(57)【要約】【課題】垂直転送部に読み出した信号電荷を転送せずに保持したままとしておくことに起因する不要電荷重畳の問題を改善する。【解決手段】全露光期間（ｔ１０〜ｔ４０）を前半部と後半部とに分けて、時点ｔ２０にて低感度画素信号に対応する信号電荷を読み出して出力信号に使うようにするとともに、電子的な全露光期間の最終タイミングｔ４０にて高感度画素信号に対応する信号電荷を読み出して出力信号に使う。また、全露光期間の後半部（ｔ２０〜ｔ４０）にて露光・蓄積を継続している間には、時点ｔ２０にて垂直ＣＣＤに読み出した低感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤに滞留させずに高感度画素信号の読み出し時点ｔ４０までに、確実にラインシフトしておく。低感度画素信号および高感度画素信号の双方とも、センサ部から垂直ＣＣＤに読み出した信号電荷に、電荷転送しないことに起因する暗電流成分などの不要電荷が重畳されてしまう現象は生じない。【選択図】図８
2008227581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される電磁波の強度に応じた信号電荷を取得する複数の電荷生成部が配置され、前記電荷生成部で取得した信号電荷を所定方向に転送する電荷転送部を備えた撮像素子を用いて高感度画素信号と低感度画素信号を取得し、高感度画素信号と低感度画素信号とを使い分けて出力画像を生成することでダイナミックレンジを拡大する撮像方法であって、
前記高感度画素信号を取得するための電荷蓄積時間と前記低感度画素信号を取得するための電荷蓄積時間とをそれぞれ異なるものとすることで、前記高感度画素信号に対応する信号電荷もしくは前記低感度画素信号に対応する信号電荷をそれぞれ独立に取得するように制御しつつ、少なくとも前記高感度画素信号と前記低感度画素信号の内の少なくともどちらかを取得するための全電荷蓄積期間で定義される全露光期間中の所定タイミングで、少なくとも低感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、
前記所定タイミング以降は、前記電磁波の入射を継続し、前記電磁波の入射継続後に、少なくとも高感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、この電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部で転送し、
かつ、前記高感度画素信号用および前記低感度画素信号用の各信号電荷の内の少なくとも一方に関しては、その信号電荷を前記電荷転送部に読み出す都度、読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなく前記転送を行なうようにする
ことを特徴とする撮像方法。
【請求項２】
少なくとも、前記高感度画素信号用の信号電荷に関して、その信号電荷を前記電荷転送部に読み出す都度、読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなく前記転送を行なうようにする
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像方法。
【請求項３】
入力される電磁波の強度に応じた信号電荷を取得する複数の電荷生成部が配置され、前記電荷生成部で取得した信号電荷を所定方向に転送する電荷転送部を備えた撮像素子を駆動制御する駆動装置であって、
前記露光期間中の所定タイミングで、少なくとも低感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、前記所定タイミング以降は、前記電磁波の入射を継続し、前記電磁波の入射継続後に、少なくとも高感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、この電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部で転送し、かつ、前記低感度画素信号用および前記高感度画素信号用の各信号電荷の内の少なくとも一方に関しては、その信号電荷を前記電荷転送部に読み出す都度、電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなく、この電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御する駆動制御部を備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、少なくとも前記高感度画素信号用の信号電荷を前記電荷転送部に読み出す都度、その読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなくこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
入力される電磁波の強度に応じた信号電荷を取得する複数の電荷生成部が配置され、前記電荷生成部で取得した信号電荷を所定方向に転送する電荷転送部を具備した撮像素子を備えた撮像装置であって、
前記露光期間中の所定タイミングで、少なくとも低感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、
前記所定タイミング以降は、前記電磁波の入射を継続し、前記電磁波の入射継続後に、少なくとも高感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、この電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部で転送し、
かつ、前記低感度画素信号用および前記高感度画素信号用の各信号電荷の内の少なくとも一方に関しては、その信号電荷を前記電荷転送部に読み出す都度、前記電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなくこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御する駆動制御部と、
取得された高感度画素信号と低感度画素信号とを使い分けて出力画像を生成することでダイナミックレンジを拡大する画像処理部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、少なくとも前記高感度画素信号用の信号電荷を前記電荷転送部に読み出す都度、その読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなくこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記電荷生成部への信号電荷の蓄積を停止させる機構的なシャッタを備えている
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像素子は、
全ての電荷生成部から電荷転送部に読み出された信号電荷を電荷転送部で独立に転送可能ないわゆる全画素読み出し方式の構成のものであって、
前記電荷生成部に高感度画素信号に対応する信号電荷または低感度画素信号に対応する信号電荷を蓄積した後、前記高感度画素信号に対応する信号電荷と前記低感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、前記高感度画素信号に対応する信号電荷と前記低感度画素信号に対応する信号電荷とを前記電荷転送部内で混合することなしに独立に転送可能になっている
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像素子は、
前記電荷生成部の配列の間に前記電荷転送部が配列され、前記電荷転送部を駆動する転送電極が一並びごとに配置されたインターライン方式の構成のものであって、
前記電荷生成部に高感度画素信号に対応する信号電荷または低感度画素信号に対応する信号電荷を蓄積した後、前記高感度画素信号に対応する信号電荷と前記低感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、前記高感度画素信号に対応する信号電荷と前記低感度画素信号に対応する信号電荷とを順次転送可能になっている
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像素子は、前記高感度画素信号に対応する信号電荷を取得する第１の電荷生成部が一並びに配列され、その隣りに、前記低感度画素信号に対応する信号電荷を取得する第２の電荷生成部が一並びに配列されている
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記駆動制御部は、前記露光期間中の前記所定タイミングで前記低感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷転送部に読み出して、前記所定タイミング以降には、その読み出した信号電荷を前記電荷転送部で転送するとともに、前記高感度画素信号に対応する信号電荷と前記低感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷生成部に蓄積し、前記電磁波の入射継続後に、前記高感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出し、この読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記駆動制御部は、前記露光期間中の前記所定タイミングで前記低感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷転送部に読み出して、前記所定タイミング以降には、前記高感度画素信号に対応する信号電荷と前記低感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷生成部に蓄積するととともに、その読み出した信号電荷を前記電荷転送部で転送せずにおき、前記高感度画素信号を取得するための全露光期間終了後に、先に読み出した前記低感度画素信号に対応する信号電荷を電荷転送部で転送し、続けて前記高感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出してこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記駆動制御部は、前記露光期間中の前記所定タイミングで前記低感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷転送部に読み出して、前記所定タイミング以降には、その電荷転送部に読み出した信号電荷を前記電荷転送部で転送するとともに、前記高感度画素信号に対応する信号電荷と前記低感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷生成部に蓄積し、前記電磁波の入射継続後に、前記高感度画素信号用と前記低感度画素信号用のそれぞれの前記電荷生成部で生成された各信号電荷を同時に、または所定の順で前記電荷転送部に読み出してこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記駆動制御部は、前記露光期間中の前記所定タイミングで前記高感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された高感度画素信号用の信号電荷と前記低感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された低感度画素信号用の信号電荷を前記電荷転送部に読み出して、前記所定タイミング以降には、それらの電荷転送部に読み出した各信号電荷を前記電荷転送部で転送しつつ、前記低感度画素信号に対応する信号電荷と前記高感度画素信号に対応する信号電荷を前記電荷生成部に蓄積し、前記電磁波の入射継続後に、前記高感度画素信号用の前記電荷生成部で生成された信号電荷を前記電荷転送部に読み出してこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御し、
前記画像処理部は、前記所定タイミングで電荷転送部に読み出された後に電荷転送部で転送された前記高感度画素信号に対応する信号電荷に基づく全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号と前記電磁波の入射継続後に電荷転送部に読み出された後に電荷転送部で転送された前記高感度画素信号に対応する信号電荷に基づく全露光期間の後半部で取得した高感度画素信号とを合成して最終的な高感度画素信号を取得する
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記駆動制御部は、前記所定タイミング以降に信号電荷を前記電荷生成部に蓄積している間に行なう前記低感度画素信号に対応する信号電荷の転送が、前記所定タイミングで読み出した前記低感度画素信号に対応する信号電荷と前記電荷転送部に生じる不要な信号電荷の掃き捨てを行なうに足りるだけの転送速度となるように制御する
ことを特徴とする請求項１３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、被写体を撮像しこの被写体像に応じた画像信号を出力する固体撮像素子（イメージセンサ）を使用した撮像方法および固体撮像素子を駆動する駆動装置、並びに固体撮像素子と駆動装置とを備えた固体撮像装置や電子スチルカメラや撮像装置モジュールなどの、撮像方法を実施する撮像装置（カメラシステム）に関する。より詳細には、撮像された被写体画像のダイナミックレンジを向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子やＣＭＯＳ（Complementary Mental-Oxide Semiconductor ）センサなどのような固体撮像素子が、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置、ＦＡ（Factory Automation）の分野における部品検査装置、ＭＥ（Medical Electronics ）の分野における電子内視鏡などの光計測装置に幅広く利用されている。
【０００３】
ここで、固体撮像素子を用いた撮像装置や光計測機器などにおいては、ダイナミックレンジを向上させるために、異なる感度の光電変換素子（フォトダイオードなどの受光素子）を利用して画像を撮像し、撮像により得られた信号電荷や電気信号を合成する手法が種々提案されている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願  ＵＳ  ＡＰＰ  ０９／３２６，４２２号明細書
【特許文献２】米国特許出願  ＵＳ  ＡＰＰ  ０９／５１１，４６９号明細書
【特許文献３】特開２００２−１１２１２０号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ２００２／０５６６０３号パンフレット
【特許文献５】特開２００４−１７２８５８号公報
【非特許文献１】S.K.Nayar and T.Mitsunaga,"High Dynamic Range Imaging:Spatially Varying Pixel Exposures",Proc. of Computer Vision and Pattern Recognition 2000,Vol.1,pp.472-479,June,2000
【０００５】
たとえば、特許文献１，２および非特許文献１には、通常のダイナミックレンジを有する撮像素子に、出力画像の１画素に対応する１つの受光素子ごと、その感度が異なるような仕組みを施して撮像し、得られた画像信号に所定の画像処理を施して広ダイナミックレンジの画像信号を生成する仕組みが提案されている。
【０００６】
受光素子ごとの感度が異なるような仕組みとしては、受光素子ごとに光の透過率や開口率を変える、あるいは電子シャッタ機能を使うなどによって、空間的な感度のパターンをつくることにより実現する。これらの空間的な感度パターンを用いて解像度を低下させることなしにダイナミックレンジを向上させる技術の１つがＳＶＥ（Spatially Varying Exposure）方式と称するものである。
【０００７】
このＳＶＥ方式では、各受光素子は１種類の感度だけを有する。よって、撮像された画像の各画素は本来の撮像素子が有するダイナミックレンジの情報しか取得することができないが、得られた画像信号に所定の画像処理を施し、全ての画素の感度が均一になるようにすることによって、結果的にダイナミックレンジが広い画像を生成することができる。また、全ての受光素子が同時に露光するので、動きのある被写体を正しく撮像することができる。さらに、１つの受光素子が出力画像の１画素に対応しているので、ユニットセルサイズが大きくなる問題も生じない。
【０００８】
このＳＶＥ方式を単板カラーＣＣＤ撮像素子を用いて実現するための固体撮像素子の構造およびその駆動方法としては、たとえば、特許文献３〜５に、電子シャッタ機能を利用して各受光素子の露出時間をいくつかのパターンで変化させる露出モードを設ける電子シャッタ方式ＳＶＥの仕組みが提案されている。
【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、従来の電子シャッタ機能を利用したＳＶＥ方式の撮像では、全露光期間の内の所定時間の露光を行なって１回目の信号電荷の生成を行なった後に電荷生成部から垂直転送部に信号電荷を読み出し、さらにその信号電荷を垂直転送部内に保持しておいたままで露光を継続し、電荷生成部では信号電荷の生成を行なう（２回目の信号電荷の生成を行なう）という動作モードが存在するので、全露光期間の後半部で、つまり電荷生成部での２回目の信号電荷の蓄積中に、垂直転送部では、１回目分の信号電荷を転送せずに保持したままとしておくことに起因する暗電流やブルーミング現象などによる不要電荷の継続的な蓄積が問題となる。
【００１０】
たとえば、特許文献４の図２３や特許文献５の図９に制御タイミングが示されているが、第１の受光素子に対しては、全露光期間中の電荷掃き出しパルス電圧の供給タイミングの直前に、１回目の電荷読み出しパルス電圧が供給され、さらに全露光期間の終了の直前に２回目の電荷読み出しパルス電圧が供給される。その結果、第１の受光素子からは、１回目および２回目の電荷読み出しパルス電圧の供給タイミングのそれぞれにおける第１の受光素子の蓄積電荷量が垂直転送部に読み出される。
【００１１】
このとき、全露光期間中は垂直転送部の電荷の転送は停止しており、それら２回の読み出し電荷量が垂直転送部内で加算され、全露光期間終了後に同じフレームのデータとして垂直転送部から転送されるようになされている。つまり、１回目の電荷読み出しパルス電圧が供給された後には、電荷転送を停止しながら露光を継続している。
【００１２】
ここで、１回目の読み出し以降である全露光期間の後半部は、１回目に垂直転送部に読み出した高感度画素信号用および低感度画素信号用の各信号電荷をその垂直転送部内に滞留させたままであるので、１回目に垂直転送部に読み出した各信号電荷に、暗電流やブルーミング現象などによって生じた不要電荷が継続的にどんどんと重畳されてしまい、その結果として、暗電流成分などの不要電荷に起因したノイズが高感度画素信号および低感度画素信号の双方に発生し、Ｓ／Ｎが低下してしまうし、ブルーミング現象が強調され非常に見難い画像となってしまう。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電荷転送部に読み出した信号電荷を転送せずに保持したままとしておくことに起因する不要電荷重畳の問題を改善することのできる仕組み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】
【００１４】
本発明に係る仕組みにおいては、半導体装置の一例である撮像素子として、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成するマトリクス状に配列された電荷生成部と、電荷生成部により生成された信号電荷を一方の方向に順次転送する第１電荷転送部と、第１電荷転送部から転送された信号電荷を一方の方向とは異なる他の方向に順次転送する第２電荷転送部とを備えるものを使用する。
【００１５】
なお、“一方の方向”と“他の方向”とは相対的なものであり、一般的に走査速度の低速な列方向もしくは垂直方向と呼ばれるものが一方の方向に相当し、一般的に走査速度の高速な行方向もしくは水平方向と呼ばれるものが他の方向に相当する。ただし、たとえば図面を９０度回転させると、上下左右の関係が変わり、行と列もしくは垂直と水平の関係が逆転すると同様に、絶対的なものではない。たとえば、第１電荷転送部が列方向なら第２電荷転送部は行方向で、第２電荷転送部が列方向なら第１電荷転送部は行方向になる。以下、一方の方向は列方向もしくは垂直方向で代表記述し、他の方向は行方向もしくは水平方向で代表記述する。
【００１６】
またさらに、高感度画素信号を取得するための電荷蓄積時間と低感度画素信号を取得するための電荷蓄積時間とをそれぞれ異なるものとすることで、つまり出力信号に使う信号電荷のトータルの電荷蓄積時間をそれぞれ異なるものとすることで、高感度画素信号に対応する信号電荷もしくは低感度画素信号に対応する信号電荷をそれぞれ独立に取得する仕組みを採用する。
【００１７】
そして、本願発明の駆動制御部による駆動制御タイミングとしては、先ず、露光期間中の所定タイミングで、つまり電荷生成部での信号電荷の全蓄積期間の前半部の最終タイミングで、高感度画素信号用の電荷生成部および低感度画素信号用の電荷生成部の内の少なくとも低感度画素信号用の電荷生成部で生成された信号電荷を電荷転送部に読み出すように制御する。
【００１８】
また駆動制御部は、全露光期間中の所定タイミング以降は、つまり１回目の読み出し以降は、電磁波の入射を継続し、全露光期間中の所定タイミング以降に、高感度画素信号用の電荷生成部および低感度画素信号用の電荷生成部の内の少なくとも高感度画素信号用の電荷生成部で生成された信号電荷を電荷転送部に読み出し、この読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するように制御する。
【００１９】
このようにして取得された高感度信号と低感度信号とを用いることでＳＶＥ撮像を実現でき、画像処理部では、高感度画素信号と低感度画素信号とを使い分けて出力画像を生成することでダイナミックレンジを拡大する合成処理を行なうことができる。
【００２０】
なお、本発明は、高感度画素信号用の信号電荷と低感度画素信号用の信号電荷の少なくとも一方に関して、電荷生成部から読み出した信号電荷をできるだけ電荷転送部に滞留させたままとしない点がポイントであり、取得した高感度画素信号と低感度画素信号とを使い分けて出力画像を生成することでダイナミックレンジを拡大する合成処理の具体的な仕組み関しては、たとえば国際公開第ＷＯ２００２／０５６６０３号パンフレットや特開２００４−１７２８５８号公報などに記載されている種々の仕組みを採用することができる。
【００２１】
取得した高感度画素信号と低感度画素信号とを使い分けて出力画像を生成することでダイナミックレンジを拡大する合成処理に当たっては、各感度の画素で取得した画素信号が所定の閾値レベル（小信号側はノイズレベルに対応する閾値θｌ、大信号側は飽和レベルに対応する閾値θｈ）と比較され、前記各感度の画素で取得した画素信号がこれらの閾値θｌと閾値θｈの間に入っているか否かの有効性判定を行ない、これらの閾値θｌと閾値θｈの間に入っていない無効である画素については、本来の強度が復元されないので、無効である画素の画素値を、その近傍の有効な画素の画素値を用いて補間する。
【００２２】
ここで、高感度画素信号用および低感度画素信号用の各信号電荷の電荷転送部への読み出しと電荷転送を行なう駆動制御部による全体的な駆動制御手法としては、高感度画素信号用および低感度画素信号用の各信号電荷の内の少なくとも一方に関して、信号電荷を電荷転送部に読み出す都度、その読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなく電荷転送を行なうようにする点に特徴がある。
【００２３】
特許文献４，５に記載の駆動制御タイミングでは、１回目に、高感度画素信号用および低感度画素信号用の各信号電荷を垂直転送部に読み出すと、双方ともにそのままその垂直転送部内に滞留させたままとしておくのに対して、本願発明では、高感度画素信号用および低感度画素信号用の少なくとも一方の信号電荷については、電荷生成部から電荷転送部に読み出すと、電荷転送部に滞留させたままとせずに、直ぐにこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送する点で異なるのである。
【００２４】
つまり、本願発明の駆動制御手法は、高感度画素信号と低感度画素信号とを独立に取得するために電荷生成部での信号電荷の全蓄積期間を前半部と後半部とに分け、全露光期間中の所定タイミング、つまり前半部の最終タイミングと全露光期間中の所定タイミング以降の電磁波の入射継続後の２回に分けて信号電荷を読み出すという点では、特許文献４，５に記載の駆動制御タイミングと共通する。しかしながら、１回目の読み出し以降である全露光期間の後半部には、電磁波の入射を継続しつつ、全露光期間の中の所定タイミングで読み出した低感度画素信号用の信号電荷を基板に電荷掃き出しパルス（電子シャッタパルス）ΦＶsubを供給して電荷生成部に蓄積された電荷を掃き出してから電荷生成部で信号電荷の蓄積を開始した後、電荷生成部に蓄積された電荷を最後に電荷転送部に読み出すまでの期間で定義される電子的な全露光期間の１回目の読み出し以降である後半部における所定期間に電荷転送部で転送する点と、高感度画素信号用および低感度画素信号用の各信号電荷の内の少なくとも一方については、電荷生成部から電荷転送部に信号電荷を読み出す都度、その読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなく電荷転送を行なうようにする点に大きな相違がある。
【００２５】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る仕組みのさらなる有利な具体例を規定する。
【００２６】
たとえば、高感度画素信号用や低感度画素信号用の各信号電荷を電荷転送部で転送する際に、入射光を完全に遮断しておく仕組みとして、電荷生成部への信号電荷の蓄積を停止させる機構的なシャッタを設けるのがよい。機構的なシャッタを閉じることで露光を停止した状態で信号電荷を出力信号に使うための電荷転送を行なうことができ、その電荷転送期間はＣＣＤ固体撮像素子への光の入射がなく、原理的に、その電荷転送期間中にＣＣＤ固体撮像素子へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全に無くすことができる。
【００２７】
また、使用する撮像素子は、全ての電荷生成部から電荷転送部に読み出された信号電荷を電荷転送部で独立に転送可能ないわゆる全画素読み出し方式のものや、電荷生成部の配列の間に電荷転送部が配列されたいわゆるインターライン方式のものを使用することができる。ただし、駆動制御タイミングの各種態様においては、その駆動制御タイミングの基本的な仕組みを採りつつ、それぞれの方式独自の読み出しと電荷転送の仕組みに適合した変形が必要となる。
【００２８】
なお、ここで言う「インターライン方式」は、電荷生成部の配列の間に電荷転送部が配列された構造を有していればよく、典型的なインターライン方式のもの（ＩＬ−ＣＣＤ）に限らず、インターライン方式の撮像領域の下部に１フィールド分の信号電荷を蓄積するための蓄積領域を備えたフレームインターライン転送方式のもの（ＦＩＴ−ＣＣＤ）であってもよい。
【００２９】
なお、ＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤを使用する場合、特に、配列ごとに読み出し電極を兼ねる転送電極が配置されることで、高感度画素信号に対応する信号電荷を取得する第１の電荷生成部が一並びに（一行に）配列され、その隣に、低感度画素信号に対応する信号電荷を取得する第２の電荷生成部が一並び（一行に）に配列されているものとする。つまり、電荷生成部の並びごとに（たとえば水平ラインごとに）、電荷蓄積時間を切り替えることで、ラインごとに感度が変わるような感度モザイクパターンとすることのできるものを使用するのがよい。
【００３０】
こうすることで、駆動制御部にて、奇数ラインと偶数ラインの電荷蓄積時間を切り替えて、フィールドごとに交互に電荷転送部に読み出すように、それぞれ一並びに配列された第１の電荷生成部および第２の電荷生成部を制御する「フレーム読み出し方式」とすれば、高感度画素信号の画像と低感度画素信号の画像とをフィールドごとに独立に取得することができる。
【００３１】
なお、何れの駆動制御タイミングの態様であっても、全画素読み出し方式のものを使用する場合には、駆動制御部は、全露光期間中の所定タイミング以降も継続して、電荷生成部に高感度画素信号に対応する信号電荷と低感度画素信号に対応する信号電荷とを蓄積した後、前記電磁波の入射継続後に、高感度画素信号に対応する信号電荷と低感度画素信号に対応する信号電荷とを同時に電荷転送部内で混合することなしに独立に電荷転送部で転送することが可能である。
【００３２】
同様に、何れの駆動制御タイミングの態様であっても、インターライン方式のものを使用する場合には、駆動制御部は、所定タイミング以降も継続して、第１の電荷生成部に高感度画素信号に対応する信号電荷を蓄積するとともに第２の電荷生成部に低感度画素信号に対応する信号電荷を蓄積した後、各信号電荷の蓄積を停止させ、その後、高感度画素信号に対応する信号電荷と低感度画素信号に対応する信号電荷とを順次電荷転送部に読み出してこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送することが可能である。
【００３３】
また、本願発明の最大の特徴部分である駆動制御手法を実現するタイミングとしては、電荷生成部での信号電荷の蓄積期間を２回に分けて電荷転送部へ信号電荷を読み出すことで高感度画素信号用と低感度画素信号用の各信号電荷を取得するという仕組みを採用しつつ、高感度画素信号用および低感度画素信号用の少なくとも一方の信号電荷を電荷生成部から電荷転送部に読み出すと、電荷転送部に滞留させたままとせずに直ぐにこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するという点を包含しているものであればよく、様々な態様を採ることができる。
【００３４】
これらの様々な態様においては、少なくとも高感度画素信号用の信号電荷に関して、その信号電荷を電荷転送部に読み出す都度、読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなく電荷転送を行なうようにするのがより好ましい。
【００３５】
一方、低感度画素信号用の信号電荷に関しては、電子的な全露光期間の後半部の一部において電荷転送を行なわずに電荷転送部に滞留させておく期間があってもよい。もちろん、低感度画素信号用の信号電荷に関しても、その信号電荷を電荷転送部に読み出す都度、読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなく電荷転送を行なうようにするのがよい。つまり、高感度画素信号用および低感度画素信号用の双方の信号電荷について、電荷生成部から電荷転送部に読み出すと、電荷転送部に滞留させたままとせずに、直ぐにこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するのが最善であるのは言うまでもないことである。
【００３６】
要するに、全露光期間を前半部と後半部とに分け、電荷生成部で蓄積された信号電荷を全露光期間中の所定タイミング、つまり前半部の最終タイミングと高感度画素信号を取得するための全露光期間の終了時点またはそれ以降の２回に分けて電荷転送部に読み出すとき、読み出しの都度電荷転送を行なう点、すなわち１回目に電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させておくことなく確実に電荷転送部で転送しておくことが、電荷転送部に読み出した信号電荷を転送せずに保持したままとしておくことに起因する不要電荷重畳の問題を改善する上で重要であり、特に、高感度画素信号用の信号電荷に関しては、２回に分けて信号電荷の読み出しを行なう際は、その都度、確実に電荷転送をしておくのがよいのである。こうすることで、少なくとも高感度画素信号については、電荷転送部で生じる暗電流に起因するＳ／Ｎ低下を防止することができる。
【００３７】
特許文献４，５に記載の仕組みでは、高感度画素信号用の電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させたままの状態が存在するので、低輝度環境下での撮像時には、高感度画素信号用の電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部に滞留させたままとしておくことに起因して生じる暗電流成分などの不要電荷によって、高感度画素信号と低感度画素信号の何れもが、Ｓ／Ｎが低下してしまうなどの問題が生じるのと大きく異なる。
【００３８】
また、本願発明の駆動制御手法を実現するタイミングとしては、全露光期間中の所定タイミング、つまり電荷生成部での信号電荷の全蓄積期間の前半部の最終タイミングで信号電荷を電荷転送部に読み出す対象を低感度画素信号用のもののみとし、この全露光期間の前半部の最終タイミング（詳細には全露光期間中の所定タイミング、以下同様）で電荷転送部に読み出した後に電荷転送部で転送した低感度画素信号用の信号電荷をそのまま出力信号に使う第１の態様を採ることができる。
【００３９】
この場合、高感度画素信号を取得するための全露光期間の終了時点またはそれ以降に信号電荷を電荷転送部に読み出してこの読み出した信号電荷を電荷転送部で転送する対象は、高感度画素信号用のもののみとすればよい。高感度画素信号用の信号電荷に関しては、高感度画素信号を取得するための全露光期間の終了時点またはそれ以降での１回限りの読み出しおよび電荷転送となる。なお、全露光期間の後半部でも低感度画素信号用の信号電荷が電荷生成部に蓄積されるが、その信号電荷を高感度画素信号を取得するための全露光期間の終了時点またはそれ以降に読み出す必要はない。
【００４０】
なお、全露光期間の前半部の最終タイミングで低感度画素信号用の電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷を、電子的な全露光期間の後半部におけるどの期間に電荷転送部で転送するかという点では、機構的なシャッタが設けられているか否かで異なるタイミングにすることができる。
【００４１】
たとえば、機構的なシャッタが設けられていない構成では、全露光期間の前半部の最終タイミングで低感度画素信号用の電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷を、電荷転送部で電子的な全露光期間の後半部の一部または全体で転送する第１の手法を採ることができる。一方、機構的なシャッタが設けられている構成では、機構的なシャッタが閉じられるまでの間は電荷転送を行なわずにおき、機構的なシャッタを閉じた後で全露光期間の前半部の最終タイミングで低感度画素信号用の電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部で転送する、具体的には、機構的なシャッタを閉じて実際には電磁波が電荷生成部に入射できない期間に、すなわち、機構的なシャッタを閉じてから電子的な全露光期間が終了するまでの期間に全露光期間の前半部の最終タイミングで低感度画素信号用の電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部で転送する第２の手法を採ることができる。
【００４２】
第１の手法では、低感度画素信号用の信号電荷の電荷転送中に、電磁波の入射があるので、漏れによる電荷が信号電荷に重畳されることによるスミア現象が生じ得る。これに対して、第２の手法では、機構的なシャッタを閉じた状態で低感度画素信号用の信号電荷を電荷転送部で転送することができるのでスミア現象など不要電荷による問題を抑制することができる。
【００４３】
また、本願発明の駆動制御手法を実現するタイミングとしては、露光期間中の所定タイミングで低感度画素信号に対応する信号電荷を電荷転送部に読み出して、全露光期間中の所定タイミング以降つまり全露光期間中の後半部には、その読み出した信号電荷を電荷転送部で転送しつつ、低感度画素信号や高低感度画素信号に対応する信号電荷をそれぞれの電荷生成部に蓄積し、高感度画素信号を取得するための全露光期間の終了時点またはそれ以降に高感度画素信号用と低感度画素信号用のそれぞれの電荷生成部で生成された各信号電荷を同時に、または所定の順で電荷転送部に読み出して、これらの電荷転送部に読み出した信号電荷を電荷転送部で転送する第２の態様を採ることができる。
【００４４】
この場合、高感度画素信号用の信号電荷に関しては、高感度画素信号を取得するための全露光期間の終了時点またはそれ以降での１回限りの読み出しおよび電荷転送となる。一方、低感度画素信号側については、全露光期間の前半部の最終タイミングで電荷転送部に読み出した後に電荷転送部で電子的な全露光期間の後半部で転送した信号電荷は出力信号としては使わずに掃き捨て、高感度画素信号を取得するための全露光期間の終了時点またはそれ以降で電荷転送部に読み出した後に電荷転送部で転送した信号電荷を出力信号に使う。全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した信号電荷の電子的な全露光期間の後半部での掃捨て動作は、実際には使用しない信号電荷の掃き捨てだけでなく、その信号電荷に重畳され得るスミア成分などの不要電荷の掃き捨てをも兼ねるものとなる。
【００４５】
なお、全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した実際には使用しない信号電荷を、電荷転送部で電子的な全露光期間の後半部で転送するに当たっては、実際に使用する信号電荷を読み出すまでの間に転送しておけばよく、その限りにおいて、どの時点で転送するかは任意であるが、実際に使用する信号電荷に重畳され得るスミア成分などの不要電荷をできるだけ小さくするためには、全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した実際には使用しない信号電荷の電荷転送部での転送が終了してから実際に使用する信号電荷を読み出すまでの時間はできるだけ短い方がよい。
【００４６】
たとえば、機構的なシャッタが設けられていない構成では、電荷転送部で電子的な全露光期間の後半部の一部または全体で信号電荷を転送する第１の手法を採ることができる。一方、機構的なシャッタが設けられている構成では、電荷転送部で機構的なシャッタを閉じてから電子的な露光期間が終了するまでの期間（実際には機構的なシャッタを閉じてから実際に使用する信号電荷を読み出すまでの期間）に信号電荷を転送する第２の手法を採ることができる。何れの手法でも実際に使用する信号電荷を読み出して、この読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するのは、全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した実際には使用しない信号電荷の電荷転送部での転送が終了してからであるから、スミア成分などの不要電荷による問題に関しては、何れの手法でも抑制することができる。
【００４７】
なお、何れの手法でも、スミア成分などの不要電荷を確実に掃き出してから実際に使用する信号電荷を読み出すためには、実際に使用する信号電荷を読み出すまで電荷転送を継続させておき、読み出す直前にその電荷転送を停止するのがよい。
【００４８】
また、電子的な全露光期間の後半部で、全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した実際には使用しない信号電荷の電荷転送を開始してから停止するまでの間に、全水平ライン分の電荷転送を完結させておく。さもないと、転送し切れていないラインに全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した実際には使用しない信号電荷やスミア成分などの不要電荷が残ってしまう。全露光期間の後半部に電荷生成部で信号電荷を蓄積する時間を短くするためには、全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した実際には使用しない信号電荷と電荷転送部に生じる不要な信号電荷の掃き捨てを実際に使用する信号電荷の転送速度よりも高速転送で行なう。
【００４９】
また、本願発明の駆動制御手法を実現するタイミングとしては、全露光期間中の所定タイミングで高感度画素信号に対応する信号電荷を電荷転送部に読み出すとともに低感度画素信号に対応する信号電荷を電荷転送部に読み出して、全露光期間の後半部には、その読み出した各信号電荷を電荷転送部で転送しつつ、低感度画素信号や高低感度画素信号に対応する信号電荷をそれぞれ電荷生成部に蓄積し、高感度画素信号を取得するための全露光期間の終了時点またはそれ以降に、少なくとも高感度画素信号用の電荷生成部で生成された信号電荷を電荷転送部に読み出して、この読み出した信号電荷を電荷転送部で転送する第３の態様を採ることができる。
【００５０】
要するに、低感度画素信号取得のために全露光期間を前半部と後半部とに分けた際、その全露光期間の分割を利用して、それぞれで信号電荷生成部に蓄積される高感度画素信号用の信号電荷を都度読み出して電荷転送部で転送する点に特徴を有する。
【００５１】
この場合、低感度画素信号については、第１の態様のように、全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した信号電荷を出力信号に使用してもよいし、第２の態様のように、全露光期間終了時点およびそれ以降に読み出して、その信号電荷を出力信号に使用してもよい。
【００５２】
なお、全露光期間の前半部の最終タイミングで読み出した信号電荷を電荷転送部で電子的な全露光期間の後半部で転送するに当たっては、全露光期間の後半部に電荷生成部で生成された信号電荷を読み出すまでの間に転送しておけばよく、その限りにおいて、どの時点で転送するかは任意であり、また、電子的な全露光期間の後半部の所定時点で電荷転送を開始してから停止するまでの間に全水平ライン分の電荷転送を完結させておく。
【００５３】
なお、第２の態様や第３の態様において、高感度画素信号と低感度画素信号のそれぞれについて、全露光期間終了時点およびそれ以降に信号電荷を読み出して、その信号電荷を出力信号に使用する場合、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子であれば、両者を同時に読み出して纏めて電荷転送部で転送することができる。
【００５４】
これに対して、ＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤを使用する場合には、フレーム読み出しを適用して、何れか一方の信号電荷を先に読み出して、この先に読み出した信号電荷の電荷転送部での転送を完結させてから、他方の信号電荷を読み出して、この後から読み出した信号電荷の電荷転送部での転送を開始する必要がある。ただし、何れの信号電荷を先に読み出して、この先に読み出した信号電荷を電荷転送部で転送するかは自由である。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、全露光期間を前半部と後半部とに分けて電荷生成部で蓄積された信号電荷を２回に分けて読み出すことで高感度画素信号に対応する信号電荷と低感度画素信号に対応する信号電荷とをそれぞれ独立に取得するようにするとともに、高感度画素信号用および低感度画素信号用の少なくとも一方の信号電荷については、電荷生成部から電荷転送部に読み出すと、その信号電荷をその電荷転送部に滞留させずに転送駆動するようにした。
【００５６】
これにより、高感度画素信号および低感度画素信号の少なくとも一方に関しては、電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷に、電荷転送しないことに起因する暗電流成分などの不要電荷が重畳されてしまう現象は生じない。読み出した信号電荷を電荷転送部に保持したままとしないので、より低暗電流化することができ、また点欠陥も少なくかつレベルも小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００５８】
＜デジタルスチルカメラの全体構成＞
図１は、本発明に係る撮像装置（カメラシステム）の一実施形態であるデジタルスチルカメラ１を示す概略構成図である。なお、このデジタルスチルカメラ１は、静止画撮像動作時にカラー画像を撮像し得るカメラとして適用されるようになっている。
【００５９】
この図１で示す撮像装置は、ＣＣＤ固体撮像素子１０、光学系５、信号処理系６の一部であるプリアンプ部６２およびＡ／Ｄ変換部６４、露出コントローラ９４、およびＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動制御する駆動装置の一例である駆動制御部９６を有する撮像装置モジュール３と、撮像装置モジュール３により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニタ出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする本体ユニット４とを備えてなるデジタルスチルカメラ１として構成されている。
【００６０】
撮像装置モジュール３内の駆動制御部９６には、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための各種のパルス信号を生成するタイミング信号生成部４０と、このタイミング信号生成部４０からのパルス信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するためのドライブパルスに変換するドライバ（駆動部）４２と、ＣＣＤ固体撮像素子１０やドライバ（駆動部）４２などに電源供給する駆動電源４６とが設けられている。
【００６１】
撮像装置モジュール３内のＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とにより固体撮像装置２が構成される。固体撮像装置２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とが、１枚の回路基板上に配されたものとして提供されるものであるのがよい。
【００６２】
また、このデジタルスチルカメラ１の処理系統は、大別して、光学系５、信号処理系６、記録系７、表示系８、および制御系９から構成されている。なお、撮像装置モジュール３および本体ユニット４が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品（完成品）が仕上がるのは言うまでもない。
【００６３】
光学系５は、ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部（電荷生成部）における信号電荷の蓄積を停止させる機能を持つ機構的なシャッタ（以下メカニカルシャッタと記す）５２、被写体の光画像を集光するレンズ５４、および光画像の光量を調整する絞り５６とから構成されている。
【００６４】
被写体Ｚからの光Ｌは、メカニカルシャッタ５２およびレンズ５４を透過し、絞り５６により調整されて、適度な明るさでＣＣＤ固体撮像素子１０に入射する。このとき、レンズ５４は、被写体Ｚからの光Ｌからなる映像が、ＣＣＤ固体撮像素子１０上で結像されるように焦点位置を調整する。
【００６５】
信号処理系６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０からのアナログ撮像信号を増幅する増幅アンプや、増幅された撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）回路などを有するプリアンプ部６２、プリアンプ部６２が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換部６４、Ａ／Ｄ変換部６４から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施すＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成された画像処理部６６から構成されている。
【００６６】
記録系７は、画像信号を記憶するフラッシュメモリなどのメモリ（記録媒体）７２と、画像処理部６６が処理した画像信号を符号化してメモリ７２に記録し、また、読み出して復号し画像処理部６６に供給するＣＯＤＥＣ（Code/Decode あるいはCompression/Decompression の略）７４とから構成されている。
【００６７】
表示系８は、画像処理部６６が処理した画像信号をアナログ化するＤ／Ａ（Digital/Analog）変換部８２、入力されるビデオ信号に対応する画像を表示することによりファインダとして機能する液晶（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）などよりなるビデオモニタ８４、およびアナログ化された画像信号を後段のビデオモニタ８４に適合する形式のビデオ信号にエンコードするビデオエンコーダ８６から構成されている。
【００６８】
制御系９は、先ず、図示しないドライブ（駆動装置）を制御して磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリに記憶されている制御用プログラムを読み出し、読み出した制御用プログラム、あるいはユーザからのコマンドなどに基づいてデジタルスチルカメラ１の全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit ）などよりなる中央制御部９２を備える。
【００６９】
また制御系９は、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにメカニカルシャッタ５２や絞り５６を制御する露出コントローラ９４、ＣＣＤ固体撮像素子１０から画像処理部６６までの各機能部の動作タイミングを制御するタイミング信号生成部（タイミングジェネレータ；ＴＧ）４０を具備した駆動制御部９６、ユーザがシャッタタイミングやその他のコマンドを入力する操作部９８を有する。中央制御部９２は、デジタルスチルカメラ１のバス９９に接続された画像処理部６６、ＣＯＤＥＣ７４、メモリ７２、露出コントローラ９４、およびタイミング信号生成部４０を制御している。
【００７０】
ビデオモニタ８４は、デジタルスチルカメラ１のファインダの役割も担っている。ユーザが操作部９８に含まれるシャッタボタンを押下した場合、中央制御部９２は、タイミング信号生成部４０に対し、シャッタボタンが押下された直後の画像信号を取り込み、その後は画像処理部６６の図示しない画像メモリに画像信号が上書きされないように信号処理系６を制御させる。その後、画像処理部６６の画像メモリに書き込まれた画像データは、ＣＯＤＥＣ７４によって符号化されてメモリ７２に記録される。以上のようなデジタルスチルカメラ１の動作によって、１枚の画像データの取り込みが完了する。
【００７１】
なお、このデジタルスチルカメラ１では、オートフォーカス（ＡＦ）、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）、自動露光（ＡＥ）などの自動制御装置を備えている。これらの制御は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から得られる出力信号を使用して処理する。たとえば、露出コントローラ９４は、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値が中央制御部９２により設定され、その制御値に従って絞り５６を制御する。具体的には、中央制御部９２が画像処理部６６に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値が予め定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り５６の制御値を設定する。
【００７２】
タイミング信号生成部４０は、中央制御部９２により制御され、ＣＣＤ固体撮像素子１０、プリアンプ部６２、Ａ／Ｄ変換部６４、および画像処理部６６の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。操作部９８は、ユーザが、デジタルスチルカメラ１を動作させるとき操作される。
【００７３】
図示した例は、信号処理系６のプリアンプ部６２およびＡ／Ｄ変換部６４を撮像装置モジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部６２やＡ／Ｄ変換部６４を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またＤ／Ａ変換部８２を画像処理部６６内に設ける構成を採ることもできる。
【００７４】
また、タイミング信号生成部４０を撮像装置モジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部４０を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またタイミング信号生成部４０とドライバ（駆動部）４２とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの（ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ）としてもよい。こうすることで、よりコンパクトな（小型の）デジタルスチルカメラ１を構成できる。
【００７５】
また、タイミング信号生成部４０やドライバ（駆動部）４２は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、１つの半導体基板上に回路形成されたＩＣ（Integrated Circuit）として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけでなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、デジタルスチルカメラ１の製造が容易になる。
【００７６】
また、使用するＣＣＤ固体撮像素子１０との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部４０やドライバ（駆動部）４２をＣＣＤ固体撮像素子１０と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいは撮像装置モジュール３内で一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、デジタルスチルカメラ１（の完成品）の製造も容易になる。なお、撮像装置モジュール３は、光学系５からのみ構成されていても構わない。
【００７７】
なお、この図１に示した構成は、デジタルスチルカメラ１の全体的な概要を示したものであり、必ずしも、図示した全ての要素を備えている必要はない。特に、メカニカルシャッタ５２は、後述する各種の駆動制御タイミングを示した実施形態の全てにおいて必要とするものではなく、必要に応じて設ければよい。何れの実施形態でメカニカルシャッタ５２を必要とするかについては、その都度説明する。
【００７８】
＜ＣＣＤ固体撮像素子と周辺部の概要；ＩＬ−ＣＣＤへの適用＞
図２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、このＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する駆動制御部９６の一実施形態とから構成された第１構成例の固体撮像装置２の概略図である。この第１構成例では、センサ部の配列（垂直方向の配列）の間に垂直電荷転送部が配列されたインターライン（InterLine ）方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＬ−ＣＣＤ）１０を４相で駆動する場合を例に採って説明する。
【００７９】
図２において、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、駆動電源４６から、電源電圧ＶＤＤおよびリセットドレイン電圧ＶＲＤが印加され、ドライバ（駆動部）４２にも所定の電圧が供給されるようになっている。
【００８０】
固体撮像装置２を構成するＣＣＤ固体撮像素子１０は、半導体基板２１上に、画素（ユニットセル）に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部（感光部；フォトセル）１１が多数、垂直（列）方向および水平（行）方向において２次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部１１は、受光面から入射した入射光を検知し、その光量（強度）に応じた電荷量の信号電荷を取得（一般的に光電変換といわれる）し、この取得した信号電荷を当該センサ部１１に蓄積する。
【００８１】
またＣＣＤ固体撮像素子１０は、センサ部１１の垂直列ごとにＮ相駆動に対応する複数本の垂直転送電極２４が設けられる垂直ＣＣＤ（Ｖレジスタ部、垂直電荷転送部）１３が配列されている。本例では、４相駆動に対応するべく、２ユニットセル当たり４本の垂直転送電極２４（それぞれに参照子_1，_2，_3，_4を付して示す）が電荷転送部の一例である垂直ＣＣＤ１３上に配列されている。
【００８２】
たとえば、垂直ＣＣＤ１３上（受光面側）には、各列の同垂直位置の垂直ＣＣＤ１３に共通となるように、４種類の垂直転送電極２４が、垂直方向に所定の順序で、センサ部１１の受光面に開口部を形成するように配置されている。垂直転送電極２４は、水平方向に延在するように、すなわち、センサ部１１の受光面側に開口部を形成するようにしつつ、水平方向に横切るように配置される。
【００８３】
４種類の垂直転送電極２４は、１つのセンサ部１１に２つの垂直転送電極２４が対応するように形成され、かつ駆動制御部９６のドライバ（駆動部）４２から供給される４種類の垂直転送パルスΦＶ_1，ΦＶ_2，ΦＶ_3，ΦＶ_4で信号電荷を垂直方向に転送駆動するように構成されている。すなわち、垂直方向に隣接する２つのセンサ部１１を１組にして、４つの垂直転送電極２４にそれぞれ垂直転送パルスΦＶ_1，ΦＶ_2，ΦＶ_3，ΦＶ_4が駆動制御部９６のドライバ（駆動部）４２から印加されるようになっている。
【００８４】
また、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、複数本の垂直ＣＣＤ１３の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直ＣＣＤ１３に隣接して、図の左右方向に延在する水平ＣＣＤ（Ｈレジスタ部、水平電荷転送部）１５が１ライン分設けられている。この水平ＣＣＤ１５は、たとえば２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２に基づく水平転送パルスΦＨ１，ΦＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された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。このため２相駆動に対応する複数本（２本）の水平転送電極２９（２９-1，２９-2）が設けられる。
【００８５】
ここで、図示した例では、垂直方向の４つの電極によって規定される垂直ＣＣＤ１３の一組（１パケット）に対応して、組ごとに４つの垂直転送電極２４が設けられ、その中で、垂直方向の最上部に位置する垂直転送電極２４は、垂直転送パルスΦＶ_1が印加される垂直転送電極２４_1に対応している。さらに１段前（より水平ＣＣＤ１５側）の垂直転送電極２４_2には垂直転送パルスΦＶ_2が印加され、さらに１段前（より水平ＣＣＤ１５側）の垂直転送電極２４_3には垂直転送パルスΦＶ_3が印加され、最も水平ＣＣＤ１５側の垂直転送電極２４_4には垂直転送パルスΦＶ_4が印加される。また、垂直方向の最上部に位置するセンサ部１１は、垂直転送パルスΦＶ_1が印加される垂直転送電極２４_1と垂直転送パルスΦＶ_2が印加される垂直転送電極２４_2に対応している。さらに１段前（より水平ＣＣＤ１５側）のセンサ部１１は、垂直転送パルスΦＶ_3が印加される垂直転送電極２４_3と垂直転送パルスΦＶ_4が印加される垂直転送電極２４_4に対応している。
【００８６】
垂直ＣＣＤ１３の転送方向は図中縦（列）方向であり、この方向に垂直ＣＣＤ１３が設けられ、この方向に直交する方向（水平方向、行方向）に垂直転送電極２４が複数本並べられる。さらに、これら垂直ＣＣＤ１３と各センサ部１１との間には読み出しゲート部１２が介在している。各画素の読み出しゲート部１２上には、４つの垂直転送電極２４_1〜２４_4のうちの垂直転送電極２４_1，２４_3の対応する方が読み出し電極を兼ねるように設けられている。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップ部（ＣＳ）１７が設けられている。これらセンサ部１１、センサ部１１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部１１から読み出しゲート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ１３、読み出しゲート部１２、およびチャネルストップ部（ＣＳ）１７などによって撮像エリア１４が構成されている。
【００８７】
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に読み出しパルスＲＯＧに対応するドライブパルスΦＲＯＧが印加されることにより垂直ＣＣＤ１３に読み出される。このセンサ部１１から垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを、特にフィールドシフトともいう。
【００８８】
垂直ＣＣＤ１３は、４相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ４に基づく垂直転送パルスΦＶ１〜ΦＶ４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水平ＣＣＤ１５側に向かって１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ同時に垂直方向に転送する。この垂直ＣＣＤ１３での水平ＣＣＤ１５側への１ラインずつの信号電荷の垂直転送を、特にラインシフトともいう。
【００８９】
水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力（ＶＯＵＴ）として導出される。以上により、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子１０が構成されている。
【００９０】
また固体撮像装置２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための種々のパルス信号（“Ｌ”レベルと“Ｈ”レベルの２値）を生成するタイミング信号生成部４０と、タイミング信号生成部４０から供給された種々のパルスを所定レベルのドライブパルスにしてＣＣＤ固体撮像素子１０に供給するドライバ（駆動部）４２とを備えている。
【００９１】
たとえば、タイミング信号生成部４０は、水平同期信号（ＨＤ）や垂直同期信号（ＶＤ）に基づいて、ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部１１に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出しパルスＲＯＧ、読み出した信号電荷を垂直方向に転送駆動し水平ＣＣＤ１５に渡すための垂直転送クロックＶ１〜Ｖｎ（ｎは駆動時の相数を示す；たとえば４相駆動時にはＶ４）、垂直ＣＣＤ１３から渡された信号電荷を水平方向に転送駆動し電荷電圧変換部１６に渡すための水平転送クロックＨ１，Ｈ２、およびリセットパルスＲＧなどを生成し、ドライバ（駆動部）４２に供給する。なお、ＣＣＤ固体撮像素子１０が電子シャッタに対応するものである場合には、タイミング信号生成部４０は、電子シャッタパルスＸＳＧもドライバ（駆動部）４２に供給する。
【００９２】
ドライバ（駆動部）４２は、タイミング信号生成部４０から供給された種々のクロックパルスを所定レベルの電圧信号（ドライブパルス）に変換し、あるいは別の信号に変換しＣＣＤ固体撮像素子１０に供給する。たとえば、タイミング信号生成部４０から発せられた４相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ４は、ドライバ（駆動部）４２を介してドライブパルスΦＶ１〜ΦＶ４とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の垂直転送電極（２４_1〜２４_4）に印加されるようになっている。
【００９３】
なお、読み出しパルスＲＯＧはドライバ（駆動部）４２を介して垂直転送クロックＶ１，Ｖ３と組み合わされて、読み出し電圧を含む３値レベルのドライブパルスΦＶ１，ΦＶ３とされ垂直転送電極２４_1，２４_3に印加されるようになっている。
【００９４】
同様に、２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２は、ドライバ（駆動部）４２を介してドライブパルスΦＨ１，ΦＨ２とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の水平転送電極２９_1，２９_2に印加されるようになっている。
【００９５】
ここで、ドライバ（駆動部）４２は、上述のように、読み出しパルスＲＯＧについては、４相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ４の内のＶ１，Ｖ３と組み合わせることで、３値レベルを採る垂直転送パルスΦＶ１，ΦＶ３として、ＣＣＤ固体撮像素子１０に供給する。つまり、垂直転送パルスΦＶ１，ΦＶ３は、本来の垂直転送動作だけでなく、信号電荷の読み出しにも兼用されるようになっている。
【００９６】
このような構成のＣＣＤ固体撮像素子１０の一連の動作を概説すれば以下の通りである。先ず、タイミング信号生成部４０は、垂直転送用の転送クロックＶ１〜Ｖ４や読み出しパルスＲＯＧなどの種々のパルス信号を生成する。これらのパルス信号は、ドライバ（駆動部）４２により所定電圧レベルのドライブパルスに変換された後に、ＣＣＤ固体撮像素子１０の所定端子に入力される。
【００９７】
センサ部１１の各々に蓄積された信号電荷は、タイミング信号生成部４０から発せられた読み出しパルスＲＯＧが読み出しゲート部１２の、４つの垂直転送電極２４_1〜２４_4の内の読み出し電極を兼ねる方の垂直転送電極２４_1，２４_3の対応する方に印加され、読み出し電極下の読み出しゲート部１２のポテンシャルが深くなることにより、当該読み出しゲート部１２を通して垂直ＣＣＤ１３に読み出される。そして、４相の垂直転送パルスΦＶ１〜ΦＶ４に基づいて垂直ＣＣＤ１３が駆動されることで、順次水平ＣＣＤ１５へ転送される。
【００９８】
水平ＣＣＤ１５は、タイミング信号生成部４０から発せられた２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２がドライバ（駆動部）４２により所定電圧レベルに変換された２相の水平転送パルスΦＨ１，ΦＨ２に基づいて、複数本の垂直ＣＣＤ１３の各々から垂直転送された１ラインに相当する信号電荷を順次電荷電圧変換部１６側に水平転送する。
【００９９】
電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５から順に注入される信号電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、この蓄積した信号電荷を信号電圧に変換して、たとえば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介して、タイミング信号生成部４０から発せられたリセットパルスＲＧの制御の元に撮像信号（ＣＣＤ出力信号）ＶＯＵＴとして出力する。
【０１００】
すなわち上記ＣＣＤ固体撮像素子１０においては、センサ部１１を縦横に２次元状に配置してなる撮像エリア１４で検出した信号電荷を、各センサ部１１の垂直列に対応して設けられた垂直ＣＣＤ１３により水平ＣＣＤ１５まで垂直転送し、この後、２相の水平転送パルスΦＨ１，ΦＨ２に基づいて、信号電荷を水平ＣＣＤ１５により水平方向に転送するようにしている。そして、電荷電圧変換部１６にて水平ＣＣＤ１５からの信号電荷に対応した信号電圧に変換してから出力するという動作を繰り返す。
【０１０１】
＜ＣＣＤ固体撮像素子と周辺部の概要；ＦＩＴ−ＣＣＤへの適用＞
図３は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、このＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する駆動制御部９６の一実施形態とから構成された第２構成例の固体撮像装置２の概略図である。
【０１０２】
第１構成例では、ＣＣＤ固体撮像素子１０として、インターライン転送（InterLine Transfer）方式のＩＬ−ＣＣＤを用いた事例で説明したが、ＩＬ−ＣＣＤの下部に１フィールド分の信号電荷を蓄積するための遮光された蓄積領域３００を備えたフレームインターライン転送（Flame InterLine Transfer）方式のＦＩＴ−ＣＣＤをＣＣＤ固体撮像素子１０として用いても、センサ部１１から垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しや垂直ＣＣＤ１３におけるラインシフト動作は殆ど同じであり、信号電荷の読み出しと垂直転送（ラインシフト）に関わる後述する各実施形態の駆動制御の内、ＩＬ−ＣＣＤに適用するものについては、ＦＩＴ−ＣＣＤにも概ね同様に適用することができる。
【０１０３】
すなわち、ＦＩＴ−ＣＣＤでは、垂直ブランキング期間に垂直ＣＣＤ１３に読み出された信号電荷は高速の垂直転送パルスΦＶＶを用いて蓄積領域３００に転送される。この後、水平ブランキング期間に第１構成例での垂直転送パルスΦＶと同様速度の垂直転送パルスΦＶを用いて、蓄積領域３００から１水平ラインずつ水平ＣＣＤ１５に送り込まれるラインシフト動作が行なわれる。
【０１０４】
＜ＣＣＤ固体撮像素子と周辺部の概要；ＰＳ−ＣＣＤへの適用＞
図４は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、このＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する駆動制御部９６の一実施形態とから構成された第３構成例の固体撮像装置２の概略図である。この第３構成例では、ＣＣＤ固体撮像素子１０として、全画素読み出し（ＰＳ；Progressive Scan）方式のＣＣＤ固体撮像素子１０（ＰＳ−ＣＣＤ）を使用するものである。
【０１０５】
全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子１０の画素構造としては、たとえば参考文献１に、３層電極３相駆動のものが提案されている。この参考文献１に記載の全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子は、読み出し電極を兼ねる３層目の転送電極が有効画素領域中において水平方向に延在した構造となっている。ただし、３層構造とするには、３層ポリシリコンプロセスにより各画素に３枚の転送電極を配置する高度な微細化技術の導入が必要であり、製造コストが嵩むという難点がある。
【０１０６】
参考文献１；「１／２インチ３３万画素正方格子全画素読み出し方式ＣＣＤ撮像素子」、テレビジョン学会技術報告  情報入力、情報ディスプレイ１９９４年１１月、ｐ７−１２
【０１０７】
以下、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子１０を使用する場合の固体撮像装置２の構成の概要について、図２に示したインターライン方式のＣＣＤ固体撮像素子１０との相違点を中心に簡単に説明する。
【０１０８】
全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子１０は、センサ部１１の垂直列ごとに３相駆動に対応する３本の垂直転送電極２４（それぞれに参照子_1，_2，_3を付して示す）が設けられる垂直ＣＣＤ（Ｖレジスタ部、垂直電荷転送部）１３が配列されている。インターライン方式のＣＣＤ固体撮像素子１０では、２ユニットセル当たり４本の垂直転送電極２４が電荷転送部の一例である垂直ＣＣＤ１３上に配列されているのに対して、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子１０では、１ユニットセル当たり３本の垂直転送電極２４が垂直ＣＣＤ１３上に配列される点が大きく異なる。
【０１０９】
また、任意の感度モザイクパターンを電子シャッタ機能を用いて実現するべく、さらに垂直転送電極２４の電極配置構造を工夫する。一例としては、国際公開第ＷＯ２００２／０５６６０３号パンフレットの図２５〜図３２に記載の仕組みを採用する。あるいは、特開平２００４−１７２８５８号公報の図１１〜図１４に記載の仕組みを採用する。ここでは、それらの電極配置構造の具体的な仕組みについては説明を割愛する。
【０１１０】
＜モザイクパターン配列＞
図５〜図７は、色・感度モザイク画像を構成する画素の色成分および感度の配列パターン（以下、色・感度モザイクパターンと記述する）の基本構成を説明する図である。なお、色・感度モザイクパターンを構成する色の組合せとしては、Ｒ（赤），Ｇ（緑），およびＢ（青）からなる３色の組合せの他、Ｙ（黄），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），およびＧ（緑）からなる４色の組合せがある。
【０１１１】
なお、図５〜図７においては、各正方形が１画素に対応しており、英文字がその色を示し、英文字の添え字としての数字がその感度の段階を示している。たとえば、Ｇ１と表示された画素は、色がＧ（緑）であって感度がＳ１であることを示している。また、感度については数字が大きいほど、より高感度であるとする。
【０１１２】
色・感度モザイクパターンの基本は、以下に示す第１〜第４の特徴によって分類することができる。なお、図５は、第１の特徴を呈する色・感度モザイクパターンＰ１を示す図である。図６は、第２の特徴を呈する色・感度モザイクパターンＰ２を示す図である。図７は、第４の特徴を呈する色・感度モザイクパターンＰ４を示す図である。
【０１１３】
第１の特徴は、同一の色および感度を有する画素に注目した場合、それらが格子状に配列されており、かつ、感度に拘わらず同一の色を有する画素に注目した場合、それらが格子状に配列されていることである。
【０１１４】
たとえば、図５に示す色・感度モザイクパターンＰ１において、感度に拘わらず色がＲである画素に注目した場合、図面を右回りに４５度だけ回転させた状態で見れば明らかなように、それらは、水平方向には２＾１／２（“＾”はべき乗を示す）の間隔で、垂直方向には２＾３／２の間隔で格子状に配置されている。また、感度に拘わらず色がＢである画素に注目した場合、それらも同様に配置されている。感度に拘わらず色がＧである画素に注目した場合、それらは、水平方向および垂直方向に２＾１／２の間隔で格子状に配置されている。
【０１１５】
特に、この図５に示す色・感度モザイクパターンＰ１は、奇数ラインの全てが高感度画素とされ、偶数ラインの全てが低感度画素とされており、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垂直ＣＣＤ１３に独立に読み出すようにすれば、フィールドごとに高感度画素信号と低感度画素信号とを独立に読み出すことができる利点がある。
【０１１６】
第２の特徴は、第１の特徴を有しており、さらに、３種類の色が用いられていて、それらがベイヤ配列をなしていることである。たとえば、図６に示す色・感度モザイクパターンＰ２において、感度に拘わらず色がＧである画素に注目した場合、それらは１画素おきに市松状に配置されている。感度に拘わらず色がＲである画素に注目した場合、それらは１ラインおきに配置されている。また、感度に拘わらず色がＢである画素に注目した場合も同様に、１ラインおきに配置されている。したがって、このパターンＰ２は、画素の色だけに注目すれば、ベイヤ配列であるといえる。
【０１１７】
第３の特徴は、同一の色および感度を有する画素に注目した場合、それらが格子状に配列されており、かつ、色に拘わらず同一の感度を有する画素に注目した場合、それらが格子状に配列されており、かつ、任意の画素に注目した場合、その画素とその上下左右に位置する４画素の合計５画素が有する色の中に、当該色・感度モザイクパターンに含まれる全ての色が含まれることである。また、第４の特徴は、第３の特徴を有しており、さらに、同一の感度を有する画素に注目した場合、それらの配列がベイヤ（Bayer ）配列をなしていることである。
【０１１８】
たとえば、図７に示す色・感度モザイクパターンＰ４において、感度Ｓ０の画素だけに注目した場合、図面を斜め４５度だけ傾けて見れば明らかなように、それらは２＾１／２の間隔を空けてベイヤ配列をなしている。また、感度Ｓ１の画素だけに注目した場合も同様に、それらは２＾１／２の間隔を空けてベイヤ配列をなしている。
【０１１９】
なお、ここで示した第１、第２、および第４の特徴を有する色・感度モザイクパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ４は、その一例を示したに過ぎず、たとえば国際公開第ＷＯ２００２／０５６６０３号パンフレットの図８〜図１８に示されているように、種々のパターン（配列）を採ることができる。
【０１２０】
ここで、ＣＣＤ固体撮像素子１０において、色・感度モザイクパターンのうち、色モザイクパターンについては、ＣＣＤ固体撮像素子１０の受光素子（センサ部１１）の上面に、画素ごとに異なる色の光だけを透過させるオンチップカラーフィルタを配置することによって実現する。
【０１２１】
一方、色・感度モザイクパターンのうち、高感度画素信号と低感度画素信号を得るための感度モザイクパターンについては、本実施形態では、電荷生成部から垂直転送部へ信号電荷を読み出す時間の違いを利用した露光時間の制御によって、つまり露光時間の違いを利用して、高感度画素信号と低感度画素信号の取得を実現する。また特に、本実施形態においては、垂直転送部に読み出した信号電荷を転送せずに保持したままとしておくことに起因する暗電流の問題を改善するように制御する点に大きな特徴を有している。
【０１２２】
そのための露光制御手法としては、使用するＣＣＤ固体撮像素子１０の方式がＩＬ−ＣＣＤ（もしくはＦＩＴ−ＣＣＤ）および全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子の何れであるのかや、メカニカルシャッタ５２を備えるか否かによって、様々な態様を採ることができる。以下具体的に説明する。
【０１２３】
＜感度モザイクパターンの電子的な形成方法；第１実施形態＞
図８は、垂直ＣＣＤ１３中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第１実施形態を説明する図である。また、図９は、第１実施形態の駆動制御手法に対する変形例を示す図である。なお、露出動作中に受光される光強度は変化しないものとする。この点は、後述する他の実施形態でも同様である。
【０１２４】
この第１実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法では、ＣＣＤ固体撮像素子１０として図４に示した全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を採用し、また図１に示したメカニカルシャッタ５２は使用しない。適用可能な感度モザイクパターンは、図５〜図７に示した第１、第２、および第４の特徴を有する色・感度モザイクパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ４の何れであってもよい。
【０１２５】
ここで、図８（Ａ）および図９（Ａ）は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の電子的な全露光期間｛つまり基板に電荷掃き出しパルス（電子シャッタパルス）を供給してセンサ部１１に蓄積された電荷を基板に掃き出してからセンサ部１１で信号電荷の蓄積を開始した後、センサ部１１に蓄積された電荷を最後に垂直ＣＣＤ１３に読み出すまでの期間｝を示している。露光期間に可視光帯域の所定の波長成分（オンチップカラーフィルタの色成分による）がセンサ部１１に入射し、センサ部１１にて光電変換がなされて信号電荷がそのセンサ部１１に蓄積される。図８（Ｂ）および図９（Ｂ）は、垂直転送電極２４へ電荷転送を指令する制御電圧が与えられるタイミングを示している。
【０１２６】
図８（Ｃ）および図９（Ｃ）は、短時間露光が適用される低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに対し、電荷読み出しを指令するパルス電圧のタイミングを示している。図８（Ｄ）および図９（Ｄ）は、短時間露光および電荷読み出しパルス電圧が与えられることに対応して低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに蓄積される電荷量の変化を示している。
【０１２７】
図８（Ｅ）および図９（Ｅ）は、長時間露光が適用される高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに対し、電荷読み出しを指令するパルス電圧のタイミングを示している。図８（Ｆ）および図９（Ｆ）は、長時間露光および電荷読み出しパルス電圧が与えられることに対応して高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに蓄積される電荷量の変化を示している。
【０１２８】
なお、図示を割愛するが、ＣＣＤ固体撮像素子１０の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに対しては、共通して、電荷掃き出しパルス（電子シャッタパルス）ΦＶsub も供給されるようになっている。この電荷掃き出しパルスΦＶsub は、電子的な露光期間以外の所定期間において、各センサ部１１から電荷を掃き出しさせる（リセットさせる）ように供給される。
【０１２９】
この第１実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法としては、短時間露光により低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出した後、さらに高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行し、所定時間後に、長時間露光により高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出して、この読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３で即時に転送する第３の手法を採ることができる。
【０１３０】
つまり、低感度画素信号を取得するべく、全露光期間を前半部と後半部とに分け、全露光期間の前半部と後半部の境界で、少なくとも低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出し、全露光期間の後半部では露光を継続し電子的な全露光期間の最終タイミングで、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで生成された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出して、これらの垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３で転送する。そして、この際、最低でも、高感度画素信号用の信号電荷に関しては、その信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す都度、読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に滞留させておくことなく電荷転送を行なうようにする点に特徴を有している。
【０１３１】
後述する第４実施形態やそれに対する変形例、第５実施形態（第１例）、第５実施形態（第２例）との比較においては、露光・蓄積時間の短い低感度画素信号用の信号電荷の取得を全露光期間の前半部に行なう点に特徴を有する。また、後述する第６実施形態（第１例）およびそれに対する変形例と第６実施形態（第２例）およびそれに対する変形例との比較においては、露光・蓄積時間の長い高感度画素信号用の信号電荷の取得を電子的な全露光期間の終了時に１回で行なう点に特徴を有する。
【０１３２】
すなわち、電子的な全露光期間中（ｔ１０〜ｔ４０）の所定タイミングで露光を継続させたままで低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ１）を供給することで、短時間露光により低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す（ｔ２０）。
【０１３３】
この後さらに、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行し、所定時間後の電子的な全露光期間（ｔ１０〜ｔ４０）の最終タイミングｔ４０で、つまり電子的な露光が完了する時点ｔ４０に、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ２）を供給して、長時間露光により高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにて取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す。垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出す時点ｔ４０で電子的な露光が完了する。
【０１３４】
また、図８に示す第１実施形態の駆動制御手法は、全露光期間の前半部に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出したｔ２０の後の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて信号電荷の蓄積を続行している期間（ｔ２０〜ｔ４０）の一部または全体で、全露光期間の前半部の最終タイミングで垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光による低感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３にて水平ＣＣＤ１５側にラインシフトして低感度画素信号用として使用する第１の手法を採用している点に特徴を有する。特に、後述する第２実施形態およびそれに対する変形例との比較では、電子的な全露光期間の“後半部の一部または全体”で、低感度画素信号用の信号電荷をラインシフトしておく点に特徴がある。
【０１３５】
なお好ましくは、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出すために電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ１）を対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に供給する直前（ｔ１６〜ｔ１８）に、露光期間中（低感度画素信号用のセンサ部１１ｌへの信号電荷蓄積中）に垂直ＣＣＤ１３中に生じるスミア成分や暗電流成分などに起因した電荷をＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくのがよい。
【０１３６】
そのためには、たとえば、垂直ＣＣＤ１３を高速に空転送しておくとよい。通常の信号電荷のラインシフトとは異なり、この電荷は出力信号には使わないため、垂直ＣＣＤ１３の転送効率などをあまり気にする必要はないので、垂直ＣＣＤ１３を駆動するための駆動パルスの振幅の低下や波形の歪みなどをあまり気にしなくてもよく、このような高速転送は可能である。短時間露光期間中（低感度画素信号用のセンサ部１１ｌへの信号電荷蓄積中）に垂直ＣＣＤ１３中に生じるスミア成分や暗電流成分などをＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てた後に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出すので低スミア、低暗電流であり、ブルーミングの問題を抑制することもできる。また、短時間露光期間中（低感度画素信号用のセンサ部１１ｌへの信号電荷蓄積中）に垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０１３７】
ここで、この第１実施形態の駆動制御手法の場合、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に高感度信号電荷（高感度画素信号用の信号電荷）を読み出すタイミングｔ４０の前に、短時間露光で取得した低感度信号電荷（低感度画素信号用の信号電荷）の全ライン分のラインシフト動作を完了させておく必要がある。
【０１３８】
そのためには、短時間露光による信号電荷の全ライン分の通常速度でのラインシフト動作を完了させてから長時間露光による信号電荷のラインシフト動作を開始させる第４の手法を採ることができる。この場合、短時間露光で取得した低感度信号電荷（低感度画素信号用の信号電荷）の全ライン分のラインシフト動作が完了するまで長時間露光による信号電荷の読み出しを行うことができない。その結果として、全露光期間の前半部で低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出したｔ２０の後の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて信号電荷の蓄積を続行している全露光期間の後半部の時間を、短時間露光による信号電荷の全ライン分の通常速度でのラインシフト動作が完了するのに必要な時間よりも短くすることができなくなってしまう。また、全体の信号取得までの時間も掛かってしまう。図８に示す駆動制御タイミングは、この第４の手法を示している。
【０１３９】
これに対して、全露光期間の前半部で低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出したタイミングｔ２０の後の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて信号電荷の蓄積を続行している全露光期間の後半部の時間を短くするべく、先に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光による全ライン分の信号電荷を、通常速度よりも高速にラインシフト動作させることで、長時間露光による信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出すまでに、短時間露光による信号電荷の全ライン分のラインシフト動作を完了させておく第５の手法を採ることもできる。
【０１４０】
先に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光による全ライン分の信号電荷を、通常速度よりも高速にラインシフト動作をさせるためには、たとえば水平ＣＣＤ１５を通常よりも高速で駆動する方法を用いることができる。
【０１４１】
また、水平ＣＣＤ１５を複数本配置し、たとえば水平ブランキング期間ごとに複数ラインのラインシフト（垂直転送）動作を行なう方法を用いることもできる。
【０１４２】
また、ＣＣＤ固体撮像素子１０をＦＩＴ−ＣＣＤとし、垂直ブランキング期間に垂直ＣＣＤ１３に読み出された信号電荷を高速の垂直転送パルスΦＶＶを用いて垂直ＣＣＤ１３から蓄積領域３００に高速転送することで、全露光期間の前半部に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出したｔ２０の後の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて信号電荷の蓄積を続行している全露光期間の後半部の時間を短くすることもできる。
【０１４３】
ここで、この第１実施形態では、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部の最終タイミングｔ２０で低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷が実際に低感度画素信号用に使用される。したがって、高感度画素の感度ＳHigh と低感度画素の感度ＳLowの比Ｓratio （＝ＳHigh／ＳLow ）は、（ｔ４０−ｔ１０）／（ｔ２０−ｔ１０）となる。低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への読み出し時点ｔ２０を調整すれば感度比Ｓratio を調整することができる。
【０１４４】
このような第１実施形態の駆動制御手法を採用すると、電子的な全露光期間（ｔ１０〜ｔ４０）の内の所定時間の露光（短時間露光）を行なって低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて信号電荷の生成を行なった後にその低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出すと直ぐにその信号電荷を水平ＣＣＤ１５側にラインシフト（垂直転送）するので、垂直ＣＣＤ１３内に信号電荷を保持しておいたままで露光を継続するということがない。読み出した低感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持し転送停止としておかないので、低感度画素信号はその分低暗電流であり、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光による信号電荷を垂直転送しないことに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０１４５】
すなわち、高感度画素信号取得のための電子的な全露光期間の後半部の露光期間内に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を水平ＣＣＤ１５側にラインシフトすることで、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとしておくことがない。よって、電子的な全露光期間の後半部において、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光による信号電荷を垂直転送しないことに起因する暗電流成分の電荷が短時間露光による信号電荷に重畳されてしまうという現象は生じない。
【０１４６】
また、電子的な全露光期間の最終タイミングｔ４０で高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから読み出した信号電荷に関しては、直ぐにラインシフト動作を開始させるので（ｔ４２）、長時間露光で取得される高感度画素信号用の信号電荷も垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとしないので、高感度画素信号もその分低暗電流であり、長時間露光で取得された高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０１４７】
つまり、この第１実施形態の駆動制御手法では、短時間露光による信号電荷および長時間露光による信号電荷の双方について、読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持し転送停止としておかないので、暗電流および白点のレベルや個数の低減効果が非常に高い。
【０１４８】
加えて、垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０１４９】
ただし、第１実施形態の駆動制御手法では、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで長時間露光による信号電荷を蓄積している間に、短時間露光による信号電荷をラインシフトして水平ＣＣＤ１５側に転送して、その信号電荷を出力信号として使うことになるので、たとえメカニカルシャッタ５２を併用したとしても、高輝度部分での入射光の垂直ＣＣＤ１３への漏れによる電荷に起因した縦筋（つまりスミア現象）が低感度画素信号に生じ得る。
【０１５０】
一方、高感度画素信号については、信号電荷を出力信号に使うためのラインシフト期間（ｔ４２〜）は、露光を継続する必要がないので、メカニカルシャッタ５２を併用すれば、露光を停止した状態でラインシフトを行なうことができ、その間はＣＣＤ固体撮像素子１０への光の入射がなく、原理的に、ラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全に無くすことができる（後述する図１４を参照）。
【０１５１】
＜第１実施形態に対する変形例＞
なお、駆動制御タイミングの考え方としては、電子的な全露光期間の“後半部の一部または全体”で、先に全露光期間中の所定タイミングで低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出したおいた低感度画素信号用の信号電荷を水平ＣＣＤ１５側にラインシフトするという第１の手法を実施することなく、前述の第３の手法だけを実施することも考えられる。
【０１５２】
この場合、電子的な全露光期間の最終タイミングの直後に、先に読み出しておいた低感度画素信号用の信号電荷の電荷転送を開始することになる。（ｔ４２）ここでは、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を使用するので、第１実施形態に対する変形例の駆動制御手法を示した図９のように、電子的な全露光期間の最終タイミングｔ４０で、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出し、この読み出した高感度画素信号用の信号電荷を、全露光期間の前半部と後半部の境界である時点ｔ２０にて先に読み出しておいた低感度画素信号用の信号電荷とともに、纏めて、ラインシフトする。
【０１５３】
このような第１実施形態に対する変形例の駆動制御手法を採用すると、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出すことで電子的な露光を完了させた直後に、長時間露光による高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出して即時にラインシフト動作を開始させるので（ｔ４２）、少なくとも長時間露光で取得される高感度画素信号用の信号電荷については、垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとしないので、その分低暗電流であるし、長時間露光で取得された高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０１５４】
特許文献４，５に記載のタイミングでは、垂直転送部に読み出した高感度画素信号用および低感度画素信号用の双方の信号電荷をその垂直転送部内に滞留させたままである期間が存在する（１回目の読み出し以降の期間）のに対して、この第１実施形態の変形例では、少なくとも高感度画素信号用の信号電荷に関しては、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出すと、垂直ＣＣＤ１３内に滞留させたままとはせずに即時にラインシフトを開始するので、少なくとも高感度画素信号のＳ／Ｎを特許文献４，５に記載の仕組みよりも改善できる点で違いがある。
【０１５５】
なお、低感度画素信号用の信号電荷については読み出した信号電荷を電荷転送部内に滞留させておくことを許容しつつ、高感度画素信号の方に関しては、読み出した信号電荷を電荷転送部内に滞留させておくことなく確実に電荷転送しておくことが望ましいのは、以下の理由による。
【０１５６】
すなわち、取得した高感度画素信号と低感度画素信号とを使い分けてダイナミックレンジを拡大するＳＶＥによる合成処理を行なう際には、各感度画素信号が閾値を超えるか否かの有効性判定を行ない、無効画素の画素値を、その近傍の有効画素の画素値を用いて補間する。よって、高感度画素信号に諧調が有り、低感度画素信号がノイズに埋もれ易い低輝度側では、低感度画素信号の方が無効となる画素が多く、高感度の画素値を用いた補間処理がなされる画素数が増える。
【０１５７】
よって、電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷をその電荷転送部内に滞留させたままの状態にしておくことに起因する暗電流や点欠陥などの不要電荷に起因したＳ／Ｎ低下の問題を受けないように補間処理をするには、有効画素が多くなる高感度画素信号の方に関して、電荷生成部から電荷転送部に読み出した信号電荷を、その電荷転送部内に滞留させておくことなく、読み出しの都度、確実に電荷転送しておく方がよいことになる。
【０１５８】
＜感度モザイクパターンの電子的な形成方法；第２実施形態＞
図１０は、垂直ＣＣＤ１３中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第２実施形態を説明する図である。また、図１１は、第２実施形態の駆動制御手法に対する変形例を示す図である。
【０１５９】
この第２実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法は、後述する第４実施形態やそれに対する変形例、第５実施形態（第１例）、第５実施形態（第２例）との比較においては、露光・蓄積時間の短い低感度画素信号用の信号電荷の取得を全露光期間の前半部に行なう点に特徴を有する。また、メカニカルシャッタ５２を使用する点に特徴を有する。
【０１６０】
この第２実施形態の駆動制御手法では、水平ラインごと（配列ごと）に読み出し電極を兼ねる垂直転送電極２４が配置された図２に示したＩＬ−ＣＣＤもしくは図３に示したＦＩＴ−ＣＣＤをＣＣＤ固体撮像素子１０として採用し、また図１に示したメカニカルシャッタ５２を使用する。
【０１６１】
基本的には、メカニカルシャッタ５２を使用することで可視光のセンサ部１１への入射を制御してセンサ部１１への信号電荷の蓄積を制御するとともに、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垂直ＣＣＤ１３に読み出すことで各画素の信号電荷を独立に垂直ＣＣＤ１３で転送するいわゆるフレーム読み出し方式を用いる。
【０１６２】
この際、タイミング信号生成部４０は、可視光のセンサ部１１への入射を制御するべくメカニカルシャッタ５２の開閉を制御するし、また奇数ラインのセンサ部１１ｏおよび偶数ラインのセンサ部１１ｅへの信号電荷の蓄積、偶／奇ライン別のセンサ部１１から垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出し、並びに偶／奇ライン別に垂直ＣＣＤ１３に読み出した偶／奇ライン別の信号電荷のラインシフトを制御する。
【０１６３】
この第２実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法では、電荷蓄積時間が偶数／奇数のライン別に制御されるので、適用可能な感度モザイクパターンは、図５に示した第１の特徴を有する色・感度モザイクパターンＰ１となる。すなわち、色・感度モザイクパターンＰ１では、奇数ラインの全てが高感度画素とされ、偶数ラインの全てが低感度画素とされており、このように水平ラインごとに感度が変わるような感度モザイクパターンを実現するためには、タイミング信号生成部４０は、水平ラインごとに異なる読み出しパルスＲＯＧ１，ＲＯＧ２を供給して、それぞれの信号電荷を独立に垂直ＣＣＤ１３に読み出し、この独立に垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３で水平ＣＣＤ１５側に独立に転送するように制御すればよい。
【０１６４】
ここで、図１０（Ａ）および図１１（Ａ）は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の電子的な露光期間を示している。図１０（Ｂ）および図１１（Ｂ）は、メカニカルシャッタ５２の開閉を指令するパルス電圧のタイミングを示している。メカニカルシャッタ５２が開放されている全露光期間（つまり電磁波の一例である光のセンサ部１１への入射可能期間）に可視光帯域の所定の波長成分（オンチップカラーフィルタの色成分による）がセンサ部１１に入射し、センサ部１１にて光電変換がなされて信号電荷がそのセンサ部１１に蓄積される。図１０（Ｃ）および図１１（Ｃ）は、垂直転送電極２４へ電荷転送を指令する制御電圧が与えられるタイミングを示している。
【０１６５】
図１０（Ｄ）および図１１（Ｄ）は、奇数ラインおよび偶数ラインの内の短時間露光が適用される方のラインのセンサ部１１に対し、電荷読み出しを指令するパルス電圧のタイミングを示している。図１０（Ｅ）および図１１（Ｅ）は、短時間露光および電荷読み出しパルス電圧が与えられることに対応しセンサ部１１に蓄積される電荷量の変化を示している。
【０１６６】
図１０（Ｆ）および図１１（Ｆ）は、奇数ラインおよび偶数ラインの内の長時間露光が適用される方のラインのセンサ部１１に対し、電荷読み出しを指令するパルス電圧のタイミングを示している。図１０（Ｇ）および図１１（Ｇ）は、長時間露光および電荷読み出しパルス電圧が与えられることに対応しセンサ部１１に蓄積される電荷量の変化を示している。
【０１６７】
この第２実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法は、全露光期間の前半部に短時間露光により低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出した後、この１回目の読み出し以降には、読み出した低感度画素信号用の信号電荷をラインシフトせずにおき、さらに高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行し、メカニカルシャッタ５２を閉じた後に、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで生成された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出して、この読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３で転送するとともに、先に垂直ＣＣＤ１３に読み出した低感度画素信号に対応する信号電荷を垂直ＣＣＤ１３で転送する点に特徴を有する。
【０１６８】
この第２実施形態の駆動制御手法では、所定の全露光期間終了時にメカニカルシャッタ５２を閉じ、このメカニカルシャッタ５２を閉じた後に、先に垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光による信号電荷を垂直ＣＣＤ１３にてラインシフトして水平ＣＣＤ１５側に読み出し、その後、長時間露光により高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出して垂直ＣＣＤ１３でラインシフトする。
【０１６９】
すなわち、先ず、奇数ラインと偶数ラインの各センサ部１１ｏ，１１ｅに対する制御タイミングをそれぞれ違えることにより、同じ露光期間中（センサ部１１への信号電荷蓄積中）に奇数ラインのセンサ部１１ｏから読み出される蓄積電荷量と、偶数ラインのセンサ部１１ｅから読み出される蓄積電荷量が異なるように設定する。
【０１７０】
ここで、ＣＣＤ固体撮像素子１０における色・感度モザイクパターンとして、図５に示す第１の特徴を呈する色・感度モザイクパターンＰ１を用いた場合には、奇数ラインが２つの感度パターンＳ０，Ｓ１の内の高感度パターンを持つものとなり、偶数ラインが２つの感度パターンＳ０，Ｓ１の内の低感度パターンを持つものとなる。
【０１７１】
したがって、図１０（Ｄ）は、２つの感度パターンＳ０，Ｓ１の内の低感度パターンを持つ低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに対し、電荷読み出しを指令するパルス電圧ＲＯＧ１のタイミングを示すことになる。また、図１０（Ｅ）は、メカニカルシャッタ５２の開き指示および電荷読み出しパルス電圧ＲＯＧ１が与えられることに対応して低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに蓄積される電荷量の変化を示すことになる。
【０１７２】
また、図１０（Ｆ）は、２つの感度パターンＳ０，Ｓ１の内の高感度パターンを持つ高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに対し、電荷読み出しを指令するパルス電圧ＲＯＧ２のタイミングを示すことになる。また、図１０（Ｇ）は、メカニカルシャッタ５２の開き指示および電荷読み出しパルス電圧ＲＯＧ２が与えられることに対応して高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに蓄積される電荷量の変化を示すことになる。
【０１７３】
この場合、図１０（Ｅ）と図１０（Ｇ）との比較から分かるように、同一の画像を同一の露光時間（メカニカルシャッタ５２の開放期間；ｔ１２〜ｔ２８）で撮像したとき、メカニカルシャッタ５２を閉じた後の蓄積信号電荷量は図１０（Ｅ）に示す低感度画素信号用のセンサ部１１ｌよりも図１０（Ｇ）に示す高感度画素信号用のセンサ部１１ｈの方が多く、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈの方が高感度である。もちろん、メカニカルシャッタ５２の開放期間（ｔ１２〜ｔ２８）を調整することで、全体の露光量を調整することもできる。
【０１７４】
以上のように、奇数ラインと偶数ラインの各センサ部１１について、高感度画素あるいは低感度画素が混在せずに配列されていれば、各ラインのセンサ部１１に対する制御タイミングをそれぞれ違えることにより、同じ露光期間（センサ部１１への信号電荷蓄積期間）中に奇数ラインのセンサ部１１ｏから読み出される蓄積電荷量と、偶数ラインのセンサ部１１ｅから読み出される蓄積電荷量、すなわち感度が異なるように設定することができる。
【０１７５】
すなわち、駆動制御部９６は、電子的な全露光期間内（ｔ１０〜ｔ４０）における所定期間（ｔ１２〜ｔ２８）に、メカニカルシャッタ５２を開き、被写体Ｚからの光Ｌが、メカニカルシャッタ５２およびレンズ５４を透過し絞り５６により調整されて適度な明るさでＣＣＤ固体撮像素子１０に入射するように制御し、メカニカルシャッタ５２が開放されている期間にセンサ部１１への信号電荷の蓄積が行なわれ、所定期間経過後の時点ｔ２８にてメカニカルシャッタ５２を閉じることでセンサ部１１への信号電荷の蓄積を停止させる。
【０１７６】
電荷転送電圧は、期間ｔ１０〜ｔ３２以外においては、必要に応じて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに対し共通して垂直ＣＣＤ１３（Ｖレジスタ）に電荷を転送させるための波形電圧が供給されるのであるが、期間ｔ１０〜ｔ３２においては、垂直ＣＣＤ１３での電荷の転送が停止されるように垂直転送電極２４に電荷転送電圧は供給されない。
【０１７７】
ここで、この第２実施形態では、電荷読み出しパルス電圧は、奇数ラインと偶数ラインの各センサ部１１に対して異なるタイミングで供給される。たとえば、全露光期間中（ｔ１２〜ｔ２８）の所定タイミングで露光を継続させたままで低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ１）を供給することで、短時間露光により低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す（ｔ２０）。
【０１７８】
なお好ましくは、偶数ラインのセンサ部１１ｅに電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ１）を供給する直前（ｔ１６〜ｔ１８）に、露光期間（低感度画素信号用のセンサ部１１ｌへの信号電荷蓄積期間）中に垂直ＣＣＤ１３中に生じる暗電流などに起因した電荷をＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくのがよい。この点は第１実施形態およびそれに対する変形例と同様である。
【０１７９】
この後さらに、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行し、所定時間後の電子的な露光期間（ｔ１０〜ｔ４０）の最終タイミングで、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ２）を供給して、長時間露光により高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにて取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す（ｔ４０）。
【０１８０】
また、メカニカルシャッタ５２を閉じた時点ｔ２８の後に、垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光による信号電荷を垂直ＣＣＤ１３にてラインシフトして水平ＣＣＤ１５側に読み出す。その結果として、偶数ラインの低感度画素のみからなる１フィールド分の画像を表す撮像信号が電荷電圧変換部１６から出力されるようになる。さらにその後、長時間露光により高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトする。その結果として、奇数ラインの高感度画素のみからなる１フィールド分の画像を表す撮像信号が電荷電圧変換部１６から出力されるようになる。
【０１８１】
奇数ラインの高感度画素のみからなる１フィールド分の画像と、偶数ラインの低感度画素のみからなる１フィールド分の画像を独立に取得できるし、奇数ラインの高感度画素のみからなる１フィールド分の画像を先に出力された偶数ラインの低感度画素のみからなる１フィールド分の画像と合成すれば、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像が得られる。
【０１８２】
つまり、第２実施形態では、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤにおいて、メカニカルシャッタ５２を開放して奇数ラインと偶数ラインの各センサ部１１に同時に露光・蓄積を開始し、所定時間経過後にメカニカルシャッタ５２を開いたままで奇数ラインおよび偶数ラインの内の一方のセンサ部１１から垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出して、さらに所定時間経過後にメカニカルシャッタ５２を閉じた全露光期間完了後に奇数ラインおよび偶数ラインの内の他方のセンサ部１１から垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出して、この読み出したそれぞれの信号電荷を独立に垂直ＣＣＤ１３で転送する。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垂直ＣＣＤ１３に独立に読み出して、この読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３で水平ＣＣＤ１５側に転送することで、高感度画素の信号と低感度画素の信号とを独立に取得できる。もちろん、センサ部１１から垂直ＣＣＤ１３に先に読み出す方のラインの方が露光・蓄積期間が短いので、低感度画素になる。
【０１８３】
つまり、この第２実施形態でも、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部の最終タイミングｔ２０で低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷が実際に低感度画素信号用の出力信号として使用される。ただし、メカニカルシャッタ５２を使用しているので、実際に光が高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに入射するのは電子的な露光期間ｔ１０〜ｔ４０ではなく、メカニカルシャッタ５２が開いているｔ１２〜ｔ２８に制限される。したがって、高感度画素の感度ＳHigh と低感度画素の感度ＳLowの比Ｓratio （＝ＳHigh／ＳLow ）は、（ｔ２８−ｔ１２）／（ｔ２０−ｔ１２）となる。低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への読み出し時点ｔ２０を調整すれば感度比Ｓratio を調整することができる。
【０１８４】
全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子ではなく、メカニカルシャッタ５２を併用することにより、インターライン転送型もしくはフレームインターライン転送型のＣＣＤ固体撮像素子でもＳＶＥ撮像を実現することができ、画素サイズの微細化が可能になる。また、インターライン転送型もしくはフレームインターライン転送型のＣＣＤ固体撮像素子は、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子に比べて製造コストが安いので、システムコストを低減しつつＳＶＥ撮像を実現することができる。また、メカニカルシャッタ５２を使用するので、スミアが原理的に発生しない効果を享受することもできる。
【０１８５】
また、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子はインターライン方式の撮像素子と比較して飽和電子数が少ないという問題もある。これに対して、全画素読み出し方式ではなく、製造コストが安く、同じ画素サイズなら全画素読み出し方式よりも飽和信号電子数を大きくできる汎用的な方式であるインターライン方式の撮像素子を使用してＳＶＥ撮像を行なうことができ、画素サイズの微細化も可能になる利点がある。
【０１８６】
ここで、この第２実施形態の駆動制御手法の場合、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈのみからなる奇数ラインのセンサ部１１ｏから垂直ＣＣＤ１３に高感度信号電荷（高感度画素信号用の信号電荷）を読み出すタイミングｔ４０の前に、短時間露光で取得した信号電荷すなわち低感度画素信号用のセンサ部１１ｌのみからなる偶数ラインのセンサ部１１ｅの全ライン分のラインシフト動作を完了させておく必要がある。
【０１８７】
そのためには、短時間露光による信号電荷の全ライン分の通常速度でのラインシフト動作を完了させてから長時間露光による信号電荷のラインシフト動作を開始させる第４の手法を採ることができる。この場合、短時間露光で取得した低感度信号電荷（低感度画素信号用の信号電荷）の全ライン分のラインシフト動作が完了するまで長時間露光による信号電荷の読み出しを行うことができない。その結果として、全体の信号取得までの時間が掛かってしまう。図１０に示す駆動制御タイミングは、この第４の手法を示している。
【０１８８】
これに対して、全体の信号取得までの時間を短縮するべく、短時間露光および長時間露光による全ライン分の信号電荷を通常速度よりも高速にラインシフト動作させる手法を採ることもできる。
【０１８９】
短時間露光および長時間露光による全ライン分の信号電荷を通常速度よりも高速にラインシフト動作させるためには、水平ＣＣＤ１５を通常よりも高速で駆動するか、水平ＣＣＤ１５を複数本配置し、たとえば水平ブランキング期間ごとに複数ラインのラインシフト動作を行なう方法を用いることができる。
【０１９０】
このような第２実施形態の駆動制御手法を採用すると、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出すことで電子的な露光を完了させた直後に長時間露光による高感度画素信号用の信号電荷のラインシフト動作を開始させるので（ｔ３４）、少なくとも長時間露光で取得される高感度画素信号用の信号電荷については、垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとしないので、その分低暗電流であるし、長時間露光で取得された高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０１９１】
また、メカニカルシャッタ５２を併用して、信号電荷を撮像エリア１４に有る垂直ＣＣＤ１３で転送しているラインシフト期間（メカニカルシャッタ５２を閉じた時点ｔ２８の後）は、露光を停止した状態でラインシフトを行なうため、その間はＣＣＤ固体撮像素子１０への光の入射がなく、原理的に、高感度画素信号および低感度画素信号の何れについてもラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全に無くすことができる。
【０１９２】
メカニカルシャッタ５２を用いることで、ＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤを用いてＳＶＥ撮像を実現することができるので、一般的なデジタルスチルカメラ用のＣＣＤ固体撮像素子を流用することができるので、より画素サイズの小さなＣＣＤ固体撮像素子を用いることができ、多画素化を低コストで実現することができる。
【０１９３】
また、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子ではなく、メカニカルシャッタ５２を併用することにより、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤでもＳＶＥ撮像を実現することができ、画素サイズの微細化が可能になる。また、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤは、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子に比べて製造コストが安いので、システムコストを低減しつつＳＶＥ撮像を実現することができる。
【０１９４】
＜第２実施形態に対する変形例＞
なお、第２実施形態では、ＣＣＤ固体撮像素子１０としてＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤを採用していたが、図１１に示すように、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を用いかつメカニカルシャッタ５２を用いて、第２実施形態の駆動制御タイミングで駆動することもできる。
【０１９５】
この場合も、メカニカルシャッタ５２を閉じた後に、先に読み出しておいた低感度画素信号用の信号電荷の電荷転送を開始することになる。ここでは、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を使用するので、第１実施形態に対する変形例に準じて、メカニカルシャッタ５２を閉じた（ｔ２８）の後に、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出し（ｔ４０）、この読み出した高感度画素信号用の信号電荷を、全露光期間の前半部と後半部の境界である時点ｔ２０にて先に読み出しておいた低感度画素信号用の信号電荷とともに、纏めて、ラインシフトする（ｔ４２）。
【０１９６】
このような第２実施形態に対する変形例の駆動制御手法を採用すると、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出すことで電子的な露光を完了させた直後に、長時間露光による高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出して即時にラインシフト動作を開始させるので（ｔ４２）、少なくとも長時間露光で取得される高感度画素信号用の信号電荷については、垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとしないので、その分低暗電流であるし、長時間露光で取得された高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して白点（点欠陥）になることもない。
【０１９７】
ＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤを採用する第２実施形態では、メカニカルシャッタ５２を使用するので、スミアが原理的に発生しない効果を享受することができるが、高感度画素のみからなる１フィールド分の画像と、低感度画素のみからなる１フィールド分の画像が順次出力されることになるため、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像を得るためには高感度画素のみからなる１フィールド分の画像と低感度画素のみからなる１フィールド分の画像とを合成する必要がある。
【０１９８】
これに対して、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を採用する第２実施形態の変形例では、メカニカルシャッタ５２を使用することにより、スミアが原理的に発生しないという効果を享受することができるだけでなく、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像を１回のラインシフトで得ることができるという利点がある。
【０１９９】
＜感度モザイクパターンの電子的な形成方法；第３実施形態＞
図１２は、垂直ＣＣＤ１３中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第３実施形態を説明する図であり、図１３は、第３実施形態の駆動制御手法に対する変形例（第１例）を説明する図である。また、図１４は、第３実施形態の駆動制御手法に対する変形例（第２例）を説明する図である。
【０２００】
この第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）の駆動制御手法は第２実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法に対する変形例であって、先に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光による全ライン分のラインシフト動作のタイミングが第２実施形態およびそれに対する変形例と異なる。
【０２０１】
基本的には、この第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）の駆動制御手法は、短時間露光により低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出した後、その読み出した低感度画素信号用の信号電荷をラインシフトしつつ、さらに高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行し、所定時間後に、長時間露光により高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出すというという第１実施形態の仕組みを、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤを用いて実現する点に特徴を有している。
【０２０２】
すなわち、この第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）では、短時間露光による信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出すと直ぐにその読み出した信号電荷を通常速度でラインシフト動作させる。つまり、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで長時間露光による信号電荷の蓄積を続行している間に、短時間露光による信号電荷を低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した後、続けてその垂直ＣＣＤ１３に読み出された短時間露光による信号電荷をラインシフトして水平ＣＣＤ１５側に転送するのである。
【０２０３】
この場合、メカニカルシャッタ５２を使用せずに、短時間露光による信号電荷の全ライン分のラインシフト動作の完了時点を電子的な露光の完了時点ｔ４０よりも前までとする第６の手法を採用することができる。図１２に示す駆動制御タイミングは、この第６の手法を示している。
【０２０４】
また、メカニカルシャッタ５２を併用して、短時間露光による信号電荷の全ライン分のラインシフト動作の完了時点をメカニカルシャッタ５２が閉じられる時点（実質的な露光完了時点）ｔ２８よりも前までとする第７の手法を採用することもできる。図１３に示す駆動制御タイミングはこの第７の手法を示している。
【０２０５】
第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）の駆動制御手法を適用して短時間露光による信号電荷のラインシフトを行なうと、短時間露光で取得される信号電荷についても垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとしないので、その分低暗電流であるし、短時間露光で取得された低感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０２０６】
つまり、この第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）の駆動制御手法は、第１実施形態の駆動制御手法と同様に、短時間露光による信号電荷および長時間露光による信号電荷の双方について、読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持し転送停止としておかないので、暗電流および白点のレベルや個数の低減効果が非常に高い。
【０２０７】
加えて、この第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）では、ＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤを用いているため、一般的なデジタルスチルカメラ用のＣＣＤ固体撮像素子を流用することができるので、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を採用する第１実施形態およびそれに対する変形例と比較して画素サイズの小さなＣＣＤ固体撮像素子を用いることができ、多画素化を低コストで実現することができる。
【０２０８】
また、図１３に示す第７の手法を採用したときは、全露光期間の前半部で取得した低感度画素信号用の信号電荷を読み出すと直ちにラインシフトしておくので、図１０に示す第２実施形態と比較してメカニカルシャッタ５２を閉じてから電子的な露光期間を終了させる時点ｔ４０までの期間を短くすることができ、その結果として、全体の信号取得までの時間を短くすることができる。
【０２０９】
ただし、第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）の駆動制御手法では、低感度画素信号については、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで信号電荷を継続して蓄積している間に、全露光期間の前半部で取得した低感度画素信号用の信号電荷をラインシフトして水平ＣＣＤ１５側に転送して、その信号電荷を出力信号として使うことになるので、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤで顕著に現われ得るスミア成分などの不要電荷によるノイズが問題となり得る。
【０２１０】
一方、高感度画素信号については、図１２に示す第６の手法を採用したときは、メカニカルシャッタ５２を使用していないので、やはりＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤで顕著に現われ得るスミア成分などの不要電荷によるノイズが問題となり得る。しかし、図１３に示す第７の手法を採用したときは、メカニカルシャッタ５２を併用するので、信号電荷を出力信号に使うためのラインシフト期間（ｔ４２〜）は、露光を停止した状態でラインシフトを行なうため、その間はＣＣＤ固体撮像素子１０への光の入射がなく、原理的に、ラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全に無くすことができる。
【０２１１】
なお、この第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）では、ＣＣＤ固体撮像素子１０としてＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤを採用していたが、図１４に示す第３実施形態に対する変形例（第２例）のように、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を用いかつメカニカルシャッタ５２を用いて、第３実施形態およびそれに対する変形例（第１例）の駆動制御タイミングで駆動することもできる。図８との比較から分かるように、基本的な駆動制御手法は第１実施形態と相違なく、メカニカルシャッタ５２を併用したことで、高感度画素信号については、ラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全に無くすことができる。
【０２１２】
＜感度モザイクパターンの電子的な形成方法；第４実施形態＞
図１５は、垂直ＣＣＤ１３中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第４実施形態を説明する図である。また、図１６は、第４実施形態の駆動制御手法に対する変形例を説明する図であって、メカニカルシャッタ５２を併用したものである。
【０２１３】
この第４実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法は第１〜第３実施形態およびそれらの変形例の駆動制御手法に対する変形例であって、露光・蓄積時間の短い低感度画素信号用の信号電荷の取得を全露光期間の後半部に行なう点に特徴を有する。
【０２１４】
ここで、図１５に示す第４実施形態および図１６に示す第４実施形態に対する変形例の駆動制御手法では、図４に示した全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を採用する。適用可能な感度モザイクパターンは、図５〜図７に示した第１、第２、および第４の特徴を有する色・感度モザイクパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ４の何れであってもよい。
【０２１５】
第４実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法では、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光期間の前半部で取得される信号電荷を、全露光期間の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておく。「掃き捨てておく」とは、水平ＣＣＤ１５側にラインシフトされる電荷を出力信号には使わないことを意味している。
【０２１６】
この掃捨ては、短時間露光信号（低感度画素信号）用の読み出しパルスＲＯＧ１＿１を発して、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて全露光期間の前半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出し（ｔ２０）、この読み出した信号電荷を、たとえば、垂直ＣＣＤ１３で通常速度よりも高速に転送することで行なう。通常の信号電荷のラインシフトとは異なり、この電荷は出力信号には使わないため、垂直ＣＣＤ１３の転送効率等をあまり気にする必要はないので、垂直ＣＣＤ１３を駆動するための駆動パルスの振幅の低下や波形の歪みなどをあまり気にしなくてもよく、このような高速転送は可能である。
【０２１７】
つまり、短時間露光信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出し、（ｔ２０）その後、さらに高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行し、この間に先に垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３（つまりＣＣＤ固体撮像素子１０）外に掃き捨てておくのである（ｔ２２〜ｔ２９）。この掃捨て動作は、スミア成分などの不要電荷の掃捨ても含まれるものである。
【０２１８】
そして、電子的な全露光期間が終了した時点ｔ４０以降に、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで取得された信号電荷と、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷とを垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトする。
【０２１９】
このラインシフトに当たっては、図１５に示す第４実施形態および図１６に示す第４実施形態に対する変形例の駆動制御手法では、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を使用するので、短時間露光信号（低感度画素信号）用の読み出しパルスＲＯＧ１＿２と長時間露光信号（高感度画素信号）用の読み出しパルスＲＯＧ２とを同時に発して各信号電荷を同時に垂直ＣＣＤ１３に読み出せばよい（ｔ４０）。これにより、垂直ＣＣＤ１３に読み出された短時間露光信号用の信号電荷と長時間露光信号用の信号電荷とを同時にラインシフトすることができる（ｔ４２〜）。その結果として、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像が得られる。
【０２２０】
この第４実施形態およびそれに対する変形例では、電子的な全露光期間の最終タイミングｔ４０で低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出された信号電荷が実際に低感度画素信号用の出力信号として使用される。したがって、高感度画素の感度ＳHigh と低感度画素の感度ＳLowの比Ｓratio （＝ＳHigh／ＳLow ）は、（ｔ４０−ｔ１０）／（ｔ４０−ｔ２０）となる。低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への読み出し時点ｔ２０を調整すれば感度比Ｓratio を調整することができる。  
【０２２１】
このように、第４実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法では、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光・蓄積期間の内の前半部で取得される信号電荷を、全露光・蓄積期間の内の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておき、電子的な全露光期間の最終タイミングｔ４０で高感度画素信号用の信号電荷と低感度画素信号用の信号電荷とを垂直ＣＣＤ１３に読み出し、纏めてラインシフトするようにした。
【０２２２】
これにより、第１実施形態や第３実施形態や第３実施形態に対する変形例（第１例）や、第３実施形態に対する変形例（第２例）の駆動制御手法と同様に、長時間露光による高感度画素信号用の信号電荷および短時間露光による低感度画素信号用の信号電荷の双方について、読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持し転送停止としておかないので、暗電流の低減効果が非常に高い。もちろん、長時間露光による高感度画素信号用の信号電荷および短時間露光による低感度画素信号用の信号電荷の双方について、読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０２２３】
また、ＣＣＤ固体撮像素子１０として、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を使用する場合でも、図１６に示す第４実施形態に対する変形例のように、メカニカルシャッタ５２を併用すれば、メカニカルシャッタ５２を閉じて露光を停止した状態で高感度画素信号と低感度画素信号のそれぞれについての信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトを行なうため、少なくともラインシフトの間はＣＣＤ固体撮像素子１０への光の入射がなく、原理的に、高感度画素信号および低感度画素信号の何れについてもラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全に無くすことができる。また、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光期間の前半部で取得される信号電荷を、垂直ＣＣＤ１３中に生じるスミア成分や暗電流成分などの不要電荷と一緒に、全露光期間の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくため（ｔ２２〜ｔ２９）、低スミア、低暗電流であり、電子的な全露光期間中に垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０２２４】
なお、この第４実施形態およびそれに対する変形例のように、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光・蓄積期間の内の前半部で取得される信号電荷を、全露光・蓄積期間の内の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくという仕組みは、国際公開第ＷＯ２００２／０５６６０３号パンフレットの図２３に示されているタイミングに対しても、同様に適用が可能であり、暗電流および白点のレベルや個数の低減効果を享受できる。この場合、高感度画素信号側については、全露光期間の前半部と後半部とで取得した各信号電荷を読み出す都度ラインシフトすることになり、後述する第６実施形態と同様の仕組みとなる（後述する図２０を参照）。
【０２２５】
＜感度モザイクパターンの電子的な形成方法；第５実施形態＞
図１７は、垂直ＣＣＤ１３中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第５実施形態（第１例）を説明する図であり、図１８は、垂直ＣＣＤ１３中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第５実施形態（第２例）を説明する図である。
【０２２６】
この第５実施形態（第１例）および第５実施形態（第２例）の駆動制御手法は、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光・蓄積期間の内の前半部で取得される信号電荷を、全露光・蓄積期間の内の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくという第４実施形態およびそれに対する変形例の仕組みを、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤを用いて実現する点に特徴を有している。
【０２２７】
つまり、この第５実施形態（第１例）および第５実施形態（第２例）の駆動制御手法では、先ずＣＣＤ固体撮像素子１０として図２に示したＩＬ−ＣＣＤもしくは図３に示したＦＩＴ−ＣＣＤを採用し、また図１に示したメカニカルシャッタ５２を使用する。適用可能な感度モザイクパターンは、図５に示した第１の特徴を有する色・感度モザイクパターンＰ１である。
【０２２８】
この第５実施形態（第１例）および第５実施形態（第２例）の駆動制御手法では、メカニカルシャッタ５２を開放して（ｔ１２）、先ず全露光・蓄積期間の前半部で短時間露光信号（低感度画素信号）用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出し（ｔ２０）、その後さらに高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行し、この間に先に垂直ＣＣＤ１３に読み出した短時間露光信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３（つまりＣＣＤ固体撮像素子１０）外に掃き捨てておく（ｔ２２〜ｔ２９）。この掃捨て動作は、スミア成分などの不要電荷の掃捨ても含まれるものである。
【０２２９】
そして、メカニカルシャッタ５２を閉じて（ｔ２８）、露光を停止した状態で先に垂直ＣＣＤ１３に読み出した全露光・蓄積期間の前半部で短時間露光信号（低感度画素信号）用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の垂直ＣＣＤ１３（つまりＣＣＤ固体撮像素子１０）外への掃き捨てが完了した時点ｔ２９以降に、長時間露光信号（高感度画素信号）用のセンサ部１１ｈで取得された信号電荷と短時間露光信号（低感度画素信号）用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷とを所定の順序で垂直ＣＣＤ１３に読み出して垂直ＣＣＤ１３でラインシフトする。
【０２３０】
つまり、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光・蓄積期間の前半部で低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて取得された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出した時点ｔ２０の後もメカニカルシャッタ５２を開放し続けて、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈと低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの蓄積を続行している間に、１回目に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した、実際には使わない短時間露光信号の信号電荷をラインシフトによりＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てた後に、メカニカルシャッタ５２を閉じて露光を停止した状態で初めて読み出す長時間露光信号用の信号電荷と２回目に読み出す短時間露光信号用の信号電荷とを高感度画素信号用のセンサ部１１ｈ，低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから所定の順で垂直ＣＣＤ１３に順次読み出して垂直ＣＣＤ１３でラインシフトするのである。
【０２３１】
このラインシフトに当たっては、第５実施形態（第１例）および第５実施形態（第２例）の駆動制御手法では、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤを使用するので、フレーム読み出し方式を採用してそれぞれの信号電荷を独立に垂直ＣＣＤ１３に読み出して、この読み出した信号電荷を独立に垂直ＣＣＤ１３で転送する、つまり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垂直ＣＣＤ１３に独立に読み出して垂直ＣＣＤ１３で水平ＣＣＤ１５側に転送することで、高感度画素信号と低感度画素信号とを独立に取得する。後から出力されたラインの画素のみからなる１フィールド分の画像を先に出力されたラインの画素のみからなる１フィールド分の画像と合成すれば、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像が得られる。なお、高感度画素信号用の信号電荷と低感度画素信号用の信号電荷の何れを先に垂直ＣＣＤ１３に読み出すかは自由に設定できる。
【０２３２】
たとえば、図１７に示す第５実施形態（第１例）のように、先に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトする場合には、メカニカルシャッタ５２を閉じ（ｔ２８）、所定のタイミングｔ３０（ｔ３０：メカニカルシャッタ５２を閉じた時点ｔ２８の直後でもよい。）で、低感度画素信号読み出し用の電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ１＿２）を低感度画素信号用のセンサ部１１ｌを持つ偶数ラインのセンサ部１１ｅに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に供給することで、その偶数ラインのセンサ部１１ｅ（低感度画素信号用のセンサ部１１ｌ）から垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を一斉に読み出す。その後、この偶数ラインの信号電荷を垂直ＣＣＤ１３を介して順次水平ＣＣＤ１５側に転送（ラインシフト）する（ｔ３２〜ｔ３６）。その結果として、偶数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像を表す撮像信号が電荷電圧変換部１６から出力されるようになる。センサ部１１ｅから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出す時点ｔ３０では、まだ電子的な露光は完了しない。
【０２３３】
そして、この偶数ラインのセンサ部１１ｅから垂直ＣＣＤ１３に読み出された信号電荷の全てのラインシフトが完了した時点ｔ３６の後に、高感度画素信号読み出し用の電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ２）を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈを持つ奇数ラインのセンサ部１１ｏに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に供給することで、その奇数ラインのセンサ部１１ｏ（高感度画素信号用のセンサ部１１ｈ）から垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を一斉に読み出す（ｔ４０：ｔ３６の直後でもよい。）。その後、この奇数ラインの信号電荷を垂直ＣＣＤ１３を介して順次水平ＣＣＤ１５側に転送（ラインシフト）する（ｔ４２〜ｔ４６）。その結果として、奇数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像を表す撮像信号が電荷電圧変換部１６から出力されるようになる。センサ部１１ｏから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出す時点ｔ４０で電子的な露光が完了する。
【０２３４】
偶数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像と、奇数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像とを独立に取得できるし、奇数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像を先に出力された偶数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像と合成すれば、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像が得られる。
【０２３５】
また逆に、図１８に示す第５実施形態（第２例）のように、先に高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトするべく、奇数ラインのセンサ部１１ｏからの信号電荷の垂直ＣＣＤ１３への読み出しと垂直転送（ラインシフト）とを先にしてもよい。
【０２３６】
すなわち、メカニカルシャッタ５２を閉じ（ｔ２８）、所定のタイミングｔ３０（ｔ３０：メカニカルシャッタ５２を閉じた時点ｔ２８の直後でもよい。）で、高感度画素信号読み出し用の電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ２）を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈを持つ奇数ラインのセンサ部１１ｏに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に供給することで、その奇数ラインのセンサ部１１ｏ（高感度画素信号用のセンサ部１１ｈ）から垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を一斉に読み出す。その後、この奇数ラインの信号電荷を垂直ＣＣＤ１３を介して順次水平ＣＣＤ１５側に転送（ラインシフト）する（ｔ３２〜ｔ３６）。その結果として、奇数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像を表す撮像信号が電荷電圧変換部１６から出力されるようになる。センサ部１１ｏから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出す時点ｔ３０では、まだ電子的な露光は完了しない。
【０２３７】
そして、この奇数ラインのセンサ部１１ｏから垂直ＣＣＤ１３に読み出された信号電荷の全てのラインシフトが完了した時点ｔ３６の後に、低感度画素信号読み出し用の電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ１＿２）を低感度画素信号用のセンサ部１１ｌを持つ偶数ラインのセンサ部１１ｅに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に供給することで、その偶数ラインのセンサ部１１ｅ（低感度画素信号用のセンサ部１１ｌ）から垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を一斉に読み出す（ｔ４０：ｔ３６の直後でもよい。）。その後、この偶数ラインの信号電荷を垂直ＣＣＤ１３を介して順次水平ＣＣＤ１５側に転送（ラインシフト）する（ｔ４２〜ｔ４６）。その結果として、偶数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像を表す撮像信号が電荷電圧変換部１６から出力されるようになる。センサ部１１ｅから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出す時点ｔ４０で電子的な露光が完了する。
【０２３８】
奇数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像と、偶数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像とを独立に取得できるし、偶数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像を先に出力された奇数ラインの画素のみからなる１フィールド分の画像と合成すれば、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像が得られる。
【０２３９】
ただし、後から読み出す方のセンサ部１１では、露光を停止させた後に、高感度画素用および低感度画素用の内の一方のセンサ部１１について垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出している期間には、露光されないまま信号電荷を保持し続けていることになり、センサ部１１で生じる暗電流に起因した電荷（センサ部１１中の不要電荷）が蓄積され続ける。
【０２４０】
したがって、後から読み出す方の信号については、センサ部１１中で生じる暗電流に起因したＳ／Ｎやダイナミックレンジの低下および／または白点（点欠陥）のレベルや個数の増加が問題となり得るので、撮像目的に応じて、高感度画素信号用のセンサ部１１ｏと低感度画素信号用のセンサ部１１ｅとの何れから先に信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出すかを切り替えるのがよい。
【０２４１】
たとえば、中央制御部９２は、撮像時のセンサ部１１への電磁波の入射強度の状態を監視し、露出コントローラ９４は、この中央制御部９２から撮像時のセンサ部１１への電磁波の入射強度状態の情報を取得し、その情報を使って、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにメカニカルシャッタ５２や絞り５６を制御するとともに、タイミング信号生成部４０は、この中央制御部９２から撮像時のセンサ部１１への電磁波の入射強度状態の情報を取得し、その情報を使って、高感度信号用のセンサ部１１ｏと低感度信号用のセンサ部１１ｅとの何れから先に信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出すかを切り替える。
【０２４２】
たとえば、高感度画素信号に諧調が有り、低感度画素信号がノイズに埋もれ易い低輝度領域での撮像時には、低感度画素信号の方が無効となる画素が多く、高感度画素の画素値を用いた補間処理がなされる画素数が増える。このとき、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しよりも後にすると、後から信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す高感度画素信号用のセンサ部１１ｈで生じる暗電流や白点（点欠陥）が問題となるので、低輝度領域での撮像時には、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しよりも先にするのがよい。
【０２４３】
低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを後にすると、先に信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す方の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトしている期間には、後から読み出す低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでは暗電流が生じているが、低輝度領域での撮像時には、低感度画素信号の方が無効となる画素が多く、高感度の画素値を用いた補間処理がなされる画素数が増えるため、センサ部１１で生じる暗電流に起因したＳ／Ｎやダイナミックレンジの低下、白点（点欠陥）のレベルや個数の増加などの問題を受けないように補間処理をするには、有効画素が多くなる高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを先にする方がよいことになる。
【０２４４】
つまり、低輝度領域の撮像時には、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを先にすることで、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを先にした時よりも、低輝度側の入射光強度のダイナミックレンジを広げることができるし、低輝度側のＳ／Ｎを改善することもできる。また、低輝度側の点欠陥も少なくかつレベルも小さくすることができる。さらに、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光期間の前半部で取得される信号電荷を、垂直ＣＣＤ１３中に生じるスミア成分や暗電流成分などの不要電荷と一緒に、全露光期間の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくため（ｔ２２〜ｔ２９）、高感度画素信号は、センサ部１１中の不要電荷だけでなく垂直ＣＣＤ１３中の不要電荷も少ないので、さらに低輝度側の入射光強度のダイナミックレンジや低輝度側のＳ／Ｎが改善し、さらなる高感度、入射光強度の高ダイナミックレンジが達成でき、電子的な全露光期間中に垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０２４５】
また、高輝度側や中輝度領域では、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを先にするのがよい。こうすることで、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しを先にしたときよりも、中輝度領域でのＳ／Ｎや点欠陥などを改善することができる。また、高輝度側でも効果は少ないが、多少は高輝度側の入射光強度のダイナミックレンジを広げることができるし、多少は高輝度側のＳ／Ｎや点欠陥などの改善も期待できる。また、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光期間の前半部で取得される信号電荷を、垂直ＣＣＤ１３中に生じるスミア成分や暗電流成分などの不要電荷と一緒に、全露光期間の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくため（ｔ２２〜ｔ２９）、低感度画素信号は、センサ部１１中の不要電荷だけでなく垂直ＣＣＤ１３中の不要電荷も少ないので、さらに中輝度領域でのＳ／Ｎや点欠陥などを改善することができる。また、高輝度側でも効果は少ないが、多少は高輝度側の入射光強度のダイナミックレンジを広げることができるし、多少は高輝度側のＳ／Ｎや点欠陥などの改善も期待できる。また、中輝度領域および高輝度側の両方において、電子的な全露光期間中に垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０２４６】
すなわち、図１７に示す第５実施形態（第１例）と図１８に示す第５実施形態（第２例）の何れにおいても、期間ｔ１０〜ｔ３２以外においては、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに関して共通して垂直ＣＣＤ１３（Ｖレジスタ）に電荷を転送させるための波形電圧が垂直転送電極２４に供給されるのであるが、期間ｔ１０〜ｔ３０の後半部、すなわち、期間ｔ２２〜ｔ２９においても、ラインシフトを行なうための波形電圧が垂直転送電極２４に供給されることで、１回目に読み出した低感度画素信号用の信号電荷を掃き捨てるだけでなく、垂直ＣＣＤ１３中に生じる暗電流成分をも掃き捨てることができる。
【０２４７】
また、この掃捨て動作は、暗電流成分だけでなく、スミア成分やその他の不要電荷成分をも掃き捨てることになる。すなわち、メカニカルシャッタ５２を併用すれば、メカニカルシャッタ５２を閉じて露光を停止した状態で高感度画素信号と低感度画素信号のそれぞれについての信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトを行なうため、少なくともラインシフトの間はＣＣＤ固体撮像素子１０への光の入射がなく、原理的に、高感度画素信号および低感度画素信号の何れについてもラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全に無くすことができる。また、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光期間の前半部で取得される信号電荷を、垂直ＣＣＤ１３中に生じるスミア成分や暗電流成分などの不要電荷と一緒に、全露光期間の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくため（ｔ２２〜ｔ２９）、低スミア、低暗電流であり、電子的な全露光期間中に垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０２４８】
このように、第５実施形態（第１例）および第５実施形態（第２例）の駆動制御手法では、ＣＣＤ固体撮像素子１０としてＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤを用いているが、第４実施形態およびそれに対する変形例の駆動制御手法と同様に、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光・蓄積期間の内の前半部で取得される信号電荷を、全露光・蓄積期間の内の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておき、メカニカルシャッタ５２を閉じて（ｔ２８）、露光を停止した状態で先に垂直ＣＣＤ１３に読み出した全露光・蓄積期間の前半部で短時間露光信号（低感度画素信号）用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の垂直ＣＣＤ１３（つまりＣＣＤ固体撮像素子１０）外への掃き捨てが完了した時点ｔ２９以降に、高感度画素信号用の信号電荷と低感度画素信号用の信号電荷とを所定の順序で垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトするようにしている。
【０２４９】
これにより、第４実施形態や第４実施形態に対する変形例の駆動制御手法と同様に、長時間露光による高感度画素信号用の信号電荷および短時間露光による低感度画素信号用の信号電荷の双方について、読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持し転送停止としておかないので、暗電流の低減効果が非常に高い。もちろん、長時間露光による高感度画素信号用の信号電荷および短時間露光による低感度画素信号用の信号電荷の双方について、読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもないし、メカニカルシャッタ５２を併用することで、高感度画素信号および低感度画素信号の何れについてもラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全に無くすことができる。また、低感度画素信号を取得するためのセンサ部１１ｌにて全露光期間の前半部で取得される信号電荷を、垂直ＣＣＤ１３中に生じるスミア成分や暗電流成分等の不要電荷と一緒に、全露光期間の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にＣＣＤ固体撮像素子１０外に掃き捨てておくため（ｔ２２〜ｔ２９）、低スミア、低暗電流であり、電子的な全露光期間中に垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０２５０】
なお、第５実施形態（第１例）および第５実施形態（第２例）を第４実施形態およびそれに対する変形例と比べた場合、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を採用した第４実施形態およびそれに対する変形例では、長時間露光信号（高感度画素信号）と短時間露光信号（低感度画素信号）とを同時に垂直ＣＣＤ１３に読み出して垂直ＣＣＤ１３でラインシフトできるため、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像を１回のラインシフトで得ることができるという利点があるのに対して、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤを採用した第５実施形態（第１例）および第５実施形態（第２例）では、長時間露光信号（高感度画素信号）と短時間露光信号（低感度画素信号）とをフレーム読み出しで交互に垂直ＣＣＤ１３に読み出して垂直ＣＣＤ１３でラインシフトしなければならず、高感度画素のみからなる１フィールド分の画像と、低感度画素のみからなる１フィールド分の画像が順次出力されることになるため、全ラインの画素から成る１フレーム分の感度モザイク画像を得るためには高感度画素のみからなる１フィールド分の画像と低感度画素のみからなる１フィールド分の画像とを合成する必要がある。
【０２５１】
一方、第５実施形態（第１例）および第５実施形態（第２例）では、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子ではなく、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤを使用しているので、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を使用する第４実施形態およびそれに対する変形例と比較して、ＣＣＤ固体撮像素子の画素サイズの微細化が可能になるとともに、ＩＬ−ＣＣＤもしくはＦＩＴ−ＣＣＤは、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子に比べて製造コストが安いので、システムコストを低減しつつＳＶＥ撮像を実現することができる。
【０２５２】
＜感度モザイクパターンの電子的な形成方法；第６実施形態＞
図１９は、垂直ＣＣＤ１３中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第６実施形態（第１例）を説明する図であり、図２０は、垂直ＣＣＤ１３中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第６実施形態（第２例）を説明する図である。なお、図１９や図２０では、メカニカルシャッタ５２を使用していないが、スミア改善のためにメカニカルシャッタ５２を併用してもよい。
【０２５３】
この第６実施形態（第１例）の駆動制御手法は、第１実施形態の駆動制御手法に対する変形例であり、第６実施形態（第２例）の駆動制御手法は、第４実施形態の駆動制御手法に対する変形例であって、露光・蓄積時間の長い高感度画素信号用の信号電荷を全露光期間の前半部と後半部の２回に分けて取得し、これらの高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷と高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への読み出しと電荷転送を２回に分けて個別に行なう点に特徴を有する。
【０２５４】
高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への読み出しと電荷転送と、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への読み出しと電荷転送を２回に分けて個別に行なうので、これに対応して、画像処理部６６は、これらの高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号と高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部で取得した高感度画素信号とを使って、同一画素位置同士の画素信号を加算合成することで、最終的な高感度画素信号を取得する。
【０２５５】
特許文献４，５に記載のタイミングでは、１回目に（高感度画素信号用のセンサ部における全露光期間中の所定タイミングで）信号電荷を垂直ＣＣＤに読み出すと、ラインシフトせずにその信号電荷を垂直ＣＣＤ内に保持したままとしておき、２回目に（高感度画素信号用のセンサ部における電子的な全露光期間の最終タイミングで）垂直ＣＣＤに読み出した信号電荷をその垂直ＣＣＤ内で加算してからラインシフトするのに対して、この第６実施形態（第１例）と第６実施形態（第２例）では、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷と高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷とを個別に高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトする。そして、これらの高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号と高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部で取得した高感度画素信号とを使って、画像処理部６６における信号処理によって最終的な高感度画素信号を取得する点が特許文献４，５に記載の駆動制御手法とは異なる。
【０２５６】
なお、図１９に示す第６実施形態（第１例）では、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部の露光・蓄積期間で取得した低感度画素信号用の信号電荷を実際に使用する第１実施形態に対しての変形例で示しているが、図２０に示す第６実施形態（第２例）では、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部の露光・蓄積期間で取得した低感度画素信号用の信号電荷を実際に使用する第４実施形態に対しての変形例で示している。
【０２５７】
つまり、この第６実施形態（第１例）と第６実施形態（第２例）では、高感度画素信号用の信号電荷については、高感度画素信号用の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部と後半部の２回に分けて取得し、出力信号に使うものは、これらの高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出して電荷転送したものと、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出して電荷転送したものを合成したものであり、低感度画素信号用の信号電荷については、出力信号に使うものは、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部で取得した低感度画素信号用の信号電荷を低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出して電荷転送したものであってもよいし、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部で取得した低感度画素信号用の信号電荷を低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出して電荷転送したものであってもよいのである。
【０２５８】
図１９に示す第６実施形態（第１例）および図２０に示す第６実施形態（第２例）では、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間中（ｔ１０〜ｔ４０）の所定タイミングで露光を継続させたままで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ２＿１）を供給するとともに、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ１＿１）を供給することで、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部での露光により、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌが取得した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す（ｔ２０）。
【０２５９】
この後さらに、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行し、所定時間後の電子的な全露光期間の最終タイミングで、図１９に示す第６実施形態（第１例）では、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ２＿２）を供給して、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部での露光により、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにて取得された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す（ｔ４０）のに対し、図２０に示す第６実施形態（第２例）では、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ２＿２）を供給すると共に、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌに対応する垂直転送電極２４（読み出し電極を兼用するもの）に電荷読み出しパルス電圧（読み出しＲＯＧ１＿２）を供給して、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部での露光により高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌが取得した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す（ｔ４０）。
【０２６０】
また、この第６実施形態（第１例）および第６実施形態（第２例）は、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部で、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにて取得された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出し（ｔ２０）、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部で、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行している期間（ｔ２０〜ｔ４０）の一部または全体で、垂直ＣＣＤ１３に読み出した高感度画素信号用の信号電荷と低感度画素信号用の信号電荷、つまり高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部で高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌが取得した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３にてラインシフトして（ｔ２２〜ｔ２９）水平ＣＣＤ１５側に転送する点に特徴を有する。
【０２６１】
つまり、露光・蓄積時間の長い高感度画素信号用の信号電荷の取得を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部と後半部とに分けて行なうに当たり、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しだけを２回に分けるのではなく、垂直ＣＣＤ１３へ読み出した高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが取得した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３で水平ＣＣＤ１５側に転送するラインシフトも２回に分けて行なう点に大きな特徴を有する。
【０２６２】
第６実施形態（第１例）および第６実施形態（第２例）の駆動制御のタイミングは、高感度画素信号を取得するために、センサ部から垂直ＣＣＤへの信号電荷の読み出しを２回に分けて行なうという点では、国際公開第ＷＯ２００２／０５６６０３号パンフレットの図２３に示されている従来例のタイミングと似通ってはいる。しかしながら、この国際公開第ＷＯ２００２／０５６６０３号パンフレットの図２３に示されている従来例の仕組みは、露光・蓄積時間の長い高感度画素信号を取得するための一方の受光素子から垂直ＣＣＤへの信号電荷の読み出しだけを２回に分けるに過ぎず、２回に分けて垂直ＣＣＤへ読み出した高感度画素信号用の信号電荷と低感度画素信号を取得するための他方の受光素子から垂直ＣＣＤへ読み出した低感度画素信号用の信号電荷とを、電子的な全露光・蓄積期間の最終タイミング以降で、同時に１回のラインシフト動作によって垂直ＣＣＤで水平ＣＣＤ側に転送するものであり、ラインシフト動作も２回に分けて行なう第６実施形態（第１例）および第６実施形態（第２例）の仕組みとは異なる。
【０２６３】
この、第６実施形態（第１例）および第６実施形態（第２例）の駆動制御手法では、長時間露光による高感度画素信号用の信号電荷に関しては、全露光・蓄積期間を２回に分けて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持し転送停止としておかないので、その分低暗電流であるし、２回に分けて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。
【０２６４】
しかし、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号については、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部で高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行している期間（ｔ２０〜ｔ４０）の一部または全体でラインシフトして水平ＣＣＤ１５側に転送し、その信号電荷を出力信号として使う事になるのでスミア成分などの不要電荷によるノイズが問題となり得る。
【０２６５】
一方、低感度画素信号については、図１９に示す第６実施形態（第１例）の駆動制御手法では、第１実施形態の駆動制御手法と同様に、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間中の所定タイミングで低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した低感度画素信号用の信号電荷を、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部で、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行している期間（ｔ２０〜ｔ４０）の一部または全体で、水平ＣＣＤ１５側にラインシフトする事で垂直ＣＣＤ１３内に保持し転送停止としておかないので、その分低暗電流であるし、短時間露光で取得された低感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３内に保持したままとすることに起因して垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。しかし、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号と同様に、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間中の所定タイミングで低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した低感度画素信号用の信号電荷を、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部で、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌでの信号電荷の蓄積を続行している期間（ｔ２０〜ｔ４０）の一部または全体で、水平ＣＣＤ１５側にラインシフトし、その信号電荷を出力信号として使うことになるので、ラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズが問題となり得る。
【０２６６】
これに対して、図２０に示す第６実施形態（第２例）の駆動制御手法では、低感度画素信号については、第４実施形態と同様に、信号電荷の取得を低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部で行なうが、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部で取得される信号電荷を、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の後半部で取得される信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出す前にラインシフトしており（ｔ２２〜ｔ２９）、このラインシフト動作は垂直ＣＣＤ１３中に生じるスミア成分や暗電流成分等の不要電荷の掃き捨てにもなるため、低スミア、低暗電流であり、電子的な全露光期間中に垂直ＣＣＤ１３中で発生する暗電流が白点（点欠陥）になることもない。さらに、メカニカルシャッタ５２を併用すれば、メカニカルシャッタ５２を閉じて露光を停止した状態で、低感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出してラインシフトを行なうため、少なくともラインシフトの間はＣＣＤ固体撮像素子１０への光の入射がなく、原理的に、低感度画素信号については、ラインシフト期間中にＣＣＤ固体撮像素子１０へ入射する光に起因するスミア成分などの不要電荷によるノイズを完全になくすことができる。
【０２６７】
また、高感度画素信号用の信号電荷を全露光期間の前半部と後半部の２回に分けて取得し、これらの高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷と高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部で取得した高感度画素信号用の信号電荷をそれぞれ高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間中の所定タイミングと電子的な全露光期間の最終タイミングで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出すとともに、これらの高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間中の所定タイミングと電子的な全露光期間の最終タイミングの２回に分けて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出した高感度画素信号用の信号電荷をその都度（つまり２回に分けて）ラインシフトする。このため、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間を前半部と後半部の２回に分けて取得した高感度画素信号用の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間中の所定タイミングと電子的な全露光期間の最終タイミングの２回に分けて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出して、これらの２回に分けて読み出した高感度画素信号用の信号電荷を独立に垂直ＣＣＤ１３で転送する場合のそれぞれの高感度画素信号の感度は、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間を前半部と後半部の２回に分けて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に高感度画素信号用の信号電荷を読み出して電荷転送する場合の高感度画素信号を取得するためのそれぞれの露光時間が、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に高感度画素信号用の信号電荷を読み出して電荷転送する場合の高感度画素信号を取得するための露光時間よりも短くなる分、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間で取得した高感度画素信号用の信号電荷を電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出して電荷転送する場合の高感度画素信号の感度に比べて低くなるが、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈの飽和信号電荷量は、高感度画素信号用の信号電荷の、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への読み出しと電荷転送の回数には依存しないので、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間を前半部と後半部の２回に分けて取得した高感度画素信号用の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間中の所定タイミングと電子的な全露光期間の最終タイミングの２回に分けて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出して、これらの２回に分けて読み出した信号電荷を独立に垂直ＣＣＤ１３で転送する場合のそれぞれの高感度画素信号の飽和信号電荷量は、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間で取得した高感度画素信号用の信号電荷を電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出して電荷転送する場合の高感度画素信号の飽和信号電荷量と等しくなる。その結果、画像処理部６６における信号処理によって取得した最終的な高感度画素信号の感度は、トータルの全露光期間は、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間を前半部と後半部の２回に分けて取得した高感度画素信号用の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間中の所定タイミングと電子的な全露光期間の最終タイミングの２回に分けて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出して、これらの２回に分けて読み出した信号電荷を独立に垂直ＣＣＤ１３で転送する場合と、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に高感度画素信号用の信号電荷を読み出して電荷転送する場合で同じになるため、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に高感度画素信号用の信号電荷を読み出して電荷転送する場合の高感度画素信号の感度と等しくなり、画像処理部６６における信号処理によって取得した最終的な高感度画素信号の飽和信号電荷量は、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に高感度画素信号用の信号電荷を読み出して電荷転送する場合の高感度画素信号の飽和信号電荷量の２倍になり、画像処理部６６における信号処理によって取得した最終的な高感度画素信号の入射光強度のダイナミックレンジを高輝度側に広げることができ、惹いては、ＳＶＥによる合成処理をしたときに、低感度画素信号にも高感度画素信号にも諧調がある解像度の高い領域に対応する入射光強度の領域を高輝度側に広げることができる。
【０２６８】
たとえば、図１９や図２０のように高感度画素の感度ＳHigh と低感度画素の感度ＳLowの比Ｓratio （＝ＳHigh／ＳLow ）が概ね“２”となるように、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部での高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しタイミングｔ２０を設定すると、２回に分けたそれぞれの信号電荷の取得について、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域を均等にすることができ、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に高感度画素信号用の信号電荷を読み出して電荷転送する場合に比べて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域を高輝度側に２倍に広げることができる。そのため、ＳＶＥによる合成処理をしたときに、低感度画素信号にも高感度画素信号にも諧調がある解像度の高い領域に対応する入射光強度の領域を高輝度側に２倍に広げることができる。
【０２６９】
特許文献４，５に記載されている従来例のタイミングでは、最終的な高感度画素信号を取得するために、電子的な全露光期間の最終タイミング以降でラインシフト動作を開始するまでの間、高感度画素信号用のセンサ部における全露光期間中の所定タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤへ読み出した高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ内にラインシフトせずに保持したままとしておくことで、電子的な全露光期間の最終タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷が先に高感度画素信号用のセンサ部における全露光期間中の所定タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出しておいた高感度画素信号用の信号電荷に垂直ＣＣＤ内で加算されるようにしている。そのため、高感度画素信号用のセンサ部における全露光期間中の所定タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷と電子的な全露光期間の最終タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ内で加算することで得られた最終的な高感度画素信号用の全信号電荷を、電子的な全露光期間終了後の１回のラインシフト動作で水平ＣＣＤ側に転送するにことになる。そのため、高感度画素信号用のセンサ部における全露光期間中の所定タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷と電子的な全露光期間の最終タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ内で加算することで得られた最終的な高感度画素信号を取得するための露光時間は、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに高感度画素信号用の信号電荷を読み出す場合の高感度画素信号を取得するための露光時間と等しくなるので、高感度画素信号用のセンサ部における全露光期間中の所定タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷と電子的な全露光期間の最終タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ内で加算することで得られた最終的な高感度画素信号の感度は、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに高感度画素信号用の信号電荷を読み出す場合の高感度画素信号の感度と等しくなり、高感度画素信号用のセンサ部の飽和信号電荷量は、高感度画素信号用の信号電荷の、高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤへの読み出しの回数には依存しないので、高感度画素信号用のセンサ部における全露光期間中の所定タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷と電子的な全露光期間の最終タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ内で加算することで得られた最終的な高感度画素信号の飽和信号電荷量は、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに高感度画素信号用の信号電荷を読み出す場合の高感度画素信号の飽和信号電荷量の２倍になり、惹いては、高感度画素信号用のセンサ部における全露光期間中の所定タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷と電子的な全露光期間の最終タイミングで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに読み出した高感度画素信号用の信号電荷を垂直ＣＣＤ内で加算して電荷転送する場合に、垂直ＣＣＤで転送する必要のある最大信号電荷量も、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに高感度画素信号用の信号電荷を読み出して電荷転送する場合に、垂直ＣＣＤで転送する必要のある最大信号電荷量の２倍になる。しかし、垂直ＣＣＤで転送可能な最大信号電荷量は、高感度画素信号用の信号電荷の、高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤへの読み出しの回数には依存せず一定であり、垂直ＣＣＤは通常、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけでセンサ部から垂直ＣＣＤに信号電荷を読み出して電荷転送する場合に、垂直ＣＣＤで転送する必要のある最大信号電荷量が転送できればいいように設計されているので、垂直ＣＣＤは通常、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに信号電荷を読み出して電荷転送する場合に、垂直ＣＣＤで転送する必要のある最大信号電荷量以上の信号電荷を転送することはできない。そのため、特許文献４，５に記載されている従来例では、垂直ＣＣＤの幅を広げないと、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部から垂直ＣＣＤに高感度画素信号用の信号電荷を読み出して電荷転送する場合に比べて、高感度画素信号の入射光強度のダイナミックレンジを高輝度側に広げることができない点で第６実施形態とは異なるのである。
【０２７０】
ここで、全露光期間の前半部の最終タイミングｔ２０で、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を実際に低感度画素信号用の出力信号として使用する第６実施形態（第１例）の駆動制御手法では、高感度画素の感度ＳHigh と低感度画素の感度ＳLowの比Ｓratio （＝ＳHigh／ＳLow ）は、（ｔ４０−ｔ１０）／（ｔ２０−ｔ１０）となるし、電子的な全露光期間の最終タイミングｔ４０で低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を実際に低感度画素信号用の出力信号として使用する第６実施形態（第２例）の駆動制御手法では、高感度画素の感度ＳHigh と低感度画素の感度ＳLowの比Ｓratio （＝ＳHigh／ＳLow ）は、（ｔ４０−ｔ１０）／（ｔ４０−ｔ２０）となり、何れの場合も、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部に高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への読み出し時点ｔ２０を調整することで感度比Ｓratio を調整することになる。
【０２７１】
したがって、高感度画素信号については、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率を、「高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率＝高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和する時の入射光強度／電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出して電荷転送する場合に、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和するときの入射光強度」と定義すると、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部において、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率Ｌｉratioｆと、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部において、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率Ｌｉratioｂは、感度比Ｓratio の設定値によって変化し、感度比Ｓratio が“２”の場合にはＬｉratioｆ＝Ｌｉratioｂ＝２．０となるが、感度比Ｓratio が“２”の場合を除き、ＬｉratioｆとＬｉratioｂとは異なるものとなる。感度比Ｓratio を２よりも高くしたり、（１以上の範囲内で）２よりも低くしたりするほど、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部と後半部の内の一方での高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率が低くなり、画像処理部６６における信号処理によって取得した最終的な高感度画素信号の入射光強度のダイナミックレンジの高輝度側への拡大率は、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部と後半部の内、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率が低い方の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率で決まるため、画像処理部６６における信号処理によって取得した最終的な高感度画素信号の入射光強度のダイナミックレンジの高輝度側への拡大の効果が小さくなる。
【０２７２】
たとえば、感度比Ｓratio を“４”とするには、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部に高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への読み出し時点ｔ２０を調整して、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部に高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への読み出し時点ｔ２０で、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を実際に低感度画素信号用の出力信号として使用する第６実施形態（第１例）の駆動制御手法では、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈおよび低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間を“１：３”に分けることになるので、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部における高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率は４倍になり大幅に大きくできるが、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の後半部における高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域の高輝度側への拡大率は４／３倍にしかできないので、画像処理部６６における信号処理によって取得した最終的な高感度画素信号の入射光強度のダイナミックレンジの高輝度側への拡大率は４／３倍までにしかできない。
【０２７３】
＜第６実施形態に対する変形例＞
この問題を解消し得るのが、図２１に示した第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例や図２２示した第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例である。この第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例は、第３実施形態の駆動制御手法に対する変形例であり、第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例は、５実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例であって、これらの第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例や第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例では、ＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤをＣＣＤ固体撮像素子１０として採用し、またメカニカルシャッタ５２を使用する。
【０２７４】
そして、ＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤでは、フレーム読み出し方式により、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垂直ＣＣＤ１３に独立に読み出して水平ＣＣＤ１５側に転送することで、高感度画素信号用の信号電荷と低感度画素信号用の信号電荷とを独立に取得する点を積極的に利用して、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部での高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しタイミングｔ２０Highを高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の中間に設定しつつ、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部での低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しタイミングｔ２０Low を感度比Ｓratio の設定に合うようにする点に特徴を有する。
【０２７５】
たとえば、図２１に示す第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例では、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部での低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しタイミングｔ２０Lowで低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を実際に低感度画素信号用の出力信号として使用する場合において、感度比Ｓratio を“４”とする場合を示している。メカニカルシャッタ５２を開いた時点ｔ１２から低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部での低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しタイミングｔ２０Low までの期間（ｔ２０Low −ｔ１２）と、メカニカルシャッタ５２を開いている全露光期間（ｔ２８−ｔ１２）の比が“４”である。
【０２７６】
一方、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部での高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しタイミングｔ２０Highは、メカニカルシャッタ５２を開いている全露光期間（ｔ２８−ｔ１２）の中間に設定しており、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部と後半部の露光・蓄積期間が均等となるので、２回に分けたそれぞれの信号電荷の取得について、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域を等しくすることができる。
【０２７７】
したがって、高感度画素信号については、感度比Ｓratio の設定状態に関わらず、２回に分けたそれぞれの信号電荷の取得について、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域を均等にすることができ、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出して電荷転送する場合に比べて高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域を確実に高輝度側に２倍に広げることができるようになる。そのため、ＳＶＥによる合成処理をしたときに、低感度画素信号にも高感度画素信号にも諧調がある解像度の高い領域に対応する入射光強度の領域を確実に高輝度側に２倍に広げることができる。
【０２７８】
ただし、この第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例の場合、全露光期間の中間時点ｔ２０Highにて高感度画素信号用の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出すまでに、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部での低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出し時点ｔ２０Low にて低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した低感度画素信号用の信号電荷の全ライン分の電荷転送を完結させておく必要がある。
【０２７９】
また、図２２に示す第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例では、メカニカルシャッタ５２を閉じて（ｔ２８）、露光を停止した状態で先に垂直ＣＣＤ１３に読み出した低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部で低感度画素信号用のセンサ部１１ｌで取得された信号電荷の垂直ＣＣＤ１３（つまりＣＣＤ固体撮像素子１０）外への掃き捨てが完了した時点ｔ２９以降に低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出した信号電荷を実際に低感度画素信号用の出力信号として使用する場合において、感度比Ｓratio を“４”とする場合を示している。低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部での低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出しタイミングｔ２０Lowからメカニカルシャッタ５２を閉じる時点ｔ２８までの期間（ｔ２８−ｔ２０Low ）と、メカニカルシャッタ５２を開いている全露光期間（ｔ２８−ｔ１２）の比が“４”である。
【０２８０】
ただし、この第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例の場合、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部での低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読み出し時点ｔ２０Low にて低感度画素信号用の信号電荷を低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出すまでに、全露光期間の中間時点ｔ２０Highにて１回目に高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に読み出した高感度画素信号用の信号電荷の全ライン分の電荷転送を完結させておく必要がある。
【０２８１】
このように、第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例や、第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例によれば、フレーム読み出し方式を適用するＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤを用いて、感度比Ｓratio を“２”よりも大きくしつつ、高感度画素信号用の信号電荷の高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３への１回目の読み出し時点を全露光期間の中間点ｔ２０Highに設定するようにしたので、高感度画素信号については、感度比Ｓratio の設定状態に関わらず、２回に分けたそれぞれの信号電荷の取得について、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈが飽和しない入射光強度の領域を、電子的な全露光期間の最終タイミングの１回だけで高感度画素信号用のセンサ部１１ｈから垂直ＣＣＤ１３に信号電荷を読み出して電荷転送する場合に比べて確実に高輝度側に２倍に広げることができるようになる。
【０２８２】
なお、この第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例や、第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例では、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部で取得される低感度画素信号用の信号電荷と、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得される高感度画素信号用の信号電荷の内、後で高感度画素信号用のセンサ部１１ｈまたは低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出す方の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈまたは低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出すタイミングの前に、先に高感度画素信号用のセンサ部１１ｈまたは低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出す方の信号電荷の全ライン分のラインシフト動作を完了させておく必要がある。また、低感度画素信号用のセンサ部１１ｌにおける全露光期間の前半部で取得される低感度画素信号用の信号電荷と、高感度画素信号用のセンサ部１１ｈにおける全露光期間の前半部で取得される高感度画素信号用の信号電荷の内、先に高感度画素信号用のセンサ部１１ｈまたは低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出す方の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈまたは低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出してから、後で高感度画素信号用のセンサ部１１ｈまたは低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出す方の信号電荷を高感度画素信号用のセンサ部１１ｈまたは低感度画素信号用のセンサ部１１ｌから垂直ＣＣＤ１３に読み出すまでの期間が全露光期間に占める割合は、感度比Ｓratioが“２”に近づく程小さくなる。そのため、感度比Ｓratioが“２”に近づく程、設定可能な全露光期間の最小値が長くなってしまう。さらに、感度比Ｓratio が“２”の場合は実現不可能である。この点では、感度比Ｓratio が“２”近傍（たとえば“１．５”以上“３”以下）の場合は、全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子を使用する第６実施形態（第１例）の駆動制御手法や、第６実施形態（第２例）の駆動制御手法を採用し、感度比Ｓratio を“２”よりもかなり大きくする場合（たとえば“４”以上）や、感度比Ｓratio を“２”よりもかなり小さくする場合（たとえば“１”以上“４／３”以下）にはＩＬ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤを使用する第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例や、第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例を採用するのがよい。
【０２８３】
＜デモザイク処理の概要＞
図２３は、本実施形態のデジタルスチルカメラ１におけるＳＶＥ撮像動作の概要を説明する図である。デジタルスチルカメラ１は、駆動制御部９６による駆動制御の元に光学系５およびＣＣＤ固体撮像素子１０による撮像動作によって、被写体Ｚを所定のモザイクパターンに従って画素ごとに異なる色と感度で撮像し、色と感度がモザイク状になった色・感度モザイク画像を得る。
【０２８４】
その後、画像処理部６６を中心とする信号処理系６により、撮像動作によって得られた画像が、各画素が全ての色成分を有し、かつ、均一の感度を有する画像に変換される。以下、色・感度モザイク画像を、各画素が全ての色成分を有し、かつ、均一の感度を有する画像に変換する画像処理部６６を中心とする信号処理系６の処理を、デモザイク処理とも記述する。
【０２８５】
たとえば、ＳＶＥモードで撮像を行なうと、センサからの出力画像は図２３（Ａ）に示すような色・感度モザイク画像になる。ここで、図２３（Ｂ）は図２３（Ａ）の部分拡大図である。図２３（Ａ）に示すような色・感度モザイク画像は、画像処理によって各画素が全ての色成分と均一の感度を有する画像に変換される。すなわち、図２３（Ａ）に示す色・感度モザイク画像から被写体の元の輝度および色を復元することで、図２３（Ｄ）に示すようなダイナミックレンジが拡大された画像を得ることができる。ここで、図２３（Ｃ）は、ＳＶＥの信号処理によってダイナミックレンジが拡大された所定の１ラインの出力信号であり、図２３（Ｅ）は図２３（Ｄ）の部分拡大図である。
【０２８６】
図２４〜図２９は、画像処理部６６におけるデモザイク処理の概要を説明する図である。ここでは、デモザイク処理について簡単に説明するが、画像処理部６６におけるデモザイク処理の詳細は、たとえば、国際公開第ＷＯ２００２／０５６６０３号パンフレットや特開２００４−１７２８５８号公報を参照するとよい。
【０２８７】
図２４は、画像処理部６６におけるデモザイク処理に着目した機能ブロック図である。デモザイク処理は、光学系５およびＣＣＤ固体撮像素子１０による撮像動作によって得られた色・感度モザイク画像から輝度画像を生成する輝度画像生成処理、および、色・感度モザイク画像と輝度画像を用いて出力画像Ｒ，Ｇ，Ｂを生成する単色画像処理からなる。
【０２８８】
図２４に示す画像処理部６６の構成例において、光学系５およびＣＣＤ固体撮像素子１０による撮像動作によって得られた色・感度モザイク画像、色・感度モザイク画像の色モザイク配列を示す色モザイクパターン情報、および、色・感度モザイク画像の感度モザイク配列を示す感度モザイクパターン情報は、輝度画像を生成する輝度画像生成部１８１および３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの出力画像を生成する単色画像生成部１８２〜１８４に供給される。
【０２８９】
単色画像生成部１８２は、供給される色・感度モザイク画像および輝度画像を用いて出力画像Ｒを生成する。単色画像生成部１８３は、供給される色・感度モザイク画像および輝度画像を用いて出力画像Ｇを生成する。単色画像生成部１８４は、供給される色・感度モザイク画像および輝度画像を用いて出力画像Ｂを生成する。
【０２９０】
図２５は、輝度画像生成部１８１の構成例を示す図である。図２５において、色・感度モザイク画像、色モザイクパターン情報、および感度モザイクパターン情報は、３原色成分Ｒ，Ｇ，Ｂの各推定値Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’を求める推定部１９１〜１９３に供給される。
【０２９１】
推定部１９１は、色・感度モザイク画像に対してＲ成分推定処理を施し、得られる各画素に対するＲ成分の推定値Ｒ’を乗算器１９４に供給する。推定部１９２は、色・感度モザイク画像に対してＧ成分推定処理を施し、得られる各画素に対するＧ成分の推定値Ｇ’を乗算器１９５に供給する。推定部１９３は、色・感度モザイク画像に対してＢ成分推定処理を施し、得られる各画素に対するＢ成分の推定値Ｂ’を乗算器１９６に供給する。
【０２９２】
乗算器１９４は、推定部１９１から供給される推定値Ｒ’に、色バランス係数ｋＲを乗算し、その積を加算器１９７に出力する。乗算器１９５は、推定部１９２から供給される推定値Ｇ’に、色バランス係数ｋＧを乗算し、その積を加算器１９７に出力する。乗算器１９６は、推定部１９３から供給される推定値Ｂ’に、色バランス係数ｋＢを乗算し、その積を加算器１９７に出力する。
【０２９３】
加算器１９７は、乗算器１９４から入力される積Ｒ’・ｋＲ、乗算器１９５から入力される積Ｇ’・ｋＧ、および乗算器１９６から入力される積Ｂ’・ｋＢを加算し、その和を画素値とする輝度候補画像を生成してノイズ除去部１９８に供給する。
【０２９４】
ここで、色バランス係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢは、予め設定されている値であり、たとえば、ｋＲ＝０．３、ｋＧ＝０．６、ｋＢ＝０．１である。なお、色バランス係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢの値は、基本的には輝度候補値として輝度変化に相関がある値を算出することができればよい。したがって、たとえば、ｋＲ＝ｋＧ＝ｋＢとしてもよい。
【０２９５】
ノイズ除去部１９８は、加算器１９７から供給される輝度候補画像に対してノイズ除去処理を施し、得られる輝度画像を図２４に示した単色画像生成部１８２〜１８４に供給する。
【０２９６】
図２６〜図２８は、推定部１９１，１９２，１９３が用いる合成感度補償ルックアップテーブルについて説明するための図である。図２６は、感度Ｓ０の低感度画素の感度特性曲線ｂと、感度Ｓ１の高感度画素の感度特性曲線ａを示しており、横軸は入射光の強度、縦軸は画素値を示す。図２６において、高感度画素の感度Ｓ１は、低感度画素の感度Ｓ０に対して４倍の感度を有している。
【０２９７】
推定部１９１，１９２，１９３が行なう推定処理では、図２６の感度特性曲線ｂに示すような特性で測定された感度Ｓ０の低感度画素から算出された第１の商と、図２６の感度特性曲線ａに示すような特性で測定された感度Ｓ１の高感度画素を用いて算出された第２の商とが加算される。この第１の商と第２の商の和を、図２７の感度特性曲線ｃに示す。したがって、図２７の感度特性曲線ｃは、感度Ｓ０の低感度画素の感度特性と感度Ｓ１の高感度画素の感度特性が合成された感度特性を有することになる。
【０２９８】
この合成された感度特性曲線ｃは、低輝度から高輝度に亘る広ダイナミックレンジの感度特性となるが、図２７に示すように折れ線となっているので、感度特性曲線ｃの逆特性曲線を用いることにより、元のリニアな感度特性を復元するようにする。具体的には、第１の商と第２の商の和に、図２８に示した図２７の感度特性曲線ｃの逆特性曲線ｄを適用して非線形性を補償するようにする。合成感度補償ルックアップテーブルは、図２８の逆特性曲線ｄをルックアップテーブル化したものである。
【０２９９】
図２９は、出力画像Ｒを生成する単色画像生成部１８２の構成例を示す図である。なお、出力画像Ｇを生成する単色画像生成部１８３や出力画像Ｂを生成する単色画像生成部１８４の構成例も同様であるので、その構成や説明は省略する。
【０３００】
単色画像生成部１８２において、色・感度モザイク画像、色モザイクパターン情報、および感度モザイクパターン情報は、補間部２０１に供給される。輝度画像は、比率算出部２０２、および乗算器２０３に供給される。
【０３０１】
補間部２０１は、色・感度モザイク画像に補間処理を施し、得られる全ての画素がＲ成分の画素値を有するＲ候補画像を比率値算出部２０２に出力する。比率値算出部２０２は、Ｒ候補画像と輝度画像の対応する画素間の強度比率の低周波成分（以下単に強度比率と記述する）を算出し、さらに、各画素に対応する強度比率を示す比率値情報を生成して乗算器２０３に供給する。
【０３０２】
乗算器２０３は、輝度画像の各画素の画素値に、対応する強度比率を示す比率値情報を乗算し、その積を画素値とする出力画像Ｒを生成する。
【０３０３】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０３０４】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０３０５】
たとえば、上記実施形態では、可視光を色分離して検知することでカラー画像を撮像する場合におけるＳＶＥ方式の撮像について説明したが、カラー画像に限らずモノクロ画像の撮像であってもよい。また。可視光に限らず、赤外線や紫外線などの任意の波長帯域の電磁波を検知することで、その所定波長帯域の画像を撮像する場合におけるＳＶＥ方式の撮像についても、上記実施形態の仕組みを同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０３０６】
【図１】本発明に係る撮像装置の一実施形態であるデジタルスチルカメラを示す概略構成図である。
【図２】ＩＬ−ＣＣＤと駆動制御部とから構成された第１構成例の固体撮像装置の概略図である。
【図３】ＦＩＴ−ＣＣＤと駆動制御部とから構成された第２構成例の固体撮像装置の概略図である。
【図４】ＰＳ−ＣＣＤと駆動制御部とから構成された第３構成例の固体撮像装置の概略図である。
【図５】第１の特徴を呈する色・感度モザイクパターンＰ１を示す図である。
【図６】第２の特徴を呈する色・感度モザイクパターンＰ２を示す図である。
【図７】第４の特徴を呈する色・感度モザイクパターンＰ４を示す図である。
【図８】垂直転送部中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第１実施形態を説明する図である。
【図９】第１実施形態の駆動制御手法に対する変形例を示す図である。
【図１０】垂直転送部中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第２実施形態を説明する図である。
【図１１】第２実施形態の駆動制御手法に対する変形例を示す図である。
【図１２】垂直転送部中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第３実施形態を説明する図である。
【図１３】第３実施形態の駆動制御手法に対する変形例（第１例）を説明する図である。
【図１４】第３実施形態の駆動制御手法に対する変形例（第２例）を説明する図である。
【図１５】垂直転送部中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第４実施形態を説明する図である。
【図１６】第４実施形態の駆動制御手法に対する変形例を説明する図である。
【図１７】垂直転送部中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第５実施形態（第１例）を説明する図である。
【図１８】垂直転送部中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第５実施形態（第２例）を説明する図である。
【図１９】垂直転送部中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第６実施形態（第１例）を説明する図である。
【図２０】垂直転送部中での暗電流発生を抑制しつつ感度モザイクパターンを電子的に実現するための駆動制御の第６実施形態（第２例）を説明する図である。
【図２１】第６実施形態（第１例）の駆動制御手法に対する変形例を説明する図である。
【図２２】第６実施形態（第２例）の駆動制御手法に対する変形例を説明する図である。
【図２３】本実施形態のデジタルスチルカメラにおけるＳＶＥ撮像動作の概要を説明する図である。
【図２４】画像処理部におけるデモザイク処理に着目した機能ブロック図である。
【図２５】輝度画像生成部の構成例を示す図である。
【図２６】推定部が用いる合成感度補償ルックアップテーブルについて説明するための図（その１）である。
【図２７】推定部が用いる合成感度補償ルックアップテーブルについて説明するための図（その２）である。
【図２８】推定部が用いる合成感度補償ルックアップテーブルについて説明するための図（その３）である。
【図２９】出力画像Ｒを生成する単色画像生成部の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０３０７】
１…デジタルスチルカメラ、２…固体撮像装置、３…撮像装置モジュール、４…本体ユニット、５…光学系、６…信号処理系、７…記録系、８…表示系、９…制御系、１０…ＣＣＤ固体撮像素子、１１…センサ部、１２…読み出しゲート部、１３…垂直ＣＣＤ、１４…撮像エリア、１５…水平ＣＣＤ、１６…電荷電圧変換部、１７…チャネルストップ部（ＣＳ）、２４…垂直転送電極、４０…タイミング信号生成部、４２…ドライバ（駆動部）、４６…駆動電源、５２…メカニカルシャッタ、５４…レンズ、５６…絞り、６２…プリアンプ部、６４…Ａ／Ｄ変換部、６６…画像処理部、７２…メモリ、７４…ＣＯＤＥＣ、８２…Ｄ／Ａ変換部、８４…ビデオモニタ、８６…ビデオエンコーダ、９２…中央制御部、９４…露出コントローラ、９６…駆動制御部、９８…操作部、３００…蓄積領域
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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