(57)【要約】【課題】不要電荷を排除しつつ高フレームレート化及び消費電力の抑制を図ることができる固体撮像素子の駆動方法を提供する。【解決手段】複数の受光部がマトリクス状に配列され、受光部の垂直列毎に設けられた各受光部から電荷を転送する垂直転送部を有する撮像部と、垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、水平転送部より電荷が転送され、転送された電荷を出力する出力部とを備える固体撮像素子の駆動方法において、露光期間中に、垂直転送部に印加する全ての電圧をローレベルにする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光部がマトリクス状に配列され、前記受光部の垂直列毎に設けられた各受光部から電荷を転送する垂直転送部を有する撮像部と、
前記垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
該水平転送部より電荷が転送され、転送された電荷を出力する出力部とを備える固体撮像素子の駆動方法において、
露光期間中に、前記垂直転送部に印加する全ての電圧をローレベルにすることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記垂直転送部に印加する全ての電圧を同時にローレベルにすることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子の駆動方法に関する。詳しくは、デジタルスチールカメラ等に用いられる固体撮像素子の駆動方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
２次元イメージセンサを備え、デジタルスチールカメラに用いられる固体撮像素子では、受光部として光電変換を行う受光素子の列方向（縦方向）の配列にそれぞれ隣接対応して、読み出された電荷の垂直方向の転送を行う垂直転送部が配設され、これら複数の垂直転送部には電荷を水平方向に転送する水平転送部が接続して配設されており、受光部から垂直転送部に読み出され、水平転送部に転送された電荷は、水平転送部によって転送され、受光信号として読み出される。
【０００３】
さて、デジタルスチールカメラで撮影を行う場合には、デジタルスチールカメラに取り付けられた液晶画面に被写体を動画として表示し、スチール写真として撮像したい映像を決定した後にスチール写真の撮像を行う。この一連の撮像動作において、動画の撮像時にはスチール写真の撮像時と比較して高速での画像処理が必要とされるために、個々の画素の信号を間引いて画面の表示を行う間引き読み出しモードが用いられることが多く、一方、スチール写真の撮像時には精密な画像を得るために、読み出し時に個々の画素の信号の間引きや混合を行わずに各画素の信号を個々に出力し画面の表示を行う全画素読み出しモードが用いられることが多い。
【０００４】
図４はデジタルスチールカメラにおける間引き読み出しモード及び全画素読み出しモードを説明するための電極構成模式図を示しており、図４中符号（１０１）〜（１４０）は受光部を示し、図４中の「Ｇ」、「Ｒ」及び「Ｂ」の記号はカラーフィルターの「グリーン」、「レッド」及び「ブルー」を示している。
【０００５】
ここで、ＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラでは、垂直電極（１）１０１に図５中符号Ｖ１で示す駆動パルスを与え、垂直電極（２）１０２に図５中符号Ｖ２で示す駆動パルスを与え、垂直電極（３）１０３に図５中符号Ｖ３で示す駆動パルスを与え、垂直電極（４）１０４に図５中符号Ｖ４で示す駆動パルスを与えることにより、間引き読み出しモード及び全画素読み出しモードを使い分けている。なお、図５では全画素読み出しモードにおいて１フレームを２フィールドで読み出す駆動パルスとしている。
【０００６】
即ち、ＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラでは、図５中符号Ａで示す間引き読み出しモードから図５中符号Ｂで示す全画素読み出しモードに切り換えた後に、垂直電極（１）のみに読み出し電圧を印加することにより、図５中符号ＳＵＢで示す電子シャッターパルスの最終の立ち上がり時からメカニカルシャッターパルスが閉じるまでの期間である図５中符号Ｃで示す露光期間中に入力光に応じて符号（１０１）〜（１０５）、符号（１１１）〜（１１５）、符号（１２１）〜（１２５）及び符号（１３１）〜（１３５）で示す受光部に蓄積された電荷が垂直転送部に読み出され、垂直転送部に読み出された電荷は水平転送部に転送され、水平転送クロックパルスによって順次水平転送部から出力部へ転送され出力される。その後、垂直電極（３）のみに読み出し電圧を印加することにより符号（１０６）〜（１１０）、符号（１１６）〜（１２０）、符号（１２６）〜（１３０）及び符号（１３６）〜（１４０）で示す受光部に蓄積された電荷が垂直転送部に読み出され、垂直転送部に読み出された電荷は水平転送部に転送され、水平転送クロックパルスによって順次水平転送部から出力部へ転送され出力される。この様にして２回に分けて読み出した信号を重ね合わせることにより固体撮像素子の全画素から電荷を読み出して１つの映像を得ることができる。
【０００７】
ここで、露光中に発生する高輝度の被写体を撮像した時に受光部だけでなく垂直転送部にも電荷が入り込み出力画面上で高輝度の被写体の上下に縦線が発生する現象であるスミアや、通常は受光部から基板へ排出される受光部に蓄積することができない過剰電荷が基板側ではなく垂直転送部へ漏れ込み出力画面上でスミア同様に高輝度被写体の上下に縦線が発生する現象であるブルーミングの成分であるスミア信号やブルーミング信号等の不要電荷は、メカニカルシャッターを閉じた後受光部から電荷を読み出すまでの間に、垂直転送部の高速掃き出し転送による１フィールド以上の空送りを設けることにより掃き出される。
即ち、スミア信号やブルーミング信号等の不要電荷は、図５中符号Ｄで示す期間における高速掃き出し転送によって掃き出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、メカニカルシャッターを閉じた後受光部から電荷を読み出すまでの間に垂直転送部の高速駆動を行うことにより不要電荷を排除することは可能であるものの、低消費電力・高速駆動の固体撮像素子の提供においては垂直転送部の高速駆動を行うことは不都合である。
特に近年の固体撮像素子においてはより一層の高フレームレート化、低消費電力化の要求が高まってきているために、垂直転送部の高速駆動を行うことによる不都合が顕著となる。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、不要電荷を排除しつつ高フレームレート化及び消費電力の抑制を図ることができる固体撮像素子の駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、複数の受光部がマトリクス状に配列され、前記受光部の垂直列毎に設けられた各受光部から電荷を転送する垂直転送部を有する撮像部と、前記垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部より電荷が転送され、転送された電荷を出力する出力部とを備える固体撮像素子の駆動方法において、露光期間中に、前記垂直転送部に印加する全ての電圧をローレベルにする。
【００１１】
ここで、露光期間中に垂直転送部に印加する全ての電圧をローレベルにすることによって、垂直転送部に対応する部分にポテンシャルの井戸が形成されるのを阻止し、不要電荷が垂直転送部に蓄積することを抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００１３】
図１に本発明を適用した固体撮像素子の駆動方法の一例であるＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラの駆動方法において固体撮像素子に印加する垂直転送クロックパルスの動作タイミングを示す。
ここで、図１中符号Ｖ１は垂直電極（１）に与える駆動パルスの動作タイミングを示し、図１中符号Ｖ２は垂直電極（２）に与える駆動パルスの動作タイミングを示し、図１中符号Ｖ３は垂直電極（３）に与える駆動パルスの動作タイミングを示し、図１中符号Ｖ４は垂直電極（４）に与える駆動パルスの動作タイミングを示しており、図１中符号ＳＵＢで示す電子シャッターパルスの最終の立ち上がり時からメカニカルシャッターが閉じるまでの期間である図１中符号ａで示す露光期間中に垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをローレベル（以下、Ｌレベルと表す）としている。
【００１４】
なお、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスは、間引き読み出しモード時に垂直電極（１）及び垂直電極（３）に読み出し電圧を印加することにより受光部から垂直転送部に読み出された電荷が全て水平転送部に転送され、垂直転送部が空の状態になった直後に一斉にＬレベルとしている。
即ち、読み出し電圧の印加時から垂直転送部に読み出された電荷を全て水平転送部に転送するために必要な図１中符号ｂで示す期間が経過した直後に垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスの全てをＬレベルとしている。
【００１５】
また、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスがＬレベルとなった瞬間に露光期間が開始する様に電子シャッターパルスを制御している。
即ち、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスがＬレベルとなった後には電子シャッターパルスはＬレベルに保持している。
【００１６】
ここで、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスを露光期間中にＬレベルとするのは、露光期間中に不要電荷が垂直転送部に蓄積するのを抑制するためであり、露光期間中に垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスがＬレベルであれば充分であり、必ずしも垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスの全てを同時にＬレベルとする必要は無いが、固体撮像素子に印加する駆動パルスの制御の容易化という観点を考慮すると、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスの全てを同時にＬレベルとする方が好ましい。
【００１７】
同様に、露光期間中に不要電荷が垂直転送部に蓄積するのを抑制するために、露光期間中に垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスがＬレベルであれば充分であり、必ずしも間引き読み出しモード時の読み出し電圧の印加時から、垂直転送部に読み出された電荷を全て水平転送部に転送する期間が経過した直後に垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルにする必要は無く、図２で示す様に、間引き読み出しモード時の読み出し電圧印加時から、垂直転送部に読み出された電荷を全て水平転送部に転送する図２中符号ｂで示す期間が経過し、更に図２中符号ｃで示す所定期間が経過した後に、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルにしても良いが、図２中符号ｃで示す期間は垂直転送部の空送りを行っている期間であり、無用の空送り期間を無くすべく、読み出し電圧の印加時から、垂直転送部に読み出された電荷を全て水平転送部に転送する期間が経過した直後に垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルとする方が好ましい。
【００１８】
更に、上記した様に、露光期間中に不要電荷が垂直転送部に蓄積するのを抑制するために、露光期間中に垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスがＬレベルであれば充分であり、必ずしも垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルとした瞬間に露光期間を開始する必要は無く、即ち、必ずしも垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルとした後、常に電子シャッターパルスをＬレベルに保持する必要は無く、図３で示す様に、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルとした後、図３中符号ｄで示す所定期間が経過した後に露光期間を開始しても良い。即ち、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルとし、図３中符号ｄで示す所定期間電子シャッターパルスとしてハイレベル及びＬレベルと交互に印加した後に、電子シャッターパルスをＬレベルに保持しても良い。但し、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルとし所定期間を経た後に露光期間を開始する必要性は無く、固体撮像素子の駆動シーケンスの容易化の観点を考慮すると、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルとした後には電子シャッターパルスをＬレベルに保持し、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルとした瞬間に露光期間を開始する方が好ましい。
【００１９】
さて、本発明を適用したＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラでは、図１中符号Ａで示す間引き読み出しモードから図１中符号Ｂで示す全画素読み出しモードに切り換えた後に、垂直転送部の高速掃き出し転送を行うこと無く垂直電極（１）のみに読み出し電圧を印加することにより、露光期間中に入力光に応じて符号（１０１）〜（１０５）、符号（１１１）〜（１１５）、符号（１２１）〜（１２５）及び符号（１３１）〜（１３５）で示す受光部に蓄積された電荷が垂直転送部に読み出され、上記した従来のＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラと同様に、垂直転送部に読み出された電荷は水平転送部を介して出力部へ転送され出力される。
【００２０】
次に、垂直転送部（１）のみに読み出し電圧を印加して受光部から垂直転送部及び水平転送部を介して電荷を出力部へ転送し出力する間に垂直転送部に蓄積した不要電荷の掃き出すために、垂直転送部の高速掃き出し転送を行う。
【００２１】
続いて、垂直電極（３）のみに読み出し電圧を印加することにより符号（１０６）〜（１１０）、符号（１１６）〜（１２０）、符号（１２６）〜（１３０）及び符号（１３６）〜（１４０）で示す受光部に蓄積された電荷が垂直転送部に転送され、上記した従来のＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラと同様に垂直転送部に読み出された電荷は水平転送部を介して出力部へ転送され出力される。
【００２２】
本発明を適用したＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラの駆動方法では、露光期間中に垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に印加する駆動パルスをＬレベルにすることにより、垂直電極（１）、垂直電極（２）、垂直電極（３）及び垂直電極（４）に対応する部分にポテンシャルの井戸が形成されるのを阻止し、不要電荷が垂直転送部に蓄積することを抑制することができるために、メカニカルシャッターを閉じた後受光部から電荷を読み出すまでの間に、垂直転送部の高速駆動を行うことにより不要電荷を排除する必要が無く、固体撮像素子の高フレームレート化を図ることができる。
更に、メカニカルシャッターを閉じた後受光部から電荷を読み出すまでの間に行う垂直転送部の高速駆動期間を省略できることにより、垂直転送クロックの各位相のオーバーラップ期間を増やすことができ、垂直転送効率の向上を図ることができると共に、固体撮像素子の消費電力を抑制することができる。
また、消費電力の抑制は固体撮像素子の発熱をも抑制することとなり、熱による不要電荷の発生、即ち、暗電流成分の発生を抑制することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の固体撮像素子の駆動方法では、不要電荷を排除しつつ高フレームレート化及び消費電力の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した固体撮像素子の駆動方法の一例であるＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラの駆動方法において固体撮像素子に印加する垂直転送クロックパルスの動作タイミングである。
【図２】図１に示す垂直転送クロックパルスの動作タイミングの変形例を示す動作タイミングである。
【図３】図１に示す垂直転送クロックパルスの動作タイミングの他の変形例を示す動作タイミングである。
【図４】デジタルスチールカメラにおける高速ドラフトモード及びフレーム読み出しモードを説明するための電極構成模式図である。
【図５】従来のＩＳＩＴ方式のデジタルスチールカメラの固体撮像素子に印加する垂直転送クロックパルスの動作タイミングである。
【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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