(57)【要約】【課題】  ダイナミックレンジを広くして十分な諧調表現を可能とし、Ｓ／Ｎ比の劣化を防ぎ、さらに、高画素化されたときに発生し易い手ぶれを補正することができる。【解決手段】  電子シャッタパルス１０２とメカシャッタ１０１で決定される露光期間が二つに分けられ、前半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積された信号電荷１０４Ａが垂直ＣＣＤ１３に読み出され、後半露光期間が終了した後に転送されて固体撮像素子１０から出力撮像信号１０５Ａとして出力される。後半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積された信号電荷１０４Ｂは、前半露光期間に対応する信号電荷１０５Ａが固体撮像素子１０から出力撮像信号１０５Ａとして出力された後、垂直ＣＣＤ１３に読み出されて電荷00.転送され、固体撮像素子１０から出力撮像信号１０５Ｂとして出力される。このような２枚分の画像データを、ＣＤＳなど信号処理を経てＡＤ変換された後に１枚の画像に合成する。【選択図】  図２
2007325026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を所定の露光期間で光電変換して信号電荷として蓄積する複数の光電変換素子と、該光電変換素子から信号電荷を読み出して一方向に電荷転送する複数の一方向電荷転送部とを有する固体撮像素子が設けられた撮像装置において、
該露光期間を前半と後半との二つに分けて露光するように該固体撮像素子を駆動制御する駆動制御手段が設けられた撮像装置。
【請求項２】
入射光を所定の露光期間で光電変換して信号電荷として蓄積する複数の光電変換素子と、該光電変換素子から信号電荷を読み出して一方向に電荷転送する複数の一方向電荷転送部とを有する固体撮像素子と、
該複数の光電変換素子が設けられた受光面への入射光を遮光可能とする露光期間制御手段とを備えた撮像装置において、
該露光期間を前半と後半との二つに分けて、該露光期間制御手段が開いて該固体撮像素子の受光面に光が入射された状態で、前半露光期間に該光電変換素子に蓄積された信号電荷を該一方向電荷転送部に読み出した後、後半露光期間が終了した時点で該露光期間制御手段を閉じて該固体撮像素子の受光面への入射光を遮光させ、前半露光期間に該光電変換素子に蓄積されて該一方向電荷転送部に読み出された信号電荷を電荷転送して該固体撮像素子から撮像信号として出力させた後、該後半露光期間に該光電変換素子に蓄積された信号電荷を該一方向電荷転送部に読み出して電荷転送し、該固体撮像素子から撮像信号として出力させるように該固体撮像素子および該露光期間制御手段を駆動制御する駆動制御手段が設けられた撮像装置。
【請求項３】
前記露光期間制御手段はメカニカルシャッタであり、該メカニカルシャッタの開口時に電子シャッタにより前記前半露光期間の開始を決定し、該前半露光期間に対応する信号電荷の読み出し動作により該前半露光期間の終了と前記後半露光期間の開始とを決定し、該メカニカルシャッタにより該後半露光期間の終了を決定する請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記前半露光期間に前記光電変換素子に蓄積されて前記固体撮像素子から出力された撮像信号と、前記後半露光期間に該光電変換素子に蓄積されて該固体撮像素子から出力された撮像信号とに対するアナログ／デジタル変換後のデジタル信号処理により１枚の画像データに合成する信号合成処理手段を更に有する請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記信号合成処理手段は、前記前半露光期間に対応する画像の高周波成分と前記後半露光期間に対応する画像の高周波成分とをそれぞれの画像の輪郭データとして抽出して両者のずれ量を検出し、該ずれ量だけ該前半露光期間に対応する画像と該後半露光期間に対応する画像をずらして合成する請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記信号合成処理手段は、前記前半露光期間に対応する画像データと前記後半露光期間に対応する画像データとのうちの一方を選択して第１メモリに出力し、他方を選択して第２メモリに出力するマルチプレクサと、
該一方の画像データの高周波成分と該他方の画像データの高周波成分とがそれぞれの画像データの輪郭データとして抽出され、該抽出されれた輪郭データを基に、２枚の画像データのずれ量を検出してＸ方向およびＹ方向の手ぶれ量を検出する輪郭検出回路と、検出された手ぶれ量だけ２枚の画像データを互いにずらした状態で１枚の画像データに合成する画像合成回路とを有する請求項４または５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記駆動制御手段は、前記前半露光期間が開始される前に、前記一方向電荷転送部を高速で電荷転送動作させて、該一方向電荷転送部にある不要な電荷を高速で掃き出させるための一方向電荷転送信号を該一方向電荷転送部に出力する請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記駆動制御手段は、前記前半露光期間および前記後半露光期間に前記一方向電荷転送部の電荷転送動作を停止制御させるように該一方向電荷転送部を駆動制御する請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換素子上および該光電変換素子に対応する一方向電荷転送部上に、同色のカラーフィルタが形成されている請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の一方向電荷転送部からの信号電荷を他方向に電荷転送する他方向電荷転送部と、該他方向電荷転送部からの信号電荷が電荷電圧変換されて撮像信号を出力する電荷検出部とを更に有する請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記前半露光期間および前記後半露光期間は同一の露光期間である請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項１２】
入射光を所定の露光期間で光電変換して信号電荷として蓄積する複数の光電変換素子と、該光電変換素子から信号電荷を読み出して一方向に電荷転送する複数の一方向電荷転送部とを有する固体撮像素子が設けられた撮像装置の駆動方法において、
該露光期間を前半と後半との二つに分けて露光するように該固体撮像素子を駆動する撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
入射光を所定の露光期間で光電変換して信号電荷として蓄積する複数の光電変換素子と、該光電変換素子から信号電荷を読み出して一方向に電荷転送する複数の一方向電荷転送部とを有する固体撮像素子と、
該複数の光電変換素子が設けられた受光面への入射光を遮光可能とする露光期間制御手段とを備えた撮像装置の駆動方法において、
該露光期間を前半と後半との二つに分けて、該露光期間制御手段が開いて該固体撮像素子の受光面に光が入射された状態で、前半露光期間に該光電変換素子に蓄積された信号電荷を該一方向電荷転送部に読み出した後、後半露光期間が終了した時点で該露光期間制御手段を閉じて該固体撮像素子の受光面への入射光を遮光させ、前半露光期間に該光電変換素子に蓄積されて該一方向電荷転送部に読み出された信号電荷を電荷転送して該固体撮像素子から撮像信号として出力させた後、該後半露光期間に該光電変換素子に蓄積された信号電荷を該一方向電荷転送部に読み出して電荷転送し、該固体撮像素子から撮像信号として出力させるように該固体撮像素子および該露光期間制御手段を駆動する撮像装置の駆動方法。
【請求項１４】
前記前半露光期間が開始される前に、前記一方向電荷転送部を高速で転送動作させて、該一方向電荷転送部にある不要な電荷を高速で掃き出させるように前記固体撮像素子を駆動する請求項１２または１３に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項１５】
前記前半露光期間および前記後半露光期間に前記一方向電荷転送部の電荷転送動作を停止制御させるように該一方向電荷転送部を制御する請求項１２または１３に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１６】
請求項１または２に記載の撮像装置の固体撮像素子からの出力撮像信号を信号処理する撮像装置の信号処理方法であって、
前記前半露光期間に前記光電変換素子に蓄積されて該固体撮像素子から出力された撮像信号と、前記後半露光期間に該光電変換素子に蓄積されて該固体撮像素子から出力された撮像信号とに対して各種信号処理を行い、該各種信号処理後の信号をアナログ／デジタル変換した後にデジタル信号処理により１枚の画像データを合成する撮像装置の信号処理方法。
【請求項１７】
前記前半露光期間に対応する画像データの高周波成分と前記後半露光期間に対応する画像データの高周波成分とをそれぞれの画像データの輪郭データとして抽出して両者のずれ量を検出し、該ずれ量だけ該前半露光期間に対応する画像データと該後半露光期間に対応する画像データとをずらして合成することにより手ぶれ補正処理を行う請求項１６に記載の撮像装置の信号処理方法。
【請求項１８】
請求項１〜１１のいずれかに記載の撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷結合素子（ＣＣＤ）が用いられ、例えばデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラ、画像入力カメラおよび監視カメラなどの撮像装置、その駆動方法およびその信号処理方法、この撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いたスキャナ、ファクシミリおよびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のＣＣＤを用いた従来の撮像装置は、メカニカルシャッタのように露光時間を制御する露光時間制御手段を有する静止画用カメラシステムなどに用いられている。このような従来の撮像装置では、各画素に対応する各フォトダイオードなどの光電変換素子によりそれぞれ生成された信号電荷がＣＣＤからなる電荷転送部に読み出されて電荷検出部まで順次電荷転送されるようになっている。
【０００３】
図４は、一般的な転送方式がインターライン転送方式で読み出し方式が全画素読み出し方式の従来のＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【０００４】
図４において、従来の固体撮像素子４０は、フォトダイオード４１が２次元（またはマトリクス状に）に配列され、各フォトダイオード４１から電荷読み出しゲート４２を介して垂直電荷転送部の垂直ＣＣＤ４３にそれぞれ接続されている。垂直ＣＣＤ４３は、列方向の各フォトダイオード４１に隣接かつ沿って垂直方向に複数本配置されている。これによって撮像領域が構成されている。各垂直ＣＤＤ４３の下端部側には水平電荷転送部である水平ＣＣＤ４４が接続されおり、その一方端に電荷検出部４５が設けられており、電荷検出部４５から出力撮像信号が出力される。
【０００５】
上記構成により、まず、画素毎の各フォトダイオード４１では、入射光（被写体光）がそれぞれ光電変換されて信号電荷として蓄積される。
【０００６】
次に、垂直ＣＣＤ４３では、各フォトダイオード４１からの信号電荷が電荷読み出しゲート４２を介して読み出され、読み出された各信号電荷は、１水平走査期間に１走査線分（１ライン分）が水平ＣＣＤ４４にそれぞれ垂直電荷転送される。
【０００７】
さらに、水平ＣＣＤ４４において、各垂直ＣＣＤ４３から転送された１ライン分の各信号電荷は、１水平走査期間に１ライン分が水平転送され、電荷検出部４５により電荷電圧変換が行われて１ライン分の各画素に対応する出力撮像信号として出力されることになる。
【０００８】
図５は、図４の従来のＣＣＤ固体撮像素子における露光制御および駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。なお、図５には、メカシャッタの開閉、電子シャッタパルス、垂直ＣＣＤによる転送動作を制御するための垂直転送パルス、フォトダイオードに蓄積される電荷量および固体撮像素子からの出力撮像信号が示されている。
【０００９】
図５において、各フォトダイオード４１では、メカシャッタ２０１が開いた時点から、フォトダイオード４１の蓄積電荷量である信号電荷２０４の蓄積が開始され、電子シャッタパルス２０２により信号電荷２０４が基板側に掃き出される（リセットされる）ため、電子シャッタパルス２０２により露光開始タイミングが決定される。露光終了タイミングは、メカシャッタ２０１が閉じるタイミングにより決定される。よって、全露光期間は、電子シャッタパルス２０２の最終パルスとメカシャッタ２０１が閉じるタイミングにより決定される。
【００１０】
メカシャッタ２０１が閉じた後、垂直転送パルス２０３による垂直ＣＣＤ４３の高速掃き出し動作により、垂直ＣＣＤ４３上の不要な電荷が水平ＣＣＤ４４を経由して固体撮像素子４０から排出される。
【００１１】
その後、露光によりフォトダイオード４１に蓄積された信号電荷２０４が電荷読み出しパルスにより垂直ＣＣＤ４３にそれぞれ読み出され、垂直ＣＣＤ４３上で逐次電荷転送されて、水平ＣＣＤ４４を経由して電荷検出部４５に至り、電荷検出部４５によって電荷電圧変換されて固体撮像素子４０から出力撮像信号２０５として出力される。
【００１２】
このように構成されたＣＣＤ固体撮像素子４０において、そのダイナミックレンジは、フォトダイオード４１、垂直ＣＣＤ４３および水平ＣＣＤ４４の取り扱い電荷量によって決定される。例えば、垂直ＣＣＤ４３および水平ＣＣＤ４４において、取り扱い電荷量を超えた信号電荷がフォトダイオード４１から読み出されてきた場合、正常に電荷転送することができないため、固体撮像素子４０から正常な撮像信号（画像信号）を出力することができない。このため、フォトダイオード４１にはオーバーフロードレイン構造が設けられており、フォトダイオード４１に蓄積される電荷量が垂直ＣＣＤ４３の取り扱い電荷量に応じて制御されるようになっている。
【００１３】
固体撮像素子４０のダイナミックレンジを拡大させるために、例えば特許文献１に開示されている固体撮像装置では、フォトダイオードに蓄積された一枚の映像画面についての信号電荷が複数回に分けて垂直レジスタ（垂直ＣＣＤ）に読み出されて、その複数回分の信号電荷に基づく信号電圧が信号処理系で合成されるようになっている。
【００１４】
このように、フォトダイオードから信号電荷を複数回に分けて取り出すためには、フォトダイオードが露光された後、信号電荷が読み出される際に、最初の読み出しパルスの電位が通常読み出し時よりも低く設定されており、垂直ＣＣＤが溢れない程度にフォトダイオードに蓄積された信号電荷の一部が読み出されている。これにより、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量で決定される固体撮像装置のダイナミックレンジを拡大することができるものとされている。これを図６を用いて説明する。
【００１５】
図６は、特許文献１に開示されている従来のＣＣＤ固体撮像素子における露光制御および駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。なお、図６には、メカシャッタの開閉、電子シャッタパルス、垂直ＣＣＤによる電荷転送動作を制御するための垂直転送パルス、フォトダイオードに蓄積される電荷量（信号電荷）および固体撮像素子からの出力撮像信号が示されている。
【００１６】
図５の場合と同様に、図６において、フォトダイオードでは、メカシャッタ３０１が開いた時点から信号電荷３０４の蓄積が開始され、電子シャッタパルス３０２により信号電荷３０４が基板側に掃き出される（リセットされる）ため、電子シャッタパルス３０２により露光開始タイミングが決定される。露光終了タイミングは、メカシャッタ３０１が閉じるタイミングにより決定される。よって、全露光期間は、電子シャッタパルス３０２の最終パルスとメカシャッタ３０１が閉じるタイミングにより決定される。
【００１７】
メカシャッタ３０１が閉じた後、垂直転送パルス３０３による垂直ＣＣＤの高速掃き出し動作により、垂直ＣＣＤ上の不要な信号電荷が水平ＣＣＤを経由して固体撮像素子から出力撮像信号として排出される。
【００１８】
その後、露光によりフォトダイオードに蓄積された信号電荷３０４が垂直ＣＣＤに読み出され、垂直ＣＣＤ上で逐次電荷転送されている。図６では、フォトダイオードが露光された後、信号電荷が読み出される際に、まず、電位（Ｈレベル）が低い読み出しパルス３０３Ａにより、垂直ＣＣＤが溢れない程度にフォトダイオードに蓄積された信号電荷の一部３０４Ａが垂直ＣＣＤ側に読み出され、垂直ＣＣＤ上で逐次電荷転送され、水平ＣＣＤを経由して電荷検出部で電荷電圧変換されて、固体撮像素子から出力撮像信号３０５Ａとして出力される。さらに、垂直転送パルス３０３による垂直ＣＣＤの高速掃き出し動作により、垂直ＣＣＤ上の不要な信号電荷が掃き出された後、電位（Ｈレベル）が高い読み出しパルス３０３Ｂにより、フォトダイオードに蓄積された残りの信号電荷３０４Ｂが垂直ＣＣＤに読み出され、垂直ＣＣＤ上で逐次電荷転送され、水平ＣＣＤを経由して電荷検出部で電荷電圧変換され、固体撮像素子から出力撮像信号３０５Ｂとして出力される。この複数回分の信号電圧は信号処理系で合成されて、固体撮像装置のダイナミックレンジが拡大される。
【００１９】
また、特許文献２に開示されている他の従来の固体撮像装置では、水平方向に連続する４画素列が１組とされて、第１の蓄積期間経過時に２つの画素列から信号電荷が読み出されて垂直ＣＣＤにより加算され、それに続く第２の蓄積期間経過時に残りの２つの画素列から信号電荷が読み出されて垂直ＣＣＤにより加算されている。さらに、第３の蓄積期間経過時に第２の蓄積期間と同じ画素列から信号電荷が読み出されて垂直ＣＣＤにより加算され、それに続く第４の蓄積期間経過時に第１の蓄積期間と同じ画素列から信号電荷が読み出されて垂直ＣＣＤにより加算されている。第２および第４の蓄積期間経過時に読み出されて加算された各画素列の信号出力のそれぞれに、第１および第３の蓄積期間経過時に読み出されて加算された各画素列の信号出力のそれぞれが加算されている。このようにして、水平方向に隣接する画素列の信号を加算することによって、固体撮像装置のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００２０】
さらに、特許文献３に開示されている他の従来の固体撮像装置では、蓄積時間が異なる２つの画像情報を得るために、電子シャッタまたはメカニカルシャッタにより前半露光期間の開始が決定され、前半露光期間の読み出し動作により前半露光期間の終了と後半露光期間の開始が決定され、メカニカルシャッタにより後半露光期間の終了が決定されている。前半露光期間の信号電荷が転送されて電荷転送部が空になるまで後半露光期間の信号電荷をフォトダイオードに蓄積保持するように制御している。
【特許文献１】特開平５−２６０３９１号公報
【特許文献２】特開平９−１９１４３２号公報
【特許文献３】特開平１１−２３４５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置には、以下のような問題がある。
【００２２】
従来の固体撮像素子は、銀塩フィルムを用いた撮像素子に比べて、ダイナミックレンジが低く、デジタルスチルカメラ用に使用した場合、「白飛び」が発生しやすく、露光条件を設定することが容易ではないという傾向がある。「白飛び」が発生しないように露光量を絞ると、暗部にノイズが多くなり、十分な諧調表現をすることができなくなる。
【００２３】
また、デジタルスチルカメラにおいて、感度設定は信号処理におけるゲイン設定で行われているが、感度を高くするためにゲインを高くすると、Ｓ（信号）／Ｎ（ノイズ）比が劣化する。このＳ／Ｎ比の劣化は、特に、ＣＣＤ型の固体撮像素子の電荷検出部において発生するノイズが主な原因である。
【００２４】
このＣＣＤ型の固体撮像素子の高画素化に伴って、これらの問題が顕著に現れる傾向が強くなってきていると同時に、高画素化に伴う感度低下によって、露光時間を長くして良好な画像を得るために、シャッター速度を遅くして撮影する必要があり、この場合には手ぶれを起こしやすくなる。
【００２５】
特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、ダイナミックレンジを広げることは可能であるが、フォトダイオードから複数回に分けて信号電荷を読み出すために、読み出しパルスを段階的に上昇させる必要がある。このためには、駆動回路（ドライバ）の電源電圧が段階的に変えなければならず、その分だけ電源回路の設計が複雑になるという問題がある。
【００２６】
また、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量に対してフォトダイオードの取り扱い電荷量は十分大きいとされているが、マイクロレンズなどの技術により、近年は、フォトダイオードと垂直ＣＣＤで取り扱い電荷量の差が小さくなってきている。同じ感度で取り扱い電荷量を増やすと、露光時間が延びて手ぶれしやすくなるが、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、フォトダイオードに蓄積された信号電荷が複数回に分けられてそれぞれ取り出されることから、手ぶれ補正を行うことができない。
【００２７】
さらに、特許文献２，３では、露光期間（電荷蓄積期間）の長さを変化させており、例えば長い露光期間による信号電荷で感度を高くし、短い露光期間の信号電荷で飽和領域の光量の情報を得るものであり、詳細に後述する本発明とは全く異なる技術である。
【００２８】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、ＣＣＤを用いた固体撮像装置において、ダイナミックレンジを広くして十分な諧調表現を可能とし、Ｓ／Ｎ比の劣化を防ぎ、さらに、高画素化されたときに発生し易い手ぶれを補正することができる撮像装置、その駆動方法およびその信号処理方法、この撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器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】
【００２９】
本発明の撮像装置は、入射光を所定の露光期間で光電変換して信号電荷として蓄積する複数の光電変換素子と、該光電変換素子から信号電荷を読み出して一方向に電荷転送する複数の一方向電荷転送部とを有する固体撮像素子が設けられた撮像装置において、該露光期間を前半と後半との二つに分けて露光するように該固体撮像素子を駆動制御する駆動制御手段が設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
本発明の撮像装置は、入射光を所定の露光期間で光電変換して信号電荷として蓄積する複数の光電変換素子と、該光電変換素子から信号電荷を読み出して一方向に電荷転送する複数の一方向電荷転送部とを有する固体撮像素子と、
該複数の光電変換素子が設けられた受光面への入射光を遮光可能とする露光期間制御手段とを備えた撮像装置において、
該露光期間を前半と後半との二つに分けて、該露光期間制御手段が開いて該固体撮像素子の受光面に光が入射された状態で、前半露光期間に該光電変換素子に蓄積された信号電荷を該一方向電荷転送部に読み出した後、後半露光期間が終了した時点で該露光期間制御手段を閉じて該固体撮像素子の受光面への入射光を遮光させ、前半露光期間に該光電変換素子に蓄積されて該一方向電荷転送部に読み出された信号電荷を電荷転送して該固体撮像素子から撮像信号として出力させた後、該後半露光期間に該光電変換素子に蓄積された信号電荷を該一方向電荷転送部に読み出して電荷転送し、該固体撮像素子から撮像信号として出力させるように該固体撮像素子および該露光期間制御手段を駆動制御する駆動制御手段が設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
また、好ましくは、本発明の撮像装置における露光期間制御手段はメカニカルシャッタであり、該メカニカルシャッタの開口時に電子シャッタにより前記前半露光期間の開始を決定し、該前半露光期間に対応する信号電荷の読み出し動作により該前半露光期間の終了と前記後半露光期間の開始とを決定し、該メカニカルシャッタにより該後半露光期間の終了を決定する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置において、前記前半露光期間に前記光電変換素子に蓄積されて前記固体撮像素子から出力された撮像信号と、前記後半露光期間に該光電変換素子に蓄積されて該固体撮像素子から出力された撮像信号とに対するアナログ／デジタル変換後のデジタル信号処理により１枚の画像データに合成する信号合成処理手段を更に有する。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における信号合成処理手段は、前記前半露光期間に対応する画像の高周波成分と前記後半露光期間に対応する画像の高周波成分とをそれぞれの画像の輪郭データとして抽出して両者のずれ量を検出し、該ずれ量だけ該前半露光期間に対応する画像と該後半露光期間に対応する画像をずらして合成する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における信号合成処理手段は、前記前半露光期間に対応する画像データと前記後半露光期間に対応する画像データとのうちの一方を選択して第１メモリに出力し、他方を選択して第２メモリに出力するマルチプレクサと、
該一方の画像データの高周波成分と該他方の画像データの高周波成分とがそれぞれの画像データの輪郭データとして抽出され、該抽出されれた輪郭データを基に、２枚の画像データのずれ量を検出してＸ方向およびＹ方向の手ぶれ量を検出する輪郭検出回路と、検出された手ぶれ量だけ２枚の画像データを互いにずらした状態で１枚の画像データに合成する画像合成回路とを有する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における駆動制御手段は、前記前半露光期間が開始される前に、前記一方向電荷転送部を高速で電荷転送動作させて、該一方向電荷転送部にある不要な電荷を高速で掃き出させるための一方向電荷転送信号を該一方向電荷転送部に出力する。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における駆動制御手段は、前記前半露光期間および前記後半露光期間に前記一方向電荷転送部の電荷転送動作を停止制御させるように該一方向電荷転送部を駆動制御する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置において、前記光電変換素子上および該光電変換素子に対応する一方向電荷転送部上に、同色のカラーフィルタが形成されている。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置において、前記複数の一方向電荷転送部からの信号電荷を他方向に電荷転送する他方向電荷転送部と、該他方向電荷転送部からの信号電荷が電荷電圧変換されて撮像信号を出力する電荷検出部とを更に有する。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置において、前記前半露光期間および前記後半露光期間は同一の露光期間である。
【００４０】
本発明の撮像装置の駆動方法は、入射光を所定の露光期間で光電変換して信号電荷として蓄積する複数の光電変換素子と、該光電変換素子から信号電荷を読み出して一方向に電荷転送する複数の一方向電荷転送部とを有する固体撮像素子が設けられた撮像装置の駆動方法において、該露光期間を前半と後半との二つに分けて露光するように該固体撮像素子を駆動するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４１】
本発明の撮像装置の駆動方法は、入射光を所定の露光期間で光電変換して信号電荷として蓄積する複数の光電変換素子と、該光電変換素子から信号電荷を読み出して一方向に電荷転送する複数の一方向電荷転送部とを有する固体撮像素子と、
該複数の光電変換素子が設けられた受光面への入射光を遮光可能とする露光期間制御手段とを備えた撮像装置の駆動方法において、
該露光期間を前半と後半との二つに分けて、該露光期間制御手段が開いて該固体撮像素子の受光面に光が入射された状態で、前半露光期間に該光電変換素子に蓄積された信号電荷を該一方向電荷転送部に読み出した後、後半露光期間が終了した時点で該露光期間制御手段を閉じて該固体撮像素子の受光面への入射光を遮光させ、前半露光期間に該光電変換素子に蓄積されて該一方向電荷転送部に読み出された信号電荷を電荷転送して該固体撮像素子から撮像信号として出力させた後、該後半露光期間に該光電変換素子に蓄積された信号電荷を該一方向電荷転送部に読み出して電荷転送し、該固体撮像素子から撮像信号として出力させるように該固体撮像素子および該露光期間制御手段を駆動するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４２】
また、好ましくは、本発明の撮像装置の駆動方法において、前記前半露光期間が開始される前に、前記一方向電荷転送部を高速で転送動作させて、該一方向電荷転送部にある不要な電荷を高速で掃き出させるように前記固体撮像素子を駆動する。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の撮像装置の駆動方法において、前記前半露光期間および前記後半露光期間に前記一方向電荷転送部の電荷転送動作を停止制御させるように該一方向電荷転送部を制御する。
【００４４】
本発明の撮像装置の信号処理方法は、本発明の上記撮像装置の固体撮像素子からの出力撮像信号を信号処理する撮像装置の信号処理方法であって、前記前半露光期間に前記光電変換素子に蓄積されて該固体撮像素子から出力された撮像信号と、前記後半露光期間に該光電変換素子に蓄積されて該固体撮像素子から出力された撮像信号とに対して各種信号処理を行い、該各種信号処理後の信号をアナログ／デジタル変換した後にデジタル信号処理により１枚の画像データを合成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
また、好ましくは、本発明の撮像装置の信号処理方法において、前記前半露光期間に対応する画像データの高周波成分と前記後半露光期間に対応する画像データの高周波成分とをそれぞれの画像データの輪郭データとして抽出して両者のずれ量を検出し、該ずれ量だけ該前半露光期間に対応する画像データと該後半露光期間に対応する画像データとをずらして合成することにより手ぶれ補正処理を行う。
【００４６】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記撮像装置を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４７】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４８】
本発明にあっては、露光期間が二つに分けられており、前半露光期間にフォトダイオードなどの光電変換素子に蓄積された信号電荷が垂直ＣＣＤからなる一方向電荷転送部としての垂直電荷転送部に読み出されて垂直電荷転送部に保持され、後半露光期間が終了した後、後半露光期間に光電変換素子に蓄積された信号電荷とは別々に固体撮像素子から出力される。後半露光期間に光電変換素子に蓄積された信号電荷は、前半露光期間に蓄積されて垂直電荷転送部に読み出された信号電荷が固体撮像素子から出力された後に、垂直電荷転送部に読み出されて電荷転送され、固体撮像素子から出力される。
【００４９】
固体撮像素子から出力された撮像信号は、例えばＣＤＳ回路やＰＧＡ回路などによる各種アナログ信号処理を経てアナログ／デジタル（ＡＤ）変換され、前半露光期間に光電変換素子に蓄積された信号電荷に対応するデジタル信号と、後半露光期間に光電変換素子に蓄積された信号電荷に対応するデジタル信号の２枚分の画像データが生成される。デジタル化された２枚分の画像データが信号処理回路によって１枚の画像に合成されることによって、ダイナミックレンジが拡大される。
【００５０】
その際に、２枚の画像データの高周波成分をそれぞれの画像の輪郭データとして抽出し、両者を比較することにより画像のぶれを検出し、そのぶれ量だけずらして加算することにより、手ぶれ補正を行うことができる。
【００５１】
さらに、前半露光期間が開始される前に、垂直転送部を高速で転送動作させることにより、垂直転送部に存在する不要な電荷を高速で掃き出させることができる。
【００５２】
さらに、後半露光期間に垂直転送部の転送動作を停止させることにより、スミアによる縦すじ状のノイズを防ぐことができる。
【００５３】
さらに、垂直転送部上にも、信号電荷が読み出されるフォトダイオードと同色のカラーフィルターを形成することが好ましい。これは、メカシャッタ停止期間に発生するスミアについても信号電荷として扱われるため、同じカラーフィルタを通った光がスミアとされる方がよいからである。
【発明の効果】
【００５４】
以上により、本発明によれば、露露光期間を二つに分けて、２回に分けて固体撮像素子から信号電荷を出力させて、垂直ＣＣＤによって通常駆動時の２倍の電荷を取り扱うことができるため、２倍のダイナミックレンジに広げることができて、「白飛び」が発生しにくくなる。
【００５５】
また、駆動方法を変更するだけで良く、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置のように読み出しパルスのレベルを変化させる必要がないため、多値の電源回路も不要である。
【００５６】
さらに、Ａ／Ｄ変換後に２枚分の画像データを合成することによって、ＣＣＤ撮像素子のランダムノイズ成分、およびＣＤＳ回路、ＰＧＡ回路、ＡＤＣなどで発生するランダムノイズ成分を１／√２として、低ノイズでダイナミックレンジが広い画像を得ることができる。これによって、高感度撮影時に、特に、低諧調域における画像のざらつきを改善することができる。
【００５７】
さらに、露光期間を２回に分けているため、合成時に２枚の画像のぶれ量をシフトさせることによって、シャッター速度１／２相当の手ぶれ補正を行って、手ぶれによるぶれ量が少ない画像を得ることができる。
【００５８】
さらに、メカシャッタが開いている期間に垂直ＣＣＤの電荷転送を停止させることによって、スミアは発生するものの、縦スジ状のノイズが発生することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下に、本発明のデジタルスチルカメラなどの撮像装置、その駆動方法およびその信号処理方法の各実施形態をデータ転送方式がインターライン転送方式でデータ読み出し方式が全画素読み出し方式の固体撮像素子を用いた撮像装置に適用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の撮像装置、その駆動方法およびその信号処理方法の各実施形態はデータ転送方式がインターライン転送方式でデータ読み出し方式がフィールド読み出し方式またはフレーム読み出し方式の固体撮像素子を用いた撮像装置にも適用可能である。これらの場合に、このインターライン転送方式の他に（インターライン転送方式の代わりに）、フレームインターライントランスファ転送方式にも本発明の撮像装置を適用することができる。
【００６０】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。
【００６１】
図１において、本実施形態の撮像装置１は、転送方式がインターライン転送方式で読み出し方式が全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子１０と、この固体撮像素子１０の駆動を制御する駆動制御手段としてのタイミングパルス発生回路２０と、この固体撮像素子１０から出力された出力撮像信号をアナログ信号処理するアナログ信号処理手段としてのアナログ信号処理回路３０と、アナログ信号処理回路３０からの出力信号をデジタル信号処理するデジタル信号処理手段としてのデジタル信号処理回路３４とを有しており、デジタル信号処理回路３４からの表示信号は、図示しない表示部の液晶表示画面上に表示されると共に、必要に応じて内部記憶素子（図示せず）やＩＣメモリなどの記憶媒体（図示せず）にデータ圧縮処理後に記憶し、この内部記憶素子や記憶媒体に記憶された画像データを必要に応じてデータ伸長処理して液晶表示画面上に表示可能とする。
【００６２】
固体撮像素子１０は、画素毎にそれぞれ光電変換する各光電変換素子としての複数のフォトダイオード１１が２次元状（またはマトリクス状）に配列され、一方向電荷転送部としての垂直転送部である複数本の垂直ＣＣＤ１３が各フォトダイオード１１に隣接して垂直方向に配置され、電荷読み出しゲート１２を介してフォトダイオード１１と垂直ＣＣＤ１３とが接続されている。これによって受光領域が構成されている。垂直ＣＤＤ１３の下端側には、他方向電荷転送部としての水平電荷転送部の水平転送ＣＣＤ１４が接続されており、その一方端部には電荷検出部１５が設けられている。
【００６３】
フォトダイオード１１では、入射光が光電変換されて信号電荷として蓄積される。
垂直ＣＣＤ１３では、フォトダイオード１１からの信号電荷が電荷読み出しゲート１２を介して読み出され、この読み出された信号電荷は、１水平走査期間に１走査線分（１ライン分）が水平ＣＣＤ１４側に垂直方向に電荷転送される。
【００６４】
水平ＣＣＤ１４では、複数本の垂直ＣＣＤ１３からそれぞれ電荷転送された各信号電荷は、１水平走査期間に１走査線分（１ライン分）が水平方向に電荷転送されて、電荷検出部１５により電荷電圧変換が行われて出力撮像信号として出力される。
【００６５】
タイミングパルス発生回路２０には、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２１および垂直ドライバ２２が設けられている。
【００６６】
ＴＦ２１では、垂直ドライバ２２への制御信号および、水平ＣＣＤ１４の電荷転送動作を制御するための水平転送パルスが生成されて固体撮像素子１０に供給されている。
垂直ドライバ２２では、ＴＧ２１からの制御信号を受けて、垂直ＣＣＤ１３の転送動作を制御するための垂直転送パルスおよび、フォトダイオード１１から基板側に電荷を掃き出させるための電子シャッタパルスが生成されて固体撮像素子１０にそれぞれ供給されている。
【００６７】
アナログ信号信号処理回路３０は、ＣＤＳ回路３１、ＰＧＡ回路３２、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）回路３３を有している。
【００６８】
ＣＤＳ回路３１は、固体撮像素子１０から出力された撮像信号（アナログ信号）のリセット雑音などが除去される。
【００６９】
ＰＧＡ回路３２では、ＣＤＳ回路３１からの出力信号のゲインが調整される。
【００７０】
ＡＤＣ回路３３は、ＰＧＡ回路３２からのアナログ信号がデジタル信号に変換される。
【００７１】
デジタル信号処理手段３４は、アナログ信号信号処理回路３０からのデジタル信号化された２枚の画像データに対して、前半露光期間に対応する画像データと後半露光期間に対応する画像データとの間のずれ量が検出され、このずれ量に合わせて２枚の画像データが互いにずらされて１枚の画像データに合成される。また、デジタル信号処理手段３４は、この合成画像データに対して、色変換やガンマ補正などの各種デジタル信号処理が行われて表示信号として出力され、垂直同期号や水平同期信号などの制御信号としての同期信号が発生させてタイミングパルス発生回路２０に供給され、さらに、露光制御信号や焦点制御信号などが生成されて、図示しない光学系制御部に対して制御信号が供給されるようになっている。
【００７２】
図１には示していないが、固体撮像素子１０の受光面へ入射される光を遮光するために、露光期間制御手段としてメカシャッタ（図示せず）が設けられている。また、フォトダイオード１１にはカラーフィルタが設けられ、垂直ＣＣＤ１３上にも、混色にならないために、信号電荷が読み出されるフォトダイオード１１と同色のカラーフィルタが形成されている。これは、後述するメカシャッタ停止期間に発生するスミアについても信号電荷として扱われる場合にも、同色のカラーフィルタを通った光によりスミアとされる必要があるためである。
【００７３】
このメカニカルシャッタの開口時に電子シャッタにより前半露光期間の開始を決定し、前半露光期間に対応する信号電荷の読み出し動作により前半露光期間の終了と後半露光期間の開始とを決定し、メカニカルシャッタにより後半露光期間の終了を決定している。
【００７４】
図２は、図１の固体撮像素子１０における露光制御およびその駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。なお、図２には、メカシャッタ１０１の開閉、電子シャッタパルス１０２、垂直ＣＣＤによる転送動作を制御するための垂直転送パルス１０３、フォトダイオード１１に蓄積される電荷量（信号電荷）１０４および、固体撮像素子１０からの出力撮像信号１０５が示されている。
【００７５】
図２において、撮像装置１のカメラシャッタが押されると、メカシャッタ１０１が開く前に、垂直転送パルス１０３による垂直ＣＣＤの高速掃き出し動作により、垂直ＣＣＤ上の不要な電荷は水平ＣＣＤを経由して固体撮像素子から排出される。
【００７６】
フォトダイオード１１は、メカシャッタ１０１が開いた時点から信号電荷１０４の蓄積が開始され、電子シャッタパルス１０２毎に信号電荷１０４が基板側に掃き出されるため、電子シャッタパルス１０２の最終パルスによって露光開始タイミングが決定される。露光終了タイミングは、メカシャッタ１０１が閉じるタイミングにより決定される。
【００７７】
これによって、全露光期間は、電子シャッタパルス１０２の最終パルスと、メカシャッタ１０１が閉じるタイミングにより決定される。全露光期間の１／２の時間（前半露光期間）が経過した後、電荷読み出しパルス１０３Ａにより、前半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積された信号電荷１０４Ａが垂直ＣＣＤに読み出される。メカシャッタ１０１が開いて以降は、縦スジ状のスミアを防止するために垂直転送動作が停止されており、垂直ＣＣＤに読み出された信号電荷は電荷転送されずにそこで保持されている。
【００７８】
垂直ＣＣＤへ信号電荷が読み出された後に、フォトダイオード１１は一旦空になるが、メカシャッタ１０１が閉じられるまで（後半露光期間）は、さらに光電変換が行われて信号電荷１０４が蓄積され続ける。
【００７９】
後半露光期間が終了してメカシャッタ１０１が閉じた後、垂直転送パルス１０３により、垂直ＣＣＤ上に保持されている前半露光期間に対応する信号電荷が逐次転送される。このように、垂直ＣＣＤを転送された信号電荷は、水平ＣＣＤを経由して電荷検出部で電荷電圧変換され、固体撮像素子１０から出力撮像信号１０５Ａとして出力される。
【００８０】
このようにして、垂直ＣＣＤ上の信号電荷が全て転送された後、電荷読み出しパルス１０３Ｂにより、後半露光期間にフォトダイオード１１に再蓄積された信号電荷１０４Ｂが垂直ＣＣＤに読み出され、垂直転送パルス１０３により垂直ＣＣＤにて電荷転送され、水平ＣＣＤを経由して電荷検出部で電荷電圧変換されて、固体撮像素子から出力撮像信号１０５Ｂとして出力される。
【００８１】
固体撮像素子１０から出力された前半露光期間に対応する出力撮像信号１０５Ａおよび１０５Ｂは、図１に示すＣＤＳ回路３１によりリセット雑音が除去された後に、ＰＧＡ回路３２によりゲインがかけられ、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）３３によりデジタル信号化されて、出力撮像信号１０５Ａおよび１０５Ｂに対応する２枚の画像データがそれぞれ生成される。
【００８２】
デジタル化された２枚の画像データは、デジタル信号処理回路３４により１枚の画像データに合成される。これについて図３を用いて詳細に説明する。
【００８３】
図３は、図１の信号処理回路３４の構成例を示す図である。
【００８４】
図３において、信号処理回路３４は、マルチプレクサ３４１と、メモリ３４２および３４３と、輪郭検出回路３４４と、画像合成回路３４５と、信号処理部３４６とを有している。これらのマルチプレクサ３４１、メモリ３４２および３４３、輪郭検出回路３４４および画像合成回路３４５により信号合成処理手段が構成されている。この信号合成処理手段は、前半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積されて固体撮像素子１０から出力された撮像信号と、後半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積されて固体撮像素子１０から出力された撮像信号とに対するアナログ／デジタル変換後のデジタル信号処理により１枚の画像データに合成する。信号合成処理手段は、前半露光期間に対応する画像の高周波成分と後半露光期間に対応する画像の高周波成分とをそれぞれの画像の輪郭データとして抽出して両者のずれ量を検出し、このずれ量だけ前半露光期間に対応する画像データと後半露光期間に対応する画像データをずらして合成する。
【００８５】
マルチプレクサ３４１は、デジタル信号化された２枚の画像データを選択して出力する。
【００８６】
メモリ３４２および３４３は、マルチプレクサ３４１により選択された２枚の画像データをそれぞれ一旦記憶する。
【００８７】
輪郭検出回路３４４は、メモリ３４２および３４３からの２枚の画像データにおいて、前半露光期間に対応する画像データの高周波成分（変化している絵柄部分）と、後半露光期間に対応する画像データの高周波成分（変化している絵柄部分）とがそれぞれの画像データの輪郭データとして抽出され、この抽出されれた輪郭データを基に、２枚の画像データのずれ量が検出されてＸ方向およびＹ方向の手ぶれ量が検出される。即ち、変化している絵柄部分が一致するようにまたは互いに重なるように（絵柄部分の差し引きが「０」になるように）手ぶれ量が検出される。
【００８８】
画像合成回路３４５は、検出された手ぶれ量に合わせて（輪郭の絵柄部分が位置するように）２枚の画像データが互いにずらされた状態で１枚の画像に合成される。
【００８９】
信号処理部３４６は、画像合成回路３４５からの出力合成デジタル信号に対して、色変換やガンマ補正などの各種デジタル信号処理が行われ、垂直同期号や水平同期信号などの制御信号としての同期信号が発生させてタイミングパルス発生回路２０に供給され、さらに、露光制御部や焦点制御部などの各種制御が行われ、図示しない光学系制御部に対してこの各種制御信号が供給されている。
【００９０】
上記構成により、まず、露光期間が前半と後半の二つに分けられており、前半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積された信号電荷を垂直ＣＣＤ１３に読み出して垂直電荷転送部に保持させ、後半露光期間が終了した後、後半露光期間に対応する信号電荷とは別々に水平ＣＣＤ１４を介して固体撮像素子１０から撮像信号として出力する。後半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積された信号電荷は、前半露光期間に蓄積されて垂直ＣＣＤ１３に読み出された信号電荷が水平ＣＣＤ１４を介して固体撮像素子１０から出力された後に、垂直ＣＣＤ１３に読み出されて電荷転送して、水平ＣＣＤ１４を介して固体撮像素子１０から撮像信号として出力する。
【００９１】
次に、固体撮像素子１０からの出力撮像信号は、ＣＤＳ回路３１およびＰＧＡ回路３２の各種アナログ信号処理を経てＡＤＣ回路３３にてアナログ／デジタル（ＡＤ）変換し、前半露光期間に対応するデジタル信号と、後半露光期間に対応するデジタル信号との２枚分の画像データを生成する。
【００９２】
その後、デジタル信号化された２枚の画像データは、図３に示すように、マルチプレクサ３４１により選択されて、一旦メモリ３４２および３４３にそれぞれ格納される。
【００９３】
さらに、輪郭検出回路３４４によって前半露光期間に対応する画像データの高周波成分と後半露光期間に対応する画像データの高周波成分とがそれぞれの画像の輪郭データとして抽出される。さらに、輪郭検出回路３４４では、この輪郭データを基に、２枚の画像データのずれ量を検出してＸ方向およびＹ方向の手ぶれ量を検出する。
【００９４】
このようにして、検出された手ぶれ量に合わせて２枚の画像データが互いにずらされて画像合成回路３４５により１枚の画像に合成する。この画像合成の際に、電荷検出部１５で発生されるノイズ、あるいはＣＤＳ回路３１、ＰＧＡ回路３２、ＡＤＣ回路３３などで発生されるランダムノイズに関しては平均化されるため、１／√２となっている。合成された画像データを、信号処理回路３４６によって、従来から行われている各種信号処理が行われて表示信号として出力する。
【００９５】
以上のように、本実施形態によれば、電子シャッタパルス１０２とメカシャッタ１０１で決定される露光期間が二つに分けられ、前半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積された信号電荷１０４Ａが垂直ＣＣＤ１３に読み出され、後半露光期間が終了した後に転送されて固体撮像素子１０から出力撮像信号１０５Ａとして出力される。後半露光期間にフォトダイオード１１に蓄積された信号電荷１０４Ｂは、前半露光期間に対応する信号電荷１０５Ａが固体撮像素子１０から出力撮像信号１０５Ａとして出力された後、垂直ＣＣＤ１３に読み出されて電荷転送され、固体撮像素子１０から出力撮像信号１０５Ｂとして出力される。このような２枚分の画像データは、ＣＤＳやＰＧＡなど信号処理を経てＡＤ変換された後に、１枚の画像に合成される。その際、２枚の画像の輪郭データが抽出され、それを基に画像のぶれが検出される。そのぶれ量をずらして加算することにより、手ぶれ補正を行うことができる。
【００９６】
このように、前半露光期間に対応する画像データと後半露光期間に対応する画像データとの２枚の画像データを、デジタル信号処理回路３４にて合成することによって、ダイナミックレンジを拡大することができる。また、２枚の画像データの高周波成分をそれぞれの画像の輪郭データとして抽出し、両者を比較することにより画像のぶれを検出し、そのぶれ量をずらして加算することにより、手ぶれ補正を容易に行うことができる。
【００９７】
また、Ａ／Ｄ変換後に２枚分の画像データを合成することによって、ＣＣＤ撮像素子のランダムノイズ成分、およびＣＤＳ回路、ＰＧＡ回路、ＡＤＣなどで発生するランダムノイズ成分を１／√２として、低ノイズでダイナミックレンジが広い画像を得ることができる。これによって、高感度撮影時に、特に、低諧調域における画像のざらつきを改善することができる。
【００９８】
さらに、前半露光期間が開始される前に、垂直ＣＣＤを高速で転送動作させることにより、垂直ＣＣＤに存在する不要な電荷を高速で掃き出させることができる。また、後半露光期間に垂直ＣＣＤの転送動作を停止させることにより、スミアによる縦すじ状のノイズを防ぐことができる。
【００９９】
なお、本実施形態では、所定の露光期間を前半と後半との二つに分けて、露光期間制御手段が開いて該固体撮像素子の受光面に光が入射された状態で、前半露光期間に光電変換素子に蓄積された信号電荷を一方向電荷転送部に読み出した後、後半露光期間が終了した時点で露光期間制御手段を閉じて固体撮像素子の受光面への入射光を遮光させ、前半露光期間に光電変換素子に蓄積されて一方向電荷転送部に読み出された信号電荷を電荷転送して固体撮像素子から撮像信号として出力させた後、後半露光期間に光電変換素子に蓄積された信号電荷を一方向電荷転送部に読み出して電荷転送し、固体撮像素子から撮像信号として出力させるように固体撮像素子および露光期間制御手段を駆動制御するように構成したが、これに限らず、本発明の撮像装置は、要は、上記所定の露光期間を前半と後半との二つに分けて露光するように固体撮像素子を駆動制御するものであればよい。
【０１００】
また、上記実施形態では、本発明の撮像装置は、例えばデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラの他に、特に説明しなかったが、画像入力カメラおよび監視カメラにも適用でき、本発明の撮像装置を、スキャナ、ファクシミリおよびカメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器の撮像部にも適用することができる。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の撮像装置１を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１０１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、電荷結合素子（ＣＣＤ）が用いられ、メカニカルシャッタのように露光時間制御手段を有する静止画用カメラシステムとして、例えばデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラの他、画像入力カメラおよび監視カメラなどの撮像装置、その駆動方法およびその信号処理方法、この撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いたスキャナ、ファクシミリおよびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、露光期間を二つに分けて、２回に分けて固体撮像素子から信号電荷を出力させて、垂直ＣＣＤによって通常駆動時の２倍の電荷を取り扱うことができるため、２倍のダイナミックレンジに広げることができて、「白飛び」が発生しにくくなる。
【０１０３】
また、駆動方法を変更するだけで良く、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置のように読み出しパルスのレベルを変化させる必要がないため、多値の電源回路も不要である。
【０１０４】
さらに、Ａ／Ｄ変換後に２枚分の画像データを合成することによって、ＣＣＤ撮像素子のランダムノイズ成分、およびＣＤＳ回路、ＰＧＡ回路、ＡＤＣなどで発生するランダムノイズ成分を１／√２として、低ノイズでダイナミックレンジが広い画像を得ることができる。これによって、高感度撮影時に、特に、低諧調域における画像のざらつきを改善することができる。
【０１０５】
さらに、露光期間を２回に分けているため、合成時に２枚の画像のぶれ量をシフトさせることによって、シャッター速度１／２相当の手ぶれ補正を行って、手ぶれによるぶれ量が少ない画像を得ることができる。
【０１０６】
さらに、メカシャッタが開いている期間に垂直ＣＣＤの電荷転送を停止させることによって、スミアは発生するものの、縦スジ状のノイズが発生することはない。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における露光制御および駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る固体撮像装置における信号処理回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】一般的な転送方式がインターライン転送方式で、読み出し方式が全画素読み出し方式の従来のＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【図５】図４の従来のＣＣＤ固体撮像素子における露光制御および駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】特許文献１に開示されている従来のＣＣＤ固体撮像素子における露光制御および駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１０８】
１  撮像装置
１０  固体撮像素子
１１  フォトダイオード
１２  電荷読み出しゲート
１３  垂直ＣＣＤ
１４  水平ＣＣＤ
１５  電荷検出部
２０  タイミングパルス発生回路（駆動制御手段）
２１  タイミングジェネレータ（ＴＧ）
２２  垂直ドライバ
３０  アナログ信号処理回路（アナログ信号処理手段）
３１  ＣＤＳ回路
３２  ＰＧＡ回路
３３  ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）回路
３４  デジタル信号処理回路
１０１  メカシャッタ
１０２  電子シャッタパルス
１０３  垂直転送パルス
１０３Ａ、１０３Ｂ  読み出しパルス
１０４  フォトダイオード蓄積電荷量（信号電荷）
１０４Ａ  前半露光期間にフォトダイオードに蓄積された電荷量
１０４Ｂ  後半露光期間にフォトダイオードに蓄積された電荷量
１０５  固体撮像素子からの出力撮像信号
１０５Ａ  前半露光期間に対応する出力撮像信号
１０５Ｂ  後半露光期間に対応する出力撮像信号
３４１  マルチプレクサ
３４２、３４３  メモリ
３４４  輪郭検出回路
３４５  画像合成回路
３４６  信号処理部
【図１】
2007325026.tif 000003
【図２】
2007325026.tif 000004
【図３】
2007325026.tif 000005
【図４】
2007325026.tif 000006
【図５】
2007325026.tif 000007
【図６】
2007325026.tif 000008