(57)【要約】【課題】本来の画素データに不要電荷が混入するのを低減し、良好な画像を生成できる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、垂直転送期間において、光電変換素子（１１）で生成された電荷を垂直転送レジスタ（１２ａ）により垂直方向に順次転送する垂直転送手段（１２）と、水平転送期間において、垂直転送手段（１２）により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段（１３）と、垂直転送手段（１２）と水平転送手段（１３）を制御する制御手段（１９）とを備える。制御手段（１９）は、水平転送期間において電荷を格納するために用いる転送レジスタ（１２ａ）の数を、垂直転送期間において電荷を格納するために用いる転送レジスタ（１２ａ）の数よりも大きくなるように垂直転送手段（１２）を制御する。【選択図】図１
2009213135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により画素データとして電荷を生成する光電変換素子と、
前記光電変換素子で生成された電荷を格納可能な、垂直方向に配置された複数の転送レジスタを有し、垂直転送期間において前記電荷を格納可能な転送レジスタを順次切り替えることにより前記電荷を垂直方向に順次転送する垂直転送手段と、
水平転送期間において、前記垂直転送手段により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段と、
前記垂直転送手段と前記水平転送手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記水平転送期間において電荷を格納するために用いる前記転送レジスタの数が、前記垂直転送期間において電荷を格納するために用いる前記転送レジスタの数よりも大きくなるように、前記垂直転送手段を制御する、
撮像装置。
【請求項２】
撮像装置の駆動方法であって、
前記撮像装置は、
光電変換により画素データとして電荷を生成する光電変換素子と、
前記光電変換素子で生成された電荷を格納可能な、垂直方向に配置された複数の転送レジスタを有し、垂直転送期間において前記電荷を格納可能な転送レジスタを順次切り替えることにより前記電荷を垂直方向に順次転送する垂直転送手段と、
水平転送期間において、前記垂直転送手段により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段とを備え、
前記駆動方法は、前記水平転送期間において電荷を格納するために用いる前記転送レジスタの数が、前記垂直転送期間において電荷を格納するために用いる前記転送レジスタの数よりも大きくなるように、前記転送レジスタの数を制御する、
撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
基板上に形成され、光電変換により画素データとして電荷を生成する光電変換素子と、
前記光電変換素子で生成された電荷を格納可能な、垂直方向に配置された複数の転送レジスタを有し、垂直転送期間において前記電荷を格納可能な転送レジスタを順次切り替えることにより前記電荷を垂直方向に順次転送する垂直転送手段と、
水平転送期間において、前記垂直転送手段により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段と、
光電変換素子で生成された電荷を前記基板側へ排出する電子シャッタ機能を制御する電子シャッタ制御手段とを備え、
前記電子シャッタ制御手段は、電子シャッタ機能実行時に印加される第１の電圧と、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とを前記基板に印加可能なように制御し、前記光電変換素子の露光期間中において、前記第２電圧を前記水平転送期間毎に所定回数印加する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記所定回数は１回または２回である、請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
撮像装置の駆動方法であって、
前記撮像装置は、
光電変換により画素データとして電荷を生成する光電変換素子と、
前記光電変換素子で生成された電荷を格納可能な、垂直方向に配置された複数の転送レジスタを有し、垂直転送期間において前記電荷を格納可能な転送レジスタを順次切り替えることにより前記電荷を垂直方向に順次転送する垂直転送手段と、
水平転送期間において、前記垂直転送手段により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段と、
光電変換素子で生成された電荷を前記基板側へ排出する電子シャッタ機能を制御する電子シャッタ制御手段とを備え、
前記駆動方法は、
前記電子シャッタ機能実行時に第１の電圧を前記基板に印加可能なように制御し、
前記光電変換素子の露光期間中において、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を前記基板に、水平転送期間毎に所定回数印加可能なようにする
ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
前記所定回数は１回または２回である、請求項５記載の撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤのような光電変換素子を備えた撮像装置であって、特に、光電変換素子で生成された電荷を垂直方向及び水平方向に順次転送して出力する撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等に使用される画像撮像素子としてＣＣＤイメージセンサがある。ＣＣＤイメージセンサは、マトリクス状に配列されたフォトダイオードを備える。フォトダイオードは受光した光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子である。ＣＣＤイメージセンサはさらに、各フォトダイオードで発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタと、各フォトダイオードで発生した電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタを備える。各フォトダイオードで生成された電荷は列毎に垂直転送レジスタにより垂直方向に転送される。その後、各列の垂直転送レジスタからの電荷が水平転送レジスタにより水平方向に順次転送されることにより、ＣＣＤイメージセンサから画像データが出力される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記の構成のＣＣＤイメージセンサでは、高輝度の被写体の撮像時において、転送レジスタで電荷を転送中に、画素データである電荷に不要電荷が混入することがある。不要電荷が混入すると、ＣＣＤイメージセンサから出力される画像データが示す画像の質が低下する。従来、様々な方法を用いて、画素データである電荷への不要電荷の混入防止が図られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１６４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、本来の画素データに不要電荷が混入するのを低減し、良好な画像を生成できる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様において、光電変換により画素データとして電荷を生成する光電変換素子と、光電変換素子で生成された電荷を格納可能な、垂直方向に配置された複数の転送レジスタを有し、垂直転送期間において電荷を格納可能な転送レジスタを順次切り替えることにより電荷を垂直方向に順次転送する垂直転送手段と、水平転送期間において、垂直転送手段により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段と、垂直転送手段と水平転送手段を制御する制御手段とを備えた撮像装置が提供される。制御手段は、水平転送期間において電荷を格納するために用いる転送レジスタの数が、垂直転送期間において電荷を格納するために用いる転送レジスタの数よりも大きくなるように、垂直転送手段を制御する。
【０００７】
本発明の第２の態様において、撮像装置の駆動方法が提供される。駆動装置は、光電変換により画素データとして電荷を生成する光電変換素子と、光電変換素子で生成された電荷を格納可能な、垂直方向に配置された複数の転送レジスタを有し、垂直転送期間において電荷を格納可能な転送レジスタを順次切り替えることにより電荷を垂直方向に順次転送する垂直転送手段と、水平転送期間において、垂直転送手段により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段とを備える。駆動方法は、水平転送期間において電荷を格納するために用いる転送レジスタの数が、垂直転送期間において電荷を保持するために用いる転送レジスタの数よりも大きくなるように、転送レジスタの数を制御する。
【０００８】
上記第１、第２の態様の構成により、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへの溢れ量を抑制できるため、画素データへの不要電荷の混入を低減でき、高輝度被写体撮影時の画像の不都合を低減することが可能となる。
【０００９】
本発明の第３の態様において、基板上に形成され、光電変換により画素データとして電荷を生成する光電変換素子と、光電変換素子で生成された電荷を格納可能な、垂直方向に配置された複数の転送レジスタを備え、垂直転送期間において電荷を格納可能な転送レジスタを順次切り替えることにより電荷を垂直方向に順次転送する垂直転送手段と、水平転送期間において、前記垂直転送手段により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段と、光電変換素子で生成された電荷を基板側へ排出する電子シャッタ機能を制御する電子シャッタ制御手段とを備えた撮像装置が適用される。電子シャッタ制御手段は、電子シャッタ機能実行時に印加される第１の電圧と、第１の電圧よりも低い第２の電圧とを基板に印加可能なように制御し、光電変換素子の露光期間中において、第２電圧を前記水平転送期間毎に所定回数印加する。所定回数は例えば１回または２回である。
【００１０】
本発明の第４の態様において、撮像装置の駆動方法が提供される。撮像装置は、光電変換により画素データとして電荷を生成する光電変換素子と、光電変換素子で生成された電荷を格納可能な、垂直方向に配置された複数の転送レジスタを有し、垂直転送期間において電荷を格納可能な転送レジスタを順次切り替えることにより電荷を垂直方向に順次転送する垂直転送手段と、水平転送期間において、垂直転送手段により転送された電荷を水平方向に転送する水平転送手段と、光電変換素子で生成された電荷を基板側へ排出する電子シャッタ機能を制御する電子シャッタ制御手段とを備える。駆動方法は、電子シャッタ機能実行時に第１の電圧を基板に印加可能なように制御し、光電変換素子の露光期間中において、第１の電圧よりも低い第２の電圧を基板に、水平転送期間毎に所定回数印加可能なようにする。
【００１１】
上記第３、第４の態様の構成により、露光期間中の光電変換素子の容量を低減でき、光電変換素子から転送レジスタへの溢れ量を低減できるため、ブルーミングを抑圧でき、高輝度被写体撮影時の画像の不都合を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、本来の画素データに不要電荷が混入するのを低減でき、良好な画質の画像を生成する撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下添付の図面を参照し、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＣＣＤイメージセンサの構成を示す図である。ＣＣＤイメージセンサは、２次元状に配列されたフォトダイオード１１と、各フォトダイオード１１列に並列に配置された垂直転送ＣＣＤ１２と、垂直転送ＣＣＤ１２の終端に接続して配置された水平転送ＣＣＤ１３と、水平転送ＣＣＤ１３に接続する出力アンプ１４と、基準となる黒レベルを与えるＯＢ部１５とを備える。さらに、ＣＣＤイメージセンサは電子シャッタ制御部１６を備え、電子シャッタ制御が可能である。
【００１５】
ＣＣＤイメージセンサに対して種々の制御信号（制御電圧）Φ１〜Φ８、ΦＨ１等が入力される。これらの制御信号（制御電圧）Φ１、…はタイミングジェネレータ１９により生成される。タイミングジェネレータ１９はマイコン２０の制御に基づき制御信号（制御電圧）Φ１、…を生成する。マイコン２０は、ＣＣＤイメージセンサが組み込まれた装置（例えば、デジタルスチルカメラ）全体の動作制御を行う制御手段であり、種々の設定やユーザ操作に基づきタイミングジェネレータ１９に制御情報を出力する。
【００１６】
フォトダイオード１１は光電変換により受光した光の量に応じた電荷を生成する。画素データはフォトダイオード１１で光電変換により生じた電荷によって表される。
【００１７】
フォトダイオード１１で生成された電荷（画素データ）は、垂直転送ＣＣＤ１２へ読み出される。垂直転送ＣＣＤ１２は、垂直方向に配置された複数の垂直転送レジスタ１２ａで構成されている。各垂直転送レジスタ１２ａには、金属配線を介してゲートに電圧Φ１〜Φ８を印加可能である。ゲートに電圧Φ１〜Φ８を印加することにより、各垂直転送レジスタ１２ａのポテンシャル状態を変えることができる。各ゲートへの電圧印加タイミング（換言すれば、ゲート電圧の位相）をコントロールすることにより、画素データが垂直転送レジスタを順次移動して行く。画素データが順次垂直転送レジスタを移動して行くとは、垂直転送レジスタに印加する電圧を尺取虫状に変化させながら印加することにより電荷を転送することをいう。これにより、フォトダイオード１１で生成された画素データを水平転送ＣＣＤ１３へ転送できる。この垂直転送ＣＣＤ１２の転送動作については後述する。
【００１８】
垂直転送ＣＣＤ１２での転送においては、垂直転送ＣＣＤ１２に印加する電圧Φ１〜Φ８を制御することにより、全画素読み出し駆動と間引き読み出し駆動とを選択して採用できる。間引き読み出し駆動の場合、読み出さない画素が存在し、この部分はゲートをＯＦＦにする。
【００１９】
水平転送ＣＣＤ１３は水平方向に並べられた複数の水平転送レジスタ１３ａで構成され、各列の垂直転送ＣＣＤ１２から転送されてきた画素データを順次出力アンプ１４へ転送する。出力アンプ１４は、水平転送ＣＣＤ１３から転送されてきた画素データを、電荷量としてのデータから電圧値としてのデータに変換する。ＯＢ部１５は、光学的な黒レベルを定めるための部位である。具体的には、ＯＢ部１５の信号をゼロレベルに設定することにより、黒レベルを定めている。図２（ａ）は水平転送ＣＣＤ１３のゲートの配列の一例を示す。各水平転送レジスタ１３ａのゲートには電圧ΦＨ１またはΦＨ２が印加される。すなわち、本例では、水平転送ＣＣＤ１３は２相の電圧印加（２相駆動）により電荷の転送が制御される。図２（ｂ）、（ｃ）に電圧ΦＨ１及びΦＨ２の電圧波形の一例を示す。
【００２０】
電子シャッタ制御部１６は電子シャッタ機能を制御する手段である。電子シャッタ制御部１６から、ＣＣＤイメージセンサの基板に電圧を印加することにより、フォトダイオード１１と、ＣＣＤイメージセンサの基板との間の電位差を変更できる。フォトダイオード１１の電位よりも基板の電位を高くすることにより、フォトダイオード１１内に蓄積された電荷を基板に放出することができる。このようにフォトダイオード１１内の電荷を排出する機能を「電子シャッタ」という。
【００２１】
図３を用いて、垂直転送ＣＣＤ１２による電荷の垂直転送動作を説明する。図３（ａ）は垂直転送ＣＣＤ１２のゲートの配列を示す。各垂直転送レジスタ１２ａのゲートには電圧Φ１〜Φ８のいずれかが印加される。すなわち、本例では、垂直転送ＣＣＤ１２は、８相の電圧印加（８相駆動）により電荷の転送が制御される。図３（ｂ）から図３（ｆ）に示すように電荷が順次転送されていく。以下、電圧Φｎ（ｎ＝１〜８）が印加されたゲートを「ゲートΦｎ」という。まず、図３（ｂ）に示すように、ゲートΦ３とゲートΦ４に電圧を印加し、ゲートΦ３とΦ４に関連する垂直転送レジスタのポテンシャルを深くし、その垂直転送レジスタに画素データを格納する。この状態で、図３（ｃ）に示すように、さらにゲートΦ２に電圧を印加し、ゲートΦ２〜Φ４に関連する垂直転送レジスタのポテンシャルを深くする。次に、ゲートΦ４の電圧をオフし、ゲートΦ４に関連する垂直転送レジスタのポテンシャルを浅くする。これにより、ゲートΦ２とΦ３に関連する垂直転送レジスタにより電荷が格納される（図３（ｄ）参照）。以降、同様にゲートに印加する電圧を順次変更することで電荷が順に転送される（図３（ｅ）、（ｆ）参照）。
【００２２】
図４は、本実施の形態のＣＣＤイメージセンサの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【００２３】
図４（ａ）は、水平同期信号（ＨＤ）の発信タイミングを示すタイミングチャートである。ＣＣＤイメージセンサは水平同期信号に同期して１画面分の画像データを外部に出力する。
【００２４】
図４（ｂ）は、水平転送ＣＣＤ１３の駆動状態を示すタイミングチャートである。図４（ｂ）において、「Ｈｉ」の期間は水平転送ＣＣＤ１３が駆動している期間であり、この期間中、画素データが水平転送ＣＣＤ１３を通じて出力アンプ１４へと順次転送される。この期間を「水平転送期間」という。一方、「Ｌｏｗ」の期間は、垂直転送ＣＣＤ１２が駆動している期間であり、この期間中、画素データが垂直転送ＣＣＤ１２を通じて水平転送ＣＣＤ１３へと順次転送される。この期間を「垂直転送期間」という。または、この期間を「水平ブランキング期間」ともいう。この期間では水平転送ＣＣＤ１３は駆動していないからである。
【００２５】
図４（ｃ）は、垂直転送レジスタ１２ａから水平転送レジスタ１３ａへ溢れ出た不要電荷量の変化を示す。この不要電荷量が大きくなると、出力アンプ１４で増幅して得られる画像データにノイズが発生する。以下、この溢れ出た不要電荷による不具合について説明する。
【００２６】
図５に、ＣＣＤイメージセンサ上に高輝度の被写体の像が形成された場合のＣＣＤイメージセンサから出力される画像データが示す画像の一例を示す。ＣＣＤイメージセンサ上に高輝度の被写体Ｓの像が形成された場合、ＣＣＤイメージセンサから出力される画像データが示す画像は、図５に示す通り、被写体Ｓの左側が赤く、右側が緑色に着色した画像になる傾向にある。以下この理由を説明する。
【００２７】
太陽などの高輝度の被写体の撮影時では、スミアやブルーミングが発生する。このため、垂直転送ＣＣＤ１２は電荷で満杯状態になり、垂直転送ＣＣＤ１２で溢れた電荷が水平転送ＣＣＤ１３に流れ込んでしまう場合がある。図４（ｄ）は、このときの垂直転送レジスタにおける電荷の格納状態を示す。図４（ｃ）に示すように、垂直転送ＣＣＤ１２が溢れ始めたときの黒レベルをＶｏｂとする。この時水平転送ＣＣＤ１３は動作しており、ＯＢ部１５から読み出された画素データは、水平転送ＣＣＤ１３上を転送されている際に、高輝度部付近を通過する。その際、垂直転送ＣＣＤ１２で溢れた電荷が水平転送ＣＣＤ１３に流れ込んでいた場合、ＯＢ部１５で生成された電荷に垂直転送ＣＣＤ１２から溢れ出た電荷が加算されてしまう。ＯＢ部１５で生成された電荷は本来ゼロレベルを定めるために用いられる。このため、垂直転送ＣＣＤ１２で溢れた電荷が混入すると、画像の黒レベルが変動してしまう。出力アンプ１４の後段には信号処理部が接続されており、信号処理部は、黒レベルＶｏｂをゼロレベルに設定する。そのため、垂直転送ＣＣＤ１２で溢れた電荷が混入される前では、黒レベルがゼロ以下に設定され、垂直転送ＣＣＤ１２で溢れた電荷が混入された以降は、余分な信号が加算された黒レベルに設定される。このような信号レベルに基づいてホワイトバランスも補正されるため、図５に示すように、高輝度部の前では緑色に、高輝度部以降は赤色になってしまう。
【００２８】
上記の問題を解決するため、本実施形態では、水平転送期間において電荷を格納する垂直転送レジスタの数を、垂直転送期間において電荷を格納する垂直転送レジスタの数よりも多くする。これにより、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへの電荷溢れの頻度、量を低減でき、ＯＢ部１５で生成された電荷に垂直転送ＣＣＤ１２で溢れた電荷が混入してしまうという不具合を低減できる。以下、図４及び図６を用いてこの動作を具体的に説明する。
【００２９】
図６（ａ）は垂直転送ＣＣＤ１２の転送レジスタ１２ａのゲート配列を示した図である。図６（ｂ）〜（ｄ）は、垂直転送レジスタ１２ａの電荷の蓄積状態を示した図である。図６において、右端のポテンシャルは、水平転送ＣＣＤ１３（水平転送レジスタ１３ａ）のポテンシャル状態を示す。
【００３０】
本実施形態では、垂直転送期間中は、２個の垂直転送レジスタを用いて１つのフォトダイオードで生成された画素データを格納した状態を保ちながら、垂直方向にその画素データを順次転送する。具体的には、図６（ｂ）に示すように、２個のゲートΦ３とΦ４に電圧を印加し、ゲートΦ３とΦ４に関連する垂直転送レジスタのポテンシャルを深くし、その垂直転送レジスタに画素データを格納する。
【００３１】
一方、水平転送期間中は、４個の垂直転送レジスタを用いて画素データを格納する。例えば、図６（ｃ）に示すように、４個のゲートΦ３〜Φ６に電圧を印加し、ゲートΦ３〜Φ６に関連する垂直転送レジスタのポテンシャルの深い部分を形成し、電荷を保持する。水平転送期間中は、垂直転送レジスタは駆動せずに図６（ｃ）に示すポテンシャル状態を維持する。
【００３２】
例えば、図６（ｂ）は、図４（ｃ）の時刻Ｔ１１と時刻Ｔ１２間、すなわち、垂直転送期間中における電荷状態に相当する。また、図６（ｃ）は、図４（ｃ）の時刻Ｔ１２の電荷状態に相当する。その後、徐々にブルーミングやスミア等により電荷が蓄積されていくと、やがて図６（ｄ）に示すように、垂直転送レジスタ１２ａにおいて電荷が満杯になる。この状態は溢れる寸前の状態であり、図４（ｃ）の時刻Ｔ１３における電荷状態に相当する。本実施形態により、図６（ｄ）に示すような状態になる頻度を低減でき又はその時期を遅らせることができる。
【００３３】
なお、図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、水平転送レジスタに近い側の垂直転送レジスタのポテンシャルをより深くしているが、これは、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへの電荷の転送をよりスムーズに行うことを目的としている。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、電荷を格納するために用いる転送レジスタの数を、画素データの垂直転送期間よりも水平転送期間の方が大きくなるように、ＣＣＤイメージセンサを制御する。
【００３５】
これにより、水平転送ＣＣＤ１３の前段に形成される、垂直転送ＣＣＤ１２の電荷格納部の容量を大きくできる。水平転送ＣＣＤ１３の前に配置された電荷格納部は、垂直転送ＣＣＤ１２から水平転送ＣＣＤ１３に溢れ出ようとする電荷の流出を食い止めるダムのような働きをする。電荷格納部の容量を大きくすることで、水平転送期間の開始時から、電荷が垂直転送ＣＣＤ１２から溢れ出るまでの時間を長くすることができる。つまり、図４（ｃ）に示す時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３までの時間を長くすることができる。それにより、電荷が垂直転送ＣＣＤ１２から溢れ出てから水平転送期間が終了するまでの時間を短くすることができるので、電荷が水平転送ＣＣＤ１３に溢れ出る量を少なくすることができる。これにより、ＯＢ部１５で生成された電荷に付加される不要電荷量を低減することができる。
【００３６】
なお、図４（ｂ）の時刻Ｔ１４において水平転送期間が終了すると（「Ｈｉ」から「Ｌｏｗ」に変化すると）、垂直転送レジスタ１２ａの数が４から２へ切り替わる。すなわち、図６（ｄ）の状態から図６（ｂ）の状態へ切り替わる、このため、２転送レジスタ分の余剰電荷が発生するが、この余剰電荷は、フォトダイオード１１のグランド（ｐ型層）へ流れる。すなわち、垂直転送ＣＣＤ１２の周辺では、垂直転送ＣＣＤ１２とフォトダイオード１１の間にｐ型の分離領域が存在し、この分離領域に余剰電荷が流れ込む。
【００３７】
また、本実施形態では、電荷をゲートΦ３、Φ４に関連する垂直転送レジスタまたはゲートΦ３〜Φ６に関連する垂直転送レジスタに蓄積するように説明したが、ゲートΦ１、Φ２またはゲートΦ１〜Φ４に関連する垂直転送レジスタに蓄積するようにしてもよい。または、ゲートΦ１〜Φ６に関連する垂直転送レジスタに蓄積するようにしてもよい。さらに、本実施形態では、垂直転送ＣＣＤ１２を８相駆動で駆動する例を説明したが、ゲートの駆動数はこれに限定されない。例えば、６相駆動や１２相駆動であっても、本実施形態の思想は同様に適用できる。
【００３８】
また、水平転送期間において、水平転送ＣＣＤ１３の前に配置された電荷格納部に関連する垂直転送レジスタのみを、垂直転送期間において電荷を格納するために使用される垂直転送レジスタの数よりも多くしてもよい。
【００３９】
（実施の形態２）
実施の形態１では、電荷を格納する転送レジスタ数が４から２に変化する動作が存在する。このため、フォトダイオード１１のグランド（ｐ型層）に電荷が流れ込みやすくなる。ＣＣＤイメージセンサのグランド（ｐ型層）は高抵抗であり、流れ込む電荷量によってはグランド電圧が変化するため、読出し動作なしにフォトダイオード１１から垂直転送ＣＣＤ１２へ漏れ込む現象が発生してしまう。この現象が「ブルーミング」である。本実施形態では、このブルーミングの発生を抑制可能なＣＣＤイメージセンサの構成を説明する。
【００４０】
図７に、実施の形態２のＣＣＤイメージセンサの構成を示す。本実施の形態のＣＣＤイメージセンサは、図１に示す構成に加えてセレクタ１７をさらに備えている。セレクタ１７は、基板に印加する電圧として２種類の電圧ＶＨ、ＶＭのうちのいずれかを選択して電子シャッタ制御部１６に供給する。セレクタ１７はタイミングジェネレータ１９からの制御信号に基づき選択動作を行う。セレクタ１７及び電子シャッタ制御部１６を通じて、電圧ＶＨ又はＶＭを基板電圧として印加することが可能となる。電圧ＶＨは通常の電子シャッタ機能実行時に印加される高い電圧であり、電圧ＶＭは電圧ＶＨよりも低い電圧である。
【００４１】
図８は、フォトダイオード１１と基板の境界近傍のポテンシャル断面図である。図８において実線は電子シャッタ機能を実行しない状態（以下「通常状態」という。）でのポテンシャルを示す。破線は、電子シャッタ機能を実行した場合のポテンシャルを示し、この場合、電圧ＶＨが基板電圧として印加される。一点鎖線は、電圧ＶＨよりも低い電圧ＶＭを基板電圧として印加した場合のポテンシャルを示している。
【００４２】
通常状態では、図８において実線で示すように、フォトダイオード１１表面と基板との間にポテンシャルの極大部Ｋが形成され、その極大部Ｋによりポテンシャルの谷部が形成され、その谷部に電荷が蓄積可能となる。
【００４３】
基板電圧として電圧ＶＨを印加した場合、図８において波線で示すように、極大部Ｋがなくなり、谷部が消滅する。このため、フォトダイオード１１で生成される電荷はＣＣＤイメージセンサの基板側に排出される。
【００４４】
電子シャッタ制御部１６により基板電圧を適宜調整することにより、極大部Ｋのポテンシャルの大きさを調整できる。本実施形態では、基板電圧として、電圧ＶＨよりも低い電圧ＶＭを印加することにより、極大部Ｋを通常状態よりも低くする。すなわち、電圧ＶＭを印加した場合、図８において一点鎖線で示すように、極大部Ｋが小さくなり、形成される谷部が浅くなり、谷部に蓄積可能な電荷の容量が減少する。よって、谷部の電荷量が多くなった場合、ＣＣＤイメージセンサ表面上でフォトダイオード１１から電荷が溢れ出る前に、ＣＣＤイメージセンサの基板側に電荷が逃がされる。
【００４５】
セレクタ１７は、電子シャッタ制御部１６に供給する電圧を、電圧ＶＨ又は電圧ＶＭのいずれかに切り替える。セレクタ１７により、より高い電圧ＶＨが選択され、基板電圧として電圧ＶＨが印加されると、フォトダイオード１１内の電荷が基板側に全て放出される。
【００４６】
前述のブルーミングは、フォトダイオード１１の容量を減少させれば発生しにくくなる。しかし、一般的な電子シャッタは回路構成上、短期間だけの印加であり常時印加することはできない。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、図９（ｄ）に示すように、１水平転送期間（ＨＤ）中に１回の割合で電圧ＶＭを印加する。通常の電子シャッタ（電圧ＶＨ印加）は露光前に動作させ、すべての電荷を放出した後に露光動作に入る。そして露光期間中、１水平転送期間中に１回の割合で電圧ＶＭを印加する。
【００４８】
具体的には、露光期間中、タイミングジェネレータ１９は、マイコン２０から露光期間中であることを示す情報を受け取り、電子シャッタ制御部１６及びセレクタ１７に対して、図９（ｄ）に示す動作を実現するための制御信号を出力する。これにより、セレクタ１７は電圧ＶＭを選択し、電子シャッタ制御部１６は、１水平転送期間（ＨＤ）中に１回の割合で電圧ＶＭを印加する。
【００４９】
以上のように、露光期間中に１水平転送期間（ＨＤ）中に１回の割合で電圧ＶＭを基板電圧として印加することで、フォトダイオード１１の容量を低減する。これにより、たとえフォトダイオード１１の電荷が基板のｐ型層に流れ込むようなことがあってもブルーミングは発生しにくくなる。そのため、高輝度被写体撮影時の画像の不都合を低減することが可能となる。
【００５０】
図１０は、別のタイミングチャートである。図９のタイミングチャートでは、１水平転送期間中に１回の割合で電圧ＶＭを印加していた。これに対して、図１０のタイミングチャートでは、１水平転送期間中に２回の割合で電圧ＶＭを印加する。これにより、フォトダイオード１１で蓄積される電荷の量をより低減でき、ブルーミングの発生をより抑制できる。よって、高輝度被写体撮影時の画像の不具合をより低減することが可能となる。なお、１水平転送期間中にＮ回（Ｎは３以上の整数）の割合で電圧ＶＭを印加してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、高輝度の被写体を撮像した場合でも良好な画質の画像を出力可能であるため、デジタルスチルカメラ、ムービ、カメラ機能付き携帯電話端末等に搭載可能な撮像装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＣＣＤイメージセンサの構成を示す図
【図２】（ａ）水平転送ＣＣＤのゲートを説明した図、（ｂ）ゲート電圧波形ΦＨ１を示した図、（ｃ）ゲート電圧波形ΦＨ２を示した図
【図３】垂直転送ＣＣＤによる電荷の転送動作を説明した図
【図４】（ａ）水平同期信号（ＨＤ）の発信タイミングを示すタイミングチャート、（ｂ）水平転送ＣＣＤの駆動状態を示すタイミングチャート、（ｃ）垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ溢れ出た不要電荷の量の変化を示す図
【図５】高輝度被写体像を撮影した際に生成される画像の一例を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における垂直転送ＣＣＤの電荷格納状態を説明した図
【図７】本発明の実施の形態２におけるＣＣＤイメージセンサの構成を示す図
【図８】フォトダイオードと基板の境界近傍のポテンシャル断面図
【図９】本発明の実施の形態２における各種制御信号のタイミングチャート
【図１０】本発明の実施の形態２における各種制御信号の別のタイミングチャート
【符号の説明】
【００５３】
１１    フォトダイオード
１２    垂直転送ＣＣＤ
１２ａ  垂直転送レジスタ
１３    水平転送ＣＣＤ
１３ａ  水平転送レジスタ
１４    出力アンプ
１５    ＯＢ部
１６    電子シャッタ制御部
１７    セレクタ
１９    タイミングジェネレータ
２０    マイコン
【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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