(57)【要約】【課題】従来のインターレース駆動用ＣＣＤで、順次走査映像を映像期間内に得るとともに奇数画素と偶数画素のスミアレベル差を抑え、フィルタリング処理によって高画質なインターレース走査映像を得たり、ダイナミックレンジを拡大した映像を得ることを可能とする。【解決手段】受光部の受光素子の画素電荷を垂直転送路へ読み出す際に、１回目の前記受光素子から前記垂直転送路への読み出し転送後にＦＩＴ転送を行い画素電荷を前記垂直転送路から蓄積部へ転送する駆動パルスを生成すると共に、２回目の読み出し後は映像期間中において水平ブランキング期間中に前記垂直転送路内に保持されている画素電荷を前記垂直転送路から前記蓄積部へラインシフト動作で転送する駆動パルスを生成する駆動手段を備え、前記受光部の受光素子に蓄積されていた全ての画素電荷を読み出す固体撮像装置。【選択図】        図１
2004312137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部の受光素子の画素電荷を垂直転送路へ読み出す際に、奇数ラインと偶数ラインの２回に分けて読み出すために、垂直ブランキング期間において１回目の前記受光素子から前記垂直転送路へ読み出し転送を行った後に垂直転送（ＦＩＴ転送）を行い画素電荷を前記垂直転送路から蓄積部へ転送し、その後２回目の前記受光素子から前記垂直転送路へ読み出し転送を行う駆動パルスを生成し、前記垂直ブランキング期間に続く映像期間中において水平ブランキング期間中に前記蓄積部から水平転送路へ１ライン転送するラインシフト動作を行う際、前記垂直転送路内に保持されている画素電荷を前記垂直転送路から前記蓄積部へ転送するラインシフト動作も同時に行う駆動パルスを生成する駆動手段を備え、前記垂直ブランキング期間および前記映像期間中に前記受光部の受光素子に蓄積されていた全ての画素電荷を読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、前記ラインシフト動作周期をインターレース走査時の２倍の速度で行い、インターレース走査時のフィールド周期と同じ期間内に１フレームに相当する順次走査線数の走査線映像を出力することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像装置において、前記奇数ラインと偶数ラインの走査線映像の走査線を並び替え順次走査映像として出力するフレームメモリ回路と、前記フレームメモリ回路から出力される順次走査映像に対して時空間フィルタリング処理を行うフィルタリング手段と、前記時空間フィルタリング処理された順次走査映像をインターレース走査映像に変換するインターレース走査変換手段とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像装置において、ＣＣＤ駆動回路の駆動パルスタイミングを通常のインターレース駆動に切り替えたときに連動して、ＣＣＤ出力をＡ／Ｄ変換回路をバイパスして直接出力するように外部回路を切り替える、またはＣＣＤ出力をＡ／Ｄ変換後処理回路をバイパスしてＤ／Ａ変換し出力するように外部回路を切り替える、またはＣＣＤ出力をＡ／Ｄ変換後フレームメモリ回路内または時空間フィルタ回路内の構成を切り替え走査線並び替え処理や時空間フィルタリング処理およびインターレース走査変換処理をバイパスしてＤ／Ａ変換し出力することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項２に記載の固体撮像装置において、前記ＦＩＴ転送によって得られる奇数ラインの走査線映像からスミア情報を取得し、前記ラインシフト動作によって得られる偶数ラインの走査線映像から前記スミア情報に基づいて演算されたスミア成分を減算することにより、前記ラインシフト動作によって得られる偶数ライン走査線映像のスミア特性劣化を抑えることを特徴とした固体撮像装置。
【請求項６】
請求項２に記載の固体撮像装置において、１回目の前記受光素子から前記垂直転送路への読み出し転送の前に、前記映像期間中において奇数ライン走査線の蓄積電荷を前記受光素子から前記垂直転送路へ読み出し垂直ブランキング期間中に掃き捨て、再び奇数ライン走査線の蓄積電荷を前記受光素子から前記垂直転送路へ読み出すことにより蓄積時間が短く蓄積電荷量の少ない奇数ライン走査線映像信号を取得し、前記得られた奇数ライン走査線映像信号と前記偶数ライン走査線の蓄積電荷による映像信号とを合成処理することによりダイナミックレンジを拡大した映像信号を得ることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
受光部の受光素子の画素電荷を垂直転送路へ読み出す際に、奇数ラインと偶数ラインの２回に分けて読み出すために、垂直ブランキング期間において１回目の前記受光素子から前記垂直転送路へ読み出し転送を行った後に垂直転送（ＦＩＴ転送）を行い画素電荷を前記垂直転送路から蓄積部へ転送し、その後２回目の前記受光素子から前記垂直転送路へ読み出し転送を行う工程と、前記垂直ブランキング期間に続く映像期間中において水平ブランキング期間中に前記蓄積部から水平転送路へ１ライン転送するラインシフト動作を行う際、前記垂直転送路内に保持されている画素電荷を前記垂直転送路から前記蓄積部へ転送するラインシフト動作も同時に行う工程とを有し、前記垂直ブランキング期間および前記映像期間中に前記受光部の受光素子に蓄積されていた全ての画素電荷を読み出すことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像装置の駆動方法において、前記ラインシフト動作周期をインターレース走査時の２倍の速度で行い、インターレース走査時のフィールド周期と同じ期間内に１フレームに相当する順次走査線数の走査線映像を出力することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置およびその駆動方法に関し、特にテレビジョンカメラ用ＣＣＤの順次走査駆動装置および高画質インターレース走査映像出力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テレビジョンカメラなどで順次走査映像を得るＣＣＤ固体撮像装置の従来の技術として、ＦＩＴ（フレーム・インターライン・トランスファー）型ＣＣＤの構成例および駆動パルスタイミング例を示して説明する。
【０００３】
図３はＦＩＴ型ＣＣＤを用いた順次走査用ＣＣＤの構成例である。受光部にはフォトダイオード（受光素子）と垂直転送路があり、受光部の下部には受光部の垂直転送路から転送されてくる画素電荷を蓄積する蓄積部が接続されている。蓄積部の最下部には水平転送路が接続されており、水平転送路の終端部分で画素電荷は信号に変換され、出力される。
【０００４】
図４はＦＩＴ型ＣＣＤの順次走査駆動用パルスタイミングの例である。垂直ブランキング期間中に、まずタイミングＳにおいて垂直転送路および蓄積部の不要電荷を掃き出す。次にタイミングＲによって受光部の画素電荷を垂直転送路へ転送する。次にタイミングＦによって、受光部垂直転送路内の画素電荷を一斉に蓄積部へ転送する（ＦＩＴ転送または垂直転送という）。最後に、映像期間Ｈにおいて、水平ブランキング期間内に蓄積部の画素電荷を１ラインずつ水平転送路へラインシフトし、テレビジョンレートなど出力形態に合わせて水平転送路より読み出してゆく。
【０００５】
また、ＦＩＴ型ＣＣＤにおいて、フォトダイオードから垂直転送路への転送、および垂直転送路から蓄積部への転送を複数回に分けて行えるようにした、Ｍ−ＦＩＴ（マルチプルＦＩＴ）型ＣＣＤがある（例えば、非特許文献１参照。）。図５にＭ−ＦＩＴ型ＣＣＤの構成例を、図６に順次走査駆動用パルスタイミングの例を示す。ＦＩＴ型ＣＣＤと同様、まず垂直ブランキング期間の始めにタイミングＳにおいて垂直転送路および蓄積部の不要電荷を掃き出す。次にタイミングＲ１によって受光部の画素電荷を垂直転送路へ転送する。このとき、例えば２回に分けて転送動作を行う場合、受光部の例えば奇数番目のラインのみ転送する。その後タイミングＦ１において垂直転送路の画素電荷を蓄積部へ転送する。次に再びタイミングＲ２によって受光部の画素電荷を垂直転送路へ転送する。このとき、今度は受光部の偶数番目のラインのみ転送する。その後タイミングＦ２において垂直転送路の画素電荷を蓄積部へ転送する。このとき蓄積部には、奇数ラインと偶数ラインに分かれた画素電荷が保持されていることになる。最後に、映像期間Ｈにおいて、水平ブランキング期間内に蓄積部の画素電荷を１ラインずつ水平転送路へラインシフトし、テレビジョンレートなど出力形態に合わせて水平転送路より読み出してゆく。得られた出力信号は外部のＡ／Ｄ変換回路およびフレームメモリ回路などを用い、走査線の順番を適切に並び替えた後出力する。
【０００６】
また、上で述べたＭ−ＦＩＴ型ＣＣＤと同様の動作を行うものとして、特許文献１に記載のものがある。
【０００７】
また、ＦＩＴ型とＩＴ型ＣＣＤの両機種開発による開発工数の軽減と駆動消費電力の低減を目的とした、ＦＩＴ型ＣＣＤを用いてＩＴ型ＣＣＤと同様の駆動を行うものがある（例えば、特許文献２参照。）。これは駆動回路を切り替えることによりＦＩＴ特有の高速転送を行わず、蓄積部を垂直転送部の延長と見立ててＩＴ型ＣＣＤ駆動と同様の駆動を行うものである。駆動パルスタイミングの例を図７に示す。
【０００８】
また、ＦＩＴ型ＣＣＤを用いて奇数画素、偶数画素をフィールド交互に取り出し、各画素の転送は垂直ブランキング期間の１回の高速転送と２フィールドに渡る映像期間のインターライン転送によって行うものがある（例えば、特許文献３参照。）。これは奇数画素を垂直ブランキング期間に蓄積部へ高速で転送した後偶数画素を垂直転送路へ読み出し、奇数画素を１フィールドの映像期間中に１ラインずつ蓄積部から水平転送路を経て出力する間、偶数画素は垂直転送路から蓄積部へ転送し、次の１フィールドの映像期間中に１ラインずつ蓄積部から水平転送路を経て出力するものである。
【０００９】
また、上で述べたものと同様ＦＩＴ型ＣＣＤを用いて奇数画素、偶数画素をフィールド交互に取り出すが、各画素の転送は垂直ブランキング期間の２回の高速転送と２フィールドに渡る映像期間のインターライン転送によって行うものがある（例えば、特許文献４参照。）。これは奇数画素を垂直ブランキング期間に蓄積部へ高速で転送した後偶数画素を垂直転送路へ読み出し、奇数画素を１フィールドの映像期間中に１ラインずつ蓄積部から水平転送路を経て出力する間偶数画素は垂直転送路内に保持し、次の垂直ブランキング期間に垂直転送路内に保持してあった偶数画素を蓄積部へ高速で転送し、次の１フィールドの映像期間中に１ラインずつ蓄積部から水平転送路を経て出力するものである。
【００１０】
一方、ブレやフリッカーの低減を目的として、駆動パルスのタイミングを改善した駆動方式がある（例えば、特許文献５参照。）。これは一つのフィールド信号電荷を光電変換素子（フォトダイオードなど）に蓄積し、垂直転送路に転送後メモリ部へ転送すると共に次のフィールド信号電荷をフォトダイオードに蓄積し、再度垂直転送路へ転送すると共にメモリ部への転送とメモリ部の信号電荷の水平転送部への転送を同期して行うものである。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｋ．Ｉｔａｋｕｒａ他，”Ａ  ２／３−ｉｎ  ２．０  Ｍ−Ｐｉｘｅｌ  ＣＣＤ  Ｉｍａｇｅｒ  ｗｉｔｈ  ａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍ−ＦＩＴ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  Ｃａｐａｂｌｅ  ｏｆ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｓｃａｎ”，ＩＥＥＥ  ｔｒａｎｚａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｅｖｉｃｅｓ，ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１０，ｐｐ．１６２５−１６３２（１９９７）
【特許文献１】
特開平２−１７７７２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５７１１８号公報
【特許文献３】
特開平１−２３３９７１号公報
【特許文献４】
特開平１−３００６８５号公報
【特許文献５】
特開平７−１４３４０６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の順次走査用ＦＩＴ型ＣＣＤは、受光部全体の大きさ（ＣＣＤのイメージサイズ）を変更することなく全画素独立に読みだせるように設計するためにはインターレース用ＣＣＤに比して受光部の垂直転送路（チャネル幅）が非常に狭くなってしまい、垂直転送路の取り扱い電荷量が少なくなってしまうので、十分な性能を得ることが難しいという課題があった。
【００１３】
また、Ｍ−ＦＩＴ型ＣＣＤを用いた場合、受光部の画素電荷を複数回に分けて出力するために、受光部垂直転送路の必要段数をＦＩＴ型ＣＣＤと比して少なくすることができる利点があるが、それでも全画素読み出しを行うためには蓄積部に受光部の画素数と同じ段数のＣＣＤが必要となるため、従来のインターレース用ＣＣＤそのままでは順次走査映像を得られない課題があった。
【００１４】
更に、ＦＩＴ型、Ｍ−ＦＩＴ型いずれにせよ、順次走査用ＣＣＤは垂直ブランキング期間中の垂直転送段数がインターレース走査用ＣＣＤの２倍必要になるため、ＦＩＴ転送周波数が高速になってしまい、転送効率の低下や駆動消費電力の増加を招く課題があった。
【００１５】
また、ＦＩＴ型ＣＣＤを用いてＩＴ型ＣＣＤと同様の駆動を行う場合、ＦＩＴ転送が不要の為消費電力の大幅な削減が期待できる利点があるが、この駆動によってインターレース走査用ＣＣＤで順次走査駆動を可能とするものでは無い、という課題があった。
【００１６】
また、ＦＩＴ型ＣＣＤを用いて奇数画素、偶数画素をフィールド交互に取り出し２フィールドに渡る映像期間のインターライン転送によって行う場合、全画素を読み出すためには２フィールドの期間が必要であり、テレビジョンのプログレッシブ走査１フレーム１／６０秒などに表示させる場合、フリッカーや動きぼけが生じるなど動解像度の低い映像となる課題があった。
【００１７】
また、ブレやフリッカーの低減を目的とした駆動方式の場合、２つのフィールド信号電荷を個別にフォトダイオードに蓄積するため、順次走査映像を得るためには長い蓄積期間を得ることが困難であり、また２つのフィールドの蓄積タイミングも異なってしまう課題があった。
【００１８】
また、上に述べたいずれの方法においても、順次走査映像に時空間フィルタリング処理およびインターレース走査変換処理を施すことによって、高画質化したインターレース走査信号を順次走査信号と同時に出力するものではなく、さらに高画質化したインターレース走査信号と通常のインターレース駆動時のインターレース走査信号とを必要に応じて切り替えられるものではないという課題があった。
【００１９】
また、上に述べた方法により奇数ライン画素、偶数ライン画素によって得られた２つの映像から順次走査映像を得る場合、２つの映像は受光部垂直転送路での転送時間が異なるためにスミア特性が異なり、順次走査映像としたときに奇数画素と偶数画素のスミア妨害のレベルが異なり映像品質を低下させる課題があった。
【００２０】
また、上に述べたいずれの方法においても、大きな光量が受光部に入射した場合、蓄積電荷が飽和し映像のダイナミックレンジが制限される課題があった。
【００２１】
本発明の目的は、従来用いられていたインターレース駆動用ＣＣＤを用い、その構成を全く変更することなく、順次走査映像を映像期間内に得るとともに奇数画素と偶数画素のスミアレベル差を抑え、フィルタリング処理によって高画質なインターレース走査映像を得たり、ダイナミックレンジを拡大した映像を得ることを可能とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００２３】
インターレース駆動用ＣＣＤを用い、垂直ブランキング期間中に受光部の画素電荷を奇数ラインと偶数ラインに分けて読み出し、その際奇数ラインの画索は高速のＦＩＴ転送を行う一方偶数ラインの画素はＦＩＴ転送を行わず、映像期間中にインターライン転送を行い１ラインずつ全てのラインの画素電荷を順次出力すること、更に、順次走査映像を取得すると同時に、順次走査映像に対し時空間フィルタリング処理ならびにインターレース変換処理を施すことにより高画質なインターレース走査映像を出力すること、またＣＣＤ駆動回路を通常のインターレース駆動と切り替えた場合連動してインターレース走査映像出力信号を切り替えること、またはＩＴ転送とＦＩＴ転送によって得られた２つの映像からスミア情報を読み出しスミア妨害を抑えた映像を出力すること、また２つの映像から蓄積電荷飽和情報を読み出し蓄積電荷量の少ない画素信号と蓄積電荷量の多い画素信号を合成処理することによりダイナミックレンジを拡大した映像を出力すること、を特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２５】
＜実施の形態１＞
本発明を用いた第１の実施の形態について図１および図２を用いて説明する。
【００２６】
図２は、本発明を用いた第１の実施の形態の固体撮像装置の例である。タイミングパルス発生回路２０１からＣＣＤ駆動回路２０２へ与えられる駆動パルスによって固体撮像素子であるＦＩＴ型ＣＣＤ（以下、ＣＣＤと記す）２０３が駆動され、ＣＣＤ２０３より得られた映像信号はＡ／Ｄ変換回路２０４を経てフレームメモリ回路２０５ヘ取込まれ、ＣＣＤ２０３から奇数ラインと偶数ラインに分けて出力される映像信号（走査線映像）の走査線を順次走査へと並び替え処理を行った後、Ｄ／Ａ変換回路２１０を経て順次走査映像信号（順次走査映像）として出力する。フレームメモリ回路２０５より出力された信号は同時に時空間フィルタ回路２０６において、図１８に示すような時空間フィルタ係数のデジタルフィルタによってインターレース走査による時空間帯域内に帯域制限した後、インターレース走査変換処理回路２０７においてインターレース走査映像へ変換され、信号出力切替スイッチ２０８の入力ｃおよびＤ／Ａ変換回路２０９を経て高画質インターレース走査映像信号として出力する。また、タイミングパルス発生回路２０１においてインターレース駆動パルスが選択された場合は、信号出力切替スイッチ２０８を入力ａに切り替えることによりＡ／Ｄ変換回路２０４からの信号が直接Ｄ／Ａ変換回路２０９へ接続され、通常のインターレース走査映像を出力する。このときＣＣＤ２０３は通常のインターレース走査を行うため、ＣＣＤ撮像素子内において垂直２画素混合処理が行われ、順次走査時よりも大きな信号出力が得られる。従って、インターレース走査カメラとして使用する場合に、インターレース走査妨害が気にならない絵柄の被写体や入射光量が不足しがちで映像品質よりも感度を優先したいような被写体を撮像するときに、駆動方式および信号回路を切り替えて使用することが可能である。
【００２７】
なお、第１の実施の形態の固体撮像装置は、図示しないインターレース走査切替制御回路を有しており、例えば撮影者のスイッチ操作により、インターレース走査切替制御回路がタイミングパルス発生回路２０１や信号出力切替スイッチ２０８を制御して、Ｄ／Ａ変換回路２０９の出力を通常のインターレース信号とするか、高画質インターレース信号とするかの切り替えを行う。なお、第１の実施の形態では、順次走査映像信号はＤ／Ａ変換回路２１０から常に出力される。
【００２８】
次に、図１を用いて、ＦＩＴ型ＣＣＤの駆動タイミングについて詳説する。図８に本発明で用いる従来のインターレース走査用ＦＩＴ型ＣＣＤの構成例を示す。ここで、説明を明確にするため、撮像素子の例として垂直にＮラインの画素数（段数）を有すＣＣＤを想定し、説明する。
【００２９】
図８から明らかなように、本発明で用いるインターレース走査用ＦＩＴ型ＣＣＤの受光部８０１は、Ｎ段の受光素子（フォトダイオード８０２）と、Ｎ／２段の垂直転送路８０３とから構成されている。従って、奇数ラインのフォトダイオード８０２の蓄積電荷（画素電荷ともいう）と、偶数ラインのフォトダイオード８０２の蓄積電荷とをそれぞれ別々に読み出す順次走査では、垂直転送路８０３への蓄積電荷の読み出しを２回に分けて行う。以下、図８に基づいて、第１の実施の形態の固体撮像装置における蓄積電荷の読み出し動作を説明する。
【００３０】
図１の垂直ブランキング期間において、まずタイミングＳで、ＣＣＤの受光部垂直転送路８０３および蓄積部８０４に残っている不要電荷を掃き出す。その後タイミングＲ１において、受光部８０１の奇数番目のライン上に位置する画素の蓄積電荷（画素電荷ともいう）を垂直転送路８０３へ読み出す。次にタイミングＦにおいて、受光部８０１および蓄積部８０４の垂直転送ＣＣＤを駆動し、受光部８０１の垂直転送路８０３へ読み出された蓄積電荷を蓄積部８０４へ転送する。このとき、垂直転送段数はＮ／２段となる。つまり、奇数ラインの全ての画素が先に受光部８０１から垂直転送路８０３へ読み出され、垂直転送路８０３から蓄積部８０４へ転送されることになる。次にタイミングＲ２において、受光部８０１の偶数番目のライン上に位置する画素の蓄積電荷を垂直転送路８０３へ読み出す。つまり、偶数ラインの全ての画素は受光部８０１の垂直転送路８０３内に保持されることになる。以上の動作を、垂直ブランキング期間中に行う。
【００３１】
その後、映像期間（映像表示期間）において、水平ブランキング期間内に、受光部８０１および蓄積部８０４で１ラインの垂直ラインシフト駆動を行う。その結果、受光部垂直転送路８０３内に保持されている電荷は１ライン分蓄積部８０４へ転送され、同時に蓄積部８０４の電荷は１ライン分水平転送ＣＣＤ（水平転送路）８０５へ送られる。水平転送ＣＣＤ８０５には水平映像期間中に水平転送パルスが加えられ、ＣＣＤ読み出しアンプ（出力アンプ）８０６より映像信号として出力される。
【００３２】
以上の垂直ラインシフト駆動をＮ／２段行った時点において、受光部８０１の垂直転送路８０３内にあった偶数ラインの画素電荷は全て蓄積部８０４に転送されることになる（図１のタイミングＨ１）。同時に、蓄積部８０４にあった奇数ラインの画素電荷は全て水平転送路８０５および読み出しアンプ８０６を経由して映像信号として出力される。引き続き垂直ラインシフト駆動および水平転送駆動を行っていくと、今度は蓄積部８０４に転送されてきた偶数ラインの画素電荷が水平転送路８０５へ転送され、映像信号として出力されてくる。以上のラインシフト段数がＮ段に達した時、受光部８０１に蓄積していた画素電荷は、全て読み出し終えることになる。なお、以上に説明したＣＣＤ２０３の駆動は、タイミングパルス発生回路２０１からのタイミングパルスで動作するＣＣＤ駆動回路２０２から出力される駆動パルスに基づいて行われる。
【００３３】
以上説明したように、本発明を用いることにより、従来インターレース駆動に用いていたＦＩＴ型またはＭ−ＦＩＴ型ＣＣＤを用いて、全画素読み出し駆動（順次走査駆動、またはプログレッシブ走査駆動などとも言う）が可能となる。
【００３４】
なお、固体撮像素子としてＭ−ＦＩＴ型ＣＣＤを用いる場合には、図５に示す従来のＭ−ＦＩＴ型ＣＣＤの蓄積部を構成するＣＣＤにおける蓄積電荷の転送を制御するＢ１〜Ｂ４をＢ１〜Ｂ８とし、その内で、例えばＢ１とＢ２、Ｂ３とＢ４、Ｂ５とＢ６およびＢ７とＢ８にそれぞれ同相の駆動信号を供給することによって（Ｍ−ＦＩＴ型ＣＣＤにおけるインターレース走査時と同じ駆動）、Ｎ段の蓄積部における蓄積電荷の転送を一段飛ばしに行うことができるので、前述するＦＩＴ型ＣＣＤと同様の動作となる。
【００３５】
＜実施の形態２＞
本発明を用いた第２の実施の形態について、図９を用いて説明する。図９において、固体撮像装置の基本構成は第１の実施の形態と同様となるので、以下の説明では蓄積電荷の読み出し動作について詳細に説明する。
【００３６】
図１に示す実施の形態１におけるタイミングＨ２の期間は、受光部垂直転送路には画素電荷が無いため、垂直転送駆動は止めている。しかしながら一般に固体撮像素子では、映像期間中にも暗電流などによる不要電荷が垂直転送路に蓄積してくる。このような不要電荷は従来、受光部の画素読み出しの前に掃き出し処理を行って除去している。本発明を用いた第２の実施の形態の固体撮像装置においては、図９のタイミングＨ２の期間において、蓄積部と共に受光部の垂直転送路も引き続きラインシフト動作を行うことにより、垂直転送路に残る不要電荷を映像期間中も蓄積部へ掃き出すことができる。従来行われていた垂直ブランキング期間中の垂直転送路の残電荷掃き出し駆動（タイミングＳに行われる）に加え、映像期間中にも掃き出し駆動を行うことにより、奇数画素読み出し前の受光部不要電荷の掃き出し能力の向上を図ることが可能となる。
【００３７】
すなわち、垂直ブランキング期間のタイミングＳにおける掃き出し動作は高速で行われるために、十分な転送効率が得られなかった場合、掃き出し切れず電荷が残ってしまう可能性があった。
【００３８】
これに対して、第２の実施の形態の固体撮像装置におけるＣＣＤの駆動では、図９に示す垂直ブランキング期間のタイミングＳにおける掃き出し動作に加えて、映像期間中にも低速で掃き出し動作を行うものである。特に、第２の実施の形態では、一つは低速で十分な転送効率によって掃き出すことができ、もう一つは受光部では常に入射光による漏れ電荷の影響や暗電流の影響を受けるため映像期間中でも継続的に掃き出し動作を行えるので、より不要電荷を低減させることに有効である。
【００３９】
＜実施の形態３＞
本発明を用いた第３の実施の形態について、図１０を用いて説明する。
【００４０】
第３の実施の形態の固体撮像装置では、Ｄ／Ａ変換回路２０９を１つとし、Ｄ／Ａ変換回路２０９へ入力する信号を選択するための信号出力切替スイッチ１００１を３択とし、Ａ／Ｄ変換回路２０４後およびフレームメモリ回路２０５後、そしてインターレース走査変換処理回路２０７後の信号を選択可能とする。必要に応じてタイミングパルス発生回路２０１の駆動パルスを切り替え、または信号出力切替スイッチ１００１を切り替えることにより、順次走査信号と高画質インターレース走査映像、そして通常のインターレース走査映像を得ることが可能となる。
【００４１】
すなわち、第３の実施の形態の固体撮像装置では、第１の実施の形態の固体撮像装置における２入力１出力の信号出力切替スイッチ２０８の代わりに３入力１出力の信号出力切替スイッチ１００１を用いる構成となっている。特に、第３の実施の形態では、信号出力切替スイッチ１００１への入力ａにＡ／Ｄ変換回路２０４の出力（インターレース信号出力）が接続され、入力ｂにフレームメモリ回路２０５の出力（順次走査信号出力）が接続され、入力ｃにインターレース走査変換回路２０７の出力（高画質インターレース信号出力）が接続され、信号出力切替スイッチ１００１の出力がＤ／Ａ変換回路２０９の入力に接続される構成となっている。
【００４２】
従って、第３の実施の形態の固体撮像装置では、順次走査映像信号出力とインターレース走査映像信号出力とを、切り替えにより同じＤ／Ａ変換回路２０９から出力する構成となっているので、第１の実施の形態の固体撮像装置に比較して、Ｄ／Ａ変換回路を一つにでき、回路規模を小さくできるものである。さらには、信号出力切替スイッチ１００１の入力信号を選択すると共に、使用しない回路を停止させることによって、第１の実施の形態の効果に加えて、省電力化を可能とするものである。
【００４３】
＜実施の形態４＞
本発明を用いた第４の実施の形態について、図１１を用いて説明する。
【００４４】
インターレース走査映像出力時についてのみ説明する。インターレース走査映像出力信号を、順次走査映像から変換した高画質インターレース走査映像から、通常のインターレース駆動より得られたインターレース走査映像へ切り替えるとき、インターレース走査・順次走査切替制御回路１２０１からの指示に従って、タイミングパルス発生回路２０１を通常のインターレース駆動へ変更すると共に、インターレース走査映像出力信号をＣＣＤ出力側へ切り替える。
【００４５】
すなわち、第４の実施の形態の固体撮像装置では、ＦＩＴ型ＣＣＤ２０３の出力がＡ／Ｄ変換回路２０４の入力に接続されると共に、信号出力切替スイッチ１１０１の入力ａに接続される。また、インターレース走査変換回路２０７の出力がＤ／Ａ変換回路２０９に入力されると共に、Ｄ／Ａ変換回路２０９の出力が信号出力切替スイッチ１１０１の入力ｃに接続される。ただし、第４の実施の形態では、２入力１出力の信号出力切替スイッチ１１０１にはアナログ信号が入力されるので、、アナログ信号用の切替スイッチを用いる。
【００４６】
第４の実施の形態の固体撮像装置においても、第３の実施の形態と同様に、インターレース走査切替制御回路１１０２からの制御信号に基づいて、信号出力切替スイッチ１１０１の入力信号を選択すると共に、使用しない回路を停止させることによって、第３の実施の形態の効果に加えて、Ａ／Ｄ変換回路２０４及びＤ／Ａ変換回路２０９の消費電力も省電力化を可能とするものである。
【００４７】
＜実施の形態５＞
本発明を用いた第５の実施の形態について、図１２を用いて説明する。
【００４８】
インターレース走査映像出力時についてのみ説明する。インターレース走査映像出力信号を、順次走査映像から変換した高画質インターレース走査映像から、通常のインターレース駆動より得られたインターレース走査映像へ切り替えるとき、インターレース走査・順次走査切替制御回路１２０１からの指示に従って、タイミングパルス発生回路２０１を通常のインターレース駆動へ変更すると共に、フレームメモリタイミング制御回路１２０２によりフレームメモリ回路の走査線入れ替え動作を停止してスルー出力とし、フィルタ係数制御回路１２０３により時空間フィルタ回路のフィルタ係数をインターレース駆動用に変更し、走査変換制御回路１２０４によりインターレース走査変換動作を停止してスルー出力とすることにより、インターレース走査映像出力信号を切り替える。
【００４９】
すなわち、第５の実施の形態の固体撮像装置では、インターレース走査・順次走査切替制御回路１２０１の制御出力に基づいて、フレームメモリ回路２０５、時空間フィルタ回路２０６、およびインターレース走査変換回路２０７を制御して、それぞれにインターレース走査動作と順次走査動作とを切り替える制御回路（フレームメモリタイミング制御回路１２０２、フィルタ係数制御回路１２０３、および走査変換制御回路１２０４）を有する構成となっている。
【００５０】
また、フィルタ係数制御回路１２０３および走査変換制御回路１２０４の各制御回路が、時空間フィルタ回路２０６およびインターレース走査変換回路２０７による信号の変換処理してスルー出力とすることにより、信号出力切替スイッチを用いることなくインターレース走査映像信号出力および順次走査映像信号出力を得ることを可能とするものである。なお、このときのＣＣＤ２０３からは１フレーム期間で全てのフォトダイオード８０２の蓄積電荷が映像信号として出力されることはいうまでもない。
【００５１】
＜実施の形態６＞
本発明を用いた第６の実施の形態について、図１３を用いて説明する。
【００５２】
一般的にＣＣＤ撮像素子のスミアは、ハイライト部分で垂直転送中の信号電荷に光が漏れ込むことにより発生する。これに対して、本願発明の固体撮像装置では、１回目のＦＩＴ転送駆動により読み出される映像は、ＦＩＴ型ＣＣＤ２０３の受光部から信号電荷を遮光された垂直転送路へ読出した後、遮光された蓄積部へさらにＦＩＴ転送により高速で転送する。従って、若干の光の漏れは無視できる。一方、２回目のＩＴ転送駆動により読み出される映像は、受光部から信号電荷を遮光された垂直転送路へ読出した後そのまま垂直転送路内に保持された後、ＩＴ駆動によりゆっくりと転送されるため、わずかな入射光の漏れ込みでも電荷の蓄積が無視できなくなり、スミア特性が劣化する。このＦＩＴ駆動とＩＴ駆動によるスミア特性の差は垂直転送路内の通過時間の比で求められる。
【００５３】
【数１】スミア特性差＝２０ｌｏｇ（ＩＴ駆動周波数／ＦＩＴ駆動周波数）…（式１）
このとき、例えば一様な明るさの被写体を撮影した時にＦＩＴ駆動による映像からスミア情報を取得し、式１によるスミア特性差を乗じてＩＴ駆動による映像から減ずることにより、ＩＴ駆動による映像のスミア妨害を抑えることが可能となる。
【００５４】
例えば、スミア情報を得るためのキャリブレーションモードを設け、撮影前に一様な明るさのテストチャートを撮像し、そのとき得られたスミア情報を図１３の１３０２のメモリに保存し、キャリブレーションモード解除後の撮影時にはスミア妨害を抑えた映像を出力する。また、例えば撮影時でも奇数ラインの各フォトダイオードから読み出した画素信号が予め設定した値以内の場合には、被写体が一様な明るさであると判断し、自動的にスミア情報を得るためのモードに移行する、または手動でモード移行する警告・告知を撮影者に対して行う。
【００５５】
このように、第６の実施の形態の固体撮像装置では、Ａ／Ｄ変換回路２０４の出力が信号出力切替スイッチ１３０５の入力ａ、減算回路１３０４、およびスミア映像メモリ回路１３０２に接続される構成となっている。また、第６の実施の形態の固体撮像装置は、前述する式１に基づいてスミア特性差係数１３０１を算出する手段を備えており、この手段の出力とスミア映像メモリ回路１３０２とが乗算回路１３０３で乗算される構成となっている。この乗算結果は減算回路１３０４に出される構成となっており、減算回路１３０４でＡ／Ｄ変換回路からの信号電荷から乗算結果が減算され、減算結果が信号出力スイッチ１３０５の入力ｂに入力される。
【００５６】
ここで、第６の実施の形態の固体撮像装置では、垂直ブランキング期間に受光部から蓄積部に転送された蓄積信号（高速に転送された蓄積信号）がＦＩＴ型ＣＣＤ２０３から出力されている期間は信号出力スイッチ１３０５は入力ａが選択され、映像表示期間に受光部から蓄積部に転送された蓄積信号（低速で転送された蓄積信号）がＦＩＴ型ＣＣＤ２０３から出力されている期間は信号出力スイッチ１３０５は入力ｂが選択される。その結果、蓄積電荷を低速で転送したことによるスミア妨害を抑えることが可能となる。
【００５７】
なお、本実施の形態のスミア妨害を抑える構成は、前述する第１〜第５の実施の形態に適用可能なことはいうまでもない。
【００５８】
＜実施の形態７＞
本発明を用いた第７の実施の形態について、図１４を用いて説明する。
【００５９】
図１において受光部はＮ／２段の垂直転送（図中Ｈ１）終了後は垂直転送路に信号電荷を有さない。したがって図９の期間Ｈ２に相当する時間内において蓄積電荷をフォトダイオードから垂直転送路に読み出してもそれまでに読み出した信号電荷はすでに蓄積部へ転送完了しており信号電荷は破壊されない。期間Ｈ２内の任意の時間に奇数ラインのフォトダイオードの蓄積電荷を垂直転送路に読み出しパルスＲ３によって読み出してフォトダイオードの中身を空にする。奇数ラインのフォトダイオードには読出しパルスＲ３後から次の読出しパルスＲ１までの期間に相当する蓄積時間の信号電荷が蓄積される。その後実施の形態１と同様に垂直ブランキング期間に受光部垂直転送路の掃き出し動作を行った場合、図１４に示す期間Ｈ３の蓄積時間に相当する蓄積電荷は受光部垂直転送路内で掃き捨てられ、新たに図１４に示す期間Ｈ４の蓄積時間に相当する蓄積電荷が読み出しパルスＲ１によって信号電荷として読み出される。この信号電荷はＦＩＴ転送により蓄積部に転送された後、再び読み出しパルスＲ２で偶数ラインのフォトダイオードの蓄積電荷が読み出される。このとき偶数ラインのフォトダイオードの蓄積時間は映像表示期間Ｈと等しい。
【００６０】
すなわち、奇数ラインのフォトダイオードからＦＩＴ転送によって得られる映像は短い期間Ｈ４の蓄積時間による信号電荷であるのに対し、偶数ラインのフォトダイオードからＩＴ転送によって得られる映像は長い期間Ｈの蓄積時間による信号電荷となる。このように読み出しパルスを追加することにより２つの異なる蓄積時間の映像が１フレーム期間に同時に得られる。
【００６１】
従って、図１５に示すように、短い蓄積時間の信号電荷と長い蓄積時間の信号電荷を合成することにより、映像のダイナミックレンジを拡大することができる。強い入射光があった場合、長い蓄積時間の信号電荷が飽和した場合でも短い蓄積時間の信号電荷は飽和しないで済む。従って例えば短い蓄積時間の映像信号と長い蓄積時間の映像信号を比較し、長い蓄積時間の映像が一定のレベル以上に達した場合、長い蓄積時間の映像信号は使用せず短い蓄積時間の信号に対しＨ／Ｈ４の係数を乗じた信号を映像信号として切り替えて出力することにより、蓄積電荷の飽和により映像品質が劣化することなく、ダイナミックレンジの広い映像を提供することができる。
【００６２】
すなわち、奇数ラインの蓄積時間を短くし、偶数ラインの蓄積時間を長くすることによって、図１５（ａ）に示すように入射光量が大きい場合には、入射光量量がＸ１に達した時点で偶数ラインのフォトダイオードは蓄積電荷量の飽和レベルに達してしまうこととなる。しかしながら、図１５（ｂ）に示すように、短い蓄積時間の奇数ラインのフォトダイオードでは、入射光量がＸ１に達した時点でも蓄積電荷量の飽和レベルに達することなく、入射光量に比例した信号電荷が得られることとなる。
【００６３】
従って、本実施の形態の固体撮像装置では、偶数ラインの蓄積時間（長い蓄積時間）Ｈと奇数ラインの蓄積時間（短い蓄積時間）Ｈ４との比であるＨ／Ｈ４を奇数ラインの映像信号に乗算する乗算手段と、奇数ラインの蓄積時間で得られる映像信号と偶数ラインの蓄積時間で得られる映像信号とを比較する比較手段と、この比較結果に基づいて、偶数ラインの映像信号が所定のレベル以上に達した場合、偶数ラインの映像信号は使用せず、乗算手段からの映像信号に切り替えて出力する切り替え合成処理手段を有する。このような構成とすることにより、蓄積電荷の飽和により映像品質が劣化することなく、ダイナミックレンジの広い映像を提供することができる。
【００６４】
また、図１６に示すように、例えば短い蓄積時間の信号電荷と長い蓄積時間の信号電荷を加算して出力することにより、長い蓄積時間の映像が飽和した場合でもさらに短い蓄積時間の映像が加算され、Ｈ／Ｈ４の傾きを持つニー特性を有するダイナミックレンジの広い映像を提供することができる。
【００６５】
すなわち、図１６（ｂ）に示す奇数ラインの蓄積時間で得られる映像信号と、図１６（ａ）に示す偶数ラインの蓄積時間で得られる映像信号とを加算する加算手段を備え、加算手段の出力を合成出力（図１６（ｃ）に示す）とするものである。
【００６６】
＜実施の形態８＞
本発明を用いた第８の実施の形態について、図１７を用いて説明する。
【００６７】
映像期間中に読み出しパルスＲ４で奇数・偶数両ラインの蓄積電荷を垂直転送路に読み出し、そのまま垂直転送路に保持する。時間Ｈ５の後、受光部の垂直転送路から蓄積郡へＦＩＴ転送を行う。次に読み出しパルスＲ５で奇数・偶数両ラインの蓄積電荷を垂直転送路に読み出し、そのまま垂直転送路に保持する。映像期間開始とともに、受光部・蓄積部共にＩＴ転送を行う。映像期間の半分Ｈ６の期間で受光部垂直転送路の電荷はすべて蓄積部へ転送が終了し受光部垂直転送路は空となる。読み出しパルスＲ４で読み出される電荷の蓄積時間はＨ７に等しく、読み出しパルスＲ５で読み出される電荷の蓄積時間はＨ８に等しい。
【００６８】
読み出しパルスＲ４をＨ６の期間以降の任意のタイミングに設定することにより、Ｈ７とＨ８の比率は変化し、Ｒ４が遅くなるほど相対的にＨ７の期間が延び、Ｈ８の期間が縮み、結果としてＲ４が長い露光時間の蓄積電荷、Ｒ５が短い露光の蓄積電荷が得られる。
【００６９】
得られた露光時間の異なる２つの映像信号に対し、実施の形態７と同様に合成処理または加算処理を行うことにより、ダイナミックレンジを拡大したインターレース信号が得られる。
【００７０】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００７１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００７２】
受光部の奇数ラインと偶数ラインの画素電荷をそれぞれＣＣＤの蓄積部と垂直転送路に分けて保持することが可能となり、画素電荷を混合させることなく全画素独立に出力し順次走査映像を得ることができる。
【００７３】
また、垂直転送（ＦＩＴ転送）の段数が順次走査用ＣＣＤに比して半分で済むため転送速度を低くすることが可能であり、それによって転送効率の低下を抑えるなど画質向上が図られまた消費電力の低減が可能となる。
【００７４】
また、全てのラインの画素電荷の読み出しを１フレーム１／６０秒などの映像期間内に完了させるため、テレビジョンのプログレッシブ走査などにおいてフリッカーや動きぼけのない動解像度の高い順次走査映像を得ることが可能となる。
【００７５】
さらに、得られた順次走査映像に対し時空間フィルタリング処理ならびにインターレース変換処理を施すことによりインターレースフリッカーなどの妨害を抑えた高画質なインターレース走査映像を、順次走査映像と同時に出力することが可能となる。
【００７６】
また、被写体が暗いなどＣＣＤ受光部への入射光量が不足している場合に順次走査映像から変換した高画質なインターレース走査映像よりも撮影感度を優先したいときに、ＣＣＤ駆動回路および信号処理回路を切り替えることにより垂直２画素混合による通常のインターレース走査駆動による映像を出力することが可能となる。
【００７７】
また、ＩＴ駆動によるスミア妨害を抑えた映像を出力することが可能となる。
【００７８】
また、蓄積電荷量が異なる２種類の映像を合成処理する事によりダイナミックレンジを拡大した映像を出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である固体撮像装置の駆動パルスタイミングを説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である固体撮像装置のブロック図の例である。
【図３】従来の順次走査用ＦＩＴ型ＣＣＤの構成例である。
【図４】従来の順次走査用ＦＩＴ型ＣＣＤの駆動パルスタイミングの例である。
【図５】従来の順次走査用Ｍ−ＦＩＴ型ＣＣＤの構成例である。
【図６】従来の順次走査用Ｍ−ＦＩＴ型ＣＣＤの駆動パルスタイミングの例である。
【図７】従来のＦＩＴ型ＣＣＤをＩＴ型ＣＣＤと同様に駆動するパルスタイミングの例である。
【図８】本発明で用いる従来のインターレース用ＦＩＴ型ＣＣＤの構成例である。
【図９】本発明の第２の実施の形態である固体撮像装置の駆動パルスタイミングを説明するための図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態である固体撮像装置のブロック図の例である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態である固体撮像装置のブロック図の例である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態である固体撮像装置のブロック図の例である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態である固体撮像装置のブロック図の例である。
【図１４】本発明の第７の実施の形態である固体撮像装置の駆動パルスタイミングを説明するための図である。
【図１５】第７の実施の形態における第１のダイナミックレンジ拡大信号処理例を説明するための図である。
【図１６】第７の実施の形態における第２のダイナミックレンジ拡大信号処理例を説明するための図である。
【図１７】本発明の第８の実施の形態である固体撮像装置の駆動パルスタイミングを説明するための図である。
【図１８】本発明の時空間フィルタ係数の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
２０１…タイミングパルス発生回路    ２０２…ＣＣＤ駆動回路
２０３…ＦＩＴ型ＣＣＤ              ２０４…Ａ／Ｄ変換回路
２０５…フレームメモリ回路          ２０６…時空間フィルタ回路
２０７…インターレース走査変換回路
２０８…信号出力切替スイッチ        ２０９，２１０…Ｄ／Ａ変換回路
８０１…受光部                      ８０２…フォトダイオード
８０３…垂直転送路                  ８０４…蓄積部
８０５…水平転送路                  ８０６…出力アンプ
１００１…信号出力切替スイッチ
１１０１…信号出力切替スイッチ
１１０２…インターレース走査切替制御回路
１２０１…インターレース走査・順次走査切替制御回路
１２０２…フレームメモリタイミング制御回路
１２０３…フィルタ係数制御回路      １２０４…走査変換制御回路
１３０１…スミア特性差係数          １３０２…スミア映像メモリ回路
１３０３…乗算回路                  １３０４…減算回路
１３０５…信号出力切替スイッチ
【図１】
2004312137.tif 000003
【図２】
2004312137.tif 000004
【図３】
2004312137.tif 000005
【図４】
2004312137.tif 000006
【図５】
2004312137.tif 000007
【図６】
2004312137.tif 000008
【図７】
2004312137.tif 000009
【図８】
2004312137.tif 000010
【図９】
2004312137.tif 000011
【図１０】
2004312137.tif 000012
【図１１】
2004312137.tif 000013
【図１２】
2004312137.tif 000014
【図１３】
2004312137.tif 000015
【図１４】
2004312137.tif 000016
【図１５】
2004312137.tif 000017
【図１６】
2004312137.tif 000018
【図１７】
2004312137.tif 000019
【図１８】
2004312137.tif 000020