(57)【要約】【課題】垂直最終段がどのような電極構造かに関わらず、垂直方向での画素信号の混合により画素数を削減可能とする。【解決手段】二次元に配列された光電変換部２と、複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部３と、読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部４と、複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部５とを備える。垂直転送路における水平転送部から２番目に近い垂直転送段である第２垂直最終段４ｇを構成する転送電極が、他の垂直転送段の複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極Ｖ３Ｌ、Ｖ５Ｌを含む。【選択図】図１
2008042737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元に配列された光電変換部と、前記複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部と、前記読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部と、前記複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備える固体撮像素子であって、
前記垂直転送路における前記水平転送部から２番目に近い垂直転送段である第２垂直最終段を構成する転送電極が、他の垂直転送段の複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極を含むことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
（ａ１）前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送路の各垂直転送段に読み出すステップと、
（ａ２）全ての列の前記第２垂直最終段の少なくとも２本の独立電極のうち、前記水平転送部に近い側の少なくとも１本を前記水平転送部に対する障壁状態とし、前記水平転送部から遠い側の少なくとも１本を蓄積状態とするように各電極に制御信号を与えることにより、前記垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を前記第２垂直最終段で混合するステップと、
（ａ３）前記第２垂直最終段の信号電荷を前記垂直最終段に転送するステップと、
（ａ４）前記垂直最終段の信号電荷を前記水平転送部に転送するステップと
を有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ１）において、信号電荷を全く読み出さない垂直転送段と信号電荷を読み出す垂直転送段とを選択的に形成する請求項２記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
二次元に配列された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部と、前記読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部と、前記複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、
前記複数列の垂直転送部のそれぞれを構成する複数の垂直転送段のうちの前記水平転送部に最も近い垂直転送段である垂直最終段が、ｎ（ｎは２以上の整数）列ごとに同じ転送電極構成を有し、かつ、前記ｎ列内において前記垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を列ごとに制御するために、他の列から独立した少なくとも２本の独立電極を有する固体撮像素子であって、
前記垂直転送路における前記水平転送部から２番目に近い垂直転送段である第２垂直最終段を構成する転送電極が、他の垂直転送段の複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極を含むことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
（ｂ１）前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送路の各垂直転送段に読み出すステップと、
（ｂ２）全ての列の前記第２垂直最終段の少なくとも２本の独立電極のうち、前記水平転送部に近い側の少なくとも１本を前記水平転送部に対する障壁状態とし、前記水平転送部から遠い側の少なくとも１本を蓄積状態とするように各電極に制御信号を与えることにより、前記垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を前記第２垂直最終段で混合するステップと、
（ｂ３）前記第２垂直最終段の信号電荷を前記垂直最終段に転送するステップと、
（ｂ４）各列の前記垂直最終段の信号電荷を選択的に前記水平転送部に転送するステップと
を有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
前記（ｂ１）において、信号電荷を全く読み出さない垂直転送段と信号電荷を読み出す垂直転送段とを選択的に形成する請求項５記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
光学画像を固体撮像素子に結像するためのレンズおよび、前記固体撮像素子に制御信号を入力して駆動するための制御部と、前記固体撮像素子により光電変換された電気信号を画像信号として出力するための画像処理部を有するカメラであって、
前記固体撮像素子が請求項１記載の固体撮像素子であり、かつ、前記固体撮像素子の駆動方法が請求項２または３記載の固体撮像素子の駆動方法であることを特徴とするカメラ。
【請求項８】
光学画像を固体撮像素子に結像するためのレンズおよび、前記固体撮像素子に制御信号を入力して駆動するための制御部と、前記固体撮像素子により光電変換された電気信号を画像信号として出力するための画像処理部を有するカメラであって、
前記固体撮像素子が請求項４記載の固体撮像素子であり、かつ、前記固体撮像素子の駆動方法が請求項５または６記載の固体撮像素子の駆動方法であることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元に配列された複数の光電変換部が受けた光を電気信号に変換し、画像信号として出力する固体撮像素子に関し、特に画像信号を高フレームレートで出力できる固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
各画素が受けた光を電気信号に変換し画像信号として出力する固体撮像素子として、ＣＣＤ（電荷結合素子）を用いたものが知られている。また、この固体撮像素子を利用したディジタルスチルカメラが普及している。近年では固体撮像素子の画素の高密度化が進み、銀塩写真を上回る高解像度を有するディジタルスチルカメラが実現している。また、静止画だけでなく動画を記録する機能を搭載したディジタルスチルカメラが多くなってきている。
【０００３】
静止画の画素数は、例えば４００万画素を超えるものが主流である。これに対して、動画を記録する場合は、画素を間引くことによって必要なフレーム周波数（例えば３０フレーム／秒以上）を確保することが一般に行われている。垂直方向の画素を間引く（画素数を減らす）方法としては、各列の光電変換部の全部ではなく一部の信号電荷のみ、例えば、隣接する３つの光電変換部のうちの１つの信号電荷を選択して垂直転送部に読み出す方法が一般的である。
【０００４】
垂直方向の画素数を減らす他の方法として、特許文献１に記載された方法がある。この方法では、垂直転送部を構成する複数の垂直転送段のうち、隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を連続して水平転送部に転送する。こうして、隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を水平転送部で混合することにより垂直方向の画素数を削減し、フレーム周波数を更に上げることができる。
【０００５】
また、特許文献２には、水平方向の画素数を削減する（間引く）ことが可能な固体撮像素子が記載されている。この固体撮像素子は、各列の垂直転送部の垂直最終段が（２ｎ＋１）列（例えば３列）ごとに同じ転送電極構成を有し、かつ、（２ｎ＋１）列内において垂直最終段から水平転送部への転送動作を列ごとに制御するために、他の列から独立した少なくとも２本の独立電極を有する。例えばベイヤー配列のように１行において２色の画素が交互に並んでいる場合に、１画素置きの同色画素の信号電荷を選択的に、垂直最終段から水平転送部へ転送して混合する動作を（２ｎ＋１）回繰り返すことにより、水平方向の画素数を（２ｎ＋１）分の１に削減することができる。
【０００６】
図５は、特許文献２に記載の従来の固体撮像素子の概略構成を示す。この固体撮像素子１００は、ベイヤー配列のカラーフィルタを有する光電変換部２と、各光電変換部２から信号電荷を読み出す読み出し部３と、読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために光電変換部２の各列に対応するように配置された垂直転送部４と、垂直転送部４から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部５と、水平転送部５からの信号電荷を増幅して出力する出力部６とを備えている。
【０００７】
垂直転送部４は複数の垂直転送段４ａおよび垂直最終段４ｆからなり、一つの垂直転送段４ａは垂直方向に並んだ光電変換部２の３行分に対応している。各垂直転送段４ａは、水平転送部５に最も近い垂直転送段である垂直最終段４ｆを除いて同じ電極構成を有する。つまり複数の共通電極を有する。
【０００８】
最終転送段４ｆの電極構成は、３列ごとに同じ構成となっている。そして、３列単位に構成された垂直転送部４の垂直最終段４ｆ各列のうち少なくとも２列は、同じ列の他の垂直転送段４ａから独立して、かつ、他の列の垂直最終段４ｆから独立して転送を行うことができるように構成されている。すなわち、３列のうち他の２列の垂直最終段に信号電荷を保持したままで、他の１列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部５へ転送することができる。
【０００９】
以上のような電極構成を図６に示す。図６は、特許文献２に記載の従来の固体撮像素子の電極構成図である。この電極構成例では、図５に示した垂直転送部４の垂直最終段４ｆを除く各垂直転送段４ａがＶ１〜Ｖ６の６相の転送電極（共通電極）で構成されている。垂直最終段４ｆは、他の垂直転送段４ａから独立した転送動作が可能となるように、かつ、垂直最終段における３列中の他の列から独立した転送動作が可能となるように、２列の第３相及び第５相が、他の垂直転送段４ａの共通電極と異なる独立電極で構成されている。
【００１０】
すなわち、垂直最終段の第１列の第３相及び第５相は、他の垂直転送段４ａからも第２列及び第３列からも独立した独立電極ＶＣ１、ＶＣ２で構成されている。同様に、垂直最終段の第２列の第３相及び第５相は他の垂直転送段４ａからも第１列及び第３列からも独立した独立電極ＶＣ３、ＶＣ４で構成されている。垂直最終段の第３列の各電極は他の垂直転送段４ａの共通電極と同じ電極Ｖ１〜Ｖ６で構成されている。
【特許文献１】特開平９−１８７９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１８０２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、総画素数が多い固体撮像素子で動画を記録する際に、フレーム周波数を低下させないように画素数を削減する。この場合に、水平方向の画素数と垂直方向の画素数を共に削減して水平方向と垂直方向の解像度のバランスをとることが画質劣化を抑えるために望ましい。
【００１２】
しかしながら、特許文献２に記載された水平方向の画素数を削減するための構成に、特許文献１に記載された垂直方向の画素数を削減するための構成を組み合わせることはできない。つまり、特許文献２に記載された構成のように垂直最終段にある水平方向に１画素置きの同色画素の信号電荷を水平転送部で混合しながら、同時に特許文献１に記載された構成のように複数の垂直転送段の信号電荷を連続して水平転送部に転送する動作を同時に行うことはできないからである。
【００１３】
そこで、特許文献２に記載された構成で水平方向の画素数を削減しながら、同時に垂直方向の画素数を削減する場合は、光電変換部の信号電荷が全く読み出されない空の垂直転送段（空転送段）を部分的に形成して水平転送部に空転送することによって、垂直方向の画素数を削減していた。
【００１４】
しかしながら、この場合の問題として、過剰な光量の光点を撮影したような場合にスミアが生ずると、本来は直線となるスミアのエッジがギザギサになる現象が発生する。特許文献２の構成において、例えば水平方向に１画素置きの同色の３画素を混合する場合には、垂直転送段３段分の画素信号がＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｒ１、Ｂ２、Ｒ３（Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ赤、緑、青を表し、数字の１、２及び３は水平転送部に近い方から１、２及び３段目の垂直転送段を表す）の順番で水平転送部に周期的に並ぶ。これらの画素信号は画像表示の際に元の混合重心位置に再配置される。しかし、特許文献２の構成では、水平転送部の電荷信号を水平方向に移動させながら垂直最終段の電荷信号を水平転送部に転送して混合するので、空転送段のスミア電荷が異なる列の垂直転送段の信号電荷に混合される。その結果、元の混合重心位置に再配置された画像において、本来は垂直方向に直線状であるスミアのエッジが垂直方向に３画素ごとにずれてしまい、ギザギザに見える。その結果、再現された画像が見苦しくなる。
【００１５】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、垂直最終段がどのような電極構造かに関わらず、垂直方向での画素信号の混合により画素数を削減可能とすることを目的とする。
【００１６】
特に、特許文献２に記載されているように垂直最終段が他の垂直転送段の共通電極から独立した電極構造を有する固体撮像素子を用いて垂直方向での画素信号の混合による画素数の削減を可能とすることを目的とする。
【００１７】
また、特許文献２に記載されているように垂直最終段が他の垂直転送段の共通電極から独立した電極構造を有する固体撮像素子を用いて、垂直方向での画素数の削減と水平方向での画素数の削減を行った場合に、スミアのエッジがギザギザにならないような駆動方法を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による第１の構成の固体撮像素子は、二次元に配列された光電変換部と、前記複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部と、前記読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部と、前記複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、前記垂直転送路における前記水平転送部から２番目に近い垂直転送段である第２垂直最終段を構成する転送電極が、他の垂直転送段の複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明による第１の構成の固体撮像素子の駆動方法は、（ａ１）前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送路の各垂直転送段に読み出すステップと、（ａ２）全ての列の前記第２垂直最終段の少なくとも２本の独立電極のうち、前記水平転送部に近い側の少なくとも１本を前記水平転送部に対する障壁状態とし、前記水平転送部から遠い側の少なくとも１本を蓄積状態とするように各電極に制御信号を与えることにより、前記垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を前記第２垂直最終段で混合するステップと、（ａ３）前記第２垂直最終段の信号電荷を前記垂直最終段に転送するステップと、（ａ４）前記垂直最終段の信号電荷を前記水平転送部に転送するステップとを有する。
【００２０】
また、本発明による第２の構成の固体撮像素子は、二次元に配列された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部と、前記読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部と、前記複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、前記複数列の垂直転送部のそれぞれを構成する複数の垂直転送段のうちの前記水平転送部に最も近い垂直転送段である垂直最終段が、ｎ（ｎは２以上の整数）列ごとに同じ転送電極構成を有し、かつ、前記ｎ列内において前記垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を列ごとに制御するために、他の列から独立した少なくとも２本の独立電極を有し、前記垂直転送路における前記水平転送部から２番目に近い垂直転送段である第２垂直最終段を構成する転送電極が、他の垂直転送段の複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明による第２の構成の固体撮像素子の駆動方法は、（ｂ１）前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送路の各垂直転送段に読み出すステップと、（ｂ２）全ての列の前記第２垂直最終段の少なくとも２本の独立電極のうち、前記水平転送部に近い側の少なくとも１本を前記水平転送部に対する障壁状態とし、前記水平転送部から遠い側の少なくとも１本を蓄積状態とするように各電極に制御信号を与えることにより、前記垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を前記第２垂直最終段で混合するステップと、（ｂ３）前記第２垂直最終段の信号電荷を前記垂直最終段に転送するステップと、（ｂ４）各列の前記垂直最終段の信号電荷を選択的に前記水平転送部に転送するステップとを有する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る第１の構成の固体撮像素子とその駆動方法によれば、第２垂直最終段の内部で障壁電極及び蓄積電極を形成することによって、垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を第２垂直最終段で混合することができる。その結果、垂直最終段がどのような電極構造かに関わらず、垂直方向での画素信号の混合により画素数を削減することができる。
【００２３】
また、本発明に係る第２の構成の固体撮像素子とその駆動方法によれば、垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を第２垂直最終段で混合し、垂直方向の画素数を削減しながら、特許文献２に記載された固体撮像素子のように各列の垂直最終段にある水平方向１画素置きの同色の信号電荷を水平転送部で混合して水平方向の画素数を削減することができる。この構成では、従来技術として説明した空転送段を形成して垂直方向の画素数を削減し、かつ、水平転送部の電荷信号を水平方向に移動させながら垂直最終段の電荷信号を水平転送部に転送して混合する構成と異なり、スミア電荷は同じ列の垂直転送部で混合されるので、水平転送部から順次出力される画素信号を元の混合重心位置に再配置して得られる画像において、スミアのエッジがギザギザになる現象は発生しない。さらに、ｎ（ｎは２以上の整数）列ごとに同じ転送電極構成を有する垂直最終段のうち１列は、他の垂直転送段の複数の共通電極と同じ転送電極で構成できるため、転送電極数の増加を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の固体撮像素子の駆動方法の前記ステップ（ａ１）または（ｂ１）において、信号電荷を全く読み出さない垂直転送段と信号電荷を読み出す垂直転送段とを選択的に形成することができる。
【００２５】
本発明のカメラは、光学画像を固体撮像素子に結像するためのレンズおよび、前記固体撮像素子に制御信号を入力して駆動するための制御部と、前記固体撮像素子により光電変換された電気信号を画像信号として出力するための画像処理部を有し、前記固体撮像素子が上記第１または第２の構成の固体撮像素子であり、かつ、前記固体撮像素子の駆動方法が上記いずれかの固体撮像素子の駆動方法である構成とすることができる。
【００２６】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の概略構成を示す。本実施形態の固体撮像素子１は、基本的な構成は図５に示した従来例の固体撮像素子と同様であり、同じ要素については同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。
【００２８】
図１の固体撮像素子の構成は、図５に示した従来例の固体撮像素子と異なり、水平転送部５に２番目に近い垂直転送段である第２垂直最終段４ｇの複数の転送電極が、他の垂直転送段の複数の共通電極から独立した少なくとも２つの独立電極Ｖ３Ｌ、Ｖ５Ｌを含む構成となっている。そして、水平転送部５に最も近い垂直転送段である垂直最終段４ｆは、図５の従来の固体撮像素子と同様に３列単位に同じ構成になっている。３列単位に構成された垂直転送部４の垂直最終段４ｆの少なくとも２列は、同じ列の他の垂直転送段から独立して、かつ、他の列の垂直最終段４ｆから独立して転送を行うことができるように構成されている。すなわち、３列のうち任意の２列の垂直最終段４ｆに信号電荷を保持したままで、他の１列の垂直最終段４ｆの信号電荷のみを水平転送部５へ転送することができる。
【００２９】
図２は、第１の実施形態に係る固体撮像素子の電極構成図である。この電極構成例では、図１に示した垂直転送部４の垂直最終段４ｆおよび第２垂直最終段４ｇを除く各垂直転送段４ａが、６相の転送電極（共通電極）Ｖ１〜Ｖ６で構成されている。
【００３０】
垂直最終段４ｆは、図６に示した従来の固体撮像素子と同様に垂直最終段４ｆの第１列の第３相及び第５相は、他の垂直転送段４ａからも第２列及び第３列からも独立した独立電極ＶＣ１、ＶＣ２で構成されている。同様に、垂直最終段４ｆの第２列の第３相及び第５相は、他の垂直転送段４ａからも第１列及び第３列からも独立した独立電極ＶＣ３、ＶＣ４で構成されている。垂直最終段４ｆの第３列の各電極は、他の垂直転送段４ａの共通電極と同じ電極Ｖ１〜Ｖ６で構成されている。
【００３１】
本実施形態の特徴は、第２垂直最終段４ｇが、他の垂直転送段４ａおよび最終転送段４ｆの複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極を有することである。図１、２に示す例では、第２垂直最終段４ｇは第１独立電極Ｖ３Ｌと第２独立電極Ｖ５Ｌとを有する。
【００３２】
次に、図３Ａ、図３Ｂを参照して、本実施形態に係る固体撮像素子の駆動方法を説明する。図３Ａは、図２に示した電極構造を有する垂直転送部及び水平転送部の各転送電極に対して制御部から与えられる制御信号のタイミングチャートである。また、図３Ｂは、図３Ａのタイミングチャートに対応する電荷転送模式図である。
【００３３】
図３Ａのタイミングチャートにおいて、図２に示した各転送電極に与えられる制御信号を、それらの転送電極の符号と同一の符号を用いて示す。すなわち、Ｈ１及びＨ２（図２には図示なし）は、水平転送部５を構成する２本の転送電極に与えられる制御信号を示している。Ｖ１〜Ｖ６は、垂直転送部４を構成する６本の共通電極に与えられる制御信号を示している。また、ＶＣ１〜ＶＣ４は、垂直最終段４ｆの２列×２本の独立電極に与えられる制御信号を示している。また、Ｖ３Ｌ、Ｖ５Ｌは第２垂直最終段４ｇの２本の独立電極に与えられる制御信号を示している。
【００３４】
図３Ｂの電荷転送模式図は、図３Ａのタイミングチャートと同じ時間軸のスケールで各電極の電荷蓄積状況を示している。各升目が転送の１ステップであり、濃い升目が電荷蓄積モード（状態）にあることを示している。
【００３５】
図３Ａのタイミングチャートにおいて、垂直転送部４の共通電極Ｖ１〜Ｖ６、及び独立電極ＶＣ１〜ＶＣ４のそれぞれについて、与えられる制御信号（駆動パルス）が高レベルの場合に、当該電極は蓄積モードとなる。また、制御信号が低レベルの場合に当該電極は障壁モード（状態）となる。
【００３６】
図３Ａのタイミングチャートに従って垂直転送部４を駆動することにより、時刻ｔ１のタイミングで、隣接する垂直転送段２行分の信号電荷が、第２垂直最終段４ｇで混合される。すなわち、他の垂直転送段の蓄積電荷が第２垂直最終段４ｇに順次転送されても、Ｖ３Ｌを垂直混合のための蓄積モード電極として高レベルに保持し、Ｖ５Ｌを垂直最終段４ｆに対する障壁モード電極として低レベルに保持することにより、第２垂直最終段４ｇの蓄積電荷は垂直最終段４ｆに転送されず第２垂直最終段内に留まる。したがって、Ｖ１，Ｖ２が高レベルになる時刻ｔ１のタイミングで、同じ列の隣接する垂直転送段の信号を第２垂直最終段４ｇで混合することができる。
【００３７】
ここで、図３Ａに示すように、ｔ３のタイミングでＶ２を高レベルにすることにより、蓄積モードの電極の数が１電極のみになることが回避されるので、垂直転送段の信号電荷量の減少が最小限に抑えられる。なお、第２垂直最終段４ｇの独立電極数を３以上に増やせば、垂直最終段４ｆの蓄積モード電極数を増やすことが可能なので、それによって垂直転送段４ｆの信号電荷量の減少を更に抑えることができる。
【００３８】
また、図３Ａに示すＰ２期間内のタイミングチャートに従って垂直転送部４を繰り返し駆動することにより、３行以上の垂直転送段の信号電荷を第２垂直最終段４ｇ内で混合することも可能である。
【００３９】
さらに、水平ブランキング期間内のＰ４期間内の動作によって、同色同士の信号電荷を水平転送部５内で混合することができる。すなわち、タイミングチャートに従って、まず第１列の垂直最終段４ｆの信号電荷を独立に水平転送部５に転送する。次に、２画素分水平転送して第２列の垂直最終段４ｆに隣接する水平転送段に移動し、第２列の垂直最終段４ｆの信号電荷を独立に水平転送部５に転送することにより、第１列と第２列の垂直最終段４ｆの信号電荷を混合する。さらに、２画素分水平転送して第３列の垂直最終段４ｆに隣接する水平転送段に移動し、第３列の垂直最終段４ｆの信号電荷を独立に水平転送部５に転送することにより、第１列、第２列および第３列の垂直最終段４ｆの信号電荷を混合する。これにより、水平転送部５内で水平方向の２画素離れた位置にある同色３画素を混合することができる。
【００４０】
なお、本実施形態の固体撮像素子では、垂直転送部４が３列ごとに同じ電極構成を有する。つまり、３列単位に構成されている。しかし、本発明の駆動方法は、垂直転送部４が３列単位に構成されている場合に限定されるわけではなく、２列以上の単位で同じ電極構成が繰り返される固体撮像素子に適用することができる。
【００４１】
さらに、光電変換部の信号電荷が全く読み出されない空の垂直転送段（空転送段）を部分的に形成するように読み出し部３の制御用電極に与える制御信号を制御することにより、空転送段と信号電荷が存在する垂直転送段を垂直最終段で混合することができる。
【００４２】
本実施形態によれば、垂直転送段において隣接する複数行の信号電荷（空転送段の電荷を含む）を垂直最終段で混合でき、かつ、垂直最終段の同一行内の信号電荷を水平転送部内で混合できるため、垂直画素数と水平画素数を同時に削減できる。また、空転送段のスミア電荷は必ず同じ垂直転送部の信号電荷と混合されることになるため、空転送段を形成して垂直画素数を更に削減した場合に、明るい被写体を撮影したときに生じ得るスミアのエッジがギザギザになる現象は起こらない。
【００４３】
図４に、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１を用いたカメラの構成例を示す。このカメラは、固体撮像素子１に対して光学画像を入射させるレンズ１０、固体撮像素子１を駆動する制御部１１、および固体撮像素子１の出力信号を処理する画像処理部１２を有する。固体撮像素子１上に、レンズ１０を通して光学画像が結像され、固体撮像素子１の光電変換部に電気信号に変換される。光電変換部で発生した電気信号は、制御部１１からの制御信号が固体撮像素子１に印加されることにより出力部から画像処理部１２に出力され、画像信号としてディスプレイやメモリーに入力される。
【００４４】
このような構成において、制御部１１の制御信号を切替えることにより、例えば静止画撮影時には画素を間引くことなく全画素の画像信号を出力して高精細な静止画を出力し、動画撮影時には垂直方向および水平方向の画素を間引いて総画素数を削減し、例えば３０フレーム毎秒以上の高フレームレートで出力することができる。
【００４５】
なお、本発明は上記のような実施形態に限らず、種々の形態で実施することができる。例えば、本発明は、図１に示したベイヤー配列のカラーフィルタを有する固体撮像素子に限らず、他の配列のカラーフィルタを有する固体撮像素子にも適用可能である。さらに、カラーフィルタを有していないモノクロ画像用の固体撮像素子にも本発明を適用することができる。
【００４６】
また、本発明は、図１の垂直最終段４ｆの構成が、背景技術の説明で参照した特許文献２に記載された固体撮像素子の電極構成と異なる場合、例えば垂直最終段４ｆが他の垂直転送段４ａと共通電極で構成されていても、水平方向の画素数を間引くことはできないが、垂直転送段において隣接する複数行の信号電荷（空転送段の電荷を含む）を第２垂直転送段内で混合することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、垂直最終段がどのような電極構造かに関わらず、垂直方向での画素信号の混合により画素数を削減可能とし、高精細な静止画出力と高フレームレートの動画出力を両立させて、動画出力時に画素を間引くモードを有する固体撮像素子およびカメラに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像素子の電極構成の例を示す図である。
【図３Ａ】図２に示した電極構造を有する垂直転送部及び水平転送部の各転送電極に対して制御部から与えられる制御信号のタイミングチャートである。
【図３Ｂ】図３Ａのタイミングチャートに対応する電荷転送模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子を用いたカメラの構成例を示す図である。
【図５】従来の固体撮像素子の構成を示す図である。
【図６】従来の固体撮像素子の電極構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１００  固体撮像素子
２  光電変換部
３  読み出し部
４  垂直転送部
４ａ  垂直転送段
４ｆ  垂直最終段
４ｇ  第２垂直最終段
５  水平転送部
６  出力部
１０  レンズ
１１  制御部
１２  画像処理部
Ｖ１〜Ｖ６  転送電極（共通電極）
ＶＣ１〜ＶＣ４、Ｖ３Ｌ、Ｖ５Ｌ  転送電極（独立電極）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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