JP2623154B2

JP2623154B2 - 固体撮像デバイスの駆動方法

Info

Publication number: JP2623154B2
Application number: JP2153862A
Authority: JP
Inventors: 恭正長谷川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1990-06-14
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPH0446477A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、インターライントランスファ方式の電荷結
合型固体撮像デバイスの駆動方法に関し、特に、再生画
像中のフリッカを低減するための駆動方法に関する。

〔従来の技術〕従来のインターライントランスファ方式の電荷結合型
固体撮像デバイスの駆動方法を、第９図に示す構造のデ
バイスについて説明する。

まず、構造を説明すると、半導体基板の表面部に、A
1,B1で示す複数のフォトダイオードが行方向（Ｘ方向）
及び列方向（Ｙ方向）に沿ってマトリクス状に配列して
形成され、各列方向に沿って並ぶフォトダイオード群に
隣接して垂直電荷転送路l₁〜l_mが形成されている。又、
垂直電荷転送路l₁〜l_mは例えば４相駆動方式の駆動信号
に同期して信号電荷を転送するためのゲート電極（図示
せず）が形成され、その上面には外光の入射を阻止する
ための遮光膜が積層されている。

更に、垂直電荷転送路l₁〜l_mの終端部に、水平電荷転
送路HCCDが形成され、その終端に出力アンプAMPが形成
されている。尚、水平電荷転送路HCCDは例えば２相駆動
方式の駆動信号φ_H1,φ_H2に同期して信号電荷を転送す
るためのゲート電極が設けられると共に、その上面に遮
光膜が積層されている。

そして、フォトダイオードA1が奇数フィールド、フォ
トダイオードB1が偶数フィールドに配列するものと定義
して、それらのフォトダイオードA1,B1に発生する信号
電荷をフィールド走査読出しするようになっている。

次に、このような構造の電荷結合型固体撮像デバイス
を電子カメラに適用した場合の駆動方法を説明する。

かかる電子カメラは、撮像レンズ等の後方に機械式シ
ャッターが設けられ、更に、機械式シャッターの後方に
第９図に示す撮像デバイスの受光面が配置された撮像光
学系が設けられている。そして、機械式シャッターを常
時開放状態にして、NTSC方式等の標準テレビジョン方式
の垂直及び水平同期タイミングに同期してフィールド走
査読出しを繰り返すことにより、動画撮影等を行うこと
ができ、一方、シャッターレリーズボタンの押圧に同期
して機械式シャッターを開閉することにより所望のシャ
ッタースピードで露光を行い、この露光によりフォトダ
イオードに集積した画素信号を２回のフィールド走査読
出しを行うことによって１フレーム画に相当する静止画
を撮影する。

このような動画撮影と静止画撮影の２撮影モードを備
えた電子カメラの撮影動作を第10図のフローチャートと
第11図のタイミングチャートに示す。尚、第10図のフロ
ーと第11図のタイミングチャートは時間的に対応して示
している。

第10図において、電子カメラの電源スイッチを投入す
るのに同期して動作がスタートし、動画撮影モードとな
る。即ち、ステップ100において機械式シャッターが常
時開放の状態に設定され、被写体を受光する。次に、ス
テップ110において、静止画の撮影を指示するためのシ
ャッターレリーズボタンが押圧されたか否かを内部の制
御回路で判断し、レリーズボタンが押圧されない場合
は、ステップ120〜130の処理を行う。即ち、ステップ12
0では、例えばNTSC方式の１フィールド期間（1/60秒）
に相当する間に、奇数フィールドに該当するフォトダイ
オードA1の画素信号を垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィール
ドシフトした後、垂直電荷転送路l₁〜l_mと水平電荷転送
路HCCDの電荷転送動作によって、１フィールド分の画素
信号を読み出す。同様に、ステップ130でも、次の1/60
秒の期間に偶数フィールドに該当するフォトダイオード
B1の画素信号を読み出す。

そして、再びステップ110へ移行し、ステップ110〜13
0の処理を1/30秒の周期で繰り返すことにより、NTSC方
式のモニタテレビジョンに動画を再生するための映像信
号を出力する。

尚、ステップ120の奇数フィールド走査読出しは、第1
1図中の時点t₁〜t₂に示すように、１フィールド期間T_VD
（1/60秒）の内の垂直ブランキング期間T_VB（VDが“H"
となる期間）内にA_FSが“H"となる時に、奇数フィール
ドに該当する画素信号だけを垂直電荷転送路l₁〜l_mへフ
ィールドシフトし、水平走査期間を示すタイミング信号
HDが“H"となる1H期間に、垂直電荷転送路l₁〜l_mが１行
分の画素信号を水平電荷転送路HCCDへ転送した後、H_CCD
が“H"となる期間中に水平電荷転送路HCCDが読み出すこ
とによって１行分の画素信号を出力し、この1H期間の動
作を全ての画素信号の読出しまで繰り返すことによっ
て、奇数フィールド走査を完了する。ステップ130の偶
数フイールド走査読出しも第11図中の時点t₂〜t₃に示す
ように奇数フィールド走査読出し（時点t₁〜t₃）と同様
に行われる。但し、B_FSが“H"となるタイミングで、偶
数フィールドに該当する画素信号だけをフィールドシフ
トする。

そして、第11図の時点t₃以後も時点t₁〜t₃のフィール
ド走査を繰り返すことによって、動画の撮影を実現す
る。

次に第10図のステップ110でシャッターレリーズボタ
ンの押圧を検出するとステップ140へ移行し、静止画撮
影モードとなる。

まず、ステップ140では、機械式シャッターを閉鎖す
ることで光の入射を禁止し、次にステップ150では、こ
の閉鎖状態のままで撮像デバイスに電荷転送動作を行わ
せることにより、全てのフォトダイオード及び垂直転送
路l₁〜l_mと水平電荷転送路HCCDに存在している暗電流成
分及びスメア成分を外部へ廃棄する。

即ち、第11図のある時点t₅において、シャッターレリ
ーズボタンを押圧したとすると、押圧信号S_ONが発生
し、これに同期して制御信号S_TRが“H"から“L"になる
ことで機械的シャッターが閉鎖し、次の垂直ブランキン
グ期間中の時点t₆に、A_FSとB_FSで示すように奇数及び偶
数フィールドの全てのフォトダイオードについてフィー
ルドシフトを行うことで全電荷を垂直電荷転送路l₁〜l_m
へ転送する。そして、時点t₆〜t₉において通常同様のフ
ィールド走査読出しを行うことにより、暗電流及びスメ
ア成分の不要電荷を廃棄する。

尚、この暗電流及びスメア成分の廃棄期間中に、第11
図に示すように、シャッタースピードに相当する期間τ
_STR（時点t₇〜t₈の期間）だけ機械式シャッターを開放
して再び閉鎖することにより、露光を行う。

この露光及び暗電流廃棄の処理を完了すると、次に、
ステップ160（第11図の時点t₁₀参照）において、奇数フ
ィールドに該当するフォトダイオードA1の画素信号を垂
直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトし、次にステッ
プ170において、第11図の時点t₁₀〜t₁₁に示すように垂
直電荷転送路l₁〜l_m及び水平電荷転送路HCCDによる転送
動作によって奇数フィールドの画素信号を出力する。
尚、順次に読み出される画素信号は、例えばデジタル信
号に変換して、半導体メモリ等に記憶する。

次に、ステップ180（第11図の時点t₁₂参照）におい
て、偶数フィールドに該当するフォトダイオードB1の画
素信号を垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトし、
次にステップ190において、第11図の時点t₁₂〜t₁₃に示
すように垂直電荷転送路l₁〜l_m及び水平電荷転送路HCCD
による転送動作によって偶数フィールドの画素信号を出
力する。そして、順次に読み出される画素信号をデジタ
ル信号に変換して半導体メモリ等に記憶する。

以上、ステップ140〜190の処理を実行することにより
静止画を電子的に撮影すると、再びステップ100へ移行
して、動画の撮影モードとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の撮像デバイスの駆動方法によれば、
静止画を撮影する場合に、露光完了時点から奇数フィー
ルド走査開始時点までの期間より、露光完了時点から偶
数フィールド走査開始時点までの期間の方が長い（NTSC
方式の場合は1/60秒）ので、奇数フィールドに該当する
画素信号に対するスメア成分の影響よりも偶数フィール
ドに該当する画素信号に対するスメア成分の影響の方が
大きくなる。この結果、読出した画素信号に従って飛び
越し走査による画像再生を行うと、フィールド間で輝度
の異なる所謂フィールドフリッカを発生し、画質の悪化
を招来する。

又、奇数フィールドに該当するフォトダイオードへ漏
込む暗電流の量と偶数フィールドに該当するフォトダイ
オードへ漏込む暗電流の量に差があるため、スメアと同
様にフィールドフリッカを招来したり、偽色を発生する
等の問題がある。即ち、露光中にも垂直電荷転送路l₁〜
l_mは空読み状態のまま転送動作を継続するが、奇数フィ
ールドに該当するフォトダイオードA1に隣接する垂直電
荷転送路のポテンシャルレベルと、偶数フィールドに該
当するフォトダイオードB1に隣接する垂直電荷転送路の
ポテシャルレベルが相違するので、垂直電荷転送路から
各フィールド毎のフォトダイオードに対する電気的な影
響が異なり、これが各フィールド毎のフォトダイオード
への暗電流の漏込み量の差となる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであ
り、フィールド走査読出しによって画素信号を読み出し
ても、フィールドフリッカを生じさせない固体撮像デバ
イス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〕

このような目的を達成するために本発明は、行方向及
び列方向にマトリクス状に配列形成される複数の画素に
相当する複数の光電変換素子と、各列方向に配列する光
電変換素子群毎に隣接して形成される垂直電荷転送路
と、これらの垂直電荷転送路から転送されて来る信号電
荷を時系列的に出力する水平電荷転送路を具備し、上記
光電変換素子に残留する不要電荷を垂直電荷転送路へフ
ィールドシフトした後、上記垂直電荷転送路及び水平電
荷転送路による走査読出しによって不要電荷を廃棄処理
すると共に、該廃棄処理期間中の所定時間又は完了後の
所定時点で露光を行うことによって光電変換素子に画素
信号を発生させ、次に、上記画素信号を垂直電荷転送路
へフィールドシフトした後、上記垂直電荷転送路及び水
平電荷転送路による走査読出しを行うことによって撮影
を行う固体撮像デバイスの駆動方法を対象とする。

このような固体撮像デバイスの駆動方法に対し、本発
明は、前記廃棄処理期間中は、前記垂直電荷転送路に全
ての不要電荷を水平電荷転送路へ転送させた後、全ての
垂直電荷転送路をピニング状態に設定して水平電荷転送
路に走査読出しを行わせることにより不要電荷を廃棄す
ると共に、垂直電流転送路をピニング状態に設定してい
る適宜の時点で前記露光を行うこととした。

〔作用〕

このような駆動方法による本発明によれば、不要信号
廃棄処理の際に、暗電流の廃棄のための連続した垂直電
荷転送終了から次のフィールドシフト開始までの期間
に、垂直電荷転送路をピニング状態に設定するようにし
たので、各フィールドの全ての光電変換素子に隣接する
垂直電荷転送路のポテンシャルレベルが均一化された状
態となり、全ての光電変換素子の感度、最大蓄積電荷量
も均一化される。

又、ピニング状態により垂直電荷転送路の表面準位が
不活性化されるので、暗電流の洩込みも低減できる。

これらの結果として、再生画像のフリッカ発生を大幅
に低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。

まず、本発明の駆動方法を適用した電子カメラの概略
構成を第１図に基づいて説明する。

第１図において、１は撮影レンズ、２は機械式シャッ
ター、３は固体撮像デバイスであり、これら撮影レンズ
１、機械式シャッター２、固体撮像デバイス３は同一の
光軸上に配列されている。固体撮像デバイス３は第９図
に示したのと同様のインターライントランスファ方式の
構造のものである。

４は固体撮像デバイス３に信号電荷の走査読出し等を
行わせるための駆動信号を発生するCCD駆動部であり、
走査読出しによって出力した信号を信号処理部５へ転送
する。信号処理部５では、色分離やγ補正等の処理を行
うと共に、色差信号と輝度信号を形成して出力する。

６は切換え回路であり、モニター動作のときは接点ａ
側に切り換わることにより電子ファインダ７に画像を再
生させ、撮影時には、接点ｂ側に切り換わることにより
記録部８の記録媒体に映像データを記憶させる。

そして、制御部９が、機械式シャッター２、CCD駆動
部４、信号処理部５、切換え回路６及び記録部８等を所
定タイミングに同期して動作するように制御する。

尚、機械式シャッターを常時開放状態にして、NTSC方
式等の標準テレビジョン方式の垂直及び水平同期タイミ
ングに同期してフィールド走査読出しを繰り返すことに
より、動画撮影等を行うことができ、一方、シャッター
レリーズボタンの押圧に同期して機械式シャッターを開
閉することにより所望のシャッタースピードで露光を行
い、この露光によりフォトダイオードに集積した画素信
号を２回のフィールド走査読出しを行うことによって１
フレーム画に相当する静止画を撮影するように制御す
る。

次に、第２図のフローチャートと第３図のタイミング
チャートに従って駆動方法を詳細に説明する。

第２図において、電子カメラの電源スイッチを投入す
るのに同期して動作がスタートし、動画撮影モードとな
る。即ち、ステップ200において機械式シャッターが常
時開放の状態に設定され、被写体を受光する。次に、ス
テップ210において、静止画の撮影を指示するためのシ
ャッターレリーズボタンが押圧されたか否かを内部の制
御回路で判断し、レリーズボタンが押圧されない場合
は、ステップ220〜230の処理を繰り返す。

即ち、ステップ220の奇数フィールド走査読出しの処
理は、第３図中の時点t₁〜t₂のタイミングで行われ、ス
テップ230の偶数フィールド走査読出しの処理は、第３
図中の時点t₂〜t₃のタイミングで行われる。尚、第３図
中、T_VD毎の期間が夫々の１フィールド走査期間に相当
し、VDが“H"となる期間T_VBが垂直ブランキング期間で
あり、HDは１水平走査期間（1H）毎に“H"となる水平同
期信号であり、S_TRが“H"のときに機械式シャッターが
解放、“L"のときに閉鎖となり、A_FSが“H"となるタイ
ミングで奇数フィールドのフィールドシフトを行い、B
_FSが“H"となるタイミングで偶数フィールドのフィール
ドシフトを行い、V_CCDが“H"となる期間で垂直電荷転送
路l₁〜l_mが１行分だけ信号電荷を転送し、H_CCDが“H"と
なる期間で水平電荷転送路HCCDが１行分の信号電荷を転
送し、シャッターレリーズボタンが押圧するのに同期し
てS_ONが“H"となるものとする。

このような動画の撮影モード中のある時点でシャッタ
ーレリーズボタンを押圧すると、ステップ240へ処理が
移行し、静止画撮影モードとなる。

まず、ステップ240では、第３図の時点t₃でシャッタ
ーレリーズボタンが押圧されるのに同期して信号S_TRが
“L"となり、機械式シャッターが閉鎖されることにより
外光の入射を禁止する。

次に、ステップ250〜330の処理によって、全フォトダ
イオードに残存する暗電流成分の廃棄を行う。即ち、第
３図の時点t₃の次に来る垂直ブランキング期間内の所定
時点t₄で、奇数フィールドに該当するフォトダイオード
A1の不要電荷を垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィードシフト
し（ステップ250）、次に、時点t₅〜t₆の所定期間中に
高速で垂直電荷転送路l₁〜l_mが垂直転送動作することに
よって、全ての不要電荷を水平電荷転送路HCCDへ転送す
る（ステップ260）。

次に、時点t₆から次の垂直ブランキング期間の開始時
点t₉までの期間中、垂直電荷転送路l₁〜l_mのゲート電極
に印加する全ての駆動信号φ_V1〜φ_V4を“L"レベルにす
ることによって、全ての垂直電荷転送路l₁〜l_mをピニン
グ（Pining）状態に設定する（ステップ270）。

このピニング状態とは、全ての垂直電荷転送路l₁〜l_m
をポテンシャル障壁のレベルに設定することであり、全
ての垂直電荷転送路l₁〜l_mの表面準位は正孔によって不
活性化されている。更に、奇数フィールドと偶数フイー
ルドの全てのフォトダイオードA1,B1に隣接する垂直電
荷転送路のポテンシャルレベルが均一化された状態とな
る。

更に、時点t₇〜t₈の期間（1H期間に等しい）に、水平
電荷転送路HCCDが水平転送動作することにより奇数フィ
ールドに該当する不要電荷を廃棄する（ステップ28
0）。

次に、時点t₉〜t₁₇における１フィールド期間T_VDに、
偶数フィールドに該当するフォトダイオードB1の暗電流
の廃棄処理を行う。即ち、時点t₉において、垂直電荷転
送路l₁〜l_mのピニング状態を解除して、電荷転送可能な
状態に設定し（ステップ290）、次に垂直ブランキング
期間中の時点t₁₀において、偶数フィールドに該当する
フォトダイオードB1の電荷を垂直電荷転送路l₁〜l_mへフ
ィールドシフトする（ステップ300）。そして、時点t₁₁
〜t₁₂の期間（時点t₅〜t₆と等しい期間）に、高速で垂
直電荷転送路l₁〜l_mが垂直転送動作することによって、
全ての不要電荷を水平電荷転送路HCCDへ転送する（ステ
ップ310）。

次に、時点t₁₂から次の垂直ブランキング期間の開始
時点t₁₇までの期間中、垂直電荷転送路l₁〜l_mのゲート
電極に印加する全ての駆動信号φ_V1〜φ_V4を“L"レベル
にすることによって、全ての垂直電荷転送路l₁〜l_mをピ
ニング（Pining）状態に設定し（ステップ320）、奇数
及び偶数フィールドに該当する全フォトダイオードへの
暗電流の影響を低減する。

そして、このピニング状態のままで、時点t₁₃〜t₁₄の
期間（t₇〜t₈の期間と等しい）に、水平電荷転送路HCCD
が転送動作することによって暗電流を廃棄する（ステッ
プ330）。

更に、垂直電荷転送路l₁〜l_mをピニング状態に設定し
ている期間中（t₁₂〜t₁₇）の所定時点からシャッタース
ピードに対応する時点までの期間（t₁₅〜t₁₆）だけ機械
式シャッターを解放にして再び閉鎖することにより、露
光を行う。

このように、全フィールドの暗電流の廃棄を完了する
と、次の１フィールド走査期間t₁₇〜t₁₈において、フィ
ールドシフトを行わずに通常の垂直及び水平電荷転送を
行うことによって、垂直電荷転送路l₁〜l_m及び水平電荷
転送路HCCD中のスメア成分の廃棄を行う（ステップ34
0）。

次に、時点t₁₈〜t₂₀の１フィールド走査期間におい
て、奇数フィールドに該当するフォトダイオードA1に発
生した画素信号を走査読出しする（ステップ350）。即
ち、垂直ブランキング期間中の所定時点t₁₉において、
奇数フィールドに該当する画素信号をフィールドシフト
によって垂直電荷転送路l₁〜l_mへ移した後、通常の垂直
及び水平電荷転送動作によって読み出す。

次に、時点t₂₀〜t₂₂の１フィールド走査期間におい
て、偶数フィールドに該当するフォトダイオードB1に発
生した画素信号を走査読出しする（ステップ360）。即
ち、垂直ブランキング期間中の所定時間t₂₀において、
偶数フィールドに該当する画素信号をフィールドシフト
によって垂直電荷転送路l₁〜l_mへ移した後、通常の垂直
及び水平電荷転送動作によって読み出す。

以上に説明したように、シャッターレリーズボタンが
押圧された時点t₃から不要電荷の廃棄及び露光、そして
画素信号の読出しまでの処理により２フィールドで１フ
レームに相当する静止画像の画素信号を得る。

そして、この静止画撮影が完了すると、第２図のステ
ップ200へ処理が移行し（時点t₂₂）、機械式シャッター
が開放状態のままで動画の撮影動作が繰り返される。

このように、この実施例によれば、暗電流の廃棄のた
めの連続した垂直電荷転送終了から次のフィールドシフ
トまでの期間に、垂直電荷転送路l₁〜l_mをピニング状態
に設定するようにしたので、奇数フィールドと偶数フィ
ールドの全てのフォトダイオードA1,B1に対する垂直電
荷転送路のポテンシャルレベルが均一化された状態とな
り、フォトダイオードA1,B1の感度、最大直積電荷量が
均一化される。又、ピニング状態により垂直電荷転送路
l₁〜l_mの表面準位が不活性化されるので、暗電流の洩込
みも低減できる。これらの結果として、再生画像のフリ
ッカ発生を大幅に低減することができる。

次に、第２の実施例を説明する。従来の固体撮像デバ
イスは、NTSC方式等に対応する程度の比較的低い垂直解
像度のものが主流であったが、この第２の実施例は垂直
解像度を約２倍に向上させ、画素に相当するフォトダイ
オードを４フィールドに区分けして、動画を撮影すると
きは２回のフィールド走査読出しを行うことで１フレー
ム分の画素信号を読み出し、静止画を撮影するときは４
回のフィールド走査読出しを行うことにより１フレーム
の画素信号を読み出すものである。

まず、第４図に基づいて構造を説明すると、受光領域
には、垂直方向Ｘに対して1000行、水平方向に対して80
0列の合計80万画素分のフォトダイオードPA1,PB1,PA2,P
B2がマトリクス状に配列・形成され、垂直方向に沿って
配列されたフォトダイオード群の間に800本の垂直電荷
転送路l₁〜l_mが形成されている。そして、垂直電荷転送
路の終端部に水平電荷転送路HCCDが形成され、その終端
部に出力アンプAMPが形成されている。

そして、第１行、第５行などの（4n−３）行目（ここ
で、ｎは自然数）のフォトダイオードPA1を第１フィー
ルド、第２行、第６行などの（4n−２）行目のフォトダ
イオードを第２フィールド、第３行、第７行などの（4n
−１）行目のフォトダイオードを第３フィールド、第４
行、第８行などの（4n）行目のフォトダイオードを第４
フィールドに配列するものと定義している。

更に、垂直電荷転送路l₁〜l_mには、第１フィールドの
フォトダイオードPA1に対するゲート電極VA1とV2、第２
フィールドのフォトダイオードPB1に対するゲート電極V
B1とV4、第３フィールドのフォトダイオードPA2に対す
るゲート電極VB1とV2、及び第４フィールドのフォトダ
イオードPB2に対するゲート電極VB2とV4が夫々設けられ
ると共に、ゲート電極VA1に駆動信号φ_A1、ゲート電極V
2に駆動信号φ_２、ゲート電極VB1に駆動信号φ_B1、ゲー
ト電極V4に駆動信号φ_４を印加することによって、垂直
電荷転送路l₁〜l_mに所定タイミングでポテンシャル井戸
及びポテンシャル障壁を発生させて信号電荷を水平電荷
転送路HCCD側へ垂直転送する。水平電荷転送路HCCDは４
相駆動方式を適用した駆動信号φ_H1〜φ_H4に同期して信
号電荷を出力アンプAMP側へ転送する。

又、夫々のフォトダイオードPA1,PB1,PA2,PB2と垂直
電荷転送路のそれに対応するゲート電極VA1,VB1,VA2,VB
2下の転送エレメントの間にトランスファゲート（図中
のTgで代表する）が形成され、各トランスファゲート
は、ゲート電極VA1,VB1,VA2,VB2に所定の高電圧のフィ
ールドシフト信号を印加することによって導通となる。

次に、かかる固体撮像デバイスの作動を第５図のフロ
ーチャートと第６図〜第８図のタイミングチャートに基
づいて説明する。尚、第１の実施例と同様の構成の電子
カメラに適用した場合の撮影動作を説明するものとす
る。

第５図において、電子カメラの電源スイッチを投入す
るのに同期して動作がスタートし、動画撮影モードとな
る。即ち、ステップ370において機械式シャッターが常
時開放の状態に設定され、被写体を受光する。次に、ス
テップ380において、静止画の撮影を指示するためのシ
ャッターレリーズボタンが押圧されたか否かを内部の制
御回路で判断し、レリーズボタンが押圧されない場合
は、ステップ390〜400の処理を繰り返すことで、動画撮
影を行う。

まずステップ390では、第６図中の1/60秒周期の期間T
_VD1に示すタイミングに従って動作することにより第1,
第３フィールドの画素信号を走査読出しする。即ち、期
間T_VD1中の垂直ブランキング期間T_VBに、駆動信号φ_A1
とφ_A2がフィールドシフトに必要な高い電圧“HH"とな
ることにより第１フィールドと第３フィールドのフォト
ダイオードPA1,PA2の画素信号を垂直電荷転送路l₁〜l_m
へ転送した後、垂直電荷転送路l₁〜l_mと水平電荷転送路
HCCDが所定タイミングで転送動作を行うことによって走
査読出しを行う。尚、第６図中の各期間T_HDで垂直電荷
転送路l₁〜l_mが２行分ずつの画素信号を水平電荷転送路
HCCDへ垂直転送し、次の垂直転送を開始するまでの期間
に水平電荷転送路HCCDが水平走査読出しを行う。したが
って、第1,第２フィールドの画素信号が各１行分ずつ混
合されて読み出されることとなるので、動画撮影では垂
直解像度は画素数に対して半分となる。

ステップ400では、第６図中の1/60秒周期の期間T_VD2
に示すタイミングに従って動作することにより第2,第４
フィールドの画素信号を走査読出しする。即ち、期間T
_VD2中の垂直ブランキング期間T_VBに、駆動信号φ_B1とφ
_B2がフィールドシフトに必要な高い電圧“HH"となるこ
とにより第２フィールドと第４フィールドのフォトダイ
オードPA2,PB2の画素信号を垂直電荷転送路l₁〜l_mへ転
送した後、垂直電荷転送路l₁〜l_mと水平電荷転送路HCCD
が所定タイミングで転送動作を行うことによって走査読
出しを行う。尚、第６図中の各所定期間T_HDで垂直電荷
転送路l₁〜l_mが２行分ずつの画素信号を水平電荷転送路
HCCDへ垂直転送し、次の垂直転送を開始するまでの間に
水平電荷転送路HCCDが水平走査読出しを行う。したがっ
て、第2,第４フィールドの画素信号が各１行分ずつ混合
されて読み出されることとなるので、動画撮影では垂直
解像度は画素数に対して半分となる。

そして、このように、1/60秒毎のフィールド走査読出
しを繰り返すことによって、動画の撮影を行う。

又、第７図に示すように、動画の撮影モード中のある
時点t₁でシャッターレリーズボタンを押圧したとする
と、“H"レベルの押圧信号S_ONが発生するのに同期して
ステップ410へ処理が移行し、制御信号S_TRを“L"レベル
にすることで機械式シャッターを閉鎖状態にして光の入
射を禁止することにより、静止画撮影モードとなる。

静止画撮影モードでは、まず、第７図中に示すよう
に、各フィールド毎に1/60秒の周期T_VDで不要電荷の廃
棄処理を行う。

最初の周期（時点t₂〜t₆の期間）では、時点t₂〜t₃内
の所定の時点で駆動信号φ_A1が所定の高電圧レベル“H
H"となることによって、フォトダイオードPA1中の不要
電荷を垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトし（ス
テップ420）、次にステップ430（時点t₃〜t₄の期間）
で、垂直電荷転送路l₁〜l_mが転送動作することによっ
て、不要電荷を水平電荷転送路HCCDへ転送する。

次に、ステップ440（時点t₄〜t₆）において、垂直電
荷転送路l₁〜l_mの全駆動信号の電圧レベルを“L"レベル
に設定することによって垂直電荷転送路l₁〜l_mをピニン
グ状態に設定すると共に、時点t₄〜t₅の期間に水平電荷
転送路HCCDが電荷転送動作を行うことにより、第１フィ
ールドに係るフォトダイオードPA1の暗電流を廃棄す
る。

次に、ステップ450〜470（時点t₆〜t₈までの周期
T_VD）においては、先の周期（時点t₂〜t₆の期間）と同
様の処理を行うことにより第２フィールドに係るフォト
ダイオードPB1の暗電流を廃棄する。但し、垂直電荷転
送路l₁〜l_mが垂直電荷転送を開始する時点t₇以前の所定
時点で、駆動信号φ_B1が所定の高電圧レベル“HH"とな
ることによって、フォトダイオードPB1中の不要電荷を
垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトする。

次に、ステップ480〜500（時点t₈〜t₁₀までの周期
T_VD）においては、先の周期（時点t₂〜t₆の期間）と同
様の処理を行うことにより第３フィールドに係るフォト
ダイオードPA2の暗電流を廃棄する。但し、垂直電荷転
送路l₁〜l_mが垂直電荷転送を開始する時点t₉以前の所定
時点で、駆動信号φ_A2が所定の高電圧レベル“HH"とな
ることによって、フォトダイオードPA2中の不要電荷を
垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトする。

次に、ステップ510〜530（時点t₁₀〜t₁₅までの周期T
_VD）においては、先の周期（時点t₂〜t₆の期間）と同様
の処理を行うことにより第４フィールドに係るフォトダ
イオードPB2の暗電流を廃棄する。但し、垂直電荷転送
路l₁〜l_mが垂直電荷転送を開始する時点t₁₁以前の所定
時点で、駆動信号φ_B2が所定の高電圧レベル“HH"とな
ることによって、フォトダイオードPB2中の不要電荷を
垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトする。

尚、最後の周期中におけるフィールドシフト動作を完
了した時点t₁₁から時点t₁₄までの間に、シャッタースピ
ードに対応する期間（t₁₂〜t₁₃）だけ機械式シャッター
を開くことにより、露光する。

このように、露光及び不要電荷の廃棄処理を完了する
と、次に、第８図の時点t₁₄〜t₁₅の1/60秒の期間に、垂
直電荷転送路l₁〜l_m及び水平電荷転送路HCCDが転送動作
を行うことによって、これらの転送路中に残留していた
不要電荷を廃棄する（ステップ540）。

次に、ステップ550〜580の処理を行うことにより、各
フォトダイオードに発生した画素信号を、第８図中の時
点t₁₅〜t₂₃の期間に示すタイミングにしたがって走査読
出しする。

まず、1/60秒の期間t₁₅〜t₁₇（ステップ550）中の所
定期間t₁₅〜t₁₆において、駆動信号φ_A1を“HH"レベル
にすることにより、フォトダイオードPA1の画素信号を
垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトした後、垂直
電荷転送路l₁〜l_mが１行分の画素信号を転送する毎に水
平電荷転送路HCCDが水平転送し、これを繰り返すことに
よって第１フィールドに該当する全画素信号を出力す
る。

次に、ステップ560では、1/60秒の期間t₁₇〜t₁₉中の
所定期間t₁₇〜t₁₈において、駆動信号φ_B1を“HH"レベ
ルにすることにより、フォトダイオードPB1の画素信号
を垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトした後、垂
直電荷転送路l₁〜l_mが１行分の画素信号を転送する毎に
水平電荷転送路HCCDが水平転送し、これを繰り返すこと
によって第２フィールドに該当する全画素信号を出力す
る。

次に、ステップ570では、1/60秒の期間t₁₉〜t₂₁中の
所定期間t₁₉〜t₂₀において、駆動信号φ_A2を“HH"レベ
ルにすることにより、フォトダイオードPA2の画素信号
を垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトした後、垂
直電荷転送路l₁〜l_mが１行分の画素信号を転送する毎に
水平電荷転送路HCCDが水平電送し、これを繰り返すこと
によって第３フィールドに該当する全画素信号を出力す
る。

次に、ステップ580では、1/60秒の期間t₂₁〜t₂₃中の
所定期間t₂₁〜t₂₂において、駆動信号φ_B2を“HH"レベ
ルにすることにより、フォトダイオードPB2の画素信号
を垂直電荷転送路l₁〜l_mへフィールドシフトした後、垂
直電荷転送路l₁〜l_mが１行分の画素信号を転送する毎に
水平電荷転送路HCCDが水平転送し、これを繰り返すこと
によって第４フィールドに該当する全画素信号を出力す
る。

このように、各フィールド順に画素信号を走査読出し
することによって、全フォトダイオードの画素信号を出
力するので、高解像度の静止画を提供することができ
る。

そして、静止画撮像モードを終了すると、再びステッ
プ370へ移行して動画撮影のモードが開始する。

このように、この実施例によれば、垂直解像度の高い
静止画像を提供することができ、更に、露光前の不要電
荷の廃棄処理の期間において、垂直電荷転送終了後、次
のフィールドシフトまでの期間に、垂直電荷転送路l₁〜
l_mをピニング状態に設定するようにしたので、全てのフ
ォトダイオードPA1,PB1,PA2,PB2に対する垂直電荷転送
路のポテンシャルレベルが均一化された状態となり、フ
ォトダイオードPA1,PB1,PA2,PB2の感度、最大蓄積電荷
量も均一化され、且つ絶対量も低減できる。又、ピニン
グ状態により垂直電荷転送路l₁〜l_mの表面準位が不活性
化されるので、暗電流の洩込みも低減できる。これらの
結果として、再生画像のフリッカ発生を大幅に低減する
ことができる。

尚、上記の２実施例では、何れも垂直電荷転送路をピ
ニング状態に設定して不要電荷の掃き出し処理を行なっ
ている所定期間中に露光を行なうが、これに限らず、例
えば、該不要電荷の掃き出し処理を完了してから露光を
行なうようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、露光前の不要
電荷の廃棄処理の期間において、垂直電荷転送終了後、
全ての垂直電荷転送路をピニング状態に設定するように
したので、全ての光電変換素子に対する垂直電荷転送路
のポテンシャルレベルが均一化された状態となって光電
変換素子の感度、最大蓄積電荷量を均一化及び絶対量を
減少させることができるのでき、更に、垂直電荷転送路
のピニング状態により光電変換素子への洩れ込み絶対量
を低減することができる。

この結果、読み出した画素信号に基づいて画像再生を
行った場合に、フリッカの発生を大幅に低減した優れた
映像を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電子カメラの概略構成を
示す構成説明図、第２図は第１実施例の駆動方法を示すフローチャート、第３図は第２図のフローチャートに対応して第１の実施
例の駆動方法を示すタイミングチャート、第４図は第２の実施例における固体撮像デバイスの構造
を示す構造説明図、第５図は第２の実施例の駆動方法を示すフローチャー
ト、第６図、第７図及び第８図は第２図のフローチャートに
対応して第２の実施例の駆動方法を示すタイミングチャ
ート、第９図は従来例の駆動方法に適用した固体撮像デバイス
の構造を示す従来例構造説明図、第10図は従来例の駆動方法を示すフローチャート、第11図は第10図に示すフローチャートに対応して従来の
駆動方法を示すタイミングチャートである。図中の符号； VD;垂直同期タイミングの信号、 HD;水平同期タイミングの信号、 S_TR;シャッタータイミング信号、 A_FS,B_FS;フィールドシフトタイミング信号、 V_CCD;垂直転送のタイミング信号、 H_CCD;水平転送のタイミング信号、 S_ON;シャッターの押圧タイミング信号、 φ_A1,φ_B1,φ₂,φ_A2,φ_B2,φ₄;垂直電荷転送路の駆動信
号、 φ_H1,φ_H2,φ_H3,φ_H4;水平電荷転送路の駆動信号。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】行方向及び列方向にマトリクス状に配列形
成される複数の画素に相当する複数の光電変換素子と、各列方向に配列する光電変換素子群毎に隣接して形成さ
れる垂直電荷転送路と、これらの垂直電荷転送路から転送されて来る信号電荷を
時系列的に出力する水平電荷転送路を具備し、上記光電変換素子に残留する不要電荷を垂直電荷転送路
へフィールドシフトした後、上記垂直電荷転送路及び水
平電荷転送路による走査読出しによって不要電荷を廃棄
処理すると共に、該廃棄処理期間中の所定時点又は完了
後の所定時点で露光を行うことによって光電変換素子に
画素信号を発生させ、次に、上記画素信号を垂直電荷転送路へフィールドシフ
トした後、上記垂直電荷転送路及び水平電荷転送路によ
る走査読出しを行うことによって撮影を行う固体撮像デ
バイスの駆動方法において、前記廃棄処理期間中は、前記垂直電荷転送路に全ての不
要電荷を水平電荷転送路へ転送させた後、全ての垂直電
荷転送路をピニング状態に設定して水平電荷転送路に走
査読出しを行わせることにより不要電荷を廃棄すると共
に、垂直電荷転送路をピニング状態に設定している適宜
の時点で前記露光を行うことを特徴とする固体撮像デバ
イスの駆動方法。