(57)【要約】【課題】多重露光における露光間に発生するノイズを低減し、多重露光にて良好な画質の画像を得ることができる固体撮像装置およびその信号読出し方法を提供。【解決手段】固体撮像素子10は、垂直転送路20、受光素子14および読出しゲート18それぞれに対応した位置に電極34、38および36が形成され、受光素子14に対応する位置に形成される電極38に透明電極を用い、３つの電極34、36および38にそれぞれ調整された電圧を印加し、この印加により垂直転送路20での読み出した信号電荷の加算、信号電荷の垂直転送路20から受光素子14への逆転送、ならびに受光素子14での待機、かつ余剰な信号電荷の排出を実行することにより、多重露光しても固体撮像素子でブルーミングの発生を防止して、高画質な画像を得る。【選択図】図１
2009177636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子が２次元状に複数、配設形成され、蓄積した信号電荷を垂直転送手段に読み出して垂直方向と水平方向に順次転送させ、転送された信号電荷を電圧信号に変換する固体撮像素子と、一回だけの撮影により一つの画像を得る単写モードと複数回の撮影により得る信号電荷を前記垂直転送手段にて加算し一つの画像を得る多重露光撮影モードを設定する操作手段と、設定したモードに応じた制御信号を生成する制御手段と、供給される制御信号に応じたタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、供給される制御信号に応じて供給されるタイミング信号を基にした前記固体撮像素子に対する駆動信号を生成する駆動手段とを有する固体撮像装置において、
前記タイミング生成手段は、前記多重露光撮影モードにおいて前記受光素子から前記垂直転送手段に蓄積した信号電荷を読み出す読出しパルスのパルス幅を前記単写モードでの前記読出しパルスより短く生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記駆動手段は、前記読出しパルスの期間中に印加される不要電荷の掃出しのバイアス電圧を露光期間よりも高くすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子が２次元状に複数、配設形成され、蓄積した信号電荷を垂直転送手段に読み出して垂直方向と水平方向に順次転送させ、転送された信号電荷を電圧信号に変換する固体撮像素子と、一回だけの撮影により一つの画像を得る単写モードと複数回の撮影により得る信号電荷を前記垂直転送手段にて加算し一つの画像を得る多重露光撮影モードを設定する操作手段と、設定したモードに応じた制御信号を生成する制御手段と、供給される制御信号に応じたタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、供給される制御信号に応じて供給されるタイミング信号を基に供給される前記固体撮像素子に対する駆動信号を生成する駆動手段とを有する固体撮像装置を用いる該装置の信号読出し方法において、該方法は、
前記多重露光撮影モードにおける被写界を撮像する本撮影において前記受光素子から前記垂直転送手段に蓄積した信号電荷を読み出す読出しパルスのパルス幅を前記単写モードでの前記読出しパルスより短く生成し、生成した読出しパルスを印加することを特徴とする信号読出し方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、該方法は、読出しパルスの期間中に印加される不要電荷の掃出しのバイアス電圧を露光期間よりも高く生成し、生成したバイアス電圧を印加することを特徴とする信号読出し方法。
【請求項５】
請求項３に記載の装置において、該方法は、前記多重露光モードにおいて前記露光後、蓄積した信号電荷を前記垂直転送手段で加算する第１の工程と、
加算した信号電荷を前記受光素子に戻して、該信号電荷を待機させる第２の工程とを含み、
第２の工程は、待機中の信号電荷における余剰の信号電荷を排出し、
該方法は、待機後、前記本撮影の指示が継続中の場合、前記受光素子での露光、第１および第２の工程を繰り返すことを特徴とする信号読出し方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、該方法は、前記多重露光撮影モードにおける前記本撮影の前に行う前記被写界を測光する予備撮影において、測光した輝度値が所定の輝度値以上か否かの条件を判断する第３の工程を含み、
第３の工程は、前記条件が真の場合、前記本撮影の期間中、前記露光、第１および第２の工程を繰り返し、
前記条件が偽の場合、前記本撮影の期間中、前記露光および第１の工程を繰り返すことを特徴とする信号読出し方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、該方法は、前記多重露光撮影モードにおける前記本撮影の前に行う前記被写界を測光する予備撮影において、測光により得られた露光時間が所定の露光時間以上か否かの条件を判断する第３の工程を含み、
第３の工程は、前記条件が真の場合、前記本撮影として、前記露光、第１および第２の工程を行ない、
前記条件が偽の場合、前記本撮影として、前記露光および第１の工程を行ない、
該方法はさらに、前記本撮影後、該本撮影を継続するか否かを判断する第４の工程を含み、
該本撮影を継続する場合、第３の工程に戻って多重露光を繰り返すことを特徴とする信号読出し方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、該方法は、前記露光の期間中、前記垂直転送手段に発生したノイズ信号を排出することを特徴とする信号読出し方法。
【請求項９】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子が２次元状に複数、配設形成され、蓄積した信号電荷を垂直転送手段に読み出して垂直方向と水平方向に順次転送させ、転送された信号電荷を電圧信号に変換する固体撮像素子において、該固体撮像素子は、
複数回の撮影により得る信号電荷を前記垂直転送手段にて加算し一つの画像を得る多重露光撮影モードにおいて前記受光素子から前記垂直転送手段に蓄積した信号電荷を読み出す読出しパルスのパルス幅を、一回だけの撮影により一つの画像を得る単写モードでの前記読出しパルスより短く生成し、さらに読出しパルスの期間中に印加される不要電荷の掃出しのバイアス電圧を露光期間よりも高く生成し、生成したバイアス電圧を印加することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１０】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子が２次元状に複数、配設形成され、蓄積した信号電荷を垂直転送手段に読み出して垂直方向と水平方向に順次転送させ、転送された信号電荷を電圧信号に変換する固体撮像素子において、該固体撮像素子は、
前記垂直転送手段、前記受光素子および前記垂直転送手段と前記受光素子の間の読出しゲートそれぞれに対応した位置に第１、第２および第３の電極が形成され、
前記受光素子に対応する位置に形成される電極は、透明電極であることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項10に記載の固体撮像素子において、該固体撮像素子は、複数回の撮影により一つの画像を得る多重露光撮影モードにおいて、第１、第２および第３の電極に供給する電圧を調整して、前記垂直転送手段にて前記受光素子で蓄積した信号電荷を移動させ、多重に応じて得られた信号電荷を加算させ、
第１、第２および第３の電極に供給する電圧を調整して、前記受光素子に加算した信号電荷を逆転送させて、該信号電荷を待機させ、
第１、第２および第３の電極に供給する電圧を調整して、待機させた信号電荷の余剰分を排出させることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１２】
請求項11に記載の固体撮像素子において、該固体撮像素子は、前記受光素子に前記信号電荷を待機させている最中に、前記垂直転送手段のノイズ成分を排出することを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその信号読出し方法に関するものである。本発明に係る固体撮像装置は、多重露光を実現する場合のブルーミング抑制の制御に関するものである。また、本発明に係る固体撮像装置の信号読出し方法は、多重露光における信号電荷の読出しに関するものである。さらに、本発明に係る固体撮像素子は、多重露光においてブルーミングの発生を防止する構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
短い時間間隔で多重露光、すなわち高速多重露光を実行する場合、ディジタルカメラはメカシャッタを使用しない方式が好ましい。これは、メカシャッタを使用すると、ディジタルカメラは多重露光においてメカシャッタを閉状態にした後、蓄積した信号電荷を読み出し、メカシャッタを再び開状態にする手順で順次露光が実行される。このとき、露光間隔には、数10msecの時間を要することが知られている。
【０００３】
これに対して、デジタル処理での多重露光を実行することが考えられるが、上述したように、CCD（Charge Coupled Device）は、画素信号の１フレーム分の読み出しに所定の時聞を要することから、高速多重露光には決まった時間間隔でしか多重露光ができない。CMOS（Complimentary-Metal Oxide Semiconductor）センサは、ディジタルカメラにローリングシャッタを適用することにより画像が歪む影響を受けて高速移動する被写体の撮影には適さない。
【０００４】
また、CMOSセンサ上での多重露光をメカシャッタなしで実施する場合が考えられる。この場合、高輝度の被写体を撮影すると、画像にはブルーミングを発生させてしまう虞がある。
【特許文献１】特開平5−316409号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなブルーミングに対する具体的な提案が特許文献１にある。特許文献１は、多重露光撮影する際に、OFD（Over-Flow Drain）であらかじめ受光素子の飽和を絞ることで、垂直転送路（VCCD：Vertical CCD）でのブルーミングの回避を提案している。
【０００６】
しかしながら、特許文献１において読み出しパルスのような大きな信号が印加されると、この提案はブルーミングに対応できない。すなわち、高輝度の被写体を含む被写界に対して多重露光で撮影する場合、得られる画像は、高輝度部分の不要電荷に起因するブルーミングによって画像が壊れ、画質劣化してしまう。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑み、多重露光における露光間に発生するノイズを低減し、多重露光にて良好な画質の画像を得ることができる固体撮像装置およびその信号読出し方法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】
本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子が２次元状に複数、配設形成され、蓄積した信号電荷を垂直転送手段に読み出して垂直方向と水平方向に順次転送させ、転送された信号電荷を電圧信号に変換する固体撮像素子と、一回だけの撮影により一つの画像を得る単写モードと複数回の撮影により得る信号電荷を前記垂直転送手段にて加算し一つの画像を得る多重露光撮影モードを設定する操作手段と、設定したモードに応じた制御信号を生成する制御手段と、供給される制御信号に応じたタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、供給される制御信号に応じて供給されるタイミング信号を基にした固体撮像素子に対する駆動信号を生成する駆動手段とを有する固体撮像装置において、タイミング生成手段は、多重露光撮影モードにおいて受光素子から前記垂直転送手段に蓄積した信号電荷を読み出す読出しパルスのパルス幅を単写モードでの読出しパルスより短く生成することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子が２次元状に複数、配設形成され、蓄積した信号電荷を垂直転送手段に読み出して垂直方向と水平方向に順次転送させ、転送された信号電荷を電圧信号に変換する固体撮像素子と、一回だけの撮影により一つの画像を得る単写モードと複数回の撮影により得る信号電荷を前記垂直転送手段にて加算し一つの画像を得る多重露光撮影モードを設定する操作手段と、設定したモードに応じた制御信号を生成する制御手段と、供給される制御信号に応じたタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、供給される制御信号に応じて供給されるタイミング信号を基に供給される前記固体撮像素子に対する駆動信号を生成する駆動手段とを有する固体撮像装置を用いるこの装置の信号読出し方法において、この方法は、多重露光撮影モードにおける被写界を撮像する本撮影において受光素子から垂直転送手段に蓄積した信号電荷を読み出す読出しパルスのパルス幅を単写モードでの読出しパルスより短く生成し、生成した読出しパルスを印加することを特徴とする。
【００１０】
本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子が２次元状に複数、配設形成され、蓄積した信号電荷を垂直転送手段に読み出して垂直方向と水平方向に順次転送させ、転送された信号電荷を電圧信号に変換する固体撮像素子において、この固体撮像素子は、複数回の撮影により得る信号電荷を垂直転送手段にて加算し一つの画像を得る多重露光撮影モードにおいて受光素子から垂直転送手段に蓄積した信号電荷を読み出す読出しパルスのパルス幅を、一回だけの撮影により一つの画像を得る単写モードでの読出しパルスより短く生成し、さらに読出しパルスの期間中に印加される不要電荷の掃出しのバイアス電圧を露光期間よりも高く生成し、生成したバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子が２次元状に複数、配設形成され、蓄積した信号電荷を垂直転送手段に読み出して垂直方向と水平方向に順次転送させ、転送された信号電荷を電圧信号に変換する固体撮像素子において、この固体撮像素子は、垂直転送手段、受光素子および垂直転送手段と受光素子の間の読出しゲートそれぞれに対応した位置に第１、第２および第３の電極が形成され、受光素子に対応する位置に形成される電極は、透明電極であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る固体撮像装置およびその信号読出し方法によれば、多重露光モードでにおける被写界を撮像する本撮影において受光素子から垂直転送手段に蓄積した信号電荷を読み出す読出しパルスのパルス幅を単写モードでの読出しパルスより短く生成し、生成した読出しパルスを印加し、読出しパルスの印加中に生成される信号電荷の量を抑制するように制御されることにより、露光で得られる余剰な信号電荷の生成をなくすことができ、この結果固体撮像素子上で露光期間の異なる画素信号を複数回にわたって混合しても、大幅にブルーミングの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明に係る固体撮像素子は、垂直転送手段、受光素子および垂直転送手段と受光素子の間の読出しゲートそれぞれに対応した位置に第１、第２および第３の電極が形成され、受光素子に対応する位置に形成される電極に透明電極を用いることにより、３つの電極にそれぞれ調整された電圧を印加することができ、この印加により垂直転送手段での読み出した信号電荷の加算、信号電荷の垂直転送手段から受光素子への逆転送、ならびに受光素子での待機、かつ余剰な信号電荷の排出を実行することにより、多重露光しても固体撮像素子でブルーミングの発生を防止して、高画質な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明による固体撮像装置の実施例は、撮像部に固体撮像素子10を適用したものであり、垂直転送路20、受光素子14および読出しゲート18それぞれに対応した位置に電極34、38および36が形成され、受光素子14に対応する位置に形成される電極38に透明電極を用いることにより、３つの電極34、36および38にそれぞれ調整された電圧を印加することができ、この印加により垂直転送路20での読み出した信号電荷の加算、信号電荷の垂直転送路20から受光素子14への逆転送、ならびに受光素子14での待機、かつ余剰な信号電荷の排出を実行することにより、多重露光しても固体撮像素子でブルーミングの発生を防止して、高画質な画像を得ることができる。
【００１５】
本実施例は、本発明の固体撮像装置をディジタルカメラ50に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００１６】
ディジタルカメラ50は、図２に示すように、光学系52、撮像部54、前処理部56、信号処理部58、操作部60、システム制御部62、タイミング信号発生部64、ドライバ66、メディアインタフェース（I/F）回路68、メディア70およびモニタ72を含む。各部の構成要素における機能等について簡単に記述する。
【００１７】
光学系52は、被写界からの入射光74を撮像部54にて操作部60の操作に応じた画像に結像させる機能を有する。光学系52は操作部60のズーム操作や半押し操作に応じて画角や焦点距離を調整する。光学系52は、所定の期間にわたって入射光を所定の絞りで開口させ、モードにおける露出完了後、入射光を遮光するメカニカルシャッタを設けることが好ましい。メカニカルシャッタは本実施例で図示しない。
【００１８】
撮像部54には、入射光の到来方向に受光素子の配設位置に対応させて本実施例では図示しないがマイクロレンズ、色フィルタセグメントが受光素子それぞれに配される。本実施例における撮像部54は、図１に示すように、固体撮像素子10を含む。固体撮像素子10は、入射光を遮光する遮光膜12で覆われ、入射光を電気信号に変換する受光素子14が２次元状に複数、配設される。撮像素子10は、CCD型である。本実施例における撮像素子10の要部を拡大した平面を図１に示す。撮像素子10において受光素子14は、遮光膜12の所定の位置に開けた開口部16より入射光を入射させるように開口部16が形成されている。開口部16は、受光素子14の感光領域である。受光素子14は、入射光の光電変換により信号電荷を生成し、信号電荷を蓄積する。受光素子14は、蓄積した信号電荷を、読出しゲート18を介して垂直転送路20に読み出す。撮像素子10は、読み出した信号電荷を、図示しない水平転送路に向かって転送する。水平転送路は、供給される信号電荷を、図示しないアンプ、すなわちフローティングディフュージョンアンプに向かって転送する。アンプは供給される信号電荷をアナログ電圧信号に変換する。
【００１９】
ここで、撮像素子10を実線で示す破断線I−Iに沿った切断面も示す。撮像素子10には、Ｎ型半導体基板22、すなわちサブストレイトが形成される。次に撮像素子10には、Ｎ型半導体基板22上に、Ｐ型ウェル領域24が形成され、読出しゲート18もＰ型ウェル領域24により形成される。Ｐ型ウェル領域24上の受光素子14の領域には、Ｎ型半導体がＮ層26として形成される。Ｎ層26の上には、Ｐ型半導体がＰ層28として形成される。
【００２０】
撮像素子10は、Ｐ型ウェル領域24上にＰ層28が形成され、読出しゲート18のＰ型ウェル領域24を隔てるように形成される。このＰ層28上には、Ｎ層26が垂直転送路20における転送チャネル領域として形成される。また、撮像素子10には、Ｐ型ウェル領域24上に垂直転送路20と受光素子14とを分離するＰ型不純物拡散層（Ｐ＋）がチャネルストップ30として形成される。
【００２１】
撮像素子10は、これまで形成した各層の表面32上に、垂直転送路20に対応して形成される垂直転送電極34、読出しゲート18の電極36および透明電極38を除く、遮光膜12の間に層間絶縁膜40が形成される。層間絶縁膜40は、本実施例では二酸化珪素（SiO2）である。
【００２２】
垂直転送電極34および読出しゲート18の電極36は、多結晶シリコンで形成される。ここで、垂直転送電極34および読出しゲート18の電極36は、それぞれの電位の印加を可能にするように分離されている。
【００２３】
また、透明電極38は、垂直転送電極34および読出しゲート18の電極36と同レベルに、電気が流れやすく、可視光を通すことのできる物質、たとえばインジウム-スズ酸化物（ITO：Indium-Tin-Oxide）を用いた電極である。透明電極38は、一般的に、波長が可視光領域380〜780nmで80〜90%の透過率を有する。
【００２４】
さらに、Ｐ型ウェル領域24はオーバーフローコントロールゲート領域に用い、Ｎ型半導体基板22はオーバーフロードレイン領域に用いる。これにより撮像素子10は、縦型オーバーフロードレインを形成する。Ｎ型半導体基板22には、所定の基板電圧Vsubを印加し、受光素子14からオーバーフローした電荷をＮ型半導体基板22側に取り出す。
【００２５】
このような構造を有する図１の撮像素子10においてそれぞれの電位を印加することにより破断線III−III−IIIに沿って得られるポテンシャルの関係を図３に示す。撮像素子10は、上述したように、３つの電極、すなわち垂直転送電極34、読出しゲート18の電極36および透明電極38を設けている。垂直転送電極34には電圧V=L, MおよびHレベルが印加される。これらの印加により、ポテンシャルφVL, φVMおよびφVHが生成される。読出しゲート18の電極36には電圧V=MおよびHレベルが印加される。これらの印加により、ポテンシャルφTMおよびφTHが生成される。透明電極38には電圧V=MおよびHレベルが印加される。これらの印加により、ポテンシャルφPMおよびφPHが生成される。
【００２６】
本実施例においてポテンシャルの大小関係は、ポテンシャルφVMとポテンシャルφTHの大きさ、ならびにポテンシャルφVHとポテンシャルφPHの大きさを同じに設定している。
【００２７】
このように３つの垂直転送電極34、読出しゲート18の電極36および透明電極38に所定の電圧を印加することによりポテンシャル形成の自由度を高くでき、適宜、形成するポテンシャル電位により後段で詳述するように、垂直転送路20に読み出した信号電荷を受光素子14に逆移動または逆転送させたり、受光素子14の待機状態において受光素子14に蓄積した信号電荷の余剰分を排出したりすることもできる。
【００２８】
図２に戻って、固体撮像素子10は、このようにして画素それぞれで得られた信号電荷を、順に垂直転送、水平転送させ、図示しない出力アンプに供給して、アナログ電圧信号6に変換する。撮像部54は、得られたアナログ電圧信号76を前処理部56に供給する。
【００２９】
前処理部56は、ノイズ除去に相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling: CDS）回路、ゲイン調整アンプ（GCA: Gain-Controlled Amplifier）、およびA/D変換器（Analog-to-Digital Converter）を含む。CDS回路には、タイミング信号発生器64からサンプリング信号としてCDSパルス78が供給され、A/D変換器には、変換クロック信号80が供給されている。前処理部56は、供給されるアナログ信号76に対してノイズ除去、波形整形、ディジタル化して得られた撮像データすべてをディジタルデータ、すなわち画像データ82としてバス84、信号線86を介して、信号処理部58に出力する。信号線86は、データおよび制御信号を含むラインである。
【００３０】
信号処理部58は、供給されるディジタルデータに対する以下に述べる信号処理機能を有する。信号処理部58は、図示しないが、AWB（Automatic White Balance）処理を含む評価値算出部および画像メモリを備える。信号処理部58は、この他、ガンマ変換、同時化処理、画像変換処理、圧縮/伸長処理および画像縮小処理等を行なっている。評価値算出部は、たとえば予備測光等において供給されるガンマ補正後の画像データに基づいて絞り値・シャッタ速度、ホワイトバランス調整値および階調補正値を演算し、この演算に応じて供給される画像データに対する適切な各パラメータを得られるように積算値を算出する。信号処理部58は、算出された積算値を信号86として、バス84および信号線88を介して、システム制御部62に供給する。
【００３１】
なお、評価値算出部は、信号処理部58への配設に限定することなく、システム制御部62に配設するようにしてもよい。このとき、信号処理部58は、ガンマ補正した画像データをシステム制御部62に供給すればよい。
【００３２】
信号処理部58には、一般に画像信号としてディジタルデータ86がバス84を介して画像メモリに供給される。信号処理部58における制御は、制御バスを介してシステム制御部62から供給される制御信号88に応じて制御される。信号処理部58には、タイミング信号発生器64から図示しないタイミング信号が供給される。このタイミング信号は、水平同期信号HD、垂直同期信号VDおよび後述する各部の動作クロック等を含む。また、信号処理部58は、生成した画像データ90をモニタ72に供給する。
【００３３】
操作部60は、図示しないがモード選択部およびレリーズシャッタボタンを含む。モード選択部は、静止画撮影モードおよび動画撮影モード、ならびに多重露出モード等のようにいくつかあるモードのうち、いずれのモードにするかを選択する。モード選択部は、選択したモードを指示信号92としてシステム制御部62に出力する。
【００３４】
レリーズシャッタボタンは、２段階のストロークを有するボタンで、第１段のストロークでディジタルカメラ50を予備撮像の段階（S1）にし、第２段のストロークで本撮像の段階（S2）にするトリガタイミングを指示信号92としてシステム制御部22に出力する。
【００３５】
システム制御部62には、カメラ全体の汎用な部分やディジタル処理を行なう部分を制御するマイクロコンピュータまたはCPU（Central Processing Unit）が用いられている。システム制御部62は、図示しないがシーン判別部や係数を格納するEEPROM（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、および動作手順の指示プログラムを格納するROM（Read Only Memory）等を含む。システム制御部62は、ソフトウェア的に処理でき、信号処理部58で選択した結果を選択信号88として供給される。
【００３６】
システム制御部62は、信号92として供給される操作部60で設定されたモード、レリーズシャッタボタン操作、設定感度に応じて絞りおよびシャッタ速度を設定する。システム制御部62は、判断結果および設定に応じて駆動制御信号94を生成し、ドライバ66に出力する。駆動制御信号94は、ドライバ66が出力する駆動信号の電圧や読出しゲートパルスの幅を制御する。
【００３７】
システム制御部62は、操作部60から供給されるトリガタイミングを示す指示信号92に応じて制御信号96を生成する。システム制御部62は、生成した制御信号96をタイミング信号発生器64に出力する。また、システム制御部62は、信号処理部58内におけるライン補間や信号発生回路に対する制御および信号処理を行なう上での制御も考慮した制御信号88を生成し、メディア70に対する読出し/書込み制御も行なっている。さらに、図示しないが、システム制御部62は、前処理部56における動作タイミングも制御している。
【００３８】
タイミング信号発生器64は、図示しない、基準とするクロック信号を基に各種のタイミング信号を生成する機能を有する。タイミング信号には、水平転送信号の他、垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、OFDパルスおよび電子シャッタパルス等がある。また、タイミング信号発生器24は、CDSパルス78および変換クロック信号80も生成して、前処理部56に供給している。タイミング信号発生器24は、これら生成した垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルスを含むタイミング信号98をドライバ66に供給する。
【００３９】
ドライバ66は、供給されるタイミング信号98や制御信号94を基に各種の駆動信号を生成する機能を有する。たとえばドライバ66は、後段で詳述するように、撮像素子10の供給先である電極および駆動タイミングに応じた複数の駆動信号100（φv）、102（φT）、104（φP）および106（φOFD）の電圧をそれぞれ生成させて、撮像部54に供給する。ドライバ66は、図示しないがタイミング信号98を基に生成した駆動信号を撮像部54の固体撮像素子10に供給する。ドライバ66は、操作部60のレリーズシャッタボタンから供給される本撮像のタイミングに応動してメカニカルシャッタを開閉させる図示しない駆動信号もメカニカルシャッタに出力する。
【００４０】
メディアインタフェース回路68は、メディア70のカード記録媒体との書込み/読出しにおける電気的な特性を調整したり、タイミング調整したりする入出力インタフェース機能を有する。メディアインタフェース回路68は、画像データ108を入力し、画像データ110としてメディア70に出力する。また、メディアインタフェース回路68は、メディア70に、たとえば圧縮した画像データ108および110を書き込んだり、メディア70から記録された画像データ110および108を読み出したりする。
【００４１】
ストレージ70は、半導体メモリ等を記録媒体として用いて、信号処理部58から供給される画像データ110を記録する。データの書込み/読出しは、図示しないがシステム制御部62からの制御信号に応じて制御される。モニタ72は、図示しない表示コントローラにより供給される画像データ90が表示デバイスにて動作することにより画像表示される。
【００４２】
このように構成して、固体撮像素子10の受光素子14からモードに応じた信号電荷を読み出し、ノイズ、スミアやブルーミングのない高画質な画像を得ることができる。
【００４３】
次に本発明に係る固体撮像装置を適用したディジタルカメラ50における各モードでの動作について記述する。ここで、使用する固体撮像素子は、従来の固体撮像素子と同じ構成が適用されたものである。この固体撮像素子を用いながら、多重露光の駆動制御によりブルーミングの発生を抑制する方法について記述する。
【００４４】
通常の撮影モード、すなわち単写モードにおいてディジタルカメラ50は、図４に示すように、レリーズシャッタボタンの全押し後、垂直同期信号の立下りに応じて露光動作に移行し、メカシャッタを開状態にする。ディジタルカメラ50のシステム制御部62は、予備撮影で得られた絞りおよび露光時間に応じて制御信号94および96をドライバ66およびタイミング信号発生器64に供給する。このモードでドライバ66は、電子シャッタを印加して受光素子14から信号電荷を排出する。ディジタルカメラ50は、電子シャッタの供給停止以降、求めた露光時間TEXPにわたって露光し、メカシャッタを閉じた時点TCLで露光を終了する。
【００４５】
ディジタルカメラ50は、次の垂直同期信号の立下りに応じて垂直転送路20の不要電荷を掃き出させる。ディジタルカメラ50は、不要電荷の掃出し完了と同時にパルス幅TRの読出しパルスを印加し、受光素子14から蓄積した信号電荷を垂直転送路20に読み出す。ディジタルカメラ50は、この読出し後、垂直転送路20の信号電荷を転送させ、アナログ電圧信号76として読み出す。
【００４６】
多重露光モードにおいてディジタルカメラ50は、図５に示すように、レリーズシャッタボタンの全押し後、垂直同期信号の立下りに応じて垂直転送路20の不要電荷を掃き出す。また、同時にディジタルカメラ50は、メカシャッタを開状態にする。ディジタルカメラ50は、不要電荷の掃出し完了後、電子シャッタを印加して受光素子14から信号電荷を排出する。
【００４７】
ディジタルカメラ50は、たとえば３回の多重露光において電子シャッタの供給停止以降、求めた１回目の露光時間TEXPとして露光し、所定の期間にわたって電子シャッタを印加し、電子シャッタの供給停止後、２回目の露光時間TEXPにわたって露光し、再び所定の期間にわたって電子シャッタを印加し、電子シャッタの供給停止後、３回目の露光時間TEXPにわたって露光し、メカシャッタを閉状態にした時点TCLで露光を終了する。３回目の露光終了後、直ちに読み出した信号電荷は、転送させ、アナログ電圧信号76として読み出す。このように露光後、直ちに読み出した信号電荷を転送させることを可能にしているのは、露光期間中に読出しパルスを印加して垂直転送路20に受光素子14にて生成した信号電荷を同時並行的に読み出しているからである。
【００４８】
多重露光モードにおけるポテンシャルは、図6Aに示すように、露光により受光素子14に信号電荷が生成され、生成した信号電荷が蓄積される。次に露光期間中に読出しパルスが印加されると、蓄積した信号電荷は、図6Bに示すように、読出しゲート18に形成されていたポテンシャル障壁がなくなり、垂直転送路20に転送される。このとき読出しパルスが印加される前までに蓄積された信号電荷だけが垂直転送路20に供給されるのではない。図6Cに示すように、メカシャッタが開状態にあることから、読出しパルスが印加されている期間中も、矢印が示すように信号電荷が生成される。この結果、垂直転送路20には、図6Dに示すように、読出しパルスのパルス幅を含めた露光期間TEXPに生成された信号電荷が読み出される。これは、想定した１回の露光で得られる信号電荷量を越えてしまい、読出しパルスのパルス幅が大きいとき信号電荷量が増えることを意味している。
【００４９】
一般的な被写体では多重露光しても問題ない。しかしながら、実際に被写体に過大光または高輝度被写体がある場合にこれが繰り返されると、生成した画像は垂直転送路20で加算されるから、ブルーミングが生じてしまう虞がある。
【００５０】
そこで、多重露光撮影モードにおいてシステム制御部62は、読出しパルスの幅を単写モードのパルス幅よりも幅を狭くするように制御する。この制御を適用したタイミングチャートを図６に示す。図７に示す読出しパルスは、図４に示した単写モードのパルス幅よりも短くする。このように多重露光を制御することにより、結果として図８に示すように垂直転送路20に読み出される信号電荷を真の露光期間の寄与による信号電荷にすることができる。したがって、ディジタルカメラ50は、多重露光しても、ブルーミングが発生し難い画像を得ることができる。
【００５１】
また、多重露光における制御は、これに限定されるものでなく、図９に示すように、読出しパルスの印加に応じてOFDバイアスを供給するようにしてもよい。OFDバイアスは、読出しパルスの終了とともに、終了する。OFDバイアスは、パルス幅の全期間およびその一部の期間のいずれかで印加する。OFDバイアスの印加時、ポテンシャルは、図10Aに示すように、通常の位置、すなわち露光時のポテンシャル位置よりもOFDポテンシャルを下げる。これにより、生成される信号電荷は、垂直転送路20に移動するだけでなく、OFD側にも排出することができる。露光終了、すなわち読出しパルスの印加終了とともに、OFDバイアスの印加も停止する。これによりポテンシャルは、図10Bに示すように元に戻すことができる。このとき垂直転送路20には、ほぼ１回の露光にともなって生成される信号電荷を読み出すことができる。このように動作制御することでも、ブルーミングを発生させる信号電荷の混入を防ぐことができる。この結果、ディジタルカメラ50は、多重露光しても、ブルーミングが発生し難い画像を得ることができる。
【００５２】
次に本発明に係る固体撮像素子を適用した撮像素子10の図11に示す多重露光モードにおける動作シーケンスを記述する。先の実施例で使用した固体撮像素子は従来の構成と同じものであり、本実施例の撮像素子10は多重露光時に発生する虞のあるブルーミングを回避する構造を有する。本実施例の動作シーケンスは、図12Aないし図12Lに示すポテンシャルも参照しながら、動作を記述する。撮像素子10は、多重露光モードの駆動における読出しパルスのパルス幅を単写モードのパルス幅より狭くしている。
【００５３】
撮像素子10は、操作部のレリーズシャッタボタンを全押しして、露光を開始する（ステップS10）。この開始により操作信号がシステム制御部に供給される。システム制御部は、メカシャッタを開放し、多重露光モードにおける制御信号をタイミング信号発生器とドライバにそれぞれ供給する。
【００５４】
この段階でドライバは、撮像素子10に３つの駆動信号を供給する。具体的にドライバは、それぞれ、受光素子14の透明電極38に電圧V=Mレベル、読出しゲートの電極36に電圧V=Mレベルおよび垂直転送電極34に電圧V=Mレベルを印加する。これらの印加にともない撮像素子10におけるポテンシャル電位を図12Aに示す。撮像素子10は、露光中、図12Bに示すように、このポテンシャル電位を保ち、受光素子14で入射光を光電変換して、信号電荷を蓄積する。
【００５５】
次に撮像素子10は、受光素子14から１回目の蓄積した信号電荷を読み出す（ステップS12）。ドライバは、それぞれ、受光素子14の透明電極38に電圧V=Mレベル、読出しゲートの電極36に電圧V=Hレベルおよび垂直転送電極34に電圧V=Hレベルを印加する。これらの印加にともない撮像素子10におけるポテンシャル電位は、図12Cに示すように、読出しゲート18のポテンシャル障壁をなくす。これにより、蓄積した信号電荷は、図12Dに示すように、垂直転送路20に読み出される。この状態が読出し完了である。
【００５６】
次に撮像素子10を待機状態にする（ステップS14）。ドライバは、それぞれ、受光素子14の透明電極38に電圧V=Mレベル、読出しゲートの電極36に電圧V=Mレベルおよび垂直転送電極34に電圧V=Mレベルを印加する。これらの印加にともない撮像素子10におけるポテンシャル電位は、図12Eに示すように、ポテンシャル障壁を形成し、垂直転送路20に信号電荷を保持した状態を保つ。また、待機状態は、２回目の露光のために電子シャッタを印加する。
【００５７】
次に連写か否かを判断する（ステップS16）。レリーズシャッタボタンが全押しされているか判断する。所定の時間内にこの押圧操作がされなかった場合（NO）、多重露光の終了に進む。多重露光を終了する前に、撮像素子10は、垂直転送路20に読み出した信号電荷を垂直転送、水平転送、そして供給される信号電荷をアナログ電圧信号に変換して、変換したアナログ電圧信号を出力する。また、所定の時間内にレリーズシャッタボタンの本撮影の押圧操作、すなわち全押し操作がされた場合（YES）、第２回目の露光に進む（ステップS18へ）。
【００５８】
第２回目の露光を開始する（ステップS18）。ポテンシャル電位は変更せず、電子シャッタの印加を停止する。撮像素子10はこの停止と同時に露光が開始されることになる。撮像素子10におけるポテンシャル電位は、図12Fに示す。
【００５９】
次に信号電荷を混合する（ステップS20）。ドライバは、それぞれ、受光素子14の透明電極38に電圧V=Hレベル、読出しゲートの電極36に電圧V=Hレベルおよび垂直転送電極34に電圧V=Mレベルを印加する。これらの印加にともない撮像素子10におけるポテンシャル電位は、図12Gに示すように、読出しゲート18のポテンシャル障壁をなくす。また、撮像素子10は、垂直転送路20のポテンシャルより受光素子14のポテンシャルを低下させる。これにより、垂直転送路20に蓄積した信号電荷は、図12Hに示すように、受光素子14に読み出される。
【００６０】
次に余剰信号を排出する（ステップS22）。ドライバは、それぞれ、受光素子14の透明電極38に電圧V=Mレベル、読出しゲートの電極36に電圧V=Mレベルおよび垂直転送電極34に電圧V=Mレベルを印加する。これらの印加にともない撮像素子10におけるポテンシャル電位は、図12Iに示すように、垂直転送路20の信号電荷をなくし、ポテンシャル障壁を形成する。このとき、撮像素子10は、受光素子14のポテンシャルを上昇させる。これによりOFDのレベルを超えた余剰の信号電荷は、OFDを経て排出される。この結果を図12Jに示す。
【００６１】
次に撮像素子10は、受光素子14から２回目の蓄積した信号電荷を読み出す（ステップS24）。ドライバは、それぞれ、受光素子14の透明電極38に電圧V=Mレベル、読出しゲートの電極36に電圧V=Hレベルおよび垂直転送電極34に電圧V=Hレベルを印加する。ポテンシャルは、図12Kに示すように、受光素子14と垂直転送路20との間のポテンシャル障壁をなくす。この結果、図12Lに示すように、受光素子14に蓄積した信号電荷が垂直転送路20に移動する。
【００６２】
次に撮像素子10を待機状態にする（ステップS26）。ドライバは、それぞれ、受光素子14の透明電極38に電圧V=Mレベル、読出しゲートの電極36に電圧V=Mレベルおよび垂直転送電極34に電圧V=Mレベルを印加する。これらの印加にともない撮像素子10におけるポテンシャル電位は、図12Eに示すように、ポテンシャル障壁を形成し、垂直転送路20に信号電荷を保持した状態を保つ。また、待機状態は、３回目の露光のために電子シャッタを印加する。この後、再び連写の判断に戻る（ステップS16へ）。
【００６３】
このように露光後、垂直転送路20から受光素子14に逆転送、すなわち読み戻し動作を実現させて信号混合し、不要電荷排出させ、受光素子14に残る信号電荷を垂直転送路20に読み出し、待機し、これら一連の処理を繰り返すことで、多重露光を繰り返しても不要な信号電荷が貯まらず、ブルーミングの発生を防止することができる。
【００６４】
これに対して、従来の固体撮像素子を適用した撮像素子200の要部を拡大した平面と撮像素子10を実線で示す破断線XIII−XIIIに沿った切断面を図13に示す。共通する部分には、先の実施例と同じ参照符号を付し、記載の簡素化を図るため記述を省略する。
【００６５】
撮像素子200は、透明電極38がなく、層間絶縁膜40で開口部16が覆われている。また、垂直転送電極34と読出しゲート18の電極36は電極の区別なく、一体化されている。このような構造を有する図13の撮像素子200の多重露光モードにおいてそれぞれの電位を印加することにより破断線XIV−XIV−XIVに沿って得られるポテンシャルを図14Aないし図14Gに示す。この場合、ブルーミングに対して何等の対策をしていない。
【００６６】
図14Aのポテンシャルは、電圧V=φOFD、φPおよびφVを供給して、露光前の状態、すなわち受光素子14および垂直転送路20に信号電荷がない空の状態を形成する。次に撮像素子200は、メカシャッタを開放し、入射光に対する１回目の露光を開始する。受光素子14には、図14Bに示すように、信号電荷が蓄積される。撮像素子200は、図14Cに示すように、受光素子14に蓄積した信号電荷を垂直転送路20に読み出す。
【００６７】
次に撮像素子200は、図14Dに示すように、受光素子14で２回目の露光を実行する。２回目の露光で蓄積した信号電荷が、図14Eに示すように、垂直転送路20に読み出す。同様に、３回目の露光が行われた状態と垂直転送路20に読み出した状態を、図14Fおよび図14Gに示す。このように動作させると、撮像素子200は、露光の回数に比例した露光量を蓄積する。
【００６８】
ここで、信号電荷の量が多い場合、撮像素子200の動作を、図15Aないし図15Gのポテンシャルで示す。図15Aのポテンシャルは、図14Aと同じ露光前の状態を示す。信号電荷の量が多い場合、図15Bないし図15Gのポテンシャルは、図14Bないし図14Gと同じポテンシャル状態である。とくに、垂直転送路20における３回分の信号電荷量は、１回の露光で得られる信号電荷量が多いことから、図7Gに示すように、垂直転送路20から漏れ、たとえ過大光でなくても、ブルーミングを発生させてしまう。
【００６９】
そこで、ブルーミングの発生対策として特許文献１がある。この場合、撮像素子200は、多重露光モードにおいて露光前のポテンシャルを図16Aに示す。このポテンシャルは、これまで記述した露光前の状態と同じ電圧が印加されている。次に撮像素子200は、露光においてOFDであらかじめ受光素子14における信号電荷の飽和量を絞っておく。すなわち、撮像素子200は、図16Bに示すように、多重露光モードで電圧φOFDHを印加し、OFDレベルのポテンシャル障壁を低下させる。これにより撮像素子200は、受光素子14に蓄積された余剰電荷を排出している。図16Cのポテンシャルは、余剰電荷の排出後に残った信号電荷を垂直転送路20に読み出した状態を示している。
【００７０】
次に２回目の露光状態を図16Dに示し、余剰電荷の排出を示している。受光素子14に蓄積した信号電荷が、図16Eに示すように、垂直転送路20に読み出される。さらに、３回目の露光状態を図16Fに示し、余剰電荷の排出を示している。受光素子14に蓄積した信号電荷が、図16Gに示すように、垂直転送路20に読み出される。このように動作させることにより垂直転送路20でのブルーミングを回避している。
【００７１】
ここで、特許文献１の問題点について図17Aないし図17Dを参照しながら記述する。特許文献１は、図17Aに示すように、上述したように各露光状態において受光素子14に蓄積する信号電荷の飽和量をOFDで絞っている。撮像素子200は、蓄積した信号電荷を、受光素子14から垂直転送路20に読み出す際に、メカシャッタが閉じられていれば、受光素子14に残った信号電荷量だけを読み出すことになる。しかしながら、多重露光モードのようにメカシャッタが開放状態にあって信号電荷を読み出す場合、撮像素子200は、図17Bに示すように、電圧V=φOFDH、φPおよびφVHがそれぞれ印加される。とくに、電圧V=φVHが印加されることにより読出しゲートのポテンシャル障壁はなくなる。ところで、多重露光モードにおいて、このように読出しゲートによるポテンシャル障壁をなくすように読出しパルスを印加した期間中も受光素子14では信号電荷を発生する。この結果、撮像素子200では、図17Cに示すように、このとき発生した信号電荷が蓄積していた信号電荷とともに垂直転送路20で加算される。
【００７２】
最終的に、図17Dに示すように、垂直転送路20の信号電荷は、読出しパルスの印加中に増加した分だけに蓄積される。被写界に過大光の被写体が存在すると、信号電荷が垂直転送路20に大量に蓄積されることになる。
【００７３】
本発明の固体撮像素子は、前述したように、特許文献１で生じる問題の懸念を生じさせることがなく、ブルーミングを防止することができる。
【００７４】
次に本発明の固体撮像素子を適用した撮像素子10における実施例の動作について図11に示した余剰信号の掃出しを記述する。また、この動作は、図18Aないし図18Dに示すポテンシャルでも記載する。撮像素子10は、受光素子14に垂直転送路20からの信号電荷を逆転送させ、受光素子14に蓄積した信号電荷と混合させた後、撮像素子10は、図18Aに示すように、余剰の信号電荷を排出する。また、撮像素子10は、同時に垂直転送路20を動作させて、垂直転送路20内のノイズを排出させる。この結果、図18Bに示すように、余剰の信号電荷の排出完了後も垂直転送路20を動作させて、垂直転送路20内のノイズを排出させている。
【００７５】
次に撮像素子10は、図18Cに示すように、読出しゲート18のポテンシャル障壁をなくし、受光素子14で混合した信号電荷を垂直転送路20に読み出す。読出し完了した状態を図18Dに示す。このように逆転送して待機または露光している間に、垂直転送路20のノイズを掃き出すことにより、垂直転送路20上の暗電流、すなわちスミアを低減することができ、良好な画質の多重露光画像を得ることができる。
【００７６】
次に本発明の固体撮像素子を適用した撮像素子10における他の実施例の動作について図19を参照しながら記述する。
【００７７】
最初に、撮像素子10を有するディジタルカメラは、操作部で多重露光モードを設定する。この設定後、ディジタルカメラは、被写界の画像を取り込むように予備撮像を開始する（ステップS32）。接続子Aを介して高輝度被写体の有無の判断処理に進む（ステップS34へ）。
【００７８】
高輝度被写体の有無の判断処理は、取り込んだ画像の中に高輝度の被写体が存在するか否かを判断する（ステップS34）。具体的には、測光した輝度値が所定の輝度値以上か否かを判断する。この条件が真のとき（YES）、撮像素子10は、逆転送ありの本撮影に進む（ステップS36へ）。また、この条件が偽のとき（NO）、撮像素子10は、逆転送なしの本撮影に進む（ステップS38へ）。
【００７９】
本撮影は、逆転送の有無で対応する。逆転送ありの本撮影は、図11に示した手順に従って撮影する（ステップS36）。逆転送なしの本撮影は、これまでの多重露光を行なう（ステップS38）。接続子Bを介して多重露光を終了する。
【００８０】
このように動作させることにより、動作時間の短縮およびパルスを出さなくてよくなることから、消費電力を削減することができる。
【００８１】
また、予備撮影における本撮影の判断処理は、輝度値を用いた実施例だけに限定されるものでなく、露光時間で判断してもよい。図20に示すように、測光して得られた露光時間が所定の露光時間以上か否かを判断する。この条件が真のとき（YES）、撮像素子10は、垂直転送路20でのノイズ排出を含む本撮影に進む（ステップS40へ）。また、この条件が偽のとき（NO）、撮像素子10は、垂直転送路20でのノイズ排出を含まない本撮影に進む（ステップS42へ）。
【００８２】
本撮影は、垂直転送路20でのノイズ排出の有無で対応する。ノイズ排出ありの本撮影は、１回の露光につき、図18Aから18Dに示したポテンシャルを形成するように動作させて撮影する（ステップS36）。ノイズ排出なしの本撮影は、１回の露光につき、従来の多重露光を行なう（ステップS44）。
【００８３】
この露光後、多重露光を継続するか否かを判断する（ステップS46）。多重露光を継続する場合（YES）、露光時間の判断処理に戻る（ステップS40へ）。多重露光を継続しない場合（NO）、多重露光の終了と判断し、接続子Bを介して、終了に進む。ただし、この多重露光を終了する前に、撮像素子10は、垂直転送路20に読み出した信号電荷を垂直転送、水平転送、そして供給される信号電荷をアナログ電圧信号に変換して、変換したアナログ電圧信号を出力して、多重露光を終了する。
【００８４】
とくに、露光時間が所定の時間より短い場合、垂直転送路20でのノイズ排出動作が間に合わず、掃き出しが完了しない。この結果、画面内でノイズの量が不均一になってしまう。露光時間が短い場合、基本的に発生するノイズ量が少ないことから、ノイズの排出は行わない。露光時間が所定の時間以上に長い場合、ノイズの排出における動作時間は十分確保できる。また、この場合、垂直転送路20に発生するノイズ量が多いことから、十分にノイズを排出し、得られる画像を高画質化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る固体撮像素子を適用した撮像素子の要部を拡大した平面図と破断線I−Iに沿った切断面を示す断面図である。
【図２】本発明に係る固体撮像装置を適用したディジタルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１の断面における線III−III−IIIに沿って得られるポテンシャル図である。
【図４】図２のディジタルカメラにおける単写モードの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図２のディジタルカメラにおける従来の多重露光モードにおいて動作を示すタイミングチャートである。
【図６Ａ】図５の多重露光モードにおける露光状態を示すポテンシャル図である。
【図６Ｂ】図6A以降での読出し開始状態を示すポテンシャル図である。
【図６Ｃ】図6C以降での読出し中にある露光状態を示すポテンシャル図である。
【図６Ｄ】図6C以降での読出し終了状態を示すポテンシャル図である。
【図７】図２のディジタルカメラにおける本発明が提案する多重露光モードにおいて動作を示すタイミングチャートである。
【図８】図７の多重露光モードにおける読出し終了状態を示すポテンシャル図である。
【図９】図２のディジタルカメラにおける本発明が提案する多重露光モードでの他の実施例における動作を示すタイミングチャートである。
【図１０Ａ】図９の多重露光モードにおける読出し中での露光を示すポテンシャル図である。
【図１０Ｂ】図９の多重露光モードにおける読出し終了状態を示すポテンシャル図である。
【図１１】図１の撮像素子を適用した実施例における多重露光モードでの動作手順を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】図１の撮像素子を適用した場合の多重露光モードにおける最初の露光状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｂ】図12Aの設定電位での露光完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｃ】図12B以降での読出し開始状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｄ】図12C以降での読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｅ】図12D以降での待機状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｆ】図12E以降での次の露光開始状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｇ】図12F以降での逆転送による信号混合状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｈ】図12G以降での信号混合完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｉ】図12H以降での余剰電荷の排出状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｊ】図12I以降での余剰電荷の排出完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｋ】図12J以降での読出し開始状態を示すポテンシャル図である。
【図１２Ｌ】図12K以降での読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１３】従来の固体撮像素子を適用した撮像素子の要部を拡大した平面図と破断線XIII−XIIIに沿った切断面を示す断面図である。
【図１４Ａ】図13の撮像素子を適用した場合の多重露光モードにおける最初の露光状態を示すポテンシャル図である。
【図１４Ｂ】図14Aの設定電位での露光完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１４Ｃ】図14Bからの読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１４Ｄ】図14C以降における次の露光開始状態を示すポテンシャル図である。
【図１４Ｅ】図14D以降の次の読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１４Ｆ】図14E以降における３回目の露光開始状態を示すポテンシャル図である。
【図１４Ｇ】図14F以降の３回目の読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１５Ａ】図13の撮像素子を適用した場合の多重露光モードにおける最初の露光状態でのポテンシャル図である。
【図１５Ｂ】図15Aの設定電位で信号量が多いときの露光完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１５Ｃ】図15B以降の読出し完了を示すポテンシャル図である。
【図１５Ｄ】図15C以降の次の露光開始状態を示すポテンシャル図である。
【図１５Ｅ】図15D以降における次の読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１５Ｆ】図15E以降の３回目の露光開始状態を示すポテンシャル図である。
【図１５Ｇ】図13の撮像素子を適用した場合の多重露光モードにおける３回目の読出し完了状態でのポテンシャル図である。
【図１６Ａ】図13の撮像素子を適用した場合の多重露光モードにおける最初の露光状態でのポテンシャル図である。
【図１６Ｂ】図16A以降での余剰信号を排出する露光完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１６Ｃ】図16B以降での読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１６Ｄ】図16C以降での余剰信号を排出する２回目の露光完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１６Ｅ】図16D以降での次の読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１６Ｆ】図16E以降での３回目の露光開始状態を示すポテンシャル図である。
【図１６Ｇ】図16F以降での３回目の読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１７Ａ】図13の撮像素子を適用した場合の多重露光モードにおける余剰信号を排出する露光完了状態でのポテンシャル図である。
【図１７Ｂ】図17A以降での読出し状態を示すポテンシャル図である。
【図１７Ｃ】図17Bの読出し中に生成される信号電荷の読出し状態を示すポテンシャル図である。
【図１７Ｄ】図17C以降での読出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１８Ａ】図１の撮像素子を適用した場合の多重露光モードにおける露光での余剰信号の排出、かつ垂直転送路のノイズ排出状態を示すポテンシャル図である。
【図１８Ｂ】図18Aでの露光完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１８Ｃ】図18Bの状態から蓄積した信号電荷の読み出しを示すポテンシャル図である。
【図１８Ｄ】図18Cの状態から蓄積した信号電荷の読み出し完了状態を示すポテンシャル図である。
【図１９】図１の撮像素子を適用した他の実施例における多重露光モードでの動作手順を示すフローチャートである。
【図２０】図１の撮像素子を適用した他の実施例における多重露光モードでの要部の動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
10  撮像素子
12  遮光膜
14  受光素子
18  読出しゲート
20  垂直転送路
34  垂直転送電極
36  読出しゲートの電極
38  透明電極
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１２Ｉ】
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【図１２Ｊ】
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【図１２Ｋ】
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【図１２Ｌ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
2009177636.tif 000031
【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１６Ｇ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１９】
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【図２０】
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