(57)【要約】【課題】高画質を実現できる撮像装置を提供する。【解決手段】外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素を有し、各画素は情報電荷の転送方向と交差する方向に向けて延伸された複数の転送電極３０を備える撮像部を含み、画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を転送電極３０の作用により形成したポテンシャル井戸を利用して蓄積及び転送する撮像装置において、情報電荷の転送方向に沿って連続する１２の転送電極３０−１〜３０−１２を１組として、この１組に含まれる各転送電極３０−１〜３０−１２に８相のクロックパルスφ1〜φ8のいずれか１つを印加して制御することによって上記課題を解決することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素を有し、各画素は情報電荷の転送方向と交差する方向に向けて延伸された複数の転送電極を備える撮像部を含み、
画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を転送電極の作用により形成したポテンシャル井戸を利用して蓄積及び転送する撮像装置であって、
前記情報電荷の転送方向に沿って連続する１２の転送電極群を１組として、１組に含まれる各転送電極には８相のクロックパルスのいずれか１つが印加されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
撮像時には、実質的に互いに分離された複数のポテンシャル井戸に情報電荷を蓄積し、
転送時には、転送方向に沿って連続する２つの転送電極毎に実質的に同相のクロックパルスを印加することによって前記情報電荷を転送することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の撮像装置において、
撮像時において少なくとも２つのポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷を転送方向に沿って加算合成した後に転送することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記加算合成される情報電荷は、異なる長さの撮像期間において少なくとも２つのポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷であることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の撮像装置において、
前記１組の転送電極群は、情報電荷の転送方向に沿って第１から第１２の転送電極が順に配置されたものであり、
第１の転送電極及び第７の転送電極に第１の相のクロックパルスが印加され、
第２の転送電極に第２の相のクロックパルスが印加され、
第３の転送電極及び第９の転送電極に第３の相のクロックパルスが印加され、
第４の転送電極及び第１０の転送電極に第４の相のクロックパルスが印加され、
第５の転送電極に第５の相のクロックパルスが印加され、
第６の転送電極及び第１２の転送電極に第６の相のクロックパルスが印加され、
第８の転送電極に第７の相のクロックパルスが印加され、
第１１の転送電極に第８の相のクロックパルスが印加されることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の撮像装置において、
前記１組の転送電極群が配置された画素群は、異なる２つ以上の波長領域のいずれかに応答して発生する情報電荷を蓄積するものであって、
情報電荷の転送方向に沿って連続する３つの転送電極が１つの波長領域に応答して発生する情報電荷を蓄積する画素に対応することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素を有し、各画素は情報電荷の転送方向と交差する方向に向けて延伸された複数の転送電極を備える撮像部を含み、画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を転送電極の作用により形成したポテンシャル井戸を利用して蓄積及び転送する撮像装置、
の制御装置であって、
前記情報電荷の転送方向に沿って連続する１２の転送電極群を１組として、１組に含まれる各転送電極に８相のクロックパルスのいずれか１つを印加することを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の制御装置において、
情報電荷の転送時には、転送方向に沿って連続する２つの転送電極毎に実質的に同相のクロックパルスを印加することを特徴とする制御装置。
【請求項９】
外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素を有し、各画素は情報電荷の転送方向と交差する方向に向けて延伸された複数の転送電極を備える撮像部を含み、画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を転送電極の作用により形成したポテンシャル井戸を利用して蓄積及び転送する撮像装置、
の制御方法であって、
前記情報電荷の転送方向に沿って連続する１２の転送電極群を１組として、１組に含まれる各転送電極に８相のクロックパルスのいずれか１つを印加することを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の制御方法において、
情報電荷の転送時には、転送方向に沿って連続する２つの転送電極毎に実質的に同相のクロックパルスを印加することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像画像の画質を向上した撮像装置及び撮像装置の制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４にＣＣＤ固体撮像素子を備えた撮像装置１００の構成を示す。撮像装置１００は、ＣＣＤ固体撮像素子１０２、タイミング制御回路１０４及び駆動ドライバ１０６を含んで構成される。ＣＣＤ固体撮像素子１０２は、撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄを有する。タイミング制御回路１０４は、所定の周波数のクロックパルス及び外部制御信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０２の撮像、垂直転送、水平転送及び出力を制御する制御信号を生成する。制御信号は駆動ドライバ１０６に入力される。駆動ドライバ１０６は、タイミング制御回路１０４から制御信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０２の撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄのそれぞれに対して必要なタイミングでクロックパルスを出力する。
【０００３】
ＣＣＤ固体撮像素子１０２は、駆動ドライバ１０６からのクロックを受けて、撮像、垂直転送、水平転送及び出力を行う。撮像部２ｉには受光画素がマトリックス状に配置されており、撮像部２ｉに入射された光が各ビットを構成する受光画素により光電変換されて情報電荷が生成される。垂直転送クロックの印加によって、撮像部２ｉにおいて生成された情報電荷の２次元配列は撮像部２ｉの垂直シフトレジスタにより蓄積部２ｓに高速で転送される。これにより、１フレーム分の情報電荷が蓄積部２ｓの垂直シフトレジスタに保持される。続いて、情報電荷は１行分ずつ蓄積部２ｓから水平転送部２ｈへ転送される。さらに、水平転送クロックの印加によって、情報電荷は１画素単位で水平転送部２ｈから出力部２ｄへ転送される。出力部２ｄは１画素毎の電荷量を電圧値に変換し、その電圧値の変化がＣＣＤの出力とされる。
【０００４】
撮像部２ｉ及び蓄積部２ｓは、図１５の素子内部の平面図に示すように、半導体基板の表面領域に形成された垂直シフトレジスタから構成される。垂直シフトレジスタは、垂直方向（図１５の縦方向）に向けて互いに平行に延伸された分離領域１４によって区画された複数のチャネル領域２２と、チャネル領域２２に交差する複数の転送電極２４−１〜２４−３から構成される。従来の固体撮像素子では、隣接する３つの転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組が１つの画素を構成している。この一組の転送電極２４−１，２４−２，２４−３の各々に対して所定の周期の転送クロックφ1〜φ3を印加することによって撮像部２ｉで生成された情報電荷を転送することができる。
【０００５】
図１６に、撮像時におけるチャネル領域２２に沿ったＮウェル１２内のポテンシャル分布の様子を示す。撮像時には、１組の転送電極２４−１，２４−２，２４−３のうち１つの転送電極（例えば、転送電極２４−２）をオン状態にすると共に、残りの転送電極（例えば、転送電極２４−１，２４−３）をオフ状態にすることにより、オン状態とした転送電極下のチャネル領域２２にポテンシャル井戸５０を形成する。各画素で生成された情報電荷はこのポテンシャル井戸５０に蓄積される。
【０００６】
転送時には、図１７に示すように、１画素を構成する３つの転送電極２４−１，２４−２，２４−３の組み合わせ毎に３相の転送クロックφ1〜φ3が印加され、転送電極２４−１，２４−２，２４−３の下にあるチャネル領域２２のポテンシャルが制御されて情報電荷が転送される。
【０００７】
また、カラー画像を対象とするＣＣＤ固体撮像装置では、図６に示すように、垂直転送方向に沿って赤（Ｒ）を透過するフィルタと緑（Ｇ）を透過するフィルタとを交互に配置した列と、緑（Ｇ）を透過するフィルタと青（Ｂ）を透過するフィルタとを交互に配置した列と、を垂直転送方向と交差する方向に交互に配列することによってマトリクス状の画素配列を構成し、カラー画像の取得を可能としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１６６２８４号公報
【特許文献２】特開平６−１１２４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の撮像装置及びその制御方法では、１つの転送電極毎に情報電荷を順次送り出して転送を行う。そのため、垂直転送時間が長くなり、高品質の画像を得ることができない問題が発生していた。
【００１０】
例えば、撮像部２ｉにメカシャッタが設けられていない場合や動画撮影時のようにシャッタを閉じずに連続して撮影を行う場合、電荷を転送する期間中にも撮像部２ｉの各画素に入射し続ける光によって電荷が発生し続ける。この電荷はスミアと呼ばれるノイズの原因となる。なお、ノイズの原因となる電荷をスミア電荷と呼ぶ。撮像部２ｉから蓄積部２ｓへと情報電荷を転送する時間が長くなると共にスミア電荷量は増加し、撮影された画像に強いノイズとして残ることとなる。
【００１１】
また、撮像部２ｉにおいて１組となる転送電極のうち１つのみをオン状態として撮像を行う場合では、撮像時におけるポテンシャル井戸に蓄積可能な電荷量は限られており、輝度が高い撮影対象物からの光を受けた場合等において十分な感度やダイナミックレンジを得ることができなかった。さらには、撮像期間中に発生する情報電荷量がポテンシャル井戸の容量を越えてしまい、得られた画像のダイナミックレンジが低下してしまう場合もあった。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、より高品質の画像を得ることができる撮像装置、撮像装置の制御装置及び撮像装置の制御方法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】
【００１３】
本発明は、外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素を有し、各画素は情報電荷の転送方向と交差する方向に向けて延伸された複数の転送電極を備える撮像部を含み、画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を転送電極の作用により形成したポテンシャル井戸を利用して蓄積及び転送する撮像装置であって、前記情報電荷の転送方向に沿って連続する１２の転送電極群を１組として、１組に含まれる各転送電極には８相のクロックパルスのいずれか１つが印加されることを特徴とする。
【００１４】
このように８相の独立したクロックパルスを１組の転送電極群に含まれるいずれかの転送電極に印加することによって、撮像時には、実質的に互いに分離された複数のポテンシャル井戸に情報電荷を蓄積し、転送時には、転送方向に沿って連続する２つの転送電極毎に実質的に同相のクロックパルスを印加することによって前記情報電荷を転送する。
【００１５】
また、撮像時において少なくとも２つのポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷を転送方向に沿って加算合成した後に転送することも好適である。このとき、前記加算合成される情報電荷は、異なる長さの撮像期間において少なくとも２つのポテンシャル井戸に蓄積された情報電荷であることが好適である。これにより、強い光が入射した場合でも、各画素に蓄積されるべきである理想的な情報電荷量に相当する信号を推定することができる。
【００１６】
より具体的には、前記１組の転送電極群は、情報電荷の転送方向に沿って第１から第１２の転送電極が順に配置されたものであり、第１の転送電極及び第７の転送電極に第１の相のクロックパルスが印加され、第２の転送電極に第２の相のクロックパルスが印加され、第３の転送電極及び第９の転送電極に第３の相のクロックパルスが印加され、第４の転送電極及び第１０の転送電極に第４の相のクロックパルスが印加され、第５の転送電極に第５の相のクロックパルスが印加され、第６の転送電極及び第１２の転送電極に第６の相のクロックパルスが印加され、第８の転送電極に第７の相のクロックパルスが印加され、第１１の転送電極に第８の相のクロックパルスが印加される構成とすることが好適である。
【００１７】
カラー画像を撮影対象とする場合には、前記１組の転送電極群が配置された画素群は、異なる２つ以上の波長領域のいずれかに応答して発生する情報電荷を蓄積するものであって、情報電荷の転送方向に沿って連続する３つの転送電極が１つの波長領域に応答して発生する情報電荷を蓄積する画素に対応することが好適である。
【００１８】
このような撮像装置は、外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素を有し、各画素は情報電荷の転送方向と交差する方向に向けて延伸された複数の転送電極を備える撮像部を含み、画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を転送電極の作用により形成したポテンシャル井戸を利用して蓄積及び転送する撮像装置の制御装置であって、前記情報電荷の転送方向に沿って連続する１２の転送電極群を１組として、１組に含まれる各転送電極に８相のクロックパルスのいずれか１つを印加する制御装置を備えることによって実現することができる。
【００１９】
これによって、外部からの光を受けて情報電荷を生成する複数の画素を有し、各画素は情報電荷の転送方向と交差する方向に向けて延伸された複数の転送電極を備える撮像部を含み、画素に入射される光に応答して発生した情報電荷を転送電極の作用により形成したポテンシャル井戸を利用して蓄積及び転送する撮像装置の制御方法であって、前記情報電荷の転送方向に沿って連続する１２の転送電極群を１組として、１組に含まれる各転送電極に８相のクロックパルスのいずれか１つを印加する制御方法を具現化することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＣＣＤ固体撮像素子を含む撮像装置において、高品質の画像を得ることができる。特に、動画の撮像時において高速撮像を可能とし、撮像時における感度及びダイナミックレンジを高くすることができる。また、転送時に発生するスミアを抑制又は除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態における撮像装置２００は、図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子２０２、タイミング制御回路２０４、駆動ドライバ２０６及び出力信号処理部２０８を含んで構成される。
【００２２】
ＣＣＤ固体撮像素子２０２は、撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄを有する。また、タイミング制御回路２０４は、所定の周波数のクロックパルス及び外部制御信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子２０２の撮像、垂直転送、水平転送及び出力を制御する制御信号を生成する。これらの制御信号は、タイミング制御回路２０４から駆動ドライバ２０６へ入力される。駆動ドライバ２０６は、タイミング制御回路２０４から制御信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子２０２の撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄに各々に対して必要なタイミングでクロックパルスを出力する。出力信号処理部２０８は、出力部２ｄから出力されたＣＣＤ固体撮像素子２０２の出力信号に対してスミア除去等の処理を施した後、装置外部へ出力信号を出力する。
【００２３】
撮像部２ｉ及び蓄積部２ｓは、従来技術と同様に、垂直方向（図１の縦方向）に互いに平行に延伸された複数のチャネル領域とそれに交差する複数の転送電極とから構成される垂直シフトレジスタを含み、各シフトレジスタの各ビットはそれぞれ２次元行列として配置された受光画素の１つとして機能する。
【００２４】
撮像部２ｉは、図２〜４に示すように、半導体基板１０の表面領域に形成された複数のシフトレジスタから構成される。図２は本願の撮像部２ｉの一部を示す模式的な平面図、図３及び図４はそれぞれ図２のＣ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿った側断面図である。
【００２５】
図３及び図４に示すように、本実施の形態における撮像部２ｉは従来の撮像装置における撮像部と同様の断面構造を有する。すなわち、Ｎ型半導体基板９内にＰウェル（ＰＷ）１１が形成され、その上にＮウェル１２が形成され、このＰウェル１１の表面領域にＮ型の不純物が高濃度に添加されたＮウェル１２が形成される。さらに、Ｎウェル１２に所定の間隔をもって互いに平行にＰ型不純物領域からなる分離領域１４が形成される。分離領域１４は、隣接するチャネル領域の間にポテンシャル障壁を形成し、これらの分離領域１４に挟まれた領域が電気的に区画され、情報電荷の転送経路であるチャネル領域２２となる。
【００２６】
また、半導体基板９の表面上には絶縁膜１３が成膜される。図２に示すように、この絶縁膜１３を挟んでチャネル領域２２の延伸方向に直交するように、ポリシリコン膜等からなる複数の転送電極３０（３０−１〜３０−１２）が互いに平行に繰り返し配置される。
【００２７】
本実施の形態では、カラー画像を撮影対象とする撮像装置２００について説明を行う。カラー画像を撮影対象とする撮像装置２００では、異なる色の波長成分に応答して発生した情報電荷を蓄積する画素が所定の周期で繰り返し配置されたマトリックス状の画素配列の構成となる。例えば、図５に示すように、垂直転送方向に沿って連続する３つの転送電極をそれぞれ１組として赤（Ｒ）を透過するフィルタ３２−Ｒと緑（Ｇ）を透過するフィルタ３２−Ｇとを交互に配置した列３４−１と、青（Ｂ）を透過するフィルタ３２−Ｂと緑（Ｇ）を透過するフィルタ３２−Ｇとを交互に配置した列３４−２と、を垂直転送方向と交差する方向に交互に配列する。これによって、図６に示すように、各々が複数の電極（ここでは３つ）によって制御されるＲ，Ｇ，Ｂの画素がマトリクス状に配置された画素配列が構成される。
【００２８】
本実施の形態では、隣接する１２の転送電極３０−１〜３０−１２を１組の転送電極群として、１組の転送電極群に含まれる転送電極３０−１〜３０−１２の各々に８相のクロックパルスφ1〜φ8のいずれか１つを印加することによって撮像及び情報電荷の転送を行う。具体的には、転送電極３０−１にクロックパルスφ1、転送電極３０−２にクロックパルスφ2、転送電極３０−３にクロックパルスφ3、転送電極３０−４にクロックパルスφ4、転送電極３０−５にクロックパルスφ5、転送電極３０−６にクロックパルスφ6、転送電極３０−７にクロックパルスφ1、転送電極３０−８にクロックパルスφ7、転送電極３０−９にクロックパルスφ3、転送電極３０−１０にクロックパルスφ4、転送電極３０−１１にクロックパルスφ8、転送電極３０−１２にクロックパルスφ6がそれぞれ印加される。
【００２９】
撮像装置２００における撮像（情報電荷の蓄積）及び情報電荷の転送は、タイミング制御回路２０４を用いて転送電極３０−１〜３０−１２に印加されるクロックパルスφ1〜φ8の電圧を独立に制御することによって行うことができる。そこで、図７に撮像から転送までのタイミングチャートを示し、転送電極の制御について説明を行う。また、図８には、時刻Ｔ1〜Ｔ8における各転送電極３０−１〜３０−１２下におけるポテンシャルの変化の様子を示す。横軸は撮像部２ｉにおける転送方向に沿った位置を示し、縦軸が各位置でのポテンシャルを示す。このとき、図中の下が正電位側、上が負電位側となる。
【００３０】
駆動ドライバ２０６は、タイミング制御回路２０４からの制御信号を受けて、クロックパルスφ1〜φ8をそれぞれ転送電極３０−１〜３０−１２に印加する。ＣＣＤ固体撮像素子２０２のＮ型半導体基板（Ｎ−ＳＵＢ）１０は基板電位Ｖsubに固定される。
【００３１】
時刻Ｔ0は、撮像前の初期状態である。このとき、クロックパルスφ1〜φ8の総てがオフとされ、図８に示すように、転送電極３０−１〜３０−１２下にはポテンシャル井戸は形成されず、電荷は基板１０へ排出される。
【００３２】
時刻Ｔ1では、１組とされた画素群のうち両端の画素にポテンシャル井戸が形成されるようにクロックパルスが制御される。ここでは、クロックパルスφ2，φ5，φ7，φ8がオンとされ、転送電極３０−２，３０−５，３０−８及び３０−１１下にポテンシャル井戸が形成される。オン状態となった転送電極３０−２，３０−５，３０−８及び３０−１１の周囲に入射した光に応じて発生した情報電荷はこれらのポテンシャル井戸に蓄積される。
【００３３】
本実施の形態では、例えば、図５に示したＣＣＤ固体撮像素子２０２の列３４−１では、図８に示すように、左からＲ，Ｇ，Ｒ，Ｇの組が繰り返し配置され、Ｒに対応する画素では赤の波長成分に応じて発生した情報電荷が蓄積され、Ｇに対応する画素では緑の波長成分に応じて発生した情報電荷が蓄積される。Ｂ，Ｇが繰り返し配置された列についても同様に青の波長成分及び緑の波長成分に対応する情報電荷が蓄積される。
【００３４】
時刻Ｔ2では、情報電荷の排出が行われる。時刻Ｔ3からの情報電荷の転送開始直前に転送電極３０−５及び３０−８に印加されているクロックパルスφ5及びφ7がオフとされ、これらの電極下のポテンシャル井戸に蓄積されていた情報電荷が基板１０へ排出される。これによって、転送電極３０−２及び３０−１１下に形成されたポテンシャル井戸にそれぞれ赤の波長領域による情報電荷と緑の波長領域による情報電荷が蓄積された状態となる。
【００３５】
時刻Ｔ3では、情報電荷の再配列が行われる。情報電荷が１つのポテンシャル井戸に纏められる。時刻Ｔ3では、クロックパルスφ2，φ8に加えて、クロックパルスφ3，φ4，φ7がオンとされ、転送電極３０−２及び３０−１１下のポテンシャル井戸に蓄積されていた情報電荷が複数の電極下に形成されたポテンシャル井戸に分散される。
【００３６】
時刻Ｔ4以降では、情報電荷の転送が開始される。このとき、転送方向に沿って連続する少なくとも２つの転送電極に対して実質的に同相のクロックパルスを供給することにより転送が行われることに特徴を有する。本実施の形態では、図７のタイミングチャートに示すように、クロックパルスφ1とφ6との組，φ2とφ3とφ7の組，φ4とφ5とφ8の組、がそれぞれ同相で駆動される。これによって、図８に示すように、転送方向に沿って連続して配置されている転送電極３０−１２と転送電極３０−１の組と転送電極３０−６と転送電極３０−７の組とが同相で駆動され、転送電極３０−２と転送電極３０−３の組及び転送電極３０−８と転送電極３０−９の組とが同相で駆動され、転送電極３０−４と転送電極３０−５の組及び転送電極３０−１０と転送電極３０−１１の組とが同相で駆動され、連続する２つの転送電極の下に形成されたポテンシャル井戸を１つの転送単位として情報電荷が順次転送される。
【００３７】
具体的には、図７に示すように、時刻Ｔ4ではクロックパルスφ1，φ4，φ5，φ6，φ8がオフ、クロックパルスφ2，φ3，φ7がオンとされ、時刻Ｔ5ではクロックパルスφ1とφ6がオフ、クロックパルスφ2，φ3，φ4，φ5，φ7，φ8がオンとされ、時刻Ｔ6ではクロックパルスφ1，φ2，φ3，φ6，φ7がオフ、クロックパルスφ4，φ5，φ8がオンとされる。これによって、図８に示すように、時刻Ｔ4では転送電極３０−２と転送電極３０−３の組及び転送電極３０−８と転送電極３０−９の組の下に形成されたポテンシャル井戸に蓄積されていた情報電荷が、転送電極３０−４と転送電極３０−５の組及び転送電極３０−１０と転送電極３０−１１の組の下に新たに形成されたポテンシャル井戸に転送される。さらに、時刻Ｔ7ではクロックパルスφ2とφ3とφ7がオフ、クロックパルスφ1，φ4，φ5，φ6，φ8がオンとされ、時刻Ｔ8ではクロックパルスφ2，φ3，φ4，φ5，φ8がオフ、クロックパルスφ1とφ6がオンとされる。これによって、図８に示すように、時刻Ｔ6では転送電極３０−４と転送電極３０−５の組及び転送電極３０−１０と転送電極３０−１１の組の下に形成されたポテンシャル井戸に蓄積されていた情報電荷が、転送電極３０−１２と転送電極３０−１の組及び転送電極３０−６と転送電極３０−７の組の下に新たに形成されたポテンシャル井戸に転送される。同様に、転送電極３０−１〜３０−１２に印加されるクロックパルスφ1〜φ8を変化させていくことによって情報電荷を順次転送することができる。また、他の列についても同様に転送が行われる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、クロックパルスφ1とφ6との組，φ2とφ3とφ7の組，φ4とφ5とφ8の組、がそれぞれ完全に同相で駆動される場合を示したが、実質的に同相として駆動されれば良く、図９に示すように、転送方向に沿ってポテンシャルが滑らかに変動するようにそれぞれの組の中で転送電極に供給するクロックパルスに遅延を持たせても良い。このように遅延を持たせることで、滑らかに情報電荷を転送することが可能となる。
【００３９】
このように、転送時において、複数の転送電極を１組として制御を行うことによって、撮像部２ｉから情報電荷を高速に転送することができる。その結果、転送時に発生するスミアを抑制することができる。例えば、本実施の形態のように２つの転送電極を１組に纏めて制御した場合には従来の制御方法と比べて約２倍の転送速度で転送を行うことができる。同様の転送方法は、蓄積部２ｓに対しても適用することができる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、撮像部２ｉ及び蓄積部２ｓにおいて情報電荷の高速転送を実現することができ、スミア電荷の発生を抑制させた高品質の画像を得ることができる。従って、撮像部２ｉに機械的なシャッタが設けられている場合でも、動画のように低解像度の高速転送を連続して行うときにはシャッタを開放したまま連続して撮像を行うことができる。また、制御しなければならないクロックパルスを８相にまで少なくすることによって、高速転送を実現しつつ、クロックパルスの制御を容易にすることができる。
【００４１】
また、複数の転送電極下のポテンシャル井戸を纏めて情報電荷の転送を制御するための最も少ないクロックパルスの相数が８相であり、撮像装置に設ける電極端子を最も少なくすることができ、素子サイズを小さくするためにも最も適している。
【００４２】
なお、従来と同様に、１つの画素に対応する転送電極３０−１〜３０−３，３０−４〜３０−６，３０−７〜３０−９，３０−１０〜３０−１２に対して転送電極３０−１（φ1），３０−４（φ4），３０−７（φ1），３０−１０（φ4）、転送電極３０−２（φ2），３０−５（φ5），３０−８（φ7），３０−１１（φ8）、転送電極３０−３（φ3），３０−６（φ6），３０−９（φ3），３０−１２（φ6）とをそれぞれ同相のクロックパルスで制御することもできる。このように、１つの転送電極毎に情報電荷を順次転送していくことによって高解像度の画像を撮影し、低速の転送を行うことも可能である。
【００４３】
また、本実施の形態では、フレームトランスファー型のＣＣＤ固体撮像素子を含む撮像装置を対象としたが本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、インターライン型のＣＣＤ固体撮像素子を含む撮像装置にも適用することができる。
【００４４】
＜変形例１＞
上記実施の形態における撮像装置の制御方法を応用することによって、撮像時にポテンシャル井戸の飽和レベルを超える情報電荷が発生するような強い光が入射された場合に理想的な情報電荷量を推定することもできる。但し、カラー撮影を対象とするものでなく、モノクロ撮影を対象とする場合に限定されるので、以下ではカラーフィルタを備えない撮像装置について説明を行う。
【００４５】
図１０に撮像時及び再配列時におけるタイミングチャートを示し、転送電極の制御について説明を行う。また、図１１には、図１０の時刻Ｔ1〜Ｔ3における各転送電極３０−１〜３０−１２下におけるポテンシャルの変化の様子を示す。横軸は撮像部２ｉにおける転送方向に沿った位置を示し、縦軸が各位置でのポテンシャルを示す。このとき、図中の下が正電位側、上が負電位側となる。
【００４６】
駆動ドライバ２０６は、タイミング制御回路２０４からの制御信号を受けて、図２及び図１１に示すようにクロックパルスφ1〜φ8をそれぞれ転送電極３０−１〜３０−１２に印加する。ＣＣＤ固体撮像素子２０２のＮ型半導体基板（Ｎ−ＳＵＢ）１０は基板電位Ｖsubに固定される。
【００４７】
時刻Ｔ0では、クロックパルスφ1〜φ9の総てがオフとされ、図１１に示すように、転送電極３０−１〜３０−１２下にはポテンシャル井戸は形成されず、電荷は基板１０へ排出される。時刻Ｔ1では、クロックパルスφ2及びφ8のみがオンとされ、転送電極３０−２及び３０−１１の下にポテンシャル井戸が形成される。オン状態となった転送電極３０−２及び３０−１１の周囲に入射した光に応じて発生した情報電荷はこれらのポテンシャル井戸に蓄積される。次に、時刻Ｔ2では、クロックパルスφ2及びφ8に加えて、クロックパルスφ5及びφ7がオンとされ、転送電極３０−５及び３０−８下にポテンシャル井戸が形成される。オン状態となった転送電極３０−５及び３０−８の周囲に入射した光に応じて発生した情報電荷はこれらのポテンシャル井戸に蓄積される。時刻Ｔ3では、情報電荷の再配列が行われる。転送電極３０−２と転送電極３０−５に蓄積された情報電荷が纏められ、転送電極３０−８及び３０−１１に蓄積された情報電荷が纏められるように再配列が実行される。以下は、上記実施の形態の時刻Ｔ4以降と同様に情報電荷が転送される。
【００４８】
すなわち、撮像時において転送電極３０−２及び転送電極３０−１１の下には撮像期間Ｔと等しいオンゲート期間ＴHだけポテンシャル井戸が形成され、転送電極３０−５及び３０−８の下にはオンゲート期間ＴHより短いオンゲート期間ＴLだけポテンシャル井戸が形成される。
【００４９】
このとき、タイミング制御回路２０４は、前回のフレームにおける最大信号強度に応じてオンゲート期間ＴH及びＴLを制御することが好適である。最大信号強度が小さいほどオフゲート期間が長くなるように、最大信号強度が大きいほどオンゲート期間が長くなるように制御を行う。これは、連続して撮像される画像に含まれる最大信号強度は大きく変化しない傾向があることを利用して撮像期間の制御を行うものである。なお、前回の撮像から長時間が経過した場合や確実に十分なダイナミックレンジを確保したい場合には、一旦予備的に１フレームの画像を撮像及び出力して最大信号強度を検出し、その最大信号強度に基づいて撮像期間の設定を行った後に本番としての撮像を行うものとすることが好ましい。
【００５０】
撮像部２ｉの画素に入射される光が弱い場合、図１２に示すように、単位時間当たりに各画素のポテンシャル井戸に蓄積される情報電荷（図１２のラインＥの傾き）は小さくなる。このような場合、オンゲート期間ＴH及びＴLで蓄積される情報電荷ＱH,total及びＱL,totalは各ポテンシャル井戸の飽和レベルＱmaxよりも小さくなり、十分なダイナミックレンジを確保することができる。
【００５１】
撮像部２ｉの画素に入射される光が強い場合、図１３に示すように、単位時間当たりに画素に蓄積される情報電荷（図１３のラインＦの傾き）は大きくなり、長いオンゲート期間ＴHだけオン状態となる転送電極３０−２の下のポテンシャル井戸に蓄積される情報電荷ＱH,totalはポテンシャル井戸の飽和レベルを超える。一方、短いオンゲート期間ＴLだけオン状態となる転送電極３０−７の下のポテンシャル井戸に蓄積される情報電荷ＱL,totalはポテンシャル井戸の飽和レベルを超えない。従って、情報電荷ＱH,totalとＱL,totalとの和である出力情報電荷量Ｑtotalは、図１３のラインＧのようにニー特性を示す。
【００５２】
オンゲート期間ＴHで蓄積された情報電荷量ＱH,totalは出力情報電荷量Ｑtotalから数式（１）を用いて算出することができる。同様に、短いオンゲート期間ＴLで蓄積された情報電荷量ＱL,totalは出力情報電荷量Ｑtotalから数式（２）を用いて算出することができる。ただし、このようにして算出された情報電荷量ＱH,totalが１つの転送電極に相当するポテンシャル井戸の飽和レベルＱmaxを超える値として算出された場合には、撮像部２ｉの画素に入射される光が強いと想定され、情報電荷量ＱH,total及び情報電荷量ＱL,totalは数式（３）及び（４）によりそれぞれ再計算する必要がある。ＣＣＤ固体撮像素子２０２の撮像部２ｉにおける飽和レベルＱmaxは予め求めておくことができる。
【００５３】
【数１】
2005333436.tif 000003
【００５４】
転送時に撮像部２ｉで発生するスミア電荷の影響が無いと仮定すると、短いオンゲート期間ＴLに蓄積された情報電荷量ＱL,totalと、ポテンシャル井戸が飽和しない程度の十分な容量を有している場合に長いオンゲート期間ＴHにおいて１画素分のポテンシャル井戸に蓄積されるべき理想的な情報電荷Ｑidealとの比ＱL,total／Ｑidealはオンゲート期間の比ＴL／ＴHに等しくなる。従って、理想的な情報電荷量Ｑidealは数式（５）及び（６）に基づいて算出することができる。
【００５５】
【数２】
2005333436.tif 000004
【００５６】
予め１画素当たりのポテンシャル井戸の飽和レベルＱmax（又は、飽和レベルＱmaxに相当する出力信号値）を調べておくことによって、撮像期間に蓄積されるべき理想的な出力情報電荷量Ｑitotalを求めることができる。
【００５７】
そこで、ＣＣＤ固体撮像素子２０２からの出力信号に基づいて出力信号処理部２０８で以上の処理を行うことによって理想的な出力信号Ｓidealを求めることができる。すなわち、理想的な出力信号Ｓidealは情報電荷量Ｑitotalに比例する信号であるので、情報電荷量Ｑitotalに所定の係数を掛けることにより出力信号Ｓidealを算出することができる。
【００５８】
以上のように、本変形例１によれば、１組の画素群において異なるオンゲート期間ＴH及びＴLで情報電荷を蓄積することによって、撮像部２ｉの画素に入射される光が強い場合でも、光の強度に応じた正しい情報電荷量や出力信号を求めることができる。従って、画像信号において十分なダイナミックレンジを得ることができる。
【００５９】
また、転送時に撮像部２ｉで発生するスミア電荷の発生がある場合では、出力信号処理部２０８において、算出された理想的な情報電荷量Ｑidealに基づいて一般的なオフセットスミア除去法を適用することによって転送時に重畳されたスミア電荷を除去することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の内部構成の平面図を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の内部構成の断面図を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の内部構成の断面図を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子のカラーフィルタの配列を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるＣＣＤ固体撮像素子に供給されるクロックパルスのタイミングチャートを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における各転送電極下のポテンシャルの状態変化を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態において各転送電極下のポテンシャルを滑らかに変化させたときの状態変化を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態の変形例１におけるＣＣＤ固体撮像素子に供給されるクロックパルスのタイミングチャートを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態の変形例１における各転送電極下のポテンシャルの状態変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態の変形例１における撮像期間における情報電荷の蓄積の様子を説明する図である。
【図１３】本発明の実施の形態の変形例１における撮像期間における情報電荷の蓄積の様子を説明する図である。
【図１４】従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】従来のＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の内部構成の平面図を示す図である。
【図１６】撮像時における情報電荷の蓄積を説明する図である。
【図１７】従来のＣＣＤ固体撮像素子における撮像時及び転送時に転送電極へ供給されるクロックパルスのタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
２ｄ  出力部、２ｉ  撮像部、２ｈ  水平転送部、２ｓ  蓄積部、９  半導体基板、１０  半導体基板（Ｎ−ＳＵＢ）、１１，１２  ウェル、１３  絶縁膜、１４  分離領域、２２  チャネル領域、２４  転送電極、３０  転送電極、３２  フィルタ、３４  画素の列、５０  ポテンシャル井戸、１００  撮像装置、１０２  ＣＣＤ固体撮像素子、１０４  タイミング制御回路、１０６  駆動ドライバ、２００  撮像装置、２０２  ＣＣＤ固体撮像素子、２０４  タイミング制御回路、２０６  駆動ドライバ、２０８  出力信号処理部。
【図１】
2005333436.tif 000005
【図２】
2005333436.tif 000006
【図３】
2005333436.tif 000007
【図４】
2005333436.tif 000008
【図５】
2005333436.tif 000009
【図６】
2005333436.tif 000010
【図７】
2005333436.tif 000011
【図８】
2005333436.tif 000012
【図９】
2005333436.tif 000013
【図１０】
2005333436.tif 000014
【図１１】
2005333436.tif 000015
【図１２】
2005333436.tif 000016
【図１３】
2005333436.tif 000017
【図１４】
2005333436.tif 000018
【図１５】
2005333436.tif 000019
【図１６】
2005333436.tif 000020
【図１７】
2005333436.tif 000021