(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から光学系を経て集光された入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積する２次元配列された感光セルと、該感光セルに隣接して配置され垂直方向に信号電荷を転送する垂直転送部とを含む固体撮像素子に対して、前記感光セルから前記垂直転送部に信号電荷を読み出す前に、該垂直転送部内の不要電荷を転送して掃き出す掃出し転送を行わせる掃出し制御部を含む固体撮像装置において、
前記掃出し制御部は、前記不要電荷の量に応じて、掃出し転送に要する期間を変える手段と、前記垂直転送部から掃き出される不要電荷の量をモニタする電荷モニタ手段とを含み、
該掃出し制御部はモニタの結果、掃き出される不要電荷の量が所定の量より少なくなったときに掃出し転送を終了させることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
被写体から光学系を経て集光された入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積する２次元配列された感光セルと、該感光セルに隣接して配置され垂直方向に信号電荷を転送する垂直転送部とを含む固体撮像素子を用意する工程と、
該垂直転送部内の不要電荷を転送して掃き出す掃出し転送を行う工程と、
前記不要電荷の量に応じて、掃出し転送に要する期間を変える工程と、
前記感光セルから前記垂直転送部に信号電荷を読み出す工程と、
前記垂直転送部から掃き出される不要電荷の量をモニタする工程とを含み、
該モニタの結果、掃き出される不要電荷の量が所定の量より少なくなったときに掃出し転送を終了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、感光セルから垂直転送部に信号電荷を読み出す前に、垂直転送部内の不要電荷を転送して掃き出す掃出し転送に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子を撮像デバイスに用いた撮像システムとして、デジタルスチルカメラ（電子スチルカメラ）やビデオカメラがある。これらの撮像システムでは、CCD (Charge Coupled Device) 型撮像素子に代表される電荷転送型の固体撮像素子が多く用いられている。電荷転送型の固体撮像素子では、その固有の現象としてスミアやブルーミングの発生が挙げられる。ここで、スミアとは、撮像画中に輝度の高い被写体があるとその上下方向画角いっぱいに白っぽい筋状のノイズが現れる現象を言う。また、ブルーミングとは、過大な入射光量に対して感光セル（画素）で発生する信号電荷が過剰となり、周辺の画素に溢れ出して周囲に白い部分が広がる現象を言う。
【０００３】
このスミア成分やブルーミング成分以外にも、半導体デバイスでは、光を遮断した状態、たとえばカメラのシャッタを閉じた状態でも時間の経過とともに光に関係なく蓄積される電荷、即ち暗信号（暗電流）成分がノイズ成分として挙げられる。これらのノイズ成分は、撮像画上に固定パターンノイズとして現れ、画質を劣化させる一因となる。
【０００４】
そこで、メカニカルシャッタを用いて露光時間を制御するデジタルスチルカメラにおいて、その撮像デバイスとして用いられる CCD型撮像素子では、従来、垂直転送部内に湧き出した暗信号成分や、感光セルから漏れ込んだスミア成分やブルーミング成分を掃き捨てるために、メカニカルシャッタを閉じた後、垂直転送部および水平転送部を通常の転送スピードよりも高速に転送駆動して垂直転送部内の電荷を掃き出す動作（以下、これを掃出し転送と称する）を行い、しかる後各感光セルからの信号電荷の読出しを行うようにしている。
【０００５】
ところで、デジタルスチルカメラでは、静止画を撮像する場合には解像度を優先するため、同一時刻に全画素の信号電荷を一斉に読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送するいわゆる全画素読み出し方式の固体撮像素子、あるいは奇数ラインと偶数ラインの信号電荷をフィールドごとに交互に読み出すいわゆるフレーム読み出し方式の固体撮像素子が用いられる。
【０００６】
これら各読み出し方式の固体撮像素子のうち、フレーム読み出し方式の固体撮像素子を撮像デバイスとして使用した場合には、１枚（１フレーム）の画像を得るためには、２つのフィールドの信号が必要である。したがって、デジタルスチルカメラのように、１回の露光で１枚の画像を得る場合、第１フィールドと第２フィールドの画像を変化させないために、露光完了後にメカニカルシャッタで遮光する必要がある。メカニカルシャッタで遮光した後に、不要電荷の掃出しを行なう。
【０００７】
また、全画素読み出し方式の固体撮像素子の場合には、メカニカルシャッタを使用しなくても１回の露光で１枚の画像を得ることが可能である。しかし、この全画素読み出し方式の固体撮像素子においても、垂直転送部内に湧き出した暗信号成分や、感光セルから漏れ込んだスミア成分やブルーミング成分を除去するために、同様の掃出し転送を行う必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、掃出し転送期間中は、予め決められられた転送周波数と転送段数で掃出しを行なっていた。そのため、不要電荷を排出するために必要な掃出し転送期間は一定であった。そして、転送周波数と転送段数は、すなわち転送期間は、予想する最大の不要電荷量に対して掃出しが可能なように、掃出しをたとえば３回行なうように決められていた。掃出しが複数回行なわれていた理由は次のようなものである。
【０００９】
たとえば、露光期間において、過大光量の光が入射し、それに伴ってスミア成分およびブルーミング成分が増加した場合には、転送部を１回掃き出しただけでは、不要電荷が転送部に残ることがあるからである。なぜならば、掃き出す不要電荷量が垂直転送部の転送可能電荷量をオーバーし、１回の掃出しでは掃出し不良が生じる、という不具合が発生する。
【００１０】
過大光量の光が入射する一例として、デジタルスチルカメラでは、光学ファインダを直接見ずに液晶モニタに写し出された画像を見て撮像することが可能なため、直接見ることの困難な日中の太陽を撮像するような場合がある。このように、太陽光のような過大光量が入射した場合には、掃き出す不要電荷量が垂直転送部の転送可能電荷量をオーバーするため掃出し不良が生じ、これが、画面に縦筋として現れることがある。
【００１１】
このような場合を想定して、転送はたとえば３回行なうように予め設定されていた。その結果、決められた転送期間は、実際に垂直転送部に蓄積された不要電荷量に対して、不必要に長い場合があり、写真１枚当たりの撮像時間が長くなる。また、掃出し転送は高速で行なわれるため、転送中の単位時間当たりの消費電力は大きく、転送期間が不必要に長いことは好ましいことではない。
【００１２】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、最適な掃出し転送期間で掃出しが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、被写体から光学系を経て集光された入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積する２次元配列された感光セルと、感光セルに隣接して配置され垂直方向に信号電荷を転送する垂直転送部とを含む固体撮像素子に対して、感光セルから垂直転送部に信号電荷を読み出す前に、垂直転送部内の不要電荷を転送して掃き出す掃出し転送を行わせる掃出し制御部を含む固体撮像装置において、掃出し制御部は、不要電荷の量に応じて、掃出し転送に要する期間を変えることとしたものである。これにより、掃出し転送期間が最適化される。
【００１４】
また、掃出し制御部は、垂直転送部から掃き出される不要電荷の量を、モニタする電荷モニタ手段を含み、掃出し制御部はモニタの結果、掃き出される不要電荷の量が所定の量より少なくなったときに掃出し転送を終了させることとしてもよい。
【００１５】
さらに、掃出し制御部は、被写体の撮像条件を入力されて、撮像条件に応じて掃出し転送に要する期間を変えることもできる。
【００１６】
また、本発明による駆動方法は、被写体から光学系を経て集光された入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積する２次元配列された感光セルと、感光セルに隣接して配置され垂直方向に信号電荷を転送する垂直転送部とを含む固体撮像素子に対して、感光セルから垂直転送部に信号電荷を読み出す前に、垂直転送部中の不要電荷を転送して掃き出す掃出し転送を行う固体撮像素子の駆動方法において、不要電荷の量に応じて、掃出し転送に要する期間を変えることとしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の一実施例を詳細に説明する。本実施例の固体撮像装置は、掃出し転送期間中、固体撮像素子から掃き出される不要電荷量を常時、モニタし、モニタ結果から、掃き出される不要電荷量が一定値まで低下したと判断したときに、掃出しを終了することに特徴がある。
【００１８】
本発明の固体撮像装置を適用した実施例のデジタルスチルカメラ10の構成を図１に示す。以下では、デジタルスチルカメラで静止画像を撮像する場合について説明するが、本発明は、動画を撮像する場合にも適用できるものであり、また、ビデオカメラにも適用できるものである。なお、デジタルスチルカメラの構成部分のうち、本発明に直接関係のない構成部分については説明を省略する。
【００１９】
図１のデジタルスチルカメラ10には、光学レンズ系12、操作部14、システム制御部18、信号発生部20、タイミング信号供給部22、絞り調節機構24、撮像部30、前処理部32、A/D 変換部34、信号処理部36が備えられている。これら各部を順次説明する。
【００２０】
光学レンズ系12は、たとえば、複数枚の光学レンズを組み合わせて構成されている。光学レンズ系12には、図示しないが、これら光学レンズの配置を調節して画面の画角を操作部14からの操作信号に応じて調節するズーム機構や被写体とカメラ10との距離に応じてピント調節する、AF（Automatic Focus:自動焦点）調節機構が含まれている。これらの機構の調節は、操作部14の一部を成すシャッタレリーズボタンが、たとえば半押し状態にされた際に予備的な被写界の撮像を行って得られる情報（被写体の輝度情報、カメラのシャッタスピード、カメラの絞り等）に基づいて行われる。操作信号は、システムバス16を介してシステム制御部18に供給される。光学レンズ系12には、後述する信号発生部20、タイミング信号供給部22のタイミング信号発生部22a 、ドライバ部22b を介して駆動信号が供給される。本撮像する場合、得られた情報に応じて設定された状態でシャッタレリーズボタンを全押しすることにより撮像タイミングがカメラ各部に供給されて撮像が行われる。
【００２１】
操作部14には、図示しないシャッタレリーズボタンや、たとえばモニタ画面に表示される項目を選択する機能が備えられている。特に、シャッタレリーズボタンは複数の段階のそれぞれでシステムバス16を介して操作信号をシステム制御部18に出力する。
【００２２】
システム制御部18は、たとえば CPU（Central Processing Unit:中央処理装置）を有する。システム制御部18には、デジタルスチルカメラ10の動作手順が書き込まれた ROM（Read Only Memory：読み出し専用メモリ）がある。システム制御部18は、ユーザの操作に伴って操作部14から供給される情報と ROMの情報を用いて各部の動作を制御する制御信号を生成する。あらわに制御信号の供給を示していないが、システム制御部18は、生成した制御信号を信号発生部20、タイミング信号供給部22、前処理部32、A/D 変換部34、信号処理部36、その他に、システムバス16を介して供給する。
【００２３】
システム制御部18は、撮像部30内の感光セルから垂直転送部に信号電荷を読み出す前に、垂直転送部内の不要電荷を転送して掃き出す掃出し転送を行わせる掃出し制御部でもある。システム制御部18は、信号処理部36の出力36aを入力されて不要電荷の量をモニタするモニタ手段を兼ねる。そして、不要電荷の量が所定値以下になったときに、掃出し転送期間を終了させるために、後述するタイミング信号供給部22に対して、撮像部30への転送クロックの出力を停止するようにバス16を介して指示を出す。所定値は、カメラ10の製造時にシステム制御部18内の前記ROMに書き込まれる。なお、所定値を、操作部14を利用して、製造後に設定できることとしてもよい。
【００２４】
信号発生部20は、システム制御部18からの制御に応じてシステムクロックを発振器により発生する。信号発生部20は、このシステムクロックをタイミング信号供給部22および信号処理部36に供給する。また、システムクロックは、たとえばシステムバス16を介してシステム制御部18の動作タイミングの基準としても供給される。
【００２５】
タイミング信号供給部22には、タイミング信号発生部22a およびドライバ部22b が備えられている。タイミング信号発生部22aは、システム制御部18の制御によって掃出し転送の終了を指示される。タイミング信号供給部22は、掃出し転送と、これに続く本読出し転送とで、異なるタイミング信号（垂直および水平転送クロック）を生成する。掃出し転送では、本読出し転送よりも高速のタイミング信号を出力する。
【００２６】
タイミング信号発生部22a は、信号発生部20から供給されるシステムクロックとシステム制御部18からの制御信号に基づいて、撮像部30やその他のカメラ各部を動作させるタイミング信号を生成する。タイミング信号発生部22a は、基本的にシステム制御部18の制御によりタイミング信号を生成し、この生成したタイミング信号を図１に示すように各部に出力するとともに、ドライバ部22b にも供給する。ドライバ部22b は、前述した光学レンズ系12のズーム調節機構およびAF調節機構の他、絞り調節機構24および撮像部30にも駆動信号をそれぞれ供給する。ドライバ部22b もシステム制御部18により直接的に制御されるようにしてもよい。
【００２７】
絞り調節機構24は、被写体の撮像において最適な入射光の光束を撮像部30に供給するように入射光束断面積（すなわち、絞り開口面積）を調節する機構である。絞り調節機構24にもドライバ部22b から駆動信号が供給される。この駆動信号は、前述したシステム制御部18からの制御に応じて動作させるための信号である。この場合、システム制御部18は、図示しないが、撮像部30で光電変換した信号電荷を基にAE（Automatic Exposure :自動露出）処理として絞り（Ｆ値）や露光時間（シャッタスピード）を算出している。この算出した値に対応する制御信号がシステム制御部18からタイミング信号発生部22aに供給され、タイミング信号発生部22aからドライバ部22bを介して絞り調節機構24に、制御信号に応じた駆動信号が供給される。
【００２８】
撮像部30は、光電変換する感光セルが、光学レンズ系12の光軸と直交する平面内に配置されたCCD型撮像素子26を含む。また、撮像部30の入射光側には個々の感光セルに対応させて、色分解を行なう色フィルタが一体的に配設される。本発明では色フィルタの種類について制限はない。原色系、補色系、いずれの色フィルタも使用可能である。撮像部30は、供給される駆動信号（転送クロック）に応じて、光電変換によって得られた信号電荷を出力する。本実施例では、いわゆる全画素読出し( プログレッシブ走査)が行なわれる。ただし、本発明は、これに限られるものではなく、フレーム読出しにも適用できる。
【００２９】
撮像素子26は、図２に示すように構成されている。撮像素子26では、複数個の感光セル（画素）28が行列状に配列され、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。これら感光セル28の垂直列ごとに垂直CCD（垂直転送部）40が配置され、各感光セル28から読出しゲート部38を通して読み出された信号電荷を垂直転送する。
【００３０】
感光セル28は例えばPN接合のフォトダイオードから構成されている。この感光セル28に蓄積された信号電荷は、読出しゲート部38のゲート電極に後述する読出しパルスFSが印加され、当該ゲート電極の下のポテンシャルが深くなることによって垂直CCD 40に読み出される。垂直CCD 40には、全画素読出しを可能にするために、例えば１画素に対して３個の転送電極（図示しない）が設けられており、転送電極にはそれぞれ３相の垂直転送クロックV1, V2, V3がドライバ部22bから印加される。フォトダイオードから読み出された信号電荷は、垂直転送クロックV1, V2, V3によって、１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送される。
【００３１】
垂直CCD 40において、１相目の垂直転送クロックV1が印加される転送電極は、読出しゲート部38のゲート電極を兼ねている。すなわち、３相の垂直転送クロックV1, V2, V3のうち、１相目の垂直転送クロックV1は低レベル、中間レベルおよび高レベルの３値をとるように設定されており、その３値目の高レベルのパルスが読出しゲート部38のゲート電極に印加される読み出しパルスFSである。
【００３２】
垂直CCD 40は水平CCD 46に接続している。水平CCD 46には、各垂直CCD 40から１画素に相当する信号電荷、全体としては１ライン分の信号電荷が順次移送される。水平CCD 46は、ドライバ部22bから供給される例えば２相の水平転送クロックH1, H2によって転送駆動され、垂直CCD 40から移送された１ライン分の信号電荷を、順次水平方向に転送する。水平CCD 46に隣接して、その転送方向に沿ってオーバーフロードレイン（図示せず）を設けている。このオーバーフロードレインには、水平CCD 46内でオーバーフローした電荷が掃き捨てられる。
【００３３】
水平CCD 46の転送方向の先端部には、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部48が設けられている。電荷電圧変換部48は、水平CCD 46によって水平転送されてきた信号電荷を順次信号電圧に変換して出力する。この信号電圧は、出力回路（図示せず）を経た後、被写体からの光（入射光）の光量に応じたCCD出力OSとして出力される。
【００３４】
なお、撮像素子26の基板50には、電子シャッタ用のシャッタパルスOFDもドライバ部22bから印加される。シャッタパルスOFDは、本撮像のための本露光を開始する前に、それまでに感光セル28に蓄積された信号電荷を基板50に掃き出して本露光を開始することができるようにするためのものである。シャッタパルスOFDは水平ブランキング期間中に印加される。シャッタパルスOFDは、撮像素子26の端子（パッド）42を介して撮像素子26に供給される。
【００３５】
上述した感光セル28、読出しゲート部38、垂直CCD 40、水平CCD 46および電荷電圧変換部48は半導体基板（以下、単に基板と称す）50上に形成される。以上により、全画素読出し方式のCCD固体撮像素子26が構成されている。
【００３６】
３相の垂直転送クロックV1, V2, V3は、基板50上に形成された端子52を介してドライバ部22bから垂直CCD 40に供給される。２相の水平転送クロックH1, H2は、ドライバ部22bから端子54を介して水平CCD 46に供給される。
【００３７】
タイミング信号発生部22aからドライバ部22bを介して供給される垂直転送クロックV1, V2, V3等のタイミングチャートを図３に示す。本実施例では、本露光44、掃出し転送56、本読出し転送58の順に処理が行なわれる。
【００３８】
本露光44は、本露光44に先行する予備撮像で撮像された画像に基づいてシステム制御部18が決定した露光時間、絞りに従って行なわれる。タイミング信号発生部22aは、露光時間、絞りについての情報を受け取った後、システム制御部18からの本露光開始の指示を受けたときに、露光開始時刻t1を決定する。露光終了時刻t2は、本実施例では垂直ブランキング期間の開始時刻t2である。垂直ブランキング期間は、図3(a)の垂直同期信号VDが高レベルにある期間である。機械式シャッタは予備撮像開始時点に開の状態にする。
【００３９】
タイミング信号発生部22aは、本露光開始時刻t1まで、シャッタパルスOFDを繰り返し出力して、感光セル28に蓄積した信号電荷を基板50に抜くことを繰り返す。タイミング信号発生部22aは、本露光終了時刻t2に機械式シャッタを閉じるように、ドライバ部22bに指示をだす。
【００４０】
その後、掃出し転送56を時刻t3に開始する。掃出し転送56では、垂直転送クロックV1, V2, V3として、本露光中に蓄積した信号電荷を転送する本読出し転送58時の周波数よりも高い周波数のクロックを発生する。これにより、信号電荷を読み出す前に、本読出し転送時の転送スピードよりも速いスピードで掃出し転送が行われる。
【００４１】
掃出し転送56は、読出しパルスFSを出力して感光セル28から信号電荷を読み出す前に、垂直CCD 40に湧き出した暗信号成分や、感光セル28から漏れ込んだスミア成分やブルーミング成分を掃き捨てるために行われる動作である。掃出し転送では、垂直CCD 40中の暗信号成分、スミア成分やブルーミング成分（電荷）を高速垂直転送にて水平CCD 46に送り込み、水平CCD 46でオーバーフローした分についてはオーバーフロードレインに掃き捨て、水平CCD 46中に残存した電荷については水平CCD 46を水平転送することによって電荷電圧変換部48から出力することで、不要な電荷の掃き捨てが行われる。
【００４２】
不要電荷の量は、被写体の状態等により異なる。図3(e)の不要電荷量の曲線60は、掃出し開始直後は不要電荷量が大きく、転送用CCDの最大転送能力を越えていることを示す。高さ62が転送用CCDの最大転送能力に相当する。その後、掃出しが進むにつれて不要電荷量が減少し始める。最大転送能力を越えるほど不要電荷量が多い場合は、掃出し期間56中に３回程度まで掃出しが繰り返される。
【００４３】
なお、掃出し転送を終了するかどうかの判断をシステム制御部18が行なうときに、掃出しを１回以上行なった後に、不要電荷量が所定値以下になったかどうかを判断することが好ましい。なぜならば不要電荷量は、図４の曲線ａで示されるように、掃出し転送の開始直後から所定値ｃより多い場合のみならず、曲線ｂのように、掃出し直後は所定値ｃよりも少ないが、その後、所定値ｃよりも多くなる場合があるからである。
【００４４】
また、掃出しを１回以上行なう方式の代わりに、被写体の輝度分布を予備撮像時に求めて、輝度が高い部分に対応する垂直転送部の掃出しが終了した後に、不要電荷量が所定値以下になったかどうかを判断する方式を採用してもよい。
【００４５】
時刻t4に、システム制御部18は不要電荷が所定値以下になったことを検知し、タイミング信号発生部22aに掃出し転送56の終了を指示する。指示を受けたタイミング信号発生部22aは、時刻t5に、高速な垂直転送クロックV1, V2, V3の出力を停止して、掃出し転送56を終了させる。タイミング信号発生部22aは、その後、時刻t6に感光セル28から垂直CCD 40へ信号電荷を読み出すために、読出しパルスFSを垂直転送クロックV1に乗せて出力する。本読出し転送58は時刻t7から始まり、時刻t8で終了する。時刻t8に垂直ブランキング期間が開始する。
【００４６】
撮像部30の出力を入力される前処理部32には、図示しないがCDS (Correlated Double Sampling: 相関二重サンプリング）部が備えられている。CDS 部は、 CCD型撮像素子により生じる各種のノイズを除去した信号をA/D 変換部34に送る。A/D 変換部34は、供給される信号電圧というアナログ信号の信号レベルを所定の量子化レベルにより量子化してデジタル信号に変換するA/D 変換器を有する。A/D 変換部34は、タイミング信号発生部22a から供給される変換クロック等のタイミング信号により変換したデジタル信号を信号処理部36に出力する。
【００４７】
信号処理部36は、入力されたデジタル信号を、２つに分岐する。分岐された一方は、入力されたデジタル信号を処理することなく出力36aとしてシステム制御部18に出力される。この出力36aは、掃出し転送期間のみ出力される。
【００４８】
分岐された他方は、撮影された画像をより一層高画質化するために、信号処理部36内の図示しないデータ補正部およびマトリクス処理部等に送られる。データ補正部には、色の補正を行うガンマ補正回路や自動的にホワイトバランスの調整を行うAWB (Automatic White Balance)回路等がある。
【００４９】
マトリクス処理部は、供給される三原色RGBデータを用いて、画像表示に用いる形式、すなわち輝度データY 、色差データ(R-Y), (B-Y)に変換する。マトリクス処理部は、輝度データY 、色差データ(R-Y), (B-Y)を、図示しない圧縮／伸張部、記録部、モニタ等に出力36bとして出力する。
【００５０】
このように構成したデジタルカメラ10における本撮像時の動作について、図5のフローチャートを参照して説明する。この本撮像の前に行う予備撮像において得られた情報に基づいて、AE/AF調節を行う各機構は設定されている。予備撮像処理は、たとえばシャッタレリーズボタンが半押しされたときに開始し、本撮像処理はシャッタレリーズボタンが全押しされたときに開始する。本撮像処理は、本露光44、掃出し転送56、本読出し転送58の順に処理が行なわれる。
【００５１】
本露光44は、本露光44に先行する予備撮像で撮像された画像に基づいてシステム制御部18が決定した露光時間、絞りに従って行なわれる。タイミング信号発生部22aは、露光時間、絞りについての情報を受け取った後、シャッタレリーズボタンが全押しされて、システム制御部18からの本露光開始の指示を受けたときに、露光開始時刻t1を決定する。露光終了時刻t2は、垂直ブランキング期間の開始時刻t2である。
【００５２】
タイミング信号発生部22aは、本露光開始時刻t1まで、シャッタパルスOFDを繰り返し出力して、感光セル28に蓄積した信号電荷を基板50に抜くことを繰り返す。AE調節機構の一部をなす機械シャッタは、シャッタレリーズボタンが半押しされたときから、本露光44が終了するまで開状態になっている。タイミング信号発生部22aは、本露光終了時刻t2に機械式シャッタを閉じるように、ドライバ部22bに指示を出し、機械シャッタは閉じられる（ステップS10）。
【００５３】
その後、掃出し転送56を時刻t3に開始する（ステップS12）。掃出し転送56では、垂直転送クロックV1, V2, V3として、本読出し転送58時の周波数よりも高い周波数のクロックを発生する。これにより、速いスピードで掃出し転送が行われる。撮像部30の垂直CCD 40および水平CCD 46から掃き出された不要電荷は、前処理部32とA/D変換部34と信号処理部36を経て、出力36aとしてシステム制御部18に送られ、出力レベル（不要電荷量）がモニタされる（ステップS14）。
【００５４】
システム制御部18は、レベルが所定値以下かどうかを判断する（ステップS16）。所定値以下でないときは（NOの場合）、判断を繰り返す。
【００５５】
時刻t4に、システム制御部18は不要電荷が所定値以下になったと判断したときは（YESの場合）、タイミング信号発生部22aに掃出し転送56の停止を指示する（ステップS18）。指示を受けたタイミング信号発生部22aは、時刻t5に、高速な垂直転送クロックV1, V2, V3の出力を停止して、掃出し転送56を終了させる。タイミング信号発生部22aは、その後、時刻t6に感光セル28から垂直CCD 40へ信号電荷を読み出すために、読出しパルスFSを垂直転送クロックV1に乗せて出力し、本読出し転送を開始する（ステップS20）。本読出し転送58は時刻t7から始まり、時刻t8で終了する。これで本撮像は終了する。
【００５６】
本実施例によれば、撮影状況に応じて、不要電荷排出期間（図３の掃出し転送56）が必要最小限になるように制御することができるために、特に、消費電力低減の面から好ましい。転送クロックV1, V2, V3, H1, H2は高速な信号であるため、消費電力が大きいからである。消費電力が低減される結果、同一の電池を用いたときに撮影枚数を増やすことができる。
【００５７】
また、不要電荷排出期間が必要最小限になることは、画質の向上につながる。なぜならば、不要電荷排出期間中も感光セル28では暗信号成分が、時間とともに増加しており、不要電荷排出期間が短いほど暗信号成分が低下するからである。画質の向上効果は、フレーム読出し方式よりも全画素読出し方式において大きく表れる。なぜならば、フレーム読出し方式では、第２フィールドの読出しは、第１フィールドの読出しが終了した後に行なわれ、不要電荷排出期間中と第１フィールドの読出しの間、暗信号成分が増加しているため、不要電荷排出期間を短くしても、暗信号成分低下の効果が少ないからである。
【００５８】
一方、全画素読出し方式では、不要電荷排出期間が終了すると、ただちに、読出しが開始されるため、不要電荷排出期間を短くすると、直接的に暗信号成分の増加が少なくなるからである。
【００５９】
さらに、不要電荷排出期間が必要最小限になると、連写する際に、１枚分の本撮像に要する時間が短くなるため、連写スピードが速くなるという効果もある。
【００６０】
また、掃き出される不要電荷量をモニタしているため、本露光期間において強い光が入射し、スミア成分とブルーミング成分が増加したとしても、このスミア＋ブルーミング成分を暗信号成分とともに、掃出し転送期間に確実に掃き出すことができる。すなわち、従来は、不要電荷排出期間は予め設定されていたため、想定外の強い入射光が入ってきたとき、たとえば日中の太陽を撮像するような場合は、掃出しが不完全になっていた。本発明によれば、強い入射光が入る場合、従来よりも長い不要電荷排出期間とすることができるため、確実に掃き出すことができ、スチル画像の高画質化が図れる。
【００６１】
以上の実施例では、掃き出される不要電荷をモニタして、掃出し期間を決定したが、本発明では、掃き出される不要電荷をモニタすることなく、不要電荷量を推定して、掃出し期間を決定することも可能である。具体的には、システム制御部18が予備撮像により決定した被写体の撮像条件に応じて、掃出し転送に要する期間を決定して、掃出し転送に要する期間を変えることもできる。撮像条件としては、被写体の輝度情報、カメラのシャッタスピード、カメラの絞りのうちの少なくとも１つを用いることができる。
【００６２】
輝度情報やシャッタスピードは、被写体の輝度（入射光量）に依存するものであり、被写体の輝度が高いほど、撮像素子に入射する光量が大きくなる。入射する光量が多いほど、スミア成分やブルーミング成分が大きくなる。特に、スミア成分は、入射する光の強さに比例する。スミア成分やブルーミング成分が大きくなるほど、垂直転送部での不要電荷が増えるため、掃出し転送期間を長く設定する必要がある。したがって、輝度情報やシャッタスピードに基づいて、掃出し転送期間を設定することができる。
【００６３】
具体的には、システム制御部は、輝度情報やシャッタスピードを予備撮像に基づいて決定し、決定された輝度情報やシャッタスピードに基づいて掃出し転送期間を設定することとすればよい。システム制御部は、設定した掃出し転送期間をタイミング信号発生部に出力し、タイミング信号発生部22aは、指定された掃出し転送期間だけ、高速の転送クロックを撮像部30に出力する。なお、輝度情報やシャッタスピードに基づいて掃出し転送期間を設定する方式の場合、被写体の輝度が低いと判断した場合は、掃出し転送期間を「なし」（０秒）に設定することも可能である。
【００６４】
なお、カメラの絞りも、掃出し転送期間の設定に用いることができる。これは、カメラの絞りにより、入射光量や、感光セルへの光の入射角が変わり、入射光量や、入射角に応じてスミア成分が変わるからである。これを図６により説明する。図６は、感光セル28と垂直転送部80での不要電荷の発生を説明するための図である。
【００６５】
スミア成分の発生原因はいくつかある。１つめは、強い光64が感光セル領域28から基板深部に入射して、そこにおいて多量の電荷が発生し、その一部70が拡散により垂直転送部80のチャネルに入るものである。２つめは、入射光66が遮光板78および垂直転送ゲート72を貫通して垂直転送部80に入るものである。なお、撮像素子の表面全体は、光透過性の保護膜82で覆われている。３つめは、素子表面に到達した光68がゲート電極72と基板間の薄い酸化膜74を光の導波路として伝播し、垂直転送部80に入るものである。
【００６６】
光68は、入射角76が小さいほど垂直転送部80に多く入る。Ｆ値（絞り）が小さいほど、絞りが広く開いており、入射光束断面積が広く、入射角76が小さい成分が増えて、スミア成分が増える。したがって、シャッタスピードが同じ場合でも、絞りが小さいほどスミア成分が増えることになる。そこで絞りを考慮して、掃出し転送期間を設定することができる。
【００６７】
具体的にはシステム制御部は、絞りを予備撮像に基づいて決定し、決定された絞りを考慮して掃出し転送期間を設定することとすればよい。システム制御部は、設定した掃出し転送期間をタイミング信号発生部22aに出力し、タイミング信号発生部22aは、指定された掃出し転送期間だけ、高速の転送クロックを撮像部30に出力する。
【００６８】
ところで、光の波長によっても、光の伝播が異なり、赤い光は基板の奥まで入りやすい。そこで、入射光の３原色成分R, G, Bを予備撮影のときに求めることができるので、この情報を用いて、掃出し転送期間を調整することもできる。すなわち、赤い成分が多いときは、スミア成分が多いと考えられるので、掃出し転送期間を長くすることが好ましい。
【００６９】
なお、上記実施例では、撮像条件は予備撮影により自動的に得ることとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、撮像条件をユーザが操作部を介してカメラに入力することとしてもよい。
【００７０】
以上のような掃出し転送期間を撮像条件に基づいて決定する方式の場合も、図１に示す不要電荷量をモニタする方式と同様な効果を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
このように本発明によれば、最適な掃出し転送期間で掃出しが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を適用したデジタルカメラの概略的な構成を示す図である。
【図２】撮像素子の構成を示す図である。
【図３】撮像素子の動作のタイミングを示すチャートである。
【図４】不要電荷の掃出し転送期間の判断方法を説明する図である。
【図５】本発明の固体撮像装置を適用したデジタルカメラの動作を説明するフローチャートである。
【図６】スミア成分の発生原理を示す図である。
【符号の説明】
10  デジタルカメラ
18  システム制御部
22a  タイミング信号発生部
22b  ドライバ部
30  撮像部
36  信号処理部
40  垂直CCD
46  水平CCD
【図１】
0004350924.tif 000002
【図２】
0004350924.tif 000003
【図３】
0004350924.tif 000004
【図４】
0004350924.tif 000005
【図５】
0004350924.tif 000006
【図６】
0004350924.tif 000007