【手続補正書】
【提出日】平成17年1月25日(2005.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】固体撮像素子の駆動方法およびその駆動装置並びに固体撮像装置およびカメラシステム
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換によって得た信号電荷を垂直転送するとともに、前記垂直転送された信号電荷を水平転送して前記信号電荷に対応する撮像信号を出力する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記垂直転送における個々の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、前記チャージパケットの後端にある転送チャネルをオフする
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
５相以上の相数による垂直転送駆動によって前記垂直転送を行なう
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
６相以上の偶数の相数による垂直転送駆動によって前記垂直転送を行なう
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
３フィールド以上でかつフレーム読出動作にて前記垂直転送を行なう
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
３フィールド以上でかつ間引き読出動作にて前記垂直転送を行なう
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
光電変換によって得た信号電荷を垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスに基づいて垂直転送する垂直転送部、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送電極に印加される水平転送ドライブパルスに基づいて水平転送する水平転送部、および前記水平転送された前記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を具備する固体撮像素子と、
前記垂直転送電極による個々の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある転送チャネルがオンするのとほぼ同時に、前記チャージパケットの後端にある転送チャネルがオフするようなタイミングの垂直転送クロックを生成するタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号生成部により生成された前記垂直転送クロックに基づく垂直転送ドライブパルスを前記固体撮像素子の前記垂直転送電極に入力する駆動部と
を備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
前記撮像レンズにより取り込まれた前記被写体の光学像が結像される複数のセンサ部からなる撮像エリア、前記センサ部において光電変換によって得た信号電荷を垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスに基づいて垂直転送する垂直転送部、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送電極に印加される水平転送ドライブパルスに基づいて水平転送する水平転送部、および前記水平転送された前記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を具備する固体撮像素子と、
前記垂直転送電極による個々の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある転送チャネルがオンするのとほぼ同時に、前記チャージパケットの後端にある転送チャネルがオフするようなタイミングの垂直転送クロックを生成するタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号生成部により生成された前記垂直転送クロックに基づく垂直転送ドライブパルスを前記固体撮像素子の前記垂直転送電極に入力する駆動部と
を備えていることを特徴とするカメラシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体を撮像しこの被写体像に応じた画像信号を出力する固体撮像素子（イメージセンサ）の駆動方法、並びに固体撮像素子と駆動装置とを備えた固体撮像装置や撮像装置モジュールなどのカメラシステムに関する。たとえば、電子スチルカメラなどに用いて好適な電荷転送型の固体撮像素子における垂直レジスタ（垂直ＣＣＤ）の転送駆動技術に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、様々なフィールド数や読出方式において、垂直転送駆動を行なう際に、転送効率の劣化という問題を改善し得るとともに、より汎用性のある固体撮像素子の駆動方法、並びに固体撮像装置および撮像装置モジュールなどのカメラシステムを提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
なお、上記本発明に係る固体撮像素子の駆動方法を実施する駆動装置を発明として抽出することも可能である。この駆動装置は、垂直転送における個々の転送チャネルの並びで形成される、信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向のチャージパケットの前方転送チャネルがオンするのとほぼ同時に、チャージパケットの後方転送チャネルがオフするようなタイミングの垂直転送クロックを生成するタイミング信号生成部を備えるものとする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明に係る固体撮像装置は、上記本発明に係る固体撮像素子の駆動方法を実施する駆動装置を備えるとともに、固体撮像素子も備えてなるものである。つまり、駆動装置は専ら上述のようなタイミングの垂直転送クロックを生成する機能を有するもので足り、いわゆるタイミングジェネレータと言われるものであってよい。これに対して、本発明に係る固体撮像装置は、駆動装置の機能に加えて、固体撮像素子をも備えたものである。また、本発明に係るカメラシステムは、上記本発明に係る固体撮像装置の構成に加えて、被写体の光学像を固体撮像素子の撮像面に結像させる撮像レンズ、あるいは信号処理部なども備えたものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図１は、本発明に係るカメラシステムの一実施形態である撮像装置を示す概略構成図である。この図１で示す撮像装置（カメラシステム）は、ＣＣＤ固体撮像素子１０、撮像レンズ５０、およびＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する駆動制御部９６を有する撮像装置モジュール３と、撮像装置モジュール３により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニタ出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする本体ユニット４とを備えてなるデジタルスチルカメラ１として構成されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、タイミング信号生成部４０やドライバ４２は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、１つの半導体基板上に回路形成されたＩＣ（Integrated Circuit）として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、デジタルスチルカメラ１の製造が容易になる。また、使用するＣＣＤ固体撮像素子１０との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部４０やドライバ４２をＣＣＤ固体撮像素子１０と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいは撮像装置モジュール３内に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、デジタルスチルカメラ１（の完成品）の製造も容易になる。なお、撮像装置モジュール３は、光学系５からのみ構成されていても構わない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
固体撮像装置２を構成するＣＣＤ固体撮像素子１０は、半導体基板２１上に、画素（ユニットセル）に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部（感光部；フォトセル）１１が多数、垂直（列）方向および水平（行）方向において２次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部１１は、受光面から入射した入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
垂直ＣＣＤ１３の転送方向は図中縦方向であり、この方向に垂直ＣＣＤ１３が設けられ、この方向に直交する方向（水平方向）に垂直転送電極２４が複数本並べられる。さらに、これら垂直ＣＣＤ１３と各センサ部１１との間には読出ゲート（ＲＯＧ）１２が介在している。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップＣＳが設けられている。これらセンサ部１１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部１１から読出ゲート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ１３によって撮像エリア１４が構成されている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
また固体撮像装置２は、本実施形態の固体撮像装置２の特徴部分として、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための種々のパルス信号（“Ｌ”レベルと“Ｈ”レベルの２値）を生成するタイミング信号生成部４０と、タイミング信号生成部４０から供給された種々のパルスを所定レベルのドライブパルスにしてＣＣＤ固体撮像素子１０に供給するドライバ４２とを備えている。たとえば、タイミング信号生成部４０は、水平同期信号（ＨＤ）や垂直同期信号（ＶＤ）に基づいて、ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部１１に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスＸＳＧ、読み出した信号電荷を垂直方向に転送駆動し水平ＣＣＤ１５に渡すための垂直転送クロックＶ１〜Ｖｎ（ｎは駆動時の相数を示す；たとえば６相駆動時にはＶ６、８相駆動時にはＶ８）、垂直ＣＣＤ１３から渡された信号電荷を水平方向に転送駆動し電荷電圧変換部１６に渡すための水平転送クロックＨ１，Ｈ２、およびリセットパルスＲＧなどを生成し、ドライバ４２に供給する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
ドライバ４２は、タイミング信号生成部４０から供給された種々のクロックパルスを所定レベルの電圧信号（ドライブパルス）に変換し、あるいは別の信号に変換しＣＣＤ固体撮像素子１０に供給する。たとえば、タイミング信号生成部４０から発せられたｎ相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）は、ドライバ４２を介してドライブパルスφＶ１〜φＶ６（φＶ８）とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の垂直転送電極（２４-1〜２４-6もしくは２４-1〜２４-8）に印加されるようになっている。同様に、２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２は、ドライバ４２を介してドライブパルスφＨ１，φＨ２とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の水平転送電極（２９-1，２９-2）に印加されるようになっている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
＜３フィールド読出方式＞
図６、図７、図８、および図９は、３フィールド読出方式の動作を説明する図である。ここで、図６は、その概要を示し、図７は、垂直レートの各垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６のタイミングチャートである。また図８および図９は、３フィールド読出方式におけるフレーム読出方式の動作モードを説明する垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６のタイミングチャートおよび電荷転送状態を示す図である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
この読み出された信号電荷は、垂直ＣＣＤ１３の転送動作により、水平ブランキング期間に１ラインずつ垂直転送される。このラインシフト期間に移行する直前の時点ｔ０では、図８に示すように、１相目、２相目、３相目、および４相目の各垂直転送クロックに基づくドライブパルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４がともに“Ｍ”レベルである。このため、図９に示すように、１相目、２相目、３相目、および４相目の各転送電極２４-1，２４-2，２４-3，２４-4の下のポテンシャルが深くなって、チャージパケット（＝転送パケット）の１単位が形成され、このパケットに各信号電荷Ｑｓが蓄積されている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
図１０、図１１、図１２、および図１３は、４フィールド読出方式の動作を説明する図である。ここで、図１０は、その概要を示し、図１１は、垂直レートの各垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ８のタイミングチャートである。また図１２および図１３は、４フィールド読出方式におけるフレーム読出方式の動作モードを説明する垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ８のタイミングチャートおよび電荷転送状態を示す図である。各図の示し方は、３フィールド読出方式の場合と同様である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
各センサ部１１からの信号電荷の読み出しに際し、第１フィールドでは、５相目の転送電極２４-5に対して、図１１に示す垂直転送ドライブパルスφＶ５を印加する。これにより、５相目の読出ゲート部１２に対して読出パルスが与えられるため、垂直方向において３画素おきにセンサ部１１から信号電荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
この読み出された信号電荷は、垂直ＣＣＤ１３の転送動作により、水平ブランキング期間に１ラインずつ垂直転送される。このラインシフト期間に移行する直前の時点ｔ０では、図１２に示すように、１相目〜６相目の各垂直転送パルスに基づくドライブパルスφＶ１〜φＶ６がともに“Ｍ”レベルである。このため、図１３に示すように、１相目〜６相目の各転送電極２４-1〜２４-6の下のポテンシャルが深くなって、チャージパケット（＝転送パケット）の１単位が形成され、このパケットに各信号電荷Ｑｓが蓄積されている。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２６】
図１５（Ａ）に示すように、従来の基本的な駆動タイミングでは、２ライン分の転送を行なうために、１６サイクル（ｔ１〜ｔ１６）を要している。また図１８に示すフレーム読出動作時に１ライン分の転送を行なうための垂直転送クロックのオーバーラップ期間を“ｘ”としたとき、図１５（Ａ）に示す従来の基本的な駆動タイミングでは２ライン分の垂直転送を行なうため、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は“１／２ｘ”となる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】  
本発明に係るカメラシステムの一実施形態である撮像装置を示す概略構成図である。
【図２】  
ＣＣＤ固体撮像素子と駆動制御部の一実施形態とから構成された固体撮像装置の概略図である。
【図３】  
撮像エリアの具体的な構成の一例を示す平面パターン図である。
【図４】  
図３のＸ‐Ｘ’矢視断面を示す図である。
【図５】  
垂直ＣＣＤにおける転送電極の配線パターン図である。
【図６】  
３フィールド読出方式／フレーム読出方式の概略を説明する図である（本実施形態）。
【図７】  
３フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（垂直レート；本実施形態）である。
【図８】  
３フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；本実施形態）である。
【図９】  
３フィールド読出方式／フレーム読出方式（本実施形態）の電荷転送状態を説明する図である。
【図１０】  
４フィールド読出方式／フレーム読出方式の概略を説明する図である（本実施形態）。
【図１１】  
４フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（垂直レート；本実施形態）である。
【図１２】  
４フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；本実施形態）である。
【図１３】  
４フィールド読出方式／フレーム読出方式（本実施形態）の電荷転送状態を説明する図である。
【図１４】  
駆動パルス遅延との関わりにおける、垂直ＣＣＤの取扱い電荷量を説明する図である。
【図１５】  
２フィールド読出方式かつ２／８ラインの間引き読出方式の動作を説明する図である。
【図１６】  
２フィールド読出方式／フレーム読出方式の概略を説明する図である。
【図１７】  
２フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（垂直レート）である。
【図１８】  
２フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；従来例の基本）である。
【図１９】  
２フィールド読出方式／フレーム読出方式（従来例の基本）の電荷転送状態を説明する図である。
【図２０】  
２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の概略を説明する図である。
【図２１】  
２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（垂直レート）である。
【図２２】  
２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；従来例の基本）である。
【図２３】  
２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の電荷転送状態（従来例の基本）を説明する図である。
【図２４】  
垂直転送ドライブパルスの遅延を説明する図である。
【図２５】  
２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；特許文献１）である。
【図２６】  
２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の電荷転送状態（特許文献１）を説明する図である。
【図２７】  
３フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；従来例）である。
【図２８】  
３フィールド読出方式／フレーム読出方式（従来例）の電荷転送状態を説明する図である。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004328314.tif 000001
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004328314.tif 000002
【手続補正２２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2004328314.tif 000003
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004328314.tif 000004
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2004328314.tif 000005