(57)【要約】【課題】受光部面積を拡大してダイナミックレンジを拡大したときでも、撮像素子の小型化を維持することができる固体撮像装置および方法を提供。【解決手段】入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、蓄積電荷を受光部から垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含むデジタルスチルカメラ10において、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、駆動信号生成部10Cは、転送ゲート電圧を転送ゲートに印加する。転送ゲート電圧は、蓄積電荷を複数回に分けて、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なものであり、垂直転送路は、蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、転送動作を行なう。【選択図】図１
2007295073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、該受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、該蓄積電荷を該受光部から該垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含む固体撮像装置において、該装置は、
前記受光部から前記垂直転送路に前記蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を前記転送ゲートに印加する印加手段を含み、
該転送ゲート電圧は、前記蓄積電荷を複数回に分けて、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なものであり、
前記垂直転送路は、蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、転送動作を行なうことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、該受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、該蓄積電荷を該受光部から該垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含む固体撮像装置において、該装置は、
前記受光部から前記垂直転送路に前記蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を前記転送ゲートに印加する印加手段を含み、
前記転送ゲートは、前記受光部ごとに複数設けられ、
該印加手段は、前記複数の転送ゲートに前記転送ゲート電圧を印加し、
前記垂直転送路は、印加後に転送動作を行ない、
前記一群の蓄積電荷を、前記複数の転送ゲートを介して読み出すことにより、複数群の電荷に分離して、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像装置において、前記印加手段は、前記複数の転送ゲートに前記転送ゲート電圧を、印加するタイミングおよび電圧の大きさのうち少なくとも一方を異ならせて印加することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の固体撮像装置において、前記垂直転送路は、前記受光部ごとに複数設けられ、１つの該受光部に含まれる異なる前記転送ゲートは、異なる該垂直転送路に接続しており、
前記一群の蓄積電荷を、前記複数の転送ゲートおよび複数の垂直転送路を介して、複数群の電荷に分離して、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の固体撮像装置において、該装置は、前記垂直転送路を転送された電荷を受け取り、さらに転送する水平転送路を含み、該水平転送路において、前記同一の受光部から読み出された電荷は混合されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
複数の受光部により、入射光を光電変換して電荷を得て、該電荷を蓄積し、該蓄積電荷を該受光部から垂直転送路に、転送ゲートを介して転送し、該受光部から読み出された蓄積電荷を垂直転送路上を転送する撮像方法において、該方法は、
前記受光部から前記垂直転送路に前記蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を前記転送ゲートに印加し、該転送ゲート電圧は、該蓄積電荷を複数回に分けて、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なものである工程と、
蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、前記垂直転送路上で転送動作を行なう工程とを含むことを特徴とする撮像方法。
【請求項７】
複数の受光部により、入射光を光電変換して電荷を得て、該電荷を蓄積し、該蓄積電荷を該受光部から垂直転送路に、転送ゲートを介して転送し、該受光部から読み出された蓄積電荷を垂直転送路上を転送する撮像方法において、該方法は、
前記受光部から前記垂直転送路に前記蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を、前記受光部ごとに複数設けられた前記転送ゲートに印加する工程と、
印加後に前記垂直転送路上で転送動作を行なう工程とを含み、
前記一群の蓄積電荷を、前記複数の転送ゲートを介して読み出すことにより、複数群の電荷に分離して、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷結合素子(CCD)等を用いた固体撮像装置および方法に係り、とくに、ダイナミックレンジの広い固体撮像装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置を用いて被写体を撮像する場合、撮像画像中の高輝度部分が白飛びしたり低輝度部分が黒つぶれしないことが望ましい。すなわち、低輝度から高輝度にわたる撮像を可能にするため、固体撮像装置において広いダイナミックレンジを実現する必要がある。そこで、固体撮像装置のダイナミックレンジを拡大する方法が従来から種々提案されている。
【０００３】
しかし、受光部面積の拡大による感度や飽和電荷量の増大（ダイナミックレンジの拡大）は、垂直転送路の幅も広げる必要が生じ、装置の小型化と逆行することとなる。一方で、装置の小型化を維持するために、画素の微細化による画素数増大という要求があり、受光部面積を逆に小さくする必要がある。これにより、信号電荷量は小さくなり、高感度化（ダイナミックレンジの拡大）と逆行するという問題がある。このように、固体撮像装置、とくに、当該装置に含まれる固体撮像素子の高感度/多画素/小型化の両立は困難である。
【０００４】
これを解決する１つの方法として、例えば、特許文献１に記載された従来技術では、電荷転送路の幅を拡大せずに、取り扱い可能な飽和電荷容量を増大させ、ダイナミックレンジを拡大できる固体撮像装置を開示する。すなわち、各受光部に、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する第１信号電荷蓄積部と、第１信号電荷蓄積部の蓄積電荷が第１信号電荷蓄積部の飽和電荷量を超えたとき飽和電荷量を超えた過剰電荷の一部を捕獲し蓄積する第２信号電荷蓄積部とを設ける。この構成により、１画素（受光部）における飽和電荷量を、電荷転送路の幅を増大させずに、増大させる。
【特許文献１】特開２００４−３３５８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来技術は、各受光部に、第１信号電荷蓄積部と、第１信号電荷蓄積部より感度の低い第２信号電荷蓄積部とを設けており、受光部面積を拡大することなく、したがって、電荷転送路の幅を拡大せずに、ダイナミックレンジを拡大している。しかし、第１信号電荷蓄積部において光電変換によって得られた電荷の一部を、利用することなく廃棄している。
【０００６】
本発明は、受光部面積を拡大してダイナミックレンジを拡大したときでも、撮像素子の小型化を維持することができる、すなわち、高感度/多画素/小型化の両立が可能な固体撮像装置および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】
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、蓄積電荷を受光部から垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含む固体撮像装置において、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を転送ゲートに印加する印加手段を含み、転送ゲート電圧は、蓄積電荷を複数回に分けて、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なものであり、垂直転送路は、蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、転送動作を行なうことを特徴とする。
【０００８】
これによれば、受光部の拡大に伴い、垂直転送路を細くしても、電荷転送が可能な固体撮像装置が提供できる。受光部を拡大できるため、開口率が高まり、感度、飽和出力を向上できる。
【０００９】
また、本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、蓄積電荷を受光部から垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含む固体撮像装置において、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を転送ゲートに印加する印加手段を含み、転送ゲートは、受光部ごとに複数設けられ、印加手段は、複数の転送ゲートに転送ゲート電圧を印加し、垂直転送路は、印加後に転送動作を行ない、一群の蓄積電荷を、複数の転送ゲートを介して読み出すことにより、複数群の電荷に分離して、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする。この場合も、受光部の拡大に伴い、垂直転送路を細くしても、電荷転送が可能な固体撮像装置が提供できる。
【００１０】
この際に、印加手段は、複数の転送ゲートに転送ゲート電圧を、印加するタイミングおよび電圧の大きさのうち少なくとも一方を異ならせて印加することができる。
【００１１】
なお、垂直転送路は、受光部ごとに１つ以上設けることができ、受光部ごとに複数設けたときは、１つの受光部に含まれる異なる転送ゲートは、異なる垂直転送路に接続し、一群の蓄積電荷を、複数の転送ゲートおよび複数の垂直転送路を介して、複数群の電荷に分離して、受光部から複数の垂直転送路に読み出すことができる。
【００１２】
さらに、垂直転送路を転送された電荷を受け取り、さらに転送する水平転送路を含み、水平転送路において、同一の受光部から読み出された電荷を混合することとしてもよい。
【００１３】
また、本発明の撮像方法は上述の課題を解決するために、複数の受光部により、入射光を光電変換して電荷を得て、電荷を蓄積し、蓄積電荷を受光部から垂直転送路に、転送ゲートを介して転送し、受光部から読み出された蓄積電荷を垂直転送路上を転送し、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を転送ゲートに印加し、転送ゲート電圧は、蓄積電荷を複数回に分けて、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なものである工程と、蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、垂直転送路上で転送動作を行なう工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の方法は、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を、受光部ごとに複数設けられた前記転送ゲートに印加する工程と、印加後に垂直転送路上で転送動作を行なう工程とを含み、一群の蓄積電荷を、複数の転送ゲートを介して読み出すことにより、複数群の電荷に分離して、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、受光部面積を拡大してダイナミックレンジを拡大するとともに、撮像素子の小型化を維持することができる、すなわち、高感度/多画素/小型化の両立を図った固体撮像装置および方法を提供できる。また、受光部面積を従来技術と同じ大きさとした場合は、垂直転送路の幅を、従来技術のものよりも狭くすることができるため、ダイナミックレンジが従来技術と同等である場合は、撮像素子が、従来技術の撮像素子よりも小さくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置および撮像方法の実施例を詳細に説明する。本実施例は、デジタルスチルカメラに本発明を適用したものであり、図１は、デジタルスチルカメラのブロック図である。図１を参照すると、本発明によるデジタルスチルカメラ10の実施例は、撮像系10A、前処理部(AFE) 10F、信号処理系10B、駆動信号生成部10Cおよびシステム制御部12が備えられている。なお、以下の説明では、本発明に直接関係のない部分の説明は省略する。
【００１７】
撮像系10Aには、撮像レンズ102、CCD型撮像素子104が備えられている。撮像レンズ102は、被写界からの入射光を撮像素子104の受光面上に焦点を結ぶように集光する光学系である。撮像素子104では、入射光を光電変換する受光素子20a、20bが受光面を形成しており、図２に示すように受光素子20a、20bは行方向および列方向に２次元配列されている。撮像素子104は、後述する駆動信号生成部10Cから出力される駆動信号に応動して、電荷の蓄積および読出しを行う。
【００１８】
撮像素子104には、受光素子20a、20bごとに読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路22と、蓄積電荷を受光素子20a、20bから垂直転送路22に転送するための転送ゲート（トランスファゲート）24a、24bとがある。転送ゲート24a、24bは、受光素子20a、20bと、受光素子20a、20bに隣接配設された垂直転送路22の転送素子、すなわち垂直転送素子V1〜V8のうち、垂直転送素子V1、V5との間に形成されている。
【００１９】
垂直転送路22は、電荷結合素子（CCD）で構成されている。転送ゲート24a、24bの電極は、垂直転送素子V1、V5の電極と電気的に接続されており、これらの電極を介して、転送ゲート24a、24bへの印加電圧が供給される。すなわち、垂直転送素子V1、V5に印加される電圧と、転送ゲート24a、24bに印加される電圧は同一である。以下では、垂直転送素子V1〜V8と垂直転送素子V1〜V8の電極、および転送ゲート24a、24bと転送ゲート24a、24bの電極とを、同一の参照符号で呼ぶ。すなわち、電極V1〜V8、電極24a、24bと呼ぶ。
【００２０】
転送ゲート24a、24bは、電極V1、V5を介して電極24a、24bに供給されるフィールドシフトパルスにより、信号電荷を受光素子20a、20bから垂直転送路22に転送する。垂直転送路22は、読み出した信号電荷を列方向、すなわち垂直方向26に順次転送する。垂直転送により、信号電荷のラインシフトが行われ、最終的に行方向の転送素子、すなわち水平転送路28に供給される。水平転送路28は、駆動信号に応動して、この信号電荷を、AFE 10Fを介して信号処理系10Bに出力する。
【００２１】
本実施例では、インタレースで全画素を読み出す。たとえば、第１フィールドでは、垂直転送素子V1に接続された受光素子20aから読み出し、第２フィールドでは、垂直転送素子V5に接続された受光素子20bから読み出す。次に、第１フィールドについて読出しの詳細を説明する。なお、第２フィールドでも、同様に読出しが行われる。
【００２２】
蓄積された信号電荷を第１フィールドにおいて、各受光素子20aから読み出す場合、図3(a)のタイミングチャートに示す信号が、信号発生部120で生成される。すなわち、信号発生部120では、転送素子V1〜V8に供給する垂直駆動信号V1〜V8および転送ゲート24aに供給する転送ゲート電圧TG1が生成される。転送ゲート電圧TG1は、転送素子V1を介して転送ゲート24aに供給される。図3(a)においては、転送ゲート電圧TG1と、垂直駆動信号V1とを別々に示すが、実際には、転送ゲート電圧TG1と、垂直駆動信号V1とを加算したものが転送ゲート24aに供給される。
【００２３】
なお、第２フィールドの場合は、転送ゲート電圧TG1は、転送素子V5を介して転送ゲート24bに供給される。この際に、転送ゲート電圧TG1と、垂直駆動信号V5とを加算したものが転送ゲート24bに供給される。
【００２４】
転送ゲート電圧TG1は、第１フィールド期間中の最初の時刻t1と時刻t5にハイになり、その後は、１フィールド期間中、ロウである。転送ゲート電圧TG1と、垂直駆動信号V1とを加算した実際の信号を図４に示す。時刻t1に印加される転送ゲート電圧TG1の最大値30は、時刻t5に印加される転送ゲート電圧TG1の最大値32より低い。２回目に、より高い電圧を印加することにより、１回目の読出しで受光素子20aに残された電荷があったとしても、２回目に読み出すことができる。電圧値34は、垂直駆動信号V1の電圧を示す。
【００２５】
垂直駆動信号V1〜V8は、８相駆動のための信号であり、ハイとロウとを交互に繰り返しながら、１フィールド期間中、各転送素子V1〜V8に供給される。垂直駆動信号V1〜V8は全体としてみると、時刻t8が経過すると、同じものが繰り返される。このような転送ゲート電圧TG1および垂直駆動信号V1〜V8を印加することにより、信号電荷は以下のように読み出される。
【００２６】
第１フィールドでは、時刻t1、t5に、転送ゲート24aがオンになり、転送素子V1に対応する位置の受光素子20aだけから信号電荷を２回に分けて読み出す。すなわち１フィールド期間中に２回のフィールドシフトを行ない、次の垂直同期信号が供給されるまでフィールドシフトが行われない。転送素子V1〜V8には、垂直駆動信号V1〜V8がそれぞれ供給され、この供給により、垂直転送路22にシフトされた信号電荷が水平転送路28に向かって転送されていく。
【００２７】
第２フィールドでは、転送素子V5に対応する位置の受光素子20bだけから信号電荷を読み出すように、転送ゲート24bのみをオンにする。転送素子V1〜V8には、垂直駆動信号V1〜V8がそれぞれ供給される。転送ゲート電圧TG1が第１フィールドでは転送素子V1に印加され、第２フィールドでは転送素子V5に印加される点を除けば、転送ゲート電圧TG1および垂直駆動信号V1〜V8は、第１フィールドおよび第２フィールドにおいて同じである。
【００２８】
転送素子には、８個おきに同一の駆動電圧が印加される。すなわち、図２において、８個おきの転送素子は共通接続される。垂直駆動信号V1〜V8が印加されたときに、信号電荷が垂直転送素子V1〜V8により、どのように運ばれるかを、図3(b)に示す。図3(b)は、第１フィールドにおいて、時刻t1、t5でフィールドシフトが行われたとき、およびその直後の垂直転送素子V1〜V8の状態を示す。ハッチングされた部分が、信号電荷がある場所であり、この部分は、信号電荷が保持されるポテンシャルが形成される場所である。図3(b)は、各時刻t1、t2、t3、...、t8における垂直転送素子V1〜V8のポテンシャルを、図２に示す垂直転送路22の１列分について示す。
【００２９】
第１フィールドにおいては垂直転送路22の垂直転送素子V1にのみフィールドシフトパルスが印加される。時刻t1における垂直転送素子V1のポテンシャルは、転送ゲート電圧TG1が印加されることにより生成されるものであり、転送ゲート電圧TG1分の加算があるため、図3(a)に示す垂直駆動信号V1〜V8が印加されたときよりも深いポテンシャルが形成される。垂直転送路22にシフトされた信号電荷が水平転送路28に向かって転送されていくことが、図3(b)よりわかる。
【００３０】
時刻t1に受光素子20aから垂直転送素子V1に読み出された信号電荷は、垂直転送されて、時刻t1に最下段の垂直転送素子V1に達する。続く時刻t2に、ラインシフトを施されて、水平転送路(HCCD)28に転送される。時刻t5に受光素子20aから垂直転送素子V1に読み出された信号電荷は、垂直転送されて、時刻t5に最下段の垂直転送素子V1に達する。続く時刻t6に、ラインシフトを施されて、水平転送路28に転送されて、すでに水平転送路28にある受光素子20aの信号と混合される。その後、時刻t8に、水平転送路28に２相の水平駆動信号を印加して、高速で水平転送路28上を順次転送させて、図１のAFE 10Fに出力する。
【００３１】
この出力により、水平転送路28が空になった後、続く時刻t2に、ラインシフトが施されて、水平転送路28に、水平転送が終了した受光素子20aよりもさらに上に位置する受光素子20aから信号電荷が転送されてくる。このような動作を、第１、第２フィールドについて繰り返し、撮像部104から全画素の信号電荷を所定の時間内に読み出して、図１のAFE 10Fに出力する。
【００３２】
AFE 10Fには、CDS部108、A/D変換部112が備えられている。CDS部108は、タイミング信号等を発生させる信号発生部120からのクロック信号120aを用いて、供給される信号に対して相関二重サンプリング（CDS）処理を施して雑音の低減を図り、この信号をA/D変換部112に出力する。A/D変換部112は、クロック信号120aを用いて、CDS部108から供給されるアナログ信号をサンプリングし、量子化することによってデジタル信号に変換する。変換したデジタル信号は信号処理系10Bに供給される。
【００３３】
信号処理系10Bには、信号処理部114およびメモリ116が備えられている。信号処理部114は、得られた信号に、ノイズ低減処理、オフセット補正、白バランス（WB）補正等を行った後、得られた静止画データをメモリ116に取り込む。
【００３４】
タイミング信号等を発生させる駆動信号生成部10Cは、信号発生部(TG)120およびドライバ部(駆動部)122を含む。信号発生部120は、たとえば、原発振のクロックを基にクロック信号120aを生成して信号処理部114に供給する。信号発生部120は、CDS部108、A/D変換部112にもクロック信号120aを供給する。
【００３５】
信号発生部120は、原発振のクロックから各種のタイミング信号を生成している。生成されるタイミング信号には、撮像素子104で得られた信号電荷の読出しに用いるタイミング信号、たとえば、垂直転送路の駆動タイミングを供給する垂直タイミング信号、水平転送路の駆動タイミングを供給する水平タイミング信号、フィールドシフトやラインシフトを行わせるタイミング信号等がある。また、このように各種の信号を前述した各部に出力するとともに、信号発生部120は、垂直タイミング信号、水平タイミング信号等をドライバ部122に供給する。ドライバ部122は、供給されるタイミング信号にしたがって、既述の８相の垂直駆動信号V1〜V8および２相の水平駆動信号等を生成し、信号線122aから出力する。図１においては、簡略化のために信号線122aは１本のみを表示するが、実際には８本の垂直駆動信号線および２本の水平駆動信号線その他の信号線等からなる。
【００３６】
垂直駆動信号V1〜V8には、既述のように、受光素子20a、20bから垂直転送路に蓄積電荷を読み出すための、転送ゲートに印加される転送ゲート電圧を含み、転送ゲート電圧は、蓄積電荷を複数回に分けて、受光素子20a、20bから垂直転送路に読み出すことが可能なものである。駆動信号生成部10Cは、垂直駆動信号線により転送ゲート電圧を転送ゲートに印加し、垂直転送路に転送動作を行なわせて、蓄積電荷を複数回に分けて、受光素子20a、20bから22垂直転送路に読み出すことを可能にする。
【００３７】
システム制御部12は、カメラ全体の動作を制御するコントローラである。システム制御部12には、中央演算装置（CPU）が含まれている。システム制御部12は、図示しないレリーズシャッタからの入力信号により撮影の開始を検知する。システム制御部12は、検知された情報に基づいて、駆動信号生成部10Cの動作を制御する。
【００３８】
このように構成したデジタルスチルカメラ10の動作について説明する。デジタルスチルカメラ10は、通常、全画素読出しを行える撮像素子104を有するカメラであり、静止画撮影の指定がレリーズシャッタから供給された場合、受光素子の各々では、受光した光を光電変換することによって信号電荷が蓄積される。
【００３９】
蓄積された信号電荷を各受光素子20a、20bから読み出す場合、信号発生部120では垂直同期信号が生成される。また、信号発生部120では、垂直同期信号に同期させて垂直転送路22の転送素子に供給する垂直駆動信号および転送ゲート24a、24bに供給する転送ゲート電圧が生成される。転送ゲート電圧は、転送素子を介して転送ゲート24a、24bに供給される。転送ゲート電圧は、垂直同期信号に同期して信号電荷を読み出すように生成されている。
【００４０】
垂直駆動信号が供給され、この供給により、垂直転送路22にシフトされた信号電荷が水平転送路28に向かって転送されていく。垂直転送された信号電荷にラインシフトを施して、水平転送路28に転送した後、水平転送路28を順次転送させて、撮像素子104から全画素の信号電荷を所定の時間内に読み出している。
【００４１】
このように本実施例によれば、１つの受光素子に蓄積された電荷を２回に分けて垂直転送路を転送するため、１つの受光素子に蓄積された電荷を、１回で垂直転送路上を転送する従来技術の場合と比べて、垂直転送路の幅を狭くすることができる。したがって、感度を高くするために受光素子を大きくしても、撮像素子全体としてのサイズを大きくすることがない。なお、本実施例では、２回に分けて電荷を読み出しているが、本発明はこれに限られるものではなく、３回以上に分けて読み出して、転送することも可能である。
【００４２】
次に、別の実施例を図５により説明する。図２の実施例では、受光素子20a、20bごとに１つの転送ゲート24a、24bが設けられていた。本実施例では、受光素子20a、20bごとに２つの転送ゲート36a、36b、38a、38bを設ける。転送ゲート36a、36b、38a、38bは、それぞれ、垂直転送素子V8、V1、V4、V5に接続されている。受光素子20aの蓄積電荷は、転送ゲート36a、36bを介して、受光素子20bの蓄積電荷は、転送ゲート38a、38bを介して、それぞれ垂直転送路22に読み出される。本実施例でも、インタレースで全画素を読み出す。第１フィールドでは、受光素子20aの蓄積電荷が、第２フィールドでは、受光素子20bの蓄積電荷が読み出される。
【００４３】
第１フィールドでは、最初に、転送ゲート36aを介して、受光素子20aの蓄積電荷が垂直転送路22の転送素子V1に読み出されて、垂直転送路22を転送された後、転送ゲート36bを介して、受光素子20aの残りの蓄積電荷が垂直転送路22の転送素子V8に読み出されて、垂直転送路22を転送される。転送ゲート36aに印加される転送ゲート電圧TG1よりも高い転送ゲート電圧TG8が転送ゲート36bに印加される。第２フィールドでも同様にして、受光素子20bの蓄積電荷が垂直転送路22の転送素子V5、V4に読み出される。
【００４４】
本実施例における転送ゲート電圧TG1、TG8を図6(a)に示す。図6(a)には、垂直駆動信号V1〜V8もあわせて示す。図6(a)は、上述の図3(a)に対応するものであり、垂直駆動信号V1〜V8は、両方の実施例において同じである。転送ゲート電圧TG1は、第１フィールドの最初の時刻t1においてのみハイであり、転送ゲート電圧TG8は、最初の時刻t4においてのみハイである。転送ゲート電圧TG1、TG8と、垂直駆動信号V1、V8とを加算した実際の信号を図７に示す。図7(a)は、時刻t1に印加される実際の転送ゲート電圧TG1を示し、その最大値30は、時刻t4に印加される転送ゲート電圧TG8の最大値32より低い。図7(b)は、時刻t4に印加される実際の転送ゲート電圧TG8を示す。２回目に、より高い電圧を印加することにより、１回目の読出しで残された電荷があったとしても、２回目に読み出すことができる。
【００４５】
図6(b)は、第１フィールドにおいて、時刻t1、t4でフィールドシフトが行われたとき、およびその直後の垂直転送の様子を示す。図6(b)は、各時刻t1、t2、t3、...、t8における垂直転送素子V1〜V8のポテンシャルを、垂直転送路22の１列分について示す。本実施例においても、既述の実施例と同様に、水平転送路において、信号電荷の混合を行っている。
【００４６】
このように本実施例によれば、１つの受光素子に２つの転送ゲートを設けて、蓄積された電荷を、２つの転送ゲートを用いて２回に分けて垂直転送路を転送する。このため、１つの受光素子に蓄積された電荷を、１回で垂直転送路上を転送する従来技術の場合と比べて、垂直転送路の幅を狭くすることができる。したがって、感度を高くするために受光素子を大きくしても、撮像素子全体としてのサイズを大きくすることがない。
【００４７】
次に、本発明の第３の実施例を説明する。図８は、本実施例における撮像部の構成を示す。各受光素子20a、20bの両側に転送ゲート40a、40b、42a、42bおよび垂直転送路44a、44bを設ける。各受光素子20a、20bに蓄積された電荷は、その両側にある転送ゲート40a、40b、42a、42bを介して、２回に分けて垂直転送路44a、44bに読み出されて転送される。本実施例でも、インタレースで全画素を読み出す。第１フィールドでは、受光素子20aの蓄積電荷が、第２フィールドでは、受光素子20bの蓄積電荷が読み出される。
【００４８】
第１フィールドでは、最初に、転送ゲート40a、40bを介して、受光素子20aの蓄積電荷が垂直転送路44a、44bの転送素子V1a、V1bに読み出されて、垂直転送路44a、44bを転送された後、転送ゲート40a、40bを介して、受光素子20aの残りの蓄積電荷が垂直転送路44a、44bの転送素子V1a、V1bに読み出されて、垂直転送路44a、44bを転送される。第２フィールドでも同様にして、受光素子20bの蓄積電荷が垂直転送路44a、44bの転送素子V5a、V5bに読み出される。
【００４９】
本実施例において用いられる転送ゲート電圧および垂直駆動信号V1〜V8は、図3(a)に示すものと同一である。すなわち、転送素子V1a、V1bに印加される転送ゲート電圧TG1は、第１フィールド期間中の最初の時刻t1と時刻t5にハイになり、その後は、１フィールド期間中、ロウである。また、垂直転送路44a、44bを信号電荷が転送されていく様子は、図3(b)に示すものと同一である。
【００５０】
垂直転送路44a、44bを転送されてきた電荷が、水平転送路46に転送される部分を図９に示す。垂直転送路44a、44bは、結合部48を介して水平転送路本体50と連結している。１つの受光素子に蓄積されて垂直転送路44a、44bにより別々に転送されてきた電荷は、結合部48により１つにまとめられて、水平転送路本体50に送られて混合される。
【００５１】
このように本実施例によれば、１つの受光素子に２つの転送ゲートを設け、これに対応させて２つの垂直転送路を設けて、蓄積された電荷を、２つの転送ゲートと２つの垂直転送路を用いて、２回に分けて垂直転送路を転送する。本実施例では、第１、第２の実施例と比べて、１つの垂直転送路の幅をさらに狭くすることができる。たとえば、１／２とすることができる。このため、１つの受光素子の両側に垂直転送路を設けているが、２つの垂直転送路の幅を加算したものが、第１、第２の実施例の１つの垂直転送路の幅に等しくなる。
【００５２】
したがって、本実施例によっても、１つの受光素子に蓄積された電荷を、１回で垂直転送路上を転送する従来技術の場合と比べて、垂直転送路の幅を狭くすることができる。したがって、感度を高くするために受光素子を大きくしても、撮像素子全体としてのサイズを大きくすることがない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施例に係る固体撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した際の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】受光素子、転送ゲート、および垂直転送路の配置を簡略化して示す模式図である。
【図３】第１の実施例における転送ゲート電圧、垂直駆動信号、および垂直転送路を転送される電荷の関係を示すタイミングチャートである。
【図４】転送ゲート電圧の波形を示す波形図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る受光素子、転送ゲート、および垂直転送路の配置を簡略化して示す模式図である。
【図６】第２の実施例における転送ゲート電圧、垂直駆動信号、および垂直転送路を転送される電荷の関係を示すタイミングチャートである。
【図７】第２の実施例における転送ゲート電圧の波形を示す波形図である。
【図８】本発明の第３の実施例における撮像部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施例における水平転送路と垂直転送路との結合部を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
10  デジタルスチルカメラ
12  システム制御部
10A  撮像系
10B  信号処理系
10C  駆動信号生成部
104  撮像部
20a、20b  受光素子
24a、24b、36a、36b、40a、40b、42a、42b  転送ゲート
22、44a、44b  垂直転送路
28、46  水平転送路
V1〜V8、V1a〜V8a、V1b〜V8b  転送素子
【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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