(57)【要約】【課題】固体撮像素子を含む撮像装置により高品質の画像を得る。【解決手段】外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素が連続して配置された撮像部２ｉを備え、ポテンシャル井戸を利用して各画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を蓄積及び転送する撮像装置２００において、連続して配設された画素を連続して配設された少なくとも３つ以上の画素毎に一組として、一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つ以上の異なる撮像期間で撮像を行う。【選択図】図１
2006211358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素が連続して配置された撮像部を備え、ポテンシャル井戸を利用して各画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を蓄積及び転送する撮像装置であって、
情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配設された少なくとも３つの画素毎に一組として、前記一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つの異なる撮像期間で撮像を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記画素は、それぞれ複数の転送電極を備え、転送電極に印加する電圧を制御することによって情報電荷を蓄積及び転送するものであり、
前記一組の画素群に含まれる少なくとも２つの画素に対して、少なくとも２つの異なる時刻に各画素の転送電極に印加する電圧を制御することによって実質的に互いに分離された画素毎に異なる撮像期間で撮像を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の撮像装置において、
前記画素群の各組間において、情報電荷の転送方向に沿って撮像期間が同じ配列となるように設定されることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の撮像装置において、
処理対象とする着目画素に対して、撮像期間にポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷のオーバーフローが起こったか否かを判定し、オーバーフローが起こった場合には着目画素よりも撮像期間が短い画素から得られた画像信号に基づいて着目画素から得られた画像信号を生成する出力信号処理部、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
処理対象とする着目画素に対して、撮像期間にポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷のオーバーフローが起こったか否かを判定し、オーバーフローが起こらなかった場合には着目画素から得られた画像信号と着目画素の撮像期間とに基づいて着目画素から得られた画像信号を生成する出力信号処理部、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素が連続して配置された撮像部を備え、ポテンシャル井戸を利用して各画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を蓄積及び転送する撮像装置の制御方法であって、
情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配設された少なくとも３つの画素毎に一組として、前記一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つの異なる撮像期間で撮像を行わせることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項７】
外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素が連続して配置され、ポテンシャル井戸を利用して画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を蓄積及び転送する撮像部を備え、情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配置された少なくとも３つの画素毎に一組として、前記一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つの異なる撮像期間で撮像を行う撮像装置、の信号処理方法であって、
処理対象とする着目画素に対して、撮像期間にポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷のオーバーフローが起こったか否かを判定し、オーバーフローが起こった場合には着目画素よりも撮像期間が短い画素から得られた画像信号に基づいて着目画素から得られた画像信号を生成することを特徴とする信号処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の信号処理方法において、
処理対象とする着目画素に対して、撮像期間にポテンシャル井戸のオーバーフローが起こったか否かを判定し、オーバーフローが起こらなかった場合には着目画素から得られた画像信号と着目画素の撮像期間とに基づいて着目画素から得られた画像信号を生成することを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像画像の画質を向上させた撮像装置、撮像装置の制御方法及び撮像装置の信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０にＣＣＤ固体撮像素子を備えた従来の撮像装置１００の構成を示す。撮像装置１００は、ＣＣＤ固体撮像素子１０２、タイミング制御回路１０４及び駆動ドライバ１０６を含んで構成される。ＣＣＤ固体撮像素子１０２は、撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄを有する。タイミング制御回路１０４は、所定の周波数のクロックパルス及び外部制御信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０２の撮像、垂直転送、水平転送及び出力を制御する制御信号を生成する。制御信号は駆動ドライバ１０６に入力される。駆動ドライバ１０６は、タイミング制御回路１０４から制御信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０２の撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄのそれぞれに対して必要なタイミングでクロックパルスを出力する。
【０００３】
ＣＣＤ固体撮像素子１０２は、駆動ドライバ１０６からのクロックを受けて、撮像、垂直転送、水平転送及び出力を行う。撮像部２ｉには受光画素がマトリックス状に配置されており、撮像部２ｉに入射された光が各ビットを構成する受光画素により光電変換されて情報電荷が生成される。垂直転送クロックの印加によって、撮像部２ｉにおいて生成された情報電荷の２次元配列は撮像部２ｉの垂直シフトレジスタにより蓄積部２ｓに高速で転送される。これにより、１フレーム分の情報電荷が蓄積部２ｓの垂直シフトレジスタに保持される。続いて、情報電荷は１行分ずつ蓄積部２ｓから水平転送部２ｈへ転送される。さらに、水平転送クロックの印加によって、情報電荷は１画素単位で水平転送部２ｈから出力部２ｄへ転送される。出力部２ｄは１画素毎の電荷量を電圧値に変換し、その電圧値の変化がＣＣＤの出力とされる。
【０００４】
撮像部２ｉ及び蓄積部２ｓは、図１１の素子内部の平面図に示すように、半導体基板の表面領域に形成された垂直シフトレジスタから構成される。垂直シフトレジスタは、垂直方向（図１１の縦方向）に向けて互いに平行に延伸された分離領域１４によって区画された複数のチャネル領域２２と、チャネル領域２２に交差する複数の転送電極２４−１〜２４−３から構成される。従来の固体撮像素子では、隣接する３つの転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組が１つの画素を構成している。この一組の転送電極２４−１，２４−２，２４−３の各々に対して所定の周期の転送クロックφi1〜φi3，φs1〜φs3を印加することによって撮像部２ｉで生成された情報電荷を蓄積部２ｓ及び水平転送部２ｈへ順に転送することができる。
【０００５】
図１２に、従来の撮像装置１００における撮像時のチャネル領域２２に沿ったＮウェル１２内のポテンシャル分布の様子を示す。撮像時には、１組の転送電極２４−１，２４−２，２４−３のうち１つの転送電極（例えば、転送電極２４−２）をオン状態にすると共に、残りの転送電極（例えば、転送電極２４−１，２４−３）をオフ状態にすることにより、オン状態とした転送電極下のチャネル領域２２にポテンシャル井戸５０を形成する。各画素で生成された情報電荷はこのポテンシャル井戸５０に蓄積される。
【０００６】
転送時には、図１３に示すように、１画素を構成する３つの転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組み合わせ毎に３相の転送クロックφi1〜φi3が印加され、転送電極２４−１，２４−２，２４−３の下にあるチャネル領域２２のポテンシャルが制御されて情報電荷が蓄積部２ｓへ転送される。同時に、蓄積部２ｓの垂直シフトレジスタにおいても、３つの転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組み合わせ毎に３相の転送クロックφs1〜φs3が印加され、情報電荷が水平転送部２ｈへ転送される。
【０００７】
また、カラー画像を対象とするＣＣＤ固体撮像装置では、図１４に示すように、垂直転送方向に沿って赤（Ｒ）を透過するフィルタと緑（Ｇ）を透過するフィルタとを交互に各受光画素と重ね合わせるように配置した列と、緑（Ｇ）を透過するフィルタと青（Ｂ）を透過するフィルタとを交互に各受光画素と重ね合わせるように配置した列と、を垂直転送方向と交差する方向に交互に配列することによってマトリクス状の画素配列を構成し、カラー画像の取得を可能としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１６６２８４号公報
【特許文献２】特開平６−１１２４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の撮像装置及びその制御方法では、極めて高い輝度で発光する撮像体を撮像すると、十分な感度やダイナミックレンジを得ることができなくなる問題が生ずる。特に、撮像部２ｉに形成されたポテンシャル井戸５０の電荷の蓄積容量を超える場合には得られる画像のダイナミックレンジが著しく低下してしまう問題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、より高品質の画像を得ることができる撮像装置、撮像装置の制御方法及び撮像装置の信号処理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】
【００１１】
本発明は、外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素が連続して配置された撮像部を備え、ポテンシャル井戸を利用して各画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を蓄積及び転送する撮像装置であって、情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配設された少なくとも３つの画素毎に一組として、前記一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つの異なる撮像期間で撮像を行うことを特徴とする。
【００１２】
すなわち、外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素が連続して配置された撮像部を備え、ポテンシャル井戸を利用して各画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を蓄積及び転送する撮像装置に対して、情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配設された少なくとも３つの画素毎に一組として、前記一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つの異なる撮像期間で撮像を行わせる制御を行う。
【００１３】
具体的には、前記画素は、それぞれ複数の転送電極を備え、転送電極に印加する電圧を制御することによって情報電荷を蓄積及び転送するものであり、前記一組の画素群に含まれる少なくとも２つの画素に対して、少なくとも２つの異なる時刻に各画素の転送電極に印加する電圧を制御することによって実質的に互いに分離された画素毎に異なる撮像期間で撮像を行う。
【００１４】
このとき、前記画素群の各組間において、情報電荷の転送方向に沿って撮像期間が同じ配列となるように設定されることが好適である。例えば、異なる２つの波長領域（ＲとＧ）のいずれかに応答して発生する情報電荷を蓄積する画素が情報電荷の転送方向にそって交互に配置されている場合、情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配設された３つの画素毎に一組として、前記画素群の各組の各画素について情報電荷の転送方向に沿って撮像期間を長、中、短の順に設定する。
【００１５】
このような撮像装置において、処理対象とする着目画素に対して、撮像期間にポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷のオーバーフローが起こったか否かを判定し、オーバーフローが起こった場合には着目画素よりも撮像期間が短い画素から得られた画像信号に基づいて着目画素から得られた画像信号を生成する出力信号処理部、を備えることが好適である。
【００１６】
また、処理対象とする着目画素に対して、撮像期間にポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷のオーバーフローが起こったか否かを判定し、オーバーフローが起こらなかった場合には着目画素から得られた画像信号と着目画素の撮像期間とに基づいて着目画素から得られた画像信号を生成する出力信号処理部、を備えることも好適である。
【００１７】
すなわち、外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素が連続して配置され、ポテンシャル井戸を利用して画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を蓄積及び転送する撮像部を備え、情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配置された少なくとも３つの画素毎に一組として、前記一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つの異なる撮像期間で撮像を行う撮像装置、の信号処理方法において、処理対象とする着目画素に対して、撮像期間にポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷のオーバーフローが起こったか否かを判定し、オーバーフローが起こった場合には着目画素よりも撮像期間が短い画素から得られた画像信号に基づいて着目画素から得られた画像信号を生成する。
【００１８】
また、処理対象とする着目画素に対して、撮像期間にポテンシャル井戸のオーバーフローが起こったか否かを判定し、オーバーフローが起こらなかった場合には着目画素から得られた画像信号と着目画素の撮像期間とに基づいて着目画素から得られた画像信号を生成する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＣＣＤ固体撮像素子を含む撮像装置において、高品質の画像を得ることができる。特に、撮像時における感度及びダイナミックレンジを高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態における撮像装置２００は、図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子２０２、タイミング制御回路２０４、駆動ドライバ２０６及び出力信号処理部２０８を含んで構成される。
【００２１】
ＣＣＤ固体撮像素子２０２は、撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄを有する。また、タイミング制御回路２０４は、所定の周波数のクロックパルス及び外部制御信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子２０２の撮像、垂直転送、水平転送及び出力を制御する制御信号を生成する。これらの制御信号は、タイミング制御回路２０４から駆動ドライバ２０６へ入力される。駆動ドライバ２０６は、タイミング制御回路２０４から制御信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子２０２の撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄに各々に対して必要なタイミングでクロックパルスを出力する。出力信号処理部２０８は、出力部２ｄから出力されたＣＣＤ固体撮像素子２０２の出力信号に対して補正処理等を施した後、装置外部へ出力信号を出力する。
【００２２】
撮像部２ｉ及び蓄積部２ｓは、従来技術と同様に、垂直方向（図１の縦方向）に互いに平行に延伸された複数のチャネル領域とそれに交差する複数の転送電極とを含んで構成される垂直シフトレジスタを備え、各シフトレジスタの各ビットはそれぞれ情報電荷の転送方向に連続して配置（本実施の形態では２次元行列）された受光画素の１つとして機能する。
【００２３】
撮像部２ｉは、図２〜４に示すように、半導体基板１０の表面領域に形成された複数のシフトレジスタから構成される。図２は撮像部２ｉの一部を示す模式的な平面図、図３及び図４はそれぞれ図２のＣ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿った側断面図である。
【００２４】
図３及び図４に示すように、撮像部２ｉは従来の撮像装置における撮像部と同様の断面構造を有する。すなわち、Ｎ型半導体基板９内にＰウェル（ＰＷ）１１が形成され、その上にＮウェル１２が形成され、このＰウェル１１の表面領域にＮ型の不純物が高濃度に添加されたＮウェル１２が形成される。さらに、Ｎウェル１２に所定の間隔をもって互いに平行にＰ型不純物領域からなる分離領域１４が形成される。分離領域１４は、隣接するチャネル領域の間にポテンシャル障壁を形成し、これらの分離領域１４に挟まれた領域が電気的に区画され、情報電荷の転送経路であるチャネル領域２２となる。
【００２５】
また、半導体基板９の表面上には絶縁膜１３が成膜される。図２に示すように、この絶縁膜１３を挟んでチャネル領域２２の延伸方向に直交するように、ポリシリコン膜等からなる複数の転送電極３０（３０−１〜３０−９）が互いに平行に繰り返し配置される。
【００２６】
本実施の形態では、カラー画像を撮影対象とする撮像装置２００について説明を行う。カラー画像を撮影対象とする撮像装置２００では、異なる色の波長成分に応答して発生した情報電荷を蓄積する画素が所定の周期で繰り返し配置されたマトリックス状の画素配列の構成となる。例えば、図５に示すように、垂直転送方向に沿って赤（Ｒ）を透過するフィルタ３２−Ｒと緑（Ｇ）を透過するフィルタ３２−Ｇとを各受光画素にそれぞれ対応させるように交互に配置した列３４−１と、青（Ｂ）を透過するフィルタ３２−Ｂと緑（Ｇ）を透過するフィルタ３２−Ｇとを各受光画素とそれぞれ対応させるように交互に配置した列３４−２と、を垂直転送方向と交差する方向に交互に配列する。これによって、図１４に示したように、各々が複数の電極（ここでは３つ）を備えるＲ，Ｇ，Ｂの画素がマトリクス状に配置された構成となる。
【００２７】
なお、カラー撮影用の撮像装置２００の各色の配置はこれに限定されるものではなく、原色系の色を配置する場合のみならず、補色系の色を配置する場合においても本実施の形態の原理を適用することができる。
【００２８】
本実施の形態では、情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配設された少なくとも３つ以上の画素毎に一組として、一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つ以上の異なる撮像期間で撮像を行う。カラー画像の撮像を行う場合、情報電荷の転送方向に沿って連続して一列に配設された画素を、その列に配設された異なる波長領域の数（色数）に１を加えた数の画素毎に一組として、一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つ以上の異なる撮像期間で撮像を行う。本実施の形態のように一列に２色の画素が含まれる場合、情報電荷の転送方向に沿って連続して配設された画素を連続して配設された少なくとも３つの画素毎に一組として、一組の画素群に含まれる画素において少なくとも２つ以上の異なる撮像期間で撮像を行う。
【００２９】
具体的には、撮像部２ｉにおいて隣接する３つの画素群を１組として、それらの画素群に対応する９つの転送電極３０−１〜３０−９の各々に独立の９相クロックパルスφi1〜φi9をそれぞれ印加できる構成としている。
【００３０】
撮像時には、図６に示すように、タイミング制御回路２０４を用いて転送電極３０−１〜３０−９に印加されるクロックパルスφi1〜φi9の電圧を独立に制御することによって、電子シャッタのタイミングをずらして撮像期間の調整を行う。駆動ドライバ２０６は、タイミング制御回路２０４からの制御信号を受けて、クロックパルスφi1〜φi9をそれぞれ転送電極３０−１〜３０−９に印加する。図７に、撮像時における各転送電極３０−１〜３０−９下におけるポテンシャルの変化の様子を示す。横軸は撮像部２ｉにおける転送方向に沿った位置を示し、縦軸が各位置でのポテンシャルを示す。このとき、図中の下が正電位側、上が負電位側となる。
【００３１】
時刻Ｔ0は、撮像前の初期状態である。このとき、クロックパルスφi1〜φi9の総てがオフとされ、Ｎ型半導体基板（Ｎ−ＳＵＢ）１０は通常の基板電位Ｖsubより高く設定される。これによって、転送電極３０−１〜３０−９下にはポテンシャル井戸は形成されず、撮像部２ｉに蓄積されていた電荷は基板１０の深部へ排出される。
【００３２】
時刻Ｔ1では、Ｎ型半導体基板（Ｎ−ＳＵＢ）１０は通常の基板電位Ｖsubに戻されると共に、クロックパルスφi8がオンとされる。これにより、転送電極３０−８下にポテンシャル井戸が形成され、転送方向に連続してならぶ１組の画素群のうち１つがオン状態となる。具体的には、図８に示す例では、感度大と記載された行の画素のみがオン状態となる。オン状態となった転送電極３０−８の周囲に入射した光に応じて発生した情報電荷はポテンシャル井戸に蓄積される。
【００３３】
時刻Ｔ2では、クロックパルスφi8をオン状態に維持しつつ、クロックパルスφi5がオンとされる。これにより、転送電極３０−８と共に、転送電極３０−５下にポテンシャル井戸が形成され、転送方向に連続して並ぶ１組の画素群のうち２つがオン状態となる。具体的には、図８に示す例では、感度大と記載された行の画素、及び、感度中と記載された行の画素がオン状態となる。オン状態が維持されている転送電極３０−８の周囲に入射した光に応じて発生した情報電荷が転送電極３８−８下に形成されたポテンシャル井戸に蓄積されると共に、新たにオン状態となった転送電極３０−５の周囲に入射した光に応じて発生した情報電荷が転送電極３８−５下に形成されたポテンシャル井戸に蓄積される。
【００３４】
時刻Ｔ3では、クロックパルスφi5，φi8をオン状態に維持しつつ、クロックパルスφi2がオンとされる。これにより、転送電極３０−５，３０−８と共に、転送電極３０−２下にポテンシャル井戸が形成され、転送方向に連続して並ぶ１組の画素群の総てがオン状態となる。具体的には、図８に示す例では、感度大，感度中と記載された行の画素と共に、感度小と記載された行の画素もオン状態となり、撮像部２ｉにおける総ての画素がオン状態となる。オン状態が維持されている転送電極３０−５，３０−８の周囲に入射した光に応じて発生した情報電荷がそれぞれ転送電極３０−５，３８−８下に形成されたポテンシャル井戸に蓄積されると共に、新たにオン状態となった転送電極３０−２の周囲に入射した光に応じて発生した情報電荷が転送電極３８−２下に形成されたポテンシャル井戸に蓄積される。
【００３５】
このように画素群の各組間において、情報電荷の転送方向に沿って各画素の撮像期間が同じ配列となるように設定することが好適である。各組に含まれる画素の撮像期間をそれぞれ長、中、短に設定し、各画素下のポテンシャル井戸の形成時間を調整することによって、各画素の感度を変更する。すなわち、１組の画素群に含まれる３つの画素を順番に異なるタイミングでオン状態とすることによって、図９に示すように、時刻Ｔ1でオンされた画素についてはフレーム転送開始の時刻Ｔ4までの撮像期間が長く、時刻Ｔ2でオンされた画素、時刻Ｔ3でオンされた画素の順に撮像期間が短くなる。すなわち、時刻Ｔ1でオンされた画素は感度が最も高く、時刻Ｔ2でオンされた画素は感度が中程度であり、時刻Ｔ3でオンされた画素は感度が最も低くなる。
【００３６】
時刻Ｔ4からはフレーム転送が開始される。撮像部２ｉに備わる転送電極３０−１，３０−４，３０−７、転送電極３０−２，３０−５，３０−８、転送電極３０−３，３０−６，３０−９をそれぞれ一組として、各組に含まれる転送電極のそれぞれに対して互いに異なる位相を有する３相のクロックパルスを印加することによって、各画素に蓄積された情報電荷を垂直シフトレジスタの転送方向に沿って転送する。具体的には、クロックパルスφi1，φi4，φi7を第１相とし、クロックパルスφi2，φi5，φi8を第２相とし、クロックパルスφi3，φi6，φi9を第３相として、第１相、第２相、第３相をそれぞれ異なる位相で変化させることによって情報電荷を順次転送することができる。蓄積部２ｓにおいても同様にクロックパルスφs1〜φs9を印加することによって情報電荷を水平転送部２ｈへ順次転送することができる。
【００３７】
なお、情報電荷の転送方法はこれに限定されるものでなく、電荷転送素子に対して用いられる転送方法を適宜適用することができる。
【００３８】
撮像部２ｉにおいて生成された情報電荷の２次元配列は撮像部２ｉの垂直シフトレジスタにより蓄積部２ｓに高速で転送され、１フレーム分の情報電荷が蓄積部２ｓの垂直シフトレジスタに保持される。その後、情報電荷は１行分ずつ蓄積部２ｓから水平転送部２ｈへ転送され、水平転送部２ｈに設けられた水平シフトレジスタに水平転送クロックφhが印加されることによって、１画素単位で情報電荷が出力部２ｄへ転送される。出力部２ｄは１画素毎の電荷量を電圧値に変換し、その電圧値の変化がＣＣＤの出力として出力信号処理部２０８に入力される。
【００３９】
出力信号処理部２０８は、ＣＣＤの出力信号を記憶させておく記憶部を備えており、入力されるＣＣＤの出力信号を格納及び保持する。このとき、撮像部２ｉの垂直シフトレジスタの列毎に着目すると、図８に示すように、例えば奇数列からはＧ（感度中），Ｒ（感度小），Ｇ（感度大），Ｒ（感度中），Ｇ（感度小），Ｒ（感度大）・・・の画素で蓄積された情報電荷、又は、偶数列からはＢ（感度中），Ｇ（感度小），Ｂ（感度大），Ｇ（感度中），Ｂ（感度小），Ｇ（感度大）・・・の画素で蓄積された情報電荷が順に出力信号処理部２０８へ送られてくる。
【００４０】
出力信号処理部２０８では、各列についてそれぞれ画素の感度の違いを利用して信号の補正処理を行う。以下、奇数列の垂直シフトレジスタからＧ（感度大），Ｒ（感度中），Ｇ（感度小），Ｒ（感度大），Ｇ（感度中），Ｒ（感度小）・・・の順に情報電荷が出力された場合について例にとって説明を行う。なお、偶数列の垂直シフトレジスタからＢ（感度大），Ｇ（感度中），Ｂ（感度小），Ｇ（感度大），Ｂ（感度中），Ｇ（感度小）・・・の順に情報電荷が出力された場合についても同様に処理を行うことができる。
【００４１】
出力信号処理部２０８は、入力された出力信号が各画素のポテンシャル井戸をオーバーフローして得られたものか否かを判定する。ＣＣＤ出力信号が感度大、感度中、感度小の画素からの出力信号がどのような順序で出力されてくるのかは撮像部２ｉの転送電極３０−１〜３０−９の配置によって撮像装置２００の製造時に決定されている。そこで、出力信号の出力順を出力信号処理部２０８に予め登録しておく。また、感度大、感度中、感度小の画素のそれぞれについてポテンシャル井戸の飽和情報電荷量を測定することによって、各画素が撮像時にオーバーフローしたか否かを判定するための閾値も予め決定することができる。
【００４２】
そこで、出力信号処理部２０８に各感度の画素に対するオーバーフローの判断の基準となる閾値を保持させておき、入力された出力信号が感度大、感度中、感度小のいずれの画素から出力されたものであるかに応じて出力信号に補正処理を施す。本実施の形態では、感度小（最小感度）の画素以外の感度大及び感度中の画素に対するオーバーフローの判断の基準となる閾値を保持させておき出力信号に補正処理に用いる。
【００４３】
感度大（最大感度）の画素を補正処理対象とした場合、補正処理対象である画素から出力された出力信号ＱHが感度大の画素に対する閾値ＴH以上であるか否かを判定する。出力信号ＱHが閾値ＴH以上であった場合、補正処理対象である感度大の画素に対する補正後の出力信号ＱHAを、同じ列に含まれる同一色の画素のうち最も近傍にある感度中の画素に対する補正後の出力信号ＱMA又は感度小の画素に対する補正後の出力信号ＱLAの値で置き換える。一方、出力信号が閾値ＴHより小さかった場合には補正処理対象である画素に対する出力信号ＱHをそのまま補正後の出力信号ＱHAとする。
【００４４】
感度中の画素を補正処理対象とした場合、補正処理対象である画素から出力された出力信号ＱMが感度中の画素に対する閾値ＴM以上であるか否かを判定する。出力信号ＱMが閾値ＴM以上であった場合、補正処理対象である感度中の画素に対する補正後の出力信号ＱMAを、同じ列に含まれる同一色の画素のうち最も近傍にある感度小の画素に対する補正後の出力信号ＱLAの値で置き換える。一方、出力信号が閾値ＴMより小さかった場合には、出力信号ＱMに（時刻Ｔ4−時刻Ｔ1）／（時刻Ｔ4−時刻Ｔ2）の補正係数を乗算した値を感度中の画素に対する補正後の出力信号ＱMAとする。これによって、感度大の画素に対する出力信号ＱHAに対して感度中の画素に対する出力信号ＱMAを規格化することができる。
【００４５】
感度小（最小感度）の画素を補正処理対象とした場合、補正処理対象である画素に対する出力信号ＱLに（時刻Ｔ4−時刻Ｔ1）／（時刻Ｔ4−時刻Ｔ3）の補正係数を乗算した値を感度小の画素に対する補正後の出力信号ＱLAとする。これによって、感度大の画素に対する出力信号ＱHAに対して感度小の画素に対する出力信号ＱLAを規格化することができる。
【００４６】
このように、処理対象とする着目画素から出力された出力信号に着目画素の感度に対応する撮像期間と基準となる感度に対応する撮像期間との比を乗算することによって各画素の信号強度を規格化することができる。
【００４７】
なお、感度大の画素に対する閾値ＴH又は感度中の画素に対する閾値ＴMは各色に対するフィルタの透過特性や受光画素の感度の波長依存性に応じて各色毎に異なる値に設定することも好適である。
【００４８】
本実施の形態では、垂直シフトレジスタの一列に２つの異なる色の画素が交互に配列されているので、垂直転送方向に沿って連続して配置される３つの画素を一組としてそれぞれ感度大、感度中、感度小の画素とすることによって、少なくとも連続して配置される６つの画素のなかに各色に対する感度大、感度中、感度小の画素が含まれる。例えば、図１１の例では、奇数列はＧ（感度大），Ｒ（感度中），Ｇ（感度小），Ｒ（感度大），Ｇ（感度中），Ｒ（感度小）・・・となり、偶数列はＢ（感度大），Ｇ（感度中），Ｂ（感度小），Ｇ（感度大），Ｂ（感度中），Ｇ（感度小）・・・となる。従って、少なくとも各列について６画素分の出力信号を保持しておくことによって、各色に対する感度の補正を行うことが可能である。
【００４９】
なお、本実施の形態では、一組の画素群に含まれる３つの画素に対して感度大、感度中、感度小の画素を割り当てたが、これに限定されるものではない。例えば、３つの画素に対して感度大、感度大、感度小の画素を割り当てても良いし、感度大、感度小、感度小の画素を割り当てても良い。このとき、画素群の各組において、情報電荷の転送方向に沿って各画素の撮像期間が同じ配列となるように設定されることが好適である。この場合も、本実施の形態と同様に、オーバーフローがあったか否かに応じて、より小さい感度の画素からの出力信号を用いて補正したり、撮像時間の比によって信号強度を規格化することができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、撮像部２ｉの垂直シフトレジスタの各列にはＲ及びＧ、又は、Ｇ及びＢの２つの異なる色が交互に配置される場合について説明を行ったが、各列に対して３つ以上の異なる色が周期的に配置されている場合にも同様に処理を行うことができる。すなわち、各列に含まれる色数に１を加えた数の連続して配置されている画素群を一組として、各組に含まれる各画素についてそれぞれ異なる撮像期間となるようにクロックパルスを制御することによって各色について異なる感度で撮像された画像信号を得ることができる。これによって、色毎の異なる感度の画像信号がオーバーフローした信号であるか否かを判定し、オーバーフローが起こったと判断される場合には近傍の画素から得られたより低い感度の画像信号を用いて補正を行うことができる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態によれば、垂直シフトレジスタの各列に対応付けて複数の色の受光画素が配置されているＣＣＤ固体撮像素子を含む撮像装置において、感度及びダイナミックレンジを高くすることができる。これによって、高品質の画像を撮像することが可能となる。
【００５２】
本実施の形態は、フレームトランスファー型ＣＣＤ固体撮像素子について説明したが、本発明は、例えば、インターライン型ＣＣＤ固体撮像素子にも適用することができる。インターライン型ＣＣＤ固体撮像素子に適用する場合は、垂直シフトレジスタや画素周辺に備えられる転送電極（ゲート電極）に印加する電圧を制御して、情報電荷を受光領域から垂直シフトレジスタへ転送するタイミングを制御することで、連続して配設された３つの画素において異なる撮像期間で撮像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の内部構成の平面図を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の内部構成の断面図を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の内部構成の断面図を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子に供給されるクロックパルスのタイミングチャートを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における各転送電極下のポテンシャルの状態変化を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における各受光画素の感度を示す図である。
【図９】本実施の形態におけるシャッタ時刻と受光画素の感度との関係を示す図である。
【図１０】従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来のＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の内部構成の平面図を示す図である。
【図１２】撮像時における情報電荷の蓄積を説明する図である。
【図１３】従来のＣＣＤ固体撮像素子における撮像時及び転送時に転送電極へ供給されるクロックパルスのタイミングチャートを示す図である。
【図１４】ＣＣＤ固体撮像素子のカラーフィルタの配置を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
２ｄ  出力部、２ｉ  撮像部、２ｈ  水平転送部、２ｓ  蓄積部、９  半導体基板、１０  半導体基板（Ｎ−ＳＵＢ）、１１，１２  ウェル、１３  絶縁膜、１４  分離領域、２２  チャネル領域、２４  転送電極、３０  転送電極、３２  フィルタ、３４  画素の列、５０  ポテンシャル井戸、１００  撮像装置、１０２  ＣＣＤ固体撮像素子、１０４  タイミング制御回路、１０６  駆動ドライバ、２００  撮像装置、２０２  ＣＣＤ固体撮像素子、２０４  タイミング制御回路、２０６  駆動ドライバ、２０８  出力信号処理部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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