JP2009081880A

JP2009081880A - Imaging device

Info

Publication number: JP2009081880A
Application number: JP2008302781A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Oda; 和也小田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP4810566B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device improved in image quality by suppressing occurrence of a dark current. <P>SOLUTION: When the ISO sensitivity is set at 100, the solid-state image sensor is driven with a first read-out mode, and when the ISO sensitivity is set at 200, 400, or 800, the solid-state image sensor is driven with a second read-out mode. In the first read-out mode, one potential well L1 is formed by two vertical transfer paths 22 as shown in Fig.5(a), and the signal charge is read out therein and is sequentially transferred in the row direction. In the second read-out mode, one potential well L2 is formed by one vertical transfer path 22 as shown in Fig.5(b), and the signal charge is read out therein and is sequentially transferred in the row direction. When the ISO sensitivity is set at 200, the potential of the bottom of the potential well L2 formed in the vertical transfer path 22 is VH as shown in Fig.7(a), and when the ISO sensitivity is set at 400 or the ISO sensitivity is set at 800, this potential VH is raised to a medium level VM between VL and VH as shown in Fig.7(b). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に蓄積された信号電荷を列方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路によって転送された信号電荷を前記行方向に転送する水平転送路と、前記行方向に転送された信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置に関する。 The present invention relates to a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a row direction on a semiconductor substrate and a column direction perpendicular thereto, and a vertical transfer path for transferring signal charges accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements in the column direction. And a horizontal transfer path for transferring the signal charges transferred by the vertical transfer path in the row direction, and an output unit for outputting a signal corresponding to the signal charges transferred in the row direction. The present invention relates to an imaging device that captures images.

一般に、固体撮像素子では、１つのフォトダイオード（ＰＤ）に蓄積することのできる最大の信号電荷量（以下、飽和信号電荷量という）が転送できるように、垂直転送路や水平転送路が設計されている。例えば、図８（ａ）に示す全画素読み出しのＣＣＤでは、ＰＤ８１から読み出した信号電荷を、ＰＤ８１に対応する３つの垂直転送路のうち一番上の垂直転送路８２に形成された電位井戸に読み出して転送を行う。このため、垂直転送路８２に形成された電位井戸に溜めることのできる信号電荷量（以下、容量という）は、ＰＤ８１の飽和信号電荷量と同等かそれ以上に設計されている。又、図８（ｂ）に示すインターレース駆動のＣＣＤでは、ＰＤ８３から読み出した信号電荷を、ＰＤ８３に対応する２つの垂直転送路８４，８５に形成された２つの電位井戸を結合した電位井戸に読み出して転送を行う。このため、２つの垂直転送路８４，８５の各々によって形成される電位井戸の容量の合計は、ＰＤ８３の飽和信号電荷量と同等かそれ以上に設計されている。又、図８（ｃ）に示すハニカム型のＣＣＤでは、ＰＤ８６から読み出した信号電荷を、ＰＤ８６に対応する４つの垂直転送路のうち、下の２つの垂直転送路８７，８８によって形成される２つの電位井戸を結合した電位井戸に読み出して転送を行う。このため、２つの垂直転送路８７，８８の各々によって形成される電位井戸の容量の合計は、ＰＤ８６の飽和信号電荷量と同等かそれ以上に設計されている。 Generally, in a solid-state imaging device, a vertical transfer path and a horizontal transfer path are designed so that the maximum signal charge amount (hereinafter referred to as saturation signal charge amount) that can be stored in one photodiode (PD) can be transferred. ing. For example, in the all-pixel readout CCD shown in FIG. 8A, the signal charge read from the PD 81 is transferred to the potential well formed in the top vertical transfer path 82 among the three vertical transfer paths corresponding to the PD 81. Read and transfer. Therefore, the signal charge amount (hereinafter referred to as capacitance) that can be stored in the potential well formed in the vertical transfer path 82 is designed to be equal to or more than the saturation signal charge amount of the PD 81. In the interlaced CCD shown in FIG. 8B, the signal charge read from the PD 83 is read to the potential well formed by combining the two potential wells formed in the two vertical transfer paths 84 and 85 corresponding to the PD 83. Transfer. Therefore, the total capacity of the potential well formed by each of the two vertical transfer paths 84 and 85 is designed to be equal to or more than the saturation signal charge amount of the PD 83. Further, in the honeycomb type CCD shown in FIG. 8C, signal charges read from the PD 86 are formed by two lower vertical transfer paths 87 and 88 among the four vertical transfer paths corresponding to the PD 86. Reading is transferred to a potential well formed by combining two potential wells. For this reason, the total capacity of the potential well formed by each of the two vertical transfer paths 87 and 88 is designed to be equal to or more than the saturation signal charge amount of the PD 86.

従来、暗電流を抑制する手法として、特許文献１及び２記載のものが知られている。 Conventionally, methods described in Patent Documents 1 and 2 are known as methods for suppressing dark current.

特開平８−２７９６０８号公報JP-A-8-279608 特開平９−１６３２３４号公報JP-A-9-163234

図８に示すような固体撮像素子では、各ＰＤに飽和信号電荷量の信号電荷を蓄積することができる程度の露光時間で撮像を行った場合、各ＰＤに対応して形成される電位井戸の容量をフルに活用することができる。一方で、露光時間を例えば半分にした場合、各ＰＤには最大で飽和信号電荷量の半分の信号電荷しか蓄積されなくなるため、各ＰＤに対応して形成される電位井戸の容量に余裕が生じる。 In the solid-state imaging device as shown in FIG. 8, when imaging is performed with an exposure time that can store a signal charge of a saturation signal charge amount in each PD, the potential wells formed corresponding to each PD The capacity can be fully utilized. On the other hand, when the exposure time is halved, for example, only a maximum of half of the saturation signal charge amount is accumulated in each PD, so that there is a margin in the capacity of the potential well formed corresponding to each PD. .

垂直転送路における暗電流は、垂直転送路における電位が不安定な状態で発生しやすい。特に、固体撮像素子に入射する光が少なくなり、ＰＤに蓄積される信号電荷が少なくなる場合（例えば、低ＩＳＯ感度撮影時や暗部撮影時）には、暗電流によるノイズが目立ってしまい画質が大きく劣化してしまう。上記のように、固体撮像素子に入射する光が少なくなる場合には、各ＰＤに対応して形成される電位井戸の容量に余裕が生じるため、このことを考慮して固体撮像素子を駆動することが暗電流の抑制に繋がる。 Dark current in the vertical transfer path is likely to occur when the potential in the vertical transfer path is unstable. In particular, when the amount of light incident on the solid-state imaging device is reduced and the signal charge accumulated in the PD is reduced (for example, when shooting with low ISO sensitivity or shooting in the dark part), noise due to dark current is noticeable and the image quality is low. It will deteriorate greatly. As described above, when the amount of light incident on the solid-state image sensor decreases, there is a margin in the capacity of the potential well formed corresponding to each PD, and thus the solid-state image sensor is driven in consideration of this. This leads to suppression of dark current.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、暗電流の発生を抑制して画質を向上させることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an imaging apparatus capable of improving the image quality by suppressing the occurrence of dark current.

本発明の撮像装置は、半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に蓄積された信号電荷を列方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路からの信号電荷を前記行方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路からの信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置であって、前記複数の光電変換素子の各々に対応させて前記垂直転送路に電位井戸を形成し、前記複数の光電変換素子の各々に蓄積された信号電荷を前記電位井戸に読み出し、前記信号電荷を読み出した電位井戸を順次前記列方向に移動させる駆動制御を行う駆動制御手段を備え、前記駆動制御手段は、撮影感度が第一の所定値よりも高く第二の所定値よりも低い場合には、前記電位井戸の前記列方向の幅を、前記撮影感度が第一の所定値のときよりも小さい第一の値にして前記電位井戸の容量が小さくなるように変更し、前記撮影感度が前記第二の所定値よりも高い場合には、前記電位井戸の前記列方向の幅を前記第一の値にすると共に、前記電位井戸の深さを制御して前記電位井戸の容量を更に小さくなるように変更する。 An image pickup apparatus according to the present invention transfers a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a row direction on a semiconductor substrate and a column direction orthogonal thereto, and signal charges accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements in a column direction. A solid-state imaging device having a vertical transfer path, a horizontal transfer path that transfers signal charges from the vertical transfer path in the row direction, and an output unit that outputs a signal corresponding to the signal charges from the horizontal transfer path. A potential well is formed in the vertical transfer path corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements, and the signal charge accumulated in each of the plurality of photoelectric conversion elements is transferred to the potential well. Drive control means for performing drive control for sequentially moving the potential wells from which the signal charges have been read out in the column direction, wherein the drive control means has a shooting sensitivity higher than a first predetermined value and a second predetermined value. Than value The potential well is changed so that the capacitance of the potential well is reduced by setting the width in the column direction of the potential well to a first value smaller than that when the imaging sensitivity is a first predetermined value, When the imaging sensitivity is higher than the second predetermined value, the width of the potential well in the column direction is set to the first value, and the potential well capacitance is controlled by controlling the depth of the potential well. Is further reduced.

本発明によれば、暗電流の発生を抑制して画質を向上させることが可能な撮像装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device which can suppress generation | occurrence | production of dark current and can improve an image quality can be provided.

図１は、本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図１のデジタルカメラは、撮像部１と、アナログ信号処理部２と、Ａ／Ｄ変換部３と、駆動部４と、ストロボ５と、デジタル信号処理部６と、圧縮／伸張処理部７と、表示部８と、システム制御部９と、内部メモリ１０と、メディアインタフェース１１と、記録メディア１２と、操作部１３とを備える。デジタル信号処理部６、圧縮／伸張処理部７、表示部８、システム制御部９、内部メモリ１０、及びメディアインタフェース１１は、システムバス１４に接続されている。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a digital camera for explaining an embodiment of the present invention.
The digital camera shown in FIG. 1 includes an imaging unit 1, an analog signal processing unit 2, an A / D conversion unit 3, a driving unit 4, a strobe 5, a digital signal processing unit 6, and a compression / decompression processing unit 7. A display unit 8, a system control unit 9, an internal memory 10, a media interface 11, a recording medium 12, and an operation unit 13. The digital signal processing unit 6, compression / decompression processing unit 7, display unit 8, system control unit 9, internal memory 10, and media interface 11 are connected to a system bus 14.

撮像部１は、撮影レンズ等の光学系及び後述する固体撮像素子２０によって被写体の撮影を行うものであり、アナログの撮像信号を出力する。撮像部１には、固体撮像素子２０への光の入射の遮断制御を行うメカニカルシャッタも含まれている。アナログ信号処理部２は、撮像部１で得られた撮像信号に所定のアナログ信号処理を施す。Ａ／Ｄ変換部３は、アナログ信号処理部２で処理後のアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部３の出力は、いわゆるＲＡＷ画像データとしてデジタル信号処理部６に送られる。ＲＡＷ画像データは、撮像部１からの撮像信号の形式のままデジタル化したデジタル画像データである。 The imaging unit 1 captures a subject with an optical system such as a photographic lens and a solid-state imaging device 20 described later, and outputs an analog imaging signal. The imaging unit 1 also includes a mechanical shutter that controls the blocking of light incident on the solid-state imaging device 20. The analog signal processing unit 2 performs predetermined analog signal processing on the imaging signal obtained by the imaging unit 1. The A / D conversion unit 3 converts the analog signal processed by the analog signal processing unit 2 into a digital signal. The output of the A / D conversion unit 3 is sent to the digital signal processing unit 6 as so-called RAW image data. The RAW image data is digital image data that has been digitized in the form of the imaging signal from the imaging unit 1.

撮影に際しては、駆動部４を介して光学系、メカニカルシャッタ、及び固体撮像素子２０の制御が行われる。固体撮像素子２０は、操作部１３の一部である２段レリーズボタン（図示せず）の操作による２段レリーズスイッチ（図示せず）のＳ２オンを契機として、所定のタイミングで、駆動部４に含まれるタイミングジェネレータ（図１ではＴＧと記載）からの駆動信号によって駆動される。駆動部４は、システム制御部９によって所定の駆動信号を出力する。 At the time of shooting, the optical system, the mechanical shutter, and the solid-state image sensor 20 are controlled via the drive unit 4. The solid-state imaging device 20 is driven at a predetermined timing by the S2 on of a two-stage release switch (not shown) that is operated by a two-stage release button (not shown) that is a part of the operation unit 13 at a predetermined timing. Is driven by a drive signal from a timing generator (denoted as TG in FIG. 1). The drive unit 4 outputs a predetermined drive signal by the system control unit 9.

デジタル信号処理部６は、Ａ／Ｄ変換部３からのデジタル画像データに対して、操作部１３によって設定された動作モードに応じたデジタル信号処理を行う。デジタル信号処理部６が行う処理には、黒レベル補正処理（ＯＢ処理）、リニアマトリクス補正処理、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正処理、画像合成処理、同時化処理、及びＹ／Ｃ変換処理等が含まれる。デジタル信号処理部６は、例えばＤＳＰで構成される。 The digital signal processing unit 6 performs digital signal processing corresponding to the operation mode set by the operation unit 13 on the digital image data from the A / D conversion unit 3. The processing performed by the digital signal processing unit 6 includes black level correction processing (OB processing), linear matrix correction processing, white balance adjustment processing, gamma correction processing, image synthesis processing, synchronization processing, Y / C conversion processing, and the like. included. The digital signal processing unit 6 is configured by a DSP, for example.

圧縮／伸張処理部７は、デジタル信号処理部６で得られたＹ／Ｃデータに対して圧縮処理を施すとともに、記録メディア１２から得られた圧縮画像データに対して伸張処理を施す。 The compression / decompression processing unit 7 performs compression processing on the Y / C data obtained by the digital signal processing unit 6 and also performs decompression processing on the compressed image data obtained from the recording medium 12.

表示部８は、例えばＬＣＤ表示装置を含んで構成され、撮影されてデジタル信号処理を経た画像データに基づく画像を表示する。記録メディア１２に記録された圧縮画像データを伸張処理して得た画像データに基づく画像の表示も行う。また、撮影時のスルー画像、デジタルカメラの各種状態、操作に関する情報の表示等も可能である。 The display unit 8 includes an LCD display device, for example, and displays an image based on image data that has been photographed and has undergone digital signal processing. An image is also displayed based on the image data obtained by decompressing the compressed image data recorded on the recording medium 12. It is also possible to display a through image at the time of shooting, various states of the digital camera, information on operations, and the like.

内部メモリ１０は、例えばＤＲＡＭであり、デジタル信号処理部６やシステム制御部９のワークメモリとして利用される他、記録メディアに１２に記録される撮影画像データを一時的に記憶するバッファメモリや表示部８への表示画像データのバッファメモリとしても利用される。メディアインタフェース１１は、メモリカード等の記録メディア１２との間のデータの入出力を行うものである。 The internal memory 10 is, for example, a DRAM and is used as a work memory for the digital signal processing unit 6 and the system control unit 9, as well as a buffer memory and a display for temporarily storing captured image data recorded on the recording medium 12. It is also used as a buffer memory for display image data to the unit 8. The media interface 11 inputs / outputs data to / from a recording medium 12 such as a memory card.

システム制御部９は、所定のプログラムによって動作するプロセッサを主体に構成され、撮影動作を含むデジタルカメラ全体の制御を行う。 The system control unit 9 is mainly configured by a processor that operates according to a predetermined program, and controls the entire digital camera including a photographing operation.

操作部１３は、デジタルカメラ使用時の各種操作を行うものであり、レリーズボタンもこれに含まれる。 The operation unit 13 performs various operations when using the digital camera, and includes a release button.

図１に示すデジタルカメラは、撮影感度の設定が変更可能となっている。例えばフィルム感度でいえば、ＩＳＯ感度１００に相当する感度で撮影を行う低感度撮影モードと、ＩＳＯ感度２００、４００、８００に相当する感度で撮影を行う高感度撮影モードとを切換設定可能となっている。図１に示すデジタルカメラでは、例えば、露光時間等の撮像条件を変えることでＩＳＯ感度を変えており、ＩＳＯ感度が低いほど露光時間を長く設定し、ＩＳＯ感度が高いほど露光時間を短く設定している。 In the digital camera shown in FIG. 1, the setting of the photographing sensitivity can be changed. For example, in terms of film sensitivity, it is possible to switch between a low-sensitivity shooting mode in which shooting is performed at a sensitivity corresponding to ISO sensitivity 100 and a high-sensitivity shooting mode in which shooting is performed at a sensitivity corresponding to ISO sensitivity 200, 400, 800. ing. In the digital camera shown in FIG. 1, for example, the ISO sensitivity is changed by changing the imaging conditions such as the exposure time. The lower the ISO sensitivity, the longer the exposure time is set, and the higher the ISO sensitivity, the shorter the exposure time is set. ing.

図２は、本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の概略構成を示す図である。
図２に示すように、固体撮像素子２０は、半導体基板上の行方向（図２のＸ方向）とこれに直交する列方向（図２のＹ方向）にマトリクス状に配列された複数の光電変換素子（例えば、フォトダイオード（ＰＤ））２１と、これらＰＤ２１から列毎に読み出された信号電荷をＹ方向に転送するＹ方向に延在する垂直転送路（Ｖ−ＣＣＤ）２２と、Ｖ−ＣＣＤ２２の出力に接続され、Ｖ−ＣＣＤ２２から移された信号電荷を各々Ｘ方向に転送する水平転送路（Ｈ−ＣＣＤ）２３と、Ｈ−ＣＣＤ２３の出力に接続され、転送されてきた信号電荷に応じた電圧信号を出力する出力部２４とを備える。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device mounted on a digital camera for explaining an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 20 includes a plurality of photoelectric elements arranged in a matrix in a row direction (X direction in FIG. 2) on a semiconductor substrate and a column direction (Y direction in FIG. 2) perpendicular thereto. A conversion element (for example, a photodiode (PD)) 21, a vertical transfer path (V-CCD) 22 extending in the Y direction for transferring signal charges read from the PD 21 for each column in the Y direction, and V A horizontal transfer path (H-CCD) 23 that is connected to the output of the CCD 22 and transfers the signal charges transferred from the V-CCD 22 in the X direction, and a signal charge that is connected to the output of the H-CCD 23 and transferred. And an output unit 24 that outputs a voltage signal according to the above.

Ｖ−ＣＣＤ２２は、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって四相駆動されるようになっている。Ｈ−ＣＣＤ２３は、水平転送クロックφＨ１，φＨ２により二相駆動されるようになっている。 The V-CCD 22 is driven in four phases by vertical transfer clocks φV1 to φV4. The H-CCD 23 is driven in two phases by horizontal transfer clocks φH1 and φH2.

出力部２４は、例えばフローティングディフュージョンアンプからなるが、フローティングディフュージョン構造ではなく、フローティングゲート構造等であってもよい。 The output unit 24 is formed of, for example, a floating diffusion amplifier, but may have a floating gate structure or the like instead of the floating diffusion structure.

固体撮像素子２０では、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水平転送クロックφＨ１，φＨ２の発生タイミングの制御により、後述する第１の読み出しモードと、第２の読み出しモードとに対応できるようになっている。上記垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水平転送クロックφＨ１，φＨ２の発生タイミングの制御は、図１に示す駆動部４がシステム制御部９の指示に応じて行う。 The solid-state imaging device 20 can cope with a first readout mode and a second readout mode described later by controlling the generation timings of the vertical transfer clocks φV1 to φV4 and the horizontal transfer clocks φH1 and φH2. Control of the generation timing of the vertical transfer clocks φV1 to φV4 and horizontal transfer clocks φH1 and φH2 is performed by the drive unit 4 shown in FIG.

図３は、図２に示す固体撮像素子２０の破線で囲った領域２５の拡大図である。
固体撮像素子２０のＰＤ２１には、２つの垂直転送路２２（垂直転送電極）が対応しており、列方向に隣接する２つのＰＤ２１に対応する４つの垂直転送路２２に、それぞれ垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４が印加されるようになっている。奇数行のＰＤ２１の読み出しゲートは、垂直転送クロックφＶ１が印加される垂直転送路２２に対応する位置に設けられる。偶数行のＰＤ２１の読み出しゲートは、垂直転送クロックφＶ３が印加される垂直転送路２２に対応する位置に設けられる。尚、各ＰＤ２１の飽和信号電荷量は、１つの垂直転送路２２によって形成される電位井戸のうち、容量の最も大きい電位井戸に溜めることのできる信号電荷量の２倍となるように設計されている。飽和信号電荷量は、ＰＤ２１の大きさによって決まる値である。
又、各ＰＤ２１には、オーバーフロードレインが設けられている。このオーバーフロードレインの電位レベルは、各ＰＤ２１に飽和信号電荷量を越える信号電荷が発生した場合に、その信号電荷を半導体基板上に掃き出すことができる値（以下、この値をデフォルト値とする）になっている。オーバーフロードレインの電位レベルは、必要に応じて、駆動部４からのＯＦＤパルスにより制御される。 FIG. 3 is an enlarged view of a region 25 surrounded by a broken line of the solid-state imaging device 20 shown in FIG.
Two vertical transfer paths 22 (vertical transfer electrodes) correspond to the PD 21 of the solid-state imaging device 20, and the vertical transfer clocks φV1 correspond to the four vertical transfer paths 22 corresponding to the two PDs 21 adjacent in the column direction. ~ ΦV4 is applied. The read gates of the odd-numbered PDs 21 are provided at positions corresponding to the vertical transfer paths 22 to which the vertical transfer clock φV1 is applied. The read gates of the even-numbered PDs 21 are provided at positions corresponding to the vertical transfer paths 22 to which the vertical transfer clock φV3 is applied. The saturation signal charge amount of each PD 21 is designed to be twice the amount of signal charge that can be stored in the potential well having the largest capacitance among the potential wells formed by one vertical transfer path 22. Yes. The saturation signal charge amount is a value determined by the size of the PD 21.
Each PD 21 is provided with an overflow drain. The potential level of the overflow drain is set to a value that allows the signal charge to be swept onto the semiconductor substrate when a signal charge exceeding the saturation signal charge amount is generated in each PD 21 (hereinafter, this value is a default value). It has become. The potential level of the overflow drain is controlled by an OFD pulse from the drive unit 4 as necessary.

図４は、固体撮像素子２０の光電変換特性を示す図である。
図４に示すように、ＩＳＯ感度１００のときに固体撮像素子２０に入射する入射光量は符号Ａの範囲で示す量となり、ＩＳＯ感度２００のときに固体撮像素子２０に入射する入射光量はＡの半分の符号Ｂの範囲で示す量となり、ＩＳＯ感度４００のときに固体撮像素子２０に入射する入射光量はＡの１／４の符号Ｃの範囲で示す量となり、ＩＳＯ感度８００のときに固体撮像素子２０に入射する入射光量はＡの１／８の符号Ｄの範囲で示す量となる。ＩＳＯ感度が高くなるにつれて入射光量が減少するため、各ＰＤ２１に蓄積される信号電荷量もＩＳＯ感度が高くなるにつれて減少し、それに応じて出力電圧も減少する。 FIG. 4 is a diagram illustrating the photoelectric conversion characteristics of the solid-state imaging device 20.
As shown in FIG. 4, the incident light amount incident on the solid-state imaging device 20 when the ISO sensitivity is 100 is an amount indicated by a range of A, and the incident light amount incident on the solid-state imaging device 20 when the ISO sensitivity is 200 is A. The amount of light that is incident on the solid-state imaging device 20 when the ISO sensitivity is 400 is the amount indicated by the range of the symbol C, which is 1/4 of A, and the amount of light that is incident on the solid-state imaging device 20 when the ISO sensitivity is 800. The amount of incident light incident on the element 20 is an amount indicated by a range of a sign D that is 1/8 of A. Since the incident light quantity decreases as the ISO sensitivity increases, the signal charge amount accumulated in each PD 21 also decreases as the ISO sensitivity increases, and the output voltage also decreases accordingly.

以下、固体撮像素子２０の駆動方法について説明する。
図５は、固体撮像素子２０駆動時の垂直転送路２２のポテンシャル図である。本実施形態では、固体撮像素子２０の駆動方法の一例として奇数行と偶数行とに分けて信号電荷の読み出しを行うインターレース駆動を行うが、低感度撮影モードで撮影が行われたときは、図５（ａ）に示す第１の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動し、高感度撮影モードで撮影が行われたときは、図５（ｂ）に示す第２の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動する。 Hereinafter, a method for driving the solid-state imaging device 20 will be described.
FIG. 5 is a potential diagram of the vertical transfer path 22 when the solid-state imaging device 20 is driven. In the present embodiment, as an example of the driving method of the solid-state imaging device 20, interlace driving is performed in which signal charges are read out into odd rows and even rows, but when shooting is performed in the low-sensitivity shooting mode, FIG. When the solid-state imaging device 20 is driven in the first readout mode shown in FIG. 5A and shooting is performed in the high-sensitivity imaging mode, the solid-state imaging device 20 is operated in the second readout mode shown in FIG. Drive.

図５（ａ）に示す第１の読み出しモードの動作
デジタルカメラにおける露光時間は、通常は、電子シャッタ開のタイミング（このときメカニカルシャッタは開状態）から、メカニカルシッャタ閉までの間である。図５（ａ）に示すインターレース読み出しでは、露光により、固体撮像素子２０の各ＰＤ２１に信号電荷が蓄積される。この信号電荷の蓄積後、直ぐに信号電荷を読み出すのではなく、その前に、掃き出しパルスで垂直転送路２２を高速駆動する。これにより、垂直転送路２２に残っている電荷やノイズ電荷が掃き出され、垂直転送路２２が綺麗にされる。掃き出し期間の終了後、時刻ｔ１でφＶ１，φＶ２の電位をハイレベルＶＨにすると共に、奇数行のＰＤ２１の読み出しゲートに読み出しパルスを印加する。これにより、奇数行のＰＤ２１に対応する２つの垂直転送路２２に電位井戸Ｌ１が形成され、その電位井戸Ｌ１に信号電荷が読み出される。次に、時刻ｔ２でφＶ３の電位をハイレベルＶＨにし、時刻ｔ３でφＶ１の電位をローレベルＶＬにすることで、信号電荷を蓄積した電位井戸Ｌ１が列方向に転送される。偶数行のＰＤ２１に蓄積された信号電荷も同様に、奇数行のＰＤ２１に蓄積された信号電荷の転送後に掃き出し期間が設けられ、この掃き出し期間の終了後、偶数行のＰＤ２１に対応する２つの垂直転送路２２に電位井戸Ｌ１が形成され、その電位井戸Ｌ１に信号電荷が読み出されて順次転送される。 Operation in First Reading Mode shown in FIG. 5A The exposure time in a digital camera is usually from the timing of opening the electronic shutter (the mechanical shutter is open at this time) to the closing of the mechanical shutter. . In the interlaced reading shown in FIG. 5A, signal charges are accumulated in each PD 21 of the solid-state imaging device 20 by exposure. Instead of reading out the signal charge immediately after the accumulation of the signal charge, the vertical transfer path 22 is driven at a high speed with a sweep pulse before that. As a result, charges and noise charges remaining in the vertical transfer path 22 are swept out, and the vertical transfer path 22 is cleaned. After the sweep period ends, at time t1, the potentials of φV1 and φV2 are set to the high level VH, and a read pulse is applied to the read gates of the odd-numbered PDs 21. As a result, potential wells L1 are formed in the two vertical transfer paths 22 corresponding to the odd-numbered PDs 21, and signal charges are read into the potential wells L1. Next, the potential of φV3 is set to the high level VH at time t2, and the potential of φV1 is set to the low level VL at time t3, so that the potential well L1 in which the signal charges are accumulated is transferred in the column direction. Similarly, the signal charges accumulated in the even-numbered PDs 21 are also provided with a sweep period after the transfer of the signal charges accumulated in the odd-numbered PDs 21. After the sweep period ends, two vertical lines corresponding to the even-numbered PDs 21 are provided. A potential well L1 is formed in the transfer path 22, and signal charges are read and sequentially transferred to the potential well L1.

図５（ｂ）に示す第２の読み出しモードの動作
図５（ｂ）に示すインターレース読み出しでは、掃き出し期間の終了後、時刻ｔ１でφＶ１の電位をハイレベルＶＨにすると共に、奇数行のＰＤ２１の読み出しゲートに読み出しパルスを印加する。これにより、奇数行のＰＤ２１の読み出しゲートに対応する１つの垂直転送路２２に電位井戸Ｌ２が形成され、その電位井戸Ｌ２に信号電荷が読み出される。次に、時刻ｔ２でφＶ２の電位をハイレベルＶＨにし、時刻ｔ３でφＶ１の電位をローレベルＶＬにすることで、信号電荷が蓄積された電位井戸Ｌ２が列方向に転送される。偶数行のＰＤ２１に蓄積された信号電荷も同様に、奇数行のＰＤ２１に蓄積された信号電荷の転送後に掃き出し期間が設けられ、この掃き出し期間の終了後、偶数行のＰＤ２１の読み出しゲートに対応する１つの垂直転送路２２に電位井戸Ｌ２が形成され、その電位井戸Ｌ２に信号電荷が読み出されて順次転送される。 Operation in Second Reading Mode shown in FIG. 5B In the interlaced reading shown in FIG. 5B, after the sweep period ends, the potential of φV1 is set to the high level VH at time t1, and the odd-numbered PD 21 A read pulse is applied to the read gate. As a result, the potential well L2 is formed in one vertical transfer path 22 corresponding to the read gate of the PD 21 in the odd-numbered rows, and the signal charge is read into the potential well L2. Next, the potential of φV2 is set to the high level VH at time t2, and the potential of φV1 is set to the low level VL at time t3, whereby the potential well L2 in which the signal charges are accumulated is transferred in the column direction. Similarly, the signal charges accumulated in the even-numbered PDs 21 are provided with a sweep period after the transfer of the signal charges accumulated in the odd-numbered PDs 21 and correspond to the read gates of the even-numbered PDs 21 after the sweep period ends. A potential well L2 is formed in one vertical transfer path 22, and signal charges are read and sequentially transferred to the potential well L2.

図５（ａ）の第１の読み出しモードでは、電位井戸Ｌ２の２倍の容量を持つ電位井戸Ｌ１にＰＤ２１の信号電荷を読み出すため、ＰＤ２１の飽和信号電荷量の信号電荷を全て読み出して転送することができる。低感度撮影モードで撮影が行われた場合には、ＰＤ２１に蓄積される信号電荷量が飽和信号電荷量に到達することもあり得るため、低感度撮影モード時には第１の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動することが有効である。
一方、図５（ｂ）の第２の読み出しモードでは、電位井戸Ｌ１の１／２の容量を持つ電位井戸Ｌ２にＰＤ２１の信号電荷を読み出すため、ＰＤ２１の飽和信号電荷量の半分の信号電荷しか読み出すことができない。ところが、高感度撮影モードで撮影が行われた場合には、ＰＤ２１に蓄積される信号電荷は、図４に示したように飽和信号電荷量の半分以下となる。このため、図５（ｂ）のように、１つの垂直転送路２２に形成される電位井戸Ｌ２で信号電荷の読み出し及び転送を充分に行うことが可能である。又、垂直転送路２２における暗電流は、電位井戸が形成された状態で発生しやすくなるが、図５（ｂ）の場合では、垂直転送路２２に形成される電位井戸の大きさの占める割合が図５（ａ）の場合よりも少なくなるため、図５（ａ）の場合より暗電流の発生を抑えることができる。逆に、図５（ａ）の場合では、暗電流が発生しやすくなってしまうが、低感度撮影モード時は信号電荷量が多くなるため、暗電流が発生してもＳＮ比は大きく劣化しない。一方、高感度撮影モード時は信号電荷量が少なくなるため、暗電流が発生するとＳＮ比が大きく劣化してしまう。そこで、このＳＮ比の劣化を防ぐために、高感度撮影モード時には第２の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動することが有効である。 In the first read mode of FIG. 5A, in order to read the signal charge of the PD 21 to the potential well L1 having twice the capacity of the potential well L2, all the signal charges of the saturation signal charge amount of the PD 21 are read and transferred. be able to. When shooting is performed in the low-sensitivity shooting mode, the signal charge amount accumulated in the PD 21 may reach the saturation signal charge amount. Therefore, in the low-sensitivity shooting mode, the solid-state imaging device is used in the first readout mode. It is effective to drive 20.
On the other hand, in the second read mode of FIG. 5B, the signal charge of PD21 is read out to the potential well L2 having a half capacity of the potential well L1, so that only the signal charge that is half the saturation signal charge amount of the PD21. Cannot read. However, when shooting is performed in the high-sensitivity shooting mode, the signal charge stored in the PD 21 is less than half of the saturation signal charge amount as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 5B, it is possible to sufficiently read and transfer the signal charges by the potential well L2 formed in one vertical transfer path 22. Further, the dark current in the vertical transfer path 22 is likely to be generated in the state where the potential well is formed, but in the case of FIG. 5B, the proportion of the size of the potential well formed in the vertical transfer path 22 Is smaller than that in the case of FIG. 5A, the generation of dark current can be suppressed as compared with the case of FIG. Conversely, in the case of FIG. 5A, dark current is likely to be generated, but the signal charge amount is increased in the low-sensitivity shooting mode, so that the SN ratio is not greatly deteriorated even when dark current is generated. . On the other hand, since the signal charge amount is reduced in the high-sensitivity shooting mode, the SN ratio is greatly deteriorated when dark current is generated. Therefore, in order to prevent the deterioration of the SN ratio, it is effective to drive the solid-state imaging device 20 in the second readout mode in the high sensitivity imaging mode.

以下、図１に示すデジタルカメラの撮影時の動作について説明する。
図６は、図１に示すデジタルカメラの動作手順を示すフローチャートである。
ユーザがレリーズボタンを半押しすると、２段スイッチのＳ１がオンとなる（ステップＳ１）。スイッチＳ１がオンされると、システム制御部９は撮像部１を制御して仮撮像を行い、仮撮像により得られた画像データに基づいて測光と測距を行い（ステップＳ２）、設定されている撮影感度が一定値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ３）。 Hereinafter, the operation at the time of shooting of the digital camera shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation procedure of the digital camera shown in FIG.
When the user presses the release button halfway, the two-stage switch S1 is turned on (step S1). When the switch S1 is turned on, the system control unit 9 controls the imaging unit 1 to perform temporary imaging, and performs photometry and distance measurement based on the image data obtained by the temporary imaging (step S2). It is determined whether or not the shooting sensitivity is higher than a certain value (step S3).

設定されている撮影感度が一定値よりも低い、即ち、撮影感度がＩＳＯ感度１００であった場合（ステップＳ３：ＮＯ）、システム制御部９は、図５（ａ）に示す第１の読み出しモードを選択する（ステップＳ７）。一方、設定されている撮影感度が一定値よりも高い、即ち、撮影感度がＩＳＯ感度２００、ＩＳＯ感度４００、及びＩＳＯ感度８００のいずれかであった場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、システム制御部９は、図５（ｂ）に示す第２の読み出しモードを選択する（ステップＳ４）。 When the set photographing sensitivity is lower than a certain value, that is, when the photographing sensitivity is ISO sensitivity 100 (step S3: NO), the system control unit 9 performs the first reading mode shown in FIG. Is selected (step S7). On the other hand, when the set photographing sensitivity is higher than a certain value, that is, when the photographing sensitivity is any one of ISO sensitivity 200, ISO sensitivity 400, and ISO sensitivity 800 (step S3: YES), the system control unit 9 Selects the second read mode shown in FIG. 5B (step S4).

図５（ｂ）に示す第２の読み出しモードを選択後、システム制御部９は、電位井戸Ｌ２の容量より多くの信号電荷を蓄積するＰＤ２１があるか否かをステップＳ２で測定した明るさに基づいて判定する。測定した明るさが所定値を越えており、電位井戸Ｌ２の容量より多くの信号電荷を蓄積するＰＤ２１があると判定した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、システム制御部９は、各ＰＤ２１に蓄積される信号電荷が電位井戸Ｌ２の容量を越えないようにＯＦＤバイアスを制御する。具体的には、オーバーフロードレインの電位レベルを、デフォルト値よりも所定量上昇させる（ステップＳ６）。これにより、各ＰＤ２１には、電位井戸Ｌ２の容量以上の信号電荷が蓄積されなくなる。このため、電位井戸Ｌ２に信号電荷を読み出した際に、その信号電荷が電位井戸Ｌ２から溢れ出てしまうのを防ぐことができ、ブルーミングの発生を抑えることができる。
システム制御部９は、測定した明るさが所定値を超えておらず、電位井戸Ｌ２の容量より多くの信号電荷を蓄積するＰＤ２１がないと判定した場合（ステップＳ５：ＮＯ）、オーバーフロードレインの電位レベルをデフォルト値のままとする。又、システム制御部９は、ステップＳ７で第１の読み出しモードを選択した場合は、オーバーフロードレインの電位レベルをデフォルト値のままとする。尚、ステップＳ５及びＳ６の処理は省略しても良い。 After selecting the second readout mode shown in FIG. 5B, the system controller 9 determines whether or not there is a PD 21 that accumulates more signal charges than the capacitance of the potential well L2 in the brightness measured in step S2. Judgment based on. When it is determined that the measured brightness exceeds a predetermined value and there is a PD 21 that accumulates more signal charge than the capacity of the potential well L2 (step S5: YES), the system control unit 9 accumulates in each PD 21 The OFD bias is controlled so that the signal charge does not exceed the capacity of the potential well L2. Specifically, the potential level of the overflow drain is increased by a predetermined amount from the default value (step S6). As a result, signal charges exceeding the capacity of the potential well L2 are not accumulated in each PD 21. For this reason, when the signal charge is read out to the potential well L2, the signal charge can be prevented from overflowing from the potential well L2, and the occurrence of blooming can be suppressed.
When the system controller 9 determines that the measured brightness does not exceed the predetermined value and there is no PD 21 that accumulates more signal charges than the capacity of the potential well L2 (step S5: NO), the potential of the overflow drain Leave the level at the default value. If the first read mode is selected in step S7, the system control unit 9 keeps the potential level of the overflow drain at the default value. Note that the processing in steps S5 and S6 may be omitted.

ステップＳ８では、システム制御部９が、２段レリーズボタンが全押しされるのを待機し、全押しされると２段スイッチのＳ２がオンとなり、本撮像処理を実行する（ステップＳ９）。本撮像処理では、設定されているＩＳＯ感度に応じた露光時間でメカニカルシャッタの開閉が行われ、測距値に応じた合焦位置に撮影レンズの繰り出しが行われ、被写体にピントのあった状態での信号電荷が固体撮像素子２０の各ＰＤ２１に蓄積される。 In step S8, the system control unit 9 waits for the two-stage release button to be fully pressed, and when it is fully pressed, the two-stage switch S2 is turned on to execute the main imaging process (step S9). In this imaging process, the mechanical shutter is opened and closed with the exposure time corresponding to the set ISO sensitivity, the taking lens is extended to the in-focus position according to the distance measurement value, and the subject is in focus Is accumulated in each PD 21 of the solid-state imaging device 20.

本撮像処理後、システム制御部９は、ステップＳ４又はＳ７で選択した読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動し（ステップＳ１０）、信号電荷に応じた電圧信号を固体撮像素子２０から得る。電圧信号を取得した後は、取得した電圧信号をデジタル変換して内部メモリ１０に格納し、デジタル信号処理部６にて各種画像処理を施した後（ステップＳ１１）、画像処理後のＹ／Ｃデータを記録メディア１２に記憶して処理を終了する。 After the main imaging process, the system control unit 9 drives the solid-state imaging device 20 in the readout mode selected in step S4 or S7 (step S10), and obtains a voltage signal corresponding to the signal charge from the solid-state imaging device 20. After acquiring the voltage signal, the acquired voltage signal is digitally converted and stored in the internal memory 10, subjected to various image processing by the digital signal processing unit 6 (step S <b> 11), and then Y / C after image processing. Data is stored in the recording medium 12 and the process is terminated.

尚、上記では、ＩＳＯ感度２００設定時における電位井戸Ｌ２の容量と、ＩＳＯ感度４００設定時における電位井戸Ｌ２の容量とは同じとなっているが、図４に示したように、ＩＳＯ感度が高くなればなる程、各ＰＤ２１に蓄積される信号電荷量は少なくなるため、実際には、ＩＳＯ感度４００設定時における電位井戸Ｌ２の容量は、ＩＳＯ感度２００設定時における電位井戸Ｌ２の容量の半分あれば十分である。同様に、ＩＳＯ感度８００設定時における電位井戸Ｌ２の容量は、ＩＳＯ感度２００設定時における電位井戸Ｌ２の容量の１／４あれば十分である。 In the above description, the capacitance of the potential well L2 when the ISO sensitivity is set to 200 is the same as the capacitance of the potential well L2 when the ISO sensitivity is set to 400, but the ISO sensitivity is high as shown in FIG. Since the amount of signal charge accumulated in each PD 21 becomes smaller as the number of times increases, the capacitance of the potential well L2 when the ISO sensitivity 400 is set is actually half the capacitance of the potential well L2 when the ISO sensitivity 200 is set. It is enough. Similarly, the capacity of the potential well L2 when the ISO sensitivity is set to 800 is sufficient to be ¼ of the capacity of the potential well L2 when the ISO sensitivity is set to 200.

そこで、本実施形態では、システム制御部９が、図６のステップＳ１０で固体撮像素子２０を第２の読み出しモードで駆動する際に、電位井戸Ｌ２の深さを制御して、電位井戸Ｌ２の容量をＩＳＯ感度に応じて可変制御しても良い。
例えば、図７（ａ）に示すように、ＩＳＯ感度２００に設定されているときは、各ＰＤ２１の読み出しゲートに対応する垂直転送路２２に形成される電位井戸Ｌ２の底の電位はＶＨとなっているが、ＩＳＯ感度４００やＩＳＯ感度８００に設定されているときは、この電位ＶＨを、図７（ｂ）に示すようにＶＬとＶＨとの間のミディアムレベルの電位ＶＭにする。電位井戸Ｌ２の底の電位がＶＭになることで、電位井戸Ｌ２の容量が小さくなるが、信号電荷量はＩＳＯ感度２００に設定されているときよりも少なくなっているため支障はない。又、電位井戸Ｌ２の底の電位がＶＬに近づくほど電位は安定するため、これにより、暗電流の発生をより抑えることができる。尚、ＩＳＯ感度８００に設定されているときの電位井戸Ｌ２の底の電位ＶＭは、ＩＳＯ感度４００に設定されているときの電位井戸Ｌ２の底の電位ＶＭと同じか、又はそれよりも低くすることが好ましい。 Therefore, in this embodiment, when the system control unit 9 drives the solid-state imaging device 20 in the second readout mode in step S10 of FIG. 6, the depth of the potential well L2 is controlled by controlling the depth of the potential well L2. The capacity may be variably controlled according to the ISO sensitivity.
For example, as shown in FIG. 7A, when the ISO sensitivity is set to 200, the potential at the bottom of the potential well L2 formed in the vertical transfer path 22 corresponding to the read gate of each PD 21 is VH. However, when the ISO sensitivity 400 or ISO sensitivity 800 is set, the potential VH is set to a medium level potential VM between VL and VH as shown in FIG. 7B. When the potential at the bottom of the potential well L2 becomes VM, the capacitance of the potential well L2 is reduced, but there is no problem because the signal charge amount is smaller than when the ISO sensitivity is set to 200. Further, since the potential becomes more stable as the potential at the bottom of the potential well L2 approaches VL, the generation of dark current can be further suppressed. It should be noted that the potential VM at the bottom of the potential well L2 when the ISO sensitivity 800 is set is the same as or lower than the potential VM at the bottom of the potential well L2 when the ISO sensitivity 400 is set. It is preferable.

この場合、デジタルカメラでは、ＩＳＯ感度４００，８００のそれぞれに応じて、電位井戸Ｌ２の底の電位ＶＭを予め決めておき、図６のステップＳ４とステップＳ５との間において、システム制御部９が、設定されている撮影感度に応じた電位ＶＭを選択する。そして、ステップＳ５の判定で、上記選択した電位ＶＭによって決まる電位井戸Ｌ２の容量より多くの信号電荷を蓄積するＰＤ２１があるか否かを判定し、選択した電位ＶＭによって決まる電位井戸Ｌ２の容量より多くの信号電荷を蓄積するＰＤ２１があると判定した場合には、各ＰＤ２１に蓄積される信号電荷が、選択した電位ＶＭによって決まる電位井戸Ｌ２の容量を越えないようにＯＦＤバイアスを制御する。更に、ステップＳ１０で、上記選択した電位ＶＭに基づいて垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４の電位の制御を行う。 In this case, in the digital camera, the potential VM at the bottom of the potential well L2 is determined in advance according to each of the ISO sensitivities 400 and 800, and the system controller 9 performs the step between step S4 and step S5 in FIG. The potential VM corresponding to the set photographing sensitivity is selected. In step S5, it is determined whether or not there is a PD 21 that accumulates more signal charge than the capacitance of the potential well L2 determined by the selected potential VM, and the capacitance of the potential well L2 determined by the selected potential VM is determined. If it is determined that there is a PD 21 that accumulates a large amount of signal charge, the OFD bias is controlled so that the signal charge accumulated in each PD 21 does not exceed the capacity of the potential well L2 determined by the selected potential VM. In step S10, the potentials of the vertical transfer pulses φV1 to φV4 are controlled based on the selected potential VM.

又、上記では、低感度撮影モードが設定されているときに第１の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動し、高感度撮影モードが設定されているときに第２の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動しているが、低感度撮影モードが設定されているときに第１の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動し、高感度撮影モードが設定されているときも、第２の読み出しモードの代わりに第１の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動するようにしても良い。但し、高感度撮影モードが設定されているときには、電位井戸Ｌ１の底の電位をＶＨからＶＭに変更する制御を行う。このようにすることでも、暗電流の発生を抑制することができ、画質を向上させることが可能である。この場合の電位井戸Ｌ１の底の電位ＶＭは、電位井戸Ｌ１の容量が、ＩＳＯ感度２００，４００，８００のいずれかが設定されたときの各ＰＤ２１に蓄積される信号電荷量の最大値と同じになるように設定しておく。そして、システム制御部９が、設定されているＩＳＯ感度に応じたＶＭを選択すれば良い。
又、この場合のデジタルカメラの動作は、図６に示すフローにおいて、ステップＳ４でシステム制御部９が第１の読み出しモードを選択し、その後、設定されているＩＳＯ感度に応じた電位ＶＭを選択する。そして、ステップＳ５で、選択した電位ＶＭによって決まる電位井戸Ｌ１の容量より多くの信号電荷を蓄積するＰＤ２１があるか否かを判定し、選択した電位ＶＭによって決まる電位井戸Ｌ１の容量より多くの信号電荷を蓄積するＰＤ２１がある判定した場合には、各ＰＤ２１に蓄積される信号電荷が、選択した電位ＶＭによって決まる電位井戸Ｌ１の容量を越えないようにＯＦＤバイアスを制御する。更に、ステップＳ１０で、上記選択した電位ＶＭに基づいて垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４の電位の制御を行う。 Further, in the above, the solid-state imaging device 20 is driven in the first readout mode when the low-sensitivity imaging mode is set, and the solid-state imaging device in the second readout mode when the high-sensitivity imaging mode is set. However, when the low-sensitivity shooting mode is set, the solid-state imaging device 20 is driven in the first reading mode, and the high-sensitivity shooting mode is set. Instead of this, the solid-state imaging device 20 may be driven in the first readout mode. However, when the high-sensitivity imaging mode is set, control is performed to change the potential at the bottom of the potential well L1 from VH to VM. Also by doing so, the generation of dark current can be suppressed and the image quality can be improved. The potential VM at the bottom of the potential well L1 in this case is the same as the maximum value of the signal charge amount accumulated in each PD 21 when the capacitance of the potential well L1 is set to any one of ISO sensitivities 200, 400, and 800. Set to be. And the system control part 9 should just select VM according to the set ISO sensitivity.
In this case, the operation of the digital camera is as follows. In the flow shown in FIG. 6, the system controller 9 selects the first readout mode in step S4, and then selects the potential VM corresponding to the set ISO sensitivity. To do. In step S5, it is determined whether or not there is a PD 21 that accumulates more signal charge than the capacitance of the potential well L1 determined by the selected potential VM, and more signals than the capacitance of the potential well L1 determined by the selected potential VM. If it is determined that there is a PD 21 that accumulates charge, the OFD bias is controlled so that the signal charge accumulated in each PD 21 does not exceed the capacity of the potential well L1 determined by the selected potential VM. In step S10, the potentials of the vertical transfer pulses φV1 to φV4 are controlled based on the selected potential VM.

又、上記では、図２に示した固体撮像素子２０を例にして説明したが、本出願人等が先に提案した例えば特開平１０―１３６３９１号公報に記載される固体撮像素子、即ち、各行に配置したＰＤを垂直方向に隣接する行のＰＤに対して１／２ピッチづつずらしたハニカム画素配置と呼ばれる固体撮像素子にも本発明は適用可能である。 In the above description, the solid-state image pickup device 20 shown in FIG. 2 has been described as an example. However, the solid-state image pickup device described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-136391 previously proposed by the present applicants, The present invention can also be applied to a solid-state imaging device called a honeycomb pixel arrangement in which PDs arranged in the vertical direction are shifted by 1/2 pitch with respect to PDs in adjacent rows in the vertical direction.

又、上記では、ＩＳＯ感度に応じて駆動方法を切り替えているが、この他に、本撮像前に被写体の明るさを測定しておき、この明るさに応じて駆動方法を切り替えても良い。例えば、暗部撮影時には、固体撮像素子２０への入射光量が相対的に少なくなるため第２の読み出しモードで駆動し、明るいところでの撮像時には、固体撮像素子２０への入射光量が相対的に多くなるため第１の読み出しモードで駆動するといったことも可能である。 In the above description, the driving method is switched according to the ISO sensitivity. In addition, the brightness of the subject may be measured before the main imaging, and the driving method may be switched according to the brightness. For example, when the dark portion is photographed, the amount of incident light on the solid-state image sensor 20 is relatively small, so that the second readout mode is used. When the image is taken in a bright place, the amount of incident light on the solid-state image sensor 20 is relatively large. Therefore, it is possible to drive in the first reading mode.

本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラの概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the digital camera for describing embodiment of this invention 本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the solid-state image sensor mounted in the digital camera for describing embodiment of this invention 図２に示す固体撮像素子の破線で囲った領域の拡大図The enlarged view of the area | region enclosed with the broken line of the solid-state image sensor shown in FIG. 本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラに搭載される固体撮像素子の光電変換特性を示す図The figure which shows the photoelectric conversion characteristic of the solid-state image sensor mounted in the digital camera for describing embodiment of this invention 本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラに搭載される固体撮像素子駆動時の垂直転送路のポテンシャル図FIG. 2 is a potential diagram of a vertical transfer path when driving a solid-state image sensor mounted on a digital camera for explaining an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラの動作フローを示す図The figure which shows the operation | movement flow of the digital camera for describing embodiment of this invention 本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラに搭載される固体撮像素子のＰＤとＶＣＣＤのポテンシャル図Potential diagram of PD and VCCD of a solid-state imaging device mounted on a digital camera for explaining an embodiment of the present invention 従来の固体撮像素子を説明するための図The figure for demonstrating the conventional solid-state image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１撮像部
２アナログ信号処理部
３Ａ／Ｄ変換部
４駆動部
５ストロボ
６デジタル信号処理部
７圧縮／伸張処理部
８表示部
９システム制御部
１０内部メモリ
１１メディアインタフェース
１２記録メディア
１３操作部
１４システムバス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image pick-up part 2 Analog signal processing part 3 A / D conversion part 4 Drive part 5 Strobe 6 Digital signal processing part 7 Compression / decompression processing part 8 Display part 9 System control part 10 Internal memory 11 Media interface 12 Recording medium 13 Operation part 14 System bus

Claims

半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に蓄積された信号電荷を列方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路からの信号電荷を前記行方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路からの信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置であって、
前記複数の光電変換素子の各々に対応させて前記垂直転送路に電位井戸を形成し、前記複数の光電変換素子の各々に蓄積された信号電荷を前記電位井戸に読み出し、前記信号電荷を読み出した電位井戸を順次前記列方向に移動させる駆動制御を行う駆動制御手段を備え、
前記駆動制御手段は、撮影感度が第一の所定値よりも高く第二の所定値よりも低い場合には、前記電位井戸の前記列方向の幅を、前記撮影感度が第一の所定値のときよりも小さい第一の値にして前記電位井戸の容量が小さくなるように変更し、前記撮影感度が前記第二の所定値よりも高い場合には、前記電位井戸の前記列方向の幅を前記第一の値にすると共に、前記電位井戸の深さを制御して前記電位井戸の容量を更に小さくなるように変更する撮像装置。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a row direction on the semiconductor substrate and a column direction perpendicular thereto, a vertical transfer path for transferring signal charges accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements in the column direction, and the vertical An imaging apparatus that images a subject by a solid-state imaging device having a horizontal transfer path that transfers signal charges from the transfer path in the row direction and an output unit that outputs a signal corresponding to the signal charges from the horizontal transfer path. And
A potential well is formed in the vertical transfer path corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements, signal charges accumulated in each of the plurality of photoelectric conversion elements are read out to the potential wells, and the signal charges are read out. Drive control means for performing drive control for sequentially moving the potential well in the column direction,
When the imaging sensitivity is higher than the first predetermined value and lower than the second predetermined value, the drive control means sets the width of the potential well in the column direction and the imaging sensitivity is equal to the first predetermined value. If the imaging sensitivity is higher than the second predetermined value, the width in the column direction of the potential well is changed. An imaging apparatus that changes the capacitance of the potential well further by controlling the depth of the potential well while setting the first value.