信号を単一の読み出しシーケンスで得ることができるために、長時間露光画像信号と短時間露光画像信号の同時化処理が不要となり、ワイドＤカメラの画像出力動作の簡易化を実現することができる。
即ち、露光期間が異なる画像信号を得るにあたって、時間的にズレのある読み出しシーケンスを経た場合には、前処理部１３２に送信された長時間露光画像信号と短時間露光画像信号を、同期のとれたタイミングに調整（同時化）を行う必要が生じる。このことは、ワイドＤカメラの画像出力動作に同時化動作が必要となることを意味する。
従って、露光期間が異なる画像信号を単一の読み出しシーケンスで得ることによって、同時化処理が不要となり、上述の通り、ワイドＤカメラの画像出力動作の簡易化を実現することができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ型固体撮像装置を説明するための模式的な平面図である。
【図２】受光部及びその周辺の半導体基板の深さ方向の構造を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例を説明するためのタイミング図である。
【図４】露光期間がＴ１である場合の電圧信号の算出例を説明するための図（１）である。
【図５】露光期間がＴ２である場合の電圧信号の算出例を説明するための図である。
【図６】本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例を説明するためのタイミング図である。
【図７】露光期間がＴ１である場合の電圧信号の算出例を説明するための図（２）である。
【図８】本発明を適用した撮像装置の一例であるワイドダイナミックレンジカメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図９】信号前処理ブロックの概略的な構成を示すブロック図である。
【図１０】ワイドＤカメラの画像出力動作を説明するための図である。
【図１１】切替ポイントを説明するための図である。
【図１２】従来の静止画露光シーケンスを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１    ＣＣＤ型固体撮像装置
２    ＣＣＤ型固体撮像素子
４    出力端子
６    タイミング信号発生回路
７    受光部
８    垂直転送部
９    撮像エリア
１０    読み出し電極
１１    水平転送部
１２    電荷電圧変換部
１３    出力回路
１４    半導体基板
１５    端子
１６ａ、１６ｂ  端子
３１    ウェル領域
３２    信号電荷蓄積領域
３３    正孔蓄積領域
３５    信号電荷転送領域
３６    チャネルストップ領域
３７    不純物拡散領域
３８    ゲート絶縁膜
３９    転送電極
４０    層間膜
４１    アルミニウム遮光膜
４２    開口
１３０    光学部品
１３１    撮像素子
１３２    前処理部
１３３    信号処理部
１３４    出力部
１３５    ＴＧ
１３６    ＥＶＲ
１３７    マイクロコンピュータ部
１３８    光学部品制御回路
１３９    記録媒体
１４０  信号処理前ブロック
１４１  クランプ処理部（１）
１４２  クランプ処理部（２）
１４３  検波部
１４４  合成部
【図１】
2010213251.tif 000003
【図２】
2010213251.tif 000004
【図３】
2010213251.tif 000005
【図４】
2010213251.tif 000006
【図５】
2010213251.tif 000007
【図６】
2010213251.tif 000008
【図７】
2010213251.tif 000009
【図８】
2010213251.tif 000010
【図９】
2010213251.tif 000011
【図１０】
2010213251.tif 000012
【図１１】
2010213251.tif 000013
【図１２】
2010213251.tif 000014