(57)【要約】 【課題】ワイドダイナミック駆動をした際にも、ＯＦＤシャッターの高速動作時に画質劣化を起こすことなく、ダイナミックレンジの広い良好な画像信号を簡単に得ることができる固体撮像素子を提供する。【解決手段】行列状に配置された複数のフォトダイオード１１〜１８と、該複数のフォトダイオードの列方向に沿って配置された複数の転送ゲートを含む垂直ＣＣＤ１００とを備え、該各フォトダイオードと、該垂直ＣＣＤ１００における所定数の転送ゲートとが各画素を構成するよう、異なる駆動信号が印加される所定数の転送ゲートを該各フォトダイオードに隣接するよう配置し、隣接する画素が、該転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれ、かつ該隣接する画素での蓄積電荷が同じ転送パケットに同時に読み出されるよう、該転送ゲートにその駆動信号を印加するようにした。【選択図】図１
2009010540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の撮像により画像信号を生成して出力する固体撮像素子であって、
該被写体からの入射光を光電変換し、該光電変換により得られた信号電荷を蓄積する、行列状に配置された複数の受光部と、
該複数の受光部の列方向に沿って配置された複数の転送ゲートを含み、該受光部に蓄積された信号電荷を読み出して、列方向に転送する垂直転送部とを備え、
該各受光部と、該垂直転送部における所定数の転送ゲートとが各画素を構成するよう、異なる駆動信号が印加される所定数の転送ゲートを該各受光部に隣接するよう配置し、
隣接する画素が、該転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれ、かつ該隣接する画素での蓄積電荷が、該垂直転送部に形成される同じ転送パケットに同時に読み出されるよう、該転送ゲートにその駆動信号を印加する、固体撮像素子。
【請求項２】
前記垂直転送部から列方向に転送されてきた信号電荷を受け取り、該垂直転送部からの信号電荷を水平期間周期毎に出力する水平転送部を有する、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記垂直転送部の転送ゲートの配置パターンの周期内に２つ以上の転送パケットが形成される、請求項１まはた２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
記転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれる隣接する画素からその蓄積電荷を同じ転送パケットへ読み出す動作を、１フィールド期間内に２回を行う、請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記１フィールド期間内での２回行う蓄積電荷の読み出し動作のうち、少なくとも短い露光により得られた蓄積電荷の読み出しを、隣接する画素間で同時に行う、請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
記転送ゲートの配置周期内に含まれる隣接する画素からその蓄積電荷を同じ転送パケットへ読み出す動作を、１フィールド期間内に３回以上を行う、請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
被写体の撮像により画像信号を生成して出力する固体撮像素子の駆動方法であって、
該固体撮像素子は、
該被写体からの入射光を光電変換し、該光電変換により得られた信号電荷を蓄積する、行列状に配置された複数の受光部と、
該複数の受光部の列方向に沿って配置された複数の転送ゲートを含み、該受光部に蓄積された信号電荷を読み出して、列方向に転送する垂直転送部とを備え、
該各受光部と、該垂直転送部における所定数の転送ゲートとが各画素を構成するよう、異なる駆動信号が印加される所定数の転送ゲートを該各受光部に隣接するよう配置したものであり、
該固体撮像素子における隣接する画素が、該転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれ、かつ該隣接する画素での蓄積電荷が、該垂直転送部に形成される同じ転送パケットに同時に読み出されるよう、該転送ゲートにその駆動信号を印加する、固体撮像素子の駆動方法。
【請求項８】
前記固体撮像素子は、前記垂直転送部から列方向に転送されてきた信号電荷を受け取り、該垂直転送部からの信号電荷を水平期間周期毎に出力する水平転送部を有する、請求項７に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項９】
前記垂直転送部の転送ゲートの配置パターンの周期内に２つ以上の転送パケットを形成する、請求項７まはた８に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１０】
前記転送ゲートの配置周期内に含まれる隣接する画素からその蓄積電荷を同じ転送パケットへ読み出す動作を、１フィールド期間内に２回を行う、請求項９に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１１】
前記１フィールド期間内での２回行う蓄積電荷の読み出し動作のうち、少なくとも短い露光により得られた蓄積電荷の読み出しを、隣接する画素間で同時に行う、請求項１０に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１２】
記転送ゲートの配置周期内に含まれる隣接する画素からその蓄積電荷を同じ転送パケットへ読み出す動作を、１フィールド期間内に３回以上を行う、請求項９に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子およびその駆動方法、並びに電子情報機器に関し、特に全ての画素の情報を選択して読み出し、画素信号を出力することができるイメージセンサに適用して好適な固体撮像素子およびその駆動方法、並びに電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラや監視カメラが高性能化するに伴い、その主要性能であるダイナミックレンジに関して、ワイドレンジ化を実現するための様々な技術が提案されている。
【０００３】
現在、広いダイナミックレンジを実現する方法としては、例えば、特許文献１で提案されているものがあり、これは、露光時間の長い明るい撮像画面と、露光時間の短い暗い撮像画面の両方を取得し、これら２枚の画面を画像合成処理することにより、広いダイナミックレンジを有する画像信号を得るというものである。
【０００４】
そして、実際に固体撮像素子を、上記のように広いダイナミックレンジを有する画像信号が得られるように駆動する駆動方法としては、特許文献２で提案されているように、露光時間の長い明るい撮像画面の信号電荷と、露光時間の短い暗い撮像画面の信号電荷とを、順次別々の転送パケットに読み出すという手法がある。
【０００５】
図４は、上記特許文献２に開示の駆動方法における蓄積電荷の読み出しを説明する図であり、固体撮像素子の撮像領域における垂直方向の画素配列および転送パケットを模式的に示している。なお、図４中、Ｔは時間軸を示している。
【０００６】
撮像領域２には、被写体からの入射光を光電変換する受光部として、フォトダイオード２１〜２８がこの順に、撮像画面の垂直方向に沿って一列に配列されており、これらのフォトダイオード２１〜２８の列（ＰＤ列）２０に沿って、これらのフォトダイオードから蓄積電荷を読み出して垂直方向に転送する転送ゲート電極（以下、単に転送ゲートという。）が配置されており、これらの転送ゲートは垂直ＣＣＤ２００を構成し、フォトダイオードから読み出した信号電荷を転送する転送パケットＴｐを形成するものである。
【０００７】
具体的には、上記フォトダイオード２１，２２，２３，２４はそれぞれ、Ｃｙ（シアン）画素Ｐ２１，Ｇ（緑）画素Ｐ２２，Ｃｙ（シアン）画素Ｐ２３，Ｍｇ（マゼンタ）画素Ｐ２４を構成するようその上にカラーフィルタが配置されたものである。また、Ｃｙ画素Ｐ２１を形成するフォトダイオード２１に対しては、該Ｃｙ画素Ｐ２１を構成する第１〜第４の転送ゲート２１１〜２１４が設けられており、第１の転送ゲート２１１は、フォトダイオード２１に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ２００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。上記Ｇ画素Ｐ２２を形成するフォトダイオード２２に対しては、Ｇ画素Ｐ２２を構成する第１〜第４の転送ゲート２２１〜２２４が設けられており、第１の転送ゲート２２１は、フォトダイオード２２に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ２００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。上記Ｃｙ画素Ｐ２３を構成するフォトダイオード２３に対しては、該Ｃｙ画素Ｐ２３を構成する第１〜第４の転送ゲート２３１〜２３４が設けられており、第１の転送ゲート２３１は、フォトダイオード２３に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ２００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。上記Ｍｇ画素Ｐ２４を構成するフォトダイオード２４に対しては、該Ｍｇ画素Ｐ２４を構成する第１〜第４の転送ゲート２４１〜２４４が設けられており、第１の転送ゲート２４１は、フォトダイオード２４に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ２００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。
【０００８】
ここで、各画素の第２〜第４の転送ゲートに印加される第２〜第４の駆動信号（以下ＣＣＤ駆動信号ともいう。）ΦＶ２〜ΦＶ４はそれぞれ、Ｃｙ画素、Ｇ画素、およびＭｇ画素に関して同じものであるが、Ｃｙ画素に対応する第１の転送ゲート２１１に印加される第１の駆動信号ΦＶ１Ｂは、Ｇ画素あるいはＭｇ画素に対応する第１の転送ゲート２２１あるいは２４１に印加される第１の駆動信号ΦＶ１Ａとは、フォトダイオードから蓄積電荷を読み出すための読み出しパルスの発生タイミングが異なっている。従って、隣接する画素に対応する８枚の転送ゲートが転送ゲート構成周期、つまり１つの垂直ＣＣＤセルを形成し、転送ゲートの構成周期内には、隣接する２つの画素が存在することとなる。具体的には、上記８枚の転送ゲート２１１〜２１４および２２１〜２２４からなる転送ゲート構成周期Ｐｇｃ内には、Ｃｙ画素Ｐ２１およびＧ画素Ｐ２２が存在し、上記８枚の転送ゲート２３１〜２３４および２４１〜２４４からなる転送ゲート構成周期内には、Ｃｙ画素Ｐ２３およびＭｇ画素Ｐ２４が存在することとなる。
【０００９】
また、上記受光部としてのフォトダイオード２５，２６，２７，２８はそれぞれ、Ｃｙ（シアン）画素Ｐ２５，Ｇ（緑）画素Ｐ２６，Ｃｙ（シアン）画素Ｐ２７，Ｍｇ（マゼンタ）画素Ｐ２８を構成するようその上にカラーフィルタが配置されたものであり、これらのフォトダイオードに対しても、上記フォトダイオード２１、２２、２３、２４と同様に、第１〜第４の転送ゲート２５１〜２５４、２６１〜２６４、２７１〜２７４、２８１〜２８４が設けられている。そして、隣接する２つの画素に対応する８枚の転送ゲートが１つの垂直ＣＣＤセル、つまり転送ゲート構成周期を形成し、該転送ゲートの構成周期Ｐｇｃ内には、隣接する２つの画素が存在することとなる。具体的には、上記８枚の転送ゲート２５１〜２５４および２６１〜２６４からなる転送ゲート構成周期内には、Ｃｙ画素Ｐ２５およびＧ画素Ｐ２６が存在し、上記８枚の転送ゲート２７１〜２７４および２８１〜２８４からなる転送ゲート構成周期内には、Ｃｙ画素Ｐ２７およびＭｇ画素Ｐ２８が存在することとなる。
【００１０】
なお、図４では、説明の都合上、垂直方向に配列された８個の画素のみ示しているが、実際の固体撮像素子では、このような画素（以下受光部画素ともいう。）が行列状に複数配列され、各画素列に沿って配置された複数の垂直ＣＣＤの一端が、水平ＣＣＤにつながっている。
【００１１】
次に動作について説明する。
【００１２】
図５は、上記固体撮像素子にて露光時間の長い撮像画面と露光時間の短い撮像画面を得る動作を説明するタイミングチャートであり、フィールド読み出し方式における奇数フィールド（ＯＤＤ）の蓄積電荷の読出および転送動作を示している。また、図６は、図５に示されているタイミングチャートにおける、露光時間の短い撮像画面の蓄積電荷を読み出すときの動作波形を拡大して示している。
【００１３】
なお、図５では、説明の都合上、垂直ブランキング期間Ｖｂｋ、およびその前後の垂直映像期間の動作波形を示しており、ＨＤは水平同期信号、ＶＤは垂直同期信号、ＶＴｐは垂直転送パルスであり、Ｈｓは水平走査期間（水平期間周期）、Ｈｂｋは水平ブランキング期間、Ｈｖｄは水平映像期間である。
【００１４】
上記固体撮像素子に被写体からの光が入射されると、受光部としての各フォトダイオード２１〜２８では、入射光の光電変換、および該光電変換により発生した電荷の蓄積が行われる。そして、該蓄積された電荷（蓄積電荷）が垂直ＣＣＤ２００に読み出さ、該垂直ＣＣＤ２００に読み出された蓄積電荷は、該垂直ＣＣＤにより水平ＣＣＤに転送される。さらに該蓄積電荷は、水平ＣＣＤから水平期間周期で電荷検出部（図示せず）に転送され、該電荷検出部で電圧信号に変換されて、信号出力ＯＳとして外部に出力される。
【００１５】
以下詳述すると、フォトダイオードでは、シャッターパルスＳｐにより、蓄積電荷を読み出すタイミングより所定の時間（蓄積時間）だけ早いタイミングまで、繰り返しリセットされており、一連のシャッターパルスＳｐが終了した時点から、第１の転送ゲートに印加される第１のＣＣＤ駆動信号の読み出しパルスＬｃＢが終了するまでの間に蓄積された蓄積電荷が、つまり、この電荷蓄積時間に相当するシャッタースピードに応じた蓄積電荷が、垂直ＣＣＤ２００に読み出される。
【００１６】
具体的には、初期状態（タイミングｔｊ０）、つまりフィールドの読み出しが行われる直前の状態では、上記第１〜第４のＣＣＤ駆動信号により形成された空の転送パケットＴＰが、複数の受光部画素、つまりＣｙ画素、Ｇ画素、Ｃｙ画素、Ｍｇ画素の順序で繰り返し垂直方向に配列された複数の画素と同数配置されており、このとき、各受光部画素には露光時間の長い方の信号電荷が蓄積された状態にある。
【００１７】
そして、タイミングｔｊ１で、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ｂの読み出しパルスＬｃＢが発生すると、Ｃｙ画素２１，２３，２５，２７の蓄積電荷、つまり蓄積時間ＬＴＢの間に蓄積された信号電荷が、これらの画素に対応する転送パケットＴＰ１に読み出される。
【００１８】
その後、タイミングｔｊ２〜ｔｊ４の間に、第１〜第４のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａ、ΦＶ１Ｂ、およびΦＶ２〜ΦＶ４により、上記転送パケットＴＰ１に読み出された信号電荷が、１画素分垂直方向に転送される。
【００１９】
次に、タイミングｔｊ５で、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａの読み出しパルスＬｃＡが発生すると、Ｇ画素２２，Ｍｇ画素２４，Ｇ画素２６，Ｍｇ画素２８の蓄積電荷、つまり蓄積時間ＬＴＡの間に蓄積された信号電荷ＧおよびＭｇが、上記タイミングｔｊ１でＣｙ画素からの信号電荷が読み出された転送パケットＴＰ１に読み出される。
【００２０】
この状態では、各画素に対しては、露光時間の長い方の信号電荷が２画素分混合して存在する転送パケットＴＰ１と、空の転送パケットＴＰ２とが交互に配置されている。
【００２１】
その後、しばらく待機期間が続く。この期間には、フォトダイオードは、シャッターパルスＳｐにより、次に蓄積電荷を読み出すタイミングより所定の時間（蓄積時間）だけ早いタイミングｔＯＦＤまで、繰り返しリセットされ、この蓄積時間の間に露光時間の短い方の信号電荷が蓄積される。
【００２２】
タイミングｔｊ６で、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ｂの読み出しパルスＳｃＢが発生すると、Ｃｙ画素２１，２３，２５，２７の蓄積電荷、つまり蓄積時間ＳＴＢの間に蓄積された信号電荷Ｃｙ’が、これらの画素に対応する転送パケットＴＰ２に読み出される。
【００２３】
その後、タイミングｔｊ７〜ｔｊ９の間に、第１〜第４のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａ、ΦＶ１Ｂ、およびΦＶ２〜ΦＶ４により、上記転送パケットＴＰ２に読み出された信号電荷が、１画素分垂直方向に転送される。
【００２４】
次に、タイミングｔｊ１０で、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａの読み出しパルスＳｃＡが発生すると、Ｇ画素２２，Ｍｇ画素２４，Ｇ画素２６，Ｍｇ画素２８の蓄積電荷、つまり蓄積時間ＳＴＡの間に蓄積された信号電荷Ｇ’およびＭｇ’が、上記タイミングｔｊ６でＣｙ画素からの蓄積電荷が読み出された転送パケットＴＰ２に読み出される。
【００２５】
この状態では、各画素に対しては、露光時間の長い方の信号電荷が２画素分混合して存在する転送パケットＴＰ１と、露光時間の短い方の信号電荷が２画素分混合して存在する転送パケットＴＰ２とが交互に配置されている。
【００２６】
このように、別々の転送パケットに格納された２種類の信号電荷、つまり、長い露光により得られた信号電荷と、短い露光により得られた信号電荷とを順次読み出し、信号処理により画像合成することで、広いダイナミックレンジを有する画像を得ることができる。
【特許文献１】特開平５−１７６２３３号公報
【特許文献２】特開平６−１１３２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、従来の駆動方法では、ＯＦＤシャッター高速化が進むに従って、以下のような不具合が発生する。
【００２８】
まず、ＯＦＤシャッターの基本原理として、ＯＦＤシャッター動作により制御される撮像素子の露光時間は、上述したように、ＯＦＤシャッターパルスが終了した時点ｔＯＦＤ（図６参照）を基準として、受光部画素から前記転送パケットへ蓄積電荷を読み出すための読み出しパルスが終了した時点までの期間によって定義される。ここで、従来の駆動方法を採用した場合には、ＯＦＤシャッターパルスが終了した時点ｔＯＦＤから、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ｂの読み出しパルスＳＣＢが終了した時点ｔΦＶ１Ｂまでの期間ＳＴＢと、ＯＦＤシャッターパルスが終了した時点ｔＯＦＤから、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａの読み出しパルスＳｃＡが終了した時点ｔΦＶ１Ａまでの期間ＳＴＡとの間には、時間的ズレＴｅｒｒが発生ずることになる。露光時間が比較的長い場合は、このような時間的ズレは大きな影響を及ぼすことはない。しかしながら、ＯＦＤシャッター高速化が進むに従って、すなはち、露光時間が短くなってくると、前記の時間的ズレによる影響が無視できなくなる。
【００２９】
つまり、図６に示すとおり、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａによるゲート読み出しにより得られる画像信号は、露光時間がＳＴＡ＝ｔＯＦＤ−ｔΦｖ１Ａであり、また、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ｂによるゲート読み出しにより得られる画像信号は、露光時間がＳＴＢ＝ｔＯＦＤ−ｔΦｖ１Ｂである。この露光時間の誤差Ｔｅｒｒ（＝ｔΦｖ１Ａ−ｔΦｖ１Ｂ）の露光時間に対する割合が、上記第１のＣＣＤ駆動信号により読み出される信号電荷の蓄積時間ＳＴＡやＳＴＢに対して大きくなるほど、画質は劣化、色ずれ、ラインクロール等を引き起こすこととなる。
【００３０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ワイドダイナミック駆動をした際にも、ＯＦＤシャッターの高速動作時に画質劣化を起こすことなく、ダイナミックレンジの広い良好な画像信号を簡単に得ることができる固体撮像素子およびその駆動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】
【００３１】
本発明にかかる固体撮像素子は、被写体の撮像により画像信号を生成して出力する固体撮像素子であって、該被写体からの入射光を光電変換し、該光電変換により得られた信号電荷を蓄積する、行列状に配置された複数の受光部と、該複数の受光部の列方向に沿って配置された複数の転送ゲートを含み、該受光部に蓄積された信号電荷を読み出して、列方向に転送する垂直転送部とを備え、該各受光部と、該垂直転送部における所定数の転送ゲートとが各画素を構成するよう、異なる駆動信号が印加される所定数の転送ゲートを該各受光部に隣接するよう配置し、隣接する画素が、該転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれ、かつ該隣接する画素での蓄積電荷が、該垂直転送部に形成される同じ転送パケットに同時に読み出されるよう、該転送ゲートにその駆動信号を印加するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３２】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記垂直転送部から列方向に転送されてきた信号電荷を受け取り、該垂直転送部からの信号電荷を水平期間周期毎に出力する水平転送部を有することが好ましい。
【００３３】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記垂直転送部の転送ゲートの配置パターンの周期内に２つ以上の転送パケットが形成されることが好ましい。
【００３４】
本発明は、上記固体撮像素子において、記転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれる隣接する画素からその蓄積電荷を同じ転送パケットへ読み出す動作を、１フィールド期間内に２回を行うことが好ましい。
【００３５】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記１フィールド期間内での２回行う蓄積電荷の読み出し動作のうち、少なくとも短い露光により得られた蓄積電荷の読み出しを、隣接する画素間で同時に行うことが好ましい。
【００３６】
本発明は、上記固体撮像素子において、記転送ゲートの配置周期内に含まれる隣接する画素からその蓄積電荷を同じ転送パケットへ読み出す動作を、１フィールド期間内に３回以上を行うことが好ましい。
【００３７】
本発明にかかる固体撮像素子の駆動方法は、被写体の撮像により画像信号を生成して出力する固体撮像素子の駆動方法であって、該固体撮像素子は、該被写体からの入射光を光電変換し、該光電変換により得られた信号電荷を蓄積する、行列状に配置された複数の受光部と、該複数の受光部の列方向に沿って配置された複数の転送ゲートを含み、該受光部に蓄積された信号電荷を読み出して、列方向に転送する垂直転送部とを備え、該各受光部と、該垂直転送部における所定数の転送ゲートとが各画素を構成するよう、異なる駆動信号が印加される所定数の転送ゲートを該各受光部に隣接するよう配置したものであり、該固体撮像素子における隣接する画素が、該転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれ、かつ該隣接する画素での蓄積電荷が、該垂直転送部に形成される同じ転送パケットに同時に読み出されるよう、該転送ゲートにその駆動信号を印加するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明は、上記固体撮像素子の駆動方法において、前記固体撮像素子は、前記垂直転送部から列方向に転送されてきた信号電荷を受け取り、該垂直転送部からの信号電荷を水平期間周期毎に出力する水平転送部を有することが好ましい。
【００３９】
本発明は、上記固体撮像素子の駆動方法において、前記垂直転送部の転送ゲートの配置パターンの周期内に２つ以上の転送パケットを形成することが好ましい。
【００４０】
本発明は、上記固体撮像素子の駆動方法において、前記転送ゲートの配置周期内に含まれる隣接する画素からその蓄積電荷を同じ転送パケットへ読み出す動作を、１フィールド期間内に２回を行うことが好ましい。
【００４１】
本発明は、上記固体撮像素子の駆動方法において、前記１フィールド期間内での２回行う蓄積電荷の読み出し動作のうち、少なくとも短い露光により得られた蓄積電荷の読み出しを、隣接する画素間で同時に行うことが好ましい。
【００４２】
本発明は、上記固体撮像素子の駆動方法において、記転送ゲートの配置周期内に含まれる隣接する画素からその蓄積電荷を同じ転送パケットへ読み出す動作を、１フィールド期間内に３回以上を行うことが好ましい。
【００４３】
本発明にかかる電子情報機器は、請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像素子を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００４５】
本発明においては、隣接する画素が、転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれ、かつ該隣接する画素での蓄積電荷が、垂直転送部に形成される同じ転送パケットに同時に読み出されるよう、該転送ゲートにその駆動信号を印加するので、隣接する画素の蓄積電荷を転送パケットに読み出すタイミングがずれることはなく、このため、ＯＦＤシャッターをいくら高速にしても、隣接する画素間での露光時間のズレによる画質劣化を回避することができる。これにより、長い露光により得られる撮像画像と短い露光により得られる撮像画像とを取得する固体撮像素子のワイドダイナミック駆動を行った際にも、短い露光により得られる撮像画像の画質劣化を回避でき、ダイナミックレンジの広い良好な画像信号を簡単に得ることができる。
【発明の効果】
【００４６】
以上により、この発明によれば、ＣＣＤイメージセンサーなどの固体撮像素子をワイドダイナミック動作させた際に、ＯＦＤシャッター高速化に伴って顕著になる画質劣化、つまり色ずれ、ラインクロールなどを発生させることなく、良好な画像信号を得ることができ、デジタルスチルカメラや監視カメラの高性能化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下本発明の実施形態について説明する。
【００４８】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、該固体撮像素子の撮像領域における垂直方向の画素配列および転送パケットを模式的に示している。なお、図中、Ｔは時間軸を示している。
【００４９】
この実施形態１の固体撮像素子の撮像領域１００には、被写体からの入射光を光電変換する受光部として、フォトダイオード１１〜１８がこの順に、撮像画面の垂直方向に沿って一列に配列されており、これらのフォトダイオード１１〜１８の列（ＰＤ列）１０に沿って、これらのフォトダイオードから蓄積電荷を読み出して垂直方向に転送する転送ゲート電極（以下、単に転送ゲートという。）が配置されており、これらの転送ゲートは垂直ＣＣＤ１００を構成し、フォトダイオードから読み出した信号電荷を垂直方向に転送する転送パケットＴｐを形成するものである。
【００５０】
具体的には、上記フォトダイオード１１〜１８は、図４に示す従来のフォトダイオード２１〜２８と同一のものであり、それぞれ、Ｃｙ（シアン）画素Ｐ１１，Ｇ（緑）画素Ｐ１２，Ｃｙ（シアン）画素Ｐ１３，Ｍｇ（マゼンタ）画素Ｐ１４、Ｃｙ（シアン）画素Ｐ１５，Ｇ（緑）画素Ｐ１６，Ｃｙ（シアン）画素Ｐ１７，Ｍｇ（マゼンタ）画素Ｐ１８を構成するよう、その上にカラーフィルタが配置されたものである。
【００５１】
そして、この実施形態１では、Ｃｙ画素Ｐ１１を形成するフォトダイオード１１に対しては、該Ｃｙ画素Ｐ１１を構成する第１〜第４の転送ゲート１１１〜１１４が設けられており、第１の転送ゲート１１１は、フォトダイオード１１に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ１００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。上記Ｇ画素Ｐ１２を形成するフォトダイオード１２に対しては、Ｇ画素Ｐ１２を構成する第１〜第４の転送ゲート１２１〜１２４が設けられており、上記Ｃｙ画素Ｐ１１の第１の転送ゲート１１１に隣接する第４の転送ゲート１２４は、フォトダイオード１２に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ１００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。上記Ｃｙ画素Ｐ１３を構成するフォトダイオード１３に対しては、該Ｃｙ画素Ｐ１３を構成する第１〜第４の転送ゲート１３１〜１３４が設けられており、第１の転送ゲート１３１は、フォトダイオード１３に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ１００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。上記Ｍｇ画素Ｐ１４を構成するフォトダイオード１４に対しては、該Ｍｇ画素Ｐ１４を構成する第１〜第４の転送ゲート１４１〜１４４が設けられており、上記Ｃｙ画素Ｐ１３の第１の転送ゲート１３１と隣接する第４の転送ゲート１４４は、フォトダイオード１４に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ１００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。
【００５２】
ここで、第２および第３の転送ゲートに印加される第２および第３の駆動信号（以下ＣＣＤ駆動信号ともいう。）ΦＶ２およびΦＶ３は、Ｃｙ画素に対応するものとＧ画素に対応するものとＭｇ画素に対応するものとで同じものである。また、第１の転送ゲートに印加される第１の駆動信号（以下ＣＣＤ駆動信号ともいう。）ΦＶ１Ｂおよび第４の転送ゲートに印加される第４の駆動信号（以下ＣＣＤ駆動信号ともいう。）ΦＶ４Ａは、Ｇ画素に対応するものとＭｇ画素に対応するものとで同じである。
【００５３】
また、Ｇ画素およびＭｇ画素の第１の転送ゲートに印加される第１の駆動信号ΦＶ１Ｂと、Ｃｙ画素の第１の転送ゲートに印加される第１の駆動信号ΦＶ１Ａとは、第１の駆動信号ΦＶ１Ｂが読み出しパルスを含まず、第１の駆動信号ΦＶ１Ａが読み出しパルスＳｃＡ１を含む点で異なっている。また、Ｇ画素およびＭｇ画素の第４の転送ゲートに印加される第４の駆動信号ΦＶ４Ａと、Ｃｙ画素の第４の転送ゲートに印加される第４の駆動信号ΦＶ１Ｂとは、第４の駆動信号ΦＶ４Ａが読み出しパルスＳｃＡ４を含み、第４の駆動信号ΦＶ４Ｂが読み出しパルスを含まない点で異なっている。
【００５４】
そして、隣接する２つの画素に対応する８枚の転送ゲートが１つの垂直ＣＣＤセルを構成し、転送ゲートの構成周期Ｐｇｃ内には、隣接する２つの画素が存在することとなる。具体的には、上記８枚の転送ゲート１１１〜１１４および１２１〜１２４からなる転送ゲート構成周期内には、Ｃｙ画素Ｐ１１およびＧ画素Ｐ１２が存在し、上記８枚の転送ゲート１３１〜１３４および１４１〜１４４からなる転送ゲート構成周期内には、Ｃｙ画素Ｐ１３およびＭｇ画素Ｐ１４が存在することとなる。
【００５５】
また、上記フォトダイオード１５，１６，１７，１８に対しても、上記フォトダイオード１１、１２、１３、１４と同様に、第１〜第４の転送ゲート１５１〜１５４、１６１〜１６４、１７１〜１７４、１８１〜１８４が設けられている。
【００５６】
つまり、Ｃｙ画素Ｐ１５を形成するフォトダイオード１５に対しては、該Ｃｙ画素Ｐ１５を構成する第１〜第４の転送ゲート１５１〜１５４が設けられており、第１の転送ゲート１５１は、フォトダイオード１５に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ１００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。上記Ｇ画素Ｐ１６を形成するフォトダイオード１６に対しては、Ｇ画素Ｐ１６を構成する第１〜第４の転送ゲート１６１〜１６４が設けられており、上記Ｃｙ画素Ｐ１５の第１の転送ゲート１５１に隣接する第４の転送ゲート１６４は、フォトダイオード１６に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ１００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。
【００５７】
上記Ｃｙ画素Ｐ１７を構成するフォトダイオード１７に対しては、該Ｃｙ画素Ｐ１７を構成する第１〜第４の転送ゲート１７１〜１７４が設けられており、第１の転送ゲート１７１は、フォトダイオード１７に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ１００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。上記Ｍｇ画素Ｐ１８を構成するフォトダイオード１８に対しては、該Ｍｇ画素Ｐ１８を構成する第１〜第４の転送ゲート１８１〜１８４が設けられており、上記Ｃｙ画素Ｐ１７の第１の転送ゲート１７１と隣接する第４の転送ゲート１８４は、フォトダイオード１８に蓄積された蓄積電荷を垂直ＣＣＤ１００に読み出す読み出しゲートも兼ねている。
【００５８】
ここで、第２および第３の転送ゲートに印加される第２および第３の駆動信号（以下ＣＣＤ駆動信号ともいう。）ΦＶ２およびΦＶ３は、Ｃｙ画素に対応するものとＧ画素に対応するものとＭｇ画素に対応するものとで同じものである。また、第１の転送ゲートに印加される第１の駆動信号（以下ＣＣＤ駆動信号ともいう。）ΦＶ１Ｂおよび第４の転送ゲートに印加される第４の駆動信号（以下ＣＣＤ駆動信号ともいう。）ΦＶ４Ａは、Ｇ画素に対応するものとＭｇ画素に対応するものとで同じである。
【００５９】
また、Ｇ画素およびＭｇ画素の第１の転送ゲートに印加される第１の駆動信号ΦＶ１Ｂと、Ｃｙ画素の第１の転送ゲートに印加される第１の駆動信号ΦＶ１Ａとは、第１の駆動信号ΦＶ１Ｂが読み出しパルスを含まず、第１の駆動信号ΦＶ１Ａが読み出しパルスＳｃＡ１を含む点で異なっている。また、Ｇ画素およびＭｇ画素の第４の転送ゲートに印加される第４の駆動信号ΦＶ４Ａと、Ｃｙ画素の第４の転送ゲートに印加される第４の駆動信号ΦＶ１Ｂとは、第４の駆動信号ΦＶ４Ａが読み出しパルスＳｃＡ４を含み、第４の駆動信号ΦＶ４Ｂが読み出しパルスを含まない点で異なっている。
【００６０】
そして、隣接する２つの画素に対応する８枚の転送ゲートが１つの垂直ＣＣＤセルを構成し、転送ゲートの構成周期Ｐｇｃ内には、隣接する２つの画素が存在することとなる。具体的には、上記８枚の転送ゲート１５１〜１５４および１６１〜１６４からなる転送ゲート構成周期内には、Ｃｙ画素Ｐ１５およびＧ画素Ｐ１６が存在し、上記８枚の転送ゲート１７１〜１７４および１８１〜１８４からなる転送ゲート構成周期内には、Ｃｙ画素Ｐ１７およびＭｇ画素Ｐ１８が存在することとなる。
【００６１】
なお、図１では、説明の都合上、垂直方向に配列された８個の画素をのみ示しているが、実際の固体撮像素子では、このような画素が行列状に複数配列され、各垂直ＣＣＤの一端が、水平ＣＣＤにつながっている。
【００６２】
次に動作について説明する。
【００６３】
図２は、上記固体撮像素子で、露光時間の長い撮像画面と露光時間の短い撮像画面を得る動作を説明するタイミングチャートであり、フィールド読み出し方式における奇数フィールド（ＯＤＤ）の蓄積電荷の読出および転送動作を示している。また、図３は、図２で説明されている露光時間の短い撮像画面を得る時の動作波形を拡大して示している。
【００６４】
なお、図２では、説明の都合上、垂直ブランキング期間Ｖｂｋ、およびその前後の垂直映像期間の動作波形を示しており、ＨＤは水平同期信号、ＶＤは垂直同期信号、ＶＴｐは垂直転送パルスであり、Ｈｓは、水平走査期間、Ｈｂｋは水平ブランキング期間、Ｈｖｄは水平映像期間である。また、図２では、フィールド読み出し方式における偶数フィールド（ＯＤＤ）の蓄積電荷転送動作は示していないが、奇数フィールド（ＯＤＤ）の蓄積電荷転送動作と同様であることは言うまでもない。
【００６５】
上記固体撮像素子に被写体からの光が入射されると、フォトダイオード１１〜１８では、入射光の光電変換、およびこれにより発生した電荷の蓄積が行われる。そして、該蓄積された電荷（蓄積電荷）が垂直ＣＣＤ１００に読み出され、該垂直ＣＣＤ１００に読み出された蓄積電荷は、該垂直ＣＣＤにより水平ＣＣＤ（図示せず）に転送され、さらに、蓄積電荷は該水平ＣＣＤから水平期間周期で、つまり水平走査期間毎に電荷検出部（図示せず）に転送され、該電荷検出部で電圧信号に変換されて、信号出力ＯＳとして外部に出力される。
【００６６】
以下詳述すると、フォトダイオード１１〜１８は、シャッターパルスＳｐにより、蓄積電荷の読み出しタイミングより所定の時間（蓄積時間）だけ早いタイミングまで、繰り返しリセットされている。
【００６７】
そして、フォトダイオード１１、１３、１５、１７では、一連のシャッターパルスＳｐが終了した時点から、第１の転送ゲートに印加される第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａの読み出しパルスＬｃＡ１あるいはＳｃＡ１が終了するまでの間に蓄積された蓄積電荷が、つまり、この電荷蓄積時間に相当するシャッタースピードに応じた蓄積電荷が、垂直ＣＣＤ１００に読み出される。
【００６８】
また、フォトダイオード１２、１４、１６、１８では、一連のシャッターパルスＳｐが終了した時点から、第４の転送ゲートに印加される第４のＣＣＤ駆動信号ΦＶ４Ａの読み出しパルスＬｃＡ４あるいはＳｃＡ４が終了するまでの間に蓄積された蓄積電荷が、つまり、この電荷蓄積時間に相当するシャッタースピードに応じた蓄積電荷が、垂直ＣＣＤ１００に読み出される。
【００６９】
具体的には、初期状態（タイミングｔ０）、つまりフィールドの読み出しが行われる直前の状態では、上記第１〜第４のＣＣＤ駆動信号により形成された空の転送パケットＴＰが、受光部画素、つまりＣｙ画素、Ｇ画素、Ｃｙ画素、Ｍｇ画素の順序で繰り返し垂直方向に配列された画素と同数配置されており、このとき転送パケットＴＰは２画素分にまたがるように配置され、さらに各々の画素の読み出しゲートが必ず前記転送パケットに接するように配置される。
【００７０】
例えば、隣接するＣｙ画素Ｐ１１及びＧ画素Ｐ１２に対しては、１つの転送パケットが、Ｃｙ画素Ｐ１１の読み出しゲートを兼ねる転送ゲート１１１と、Ｇ画素Ｐ１２の読み出しゲートを兼ねる転送ゲート１２４とに接するよう配置される。同様に隣接するＣｙ画素Ｐ１３及びＭｇ画素Ｐ１４、Ｃｙ画素Ｐ１５及びＧ画素Ｐ１６、さらにＣｙ画素Ｐ１７及びＭｇ画素Ｐ１８に対しては、１つの転送パケットが両画素の読み出しゲートを兼ねる転送ゲートに接するよう配置される。このとき、受光部画素には露光時間の長い方の信号電荷が蓄積された状態にある。
【００７１】
そして、タイミングｔ１で、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａの読み出しパルスＬｃＡ１と、第４のＣＣＤ駆動信号ΦＶ４Ａの読み出しパルスＬｃＡ４とが発生すると、Ｃｙ画素１１，１３，１５，１７の蓄積電荷、つまり蓄積時間ＬＴの間に蓄積された信号電荷と、これらの画素に隣接するＧ画素１２，Ｍｇ画素１４，Ｇ画素１６，Ｍｇ画素１８の蓄積電荷、つまり蓄積時間ＬＴの間に蓄積された信号電荷とが、これらの隣接する画素にまたがる１つの転送パケットＴＰ１に読み出される。
【００７２】
つまり、隣接するＣｙ画素１１及びＧ画素１２の蓄積電荷Ｃｙ及びＧが、これらにまたがる転送パケットＴＰ１に読み出され、隣接するＣｙ画素１３及びＭｇ画素１４の蓄積電荷Ｃｙ及びＭｇが、これらにまたがる転送パケットＴＰ１に読み出され、隣接するＣｙ画素１５及びＧ画素１６の蓄積電荷Ｃｙ及びＧが、これらにまたがる転送パケットＴＰ１に読み出され、隣接するＣｙ画素１７及びＭｇ画素１８の蓄積電荷Ｃｙ及びＭｇが、これらにまたがる転送パケットＴＰ１に読み出される。
【００７３】
その後、タイミングｔｊ２〜ｔｊ４の間に、上記ＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａ、ΦＶ１Ｂ、ΦＶ２、ΦＶ３、ΦＶ４Ａ、及びΦＶ４Ｂにより、上記各転送パケットＴＰ１に読み出された信号電荷が、１画素分垂直方向に転送される。
【００７４】
このとき、垂直ＣＣＤ１００では、長い露光時間の間蓄積された信号電荷が２画素分混合されて存在する転送パケットＴＰ１と、空の転送パケットＴＰ２とが交互に配置されている。
【００７５】
その後、しばらく待機期間が続く。この期間には、フォトダイオードでは、シャッターパルスＳｐにより、次に蓄積電荷を読み出すタイミングより所定の時間（蓄積時間）だけ早いタイミングｔＯＦＤまで、繰り返しリセットされ、この蓄積時間ＳＴの間に露光時間の短い方の信号電荷が蓄積される。
【００７６】
次に、タイミングｔ５で、第１のＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａの読み出しパルスＳｃＡ１と、第４のＣＣＤ駆動信号ΦＶ４Ａの読み出しパルスＳｃＡ４とが発生すると、Ｃｙ画素１１，１３，１５，１７の蓄積電荷、つまり蓄積時間ＳＴの間に蓄積された信号電荷と、これらの画素に隣接するＧ画素１２，Ｍｇ画素１４，Ｇ画素１６，Ｍｇ画素１８の蓄積電荷、つまり蓄積時間ＳＴの間に蓄積された信号電荷とが、これらの隣接する画素にまたがる１つの転送パケットＴＰ２に読み出される。
【００７７】
つまり、隣接するＣｙ画素１１及びＧ画素１２の蓄積電荷Ｃｙ’及びＧ’が、これらにまたがる転送パケットＴＰ２に読み出され、隣接するＣｙ画素１３及びＭｇ画素１４の蓄積電荷Ｃｙ’及びＭｇ’が、これらにまたがる転送パケットＴＰ２に読み出され、隣接するＣｙ画素１５及びＧ画素１６の蓄積電荷Ｃｙ’及びＧ’が、これらにまたがる転送パケットＴＰ２に読み出され、隣接するＣｙ画素１７及びＭｇ画素１８の蓄積電荷Ｃｙ’及びＭｇ’が、これらにまたがる転送パケットＴＰ２に読み出される。
【００７８】
このとき、垂直ＣＣＤ１００では、長い露光により得られた信号電荷が２画素分混合されて存在する転送パケットＴＰ１と、短い露光により得られた信号電荷が２画素分混合されて存在する転送パケットＴＰ２とが交互に配置されている。
【００７９】
その後、タイミングｔ６〜ｔ８の間に、ＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａ、ΦＶ１Ｂ、ΦＶ２、ΦＶ３、ΦＶ４Ａ及びΦＶ４Ｂにより、上記転送パケットＴＰ１及びＴＰ２に読み出された信号電荷が、１画素分垂直方向に転送される。そして、これらの転送パケットに格納された信号電荷は、水平ＣＣＤ（図示せず）に転送され、該水平ＣＣＤから水平期間周期で電荷検出部（図示せず）に転送され、さらに、これらの信号電荷は該電荷検出部で電圧信号に変換されて出力される。
【００８０】
このように、別々の転送パケットに格納された２種類の信号電荷、つまり、長い露光により得られた信号電荷と、短い露光により得られた信号電荷とを順次読み出し、信号処理により画像合成することで、広いダイナミックレンジを有した画像を得ることができる。
【００８１】
このように本実施形態では、ＯＦＤシャッターパルスが終了した時点ｔＯＦＤからＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａの読み出しパルスＳｃＡ１が終了した時点ｔΦＶ１Ａまでの期間Ｔ１Ａと、ＯＦＤシャッターパルスが終了した時点ｔＯＦＤからＣＣＤ駆動信号ΦＶ４Ａの読み出しパルスＳｃＡ４が終了した時点ｔΦＶ４Ａまでの期間Ｔ４Ａとで、時間的ズレは発生しない。
【００８２】
つまり、図３に示すとおり、ＣＣＤ駆動信号ΦＶ１Ａのゲート読み出しにより得られる画像信号は、露光時間がＴ１Ａ＝ｔＯＦＤ−ｔΦｖ１Ａであり、ＣＣＤ駆動信号ΦＶ４Ａのゲート読み出しにより得られる画像信号は、露光時間がＴ４Ａ＝ｔＯＦＤ−ｔΦｖ４Ａである。このように、隣接する画素の読み出しゲートに、同時に読み出しパルスを印加することが可能なため、０＝ｔΦｖ１Ａ−ｔΦｖ４Ａの読み出しタイミングで駆動させた場合には、各々の受光部画素の露光時間は正確に等しく設定される。これにより、ＯＦＤシャッターをいくら高速化にしても、隣接する画素間での露光時間ズレによる画質は劣化は発生しない。
【００８３】
このように本実施形態では、隣接する画素が、転送ゲートの配置パターンの周期内に含まれ、かつ該隣接する画素での蓄積電荷が、該垂直転送部に形成される同じ転送パケットに同時に読み出されるよう、該転送ゲートにその駆動信号を印加するので、隣接する画素の蓄積電荷を転送パケットに読み出すタイミングがずれることはなく、このため、ＯＦＤシャッターをいくら高速にしても、隣接する画素間での露光時間のズレによる画質劣化を回避することができる。これにより、ＣＣＤイメージセンサーなどの固体撮像素子に、長い露光により得られる撮像画像と短い露光により得られる撮像画像とを取得するワイドダイナミック動作を行わせた際に、ＯＦＤシャッター高速化に伴って顕著になる、短い露光により得られる撮像画像の画質劣化、つまり色ずれ、ラインクロールなどを発生させることなく、良好な画像信号を得ることができ、デジタルスチルカメラや監視カメラの高性能化を図ることができる。
【００８４】
なお、上記実施形態では、１フィールド期間内に２回の読み出し動作を行う場合を示したが、１フィールド期間内に３回以上の読み出し動作を行うようにしてもよい。
【００８５】
また、受光部での短い露光により得られた蓄積電荷、及び受光部での長い露光により得られた蓄積電荷の両方とも、隣接する画素間で同時に垂直ＣＣＤに読み出す場合を示したが、受光部での長い露光により得られた蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読み出しは、隣接する画素間で同時に行わなくてもよい。
（実施形態２）
なお、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、上記実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００８６】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、カメラ付き携帯電話やディジタルスチルカメラ、あるいは監視カメラ等に用いる固体撮像素子であって、特に、長い露光により得られた信号電荷と、短い露光により得られた信号電荷とを順次読み出し、これらの信号電荷を信号処理により画像合成することで、広いダイナミックレンジを有する画像信号を得る固体撮像素子及びその駆動方法の分野において、ワイドダイナミック駆動をした際にも、ＯＦＤシャッターの高速動作時に画質劣化を起こすことなく、ダイナミックレンジの広い良好な画像信号を簡単に得ることができる固体撮像素子およびその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の画素構造および駆動例を説明する図であり、該固体撮像素子の撮像領域における垂直方向の画素配列、および転送パケットによる信号電荷の転送を模式的に示している。
【図２】図２は、上記実施形態１の固体撮像素子の動作タイミングを説明する信号波形図であり、フィールド読み出し方式における奇数フィールド（ＯＤＤ）の蓄積電荷の読み出しおよび転送動作を示している。
【図３】図３は、図２に示す信号波形の、短い露光により得られた蓄積電荷の読み出す際の動作波形を拡大して示す図である。
【図４】図４は、特許文献２に開示の駆動方法における蓄積電荷の読み出しを説明する図であり、固体撮像素子の撮像領域における垂直方向の画素構造および駆動例を模式的に示している。
【図５】図５は、上記特許文献２に開示の従来の固体撮像素子の動作を説明するタイミングチャートを示す図であり、露光時間の長い撮像画面と露光時間の短い撮像画面を得る動作を示している。
【図６】図６は、図５に示す信号波形の、短い露光により得られた蓄積電荷を読み出す際の動作波形を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  撮像領域
１０  フォトダイオード列（ＰＤ列）
１１〜１８  画素
１００  垂直ＣＣＤ
１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１〜１３４、１４１〜１４４、１５１〜１５４、１６１〜１６４、１７１〜１７４、１８１〜１８４  転送ゲート
Ｐ１１〜Ｐ１８  画素
Ｈｂｋ  水平ブランキング期間
ＨＤ  水平同期信号
Ｈｓ  水平走査期間
Ｈｖｄ  水平映像期間
ＬｃＡ１、ＬｃＡ４、ＳｃＡ１、ＳｃＡ４  読み出しパルス
ＬＴＡ、ＳＴＡ  蓄積時間
Ｖｂｋ  垂直ブランキング期間
ＶＤ  垂直同期信号
ΦＶ１Ａ、ΦＶ１Ｂ、ΦＶ２、ΦＶ３、ΦＶ４Ａ、ΦＶ４Ｂ  ＣＣＤ駆動信号
【図１】
2009010540.tif 000003
【図２】
2009010540.tif 000004
【図３】
2009010540.tif 000005
【図４】
2009010540.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009010540.tif 000008