JP2009060342A - 撮像装置及びｃｃｄ型固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高フレームレートでＣＣＤ型固体撮像素子から広ダイナミックレンジの動画像データを読み出す。
【解決手段】ＲＧＢ画素及びｒｇｂ画素の露光を開始し、先ず、電極Ｖ１，Ｖ５に読出パルスを印加してＲＧＢ画素から信号電荷を垂直電荷転送路１０２に読み出して該信号電荷を該垂直電荷転送路上に保持しておき、その後の任意時刻に電極Ｖ３，Ｖ７に読出パルスを印加してｒｇｂ画素から信号電荷を垂直電荷転送路１０２に読み出す。そして、垂直電荷転送路上のＲＧＢ画素の信号電荷とｒｇｂ画素の信号電荷とを一緒に転送して出力する。ＲＧＢ画素とｒｇｂ画素の夫々の露光期間を別個に制御し、ＲＧＢ画素の検出信号とｒｇｂ画素の検出信号を合成することで、任意のダイナミックレンジの動画像を生成することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明はＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置に係り、特に、広ダイナミックレンジの動画像データを撮像素子から読み出すことができるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置に関する。

特許文献１には、半導体基板に二次元アレイ状に設ける画素のうち約半数を大面積の高感度画素とし、残り約半数を小面積の低感度画素としたＣＣＤ型固体撮像素子が開示されている。このＣＣＤ型固体撮像素子を用いれば、高感度画素から読み出された撮像画像データと低感度画素から読み出された撮像画像データとを合成することで、撮像画像の広ダイナミックレンジ化を図ることができる。

また、特許文献２には、２種類の光電変換部を設け、夫々の電荷蓄積時間を変えることができるＣＣＤ型固体撮像素子を開示している。このＣＣＤ型固体撮像素子でも、２種類の光電変換部の出力信号を合成することで、撮像画像の広ダイナミックレンジ化を図ることができる。

特許文献３には、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子で電荷蓄積時間を変える２種類の画素を半導体基板上に混在させ、各々の画素から読み出した撮像画像データを合成することで、撮像画像の広ダイナミックレンジ化を図っている。

特開２００６―５５７８６号公報 特開平９―２５２１０７号公報 特開２００７―１２４１３７号公報

撮像素子に大面積の高感度画素と小面積の低感度画素とを混在させて設ける場合、そのダイナミックレンジのレンジ倍率が面積比等で予め決まってしまい、任意のレンジ倍率が得られないという問題がある。

また、ＣＭＯＳ型であれば、画素の電荷蓄積時間を変えることは容易であるが、ＣＣＤ型では、メカニカルシャッタを用いずに動画像を撮像する場合すなわちインターレース読み出し（マルチフィールド読み出し）ではなくプログレッシブ（ノンインターレース）読み出しする場合、半導体基板上に混在して設けた高感度画像撮像用の画素と低感度画像撮像用の画素との電荷蓄積時間を任意に変更することが容易でないという問題がある。

本発明の目的は、広ダイナミックレンジの動画像データを得ることができるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供することにある。

本発明のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素で構成される第１画素群と、該第１画素群と重なる領域の前記半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素で構成され前記第１画素群の各々の画素に対してずれた位置に画素を有する第２画素群と、前記第１画素群に含まれる複数の画素及び前記第２画素群に含まれる複数の画素で構成され垂直方向に並ぶ画素列に沿って該画素列毎に形成される複数の垂直電荷転送路と、複数の前記垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成される水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の出力端部に設けられ転送されて来た信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像データとして出力する出力アンプとを備えるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法において、メカニカルシャッタを用いない動画像撮像時に、前記垂直電荷転送路を構成する転送電極のうち読出電極を兼用する転送電極に印加される読出パルスの印加タイミングと電子シャッタ機能とにより前記第１画素群の露光時間と前記第２画素群の露光時間とを別々に制御し、前記第１画素群と前記第２画素群のうち先に前記読出パルスが印加された前記第１画素群の各画素から前記垂直電荷転送路に読み出された前記信号電荷を、前記第２画素群に対して読出パルスが印加されるまで該垂直電荷転送路に保持させておき、その後に、前記垂直電荷転送路上の前記第１画素群から読み出された前記信号電荷と前記第２画素群から読み出された前記信号電荷とを一緒に転送し前記出力アンプから出力させることを特徴とする。

本発明のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記第１画素群及び前記第２画素群の各々が正方格子配列されると共に前記第１画素群の各々の画素に対して前記第２の各々の画素が水平方向，垂直方向共に１／２画素ピッチずらして配置され、前記垂直電荷転送路が垂直方向の画素を避けるように蛇行して形成され、該第１画素群の各々の画素に積層されるカラーフィルタがベイヤ配列されると共に該第２画素群の各々の画素に積層されるカラーフィルタもベイヤ配列されることを特徴とする。

本発明のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記第１画素群の各々の画素から前記垂直電荷転送路に読み出された信号電荷を、前記第２画素群を構成する画素の水平方向に隣接する位置まで垂直方向に転送すると共に、該第２画素群から信号電荷が読み出されるまで該位置に保持しておくことを特徴とする。

本発明のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記第１画素群を構成する画素と前記第２画素群を構成する画素とが同一受光面積で構成されていることを特徴とする。

本発明の撮像装置は、上述したＣＣＤ型固体撮像素子と、上述した駆動方法を実施する撮像素子駆動手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、露光時間の異なる第１画素群と第２画素群の検出信号をプログレッシブで読み出すことができるため、高フレームレートで動画像を読み出すことができ、また、任意のダイナミックレンジ幅の動画像データを生成することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。このデジタルカメラは、撮像部２１と、撮像部２１から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ）等のアナログ処理するアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によってＡ／Ｄ２３，アナログ信号処理部２２，撮像部２１の駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）２４と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。

撮像部２１は、被写界からの光を集光する光学レンズ系２１ａと、該光学レンズ系２１ａを通った光を絞る絞りや静止画像撮像時に用いるメカニカルシャッタ２１ｂと、光学レンズ系２１ａによって集光され絞りによって絞られた光を受光し撮像画像データ（アナログ画像データ）を出力する単板式のカラー画像撮像用固体撮像素子１００とを備える。

本実施形態のデジタルカメラは更に、Ａ／Ｄ２３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理，後述する第１画素群，第２画素群の各検出信号の合成処理等を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス４０とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。

ユーザ操作部３３は、撮影モードを静止画像撮影モードとするか動画像撮影モードとするかの指示スイッチや、ダイナミックレンジのレンジ幅指示ボタン、シャッタレリーズボタン等を備える。ＣＰＵ２９は、ユーザ操作部３３からの入力内容に従って固体撮像素子１００の駆動制御を撮像素子駆動部２４を介して行う。

図２は、固体撮像素子１００の表面模式図である。本実施形態のデジタルカメラでは、固体撮像素子１００として、画素が市松状に配列された所謂ハニカム画素配列のＣＣＤ型固体撮像素子を用いている。

半導体基板の表面部には複数の光電変換素子（フォトダイオードＰＤ：以下、画素という。）１０１が二次元アレイ状に配列形成されている。そして、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして形成されている。

偶数行（または奇数行）の画素（第１画素群）だけを見てみれば、各画素（光電変換素子）は正方格子配列されており、この正方格子配列に対して、カラーフィルタ（Ｒ＝赤，Ｇ＝緑，Ｂ＝青）がベイヤー配列されている。また、奇数行（または偶数行）の画素（第２画素群）だけ見れば、各画素は正方格子配列されており、この正方格子配列に対して、カラーフィルタ（ｒ＝赤，ｇ＝緑，ｂ＝青）がベイヤー配列されている。

図３は、図２に示すＣＣＤ型固体撮像素子のカラーフィルタ配列説明図である。正方格子配列された第１画素群にはＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタがベイヤー配列されており、正方格子配列された第２画素群にもｒ，ｇ，ｂのカラーフィルタがベイヤー配列されている。

この第１画素群に対し、第２画素群を、行方向，列方向共に１／２画素ピッチづつずらして配列すると、図３下段のカラーフィルタ配列となり、全体としてベイヤー配列の二重構造になる。

以下、第１画素群の各検出信号である赤色信号，緑色信号，青色信号やフィルタ色を大文字のＲ，Ｇ，Ｂで表し、フィルタＲ，Ｇ，Ｂを搭載した画素をＲ画素，Ｇ画素，Ｂ画素として説明する。また、第２画素群の各検出信号である赤色信号，緑色信号，青色信号やフィルタ色を小文字のｒ，ｇ，ｂで表し、フィルタｒ，ｇ，ｂを搭載した画素をｒ画素，ｇ画素，ｂ画素として説明する。

本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子では、Ｒ画素，ｒ画素，Ｇ画素，ｇ画素，Ｂ画素，ｂ画素の面積は同じであり、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素とｒ，ｇ，ｂ画素の電荷蓄積時間を、詳細は後述する様にして変化させ、動画像データの広ダイナミックレンジ化を実現する。

図２に戻り、各画素列に沿って、垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）１０２が各画素１０１を避けるように蛇行して形成され、各垂直電荷転送路１０２の転送方向端部に沿って、水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）１０３が設けられ、水平電荷転送路１０３の出力部に、転送されてきた電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像データとして出力するアンプ１０４が設けられている。

図２の左側に記載したＶ１〜Ｖ８は垂直電荷転送路１０２を構成する転送電極Ｖ１〜Ｖ８のパルス印加パッドを示しており、例えば転送電極Ｖ１，Ｖ５に読出パルスが印加されると、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂの蓄積電荷が転送電極（読出電極兼用）Ｖ１，Ｖ５下の電位パケット内に読み出され、電極Ｖ３，Ｖ７に読出パルスが印加されると、第２群画素ｒ，ｇ，ｂの蓄積電荷が転送電極（読出電極兼用）Ｖ３，Ｖ７下の電位パケット内に読み出される。

尚、「水平」，「垂直」という用語を用いて説明しているが、これは、半導体基板表面に沿う「１方向」，「この１方向に略垂直な方向」という意味に過ぎない。

図４は、図１で説明したデジタルカメラでユーザが動画撮影指示を入力したとき、ＣＰＵ２９が駆動部２４を介して行うＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法を示すシーケンス図であり、読み出し及びＶ（垂直）転送と、電子シャッタのタイミングを示している。

先ず、時刻ｔ０で電子シャッタパルス電圧が基板に印加されると、画素（フォトダイオード）１０１内の残留電荷が半導体基板側に廃棄され、この電子シャッタパルス電圧ＯＦＦのタイミングから露光が開始する。露光中の時刻ｔ１では、図５（ａ）に示す様に、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂ及び第２群画素ｒ，ｇ，ｂの各画素１０１に露光量に応じた電荷が蓄積（図５ではハッチングで示す。）される。

時刻ｔ２で露光期間が終わり読出パルスが転送電極兼用読出電極Ｖ１，Ｖ５に印加されると、第１画素群のＲ画素，Ｇ画素，Ｂ画素の蓄積電荷が、電極Ｖ１，Ｖ５下に形成された電位パケット内に読み出される（図５（ｂ））。

その後、時刻ｔ３までに、図６（ａ）に示す様に、垂直転送電極２枚分の垂直転送が行われた後、この垂直転送駆動は停止され、また、電子シャッタパルスが基板に印加される。

信号電荷（多くの場合は電子）を蓄積する画素（フォトダイオード）１０１や垂直電荷転送路の埋め込みチャネルは、ｎ型半導体基板表面のｐウェル層表面部に形成されたｎ領域で構成される。フォトダイオード１０１のｎ領域は、埋め込みチャネルのｎ領域よりｎ型半導体基板に近い場所まで深く形成され、あるいは、フォトダイオード１０１のｎ領域形成箇所のｐウェル層の層厚が埋め込みチャネル形成場所のｐウェル層より薄く形成される。

これにより、フォトダイオード１０１の蓄積電荷を半導体基板側に廃棄する電圧を電子シャッタ電圧として印加しても、垂直電荷転送路１０２に読み出されている電荷はそのまま垂直電荷転送路１０２の埋め込みチャネルに残る。即ち、垂直電荷転送路は、各画素から読み出された信号電荷のメモリとして機能する。

従って、この時刻ｔ３の電子シャッタパルスの印加によって、第２群のｒ画素，ｇ画素，ｂ画素の蓄積電荷は半導体基板側に廃棄されるが、時刻ｔ２で垂直電荷転送路１０２に読み出された第１群のＲ画素，Ｇ画素，Ｂ画素の検出電荷は、垂直電荷転送路１０２に残ることになる。

次の時刻ｔ４（図４では時刻ｔ３と時刻ｔ４の間に時間を設けているが、同時でも良い。）で電子シャッタパルスを基板に印加し、このパルスＯＦＦのタイミングから再び露光を開始する。この露光中の時刻ｔ５では、図６（ｂ）に示す様に、第１群及び第２群の各画素Ｒ，Ｇ，Ｂ，ｒ，ｇ，ｂに露光量に応じた電荷が蓄積される。

次の時刻ｔ６で、露光終了を決める読出パルスが転送電極兼用読出電極Ｖ３，Ｖ７に印加されると、図７（ａ）に示す様に、第２群のｒ画素，ｇ画素，ｂ画素の蓄積電荷が、夫々、電極Ｖ３，Ｖ７下の電位パケット内に読み出される。

第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂから読み出された電荷は、既に２電極分転送されｒ，ｇ，ｂ画素の隣接位置まで転送されているため、第２群のｒ，ｇ，ｂ画素から蓄積電荷が読み出されると、図２に示す２行分の第１群画素，第２群画素の各検出電荷が横一行に並ぶことになる。

次の時刻ｔ７で電子シャッタパルスが基板に印加されると、各画素１０１の残留電荷が基板側に廃棄され、各垂直電荷転送路１０２には、露光期間（時刻ｔ２−ｔ０）に第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂが検出した電荷と、露光期間（時刻ｔ６−ｔ４）に第２群画素ｒ，ｇ，ｂが検出した電荷とが残り、これらの電荷が、一緒に垂直方向に転送され、ＣＣＤ型固体撮像素子１００から出力されることになる。

即ち、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂと第２群画素ｒ，ｇ，ｂの各検出信号がプログレッシブに読み出されることになる。

図１のデジタル信号処理部２６は、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂの検出信号と、第２群画素ｒ，ｇ，ｂの検出信号とを合成することで、広ダイナミックレンジの動画像データを生成し、表示部２８に表示させると共に、記録メディア３２に保存させる。

この動画像データのダイナミックレンジのレンジ倍率は、上記の各露光期間（（〔ｔ２−ｔ０〕，〔ｔ６−ｔ４〕）の比率を調整することで任意に設定でき、ＣＰＵ２９は、ユーザ指定あるいはディフォルトのレンジ倍率で各露光期間を決めることになる。

図８は、本発明の別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法を示すシーケンス図である。本実施形態では、時刻ｔ０で電子シャッタパルスを基板に印加し、このパルスＯＦＦのタイミングから露光を開始する。これにより、露光中の時刻ｔ１では、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂ及び第２群画素ｒ，ｇ，ｂの夫々に、露光量に応じた信号電荷が蓄積される（図９（ａ））。

時刻ｔ２で、電極Ｖ３，Ｖ７に読出パルスが印加されると、第２群のｒ画素，ｇ画素，ｂ画素の蓄積電荷が電極Ｖ３，Ｖ７下の電位パケット内に読み出される（図９（ｂ））。

その後、時刻ｔ３までに、図１０（ａ）に示す様に、垂直転送電極２枚分の垂直転送が行われた後、この垂直転送駆動は停止される。露光は継続されているため、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂには時刻ｔ０からの信号電荷の蓄積が続けられ、また、第２群画素ｒ，ｇ，ｂには、時刻ｔ２以後に新たに電荷蓄積が行われる。

次の時刻ｔ４に電極Ｖ１，Ｖ５に読出パルスが印加されると、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂの蓄積電荷が電極Ｖ１，Ｖ５下の電位パケット内に読み出される。以後、時刻ｔ５で電子シャッタパルスが印加されると、各画素Ｒ，Ｇ，Ｂ，ｒ，ｇ，ｂの残留電荷が基板側に廃棄され、垂直電荷転送路に転送パルスが印加されることで、垂直電荷転送路上の各信号電荷Ｒ，Ｇ，Ｂ，ｒ，ｇ，ｂが転送され、ＣＣＤ型固体撮像素子から出力される。

図１のデジタル信号処理部２６は、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂの検出信号と、第２群画素ｒ，ｇ，ｂの検出信号とを合成することで、広ダイナミックレンジの動画像データを生成し、表示部２８に表示させると共に、記録メディア３２に保存させる。

この動画像データのダイナミックレンジのレンジ倍率は、上記の各露光期間（（〔ｔ２−ｔ０〕，〔ｔ４−ｔ０〕）の比率を調整することで任意に設定でき、ＣＰＵ２９は、ユーザ指定あるいはディフォルトのレンジ倍率で各露光期間を決めることになる。

上述した各実施形態でデジタル信号処理部２６は、第１群画素Ｒ，Ｇ，Ｂと第２群画素ｒ，ｇ，ｂの検出信号を合成することになるが、上記各実施形態では、図２，図３下段に示すカラーフィルタ配列がベイヤー配列の２重構造になっているため、直近の第１群画素及び第２群画素が同色画素となり、信号合成が容易且つ適切となり、高品質な広ダイナミックレンジの合成画像を得ることが可能となる。

尚、上述した実施形態では、全体として画素が市松位置に配列されるハニカム画素配列に、ベイヤー配列の二重構造のカラーフィルタ配列を組み合わせたが、全体の画素配列やカラーフィルタ配列はこれらに限定されるものではない。例えば、全体の画素が正方格子配列されたＣＣＤ型固体撮像素子にも、上述した実施形態に係る駆動方法を適用可能である。

図１１に示すＣＣＤ型固体撮像素子６１では、各画素４１が正方格子配列されており、その市松位置にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のカラーフィルタが積層され、残りの市松位置にＷフィルタ（透明フィルタ：このＷフィルタを持つ画素は輝度検出画素となる。）が積層されている。

正方格子配列のＣＣＤ型固体撮像素子では、垂直電荷転送路４１を構成する転送電極の配列構造をプログレッシブ読出可能な構造（例えば１画素当たり３電極以上を設ける。）が必要となるが、この場合に、水平方向に隣接する２つの画素の読出電極を異なる電極とすることで、例えば、Ｗ画素を積層した画素群を第１画素群とし、カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂを積層した画素群を第２画素群として上述した実施形態の駆動方法を適用できる。

図１２は、図１１に示すＣＣＤ型固体撮像素子のカラーフィルタ配列を変更した別実施形態に係る表面模式図である。このＣＣＤ型固体撮像素子７１では、第１群の市松位置画素にＷフィルタを設けている点は図１１のＣＣＤ型固体撮像素子６１と同じであるが、残りの第２群の市松位置画素に設けるＲＧＢのカラーフィルタ配列を変えている。

即ち、本実施形態では、第２群画素の奇数行（または偶数行）にＧ（緑）のカラーフィルタを設け、偶数行（または奇数行）の画素だけみたときＲ画素が市松配列、Ｂ画素も残りの市松配列となるようにしている。

この様なカラーフィル配列を採用すると、第２群画素から読み出された撮像画像信号の色配列が、所謂ハニカム画素配列のカラーフィルタ配列（例えば特開平１０―１３６３９１号）と同じとなり、このカラーフィルタ配列用に開発され使用されている信号処理方法，信号処理回路がそのまま利用可能となる。

図１３は、更に別実施形態に係るカラーフィルタ配列を持つＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。この実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子８１では、市松位置画素の第２群画素のカラーフィルタ配列が、ベイヤー配列と同じとなるようにしている。

即ち、図１３において、第２群画素から読み出された画像信号の色配列を垂直方向に詰めて見たとき、水平方向にＲＧＲＧ…となる行と、ＧＢＧＢ…となる行とが交互に配列され、ベイヤー配列と同じとなる。従って、第２群画素から読み出された画像信号は、ベイヤー配列用に開発され使用されている信号処理方法，信号処理回路がそのまま利用可能となる。

尚、上述した各実施形態の説明で、２つの画素群のうちのどちらを第１画素群とするかは任意である。

本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、広ダイナミックレンジの動画像データを生成できる撮像データを高フレームレートで撮像素子から読み出すことができるため、動画撮影機能を持ったデジタルカメラ等に適用すると有用である。

本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。 図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。 図２に示すＣＣＤ型固体撮像素子のカラーフィルタ配列説明図である。 本発明の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法を示すシーケンス図である。 （ａ）は図４に示す時刻ｔ１の状態説明図である。 （ｂ）は図４に示す時刻ｔ２の状態説明図である。 （ａ）は図４に示す時刻ｔ３の状態説明図である。 （ｂ）は図４に示す時刻ｔ５の状態説明図である。 （ａ）は図４に示す時刻ｔ６の状態説明図である。 （ｂ）は図４に示す時刻ｔ７の状態説明図である。 本発明の別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法を示すシーケンス図である。 （ａ）は図８に示す時刻ｔ１の状態説明図である。 （ｂ）は図８に示す時刻ｔ２の状態説明図である。 （ａ）は図８に示す時刻ｔ３の状態説明図である。 （ｂ）は図８に示す時刻ｔ４の状態説明図である。 図２に示す固体撮像素子に代わるＣＣＤ型固体撮像素子の一例を示す表面模式図である。 図１１の固体撮像素子に代わるＣＣＤ型固体撮像素子の別実施形態を示す表面模式図である。 図１２の固体撮像素子に代わるＣＣＤ型固体撮像素子の別実施形態を示す表面模式図である。

符号の説明

２１ 撮像部
２４ 撮像素子駆動部
２６ デジタル信号処理部
２９ システム制御部
４１，１０１ 画素（フォトダイオード）
４２，１０２ 垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）
４３，１０３ 水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）
４４，１０４ 出力アンプ
６１，７１，８１，１００ ＣＣＤ型固体撮像素子
Ｖ１〜Ｖ８ 垂直転送電極
Ｒ，ｒ 赤色フィルタ
Ｇ，ｇ 緑色フィルタ
Ｂ，ｂ 青色フィルタ
Ｗ 透明フィルタ

Claims (5)

1. 半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素で構成される第１画素群と、該第１画素群と重なる領域の前記半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素で構成され前記第１画素群の各々の画素に対してずれた位置に画素を有する第２画素群と、前記第１画素群に含まれる複数の画素及び前記第２画素群に含まれる複数の画素で構成され垂直方向に並ぶ画素列に沿って該画素列毎に形成される複数の垂直電荷転送路と、複数の前記垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成される水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の出力端部に設けられ転送されて来た信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像データとして出力する出力アンプとを備えるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法において、メカニカルシャッタを用いない動画像撮像時に、前記垂直電荷転送路を構成する転送電極のうち読出電極を兼用する転送電極に印加される読出パルスの印加タイミングと電子シャッタ機能とにより前記第１画素群の露光時間と前記第２画素群の露光時間とを別々に制御し、前記第１画素群と前記第２画素群のうち先に前記読出パルスが印加された前記第１画素群の各画素から前記垂直電荷転送路に読み出された前記信号電荷を、前記第２画素群に対して読出パルスが印加されるまで該垂直電荷転送路に保持させておき、その後に、前記垂直電荷転送路上の前記第１画素群から読み出された前記信号電荷と前記第２画素群から読み出された前記信号電荷とを一緒に転送し前記出力アンプから出力させることを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
2. 前記第１画素群及び前記第２画素群の各々が正方格子配列されると共に前記第１画素群の各々の画素に対して前記第２の各々の画素が水平方向，垂直方向共に１／２画素ピッチずらして配置され、前記垂直電荷転送路が垂直方向の画素を避けるように蛇行して形成され、該第１画素群の各々の画素に積層されるカラーフィルタがベイヤ配列されると共に該第２画素群の各々の画素に積層されるカラーフィルタもベイヤ配列されることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
3. 前記第１画素群の各々の画素から前記垂直電荷転送路に読み出された信号電荷を、前記第２画素群を構成する画素の水平方向に隣接する位置まで垂直方向に転送すると共に、該第２画素群から信号電荷が読み出されるまで該位置に保持しておくことを特徴とする請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
4. 前記第１画素群を構成する画素と前記第２画素群を構成する画素とが同一受光面積で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
5. 半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素で構成される第１画素群と、該第１画素群と重なる領域の前記半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素で構成され前記第１画素群の各々の画素に対してずれた位置に画素を有する第２画素群と、前記第１画素群に含まれる複数の画素及び前記第２画素群に含まれる複数の画素で構成され垂直方向に並ぶ画素列に沿って該画素列毎に形成される複数の垂直電荷転送路と、複数の前記垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成される水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の出力端部に設けられ転送されて来た信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像データとして出力する出力アンプとを備えるＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置において、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法を実施する撮像素子駆動手段を備えることを特徴とする撮像装置。

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