(57)【要約】【課題】手ぶれ補正された画像を撮影可能なＣＣＤイメージセンサを提供する。【解決手段】撮像部２ｉに、受光部上に配置した転送電極６と、その上下左右に配置した転送電極８-1〜８-4とを有するセル４を行列配置する。セル４の列毎に垂直方向に並ぶ転送電極６，８-1，８-2とその下に形成された電荷転送チャネル領域とがそれぞれ垂直ＣＣＤシフトレジスタを構成する。また、セル４の列毎に水平方向に並ぶ転送電極６，８-3，８-4とその下に形成された電荷転送チャネル領域とがそれぞれ水平ＣＣＤシフトレジスタを構成する。各転送電極６，８-1〜８-4に印加するクロック信号を制御することにより、受光部に蓄積した信号電荷を上下左右に移動することができる。手ぶれに追随させて、信号電荷を撮像部２ｉ内で二次元的に移動させることで手ぶれ抑制された撮像が可能となる。【選択図】図２
2008066922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元配列され、入射光に応じた信号電荷を発生する複数の受光部を備えた固体撮像素子において、
両端に前記受光部を備え、前記両端間にて前記信号電荷を転送可能なアナログシフトレジスタである複数の画素間転送部を有し、
前記複数の画素間転送部は、前記各受光部にて３つ以上が互いに接続され、当該受光部から３種類以上の向きに前記信号電荷を移動可能に構成されること、
を特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記複数の画素間転送部は、前記各受光部にて４つが９０°ずつ異なる向きに互いに接続され、互いに直交する２方向に沿って前記信号電荷を移動可能に構成されること、
を特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子において、
互いに平行な電荷転送方向を有する前記画素間転送部同士は、互いに同期して駆動可能に構成され、前記各受光部に蓄積される前記信号電荷を同じ向きに移動させること、
を特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の固体撮像素子において、
前記画素間転送部は、両端の前記受光部それぞれに備えた受光部転送電極と、前記受光部転送電極間に配置された２つの画素間転送電極と、前記各受光部転送電極に同相のクロック信号を供給するクロック信号線と、２つの前記各画素間転送電極それぞれに別々にクロック信号を供給するクロック信号線とを有した３相駆動ＣＣＤシフトレジスタであること、
を特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の固体撮像素子を用いた撮像装置であって、
当該撮像装置の手ぶれの向き及び大きさを検出する手ぶれ検出機構と、
前記画素間転送部の駆動制御を行う駆動制御部と、
を有し、
前記駆動制御部は、
撮像時において、前記受光部に前記信号電荷を蓄積させ、前記手ぶれ検出機構が手ぶれを検出すると前記画素間転送部を駆動し、前記信号電荷を蓄積する前記受光部の位置を、検出された前記手ぶれの向き及び大きさに応じて移動させること、
を特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びそれを用いた撮像装置に関し、特にＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサにおいて受光画素に蓄積される信号電荷を転送するＣＣＤの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサは、それぞれフォトダイオード等の構造を有し行列配置された受光部と、受光部に蓄積された信号電荷を列毎に垂直転送する複数の垂直ＣＣＤシフトレジスタと、垂直ＣＣＤシフトレジスタから順次出力される信号電荷を１行ずつ出力部へ水平転送する水平ＣＣＤシフトレジスタとを含んで構成される。
【０００３】
ＣＣＤイメージセンサはデジタルカメラ等の撮像装置に搭載される。この撮像装置にて撮影される画像の高画質化を図る上で、手ぶれ補正という技術が開発されている。手ぶれ補正技術にはいくつかの方式が存在し、電子式、光学式、撮像素子シフト式と呼ばれるものが知られている。
【０００４】
電子式手ぶれ補正は、固体撮像素子の撮影可能画素領域よりも、画像データを作成するための有効画素領域を小さめに設定し、手ぶれの向き及び大きさに応じて有効画素領域の設定位置を変化させるものである。光学式手ぶれ補正は、撮像装置のレンズ群のうちの一部のレンズを動かして光の屈折を変え、光が固体撮像素子の本来の到達点に届くように調整するというものである。一方、撮像素子シフト式手ぶれ補正は、固体撮像素子を移動させて光が当該固体撮像素子の本来の到達点に届くように調整するというものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子式手ぶれ補正は、複数フレーム間での画像のずれを補正するものである。すなわち、静止画撮影のように１フレームの画像を取得する際の手ぶれに対しては効果がないという問題があった。
【０００６】
光学式手ぶれ補正は、色収差などの光学性能の劣化を抑制しつつ手ぶれ補正可能に設計することが難しく、またレンズを駆動する機構が必要となる分、カメラの構造が複雑となり小型化が難しくなるという問題があった。
【０００７】
撮像素子シフト式手ぶれ補正は、固体撮像素子を光軸に垂直に保ちつつ平行移動させることを要求されるが、機械的な移動であるため、平行移動や光軸に対する角度の精度の確保が比較的難しいと考えられている。
【０００８】
本発明は、受光画素が配置された撮像領域にＣＣＤを備え、受光画素に蓄積された信号電荷を当該ＣＣＤにより転送する固体撮像素子として、当該ＣＣＤについて新規な構成を有するものを提案するものであり、さらに当該固体撮像素子を用いた撮像装置における新たな手ぶれ補正方式を実現可能として上述の問題点を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、二次元配列され、入射光に応じた信号電荷を発生する複数の受光部を備えた固体撮像素子において、両端に前記受光部を備え、前記両端間にて前記信号電荷を転送可能なアナログシフトレジスタである複数の画素間転送部を備え、前記複数の画素間転送部を、前記各受光部にて３つ以上が互いに接続され、当該受光部から３種類以上の向きに前記信号電荷を移動可能なように構成する。
【００１０】
本発明の好適な態様は、上記複数の画素間転送部が、前記各受光部にて４つが９０°ずつ異なる向きに互いに接続され、互いに直交する２方向に沿って前記信号電荷を移動可能に構成された固体撮像素子である。
【００１１】
さらに本発明の好適な態様においては、互いに平行な電荷転送方向を有する前記画素間転送部同士が、互いに同期して駆動可能に構成され、前記各受光部に蓄積される前記信号電荷を同じ向きに移動させる固体撮像素子である。
【００１２】
前記画素間転送部は、両端の前記受光部それぞれに備えた受光部転送電極と、前記受光部転送電極間に配置された２つの画素間転送電極と、前記各受光部転送電極に同相のクロック信号を供給するクロック信号線と、２つの前記各画素間転送電極それぞれに別々にクロック信号を供給するクロック信号線とを有した３相駆動ＣＣＤシフトレジスタで構成することができる。
【００１３】
本発明に係る撮像装置は、上記固体撮像素子を用いたものであって、当該撮像装置の手ぶれの向き及び大きさを検出する手ぶれ検出機構と、前記画素間転送部の駆動制御を行う駆動制御部と、を有し、前記駆動制御部が、撮像時において、前記受光部に前記信号電荷を蓄積させ、前記手ぶれ検出機構が手ぶれを検出すると前記画素間転送部を駆動し、前記信号電荷を蓄積する前記受光部の位置を、検出された前記手ぶれの向き及び大きさに応じて移動させるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受光部に蓄積された信号電荷は、画素間転送部により３種類以上の向きに移動可能であり、これにより当該信号電荷を受光部が配列された面内にて二次元的に移動させることができる。画素間転送部はその一方端の受光部の信号電荷を他方端の受光部へ移動させることができる。つまり、本発明に係る固体撮像素子によれば、露光期間内に、画素間転送部により連鎖した複数の受光部に順次、信号電荷を移動させつつ、信号電荷の蓄積を累積的に行って、１つの画像を撮影することができる。本発明に係る撮像装置は、固体撮像素子上での光学像の各点の手ぶれに応じた変位に追随して、当該各点に対応する信号電荷を移動させつつ、露光期間内の信号電荷の蓄積を行うことで、手ぶれが抑制された画像を撮影することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るＣＣＤイメージセンサ２の概略構成を示す模式的な平面図である。ＣＣＤイメージセンサ２はフレーム転送型の構造を有し、半導体基板表面に形成された撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄを備える。
【００１７】
撮像部２ｉには、入射光量に応じた信号電荷を発生する受光部をそれぞれ含んだセル（画素）４が複数、行列配置される。撮像部２ｉに配列されたセル群は、後述するＣＣＤシフトレジスタを構成する。撮像部２ｉは、そのＣＣＤシフトレジスタにおける信号電荷の蓄積及び転送を制御する信号として、例えば５種類のクロック信号φＩＣ，φＩＨ１，φＩＨ２，φＩＶ１，φＩＶ２を外部から供給できるように構成される。撮像部２ｉは、そのＣＣＤシフトレジスタを用いて、各受光部に蓄積した信号電荷を蓄積部２ｓへ垂直転送することができる。
【００１８】
蓄積部２ｓは、行方向に複数配列された垂直ＣＣＤシフトレジスタを備える。蓄積部２ｓの垂直ＣＣＤシフトレジスタは、撮像部２ｉのセルの各列に対応して設けられ、対応するセル列における垂直転送を行う撮像部２ｉのＣＣＤシフトレジスタとチャネルが連続するように構成される。蓄積部２ｓの垂直ＣＣＤシフトレジスタは、行方向に渡された転送電極を複数本備える。この垂直ＣＣＤシフトレジスタは例えば３相駆動に構成され、転送電極に印加されるクロック信号φＳ１〜φＳ３により、当該垂直ＣＣＤシフトレジスタでの信号電荷の蓄積及び転送が制御される。撮像部２ｉでの垂直転送動作と蓄積部２ｓでの垂直転送動作とを同期させて行うことにより、信号電荷を撮像部２ｉから蓄積部２ｓへ転送することができる。
【００１９】
水平転送部２ｈは水平ＣＣＤシフトレジスタで構成される。蓄積部２ｓの複数の垂直ＣＣＤシフトレジスタはそれぞれの出力端を水平ＣＣＤシフトレジスタのビットに接続され、垂直ＣＣＤシフトレジスタ群から水平ＣＣＤシフトレジスタへ１行分の信号電荷を並列に垂直転送することができる。水平ＣＣＤシフトレジスタは２相駆動に構成され、転送電極に印加されるクロック信号φＨ１，φＨ２により、１行分の信号電荷を順次、出力部２ｄに転送する。なお、水平転送部２ｈ及び蓄積部２ｓは遮光膜で覆われ、光の入射による電荷発生を防止される。
【００２０】
出力部２ｄは、電気的に独立した容量及びその電位変化を取り出すアンプからなり、水平転送部２ｈから出力される信号電荷を１ビット単位で容量に受けて電圧値に変換し、時系列の画像信号として出力する。
【００２１】
露光期間において撮像部２ｉの受光部には信号電荷が蓄積され、露光期間が終了すると、信号電荷は撮像部２ｉから蓄積部２ｓへフレーム転送され、蓄積部２ｓに蓄積される。さらに信号電荷は蓄積部２ｓから水平転送部２ｈへライン転送され、水平転送部２ｈにより出力部２ｄへ転送され、上述のように電圧信号に変換される。
【００２２】
図２は、撮像部２ｉの一部の模式的な平面図であり、セル４の基本的な構造を示している。図２において、点線はセル４の境界を示している。各セル４には、半導体基板上にポリシリコン層等を用いて５つの転送電極６，８-1〜８-4が形成される。セル４の中央に転送電極６が配置され、その上下左右に転送電極８-1〜８-4が配置される。なお、ここで上下方向は列方向、つまり垂直方向であり、左右方向は行方向、つまり水平方向である。これら転送電極の下に、垂直方向の電荷転送チャネルと水平方向の電荷転送チャネルとがセルの中央で交差するように形成される。例えば、半導体基板としてｐ型基板を用い、その表面にｎ型不純物を拡散して電荷転送チャネル領域が形成される。電荷転送チャネル領域以外の半導体基板表面はチャネル分離領域１０を構成する。
【００２３】
各セル４の受光部は、中央部に置かれる転送電極６（受光部転送電極）の下の領域であり、各セル４のうち少なくともこの領域には光が入射し得るように構成される。なお、その他の転送電極８-1〜８-4下の電荷転送チャネルは遮光膜で覆う構成とすることもできるし、覆わない構成とすることもできる。
【００２４】
互いに上下に隣接する２つのセル４の垂直方向の電荷転送チャネルは連続する。これら２つのセル４の一方の受光部から他方の受光部までの電荷転送チャネルと、それぞれの受光部転送電極６及び、それらの間に並ぶ画素間転送電極８-1，８-2とは、それらセル４の受光部間での間にて信号電荷を転送可能なアナログシフトレジスタである画素間転送部となるＣＣＤシフトレジスタを構成する。このＣＣＤシフトレジスタは、両端の受光部転送電極６に同相のクロック信号φＩＣを印加し、画素間転送電極８-1，８-2にそれぞれクロック信号φＩＶ１，φＩＶ２を印加する３相駆動構成とすることができる。３相駆動構成とした当該ＣＣＤシフトレジスタは、印加するクロック信号φＩＣ，φＩＶ１，φＩＶ２を制御することにより、電荷転送方向を下向き及び上向きのいずれにもすることができる。
【００２５】
同様に、互いに左右に隣接する２つのセル４の水平方向の電荷転送チャネルは連続する。そして、これら２つのセル４の一方の受光部から他方の受光部までの電荷転送チャネルと、それぞれの受光部転送電極６及びそれらの間に並ぶ画素間転送電極８-3，８-4とは、それらセル４の受光部間での間にて信号電荷を転送可能なアナログシフトレジスタである画素間転送部となるＣＣＤシフトレジスタを構成する。このＣＣＤシフトレジスタは、両端の受光部転送電極６に同相のクロック信号φＩＣを印加し、画素間転送電極８-3，８-4にそれぞれクロック信号φＩＨ１，φＩＨ２を印加する３相駆動構成とすることができる。３相駆動構成とした当該ＣＣＤシフトレジスタは、印加するクロック信号φＩＣ，φＩＨ１，φＩＨ２を制御することにより、電荷転送方向を右向き及び左向きのいずれにもすることができる。
【００２６】
セル４は撮像部２ｉの外周に接したものを除き、基本的に上下左右に隣接する他のセル４を有し、それら４つの隣接セル４との間にそれぞれ画素間転送部が設けられる。これら４つの画素間転送部はそれらの中央に位置するセル４の受光部を共有して互いに接続され、当該中央セル４の受光部に蓄積される信号電荷は上下左右いずれの向きにも移動可能である。
【００２７】
行列配置されたセル４の各列の垂直方向の画素間転送部は互いに連鎖して、撮像部２ｉの上端から下端まで連続する１つの垂直ＣＣＤシフトレジスタを構成する。また、各行を構成するセル４の水平方向の画素間転送部は互いに連鎖して、撮像部２ｉの左端から右端まで連続する１つの水平ＣＣＤシフトレジスタを構成する。
【００２８】
図３は、セルの構造の一例を示す概略の平面図である。この構造では、セル内に占める受光部の面積を大きくするように配慮している。このことは図３において、受光部上に配置される転送電極６によって表されている。
【００２９】
受光部の寸法を垂直方向について大きくするために、上下の転送電極８-1，８-2の垂直方向の寸法は小さくしている。その一方、転送電極８-1，８-2下の電荷転送チャネル領域での取り扱い電荷量を確保するために、チャネル分離領域１０を削って、その分、当該電荷転送チャネル領域及び転送電極８-1，８-2の水平方向の寸法の拡大を図っている。
【００３０】
また、受光部の寸法を水平方向について大きくするために、左右の転送電極８-3，８-4の水平方向の寸法は小さくしている。その一方、転送電極８-3，８-4下の電荷転送チャネル領域での取り扱い電荷量を確保するために、チャネル分離領域１０を削って、その分、当該電荷転送チャネル領域及び転送電極８-3，８-4の垂直方向の寸法の拡大を図っている。
【００３１】
セル４の各部への電圧供給のために、転送電極より上の層に配線１２が形成される。例えば、それぞれ撮像部２ｉの上端から下端までつながる１セットの配線１２が、セルの各列毎に形成される。各配線１２はその電圧供給対象部位の上に配置される部分を有するようにレイアウトされ、当該部分と電圧供給対象部位との間にコンタクト１４が形成される。具体的には、配線１２-1は転送電極８-4に、配線１２-2は転送電極８-2に、配線１２-3は転送電極６に、配線１２-4は転送電極８-1に、配線１２-5は転送電極８-3に、そして配線１２-6はチャネル分離領域１０にそれぞれ接続される。配線１２は、例えば、ポリシリコン電極の上にタングステン電極を積層した裏打ち配線構造とすることができる。
【００３２】
図３に示すセル４は、縦型オーバーフロードレイン（ＶＯＤ：Vertical Overflow Drain）構造に構成され、受光部等、電荷転送チャネル領域に形成される電位井戸の蓄積能力を超える余剰電荷を基板裏面に排出することができる。一方、図４は、横型オーバーフロードレイン（ＬＯＤ：Lateral Overflow Drain）構造を備える撮像部２ｉの基本的な構造を示す平面図である。ＬＯＤ構造を有するセル４は、チャネル分離領域１０内にドレイン領域１６を配置され、余剰電荷を当該トレイン領域１６へ排出することができる。図４では各種配線１２は図示されていないが、図３に示した配線１２-1〜１２-6とは別に、ドレイン領域１６に対する配線１２が設けられる。
【００３３】
次に、画像を撮影する際の本ＣＣＤイメージセンサ２の駆動方法の一例を説明する。露光動作においては、本ＣＣＤイメージセンサ２に各種の駆動信号を供給する駆動制御回路は、φＩＣをオン電圧ＶＨに設定し、一方、φＩＨ１，φＩＨ２，φＩＶ１，φＩＶ２をオフ電圧ＶＬに設定する。これにより、転送電極６下の受光部に電位井戸が形成され、入射光に応じて発生する信号電荷がこの電位井戸に蓄積される。
【００３４】
露光期間が終了すると、受光部に蓄積された信号電荷は蓄積部２ｓへフレーム転送される。このフレーム転送は、撮像部２ｉの画素間転送部からなる垂直ＣＣＤシフトレジスタと、蓄積部２ｓの垂直シフトレジスタとを同期させて高速駆動することにより実現される。具体的には、駆動制御回路は、φＩＨ１，φＩＨ２をＶＬに固定し、φＩＣ，φＩＶ１，φＩＶ２として３相駆動のクロックパルスを生成する。このとき、３相駆動のクロックパルスは、電位井戸の位置が転送電極６下、転送電極８-2下、転送電極８-1下の順に移動するように互いの位相差が設定され、これにより各受光部の信号電荷を下向き、すなわち蓄積部２ｓへ向けて転送することができる。
【００３５】
以上が、本ＣＣＤイメージセンサ２の基本動作であるが、本ＣＣＤイメージセンサ２は手ぶれ検出機構を有する撮像装置に用いられ、手ぶれ補正された画像の撮影を可能とする。この手ぶれ補正画像の撮影動作について説明する。図５は、ＣＣＤイメージセンサ２を用いた撮像装置の構成を示す概略のブロック図である。この撮像装置２０はＣＣＤイメージセンサ２、手ぶれ検出機構２２、駆動制御回路２４、信号処理回路２６及び記憶部２８を含んで構成される。手ぶれ検出機構２２は、ジャイロセンサなどを用いて構成され、撮像装置２０の手ぶれを検出し、手ぶれの向き及び大きさを示す信号を出力する。
【００３６】
駆動制御回路２４は、ＣＣＤイメージセンサ２を駆動するための各種の駆動信号を生成し、ＣＣＤイメージセンサ２の動作を制御する。駆動制御回路２４は、手ぶれ検出機構２２から手ぶれの向き及び大きさを表す信号を入力され、ＣＣＤイメージセンサ２の露光動作を制御する。
【００３７】
信号処理回路２６は、ＣＣＤイメージセンサ２から出力される画像信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）、自動ゲイン制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）等のアナログ信号処理を行った後、Ａ／Ｄ変換を行い、得られた画像データに対して各種のデジタル信号処理を施す。
【００３８】
記憶部２８は、信号処理回路２６から出力される画像データを記憶する。
【００３９】
露光期間中に手ぶれにより撮像装置が変位すると、それに連動してＣＣＤイメージセンサ２の撮像部２ｉに結像する光学像も変位する。この手ぶれに対処するために、駆動制御回路２４は、露光期間にて撮像部２ｉに蓄積される信号電荷を、光学像に追随させて二次元的に移動させる。駆動制御回路２４は、手ぶれ検出機構２２から得た手ぶれの向き及び大きさに基づいて、撮像部２ｉ上での光学像の移動ベクトルＳを求める。駆動制御回路２４は、受光部に蓄積されている信号電荷を、現在の受光部の位置から移動ベクトルＳだけシフトした位置の受光部へ移動させる。具体的には、移動ベクトルＳが垂直方向にｓＶ画素、水平方向にｓＨ画素という成分を有する場合、駆動制御回路２４は、撮像部２ｉの垂直ＣＣＤシフトレジスタ及び水平ＣＣＤシフトレジスタを駆動して、信号電荷を垂直方向にｓＶ画素分、水平方向にｓＨ画素分移動させる。
【００４０】
垂直ＣＣＤシフトレジスタは、φＩＨ１，φＩＨ２をＶＬに固定し、φＩＣ，φＩＶ１，φＩＶ２を３相駆動クロックパルスとすることで駆動される。このとき、信号電荷を移動させる向きが下向きである場合は、クロックの位相がφＩＣ，φＩＶ２，φＩＶ１の順に例えば１２０°ずつ遅れるように制御され、上向きである場合には逆にφＩＣ，φＩＶ１，φＩＶ２の順に遅れるように制御される。
【００４１】
水平ＣＣＤシフトレジスタは、φＩＶ１，φＩＶ２をＶＬに固定し、φＩＣ，φＩＨ１，φＩＨ２を３相駆動クロックパルスとすることで駆動される。このとき、信号電荷を移動させる向きが右向きである場合は、クロックの位相がφＩＣ，φＩＨ２，φＩＨ１の順に例えば１２０°ずつ遅れるように制御され、左向きである場合には逆にφＩＣ，φＩＨ１，φＩＨ２の順に遅れるように制御される。
【００４２】
移動先の受光部では、移動されて来た信号電荷に、当該受光部が発生する信号電荷が累積される。ＣＣＤイメージセンサ２は、露光期間に亘って、このように手ぶれによる光学像の変位に追随して信号電荷を移動させつつ累積的に信号電荷を蓄積するように駆動制御される。これにより、露光時間が長くなる場合でも、ＣＣＤイメージセンサ２から読み出される１フレームの画像は、手ぶれによる画質劣化を軽減・抑制される。
【００４３】
なお、撮像装置２０が１つのＣＣＤイメージセンサ２を用いて構成する単板方式である場合には、ＣＣＤイメージセンサ２は例えばベイヤー配列等のカラーフィルタを備えたものとされる。この場合には、混色を抑制する観点から、手ぶれに追随した信号電荷の移動量は、垂直方向、水平方向それぞれについてカラーフィルタの色の配列周期の整数倍となるように設定される。例えば、ベイヤー配列では、垂直方向及び水平方向それぞれの移動量は２画素の整数倍に設定する。
【００４４】
上述の撮像部２ｉは、受光部を基準として上下左右に画素間転送部が延びる構成であるが、本発明に係るＣＣＤイメージセンサ２の撮像部２ｉは、この構成に限られない。例えば、撮像部２ｉは、受光部を基準として斜め方向に画素間転送部が延びる構成とすることができる。図６は、この撮像部２ｉの一部の模式的な平面図であり、この撮像部２ｉでのセル３０の基本的な構造を示している。図６において、点線はセル３０の境界を示している。各セル３０には、半導体基板上にポリシリコン層等を用いて５つの転送電極３２，３４-1〜３４-4が形成される。セル３０の中央に受光部転送電極３２が配置され、その右上斜め、左下斜め、左上斜め、右下斜めに転送電極３４-1〜３４-4が配置される。転送電極３２はクロック信号φＩＣを印加され、転送電極３４-1〜３４-4はそれぞれクロック信号φＩＲＵ，φＩＬＤ，φＩＬＵ，φＩＲＤを印加される。これら転送電極の下に、互いに交差する２つの斜め方向の電荷転送チャネルが形成される。
【００４５】
この構成では、信号電荷は４つの斜め方向に移動可能であり、これにより、駆動制御回路２４は、手ぶれに追随して信号電荷を撮像部２ｉ内で二次元的に移動させ、手ぶれが抑制された画像を撮影することができる。
【００４６】
信号電荷を右上向き又は左下向きに移動させる場合には、φＩＬＵ，φＩＲＤをＶＬに固定し、φＩＣ，φＩＲＵ，φＩＬＤを３相駆動クロックパルスとすることで駆動される。このとき、信号電荷を右上向きに移動させる場合は、クロックの位相がφＩＣ，φＩＲＵ，φＩＬＤの順に例えば１２０°ずつ遅れるように制御され、左下向きに移動させる場合には逆にφＩＣ，φＩＬＤ，φＩＲＵの順に遅れるように制御される。
【００４７】
信号電荷を右下向き又は左上向きに移動させる場合には、φＩＬＤ，φＩＲＵをＶＬに固定し、φＩＣ，φＩＬＵ，φＩＲＤを３相駆動クロックパルスとすることで駆動される。このとき、信号電荷を右下向きに移動させる場合は、クロックの位相がφＩＣ，φＩＲＤ，φＩＬＵの順に例えば１２０°ずつ遅れるように制御され、左上向きに移動させる場合には逆にφＩＣ，φＩＬＵ，φＩＲＤの順に遅れるように制御される。
【００４８】
なお、撮像部２ｉから蓄積部２ｓへのフレーム転送動作は、例えば、右下向きの転送と左下向きの転送とを交互に繰り返す。
【００４９】
さて、撮像装置では、プレビュー表示を可能とするものがある。プレビューではフレームレートの確保が必要であり、そのため、撮像部の垂直ＣＣＤシフトレジスタにて互いに近くに配置される複数画素の情報電荷を加算合成することによって、水平転送部が転送すべき信号電荷パケット数を削減することが行われている。なお、ユーザは、プレビューで撮影される画像を確認した上で、シャッタボタンを操作して静止画を撮影する。この静止画撮影では固体撮像素子の全画素を読み出し、高解像度の画像を取得する。
【００５０】
従来、このような静止画撮影での画素圧縮を行わない画像の取得とプレビューでの画素圧縮を行った画像の取得とに対応したフレーム転送型ＣＣＤイメージセンサとして、列方向に連続する３画素に対応する撮像部の垂直ＣＣＤシフトレジスタの各転送電極を互いに独立に駆動可能としたものが提案されている。この構成では、例えば、列方向に交互に異なる色の画素が並ぶ場合の信号電荷の加算合成処理として、３画素のうち中央の画素を間引いて、その両側の互いに同じ色の画素の信号電荷を加算することが可能となる。
【００５１】
図２に示すセル構造を有する本発明のＣＣＤイメージセンサ２においても、列方向に連続する３画素に対応する垂直ＣＣＤシフトレジスタの９個の転送電極（３セットの転送電極６，８-1，８-2）を互いに独立に駆動可能として、垂直方向の画素加算を可能とすることができる。
【００５２】
さらに本発明のＣＣＤイメージセンサ２では、例えば、行方向に連続する３画素に対応する垂直ＣＣＤシフトレジスタの９個の転送電極（３セットの転送電極６，８-3，８-4）を互いに独立に駆動可能として、水平方向の画素加算を可能とすることもできる。従来は水平方向の画素圧縮処理は水平転送部上や画像信号処理などにて１行ずつ行っていた。これに対し、本発明のＣＣＤイメージセンサ２では、撮像部２ｉ上にて各行の水平方向の画素圧縮を並列処理することができ、プレビュー画像生成の時間短縮が図られ、そのフレームレートの向上が容易となる。
【００５３】
また、従来、１つの撮像部を複数区画に区分し、各区画毎に水平転送部を設けることで、高画素化した撮像部からの信号電荷の読み出し時間の短縮を図ることが行われている。例えば、撮像部を上下に分け、撮像部の上下に設けた水平転送部で並列に読み出すことで、読み出し時間は原理的には１／２とすることができる。また、撮像部を水平方向に複数区画に分け、水平方向に並べて配置した水平転送部で各区画から並列して信号電荷を読み出す構成も提案されている。この構成では区画数は２よりも多くできるため、さらなる時間短縮が可能である。しかし、水平方向に３つ以上に分けると、水平転送部及び出力部が水平方向に密集することとなり、レイアウトが容易ではなくなる。
【００５４】
これに対し、本発明のＣＣＤイメージセンサ２では、例えば、撮像部２ｉの信号電荷を撮像部２ｉの上下左右に振り分けて読み出すように構成することができる。この構成では、撮像部２ｉの上下に水平転送部及び出力部を配置できると共に、撮像部２ｉの左右のスペースに、出力部と、撮像部２ｉから読み出された列単位の信号電荷を当該出力部へ垂直転送する転送部とを配置することができ、レイアウト上の制約が緩和される。
【００５５】
以上、受光部から４種類の向きに信号電荷を移動可能な撮像部２ｉの構成を説明したが、この移動の向きの数は４種類に限られず、原理的に３種類以上とすることができる。すなわち、受光部から３種類以上の向きに信号電荷を移動可能に構成すれば、信号電荷を撮像部２ｉ内にて二次元的に移動させることが可能であり、これを用いた撮像装置において、上述した手ぶれ補正等の本発明の効果を享受可能である。図７は、受光部から３種類の向きに信号電荷を移動可能な撮像部２ｉの構成例を示すものであり、その撮像部２ｉの一部の模式的な平面図である。図７において、点線はセル４０の境界を示している。セル４０は、受光部に対応する転送電極４２と、転送電極４２を中心として１２０°ずつ異なる３つの向きに位置する転送電極４４とを有する。各セル４０の受光部からは転送電極４４が配置される３種類の向きに、３相駆動のＣＣＤシフトレジスタである画素間転送部が延在する。
【００５６】
また、上記実施形態ではＣＣＤイメージセンサ２はフレーム転送型としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、撮像部２ｉを遮光するメカニカルシャッタを設ける撮像装置に用いるＣＣＤイメージセンサ２は、蓄積部２ｓを有さない構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係るＣＣＤイメージセンサの概略構成を示す模式的な平面図である。
【図２】受光部から上下左右に信号電荷を移動可能な撮像部の基本的な構造を示す平面図である。
【図３】図２に示す撮像部を構成するセルの具体的な構造例を示す概略の平面図である。
【図４】受光部から上下左右に信号電荷を移動可能な撮像部であって、ＬＯＤ構造を設けた場合の基本的な構造を示す模式的な平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略のブロック図である。
【図６】受光部から４種類の斜め方向に信号電荷を移動可能な撮像部の基本的な構造を示す平面図である。
【図７】受光部から３種類の方向に信号電荷を移動可能な撮像部の基本的な構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
２  ＣＣＤイメージセンサ、４，３０，４０  セル、６，８，３２，３４，４２，４４  転送電極、１０  チャネル分離領域、１２  配線、１４  コンタクト、１６  ドレイン領域、２０  撮像装置、２２  手ぶれ検出機構、２４  駆動制御回路、２６  信号処理回路、２８  記憶部。
【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】
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