(57)【要約】【課題】ＣＣＤ型の固体撮像デバイスを採用する場合に分割される複数領域の境界をジグザグ状に形成することが可能な固体撮像装置及び固体撮像デバイス制御方法を提供する。【解決手段】複数の光電変換素子１２が二次元配列された画素部、該画素部からの信号電荷を転送する垂直電荷転送部１３、垂直電荷転送部１３からの信号電荷を転送する水平電荷転送部２０を有する固体撮像デバイス１０と、固体撮像デバイス１０を駆動する制御信号発生回路３０と、を備えた固体撮像装置１００であって、水平電荷転送部２０の出力分岐部２１〜２４が、水平電荷転送部２０の電荷転送路途中の複数箇所に形成され、制御信号発生回路３０が、水平電荷転送部２０の信号電荷を、一方の転送方向へ電荷転送しながら出力分岐部２１〜２４から出力させ、他方の転送方向へ電荷転送しながら出力分岐部２１〜２４から出力させる双方向の電荷転送を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じた信号電荷を生成する複数の光電変換素子が行方向及び列方向に沿って二次元配列された画素部、該画素部から信号電荷を受け取り一方向に電荷転送する複数列の垂直電荷転送部、前記複数列の垂直電荷転送部からの信号電荷を受け取り電荷転送する水平電荷転送部を有する固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスを駆動する制御信号を生成する制御信号発生回路と、を備えた固体撮像装置であって、
前記水平電荷転送部は、前記水平電荷転送部の電荷転送路途中の複数箇所に出力分岐部が形成され、
前記制御信号発生回路が、前記水平電荷転送部の信号電荷を、一方の転送方向へ電荷転送しながら前記出力分岐部から出力させ、他方の転送方向へ電荷転送しながら前記出力分岐部から出力させる双方向の電荷転送を行う制御信号を生成することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
入射光に応じた信号電荷を生成する複数の光電変換素子が行方向及び列方向に沿って二次元配列された画素部と、該画素部から信号電荷を受け取り一方向に電荷転送する複数列の垂直電荷転送部と、前記複数列の垂直電荷転送部からの信号電荷を受け取り電荷転送する水平電荷転送部と、を備え、前記水平電荷転送部の電荷転送路途中の複数箇所に出力分岐部が形成された固体撮像デバイスを制御する固体撮像デバイスの制御方法であって、
前記水平電荷転送部における信号電荷の転送は、前記信号電荷の対応する前記光電変換素子の行に応じて、前記信号電荷を第１の方向に向かって転送した後で前記第１の方向とは反対の第２の方向に向かって転送する第１転送モードと、前記信号電荷を前記第２の方向に向かって転送する第２転送モードとを交互に繰り返し行うことで、前記光電変換素子の同一列の信号電荷を異なる出力分岐部から出力させることを特徴とする固体撮像デバイスの制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の固体撮像デバイスの制御方法であって、
前記光電変換素子の複数行毎に前記第１転送モードと前記第２転送モードとを切り替えて信号電荷を転送することを特徴とする固体撮像デバイスの制御方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の固体撮像デバイスの制御方法であって、
前記第１転送モードは、前記信号電荷を前記第１の方向に向かって前記垂直転送部が複数列分ずれる位置まで転送することを特徴とする固体撮像デバイスの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元画像の撮影に用いられる固体撮像装置及び固体撮像デバイス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元画像を撮影する例えばデジタルカメラなどに搭載される固体撮像装置は、より高解像度の画像撮影を可能にするために、撮像部に搭載される光電変換素子（フォトダイオードなど）の素子数が益々増える傾向にある。
基本的な構造の固体撮像デバイスにおいては、それぞれの光電変換素子が検出した多数の信号電荷（それぞれの画素に対応する信号）を１つの出力端子からシリアル信号として順番に読み出すことになるので、搭載する光電変換素子の素子数が増えると、それだけ１フレーム全体の信号電荷の読み出しにかかる時間が長くなるか、又はより高速な信号読み出しが必要になる。読み出し時間が増えると高速撮影に不利となり、単位時間当たりの撮影可能フレーム数が減ることになる。また、高速な信号読み出しを行うには回路構成を変更する必要があり、コストアップが避けられず、仮に変更しても信号読み出しの高速化にも限界がある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に開示されているように、撮像部を複数の領域に分割し、領域毎に独立した複数の出力端子から並列に信号を出力することが提案されている。これにより、分割されたそれぞれの領域に含まれている光電変換素子の素子数が全体の素子数に比べて大幅に減るので、水平電荷転送部を同時駆動することで１フレーム全体の信号電荷の読み出しにかかる時間を短縮できる。
ところが、特許文献１に開示されている技術を採用する場合には、分割された領域毎に独立した回路（転送用のＣＣＤや出力アンプ）を用いて互いに異なる出力端子から信号を出力することになるので、それぞれの回路の特性にばらつきが生じる。具体的には、それぞれの回路の特性のばらつきによって生じるオフセットや振幅率変化の影響が出力信号に現れる。そのため、撮影により得られる二次元画像を見ると、特に分割された複数領域の境界部分に、境界線が存在することが視認できるような顕著な違いが現れる。従って、得られる画像の品質が低下することになる。
【０００４】
そこで、特許文献２においては、ＣＭＯＳ型の固体撮像デバイスに特許文献１に開示されている技術を採用する場合に、上記のような画質の劣化を防止するための対策を提案している。具体的には、分割された領域同士の境界が直線的にならないように、ジグザグ状の境界を形成している。このようにすると、人間の視覚上の特性により境界部分の明るさなどの違いが平滑化されるため、分割された領域間の境界が目立ちにくくなる。更に、フィルタ処理を施すことにより、画質の劣化を防止している。
【特許文献１】特開２００２−２１８３２７号公報
【特許文献２】特開２００４−３５０２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の技術はＣＭＯＳ型の固体撮像デバイスに適用することを前提にしているので、信号電荷を垂直方向及び水平方向にそれぞれ転送する電荷転送部を備えたＣＣＤ（Charge Coupled Devices）型の固体撮像デバイスには適用できない。すなわち、ＣＭＯＳ型の固体撮像デバイスの場合には、撮像部の各光電変換部から信号電荷を読み出す走査回路の列選択又は行選択の動作を工夫することにより、特許文献２に開示されているように、分割された領域同士の境界をジグザグ状に制御することができる。
【０００６】
しかし、ＣＣＤ型の固体撮像デバイスにおいては、複数列の垂直電荷転送部と水平電荷転送部とを利用して多数の光電変換素子からの信号電荷を順次に読み出す構成となっている。つまり、同一列に属する光電変換素子から出力された信号電荷は、同じ垂直電荷転送部により垂直方向に転送された後、水平電荷転送部により水平方向に転送され、同じ出力端子にシリアル信号として順次に現れる。従って、同じ列に属する光電変換素子の信号電荷を、選択的に異なる出力端子から出力することはできず、撮像部の領域を水平方向に分割する場合には、互いに隣接する列の境界で分割せざるを得ず、境界をジグザグ状に形成することは困難である。
本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像デバイスを用いる場合に、分割される複数領域の境界をジグザグ状に形成することが可能な固体撮像装置及び固体撮像デバイス制御方法を提供することを目的とし、これにより画質劣化なく高速読み出しが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  入射光に応じた信号電荷を生成する複数の光電変換素子が行方向及び列方向に沿って二次元配列された画素部、該画素部から信号電荷を受け取り一方向に電荷転送する複数列の垂直電荷転送部、前記複数列の垂直電荷転送部からの信号電荷を受け取り電荷転送する水平電荷転送部を有する固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスを駆動する制御信号を生成する制御信号発生回路と、を備えた固体撮像装置であって、
前記水平電荷転送部は、前記水平電荷転送部の電荷転送路途中の複数箇所に出力分岐部が形成され、
前記制御信号発生回路が、前記水平電荷転送部の信号電荷を、一方の転送方向へ電荷転送しながら前記出力分岐部から出力させ、他方の転送方向へ電荷転送しながら前記出力分岐部から出力させる双方向の電荷転送を行う制御信号を生成することを特徴とする固体撮像素子。
【０００８】
この固体撮像装置によれば、水平電荷転送部上の互いに異なる位置に複数の出力分岐部が設けてあるので、信号電荷を水平方向に転送する際に、転送方向を制御することにより、各列の光電変換素子から出力された信号電荷を複数の出力分岐部のいずれかから選択的に取り出すことが可能になる。
また、制御信号発生回路は、水平電荷転送部を制御するにあたって、所定行の信号電荷を処理する毎に、互いに異なる第１転送モードと第２転送モードとの２種類のモードを交互に繰り返す。そして、第１転送モードにおいては、信号電荷を第１の方向に向かって信号１単位分以上転送した後で第１の方向とは反対の第２の方向に向かって転送する双方向の転送を行う。従って、第１転送モードで読み出しを行う場合と、第２転送モードで読み出しを行う場合との間で、合成される撮像画像上に現れる信号電荷の位置を水平方向に相対的にずらすことが可能になる。
そのため、例えば複数の出力分岐部として第１出力部と第２出力部とが存在する場合に、同じ垂直電荷転送部の列に属する光電変換素子から出力された信号電荷を、第１転送モードでは第１出力部から出力し、第２転送モードでは第２出力部から出力するように交互に切り替えることができる。つまり、第１転送モードと第２転送モードとを交互に繰り返すことにより、撮像部が２つに分割されてそれぞれ異なる出力アンプで画像信号が形成される。そして、その分割された撮像画像の複数領域の境界位置はジグザグ状にずれることになる。すると、第１出力部に接続される出力アンプと第２出力部に接続される出力アンプとの間の電気的な特性のばらつきにより、分割された複数領域の信号同士の間にオフセットや振幅などの微妙な違いが生じても、複数領域間の境界がジグザグ状に形成されるので、人間の視覚上は境界が目立ちにくくなり、画質の劣化が防止される。
【０００９】
（２）  入射光に応じた信号電荷を生成する複数の光電変換素子が行方向及び列方向に沿って二次元配列された画素部と、該画素部から信号電荷を受け取り一方向に電荷転送する複数列の垂直電荷転送部と、前記複数列の垂直電荷転送部からの信号電荷を受け取り電荷転送する水平電荷転送部と、を備え、前記水平電荷転送部の電荷転送路途中の複数箇所に出力分岐部が形成された固体撮像デバイスを制御する固体撮像デバイスの制御方法であって、
前記水平電荷転送部における信号電荷の転送は、前記信号電荷の対応する前記光電変換素子の行に応じて、前記信号電荷を第１の方向に向かって転送した後で前記第１の方向とは反対の第２の方向に向かって転送する第１転送モードと、前記信号電荷を前記第２の方向に向かって転送する第２転送モードとを交互に繰り返し行うことで、前記光電変換素子の同一列の信号電荷を異なる出力分岐部から出力させることを特徴とする固体撮像デバイスの制御方法。
【００１０】
この固体撮像デバイスの制御方法によれば、第１転送モードで読み出しを行う場合と、第２転送モードで読み出しを行う場合との間で、水平電荷転送部上に現れる信号電荷の位置を水平方向に相対的にずらすことが可能になる。そのため、例えば第１出力部と第２出力部とが存在する場合に、同じ垂直電荷転送部の列に属する光電変換素子から出力された信号電荷を、第１転送モードでは第１出力部から出力し、第２転送モードでは第２出力部から出力するように交互に切り替えることができる。つまり、第１転送モードと第２転送モードとを交互に繰り返すことにより、撮像画像の分割された複数領域間の境界位置が、ジグザグ状にずれて、複数領域の信号電荷がそれぞれ第１出力部と第２出力部から分離されて出力されるように動作することになる。すると、第１出力部に接続される出力アンプと第２出力部に接続される出力アンプとの間の電気的な特性のばらつきにより、分割された複数領域の信号同士の間にオフセットや振幅などの微妙な違いが生じても、複数領域間の境界がジグザグ状に形成されるので、人間の視覚上は境界が目立ちにくくなり、画質の劣化が防止される。
【００１１】
（３）  （２）記載の固体撮像デバイスの制御方法であって、
前記光電変換素子の複数行毎に前記第１転送モードと前記第２転送モードとを切り替えて信号電荷を転送することを特徴とする固体撮像デバイスの制御方法。
【００１２】
この固体撮像デバイスの制御方法によれば、光電変換素子の複数行毎に第１転送モードと第２転送モードとを切り替えることにより、撮像画像の複数領域が複数行毎にジグザグ状に形成される。
【００１３】
（４）  （２）又は（３）記載の固体撮像デバイスの制御方法であって、
前記第１転送モードは、前記信号電荷を前記第１の方向に向かって前記垂直転送部が複数列分ずれる位置まで転送することを特徴とする固体撮像デバイスの制御方法。
【００１４】
この固体撮像デバイス制御方法によれば、信号電荷を第１の方向に向かって垂直転送部が複数列分ずれる位置まで転送することにより、撮像画像の複数領域が複数列分入り込んだジグザグ状に形成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水平電荷転送部上の互いに異なる位置に複数の出力分岐部が設けてあるので、信号電荷を水平方向に転送する際に、転送方向を制御することにより、各列の光電変換素子から出力された信号電荷を複数の出力分岐部のいずれかから選択的に取り出すことが可能になる。また、第１転送モードで読み出しを行う場合と、第２転送モードで読み出しを行う場合との間で、水平電荷転送部上に現れる信号電荷の位置を水平方向に相対的にずらすことが可能になる。そのため、例えば複数の出力分岐部として第１出力部と第２出力部とが存在する場合に、同じ列に属する光電変換素子から出力された信号電荷を、第１転送モードでは第１出力部から出力し、第２転送モードでは第２出力部から出力するように交互に切り替えることができる。つまり、第１転送モードと第２転送モードとを交互に繰り返すことにより、撮像部の分割された複数領域間の境界位置が、ジグザグ状にずれて、複数領域の信号電荷がそれぞれ第１出力部と第２出力部から分離されて出力されるように動作することになる。
従って、第１出力部に接続される出力アンプと第２出力部に接続される出力アンプとの間の電気的な特性のばらつきによって、分割された複数領域の信号同士の間にはオフセットや振幅などの微妙な違いが生じるが、複数領域間の境界が直線的ではなく、ジグザグ状に形成されるので、人間の視覚上は境界が目立ちにくくなり、画質の劣化が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る固体撮像装置及び固体撮像デバイス制御方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施の形態における固体撮像装置の構成の概略を示すブロック図である。図２は図１に示した固体撮像装置の撮像部に関する領域分割の具体例を示す説明図である。
【００１７】
図１に示す固体撮像装置１００は、二次元画像を撮影する固体撮像デバイス１０とそれを制御する制御信号発生回路３０とで構成されている。この固体撮像デバイス１０の撮像部には、行方向（矢印Ｘ方向）及び列方向（矢印Ｙ方向）に等間隔で並べられた多数の撮像セル（画素部）１１が備わっている。
【００１８】
それぞれの撮像セル１１は、光電変換素子１２であるフォトダイオード（ＰＤ）を備えている。被写体からの入射光は、図１の紙面に垂直な方向から図示しない所定の光学系（レンズや光学フィルタ）を介して光電変換素子１２の受光面に照射される。各光電変換素子１２は入射光の強度及び露光時間に応じた信号電荷を生成する。
【００１９】
それぞれの光電変換素子１２と隣接する位置には、垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）１３が設けられている（図１にその一部分のみ示す）。そして、このような垂直電荷転送部１３は、撮像セル１１の列毎にそれぞれ独立して複数列設けてある。
【００２０】
それぞれの垂直電荷転送部１３は、隣接する位置に存在する光電変換素子１２から、蓄積された信号電荷を受け取った後、それぞれの信号電荷をチャネル上で矢印Ｙ方向に向かって、すなわち、図中垂直方向に水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）２０に向けて転送する。
【００２１】
垂直電荷転送部１３によって垂直方向に転送された各信号電荷は、水平電荷転送部２０上に移動した後、水平電荷転送部２０の転送動作により水平方向（矢印Ｘ方向又はその逆の方向）に転送され、シリアル信号として順次に出力される。
【００２２】
図１に示す例では、撮像セル１１の素子数が多い場合であっても高速の信号読み出しを可能にするために、固体撮像デバイス１０の全体が水平方向に４つに区分され、４つの領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが画成されている。また、これら領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに対応して、水平電荷転送部２０には水平方向に互いにずれた４箇所に４つの出力分岐部２１，２２，２３，２４が設けてある。そして、４つの出力分岐部２１，２２，２３，２４のそれぞれに、独立した４つの出力アンプ４１，４２，４３，４４が接続してある。
【００２３】
つまり、固体撮像デバイス１０の領域１０ａの各撮像セル１１が撮影して得た信号電荷については、垂直電荷転送部１３を経て水平電荷転送部２０に転送され、水平電荷転送部２０から出力分岐部２１を通り出力アンプ４１で増幅され、電圧信号として出力端子ＯＵＴ１に出力される。同様に、領域１０ｂの各撮像セル１１が撮影して得た信号電荷は、出力アンプ４２で増幅され、電圧信号として出力端子ＯＵＴ２に出力される。また、領域１０ｃ，１０ｄについても、それぞれ電圧信号として出力端子ＯＵＴ３，ＯＵＴ４に出力される。
【００２４】
ところで、上記のように複数の出力端子が存在する構成においては、出力アンプ４１〜４４の特性のばらつき等の影響により、各領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの信号電荷による電圧信号に相互にレベル差が発生し得る。そして、分割された各領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの境界が直線的である場合には、撮像画像上では、これらのレベル差が顕著に認識される。すなわち、撮影された二次元画像を見る人間の目には、境界がはっきりと見える状態になり、画像品質が低下する。
【００２５】
そこで、本固体撮像装置１００においては、例えば図２に示すようなパターンのジグザグ状の境界を形成することで、隣接する領域間の境界を目立たなくする。この図２に示す例では、隣接する領域間の境界となる列が１行毎に交互にずれるような境界を形成している。
【００２６】
例えば、１番目の行Ｌ１に属し、かつ列Ｃａに属する各撮像セルＶ１（４，１）は領域１０ａの出力端子に割り当てられるが、２番目の行Ｌ２に属し、かつ列Ｃａに属する撮像セルＶ２（４，２）は領域１０ｂの出力端子割り当てられる。同様に、３番目の行Ｌ３に属し、かつ列Ｃａに属する撮像セルＶ１（４，３）は領域１０ａの出力端子に割り当てられ、４番目の行Ｌ４に属し、かつ列Ｃａに属する撮像セルＶ２（４，４）は領域１０ｂの出力端子に割り当てられる。つまり、列Ｃａに属する各撮像セル１１の出力は、隣接する行毎に、領域１０ａと領域１０ｂの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に交互に割り当てられる。また同様に、列Ｃｂに属する各撮像セル１１は、隣接する行毎に、領域１０ｂと領域１０ｃの出力端子ＯＵＴ３，ＯＵＴ４に交互に割り当てられる。図２において、各撮像セルの表示のＶ１，Ｖ２…は、どの出力端子のアンプに入力されるかを意味している。
【００２７】
次に、図２に示したようなジグザグ状の境界を形成するための固体撮像デバイスの構成を説明する。
図３は、図１に示す固体撮像デバイスの垂直電荷転送部、水平電荷転送部の詳細な構成例を表す部分拡大平面図である。ただし、図３は、説明を簡単にするために、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の間に垂直電荷転送部が実質的に２列のみ配置された構造としている。
制御信号発生回路３０が出力する制御信号Ｖ１〜Ｖ４は、各列の垂直電荷転送部１３が信号電荷を転送するための信号であり、制御信号Ｈ１〜Ｈ４は、水平電荷転送部２０が信号電荷を転送するための信号である。なお、図３に示す３つの垂直電荷転送部１３１，１３２，１３３は、それぞれ図１中の垂直電荷転送部１３に相当しており、複数本が形成されているうちの３本である。
【００２８】
図３において、各垂直電荷転送部１３１，１３２，１３３の延設方向に直交する方向に沿って対面配置された垂直転送電極５１，５２，５３，５４は、垂直電荷転送部１３１，１３２，１３３のチャネル上で、信号電荷を図中矢印Ｙ方向に向かって順次転送するための電位分布を形成するために利用される。
【００２９】
各垂直転送電極５１，５２，５３，５４に接続された端子６１，６２，６３，６４には、制御信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４がそれぞれ対応して印加される。
【００３０】
各垂直電荷転送部１３１，１３２，１３３の電荷転送方向下流側（矢印Ｙ方向）の端部と隣接する位置に水平電荷転送部２０が形成されている。また、この水平電荷転送部２０と対面する位置に水平転送電極７１〜８３…が形成されている。なお、図３はこれら一部分のみを示したものである。これらの水平転送電極７１〜８３…は、水平電荷転送部２０のチャネル上で、信号電荷を矢印Ｘ方向及びその反対方向に向かって順次に転送するための電位分布を形成するために利用される。
【００３１】
また、水平転送用の制御信号ＨＳ，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４は、それぞれ信号ライン９０，９１，９２，９３，９４を通じて水平転送電極７１〜８３…に印加される。
【００３２】
ここで、本発明に係る固体撮像デバイス１０は、水平電荷転送部２０を次のような構造としている。
図３に示すように、水平電荷転送部２０の一部のチャネルから側方（Ｙ方向）に突出する形で、出力分岐部１０１及び１０２が形成されている。出力分岐部１０１及び１０２は、図１に示された出力分岐部２１〜２４に相当し、水平電荷転送部２０上の信号電荷をチャネルの途中から分岐して出力するために設けてある。また、各出力分岐部１０１，１０２にはフローティングディフュージョン（ＦＤ）１１１、１１２が形成してあり、出力分岐部１０１上の信号電荷は、ＦＤ１１１を経由して出力アンプ４２に入力され、出力分岐部１０２上の信号電荷はＦＤ１１２を経由して出力アンプ４３に入力される。
【００３３】
また、水平電荷転送部２０を制御する多数の水平転送電極７１〜８３…には、４相の制御信号Ｈ１，Ｈ３，Ｈ２，Ｈ４が矢印Ｘ方向の並び順に従って順番に印加されるように各信号ライン９１〜９４が接続されている。但し、出力分岐部１０１及び１０２と対面する位置の電極７３，８１については、制御信号Ｈ２の代わりに制御信号ＨＳが印加されるように信号ライン９０と接続されている。
【００３４】
そして、水平電荷転送部２０のチャネルと出力分岐部１０１，１０２との間の信号電荷の移動を制御するために、制御電極１０３及び１０４が設けてある。制御電極１０３には信号ライン１２１を介して制御信号ＯＰが印加され、制御電極１０４には信号ライン１２２を介して制御信号ＯＧが印加される。
【００３５】
さらに、出力分岐部１０１の端部にはリセットドレインＲＤを形成する電極１０１ａが形成され、出力分岐部１０２の端部にも同様にリセットドレインを形成する電極１０２ａが形成されている。電極１０１ａ及び１０２ａは、信号ライン１２４と接続されている。また、ＦＤ１１１と電極１０１ａとの間、並びにＦＤ１１２と電極１０２ａとの間を通る位置に制御電極１０５が形成されている。この制御電極１０５には、信号ライン１２３を介して制御信号（リセット信号）ＲＳが印加される。
【００３６】
次に、図３に示す構造を備えた固体撮像デバイス１０を用いて、分割された領域間の境界を図２に示すようにジグザグ状に形成するための具体的な制御方法について説明する。
【００３７】
図４は図１に示した固体撮像デバイスの撮像セルの配置例を示す平面図である。
説明を簡単にするために、ここでは図４に示すように６行（Ｌ１〜Ｌ６）、５列（Ｃ１〜Ｃ５）の各位置に二次元状に撮像セル１１が配置された固体撮像デバイスを制御して、分割された２つの領域の信号電荷を互いに独立した出力アンプＡｍｐ１，Ａｍｐ２から出力する場合を想定する。図４において、各撮像セル１１の信号電荷を区別するために、各撮像セル１１の中に列番号及び行番号が示してある。
【００３８】
図５は図４に示した固体撮像デバイスから信号電荷を読み出す場合の制御内容の具体例を示すタイムチャートである。
図５に示す制御例においては、図４に示された行Ｌ１の信号電荷を時刻ｔ１で読み出し、その後、行Ｌ２の信号電荷を時刻ｔ２で読み出し、同様にして、行Ｌ３の信号電荷を時刻ｔ３、行Ｌ４の信号電荷を時刻ｔ４で読み出す場合を想定している。
【００３９】
この場合、時刻ｔ１ではＣ１，Ｃ２列を出力アンプＡｍｐ１で出力し、Ｃ３，Ｃ４列を出力アンプＡｍｐ２で出力する「第１モード」で読み出し制御を実施する。また、時刻ｔ２でＣ２，Ｃ３列を出力Ａｍｐ１で出力し、Ｃ４，Ｃ５列を出力アンプＡｍｐ２で出力する「第２モード」で読み出し制御を実施する。また、同様に、時刻ｔ３では「第１モード」、時刻ｔ４では「第２モード」で読み出し制御を実施する。つまり、「第１モード」の読み出しと「第２モード」の読み出しとを１行おきに交互に繰り返す。
【００４０】
従って、図５に示すＣａ列の信号電荷については、偶数行では出力アンプＡｍｐ１へ出力され、奇数行では出力アンプＡｍｐ２へ出力される。そのため、出力アンプＡｍｐ１へ出力される信号電荷が属する領域と、出力アンプＡｍｐ２へ出力される信号電荷が属する領域との境界は、１行おきに１列分だけずれることになり、ジグザグ状に境界が形成される。
【００４１】
ここで、図６〜図８を参照して水平電荷転送部における信号電荷の転送の様子を説明する。
図６は図３に示した水平電荷転送部に現れる各信号電荷の位置の変化の具体例を示すタイムチャート、図７は図５に示した「第１モード」における各制御信号の出力タイミングの具体例を示すタイムチャート、図８は図５に示した「第２モード」における各制御信号の出力タイミングの具体例を示すタイムチャートである。
【００４２】
概略的には、図６に示す時刻Ｔ１〜Ｔ３の間は、図３に示す水平転送電極７２，７６，８０のチャネルに垂直電荷転送部１３１，１３２，１３３から転送されてきた信号電荷Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を、順方向とは逆の方向（図中左側から右側へ）に転送して出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から出力する「第１モード」の駆動となる。また、時刻Ｔ４〜Ｔ１３の間は、信号電荷を順方向（図中右側から左側）へ転送する「第２モード」の駆動となる。そして、水平電荷転送部に垂直電荷転送部から次の信号電荷が転送されたときには、「第２モード」の駆動として出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から出力する。
【００４３】
「第１モード」の読み出し制御は、図６に固体撮像デバイスに印加される各制御信号及び出力信号を示したように、時刻Ｔ１では、図３に示す垂直電荷転送部１３１で転送されてきた１画素分の信号電荷Ｑ１が、水平転送電極７２の直下の水平電荷転送部２０のチャネル上に移動する。同様に垂直電荷転送部１３２で転送されてきた１画素分の信号電荷Ｑ２が、水平転送電極７６の直下のチャネル上に移動し、垂直電荷転送部１３３で転送されてきた１画素分の信号電荷Ｑ３が、水平転送電極８０の直下のチャネル上に移動する。
【００４４】
そして、制御信号ＨＳ及びＨ１〜Ｈ４を図７に示すように制御することにより、時刻Ｔ１〜Ｔ３にかけて、図６に示すように信号電荷Ｑ１は水平電荷転送部２０上を図中右側に向かって水平転送電極７２の直下から水平転送電極７３の直下の位置Ｐ０３に移動し、同様に信号電荷Ｑ２は図中右側に向かって水平転送電極７６の直下から水平転送電極７７の直下の位置Ｐ０７に移動し、信号電荷Ｑ３は図中右側に向かって水平転送電極８０の直下から水平転送電極８１の直下の位置Ｐ１１に移動する。
【００４５】
時刻Ｔ３では、制御信号ＨＳを高レベル（Ｈ）にすることで、各水平転送電極７３，８１の直下に電位のポケットが形成され、その電位ポケットに信号電荷が保持される。また、制御信号ＯＰが低レベル（Ｌ）の状態では、形成される電位障壁により、各信号電荷Ｑ１，Ｑ３は水平転送電極７３，８１の直下から出力分岐部１０１、１０２側に移動することはない。その場合、一般的なＨＣＣＤと同様に水平方向（Ｙ方向）のみに信号電荷の転送が行なわれる。
【００４６】
時刻Ｔ３において、制御信号ＯＰを高レベル（Ｈ：制御信号ＨＳよりも高い電位）にすると、水平転送電極７３の直下の位置と出力分岐部１０１との間に形成される電位のスロープに従って、水平転送電極７３の直下の信号電荷Ｑ１は出力分岐部１０１側に移動する。同様に、水平転送電極８１の直下の位置と出力分岐部１０２との間に形成される電位のスロープに従って、水平転送電極８１の直下の信号電荷Ｑ３は出力分岐部１０２側に移動する。
【００４７】
また、各出力分岐部１０１，１０２に形成されたＦＤ１１１，１１２の領域（キャパシタ）には以前に流入した信号電荷が残留している場合があるが、時刻Ｔ２で制御信号ＲＳを高レベル（Ｈ）にすると、ＦＤ１１１と電極１０１ａとの間、並びにＦＤ１１２と電極１０２ａとの間の電位障壁がなくなり、ＦＤ１１１の電荷は電極１０１ａに流れ、ＦＤ１１２の電荷は電極１０２ａに流れてリセットドレインＲＤに信号電荷が廃棄される。従って、時刻Ｔ３以降に新たな信号電荷が流れ込む前に、ＦＤ１１１及び１１２の電荷はそれぞれ初期化（リセット）される。
【００４８】
リセット動作が終了し、時刻Ｔ２の後で制御信号ＲＳを低レベル（Ｌ）に戻すと、ＦＤ１１１と電極１０１ａとの間、並びにＦＤ１１２と電極１０２ａとの間に再び電位障壁が形成されるので、ＦＤ１１１，１１２と、リセットドレインＲＤとの間を電荷が移動することはない。
【００４９】
よって、「第１モード」においては、垂直電荷転送部１３１から転送されてくる信号電荷Ｑ１が水平電荷転送部２０を通り、時刻Ｔ４で出力分岐部１０１に移動し、ＦＤ１１１に転送され、信号電荷の電荷量に応じた電圧として出力アンプ４２から出力端子ＯＵＴ１に出力される。また、垂直電荷転送部１３３から転送されてくる信号電荷Ｑ３が水平電荷転送部２０を通り、時刻Ｔ４で出力分岐部１０２に移動し、ＦＤ１１２に転送され、信号電荷の電荷量に応じた電圧として出力アンプ４３から出力端子ＯＵＴ２に出力される。
【００５０】
一方、垂直電荷転送部１３２から転送されてくる信号電荷Ｑ２については、他の信号電荷Ｑ１，Ｑ３と同様に時刻Ｔ１〜Ｔ３において水平電荷転送部２０上を図６の右方向に転送されるが、図６に示すように時刻Ｔ４以降にも水平電荷転送部２０上にそのまま残っている。そして、時刻Ｔ４以降に各水平転送電極７３〜７７に印加される制御信号Ｈ１〜Ｈ４，ＨＳに従って、信号電荷Ｑ２は水平転送電極７７の直下の位置から図６の左方向（矢印Ｘの反対方向）に向かって順次に転送され、時刻Ｔ１２で水平転送電極７３の直下の位置に到達する。
【００５１】
水平転送電極７３の位置では、出力分岐部１０１が形成されているので、信号電荷Ｑ１を読み出す場合と同様に、時刻Ｔ１２で水平転送電極７３の直下の位置に存在する信号電荷Ｑ２を出力分岐部１０１に移動し、出力アンプ４２から読み出すことができる。すなわち、時刻Ｔ１３で制御信号ＯＰを高レベル（Ｈ：制御信号ＨＳよりも高い電位）にすると、水平転送電極７３の直下の位置と出力分岐部１０１との間に形成される電位のスロープに従って、水平転送電極７３の直下の信号電荷Ｑ２は出力分岐部１０１側に移動する。
【００５２】
従って、「第１モード」においては、垂直電荷転送部１３２から出力される信号電荷Ｑ２が水平電荷転送部２０を通り、時刻Ｔ１３で出力分岐部１０１に移動し、ＦＤ１１１に転送され、信号電荷の電荷量に応じた電圧として出力アンプ４２から出力端子ＯＵＴ１に出力される。
【００５３】
一方、「第２モード」においては、図８に示すような制御信号によって制御され、図８に示す時刻Ｔ２１以降の波形から分かるように、水平電荷転送部２０上の信号電荷は図中左方向のみに向かって順次に転送される。
【００５４】
すなわち、図３に示す垂直電荷転送部１３２から転送されてくる信号電荷Ｑ２−２は、時刻Ｔ２１で図６に示すように水平転送電極７６直下の位置に蓄積され、時刻Ｔ２２以降に各水平転送電極７３〜７６に印加される制御信号Ｈ１〜Ｈ４，ＨＳに従って左に向かって順次に転送され、時刻Ｔ２７で水平転送電極７３の直下の位置に到達する。
【００５５】
水平転送電極７３の位置では、水平電荷転送部２０と隣接する位置に出力分岐部１０１が形成されているので、時刻Ｔ２７で水平転送電極７３の直下の位置に存在する信号電荷Ｑ２−２を出力分岐部１０１に移動し、出力アンプ４２から読み出すことができる。すなわち、時刻Ｔ２８で制御信号ＯＰを高レベル（Ｈ：制御信号ＨＳよりも高い電位）にすると、水平転送電極７３の直下の位置と出力分岐部１０１との間に形成される電位のスロープに従って、水平転送電極７３の直下の信号電荷Ｑ２−２は出力分岐部１０１側に移動する。従って、「第２モード」においては、垂直電荷転送部１３２から出力される信号電荷Ｑ２−２は水平電荷転送部２０を通り、時刻Ｔ２８で出力分岐部１０１に移動し、ＦＤ１１１に転送され、信号電荷の電荷量に応じた電圧信号として出力アンプ４２から出力端子ＯＵＴ１に出力される。
【００５６】
垂直電荷転送部１３３から出力される信号電荷Ｑ３−２については、時刻Ｔ２１で図６に示すように水平転送電極８０直下の位置に蓄積され、時刻Ｔ２２以降に各水平転送電極７７〜８０に印加される制御信号Ｈ１〜Ｈ４，ＨＳに従って図６の左側に向かって順次に転送され、時刻Ｔ２７で水平転送電極７７の直下の位置に到達する。但し、この位置と隣接する位置には出力分岐部が存在しないので、時刻Ｔ２８以降になっても信号電荷Ｑ３−３は水平電荷転送部２０上に残っている。そこで、図示しないが、時刻Ｔ２８以降に図６の左側に向かって水平電荷転送部２０上で更に信号電荷の転送を継続することにより、信号電荷Ｑ３−３を水平転送電極７３の直下の位置まで移動することができる。そのため、「第２モード」においては、垂直電荷転送部１３３から出力される信号電荷Ｑ３−２についても、水平電荷転送部２０を通り、時刻Ｔ２８以降に出力分岐部１０１に移動し、ＦＤ１１１に転送され、信号電荷の電荷量に応じた電圧信号として出力アンプ４２から出力端子ＯＵＴ１に出力される。
【００５７】
つまり、「第１モード」では信号電荷Ｑ２に対応する信号（図５の（２，１）に相当）が出力アンプ４２から出力され、信号電荷Ｑ３に対応する信号（図５の（３，１）に相当）が出力アンプ４３から出力されるのに対し、「第２モード」においては、信号電荷Ｑ２−２及び信号電荷Ｑ３−２に対応する信号（図５の（２，２），（３，２）に相当）はいずれも出力アンプ４２から出力される。従って、「第１モード」では信号電荷Ｑ２を出力する垂直電荷転送部１３２の列と信号電荷Ｑ３を出力する垂直電荷転送部１３３の列との間が分割された領域間の境界位置になるのに対し、「第２モード」では信号電荷Ｑ３−２を出力する垂直電荷転送部１３３の列の右側の位置が分割された領域間の境界位置になる。
【００５８】
従って、「第１モード」の読み出し動作と、「第２モード」の読み出し動作とを１行毎に交互に繰り返すように制御すれば、図５に示すように、境界位置になる列が１行毎に左右に交互にずれることになるので、ジグザグ状の境界を形成できる。
【００５９】
以上説明したように、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間の垂直電荷転送部の列数を実質的に２列に簡略化した構造において、各行の読み出しを交互にずらすことができる。この制御方法に基づけば、図１，図２に示すような更に多くの垂直電荷転送部が介装される場合であっても同様な制御が可能となる。
図９は、図１に示した固体撮像デバイスの撮像セルの配置例を示す平面図、図１０は図９に示した固体撮像デバイスから信号電荷を読み出す場合の制御内容の具体例を示すタイムチャートである。
図９に示すような、７行（Ｌ１〜Ｌ７）、９列（Ｃ１〜Ｃ９）の各位置に二次元状に撮像セル１１が配置された固体撮像デバイスを制御して、分割された２つの領域（Ｃ４とＣ５との間を境界とする２つの領域）の信号電荷を互いに独立した出力アンプＡｍｐ１，Ａｍｐ２から出力することが可能となる。
【００６０】
図１０に示す制御例においては、図４に示された行Ｌ１の信号電荷を時刻ｔ１で読み出し、その後、行Ｌ２の信号電荷を時刻ｔ２で読み出し、同様にして、行Ｌ３の信号電荷を時刻ｔ３、行Ｌ４の信号電荷を時刻ｔ４、行Ｌ５の信号電荷を時刻ｔ５で読み出している。
この場合、時刻ｔ１ではＣ１〜Ｃ４列を出力アンプＡｍｐ１で出力し、Ｃ５〜Ｃ８列を出力アンプＡｍｐ２で出力する「第１モード」で読み出し制御を実施する。また、時刻ｔ２でＣ２〜Ｃ５列を出力Ａｍｐ１で出力し、Ｃ６〜Ｃ９列を出力アンプＡｍｐ２で出力する「第２モード」で読み出し制御を実施する。また、同様に、時刻ｔ３では「第１モード」、時刻ｔ４では「第２モード」、時刻ｔ５では「第１モード」で読み出し制御を実施する。つまり、「第１モード」の読み出しと「第２モード」の読み出しとを１行おきに交互に繰り返す。
【００６１】
従って、図１０に示すＣａ列の信号電荷については、偶数行では出力アンプＡｍｐ１へ出力され、奇数行では出力アンプＡｍｐ２へ出力される。そのため、出力アンプＡｍｐ１へ出力される信号電荷が属する領域と、出力アンプＡｍｐ２へ出力される信号電荷が属する領域との境界は、１行おきに１列分だけずれることになり、ジグザグ状に境界が形成される。
【００６２】
以上に説明した具体的な実施の形態の構成や動作については、様々な変形が考えられる。変形の具体例について以下に説明する。
（１）図５、図１０に示した制御例では、１行毎に前記「第１モード」と「第２モード」とを交互に切り替えているが、２以上の行毎に「第１モード」と「第２モード」とを切り替えるように変更しても良い。これにより、分割された領域同士の境界におけるジグザグを、その山と谷の幅を調整することができるので、人間の視覚特性の下で一層目立たない状態に調整することができる。
（２）図５に示した制御例では、「第１モード」と「第２モード」との切り替えにより、境界の位置が１列分だけ左右に交互にずれるように制御しているが、前述の図１０に示すように、複数列分以上ずれるように制御しても良い。これにより、分割された領域同士の境界におけるジグザグを、その山と谷の振幅を調整することができるので、人間の視覚特性の下で一層目立たない状態に調整することができる。
【００６３】
（３）図６〜図８に示した制御例においては、「第１モード」では右方向と左方向の双方向に信号電荷を転送し、「第２モード」では左方向のみに信号電荷を転送する場合を想定しているが、「第１モード」と「第２モード」との制御内容の違いにより境界の位置がずれるような関係が維持できれば、「第２モード」についても双方向に信号電荷を転送するように変更しても良い。また、信号電荷の転送方向については、左方向に転送してから右方向に転送しても良い。これによっても、分割された領域同士の境界におけるジグザグを、その山と谷の振幅を調整することができるので、人間の視覚特性の下で一層目立たない状態に調整することができる。
なお、撮像部の領域の分割数や分割形態については、様々な変形が可能であり、適宜最適なものを設定することができる。
る。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明の固体撮像装置及び固体撮像デバイス制御方法は、ＣＣＤ型の二次元イメージセンサに適用することができ、高速の信号読み出しを可能にするために撮像部を複数の領域に分割した場合に、領域間の境界が目立つことを防止でき、画質の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態における固体撮像装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置の撮像部に関する領域分割の具体例を示す説明図である。
【図３】固体撮像デバイスの垂直電荷転送部、水平電荷転送部の構成例を表す部分拡大平面図である。
【図４】図３に示した固体撮像装置の撮像部に関する撮像セルの配置例を示す平面図である。
【図５】図４に示した撮像部から信号電荷を読み出す場合の制御内容の具体例を示すタイムチャートである。
【図６】図３に示した水平電荷転送部に現れる各信号電荷の位置の変化の具体例を示すタイムチャートである。
【図７】図５に示した第１モードにおける各制御信号の出力タイミングの具体例を示すタイムチャートである。
【図８】図５に示した第２モードにおける各制御信号の出力タイミングの具体例を示すタイムチャートである。
【図９】図１に示した固体撮像装置の撮像部に関する撮像セルの配置例を示す平面図である。
【図１０】図９に示した撮像部から信号電荷を読み出す場合の制御内容の具体例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０  撮像部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  領域
１１  撮像セル
１２  光電変換素子
１３  垂直電荷転送部
２０  水平電荷転送部
２１〜２４  出力分岐部
３０  制御信号発生回路
４１〜４４  出力アンプ
５１〜５４  垂直転送電極
６１〜６４  端子
７１〜８３  水平転送電極
９０〜９４  端子
１０１，１０２  出力分岐部
１０３，１０４，１０５  制御電極
１１１，１１２  フローティングディフュージョン（ＦＤ）
１２１〜１２４  端子
１３１〜１３３  垂直電荷転送部
Ｃ１〜Ｃ９  列
Ｌ１〜Ｌ７  行
Ｐ０１〜Ｐ１２  水平方向位置
Ｃａ，Ｃｂ  境界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008148199.tif 000009
【図８】
2008148199.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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