(57)【要約】【課題】主画素の信号電荷の読み出しタイミングと従画素の信号電荷の読み出しタイミングとを独立に制御可能な撮像素子において、露光中の副画素の電荷を全て読み出す。【解決手段】露光を開始してから第１の所定時間が経過する前に、第２の読み出し手段により副画素の受光素子から信号電荷を読み出して副画素の受光素子に蓄積された不要電荷を除去し、露光を開始してから第１の所定時間の経過時に、第２の読み出し手段により副画素の受光素子から信号電荷を読み出して副画素の露光を開始する。【選択図】  図３
2010166396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元的に配列された複数の受光素子であって、主画素の受光素子と副画素の受光素子とを含む複数の受光素子と、
前記主画素の受光素子と前記副画素の受光素子との露光を同時に開始する露光開始手段と、
前記複数の受光素子を遮光することにより前記主画素の受光素子と前記副画素の受光素子との露光を同時に終了するメカニカルシャッタと、
前記複数の受光素子の垂直ラインごとに配置され、前記受光素子から読み出した信号電荷を垂直転送パルスに同期して垂直方向に転送する垂直転送路と、
第１の読み出しパルスにより前記主画素の受光素子に蓄積された信号電荷を前記垂直転送路に読み出す第１の読み出し手段と、
第２の読み出しパルスにより前記副画素の受光素子に蓄積された信号電荷を前記垂直転送路に読み出す第２の読み出し手段と、
複数の前記垂直転送路の出力端に共通に接続され、前記垂直転送路から出力された信号電荷を水平転送パルスに同期して水平方向に転送する水平転送路と、
前記水平転送路の出力端に接続され、前記水平転送路から出力された信号電荷に応じた出力信号を生成する生成手段と、
を備えた撮像素子の駆動方法であって、
前記露光開始手段により露光を開始する露光開始工程と、
露光を開始してから第１の所定時間の経過時に、前記第２の読み出し手段により前記副画素の受光素子から信号電荷を読み出すことにより、前記第１の所定時間経過時から前記副画素の受光素子に信号電荷の蓄積を開始させる副画素露光開始工程と、
露光を開始してから前記第１の所定時間が経過する前に、前記第２の読み出し手段により前記副画素の受光素子から信号電荷を読み出して前記副画素の受光素子に蓄積された不要電荷を除去する除去工程と、
露光を開始してから第２の所定時間の経過時に、前記メカニカルシャッタにより露光を終了する露光終了工程と、
を備えたことを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記除去工程は、複数の前記第２の読み出しパルスにより前記副画素の受光素子に蓄積された不要電荷を除去することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記除去工程が前記第２の読み出し手段により前記副画素の受光素子から信号電荷を読み出してから前記副画素露光開始工程が前記副画素の受光素子に信号電荷の蓄積を開始させるまでの間に、前記垂直転送路に前記垂直転送パルスを連続して印加することにより前記除去工程により前記垂直転送路に読み出された信号電荷を前記垂直転送路から除去することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
前記除去工程が前記第２の読み出し手段により前記副画素の受光素子から信号電荷を読み出してから前記副画素露光開始工程が前記副画素の受光素子に信号電荷の蓄積を開始させるまでの間に、前記垂直転送路をピニング状態にすることにより前記除去工程により前記垂直転送路に読み出された信号電荷を前記垂直転送路から除去することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
前記露光終了工程により露光を終了した後、前記垂直転送路に前記垂直転送パルスを連続して印加して前記副画素露光開始工程により前記垂直転送路に読み出された信号電荷を前記垂直転送路から除去する掃き出し工程を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
前記掃き出し工程の終了後、前記第１の読み出し手段及び前記第２の読み出し手段により、前記主画素の受光素子及び前記副画素の受光素子に蓄積された信号電荷を前記垂直転送路に読み出すことを特徴とする請求項５に記載の撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像素子の駆動方法に係り、特に、主画素の信号電荷の読み出しタイミングと従画素の信号電荷の読み出しタイミングとを独立に制御可能な撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広ダイナミックレンジの画像を得るために、相対的に高感度の高感度画素と相対的に低感度の低感度素子とを備えた撮像素子を利用する撮像装置が知られている。しかしながら、高感度画素と低感度画素の感度比は、撮像素子の構造に依存するため、変化させることができない。したがって、シーンに応じて最適なダイナミックレンジで撮影することが困難であった。
【０００３】
このような課題に対し、特許文献１には、主画素の信号電荷の読み出しタイミングと従画素の信号電荷の読み出しタイミングとを独立に制御できるように構成し、少なくとも一方の電荷蓄積開始時点を制御することにより、主画素の画像信号または従画素の画像信号の少なくとも一方の感度を変化させることができるようにした撮像素子が記載されている。特許文献１に記載の撮像素子によれば、シーンに応じて最適なダイナミックレンジで撮影することができる。
【特許文献１】特開２００５−７２９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
撮像素子の高解像度化によりフォトダイオードは微細化され、垂直転送路（ＶＣＣＤ）の幅も微細化が進んでいる。ＶＣＣＤの線幅を微細化するとＶＣＣＤの飽和容量も少なくなる。また、ＶＣＣＤの飽和容量を大きくするには、ＶＣＣＤのポテンシャルを深くすることが考えられるが、この場合、ＶＣＣＤの暗電流が増加することにより暗時特性が劣化し、高ＩＳＯ感度時の画質劣化が発生する。したがって、ＶＣＣＤのポテンシャルを深く設計することは好ましくない。
【０００５】
このようにＶＣＣＤの線幅がより微細になり、ＶＣＣＤのポテンシャルも画質の観点により深くできないことで、フォトダイオードに蓄積された不要電荷を全てＶＣＣＤへ読み出すことが出来なくなってしまう。また、フォトダイオードに蓄積された不要電荷の全てを読み出そうとすると、読出し電圧（フォトダイオードを空乏化させる空乏化電圧）が上昇してしまう。
【０００６】
このように空乏化電圧が上昇することで、広ダイナミックレンジの画像を取得するために主画素と副画素との読み出しタイミングを独立に制御する際に、露光期間中の副画素の不要電荷のうち全てを読み出すことができない（読み残しが発生する）という現象が発生した。露光期間中の副画素の電荷を全て読み出せないことで、最終的に作成される画像の画質が悪化してしまう。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、主画素の信号電荷の読み出しタイミングと従画素の信号電荷の読み出しタイミングとを独立に制御可能な撮像素子において、露光中の副画素の電荷を全て読み出すための撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために請求項１に記載の撮像素子の駆動方法は、二次元的に配列された複数の受光素子であって、主画素の受光素子と副画素の受光素子とを含む複数の受光素子と、前記主画素の受光素子と前記副画素の受光素子との露光を同時に開始する露光開始手段と、前記複数の受光素子を遮光することにより前記主画素の受光素子と前記副画素の受光素子との露光を同時に終了するメカニカルシャッタと、前記複数の受光素子の垂直ラインごとに配置され、前記受光素子から読み出した信号電荷を垂直転送パルスに同期して垂直方向に転送する垂直転送路と、第１の読み出しパルスにより前記主画素の受光素子に蓄積された信号電荷を前記垂直転送路に読み出す第１の読み出し手段と、第２の読み出しパルスにより前記副画素の受光素子に蓄積された信号電荷を前記垂直転送路に読み出す第２の読み出し手段と、複数の前記垂直転送路の出力端に共通に接続され、前記垂直転送路から出力された信号電荷を水平転送パルスに同期して水平方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路の出力端に接続され、前記水平転送路から出力された信号電荷に応じた出力信号を生成する生成手段とを備えた撮像素子の駆動方法であって、前記露光開始手段により露光を開始する露光開始工程と、露光を開始してから第１の所定時間の経過時に、前記第２の読み出し手段により前記副画素の受光素子から信号電荷を読み出すことにより、前記第１の所定時間経過時から前記副画素の受光素子に信号電荷の蓄積を開始させる副画素露光開始工程と、露光を開始してから前記第１の所定時間が経過する前に、前記第２の読み出し手段により前記副画素の受光素子から信号電荷を読み出して前記副画素の受光素子に蓄積された不要電荷を除去する除去工程と、露光を開始してから第２の所定時間の経過時に、前記メカニカルシャッタにより露光を終了する露光終了工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、露光を開始してから第１の所定時間が経過する前に、第２の読み出し手段により副画素の受光素子から信号電荷を読み出して副画素の受光素子に蓄積された不要電荷を除去し、露光を開始してから第１の所定時間の経過時に、第２の読み出し手段により副画素の受光素子から信号電荷を読み出すようにしたので、空乏化電圧を低減し、露光中の副画素の電荷を全て読み出すことができる。
【００１０】
請求項２に示すように請求項１に記載の撮像素子の駆動方法において、前記除去工程は、複数の前記第２の読み出しパルスにより前記副画素の受光素子に蓄積された不要電荷を除去することを特徴とする。
【００１１】
これにより、空乏化電圧を低減し、露光中の副画素の電荷を全て読み出すことができる。
【００１２】
請求項３に示すように請求項１または２に記載の撮像素子の駆動方法において、前記除去工程が前記第２の読み出し手段により前記副画素の受光素子から信号電荷を読み出してから前記副画素露光開始工程が前記副画素の受光素子に信号電荷の蓄積を開始させるまでの間に、前記垂直転送路に前記垂直転送パルスを連続して印加することにより前記除去工程により前記垂直転送路に読み出された信号電荷を前記垂直転送路から除去することを特徴とする。
【００１３】
これにより、空乏化電圧を低減し、露光中の副画素の電荷を全て読み出すことができる。
【００１４】
請求項４に示すように請求項１または２に記載の撮像素子の駆動方法において、前記除去工程が前記第２の読み出し手段により前記副画素の受光素子から信号電荷を読み出してから前記副画素露光開始工程が前記副画素の受光素子に信号電荷の蓄積を開始させるまでの間に、前記垂直転送路をピニング状態にすることにより前記除去工程により前記垂直転送路に読み出された信号電荷を前記垂直転送路から除去することを特徴とする。
【００１５】
これにより、空乏化電圧を低減し、露光中の副画素の電荷を全て読み出すことができる。
【００１６】
請求項５に示すように請求項１から４のいずれかに記載の撮像素子の駆動方法において、前記露光終了工程により露光を終了した後、前記垂直転送路に前記垂直転送パルスを連続して印加して前記副画素露光開始工程により前記垂直転送路に読み出された信号電荷を前記垂直転送路から除去する掃き出し工程を備えたことを特徴とする。
【００１７】
これにより、副画素露光開始工程により垂直転送路に読み出された信号電荷を適切に除去することができる。
【００１８】
請求項６に示すように請求項５に記載の撮像素子の駆動方法において、前記掃き出し工程の終了後、前記第１の読み出し手段及び前記第２の読み出し手段により、前記主画素の受光素子及び前記副画素の受光素子に蓄積された信号電荷を前記垂直転送路に読み出すことを特徴とする。
【００１９】
これにより、主画素の受光素子及び副画素の受光素子に蓄積された信号電荷に基づいて、撮影画像を取得することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、露光を開始してから第１の所定時間が経過する前に、第２の読み出し手段により副画素の受光素子から信号電荷を読み出して副画素の受光素子に蓄積された不要電荷を除去し、露光を開始してから第１の所定時間の経過時に、第２の読み出し手段により副画素の受光素子から信号電荷を読み出すようにしたので、空乏化電圧を低減し、露光中の副画素の電荷を全て読み出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２２】
図１は、デジタルカメラ１の電気的構成の一例を示す図である。同図に示すように、デジタルカメラ１は、レンズ１０、絞り１１、レンズ・絞り駆動部１２、ＣＣＤ１３、ＡＦＥ＆ＴＧ部１４、信号処理部１９、操作部２１、外部メモリ２２、ＬＣＤ表示部２３、Ｉ／Ｏインターフェース部２４、及びフラッシュ２５等を備えて構成される。
【００２３】
各部は信号処理部１９のＣＰＵ２０に制御されて動作し、ＣＰＵ２０は、操作部２１からの入力に基づき所定の制御プログラムを実行することにより、デジタルカメラ１の各部を制御する。
【００２４】
デジタルカメラ１は図示しないＲＯＭを備えており、ＲＯＭにはＣＰＵ２０が実行する制御プログラムのほか、制御に必要な各種データ等が記録されている。ＣＰＵ２０は、ＲＯＭに記録された制御プログラムを図示しないメインメモリに読み出し、逐次実行することにより、デジタルカメラ１の各部を制御する。
【００２５】
操作部２１は、図示しない電源ボタン、シャッターレリーズボタン、撮影モード／再生モード切替スイッチ等を備え、それぞれの操作に応じた信号をＣＰＵ２０に出力する。
【００２６】
レンズ１０、絞り１１は、図示しないズームレンズ、フォーカスレンズ、メカシャッタを含み、レンズ・絞り駆動部１２に駆動されて、ズーミング、フォーカシング、絞りの開口量（Ｆ値）変更、及びメカシャッタの開閉を行う。ＣＰＵ２０は、レンズ・絞り駆動部１２を制御し、図示しないフォーカスレンズの位置を合焦位置に調整し、また絞りの開口量を制御して露光量が適正露出となるように調整する。
【００２７】
ＣＣＤ１３は、絞り１１の後段に配置されており、レンズ１０等を透過した被写体光を受光する。
【００２８】
図２は、ＣＣＤ１３の受光面の概略図である。同図に示すように、ＣＣＤ１３の受光面は、主画素の受光素子（フォトダイオード）１３ａの列と副画素の受光素子１３ｂの列が交互に配列され、主画素１３ａの列が副画素１３ｂの列に対して１／２ピッチずつずらして配置された所謂ハニカム画素配列を構成している。なお、ＣＣＤ１３の受光素子の配列は、この例に限定されるものではなく、例えば所謂ベイヤー画素配列を用いてもよい。
【００２９】
また、各受光素子の上には三原色のカラーフィルタ（Ｒ＝赤，Ｇ＝緑，Ｂ＝青）が備えられており、主画素１３ａの各列は、Ｒ画素とＧ画素が交互に配置された列と、Ｂ画素とＧ画素が交互に配置された列とが交互に配列されている。同様に、副画素１３ｂの各列についても、Ｒ画素とＧ画素が交互に配置された列と、Ｂ画素とＧ画素が交互に配置された列とが交互に配列されている。
【００３０】
主画素１３ａの各列、及び副画素１３ｂの各列は、それぞれ列毎に１つのＶＣＣＤを備えており、主画素のＶＣＣＤ１３ｃへの読み出しと副画素のＶＣＣＤ１３ｄへの読み出しは、個別の読み出しパルスによって独立して行うことが可能となっている。また、後述するように、ＯＦＤシャッターパルスによって、主画素１３ａ及び副画素１３ｂの各受光素子内の残留電荷を同時に半導体基板側に廃棄することが可能である。
【００３１】
なお、主画素１３ａと副画素１３ｂのＶＣＣＤへの読み出しが独立に制御可能であれば、主画素１３ａと副画素１３ｂとが共通のＶＣＣＤへ読み出されるように構成されていてもよい。
【００３２】
ＣＣＤ１３の受光面上に結像された被写体光は、各受光素子によって電気信号に変換され、蓄積される。
【００３３】
各受光素子に蓄積された電気信号は、ＡＦＥ＆ＴＧ部のタイミングジェネレータ１８から供給される主画素１３ａ、副画素１３ｂのそれぞれの読み出しパルスによって、それぞれＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄに独立して読み出される。ＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄは、この信号をタイミングジェネレータ１８から供給されるクロックに同期して、１ラインずつ図示しない水平転送路（ＨＣＣＤ）に転送する。さらにＨＣＣＤは、ＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄから転送された１ライン分の信号を、タイミングジェネレータ１８から供給されるクロックに同期してＡＦＥ＆ＴＧ部へ出力する。
【００３４】
ＡＦＥ＆ＴＧ部は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）１５、可変ゲインアンプ（ＶＧＡ）１６、及びＡ／Ｄ変換器１７を含んで構成される。
【００３５】
ＣＤＳ１５は、画像信号に含まれているノイズの除去を行う。ＶＧＡ１６は、ノイズ成分が除去された画像信号を、設定された撮影感度（ＩＳＯ感度）に応じた所定のゲインで増幅する。所要の信号処理が施されたアナログの画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１７において所定ビットの階調幅を持ったデジタルの画像信号に変換される。この画像信号は、いわゆるＲＡＷデータであり、画素毎にＲ、Ｇ、Ｂの濃度を示す階調値を有している。このデジタルの画像信号は、信号処理部１９に出力され、図示しないメインメモリに格納される。
【００３６】
信号処理部１９は、メインメモリに格納されたＲ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号に対して所定の信号処理を施し、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとからなる画像信号（Ｙ／Ｃ信号）を生成する。
【００３７】
また、信号処理部１９は、ＣＰＵ２０からの圧縮指令に従い、入力された輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとからなる画像信号（Ｙ／Ｃ信号）に所定形式（たとえば、ＪＰＥＧ）の圧縮処理を施し、圧縮画像データを生成する。生成されたデータは、外部メモリ２２に記録することも可能である。
【００３８】
なお、外部メモリ２２は、メモリカードのようにデジタルカメラ１の本体に対して着脱自在なものでもよいし、デジタルカメラ１の本体に内蔵されたものでもよい。着脱自在とする場合は、デジタルカメラ１の本体にカードスロットを設け、このカードスロットに装填して使用する。
【００３９】
また、信号処理部１９は、ＣＰＵ２０からの指令に従い、ＬＣＤ表示部２３への表示を制御する。ＬＣＤ表示部２３は、動画（スルー画像）を表示して電子ビューファインダとして使用できるとともに、撮影した記録前の画像（ポストビュー画像）や外部メモリ２２から読み出した再生画像等を表示することができる液晶モニタである。
【００４０】
Ｉ／Ｏインターフェース２４は、ＵＳＢ２．０等のシリアルインターフェース、ＩＥＥＥ１３９４、無線ＬＡＮ等のインターフェースであり、デジタルカメラ１と外部機器とのデータの入出力を可能とするものである。
【００４１】
フラッシュ２５は、ＣＰＵ２０からの指令に従い、撮影補助光を出射する。
【００４２】
＜第１の実施の形態＞
図３を用いて、第１の実施の形態のデジタルカメラ１の副画素の不要電荷掃き出し動作について説明する。
【００４３】
ユーザは、操作部２１を用いて、デジタルカメラ１をダイナミックレンジ拡大撮影モードに設定することが可能となっている。ダイナミックレンジ拡大撮影モードは、主画素１３ａと副画素１３ｂとを異なる露光時間で撮影を行い、それぞれの画素で撮影された画像について加算処理を行うことでダイナミックレンジを拡大した画像を取得するモードである。このモードでは、ユーザは、任意のダイナミックレンジ拡大率を設定することが可能である。
【００４４】
デジタルカメラ１がダイナミックレンジ拡大撮影モードに設定され、操作部２１の図示しないシャッターレリーズボタンが操作されると、ＣＰＵ２０は、図示しないメカシャッターを開いてＣＣＤ１３の主画素１３ａ及び副画素１３ｂを露光させ、電荷の蓄積を開始させる（タイミングＴ１）。
【００４５】
その後、ＣＰＵ２０は、ＴＧ１８を制御し、ＯＦＤシャッターパルスを出力する（タイミングＴ１〜Ｔ２）。ＯＦＤシャッターパルスは、水平同期信号に同期してＴＧ１８からＣＣＤ１３の図示しないオーバーフロードレイン電極に印加されるものであり、ＯＦＤシャッターパルスにより主画素１３ａ及び副画素１３ｂに蓄積された電荷をＣＣＤ１３内の基板側に排出する。
【００４６】
すなわち、ＯＦＤシャッターパルスの印加が終了した時点（タイミングＴ２）からメカシャッターが閉じる時点（タイミングＴ４）までの間が撮影のための露光期間となる。したがって、この露光期間が適正露出となる露光時間になるように、ＯＦＤシャッターパルスの印加を制御する。ダイナミックレンジ拡大撮影モードにおいては、この適正露出となる露光時間中に主画素１３ａを露光し、主画素１３ａは露光量に応じた信号電荷を蓄積する。
【００４７】
ここで、副画素１３ｂは、ダイナミックレンジの拡大率に応じて適正露出よりも露出アンダーになるような露光時間（タイミングＴ３〜Ｔ４）で露光する必要がある。このため、ＣＰＵ２０は、ＴＧ１８を制御し、タイミングＴ３において副画素のＴＧパルス（読み出しパルス）を出力し、副画素の露光時間がタイミングＴ３〜Ｔ４となるように制御する。したがって、副画素１３ｂは、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間に露光量に応じた信号電荷を蓄積する。
【００４８】
なお、この読み出しパルスは、図３に示すように、電位ＶＨ、ＶＭ、ＶＬから構成されている。電位ＶＬ及びＶＭは、ＶＣＣＤ１３ｄの電荷を垂直方向に転送する時に印加する電位であり、電位ＶＨは、副画素１３ｂに蓄積されている電荷をＶＣＣＤ１３ｄに読み出す時（フィールドシフト時）に加えられる電位である。例えば、ＶＬが−８Ｖ、ＶＭが０Ｖ、ＶＨが１４Ｖであり、タイミングＴ３において電位ＶＨが印加されて、副画素の１３ｂの不要電荷が副画素のＶＣＣＤ１３ｄに読み出される。すなわち、副画素１３ｂは、電位ＶＨが印加された後、新たに露光量に応じた信号電荷の蓄積を開始する。
【００４９】
しかしながら、タイミングＴ３における１つのＴＧパルスでは、副画素１３ｂの不要電荷のうち全てを読み出すことができない（読み残しが発生する）可能性があるため、ＣＰＵ２０は、タイミングＴ２〜Ｔ３において、不要電荷を読み出すためのＴＧパルス（電位ＶＨのパルス）を出力させる。この不要電荷を読み出すためのＴＧパルスは、タイミングＴ３の直前に出力することが好ましい。また、後述するように、複数出力することが好ましい。
【００５０】
このように、主画素１３ａ及び副画素１３ｂの露光開始時間が異なるように制御された後、タイミングＴ４の時点で、ＣＰＵ２０は、メカシャッターを閉じることにより主画素１３ａ及び副画素１３ｂの露光を同時に終了する。その後、ＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄの高速掃き出し（電位ＶＬ・ＶＭの垂直転送クロックの連続出力）を行い、ＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄ上の不要電荷の掃き出しを行う。さらに、主画素のＴＧパルス及び副画素のＴＧパルスを出力して主画素１３ａ及び副画素１３ｂに蓄積された電荷をＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄに読み出す（タイミングＴ５）。
【００５１】
その後、ＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄ、及び図示しない水平転送路によりこれらの電荷を転送し、画像を取得する（タイミングＴ５〜Ｔ６）。主画素において適正露出で撮影された画像と、副画素においてダイナミックレンジの拡大率に応じて適正露出よりも露出アンダーになるような露出で撮影された画像とを用いたダイナミックレンジ拡大処理についての説明は省略する。
【００５２】
図４は、電源電圧が１４Ｖの場合の、タイミングＴ２〜Ｔ３に出力する副画素のＴＧパルス数と、副画素１３ｂの空乏化電圧との関係を示すグラフである。同図に示すように、ＴＧパルス数が多くなるにしたがって空乏化電圧が低減されている。すなわち、ＴＧパルス数が多くなるほど、副画素の電荷を全て読み出せない現象が発生しにくくなっている。例えば、空乏化電圧を電源電圧から２．０Ｖ以上のマージンを取りたい場合には、ＴＧパルスは９回程度必要であることがわかる。これらのＴＧパルスを出力する周期は、適宜決めればよい。
【００５３】
このように、露光期間中にＴＧパルスを出力して露光期間をリセットして撮影を開始する場合に、その直前に複数のＴＧパルスを出力することにより、画素中の不要電荷を全て読み出すことが可能となる。
【００５４】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態のデジタルカメラ１の副画素の不要電荷掃き出し動作について説明する。図５は、第２の実施の形態における不要電荷掃き出し動作のタイミングチャートであり、図３と共通する部分の説明は省略する。
【００５５】
第１の実施の形態と同様に、ダイナミックレンジ拡大撮影モードにおいて、メカシャッターが開いた後（タイミングＴ１）、ＯＦＤシャッターパルスが出力され、最後のＯＦＤシャッターパルス出力時から主画素１３ａの露光が開始される（タイミングＴ２）。
【００５６】
また、タイミングＴ３において副画素１３ｂのＴＧパルスを出力し、副画素１３ｂの不要電荷を読み出すことにより副画素１３ｂの露光を開始する。さらにタイミングＴ４においてメカシャッターを閉じ、主画素１３ａ及び副画素１３ｂの露光を同時に終了する。
【００５７】
ここで、タイミングＴ３における１つのＴＧパルスでは、副画素１３ｂの不要電荷のうち全てを読み出すことができない可能性があるため、ＣＰＵ２０は、タイミングＴ２〜Ｔ３において、ＴＧパルスを出力して副画素１３ｂの不要電荷を読み出した後、副画素のＶＣＣＤ１３ｄについて高速掃き出し（電位ＶＬ・ＶＭの垂直転送クロックの連続出力）を行う。
【００５８】
このように、副画素１３ｂから副画素のＶＣＣＤ１３ｄに読み出した不要電荷を高速掃き出しによって除去することにより、空乏化電圧が低減され、その後印加するＴＧパルスによって副画素１３ｂの不要電荷を全て読み出すことが可能となる。
【００５９】
なお、第１の実施の形態における複数のＴＧパルスを出力する場合に、各ＴＧパルス出力の間に、ＶＣＣＤ１３ｄの高速掃き出しを行なってもよい。
【００６０】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態のデジタルカメラ１の副画素の不要電荷掃き出し動作について説明する。図６は、第３の実施の形態における不要電荷掃き出し動作のタイミングチャートであり、図３と共通する部分の説明は省略する。
【００６１】
第１の実施の形態と同様に、ダイナミックレンジ拡大撮影モードにおいて、メカシャッターが開いた後（タイミングＴ１）、ＯＦＤシャッターパルスが出力され、最後のＯＦＤシャッターパルス出力時から主画素１３ａの露光が開始される（タイミングＴ２）。
【００６２】
また、タイミングＴ３において副画素１３ｂのＴＧパルスを出力し、副画素１３ｂの不要電荷を読み出すことにより副画素１３ｂの露光を開始する。さらにタイミングＴ４においてメカシャッターを閉じ、主画素１３ａ及び副画素１３ｂの露光を同時に終了する。
【００６３】
ここで、タイミングＴ３における１つのＴＧパルスでは、副画素１３ｂの不要電荷のうち全てを読み出すことができない可能性があるため、ＣＰＵ２０は、タイミングＴ２〜Ｔ３において、ＴＧパルスを出力して副画素１３ｂの不要電荷を読み出した後、副画素のＶＣＣＤ１３ｄをピニング状態にする。ここで、ピニング状態とは、ＶＣＣＤの図示しない各転送電極を所定の電位（例えば、電位ＶＬ）に制御することにより、各転送電極下のチャネル領域にポテンシャルの井戸を形成しない状態をいう。したがって、副画素１３ｂからＶＣＣＤ１３ｄに読み出された不要電荷は、ＶＣＣＤ１３ｄに蓄積されることなく排出される。
【００６４】
このように、副画素１３ｂから副画素のＶＣＣＤ１３ｄに読み出した不要電荷をピニング状態によって除去することにより、空乏化電圧が低減され、その後印加するＴＧパルスによって副画素１３ｂの不要電荷を全て読み出すことが可能となる。
【００６５】
本実施の形態では、デジタルカメラ１のダイナミックレンジ拡大撮影モードにおいて、副画素の不要電荷掃き出し動作を行ったが、主画素１３ａと副画素１３ｂの露光時間が異なる撮影モードであれば、他のモードにおいても適用可能である。例えば、１度のシャッタレリーズ操作において、撮影感度の異なる２枚の画像を撮影するモードにおいて、主画素１３ａと副画素１３ｂの露光時間を異ならせて撮影する場合に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、デジタルカメラ１の電気的構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、ＣＣＤ１３の受光面の概略図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態のデジタルカメラ１の副画素の不要電荷掃き出し動作を示すタイミングチャートである。
【図４】図４は、副画素のＴＧパルス数と、副画素１３ｂの空乏化電圧との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、第２の実施の形態における不要電荷掃き出し動作のタイミングチャートである。
【図６】図６は、第３の実施の形態における不要電荷掃き出し動作のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１…デジタルカメラ、１０…レンズ、１１…絞り、１２…レンズ・絞り駆動部、１３…ＣＣＤ、１３ａ…主画素、１３ｂ…副画素、１３ｃ…主画素のＶＣＣＤ、１３ｄ…副画素のＶＣＣＤ、１４…ＡＦＥ＆ＴＧ部、１８…タイミングジェネレータ、１９…信号処理部、２０…ＣＰＵ、２１…操作部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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