(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して行方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送されてきた信号電荷を列方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送されてきた信号電荷を信号電圧または電流に変換して出力する信号電荷検出出力部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
露光期間において電子シャッタとレンズクローズにより設定される電荷蓄積時間の露光を行った後、
偶数フィールドとともにフレームを構成する奇数フィールドに対応する行の前記光電変換素子の信号電荷を読み出して前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力する第１のフィールド期間と、
前記偶数フィールドに対応する行の前記光電変換素子の信号電荷を読み出して前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力する第２のフィールド期間と、
前記露光期間と同じ電荷蓄積時間の露光を行う第３のフィールド期間と、
前記光電変換素子の信号電荷を読み出すことなく前記第３のフィールド期間後に前記垂直転送部に存在する不要電荷を前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力する第４のフィールド期間および第５のフィールド期間とを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
行列状に配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して行方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送されてきた信号電荷を列方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送されてきた信号電荷を信号電圧または電流に変換して出力する信号電荷検出出力部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
露光期間において電子シャッタとレンズクローズにより設定される電荷蓄積時間の露光を行った後、
前記光電変換素子の信号電荷を読み出すことなく前記垂直転送部に存在する不要電荷を前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力する第１のフィールド期間および第２のフィールド期間と、
前記露光期間と同じ電荷蓄積時間の露光を行う第３のフィールド期間と、
偶数フィールドとともにフレームを構成する奇数フィールドに対応する行の前記光電変換素子の信号電荷を読み出して前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力する第４のフィールド期間と、
前記偶数フィールドに対応する行の前記光電変換素子の信号電荷を読み出して前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力する第５のフィールド期間とを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
第３のフィールド期間内においても垂直転送部に存在する不要電荷を前記垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力することを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
第２のフィールド期間と第３のフィールド期間との間に、垂直転送部に存在する不要電荷を前記垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力するフィールド期間を設けることを特徴とする請求項１，２または３記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
行列状に配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して行方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送されてきた信号電荷を列方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送されてきた信号電荷を信号電圧または電流に変換して出力する信号電荷検出出力部とを有し、露光期間において電子シャッタとレンズクローズにより設定される電荷蓄積時間の露光を行った後、第１のフィールド期間において偶数フィールドとともにフレームを構成する奇数フィールドに対応する行の前記光電変換素子の信号電荷を読み出して前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力し、第２のフィールド期間において前記偶数フィールドに対応する行の前記光電変換素子の信号電荷を読み出して前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力し、第３のフィールド期間において前記露光期間と同じ電荷蓄積時間の露光を行い、前記第３のフィールド期間後の第４のフィールド期間および第５のフィールド期間において前記光電変換素子の信号電荷を読み出すことなく前記垂直転送部に存在する不要電荷を前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力するようにした固体撮像装置と、
前記第１のフィールド期間における前記固体撮像装置の出力信号と前記第４のフィールド期間における前記固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで奇数フィールドの信号を求め、前記第２のフィールド期間における前記固体撮像装置の出力信号と前記第５のフィールド期間における前記固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで偶数フィールドの信号を求め、前記奇数フィールドの信号と前記偶数フィールドの信号とを合成して１フレームの画像信号を求める信号処理回路とを備えたカメラ。
【請求項６】
行列状に配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して行方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送されてきた信号電荷を列方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送されてきた信号電荷を信号電圧または電流に変換して出力する信号電荷検出出力部とを有し、露光期間において電子シャッタとレンズクローズにより設定される電荷蓄積時間の露光を行った後、第１のフィールド期間および第２のフィールド期間において前記光電変換素子の信号電荷を読み出すことなく前記垂直転送部に存在する不要電荷を前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力し、第３のフィールド期間において前記露光期間と同じ電荷蓄積時間の露光を行う第３のフィールド期間と、第４のフィールド期間において偶数フィールドとともにフレームを構成する奇数フィールドに対応する行の前記光電変換素子の信号電荷を読み出して前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力し、第５のフィールド期間において前記偶数フィールドに対応する行の前記光電変換素子の信号電荷を読み出して前記垂直転送部および水平転送部を介して前記信号電荷検出出力部から出力するようにした固体撮像装置と、
前記第１のフィールド期間における前記固体撮像装置の出力信号と前記第４のフィールド期間における前記固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで奇数フィールドの信号を求め、前記第２のフィールド期間における前記固体撮像装置の出力信号と前記第５のフィールド期間における前記固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで偶数フィールドの信号を求め、前記奇数フィールドの信号と前記偶数フィールドの信号とを合成して１フレームの画像信号を求める信号処理回路とを備えたカメラ。
【請求項７】
固体撮像装置は、第３のフィールド期間内においても垂直転送部に存在する不要電荷を前記垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力するようにしたことを特徴とする請求項５または６記載のカメラ。
【請求項８】
固体撮像装置は、第２のフィールド期間と第３のフィールド期間との間に、垂直転送部に存在する不要電荷を前記垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力するフィールド期間を設けたことを特徴とする請求項５，６または７記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置の駆動方法およびカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラはその小型、軽量などの使い易さと高画質化により成長を続けている。その中でもカメラの高機能化に対する要望が高まっており、新しい機能が実現できる固体撮像装置の駆動方法が差別化のキーポイントとなっている。
【０００３】
以下、固体撮像装置を用いたカメラの概略図を用いて従来の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【０００４】
図３に固体撮像装置を用いたカメラの概略構成を示す。図３において、１は固体撮像装置、２は駆動信号発生回路、３は垂直ドライバ、４は相関二重サンプリング回路、５は前処理回路、６はＡＤコンバータ、７はデジタル映像信号処理回路、８は制御装置、９は光学部をそれぞれ示す。
【０００５】
光学部９は入射する光信号を機械的に遮断するメカニカルシャッタ機構を持つレンズで構成されており、固体撮像装置１の受光領域内に光信号を集光させ結像させる。固体撮像装置１は駆動信号発生回路２から出力するφH1，φH2及びφRからなる水平転送信号及び垂直ドライバ３によりパルス電圧をレベルシフトされたφV1a，φV1b，φV2，φV3a，φV3b及びφV4の垂直転送信号などの駆動信号により駆動され、固体撮像装置出力信号を出力する。φSubは光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出する不要電荷排出信号である。また、駆動信号発生回路２から垂直ドライバ３へ出力されるV1,2,3,4は垂直転送信号、CH1,2,3,4は電荷読み出し信号であり、垂直ドライバ３により極性を反転され、かつパルス電圧をレベルシフトされる。このとき、φV1aがV1とCH3、φV1bがV1とCH1，φV2がV2、φV3aがV3とCH4、φV3bがV3とCH2、φV4がV4という組み合わせによってドライブされる。また、駆動信号発生回路２から出力されるSubは不要電荷排出信号であり、垂直ドライバ３により極性を反転され、かつパルス電圧をレベルシフトされてφSubの不要電荷排出信号として出力される。以上のように、駆動信号発生回路２から出力される信号(V1,2,3,4、CH1,2,3,4およびはSub)はロジックレベル(例えば3.3Ｖ)であるので、垂直ドライバ３により高電圧にレベルシフトされる。なお、φH1，φH2及びφRは直接駆動可能な信号である。
【０００６】
ここで固体撮像装置１の概略構成を図４に示しておく。図４において、４１は光電変換部を構成する光電変換素子であるフォトダイオード、４２は垂直転送信号により駆動され、フォトダイオード４１に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ（垂直転送部）、４３は水平転送信号により駆動され、垂直ＣＣＤ４２から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤ（水平転送部）、４４は水平ＣＣＤ４３から転送されてきた信号電荷を電圧または電流に変換して固体撮像装置出力信号を出力する信号電荷検出出力部である。
【０００７】
相関二重サンプリング回路４では入力した固体撮像装置出力信号に含まれるリセットノイズを駆動信号発生回路２から出力する相関二重サンプリング回路用サンプリング信号により低減させ、差動増幅回路によって正論理に極性を反転させて出力する。前処理回路５では入力した相関二重サンプリング回路出力信号のゲイン及び出力ＤＣレベルを設定して出力する。ＡＤコンバータ６では入力した前処理回路出力信号を駆動信号発生回路２から出力するＡＤコンバータ用サンプリング信号によりサンプリングしてデジタル信号化する。最後にデジタル映像信号処理回路７ではこのデジタル信号化された固体撮像装置出力信号を輝度信号処理及び色信号処理などの信号処理した後、映像信号として出力する。制御装置８は、駆動信号発生回路２から出力される固体撮像装置１の駆動信号のタイミング制御、光学部９を構成するメカニカルシャッタの開閉シーケンスのタイミング制御を行う。
【０００８】
次に、以上のように構成された固体撮像装置を用いたカメラのカメラシーケンスについて説明する。
【０００９】
図５に従来の固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの概略を示す。
【００１０】
ここでは例として、φV1a，φV1b，φV2，φV3a，φV3b及びφV4の垂直転送信号により駆動される垂直４相転送方式でインターレーススキャン方式の固体撮像装置について説明する。すなわち、図４において、垂直ＣＣＤ４２のＶ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ２，Ｖ３ａ，Ｖ３ｂ，Ｖ４の部分は、それぞれφV1a，φV1b，φV2，φV3a，φV3b，φV4の垂直転送信号により駆動される。
【００１１】
図５において、ＶＤは制御装置８から出力される駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの同期信号となる垂直同期信号、φV1a，φV1b，φV2，φV3a，φV3b及びφV4は駆動信号発生回路２から出力される固体撮像装置１を駆動する垂直転送信号であり、φV1a，φV1b，φV3a及びφV3bは光電変換素子（フォトダイオード４１）に蓄積された信号電荷を垂直転送部へ読み出す電荷読み出し信号を重畳している。φSubは駆動信号発生回路２から出力される固体撮像装置１を構成する光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出し光電変換素子の蓄積時間を制御する不要電荷排出信号、ＭＳは制御装置８から出力される光学部９のメカニカルシャッタの開閉を制御するメカニカルシャッタ信号をそれぞれ示す。CCDoutは固体撮像装置１から出力される固体撮像装置出力信号で信号が大きくなる程、マイナス方向へ大きくなる負論理出力である。
【００１２】
図５に示す通り、固体撮像装置を用いたカメラのカメラシーケンスは、制御装置８から出力される垂直同期信号ＶＤを同期信号として、固体撮像装置１を構成する光電変換素子の電気信号を垂直方向にライン間引きして出力し、フレームレートを上げることにより簡易動画を実現する駆動方法である倍速モニタモードと、固体撮像装置１を構成する光電変換素子の電気信号を全ライン出力し、１フレームの静止画を実現する駆動方法であるフレームモードの組み合わせにより動作している。
【００１３】
次に、倍速モニタモード駆動時及びフレームモード駆動時の固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷の蓄積時間について説明する。
【００１４】
第１に、倍速モニタモードでの固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷の蓄積時間について説明する。なお、倍速モニタモード時には、φV1a，φV3aに重畳された電荷読み出し信号によって、図４では、４，９，１４の番号が付されたフォトダイオード４１の信号電荷が読み出される。
【００１５】
図５に示すＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの期間が倍速モニタモードにおける電荷蓄積時間である。基本的には垂直同期信号ＶＤの周期が蓄積時間であるが、光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出する不要電荷排出信号φSubを固体撮像装置に入力することにより、電荷蓄積時間を制御することが可能である。つまり、垂直同期信号期間内で不要電荷排出信号φSubの固体撮像装置への入力が終了した時刻から垂直転送信号φV1a及びφV3aの電荷読み出し信号により光電変換素子に蓄積される電荷が読み出されるまでの時間が倍速モニタモード時の電荷蓄積時間となる。
【００１６】
第２に、フレームモードでの固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷の蓄積時間について説明する。
【００１７】
図５に示すＣの期間がフレームモードにおける電荷蓄積時間である。基本的には倍速モニタモードと同様で、垂直同期信号期間内で不要電荷排出信号φSubの固体撮像装置への入力が終了した時刻から垂直転送信号φV1a，φV1b，φV3a及びφV3bの電荷読み出し信号により光電変換素子に蓄積される電荷が読み出されるまでの時間がフレームモードの蓄積時間となる。しかしながら、奇数フィールドと偶数フィールドの２つのフィールドから1フレームを構成するインターレーススキャン方式のＣＣＤでは、奇数フィールドと偶数フィールドとも同一時刻の信号を得るために、固体撮像装置を構成する光電変換素子へ入射する光信号を機械的に遮断するメカニカルシャッタを用いることが一般的となっている。従って、垂直同期信号期間内で不要電荷排出信号φSubの固体撮像装置への入力が終了した時刻から、制御装置から出力される光学部のメカニカルシャッタの開閉を制御するメカニカルシャッタ信号ＭＳによりメカニカルシャッタが閉じるまでの時間（電子シャッタとレンズクローズにより設定される時間）、すなわちＣがフレームモード時の電荷蓄積時間となる。
【００１８】
次に、図５を用いて、フレームモード駆動時の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【００１９】
固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミング及びカメラシーケンスは、奇数フィールドに対応する光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して出力する奇数フィールドと、偶数フィールドに対応する光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して出力する偶数フィールドの２フィールドにより１フレームを構成しており、第１フィールドで奇数フィールド動作を、第２フィールドで偶数フィールド動作を順次行っている。ここで、図４において、奇数フィールドに対応する光電変換素子は、１，３，５・・・の奇数の番号が付されたフォトダイオード４１であり、偶数フィールドに対応する光電変換素子は、２，４，６・・・の偶数の番号が付されたフォトダイオード４１である。
【００２０】
はじめに、奇数フィールド動作について説明する。
【００２１】
図５のａに示す不要電荷排出期間において、１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時における通常垂直転送信号の約２倍の周波数である高速転送信号を複数水平期間に渡って固体撮像装置に印加して、短時間で垂直転送段数以上の垂直転送動作を行うことで、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を水平転送部へ掃き出した後に、不要電荷排出信号φSubの停止位置からメカニカルシャッタ信号ＭＳによりレンズが機構的に遮断されるまでの蓄積時間Ｃ内に光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送信号φV1a及びφV1bに重畳する電荷読み出し信号により垂直転送部へ読み出す。読み出された信号電荷は１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時の通常垂直転送信号により水平転送部側へ順次転送され、固体撮像装置出力として出力される。
【００２２】
次に、偶数フィールド動作について説明する。
【００２３】
奇数フィールド動作と同様に、図５のｂに示す不要電荷排出期間において、１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時における通常垂直転送信号の約２倍周波数である高速転送信号を複数水平期間に渡って固体撮像装置に印加して、短時間で垂直転送段数以上の垂直転送動作を行うことで、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を水平転送部へ掃き出した後に、不要電荷排出信号φSubの停止位置からメカニカルシャッタ信号ＭＳによりレンズが機構的に遮断されるまでの蓄積時間Ｃ内に光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送信号φV3a及びφV3bに重畳する電荷読み出し信号により垂直転送部へ読み出す。読み出された信号電荷は１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時の通常垂直転送信号により水平転送部側へ順次転送され、固体撮像装置出力として出力される。
【００２４】
出力された奇数フィールドの固体撮像装置出力信号と偶数フィールドの固体撮像装置出力信号は、図３に示す固体撮像装置を用いたカメラを構成するデジタル映像信号処理回路７内の記憶装置におけるライン間処理によって、１フレームの画像データとして加工された後、映像信号処理を施されて、映像信号として出力される。
【００２５】
この様に、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を水平転送部へ掃き出した後に、垂直転送部へ光電変換素子に蓄積した信号電荷を読み出すことで、固体撮像装置出力信号に含まれる垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を低減させ、高ＳＮで高品質な画像を実現している。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成では、光電変換素子に比較的大きな信号電荷が蓄積されている場合、高速で繰り返される高速垂直転送信号が固体撮像装置の基板電位を揺るがすことで光電変換素子に蓄積された信号電荷を基板方向へ掃き出し、その結果、飽和信号と呼ばれる光電変換素子に蓄積される信号電荷の絶対量が低下する不具合が発生している。
【００２７】
同様な原因で、第一に読み出される奇数フィールドの固体撮像装置出力信号に対し、第二に読み出される偶数フィールドの固体撮像装置出力信号が低下することによるラインクロールの発生で画質が劣化する不具合が発生している。
【００２８】
本発明は、上記問題点に鑑み、光電変換素子の飽和信号を低下させることなく、固体撮像装置の出力信号に含まれる垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を低減可能とし、高ＳＮで高品質な画像を得ることを可能にする固体撮像装置の駆動方法およびカメラを提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法は、行列状に配置された複数の光電変換素子と、光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して行方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から転送されてきた信号電荷を列方向に転送する水平転送部と、水平転送部から転送されてきた信号電荷を信号電圧または電流に変換して出力する信号電荷検出出力部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、露光期間において電子シャッタとレンズクローズにより設定される電荷蓄積時間の露光を行った後、偶数フィールドとともにフレームを構成する奇数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷を読み出して垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力する第１のフィールド期間と、偶数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷を読み出して垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力する第２のフィールド期間と、露光期間と同じ電荷蓄積時間の露光を行う第３のフィールド期間と、光電変換素子の信号電荷を読み出すことなく第３のフィールド期間後に垂直転送部に存在する不要電荷を垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力する第４のフィールド期間および第５のフィールド期間とを有することを特徴とする。
【００３０】
この請求項１記載の駆動方法によれば、従来のように光電変換素子の信号電荷の読み出し前に高速垂直転送により垂直転送部に存在する不要電荷の水平転送部への掃き出しを行わないため、光電変換素子の飽和信号を低下させることがない。第１のフィールド期間では奇数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷と垂直転送部に存在する不要電荷とが合わせて出力され、第４のフィールド期間では奇数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷は出力されず垂直転送部に存在する不要電荷が出力されるため、第１のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第４のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで、垂直転送部の不要電荷を除去した奇数フィールドの信号を求めることができる。また、第２のフィールド期間では偶数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷と垂直転送部に存在する不要電荷とが合わせて出力され、第５のフィールド期間では偶数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷は出力されず垂直転送部に存在する不要電荷が出力されるため、第２のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第５のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで、垂直転送部の不要電荷を除去した偶数フィールドの信号を求めることができる。これらの奇数フィールドの信号と偶数フィールドの信号とを合成して１フレームの画像信号を求めることで、高ＳＮで高品質な画像を得ることができる。
【００３１】
本発明の請求項２記載の固体撮像装置の駆動方法は、行列状に配置された複数の光電変換素子と、光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して行方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から転送されてきた信号電荷を列方向に転送する水平転送部と、水平転送部から転送されてきた信号電荷を信号電圧または電流に変換して出力する信号電荷検出出力部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、露光期間において電子シャッタとレンズクローズにより設定される電荷蓄積時間の露光を行った後、光電変換素子の信号電荷を読み出すことなく垂直転送部に存在する不要電荷を垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力する第１のフィールド期間および第２のフィールド期間と、露光期間と同じ電荷蓄積時間の露光を行う第３のフィールド期間と、偶数フィールドとともにフレームを構成する奇数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷を読み出して垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力する第４のフィールド期間と、偶数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷を読み出して垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力する第５のフィールド期間とを有することを特徴とする。
【００３２】
この請求項２記載の駆動方法によれば、従来のように光電変換素子の信号電荷の読み出し前に高速垂直転送により垂直転送部に存在する不要電荷の水平転送部への掃き出しを行わないため、光電変換素子の飽和信号を低下させることがない。第１のフィールド期間では奇数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷は出力されず垂直転送部に存在する不要電荷が出力され、第４のフィールド期間では奇数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷と垂直転送部に存在する不要電荷とが合わせて出力されるため、第１のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第４のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで、垂直転送部の不要電荷を除去した奇数フィールドの信号を求めることができる。また、第２のフィールド期間では偶数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷は出力されず垂直転送部に存在する不要電荷が出力され、第５のフィールド期間では偶数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷と垂直転送部に存在する不要電荷とが合わせて出力されるため、第２のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第５のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで、垂直転送部の不要電荷を除去した偶数フィールドの信号を求めることができる。これらの奇数フィールドの信号と偶数フィールドの信号とを合成して１フレームの画像信号を求めることで、高ＳＮで高品質な画像を得ることができる。
【００３３】
本発明の請求項３記載の固体撮像装置の駆動方法は、請求項１または２記載の固体撮像装置の駆動方法において、第３のフィールド期間内においても垂直転送部に存在する不要電荷を垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力することを特徴とする。
【００３４】
この請求項３記載の駆動方法のように、露光を行う第３のフィールド期間においても、垂直転送部に存在する不要電荷を出力することで、より高ＳＮでより高品質な画像を得ることができる。
【００３５】
本発明の請求項４記載の固体撮像装置の駆動方法は、請求項１，２または３記載の固体撮像装置の駆動方法において、第２のフィールド期間と第３のフィールド期間との間に、垂直転送部に存在する不要電荷を垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力するフィールド期間を設けることを特徴とする。
【００３６】
この請求項４記載の駆動方法のように、第２のフィールド期間と第３のフィールド期間との間にさらにフィールド期間を設けて、垂直転送部に存在する不要電荷を出力することで、より高ＳＮでより高品質な画像を得ることができる。
【００３７】
本発明の請求項５記載のカメラは、行列状に配置された複数の光電変換素子と、光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して行方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から転送されてきた信号電荷を列方向に転送する水平転送部と、水平転送部から転送されてきた信号電荷を信号電圧または電流に変換して出力する信号電荷検出出力部とを有し、露光期間において電子シャッタとレンズクローズにより設定される電荷蓄積時間の露光を行った後、第１のフィールド期間において偶数フィールドとともにフレームを構成する奇数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷を読み出して垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力し、第２のフィールド期間において偶数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷を読み出して垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力し、第３のフィールド期間において露光期間と同じ電荷蓄積時間の露光を行い、第３のフィールド期間後の第４のフィールド期間および第５のフィールド期間において光電変換素子の信号電荷を読み出すことなく垂直転送部に存在する不要電荷を垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力するようにした固体撮像装置と、第１のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第４のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで奇数フィールドの信号を求め、第２のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第５のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで偶数フィールドの信号を求め、奇数フィールドの信号と偶数フィールドの信号とを合成して１フレームの画像信号を求める信号処理回路とを備えている。
【００３８】
この請求項５記載の構成によれば、上記請求項１の場合における説明と同様、光電変換素子の飽和信号を低下させることがない。そして、第１のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第４のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで、垂直転送部の不要電荷を除去した奇数フィールドの信号を求めることができる。また、第２のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第５のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで、垂直転送部の不要電荷を除去した偶数フィールドの信号を求めることができる。これらの奇数フィールドの信号と偶数フィールドの信号とを合成して１フレームの画像信号を求めることで、高ＳＮで高品質な画像を得ることができる。
【００３９】
本発明の請求項６記載のカメラは、行列状に配置された複数の光電変換素子と、光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して行方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から転送されてきた信号電荷を列方向に転送する水平転送部と、水平転送部から転送されてきた信号電荷を信号電圧または電流に変換して出力する信号電荷検出出力部とを有し、露光期間において電子シャッタとレンズクローズにより設定される電荷蓄積時間の露光を行った後、第１のフィールド期間および第２のフィールド期間において光電変換素子の信号電荷を読み出すことなく垂直転送部に存在する不要電荷を垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力し、第３のフィールド期間において露光期間と同じ電荷蓄積時間の露光を行う第３のフィールド期間と、第４のフィールド期間において偶数フィールドとともにフレームを構成する奇数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷を読み出して垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力し、第５のフィールド期間において偶数フィールドに対応する行の光電変換素子の信号電荷を読み出して垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力するようにした固体撮像装置と、第１のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第４のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで奇数フィールドの信号を求め、第２のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第５のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで偶数フィールドの信号を求め、奇数フィールドの信号と偶数フィールドの信号とを合成して１フレームの画像信号を求める信号処理回路とを備えている。
【００４０】
この請求項６記載の構成によれば、上記請求項２の場合における説明と同様、光電変換素子の飽和信号を低下させることがない。そして、第１のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第４のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで、垂直転送部の不要電荷を除去した奇数フィールドの信号を求めることができる。また、第２のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号と第５のフィールド期間における固体撮像装置の出力信号との差分を算出することで、垂直転送部の不要電荷を除去した偶数フィールドの信号を求めることができる。これらの奇数フィールドの信号と偶数フィールドの信号とを合成して１フレームの画像信号を求めることで、高ＳＮで高品質な画像を得ることができる。
【００４１】
本発明の請求項７記載のカメラは、請求項５または６記載のカメラにおいて、固体撮像装置は、第３のフィールド期間内においても垂直転送部に存在する不要電荷を垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力するようにしたことを特徴とする。
【００４２】
この請求項７記載の構成により、請求項３の場合と同様の効果が得られる。
【００４３】
本発明の請求項８記載のカメラは、請求項５，６または７記載のカメラにおいて、固体撮像装置は、第２のフィールド期間と第３のフィールド期間との間に、垂直転送部に存在する不要電荷を垂直転送部および水平転送部を介して信号電荷検出出力部から出力するフィールド期間を設けたことを特徴とする。
【００４４】
この請求項８記載の構成により、請求項４の場合と同様の効果が得られる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４６】
本実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラの概略図は従来の固体撮像装置を用いたカメラの概略図と同様で、図３に示す通りであり、説明は省略する。
【００４７】
同様に、本実施の形態における倍速モニタモード駆動時及びフレームモード駆動時の固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷の蓄積時間は従来と同様であり、説明は省略する。
【００４８】
図１には本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの概略を示す。
【００４９】
ここでは、従来例と同様に、φV1a，φV1b，φV2，φV3a，φV3b及びφV4の垂直転送信号により駆動される垂直４相転送方式でインターレーススキャン方式の固体撮像装置について説明する。
【００５０】
図１において、ＶＤは制御装置から出力される駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの同期信号となる垂直同期信号、φV1a，φV1b，φV2，φV3a，φV3b及びφV4は駆動信号発生回路から出力される固体撮像装置を駆動する垂直転送信号であり、φV1a，φV1b，φV3a及びφV3bは光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送部へ読み出す電荷読み出し信号を重畳している。φSubは駆動信号発生回路から出力される固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出し光電変換素子の蓄積時間を制御する不要電荷排出信号、ＭＳは制御装置から出力される光学部のメカニカルシャッタの開閉を制御するメカニカルシャッタ信号をそれぞれ示す。CCDoutは固体撮像装置から出力される固体撮像装置出力信号で信号が大きくなる程、マイナス方向へ大きくなる負論理出力である。
【００５１】
次に、図１を用いて、フレームモード駆動時の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【００５２】
本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミング及びカメラシーケンスは、奇数フィールドに対応する光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して出力するフィールド、偶数フィールドに対応する光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して出力するフィールド、不要電荷を出力するフィールドの蓄積時間を設定するフィールド、奇数フィールドに対応する不要電荷を出力するフィールド、偶数フィールドに対応する不要電荷を出力するフィールドの５フィールドにより１フレームを構成しており、第１フィールドで奇数フィールドの信号電荷の読み出し動作を、第２フィールドで偶数フィールドの信号電荷の読み出し動作を、第３フィールドで不要電荷を出力するフィールドの蓄積時間の設定を、第４フィールドで奇数フィールドに対応する不要電荷の出力動作を、第５フィールドで偶数フィールドに対応する不要電荷の出力動作を順次行っている。
【００５３】
はじめに、第１フィールドにおける奇数フィールドの信号電荷の読み出し動作について説明する。
【００５４】
垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア成分などの不要電荷を高速垂直転送信号により水平転送部に掃き出すことなく、不要電荷排出信号φSubの停止位置からメカニカルシャッタ信号ＭＳによりレンズが機構的に遮断されるまでの蓄積時間Ｃ内に光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送信号φV1a及びφV1bに重畳する電荷読み出し信号により垂直転送部へ読み出す。読み出された信号電荷は１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時の通常垂直転送信号により水平転送部側へ順次転送され、固体撮像装置出力信号として出力される。
【００５５】
次に、第２フィールドにおける偶数フィールドの信号電荷の読み出し動作について説明する。
【００５６】
第１フィールドでの奇数フィールドの信号電荷の読み出し動作と同様に、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア成分などの不要電荷を高速垂直転送信号により水平転送部に掃き出すことなく、不要電荷排出信号φSubの停止位置からメカニカルシャッタ信号ＭＳによりレンズが機構的に遮断されるまでの蓄積時間Ｃ内に光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送信号φV3a及びφV3bに重畳する電荷読み出し信号により垂直転送部へ読み出す。読み出された信号電荷は１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時の通常垂直転送信号により水平転送部側へ順次転送され、固体撮像装置出力信号として出力される。
【００５７】
次に、第３フィールドにおける不要電荷を出力する第４及び第５フィールドの蓄積時間の設定について説明する。
【００５８】
第１フィールド前の露光期間で設定する第１及び第２フィールドの蓄積時間と同一となるように、固体撮像装置に不要電荷排出信号φSubを印加して、且つ、制御装置から光学部のメカニカルシャッタの開閉を制御するメカニカルシャッタ信号ＭＳを出力させ、蓄積時間Ｃを設定する。第３フィールドにおいても１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時における通常転送を行い、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア成分などの不要電荷の排出を行う。
【００５９】
次に、第４フィールドにおける奇数フィールドに対応する不要電荷の出力動作について説明する。
【００６０】
不要電荷排出信号φSubの停止位置からメカニカルシャッタ信号ＭＳによりレンズが機構的に遮断されるまでの蓄積時間Ｃ内に垂直転送部に蓄積された不要電荷は１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時の通常垂直転送信号により水平転送部側へ順次転送され、固体撮像装置出力信号として出力される。この時、光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出す必要はないので、垂直転送信号φV1a及びφV1bに重畳する読み出し信号は印加しない。
【００６１】
次に、第５フィールドにおける偶数フィールドに対応する不要電荷の出力動作について説明する。
【００６２】
第４フィールドでの奇数フィールドに対応する不要電荷の出力動作と同様に、不要電荷排出信号φSubの停止位置からメカニカルシャッタ信号ＭＳによりレンズが機構的に遮断されるまでの蓄積時間Ｃ内に垂直転送部に蓄積された不要電荷は１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時の通常垂直転送信号により水平転送部側へ順次転送され、固体撮像装置出力信号として出力される。この時、光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出す必要はないので、垂直転送信号φV3a及びφV3bに重畳する読み出し信号は印加しない。
【００６３】
出力された奇数フィールドの固体撮像装置出力信号、偶数フィールドの固体撮像装置出力信号、奇数フィールドの不要電荷及び偶数フィールドの不要電荷は、図３に示す固体撮像装置を用いたカメラを構成するデジタル映像信号処理回路７において、奇数フィールドの固体撮像装置出力信号と奇数フィールドの不要電荷との差分及び偶数フィールドの固体撮像装置出力信号と偶数フィールドの不要電荷との差分を算出することで固体撮像装置出力信号に含まれる不要電荷を除去する。さらに、記憶装置におけるライン処理によって、１フレームの画像データとして加工された後、映像信号処理を施されて、映像信号として出力される。
【００６４】
この様に、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア成分などの不要電荷を高速垂直転送信号により水平転送部に掃き出すことなく（したがって光電変換素子の飽和信号を低下させることなく）、固体撮像装置出力信号に含まれる垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を低減することができ、高ＳＮで高品質な画像を実現することができる。
【００６５】
以上、本発明の第１の実施の形態について説明したが、次の第２の実施の形態についても同等の効果を得ることができる。
【００６６】
図２には、本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの概略を示す。
【００６７】
この第２の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法におけるフレームモード駆動方法は、第１の実施の形態で説明した固体撮像装置の信号電荷を読み出す第１及び第２フィールドと固体撮像装置の不要電荷を読み出す第４及び第５フィールドとの順序を入れ替えた動作シーケンスなっており、第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００６８】
上記の第１および第２の実施の形態では、第３フィールドにおいても１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時における通常転送を行い、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア成分などの不要電荷の排出を行うようにしているが、これは行わなくてもよく、ほぼ同等の効果が得られる。これを行うことにより、全てのフィールドでの垂直転送部の暗電流などの状態を等しくすることができるので、より高ＳＮでより高品質な画像を得ることができる。
【００６９】
また、第１および第２の実施の形態では、フレームモードを第１〜第５の５つのフィールドで構成したが、６つ以上のフィールドで構成してもよい。この場合、第２フィールドと第３フィールドとの間に新たなフィールドを１つ以上設け、その新たなフィールドにおいても１水平期間内に１段の垂直転送を行うフレームモード駆動時における通常転送を行い、垂直転送部に存在する垂直転送部の暗電流成分やスミア成分などの不要電荷の排出を行うことにより、より高ＳＮでより高品質な画像を得ることができる。ただし、この場合、人が撮影する際に同じ構図を維持できるのは、例えば数秒〜１０秒が限界と考えられるので、第１フィールド前の露光動作（蓄積時間Ｃ）から第３フィールドの露光動作（蓄積時間Ｃ）までの時間が、そのような人が同じ構図を維持できる時間となるようにする必要がある。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光電変換素子の飽和信号を低下させることなく、固体撮像装置の出力信号に含まれる垂直転送部の暗電流成分やスミア信号などの不要電荷を低減させることが可能となり、高ＳＮで高品質な画像を得ることの可能なビデオカメラ及びデジタルスチルカメラを実現することができ、その実用的効果は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法の駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの概略を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法の駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの概略を示す図。
【図３】固体撮像装置を用いたカメラの概略構成を示すブロック図。
【図４】図３における固体撮像装置の概略構成例を示す図。
【図５】従来の固体撮像装置の駆動方法の駆動信号タイミング及びカメラシーケンスの概略を示す図。
【符号の説明】
１  固体撮像装置
２  駆動信号発生回路
３  垂直ドライバ
４  相関二重サンプリング回路
５  前処理回路
６  ＡＤコンバータ
７  デジタル映像信号処理回路
８  制御装置
９  光学部
４１  フォトダイオード
４２  垂直ＣＣＤ
４３  水平ＣＣＤ
４４  信号電荷検出出力部
【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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