(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能な垂直転送路を有する撮像素子を用いた撮像素子の駆動方法であって、
露出制御手段によって、前記撮像素子によって撮像を行う際の露出を制御するステップと、
駆動手段によって、１フレームに対応する全画素の電荷を複数のフィールドに分割して前記垂直転送路によって転送することで、１フレームに対応する全画素情報をフィールド順次で読み出すインターレース読み出し、又は１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能なプログレッシブ読み出しを行うステップとを有し、
前記インターレース読み出しの際の垂直転送路における電荷保持のための連続した励起相数を、前記プログレッシブ読み出しの際の垂直転送路における電荷保持のための連続した励起相数よりも大きくし、前記駆動手段は、撮像を行う際に前記露出制御手段が適用する露出時間が所定時間よりも短い場合には前記プログレッシブ読み出しを行い、該露出時間が該所定時間以上の場合にはインターレース読み出しを行なうことを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記インターレース読み出しにおける垂直転送路の駆動相数は、１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能なプログレッシブ読み出しにおける駆動相数に対して、インターレース比率Ｎ（Ｎは２以上の整数）を乗じたものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能な垂直転送路を有する撮像素子と、
前記撮像素子によって撮像を行う際の露出を制御する露出制御手段と、
１フレームに対応する全画素の電荷を複数のフィールドに分割して前記垂直転送路によって転送することで、１フレームに対応する全画素情報をフィールド順次で読み出すインターレース読み出し、又は１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能なプログレッシブ読み出しを行うための駆動手段と、
前記撮像素子による撮像に際して前記インターレース読み出し又は前記プログレッシブ読み出しのいずれかを選択する読み出し選択手段とを備え、
前記駆動手段は、前記インターレース読み出しの際の垂直転送路における電荷保持のための連続した励起相数が、前記プログレッシブ読み出しの際の垂直転送路における電荷保持のための連続した励起相数よりも大きいように構成され、前記読み出し選択手段は、撮像を行う際に前記露出制御手段が適用する露出時間が所定時間よりも短い場合には前記プログレッシブ読み出しを選択し、該露出時間が該所定時間以上の場合にはインターレース読み出しを選択することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記インターレース読み出しにおける垂直転送路の駆動相数が、１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能なプログレッシブ読み出しにおける駆動相数に対して、インターレース比率Ｎ（Ｎは２以上の整数）を乗じたものとなるよう構成されたことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記インターレース比率Ｎは２であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子への被写体像の入力と遮断を制御するための光学的シャッタ手段を備え、
前記読み出し選択手段が前記インターレース読み出しを選択している場合には、前記撮像素子における露光の終了を前記光学的シャッタ手段によって行うことを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子の駆動方法及び撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラ等に用いる撮像素子としては、垂直画素数（垂直ライン数）の半分の垂直転送段を有したインターレース読み出し（飛び越し走査）対応型ＣＣＤイメージャの他、垂直画素数分の垂直転送段を設けることで全画素の電荷を同時に転送可能にしたプログレッシブ読み出し（順次走査）対応型ＣＣＤイメージャが知られている。
【０００３】
インターレース型イメージャでは、フィールド蓄積駆動を行うことで純電子シャッタ（素子シャッタ）による静止画を得ることは可能であるが、垂直解像度が本来の１／２になってしまうため、高解像度の静止画を得ることができない。これに対して、プログレッシブ型イメージャでは、１フレーム分の高解像度の静止画を純電子シャッタによって得ることができ、メカシャッタでは不可能な超高速シャッタを実現することが可能である。
【０００４】
しかしながら、プログレッシブ型イメージャでは、インターレース型イメージャに対して２倍の転送段数が必要であるため、転送の際に取り扱い可能な電荷量すなわち電荷量の飽和レベルがインターレース型イメージャに比べて小さくなるという問題を有している。
【０００５】
例えば、光電変換及び電荷蓄積が行われる画素部の構成が同一であり、したがって垂直転送路に割り当てられる面積が同一であるという条件で比較した場合、プログレッシブ型イメージャでは、垂直転送路に割り当てられる領域にインターレース型イメージャの２倍の転送段数を割り当てることになるため、各転送電極に割り当てられる面積はインターレース型イメージャに比べて１／２となる。したがって、取り扱い電荷量すなわち電荷量の飽和レベルも１／２程度となり、ダイナミックレンジが低下して画質の劣化を招くこととなる。
【０００６】
実際には、垂直転送路での取り扱い電荷量の減少にともなって画素部の蓄積電荷量の無駄が大きくなるため、画素部に割り当てる面積を削って、その分を転送路に割り当てることも行われるが、このようにしても転送電極の割り当て面積をインターレース型イメージャと同等にすることは不可能である。また、画素部の面積を減少させることは受光感度の減少を招くことにもなり、本質的な問題解決策とはならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、プログレッシブ型イメージャでは、１フレーム分の高解像度の静止画を超高速の純電子シャッタ（素子シャッタ）によって得ることが可能であるが、垂直転送路における取り扱い電荷量が少なくなるため、ダイナミックレンジが低下して画質劣化が生じるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、超高速シャッタ動作を確保することができ、しかもダイナミックレンジの低下による画質劣化を抑制することも可能な撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像素子の駆動方法は、１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能な垂直転送路を有する撮像素子を用いた撮像素子の駆動方法であって、露出制御手段によって、前記撮像素子によって撮像を行う際の露出を制御するステップと、駆動手段によって、１フレームに対応する全画素の電荷を複数のフィールドに分割して前記垂直転送路によって転送することで、１フレームに対応する全画素情報をフィールド順次で読み出すインターレース読み出し、又は１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能なプログレッシブ読み出しを行うステップとを有し、前記インターレース読み出しの際の垂直転送路における電荷保持のための連続した励起相数を、前記プログレッシブ読み出しの際の垂直転送路における電荷保持のための連続した励起相数よりも大きくし、前記駆動手段は、撮像を行う際に前記露出制御手段が適用する露出時間が所定時間よりも短い場合には前記プログレッシブ読み出しを行い、該露出時間が該所定時間以上の場合にはインターレース読み出しを行なうことを特徴とする。
【００１１】
前記撮像素子の駆動方法において、前記インターレース読み出しにおける垂直転送路の駆動相数は、１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能なプログレッシブ読み出しにおける駆動相数に対して、インターレース比率Ｎ（Ｎは２以上の整数）を乗じたものであることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る撮像装置は、１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能な垂直転送路を有する撮像素子と、前記撮像素子によって撮像を行う際の露出を制御する露出制御手段と、１フレームに対応する全画素の電荷を複数のフィールドに分割して前記垂直転送路によって転送することで、１フレームに対応する全画素情報をフィールド順次で読み出すインターレース読み出し、又は１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能なプログレッシブ読み出しを行うための駆動手段と、前記撮像素子による撮像に際して前記インターレース読み出し又は前記プログレッシブ読み出しのいずれかを選択する読み出し選択手段とを備え、前記駆動手段は、前記インターレース読み出しの際の垂直転送路における電荷保持のための連続した励起相数が、前記プログレッシブ読み出しの際の垂直転送路における電荷保持のための連続した励起相数よりも大きいように構成され、前記読み出し選択手段は、撮像を行う際に前記露出制御手段が適用する露出時間が所定時間よりも短い場合には前記プログレッシブ読み出しを選択し、該露出時間が該所定時間以上の場合にはインターレース読み出しを選択することを特徴とする。
【００１８】
前記撮像装置において、前記駆動手段は、前記インターレース読み出しにおける垂直転送路の駆動相数が、１フレームに対応する全画素の電荷を個別に且つ同時に転送可能なプログレッシブ読み出しにおける駆動相数に対して、インターレース比率Ｎ（Ｎは２以上の整数）を乗じたものとなるよう構成されたことが好ましい。この場合、前記インターレース比率Ｎは２であることが好ましい。
【００１９】
前記撮像装置において、前記撮像素子への被写体像の入力と遮断を制御するための光学的シャッタ手段を備え、前記読み出し選択手段が前記インターレース読み出しを選択している場合には、前記撮像素子における露光の終了を前記光学的シャッタ手段によって行うことが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
（撮像素子の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る撮像素子（ＣＣＤイメージャ）の基本的な構成例を模式的に示した図である。
【００２４】
通常のＣＣＤイメージャと同様、光電変換素子を有する複数の画素１１が２次元配列され、各画素１１では入射光量に応じて電荷が発生し蓄積される。各画素１１にはトランスファゲート１２を介して垂直転送路（垂直ＣＣＤ）１３が接続されており、各画素１１に蓄積された電荷が垂直転送路１３に読み出されて垂直方向に転送される。各垂直転送路１３には水平転送路（水平ＣＣＤ）１４が接続されており、垂直転送路１３から転送された電荷が水平転送路１４によって水平方向に転送される。水平転送路１４には出力バッファ１５が接続され、水平転送路１４を転送された電荷は、出力バッファ１５を介して順次出力されるようになっている。
【００２５】
図２は、図１に示した撮像素子の要部を模式的に示した図である。
【００２６】
すでに述べたように、各画素１１（Ｐ１、Ｐ２、……）にはトランスファゲート１２（Ｇ１、Ｇ２、……）を介して垂直転送路１３が接続されており、また、垂直転送路１３には１画素あたり４個の垂直転送電極１６（Ｅａ〜Ｅｄ、Ｅｅ〜Ｅｈ）が設けられている。垂直転送電極１６には配線１７（Ｗａ〜Ｗｈ）が接続されており、各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈは、対応する配線Ｗａ〜Ｗｈによってそれぞれ独立して駆動することが可能である。すなわち、垂直転送電極８個分を繰り返し周期として、各配線Ｗａ〜Ｗｈが共通接続されている。言い換えると、垂直方向で隣接する２画素分を繰り返し周期として、各配線Ｗａ〜Ｗｈが共通接続されている。従来のプログレッシブ型ＣＣＤイメージャ（４相駆動の場合）では、１画素分を繰り返し周期として、すなわち垂直転送電極４個分を繰り返し周期として各配線を共通接続しており、本実施形態のＣＣＤイメージャは、各配線の繰り返し周期の点で従来のＣＣＤイメージャとは基本的に異なった構成となっている。
【００２７】
上述したような構成を用い、各配線Ｗａ〜Ｗｈに供給する信号、すなわち各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈに供給する信号を切り換えることにより、本撮像素子は、プログレッシブ駆動（プログレッシブ読み出し）とインターレース駆動（インターレース読み出し）とを切り換えて用いることが可能である。
【００２８】
（撮像素子の動作）
次に、図１及び図２に示した撮像素子の動作について、タイミングチャートを参照して説明する。
【００２９】
図３は、本撮像素子を用いてプログレッシブ読み出しを行う場合の垂直転送の動作例を示したタイミングチャートである。同図（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ、各配線Ｗａ〜Ｗｈから各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈに供給される制御信号（駆動信号）を示している。
【００３０】
プログレッシブ読み出しを行う場合には、１フレーム分の全画素１１に蓄積された各電荷をトランスファゲート１２を介して個別に且つ同時に垂直転送路１３に読み出し、各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈに所定の駆動信号（駆動電圧）を印加することで、各画素から読み出された電荷が垂直転送路１３を転送される。具体的には、トランスファゲート１２のうち第１フィールドに属するＧ１、Ｇ３、Ｇ５、・・・）と兼用されている垂直転送電極Ｅａに対するゲート励起用のパルスであるトランスファーゲートパルスＴＧＰ１と、同じく第２フィールドに属するＧ２、Ｇ４、・・・）と兼用されている垂直転送電極Ｅｂに対するＴＧＰ２の、これら２つのＴＧＰを同時に印加することによって全電荷の垂直転送路１３への同時読み出しを行ない、その後に垂直転送電極ＥａとＥｅ、ＥｂとＥｆ、ＥｃとＥｇ、ＥｄとＥｈに、それぞれ同一の駆動信号を供給することで、４相駆動によって電荷が垂直転送路１３内を転送される。
【００３１】
まず、期間ｔ１では、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｅ及びＥｆにロウ（Ｌ）レベルの駆動信号、垂直転送電極Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｇ及びＥｈにハイ（Ｈ）レベルの駆動信号が印加され、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｅ及びＥｆに対応する領域がポテンシャル井戸、垂直転送電極Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｇ及びＥｈに対応する領域がポテンシャル障壁として機能する。その結果、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｅ及びＥｆに対応する領域に電荷が保持される。
【００３２】
期間ｔ２では、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｅ及びＥｆの他、垂直転送電極Ｅｃ及びＥｇにもＬレベルの駆動信号が印加され、電荷転送の過渡状態へと移行する。
【００３３】
期間ｔ３では、垂直転送電極Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｆ及びＥｇにＬレベルの駆動信号、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｄ、Ｅｅ及びＥｈにＨレベルの駆動信号が印加され、垂直転送電極Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｆ及びＥｇに対応する領域がポテンシャル井戸、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｄ、Ｅｅ及びＥｈに対応する領域がポテンシャル障壁として機能する。その結果、垂直転送電極Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｆ及びＥｇに対応する領域に、転送された電荷が保持される。
【００３４】
以後、同様にして、Ｌレベル及びＨレベルの駆動信号が印加される部分が順次シフトし、垂直転送路１３内を電荷が転送される。
【００３５】
このように、プログレッシブ読み出しでは、従来公知の４相駆動と等価な駆動が用いられ、連続（隣接）した２つの垂直転送電極によって電荷を保持しながら、言い換えると連続した２つの相を励起状態にしながら、順次電荷が転送される。
【００３６】
図４は、本撮像素子を用いてインターレース読み出しを行う場合の垂直転送の動作例を示したタイミングチャートである。同図（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ、各配線Ｗａ〜Ｗｈから各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈに供給される制御信号（駆動信号）を示している。
【００３７】
インターレース読み出しを行う場合には、１フレーム分の全画素１１に蓄積された各電荷を複数のフィールドに分割してフィールド順次で垂直転送路１３に読み出し、各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈに所定の駆動信号（駆動電圧）を印加することで、各画素から読み出された電荷が垂直転送路１３を転送される。具体的には、まずトランスファゲート１２のうち第１フィールドに属するＧ１、Ｇ３、Ｇ５、・・・）と兼用されている垂直転送電極Ｅａに対するゲート励起用のパルスであるトランスファーゲートパルスＴＧＰ１を印加することによって第１フィールドの画素電荷の垂直転送路１３への読み出しを行ない、その後に後述の２倍電極４相駆動によってこの第１フィールドの画素電荷を転送により順次読み出す。次に第２フィールドに属するＧ２、Ｇ４、・・・と兼用されている垂直転送電極Ｅｅに対するＴＧＰ２を印加することによって第２フィールドの画素電荷の垂直転送路１３への読み出しを行ない、その後に同じく２倍電極４相駆動によってこの第２フィールドの画素電荷を転送により順次読み出す。
【００３８】
ここで２倍電極４相駆動について説明すれば、連続（隣接）する２電極ずつを単位相として、すなわち垂直転送電極ＥａとＥｂ、ＥｃとＥｄ、ＥｅとＥｆ、ＥｇとＥｈに、それぞれ同一の駆動信号を供給することで、実質的に４相駆動によって電荷が垂直転送路１３内を転送される。
【００３９】
図４の垂直転送は第１フィールドの読出しに対応した２倍電極４相駆動であって、まず、期間ｔ１では、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄにロウ（Ｌ）レベルの駆動信号、垂直転送電極Ｅｅ、Ｅｆ、Ｅｇ及びＥｈにハイ（Ｈ）レベルの駆動信号が印加され、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄに対応する領域がポテンシャル井戸、垂直転送電極Ｅｅ、Ｅｆ、Ｅｇ及びＥｈに対応する領域がポテンシャル障壁として機能する。その結果、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄに対応する領域に電荷が保持される。
【００４０】
期間ｔ２では、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ及びＥｄの他、垂直転送電極Ｅｅ及びＥｆにもＬレベルの駆動信号が印加され、電荷転送の過渡状態へと移行する。
【００４１】
期間ｔ３では、垂直転送電極Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｅ及びＥｆにＬレベルの駆動信号、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｇ及びＥｈにＨレベルの駆動信号が印加され、垂直転送電極Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｅ及びＥｆに対応する領域がポテンシャル井戸、垂直転送電極Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｇ及びＥｈに対応する領域がポテンシャル障壁として機能する。その結果、垂直転送電極Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｅ及びＥｆに対応する領域に、転送された電荷が保持される。
【００４２】
以後、同様にして、Ｌレベル及びＨレベルの駆動信号が印加される部分が順次シフトし、垂直転送路１３内を電荷が転送される。
【００４３】
なお、第２フィールドの垂直転送についても基本的には同様に行われるが、この場合は上記したとおり画素部の電荷はトランスファーゲートパルスＴＧＰ２によって垂直転送電極Ｅｅの位置に読み出されるから、この位置にポテンシャル井戸が形成されている状態を待機位相として垂直転送を実行する。すなわち第２フィールドの場合は図４において例えば期間ｔ５を転送の初期状態として上記転送読出しが行なわれる。
【００４４】
このように、インターレース読み出しでは、連続する２電極ずつを単位相として用いる２倍電極４相駆動が適用され、連続した４つの垂直転送電極によって電荷を保持しながら、言い換えると連続した４つの相（２電極単位で見れば２相）を励起状態にしながら、順次電荷が転送される。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、垂直方向で隣接する２画素分を繰り返し周期として、各配線Ｗａ〜Ｗｈすなわち各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈを共通接続し、プログレッシブ読み出しとインターレース読み出しとで、各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈに供給する信号を切り換えるようにしている。このようにすることで、１フレーム分の高解像度の静止画を純電子シャッタ（素子シャッタ）によって得ることが可能であるというプログレッシブ読み出しのメリットと、垂直転送路における取り扱い電荷量の減少が抑制され、ダイナミックレンジの低下による画質劣化を防止できるというインターレース読み出しのメリットを兼ね備えたＣＣＤイメージャを得ることが可能となる。
【００４６】
図５は、本撮像素子を用いてインターレース読み出しを行う場合の動作例についてその変更例を示したタイミングチャートである。同図（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ、各配線Ｗａ〜Ｗｈから各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈに供給される制御信号（駆動信号）を示している。なお、プログレッシブ読み出しについては、図３に示した例と同様である。
【００４７】
本変更例によってインターレース読み出しを行う場合にも、１フレーム分の全画素１１に蓄積された各電荷を複数のフィールドに分割してフィールド順次で垂直転送路１３に読み出し、各垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈに所定の駆動信号（駆動電圧）を印加することで、各画素から読み出された電荷が垂直転送路１３を転送される。ただし、本例では、垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｈにそれぞれ異なる駆動信号を供給することで、８相駆動によって電荷が垂直転送路１３内を転送される。
【００４８】
まず、期間ｔ１では、垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｆにロウ（Ｌ）レベルの駆動信号、垂直転送電極Ｅｇ及びＥｈにハイ（Ｈ）レベルの駆動信号が印加され、垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｆに対応する領域がポテンシャル井戸、垂直転送電極Ｅｇ及びＥｈに対応する領域がポテンシャル障壁として機能する。その結果、垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｆに対応する領域に電荷が保持される。
【００４９】
期間ｔ２では、垂直転送電極Ｅａ〜Ｅｆの他、垂直転送電極ＥｇにもＬレベルの駆動信号が印加され、電荷転送の過渡状態へと移行する。
【００５０】
期間ｔ３では、垂直転送電極Ｅｂ〜ＥｇにＬレベルの駆動信号、垂直転送電極Ｅａ及びＥｈにＨレベルの駆動信号が印加され、垂直転送電極Ｅｂ〜Ｅｇに対応する領域がポテンシャル井戸、垂直転送電極Ｅａ及びＥｈに対応する領域がポテンシャル障壁として機能する。その結果、垂直転送電極Ｅｂ〜Ｅｇに対応する領域に、転送された電荷が保持される。
【００５１】
以後、同様にして、Ｌレベル及びＨレベルの駆動信号が印加される部分が順次シフトし、垂直転送路１３内を電荷が転送される。
【００５２】
このように、本変更例のインターレース読み出しでは、連続した６つの垂直転送電極によって電荷を保持しながら、言い換えると連続した６つの相を励起状態にしながら、順次電荷が転送される。
【００５３】
本変更例においても、先に示した例と同様の作用効果を得ることができる他、連続した６つの垂直転送電極によって電荷を保持しながら転送を行うため、より多くの電荷を転送することができる。逆に言えば、垂直転送路に割り当てる面積を削減しても一定量以上の電荷を転送することが可能であり、その分画素領域の面積を増加させることができるため、画素領域の面積増加によって受光感度を増加させることも可能である。
【００５４】
また、期間ｔ１においては、第１・第２の各フィールドでそれぞれ電荷が読み出される垂直転送電極Ｅａ・Ｅｅの両位置を含んだポテンシャル井戸が形成されているから、例えばこの期間ｔ１をフィールドによらない共通の待機位相（転送の初期状態）とすることができ、駆動方法の単純化を図ることができる。
【００５５】
なお、図２に示した例では、１画素あたりの垂直転送電極の個数（１水平画素行あたりの垂直転送電極の個数）Ｍを４、インターレース比率Ｎを２とし、垂直転送電極８個分（４×２個分）を繰り返し周期として各配線（各垂直転送電極）を共通接続したが、Ｍ及びＮの数は適宜変更可能であり、この場合、垂直転送電極の繰り返し周期は一般的にはＭ×Ｎ（Ｍは３以上の整数、Ｎは２以上の整数）となる。
【００５６】
また、この一般化に倣えば、上記２倍電極４相駆動はＮ倍電極Ｍ相駆動に、上記８相駆動はＭ×Ｎ相駆動にそれぞれ一般化されるものである。
【００５７】
（撮像装置の構成）
次に、上述した撮像素子及びその駆動方法を用いた撮像装置として、デジタルカメラ（電子スチルカメラ）について説明する。図６は、デジタルカメラの基本的な構成例を模式的に示したブロック図である。
【００５８】
撮像系の基本的な構成は、通常のデジタルカメラと同様であり、撮影レンズ系１０１、露出機構１０２、フィルタ系１０３、すでに説明した撮像素子（ＣＣＤイメージャ）１０４等によって構成されている。すなわち、撮影レンズ系１１によって結像された被写体像をＣＣＤイメージャ１０４によって光電変換し、光電変換された画像信号をＡ／Ｄ変換等の処理を行うプリプロセス部１０５に入力することにより、デジタル変換された画像信号が得られるようになっている。露出機構１０２には、ＣＣＤイメージャ１０４への被写体像の入力と遮断を制御するための光学的シャッタが含まれている。この光学的シャッタとして、本例ではメカシャッタを例に説明するが、液晶シャッタ等を用いることも可能である。
【００５９】
撮影レンズ系１０１のレンズは、レンズ駆動回路１０６の制御によりレンズ駆動機構１０７によって駆動される。ＣＣＤイメージャ１０４は、ＣＣＤ駆動回路１０８により、すでに説明した駆動方法によって駆動される。また、露出機構１０２は露出機構制御回路１０９によって駆動され、この露出機構制御回路１０９によりストロボ１１０も駆動されるようになっている。
【００６０】
マイコン等によって構成されるシステムコントローラ１１１は、ＣＣＤイメージャ１０４の駆動制御、露出機構１０２の駆動制御、ＣＣＤイメージャをプログレッシブ駆動するかインターレース駆動するかの選択制御等、デジタルカメラの各部を制御するものであり、その制御プログラムはＥＥＰＲＯＭ１１２に格納されている。
【００６１】
ＲＡＭ等によって構成されるデジタルプロセス部１１３は、撮像によって得られた画像データ等を一時的に記憶する機能の他、画像処理等の各種デジタル処理に対する作業領域としての機能も有している。
【００６２】
メモリインタフェース１１４は、カードスロットに挿入されたメモリカード１１５との間で情報の送受を行うためのインターフェースであり、このメモリインタフェース１１４を介して、メモリカード１１５への画像情報の書き込みや、メモリカード１１５からの画像情報の読み込みが行われる。また、ＬＣＤ表示部１１６は、撮影画像等の表示を行うものである。
【００６３】
操作スイッチ部１１７は、デジタルカメラに各種の指示を与えるものであり、レリーズボタンや撮影モードを選択する撮影モード選択スイッチ等から構成される。操作表示部１１８は、撮影モードの表示等を行うものである。
【００６４】
（撮像装置の動作）
次に、図６に示した撮像装置（デジタルカメラ）の動作について、タイミングチャートを参照して説明する。
【００６５】
図７は、インターレース読み出しを行う場合の動作例を示したタイミングチャートである。同図（ａ）はレリーズ操作のタイミング、同図（ｂ）は電荷排出パルス（画素１１に蓄積された電荷を半導体基板に排出するためのパルス）のタイミング、同図（ｃ）は第１フィールドのトランスファゲートパルスＴＧＰ１のタイミング、同図（ｄ）は第２フィールドのトランスファゲートパルスＴＧＰ２ののタイミング、同図（ｅ）は電荷転送のタイミング、同図（ｆ）はメカシャッタの開閉タイミングを、それぞれ示した図である。
【００６６】
インターレース読み出しが選択されている場合には、ＣＣＤイメージャ１０４での露光の終了を露出機構１０２に含まれるメカシャッタによって行う。すなわち、レリーズ操作の後、電荷排出パルスによる電荷排出動作が終了した時点から露光期間が開始され、メカシャッタが開状態から閉状態に移行した時点で実質的な露光期間が終了する。
【００６７】
露光終了後、第１のトランスファゲート（図２のトランスファゲートＧ１、Ｇ３、……）を開いて当該トランスファゲートに接続された画素（画素Ｐ１、Ｐ３、……）に蓄積された電荷のみを垂直転送路に読み出し、垂直転送路に読み出された電荷を順次転送することで、図１に示した出力バッファ１５から１フィールド目の画素情報が得られる。その後、第２のトランスファゲート（Ｇ２、Ｇ４、……）を開いて当該トランスファゲートに接続された画素（画素Ｐ２、Ｐ４、……）に蓄積された電荷のみを垂直転送路に読み出し、垂直転送路に読み出された電荷を順次転送することで、出力バッファ１５から２フィールド目の画素情報が得られる。このインターレース読出しの場合の各フィールドにおける垂直転送は上記した２倍電極４相駆動または８相駆動のいずれかが用いられる。
【００６８】
図８は、プログレッシブ読み出しを行う場合の動作例を示したタイミングチャートである。図８（ａ）〜図８（ｆ）の各タイミングの意味については、図７（ａ）〜図７（ｆ）に示したものと同様である。
【００６９】
プログレッシブ読み出しが選択されている場合には、ＣＣＤイメージャ１０４での露光は、純電子シャッタ（素子シャッタ）によって行われる。すなわち、レリーズ操作の後、電荷排出パルスによる電荷排出動作が終了した時点から露光期間が開始され、メカシャッタの閉動作が開始する前にトランスファーゲートパルスＴＧＰ１，ＴＧＰ２が同時に出力されることによって実質的な露光期間が終了する。すなわちプログレッシブ読み出しでは、各トランスファゲート（図２のＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、……）は全て同時に駆動され、各画素（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４……）に蓄積された電荷が全て同時に垂直転送路に読み出される。その後、垂直転送路に読み出された電荷を順次転送することで、図１に示した出力バッファ１５から全画素情報が単一フィールド（＝フレーム）内で得られる。このプログレッシブ読出しの場合の垂直転送は上記従来公知の４相駆動と等価な駆動が用いられる。
【００７０】
なお、このときメカシャッタは垂直転送時に光が入射することに起因するスミアの発生を回避する目的で用いられており、上記電荷転送読出しはメカシャッタの閉成後にが実行されるようになっている。
【００７１】
なお、ＣＣＤイメージャ１０４をプログレッシブ駆動するかインターレース駆動するかの選択判断は、以下のようにして行われる。すなわち、撮影の際に適用する露出時間Ｔ（シャッタスピード等）が所定時間Ｔ０よりも短い場合（Ｔ＜Ｔ０）にはプログレッシブ駆動を選択し、撮影の際に適用する露出時間Ｔが所定時間Ｔ０以上の場合（Ｔ≧Ｔ０）にはインターレース駆動を選択する。所定時間Ｔ０は、メカシャッタ等の動作スピード等によって決まる値である。また、操作スイッチ部１１７の撮影モード選択スイッチによって連写モードが選択されている場合には、メカシャッタの動作スピードが連写のスピードに追いつかないことが多いことから、プログレッシブ駆動を選択する。連写モードでない場合（単写モード）には、Ｔ≧Ｔ０を条件としてインターレース駆動を選択する。
【００７２】
以上のように、プログレッシブ読み出しとインターレース読み出しとを切り換えることで、純電子シャッタによる超高速シャッタでの撮影を行う場合にはプログレッシブ読み出しを選択し、転送電荷量を多くした広いダイナミックレンジでの撮影を行う場合にはインターレース読み出しを選択することができ、プログレッシブ読み出しのメリットとインターレース読み出しのメリットを兼ね備えたデジタルカメラを得ることが可能となる。
【００７３】
これをより本質的に言い換えれば、（シャッタ速というパラメータや連写というモードに必ずしも限ることなく）メカシャッタ等の光学シャッタによる露光時間制御が有効である場合には、インターレース読出しを選択することにより、転送電荷量を多くした広いダイナミックレンジでの撮影を行うことができ、光学シャッタによる露光時間制御が有効でない場合であっても、プログレッシブ読出しを選択することにより、少なくとも純電子シャッタによる高精度な超高速シャッタによる撮影を行なうことができるものであり、その際いずれの場合も全画素の情報が個別に読み出されるから、解像度の劣化を生じることが無い。
【００７４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、単一の撮像素子によってプログレッシブ読み出しとインターレース読み出しを行うことができるため、露出時間の長さに応じて両者を使い分けることで、露出時間が短い超高速シャッタでの撮影を行なう場合にはプロブレッシブ読み出しを選択し、露出時間が比較的長く転送電荷量を多くした広いダイナミックレンジでの撮影を行なう場合にはインターレース読み出しを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像素子の基本的な構成例を模式的に示した図。
【図２】図１に示した撮像素子の要部を模式的に示した図。
【図３】本発明の実施形態に係る撮像素子を用いてプログレッシブ読み出しを行う場合の動作例を示したタイミングチャート。
【図４】本発明の実施形態に係る撮像素子を用いてインターレース読み出しを行う場合の動作例を示したタイミングチャート。
【図５】本発明の実施形態に係る撮像素子を用いてインターレース読み出しを行う場合の動作の変更例を示したタイミングチャート。
【図６】本発明の実施形態に係る撮像装置の基本的な構成例を模式的に示したブロック図。
【図７】本発明の実施形態に係る撮像装置を用いてインターレース読み出しを行う場合の動作例を示したタイミングチャート。
【図８】本発明の実施形態に係る撮像装置を用いてプログレッシブ読み出しを行う場合の動作例を示したタイミングチャート。
【符号の説明】
１１、Ｐ１〜Ｐ５…画素
１２、Ｇ１〜Ｇ５…トランスファゲート
１３…垂直転送路
１４…水平転送路
１５…出力バッファ
１６、Ｅａ〜Ｅｈ…垂直転送電極
１７、Ｗａ〜Ｗｈ…配線
１０１…撮影レンズ系
１０２…露出機構
１０３…フィルタ系
１０４…撮像素子（ＣＣＤイメージャ）
１０５…プリプロセス部
１０６…レンズ駆動回路
１０７…レンズ駆動機構
１０８…ＣＣＤ駆動回路
１０９…露出機構制御回路
１１０…ストロボ
１１１…システムコントローラ
１１２…ＥＥＰＲＯＭ
１１３…デジタルプロセス部
１１４…メモリインタフェース
１１５…メモリカード
１１６…ＬＣＤ表示部
１１７…操作スイッチ部
１１８…操作表示部
【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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