(57)【要約】【課題】特別な回路を追加することなくスミアの影響を少なくすることが可能な撮像素子の駆動方法を提供する。【解決手段】撮像素子５は、垂直電荷転送路５２上方に垂直方向に配列され、垂直電荷転送路５２における電荷転送動作を制御するための転送電極Ｖ１〜Ｖ４を有し、電荷を水平電荷転送路５３で転送する水平転送期間における垂直電荷転送路５２にある電荷の待機場所が、多数の光電変換素子５１のうち、検出波長が最も短波長側にあるＢ光電変換素子に隣接する転送電極Ｖ２，Ｖ３以外の転送電極Ｖ４，Ｖ１下方の垂直電荷転送路５２となるように、転送電極Ｖ１〜Ｖ４に転送パルスを印加して電荷を転送するスミア抑制駆動を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する撮像素子の駆動方法であって、
前記撮像素子は、前記垂直電荷転送路上方に前記垂直方向に配列され、前記垂直電荷転送路における電荷転送動作を制御するための転送電極を有し、
前記電荷を前記水平電荷転送路で転送する水平転送期間における前記垂直電荷転送路にある電荷の待機場所が、前記複数種類の光電変換素子のうち、検出波長が最も短波長側にある光電変換素子に隣接する前記転送電極以外の転送電極下方の前記垂直電荷転送路となるように、前記転送電極に転送パルスを印加して前記電荷を転送する駆動であるスミア抑制駆動を行う撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
請求項１記載の撮像素子の駆動方法であって、
前記撮像素子が、赤色の波長域の光を検出する光電変換素子と、緑色の波長域の光を検出する光電変換素子と、青色の波長域の光を検出する光電変換素子とを有する撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の撮像素子の駆動方法であって、
前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いて制御する第一の撮影モードと、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いずに電子シャッタのみで制御する第二の撮影モードとが選択可能な場合に、前記第二の撮影モードで撮影を行う場合にのみ前記スミア抑制駆動を実施する撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子の飽和容量が、前記スミア抑制駆動を行ったときに前記待機場所に蓄積することのできる最大の電荷量以下となる場合にのみ、前記スミア抑制駆動を実施する撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載の撮像素子の駆動方法であって、
前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いて制御する第一の撮影モードと、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いずに電子シャッタのみで制御する第二の撮影モードとが選択可能な場合に、前記第二の撮影モードで撮影を行う場合で且つ前記光電変換素子の飽和容量が前記スミア抑制駆動を行ったときに前記待機場所に蓄積することのできる最大の電荷量以下となる場合にのみ、前記スミア抑制駆動を実施する撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
請求項１又は２記載の撮像素子の駆動方法であって、
本撮像の前に行われる事前撮像によって前記撮像素子から出力される撮像信号からスミアが発生しているか否かを判定し、スミアが発生していた場合にのみ前記スミア抑制駆動を実施する撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを含む撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、
前記撮像素子が、前記垂直電荷転送路上方に前記垂直方向に配列され、前記垂直電荷転送路における電荷転送動作を制御するための転送電極を有し、
前記駆動手段が、前記電荷を前記水平電荷転送路で転送する水平転送期間における前記垂直電荷転送路にある電荷の待機場所が、前記複数種類の光電変換素子のうち、検出波長が最も短波長側にある光電変換素子に隣接する前記転送電極以外の転送電極下方の前記垂直電荷転送路となるように、前記転送電極に転送パルスを印加して前記電荷を転送する駆動であるスミア抑制駆動を行う撮像装置。
【請求項８】
請求項７記載の撮像装置であって、
前記複数種類の光電変換素子が、赤色の波長域の光を検出する光電変換素子と、緑色の波長域の光を検出する光電変換素子と、青色の波長域の光を検出する光電変換素子とである撮像装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の撮像装置であって、
前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いて制御する第一の撮影モードと、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いずに電子シャッタのみで制御する第二の撮影モードとが選択可能であり、
前記駆動手段が、前記第二の撮影モードで撮影を行う場合にのみ前記スミア抑制駆動を実施する撮像装置。
【請求項１０】
請求項７又は８記載の撮像装置であって、
前記駆動手段が、前記光電変換素子の飽和容量が前記スミア抑制駆動を行ったときに前記待機場所に蓄積することのできる最大の電荷量以下となる場合にのみ、前記スミア抑制駆動を実施する撮像装置。
【請求項１１】
請求項７又は８記載の撮像装置であって、
前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いて制御する第一の撮影モードと、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いずに電子シャッタのみで制御する第二の撮影モードとが選択可能であり、
前記駆動手段が、前記第二の撮影モードで撮影を行う場合で且つ前記光電変換素子の飽和容量が前記スミア抑制駆動を行ったときに前記待機場所に蓄積することのできる最大の電荷量以下となる場合にのみ、前記スミア抑制駆動を実施する撮像装置。
【請求項１２】
請求項７又は８記載の撮像装置であって、
本撮像の前に行われる事前撮像によって前記撮像素子から出力される撮像信号からスミアが発生しているか否かを判定するスミア発生有無判定手段を備え、
前記駆動手段が、前記スミア発生有無判定手段によりスミアが発生していると判定された場合にのみ前記スミア抑制駆動を実施する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサを搭載するデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、メカニカルシャッタを用いないで撮影を行ったときに、ＣＣＤ特有の現象であるスミアの発生が問題となる。特許文献１には、スミアを除去する方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】実公平６−４１４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された方法では、スミア除去のためにラインメモリや加減算器が必要となり、撮像装置システム全体でのコストアップ及び実装面積増といった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、特別な回路を追加することなくスミアの影響を少なくすることが可能な撮像素子の駆動方法及び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】
【０００６】
本発明の撮像素子の駆動方法は、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する撮像素子の駆動方法であって、前記撮像素子は、前記垂直電荷転送路上方に前記垂直方向に配列され、前記垂直電荷転送路における電荷転送動作を制御するための転送電極を有し、前記電荷を前記水平電荷転送路で転送する水平転送期間における前記垂直電荷転送路にある電荷の待機場所が、前記複数種類の光電変換素子のうち、検出波長が最も短波長側にある光電変換素子に隣接する前記転送電極以外の転送電極下方の前記垂直電荷転送路となるように、前記転送電極に転送パルスを印加して前記電荷を転送する駆動であるスミア抑制駆動を行う。
【０００７】
本発明の撮像素子の駆動方法は、前記撮像素子が、赤色の波長域の光を検出する光電変換素子と、緑色の波長域の光を検出する光電変換素子と、青色の波長域の光を検出する光電変換素子とを有する。
【０００８】
本発明の撮像素子の駆動方法は、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いて制御する第一の撮影モードと、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いずに電子シャッタのみで制御する第二の撮影モードとが選択可能な場合に、前記第二の撮影モードで撮影を行う場合にのみ前記スミア抑制駆動を実施する。
【０００９】
本発明の撮像素子の駆動方法は、前記光電変換素子の飽和容量が、前記スミア抑制駆動を行ったときに前記待機場所に蓄積することのできる最大の電荷量以下となる場合にのみ、前記スミア抑制駆動を実施する。
【００１０】
本発明の撮像素子の駆動方法は、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いて制御する第一の撮影モードと、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いずに電子シャッタのみで制御する第二の撮影モードとが選択可能な場合に、前記第二の撮影モードで撮影を行う場合で且つ前記光電変換素子の飽和容量が前記スミア抑制駆動を行ったときに前記待機場所に蓄積することのできる最大の電荷量以下となる場合にのみ、前記スミア抑制駆動を実施する。
【００１１】
本発明の撮像素子の駆動方法は、本撮像の前に行われる事前撮像によって前記撮像素子から出力される撮像信号からスミアが発生しているか否かを判定し、スミアが発生していた場合にのみ前記スミア抑制駆動を実施する。
【００１２】
本発明の撮像装置は、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを含む撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、前記撮像素子が、前記垂直電荷転送路上方に前記垂直方向に配列され、前記垂直電荷転送路における電荷転送動作を制御するための転送電極を有し、前記駆動手段が、前記電荷を前記水平電荷転送路で転送する水平転送期間における前記垂直電荷転送路にある電荷の待機場所が、前記複数種類の光電変換素子のうち、検出波長が最も短波長側にある光電変換素子に隣接する前記転送電極以外の転送電極下方の前記垂直電荷転送路となるように、前記転送電極に転送パルスを印加して前記電荷を転送する駆動であるスミア抑制駆動を行う。
【００１３】
本発明の撮像装置は、前記複数種類の光電変換素子が、赤色の波長域の光を検出する光電変換素子と、緑色の波長域の光を検出する光電変換素子と、青色の波長域の光を検出する光電変換素子とである。
【００１４】
本発明の撮像装置は、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いて制御する第一の撮影モードと、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いずに電子シャッタのみで制御する第二の撮影モードとが選択可能であり、前記駆動手段が、前記第二の撮影モードで撮影を行う場合にのみ前記スミア抑制駆動を実施する。
【００１５】
本発明の撮像装置は、前記駆動手段が、前記光電変換素子の飽和容量が前記スミア抑制駆動を行ったときに前記待機場所に蓄積することのできる最大の電荷量以下となる場合にのみ、前記スミア抑制駆動を実施する。
【００１６】
本発明の撮像装置は、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いて制御する第一の撮影モードと、前記撮像素子の露光期間をメカニカルシャッタを用いずに電子シャッタのみで制御する第二の撮影モードとが選択可能であり、前記駆動手段が、前記第二の撮影モードで撮影を行う場合で且つ前記光電変換素子の飽和容量が前記スミア抑制駆動を行ったときに前記待機場所に蓄積することのできる最大の電荷量以下となる場合にのみ、前記スミア抑制駆動を実施する。
【００１７】
本発明の撮像装置は、本撮像の前に行われる事前撮像によって前記撮像素子から出力される撮像信号からスミアが発生しているか否かを判定するスミア発生有無判定手段を備え、前記駆動手段が、前記スミア発生有無判定手段によりスミアが発生していると判定された場合にのみ前記スミア抑制駆動を実施する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特別な回路を追加することなくスミアの影響を少なくすることが可能な撮像素子の駆動方法及び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】
【００１９】
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。
【００２０】
（第一実施形態）
第一実施形態で説明する撮像素子は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載して用いることができる。以下に、撮像素子を搭載した撮像装置の一例であるデジタルカメラの構成について説明する。
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、撮影レンズ１の全面に設けられた開閉可能なメカニカルシャッタＭＳと、ＣＣＤ型の撮像素子５と、撮影レンズ１と撮像素子５と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。
【００２１】
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。
【００２２】
又、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して撮像素子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。
【００２３】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
このデジタルカメラは、メカニカルシャッタＭＳを用いて撮像素子５の露光期間を制御して撮影を行う第一の撮影モード（例えば静止画撮影モード）と、メカニカルシャッタＭＳを用いずに電子シャッタのみを用いて撮像素子５の露光期間を制御して撮影を行う第二の撮影モード（例えば動画撮影モード）とが少なくとも設定可能となっている。
【００２６】
図２は、図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子の一構成例を示す平面模式図である。
図２に示す撮像素子は、半導体基板内の垂直方向とこれに直交する水平方向に二次元状に配列されたシリコンフォトダイオードからなる多数の光電変換素子５１と、多数の光電変換素子５１の各々で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路５２と、複数本の垂直電荷転送路５２を転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送路５３と、水平電荷転送路５３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部５４とを備える。
【００２７】
多数の光電変換素子５１は、赤色の波長域の光（Ｒ光）を検出するＲ光電変換素子（図２では“Ｒ”の文字を記してある）と、緑色の波長域の光（Ｇ光）を検出するＧ光電変換素子（図２では“Ｇ”の文字を記してある）と、青色の波長域の光（Ｂ光）を検出するＢ光電変換素子（図２では“Ｂ”の文字を記してある）との３種類の光電変換素子からなる。
【００２８】
多数の光電変換素子５１の配列は、Ｒ光電変換素子５１とＢ光電変換素子５１を正方格子状に配列した光電変換素子群と、Ｇ光電変換素子５１を正方格子状に配列した光電変換素子群とを、それぞれの光電変換素子配列ピッチの１／２だけ垂直方向及び水平方向にずらした、いわゆるハニカム配列となっている。
【００２９】
垂直電荷転送路５２は、垂直方向に並ぶ複数の光電変換素子５１からなる光電変換素子列に対応してその右側部に設けられており、対応する光電変換素子列の各光電変換素子５１で発生した電荷を垂直方向に転送する。垂直電荷転送路５２と、それに対応する光電変換素子５１との間には、該光電変換素子５１で発生した電荷を該垂直電荷転送路５２に読み出すための電荷読出し部５６（図では模式的に矢印で示してある）が設けられている。
【００３０】
垂直電荷転送路５２上方には、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が垂直方向に配列されている。この転送電極Ｖ１〜Ｖ４に例えば４相の転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給されることで、垂直電荷転送路５２での電荷転送動作が制御される。転送電極Ｖ１，Ｖ３は、それぞれ、光電変換素子５１に対応して設けられた電荷読出し部５６も覆っており、ここにハイレベルの読み出しパルスを印加することで、各光電変換素子５１から垂直電荷転送路５２への電荷読み出し動作を制御することができる。転送パルスは、ハイ（Ｈ）レベル（例えば１５Ｖ）と、ミドル（Ｍ）レベル（例えば０Ｖ）と、ロー（Ｌ）レベル（例えば−８Ｖ）の３つの状態をとることができる。
【００３１】
撮像素子駆動部１０は、電荷を水平電荷転送路５３で転送する水平転送期間における垂直電荷転送路５２にある電荷の待機場所が、多数の光電変換素子５１のうち、検出波長が最も短波長側にある光電変換素子（Ｂ光電変換素子）に隣接する転送電極（Ｖ２，Ｖ３）以外の転送電極（Ｖ１，Ｖ２）下方の垂直電荷転送路５２となるように、転送電極Ｖ１〜Ｖ４に転送パルスを印加して電荷を転送する駆動であるスミア抑制駆動を、第二の撮影モードにおいて実施する。以下、このスミア抑制駆動について詳細に説明する。
【００３２】
図３は、スミア抑制駆動時に撮像素子駆動部１０から撮像素子５に供給される転送パルスのタイミングチャートである。
第二の撮影モードで撮影が行われ、露光期間が終了すると、転送電極Ｖ１，Ｖ３の電位がミドルレベルになり、転送電極Ｖ１，Ｖ３下方の垂直電荷転送路５２にパケットが形成される。その後、転送電極Ｖ１，Ｖ３の電位がハイレベルになって、該パケットに光電変換素子５１から電荷が読み出される。次に、転送パルスが図３のように第一垂直転送期間だけ制御される。この制御により、Ｇ光電変換素子５１から読み出された電荷を蓄積したパケットが、転送電極Ｖ１下方から該転送電極Ｖ１の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ４とその隣の転送電極Ｖ１下方まで転送され、Ｒ光電変換素子５１とＢ光電変換素子５１の各々から読み出された電荷を蓄積したパケットが、転送電極Ｖ３下方から該転送電極Ｖ３の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ４とその隣の転送電極Ｖ１下方まで転送される。
【００３３】
第一垂直転送期間の間に、水平電荷転送路５３に近い２ライン分の光電変換素子５１から読み出された電荷が水平電荷転送路５３へと転送される。そして、水平同期信号ＨＤの立ち上がりによって水平転送期間が開始され、水平電荷転送路５３に例えば２相の転送パルスが印加されて、水平電荷転送路５３に転送された電荷が出力部５４まで転送され、出力部５４からは、転送されてきた電荷に応じた信号が出力される。水平転送期間中、光電変換素子５１から読み出された電荷は、転送電極Ｖ１，Ｖ４下方の垂直電荷転送路５２（図２中の斜線を付した部分）で待機した状態となる。
【００３４】
水平同期信号の立ち下がりによって水平転送期間が終了すると、第二垂直転送期間が開始され、転送電極Ｖ４，Ｖ１下方にあった電荷が、該転送電極Ｖ４，Ｖ１の電荷転送方向下流側隣にある転送電極Ｖ４，Ｖ１下方まで転送される。そして、水平同期信号ＨＤの立ち上がりによって水平転送期間が開始され、水平電荷転送路５３に転送された電荷が出力部５４まで転送され、出力部５４からは、転送されてきた電荷に応じた信号が出力される。
【００３５】
以降、第二垂直転送期間、水平転送期間が交互に繰り返されることで、全光電変換素子５１で発生した電荷に応じた信号が出力部５４から出力され、１フレーム分の撮像が終了する。
【００３６】
第二の撮影モードでは、メカニカルシャッタＭＳを使用しないため、スミアの発生が問題となる。スミアの発生原因としては様々なものがあるが、最も支配的となるのが、光電変換素子５１の表面で発生した電荷が垂直電荷転送路５２に移動してしまうことによるスミアである。一方、図４に示すように、シリコンでは、長波長の光ほど、シリコン表面での光吸収が少なくなり、その分、シリコン深部でも光吸収がなされることが分かっている。言い換えると、短波長の光ほど、シリコン表面での光吸収が多いことが分かっている。つまり、表面での光吸収が多いＢ光電変換素子５１は、Ｒ光電変換素子５１やＧ光電変換素子５１よりも、その表面で発生するスミア電荷が多いということができる。
【００３７】
上述したスミア抑制駆動によれば、水平転送期間中、スミア電荷が最も多くなる短波長の光を検出するＢ光電変換素子５１に隣接する転送電極Ｖ２，Ｖ３以外の転送電極（Ｖ１，Ｖ４）下方の垂直電荷転送路５２に電荷を待機させているため、スミア電荷が多く発生するＢ光電変換素子５１に隣接する転送電極Ｖ２，Ｖ３にはローレベルの転送パルスを印加しておくことができる。スミア電荷はマイナス電荷であるため、転送電極Ｖ２，Ｖ３にマイナス電圧が印加されていることにより、Ｂ光電変換素子５１表面から垂直電荷転送路５２へのスミア電荷の移動が抑制される。Ｒ光電変換素子５１及びＧ光電変換素子５１表面で発生したスミア電荷は、待機させている電荷に混ざってしまう可能性があるが、このスミア電荷の量は、Ｂ光電変換素子５１表面で発生するスミア電荷よりも十分に少ない。このため、水平転送期間中に、Ｂ光電変換素子５１に隣接する転送電極下方を避けて電荷を待機させておくことで、スミアを大幅に減少させることが可能となる。このように、本実施形態のデジタルカメラによれば、特別な回路を付加することなく、駆動方法の変更のみで、スミアを低減することが可能となる。
【００３８】
尚、以上の説明では、垂直電荷転送路５２を４相駆動する例を示したが、これに限らず、例えば８相駆動を採用することも可能である。８相駆動にした場合、一般的な駆動方法であれば、８相のパルスが印加される８つの転送電極のうち、６つの転送電極を電荷蓄積用電極とし、２つの転送電極をバリア用電極として、電荷を転送することができる。このため、６つの転送電極の下方の垂直電荷転送路５２の蓄積容量（蓄積することのできる最大電荷量）分だけ光電変換素子５１の飽和容量（蓄積可能な最大電荷量）を確保することができる。しかし、スミア抑制駆動を採用した場合には、水平転送期間中に電荷を待機させておく場所が限定されるため、光電変換素子５１の飽和容量を十分に確保することができなくなる。
【００３９】
このようなことから、第二の撮影モードであっても、水平転送期間中に電荷を待機させておく電荷蓄積パケットの蓄積容量よりも光電変換素子５１の飽和容量が多い場合には、スミア抑制駆動を実施せずに、従来の一般的な駆動を実施することが好ましい。このようにすることで、光電変換素子５１に蓄積された電荷を無駄なく全て読み出すことができるようになる。
【００４０】
光電変換素子５１の飽和容量は、シリコン基板に印加するオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）電圧の値によって変化させることができる。そこで、水平転送期間中に電荷を待機させておく電荷蓄積パケットの蓄積容量と光電変換素子５１の飽和容量とが同じになるＯＦＤ電圧の値をデジタルカメラ内に保持しておく。そして、第二の撮影モード時、撮像素子駆動部１０は、設定された撮影条件に基づくＯＦＤ電圧の値がカメラ内に保持されている電圧値以上のときにはスミア抑制駆動を実施し、ＯＦＤ電圧の値がカメラ内に保持されている電圧値よりも小さいときには、垂直電荷転送路５２の転送容量を確保した一般的な駆動を実施するようにすれば良い。
【００４１】
又、以上の説明では第二の撮影モードにおいてのみスミア抑制駆動を行うものとしたが、第二の撮影モードに限らず、どの撮影モードにおいても、水平転送期間中に電荷を待機させておく電荷蓄積パケットの蓄積容量よりも光電変換素子５１の飽和容量が多い場合には従来の一般的な駆動を実施し、光電変換素子５１の飽和容量が電荷蓄積パケットの蓄積容量以下である場合にはスミア抑制駆動を実施する構成としても良い。
【００４２】
（第二実施形態）
第一実施形態では、第二の撮影モード時にスミア抑制駆動を行うものとしたが、本実施形態のデジタルカメラは、どの撮影モードであっても、スミアが発生している状況でのみスミア抑制駆動を実施し、スミアが発生していない状況では従来の一般的な駆動を実施する構成となっている。本実施形態のデジタルカメラの全体構成は図１に示した通りである。本実施形態のデジタルカメラのシステム制御部１１は、第一と第二のいずれかの撮影モードに設定された状態で、本撮像の前に行われる事前撮像（オートフォーカス等を行うための撮像や、スルー画像取得のための撮像等）によって撮像素子５から出力される撮像信号からスミアが発生しているか否かを判定する判定機能を有する。本実施形態のデジタルカメラの撮像素子駆動部１０は、上記判定機能によってスミアが発生していると判定された場合にはスミア抑制駆動を実施し、スミアが発生していないと判定された場合には従来の駆動を行う。
【００４３】
スミアが発生しているか否かを判定する方法としては、図５に示すように、撮像素子５の垂直方向の両端に、光電変換素子５１を遮光した上部遮光領域５８と下部遮光領域５９を設けておき、上部遮光領域５８及び下部遮光領域５９の光電変換素子５１から得られた信号に基づいて判定する方法が挙げられる。上部遮光領域５８及び下部遮光領域５９の光電変換素子５１から得られた信号のレベルが図５に示したように局所的に大きい場合には、その部分にてスミアが発生していると考えられるため、システム制御部１１は、この信号をモニタすることで、スミアの発生有無を判定することができる。
【００４４】
このように、スミアが発生しているときのみスミア抑制駆動を実施することで、光電変換素子５１の飽和容量が減少してしまうスミア抑制駆動を必要最小限で実施することができる。このため、光電変換素子５１の飽和容量にあまり制限をかけることなく、スミアを確実に抑制することが可能となる。
【００４５】
（第三実施形態）
本実施形態では、スミア抑制駆動を適用可能な撮像素子の別の構成例と、その構成例の場合のスミア抑制駆動の詳細とについて説明する。本実施形態で説明するデジタルカメラの構成は図１に示したものと同じである。
図６は、第三実施形態のデジタルカメラに搭載される撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。
図６に示す撮像素子は、半導体基板上の垂直方向とこれに直交する水平方向に正方格子状に配列された多数の光電変換素子６１と、垂直方向に並ぶ複数の光電変換素子６１からなる光電変換素子列に対応してその左側部に設けられ、該光電変換素子列の各光電変換素子６１に蓄積された電荷を垂直方向に転送するための垂直電荷転送路６２と、光電変換素子６１に蓄積された電荷を該光電変換素子６１に対応する垂直電荷転送路６２に読み出すための電荷読出し部６３（図中では模式的に矢印で示した）と、垂直電荷転送路６２を転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送路６４と、水平電荷転送路６４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部６５とを備える。
【００４６】
多数の光電変換素子６１の各々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。図６では、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であるＲ光電変換素子６１に“Ｒ”を付し、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であるＧ光電変換素子６１に“Ｇ”を付し、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であるＢ光電変換素子６１に“Ｂ”を付してある。
【００４７】
垂直電荷転送路６２上方には、転送電極Ｖ１〜Ｖ６が垂直方向に配列されており、ここに６相の転送パルスが印加されることで、垂直電荷転送路６２での電荷転送動作が制御される。各光電変換素子６１には３つの転送電極が隣接して設けられている。電荷読出し部６３は、転送電極Ｖ１の下方と転送電極Ｖ４の下方に設けられており、転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ４にハイレベルの読み出しパルスが印加されることで、電荷読み出し動作が制御される。
【００４８】
このように構成された撮像素子をスミア抑制駆動で駆動する際の動作について説明する。
図７は、第三実施形態の撮像素子をスミア抑制駆動で駆動する際の撮像素子駆動部１０から撮像素子に供給される転送パルスのタイミングチャートを示した図である。
露光期間終了後、転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２の電位がミドルレベルとなり、転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２下方の垂直電荷転送路６２にパケットが形成される。その後、転送電極Ｖ１の電位がハイレベルとなって、奇数番目のラインにあるＧ光電変換素子６１及びＢ光電変換素子６１からの電荷が該パケットに蓄積される。次に、転送パルスが期間ｔ１の間制御されて、該パケットが、該Ｇ光電変換素子６１及びＢ光電変換素子６１の電荷転送方向下流側隣にあるＧ光電変換素子６１及びＢ光電変換素子６１に隣接する転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２下方にまで転送される。更に転送パルスが期間ｔ２の間制御されて、該パケットが、該転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５下方にまで転送される。期間ｔ１とｔ２を併せた期間を垂直転送期間という。
【００４９】
この垂直転送期間に、１ライン分の光電変換素子６１から読み出された電荷が水平電荷転送路６４へと転送される。そして、水平同期信号ＨＤの立ち上がりによって水平転送期間が開始され、水平電荷転送路６４に例えば２相の転送パルスが印加されて、水平電荷転送路６４に転送された電荷が出力部６５まで転送され、出力部６５からは、転送されてきた電荷に応じた信号が出力される。水平転送期間中、奇数ラインの光電変換素子６１から読み出された電荷は、転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５下方の垂直電荷転送路６２（図６中の斜線を付した部分）で待機した状態となる。
【００５０】
水平同期信号の立ち下がりによって水平転送期間が終了すると、転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５下方のパケットを該転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５下方まで転送する第二の垂直転送期間が開始される。以降、水平転送期間、第二の垂直転送期間が交互に繰り返されることで、奇数ラインの光電変換素子６１からの電荷に応じた信号が出力部６５から出力され、１フィールド目の読み出しが終了する。
【００５１】
２フィールド目が開始されると、転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５の電位がミドルレベルとなり、転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５下方の垂直電荷転送路６２にパケットが形成される。その後、転送電極Ｖ４の電位がハイレベルとなって、偶数番目のラインにあるＲ光電変換素子６１及びＧ光電変換素子６１からの電荷が該パケットに蓄積される。次に、転送パルスが期間Ｔ１の間制御されて、該パケットが、該Ｒ光電変換素子６１及びＧ光電変換素子６１の各々の電荷転送方向下流側隣のＲ光電変換素子６１及びＧ光電変換素子６１に隣接する転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５下方にまで転送される。更に転送パルスが期間Ｔ２の間制御されて、該パケットが、該転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２下方にまで転送される。期間Ｔ１とＴ２を併せた期間を垂直転送期間という。
【００５２】
この垂直転送期間に、１ライン分の光電変換素子６１から読み出された電荷が水平電荷転送路６４へと転送される。そして、水平同期信号ＨＤの立ち上がりによって水平転送期間が開始され、水平電荷転送路６４に例えば２相の転送パルスが印加されて、水平電荷転送路６４に転送された電荷が出力部６５まで転送され、出力部６５からは、転送されてきた電荷に応じた信号が出力される。水平転送期間中、偶数ラインの光電変換素子６１から読み出された電荷は、転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２下方の垂直電荷転送路６２（図６中の斜線を付していない部分）で待機した状態となる。
【００５３】
水平同期信号の立ち下がりによって水平転送期間が終了すると、転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２下方のパケットを該転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２下方まで転送する第二の垂直転送期間が開始される。以降、水平転送期間、第二の垂直転送期間が交互に繰り返されることで、偶数ラインの光電変換素子６１からの電荷に応じた信号が出力部６５から出力され、２フィールド目の読み出しが終了する。
【００５４】
このように、図６に示した撮像素子構成であっても、２フィールド読みを行うことで、第一実施形態で説明したスミア抑制駆動を実施することができる。
【００５５】
図８は、図６に示した撮像素子においてスミア抑制駆動ではなく、光電変換素子６１の飽和容量を確保した一般的な駆動の例を示したタイミングチャートである。
１フィールド目が開始されると、転送電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の電位がミドルレベルとなり、転送電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３下方の垂直電荷転送路６２にパケットが形成される。その後、転送電極Ｖ１の電位がハイレベルとなって、奇数番目のラインにあるＧ光電変換素子６１及びＢ光電変換素子６１からの電荷が該パケットに蓄積される。次に、転送パルスが垂直転送期間の間制御されて、該パケットが、該転送電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３下方まで転送される。
【００５６】
この垂直転送期間に、１ライン分の光電変換素子６１から読み出された電荷が水平電荷転送路６４へと転送される。そして、水平同期信号ＨＤの立ち上がりによって水平転送期間が開始され、水平電荷転送路６４に例えば２相の転送パルスが印加されて、水平電荷転送路６４に転送された電荷が出力部６５まで転送され、出力部６５からは、転送されてきた電荷に応じた信号が出力される。水平転送期間中、偶数ラインの光電変換素子６１から読み出された電荷は、転送電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３下方の垂直電荷転送路６２で待機した状態となる。
【００５７】
水平同期信号の立ち下がりによって水平転送期間が終了すると、次の垂直転送期間が開始される。以降、水平転送期間、垂直転送期間が交互に繰り返されることで、偶数ラインの光電変換素子６１からの電荷に応じた信号が出力部６５から出力され、１フィールド目の読み出しが終了する。
【００５８】
２フィールド目が開始されると、転送電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の電位がミドルレベルとなり、転送電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６下方の垂直電荷転送路６２にパケットが形成される。その後、転送電極Ｖ４の電位がハイレベルとなって、偶数番目のラインにあるＲ光電変換素子６１及びＧ光電変換素子６１からの電荷が該パケットに蓄積される。次に、転送パルスが垂直転送期間の間制御されて、該パケットが、該転送電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６下方まで転送される。
【００５９】
この垂直転送期間に、１ライン分の光電変換素子６１から読み出された電荷が水平電荷転送路６４へと転送される。そして、水平同期信号ＨＤの立ち上がりによって水平転送期間が開始され、水平電荷転送路６４に例えば２相の転送パルスが印加されて、水平電荷転送路６４に転送された電荷が出力部６５まで転送され、出力部６５からは、転送されてきた電荷に応じた信号が出力される。水平転送期間中、偶数ラインの光電変換素子６１から読み出された電荷は、転送電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６下方の垂直電荷転送路６２で待機した状態となる。
【００６０】
水平同期信号の立ち下がりによって水平転送期間が終了すると、次の垂直転送期間が開始される。以降、水平転送期間、垂直転送期間が交互に繰り返されることで、偶数ラインの光電変換素子６１からの電荷に応じた信号が出力部６５から出力され、２フィールド目の読み出しが終了する。
【００６１】
このような駆動を実施することで、光電変換素子６１の飽和容量を、転送電極５つ分まで確保することができる。
【００６２】
（第四実施形態）
図９は、第四実施形態のデジタルカメラに搭載される撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。図９において図６と同じ構成には同一符号を付してある。本実施形態で説明するデジタルカメラの構成は図１に示したものと同じである。
図９に示す撮像素子は、図６に示す撮像素子において、転送電極Ｖ１〜Ｖ６を転送電極Ｖ１〜Ｖ８に変更したものとなっている。図９の撮像素子は、各光電変換素子６１に２つの転送電極が隣接しており、転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ３と転送電極Ｖ５と転送電極Ｖ７下方にそれぞれ電荷読出し部６３が設けられている。
【００６３】
図１０は、第四実施形態の撮像素子をスミア抑制駆動で駆動する際の転送パルスのタイミングチャートを示した図である。
露光期間終了後、転送電極Ｖ８，Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４の電位がミドルレベルとなり、転送電極Ｖ８，Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４下方の垂直電荷転送路６２にパケットが形成される。その後、転送電極Ｖ１，Ｖ３の電位がハイレベルとなって、光電変換素子６１からの電荷が該パケットに蓄積される。次に、転送パルスが垂直転送期間の間制御されて、該パケットが、転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８下方にまで転送される。
【００６４】
この垂直転送期間に、１ライン分の光電変換素子６１から読み出された電荷が水平電荷転送路６４へと転送される。そして、水平同期信号ＨＤの立ち上がりによって水平転送期間が開始され、水平電荷転送路６４に例えば２相の転送パルスが印加されて、水平電荷転送路６４に転送された電荷が出力部６５まで転送され、出力部６５からは、転送されてきた電荷に応じた信号が出力される。水平転送期間中、光電変換素子６１から読み出された電荷は、転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８下方の垂直電荷転送路６２（図９中の斜線を付した部分）で待機した状態となる。
【００６５】
水平同期信号の立ち下がりによって水平転送期間が終了すると、転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８下方のパケットを該転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８の電荷転送方向下流側隣の転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８下方まで転送する第二の垂直転送期間が開始される。以降、水平転送期間、第二の垂直転送期間が交互に繰り返されることで、２ラインおきの光電変換素子６１からの電荷に応じた信号が出力部６５から出力され、１フレーム分の撮像が終了する。
【００６６】
このように、１光電変換素子に対して２つの転送電極を隣接して設けた構成であっても、１／２間引き読み出しを行うことで、スミア抑制駆動を実施することができる。
【００６７】
尚、以上の実施形態では、撮像素子にそれぞれ異なる波長域の光を検出する３種類の光電変換素子を含まれるものとしたが、これに限らず、撮像素子に含まれる光電変換素子の種類は、２種類や４種類以上であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【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に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子の一構成例を示す平面模式図
【図３】図１に示すデジタルカメラにおいてスミア抑制駆動時に撮像素子駆動部から撮像素子に供給される転送パルスのタイミングチャート
【図４】シリコンの光吸収波長依存性を示した図
【図５】スミアの発生有無を判定する方法を説明した図
【図６】第三実施形態のデジタルカメラに搭載される撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図７】第三実施形態の撮像素子をスミア抑制駆動で駆動する際の撮像素子駆動部から撮像素子に供給される転送パルスのタイミングチャート
【図８】図６に示した撮像素子においてスミア抑制駆動ではなく、光電変換素子の飽和容量を確保した一般的な駆動の例を示したタイミングチャート
【図９】第四実施形態のデジタルカメラに搭載される撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図１０】第四実施形態の撮像素子をスミア抑制駆動で駆動する際の撮像素子駆動部から撮像素子に供給される転送パルスのタイミングチャート
【符号の説明】
【００６９】
５  撮像素子
５１  光電変換素子
５２  垂直電荷転送路
５３  水平電荷転送路
５４  出力部
Ｖ１〜Ｖ４  転送電極
【図１】
2009089075.tif 000003
【図２】
2009089075.tif 000004
【図３】
2009089075.tif 000005
【図４】
2009089075.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009089075.tif 000008
【図７】
2009089075.tif 000009
【図８】
2009089075.tif 000010
【図９】
2009089075.tif 000011
【図１０】
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