(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で前記第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号を印加せずに前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出さず、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷に代わる空の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力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】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で前記第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号を印加せずに前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出さず、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷に代わる空の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間での前記第２の信号電荷の出力から前記第２のフィールド期間での前記空の信号電荷の出力を減算し、この減算結果を前記第１および第２のフィールド期間での前記第２の信号電荷の出力と置き換えることを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項３】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号を印加する直前に基板に電荷排出信号を印加して前記光電変換部に蓄積された電荷を前記基板に排出し、その後に前記第１の読み出し信号を印加して、前記基板に前記電荷排出信号を印加した後に前記光電変換部に蓄積された第３の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で前記第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号により前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第３の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号を印加する直前に基板に電荷排出信号を印加して前記光電変換部に蓄積された電荷を前記基板に排出し、その後に前記第１の読み出し信号を印加して、前記基板に前記電荷排出信号を印加した後に前記光電変換部に蓄積された第３の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で前記第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号により前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第３の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間での前記第２の信号電荷と前記第２のフィールド期間での前記第２の信号電荷とを比較して、前記第１および第２のフィールド期間での前記第２の信号電荷の差分を検出し、前記第１のフィールド期間での前記第２の信号電荷から前記差分を減算することを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項５】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号を印加する直前に基板に電荷排出信号を印加して前記光電変換部に蓄積された電荷を前記基板に排出し、その後に前記第１の読み出し信号を印加して、前記基板に前記電荷排出信号を印加した後に前記光電変換部に蓄積された第３の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で前記第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号により前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第３の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間での前記第２の信号電荷を前記第２のフィールド期間での前記第２の信号電荷と置き換えることを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項６】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号を印加せず前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出さず、代わりに基板に電荷排出信号を加え前記光電変換部に前記第１の蓄積期間に蓄積された前記第１の信号電荷を前記基板に排出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号により前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷に代わる空の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号を印加せず前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出さず、代わりに基板に電荷排出信号を加え前記光電変換部に前記第１の蓄積期間に蓄積された前記第１の信号電荷を前記基板に排出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号により前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷に代わる空の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間での前記第２の信号電荷と前記第２のフィールド期間での前記第２の信号電荷とを比較して、前記第１および第２のフィールド期間での前記第２の信号電荷の差分を検出し、前記第１のフィールド期間での前記第２の信号電荷から前記差分を減算することを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項８】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号を印加せず前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出さず、代わりに基板に電荷排出信号を加え前記光電変換部に前記第１の蓄積期間に蓄積された前記第１の信号電荷を前記基板に排出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号により前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷に代わる空の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間での前記第２の信号電荷を前記第２のフィールド期間での前記第２の信号電荷と置き換えることを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項９】
二次元状に配列された光電変換部と、前記光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の基板電圧調整方法であって、
前記光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられ、
第１のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により前記光電変換部から前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、前記第１の蓄積期間に前記光電変換部で前記第１の信号電荷の蓄積を行った後、前記第１の読み出し信号により前記光電変換部から前記第１の信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、続く前記第２の蓄積期間に前記光電変換部で前記第２の信号電荷の蓄積を行った後、前記第２の読み出し信号を印加せずに前記第２の信号電荷を前記垂直転送部に読み出さず、前記第１の信号電荷と前記第２の信号電荷に代わる空の信号電荷とを前記垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力し、
前記第２のフィールド期間での前記空の信号電荷の出力のレベルに応じて前記固体撮像装置の基板電圧を変更することにより、前記空の信号電荷の出力のレベルを適正値に設定することを特徴とする固体撮像装置の基板電圧調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一体型ビデオカメラ等に利用できる固体撮像装置の駆動方法と信号処理方法と基板電圧調整方法とに関するものである。特に、長時間露光と短時間露光の二重露光を利用してダイナミックレンジ向上を行う固体撮像装置の駆動方法と信号処理方法と基板電圧調整方法とに関するもので、垂直転送における飽和電荷の転送不良による画質劣化を防止できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置は、一体型ビデオカメラの撮像部などに広く実用に供されている。その中でインターライン転送方式ＣＣＤ型固体撮像装置（以下ＩＴ−ＣＣＤという）は、低雑音特性を有することから、特に注目されている。
【０００３】
また、特開平６−１１３２０７号公報に開示があるように、固体撮像装置のダイナミックレンジを向上させる技術も公開されている。
【０００４】
以下、従来のダイナミックレンジを向上させる技術を用いた固体撮像装置について図面を用いて説明する。図４は従来のダイナミックレンジを向上させる技術を用いた固体撮像装置の構成を示す概略図である。
【０００５】
図４において、１は光電変換機能を有するフォトダイオード、２はフォトダイオード１に蓄積された信号電荷を読み出すエンハンスメントＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタからなる読み出しゲート、３は信号電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部、４は垂直転送を制御する垂直転送ゲート、５は信号電荷を水平方向に転送する水平転送部、６は出力部である。
【０００６】
フォトダイオード１は非常に強い光が入射したときに生じる過剰な電荷を、基板側へ排出するいわゆるオーバーフロー機構を備えている。このオーバーフロー機構は基板電圧により調節される。
【０００７】
なお、垂直転送部３は、垂直方向に向けて隣り合う６個の転送ゲート４を含んで１ビットが形成されている。また、垂直転送部３は読み出しゲート２が１ビット当たり２個付設された構成となっている。さらに、各ビットを形成する転送ゲート４にはパルス印加用電極Ｇ１〜Ｇ６が接続されるとともに、電極Ｇ２，Ｇ５は読み出しゲート２にも接続される。
【０００８】
図５は、従来例における固体撮像装置の駆動方法の概略を説明するための駆動パルス波形および信号電荷の状態を示すタイミング図である。
【０００９】
図５においては、図４の電極Ｇ１〜Ｇ６にそれぞれ印加するパルスφ１〜φ６のタイミングを示すとともに、比較的弱い入射光の時にフォトダイオード１に蓄積される信号電荷の変化の様子を符号ＱWを付した実線で示し、比較的強い入射光のときにフォトダイオード１に蓄積される信号電荷の変化の様子を符号ＱSを付した実線で示している。
【００１０】
電極Ｇ２に印加するパルスφ２と電極Ｇ５に印加するパルスφ５は読み出しと転送を制御する。それらがハイレベルの時に読み出しがなされ、ミドルレベルとローレベルの時に転送がなされる。電極Ｇ１に印加するパルスφ１、電極Ｇ３に印加するパルスφ３、電極Ｇ４に印加するパルスφ４、電極Ｇ６に印加するパルスφ６は、それぞれ転送を制御する。それらがハイレベルとローレベルの時に転送がなされる。
【００１１】
以上のように構成された、従来のダイナミックレンジを向上させる技術を用いた固体撮像装置について、以下その動作を説明する。
【００１２】
まず、時刻ｔ１のとき、パルスφ２がハイレベルになり、フィールド期間（約１６．７×１０-3秒）−（ｔ５−ｔ１）間ｍ行目（ｍは任意の整数）のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ1(m)が、垂直転送部３に読み出される。
【００１３】
つぎに、時刻ｔ２のとき、パルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１段転送される。
【００１４】
つぎに、時刻ｔ３のとき、パルスφ５がハイレベルになり、フィールド期間（約１６．７×１０-3秒）−（ｔ７−ｔ３）間（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ1(m+1)が、垂直転送部３に読み出される。
【００１５】
このとき、上記ｍ行目のフォトダイオード１に上記フィールド期間（約１６．７×１０-3秒）−（ｔ５−ｔ１）間蓄積され読み出された信号電荷Ｑ1(m)に、上記（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に上記フィールド期間（約１６．７×１０-3秒）−（ｔ７−ｔ３）間蓄積された信号電荷Ｑ1(m+1)が混合される。この信号はフォトダイオード１に比較的長時間蓄積された信号であり、ロング信号（長時間露光信号）と称する。
【００１６】
つぎに、時刻ｔ５のとき、パルスφ２がハイレベルになり、（ｔ５−ｔ１）間ｍ行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ2(m)が、垂直転送部３に読み出される。
【００１７】
つぎに、時刻ｔ６のとき、パルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１段転送される。
【００１８】
つぎに、時刻ｔ７のとき、パルスφ５がハイレベルになり、（ｔ７−ｔ３）間（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ2(m+1)が、垂直転送部３に読み出される。
【００１９】
このとき、上記ｍ行目のフォトダイオード１に上記（ｔ５−ｔ１）間蓄積され読み出された信号電荷Ｑ2(m)に、上記（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に上記（ｔ７−ｔ３）間蓄積された信号電荷Ｑ2(m+1)が混合される。この信号はフォトダイオード１に比較的短時間蓄積された信号であり、ショート信号（短時間露光信号）と称する。
【００２０】
つぎに、時刻ｔ８のときに、パルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１行ずつ順次水平転送部５に転送され、出力部６より出力される。信号電荷Ｑ1(m)＋Ｑ1(m+1)と信号電荷Ｑ2(m)＋Ｑ2(m+1)はそれぞれ独立に出力される。
【００２１】
このときのフォトダイオード１に蓄積された信号電荷は、比較的弱い入射光の時には、図５において、符号ＱWに示すように時間に比例した信号電荷量になる。比較的強い入射光の時には、符号ＱSに示すように時間に比例しない電荷量が蓄積される。符号ＱSに示す比較的強い入射光の場合、蓄積時間の長いロング信号は、高照度信号の情報を持たない。しかし、蓄積時間の短いショート信号は飽和レベルに達しておらず、高照度信号の情報を持つ。
【００２２】
つぎに、従来の固体撮像装置の基板電圧調整方法を説明する。
【００２３】
フォトダイオード１は非常に強い光が入射したときに生じる過剰な電荷を、基板側へ排出する、いわゆるオーバーフロー機構を備えている。このオーバーフロー機構は、基板電圧により調節され、基板電圧を上昇させると、オーバーフロー機構がより強く働き、また、フォトダイオード１の容量は減少する。したがって、固体撮像装置のフォトダイオード１の容量はこのオーバーフロー機構を調整する基板電圧で決定される。
【００２４】
非常に強い光が入射したときは、フォトダイオード１から垂直転送部３へ電荷あふれが生じたり、もしくは垂直転送部３内で垂直転送中に転送あふれが生じたりする。
【００２５】
従来の基板電圧調整装置では、垂直方向のＯＢ（オプティカルブラック）部（遮光されたフォトダイオード）にあふれた擬信号を検出し、これを所定レベル以下にするように基板電圧を調整していた。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成のＣＣＤ固体撮像装置では、蓄積時間が長く飽和したロング信号と、蓄積時間が短く高照度の情報を持つショート信号とが垂直転送部３にて独立に転送されているときに、飽和したロング信号Ｑ1(m)＋Ｑ1(m+1)の一部が転送あふれを起こしてショート信号Ｑ2(m)＋Ｑ2(m+1)に漏れ込み、高照度信号の情報に擬信号が混入し、画質を著しく劣化させるという問題点を有していた。
【００２７】
また、基板電圧調整方法としては、擬似信号の検出が垂直方向のＯＢ部でしか行われていないため、画面全体での転送あふれの状態を検出できず、したがって適正な基板電圧調整ができないために画質劣化を招いていた。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法である。この固体撮像装置の駆動方法では、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００２９】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００３０】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号を印加せずに第２の信号電荷を垂直転送部に読み出さず、第１の信号電荷と、第２の信号電荷に代わる空の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００３１】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００３２】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷の出力から第２のフィールド期間での空の信号電荷の出力を減算し、この減算結果を第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の出力と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【００３３】
本発明の請求項２記載の固体撮像装置の信号処理方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法である。この固体撮像装置の信号処理方法では、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００３４】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００３５】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号を印加せずに第２の信号電荷を垂直転送部に読み出さず、第１の信号電荷と第２の信号電荷に代わる空の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００３６】
そして、第１のフィールド期間での第２の信号電荷の出力から第２のフィールド期間での空の信号電荷の出力を減算し、この減算結果を第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の出力と置き換える。
【００３７】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００３８】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷の出力から第２のフィールド期間での空の信号電荷の出力を減算し、この減算結果を第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の出力と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【００３９】
本発明の請求項３記載の固体撮像装置の駆動方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法である。この固体撮像装置の駆動方法では、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００４０】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００４１】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号を印加する直前に基板に電荷排出信号を印加して光電変換部に蓄積された電荷を基板に排出し、その後に第１の読み出し信号を印加して、基板に電荷排出信号を印加した後に光電変換部に蓄積された第３の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第３の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００４２】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００４３】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷と、第２のフィールド期間での第２の信号電荷とを比較して第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の差分を検出し、第１のフィールド期間での第２の信号電荷から差分を減算するか、もしくは、第１のフィールド期間での第２の信号電荷を第２のフィールド期間での第２の信号電荷と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【００４４】
本発明の請求項４記載の固体撮像装置の信号処理方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法である。この固体撮像装置の信号処理方法では、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００４５】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００４６】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号を印加する直前に基板に電荷排出信号を印加して光電変換部に蓄積された電荷を基板に排出し、その後に第１の読み出し信号を印加して、基板に電荷排出信号を印加した後に光電変換部に蓄積された第３の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第３の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００４７】
そして、第１のフィールド期間での第２の信号電荷と第２のフィールド期間での第２の信号電荷とを比較して、第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の差分を検出し、第１のフィールド期間での第２の信号電荷から差分を減算する。
【００４８】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００４９】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷と、第２のフィールド期間での第２の信号電荷とを比較して第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の差分を検出し、第１のフィールド期間での第２の信号電荷から差分を減算することにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【００５０】
本発明の請求項５記載の固体撮像装置の信号処理方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法である。この固体撮像装置の信号処理方法では、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００５１】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００５２】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号を印加する直前に基板に電荷排出信号を印加して光電変換部に蓄積された電荷を基板に排出し、その後に第１の読み出し信号を印加して、基板に電荷排出信号を印加した後に光電変換部に蓄積された第３の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第３の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００５３】
そして、第１のフィールド期間での第２の信号電荷を第２のフィールド期間での第２の信号電荷と置き換える。
【００５４】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００５５】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷を第２のフィールド期間での第２の信号電荷と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【００５６】
本発明の請求項６記載の固体撮像装置の駆動方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法である。この固体撮像装置の駆動方法では、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００５７】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００５８】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号を印加せず光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出さず、代わりに基板に電荷排出信号を加え光電変換部に第１の蓄積期間に蓄積された第１の信号電荷を基板に排出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷に代わる空の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００５９】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００６０】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷と、第２のフィールド期間での第２の信号電荷とを比較して第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の差分を検出し、第１のフィールド期間での第２の信号電荷から差分を減算するか、もしくは、第１のフィールド期間での第２の信号電荷を第２のフィールド期間での第２の信号電荷と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【００６１】
本発明の請求項７記載の固体撮像装置の信号処理方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法である。この固体撮像装置の信号処理方法は、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００６２】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００６３】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号を印加せず光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出さず、代わりに基板に電荷排出信号を加え光電変換部に第１の蓄積期間に蓄積された第１の信号電荷を基板に排出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷に代わる空の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００６４】
そして、第１のフィールド期間での第２の信号電荷と第２のフィールド期間での第２の信号電荷とを比較して、第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の差分を検出し、第１のフィールド期間での第２の信号電荷から差分を減算する。
【００６５】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００６６】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷と、第２のフィールド期間での第２の信号電荷とを比較して第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の差分を検出し、第１のフィールド期間での第２の信号電荷から差分を減算することにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【００６７】
本発明の請求項８記載の固体撮像装置の信号処理方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の信号処理方法である。この固体撮像装置の信号処理方法では、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００６８】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００６９】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号を印加せず光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出さず、代わりに基板に電荷排出信号を加え光電変換部に第１の蓄積期間に蓄積された第１の信号電荷を基板に排出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷に代わる空の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００７０】
そして、第１のフィールド期間での第２の信号電荷を第２のフィールド期間での第２の信号電荷と置き換える。
【００７１】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００７２】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷を第２のフィールド期間での第２の信号電荷と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【００７３】
本発明の請求項９記載の固体撮像装置の基板電圧調整方法は、二次元状に配列された光電変換部と、光電変換部でそれぞれ蓄積された信号電荷を独立に読み出し垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部からの信号電荷を受けて水平転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の基板電圧調整方法である。この固体撮像装置の基板電圧調整方法では、光電変換部に信号電荷を蓄積する蓄積期間が、１フィールド期間を少なくとも第１の蓄積期間と第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積期間とに分けるように設けられている。
【００７４】
第１のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号により光電変換部から第２の信号電荷を垂直転送部に読み出し、第１の信号電荷と第２の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００７５】
第１のフィールド期間とは異なる第２のフィールド期間では、第１の蓄積期間に光電変換部で第１の信号電荷の蓄積を行った後、第１の読み出し信号により光電変換部から第１の信号電荷を垂直転送部に読み出し、続く第２の蓄積期間に光電変換部で第２の信号電荷の蓄積を行った後、第２の読み出し信号を印加せずに第２の信号電荷を垂直転送部に読み出さず、第１の信号電荷と第２の信号電荷に代わる空の信号電荷とを垂直転送部においてそれぞれ独立に転送して出力する。
【００７６】
そして、第２のフィールド期間での空の信号電荷の出力のレベルに応じて固体撮像装置の基板電圧を変更することにより、空の信号電荷の出力のレベルを適正値に設定する。
【００７７】
この方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【００７８】
また、画面全体での電荷漏れを検出し、基板電圧を変更することで、所定の光量下で画質劣化を起こさない十分な調整ができる。
【００７９】
【発明の実施の形態】
本固体撮像装置の駆動方法を用いる固体撮像装置としては、図４に示したものと同様の固体撮像装置を用いる。
【００８０】
図１は本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法、信号処理方法および基板電圧調整方法の概略を説明するための駆動パルス波形および信号電荷の状態を示すタイミング図である。
【００８１】
図１においては、図４の電極Ｇ１〜Ｇ６にそれぞれ印加するパルスφ１〜φ６のタイミングを示すとともに、比較的弱い入射光の時にフォトダイオード１に蓄積される信号電荷の変化の様子を符号ＱWを付した実線で示し、比較的強い入射光のときにフォトダイオード１に蓄積される信号電荷の変化の様子を符号ＱSを付した実線で示している。
【００８２】
まず、通常のフィールド期間（第１のフィールド期間）においては従来と同様の駆動方法と信号処理方法であり、詳しい説明は省略する。
【００８３】
つぎに、ある所定の単独あるいは複数のフィールド（第１のフィールドとは異なる第２のフィールド）においては以下のように動作する。
【００８４】
時刻ｔ１のとき、パルスφ２がハイレベルになり、フィールド期間（約１６．７×１０-3秒）−（ｔ５−ｔ１）間ｍ行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ1(m)が、垂直転送部３に読み出される。
【００８５】
つぎに、時刻ｔ２のとき、パルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１段転送される。
【００８６】
つぎに、時刻ｔ３のとき、パルスφ５がハイレベルになり、フィールド期間（約１６．７×１０-3秒）−（ｔ７−ｔ３）間（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ1(m+1)が、垂直転送部３に読み出される。
【００８７】
このとき、上記ｍ行目のフォトダイオード１に上記フィールド期間（約１６．７×１０-3秒）−（ｔ５−ｔ１）間、蓄積され読み出された信号電荷Ｑ1(m)に、上記（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に上記フィールド期間（約１６．７×１０-3秒）−（ｔ７−ｔ３）間蓄積された信号電荷Ｑ1(m+1)が混合される。上記通常のフィールド期間と同様に、ロング信号が形成されている。
【００８８】
本フィールドにおいては、通常のフィールドとは異なり、時刻ｔ５のときにパルスφ２がハイレベルにならず、“空”の信号電荷Ｑ2BL(m)が垂直転送部３に形成される。
【００８９】
つぎに、時刻ｔ６のとき、パルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１段転送される。
【００９０】
つぎに、時刻ｔ７のときに、パルスφ５がハイレベルにならず、“空”の信号電荷Ｑ2BL(m+1)が垂直転送部３に形成される。このとき上記“空”の電荷Ｑ2BL(m)に“空”の信号電荷Ｑ2BL(m+1)が混合される。すなわち、本フィールドでは“空”のショート信号が形成されている。
【００９１】
つぎに、時刻ｔ８のときに、パルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１行ずつ順次水平転送部５に転送され、出力部６より出力される。信号電荷Ｑ1(m)＋Ｑ1(m+1)と信号電荷Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)はそれぞれ独立に出力される。
【００９２】
光量が比較的強いときにはロング信号電荷Ｑ1(m)＋Ｑ1(m+1)は飽和しており、垂直転送部３を転送中に飽和したロング信号電荷Ｑ1(m)＋Ｑ1(m+1)から漏れた擬信号Ｑ’(m、m+1)はショート信号電荷Ｑ2(m)＋Ｑ2(m+1)と“空”のショート信号Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)に混入している。
【００９３】
ここで、
Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)＝Ｑ’(m、m+1)
であることは明白である。
【００９４】
したがって、
Ｑ2(m)＋Ｑ2(m+1)  −  （  Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1) ）
という信号処理（減算）を施すことにより、擬信号のないショート信号を得ることができる。
【００９５】
例えば、奇数フィールドでは、ショート信号としてＱ2(m)＋Ｑ2(m+1)を得、偶数フィールドではＱ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)を得た後、奇数フィールドおよび偶数フィールドの両方のショート信号をＱ2(m)＋Ｑ2(m+1)  −  （  Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)  ）に置き換えを行うことにより、動画でも高照度信号に擬信号のない画質を得ることができる。
【００９６】
基板電圧調整方法としては、上記空信号Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)を用い、これの出力値がある所定値Ｑ0より大きいときには、たとえば基板電圧をある所定電圧ΔＶのみ上昇させる。所定値Ｑ0は擬信号が含まれないことを判断するための基準値であり、その値より小さいと擬信号が含まれないということになる。
【００９７】
基板電圧の上昇により、光量が比較的強いときの信号電荷Ｑ1(m)＋Ｑ1(m+1)は減少し、垂直転送部３を転送するときの漏れは減少するため、空信号Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)に混合される擬信号も減少する。
【００９８】
その後再び空信号Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)を検出し、所定値Ｑ0より小さくなるまで基板電圧を変更する。このとき空信号Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)は擬信号の含まれない本来の“空”状態であり、この駆動状態では垂直転送部３を飽和信号Ｑ1(m)＋Ｑ1(m+1)を転送中に信号漏れを起こしていないことを示す。
【００９９】
したがって、ある所定光量下で、ある所定の単独もしくは複数のフィールド（第２のフィールド）において、以上のような駆動電圧の調整を行った後では、その光量において通常の駆動に戻したときにも画質の損なわれていない、かつ、ダイナミックレンジの高い信号が得られる。なお、基板電圧を高くしすぎるとダイナミックレンジが狭くなるので、基板電圧の上昇は必要最小限にとどめることが好ましい。
【０１００】
なお、本実施の形態での基板電圧の変更は、ある所定の基板電圧から徐々に上昇させる手法をとったが、所定値Ｑ0と空信号Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)とを比較し、もし
Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)＞Ｑ0
であるならば基板電圧を一定電圧上昇させ、もし
Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)＜Ｑ0
であるならば基板電圧を一定電圧下降させる、という調整を複数回行う手法をとっても同様の効果が得られることは明白である。
【０１０１】
このときの一定電圧とは、たとえば、ｉを整数とし、ｉ＝１から６とするとき、ｉ回目の基板電圧調整後基板電圧がＶiであるときに、ｉ＋１回目の基板電圧Ｖi+1を以下のように設定する。もし、
Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)＞Ｑ0
ならば、
Ｖi+1＝Ｖi＋Ｖ1／２i
と設定し、もし、
Ｑ2BL(m)＋Ｑ2BL(m+1)＜Ｑ0
ならば
Ｖi+1＝Ｖi−Ｖ1／２i
（Ｖ1は十分大きな基板電圧初期値とする）
と設定する。Ｖ1をたとえば１０Ｖとすると、
Ｖ1／２i＝１０／２6 ＝１０／６４＝０．１６
であり、最終の基板電圧設定は０．１６Ｖの一定電圧で細かく調整される。
【０１０２】
以上のような変更方法であっても同様の効果が得られることは明白である。
【０１０３】
この実施の形態によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【０１０４】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷の出力から第２のフィールド期間での空の信号電荷の出力を減算し、この減算結果を第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の出力と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【０１０５】
また、あらかじめ基板電圧の調整を行う構成では、画面全体での電荷漏れを検出し、基板電圧を変更することで、所定の光量下で画質劣化を起こさない十分な調整ができる。
【０１０６】
図２は本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法および信号処理方法の概略を説明するための駆動パルス波形および信号電荷の状態を示すタイミング図である。
【０１０７】
図２においては、図４の電極Ｇ１〜Ｇ６および基板にそれぞれ印加するパルスφ１〜φ６，φｓｕｂのタイミングを示すとともに、比較的弱い入射光の時にフォトダイオード１に蓄積される信号電荷の変化の様子を符号ＱWを付した実線で示し、比較的強い入射光のときにフォトダイオード１に蓄積される信号電荷の変化の様子を符号ＱSを付した実線で示している。
【０１０８】
まず、通常のフィールド期間（第１のフィールド）においては従来と同様の駆動方法と信号処理方法であり、詳しい説明は省略する。
【０１０９】
つぎに、ある所定の単独あるいは複数のフィールド（第１のフィールドとは異なる第２のフィールド）においては以下のように動作する。
【０１１０】
時刻ｔ０のとき、パルスφｓｕｂがハイレベルになり、フィールド期間に全フォトダイオード１に蓄積されている電荷を基板に排出する。
【０１１１】
つぎに、時刻ｔ１のとき、パルスφ２がハイレベルになり、（ｔ０−ｔ１）間ｍ行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ1(m)が、垂直転送部３に読み出される。
【０１１２】
つぎに、時刻ｔ２のとき、パルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１段転送される。
【０１１３】
つぎに、時刻ｔ３のときパルスφ５がハイレベルになり、（ｔ０−ｔ３）間（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ1(m+1)が、垂直転送部３に読み出される。
【０１１４】
このとき、上記ｍ行目とｍ＋１行目のフォトダイオード１に時刻ｔ０に全フォトダイオードの信号電荷が基板に排出された後蓄積された信号電荷Ｑ1(m)とＱ1(m+1)が混合される。このロング信号は事前に信号が基板に排出されており、信号量としては飽和しない。
【０１１５】
つぎに、時刻ｔ５のとき、パルスφ２がハイレベルになり、（ｔ５−ｔ１）間ｍ行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ2(m)が、垂直転送部３に読み出される。
【０１１６】
つぎに、時刻ｔ６のとき、パルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１段転送される。
【０１１７】
つぎに、時刻ｔ７のとき、パルスφ５がハイレベルになり、（ｔ７−ｔ３）間（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷Ｑ2(m+1)が垂直転送部３に読み出される。
【０１１８】
このとき、上記ｍ行目のフォトダイオード１に上記（ｔ５−ｔ１）間蓄積され読み出された信号電荷Ｑ2(m)に、上記（ｍ＋１）行目のフォトダイオード１に上記（ｔ７−ｔ３）間蓄積された信号電荷Ｑ2(m+1)が混合される。このショート信号は通常のフィールド期間でのショート信号と同様に形成されている。
【０１１９】
つぎに、時刻ｔ８のときにパルスφ１〜φ６が転送期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１行ずつ順次水平転送部５に転送され、出力部６より出力される。信号電荷Ｑ1(m)＋Ｑ1(m+1)と信号電荷Ｑ2(m)＋Ｑ2(m+1)はそれぞれ独立に出力される。
【０１２０】
本フィールドにおいてのロング信号は前述のように強い光量下でも飽和しておらず、垂直転送部３を転送中においてショート信号への電荷あふれを起こさない。したがって、本フィールドのショート信号は本来あるべき擬信号のない信号である。
【０１２１】
通常のフィールド期間（第１のフィールド期間）でのショート信号は、強い光量下ではロング信号からの電荷漏れによる擬信号を持っており、本フィールド（第２のフィールド）のショート信号と置き換えるか、もしくは通常フィールド期間のショート信号から、通常フィールド期間のショート信号と本フィールドのショート信号との差分を減じることにより、高照度信号に擬信号のない画質を得ることができる。
【０１２２】
この実施の形態によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【０１２３】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷と、第２のフィールド期間での第２の信号電荷とを比較して第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の差分を検出し、第１のフィールド期間での第２の信号電荷から差分を減算するか、もしくは、第１のフィールド期間での第２の信号電荷を第２のフィールド期間での第２の信号電荷と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【０１２４】
図３は本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法の概略を説明するための駆動パルス波形および信号電荷の状態を示すタイミング図である。
【０１２５】
図３においては、図４の電極Ｇ１〜Ｇ６および基板にそれぞれ印加するパルスφ１〜φ６，φｓｕｂのタイミングを示すとともに、比較的弱い入射光の時にフォトダイオード１に蓄積される信号電荷の変化の様子を符号ＱWを付した実線で示し、比較的強い入射光のときにフォトダイオード１に蓄積される信号電荷の変化の様子を符号ＱSを付した実線で示している。
【０１２６】
上記本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法では、所定のフィールド期間（第２のフィールド期間）で第１の読み出し信号を加える直前に、基板にパルス信号（電荷排出信号）を印加しフォトダイオード１に蓄積された飽和信号電荷を基板へ排出したが、本発明の第３の実施の形態においては、第１の読み出し信号を印加せず、代わりに基板にパルス信号（電荷排出信号）を印加し、フォトダイオード１に蓄積された飽和信号電荷を基板に排出する。その他の構成については、第２の実施の形態と同様である。
【０１２７】
これにより所定のフィールド期間（第２のフィールド期間）でのロング信号は“空”信号になり、垂直転送中にショート信号に電荷漏れを起こさず、第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１２８】
なお、本実施の形態によれば、ショート信号の蓄積時間が１Ｈ分長くなるが、ショート信号全体レベルからは問題ない差である。
【０１２９】
以上説明したように、本発明によればダイナミックレンジを向上させる駆動において、垂直転送部での飽和信号の転送漏れにより発生する擬信号を検出し、本来の信号から除去、もしくは、擬信号が発生しない駆動方法での信号に置き換えを行うことが可能になるため、画質劣化を防止しながらダイナミックレンジを向上することができる。従って、その実用的効果は大きい。
【０１３０】
【発明の効果】
本発明の請求項１または２記載の固体撮像装置の駆動方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【０１３１】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷の出力から第２のフィールド期間での空の信号電荷の出力を減算し、この減算結果を第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の出力と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【０１３２】
本発明の請求項３、４、５、６、７または８記載の固体撮像装置の駆動方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【０１３３】
また、第１のフィールド期間での第２の信号電荷と、第２のフィールド期間での第２の信号電荷とを比較して第１および第２のフィールド期間での第２の信号電荷の差分を検出し、第１のフィールド期間での第２の信号電荷から差分を減算するか、もしくは、第１のフィールド期間での第２の信号電荷を第２のフィールド期間での第２の信号電荷と置き換えることにより、そのときの垂直転送部の転送時の電荷漏れにより、第２の信号電荷へ混入した擬似信号を除去することができ、画質を大幅に向上することができる。
【０１３４】
本発明の請求項９記載の固体撮像装置の基板電圧調整方法によれば、信号が飽和レベルに達している場合において、第２の信号電荷の読み出しによる信号により高輝度部の画像を精度良く再生することができ、ダイナミックレンジを大幅に向上することができる。
【０１３５】
また、画面全体での電荷漏れを検出し、基板電圧を変更することで、所定の光量下で画質劣化を起こさない十分な調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の駆動パルス波形および信号電荷の状態を示すタイミング図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の駆動パルス波形および信号電荷の状態を示すタイミング図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置の駆動パルス波形および信号電荷の状態を示すタイミング図である。
【図４】従来の固体撮像装置の概略図である。
【図５】従来の固体撮像装置の駆動パルス波形および信号電荷の状態を示すタイミング図である。
【符号の説明】
１  フォトダイオード
２  読み出しゲート
３  垂直転送部
４  垂直転送ゲート
５  水平転送部
６  出力部
【図１】
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【図２】
0003995983.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003995983.tif 000005
【図５】
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