(57)【要約】  【課題】スチルモード時の飽和電荷信号量を増大させ、かつ正常な色再現を実現するホワイトバランス処理について、信号処理系での時間的な制約を排除する。  【解決手段】光電変換素子とカラーフィルタとを有する画素が二次元配置された光電変換部と、光電変換部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出するオーバーフロードレインとを備えた固体撮像装置の駆動方法。光電変換素子に信号電荷を蓄積する電荷蓄積期間、及び電荷蓄積期間の直前に光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出する電荷排出期間を含む露光期間と、露光期間前に仮露光を行い光電変換部に信号電荷を蓄積して得られた信号からホワイトバランスの測定を行うホワイトバランス測定期間とを有し、電荷蓄積期間及びホワイトバランス測定期間において同等のバイアス電圧を半導体基板に印加する。【選択図】図１
2005295321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された光電変換素子と前記光電変換素子の上に設けられたカラーフィルタとを有する画素が二次元状に行列配置された光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出するオーバーフロードレインとを備え、前記カラーフィルタのそれぞれは複数の分光特性のうちのいずれか１つの特性を有する固体撮像装置の駆動方法において、
前記光電変換素子に信号電荷を蓄積する電荷蓄積期間、及び前記電荷蓄積期間の直前に前記光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出する電荷排出期間を含む露光期間と、
前記露光期間前に仮露光を行い前記光電変換部に信号電荷を蓄積して得られた信号からホワイトバランスの測定を行うホワイトバランス測定期間とを有し、
前記電荷蓄積期間及び前記ホワイトバランス測定期間において同等のバイアス電圧を前記半導体基板に印加することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
半導体基板上に形成された光電変換素子と前記光電変換素子の上に設けられたカラーフィルタとを有する画素が二次元状に行列配置された光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出するオーバーフロードレインとを備え、前記カラーフィルタのそれぞれは複数の分光特性のうちのいずれか１つの特性を有する固体撮像装置の駆動方法において、
前記光電変換素子に信号電荷を蓄積する電荷蓄積期間、及び前記電荷蓄積期間の直前に前記光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出する電荷排出期間を含む露光期間と、
前記露光期間より後に仮露光を行い前記光電変換部に信号電荷を蓄積して得られた信号からホワイトバランスの測定を行うホワイトバランス測定期間とを有し、
前記電荷蓄積期間及び前記ホワイトバランス測定期間において同等のバイアス電圧を前記半導体基板に印加することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記電荷蓄積期間及び前記ホワイトバランス測定期間における前記バイアス電圧は、前記電荷排出期間における前記バイアス電圧よりも低電圧である請求項１または２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記ホワイトバランス測定期間前に所定周期で露光を行い前記光電変換部に信号電荷を蓄積するモニタモード期間をさらに有し、
前記ホワイトバランス測定期間の前記仮露光における電荷蓄積時間は、前記モニタモード期間の各前記露光における電荷蓄積時間よりも短い請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
前記露光期間前に所定周期で露光を行い前記光電変換部に信号電荷を蓄積するモニタモード期間をさらに有し、
前記ホワイトバランス測定期間の前記仮露光における電荷蓄積時間は、前記モニタモード期間の各前記露光における電荷蓄積時間よりも短い請求項２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
前記ホワイトバランス測定期間における前記仮露光は複数回行なわれ、前記仮露光間の周期は、前記モニタモード期間における各露光間の周期と等しい請求項４または５記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
前記ホワイトバランスデータ測定期間において前記仮露光の電荷蓄積開始前に不要電荷を基板側に排出するために前記半導体基板にパルス電圧が印加され、そのパルス電圧の波高値は、前記電荷排出期間において不要電荷を基板側に排出するために前記半導体基板に印加されるパルス電圧の波高値よりも大きい請求項１または２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
所定周期で露光を行うモニタモード期間をさらに有し、
前記電荷排出期間におけるパルス電圧の波高値は、モニタモード期間において不要電荷を基板側に排出するために基板に印加されるパルス電圧の波高値よりも大きい請求項１または２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動方法により駆動される固体撮像装置を備えたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置の駆動方法、及びそれにより駆動される固体撮像装置を用いたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラは、その小型、軽量などの使い易さと高画質化により発展を続けている。その中でも、カメラの高機能化に対する要望が高まっており、新しい機能を実現する固体撮像装置の駆動方法が、開発のキーポイントとして要求されている。以下、図９に示す固体撮像装置を用いたカメラの概略図を参照して、従来の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【０００３】
図９において、１は固体撮像装置、２は駆動信号発生回路、３は垂直ドライバ、４は相関二重サンプリング回路、５は前処理回路、６はＡＤコンバータ、７はデジタル映像信号処理回路、８は制御装置、９は光学部をそれぞれ示す。
【０００４】
光学部９は、入射する光信号を機械的に遮断するメカニカルシャッタ機構を持つレンズで構成されており、固体撮像装置１の受光領域内に光信号を集光させ結像させる。
【０００５】
固体撮像装置１は、駆動信号発生回路２から出力されるφH1，φH2，φHL及びφRからなる水平転送信号及び垂直ドライバ３によりパルス電圧をレベルシフトされたφV1，φV2，φV3A，φV3B，φV4，φV5A，φV5B及びφV6からなる垂直転送信号などの駆動信号により駆動され、固体撮像装置出力信号を出力する。
【０００６】
相関二重サンプリング回路４では、入力された固体撮像装置出力信号に含まれるリセットノイズを、駆動信号発生回路２から出力される相関二重サンプリング回路用サンプリング信号により低減させ、差動増幅回路によって正論理に極性を反転させて出力する。
【０００７】
前処理回路５では、入力された相関二重サンプリング回路４の出力信号の、ゲイン及び出力ＤＣレベルを設定して出力する。ＡＤコンバータ６では、入力された前処理回路出力信号を駆動信号発生回路２から出力するＡＤコンバータ用サンプリング信号によりサンプリングしてデジタル信号化する。
【０００８】
最後にデジタル映像信号処理回路７では、このデジタル信号化された固体撮像装置出力信号を輝度信号処理及び色信号処理などの信号処理した後、映像信号として出力する。制御装置８は、駆動信号発生回路２から出力される固体撮像装置１への駆動信号タイミングのシーケンス制御、光学部９を構成するメカニカルシャッタの開閉動作のシーケンス制御を行う。
【０００９】
図１０は、図９に示したような従来の固体撮像装置を用いたカメラの駆動方法を示す波形図である。ここでは例として、垂直転送信号φV1，φV2，φV3A，φV3B，φV4，φV5A，φV5B及びφV6による垂直６相転送方式で、且つ、３フィールド読み出しのインターレーススキャン方式により駆動される固体撮像装置について説明する。
【００１０】
図１０において、垂直同期信号VDは、制御装置８から出力され、駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの同期信号となる。垂直転送信号φV1，φV2，φV3A，φV3B，φV4，φV5A，φV5B及びφV6は、駆動信号発生回路２から出力され固体撮像装置を駆動する。垂直転送信号φV1，φV3A，φV3B，φV5A及びφV5Bには、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送部へ読み出す電荷読み出し信号が重畳されている。
【００１１】
VSUBは固体撮像装置の基板電位であり、駆動信号発生回路２から出力される。基板電位VSUBには、固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出し、光電変換素子の蓄積時間を制御する不要電荷排出信号φSUBが重畳されている。基板制御信号SUBSWは、制御装置８から出力され、固体撮像装置の基板電圧VSUBの電位を制御する。メカニカルシャッタ信号MSは、制御装置８から出力され、光学部９のメカニカルシャッタの開閉動作を制御する。固体撮像装置から出力される固体撮像装置出力信号CCDoutは、信号が大きくなる程、マイナス方向へ大きくなる負論理出力である。
【００１２】
図１０に示すカメラシーケンスは、モニタモードと、スチルモードと、ダミーフィールドから構成されている。図示されるように、モニタモードでは、制御装置８から出力される垂直同期信号VDを同期信号として、固体撮像装置を構成する光電変換素子の電気信号を垂直方向にライン間引きして出力し、フレームレートを上げることにより簡易動画を実現する。スチルモードでは、固体撮像装置を構成する光電変換素子の電気信号の全ライン出力を複数フィールド期間に渡って出力し、１フレームの静止画を実現する。ダミーフィールドは、スチルモードの電荷蓄積時間を設定する露光期間と、露光期間後スチルモードが開始されるまでに位置して、垂直転送部の不要電荷排出を主な目的とする。
【００１３】
図１０を参照して、固体撮像装置を用いたカメラのスチルモードの駆動方法について説明する。スチルモードのカメラシーケンスは、露光期間、ダミーフィールド及びスチルモードの第１、第２、第３のフィールドにより構成される。
【００１４】
初めに、露光期間について説明する。露光期間は、スチルモードにおける電荷蓄積時間を設定するフィールド期間であり、具体的には図１０に示す期間Eがスチルモードにおける電荷蓄積時間となる。基本的には、基板電圧VSUBに重畳する不要電荷排出信号φSUBの固体撮像装置への入力が終了した時刻から垂直転送信号φV1，φV3A，φV3B，φV5A及びφV5Bの読み出し信号により光電変換素子に蓄積される電荷が読み出されるまでの時間がスチルモードの電荷蓄積時間となる。しかしながら、第１，第２，第３のフィールドから１フレームを構成するインターレーススキャン方式の固体撮像装置では、第１，第２，第３のフィールドとも同一の時刻で且つ同一の電荷蓄積時間の信号を得るために、固体撮像装置を構成する光電変換素子へ入射する光信号を機械的に遮断するメカニカルシャッタを用いることが一般的となっている。従って、不要電荷排出信号φSUBの固体撮像装置への入力が終了した時刻から、制御装置８から出力される光学部９のメカニカルシャッタの開閉動作を制御するメカニカルシャッタ信号MSによりメカニカルシャッタが閉じるまでの時間、すなわち期間Eがフレームモードにおける電荷蓄積時間となる。
【００１５】
また、基板制御信号SUBSWにより、露光期間中の固体撮像装置の基板電位を露光期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行うことにより、露光期間中における光電変換素子に蓄積される信号電荷量を増大させ、ダイナミックレンジ拡大化と高S/N（Signal to Noise Ratio）化を実現させる。なお、この基板制御信号SUBSWによる基板電位の制御は、スチルモード期間完了まで動作する。
【００１６】
次に、ダミーフィールド動作について説明する。ダミーフィールドは垂直転送部の不要電荷排出と基板電位の安定化のために実施する。図１０に示す不要電荷排出期間ａにおいて、１水平期間内に１段の垂直転送を行うスチルモード駆動時における通常垂直転送信号の約２倍の周波数にあたる高速転送信号を、複数水平期間に渡って固体撮像装置に印加する。それにより、短期間で通常の１フィールド期間で行う垂直転送段数以上の垂直転送動作を行い、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を水平転送部へ掃き出す。
【００１７】
さらに、読み出し動作は行わず、１フィールド期間の間、垂直転送動作のみを動作させることで、垂直転送部の不要電荷排出と基板電位を安定化させる。露光期間中と同様にダミーフィールド期間中は、基板電圧VSUBの電位を制御する基板制御信号SUBSWにより、基板電位を、露光期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行う。
【００１８】
次に、スチルモードの第１フィールド動作について説明する。図１０に示す不要電荷排出期間ｂにおいて、１水平期間内に１段の垂直転送を行うスチルモード駆動時における通常垂直転送信号の約２倍の周波数にあたる高速転送信号を、複数水平期間に渡って固体撮像装置に印加する。それにより、短期間で通常の１フィールド期間で行う垂直転送段数以上の垂直転送動作を行い、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を水平転送部へ掃き出す。その後、電荷蓄積期間Eの間に光電変換素子に蓄積された信号電荷を、垂直転送信号φV5A及びφV5Bに重畳する電荷読み出し信号により垂直転送部へ読み出す。
【００１９】
読み出された信号電荷は、スチルモード駆動時の通常垂直転送信号により水平転送部側へ順次転送され、固体撮像装置出力として出力される。露光期間中と同様に第１フィールド期間中は、制御装置８から出力される固体撮像装置の基板電圧VSUBの電位を制御する基板制御信号SUBSWにより、露光期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行う。
【００２０】
第２，第３フィールドの動作は、第１フィールドと同様であるので説明は省略する。
出力された第１，第２及び第３フィールドの固体撮像装置出力信号は、図９に示すデジタル映像信号処理回路７内の記憶装置におけるライン間処理によって、１フレームの画像データとして加工された後、映像信号処理を施されて、映像信号として出力される。
【００２１】
この様に、制御装置８から出力される固体撮像装置の基板電圧VSUBの電位を制御する基板制御信号SUBSWにより、固体撮像装置の基板電位を露光期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行うことにより、スチルモードにおける光電変換素子に蓄積される飽和電荷信号量を増大させ、ダイナミックレンジ拡大化と高S/N化を図り、高品位で高S/Nのカメラを実現している。
【特許文献１】特開平１０−１５０１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上記構成では、スチルモード時の露光期間中の基板電位とモニタモード時の基板電位に相違があるため、それぞれの電荷蓄積信号の分光特性に相違が生じる。すなわち、一般的な原色ベイヤ方式のカラーフィルタ方式を例にとれば、RGBの各色の出力比が異なることとなる。このような課題がある場合、モニタモード時の各色の出力比データから算出したホワイトバランス係数をスチルモード時の取り込み画像に適用すると、色相や色調が実際の被写体とは異なる不具合が発生する。また、ホワイトバランス係数をスチルモード時の各色の出力比データから算出すれば問題ないが、信号処理系での時間的制約が大きくなる。
【００２３】
本発明は、上記問題点に鑑み、スチルモード時における光電変換素子に蓄積される飽和電荷信号量を増大させるとともに、正常な色再現を実現させ、且つ、信号処理系での時間的な制約の排除を実現させるホワイトバランス処理を可能とする固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、半導体基板上に形成された光電変換素子と前記光電変換素子の上に設けられたカラーフィルタとを有する画素が二次元状に行列配置された光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出するオーバーフロードレインとを備え、前記カラーフィルタのそれぞれは複数の分光特性のうちのいずれか１つの特性を有する固体撮像装置の駆動方法である。
【００２５】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の固体撮像装置の駆動方法は、前記光電変換素子に信号電荷を蓄積する電荷蓄積期間、及び前記電荷蓄積期間の直前に前記光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出する電荷排出期間を含む露光期間と、前記露光期間前に仮露光を行い前記光電変換部に信号電荷を蓄積して得られた信号からホワイトバランスの測定を行うホワイトバランス測定期間とを有し、前記電荷蓄積期間及び前記ホワイトバランス測定期間において同等のバイアス電圧を前記半導体基板に印加することを特徴とする。
【００２６】
本発明の第２の固体撮像装置の駆動方法は、前記光電変換素子に信号電荷を蓄積する電荷蓄積期間、及び前記電荷蓄積期間の直前に前記光電変換素子に蓄積された不要電荷を基板側に排出する電荷排出期間を含む露光期間と、前記露光期間より後に仮露光を行い前記光電変換部に信号電荷を蓄積して得られた信号からホワイトバランスの測定を行うホワイトバランス測定期間とを有し、前記電荷蓄積期間及び前記ホワイトバランス測定期間において同等のバイアス電圧を前記半導体基板に印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の固体撮像装置の駆動方法によれば、スチルモード時における光電変換素子に蓄積される飽和電荷信号量を増大させるとともに、正常な色再現を実現させ、且つ、信号処理系での時間的な制約の排除を実現させるホワイトバランス処理を可能とし、高S/Nで高品質な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の固体撮像装置の駆動方法において、カラーフィルタは染色型、顔料型をはじめ、誘電体膜等、所望の分光特性を有するものであれば型を問わない。また、原色フィルタ、補色フィルタ等、フィルタの種類を問わない。
【００２９】
上記駆動方法の構成において、前記電荷蓄積期間及び前記ホワイトバランス測定期間における前記バイアス電圧は、前記電荷排出期間における前記バイアス電圧よりも低電圧であることが好ましい。
【００３０】
また、第１の駆動方法において、前記ホワイトバランス測定期間前に所定周期で露光を行い前記光電変換部に信号電荷を蓄積するモニタモード期間をさらに有し、前記ホワイトバランス測定期間の前記仮露光における電荷蓄積時間は、前記モニタモード期間の各前記露光における電荷蓄積時間よりも短い構成とすることができる。
【００３１】
また、第２の駆動方法において、前記露光期間前に所定周期で露光を行い前記光電変換部に信号電荷を蓄積するモニタモード期間をさらに有し、前記ホワイトバランス測定期間の前記仮露光における電荷蓄積時間は、前記モニタモード期間の各前記露光における電荷蓄積時間よりも短い構成とすることができる。
【００３２】
上記構成の駆動方法において、前記ホワイトバランス測定期間における前記仮露光は複数回行なわれ、前記仮露光間の周期は、前記モニタモード期間における各露光間の周期と等しい構成とすることができる。
【００３３】
第１または第２の駆動方法において、好ましくは、前記ホワイトバランスデータ測定期間において前記仮露光の電荷蓄積開始前に不要電荷を基板側に排出するために前記半導体基板にパルス電圧が印加され、そのパルス電圧の波高値は、前記電荷排出期間において不要電荷を基板側に排出するために前記半導体基板に印加されるパルス電圧の波高値よりも大きい構成とする。
【００３４】
また、所定周期で露光を行うモニタモード期間をさらに有し、前記電荷排出期間におけるパルス電圧の波高値は、モニタモード期間において不要電荷を基板側に排出するために基板に印加されるパルス電圧の波高値よりも大きい構成とすることができる。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。各実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラの回路構成の概略は、図９に示した従来の構造と同様である。従って、それについての説明は省略するが、駆動方法の説明におけるカメラ各部との対応については、図９を参照して説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における固体撮像装置を用いたカメラの駆動方法の概略を示す波形図である。ここでは、図１０に示した従来例と同様に、垂直転送信号φV1，φV2，φV3A，φV3B，φV4，φV5A，φV5B及びφV6による垂直６相転送方式で、且つ、３フィールド読み出し方式でインターレーススキャン方式による駆動方法の場合について説明する。本実施の形態の駆動方法は、基本的な部分は図１０に示した駆動方法と同様である。
【００３７】
図１において、垂直同期信号VDは、制御装置８から出力される駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの同期信号となる。垂直転送信号φV1，φV2，φV3A，φV3B，φV4，φV5A，φV5B及びφV6は、駆動信号発生回路２から出力され、固体撮像装置１を駆動する。それらのうち垂直転送信号φV1，φV3A，φV3B，φV5A及びφV5Bには、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送部へ読み出す電荷読み出し信号が重畳されている。
【００３８】
固体撮像装置１の基板電位VSUBには、駆動信号発生回路２から出力され、固体撮像装置１を構成する光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出して、光電変換素子の蓄積時間を制御する不要電荷排出信号φSUBが重畳されている。
【００３９】
基板制御信号SUBSWは制御装置８から出力され、固体撮像装置１の基板電圧VSUBの電位を制御する。メカニカルシャッタ信号MSは、制御装置８から出力される光学部９のメカニカルシャッタの開閉動作を制御する。固体撮像装置出力信号CCDoutは固体撮像装置１から出力され、信号が大きくなる程、マイナス方向へ大きくなる負論理出力である。
【００４０】
このカメラシーケンスは、モニタモードと、スチルモードと、ダミーフィールドと、ホワイトバランスデータ取込期間から構成されている。モニタモードでは、制御装置８から出力される垂直同期信号VDを同期信号として、固体撮像装置１を構成する光電変換素子の電気信号を垂直方向にライン間引きして出力し、フレームレートを上げることにより簡易動画を実現する。スチルモードでは、光電変換素子の電気信号を全ライン出力について複数フィールド期間に渡って出力し、１フレームの静止画を得る。ダミーフィールドは、スチルモードの電荷蓄積時間を設定する露光期間と、露光期間後スチルモードが開始されるまでに位置して垂直転送部の不要電荷排出を主な目的とする。ホワイトバランスデータ取込期間では、スチルモードにおける取込画像に適用するホワイトバランス係数を算出するためのデータを取り込む。
【００４１】
次に、スチルモードの駆動方法について説明する。本実施の形態におけるスチルモードのカメラシーケンスは、ホワイトバランスデータ取込期間、露光期間、ダミーフィールド及びスチルモードの第１，第２，第３のフィールドにより構成されている。
【００４２】
初めに、ホワイトバランスデータ取込期間について説明する。この期間には、スチルモードにおける取込画像に適用するホワイトバランス係数を算出するためのデータを取り込む。すなわち、基板電圧VSUBを制御する基板制御信号SUBSWにより、基板電圧VSUBを、ホワイトバランスデータ取込期間直前のモニタモード期間の基板電圧VSUBより低下させ、露光期間中と同等の電圧にする制御を行う。それにより、スチルモードにおける各色の色出力比と同等のデータを取得することができる。
【００４３】
また、ホワイトバランスデータ取込期間の電荷蓄積期間であるB及びCは、ホワイトバランスデータ取込期間直前のモニタモード期間の電荷蓄積期間であるAより短時間に設定することを特徴とする。これにより、光電変換素子での信号電荷溢れによるブルーミングなどの画像不具合の発生を防ぐことができる。
【００４４】
なお、この基板制御信号SUBSWによる基板電圧VSUBの制御は、露光期間中において露光時間を制御する不要電荷排出信号φSUBによる不要電荷排出動作の安定性のため、露光期間のフィールドが開始されるまでに一旦、解除される。
【００４５】
次に、露光期間について説明する。露光期間はスチルモードにおける信号蓄積時間を設定するフィールド期間であり、具体的には図１に示すEの期間がスチルモードにおける電荷蓄積時間となる。基本的には、基板電圧VSUBに重畳する不要電荷排出信号φSUBの固体撮像装置１への入力が終了した時刻から、垂直転送信号φV1，φV3A，φV3B，φV5A及びφV5Bの読み出し信号により光電変換素子に蓄積される電荷が読み出されるまでの時間がスチルモードの蓄積時間となる。しかしながら、第１，第２，第３のフィールドから１フレームを構成するインターレーススキャン方式の固体撮像装置では、第１，第２，第３のフィールドとも同一の時刻で且つ同一の電荷蓄積時間の信号を得るために、固体撮像装置を構成する光電変換素子へ入射する光信号を機械的に遮断するメカニカルシャッタを用いることが一般的となっている。従って、不要電荷排出信号φSUBの固体撮像装置１への入力が終了した時刻から、メカニカルシャッタの開閉動作を制御するメカニカルシャッタ信号MSによりメカニカルシャッタが閉じるまでの時間、すなわち期間Eがフレームモードにおける電荷蓄積時間となる。
【００４６】
また、基板電圧VSUBの電位を制御する基板制御信号SUBSWにより、露光期間中の固体撮像装置１の基板電位を、ホワイトバランスデータ取込期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行うことにより、露光期間中における光電変換素子に蓄積される信号電荷量を増大させ、ダイナミックレンジ拡大化と高S/N化を実現する。なお、この基板制御信号SUBSWによる基板電位の制御は、スチルモード期間完了まで動作させる。
【００４７】
次に、ダミーフィールド動作について説明する。ダミーフィールドは、垂直転送部の不要電荷排出と基板電位の安定化のために実施する。図１に示す不要電荷排出期間ａにおいて、１水平期間内に１段の垂直転送を行うスチルモード駆動時における通常垂直転送信号の約２倍の周波数にあたる高速転送信号を、複数水平期間に渡って固体撮像装置１に印加して、短期間で通常の１フィールド期間で行う垂直転送段数以上の垂直転送動作を行う。それにより、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を水平転送部へ掃き出す。
【００４８】
さらに、読み出し動作は行わず、１フィールド期間の間、垂直転送動作のみを動作させることで、垂直転送部の不要電荷排出と基板電位の安定化を行う。露光期間中と同様にダミーフィールド期間中は、基板電圧VSUBの電位を基板制御信号SUBSWにより、ホワイトバランスデータ取込期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行う。
【００４９】
次に、スチルモードの第１フィールド動作について説明する。まず図１に示す不要電荷排出期間ｂにおいて、スチルモード駆動時における通常垂直転送信号の約２倍の周波数にあたる高速転送信号を複数水平期間に渡って固体撮像装置１に印加して、短期間で通常の１フィールド期間で行う垂直転送段数以上の垂直転送動作を行う。それにより、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を水平転送部へ掃き出した後、不要電荷排出信号φSUBの停止位置からメカニカルシャッタ信号MSによりレンズが機構的に遮断されるまでの電荷蓄積期間E中に、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送信号φV5A及びφV5Bに重畳する電荷読み出し信号により垂直転送部へ読み出す。
【００５０】
読み出された信号電荷は、１水平期間内に１段の垂直転送を行うスチルモード駆動時の通常垂直転送信号により水平転送部側へ順次転送され、固体撮像装置出力として出力される。露光期間中と同様に第１フィールド期間中は、基板電圧VSUBの電位を基板制御信号SUBSWによりホワイトバランスデータ取込期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行う。
【００５１】
第２，第３フィールドの動作は、第１フィールドと同様であるので説明は省略する。出力された第１，第２及び第３フィールドの固体撮像装置出力信号は、図９に示すデジタル映像信号処理回路７内の記憶装置におけるライン間処理によって、１フレームの画像データとして加工された後、映像信号処理を施されて、映像信号として出力される。ホワイトバランス処理においては、ホワイトバランスデータ取込期間にて取り込んだデータを基にホワイトバランス係数を算出し、スチルモードにおける取り込み画像に適用する。それにより、正常なホワイトバランス処理を実現させる。
【００５２】
上記実施の形態の駆動方法によれば、スチルモード時における光電変換素子に蓄積される飽和電荷信号量を増大させるとともに、正常な色再現を実現させ、且つ、信号処理系での時間的な制約の排除を実現させるホワイトバランス処理が可能となる。その結果、高S/Nで高品質な画像を得ることの可能な、ビデオカメラあるいはデジタルスチルカメラを実現することができる。
【００５３】
なお、ホワイトバランスデータ取込期間を、スチルモード期間の動作完了後に設けてもよい。図２に示すように、ホワイトバランスデータ取込期間をスチルモード期間完了後に位置する構成でも、上述の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法と同等の効果を得ることができる。
【００５４】
また、ホワイトバランスデータ取込期間中における光電変換素子に蓄積される信号電荷を基板方向へ排出する不要電荷排出信号φSUBの振幅を、ホワイトバランスデータ取込期間に切り替わる直前に存在する複数のモニタモード期間における不要電荷排出信号φSUBの振幅より大きくすることもできる。例えば図３に示すように、ホワイトバランスデータ取込期間の電荷蓄積時間を制御する不要電荷排出信号φSUBの振幅を、基板制御信号SUBSWによる基板電位の制御により低下した電圧分だけ昇圧させ、見かけ上、ホワイトバランスデータ取込期間直前のモニタモード期間と同電位の不要電荷排出信号φSUBを印加する構成とすることができる。それにより、不要電荷排出動作の安定化を図りながら、上述の実施の形態の駆動方法と同等の効果を得ることができる。なお、不要電荷排出信号φSUBの振幅の制御は、図９に示す垂直ドライバ３へ供給する電源により制御される。
【００５５】
また、露光期間中における光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出する不要電荷排出信号φSUBの振幅を、ホワイトバランスデータ取込期間に切り替わる直前に存在する複数のモニタモード期間における不要電荷排出信号φSUBの振幅より大きくしてもよい。
【００５６】
また図４に示すように、ホワイトバランスデータ取込期間の電荷蓄積時間を制御する不要電荷排出信号φSUBの振幅を、基板制御信号SUBSWによる基板電位の制御により低下した電圧分だけ昇圧させ、見かけ上、ホワイトバランスデータ取込期間直前のモニタモード期間と同電位の不要電荷排出信号φSUBを印加することもできる。それにより、不要電荷排出動作の安定化を図る構成を、ホワイトバランスデータ取込期間後の露光期間においても継続させて、基板制御信号SUBSWによる複雑な制御を軽減する構成としながら、上述の実施の形態の駆動方法と同等の効果を得ることも可能である。
【００５７】
（実施の形態２）
実施の形態２における固体撮像装置を用いたカメラの駆動方法は、実施の形態１で説明した駆動方法と同等であり、詳細な説明は省略する。本実施の形態の駆動方法は、露光期間中の基板制御信号SUBSWのシーケンスが実施の形態１とは異なる。それについて図５を用いて説明する。
【００５８】
露光期間はスチルモードにおける蓄積時間を設定するフィールド期間であり、具体的には、図５に示す期間Eがスチルモードにおける電荷蓄積時間となる。基本的には、基板電圧VSUBに重畳する不要電荷排出信号φSUBの固体撮像装置１（図９参照）への入力が終了した時刻から、垂直転送信号φV1，φV3A，φV3B，φV5A及びφV5Bの読み出し信号により、光電変換素子に蓄積される電荷が読み出されるまでの時間がスチルモードの蓄積時間となる。しかしながら、第１，第２，第３のフィールドから１フレームを構成するインターレーススキャン方式の固体撮像装置１では、第１，第２，第３のフィールドとも同一の時刻で且つ同一の電荷蓄積時間の信号を得るために、固体撮像装置１を構成する光電変換素子へ入射する光信号を機械的に遮断するメカニカルシャッタを用いることが一般的となっている。従って、不要電荷排出信号φSUBの固体撮像装置１への入力が終了した時刻から、光学部９のメカニカルシャッタの開閉動作を制御するメカニカルシャッタ信号MSによりメカニカルシャッタが閉じるまでの時間、すなわち期間Eがフレームモードにおける電荷蓄積時間となる。
【００５９】
また、実施の形態１と同様、基板電圧VSUBの電位を制御する基板制御信号SUBSWにより、露光期間中の固体撮像装置１の基板電位を、露光期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行うことにより、露光期間中における光電変換素子に蓄積される信号電荷量を増大させ、ダイナミックレンジ拡大化と高S/N化を実現させる。
【００６０】
この基板制御信号SUBSWによる基板電位の制御は、メカニカルシャッタ信号MSによりメカニカルシャッタが閉じた後、ダミーフィールドの不要電荷排出期間ａが開始されるまでに、一旦、短期間のみ解除される。それにより、光電変換素子に蓄積された信号電荷が安定化する。その後、再び、ダミーフィールド期間以降、スチルモード期間完了まで、固体撮像装置１の基板電位を露光期間直前のモニタモード期間の基板電位より低下させる制御を行う。
【００６１】
この駆動方法によれば、実施の形態１の駆動方法と同様に、スチルモード時における光電変換素子に蓄積される飽和電荷信号量を増大させるとともに、正常な色再現を実現させ、且つ、信号処理系での時間的な制約の排除を実現させるホワイトバランス処理を可能とする駆動方法を提供することができる。その結果、高S/Nで高品質な画像を得ることの可能なビデオカメラ及びデジタルスチルカメラを実現することができる。
【００６２】
図６〜８は各々、実施の形態１における図２〜４に示した変形例に対応する、本実施の形態における駆動方法の変形例である。各変形例の駆動方法の特徴は、図２〜４を参照して説明したものと同様であり、説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明によれば、スチルモード時における光電変換素子に蓄積される飽和電荷信号量を増大させるとともに、正常な色再現を実現させ、且つ、信号処理系での時間的な制約の排除を実現させるホワイトバランス処理を可能とし、高S/Nで高品質な画像を得ることができるので、固体撮像装置を用いたビデオカメラあるいはデジタルスチルカメラに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【図２】実施の形態１における変形例１の固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【図３】実施の形態１における変形例２の固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【図４】実施の形態１における変形例３の固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【図５】実施の形態２における固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【図６】実施の形態２における変形例１の固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【図７】実施の形態２における変形例２の固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【図８】実施の形態２における変形例３の固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【図９】固体撮像装置を用いたカメラの概略構成を示すブロック図
【図１０】従来の固体撮像装置の駆動方法を示す波形図
【符号の説明】
【００６５】
１：固体撮像装置
２：駆動信号発生回路
３：垂直ドライバ
４：相関二重サンプリング回路
５：前処理回路
６：ＡＤコンバータ
７：デジタル映像信号処理回路
８：制御装置
９：光学部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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