(57)【要約】【課題】動画撮像時等の高速撮像処理を行う場合に、駆動時間の短縮を実現することができる固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法を提供する。【解決手段】本発明は、半導体基板表面に行方向とこれに直行する列方向に設けられた複数の光電変換素子と、光電変換素子で発生する信号電荷を列方向に転送する垂直電荷転送部と、垂直電荷転送部からの電荷を行方向に転送する水平電荷転送部とを備え、複数の光電変換素子が、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第１光電変換素子と、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第２光電変換素子とを有し、第１光電変換素子と第２光電変換素子とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずらして配置されており、高速撮像の処理時には、第１光電変換素子と第２光電変換素子とのうち一方のみの信号電荷を読み出すように制御する。【選択図】図２
2008160674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板表面に行方向とこれに直行する列方向に設けられた複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生する信号電荷を列方向に転送する垂直電荷転送部と、
前記垂直電荷転送部からの電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部と、を備え、
前記複数の光電変換素子が、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第１光電変換素子と、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第２光電変換素子とを有し、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずらして配置されており、
高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち一方のみの信号電荷を読み出すように制御する駆動部が設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち、一方が相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子であって、且つ、他方が相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記垂直電荷転送部は、前記光電変換素子同士の間を列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記垂直電荷転送電極に読み出す電荷読み出し領域とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記垂直電荷転送部から転送された信号電荷を一時的に蓄積するラインメモリを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１光電変換素子に対応して赤、緑、青のカラーフィルタがベイヤー配列で形成され、かつ、前記第２光電変換素子に対応して赤、緑、青等のカラーフィルタがベイヤー配列で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち信号電荷を読み出さなかった光電変換素子のスミア電荷を少なくとも一回掃き出す処理を行うように制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
半導体基板と、前記半導体基板表面に行方向とこれに直行する列方向に設けられた複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生する信号電荷を列方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部と、を備え、前記複数の光電変換素子が、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第１光電変換素子と、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第２光電変換素子とを有し、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずらして配置された固体撮像装置の駆動方法であって、高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち一方のみの信号電荷を読み出すように制御する駆動部が設けられていることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち、一方が相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子であって、且つ、他方が相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子であり、高速撮像の処理時に前記複数の高感度光電変換素子の信号電荷のみを読み出すことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
前記垂直電荷転送部は、前記光電変換素子同士の間を列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記垂直電荷転送電極に読み出す電荷読み出し領域とを有し、高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち一方のみの信号電荷を前記読み出し領域によって前記垂直電荷転送電極へ読み出すことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
前記垂直電荷転送部から転送された信号電荷を一時的に蓄積するラインメモリを有することを特徴とする請求項７から９のいずれか１つに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】
前記第１光電変換素子に対応して赤、緑、青のカラーフィルタがベイヤー配列で形成され、かつ、前記第２光電変換素子に対応して赤、緑、青等のカラーフィルタがベイヤー配列で形成されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１つに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち信号電荷を読み出さなかった光電変換素子のスミア電荷を少なくとも一回掃き出す処理を行うように制御することを特徴とする請求項７から１１のいずれか１つに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等の色成分をそれぞれ検出する光電変換部を備え、光電変換部で発生した信号電荷を出力する固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置に設けられる固体撮像素子は、半導体基板の表面の行方向とこれに直交する列方向に配置された複数の光電変換素子を備えている。各光電変換素子の上方に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等の色成分の光を透過するカラーフィルタが位置するよう、所定のカラー配列に従ってカラーフィルタ層が形成されている。固体撮像装置の駆動時には、複数の光電変換素子が入射光の光強度に応じて信号電荷に変換し、複数の垂直電荷転送部に移した後、それぞれの垂直電荷転送部に沿って水平電荷転送部へ垂直転送し、水平電荷転送部に蓄積された信号電荷を水平転送し、出力部から信号電荷に対応する電圧信号を出力する構成である。
【０００３】
固体撮像装置の駆動において、動画やオートフォーカスの動作時には、高速撮像処理を実行する必要があるため、通常、垂直転送路から転送される信号電荷の一部をラインメモリに一時的に蓄積し、所定のタイミングで水平電荷転送部へ転送することによって、水平電荷転送部において同色の信号電荷同士を加算（いわゆる水平混合）する処理が行われている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６４８４４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、水平電荷転送部において信号電荷を加算する場合には、ラインメモリの制御を行うとともに、水平電荷転送部を形成する水平転送レジスタにおいて信号電荷を混合させた後で転送を行うため時間がかかり、撮像処理の駆動時間の高速化を図る上で更なる改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、動画撮像時等の高速撮像処理を行う場合に、駆動時間の短縮を実現することができる固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板と、前記半導体基板表面に行方向とこれに直行する列方向に設けられた複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生する信号電荷を列方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部と、を備え、前記複数の光電変換素子が、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第１光電変換素子と、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第２光電変換素子とを有し、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずらして配置されており、高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち一方のみの信号電荷を読み出すように制御する駆動部が設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
（２）前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち、一方が相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子であって、且つ、他方が相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子であることを特徴とする上記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）前記垂直電荷転送部は、前記光電変換素子同士の間を列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記垂直電荷転送電極に読み出す電荷読み出し領域とを有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）前記垂直電荷転送部から転送された信号電荷を一時的に蓄積するラインメモリを有することを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（５）前記第１光電変換素子に対応して赤、緑、青のカラーフィルタがベイヤー配列で形成され、かつ、前記第２光電変換素子に対応して赤、緑、青等のカラーフィルタがベイヤー配列で形成されていることを特徴とする上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（６）高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち信号電荷を読み出さなかった光電変換素子のスミア電荷を少なくとも一回掃き出す処理を行うように制御することを特徴とする上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（７）半導体基板と、前記半導体基板表面に行方向とこれに直行する列方向に設けられた複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生する信号電荷を列方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部と、を備え、前記複数の光電変換素子が、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第１光電変換素子と、行方向とこれに直行する列方向とに正方格子状に配置された第２光電変換素子とを有し、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずらして配置された固体撮像装置の駆動方法であって、高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち一方のみの信号電荷を読み出すように制御する駆動部が設けられていることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
（８）前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち、一方が相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子であって、且つ、他方が相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子であり、高速撮像の処理時に前記複数の高感度光電変換素子の信号電荷のみを読み出すことを特徴とする上記（７）に記載の固体撮像装置の駆動方法。
（９）前記垂直電荷転送部は、前記光電変換素子同士の間を列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記垂直電荷転送電極に読み出す電荷読み出し領域とを有し、高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち一方のみの信号電荷を前記読み出し領域によって前記垂直電荷転送電極へ読み出すことを特徴とする上記（７）に記載の固体撮像装置の駆動方法。
（１０）前記垂直電荷転送部から転送された信号電荷を一時的に蓄積するラインメモリを有することを特徴とする上記（７）から（９）のいずれか１つに記載の固体撮像装置の駆動方法。
（１１）前記第１光電変換素子に対応して赤、緑、青のカラーフィルタがベイヤー配列で形成され、かつ、前記第１光電変換素子に対応して赤、緑、青等のカラーフィルタがベイヤー配列で形成されていることを特徴とする上記（７）から（１０）のいずれか１つに記載の固体撮像装置の駆動方法。
（１２）高速撮像の処理時に、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのうち信号電荷を読み出さなかった光電変換素子のスミア電荷を少なくとも一回掃き出す処理を行うように制御することを特徴とする上記（７）から（１１）のいずれか１つに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【０００８】
本発明は、高速撮像の処理時にのみ、第１光電変換素子と第２光電変換素子のいずれかで信号電荷を読み出すことで、従来のように全部の画素を読み出して水平電荷転送部で信号電荷を混合する際の処理にかかる時間を省くことができ、撮像処理にかかる時間を短縮することができる。例えば、静止画のように画質を優先した撮像を行う場合には、第１光電変換素子及び第２光電変換素子の両方から信号電荷を読み出し、水平電荷転送部で水平混合を行うことでダイナミックレンジの広い撮像画像を生成することができ、また、動画やオートフォーカス時のように、高速処理を優先して撮像を行う場合には、第１光電変換素子及び第２光電変換素子の一方から信号電荷を読み出して撮像画像を生成することができる。このように、使用者の撮像の目的に応じて、適した撮像処理を実行することができ、特に高速撮像の処理時には、処理時間の短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動画撮像時等の高速撮像処理を行う場合に、駆動時間の短縮を実現することができる固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。図示するデジタルカメラは、撮影レンズ２０と、ＣＣＤ型の固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた絞り２２と、赤外線カットフィルタ２３と、光学ローパスフィルタ２４とを備える。
【００１１】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するＣＰＵ２５は、フラッシュ発光部２６及び受光部２７を制御し、レンズ駆動部２８を制御して撮影レンズ２０の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行い、絞り駆動部２９を介し絞り２２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００１２】
また、ＣＰＵ２５は、撮像素子駆動部３０を介して固体撮像素子１００を駆動し、撮影レンズ２０を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ２５には、操作部３１を通してユーザからの指示信号が入力され、また、固体撮像素子１００の温度を検出する温度センサ３２からの検出信号が入力され、ＣＰＵ２５はこれらの信号に従って各種制御を行う。
【００１３】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部３３と、このアナログ信号処理部３３から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路３４とを備え、これらはＣＰＵ２５によって制御される。
【００１４】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）３６に接続されたメモリ制御部３７と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部３８と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部３９と、測光データを積算しデジタル信号処理部３８が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部４０と、着脱自在の記録媒体４１が接続される外部メモリ制御部４２と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部４３が接続される表示制御部４４とを備え、これらは、制御バス４６及びデータバス４７によって相互に接続され、ＣＰＵ２５からの指令によって制御される。
【００１５】
図２は、図１に示す固体撮像素子１００の平面模式図である。
固体撮像素子１００は、半導体基板上の垂直方向とこれに直交する水平方向に配列された複数の光電変換素子１０１と、複数の光電変換素子１０１の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）１０２と、複数の垂直電荷転送部１０２の各々を転送されてきた電荷を一時的に蓄積するラインメモリ１０５と、ラインメモリ１０５から出力された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）１０３と、水平電荷転送部１０３を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部１０４とを備えている。
なお、本実施形態では、半導体基板の垂直方向を行方向とし、水平方向を列方向としている。
【００１６】
多数の光電変換素子１０１は、水平方向に並ぶｎ個（ｎは２以上の自然数）の光電変換素子１０１からなる光電変換素子行を垂直方向にｍ（ｍは２以上の自然数）個配列した構成、又は、垂直方向に並ぶｍ個の光電変換素子１０１からなる光電変換素子列を水平方向にｎ個配列した構成となっている。奇数番目の光電変換素子行は、偶数番目の光電変換素子行に対して、各光電変換素子行の光電変換素子配列ピッチの略１／２だけ水平方向にずらして配置された、所謂、ハニカム配列となっている。
【００１７】
言い換えると、複数の光電変換素子１０１は、垂直方向（行方向）とこれに直行する水平方向（列方向）とに正方格子状に配置された第１光電変換素子と垂直方向とこれに直行する水平方向とに正方格子状に配置された第２光電変換素子とを有しており、第１光電変換素子と第２光電変換素子とが、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずらして配置されている。本実施形態では、奇数番目の列に配置された光電変換素子を第１光電変換素子とし、偶数番目の列に配置された光電変換素子を第２光電変換素子とした。しかし、偶数番目の列に配置された光電変換素子を第１光電変換素子とし、奇数番目の列に配置された光電変換素子を第２光電変換素子としてもよい。
【００１８】
本実施形態では、奇数番目の光電変換素子列を構成する光電変換素子１０１は、検出感度が相対的に高い高感度の高感度光電変換素子である。奇数番目の光電変換素子列には、緑色の波長域の光を検出する高感度の光電変換素子１０１（以下、Ｇ光電変換素子１０１という。図２では符号Ｇを記した）と、赤色の波長域の光を検出する高感度の光電変換素子１０１（以下、Ｒ光電変換素子１０１という。図２では符号Ｒを記した）を、Ｇ光電変換素子１０１を先頭にして垂直方向に交互に配列している列と、青色の波長域の光を検出する高感度の光電変換素子１０１（以下、Ｂ光電変換素子１０１という。図２では符号Ｂを記した）とＧ光電変換素子１０１とをＢ光電変換素子１０１を先頭にして垂直方向に交互に配列した行とが含まれ、これら２つの列が水平方向に交互に配列されている。
【００１９】
偶数番目の光電変換素子列を構成する光電変換素子１０１は、検出感度が相対的に低い低感度の光電変換素子である。偶数番目の光電変換素子列には、緑色の波長域の光を検出する低感度の光電変換素子１０１（以下、ｇ光電変換素子１０１という。図２では符号ｇを記した）と、赤色の波長域の光を検出する低感度の光電変換素子１０１（以下、ｒ光電変換素子１０１という。図２では符号ｒを記した）を、ｇ光電変換素子１０１を先頭にして垂直方向に交互に配列した行と、青色の波長域の光を検出する低感度の光電変換素子１０１（以下、ｂ光電変換素子１０１という。図２では符号ｂを記した）とｇ光電変換素子１０１を、ｂ光電変換素子１０１を先頭にして垂直方向に交互に配列した行とが含まれ、これら２つの行が水平方向に交互に配列されている。
【００２０】
また、本実施形態の固体撮像素子１００のカラーフィルタのカラー配列は、第１光電変換素子（Ｇ光電変換素子１０１，Ｒ光電変換素子１０１，Ｂ光電変換素子１０１）に対応して赤、緑、青等のカラーフィルタがベイヤー配列で形成され、また、第２光電変換素子（ｇ光電変換素子１０１，ｒ光電変換素子１０１，ｂ光電変換素子１０１）に対応して赤、緑、青等のカラーフィルタがベイヤー配列で形成されている。このようにベイヤー配列を２つ組み合わせたカラーパターンであることからダブルベイヤー（配列）とも称される。
【００２１】
光電変換素子の検出感度を変化させるには、光電変換素子の受光面の面積を変化させてもよいし、光電変換素子上方に設けたマイクロレンズによって、集光面積を変化させてもよいし、低感度の光電変換素子１０１と高感度の光電変換素子１０１とで露光時間を変化させてもよいし、出力部１０４において低感度の光電変換素子１０１から得られた電荷と高感度の光電変換素子１０１から得られた電荷の増幅率をそれぞれ変えてもよい。
【００２２】
各光電変換素子列には、１つのＶＣＣＤ１０２が対応して設けられ、各ＶＣＣＤ１０２には、ここに対応する光電変換素子列に含まれるｍ個の光電変換素子１０１から電荷が読み出されるようになっている。
【００２３】
各光電変換素子列とそれに対応するＶＣＣＤ１０２の電荷転送チャネルとの間には、図中に矢印で模式的に示した電荷読み出し領域が形成されており、この電荷読み出し領域を介して、露光期間中に各光電変換素子１０１で発生した信号電荷が、ＶＣＣＤ１０２の電荷転送チャネルに読み出される。
【００２４】
半導体基板表面の水平方向には、各光電変換素子１０１を避けるように蛇行して垂直電荷転送電極Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖ８が敷設されている。半導体基板には各光電変換素子列の側部に図示しない電荷転送チャネルが、光電変換素子１０１を避けるように垂直方向に蛇行して形成されている。この電荷転送チャネルと、この上に設けられ垂直方向に配置される垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８とでＶＣＣＤ１０２が形成される。ＶＣＣＤ１０２は、撮像素子駆動部１０から出力される垂直転送パルスφＶによって転送駆動される。ラインメモリ１０５に最も近いＶＣＣＤ１０２の垂直電荷転送電極はＶ８となっている。垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、それぞれ垂直転送パルスφＶ１〜φＶ８が供給される。
【００２５】
ラインメモリ１０５は、各ＶＣＣＤ１０２に対応するｎ個の電荷蓄積領域とその上方に設けられた駆動電極とで構成され、各電荷蓄積領域には、これに対応するＶＣＣＤ１０２から転送された電荷が一時的に蓄積される。ラインメモリ１０５の駆動電極には、撮像素子駆動部１０から出力される駆動パルスφＬＭが供給され、ラインメモリ１０５は、この駆動パルスφＬＭによって駆動される。
【００２６】
ＨＣＣＤ１０３は、図示しない電荷転送チャネルとその上に設けられた電極とで構成される。ＨＣＣＤ１０３は、撮像素子駆動部１０から出力される水平転送パルスφＨ１，φＨ２，φＨ３，φＨ４によって４相駆動される。ＨＣＣＤ１０３は、ラインメモリの各電荷蓄積領域に対応するｎ個の電荷転送段で構成され、各電荷転送段には、これに対応する電荷蓄積領域に蓄積された電荷が転送される。
【００２７】
各電荷転送段は、同一の駆動パルスが供給される一対の電極と、その一対の電極下方の電荷転送チャネルとで構成されている。各電荷転送段を構成する一対の電極には、水平転送パルスφＨ１が供給される電極Ｈ１と、水平転送パルスφＨ２が供給される電極Ｈ２と、水平転送パルスφＨ３が供給される電極Ｈ３と、水平転送パルスφＨ４が供給される電極Ｈ４とが含まれる。電極Ｈ１〜Ｈ４の配列は、例えば、電極Ｈ１〜Ｈ４をこの順に水平方向に配列したパターンを、水平方向に繰り返して配列したものとなっている。
【００２８】
なお、「垂直」「水平」という用語を使用して説明したが、これは、半導体基板表面に沿う「１方向」「この１方向に対して略直角の方向」という意味である。
【００２９】
このように構成された固体撮像素子１００では、ラインメモリ１０５に、隣接する２つの光電変換素子行から得られた電荷を一度に蓄積することができる。Ｒ光電変換素子１０１から得られる電荷を“Ｒ”とし、Ｇ光電変換素子１０１から得られる電荷を“Ｇ”とし、Ｂ光電変換素子１０１から得られる電荷を“Ｂ”とし、ｒ光電変換素子１０１から得られる電荷を“ｒ”とし、ｇ光電変換素子１０１から得られる電荷を“ｇ”とし、ｂ光電変換素子１０１から得られる電荷を“ｂ”とすると、ラインメモリ１０５の各電荷蓄積領域に電荷が蓄積された状態での電荷の配列は、ＲｒＧｇＲｒＧｇＲｒＧｇ・・・、又は、ＧｇＢｂＧｇＢｂＧｇＢｂ・・・のように、ある電荷に注目したときに、その注目した電荷に隣接する２つの電荷のうち、一方の電荷がその注目した電荷と同一色成分となり、他方の電荷がその注目した電荷と異なる色成分となった配列となる。
【００３０】
次に、電荷を加算して読み出すための駆動方法を説明する。本実施形態の固体撮像装置は、静止画などの高画質を優先させた通常撮像の駆動処理と、動画やオートフォーカス動作時などの高速処理を優先させた高速撮像の駆動処理とを有している。通常撮像の駆動処理と高速撮像の駆動処理との切り替えは、使用者が操作部３１を操作することで入力した信号などに応じて切り替えることができる。例えば、使用者が、動画の撮像を行う旨の操作を行うと、信号が撮像素子駆動部３０に信号が入力されて高速撮像の駆動処理に設定される。
【００３１】
最初に、通常撮像の駆動処理について説明する。
図３は、図２に示した固体撮像素子１００において、通常撮像の駆動処理での駆動方法を説明するための図である。図４は、図３に示す時刻ｔ１〜ｔ４に応じた水平転送パルスφＨ１〜Ｈ４及び駆動パルスφＬＭのパルス波形を示すタイミングチャートである。  図３には、ラインメモリ１０５の各電荷蓄積領域を長方形状のブロックで示し、各電荷蓄積領域の下に、これに対応するＨＣＣＤ１０５の電荷転送段を長方形状のブロックで示し、各電荷転送段の上方に、各電荷転送段を構成する電極Ｈ１〜Ｈ４を記した。
【００３２】
露光期間が終了すると、各光電変換素子１０１から電荷をＶＣＣＤ１０２に読み出し、これらを垂直方向に転送するようＶＣＣＤ１０２を駆動する。そして、隣接する２つの光電変換素子行から得られた電荷（・・・ｇＲｒＧｇＲｒＧ・・・）を、Ｈの駆動パルスφＬＭが供給されているラインメモリ１０５に蓄積する（時刻ｔ１）。このとき、電極Ｈ１〜Ｈ４に供給される水平転送パルスφＨ１〜φＨ４はＨとなっている。
【００３３】
次に、駆動パルスφＬＭをＬにして、各電荷蓄積領域に蓄積された電荷を、それに対応する電荷転送段に移動させる（時刻ｔ２）。次に、駆動パルスφＬＭをＨにして、ラインメモリ１０５に、ＶＣＣＤ１０２からの電荷が蓄積できる状態に戻しておく（時刻ｔ３）。次に、ＨＣＣＤ１０３に転送された電荷のうち、隣接する同一色成分の２つの電荷のうちのＨＣＣＤ１０３の電荷転送方向上流側にある電荷のみを水平方向に転送するために、水平転送パルスφＨ１，φＨ３をＬにして、電極Ｈ１下にあった電荷ｇを電極Ｈ４下に転送し、電極Ｈ３下にあった電荷ｒを電極Ｈ２下に転送する（時刻ｔ４）。時刻ｔ４の駆動により、電荷Ｒに電荷ｒが加算され、電荷Ｇに電荷ｇが加算される。電荷加算後は、水平転送パルスφＨ１〜φＨ４をＬ，Ｈで切り替えていくことで、加算した電荷を順次水平方向に転送する。
【００３４】
加算した電荷を水平方向に転送した後、又は、その途中で、ＶＣＣＤ１０２を駆動して、隣接する２つの光電変換素子行から得られた電荷（・・・ｂＧｇＢｂＧｇＢ・・・）をラインメモリ１０５に蓄積する。そして、時刻ｔ２〜ｔ４と同様に駆動パルスφＬＭと水平転送パルスφＨ１〜φＨ４を供給することで、電荷Ｇに電荷ｇを加算し、電荷Ｂに電荷ｂを加算する。電荷加算後は、水平転送パルスφＨ１〜φＨ４をＬ，Ｈで切り替えていくことで、加算した電荷を順次水平方向に転送する。このような駆動を繰り返すことで、全ての光電変換素子１０１から信号電荷を読み出す。
【００３５】
次に、最初に、高速撮像の駆動処理について説明する。
図５は、図２に示した固体撮像素子１００において、高速撮像の駆動処理での駆動方法を説明するための図である。図５に示すように、固体撮像素子は、低感度光電変換素子の列ＬＬ１〜ＬＬ４と、高感度光電変換素子の列ＨＬ１〜ＨＬ４とを水平方向の交互に配置した状態を模式的に示している。また、ＨＣＣＤ１０３が、水平方向に配設された複数の水平転送レジスタＨ１Ａ，Ｈ２Ａ，Ｈ１Ｂ，Ｈ２Ｂで構成されている。水平転送レジスタＨ１Ａ，Ｈ１Ｂと、水平転送レジスタＨ２Ａ，Ｈ２Ｂとにそれぞれ同一の水平転送パルスが供給される。
【００３６】
固体撮像装置は、高速撮像の処理時には、撮像素子駆動部３０によって第１光電変換素子と第２光電変換素子とのうち一方のみの信号電荷を読み出すように制御することが可能である。本実施形態では、高感度撮像素子である第１光電変換素子から信号電荷を読み出し、低感度撮像素子である第２光電変換素子からは振動電荷を読み出さない。
【００３７】
図２を参照すると、高速撮像の駆動時には、垂直電荷転送電極Ｖ３及びＶ７にそれぞれ垂直転送パルスφＶ３及びＶ７が供給される。すると、Ｇ光電変換素子１０１、Ｒ光電変換素子１０１、Ｂ光電変換素子１０１から信号電荷が電荷読み出し領域によって読み出され、電荷転送チャネルを介してＶＣＣＤ１０２に転送され、垂直転送された信号電荷がＨＣＣＤ１０３に順次転送される。
【００３８】
すると、図５に示すように、高感度光電変換素子の列ＨＬ１〜ＨＬ４に高感度光電変換素子から読み出した信号電荷が蓄積され、水平転送レジスタに、各高感度光電変換素子に蓄積された信号電荷が転送される。そして、水平転送レジスタに転送された信号電荷を順次水平方向に転送する。このような駆動を繰り返すことで、全ての高感度光電変換素子１０１からの信号電荷を読み出す。
【００３９】
高速撮像の駆動時には、低感度撮像素子の信号電荷を読み出さないため、低感度撮像素子の信号電荷と、高感度撮像素子の信号電荷とをＨＣＣＤ１０３において水平混合を行わないため、ラインメモリ１０５による制御を行う必要がない。
【００４０】
図６は、本発明の高速撮像の駆動方法と通常撮像の駆動方法とにおいて、撮像処理にかかる時間を示すタイミングチャートである。
図６（ａ）は、通常撮像の駆動時に全画素の読み出しを行っている。この場合、全ての光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直転送路を経由して水平転送路に転送しており、水平転送路において水平混合を行う。このため、通常撮像の駆動時には、光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直転送路へ転送する時間と、垂直転送路において水平混合する時間と、混合した信号電荷を水平転送レジスタを制御して水平方向に転送する時間とを含む処理時間がかかることとなる。
【００４１】
図６（ｂ）は、高速撮像の駆動時に、第１光電変換素子及び第２光電変換素子のうち高感度光電変換素子の信号電荷のみの読み出しを行っている。この場合、高感度光電変換素子から信号電荷を読み出すが、低感度光電変換素子からは信号電荷を読み出さないため、水平転送路には高感度光電変換素子の信号電荷だけが転送されるため、水平転送路において水平混合が行われず、水平転送される。このため、高速撮像の処理時には、光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直転送路へ転送する時間と、水平転送路に蓄積された信号電荷を水平転送レジスタを制御して水平方向に転送する時間とを含む処理時間がかかり、処理時間を垂直転送路において水平混合する時間の分だけ、通常撮像の処理時間に比べて短くすることができる。
【００４２】
なお、高速撮像の駆動時においても、太陽などの強い光源を撮像した場合に、低感度光電変換素子にスミア電荷が発生することがある。このため、図７に示すように、高速撮像の駆動時に、高感度光電変換素子から読み出した信号電荷を全て水平転送した後に、信号電荷の読み出しを行っていない低感度光電変換素子からなる列についても、スミア掃き出しのために少なくとも１回の転送を行うことが好ましい。こうすることで、低感度光電変換素子に発生したスミア電荷を除去することができるため、画質の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の平面模式図である。
【図３】図２に示した固体撮像素子において、通常撮像の駆動処理での駆動方法を説明するための図である。
【図４】図３に示す時刻に応じた水平転送パルスφ及び駆動パルのパルス波形を示すタイミングチャートである。
【図５】図２に示した固体撮像素子において、高速撮像の駆動処理での駆動方法を説明するための図である。
【図６】本発明の高速撮像の駆動方法と通常撮像の駆動方法とにおいて、撮像処理にかかる時間を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明にかかる駆動方法において、スミア掃き出しを説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
３０    撮像素子駆動部
１００    固体撮像素子
１０１    光電変換素子
１０２    垂直転送部（ＶＣＣＤ）
１０３    水平転送部（ＨＣＣＤ）
１０５    ラインメモリ
【図１】
2008160674.tif 000003
【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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