(57)【要約】【課題】光電変換素子の露光時間を制御して２種類の撮像信号を同時に得ることができる固体撮像素子を搭載する撮像装置であって、該撮像信号に含まれるノイズを減らすことが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像素子５は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂよりも露光時間が短く制御される光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂとを備える。撮像素子駆動部１０は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間中に、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始を制御する。撮像素子駆動部１０は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光開始から読み出しパルスの印加までの間、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にローレベルの転送パルスを印加しておく。【選択図】図１
2009055320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、前記固体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、
前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられた前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極と、前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第二の転送電極とを含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
前記第一の転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスと、前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すためのパルスであって前記第一の転送パルスよりも高いレベルの読み出しパルスとのいずれかが印加可能であり、
前記第二の転送電極には、前記第一の転送パルスと前記第二の転送パルスとのいずれかが印加可能であり、
前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスを印加し、前記読み出しパルスの停止を以って、前記第二の光電変換素子の露光を開始する駆動を行うものであり、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記駆動手段が、前記読み出しパルスを印加してから前記第二の光電変換素子の露光期間終了までの間、前記第一の転送電極と前記第二の転送電極とを併せた転送電極のうちの一部に前記第一の転送パルスを印加する撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記一部の転送電極が、前記第一の光電変換素子に隣接する転送電極以外の転送電極、又は、前記第一の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極以外の転送電極の少なくとも一部であり、
前記駆動手段が、前記読み出しパルスを印加してから前記第二の光電変換素子の露光期間終了までの間、少なくとも前記第一の光電変換素子に隣接する転送電極、又は、前記第一の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記第二の転送パルスを印加する撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合、前記読み出しパルスの印加後、前記転送電極に前記第一の転送パルスと前記第二の転送パルスを印加して、前記垂直電荷転送路に存在している電荷を掃き出す駆動を行い、その駆動を終了してから前記第二の光電変換素子の露光期間の終了まで、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する撮像装置。
【請求項５】
半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極と、前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第二の転送電極とを含み、
前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、
前記第一の転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスと、前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すためのパルスであって前記第一の転送パルスよりも高いレベルの読み出しパルスとのいずれかが印加可能であり、
前記第二の転送電極には、前記第一の転送パルスと前記第二の転送パルスとのいずれかが印加可能であり、
前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスを印加し、前記読み出しパルスの停止を以って、前記第二の光電変換素子の露光を開始する駆動を行う駆動ステップを有し、
前記駆動ステップでは、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
請求項５記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記駆動ステップでは、前記読み出しパルスを印加してから前記第二の光電変換素子の露光期間終了までの間、前記第一の転送電極と前記第二の転送電極とを併せた転送電極のうちの一部に前記第一の転送パルスを印加する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
請求項６記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記一部の転送電極が、前記第一の光電変換素子に隣接する転送電極以外の転送電極、又は、前記第一の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極以外の転送電極の少なくとも一部であり、
前記駆動ステップでは、前記読み出しパルスを印加してから前記第二の光電変換素子の露光期間終了までの間、少なくとも前記第一の光電変換素子に隣接する転送電極、又は、前記第一の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記第二の転送パルスを印加する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記駆動ステップでは、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合、前記読み出しパルスの印加後、前記転送電極に前記第一の転送パルスと前記第二の転送パルスを印加して、前記垂直電荷転送路に存在している電荷を掃き出す駆動を行い、その駆動を終了してから前記第二の光電変換素子の露光期間の終了まで、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１回の撮影で低感度の画像データと高感度の画像データとを得て、これらを合成してダイナミックレンジを広げるために、高感度の光電変換素子と低感度の光電変換素子とを有する固体撮像素子が提案されている。光電変換素子に感度差を付ける方法はいろいろあり、例えば、特許文献１には、光電変換素子の露光時間に差をつけることで、感度差をつける方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７５０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のような方法では、光電変換素子に露光時間差をつけるために、一部の光電変換素子の露光期間中に、該一部以外の光電変換素子に読み出しパルスを印加して、その光電変換素子に蓄積されている電荷を読み出すことで、該一部以外の光電変換素子の露光期間を制御している。一般に、シリコン基板とその上方のゲート絶縁膜との界面にはダングリングボンドが存在し、これが発生−再結合中心として電子を発生させる。この発生した電子が光電変換素子に入ると、白傷の原因となる。白傷を低減させるために、現在では、光電変換素子の表面を高濃度のｐ型不純物層で覆う構成がとられることが多い。これにより、界面付近でのホール密度を増加させ、界面で発生した電子を速やかにホールと再結合させることが可能となる。そのため、光電変換素子表面の高濃度ｐ層が十分に機能していれば、白傷の主な発生源は光電変換素子と垂直電荷転送路との間のシリコン基板の領域とゲート絶縁膜との界面となる。
【０００５】
露光時間の長い光電変換素子では、信号量に対するノイズの割合が多くなるため、上記白傷の影響が顕著に現れてしまう。一方、露光時間の短い光電変換素子では、信号量に対するノイズの割合が少ないと共に、露光開始までの間に発生していた白傷が読み出しパルスの印加によってリセットされるために、上記白傷の影響はあまり問題にはならない。このように、露光時間の長い光電変換素子から得られた信号のＳ／Ｎと露光時間の短い光電変換素子から得られた信号のＳ／Ｎとに白傷による差が出てしまうと、両方の信号のそれぞれから生成した画像データを合成して得られる広ダイナミックレンジ画像の品質が劣化してしまう。このため、光電変換素子の露光時間を制御して２種類の撮像信号を同時に得ることができる固体撮像素子においては、この白傷対策が特に重要な課題となる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換素子の露光時間を制御して２種類の撮像信号を同時に得ることができる固体撮像素子を搭載する撮像装置であって、該撮像信号に含まれるノイズを減らす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】
【０００７】
本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体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、前記固体撮像素子は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含み、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられた前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極と、前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第二の転送電極とを含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、前記第一の転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスと、前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すためのパルスであって前記第一の転送パルスよりも高いレベルの読み出しパルスとのいずれかが印加可能であり、前記第二の転送電極には、前記第一の転送パルスと前記第二の転送パルスとのいずれかが印加可能であり、前記駆動手段は、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスを印加し、前記読み出しパルスの停止を以って、前記第二の光電変換素子の露光を開始する駆動を行うものであり、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【０００８】
本発明の撮像装置は、前記駆動手段が、前記読み出しパルスを印加してから前記第二の光電変換素子の露光期間終了までの間、前記第一の転送電極と前記第二の転送電極とを併せた転送電極のうちの一部に前記第一の転送パルスを印加する。
【０００９】
本発明の撮像装置は、前記一部の転送電極が、前記第一の光電変換素子に隣接する転送電極以外の転送電極、又は、前記第一の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極以外の転送電極の少なくとも一部であり、前記駆動手段が、前記読み出しパルスを印加してから前記第二の光電変換素子の露光期間終了までの間、少なくとも前記第一の光電変換素子に隣接する転送電極、又は、前記第一の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【００１０】
本発明の撮像装置は、前記駆動手段が、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合、前記読み出しパルスの印加後、前記転送電極に前記第一の転送パルスと前記第二の転送パルスを印加して、前記垂直電荷転送路に存在している電荷を掃き出す駆動を行い、その駆動を終了してから前記第二の光電変換素子の露光期間の終了まで、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【００１１】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板内の特定方向とこれに直交する方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子と、前記特定方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子列に対応して設けられた前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記特定方向に転送するための電荷転送路と、前記電荷転送路上方に前記特定方向に向かって配列された転送電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記転送電極は、前記光電変換素子列を構成する複数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記各々の光電変換素子から前記電荷転送路への電荷の読み出し及び前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第一の転送電極と、前記電荷転送路での電荷の転送を制御するための第二の転送電極とを含み、前記多数の光電変換素子は、第一の光電変換素子と第二の光電変換素子を含み、前記第二の光電変換素子は、前記第一の光電変換素子よりも露光時間が短く制御されるものであり、前記第一の転送電極には、前記電荷転送路に電荷を蓄積するパケットを形成するための第一の転送パルスと、前記電荷転送路に前記パケットのバリアを形成するための前記第一の転送パルスよりもレベルの低い第二の転送パルスと、前記光電変換素子から前記電荷転送路に電荷を読み出すためのパルスであって前記第一の転送パルスよりも高いレベルの読み出しパルスとのいずれかが印加可能であり、前記第二の転送電極には、前記第一の転送パルスと前記第二の転送パルスとのいずれかが印加可能であり、前記第一の光電変換素子の露光期間中に、前記第二の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記読み出しパルスを印加し、前記読み出しパルスの停止を以って、前記第二の光電変換素子の露光を開始する駆動を行う駆動ステップを有し、前記駆動ステップでは、前記第一の光電変換素子の露光期間開始から前記読み出しパルスを印加するまでの間、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【００１２】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記駆動ステップでは、前記読み出しパルスを印加してから前記第二の光電変換素子の露光期間終了までの間、前記第一の転送電極と前記第二の転送電極とを併せた転送電極のうちの一部に前記第一の転送パルスを印加する。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記一部の転送電極が、前記第一の光電変換素子に隣接する転送電極以外の転送電極、又は、前記第一の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極以外の転送電極の少なくとも一部であり、前記駆動ステップでは、前記読み出しパルスを印加してから前記第二の光電変換素子の露光期間終了までの間、少なくとも前記第一の光電変換素子に隣接する転送電極、又は、前記第一の光電変換素子に対応する前記第一の転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記駆動ステップでは、設定された前記第二の光電変換素子の露光時間が閾値よりも大きい場合、前記読み出しパルスの印加後、前記転送電極に前記第一の転送パルスと前記第二の転送パルスを印加して、前記垂直電荷転送路に存在している電荷を掃き出す駆動を行い、その駆動を終了してから前記第二の光電変換素子の露光期間の終了まで、全ての前記転送電極に前記第二の転送パルスを印加する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光電変換素子の露光時間を制御して２種類の撮像信号を同時に得ることができる固体撮像素子を搭載する撮像装置であって、該撮像信号に含まれるノイズを減らす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】
【００１６】
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。
【００１７】
（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、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、画像合成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。
【００２２】
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Ｙ方向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Ｙ方向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。
【００２３】
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。
【００２４】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子と、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子とは、それぞれ同一構造となっているが、撮像素子駆動部１０によって、それぞれの露光時間が異なるように制御される。本実施形態では、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間が、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間よりも短くなるように制御されるものとする。
【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】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。転送電極Ｖ１には転送パルスφＶ１が印加され、転送電極Ｖ２には転送パルスφＶ２が印加され、転送電極Ｖ３には転送パルスφＶ３が印加され、転送電極Ｖ４には転送パルスφＶ４が印加され、転送電極Ｖ５には転送パルスφＶ５が印加され、転送電極Ｖ６には転送パルスφＶ６が印加され、転送電極Ｖ７には転送パルスφＶ７が印加され、転送電極Ｖ８には転送パルスφＶ８が印加される。
【００２９】
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。
【００３０】
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ウェル層内のｐ型不純物層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。
【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。
【００３２】
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。
【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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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ディアムレベル（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。
【００３７】
次に、このような構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。図３は、第一実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャートである。
操作部１４に含まれるシャッタボタンが半押しされると、システム制御部１１により、自動露出（ＡＥ）処理及び自動焦点調節（ＡＦ）処理が行われ、被写体の撮影に必要なダイナミックレンジの測定が行われる。システム制御部１１は、測定したダイナミックレンジにより、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光時間と、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間とをそれぞれ決定し、決定した露光時間で撮像を行うように撮像素子駆動部１０を制御する。
【００３８】
図３に示すように、デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれＶＬの転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００３９】
光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６に印加される転送パルスがそれぞれＶＭに制御される。そして、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ２，Ｖ６にそれぞれＶＨの読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部５５を介して垂直電荷転送路５４に読み出し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光期間を開始する駆動を行う。
【００４０】
撮像素子駆動部１０は、読み出しパルスの印加後、転送パルスφＶ２，φＶ６をそれぞれＶＭに戻す。メカニカルシャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路５４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送する。これにより、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。
【００４１】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路５４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送する。これにより、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。
【００４２】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて撮影動作が終了する。
【００４３】
以上のような駆動によれば、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間開始から光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光期間開始まで期間、転送電極Ｖ１〜Ｖ８の各々にＶＬの転送パルスが供給されているため、この期間に各光電変換素子と垂直電荷転送路５４との間のシリコン基板５０の領域とこの上方のゲート絶縁膜との界面で発生した電子を、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに移動させることなく、該領域に蓄積しておくことが可能となる。これは、該領域上方の転送電極に極性がマイナスの転送パルスを印加すると、該領域にはホールが蓄積され、このホールと上記界面で発生した電子とが再結合することになり、該領域に電子を蓄積しておくことができるためである。この結果、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂでの白傷を減らすことができる。
【００４４】
又、以上のような駆動によれば、読み出しパルスの印加後は、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６下方の垂直電荷転送路５４にパケットが形成されるため、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光開始から読み出しパルス印加までの間に垂直電荷転送路５４に発生したスミア電荷と、読み出しパルスを印加してから光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間が終了するまでの間に垂直電荷転送路５４に発生したスミア電荷とは、光電変換素子に移動することなく、このパケットに保持される。したがって、スミア電荷が大量発生することによるブルーミングの発生を、このパケットによって抑制することができる。スミア電荷は、露光時間に比例して多くなるため、本実施形態の固体撮像素子のように、長時間露光をする光電変換素子が存在する場合には特に問題となる。このため、読み出しパルスの印加後に垂直電荷転送路５４にパケットを作っておくことがスミア電荷によるブルーミング対策として有効なものとなる。又、以上のような駆動によれば、読み出しパルスの印加前までに光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた不要電荷も、上記スミア電荷と共に上記パケットに保持しておくことができる。
【００４５】
尚、本実施形態では、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光開始から光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始までの間は、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスが印加されているため、この間に発生したスミア電荷によって、ブルーミングが起こる可能性がある。しかし、ブルーミングが発生するほどスミア電荷の量が多くなるのは、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間を極端に短くしない限り、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始後となるため、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始前でのブルーミングの発生の確率は低い。したがって、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始前は、白傷防止のために、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくことが有効となる。
【００４６】
一般的な構成の固体撮像素子において、光電変換素子を長時間露光する場合に、この長時間露光中、垂直電荷転送路上方の電極全てにＶＬの転送パルスを印加する手法は従来から行われているが、この手法では、露光期間中のスミア電荷に起因するブルーミングの発生が懸念される。本実施形態のデジタルカメラによれば、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光時間を、上記従来の固体撮像素子での長時間露光の際の露光時間と同じにしたとしても、読み出しパルス印加後は、それまで発生していたスミア電荷とこれから発生するスミア電荷とが、垂直電荷転送路５４のパケットに保持されるため、ブルーミングの発生する確率を従来よりも大幅に低減することができる。
【００４７】
本実施形態では、撮像素子駆動部１０が、読み出しパルスの印加後、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの白傷を防止するために、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに隣接する転送電極にＶＬの転送パルスを印加し、それ以外の転送電極にＶＭの転送パルスを印加するようにしているが、ＶＬの転送パルスを印加する転送電極を、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに対応する電荷読出し部５５上方にある転送電極Ｖ４，Ｖ８のみとしても、白傷防止の効果を得ることは可能である。
【００４８】
これは、光電変換素子と垂直電荷転送路５４との間の領域には、電荷読出し部５５が存在する部分と、電荷読出し部５５が存在しない部分とがあるが、これらにＶＭの転送パルスを印加したとき、電荷読出し部５５の存在しない部分のポテンシャルは、電荷読出し部５５の存在する部分のポテンシャルよりも低く、電荷読出し部５５の存在しない部分にはホールが若干蓄積されている状態にある。つまり、電荷読出し部５５の存在しない部分には多少の白傷防止効果があるため、転送電極Ｖ４，Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加しておくだけでも、白傷を防止する効果が十分得られるからである。
【００４９】
又、本実施形態では、読み出しパルスの印加後、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６下方の垂直電荷転送路５４にパケットを形成するようにしているが、このパケットは、ＶＬの転送パルスを印加する転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８を除く転送電極下方の垂直電荷転送路５４に少なくとも１つ形成されていれば良く、パケットの形成位置は特に限定されない。つまり、読み出しパルスの印加後、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６のうちの一部にＶＭの転送パルスを印加し、それ以外にはＶＬの転送パルスを印加しておくようにしても良い。又、撮像素子駆動部１０が、読み出しパルスの印加後、転送電極Ｖ４，Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加し、転送電極Ｖ４，Ｖ８以外の転送電極のうちの一部にＶＭの転送パルスを印加し、それ以外にはＶＬの転送パルスを印加するようにしても良い。又、撮像素子駆動部１０が、読み出しパルスの印加後、転送電極Ｖ４，Ｖ８のみにＶＬの転送パルスを印加し、転送電極Ｖ４，Ｖ８以外の転送電極の全てにＶＭの転送パルスを印加するようにしても良い。
【００５０】
又、本実施形態では、読み出しパルスの印加後、白傷防止のために、転送電極Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８又は転送電極Ｖ４，Ｖ８にＶＬの転送パルスを印加するようにしているが、白傷防止という効果を無視するのであれば、ＶＬの転送パルスを印加する転送電極はこれに限定されない。読み出しパルスの印加後は、ブルーミング防止のために、転送電極Ｖ１〜Ｖ８のうちの一部にＶＭの転送パルスを印加してパケットを形成する必要があるため、このパケット形成のための転送パルスが印加されている転送電極以外の転送電極にＶＬの転送パルスを印加しておけば良い。
【００５１】
（第二実施形態）
本実施形態で説明するデジタルカメラの構成は、図１に示したものと同様であるため、図１及び図２を援用して説明する。
以下に、本実施形態のデジタルカメラの撮影動作について説明する。図４は、第二実施形態のデジタルカメラによる撮影時の動作フローを示す図である。
操作部１４に含まれるシャッタボタンが半押しされると（ステップＳ１）、システム制御部１１により、自動露出（ＡＥ）処理（ステップＳ２）及び自動焦点調節（ＡＦ）処理（ステップＳ３）が行われ、被写体の撮影に必要なダイナミックレンジの測定が行われる（ステップＳ４）。システム制御部１１は、測定したダイナミックレンジにより、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光時間と、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間とをそれぞれ決定し、決定した露光時間で撮像を行うように撮像素子駆動部１０を制御する。
【００５２】
次に、システム制御部１１は、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間が閾値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５）。光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間が閾値よりも大きかった場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、第一実施形態で説明した駆動において、読み出しパルスの印加後に、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬの転送パルスとＶＭの転送パルスを印加して、垂直電荷転送路５４に存在している電荷を掃き出し、掃き出しを終了してから光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光期間の終了まで、転送電極Ｖ１〜Ｖ８の全てにＶＬの転送パルスを印加する電荷掃き出し挿入駆動を行う（ステップＳ６）。
【００５３】
以下、電荷掃き出し挿入駆動の詳細について説明する。
図５に示すように、デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれＶＬの転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００５４】
光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６に印加される転送パルスがそれぞれＶＭに制御される。そして、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ２，Ｖ６にそれぞれＶＨの読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部５５を介して垂直電荷転送路５４に読み出し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光期間を開始する駆動を行う。
【００５５】
撮像素子駆動部１０は、読み出しパルスの印加後、転送パルスφＶ２，φＶ６をそれぞれＶＭに戻す。その後、撮像素子駆動部１０は、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にＶＬとＶＭの転送パルスを所定のパターンで印加して、垂直電荷転送路５４に存在していた電荷を水平電荷転送路５７まで転送して掃き出す。電荷の掃き出し終了後、撮像素子駆動部１０は、メカニカルシャッタが閉じるまでの間、転送電極Ｖ１〜Ｖ８にそれぞれＶＬの転送パルスを印加する。以上が、電荷掃き出し挿入駆動の詳細である。
【００５６】
図４の説明に戻り、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間が閾値以下であった場合（ステップＳ５：ＮＯ）、システム制御部１１は、第一実施形態の図３に示した電荷掃き出し挿入なし駆動（読み出しパルスの印加後、メカニカルシャッタが閉じられるまでの間に、φＶ１，φＶ２，φＶ５，φＶ６をＶＭとし、φＶ３，φＶ４，φＶ７，φＶ８をＶＬとする駆動）を行う（ステップＳ７）。
【００５７】
ステップＳ６及びステップＳ７が終了し、メカニカルシャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路５４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送する（ステップＳ８）。これにより、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。
【００５８】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路５４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送する（ステップＳ８）。これにより、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。
【００５９】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し（ステップＳ９）、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて（ステップＳ１０）、撮影動作が終了する。
【００６０】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラは、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間が閾値よりも大きい場合には、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光開始のための読み出しパルスの印加後に、該読み出しパルスによって垂直電荷転送路５４に読み出された電荷と、該読み出しパルスの印加前までに垂直電荷転送路５４に発生していたスミア電荷とを高速に掃き出す駆動を行うものとしている。電荷を掃き出す駆動を挿入することで、電荷の掃き出し後は、垂直電荷転送路５４にブルーミング防止のためのパケットを作っておく必要がなくなるため、電荷掃き出し後の残りの露光期間、転送電極Ｖ１〜Ｖ８の各々にＶＬの転送パルスを印加しておくことが可能となり、この露光期間に発生する白傷を効果的に防止することができる。
【００６１】
又、本実施形態のデジタルカメラは、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間が閾値以下の場合には、第一実施形態で説明した駆動を行うものとしている。上述した電荷掃き出し駆動の挿入は、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間が該電荷掃き出し駆動にかかる時間よりも長くなくては実現することができない。そこで、上記閾値を上記電荷掃き出し駆動にかかる時間とし、光電変換素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの露光時間が閾値以下の場合には電荷掃き出し駆動を行わずに、第一実施形態で説明した駆動を行うようにすることで、撮影条件に応じて最適な駆動を行うことが可能となる。
【００６２】
（第三実施形態）
第一及び第二実施形態では、固体撮像素子５の光電変換素子配列が、ＲＧＢ光電変換素子群とｒｇｂ光電変換素子群とを、行方向Ｘと列方向Ｙに配列ピッチの１／２だけずらした、所謂ハニカム配列である場合を例にしたが、光電変換素子配列はこれに限らず、例えば正方配列であっても構わない。本実施形態では、このような固体撮像素子の別の構成例について説明する。
【００６３】
図６は、図１に示したデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。
図６に示す固体撮像素子５’は、半導体基板上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子６１Ｒ（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６１Ｇ（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６１Ｂ（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、半導体基板上の行方向Ｘとこれに直交するＹ方向とに格子状に配列されたＲ光を検出する光電変換素子６１ｒ（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６１ｇ（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６１ｂ（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の列方向配列ピッチの略１／２だけ、列方向Ｙにずれた位置に配置されている。
【００６４】
ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子と、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子とは、それぞれ同一構造となっているが、撮像素子駆動部１０によって、それぞれの露光時間が異なるように制御される。本実施形態では、ｒｇｂ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間が、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の露光時間よりも短くなるように制御されるものとする。
【００６５】
固体撮像素子５’の光電変換素子の配列は、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒと光電変換素子６１ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるｂｇｒｇ光電変換素子行と、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒと光電変換素子６１Ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるＢＧＲＧ光電変換素子行と、光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１ｒと光電変換素子６１ｇと光電変換素子６１ｂと光電変換素子６１ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるｒｇｂｇ光電変換素子行と、光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｒとからなる光電変換素子行であって、光電変換素子６１Ｒと光電変換素子６１Ｇと光電変換素子６１Ｂと光電変換素子６１Ｇとをこの順番で行方向Ｘに配列した組を、行方向Ｘに繰り返し配列してなるＲＧＢＧ光電変換素子行とを、この順番で列方向Ｙに繰り返し配置したものとなっている。
【００６６】
列方向Ｙに並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子列の右側部には、該光電変換素子列に対応させて、該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６４（図４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６４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。
【００６７】
各光電変換素子と、それに対応する垂直電荷転送路６４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６４に読み出すための電荷読出し部６５が設けられている。電荷読出し部６５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６５は、各光電変換素子に対して同一の位置に設けられている。
【００６８】
垂直電荷転送路６４上方には、垂直電荷転送路６４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。転送電極Ｖ１には転送パルスφＶ１が印加され、転送電極Ｖ２には転送パルスφＶ２が印加され、転送電極Ｖ３には転送パルスφＶ３が印加され、転送電極Ｖ４には転送パルスφＶ４が印加され、転送電極Ｖ５には転送パルスφＶ５が印加され、転送電極Ｖ６には転送パルスφＶ６が印加され、転送電極Ｖ７には転送パルスφＶ７が印加され、転送電極Ｖ８には転送パルスφＶ８が印加される。
【００６９】
転送電極Ｖ１，Ｖ２は、ｂｇｒｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ２は、ｂｇｒｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｂｇｒｇ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、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００７０】
転送電極Ｖ３，Ｖ４は、ＢＧＲＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ４は、ＢＧＲＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＢＧＲＧ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、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００７１】
転送電極Ｖ５，Ｖ６は、ｒｇｂｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ６は、ｒｇｂｇ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ｒｇｂｇ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、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００７２】
転送電極Ｖ７，Ｖ８は、ＲＧＢＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応して設けられている。転送電極Ｖ８は、ＲＧＢＧ光電変換素子行を構成する各光電変換素子に対応する電荷読出し部６５も覆うように形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、ＲＧＢＧ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、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００７３】
垂直電荷転送路６４には、垂直電荷転送路６４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６７が接続され、水平電荷転送路６７には、水平電荷転送路６７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６８が接続されている。
【００７４】
次に、このような構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。
【００７５】
デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれＶＬの転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００７６】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６に印加される転送パルスがそれぞれＶＭに制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ２，Ｖ６にそれぞれＶＨの読み出しパルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出し、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光期間を開始する駆動を行う。
【００７７】
撮像素子駆動部１０は、読み出しパルスの印加後、転送パルスφＶ２，φＶ６をそれぞれＶＭに戻す。メカニカルシャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加して、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’から出力される。
【００７８】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’から出力される。
【００７９】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて撮影動作が終了する。
【００８０】
以上のように、固体撮像素子が図６に示したような構成であっても、第一実施形態と同様の駆動が可能となり、同様の効果を得ることができる。尚、本実施形態においても、第二実施形態で説明したように、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値よりも大きい場合は、読み出しパルスの印加後に電荷の掃き出し駆動を行い、その後、メカニカルシャッタが閉じるまでの間、転送電極Ｖ１〜Ｖ８のそれぞれにＶＬの転送パルスを印加しておくようにしても良い。
【００８１】
（第四実施形態）
図７は、図１に示すデジタルカメラに搭載する固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。
図７に示す固体撮像素子５’’は、図６に示した固体撮像素子において、光電変換素子６１Ｇと、その水平電荷転送路６７とは反対側に隣接する光電変換素子６１ｇとの位置を逆にした構成となっている。又、図６に示した光電変換素子６１Ｇに対応して設けていた電荷読出し部６５の位置を、転送電極Ｖ４下方にあったものは、その転送電極Ｖ４隣の転送電極Ｖ３下方に変更し、転送電極Ｖ８下方にあったものは、その転送電極Ｖ８隣の転送電極Ｖ７下方に変更した構成となっている。更に、図６に示した光電変換素子６１ｒ，６１ｂに対応して設けた電荷読出し部６５の位置を、転送電極Ｖ２下方にあったものは、その転送電極Ｖ２隣の転送電極Ｖ１下方に変更し、転送電極Ｖ６下方にあったものは、その転送電極Ｖ６隣の転送電極Ｖ５下方に変更した構成となっている。
【００８２】
転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ５は、それぞれ、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１ｒ，６１ｂに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００８３】
転送電極Ｖ３と転送電極Ｖ７は、それぞれ、光電変換素子６１ｇに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１ｇに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００８４】
転送電極Ｖ２と転送電極Ｖ６は、それぞれ、光電変換素子６１Ｇに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１Ｇに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００８５】
転送電極Ｖ４と転送電極Ｖ８は、それぞれ、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂに対応する電荷読出し部６５を覆っているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｂに蓄積されている電荷を、その右側部にある垂直電荷転送路６４に読み出すことができる。
【００８６】
次に、このような固体撮像素子５’’を搭載した図１に示す構成のデジタルカメラの撮影動作について説明する。
デジタルカメラに搭載される図示しないメカニカルシャッタが開いている期間に、撮像素子駆動部１０により電子シャッタパルス（ＳＵＢパルス）の供給が停止されて電子シャッタが開の状態になると、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの露光期間が開始される。この露光期間開始時点では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれＶＬの転送パルスが撮像素子駆動部１０から供給される。
【００８７】
光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングの直前になると、撮像素子駆動部１０により、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７に印加される転送パルスがそれぞれＶＭに制御される。そして、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光開始タイミングになると、撮像素子駆動部１０が、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７にそれぞれＶＨの読み出しパルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を電荷読出し部６５を介して垂直電荷転送路６４に読み出し、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光期間を開始する駆動を行う。
【００８８】
撮像素子駆動部１０は、読み出しパルスの印加後、転送パルスφＶ１，φＶ３，φＶ５，φＶ７をそれぞれＶＭに戻す。メカニカルシャッタが閉じられて、光電変換素子の露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８に読み出しパルスを印加して、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’’から出力される。
【００８９】
次に、撮像素子駆動部１０は、転送パルスを制御して、垂直電荷転送路６４に存在している不要電荷の高速掃き出しを行い、電荷の掃き出し終了後、転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７に読み出しパルスを印加して、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷を垂直電荷転送路６４に読み出す。その後は、転送パルスを制御して、読み出した電荷を水平電荷転送路６７まで転送し、水平電荷転送路６７で出力アンプ６８まで転送する。これにより、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに蓄積されていた電荷に応じた信号が固体撮像素子５’’から出力される。
【００９０】
デジタル信号処理部１７は、光電変換素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂから得られた信号によって画像データを生成し、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂから得られた信号によって画像データを生成し、この２つの画像データを合成してダイナミックレンジの広がった合成画像データを生成し、これを圧縮伸張処理部１８に出力する。圧縮伸張処理部１８では、合成画像データの圧縮処理が行われ、圧縮された合成画像データが記録媒体２１に記録されて撮影動作が終了する。
【００９１】
以上のように、固体撮像素子が図６に示したような構成であっても、第一実施形態と同様の駆動が可能となり、同様の効果を得ることができる。尚、本実施形態においても、第二実施形態で説明したように、光電変換素子６１ｒ，６１ｇ，６１ｂの露光時間が閾値よりも大きい場合は、読み出しパルスの印加後に電荷の掃き出し駆動を行い、その後、メカニカルシャッタが閉じるまでの間、転送電極Ｖ１〜Ｖ８のそれぞれにＶＬの転送パルスを印加しておくようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【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】本発明の第一実施形態のデジタルカメラに搭載された固体撮像素子の構成例を示した平面模式図
【図３】本発明の第一実施形態のデジタルカメラによる撮影時の転送パルスのタイミングチャート
【図４】本発明の第二実施形態のデジタルカメラによる撮影時の動作フローを示す図
【図５】本発明の第二実施形態のデジタルカメラが行う電荷掃き出し挿入駆動のタイミングチャート
【図６】本発明の第三実施形態のデジタルカメラに搭載された固体撮像素子の構成例を示した平面模式図
【図７】本発明の第四実施形態のデジタルカメラに搭載された固体撮像素子の構成例を示した平面模式図
【符号の説明】
【００９３】
５  固体撮像素子
５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ  長時間露光用の光電変換素子
５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ  短時間露光用の光電変換素子
１０  撮像素子駆動部
１１  システム制御部
５４  垂直電荷転送路
５５  電荷読出し部
５７  水平電荷転送路
５８  出力アンプ
Ｖ１〜Ｖ８  転送電極
【図１】
2009055320.tif 000003
【図２】
2009055320.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009055320.tif 000006
【図５】
2009055320.tif 000007
【図６】
2009055320.tif 000008
【図７】
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