(57)【要約】【課題】明るい領域及び暗い領域において良好なダイナミックレンジを得ることができる固体撮像素子の駆動装置及び駆動方法を提供する。【解決手段】同じ透過領域を有するカラーフィルタが光電変換素子の受光面に列方向に沿って所定の周期で配置された固体撮像素子に対して、光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第１露光処理（ｔ１〜ｔ２）と、第１露光処理（ｔ１〜ｔ２）において光電変換素子の一部で生成された情報電荷を排出する電子シャッタ処理（ｔ２〜ｔ３）と、電子シャッタ処理において残された情報電荷を転送する転送処理（ｔ３〜ｔ４）と、光電変換素子を第１露光処理（ｔ１〜ｔ２）とは異なる時間だけ露光することによって情報電荷を生成する第２露光処理（ｔ４〜ｔ５）とを行う。【選択図】図３
2008092248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で生成された情報電荷を列方向に順次転送する複数の垂直シフトレジスタと、を備え、同じ透過領域を有するカラーフィルタが前記光電変換素子の受光面に前記列方向に沿って所定の周期で配置された固体撮像素子、を駆動する駆動装置であって、
前記光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第１露光処理と、
前記第１露光処理において前記光電変換素子の一部で生成された情報電荷を排出する電子シャッタ処理と、
前記電子シャッタ処理において残された情報電荷を転送する転送処理と、
前記光電変換素子を前記第１露光処理とは異なる時間だけ露光することによって情報電荷を生成する第２露光処理と、
を行うことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記電子シャッタ処理は、前記光電変換素子を前記列方向に沿って前記周期毎に組として、前記第１露光処理において生成された情報電荷を隔組毎に排出することを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の駆動装置であって、
前記電子シャッタ処理は、情報電荷の排出対象となる前記光電変換素子の組を切り替えることを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記電子シャッタ処理は、前記カラーフィルタのうちいずれか１つの透過領域を有するカラーフィルタを選択し、前記選択されたカラーフィルタ以外の透過領域を有するカラーフィルタが配置された画素のうち一部の画素の情報電荷を排出する処理であり、
前記転送処理は、前記電子シャッタ処理において残された情報電荷を合算するように前記電子シャッタ処理で残された情報電荷を転送する処理であり、
さらに、前記転送処理後、前記光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第３露光処理と、
前記選択されたカラーフィルタが配置された画素のうち一部の画素の情報電荷を排出する第２の電子シャッタ処理と、
前記第２の電子シャッタ処理において残された情報電荷を合算するように前記第２の電子シャッタ処理で残された情報電荷を転送する第２の転送処理と、を行い、
前記第２の転送処理後、前記第２露光処理を行うことを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の駆動装置であって、
前記転送処理は、前記シャッタ処理において残された情報電荷を前記周期だけ前記列順方向又は逆方向に転送することを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の駆動装置であって、
前記第１露光処理における露光時間は前記第２露光処理における露光時間よりも長く設定されることを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項４に記載の駆動装置であって、
前記第３露光処理における露光時間は前記第２露光処理における露光時間よりも長く設定されることを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
行列配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で生成された情報電荷を列方向に順次転送する複数の垂直シフトレジスタと、を備え、同じ透過領域を有するカラーフィルタが前記光電変換素子の受光面に前記列方向に沿って所定の周期で配置された固体撮像素子、を駆動する駆動方法であって、
前記光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第１露光工程と、
前記第１露光工程において前記光電変換素子の一部で生成された情報電荷を排出する電子シャッタ工程と、
前記電子シャッタ処理において残された情報電荷を転送する転送工程と、
前記光電変換素子を前記第１露光処理とは異なる時間だけ露光することによって情報電荷を生成する第２露光工程と、
を行うことを特徴とする駆動方法。
【請求項９】
請求項８に記載の駆動方法であって、
前記電子シャッタ工程は、前記光電変換素子を前記列方向に沿って前記周期毎に組として、前記第１露光工程において生成された情報電荷を隔組毎に排出することを特徴とする駆動方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の駆動方法であって、
前記電子シャッタ工程は、情報電荷の排出対象となる前記光電変換素子の組を切り替えることを特徴とする駆動方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の駆動方法であって、
前記電子シャッタ工程は、前記カラーフィルタのうちいずれか１つの透過領域を有するカラーフィルタを選択し、前記選択されたカラーフィルタ以外の透過領域を有するカラーフィルタが配置された画素のうち一部の画素の情報電荷を排出する工程であり、
前記転送工程は、前記電子シャッタ工程において残された情報電荷を合算するように前記電子シャッタ処理で残された情報電荷を転送する工程であり、
さらに、前記転送工程後、前記光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第３露光工程と、
前記選択されたカラーフィルタが配置された画素のうち一部の画素の情報電荷を排出する第２の電子シャッタ工程と、
前記第２の電子シャッタ工程において残された情報電荷を合算するように前記第２の電子シャッタ工程で残された情報電荷を転送する第２の転送工程と、を行い、
前記第２の転送工程後、前記第２露光工程を行うことを特徴とする駆動方法。
【請求項１２】
請求項８〜１０のいずれか１つに記載の駆動方法であって、
前記転送工程は、前記シャッタ処理において残された情報電荷を前記周期だけ前記列順方向又は逆方向に転送することを特徴とする駆動方法。
【請求項１３】
請求項８〜１１のいずれか１つに記載の駆動方法であって、
前記第１露光工程における露光時間は前記第２露光工程における露光時間よりも長く設定されることを特徴とする駆動方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の駆動方法であって、
前記第３露光工程における露光時間は前記第２露光工程における露光時間よりも長く設定されることを特徴とする駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の駆動装置及び駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラに装着されるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）やＣ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子は、二次元マトリックス状に配列され、光を電気信号に変換する光電変換素子を備える。光電変換素子は、可視光領域（３８０ｎｍ〜６５０ｎｍ程度）から赤外光領域（６５０ｎｍ〜１１００ｎｍ程度）までの光電変換感度を有する。したがって、カラー撮像を行うためには、光電変換素子の受光面側に原色（ＲＧＢ）系又は補色（ＹＭＣ）系のカラーフィルタを配置し、入射光をカラーフィルタで色分解して波長領域毎に光電変換を行う。
【０００３】
図９は、フレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子２の構成図である。ＣＣＤ固体撮像素子２は、撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄを含んで構成される。撮像部２ｉは、垂直方向に互いに平行に配置された複数の垂直シフトレジスタを備える。各垂直シフトレジスタの各ビットは受光画素を構成し、撮像時には外部から入射される光の強度に対応して生成される情報電荷を蓄積する。転送時には、転送電極に印加される垂直クロックパルスを受けて、各画素に蓄積された情報電荷を蓄積部２ｓに向けて転送する。蓄積部２ｓは、撮像部の各垂直シフトレジスタと連続するように互いに平行に配置された垂直シフトレジスタを備える。蓄積部２ｓは、転送電極に印加される垂直クロックパルスを受けて、撮像部２ｉから転送されてくる情報電荷を蓄積及び垂直方向へ転送する。水平転送部２ｈは、蓄積部２ｓの各垂直シフトレジスタの出力側に配置され、蓄積部２ｓの各垂直シフトレジスタの出力が各ビットに結合された水平シフトレジスタを備える。水平転送部２ｈは、蓄積部２ｓから転送出力される情報電荷を出力部２ｄへ順次転送する。出力部２ｄは、水平転送部２ｈの出力側に配置され、情報電荷を蓄積して電圧に変換する容量を備える。出力部２ｄは、水平転送部２ｈから転送出力される情報電荷を容量に蓄積し、その電荷量に応じた電圧に変換して出力信号として出力する。この出力信号の電圧値が画像信号となる。
【０００４】
図１０の平面図に示すように、撮像部２ｉの各画素に原色（ＲＧＢ）系のカラーフィルタのいずれか１つを設け、全体として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素をモザイク状に配列することによってカラー撮像を行うこともできる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２４８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
撮像空間に明暗が大きくことなる領域があった場合、撮像画像におけるダイナミックレンジに問題が生ずる。すなわち、明るい領域に対応させて撮像期間を短く設定すると、撮像画像内の暗い領域に対応する情報電荷が十分に蓄積されずダイナミックレンジが十分に得られなくなる。一方、暗い領域に対応させて撮像期間を長く設定すると、撮像画像内の明るい領域に対応する情報電荷が飽和してしまい、ダイナミックレンジが十分に得られなくなる。
【０００７】
本発明は、明るい領域及び暗い領域においてより良好なダイナミックレンジを得ることができる固体撮像素子の駆動装置及び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】
本発明は、行列配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で生成された情報電荷を列方向に順次転送する複数の垂直シフトレジスタと、を備え、同じ透過領域を有するカラーフィルタが前記光電変換素子の受光面に前記列方向に沿って所定の周期で配置された固体撮像素子、を駆動する駆動装置であって、前記光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第１露光処理と、前記第１露光処理において前記光電変換素子の一部で生成された情報電荷を排出する電子シャッタ処理と、前記電子シャッタ処理において残された情報電荷を転送する転送処理と、前記光電変換素子を前記第１露光処理とは異なる時間だけ露光することによって情報電荷を生成する第２露光処理と、を行うことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記電子シャッタ処理は、前記光電変換素子を前記列方向に沿って前記周期毎に組として、前記第１露光処理において生成された情報電荷を隔組毎に排出することが好適である。また、前記電子シャッタ処理は、情報電荷の排出対象となる前記光電変換素子の組を切り替えることが好適である。
【００１０】
また、前記電子シャッタ処理は、前記カラーフィルタのうちいずれか１つの透過領域を有するカラーフィルタを選択し、前記選択されたカラーフィルタ以外の透過領域を有するカラーフィルタが配置された画素のうち一部の画素の情報電荷を排出する処理であり、前記転送処理は、前記電子シャッタ処理において残された情報電荷を合算するように前記電子シャッタ処理で残された情報電荷を転送する処理であり、さらに、前記転送処理後、前記光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第３露光処理と、前記選択されたカラーフィルタが配置された画素のうち転送された画素の情報電荷を排出する第２の電子シャッタ処理と、前記第２の電子シャッタ処理において残された他の色の情報電荷を合算するように前記第２の電子シャッタ処理で残された情報電荷を転送する第２の転送処理と、を行い、前記第２の転送処理後、前記第２露光処理を行ってもよい。
【００１１】
ここで、前記転送処理は、前記シャッタ処理において残された情報電荷を前記周期だけ前記列順方向又は逆方向に転送することが好適である。
【００１２】
また、前記第１露光処理における露光時間は前記第２露光処理における露光時間よりも長く設定されることが好適である。さらに、前記第３露光処理における露光時間は前記第２露光処理における露光時間よりも長く設定されることが好適である。
【００１３】
また、本発明は、行列配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で生成された情報電荷を列方向に順次転送する複数の垂直シフトレジスタと、を備え、互いに異なる透過領域を有するカラーフィルタが前記光電変換素子の受光面に前記列方向に沿って所定の周期で配置された固体撮像素子、を駆動する駆動方法であって、前記光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第１露光工程と、前記第１露光工程において前記光電変換素子の一部で生成された情報電荷を排出する電子シャッタ工程と、前記電子シャッタ処理において残された情報電荷を転送する転送工程と、前記光電変換素子を前記第１露光処理とは異なる時間だけ露光することによって情報電荷を生成する第２露光工程と、を行うことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記電子シャッタ工程は、前記光電変換素子を前記列方向に沿って前記周期毎に組として、前記第１露光工程において生成された情報電荷を隔組毎に排出することが好適である。また、前記電子シャッタ工程は、情報電荷の排出対象となる前記光電変換素子の組を切り替えることが好適である。
【００１５】
また、前記電子シャッタ工程は、前記カラーフィルタのうちいずれか１つの透過領域を有するカラーフィルタを選択し、前記選択されたカラーフィルタ以外の透過領域を有するカラーフィルタが配置された画素のうち一部の画素の情報電荷を排出する工程であり、前記転送工程は、前記電子シャッタ工程において残された情報電荷を合算するように前記電子シャッタ処理で残された情報電荷を転送する工程であり、さらに、前記転送工程後、前記光電変換素子を露光することによって情報電荷を生成する第３露光工程と、前記選択されたカラーフィルタが配置された画素のうち転送された画素の情報電荷を排出する第２の電子シャッタ工程と、前記第２の電子シャッタ工程において残された他の色の情報電荷を合算するように前記第２の電子シャッタ工程で残された情報電荷を転送する第２の転送工程と、を行い、前記第２の転送工程後、前記第２露光工程を行ってもよい。
【００１６】
ここで、前記転送工程は、前記シャッタ処理において残された情報電荷を前記周期だけ前記列順方向又は逆方向に転送することが好適である。
【００１７】
また、前記第１露光工程における露光時間は前記第２露光工程における露光時間よりも長く設定されることが好適である。さらに、前記第３露光工程における露光時間は前記第２露光工程における露光時間よりも長く設定されることが好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、撮像画像の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】
【００１９】
本発明の実施の形態における固体撮像装置１００は、図１に示すように、固体撮像素子１０、クロック制御部１２及び信号処理部１４を含んで構成される。固体撮像装置１００は、固体撮像素子１０において入射光に応じた情報電荷を生成し、クロック制御部１２から固体撮像素子１０に供給されるクロック信号（φi，φｓ，φｈ，φｒ，φｓ）によって情報電荷を転送する。情報電荷は電気信号に変換されて信号処理部１４へと順次出力され、信号処理部１４においてノイズ除去等の処理が施される。
【００２０】
本実施の形態では、固体撮像素子１０はフレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子であるものとして説明する。図９と同様に、撮像部１０ｉ、蓄積部１０ｓ、水平転送部１０ｈ及び出力部１０ｄを備える。クロック制御部１２は、フレームクロックパルス発生部、垂直クロックパルス発生部、補助クロックパルス発生部、水平クロックパルス発生部、リセットクロックパルス発生部及びサンプリングクロックパルス発生部を含んで構成される。
【００２１】
撮像部１０ｉは、垂直方向に互いに平行に配置された複数の垂直シフトレジスタを備える。各垂直シフトレジスタの各ビットは受光画素を構成し、撮像時には外部から入射される光の強度に対応して生成される情報電荷を蓄積する。本実施の形態における撮像部１０ｉには、図１０に示したように、各受光画素に対応付けて赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタがモザイク状に配置されている。カラーフィルタＲは、例えば、約３５０ｎｍから約４２０ｎｍに向けて透過率が徐々に下がり、約４２０ｎｍ〜約５００ｎｍの波長領域の光はほぼ透過させず、約５００ｎｍから透過率が再び上昇し、約５５０ｎｍより長い波長の光に対して高い透過率を有する。カラーフィルタＧは、例えば、約３６０〜約４２０ｎｍの波長領域の光はほぼ透過させず、約４２０ｎｍより長い波長の光から透過が増え、緑色である約５２０ｎｍにピークを有し、約６５０ｎｍに向けて透過率が徐々に低下し、約６５０ｎｍより長波長領域では再び透過率が徐々に上昇し、約８８０ｎｍより長波長の赤外光に対しては高い透過率を有する。カラーフィルタＢは、例えば、約３８０ｎｍより長い波長の光から透過が増え、青色である約４６０ｎｍにピークを有し、約５８０ｎｍに向けて透過率が低下し、約６２０ｎｍより長波長領域では再び透過率が徐々に上昇し、約６９０ｎｍで小さなピークを有し、約８００ｎｍより長波長の赤外光に対しては高い透過率を有する。一方、受光画素をシリコン光電変換素子で構成すると、約５００ｎｍに最大の感度を持ち、可視光領域の７８０ｎｍを超え、１１００ｎｍ程度の赤外領域まで感度を有する。撮像時には、外部から入射する光のうち各カラーフィルタの色の波長成分のみが透過されることによって、その波長成分の光の強度に応じた情報電荷が各画素に蓄積される。すなわち、垂直シフトレジスタの奇数列では転送方向に沿って赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）に対応する情報電荷を蓄積する受光画素が交互に配置され、垂直シフトレジスタの偶数列では転送方向に沿って緑（Ｇ）及び青（Ｂ）に対応する情報電荷を蓄積する受光画素が交互に配置される。転送時には、フレームクロックパルス発生部から転送電極に印加される垂直クロックパルスφｉを受けて、各画素に蓄積された情報電荷が蓄積部１０ｓに向けて転送される。
【００２２】
蓄積部１０ｓは、撮像部１０ｉの各垂直シフトレジスタと連続するように互いに平行に配置された垂直シフトレジスタを備える。蓄積部１０ｓは、垂直クロックパルス発生部から転送電極に印加される垂直クロックパルスφｓを受けて、撮像部１０ｉから転送されてくる情報電荷を蓄積すると共に垂直方向へ転送する。水平転送部１０ｈは、蓄積部１０ｓの各垂直シフトレジスタの出力側に配置された水平シフトレジスタを備える。水平転送部１０ｈは、水平クロックパルス発生部から水平転送電極へ印加される水平クロックパルスφｈを受けて蓄積部１０ｓから転送出力される情報電荷を出力部１０ｄへ順次転送する。出力部１０ｄは、水平転送部１０ｈの出力側に配置された容量を備える。出力部１０ｄは、リセットクロックパルス発生部及びサンプリングクロックパルス発生部からリセットクロックパルスφｒ及びサンプリングクロックパルスφｓを受けて、水平転送部１０ｈから転送出力される情報電荷をこの容量に蓄積し、蓄積された電荷量に応じた電圧に変換して出力信号として出力する。この出力信号の電圧値が画像信号となる。
【００２３】
図２は、本実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子１０の撮像部１０ｉの内部構造を示す平面図である。撮像部１０ｉは、互いに平行に延伸された垂直シフトレジスタを複数含んで構成される。垂直シフトレジスタは以下のように形成される。Ｎ型半導体基板内にＰ型拡散層であるＰウェル（ＰＷ）が形成され、その上にＮ型拡散層であるＮウェルが形成される。また、垂直シフトレジスタの延伸方向に沿ってＰ型の不純物が添加された分離領域２２が所定の間隔をもって互いに平行に設けられる。Ｎウェルは、隣接する分離領域２２によって電気的に区画される。なお、Ｐ型半導体基板内にＮ型拡散層であるＮウェル（ＮＷ）を形成し、その上にＰ型拡散層であるＰウェルを形成し、垂直シフトレジスタの延伸方向に沿ってＮ型の不純物が添加された分離領域２２が所定の間隔をもって互いに平行となるように設けてもよい。本実施の形態では、分離領域２２に挟まれた領域が情報電荷の転送経路であるチャネル領域２０となる。分離領域２２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、各チャネル領域２０を電気的に分離する。さらに、半導体基板の表面上には絶縁膜が成膜される。この絶縁膜上にチャネル領域２０の延伸方向に直交するようにポリシリコン膜からなる複数の転送電極２４が互いに平行に配置される。
【００２４】
本実施の形態では、垂直転送方向に沿って転送電極２４−１〜２４−１２の１２の電極が繰り返し配置される。また、垂直転送方向に沿って隣接する３つの転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組、３つの転送電極２４−４，２４−５，２４−６の組、３つの転送電極２４−７，２４−８，２４−９の組、及び、３つの転送電極２４−１０，２４−１１，２４−１２の組がそれぞれ１つの光電変換画素に対応する。これらの転送電極２４−１〜２４−１２に対してそれぞれ独立に制御可能な１２相の垂直クロックパルスφｉ1〜φｉ12をそれぞれ供給することによって、転送電極２４−１〜２４−１２に対応する４つ画素での情報電荷の蓄積及び転送を独立に制御することができる。
【００２５】
ただし、本発明の適用範囲は１画素が３つの転送電極で構成される場合に限定されるものではなく、１画素が２つ又は４つの転送電極で構成される場合にも適用することができる。また、蓄積部１０ｓの垂直シフトレジスタも撮像部１０ｉと同様に構成することができ、蓄積部１０ｓの各垂直シフトレジスタは撮像部１０ｉの各垂直シフトレジスタと連続するように配設される。
【００２６】
次に、クロック制御部１２について説明する。クロック制御部１２は、外部から供給される一定周期のタイミングクロック信号ＳCLKを受けて、タイミングクロック信号ＳCLKをカウンタで計測することによって所定のタイミングでクロック信号φi，φｓ，φｈ，φｒ，φｓを生成する。クロック信号φiは撮像部１０ｉ、クロック信号φｓは蓄積部１０ｓ、クロック信号φｈは水平転送部１０ｈ，クロック信号φｒ，φｓは出力部１０ｄへそれぞれ出力される。
【００２７】
図３に、本実施の形態における撮像部１０ｉに供給されるクロック信号φｉ1〜φｉ12のタイミングチャートを示す。また、図４は、図３の各時刻における各転送電極２４−１〜２４−１２下に生成されるポテンシャル井戸の様子を示す。図３において、横軸は時間を表し、縦軸は転送電極２４−１〜２４−１２にそれぞれ印加されるクロック信号φｉ1〜φｉ12の電位を表している。縦軸の下方向が基板電位に対して正電位、縦軸の上方向が基板電位に対して負電位を表す。図４において、横軸は奇数列及び偶数列の垂直シフトレジスタにおける転送方向に沿った位置を表し、縦軸は撮像部１０ｉにおける半導体内部のポテンシャルを表す。縦軸の上方向が基板電位に対して負電位、縦軸の下方向が基板電位に対して正電位を表す。
【００２８】
時刻ｔ０では、撮像部１０ｉの全体に対する電子シャッタ処理が行われる。クロック制御部１２は、カメラのシャッタボタンの操作に応じたシャッタ信号を外部から受けると、クロック信号φｉ1〜φｉ12の総てを負電位として、各転送電極２４−１〜２４−１２をオフ状態とすることによって、撮像部１０ｉの各画素に蓄積されていた情報電荷を半導体基板の深部へ排出する。これにより、次の撮像フレームの撮像の準備が完了する。
【００２９】
時刻ｔ１〜ｔ２では、撮像が行われる。各画素を構成する転送電極の組のうち１つ又は２つに正電位を印加してオン状態とすることによって、各画素の入射面に設けられたカラーフィルタを通過して入射する光の強度に応じた情報電荷が生成される。ここでは、転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組、３つの転送電極２４−４，２４−５，２４−６の組、３つの転送電極２４−７，２４−８，２４−９の組、及び、３つの転送電極２４−１０，２４−１１，２４−１２の組について転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１に正電位を印加することによって、図４に示すように、転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１下にポテンシャル井戸が生成され、各画素に入射する光の強度に応じた情報電荷が蓄積される。図４では、赤の波長領域に対応する情報電荷をＲで表し、緑の波長領域に対応する情報電荷をＧ、青の波長領域に対応する情報電荷をＢで表している。
【００３０】
時刻ｔ２では、撮像部１０ｉの一部に対する電子シャッタ処理が行われる。垂直シフトレジスタの各列において同じ透過領域を有するカラーフィルタが配置される周期Ｔに対して、周期Ｔ毎に画素（光電変換素子）を組として、隔組毎（周期２Ｔ毎）に情報電荷が排出されるように電子シャッタ処理を行う。
【００３１】
本実施の形態では、図２に示すように、奇数列の垂直シフトレジスタでは周期Ｔ毎に赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）のカラーフィルタが配置され、偶数列の垂直シフトレジスタでは周期Ｔ毎に青（Ｂ）及び緑（Ｇ）のカラーフィルタが配置されている。そこで、奇数列では、周期Ｔ毎に転送電極２４−１〜２４−６に対応する赤と緑の２つの画素を１つの組、転送電極２４−７〜２４−１２に対応する赤と緑の２つの画素を１つの組とする。そして、隔組毎（周期２Ｔ毎）に転送電極２４−７〜２４−１２に対応する組の情報電荷が排出されるように転送電極２４−８，２４−１１をオフ状態とする。偶数列では、周期Ｔ毎に転送電極２４−１〜２４−６に対応する緑と青の２つの画素を１つの組、転送電極２４−７〜２４−１２に対応する緑と青の２つの画素を１つの組とする。そして、隔組毎（周期２Ｔ毎）に転送電極２４−７〜２４−１２に対応する組の情報電荷が排出されるように転送電極２４−８，２４−１１をオフ状態とする。
【００３２】
時刻ｔ３〜ｔ４では、情報電荷の転送処理が行われる。時刻ｔ２における電子シャッタ処理で残された情報電荷が垂直転送方向に沿って周期Ｔだけ転送される。
【００３３】
本実施の形態では、図２に示すように、転送電極２４−１〜２４−６に対応する奇数列の赤と緑の２つの画素及び偶数列の緑と青の画素に蓄積されている情報電荷が残されているので、これらの情報電荷を周期Ｔだけ、すなわち、時刻ｔ２で情報電荷を排出した転送電極２４−７〜２４−１２に対応する奇数列の赤と緑の２つの画素及び偶数列の緑と青の画素へ転送する。
【００３４】
時刻ｔ４〜ｔ５では、撮像が再度行われる。各画素を構成する転送電極の組のうち１つ又は２つに正電位を印加してオン状態とすることによって、各画素の入射面に設けられたカラーフィルタを通過して入射する光の強度に応じた情報電荷が生成される。ここでは、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に、転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組、３つの転送電極２４−４，２４−５，２４−６の組、３つの転送電極２４−７，２４−８，２４−９の組、及び、３つの転送電極２４−１０，２４−１１，２４−１２の組について転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１に正電位を印加することによって、図４に示すように、転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１下にポテンシャル井戸が生成され、各画素に入射する光の強度に応じた情報電荷が蓄積される。
【００３５】
これにより、転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素の組には時刻ｔ４〜ｔ５の間に各画素に入射した光の強度に応じた情報電荷が蓄積されることになる。また、転送電極２４−７〜２４−１２に対応する画素の組には、時刻ｔ１〜ｔ２の間に転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷と、時刻ｔ４〜ｔ５の間に転送電極２４−７〜２４−１２に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷と、が合算された量の情報電荷が蓄積されることになる。
【００３６】
このとき、時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ１よりも時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ２が十分に短くなるように撮像時間を設定することによって、時刻ｔ４〜ｔ５の間に転送電極２４−７〜２４−１２に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷は時刻ｔ１〜ｔ２の間に転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷よりも十分に小さくなるので、転送電極２４−７〜２４−１２に対応する画素の組には、時刻ｔ１〜ｔ２の間に転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷が保持されているのと近似的に等価となる。
【００３７】
これによって、時刻ｔ５の時点では、転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素の組には時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ２に各画素に入射した光の強度に応じた情報電荷が保持され、転送電極２４−７〜２４−１２に対応する画素の組には時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ１に転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷が保持されていることになる。すなわち、転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素の組には時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ１に比べて十分短い時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ２に転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素の組で生成された情報電荷が保持され、転送電極２４−７〜２４−１２に対応する画素の組には時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ２に比べて十分長い時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ１に転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素の組で生成された情報電荷が保持される。
【００３８】
したがって、撮像画像のうち明るい領域については、転送電極２４−１〜２４−６に保持されている短い撮像時間に対応する情報電荷に基づいて画像を得ることによって十分なダイナミックレンジを得ることができる。一方、撮像画像のうち暗い領域については、転送電極２４−７〜２４−１２に保持されている長い時間に対応する情報電荷に基づいて画像を得ることによって十分なダイナミックレンジを得ることができる。
【００３９】
時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ１と時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ２の比は、撮像画像内の明度のダイナミックレンジに応じて決定することが好ましい。クロック制御部１２は、撮像画像の１フレーム内の明度のダイナミックレンジが大きい場合には比Ｔ１／Ｔ２が大きくなり、撮像画像の１フレーム内の明度のダイナミックレンジが小さい場合には比Ｔ１／Ｔ２が小さくなるようにクロック信号φｉを制御することが好ましい。また、カメラにおいて画像の明るさのダイナミックレンジの設定が可能な場合には、その設定値に応じて比Ｔ１／Ｔ２を変更してもよい。
【００４０】
時刻ｔ５〜ｔ６では、フレーム転送処理が行われる。時刻ｔ５までに撮像部１０ｉの各画素に蓄積された情報電荷が蓄積部１０ｓへと転送される。フレーム・トランスファ方式のＣＣＤ固体撮像素子１０では、蓄積部１０ｓは、撮像部１０ｉの画素数と同じ数の蓄積用画素を有しており、フレーム転送処理によって１フレーム分の情報電荷が撮像部１０ｉから蓄積部１０ｓへと転送される。
【００４１】
その後、再びカメラのシャッタボタンが押されると時刻ｔ０の電子シャッタ処理に戻り、上記の処理を繰り返す。
【００４２】
蓄積部１０ｓに蓄積された情報電荷は、蓄積部１０ｓに印加されるクロック信号φｓに応じて１行ずつ水平転送部１０ｈへ転送される。水平転送部１０ｈに転送された情報電荷は、水平転送部１０ｈに印加されるクロック信号φｈに応じて１画素ずつ出力部１０ｄへ転送される。出力部１０ｄでは、１画素毎に情報電荷量が電荷量に応じた電圧値に変換されて出力信号として信号処理部１４へ出力される。このような処理が繰り返されることによって１フレーム分の出力信号が出力される。
【００４３】
１フレーム分の出力信号を各行毎に組み合わせると、時刻ｔ１〜ｔ２の長い撮像時間Ｔ１で撮像された画像Ｘと、時刻ｔ４〜ｔ５の短い撮像時間Ｔ２で撮像された画像Ｙとを得ることができる。信号処理部１４は、例えば、画像内において所定の明度Ｂ１以上の領域については画像Ｘからその領域に対応する信号を抽出し、他の領域は画像Ｙからその領域に対応する信号を抽出して組み合わせる。これは、画像全体としては比較的暗く、その画像内に明度の高い領域が含まれているときに、画像の明度のダイナミックレンジを広くする場合に好適な処理である。または、画像内において所定の明度Ｂ２以下の領域については画像Ｙからその領域に対応する信号を抽出し、他の領域は画像Ｘからその領域に対応する信号を抽出して組み合わせる。これは、画像全体としては比較的明るく、その画像内に明度の低い領域が含まれているときに、画像の明度のダイナミックレンジを広くする場合に好適な処理である。
【００４４】
また、上記撮像処理を行う際に、１フレーム毎に情報電荷を残す画素の組を切り替えることも好適である。上記処理では、時刻ｔ３の電子シャッタ処理において転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素の組の情報電荷を残すように処理を行った。次のフレームの撮像時においては、図５に示すように、時刻ｔ３の電子シャッタ処理において転送電極２４−７〜２４−１２に対応する画素の組の情報電荷を残し、時刻ｔ４の転送処理において残した情報電荷を転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素の組へ転送し、時刻ｔ４〜ｔ５の撮像処理において再度情報電荷の蓄積を行う。これにより、１フレーム毎のインタレース撮像を行うことが可能となり、動画撮影等において見かけ上の空間的分解能を落とすことなく画像の明度のダイナミックレンジを高めることができる。
【００４５】
＜変形例＞
図６に、本実施の形態における撮像部１０ｉに供給されるクロック信号φｉ1〜φｉ12のタイミングチャートを示す。また、図７は、図６の各時刻における各転送電極２４−１〜２４−１２下に生成されるポテンシャル井戸の様子を示す。図６において、横軸は時間を表し、縦軸は転送電極２４−１〜２４−１２にそれぞれ印加されるクロック信号φｉ1〜φｉ12の電位を表している。縦軸の下方向が基板電位に対して正電位、縦軸の上方向が基板電位に対して負電位を表す。図７において、横軸は奇数列及び偶数列の垂直シフトレジスタにおける転送方向に沿った位置を表し、縦軸は撮像部１０ｉにおける半導体内部のポテンシャルを表す。縦軸の上方向が基板電位に対して負電位、縦軸の下方向が基板電位に対して正電位を表す。
【００４６】
時刻ｔ０では、撮像部１０ｉの全体に対する電子シャッタ処理が行われる。クロック制御部１２は、カメラのシャッタボタンの操作に応じたシャッタ信号を外部から受けると、クロック信号φｉ1〜φｉ12の総てを負電位として、各転送電極２４−１〜２４−１２をオフ状態とすることによって、撮像部１０ｉの各画素に蓄積されていた情報電荷を半導体基板の深部へ排出する。これにより、次の撮像フレームの撮像の準備が完了する。
【００４７】
時刻ｔ１〜ｔ２では、撮像が行われる。各画素を構成する転送電極の組のうち１つ又は２つに正電位を印加してオン状態とすることによって、各画素の入射面に設けられたカラーフィルタを通過して入射する光の強度に応じた情報電荷が生成される。ここでは、転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組、３つの転送電極２４−４，２４−５，２４−６の組、３つの転送電極２４−７，２４−８，２４−９の組、及び、３つの転送電極２４−１０，２４−１１，２４−１２の組について転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１に正電位を印加することによって、図７に示すように、転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１下にポテンシャル井戸が生成され、各画素に入射する光の強度に応じた情報電荷が蓄積される。図７では、赤の波長領域に対応する情報電荷をＲで表し、緑の波長領域に対応する情報電荷をＧ、青の波長領域に対応する情報電荷をＢで表している。
【００４８】
時刻ｔ２では、撮像部１０ｉの一部に対する電子シャッタ処理が行われる。垂直シフトレジスタの各列において同じ透過領域を有するカラーフィルタが配置される周期Ｔに対して、垂直シフトレジスタの転送方向に沿って周期２Ｔ毎の画素（光電変換素子）を組として、各組に含まれるカラーフィルタのうちいずれか１つの透過領域を有するカラーフィルタを選択し、選択されたカラーフィルタ以外の透過領域を有するカラーフィルタが配置された画素のうち一部の画素の情報電荷が排出されるように電子シャッタ処理を行う。
【００４９】
本実施の形態では、図２に示すように、奇数列の垂直シフトレジスタでは周期Ｔ毎に赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）のカラーフィルタが配置され、偶数列の垂直シフトレジスタでは周期Ｔ毎に青（Ｂ）及び緑（Ｇ）のカラーフィルタが配置されている。そこで、奇数列では、周期２Ｔ毎に転送電極２４−１〜２４−１２に対応する赤と緑の４つの画素を１つの組とする。各組に含まれるカラーフィルタのうち緑のカラーフィルタを選択すると、選択された緑ではない赤のカラーフィルタが配置された転送電極２４−１〜２４−３に対応する画素及び転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素のうち一部、すなわち転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素をオフ状態として、その画素に蓄積されている情報電荷が排出されるように電子シャッタ処理を行う。
【００５０】
同様に、偶数列では、周期２Ｔ毎に転送電極２４−１〜２４−１２に対応する緑と青の４つの画素を１つの組とする。各組に含まれるカラーフィルタのうち青のカラーフィルタを選択すると、選択された青ではない緑のカラーフィルタが配置された転送電極２４−１〜２４−３に対応する画素及び転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素のうち一部、すなわち転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素をオフ状態として、その画素に蓄積されている情報電荷が排出されるように電子シャッタ処理を行う。
【００５１】
時刻ｔ３〜ｔ４では、情報電荷の転送処理が行われる。時刻ｔ２における電子シャッタ処理で残された情報電荷が同じ組内の他の情報電荷と合算されるように垂直転送方向に沿って周期Ｔだけ転送される。
【００５２】
本実施の形態では、図７に示すように、奇数列では転送電極２４−１〜２４−６に対応する２つの画素、及び、転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する１つの画素の情報電荷が残されている。そこで、転送電極２４−４〜２４−６に対応する画素に残されている情報電荷を転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素へと転送して、時刻ｔ２の電子シャッタ処理で選択された色（奇数列では緑、偶数列では青）に対応する情報電荷を合算させる。
【００５３】
時刻ｔ４〜ｔ５では、撮像が再度行われる。各画素を構成する転送電極の組のうち１つ又は２つに正電位を印加してオン状態とすることによって、各画素の入射面に設けられたカラーフィルタを通過して入射する光の強度に応じた情報電荷が生成される。ここでは、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に、転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組、３つの転送電極２４−４，２４−５，２４−６の組、３つの転送電極２４−７，２４−８，２４−９の組、及び、３つの転送電極２４−１０，２４−１１，２４−１２の組について転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１に正電位を印加することによって、図４に示すように、転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１下にポテンシャル井戸が生成され、各画素に入射する光の強度に応じた情報電荷が蓄積される。
【００５４】
これにより、転送電極２４−１〜２４−３に対応する画素には、時刻ｔ１〜ｔ５の間に画素に入射した光の強度に応じた情報電荷が合算されて蓄積されることになる。転送電極２４−４〜２４−６及び転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素には、時刻ｔ４〜ｔ５の間に画素に入射した光の強度に応じた情報電荷が蓄積されることになる。転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素には、時刻ｔ１〜ｔ２の間に転送電極２４−４〜２４−６に対応する画素で生成された情報電荷と転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素で生成された情報電荷、及び、時刻ｔ４〜ｔ５において転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷が合算されて蓄積されることになる。
【００５５】
時刻ｔ５では、撮像部１０ｉの一部に対する電子シャッタ処理が再度行われる。垂直シフトレジスタの各列において同じ透過領域を有するカラーフィルタが配置される周期Ｔに対して、垂直シフトレジスタの転送方向に沿って周期２Ｔ毎の画素（光電変換素子）を組として、各組に含まれるカラーフィルタのうち時刻ｔ２の電子シャッタ処理で選択されたカラーフィルタが配置された画素のうち一部の画素の情報電荷が排出されるように電子シャッタ処理を行う。
【００５６】
本実施の形態では、奇数列では、時刻ｔ２では各組に含まれるカラーフィルタのうち緑のカラーフィルタが選択されたので、選択された緑のカラーフィルタが配置された転送電極２４−４〜２４−６に対応する画素及び転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素のうち一部、すなわち転送電極２４−４〜２４−６に対応する画素をオフ状態として、その画素に蓄積されている情報電荷が排出されるように電子シャッタ処理を行う。このとき、時刻ｔ３からの転送処理において情報電荷の転送先となった転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素ではない画素を選択して情報電荷を排出させる。
【００５７】
同様に、偶数列では、時刻ｔ２では各組に含まれるカラーフィルタのうち青のカラーフィルタが選択されたので、選択された青のカラーフィルタが配置された転送電極２４−４〜２４−６に対応する画素及び転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素のうち一部、すなわち転送電極２４−４〜２４−６に対応する画素をオフ状態として、その画素に蓄積されている情報電荷が排出されるように電子シャッタ処理を行う。このとき、時刻ｔ３からの転送処理において情報電荷の転送先となった転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素ではない画素を選択して情報電荷を排出させる。
【００５８】
時刻ｔ６〜ｔ７では、情報電荷の転送処理が再度行われる。時刻ｔ５における電子シャッタ処理で残された情報電荷が同じ組内の他の情報電荷と合算されるように垂直転送方向に沿って周期Ｔだけ転送される。
【００５９】
本実施の形態では、図７に示すように、奇数列では転送電極２４−１〜２４−３に対応する１つの画素、及び、転送電極２４−７〜２４−１２に対応する２つの画素の情報電荷が残されている。そこで、転送電極２４−１〜２４−３に対応する画素に残されている情報電荷を転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素へと転送して、時刻ｔ５の電子シャッタ処理で選択された色（奇数列では赤、偶数列では緑）に対応する情報電荷を合算させる。
【００６０】
時刻ｔ７〜ｔ８では、撮像が再度行われる。各画素を構成する転送電極の組のうち１つ又は２つに正電位を印加してオン状態とすることによって、各画素の入射面に設けられたカラーフィルタを通過して入射する光の強度に応じた情報電荷が生成される。ここでは、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に、転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組、３つの転送電極２４−４，２４−５，２４−６の組、３つの転送電極２４−７，２４−８，２４−９の組、及び、３つの転送電極２４−１０，２４−１１，２４−１２の組について転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１に正電位を印加することによって、図４に示すように、転送電極２４−２，２４−５，２４−８，２４−１１下にポテンシャル井戸が生成され、各画素に入射する光の強度に応じた情報電荷が蓄積される。
【００６１】
このとき、時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ３と時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ４との合計時間よりも時刻ｔ７〜ｔ８の撮像時間Ｔ５が短くなるように撮像時間を設定することが好ましい。これによって、時刻ｔ７〜ｔ８の間に転送電極２４−１〜２４−６に対応する２つの画素に入射した光の強度に応じた情報電荷は時刻ｔ１〜ｔ５の間に生成されて転送電極２４−７〜２４−１２に対応する２つの画素に保持されている情報電荷よりも十分に小さくなる。
【００６２】
これによって、時刻ｔ８の時点では、転送電極２４−１〜２４−６に対応する画素の組には時刻ｔ７〜ｔ８の撮像時間Ｔ５に各画素に入射した光の強度に応じた情報電荷が保持される。転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素には、時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ３に転送電極２４−１〜２４−３に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷、時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ４に転送電極２４−１〜２４−３に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷、時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ４に転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷、及び、時刻ｔ７〜ｔ８の撮像時間Ｔ５に転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷を合算した情報電荷が保持されていることになる。転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素には、時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ３に転送電極２４−４〜２４−６に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷、時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ３に転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷、時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ４に転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷、及び、時刻ｔ７〜ｔ８の撮像時間Ｔ５に転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素に入射した光の強度に応じた情報電荷を合算した情報電荷が保持されていることになる。
【００６３】
したがって、本変形例においても、撮像画像のうち明るい領域については、転送電極２４−１〜２４−６に保持されている短い撮像時間に対応する情報電荷に基づいて画像を得ることによって十分なダイナミックレンジを得ることができる。一方、撮像画像のうち暗い領域については、転送電極２４−７〜２４−１２に保持されている長い時間に対応する情報電荷に基づいて画像を得ることによって十分なダイナミックレンジを得ることができる。
【００６４】
本変形例においても、時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ３と時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ４との和に対する時刻ｔ７〜ｔ８の撮像時間Ｔ５の比は、撮像画像内の明度のダイナミックレンジに応じて決定することが好ましい。クロック制御部１２は、撮像画像の１フレーム内の明度のダイナミックレンジが大きい場合には比（Ｔ３＋Ｔ４）／Ｔ５が大きくなり、撮像画像の１フレーム内の明度のダイナミックレンジが小さい場合には比（Ｔ３＋Ｔ４）／Ｔ５が小さくなるようにクロック信号φｉを制御することが好ましい。また、カメラにおいて画像の明るさのダイナミックレンジの設定が可能な場合には、その設定値に応じて比（Ｔ３＋Ｔ４）／Ｔ５を変更してもよい。
【００６５】
また、時刻ｔ１〜ｔ２の撮像時間Ｔ３と時刻ｔ４〜ｔ５の撮像時間Ｔ４を略等しく設定することが好適である。そのように設定することによって、画像内の各色に対する撮像時間を均一にすることができる。
【００６６】
時刻ｔ８〜ｔ９では、フレーム転送処理が行われる。時刻ｔ８までに撮像部１０ｉの各画素に蓄積された情報電荷が蓄積部１０ｓへと転送される。フレーム・トランスファ方式のＣＣＤ固体撮像素子１０では、蓄積部１０ｓは、撮像部１０ｉの画素数と同じ数の蓄積用画素を有しており、フレーム転送処理によって１フレーム分の情報電荷が撮像部１０ｉから蓄積部１０ｓへと転送される。
【００６７】
その後、再びカメラのシャッタボタンが押されると時刻ｔ０の電子シャッタ処理に戻り、上記の処理を繰り返す。
【００６８】
蓄積部１０ｓに蓄積された情報電荷は、蓄積部１０ｓに印加されるクロック信号φｓに応じて１行ずつ水平転送部１０ｈへ転送される。水平転送部１０ｈに転送された情報電荷は、水平転送部１０ｈに印加されるクロック信号φｈに応じて１画素ずつ出力部１０ｄへ転送される。出力部１０ｄでは、１画素毎に情報電荷量が電荷量に応じた電圧値に変換されて出力信号として信号処理部１４へ出力される。このような処理が繰り返されることによって１フレーム分の出力信号が出力される。
【００６９】
本変形例においても、１フレーム分の出力信号を各行毎に組み合わせると、より長い撮像時間で撮像された画像Ｘと、より短い撮像時間で撮像された画像Ｙとを得ることができる。信号処理部１４は、例えば、画像内において所定の明度Ｂ１以上の領域については画像Ｘからその領域に対応する信号を抽出し、他の領域は画像Ｙからその領域に対応する信号を抽出して組み合わせる。これは、画像全体としては比較的暗く、その画像内に明度の高い領域が含まれているときに、画像の明度のダイナミックレンジを広くする場合に好適な処理である。または、画像内において所定の明度Ｂ２以下の領域については画像Ｙからその領域に対応する信号を抽出し、他の領域は画像Ｘからその領域に対応する信号を抽出して組み合わせる。これは、画像全体としては比較的明るく、その画像内に明度の低い領域が含まれているときに、画像の明度のダイナミックレンジを広くする場合に好適な処理である。
【００７０】
また、上記撮像処理を行う際に、１フレーム毎に情報電荷を残す画素の組を切り替えることも好適である。例えば、次のフレームの撮像時においては、図８に示すように、時刻ｔ２の電子シャッタ処理において転送電極２４−１〜２４−３に対応する画素の情報電荷を排出させ、時刻ｔ３〜ｔ４の転送処理において残した情報電荷を転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素から次の組の転送電極２４−４〜２４−６へ転送し、時刻ｔ４〜ｔ５の撮像処理において再度情報電荷の蓄積を行い、時刻ｔ５の電子シャッタ処理において転送電極２４−１０〜２４−１２に対応する画素の情報電荷を排出させ、時刻ｔ６〜ｔ７の転送処理において残した情報電荷を転送電極２４−７〜２４−９に対応する画素から次の組の転送電極２４−１〜２４−３へ転送し、時刻ｔ７〜ｔ８の撮像処理において再度情報電荷の蓄積を行う。これにより、１フレーム毎のインタレース撮像を行うことが可能となり、動画撮影等において見かけ上の空間的分解能を落とすことなく画像の明度のダイナミックレンジを高めることができる。
【００７１】
以上、固体撮像素子１０としてＣＣＤを例に説明したが、電荷の転送方法はどのような方法であってもよく、例えば、ＦＴ（フレーム・トランスファ）方式、ＩＴ（インターライン・トランスファ）方式、ＦＩＴ（フレーム・インターライン・トランスファ）方式のＣＣＤとすることができる。また、本発明の光電変換素子は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）でも同様に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態における固体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撮像部の構成を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における撮像部へのクロック信号φｉのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態における撮像部でのポテンシャルの変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における撮像部でのポテンシャルの変化を示す図である。
【図６】本発明の変形例における撮像部へのクロック信号φｉのタイミングチャートである。
【図７】本発明の変形例における撮像部でのポテンシャルの変化を示す図である。
【図８】本発明の変形例における撮像部でのポテンシャルの変化を示す図である。
【図９】背景技術における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】撮像部におけるカラーフィルタの配置を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
２  固体撮像素子、２ｉ  撮像部、２ｓ  蓄積部、２ｈ  水平転送部、２ｄ  出力部、１０  固体撮像素子、１０ｉ  撮像部、１０ｄ  出力部、１０ｈ  水平転送部、１０ｓ  蓄積部、１２  クロック制御部、１４  信号処理部、２０  チャネル領域、２２  分離領域、２４  転送電極、１００  固体撮像装置。
【図１】
2008092248.tif 000003
【図２】
2008092248.tif 000004
【図３】
2008092248.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008092248.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008092248.tif 000009
【図８】
2008092248.tif 000010
【図９】
2008092248.tif 000011
【図１０】
2008092248.tif 000012