(57)【要約】  【課題】  少なくとも垂直方向の画素数を削減でき、高フレームレートの動画像を出力できる固体撮像装置を提供する。  【解決手段】  垂直転送部３は、光電変換素子２の各々について１つのシフトゲート（Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５）を有し、かつ、垂直方向に連続するｎ（ｎは２以上の整数）個の光電変換素子２を１ユニットとした場合、ｍ（ｍは１以上の整数）ユニット分の垂直方向に連続した複数のゲートを１ゲート群とする繰り返しゲート構造を有し、各ゲート群における１ユニット内の少なくとも１つのシフトゲートが、同一ゲート群内の他のユニットにおいて対応するシフトゲートとは独立に駆動できるように分離して配線され、１回の読み出し時に、各ゲート群において、前記分離して配線されたシフトゲートと、同一ゲート群内の他のユニットの対応するシフトゲートとのいずれか一方に読み出し電圧が印加される。【選択図】  図３
2005191943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元配列された光電変換素子と、
前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向へ転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像素子を有する固体撮像装置であって、
前記垂直転送部は、１つの光電変換素子毎に１つのシフトゲートを有し、かつ、垂直方向に連続するｎ（ｎは２以上の整数）個の光電変換素子を１ユニットとした場合、ｍ（ｍは１以上の整数）ユニット分の垂直方向に連続した複数のゲートを１ゲート群とする繰り返しゲート構造を有し、
各ゲート群における１ユニット内の少なくとも１つのシフトゲートが、同一ゲート群内の他のユニットにおいて対応するシフトゲートとは独立に駆動できるように分離して配線され、
１回の読み出し時に、各ゲート群において、前記分離して配線されたシフトゲートと、同一ゲート群内の他のユニットの対応するシフトゲートとのいずれか一方に読み出し電圧を印加する駆動回路を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
ｎ＝ｍ＝３である、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第１のシフトゲートおよび第２のシフトゲートが、第２のユニットにおける第１のシフトゲートおよび第２のシフトゲートとは分離して配線された、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記ゲート駆動回路が、（１）各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加すると共に、水平転送部側より第２のユニット内で水平転送部側より第１のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードと、（２）各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードと、（３）各ゲート群において、水平転送部側より第２のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードとを有する、請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートおよび第３のシフトゲートが、第２のユニットにおける第２のシフトゲートおよび第３のシフトゲートとは分離して配線された、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記ゲート駆動回路が、（１）各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加すると共に、水平転送部側より第２のユニット内で水平転送部側より第３のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードと、（２）各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードと、（３）各ゲート群において、水平転送部側より第２のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードとを有する、請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記光電変換素子から読み出した信号電荷を前記垂直転送部の有効画素領域内で混合する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記光電変換素子から読み出した信号電荷を、前記垂直転送部の有効画素領域外で混合する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換素子から読み出した信号電荷を前記水平転送部内で混合する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記二次元配列された光電変換素子に対応して、垂直方向に２画素周期で色フィルタが配置されたカラーフィルタを備えた、請求項１〜９のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記二次元配列された光電変換素子に対応して、垂直方向に２画素かつ水平方向に２画素の周期で色フィルタが配置されたカラーフィルタを備え、
前記垂直転送部の有効画素領域外に、少なくとも一段の垂直最終転送段を備え、当該垂直最終転送段が、水平方向にｋ（ｋは２以上の整数）列毎に同じ転送電極構成を有し、
前記ｋ列のうち、一つの列以外の垂直最終転送段あるいは全ての列の垂直最終転送段に、当該垂直最終転送段から前記水平転送部への転送動作を、当該ｋ列における他の列とは独立して制御するために、前記他の列とは独立した転送電極が設けられた、請求項１〜９のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
ｋ＝３であり、３列毎に、水平転送部の出力側から第２列および第３列の垂直最終転送段に、当該垂直最終転送段から前記水平転送部への転送動作を、他の垂直最終転送段とは独立に制御するために、他の最終垂直転送段とは独立した転送電極が設けられた、請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の固体撮像装置を備えたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像装置が知られており、この固体撮像装置から得た映像信号を静止画像として表示するディジタルスチルカメラ等のカメラが知られている。近年では、このような固体撮像装置を用いたカメラは、画質および機能のさらなる向上が要望され、画素の高密度化が進んでいる。
【０００３】
このような固体撮像装置において、モニタへの映像信号の出力スピードを向上させるために、信号電荷を読み出す画素を間引くことにより出力映像信号中の画素数を減らす駆動方法が、従来から提案されている。例えば特許文献１には、走査線数を１／２に間引く構成が開示されている。
【特許文献１】特許第２８０９９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１等に記載された従来の技術では、走査線の間引き率が１／２であり、３００万画素を超えるような高精細な固体撮像装置の場合、データ量の削減が十分ではない。このため、モニタ表示のための高いフレームレートの動画を得ることが困難であった。
【０００５】
本発明はこれらの問題を解決するために、少なくとも垂直方向の画素数を削減することにより、映像信号を高速に出力できる固体撮像装置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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置は、二次元配列された光電変換素子と、前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向へ転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像素子を有する固体撮像装置であって、前記垂直転送部は、１つの光電変換素子毎に１つのシフトゲートを有し、かつ、垂直方向に連続するｎ（ｎは２以上の整数）個の光電変換素子を１ユニットとした場合、ｍ（ｍは１以上の整数）ユニット分の垂直方向に連続した複数のゲートを１ゲート群とする繰り返しゲート構造を有し、各ゲート群における１ユニット内の少なくとも１つのシフトゲートが、同一ゲート群内の他のユニットにおいて対応するシフトゲートとは独立に駆動できるように分離して配線され、１回の読み出し時に、各ゲート群において、前記分離して配線されたシフトゲートと、同一ゲート群内の他のユニットの対応するシフトゲートとのいずれか一方に読み出し電圧を印加する駆動回路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上に説明したように、本発明によれば、画素数を削減することにより、映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明にかかる固体撮像装置は、二次元配列された光電変換素子と、前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向へ転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像素子を有する固体撮像装置であって、前記垂直転送部は、１つの光電変換素子毎に１つのシフトゲートを有し、かつ、垂直方向に連続するｎ（ｎは２以上の整数）個の光電変換素子を１ユニットとした場合、ｍ（ｍは１以上の整数）ユニット分の垂直方向に連続した複数のゲートを１ゲート群とする繰り返しゲート構造を有し、各ゲート群における１ユニット内の少なくとも１つのシフトゲートが、同一ゲート群内の他のユニットにおいて対応するシフトゲートとは独立に駆動できるように分離して配線され、１回の読み出し時に、各ゲート群において、前記分離して配線されたシフトゲートと、同一ゲート群内の他のユニットの対応するシフトゲートとのいずれか一方に読み出し電圧を印加する駆動回路を備えた構成である（第１の構成）。
【０００９】
前記第１の構成において、ｎ＝ｍ＝３であることが好ましい（第２の構成）。
【００１０】
前記第２の構成において、各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第１のシフトゲートおよび第２のシフトゲートが、第２のユニットにおける第１のシフトゲートおよび第２のシフトゲートとは分離して配線されたことが好ましい（第３の構成）。
【００１１】
前記第３の構成において、前記ゲート駆動回路が、（１）各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加すると共に、水平転送部側より第２のユニット内で水平転送部側より第１のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードと、（２）各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードと、（３）各ゲート群において、水平転送部側より第２のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードとを有することが好ましい（第４の構成）。
【００１２】
前記第２の構成において、各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートおよび第３のシフトゲートが、第２のユニットにおける第２のシフトゲートおよび第３のシフトゲートとは分離して配線されたことが好ましい（第５の構成）。
【００１３】
さらに、前記第５の構成において、前記ゲート駆動回路が、（１）各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加すると共に、水平転送部側より第２のユニット内で水平転送部側より第３のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードと、（２）各ゲート群において、水平転送部側より第１のユニットおよび第３のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードと、（３）各ゲート群において、水平転送部側より第２のユニット内で水平転送部側より第２のシフトゲートに読み出し電圧を印加するモードとを有することが好ましい（第６の構成）。
【００１４】
また、前記第１〜第６のいずれかの構成において、前記光電変換素子から読み出した信号電荷を前記垂直転送部の有効画素領域内で混合することが好ましい（第７の構成）。あるいは、前記第１〜第６のいずれかの構成において、前記光電変換素子から読み出した信号電荷を、前記垂直転送部の有効画素領域外で混合することも好ましい（第８の構成）。または、前記第１〜第６のいずれかの構成において、前記光電変換素子から読み出した信号電荷を前記水平転送部内で混合することも好ましい（第９の構成）。
【００１５】
前記第１〜第９のいずれかの構成において、前記二次元配列された光電変換素子に対応して、垂直方向に２画素周期で色フィルタが配置されたカラーフィルタを備えたことが好ましい（第１０の構成）。
【００１６】
前記第１〜第９のいずれかの構成において、前記二次元配列された光電変換素子に対応して、垂直方向に２画素かつ水平方向に２画素の周期で色フィルタが配置されたカラーフィルタを備え、前記垂直転送部の有効画素領域外に、少なくとも一段の垂直最終転送段を備え、当該垂直最終転送段が、水平方向にｋ（ｋは２以上の整数）列毎に同じ転送電極構成を有し、前記ｋ列のうち、一つの列以外の垂直最終転送段あるいは全ての列の垂直最終転送段に、当該垂直最終転送段から前記水平転送部への転送動作を、当該ｋ列における他の列とは独立して制御するために、前記他の列とは独立した転送電極が設けられたことが好ましい（第１１の構成）。
【００１７】
前記第１１の構成において、ｋ＝３であり、３列毎に、水平転送部の出力側から第２列および第３列の垂直最終転送段に、当該垂直最終転送段から前記水平転送部への転送動作を、他の垂直最終転送段とは独立に制御するために、他の最終垂直転送段とは独立した転送電極が設けられたことが好ましい（第１２の構成）。
【００１８】
また、本発明は、前記第１〜１２のいずれかの構成にかかる固体撮像装置を備えたカメラとしても実施可能である。
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の固体撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）の概略構成例を示すブロック図である。図１において、１は固体撮像素子であり、その出力は前処理ＬＳＩ２０により、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）やＡＤＣ（アナログ・ディジタル変換）の処理を施される。前処理ＬＳＩ２０の出力は、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）ＬＳＩ３０により、画素補間や輝度・色差処理などが行われて映像信号として出力される。タイミングジェネレータ（ＴＧ）ＬＳＩ４０は、固体撮像素子１の駆動に用いられるタイミングパルスＨ１，Ｈ２，ＨＬ，Ｖ１〜Ｖ６を生成する。クロックドライバ（ＤＲ）ＬＳＩ５０は、Ｖ１〜Ｖ６から生成した駆動パルスφＶ１〜６を固体撮像素子１へ供給する。
【００２１】
タイミングジェネレータ４０は、ディジタル信号処理ＬＳＩ３０から水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤ及びクロック信号の各パルスの供給を受け、上記タイミングパルスＨ１，Ｈ２、Ｖ１〜Ｖ４を生成して、信号処理パルスＰＲＯＣを前処理ＬＳＩ２０及びディジタル信号処理ＬＳＩ３０へ供給する。ただし、水平及び垂直同期信号のパルスをタイミングジェネレータ４０が生成する構成とする場合もある。
【００２２】
図２に、本実施形態にかかる固体撮像装置が備え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装置に用いられる固体撮像素子１は、二次元状に配列された光電変換素子２と、垂直転送部３と、水平転送部４と、電荷検出部５とを備えている。垂直転送部３および水平転送部４のそれぞれは、ＣＣＤにより構成される。垂直転送部３の構造については、後に詳しく説明する。水平転送部４は、２相のゲート（Ｈ１，Ｈ２）より構成される。
【００２３】
光電変換素子２としては、フォトダイオードが用いられる。光電変換素子２の各々には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィルタが配置されている。本実施形態では、垂直・水平方向共に２画素おきに、ＲＧＢのそれぞれのフィルタが周期的に配置されている。例えば、図２に示すように、垂直方向２画素×水平方向２画素の計４画素を単位とすれば、左下の画素がＲ、右下および左上の画素がＧ、右上の画素がＢとなるように、カラーフィルタが配置されている。
【００２４】
固体撮像素子１において、光電変換素子２のそれぞれには、垂直転送部３の２つのゲートが接続されており、これら２つのゲートのいずれか一方が、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を読み出すシフトゲートである。例えば、図２に示した例では、Ｖ１〜Ｖ６の６つのゲートのうち、奇数番号のゲートがシフトゲートであるものとする。図２において、同一種のゲートは共通に電気接続するよう配線されており、他のゲートとは独立して駆動される。例えば、Ｖ１と表示されたゲートは、全て共通の配線がなされている。ただし、後述するように、Ｖ３とＶ３Ａ、またはＶ５とＶ５Ａとは、分離して配線されており、互いに独立に駆動される。
【００２５】
垂直転送部３は、垂直方向に連続するｎ（ｎは２以上の整数）個の光電変換素子２を一つのユニットとして、かつ、ｍ（ｍは１以上の整数）ユニット分の垂直方向に連続した複数のゲートを１ゲート群とする繰り返しゲート構造を有する。図２に示した例では、ｎ＝ｍ＝３であり、垂直方向に連続する９画素分の光電変換素子２に接続された１８本のゲートが、１ゲート群を構成する。
【００２６】
さらに、垂直転送部３では、各ゲート群における１ユニット内の少なくとも１つのシフトゲートが、同一ゲート群内の他のユニットにおいて対応するシフトゲートとは独立に駆動できるように、分離して配線されている。図２の例では、例えば、１つのゲート群を構成する３ユニットのうちの真ん中のユニットにおいて、３本のシフトゲート（Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５）のうちのＶ３とＶ５が、同一ゲート群内の他の２ユニットにおいて対応するシフトゲートとは分離して配線されている。すなわち、図２の左下に示したゲート群３１について説明すると、ゲート群３１を構成するユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃのうち、真ん中のユニット３１ｂは、Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５Ａの３本のシフトゲートを有するのに対して、ユニット３１ａおよび３１ｃのシフトゲートは、Ｖ１，Ｖ３Ａ，Ｖ５である。Ｖ３とＶ３Ａとは互いに分離して配線され、Ｖ５とＶ５Ａも互いに分離して配線されている。
【００２７】
固体撮像素子１において、前述のゲート駆動回路より、１回の読み出し時に、各ゲート群において、前記分離して配線されたシフトゲートと、同一ゲート群内の他のユニットの対応するシフトゲートとのいずれか一方に読み出しパルス（読み出し電圧）を印加することにより、以下に説明するような画素間引きが実現する。
【００２８】
図３は、図２に示した構成を有する固体撮像素子１において、光電変換素子２のフォトダイオードから信号電荷を間引いて読み出す方法を説明する概念図である。なお、図３では、説明の簡略化のため、１列の光電変換素子についてのみ画素の読み出し状況を示している。
【００２９】
例えば、垂直方向に１／９の割合で画素を間引く場合、シフトゲートＶ３のみに読み出しパルスを印加することにより、図３の最も左側の列に示すように、１つのゲート群に属する９つの画素のうち、水平転送部４側（図３において下側）から数えて５番目の画素の信号電荷だけが、光電変換素子２から読み出される。
【００３０】
また、垂直方向に２／９の割合で画素を間引く場合は、シフトゲートＶ３Ａのみに読み出しパルスを印加することにより、図３の左から２列目に示すように、１つのゲート群に属する９つの画素のうち、水平転送部４側から数えて２番目と８番目の２画素分の信号電荷が、光電変換素子２から読み出される。
【００３１】
また、垂直方向に３／９の割合で画素を間引く場合は、シフトゲートＶ３ＡとＶ５Ａに読み出しパルスを印加することにより、図３の左から３列目に示すように、１つのゲート群に属する９つの画素のうち、水平転送部４側から数えて２番目、４番目、８番目の３画素分の信号電荷が、光電変換素子２から読み出される。
【００３２】
従って、ゲート駆動回路から垂直転送部３へ印加する読み出しパルスのパターンを切替えることにより、１／９間引き、２／９間引き、３／９間引きの３つの動作モードを実現することができる。
【００３３】
ここで、上述の３つの動作モードのうち、３／９間引きモードの場合の固体撮像装置の動作について、図４〜図８を参照しながら、さらに詳しく説明する。
【００３４】
まず、図４に示すように光電変換素子２に信号電荷が蓄積された状態から、シフトゲートＶ３ＡおよびＶ５Ａに読み出しパルスを印加することにより、図５に示すように、１つのゲート群に属する９つの画素のうち、水平転送部４側から数えて２番目、４番目、８番目の３画素分の信号電荷を、光電変換素子２から垂直転送部３へ読み出す。
【００３５】
次に、図６〜図８に示すように、垂直転送部３へ垂直転送パルスを印加することにより、読み出した信号電荷を、水平転送部４へ向けて一段ずつ転送する。これにより、水平転送部４において、１つのゲート群に属する９つの画素のうち、水平転送部４側から数えて２番目、４番目、８番目の３画素分の信号電荷が混合されることとなる。なお、図４〜図８から分かるように、固体撮像素子１のカラーフィルタ配列が、水平方向２画素周期、垂直方向２画素周期であるので、水平転送部４内で混合される３画素分の信号電荷は同色である。このように、同色画素の信号電荷を混合することにより、さらにフレームレートを上げることができると共に、感度の劣化を抑制することができる。
【００３６】
次に、図９に示すように、水平転送部４へ水平転送パルスを印加することにより、水平転送部４内で信号電荷を水平方向へ１列分転送する。
【００３７】
以降、図６〜図９と同様の動作を、垂直転送部３へ読み出した信号電荷が全て水平転送部４へ転送されるまで繰り返すことにより、１画面の画像出力が完了する。
【００３８】
以上の動作を繰り返し行うことにより、動画像を出力することができる。
【００３９】
なお、２／９間引きモードの場合も、上記と同様の動作により、同一ゲート群から読み出された同色の２画素を、水平転送部４内で混合することができる。
【００４０】
なお、図４〜図９に示した動作を実現するためのタイミングチャートを、図１０〜図１２に示す。図１０に示すＨＤは水平同期信号、ＶＤは垂直同期信号であり、φＶ１〜Ｖ６は、垂直転送部３のゲートＶ１〜Ｖ６のそれぞれに供給される信号である。また、図１１において、Ｈ１，Ｈ２は、水平転送部４のゲートに供給される信号である。
【００４１】
図１２に示すように、垂直転送部３のうちシフトゲートＶ３ＡおよびＶ５Ａにそれぞれ高電圧（約１５Ｖ）の読み出しパルスＰ1，Ｐ2をそれぞれ印加することにより、前述したように、１ゲート群に属する９画素のうちの３画素の信号電荷が、光電変換素子２から垂直転送部３へ読み出される。
【００４２】
また、２／９間引きモードの場合は、図１３に示すように、垂直転送部３のうちシフトゲートＶ３Ａのみに高電圧（約１５Ｖ）の読み出しパルスＰ1を印加することにより、前述したように、１ゲート群に属する９画素のうちの２画素の信号電荷が、光電変換素子２から垂直転送部３へ読み出される。
【００４３】
さらに、１／９間引きモードの場合は、図１４に示すように、垂直転送部３のうちシフトゲートＶ３のみに高電圧（約１５Ｖ）の読み出しパルスＰ3を印加することにより、前述したように、１ゲート群に属する９画素のうちの１画素の信号電荷が、光電変換素子２から垂直転送部３へ読み出される。
【００４４】
なお、図４〜図９は、同一ゲート群から読み出した３画素分の信号電荷を、水平転送部４内で混合する例を示したが、ゲート構造によっては、垂直転送部３内で画素混合を行うことも可能である。例えば、図２に示した構成において、１つのゲート群３１のうちユニット３１ａおよびユニット３１ｂのいずれか一方におけるシフトゲートＶ３Ａを、Ｖ３Ａとは分離させてＶ３Ｂとすれば良い。そして、図５に示したように読み出し対象の画素を全て同時に読み出すのではなく、光電変換素子２からの信号電荷の読み出しと、垂直転送とを交互に行う。すなわち、１ゲート群における一画素から信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を垂直転送し、残りの読み出し対象の画素と同じ段まで転送された時点で、残りの画素からの信号電荷の読み出しを行い、この垂直転送と読み出しとを繰り返すことにより、垂直転送部３内で画素混合を行うことができる。
【００４５】
以上のとおり、本実施形態にかかる固体撮像装置によれば、垂直方向の画素数を３／９、２／９または１／９に間引くことにより、高いフレームレートの動画像を出力することが可能となる。さらに、同一ゲート群から読み出した複数の同色画素の信号電荷を、水平転送部内または垂直転送部内で混合することにより、画素を間引いても感度の高い画像を得ることができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、１ユニットの画素数を３、１ゲート群のユニット数を３とした例について主に説明したが、本発明のゲート構造はこの具体例にのみ限定されるものではない。また、本実施形態では、ベイヤ配列のカラーフィルタを備えた構成を例示したが、カラーフィルタを有しない固体撮像装置にも本発明を適用できる。
【００４７】
（第２の実施形態）
本実施形態にかかる固体撮像装置は、水平方向についても画素混合を行うことにより、より高いフレームレートを実現し得る構成である。
【００４８】
このため、図１５に示すように、本実施形態にかかる固体撮像装置における固体撮像素子１１は、垂直転送部３の有効画素領域と水平転送部４との間に、垂直最終転送段６を備えた構成である。垂直最終転送段６は、垂直転送部３の有効画素領域と同様に、Ｖ１〜Ｖ６の６相のゲートから構成されている。ただし、垂直最終転送段６のゲートには、光電変換素子２は接続されていない。
【００４９】
垂直最終転送段６は、ｋ（ｋは２以上の整数）列単位の繰り返し構造を有する。図１５に示す例では、ｋ＝３である。固体撮像素子１１は、前記ｋ列のうち、一つの列以外の垂直最終転送段あるいは全ての列の垂直最終転送段に、当該垂直最終転送段から前記水平転送部への転送動作を当該ｋ列における他の列とは独立して制御するために、前記他の列とは独立した転送電極が設けられている。図１５に示す例では、垂直最終転送段６において、水平転送部４の出力側（電荷検出部５に近い側）から順に第１列、第２列、第３列とすると、第２列および第３列の垂直最終転送段は、同じ列の有効画素領域の垂直転送ゲート並びに他の列の垂直最終転送段のいずれとも別個に独立して転送を行えるように、それぞれ構成されている。
【００５０】
つまり、垂直最終転送段６の第１列は、水平転送部４に近い側から順に、Ｖ６，Ｖ５，Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１のゲートから構成されているのに対して、第２列は、Ｖ６，Ｖ５Ｒ，Ｖ４，Ｖ３Ｒ，Ｖ２，Ｖ１から構成され、第３列は、Ｖ６，Ｖ５Ｌ，Ｖ４，Ｖ３Ｌ，Ｖ２，Ｖ１から構成されている。なお、Ｖ３Ｒ，Ｖ３Ｌ，Ｖ５Ｒ，Ｖ５Ｌのいずれも、Ｖ３，Ｖ３Ａ，Ｖ５，Ｖ５Ａとは分離された配線である。
【００５１】
このような構成により、固体撮像素子１１は、例えば、第１列および第３列の垂直最終転送段に信号電荷を保持したままで、第２列の垂直最終転送段の信号電荷のみを水平転送部４へ転送することができる。また、第１列および第２列の垂直最終転送段に信号電荷を保持したままで、第３列の垂直最終転送段の信号電荷のみを水平転送部４へ転送することができる。
【００５２】
ここで、このような構造を有する固体撮像素子１１の動作について、図１６〜図２３を参照しながら説明する。
【００５３】
まず、図１６に示すように光電変換素子２に信号電荷が蓄積された状態から、シフトゲートＶ３ＡおよびＶ５Ａに読み出しパルスを印加することにより、図１７に示すように、１つのゲート群に属する９つの画素のうち、水平転送部４側から数えて２番目、４番目、８番目の３画素分の信号電荷を、光電変換素子２から垂直転送部３へ読み出す。
【００５４】
次に、垂直転送部３へ垂直転送パルスを印加して、読み出した信号電荷を、水平転送部４へ向けて一段ずつ転送する。ここで、図１８に示すように、垂直最終転送段６に到達した信号電荷のうち、第１列の信号電荷のみが水平転送部４へ送られ、第２列および第３列の信号電荷は、垂直最終転送段６に留まることとなる。
【００５５】
次に、図１９に示すように、水平転送部４へ水平転送パルスを印加することにより、水平転送部４内で信号電荷を水平方向へ２列分転送する。
【００５６】
次に、図２０に示すように、垂直最終転送段６における第２列の信号電荷のみを、水平転送部４へ転送する。
【００５７】
さらに、図２１に示すように、水平転送部４へ水平転送パルスを印加することにより、水平転送部４内で信号電荷を水平方向へ２列分転送する。
【００５８】
次に、図２２に示すように、垂直最終転送段６における第３列の信号電荷のみを、水平転送部４へ転送する。
【００５９】
以上の図１８〜図２２と同様の動作を繰り返すことにより、垂直方向３画素、水平方向３画素の合計９画素分の信号電荷を混合することができる。これにより、フレームレートをさらに向上させることができる。また、本実施形態で説明した具体例によれば、図２２等から分かるように、緑の混合画素と青の混合画素が等間隔になるので、モワレや偽信号が生じないという効果もある。
【００６０】
なお、図１６〜図２２の動作を実現するための、タイミングチャートを、図２３および図２４に示す。なお、図２４において、ＨＬは、水平ＣＣＤの最終ゲートに供給される信号を表す。
【００６１】
なお、ここでは、水平方向に３列分の画素を混合するための構成およびタイミングチャートを示したが、水平方向において混合する画素数は３に限定されない。水平方向の混合は、３画素以上の奇数画素を対象として適用することが可能であり、５画素以上の混合を実現するための構成および駆動方法については、当業者であれば本実施形態の説明から理解できるであろう。
【００６２】
また、本発明は、図１５に示したようなフィルタ配列の固体撮像素子に限定されるものではなく、他の配列にも適用可能である。さらに、カラーフィルタを用いないモノクロ画像の固体撮像素子にも適用できる。
【００６３】
第１の実施形態または第２の実施形態にかかる固体撮像装置をディジタルカメラに適用すれば、固体撮像素子から高速にデータが出力されるので、高速動作が可能であり、かつ、画質に優れたディジタルカメラを実現できる。また、上述の実施形態で説明した間引きモードによる高速動作と通常の全画素読み出し動作とを切り替えて使用できるようにすれば、動画（高速動作）モードと静止画（全画素読み出し動作）モードを兼ね備えたディジタルカメラを実現できる。
【００６４】
なお、このようなディジタルカメラは、固体撮像素子にカラーフィルタが設けられた構成であっても良いし、固体撮像素子にはカラーフィルタを設けず、ダイクロイックミラーを用いて分光することによりカラー映像を得る、いわゆる三板式カメラであっても良い。前述したように、固体撮像素子にカラーフィルタが設けられている場合は、同色フィルタの画素同士を水平方向において混合することが好ましく、三板式カメラの場合は、互いに隣接する複数画素を混合することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、少なくとも垂直方向の画素数を削減することにより、高フレームレートで動画像を出力できる固体撮像装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像素子の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の動作モードを説明する概念図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置において垂直転送部へ供給される信号のタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置において水平転送部へ供給される信号のタイミングチャートである。
【図１２】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置において３／９間引きモードの場合に垂直転送部へ供給される信号の一部を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置において２／９間引きモードの場合に垂直転送部へ供給される信号の一部を示すタイミングチャートである。
【図１４】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置において１／９間引きモードの場合に垂直転送部へ供給される信号の一部を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像素子の構成を示す説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置による画像出力動作の一手順を示す説明図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置において垂直転送部へ供給される信号のタイミングチャートである。
【図２４】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置において水平転送部へ供給される信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１，１１    固体撮像素子
２    光電変換部
３    垂直転送部
４    水平転送部
５    電荷検出部
６    垂直最終転送段
２０  前処理ＬＳＩ
３０  ディジタル信号処理ＬＳＩ
４０  タイミングジェネレータＬＳＩ
５０  クロックドライバＬＳＩ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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