(57)【要約】【課題】水平方向に隣接する同色の信号電荷の加算数が異なる複数の出力モードを両立し、少ない転送回数で信号電荷を転送できる固体撮像装置を提供する。【解決手段】本発明に係る固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部３の列ごとに設けられ、生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部１と、信号電荷を水平方向に転送する水平転送部２と、垂直転送部１と前記水平転送部２との間に設けられた第１転送部及び第２転送部とを備え、第１転送部は、複数の光電変換部３の水平方向において同色で直近のｍ（ｍは２以上の整数）個の信号電荷を混合するために、複数の垂直転送部１から第２転送部に信号電荷を選択的に保持および転送し、第２転送部は、複数の光電変換部３の水平方向において同色で直近のｎ（ｎはｎ＞ｍを満たす整数）個の信号電荷を混合するために、第１転送部から水平転送部２に信号電荷を選択的に保持および転送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号電荷を生成する行列状に配置された複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の列ごとに設けられ、生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
前記垂直転送部と前記水平転送部との間に設けられた第１転送部及び第２転送部とを備え、
前記第１転送部は、前記複数の光電変換部の水平方向において同色で直近のｍ（ｍは２以上の整数）個の信号電荷を混合するために、前記複数の垂直転送部から前記第２転送部に信号電荷を選択的に保持および転送し、
前記第２転送部は、前記複数の光電変換部の水平方向において同色で直近のｎ（ｎはｎ＞ｍを満たす整数）個の信号電荷を混合するために、前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を選択的に保持および転送する
固体撮像装置。
【請求項２】
ｍが偶数であり、ｎが３以上の奇数である請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
ｍが２であり、ｎが３である請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記垂直転送部は、列毎に設けられた垂直転送チャネルと垂直転送チャネル上に繰り返し配置された複数の垂直転送電極とを備え、
前記第１転送部は、
列毎に前記垂直転送チャネルに連続するように形成された第１転送チャネルと、
前記第１転送チャネルの上方に行方向および列方向に並んで形成された複数の第１転送電極とを有し、
前記複数の第１転送電極のそれぞれは、少なくとも２列の第１転送チャネルに跨る幅を有し、
前記第２転送部は、
列毎に前記第１転送チャネルに連続するように形成された第２転送チャネルと、
前記第２転送チャネルの上方に行方向および列方向に並んで形成された複数の第２転送電極とを有し、
前記複数の第２転送電極のそれぞれは、１列の第２転送チャネルに跨る幅を有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１転送部は、行方向に並んで配列された複数の第１転送制御部を有し、
各第１転送制御部は、列方向に並んで配置された少なくとも３つの前記第１転送電極を含み、当該第１転送制御部に隣接する第１転送制御部とは異なる転送パルス信号により制御される
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２転送部は、行方向に並んで配置された複数の第２転送制御部を有し、
各第２転送制御部は、列方向に並ぶ少なくとも２つの第２転送電極を含み、
行方向に連続して並ぶ３つの第２転送制御部のうち少なくとも２つは、前記垂直転送部に印加される駆動パルス信号とは異なる転送パルス信号により制御される
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
連続する１２列に対応する前記第１転送制御部および前記第２転送制御部を１単位とし、
各単位は同じ制御パルス信号群により制御される
請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１転送チャネルの幅は前記垂直転送チャネルの幅よりも大きい
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１転送チャネルの幅は、前記垂直転送部と、前記垂直転送部に最も近い第１転送電極との間で、当該第１転送電極に向かって徐々に広がっている
請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１転送部を構成する複数の第１転送電極は、信号電荷を選択的に蓄積する電極を１列あたり１つ有し、
前記第２転送部を構成する複数の第２転送電極は、信号電荷を選択的に蓄積する電極を１列あたり１つ有する
請求項４〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記固体撮像装置は、さらに、前記垂直転送部と、前記垂直転送部に最も近い第１転送電極との間に、前記垂直転送チャネルと前記第１転送チャネルとの接続部分の上に中間電極を有し、
前記中間電極の幅および長さの少なくとも一方は、垂直転送電極の幅および長さの少なくとも一方よりも大きい
請求項４〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記第１転送制御部内の列方向に並ぶ第１転送電極の数は、前記第２転送制御部内の列方向に並ぶ第２電極の数と異なる
請求項４〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記複数の第１転送電極および前記複数の第２転送電極は、互いに重なることなく単層に形成される
請求項４〜１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
信号電荷を生成する行列状に配置された複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部の列ごとに設けられ、生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
前記垂直転送部の後段に設けられ、信号電荷を選択的に保持及び転送する選択転送部と、
前記選択転送部と前記水平転送部との間に設けられた垂直最終転送部とを備え、
前記選択転送部は、
信号電荷の転送を選択的に停止する際に第１電圧が印加される信号電荷蓄積電極と、前記第１電圧より低レベルの第２電圧が印加される転送阻止電極を含み、
前記信号電荷蓄積電極の数は、１列あたり１であり、
前記転送阻止電極は、前記選択転送部の前記垂直最終転送部側に設けられ、
前記垂直最終転送部は、前記転送阻止電極と隣接して設けられた垂直最終電極を含み、
前記垂直最終電極の転送方向の長さが、前記転送阻止電極の転送方向の長さに比べ短い
固体撮像装置。
【請求項１５】
前記垂直最終電極には、前記垂直最終電極より前段の電極とは独立した転送パルス信号が印加される
請求項１４記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記信号電荷蓄積電極、前記転送阻止電極及び前記垂直最終電極は、互いに重なることなく単層に形成される
請求項１４又は１５に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えるカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置に関し、特にデジタルスチルカメラ向けＣＣＤにおいて、水平方向に隣接する同色の信号電荷の加算数が異なる複数の出力モードを実現する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ用の固体撮像装置として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたカメラでは、近年１０Ｍ以上の画素数を持つＣＣＤが主流であり、各画素で光電変換された信号電荷を加算することなく全画素独立読み出しし、静止画として取り出す撮像モード（以下通常モード）に加え、液晶モニター表示や動画記録のための動画モードや、静止画における高感度モードが必要な機能となっている。
【０００３】
動画モードや高感度モードでは、一般に複数の画素から得られる信号電荷が撮像装置内で加算される。信号電荷が加算されることで、感度出力を大きく出来、また出力する信号数を減らすことで高フレームレートの動画が実現できる。
【０００４】
動画モードでは、静止画で出力される画素数（例えば１０Ｍ）から３０フレーム／秒のＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ａｒｒａｙ）出力（６４０×４８０）やＨＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）フォーマットに対応した７２０ｐ出力（１２８０×７２０）などが実現されている。動画モードで出力されるフォーマットは、静止画で出力される画素数に比べ、１／１０近くに圧縮する必要があり、加算される信号電荷も多くなる。
【０００５】
一方、高感度モードは、主に静止画で用いられ、フレームレートが通常モードよりも高いため、連写時に有効であるが、画素加算数が多すぎるとフレームレートが高くなる反面、解像度が劣化する問題もある。実際連写時に動画出力並の３０枚／秒のフレームレートは通常用途では必要ではなく、使用する場合はメカニカルシャッタの連写スピードが追いつかないため、メカニカルシャッタをオープン状態で使用することになる。しかしながら、ＣＣＤを用いたカメラではスミアを抑制する必要があることから、メカニカルシャッタを使用するのが一般的である。よって、連写性能はメカニカルシャッタで決定されるため、高感度モードでは一眼レフカメラで実用化されている８枚／秒程度の連写機能があれば十分と思われる。
【０００６】
固体撮像装置内において、垂直方向の信号電荷の加算は垂直転送部内あるいは水平転送部内、水平方向の信号電荷の加算は水平転送部内で加算される。垂直転送部での信号電荷の加算については、ムービー用の補色フィルタを用いたインターレースＣＣＤでは一般的であるが、デジタルスチルカメラ用では隣接する同色間で信号を加算する。垂直方向の画素加算については、光電変換部から垂直転送部への読み出しを行う垂直転送電極を複数設け、駆動タイミングを工夫することで、垂直転送部内で可能であるが、水平方向の画素加算については、垂直転送部から水平転送部の間に、信号電荷の転送を選択的に制御する機能が必要である。
【０００７】
図１３は、従来の固体撮像装置の概略図を示すものである。図１３に示す固体撮像装置１００は、垂直転送部１、水平転送部２、光電変換部３、画素繰り返し部５及び転送制御部６を備える。転送制御部６については、後述するが複数の従来例が存在する。
【０００８】
以上のように構成された固体撮像装置１００についてその動作を説明する。転送制御部６としては、まず特許文献１を用いる。特許文献１では、転送制御部６を、カラーコーディングの繰り返し画素数単位に設けており、これはベイヤー配列の場合２である。
【０００９】
転送制御部６は、２列ごとの繰り返し画素数おきに、垂直転送部１から水平転送部２への信号電荷の転送を選択的に阻止する。具体的には、転送制御部６は、転送阻止時にローレベルの電圧が与えられるホールド電極２５（ＶφＨｏｌｄ）と、所定の直流電圧によってバイアスされるストレージ電極２６（ＶＳｔｒａｇｅ）とを有している。
【００１０】
図１４に従来の固体撮像装置の構成を示すレイアウト図、図１５にポテンシャル図、図１６にタイミングチャートを示す。
【００１１】
図１６のラインシフト期間において、ストレージ電極２６とホールド電極２５とを有さない列の信号電荷が水平転送部２に転送され、ストレージ電極２６を有する列では、ＤＣ直流バイアスが印加されるストレージ電極２６と、ローレベルの電圧が印加されるホールド電極２５とにより、信号電荷がストレージ電極２６下の垂直転送部１で保持される。先に水平転送部２に転送された信号電荷を２列分（２ビット）水平転送した後に、ホールド電極２５をミドルレベルとし転送阻止を解除、その後ホールド電極２５をローレベルとし水平転送部２に信号電荷を転送し、水平２画素加算を実現する。
【００１２】
図１６に示すように、これを水平ブランキング期間で２回繰り返すことで、水平２画素加算された２ライン分の信号が水平転送部２に形成される。
【００１３】
また構造が異なるが、第１相及び第２相の転送電極が、垂直転送部の一定の列毎に互い違いに配置されている構造を持つことで、水平方向に隣接する同色の２画素を加算できる技術がある（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
また、水平方向で隣接する同色の信号電荷の加算数を３とし、垂直方向で３画素加算した場合に９画素加算を実現できる構造が報告されている（例えば、特許文献３参照）。具体的には、転送制御部６を３列毎の構成とし、３列のうち一つの列あるいは全ての列に転送動作を列毎に独立して制御するための独立した転送電極を設けることで水平３画素加算を可能とし、かつ、垂直３画素加算の場合に、モアレや偽信号のない９画素加算が実現できる加算方法ができる。特許文献３記載の電極構造を図１７に、それに対応した電荷転送の説明図を図１８に示す。更に本文献では、水平ｍ１（ｍ１は２以上の整数）個の画素加算と水平ｍ２（ｍ２は、ｍ１と異なる２以上の整数）個の画素加算を実現し、モードを切り替えるために、垂直最終段の繰り返し単位ｍ（ｍは２以上の整数）が、ｍ１とｍ２との公倍数で構成することが記載されている。具体的には、垂直２画素加算、水平２画素加算の４画素加算モードと、垂直３画素加算、水平３画素加算による９画素加算モードを実現するために、垂直最終段の繰り返し単位ｍを１２とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第４１７８６２１号公報
【特許文献２】特開平１１−２３４５６９号公報
【特許文献３】特許第３８４８６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら上記従来の構成では、水平方向で隣接する同色の２画素加算あるいは水平方向で隣接する３画素加算のみ具体的な実現方法が示されており、水平方向で隣接する同色の２画素加算と３画素加算を両立する具体的な構造については明記されていない。
【００１７】
近年、垂直方向に隣接する同色の信号電荷を３画素加算し、かつ水平方向に隣接する同色の信号電荷を３画素加算する９画素加算は、モアレといった偽信号を抑制できるため、動画モードでは多用される。但し、９画素加算では、静止画で用いる高感度モードでは解像度が十分でないという欠点を有する。
【００１８】
また、特許文献３記載の技術では、３列単位の転送制御部の一部において、画素の繰り返しで使用される転送パルスを使用しているため、水平ブランキング期間において、列によっては信号電荷の転送が水平転送部方向ではなく逆に後退するタイミングも存在し、効率の悪い構造となっている。その結果、水平ブランキング期間が長くなり、高速化には適していない。一方、垂直２画素加算、水平２画素加算による４画素加算のみでは、加算後の画素数が多いため動画時のフレームレートを高くできないという欠点を有する。また、その倍の垂直４画素、水平４画素加算では、１６画素加算となり、一般的な画素数のデジタルカメラ用ＣＣＤでは、逆に加算後の画素数が少なくなりすぎ、今後動画出力時に必要となるフォーマット、例えばＨＤフォーマット（１２８０×７２０又は１９２０×１０８０）に達しないという欠点を有する。
【００１９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、水平方向に隣接する同色の信号電荷の加算数が異なる複数の出力モードを両立し、少ない転送回数で信号電荷を転送できる固体撮像装置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】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、信号電荷を生成する行列状に配置された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の列ごとに設けられ、生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記垂直転送部と前記水平転送部との間に設けられた第１転送部及び第２転送部とを備え、前記第１転送部は、前記複数の光電変換部の水平方向において同色で直近のｍ（ｍは２以上の整数）個の信号電荷を混合するために、前記複数の垂直転送部から前記第２転送部に信号電荷を選択的に保持および転送し、前記第２転送部は、前記複数の光電変換部の水平方向において同色で直近のｎ（ｎはｎ＞ｍを満たす整数）個の信号電荷を混合するために、前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を選択的に保持および転送する。
【００２１】
この構成によれば、複数の第１転送部および第２転送部を備えるので、ｍ画素加算にもｎ画素加算にも対応できる。また、混合する画素数の多い、すなわち水平転送部への転送回数が多いモードに対応した第２転送部を第１転送部より水平転送部側へ配置したことにより、水平ブランキング期間を長くすることなく最短のステップ数で信号電荷を転送できる。
【００２２】
また、ｍが偶数であり、ｎが３以上の奇数であってもよい。
【００２３】
また、ｍが２であり、ｎが３であってもよい。
【００２４】
また、前記垂直転送部は、列毎に設けられた垂直転送チャネルと垂直転送チャネル上に繰り返し配置された複数の垂直転送電極とを備え、前記第１転送部は、列毎に前記垂直転送チャネルに連続するように形成された第１転送チャネルと、前記第１転送チャネルの上方に行方向および列方向に並んで形成された複数の第１転送電極とを有し、前記複数の第１転送電極のそれぞれは、少なくとも２列の第１転送チャネルに跨る幅を有し、前記第２転送部は、列毎に前記第１転送チャネルに連続するように形成された第２転送チャネルと、前記第２転送チャネルの上方に行方向および列方向に並んで形成された複数の第２転送電極とを有し、前記複数の第２転送電極のそれぞれは、１列の第２転送チャネルに跨る幅を有してもよい。
【００２５】
この構成によれば、第１転送電極は少なくとも２列に跨る幅を有するので、例えば、第１転送部は２列単位に信号電荷を選択的に保持及び転送可能であり、２画素加算を容易に実現できる。また、第２転送電極は１列の幅を有するので、例えば、第２転送部は列単位に信号電荷を保持及び転送可能であり、ｎ画素加算を容易に実現できる。
【００２６】
また、前記第１転送部は、行方向に並んで配列された複数の第１転送制御部を有し、各第１転送制御部は、列方向に並んで配置された少なくとも３つの前記第１転送電極を含み、当該第１転送制御部に隣接する第１転送制御部とは異なる転送パルス信号により制御されてもよい。
【００２７】
この構成によれば、隣接する２つの第１転送制御部を独立に制御できるので、簡易な構成でｍ画素加算ができる。
【００２８】
また、前記第２転送部は、行方向に並んで配置された複数の第２転送制御部を有し、各第２転送制御部は、列方向に並ぶ少なくとも２つの第２転送電極を含み、行方向に連続して並ぶ３つの第２転送制御部のうち少なくとも２つは、前記垂直転送部に印加される駆動パルス信号とは異なる転送パルス信号により制御されてもよい。
【００２９】
この構成によれば、第２転送部において、例えば下方向に転送されている信号電荷が逆の上方向に転送されることを防止できる。よって、水平ブランキング期間を短くできる。
【００３０】
また、連続する１２列に対応する前記第１転送制御部および前記第２転送制御部を１単位とし、各単位は同じ制御パルス信号群により制御されてもよい。
【００３１】
この構成によれば、簡易な構成で、例えば２画素加算及び３画素加算ができる。
【００３２】
また、前記第１転送チャネルの幅は前記垂直転送チャネルの幅よりも大きくてもよい。
【００３３】
この構成によれば、第1転送チャネルでの飽和電荷量を多くすることができる。よって、複数の光電変換部で生成された信号電荷が加算された場合でも、加算後の信号電荷を保持することが可能となる。
【００３４】
また、前記第１転送チャネルの幅は、前記垂直転送部と、前記垂直転送部に最も近い第１転送電極との間で、当該第１転送電極に向かって徐々に広がっていてもよい。
【００３５】
また、前記第１転送部を構成する複数の第１転送電極は、信号電荷を選択的に蓄積する電極を１列あたり１つ有し、前記第２転送部を構成する複数の第２転送電極は、信号電荷を選択的に蓄積する電極を１列あたり１つ有してもよい。
【００３６】
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記垂直転送部と、前記垂直転送部に最も近い第１転送電極との間に、前記垂直転送チャネルと前記第１転送チャネルとの接続部分の上に中間電極を有し、前記中間電極の幅および長さの少なくとも一方は、垂直転送電極の幅および長さの少なくとも一方よりも大きくてもよい。
【００３７】
この構成によれば、中間電極下の垂直転送チャネル及び第１転送チャネルは、垂直転送電極下の垂直転送チャネルに保持される信号電荷よりも多くの信号電荷を保持できる。
【００３８】
また、前記第１転送制御部内の列方向に並ぶ第１転送電極の数は、前記第２転送制御部内の列方向に並ぶ第２電極の数と異なってもよい。
【００３９】
また、前記複数の第１転送電極および前記複数の第２転送電極は、互いに重なることなく単層に形成されてもよい。
【００４０】
この構成によれば、複数の第１転送電極および複数の第２転送電極それぞれに接続される配線のレイアウトが容易になる。
【００４１】
また、本発明に係る固体撮像装置は、信号電荷を生成する行列状に配置された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の列ごとに設けられ、生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記垂直転送部の後段に設けられ、信号電荷を選択的に保持及び転送する選択転送部と、前記選択転送部と前記水平転送部との間に設けられた垂直最終転送部とを備え、前記選択転送部は、信号電荷の転送を選択的に停止する際に第１電圧が印加される信号電荷蓄積電極と、前記第１電圧より低レベルの第２電圧が印加される転送阻止電極を含み、前記信号電荷蓄積電極の数は、１列あたり１であり、前記転送阻止電極は、前記選択転送部の前記垂直最終転送部側に設けられ、前記垂直最終転送部は、前記転送阻止電極と隣接して設けられた垂直最終電極を含み、前記垂直最終電極の転送方向の長さが、前記転送阻止電極の転送方向の長さに比べ短い。
【００４２】
この構成によれば、第１選択転送部の飽和電荷量を多くすることができる。特に、信号電荷の転送方向において垂直最終電極の直前に配置されている信号電荷蓄積電極による飽和電荷量を多くすることができる。
【００４３】
また、前記垂直最終電極には、前記垂直最終電極より前段の電極とは独立した転送パルス信号が印加されてもよい。
【００４４】
この構成によれば、垂直最終電極より前段の電極のいずれかと同一の転送パルス信号が印加される場合と比較して、飽和電荷量が低下する要因である第二の転送阻止電極の電位が周辺電極の影響で変調してしまう事を抑える。また、転送パルス信号の負荷を低減し、転送パルス信号の立ち上がり及び立ち下がりを急峻にできる。
【００４５】
また、前記信号電荷蓄積電極、前記転送阻止電極及び前記垂直最終電極は、互いに重なることなく単層に形成されてもよい。
【００４６】
この構成によれば、信号電荷蓄積電極、転送阻止電極および転送阻止電極それぞれに接続される配線のレイアウトが容易になる。
【００４７】
また、本発明に係るカメラは、上述した固体撮像装置を備える。
【発明の効果】
【００４８】
以上のように、本発明の固体撮像装置は、水平方向に隣接する同色の信号電荷の加算数が異なる複数の出力モードを両立し、少ない転送回数で信号電荷を転送できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
【図２Ａ】１２相駆動における水平２画素加算時のＦ列の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図２Ｂ】Ｓ列の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図３Ａ】転送の様子を水平転送部での転送を含めて示す説明図である。
【図３Ｂ】図３Ａの続きの説明図である。
【図４Ａ】Ｃ列の第二の信号電荷蓄積電極に印加されるパルスをφＶ１１とした場合のＦ列の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図４Ｂ】Ｓ列の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図５Ａ】６相駆動における水平２画素加算時の電荷のＦ列の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図５Ｂ】Ｓ列の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図６Ａ】水平転送部において垂直２画素加算を実施する場合におけるＦ列の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図６Ｂ】Ｓ列の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図７】実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す他の一例のレイアウト図である。
【図８Ａ】６相駆動における水平３画素加算時の電荷の転送制御部までの垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図８Ｂ】第二の転送制御部のＣ列の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図８Ｃ】第二の転送制御部のＲ列の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図８Ｄ】第二の転送制御部のＬ列の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図９Ａ】電荷の転送の様子を水平転送部での転送を含めて示す説明図である。
【図９Ｂ】図９Ａの続きの説明図である。
【図１０Ａ】６相駆動における水平３画素加算時の電荷の、第一の転送制御部までの垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図で、Ｃ列の第二の信号電荷蓄積電極に印加されるパルスをφＶ１１（φＶ５）とした場合の説明図である。
【図１０Ｂ】第二の転送制御部のＣ列の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図１０Ｃ】第二の転送制御部のＲ列の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図１０Ｄ】第二の転送制御部のＬ列の電荷転送の様子を示す説明図である。
【図１１】実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
【図１２】実施の形態３に係る固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
【図１３】従来のＣＣＤ固体撮像装置の構成を示す概略図である。
【図１４】従来のＣＣＤ固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
【図１５】従来のＣＣＤ固体撮像装置のＩ−Ｉ’線に沿った断面のポテンシャル図である。
【図１６】従来のＣＣＤ固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１７】従来のＣＣＤ固体撮像装置の構成図である。
【図１８】従来のＣＣＤ固体撮像装置の電荷転送図と動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
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。なお、各実施の形態において、図１３と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５１】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る固体撮像装置は、信号電荷を生成する行列状に配置された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の列ごとに設けられ、生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記垂直転送部と前記水平転送部との間に設けられた第１転送部及び第２転送部とを備え、前記第１転送部は、前記複数の光電変換部の水平方向において同色で直近の２個の信号電荷を混合するために、前記複数の垂直転送部から前記第２転送部に信号電荷を選択的に保持および転送し、前記第２転送部は、前記複数の光電変換部の水平方向において同色で直近の３個の信号電荷を混合するために、前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を選択的に保持および転送する。
【００５２】
この構成によれば、複数の第１転送部および第２転送部を備えるので、ｍ画素加算にもｎ画素加算にも対応できる。また、混合する画素数の多い第２転送部を第１転送部より水平転送部側へ配置したことにより、水平ブランキング期間を長くすることなく最短のステップ数で信号電荷を転送できる。
【００５３】
また、前記垂直転送部は、列毎に設けられた垂直転送チャネルと垂直転送チャネル上に繰り返し配置された複数の垂直転送電極とを備え、前記第１転送部は、列毎に前記垂直転送チャネルに連続するように形成された第１転送チャネルと、前記第１の転送チャネルの上方に行方向および列方向に並んで形成された複数の第１転送電極とを有し、前記複数の第１転送電極のそれぞれは、２列の第１転送チャネルに跨る幅を有し、前記第２転送部は、列毎に前記第１転送チャネルに連続するように形成された第２転送チャネルと、前記第２転送チャネルの上方に行方向および列方向に並んで形成された複数の第２転送電極とを有し、前記複数の第２転送電極のそれぞれは、１列の第２転送チャネルに跨る幅を有する。
【００５４】
この構成によれば、第１転送電極は２列に跨る幅を有するので、２列単位に信号電荷を選択的に保持および転送可能であり、２画素加算を容易にできる。また、第２転送電極は１列の幅を有するので、例えば、第２転送部は列単位に信号電荷を保持及び転送可能であり、３画素加算を容易に実現できる。
【００５５】
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。同図に示す固体撮像装置２００は、垂直転送部１、水平転送部２、光電変換部３、垂直転送電極４、第一の転送制御部９及び第二の転送制御部１０を備える。本実施形態では、水平２画素加算と水平３画素加算を両立する場合について示す。
【００５６】
垂直転送部１は、光電変換部３の列ごとに設けられ、光電変換部３で生成された信号電荷を垂直方向に転送する。垂直転送部１は、例えば１２相駆動であり、駆動パルスφＶ１〜φＶ１２等に応じて、光電変換部３で生成された信号電荷を垂直方向に転送する。この垂直転送部１のうち、垂直転送電極４の下の部分が垂直転送チャネルとして機能し、第一の転送制御部９の下の部分が第１転送チャネルとして機能し、第二の転送制御部１０の下の部分が第２転送チャネルとして機能する。
【００５７】
第一の転送制御部９は、水平２画素加算モードに対応し、第二の転送制御部１０は水平３画素加算モードに対応しており、加算数の多い水平３画素加算に対応した第二の転送制御部１０が水平転送部２側に配置される。
【００５８】
具体的には、第一の転送制御部９は、第一の信号電荷蓄積電極１１及び第一の転送阻止電極１２を備える。第一の信号電荷蓄積電極１１と第一の転送阻止電極１２とは独立電極として２列単位で２列の間隔をおいて設けられている。第一の信号電荷蓄積電極１１には転送パルスとしてφＶＳ１及びφＶＳＨ１が印加され、第一の転送阻止電極１２にはφＶＨ１が印加されている。φＶＳＨ１が印加される第一の信号電荷蓄積電極１１は駆動モードによってポテンシャルの障壁を形成するための転送阻止電極あるいはポテンシャルの井戸を形成するための信号電荷蓄積電極として機能する。これらの第一の信号電荷蓄積電極１１及び第一の転送阻止電極１２を有しない列には、画素繰り返し部５と同じ転送パルスが印加される。図１では、第一の信号電荷蓄積電極１１と第一の転送阻止電極１２を有する列をＳ列、有しない列をＦ列としている。なお、固体撮像装置２００が有する複数の第一の転送制御部９は、第１転送部として機能する。また、第一の信号電荷蓄積電極１１及び第一の転送阻止電極１２それぞれは、第１転送電極として機能する。
【００５９】
第二の転送制御部１０は、第一の転送制御部９と水平転送部２との間に設けられ、３個の第二の信号電荷蓄積電極１３と、３個の第二の転送阻止電極１４とを備える。第二の信号電荷蓄積電極１３と第二の転送阻止電極１４とは、３列単位で設けられ、第二の信号電荷蓄積電極１３の後段に第二の転送阻止電極１４が設けられている。３個の第二の信号電荷蓄積電極１３には転送パルスとして、φＶＳ２Ｌ、φＶＳ２Ｃ及びφＶＳ２Ｒが印加され、３個の第二の転送阻止電極１４には転送パルスとして、φＶＨ２Ｌ、φＶＨ２Ｃ及びφＶＨ２Ｒが印加される。図１では、３列単位で構成される第二の転送制御部１０のうち、φＶＳ２Ｃ、φＶＨＣが印加される列をＣ列、φＶＳ２Ｒ、φＶＨ２Ｒが印加される列をＲ列、φＶＳ２Ｌ、φＶＨ２Ｌが印加される列をＬ列としている。なお、固体撮像装置２００が有する複数の第二の転送制御部１０は、第２転送部として機能する。また、第二の信号電荷蓄積電極１３及び第二の転送阻止電極１４はそれぞれ、第２転送電極として機能する。また、第二の転送制御部１０が備える３個の第二の信号電荷蓄積電極１３と、３個の第二の転送阻止電極１４のうち、同一の垂直転送部１上に形成された組み合わせは、第２転送制御部として機能する。
【００６０】
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置２００は、連続する１２列に対応する第一の信号電荷蓄積電極１１、第一の転送阻止電極１２、第二の信号電荷蓄積電極１３及び第二の転送阻止電極１４を１単位とし、各単位は同じパルス群により制御される。
【００６１】
水平２画素加算は、垂直２画素加算と合わせることで４画素加算の高感度モードとしてメカニカルシャッタを用いた連写モードとして使用されることが多い。垂直２画素加算のための光電変換部３から垂直転送部１への転送に関しては、インターレース駆動が用いられる。近年、画素の微細化に伴う飽和電荷量の低下を抑制するため、通常モードでは６：１インターレースが一般的であり、６ラインに対して、垂直転送部１は１２個の垂直転送電極４を有する。６：１インターレースの画素繰り返し部５の駆動方法としては、水平ブランキング期間に１２相駆動で１段転送する場合と、６相駆動で同色を２段転送させる場合が代表的である。
【００６２】
ここで垂直転送における“１段転送”の表現は、駆動相数を１単位とし、１単位に対応する電極の並びに相当する垂直転送部の距離だけ電荷転送する際に“１段転送“と表現するものである。これは上記の“１２相駆動で１段転送する”場合と、“６相駆動で２段転送する”場合とを比較すると、これらは転送する際の駆動パルスの印加方法は異なるものの、垂直転送部での実効的な電荷転送の距離は双方とも等しい事を意味している。
【００６３】
垂直方向に２画素加算するモードでは、垂直方向の２画素の信号電荷を垂直転送部内で加算させて１信号とし、この画素加算後の飽和電荷量を通常モードと同じレベルにさせる事で３：１インターレースとすることができ、垂直転送部で電荷転送する際の動作は通常モードと同様の動作となる。
【００６４】
以上のように構成された固体撮像装置２００について、以下その動作を説明する。動作説明に際しては、画素繰り返し部５を１２相駆動する場合と６相駆動する場合について示す。
【００６５】
（２画素加算、１２相駆動）
図２Ａ及び図２Ｂは、１２相駆動における水平２画素加算時の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、１２相駆動における水平２画素加算時の電荷転送の様子を水平転送部２での転送を含めて示す説明図である。なお、図２ＡはＦ列の信号電荷の転送の様子を示す説明図あり、図２ＢはＳ列の信号電荷の転送の様子を示す説明図である。また、図３Ｂは、図３Ａの続きの転送の様子を示す説明図である。
【００６６】
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は各垂直転送電極４と、第一の転送制御部９と、第二の転送制御部１０とに印加されているパルスが示されている。グレー部は、対応するパルスが印加されている電極下のチャネルにおいて信号電荷が存在することを示す。斜線部は、対応するパルスが印加されている電極下のチャネルにおいて信号電荷が存在しないことを示す。ただし、斜線部は、対応するパルスが印加されている電極の電圧は、信号電荷を蓄積可能なミドルレベル（例えば０Ｖ）である。グレー部と斜線部を除く部分は、対応するパルスがローレベル（例えば−６Ｖ）であり、対応するパルスが印加されている電極下のチャネルにおいて信号電荷は存在しないことを示す。
【００６７】
つまり、斜線部に対応するパルスが印加されている電極の下にはポテンシャルの井戸が形成され、グレー部と斜線部を除く部分に対応するパルスが印加されている電極の下にはポテンシャルの障壁が形成されている。なお、画素繰り返し部５の駆動は垂直転送開始及び終了時（図２Ａ、図２Ｂの左右端部）に８つの連続した電極下に信号電荷を蓄積する８電極蓄積としている。
【００６８】
１２相駆動では、垂直方向に隣接する同色の２画素は垂直転送部１で加算され、加算された信号電荷が第一の転送制御部９に転送される。水平２画素加算モードでは、垂直転送部１から転送されてきた信号電荷を、２列単位で水平転送部２への転送を制御する。すなわち、Ｆ列とＳ列とは独立して水平転送部２へ信号電荷を転送する。
【００６９】
本実施の形態では、第一の転送において、Ｆ列の信号電荷は水平転送部２に転送され、Ｓ列の信号電荷は、φＶＳＨ１又はφＶＳ１が印加されている２電極、すなわち第一の信号電荷蓄積電極１１で信号電荷を保持される（図２ＢのｔＳ期間、図３Ａ（１）及び（２））。この時、第一の信号電荷蓄積電極１１にはミドルレベル、第一の転送阻止電極１２であるφＶＨ１にはローレベルが印加される。
【００７０】
次に、水平転送部２に先に転送されたＦ列の信号電荷を２列分水平方向に転送する（図２ＡのｔＨ１期間、図３Ａ（３）及び（４））。
【００７１】
次に、Ｓ列の信号電荷を水平転送部２に転送することで、水平転送部２で水平方向に隣接する同色画素の信号電荷が加算される（図３Ａ（５）及び（６））。この際、第二の転送制御部１０における３列単位の電極は、同じ行に配置される電極全てに同じ駆動パルスが印加される。この動作を２回繰り返す（図３Ｂ（７）〜（１１））ことで、図３Ｂ（１２）に示すように、２ライン分の水平２画素加算された信号電荷が水平転送部２に蓄積される。
【００７２】
なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、水平ブランキング期間を除く水平転送期間に第一の転送制御部９の電極を含んだ行（図２ＢのφＶＳＨ１、図２ＡのφＶ８）で信号電荷を蓄積しているが、含まない行（例えばφＶ１２とφＶ１〜７が印加されている電極）で蓄積しても構わない。
【００７３】
また、上記説明では、Ｃ列の第二の信号電荷蓄積電極１３に印加されるパルスをφＶＳ２Ｃとしたが、垂直転送電極４に印加されるφＶ１１を印加してもよい。
【００７４】
図４Ａ及び図４Ｂは、１２相駆動、８電極蓄積で、Ｃ列の第二の信号電荷蓄積電極１３に印加されるパルスをφＶ１１とした場合の水平ブランキング期間における２画素加算時の垂直方向の転送の様子を示す説明図である。水平２画素加算の手順は図３と同じである。
【００７５】
本駆動方法では、Ｃ列の第二の信号電荷蓄積電極１３にφＶＳ２Ｃが印加される場合と比較して、Ｆ列で水平転送部２へ信号電荷を転送した後、次のラインの信号電荷が第一の転送制御部に隣接する中間電極１５（図４ＡのφＶ７に対応する電極）まで蓄積される（図４のｔＨ１期間）。そのため、第一の転送制御部９において、信号電荷が保持できる電極はφＶＳ１が印加されている１電極となり、φＶＳＨ１が印加されている電極は第一の転送制御部９に転送される信号電荷に対して、転送阻止電極として機能し、異なるライン間での信号電荷の混合を抑制する機能を持つ。
【００７６】
なお、Ｃ列においてφＶＨ２Ｃが印加される電極とφＶＳ２Ｃが印加される電極とを分けた例を示したが、電極として分けずに１電極とする、あるいは、その１電極を画素繰り返し部５における垂直転送電極４に印加されるパルス（例えば、φＶ１１）と共用してもよく、その場合は第二の転送制御部１０における独立電極はφＶＳ２Ｒ、φＶＳ２Ｌ、φＶＨ２Ｒ、φＶＨ２Ｌが印加される４電極に減らすことが可能である。言い換えると、行方向に連続して並ぶ３つの第２転送制御部のそれぞれが備える第二の信号電荷蓄積電極１３及び第二の転送阻止電極の組み合わせのうち少なくとも２つは、垂直転送電極４に印加されるパルスとは異なるパルスにより制御される。
【００７７】
更に図４に示すように、第一の転送制御部９に属するφＶＳＨ１とφＶ８の駆動タイミングは同一であるため、φＶＳＨ１とφＶ８を配線で接続し、共用することが可能である。この場合、第一の転送制御部９における独立電極はφＶＳ１及びφＶＨ１が印加される２電極に減らすことが可能である。
【００７８】
（２画素加算、６相駆動）
図５Ａ及び図５Ｂは、６相駆動における水平２画素加算時の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。本駆動方法では、画素繰り返し部５の駆動は４電極蓄積としている。なお、電極構成については、図１と一致させているが、φＶ１とφＶ７、φＶ２とφＶ８、φＶ３とφＶ９、φＶ４とφＶ１０、φＶ５とφＶ１１、φＶ６とφＶ１２は同じ転送パルスであり、図中（）内に記載された転送パルス名が同相となる転送パルス名である。図５Ａ及び図５Ｂでは、垂直方向に２画素加算された信号電荷が第一の転送制御部９及び第二の転送制御部１０に転送される場合を示す。
【００７９】
図５Ａに示すように、Ｆ列において、水平転送部２への信号電荷転送後に、φＶＳＨ１と同行のφＶ８（φＶ２）が印加されている電極下のチャネルまで信号電荷が蓄積されている（図５ＢのｔＨ１期間）。このため、Ｓ列においては、φＶＳＨ１としてローレベルの電圧を印加する必要があり、信号電荷が保持できる電極はφＶＳ１が印加されている１電極となり、φＶＳＨ１が印加されている第一の信号電荷蓄積電極１１は第一の転送制御部９に転送される信号電荷に対して、転送阻止電極として機能し、異なるライン間での信号電荷の混合を抑制する機能を持つ。
【００８０】
なお、６相駆動における水平２画素加算においては、図５ＢのｔＳ２期間において、画素繰り返し部５では４電極蓄積であるのに対し、３電極蓄積となるタイミングが生じるため、第一の転送制御部９に隣接する中間電極１５（図５ではφＶ７が印加されている）は、画素繰り返し部５の垂直転送電極４よりも１電極あたりの飽和電荷量を多くすることが望ましい。例えば、第一の転送制御部９に隣接する中間電極１５の電極長や垂直転送部１の幅を画素繰り返し部５に隣接する垂直転送電極４の電極長や幅よりも大きく設計すればよい。
【００８１】
また、上記説明では、垂直２画素加算を垂直転送部１で実施していたが、次の例に示すように水平転送部２で実施してもよい。
【００８２】
図６Ａ及び図６Ｂは、水平転送部２において垂直２画素加算を実施する場合における垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。同図も、図５Ａ及び図５Ｂと同様に、電極構成については、図１と一致させているが、φＶ１とφＶ７、φＶ２とφＶ８、φＶ３とφＶ９、φＶ４とφＶ１０、φＶ５とφＶ１１、φＶ６とφＶ１２は同じ転送パルスであり、図６でも（）内に同相となる転送パルス名を記載している。本実施の形態では、垂直方向の２画素加算を、Ｆ列については水平転送部２において、Ｓ列については第一の信号電荷蓄積電極１１で実施する場合を示している。φＶＳＨ１にローレベルの電圧を印加することで、第一の転送制御部９に転送される信号電荷に対して、転送阻止電極として機能し、異なるライン間での信号電荷の混合を抑制する機能を持つ。
【００８３】
水平２画素加算の手順については図３と同様であるが、信号電荷が保持される期間（図６ＢのｔＳ期間）ではφＶＳ１が印加されている１電極で信号電荷が保持される。本例においても、図６に示すように、φＶＳＨ１とφＶ２、φＶ８とは駆動タイミングが同じであるため、共用化することが可能であり、第一の転送制御部９における独立電極はφＶＳ１、φＶＨ１が印加される２電極に減らすことが可能である。
【００８４】
図４の１２相駆動かつ８電極蓄積で第二の転送制御部１０におけるＣ列のφＶＳ２Ｃを画素繰り返し部５の垂直転送電極４に印加される転送パルスと共用する場合や、６相駆動かつ４電極蓄積の場合は、φＶＳ１が印加されている１電極で信号電荷を保持する期間が生じるが、この期間では、φＶＳＨ１にローレベルの電圧が印加されるため、この時のφＶＳＨ１の電位は画素繰り返し部５と同じであることが望ましい。なぜなら、電位が高い場合、φＶＳＨ１が印加されている電極の前段において４電極（例えば図６ＢのφＶ４〜φＶ７）で信号電荷が蓄積されている箇所において、水平転送部２側のポテンシャル障壁が低下することにより飽和電荷量が低下し、φＶＳ１が印加されている電極に信号電荷が先送りされるためである。そのため、φＶＳＨ１が印加されている電極下のチャネルを障壁として用いる場合には、図１における垂直転送部１の幅を拡大する位置は、図７のようにφＶＳＨ１が印加されている電極、すなわち中間電極１５側に配置された第一の信号電荷蓄積電極１１より水平転送部２側とすることが望ましい。
【００８５】
（３画素加算、６相駆動）
次に、水平３画素加算モードについて説明する。
【００８６】
図８Ａ〜図８Ｄは、６相駆動における水平３画素加算時の垂直方向の電荷転送の様子を示す説明図である。図９Ａ及び図９Ｂは、６相駆動における水平３画素加算時の電荷転送の様子を水平転送部２での転送を含めて示す説明図である。なお、図８Ａは第一の転送制御部９までの電荷転送を示す図であり、図８Ｂは第二の転送制御部１０のＣ列の電荷転送を示す図であり、図８Ｃは第二の転送制御部１０のＲ列の電荷転送を示す図であり、図８Ｄは第二の転送制御部１０のＬ列の電荷転送を示す図である。また、図９Ｂは、図９Ａの続きの転送の様子を示す説明図である。
【００８７】
水平３画素加算モードでは、Ｃ列の信号電荷を水平転送部２に転送（図９Ａ（１）及び（２））した後、水平方向に２列転送（図８のｔＨ１期間、図９Ａ（３））する。
【００８８】
次に、Ｒ列の信号電荷を水平転送部２に転送することで、水平２画素加算される（図９Ａ（５）及び（６））。
【００８９】
次に、転送完了後再び水平方向に２列転送し（ｔＨ２期間、図９Ａ（７）及び（８））、最後にＬ列の信号電荷を水平転送部２に転送する（図９Ｂ（９））ことで、水平３画素加算される（図９Ｂ（１０））。
【００９０】
さらに、本実施の形態にかかる固体撮像装置２００の構成では、水平転送部２として２相駆動を想定しており、先の駆動を３回繰り返すことで（図９Ｂ（１１））、３ラインの水平３画素加算された信号が水平転送部２内に形成される（図９（１２））。
【００９１】
つまり、垂直転送部の３画素加算は、垂直転送部１内で行い、前述の水平３画素加算と合わせて９画素加算動作を実現する。
【００９２】
水平３画素加算するモードでは、高フレームレートが要求されるが、水平３画素加算を制御している第二の転送制御部１０が第一の転送制御部９よりも画素繰り返し部５側に配置される場合、第一の転送制御部９を介して水平転送部２に電荷転送を行うので水平転送部２への信号電荷の転送に時間を要する。水平転送部２において水平３画素加算を行うには、少なくとも２回以上（本実施の形態では３回）の垂直転送部１から水平転送部２への選択的な信号電荷転送が必要であるため、転送のステップ数が多くなり、水平ブランキングが長くなる可能性が生じる。しかしながら、本実施の形態では第二の転送制御部１０を水平転送部２側に配置しているため、水平ブランキング期間を長くすることなく最短の転送ステップ数で転送が可能である。
【００９３】
また、転送ステップ数を減らすという観点で、第二の転送制御部１０を構成する第二の信号電荷蓄積電極１３は１電極としている。これを可能とするため、図１で示すように、第二の信号電荷蓄積電極１３下における垂直転送部１の幅は、画素繰り返し部５に比べ、広く設定している。これにより、第二の信号電荷蓄積電極１３下における垂直転送部１の飽和電荷量を多くできるので、複数の光電変換部３で生成された信号電荷を加算しても電荷が溢れないだけの飽和電荷量が確保できる。
【００９４】
また、１電極で信号電荷を蓄積することで、転送ステップ数が多くなるという不具合が改善され、効率的に画素加算駆動を行うことが可能となる。これは、信号電荷を１電極で蓄積し、１電極で阻止し、それぞれ画素繰り返し部とは独立したパルスを印加することで従来例（図１８）のような逆方向への転送を行う必要がなくなるので水平ブランキング期間を短くできる事を意味している。
【００９５】
また、Ｃ列においてφＶＨ２Ｃを独立電極として設けず、画素繰り返し部５における垂直転送電極４に印加されるパルス（例えば、φＶ１１）と共用してもよい。
【００９６】
図１０Ａ〜図１０Ｄは、６相駆動、４電極蓄積で、Ｃ列の第二の信号電荷蓄積電極１３に印加されるパルスをφＶ１１（もしくはφＶ５）とした場合の水平ブランキング期間における水平３画素加算時の垂直方向の転送の様子を示す説明図である。水平３画素加算の手順は図９Ａ、図９Ｂと同じである。
【００９７】
この場合、第二の転送制御部１０における独立電極はφＶＳ２Ｒ、φＶＳ２Ｌ、φＶＨ２Ｒ、φＶＨ２Ｌ、φＶＨ２Ｃが印加される５電極に減らすことが可能で、端子の削減が可能となる。
【００９８】
また、第二の転送制御部１０は３列単位の電極構成となっており、２列単位で構成される第一の転送制御部９に比べ、独立電極が密になっているため、水平転送部２側に配置することで、配線を水平転送部２側に配置することも可能になり、配線のレイアウトが容易になるという特長を有する。
【００９９】
なお、本実施の形態のように、異なる転送パルスが印加される電極が密になっている場合、２層で電極を構成すると、電極間のオーバーラップにより配線レイアウトが困難となるため、電極は単層で構成することが望ましい。
【０１００】
以上のように本実施の形態に係る固体撮像装置２００によれば、水平方向の画素加算数が異なる複数の動作モードに対応して転送制御部を複数設けることで、水平方向の加算数が異なる動作モードを切り替えることが可能で、かつ加算画素数が多い動画モードに対応した転送制御部を水平転送部側に配置することで、前記動画モード時の転送ステップ数を減らし水平加算動作を短時間で行える固体撮像装置を実現できる。
【０１０１】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る固体撮像装置は、実施の形態１に係る固体撮像装置２００と比較して、第一の転送制御部９が有する第一の信号電荷蓄積電極の電極を転送方向に大きく形成することにより、第一の転送制御部９での飽和電荷量を多くしている。
【０１０２】
図１１は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
【０１０３】
同図に示す固体撮像装置３００は、図１に示した固体撮像装置１００とほぼ同じ構成であるが、第一の信号電荷蓄積電極３１下の垂直転送部１において、転送方向に垂直転送部１の幅を広げ、かつ当該第一の信号電荷蓄積電極３１の電極長を長くしている点が異なる。
【０１０４】
実施の形態１に係る固体撮像装置１００では、第一の転送制御部９における第一の信号電荷蓄積電極１１が１電極となる駆動がある場合、第一の信号電荷蓄積電極１１における飽和電荷量が低下してしまう。
【０１０５】
しかしながら、本実施の形態に係る固体撮像装置３００では、第一の信号電荷蓄積電極３１下の垂直転送部１において、転送方向に垂直転送部１の幅を広げ、かつ当該第一の信号電荷蓄積電極１１の電極長を長くしている。これにより、以下のような効果が得られる。
【０１０６】
加算画素数が少ないモード（本実施の形態では水平２画素加算モード）では、２画素加算後の飽和出力が水平３画素加算に比べ少なくなるため、第一の信号電荷蓄積電極３１は、第二の信号電荷蓄積電極１３よりも垂直転送部１の飽和電荷量が多いことが望ましい。例えば、加算後で１０００ｍＶの飽和出力を確保する場合、水平３画素加算では、垂直転送部１列あたりの信号は３３３ｍＶであるが、水平２画素加算では５００ｍＶとなり、１．５倍となる。本実施の形態に係る固体撮像装置３００によれば、第一の信号電荷蓄積電極３１において、実施の形態１と同等の転送電界を確保した場合でも第一の信号電荷蓄積電極３１の飽和電荷量を第一の信号電荷蓄積電極１１の飽和電荷量に比べて多くできる。更に、図１１で示すように、電極長を長くすることにより、水平方向に配置された配線間のマージンが確保しやすい利点もある。
【０１０７】
以上のように、本実施の形態に係る固体撮像装置３００によれば、実施の形態１に係る固体撮像装置２００に比べ、第一の転送制御部９で蓄積できる飽和電荷量を大きくできる。
【０１０８】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る固体撮像装置は、信号電荷を生成する行列状に配置された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の列ごとに設けられ、生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記垂直転送部の後段に設けられ、信号電荷を列選択的に保持及び転送する選択転送部と、前記選択転送部と前記水平転送部との間に設けられた垂直最終転送部とを備え、前記選択転送部は、信号電荷の転送を選択的に停止する際に第１電圧が印加される信号電荷蓄積電極と、前記第１電圧より低レベルの第２電圧が印加される転送阻止電極を含み、前記信号電荷蓄積電極の数は、１列あたり１であり、前記転送阻止電極は、選択転送部の前記垂直最終転送部側に設けられ、前記垂直最終転送部は、前記転送阻止電極と隣接して設けられた垂直最終電極を含み、前記垂直最終電極の転送方向の長さが、前記転送阻止電極の転送方向の長さに比べ短い。
【０１０９】
図１２は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成を示すレイアウト図である。
【０１１０】
同図に示す固体撮像装置４００は、実施の形態２に係る固体撮像装置３００とほぼ同じであるが、さらに垂直最終電極４１を備える点が異なる。
【０１１１】
また、第二の転送制御部１０は本発明の選択転送部に対応し、第二の信号電荷蓄積電極１３は本発明の信号電荷蓄積電極に対応し、第二の転送阻止電極１４は本発明の転送阻止電極に対応する。
【０１１２】
本実施の形態では、実施の形態１及び２に対して、垂直最終電極４１を独立で設け、第二の転送阻止電極１４の電極長を転送方向に長くしている。
【０１１３】
実施の形態１及び２に係る固体撮像装置２００及び３００では、第二の転送阻止電極１４を垂直の最終電極としている。しかしながら、垂直転送部１から水平転送部２への転送不良によって生じるＦＰＮ（固定パターンノイズ）を考慮し、第二の転送阻止電極１４を短く設計した場合、水平転送部２がハイレベルかつ第二の信号電荷蓄積電極１３がミドルレベルになるタイミングで、第二の転送阻止電極１４の電位が変調され高くなり、第二の信号電荷蓄積電極１３の飽和電荷量が低下するという課題が生じる。この飽和電荷量の低下を解決するために、第二の信号電荷蓄積電極１３の電極長を長くして飽和電荷量を確保することは可能であるが、その場合、電極長が長くなることでフリンジ電界が低下し、転送効率劣化が生じやすくなる。
【０１１４】
本実施の形態に係る固体撮像装置４００では、電極長の短い垂直最終電極４１を配置することで、第二の転送阻止電極１４の電極長を、垂直方向で第二の転送阻止電極１４に隣接する電極がミドルレベルになった際に変調が抑制される程度まで長くし、第二の転送阻止電極１４にローレベルが印加された場合の電位の上昇を抑制することで、第二の信号電荷蓄積電極１３における飽和電荷量を実施の形態１及び２に比べて多くできる。
【０１１５】
具体的には、第二の転送阻止電極１４の転送方向の電極長を、垂直最終電極４１の転送方向の電極長以上とする。言い換えると、垂直最終電極４１の転送方向の長さが、第二の転送阻止電極１４の転送方向の長さに比べ短くなるように形成する。これにより、第二の信号電荷蓄積電極１３における飽和電荷量を多くできる。
【０１１６】
垂直最終電極４１としては、画素繰り返し部５の垂直転送部１上の垂直転送電極４と固体撮像装置内部で配線により接続し、共用することも可能であるが、負荷が大きくなり転送パルスの立ち下がりが遅くなるため、独立電極として外部から転送パルスを印加することが望ましい。
【０１１７】
以上、本発明の実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これら実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及び変形例に施したものや、異なる実施の形態及び変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１１８】
例えば、上記実施の形態においては、水平２画素混合と水平３画素混合とを両立する固体撮像装置について説明したが、画素混合を行う画素数はこれに限らない。例えば、水平４画素混合と水平６画素混合とを両立する固体撮像装置であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明の固体撮像装置は、水平方向で隣接する同色の信号電荷の画素加算数が異なる複数の出力モードが可能であり、従来の静止画モードに加え、高速連写に適した高解像度・高感度モードと、動画出力に適した高速・高感度モードの両方を実現でき、特にデジタルスチルカメラ用の固体撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  垂直転送部
２  水平転送部
３  光電変換部
４  垂直転送電極
５  画素繰り返し部
６  転送制御部
９  第一の転送制御部
１０  第二の転送制御部
１１、３１  第一の信号電荷蓄積電極
１２  第一の転送阻止電極
１３  第二の信号電荷蓄積電極
１４  第二の転送阻止電極
１５  中間電極
２２−１〜４  垂直転送電極
２４−１〜４  水平転送電極
２５  ホールド電極
２６  ストレージ電極
４１  垂直最終電極
１００、２００、３００、４００  固体撮像装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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