(57)【要約】【課題】簡単な構成で黒レベルを効果的に補正することが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１ＢからなるＲＧＢ光電変換素子群と光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂからなるｒｇｂ光電変換素子群を含む固体撮像素子５と、ＲＧＢ光電変換素子群から電荷を読み出して出力アンプ５８まで転送し該電荷に応じた撮像信号を出力させる第一の駆動と、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子に対応させて垂直電荷転送路５４に形成した電荷蓄積パケットへのｒｇｂ光電変換素子群からの電荷の読み出しを省略すると共に、該電荷蓄積パケットを前記第一の駆動と同じ転送パターンで転送し、該電荷蓄積パケットに存在する暗電流成分の電荷に応じた暗電流信号を出力させる第二の駆動とを１回の撮像で行う撮像素子駆動部１０と、第一の駆動で得られた撮像信号を第二の駆動で得られた暗電流信号を用いて補正するデジタル信号処理部１７とを備える。【選択図】図２
2009147540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の光電変換素子を備え、前記多数の光電変換素子で発生した電荷を電荷転送路に読み出して出力部まで転送し、前記出力部から該電荷に応じた信号を出力する電荷転送型の固体撮像素子を備える撮像装置であって、
前記多数の光電変換素子が、第一の光電変換素子群と第二の光電変換素子群とからなり、
前記第一の光電変換素子群が、カラー画像データを生成するのに必要な色成分の光を検出する光電変換素子で構成されており、
前記第一の光電変換素子群の各光電変換素子に対応させて前記電荷転送路に形成した電荷蓄積パケットに前記第一の光電変換素子群から電荷を読み出して前記出力部まで転送し、該電荷に応じた撮像信号を出力させる第一の駆動と、前記第二の光電変換素子群の各光電変換素子に対応させて前記電荷転送路に形成した電荷蓄積パケットへの前記第二の光電変換素子群からの前記電荷の読み出しを省略すると共に、該電荷蓄積パケットを前記第一の駆動と同じ転送パターンで転送し、該電荷蓄積パケットに存在する暗電流成分の電荷に応じた暗電流信号を出力させる第二の駆動とを１回の撮像で行う駆動手段と、
前記第一の駆動で得られた撮像信号を、前記第二の駆動で得られた暗電流信号を用いて補正する補正手段とを備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記第一の光電変換素子群に含まれる光電変換素子と前記第二の光電変換素子群に含まれる光電変換素子とが、それぞれ半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列されており、
前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、各光電変換素子の配列ピッチの１／２前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、
前記列方向に並ぶ光電変換素子からなる複数の光電変換素子列のうち隣接する２つの光電変換素子列の間に前記電荷転送路が１つ形成されており、
前記多数の光電変換素子の各々とそこに隣接する前記電荷転送路との間には、該各々の光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読出し部が該各々の光電変換素子に対応して形成されており、
前記光電変換素子列に含まれる光電変換素子の一部に対応する前記電荷読出し部と、前記一部以外の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部とが互いに異なる電荷転送路との間に形成されており、
前記補正手段は、任意の前記電荷転送路から得られた前記撮像信号を、前記任意の前記電荷転送路から得られた前記暗電流信号を用いて補正する撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の撮像装置であって、
前記第一の光電変換素子群の各光電変換素子の検出感度が、前記第二の光電変換素子群の各光電変換素子の検出感度よりも高い撮像装置。
【請求項４】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記多数の光電変換素子が半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列されており、
前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが市松状に配置されており、
前記列方向に並ぶ光電変換素子からなる複数の光電変換素子列の各々に対応させてその側部に前記電荷転送路が１つ形成されており、
前記多数の光電変換素子の各々とそれに対応する前記電荷転送路との間には、該各々の光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読出し部が形成されており、
前記補正手段は、任意の前記電荷転送路から得られた前記撮像信号を、前記任意の前記電荷転送路から得られた前記暗電流信号を用いて補正する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の光電変換素子を備え、前記多数の光電変換素子で発生した電荷を電荷転送路に読み出して出力部まで転送し、前記出力部から該電荷に応じた信号を出力する電荷転送型の固体撮像素子を備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像素子で黒レベルを補正する方法として、固体撮像素子に受光面を遮光した光電変換素子である黒レベル検出用の光電変換素子（ＯＢ光電変換素子）を設け、ＯＢ光電変換素子以外の光電変換素子からの信号からＯＢ光電変換素子からの信号を減算して黒レベル補正を行う方法（例えば特許文献１参照）や、撮影終了直後に、該撮影と同条件でＣＣＤを駆動して暗電流成分だけを固体撮像素子から出力させ、撮影により得られた信号から該暗電流成分を減算して黒レベル補正を行う方法等が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１６４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、黒レベルの補正は、センサ出力から暗時出力レベルを減算すれば良い。しかし、暗時出力は暗時シェーディングを持ち、これが個々のデバイスにおいて温度や時間に依存して変動する。
【０００５】
暗時シェーディングとは、ＣＣＤ型固体撮像素子において顕著に見られる暗時出力の不均一性を指す。信号出力の基準である暗時出力レベルは、固体撮像素子全体にわたって常に均一なレベルを保つことが望ましい。しかし、実際には様々な面内分布を持つ。主原因は、電荷転送中の暗電流発生である。光電変換素子自体ではなく電荷転送中のＣＣＤ、特に垂直ＣＣＤにおいて発生する暗電流が支配的である。この暗電流は不均一に発生する。又、温度依存が大きい（高温での発生が大きい）ことから、待機時間（露光期間と電荷転送期間に大別される）に依存してレベルが変動する。
【０００６】
このため、補正されるセンサ出力と、補正に用いる暗時出力は完全に同時に取得したものであれば良いが、従来技術によればそれは不可能である。予め記憶しておいた暗時出力レベルを用いて黒レベル補正を行う方法もあるが、暗時出力レベルは、個々のデバイスで温度や待機時間のパラメータに応じて変化するため、膨大な量のデータを用意しておかなければならない。又、撮影終了後に暗時出力を得る方法の場合、センサ出力を得てから暗時出力を得るまでの時間が長くなってしまい、暗時出力を同一条件で得られているとは言い難い。又、画像データを記録するまでに撮影２回分の消費電力と時間が必要になるため、撮影から記録までの時間短縮、消費電力の低減といったコンパクトカメラに求められる条件を満たすことが難しい。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で黒レベルを効果的に補正することが可能な撮像装置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】
【０００８】
本発明の撮像装置は、多数の光電変換素子を備え、前記多数の光電変換素子で発生した電荷を電荷転送路に読み出して出力部まで転送し、前記出力部から該電荷に応じた信号を出力する電荷転送型の固体撮像素子を備える撮像装置であって、前記多数の光電変換素子が、第一の光電変換素子群と第二の光電変換素子群とからなり、前記第一の光電変換素子群が、カラー画像データを生成するのに必要な色成分の光を検出する光電変換素子で構成されており、前記第一の光電変換素子群の各光電変換素子に対応させて前記電荷転送路に形成した電荷蓄積パケットに前記第一の光電変換素子群から電荷を読み出して前記出力部まで転送し、該電荷に応じた撮像信号を出力させる第一の駆動と、前記第二の光電変換素子群の各光電変換素子に対応させて前記電荷転送路に形成した電荷蓄積パケットへの前記第二の光電変換素子群からの前記電荷の読み出しを省略すると共に、該電荷蓄積パケットを前記第一の駆動と同じ転送パターンで転送し、該電荷蓄積パケットに存在する暗電流成分の電荷に応じた暗電流信号を出力させる第二の駆動とを１回の撮像で行う駆動手段と、前記第一の駆動で得られた撮像信号を、前記第二の駆動で得られた暗電流信号を用いて補正する補正手段とを備える。
【０００９】
本発明の撮像装置は、前記第一の光電変換素子群に含まれる光電変換素子と前記第二の光電変換素子群に含まれる光電変換素子とが、それぞれ半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列されており、前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、各光電変換素子の配列ピッチの１／２前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、前記列方向に並ぶ光電変換素子からなる複数の光電変換素子列のうち隣接する２つの光電変換素子列の間に前記電荷転送路が１つ形成されており、前記多数の光電変換素子の各々とそこに隣接する前記電荷転送路との間には、該各々の光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読出し部が該各々の光電変換素子に対応して形成されており、前記光電変換素子列に含まれる光電変換素子の一部に対応する前記電荷読出し部と、前記一部以外の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部とが互いに異なる電荷転送路との間に形成されており、前記補正手段は、任意の前記電荷転送路から得られた前記撮像信号を、前記任意の前記電荷転送路から得られた前記暗電流信号を用いて補正する。
【００１０】
本発明の撮像装置は、前記第一の光電変換素子群の各光電変換素子の検出感度が、前記第二の光電変換素子群の各光電変換素子の検出感度よりも高い。
【００１１】
本発明の撮像装置は、前記多数の光電変換素子が半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列されており、前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが市松状に配置されており、前記列方向に並ぶ光電変換素子からなる複数の光電変換素子列の各々に対応させてその側部に前記電荷転送路が１つ形成されており、前記多数の光電変換素子の各々とそれに対応する前記電荷転送路との間には、該各々の光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読出し部が形成されており、前記補正手段は、任意の前記電荷転送路から得られた前記撮像信号を、前記任意の前記電荷転送路から得られた前記暗電流信号を用いて補正する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡単な構成で黒レベルを効果的に補正することが可能な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、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、ＣＣＤ型の固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。
【００１５】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００１６】
又、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００１７】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。
【００１８】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、黒レベル補正、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備え、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００１９】
図２は、図１に示す固体撮像素子５の一構成例を示した平面模式図である。
固体撮像素子５は、半導体基板５０上の行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙとに正方格子状に配列された赤色（Ｒ）の波長域の光（Ｒ光）を検出する光電変換素子５１Ｒ（図中に“Ｒ”の文字を付してある）、緑色（Ｇ）の波長域の光（Ｇ光）を検出する光電変換素子５１Ｇ（図中に“Ｇ”の文字を付してある）、青色（Ｂ）の波長域の光（Ｂ光）を検出する光電変換素子５１Ｂ（図中に“Ｂ”の文字を付してある）からなるＲＧＢ光電変換素子群と、半導体基板５０上の行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙとに正方格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子５１ｒ（図中に“ｒ”の文字を付してある）、Ｇ光を検出する光電変換素子５１ｇ（図中に“ｇ”の文字を付してある）、Ｂ光を検出する光電変換素子５１ｂ（図中に“ｂ”の文字を付してある）からなるｒｇｂ光電変換素子群とを備え、これらが、それぞれの光電変換素子配列ピッチの略１／２だけ、行方向Ｘ及び列方向Ｙにずれた位置に配置されている。
【００２０】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列ピッチとｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の配列ピッチとは同じとなっている。光電変換素子は例えばフォトダイオードである。
【００２１】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の上方にはカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタの配列はベイヤー配列となっている。ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の上方にも同様にカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタの配列もベイヤー配列となっている。
【００２２】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の検出感度は、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の検出感度よりも高くなっている。光電変換素子の検出感度を変化させるには、光電変換素子の受光面の面積を変化させてもよいし、光電変換素子上方に設けたマイクロレンズによって、集光面積を変化させてもよいし、光電変換素子の露光時間を変えても良い。これらの方法については周知である。尚、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の検出感度と、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の検出感度とは同じであっても良い。
【００２３】
光電変換素子の検出感度とは、光電変換素子に所定量の光が入射したときに、その光電変換素子から取り出せる信号量がどのくらいなのかを示す特性のことを示す。つまり、同一光量の光が入射したとき、検出感度が相対的に高い高感度の光電変換素子は、検出感度が相対的に低い低感度の光電変換素子よりも、取り出せる信号量が多いという特性を持つものと定義することができる。高感度の光電変換素子は、少ない光量で多くの信号を得ることができるため、低照度の被写体を撮影するのに最適であるが、多くの光量が入射した場合には、信号がすぐに飽和してしまうため、高照度の被写体を撮影するのには適さない。又、低感度の光電変換素子は、多くの光量が入射してもあまり多くの信号を得られないため、高照度の被写体を撮影するのに最適であるが、少ない光量が入射した場合には、得られる信号が少なすぎてしまい、低照度の被写体を撮影するのには適さない。
【００２４】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｇと光電変換素子５１Ｒとからなる光電変換素子列であるＧＲ光電変換素子列と、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｂと光電変換素子５１Ｇとからなる光電変換素子列であるＢＧ光電変換素子列とを、行方向Ｘに交互に配列したものと言うことができる。又、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１Ｇと光電変換素子５１Ｂとからなる光電変換素子行であるＧＢ光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１Ｒと光電変換素子５１Ｇとからなる光電変換素子行であるＲＧ光電変換素子行とを、列方向Ｙに交互に配列したものと言うこともできる。
【００２５】
ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１ｇと光電変換素子５１ｒとからなる光電変換素子列であるｇｒ光電変換素子列と、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１ｂと光電変換素子５１ｇとからなる光電変換素子列であるｂｇ光電変換素子列とを、行方向Ｘに交互に配列したものと言うことができる。又、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１ｇと光電変換素子５１ｂとからなる光電変換素子行であるｇｂ光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１ｒと光電変換素子５１ｇとからなる光電変換素子行であるｒｇ光電変換素子行とを、列方向Ｙに交互に配列したものと言うこともできる。
【００２６】
各光電変換素子列の右側部には、各光電変換素子列に対応させて、各光電変換素子列を構成する光電変換素子に蓄積された電荷を列方向Ｙに転送するための垂直電荷転送路５４（図２では一部のみ図示してある）が形成されている。垂直電荷転送路５４は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層内に注入されたｎ型不純物によって形成されている。
【００２７】
垂直電荷転送路５４上方には、垂直電荷転送路５４に読み出された電荷の転送を制御するための８相の転送パルスが撮像素子駆動部１０によって印加される転送電極Ｖ１〜Ｖ８が形成されている。
【００２８】
転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、それぞれ、各光電変換素子行の間を、これらを構成する光電変換素子を避けるように行方向Ｘに蛇行して配設されている。ｇｂ光電変換素子行の上側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ８と転送電極Ｖ１が配置されている。ｇｂ光電変換素子行の下側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該ｇｂ光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ２と転送電極Ｖ３が配置されている。ｒｇ光電変換素子行の上側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ４と転送電極Ｖ５が配置されている。ｒｇ光電変換素子行の下側部には、隣接する光電変換素子行との間に、該ｒｇ光電変換素子行側から順に転送電極Ｖ６と転送電極Ｖ７が配置されている。
【００２９】
各光電変換素子と、それに対応する垂直電荷転送路５４との間には、各光電変換素子で発生した電荷を、該垂直電荷転送路５４に読み出すための電荷読出し部５５が設けられている。電荷読出し部５５は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層の一部分によって形成されている。電荷読出し部５５は、各光電変換素子に対して同一の方向（図中の斜め右下方向）に設けられている。
【００３０】
ｇｂ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ２が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｇｂ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３１】
ＧＢ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ４が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＧＢ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３２】
ｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ６が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３３】
ＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５上方には転送電極Ｖ８が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に蓄積されている電荷を、各光電変換素子の右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。
【００３４】
垂直電荷転送路５４には、垂直電荷転送路５４を転送されてきた電荷を行方向Ｘに転送するための水平電荷転送路５７が接続され、水平電荷転送路５７には、水平電荷転送路５７を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプ５８が接続されている。
【００３５】
電荷読出し部５５上方の転送電極（Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８）には、それぞれ、垂直電荷転送路５４に電荷を蓄積するパケットを形成するためのミドルレベル（ＶＭ，例えば０Ｖ）の転送パルスＶＭと、垂直電荷転送路５４に該パケットのバリアを形成するためのＶＭよりもレベルの低いローレベル（ＶＬ，例えば−８Ｖ）の転送パルスＶＬと、各光電変換素子から垂直電荷転送路５４に電荷を読み出すためのパルスであってＶＭよりも高いレベル（ＶＨ，例えば１５Ｖ）の読み出しパルスとのいずれかが印加可能となっている。電荷読出し部５５上方の転送電極（Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８）以外の転送電極（Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７）には、ＶＬとＶＭとのいずれかの転送パルスが印加可能となっている。
【００３６】
このように構成された固体撮像素子５の駆動方法を説明する。以下では、ＲＧＢ光電変換素子群から得られる信号のみで画像データを生成する撮影モード時の駆動について説明する。
上記撮影モードに設定されて撮影が行われ、この撮影による露光期間が終了すると、転送電極Ｖ４，Ｖ８にそれぞれ転送パルスＶＭが印加されて、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子に対応した電荷蓄積パケットが転送電極Ｖ４，Ｖ８下に形成される。この状態で、転送電極Ｖ４，Ｖ８にそれぞれ読み出しパルスが印加され、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子で発生した電荷が、該各光電変換素子に対応して形成された電荷蓄積パケットに読み出される。次に、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスが印加され、電荷蓄積パケットに読み出された電荷が水平電荷転送路５７まで転送され、ここから出力部５８まで転送され、ここで信号に変換されて出力され、１フィールド目が終了する。１フィールド目で得られる信号を以下では撮像信号とも言う。
【００３７】
次に、転送電極Ｖ２，Ｖ６にそれぞれ転送パルスＶＭが印加されて、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子に対応した電荷蓄積パケットが転送電極Ｖ２，Ｖ６下に形成される。その後、転送電極Ｖ２，Ｖ６への読み出しパルスの印加は行われず、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に、１フィールド目と同じ上記所定パターンの転送パルスが印加されて、該電荷蓄積パケットに存在する暗電流成分の電荷が１フィールド目の電荷と同じ転送パターンで水平電荷転送路５７まで転送され、ここから出力部５８まで転送され、ここで信号に変換されて出力され、２フィールド目が終了する。２フィールド目で得られる信号を以下では暗電流信号とも言う。
【００３８】
尚、２フィールド目において電荷蓄積パケットを１フィールド目と同じ転送パターンで転送するのは、暗電流信号を撮像信号となるべく同じ条件で得るためである。
【００３９】
１フィールド目と２フィールド目でそれぞれ得られた信号は、デジタル変換された後、デジタル信号処理部１７に入力される。デジタル信号処理部１７は、１フィールド目で得られた撮像信号を、２フィールド目で得られた暗電流信号を用いて補正する処理を行う。
【００４０】
例えば、図２の光電変換素子５１Ｇから得られた撮像信号から、該光電変換素子５１Ｇに近接する光電変換素子（光電変換素子５１Ｇの右上の光電変換素子５１ｇ）に対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算して、垂直電荷転送路５４で発生した暗電流成分を除去する補正を行う。
同様に、図２の光電変換素子５１Ｒから得られた撮像信号から、該光電変換素子５１Ｒに近接する光電変換素子（光電変換素子５１Ｒの右上の光電変換素子５１ｒ）に対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算する処理、図２の光電変換素子５１Ｂから得られた撮像信号から、該光電変換素子５１Ｂに近接する光電変換素子（光電変換素子５１Ｂの右上の光電変換素子５１ｂ）に対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算する処理を行う。この処理により、ＲＧＢ光電変換素子群から得られる撮像信号から垂直電荷転送路５４で発生する暗電流成分を除去した撮像信号を得ることができる。
【００４１】
デジタル信号処理部１７は、暗電流除去後の撮像信号を用いてカラー画像データを生成する。生成されたカラー画像データは圧縮された後、記録媒体２１に記録される。
【００４２】
以上のような駆動方法によれば、ＲＧＢ光電変換素子群からの撮像信号と、該撮像信号を補正するための暗電流信号とを１回の撮像で得ることができる。つまり、撮像信号とその暗電流成分を補正するための暗電流信号とを大きな時間差なく取得することができるため、これら２つの信号をほぼ同じ条件で得ることができる。この結果、暗電流を精度良く除去することができ、黒レベルを精度良く補正することができる。
【００４３】
又、上記駆動方法によれば、撮像信号と暗電流信号とを１回の撮像で得ることができるため、撮影から記録までの時間短縮と、消費電力の低減とが可能となる。又、補正のためのデータを予め持っておく必要がないため、デジタルカメラのコスト削減も図ることができる。
【００４４】
尚、本実施形態のデジタルカメラでは、ＲＧＢ光電変換素子群から得た撮像信号とｒｇｂ光電変換素子群から得た撮像信号とを合成してダイナミックレンジを拡大した撮像を行うこともできる。この場合には、上述した駆動方法の２フィールド目において、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子に対応する電荷蓄積パケットを形成した後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、各光電変換素子から該電荷蓄積パケットに電荷を移動させた後、この電荷を上記所定のパターンで転送するものとすれば良い。
【００４５】
上述したように２フィールド目で読み出しパルスの印加を省略する駆動を行う場合は、高感度の光電変換素子であるＲＧＢ光電変換素子群からの撮像信号のみで画像データを生成することになるが、高感度の光電変換素子から得られる撮像信号はその信号量が少ないため、信号全体に占めるノイズの割合（Ｓ／Ｎ比）が大きくなってしまう。このため、空の電荷蓄積パケットからの信号を用いてノイズとなる暗電流成分を除去する補正を行うことが有効となる。一方、２フィールド目においてｒｇｂ光電変換素子群からの電荷の読み出しを行う場合には、電荷読み出しを省略する場合と比較してＳ／Ｎ比は向上するため、暗電流成分の除去を行わずとも、画質を維持することができる。
【００４６】
本実施形態の固体撮像素子の構成によれば、ＲＧＢ光電変換素子群から得られる撮像信号のみで画像データを生成する場合の駆動と、ＲＧＢ光電変換素子群から得られる撮像信号とｒｇｂ光電変換素子群から得られる撮像信号とで画像データを生成する場合の駆動とを、読み出しパルスの印加の有無だけで切り替えることができるため、駆動パターンの設計が容易となる。
【００４７】
尚、上述したようにＲＧＢ光電変換素子群から得られる撮像信号のみで画像データを生成する場合の駆動は、例えば高感度撮影モードにおいて実施するようにすれば良い。又、図２に示した構成において、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子を、受光面上方に輝度フィルタを設けた光電変換素子に変更した構成としても、本発明を適用可能である。
【００４８】
輝度フィルタとは、光の輝度情報と相関のある分光特性を持ったフィルタである。この輝度フィルタは、ＮＤフィルタや、透明フィルタ、白色フィルタ、グレーのフィルタ等が該当するが、光電変換素子の受光面上方に何も設けずに光が直接該受光面に入射する構成も、輝度フィルタを設けたということができる。
【００４９】
（第二実施形態）
図３は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の第二実施形態を示す平面模式図である。図３において図２と同様の構成には同一符号を付してある。
図３に示す固体撮像素子５は、図２に示す固体撮像素子５のＲＧ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５と、ｒｇ光電変換素子行の各光電変換素子に対応する電荷読出し部５５とを、各光電変換素子の右に隣接する垂直電荷転送路５４との間ではなく、左に隣接する垂直電荷転送路５４との間に設けた構成となっている。
【００５０】
つまり、任意の光電変換素子列に注目した場合、その光電変換素子列を構成する光電変換素子の半分（奇数番目の光電変換素子）に対応する電荷読出し部と、残り半分（偶数番目の光電変換素子）に対応する電荷読出し部とが互いに異なる垂直電荷転送路５４との間に設けられた構成となっている。尚、各電荷読出し部５５上方に設けられる転送電極の種類については図２と同じである。
【００５１】
尚、図３に示した構成については、特開２００４−０５５７８６号公報にも詳細が開示されているので、これを参照されたい。
【００５２】
このように構成された固体撮像素子５の駆動方法は第一実施形態で説明した方法と同じである。即ち、ＲＧＢ光電変換素子群から得られる信号のみで画像データを生成する撮影モード時には、１フィールド目において転送電極Ｖ４，Ｖ８に転送パルスＶＭを印加して電荷蓄積パケットを形成した後、転送電極Ｖ４、Ｖ８に読み出しパルスを印加してＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子から該電荷蓄積パケットに電荷を読み出し、これを転送して該電荷に応じた撮像信号を出力させる。そして、２フィールド目において転送電極Ｖ２，Ｖ６に転送パルスＶＭを印加して電荷蓄積パケットを形成した後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加せずに、形成した電荷蓄積パケットを１フィールド目の電荷蓄積パケットと同じ転送パターンで転送して該パケットに蓄積されている暗電流成分の電荷に応じた信号を出力させる。
【００５３】
１フィールド目と２フィールド目でそれぞれ得られた信号は、デジタル変換された後、デジタル信号処理部１７に入力される。デジタル信号処理部１７は、１フィールド目で得られた信号を、２フィールド目で得られた信号を用いて補正する処理を行う。具体的に、デジタル信号処理部１７は、ある垂直電荷転送路５４から１フィールド目で得られた撮像信号を、その垂直電荷転送路５４から２フィールド目で得られた暗電流信号を用いて補正する。
【００５４】
例えば、図３の一番左にある垂直電荷転送路５４を例にとると、デジタル信号処理部１７は、光電変換素子５１Ｇから得られた撮像信号から、該光電変換素子５１Ｇに近接する光電変換素子５１ｒに対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算する。
図３の左から２番目にある垂直電荷転送路５４を例にとると、デジタル信号処理部１７は、光電変換素子５１Ｇから得られた撮像信号から、該光電変換素子５１Ｇに近接する光電変換素子５１ｇに対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算する。
図３の左から３番目にある垂直電荷転送路５４を例にとると、デジタル信号処理部１７は、光電変換素子５１Ｂから得られた撮像信号から、該光電変換素子５１Ｂに近接する光電変換素子５１ｇに対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算する。
図３の左から４番目にある垂直電荷転送路５４を例にとると、デジタル信号処理部１７は、光電変換素子５１Ｒから得られた撮像信号から、該光電変換素子５１Ｒに近接する光電変換素子５１ｂに対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算する。
【００５５】
このような処理により、ＲＧＢ光電変換素子群から得られる撮像信号から垂直電荷転送路５４で発生する暗電流成分を除去した撮像信号を得ることができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態の固体撮像素子によれば、ＲＧＢ光電変換素子群からの撮像信号と、その撮像信号を補正するための信号とを同一の垂直電荷転送路５４から取得することができる。このため、補正対象となる撮像信号に含まれる暗電流成分と、その撮像信号を補正するための信号との相関性を高めることができ、より精度の高い暗電流除去が可能となる。
【００５７】
（第三実施形態）
図４は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の第三実施形態を示す平面模式図である。
図４に示す固体撮像素子は、Ｒ光を透過するカラーフィルタが上方に設けられた光電変換素子６１Ｒと、Ｇ光を透過するカラーフィルタが上方に設けられた光電変換素子６１Ｇと、Ｂ光を透過するカラーフィルタが上方に設けられた光電変換素子６１Ｂと、輝度フィルタが上方に設けられた光電変換素子６１Ｗとが半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列されたものとなっている。光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂと、光電変換素子６１Ｗとは市松状に配置されている。
【００５８】
列方向に並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子列には、この光電変換素子列に対応してその側部に垂直電荷転送路６４が形成されている。垂直電荷転送路６４は、ここに対応する光電変換素子列の各光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する。
【００５９】
垂直電荷転送路６４の終端には、垂直電荷転送路６４を転送されてきた電荷を行方向に転送する水平電荷転送路６７が設けられ、水平電荷転送路６７の終端には、水平電荷転送路６７を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力アンプ６８が設けられている。
【００６０】
垂直電荷転送路５４とそれに対応する光電変換素子列の各光電変換素子との間には、該各光電変換素子で発生した電荷を該垂直電荷転送路５４に読み出すための電荷読出し部６５（図４では模式的に矢印で示してある）が設けられている。光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂ，６１Ｇに対応する電荷読出し部６５と、光電変換素子６１Ｗに対応する電荷読出し部６５とには、それぞれ独立に読み出しパルスが印加可能となっている。尚、図４に示した固体撮像素子の詳細については、特開２００３−３１８３７５号公報に記載されているので、これを参照されたい。
【００６１】
このように構成された固体撮像素子の駆動方法を説明する。以下では、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから得られる信号のみで画像データを生成する撮影モード時の駆動について説明する。
上記撮影モードに設定されて撮影が行われ、この撮影による露光期間が終了すると、各垂直電荷転送路６４の光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに対応する電荷読出し部６５に隣接する位置に転送パルスＶＭが印加されて電荷蓄積パケットが形成される。その後、該電荷読出し部６５に読み出しパルスが印加されて光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂで発生した電荷が該電荷蓄積パケットに読み出される。次に、垂直電荷転送路６５に所定パターンの転送パルスが印加され、該電荷蓄積パケットに読み出された電荷が水平電荷転送路６７まで転送され、ここから出力部６８まで転送され、ここで信号に変換されて出力され、１フィールド目が終了する。
【００６２】
次に、各垂直電荷転送路６４の光電変換素子６１Ｗに対応する電荷読出し部６５に隣接する位置に転送パルスＶＭが印加されて電荷蓄積パケットが形成される。その後、光電変換素子６１Ｗに対応する電荷読出し部６５への読み出しパルスの印加は行われず、垂直電荷転送路６５に１フィールド目と同じ上記所定パターンの転送パルスが印加されて、該電荷蓄積パケット内の電荷が１フィールド目の電荷と同じ転送パターンで水平電荷転送路６７まで転送され、ここから出力部６８まで転送され、ここで信号に変換されて出力され、２フィールド目が終了する。
【００６３】
１フィールド目と２フィールド目でそれぞれ得られた信号は、デジタル変換された後、デジタル信号処理部１７に入力される。デジタル信号処理部１７は、１フィールド目で得られた信号を、２フィールド目で得られた信号を用いて補正する処理を行う。具体的に、デジタル信号処理部１７は、ある垂直電荷転送路６４から１フィールド目で得られた撮像信号を、その垂直電荷転送路６４から２フィールド目で得られた信号を用いて補正する。
【００６４】
例えば、図４の一番左にある垂直電荷転送路６４を例にとると、デジタル信号処理部１７は、光電変換素子６１Ｒから得られた撮像信号から、該光電変換素子６１Ｒに近接する光電変換素子６１Ｗに対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算し、光電変換素子６１Ｂから得られた撮像信号から、該光電変換素子６１Ｂに近接する光電変換素子６１Ｗに対応して形成された電荷蓄積パケットから得られた暗電流信号を減算する。
【００６５】
このような処理を全ての撮像信号に対して行うことにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから得られる撮像信号から垂直電荷転送路６４で発生する暗電流成分を除去した撮像信号を得ることができる。
【００６６】
以上のように、図４に示したような構成であっても、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂからの撮像信号と、その撮像信号を補正するための信号とを同一の垂直電荷転送路６４から取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】図１に示す固体撮像素子の一構成例を示した平面模式図
【図３】図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の第二実施形態を示す平面模式図
【図４】図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の第三実施形態を示す平面模式図
【符号の説明】
【００６８】
５  固体撮像素子
１０  撮像素子駆動部
１７  デジタル信号処理部
５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ  高感度光電変換素子
５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ  低感度光電変換素子
【図１】
2009147540.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009147540.tif 000005
【図４】
2009147540.tif 000006