(57)【要約】【課題】  省電力の多線読み出し方式の撮像素子及びその駆動方法を提供する。【解決手段】  ＣＣＤイメージセンサ１０は、水平方向及び垂直方向に所定ピッチで配置された多数の受光部１１を備えている。また、受光部１１の列間には、各受光部列の各々に対応するＶＣＣＤ１２が設けられており、受光部１１に蓄積された信号電荷を列毎に垂直方向に転送する。さらに、ＶＣＣＤ１２の下流側には、第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂが水平方向で互いに平行に設けられており、これらのＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂ間には、水平転送路ゲート１６が設けられている。これらのＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂには、ＶＣＣＤ１２の列数と略同数の水平転送レジスタを備えており、ＨＣＣＤが１本の場合に供給される水平駆動信号の周波数に対して、約１／２の周波数の水平駆動信号が水平転送電極に供給されて駆動し、ＶＣＣＤ１２から転送された信号電荷を水平方向に転送する。【選択図】        図１
2007013338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向及び垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた電荷を発生する多数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を列毎に垂直方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送された前記信号電荷を水平方向に転送する水平転送路とを備えた撮像素子において、
前記水平転送路は、前記水平方向で互いに平行に複数個配置され、前記複数の水平転送路の個数をＮとして、前記各水平転送路は、前記水平転送路が１個の場合に供給される水平駆動信号の基準周波数に対して約１／Ｎの周波数で駆動されることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記各水平転送路は、前記垂直転送路の列数と略同数の水平転送レジスタを備え、これらの水平転送レジスタに対して１つおきに共通の前記水平駆動信号が供給され、２相の水平駆動信号で駆動されることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
前記水平転送路間で前記信号電荷を移動させる水平転送路間ゲートが、前記水平転送路間に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の撮像素子。
【請求項４】
前記複数の水平転送路の各々に対して、アンプが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の撮像素子。
【請求項５】
前記各水平転送路からの前記信号電荷を１つに合成して出力する合成出力手段を備え、この合成出力手段は前記基準周波数で駆動され、前記合成出力手段に対して１個のアンプが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の撮像素子。
【請求項６】
信号のノイズを除去する相関二重サンプリング回路が、前記アンプの各々に設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の撮像素子。
【請求項７】
前記各相関二重サンプリング回路からの出力信号をマルチプレクサでスイッチングすることによって、１つに合成して出力することを特徴とする請求項６記載の撮像素子。
【請求項８】
前記相関二重サンプリング回路の各々に対して、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が設けられていることを特徴とする請求項６記載の撮像素子。
【請求項９】
前記各Ａ／Ｄ変換器からの出力信号をマルチプレクサでスイッチングすることによって、１つに合成して出力することを特徴とする請求項８記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記垂直転送路は、垂直ＣＣＤであり、前記水平転送路は、水平ＣＣＤであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか記載の撮像素子。
【請求項１１】
水平方向及び垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた電荷を発生する多数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を列毎に垂直方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送された前記信号電荷を水平方向に転送する水平転送路とを備えた撮像素子の駆動方法において、
前記水平転送路は、前記水平方向で互いに平行に複数個配置され、前記複数の水平転送路の個数をＮとして、前記水平転送路が１個の場合に供給される水平駆動信号の周波数に対して約１／Ｎの周波数で、前記各水平転送路を駆動することを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項１２】
前記垂直転送路は、垂直ＣＣＤであり、前記水平転送路は、水平ＣＣＤであることを特徴とする請求項１１記載の撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平方向及び垂直方向に所定ピッチで多数の光電変換部が配置され、この光電変換部で発生した電荷を垂直方向及び水平方向に転送して信号を出力する撮像素子、及びこの撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の撮像素子が、デジタルカメラ等に用いられている。このようなＣＣＤイメージセンサは、入射光に応じた電荷を発生する多数の光電変換部であるフォトダイオードと、このフォトダイオードに発生した信号電荷を列毎に垂直方向に転送する垂直転送路と、この垂直転送路から転送された信号電荷を水平方向に転送する垂直転送路とを備えている。
【０００３】
また、このようなＣＣＤイメージセンサとして、水平転送路を多数設けて、読み出し速度を向上させた多線読み出し方式のＣＣＤイメージセンサが知られている。さらに、複数の水平転送路と、これらの水平転送路から出力された信号電荷を多重化して出力する共通出力回路とを備えたＣＣＤイメージセンサも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２３３８８３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、従来の多線読み出し方式のＣＣＤイメージセンサや、上記特許文献１記載のＣＣＤイメージセンサでは、読み出し速度を向上させることは可能であるが、消費電力を低減することができない。このため、多線読み出し方式で消費電力を低減することが可能なものが望まれていた。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、多線読み出し方式で消費電力を低減することが可能な撮像素子、及び撮像素子の駆動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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の撮像素子は、水平方向及び垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた電荷を発生する多数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を列毎に垂直方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送された前記信号電荷を水平方向に転送する水平転送路とを備えた撮像素子であり、前記水平転送路は、前記水平方向で互いに平行に複数個配置され、前記複数の水平転送路の個数をＮとして、前記各水平転送路は、前記水平転送路が１個の場合に供給される水平駆動信号の基準周波数に対して１／Ｎの周波数で駆動されることを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記各水平転送路は、前記垂直転送路の列数と同数の水平転送電極を備え、これらの水平転送電極に対して１つおきに共通の前記水平駆動信号が供給され、２相の水平駆動信号で駆動されることが好ましい。
【０００８】
さらに、前記水平転送路間で前記信号電荷を移動させる水平転送路間ゲートが、前記水平転送路間に設けられていることが好ましい。また、前記複数の水平転送路の各々に対して、アンプが設けられていることが好ましい。
【０００９】
さらに、前記各水平転送路からの前記信号電荷を１つに合成して出力する合成出力手段を備え、この合成出力手段は前記基準周波数で駆動され、前記合成出力手段に対して１個のアンプが設けられていることが好ましい。
【００１０】
また、信号のノイズを除去する相関二重サンプリング回路が、前記アンプの各々に設けられていることが好ましい。さらに、前記各相関二重サンプリング回路からの出力信号をマルチプレクサでスイッチングすることによって、１つに合成して出力することが好ましい。
【００１１】
また、前記相関二重サンプリング回路の各々に対して、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が設けられていることが好ましい。さらに、前記各Ａ／Ｄ変換器からの出力信号をマルチプレクサでスイッチングすることによって、１つに合成して出力することが好ましい。
【００１２】
さらに、前記垂直転送路は、垂直ＣＣＤであり、前記水平転送路は、水平ＣＣＤであることが好ましい。
【００１３】
本発明の撮像素子の駆動方法は、水平方向及び垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた電荷を発生する多数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を列毎に垂直方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送された前記信号電荷を水平方向に転送する水平転送路とを備えた撮像素子の駆動方法であり、前記水平転送路は、前記水平方向で互いに平行に複数個配置され、前記複数の水平転送路の個数をＮとして、前記水平転送路が１個の場合に供給される水平駆動信号の周波数に対して１／Ｎの周波数で、前記各水平転送路を駆動することを特徴とするものであり、前記垂直転送路は、垂直ＣＣＤであり、前記水平転送路は、水平ＣＣＤであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の撮像素子によれば、水平方向で互いに平行に配置された複数の水平転送路を備え、この個数をＮとして、各水平転送路は、水平転送路が１個の場合に供給される水平駆動信号の基準周波数に対して１／Ｎの周波数で駆動される。このため、水平駆動信号の周波数を低くすることによって、消費電力を低減させることができる。
【００１５】
各水平転送路からの信号電荷を１つに合成して出力する合成出力手段を備えており、この合成出力手段に対して１個のアンプを設けたので、各水平転送路に対して個別にアンプを設ける場合と比べて、部品点数を削減して製造コストを低くし、消費電力も低減することができる。また、二重サンプリング回路とＡ／Ｄ変換器も１組だけ設ければ良いので、デジタルカメラ等を製造する時に、部品点数を削減して製造コストを低くし、消費電力も低減することができる。
【００１６】
通常の撮像素子のアンプは、バッファを兼用しており、外部の回路を駆動できるように、かなりの電流を常時流しておく必要がある。しかし、相関二重サンプリング回路を内蔵させることによって、駆動負荷が激減して、わずかな電流を流せば良いため、撮像素子の消費電力を低減させることができる。
【００１７】
相関二重サンプリング回路からの出力信号をマルチプレクサでスイッチすることによって、１つに合成して出力するので、Ａ／Ｄ変換器を１個だけ設ければ良い。このため、デジタルカメラ等を製造する時に、部品点数を削減して製造コストを低くし、消費電力も低減することができる。
【００１８】
相関二重サンプリング回路の各々に対して、Ａ／Ｄ変換器を設けたので、デジタル信号に変換した後に外部に出力される。このため、アナログ信号のまま出力する場合と比べて、ノイズの発生を防止することができる。また、各Ａ／Ｄ変換器からの出力信号を１つに合成するマルチプレクサを設けることによって、デジタル信号を１つにまとめて出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
最初に、第１の実施形態であるＣＣＤイメージセンサ１０について説明する。図１に示すＣＣＤイメージセンサ１０は、インターライン転送型ＣＣＤである。このＣＣＤイメージセンサ１０は、各々入射光に応じた電荷を発生する光電変換部である受光部１１が、水平方向及び垂直方向に所定ピッチでマトリクス状に多数配列されて構成されている。この受光部１１は、フォトダイオードであり、このフォトダイオード上には、カラーフィルタや、マイクロレンズが積層されている。また、ＲＧＢは、カラーフィルタ（ベイヤー配列）の対応色を表しており、「Ｒ」は赤、「Ｇ」は緑、「Ｂ」は青を各々示している。
【００２０】
また、ＣＣＤイメージセンサ１０には、各受光部列の各々に対応する垂直転送路１２が各受光部列間に設けられている。垂直転送路１２は、垂直ＣＣＤであり、以下ＶＣＣＤと称する。このＶＣＣＤ１２は、半導体基板上に絶縁膜を介して、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８が配列されており、これらの垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８が、７つおきに繰り返し配置されている。また、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７は、受光部１１の各々に対応して設けられており、さらに、これらに対応して、トラスファーゲート１３（転送ゲート）が設けられている。このため、各垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７に所定レベルの電圧が印加されることにより、受光部１１で発生された信号電荷が、トランスファーゲート１３によって、その受光部１１に対応する各垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７の下の半導体層に転送される。
【００２１】
また、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に対して、ＶＣＣＤ１２による電荷転送方向（垂直方向）に沿って７つおきに共通の垂直駆動信号が供給されるように、垂直駆動信号用配線１４が設けられている。つまり、ＶＣＣＤ１２は、８相の垂直駆動信号φＶ１〜φＶ８によって駆動され、各垂直駆動信号φＶ１〜Ｖ８は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８の対応する各電極に供給される。
【００２２】
また、ＣＣＤイメージセンサ１０には、各ＶＣＣＤ１２の電荷転送方向最下流に、各垂直転送路１１から転送された信号電荷を水平方向に転送する第１及び第２水平転送路１５Ａ，１５Ｂが設けられている。第１及び第２水平転送路１５Ａ，１５Ｂは、水平ＣＣＤであり、以下ＨＣＣＤと称する。第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂは、互いに平行に配置されており、ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂ間には、水平転送路間ゲート（以下、単にゲートと称する）１６が設けられている。つまり、第１ＨＣＣＤ１５Ａは、通常（ＨＣＣＤが１本の場合に）配置される場所に設けられており、さらに、ゲート１６を介して、第２ＨＣＣＤ１５Ｂが、第１ＨＣＣＤ１５Ａと平行に設けられている。このように、１本のＨＣＣＤを２つに分割して、第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂを設けることにより、各ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂの段数（水平転送レジスタの数）は、通常（ＨＣＣＤが１個の場合）の略１／２となり、水平駆動信号の周波数ｆも約１／２となる。以下に、これらの第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂについて説明する。
【００２３】
第１ＨＣＣＤ１５Ａは、ＶＣＣＤ１２の列数と略同数の水平転送レジスタを備えて構成されており、この水平転送レジスタは、半導体基板上に絶縁膜を介して水平転送電極が配置されて構成されている。つまり、第１ＨＣＣＤ１５Ａは、半導体基板上に絶縁膜を介して、水平転送電極Ｈ１Ａと水平転送電極Ｈ２Ａとが交互に配置されて構成されており、この第１ＨＣＣＤ１５Ａは、ＶＣＣＤ１２の最下流側と接続されている。
【００２４】
また、第２ＨＣＣＤ１５Ｂは、第１ＨＣＣＤ１５Ａと同様に、ＶＣＣＤ１２の列数と略同数の水平転送レジスタを備えて構成されており、半導体基板上に絶縁膜を介して、水平転送電極Ｈ２Ｂと水平転送電極Ｈ１Ｂとが交互に配置されて構成されている。また、水平転送電極Ｈ２Ｂは、水平転送電極Ｈ１Ａと対応する位置、水平転送電極Ｈ１Ｂは、水平転送電極Ｈ２Ａと対応する位置にそれぞれ配置されている。また、これらのＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂは、ゲート１６を介して接続されている。このゲート１６は、ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂの電極数に応じて分割されており、それぞれに電極（図示せず）が設けられている。
【００２５】
さらに、これらのＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂには、１つおきに共通の水平駆動信号が供給されるように、水平駆動信号用配線１７が設けられている。つまり、第１ＨＣＣＤ１５Ａは、２相の水平駆動信号φＨ１Ａ、φＨ２で駆動され、水平駆動信号φＨ１Ａは、水平転送電極Ｈ１Ａに供給され、水平駆動信号φＨ２は、水平転送電極Ｈ２Ａに供給される。
【００２６】
また、第２ＨＣＣＤ１５Ｂは、２相の水平駆動信号φＨ１Ｂ、φＨ２で駆動され、水平駆動信号φＨ１Ｂは、水平転送電極Ｈ１Ｂに供給され、水平駆動信号φＨ２は、水平転送電極Ｈ２Ｂに供給される。また、ゲート１６にも、同様に、駆動信号が供給されるように、信号用配線（図示せず）が設けられている。
【００２７】
第１ＨＣＣＤ１５Ａには、水平転送方向最下流にアンプ（以下、ＡＭＰと称する）１８Ａが接続されており、同様に、第２ＨＣＣＤ１５Ｂには、水平転送方向最下流にＡＭＰ１８Ｂが接続されている。ＡＭＰ１８Ａ，１８Ｂは、各ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂから出力される１行分の信号電荷を信号電圧に変換して、ＣＣＤイメージセンサ１０の外部に撮像信号として出力する。
【００２８】
次に、ＣＣＤイメージセンサ１０を搭載したデジタルカメラ２０の構成について説明する。図２に示すように、デジタルカメラ２０は、カメラ全体を制御する制御手段であるシステムコントローラ２１を備えている。このシステムコントローラ２１の内部には、制御プログラムや各種制御用のデータ等が記憶されたメモリが設けられており、これらのプログラムやデータに基づいて各部を制御する。
【００２９】
また、撮影レンズ２２の背後には、前述のＣＣＤイメージセンサ１０が配置されている。このＣＣＤイメージセンサ１０には、ＣＣＤドライバ２３が接続されている。このＣＣＤドライバ２３は、タイミングジェネレータ２４から入力されるクロックパルスに応じて、前述の垂直駆動信号φＶ１〜φＶ８、及び水平駆動信号φＨ１Ａ，φＨ１Ｂ，φＨ２をＣＣＤイメージセンサ１０に入力して、ＣＣＤイメージセンサ１０を駆動する。また、タイミングジェネレータ２４は、システムコントローラ２１に接続されており、システムコントローラ２１は、このタイミングジェネレータ２４を制御して、クロックパルスを発生させることによってＣＣＤイメージセンサ１０の駆動を制御する。
【００３０】
また、前述したように、ＣＣＤイメージセンサ１０内には、２つのＡＭＰ１８Ａ，１８Ｂが設けられており、ＡＭＰ１８Ａには、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）２５Ａが接続されており、同様に、ＡＭＰ１８Ｂには、ＣＤＳ２５Ｂが接続されている。
【００３１】
ＣＤＳ２５Ａ，２５Ｂは、ＡＭＰ１８Ａ，１８Ｂの各々から出力された撮像信号に対して、ノイズの除去を行う。また、ＣＤＳ２５Ａには、Ａ／Ｄ変換器２６Ａが接続されており、同様に、ＣＤＳ２５Ｂには、Ａ／Ｄ変換器２６Ｂが接続されている。これらのＡ／Ｄ変換器２６Ａ，２６Ｂによって、撮像信号がアナログ信号からデジタル信号に変換されて、画像入力コントローラ２７に画像データとして出力される。
【００３２】
画像入力コントローラ２７は、データバス２８を介してシステムコントローラ２１に接続されている。さらに、画像入力コントローラ２７には、データバス２８を介してバッファメモリ２９、及びビデオメモリ３０が接続されている。システムコントローラ２１は、画像入力コントローラ２７を制御して、画像データをバッファメモリ２９及びビデオメモリ３０に記憶させる。
【００３３】
バッファメモリ２９は、撮像された高解像度の画像データが一時的に記憶される。システムコントローラ２１には、データバス２８を介して画像信号処理回路３１が接続されている。画像信号処理回路３１は、撮像された高解像度の画像データがバッファメモリ２９に記憶されている間に、画像データに対して、階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正等の各種画像処理、及びＹＣ変換処理を施す。
【００３４】
ビデオメモリ３０には、ＬＣＤパネル３２に画像を表示させる際に、解像度の低い画像データが一時的に記憶され、画像信号処理回路３１によって簡易な画像処理と簡易なＹＣ変換処理が施される。このビデオメモリ３０に記憶された画像データは、データバス２８を介してＬＣＤドライバ３３に送信される。ＬＣＤドライバ３３は、ＬＣＤパネル３２に画像を表示できるように、画像データに対して信号処理を施して、画像をＬＣＤパネル３２に表示させる。
【００３５】
また、システムコントローラ２１には、データバス２８を介して、圧縮伸張処理回路３４、及びメディアコントローラ３５が接続されている。圧縮伸張処理回路３４は、バッファメモリ２９に記憶された画像データに対してＪＰＥＧ方式等の圧縮形式により圧縮処理を施す。システムコントローラ２１は、メディアコントローラ３５を制御して、圧縮処理された画像データをメモリカード３６に記憶させる。また、圧縮伸張処理回路３４は、メモリカード３６に記憶された画像データを再生する際に、圧縮された画像データに対して伸張処理を行う。
【００３６】
次に、ＣＣＤイメージセンサ１０の動作について説明する。撮影レンズ２２によって、ＣＣＤイメージセンサ１０の受光部１１側表面に被写体像が結像されると、各受光部１１では光電変換が行われて、光の強さと時間に応じて信号電荷が蓄積される。これによって電荷像ができる。
【００３７】
各受光部１１に蓄積された信号電荷は、各トランスファーゲート１６に接続された垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７に所定レベルの電圧が印加され、全てのトランスファーゲート１６がオンされることにより、各受光部１１に対応するトランスファーゲート１６を介して、対応する各垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７の下の半導体層に一斉に転送される。信号電荷が読み出されると、各受光部１１は再びバイアスされた状態となり、信号電荷の蓄積が可能となる。
【００３８】
ＶＣＣＤ１２に転送された信号電荷は、各垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加された垂直駆動信号φＶ１〜φＶ８に同期して、第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂ側に順次転送される。以下に、各ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂに信号電荷を転送する方法について説明する。
【００３９】
最初に、第１ＨＣＣＤ１５Ｂに信号電荷を転送する方法について説明する。図３（Ａ）に示すように、ＶＣＣＤ１２の信号電荷が、垂直転送方向最下流の垂直転送電極Ｖ８（０Ｖ）の下の半導体層に蓄積されている時に、２つのＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂ及びゲート１６には電圧（信号）は印加されていない。その後、垂直転送電極Ｖ８には、Ｌ（−電圧）が印加され、さらに、水平電極Ｈ２Ａには、Ｈ（＋電圧）が印加されて、図３（Ｂ）に示すように、水平転送電極Ｈ２Ａの下の半導体層に形成されたポテンシャル井戸に信号電荷が移動する。
【００４０】
その後、ＨＣＣＤ１５Ａの水平転送電極Ｈ２Ａには、Ｌ（−電圧）、ゲート１６の電極には、Ｈ（＋電圧）、さらに、水平転送電極１５Ｂの水平転送電極Ｈ１Ｂには、Ｈ（＋電圧）がそれぞれ印加されて、図３（Ｃ）に示すように、ゲート１６の電極及び水平転送電極Ｈ１Ｂの下の半導体層にポテンシャル井戸が形成されて、信号電荷が移動される。
【００４１】
さらに、ゲート１６の電極には、Ｌ（−電圧）が印加されて、図３（Ｄ）に示すように、水平転送電極Ｈ１Ｂの下の半導体層に、信号電荷が移動される。
【００４２】
次に、垂直転送電極Ｖ８からＨＣＣＤ１５Ａへ信号電荷を転送する方法について説明する。図４（Ａ）に示すように、信号電荷がＶＣＣＤ１２の垂直転送電極Ｖ８（＝０Ｖ）の下の半導体層に蓄積されている時に、ＨＣＣＤ１５Ａ及びゲート１６には電圧が印加されていない。その後、垂直転送電極Ｖ８には、Ｌ（−電圧）が印加され、水平転送電極Ｈ１Ａには、Ｈ（＋電圧）が印加される。これにより、図４（Ｂ）に示すように、水平転送電極Ｈ１Ａの下に、信号電荷が移動される。
【００４３】
上記の転送方法によって、ＶＣＣＤ１２から第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂへ信号電荷が転送される。以下に、この信号電荷の転送状態について図５を用いて説明する。
【００４４】
各垂直転送電極Ｖ８の下に信号電荷が蓄積された状態（図５（Ａ）に示す状態）から、最初に、偶数列のＶＣＣＤ１２からＨＣＣＤ１５Ａの水平転送電極Ｈ２Ａの下に、信号電荷が移動される（図５（Ｂ）に示す状態）。その後、これらの信号電荷が、ゲート１６及び水平転送電極Ｈ１Ｂの下に移動される（図５（Ｃ）に示す状態）。
【００４５】
さらに、これらの信号電荷のうちゲート１６に蓄積されている信号電荷が、水平転送電極Ｈ１Ｂの下に移動されて、全ての信号電荷が各水平転送電極Ｈ１Ｂの下に蓄積される（図６（Ａ）に示す状態）。
【００４６】
その後、奇数列の垂直転送電極Ｖ８の下に蓄積された信号電荷が、ＨＣＣＤ１５Ａの水平転送電極Ｈ１Ａに移動されて、図６（Ｂ）に示す状態となる。この時、ＨＣＣＤ１５Ａには、各水平転送電極Ｈ１Ａの下に信号電荷が蓄積され、ＨＣＣＤ１５Ｂには、各水平転送電極Ｈ１Ｂの下に信号電荷が蓄積された状態となる。
【００４７】
このように、信号電荷が、各水平転送電極Ｈ１Ａ及び各水平転送電極Ｈ１Ｂの下に蓄積されているので、水平転送電極Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂと、水平転送電極Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂとに２相のパルス（水平駆動信号）を印加すれば、順次信号電荷が転送されていく。この時、水平駆動信号の周波数ｆは、通常（ＨＣＣＤが１個の場合）の１／２である。また、ＨＣＣＤ１５Ａと、ＨＣＣＤ１５Ｂとでは、位相が１８０度ずれている。
【００４８】
前述したように、ＨＣＣＤを２分割して、第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂを設けたので、ＨＣＣＤの転送速度が半分となり、転送条件が緩和される。このため、消費電力が低減される。
【００４９】
また、ＣＣＤはコンデンサであるので、消費電力Ｐは下記式１に示すように、静電容量Ｃと、周波数ｆと、電圧Ｖの２乗との積に比例する。なお、ＨＣＣＤを２本設けることによって、静電容量Ｃは、（約１／２）×２≒１であり、略同じか若干増加する程度である。また、周波数ｆは約１／２となるため、電圧Ｖも低減が見込まれる。このため、最終段のＡＭＰが２個必要となるが、周波数ｆが約１／２であるため、２倍の消費電力までは必要としない。このため、ＨＣＣＤを２本で構成して、約１／２の周波数で駆動することによって、消費電力を低減することができる。
Ｐ∝ＣｆＶ2  ・・・・・（式１）
但し、  Ｐ：消費電力（Ｗ）  Ｃ：静電容量（Ｆ）
ｆ：周波数（Ｈｚ）  Ｖ：電圧（Ｖ）
【００５０】
上記第１の実施形態のＣＣＤイメージセンサ１０は、２つのＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂに対して各々個別に設けられたＡＭＰ１８Ａ，１８Ｂから信号電圧が並列に出力される。このため、図２に示すように、ＣＤＳやＡ／Ｄ変換器を２組ずつ設ける必要がある。
【００５１】
第２の実施形態では、この点を改善するために、第１の実施形態のＣＣＤイメージセンサ１０に改良を加えたものである。図７に示すＣＣＤイメージセンサ４０は、２つのＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂに対して、これらからの信号を１つにまとめて出力する合成出力手段である第３ＨＣＣＤ４１と、この第３ＨＣＣＤ４１からの信号電荷を信号電圧に変換するＡＭＰ４２とを備えている。第３ＨＣＣＤ４１は、半導体基板上に絶縁膜を介して、水平転送電極Ｈ１Ｘ，Ｈ２Ｘが配置されて構成されている。なお、その他の構成は、ＣＣＤイメージセンサ１０と同様であり、同一部品には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５２】
第３ＨＣＣＤ４１は、図８に示すように、ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂに供給される水平駆動信号に比べて、２倍の周波数の水平駆動信号が電極Ｈ１Ｘ，Ｈ２Ｘに印加されて駆動する。これによって、ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂから出力された信号電荷が、第３ＨＣＣＤ４１によって、１つの信号電荷に合成されて出力される。その後、この信号電荷がＡＭＰ４２によって信号電圧に変換されて出力される。
【００５３】
この場合、第３ＨＣＣＤ４１は、前述のように、第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂに比べて２倍の周波数で駆動されるが、第３ＨＣＣＤ４１は、第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂに比べて静電容量が小さいため、消費電力は小さい。また、ＣＣＤイメージセンサ１０では、２つのＡＭＰ１８Ａ，１８Ｂが必要であるが、このＣＣＤイメージセンサ４０では、１つのＡＭＰ４２を設ければ良いのでスペース的に有利であり、部品点数を減らすことにより、製造コストを低くできるというメリットもある。
【００５４】
なお、この場合、ＣＤＳやＡ／Ｄ変換器を内蔵させて、ＡＭＰ４２から出力された信号電圧に対して、ノイズの除去や、デジタル信号への変換を施してから出力させても良い。
【００５５】
次に、第３の実施形態について説明する。図９に示すＣＣＤイメージセンサ５０は、ＣＣＤイメージセンサ１０に２つのＣＤＳ５１Ａ，５１Ｂを追加した構成であり、ＡＭＰ１８Ａには、ＣＤＳ５１Ａが接続され、ＡＭＰ１８Ｂには、ＣＤＳ５１Ｂが接続されている。その他の構成は、ＣＣＤイメージセンサ１０と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【００５６】
この場合、第１及び第２ＨＣＣＤ１５Ａ，１５Ｂの各々から出力された信号電荷が、それぞれのＡＭＰ１８Ａ，１８Ｂにて信号電圧に変換された後、各ＣＤＳ５１Ａ，５１Ｂによってノイズが除去されて外部に出力される。
【００５７】
このように、ＡＭＰアンプ１８Ａ，１８Ｂによって信号電圧を出力するのではなく、ＣＤＳまでを２系統内蔵する。通常のＣＣＤイメージセンサのＡＭＰ（Ａ級アンプ）は、バッファを兼用しており、外部の回路を駆動できるように、かなりの電流を常時流しておく必要がある。しかし、前述のように２つのＣＤＳ５１Ａ，５１Ｂを内蔵させることによって、駆動負荷が激減して、わずかな電流を流せば良いため、ＣＣＤイメージセンサ５０の消費電力を低減させることができる。
【００５８】
また、第１ＨＣＣＤ１５Ａと、第２ＨＣＣＤ１５Ｂとでは、出力位相が１８０度異なるため、２つの相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）５１Ａ，５１Ｂで、逆位相の同一のパルスを入れ替えて使用できるというメリットもある。また、クランプパルスオブプリチャージ（ＣＰＰ）とクランプパルスオブデータ（ＣＰＤ）とを入れ替えて使用しても良いし、位相をずらしても良い。
【００５９】
次に、第４の実施形態について説明する。図１０に示すＣＣＤイメージセンサ６０は、ＣＣＤイメージセンサ５０に対して、２つのＣＤＳ５１Ａ，５１Ｂから出力された信号電圧を合成するマルチプレクサ６１を追加したものです。このマルチプレクサ６１は、アナログスイッチ６１ａを備えたＬＳＩタイプのものであり、各ＣＤＳ５１Ａ，５１Ｂから入力された２つの信号電圧を１つにまとめて出力する。
【００６０】
このように、２つのＡＭＰ１８Ａ，１８Ｂから出力された信号電圧が、各ＣＤＳ５１Ａ，５１Ｂによってノイズ除去が施された後、図１１に示すように、マルチプレクサ６１によって１つの信号電圧にまとめられて出力される。このため、デジタルカメラ２０のように、２つのＡ／Ｄ変換器２６Ａ，２６Ｂを接続する必要がなく、Ａ／Ｄ変換器を１個だけも設ければ良い。このため、部品点数が削減され、製造コスト、及び消費電力を低減することができる。
【００６１】
なお、このマルチプレクサ６１として、アナログスイッチ６１ａの代わりにリレーを使ったタイプものを使用しても良いが、アナログスイッチ６１ａを用いたタイプに比べてスイッチング速度が遅く、コストが高く、スペースをとる等の問題があり、アナログスイッチ６１ａを有するタイプを用いることが好ましい。
【００６２】
第５の実施形態について説明する。図１２に示すＣＣＤイメージセンサ７０は、第３の実施形態のＣＣＤイメージセンサ５０に対して、Ａ／Ｄ変換器７１Ａ，７１Ｂを追加したものである。このため、ＡＭＰ１８Ａ，１８Ｂの各々から出力された信号電圧は、各ＣＤＳ５１Ａ，５１Ｂによってノイズが除去された後、さらに、各Ａ／Ｄ変換器７１Ａ，７１Ｂによってデジタル信号に変換されて外部に出力される。なお、Ａ／Ｄ変換器７１Ａ，７１Ｂからの出力信号は、パラレル信号でもシリアル信号でも良いが、シリアル信号を出力する場合は、変調器を内蔵させれば良い。
【００６３】
次に、第６の実施形態について説明する。図１３に示すＣＣＤイメージセンサ８０は、第５の実施形態であるＣＣＤイメージセンサ７０に対して、マルチプレクサ８１を追加したものであり、このマルチプレクサ８１は、マルチプレクサ６１と同様のものを用いる。なお、その他の構成はＣＣＤイメージセンサ７０と同様の構成であり、詳しい説明を省略する。
【００６４】
この場合、各Ａ／Ｄ変換器７１Ａ，７１Ｂから出力されたデジタル信号が、マルチプレクサ８１によって１つの信号にまとめられて、外部に出力される。この場合、パラレル信号が出力されるので複雑になるが、シリアル信号を出力するＡ／Ｄ変換器を用いた場合は、２つの出力信号間を単純にスイッチング、あるいはサンプルホールドするだけでも良い。
【００６５】
なお、上記実施形態において、ＨＣＣＤを２個設ける場合を例に説明したが、これに限るものではなく、ＨＣＣＤを３個以上設けて、これらを平行に配置しても良い。
【００６６】
また、上記実施形態において、本発明の撮像素子をインターライン転送型ＣＣＤに適用した場合を例に説明したが、これに限るものではなく、フレーム転送型ＣＣＤに本発明を適用しても良い。
【００６７】
さらに、上記実施形態において、正方形のフォトダイオードが格子状に配置されたＣＣＤイメージセンサに適用した場合を例に説明したが、これに限るものではなく、八角形のフォトダイオードを互い違いに配置(正方格子を４５度回転させて配置)したハニカム構造のＣＣＤイメージセンサに本発明を適用しても良い。
【００６８】
また、上記実施形態において、本発明の撮像素子をデジタルカメラに内蔵させた場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明の撮像素子をデジタルビデオカメラや、カメラ付き携帯電話等に内蔵させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１の実施形態である撮像素子の構成を示す平面図である。
【図２】第１の実施形態である撮像素子を適用したデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】ＶＣＣＤから第２ＨＣＣＤへの信号電荷の転送方法を示す説明図である。
【図４】ＶＣＣＤから第１ＨＣＣＤへの信号電荷の転送方法を示す説明図である。
【図５】第１及び第２ＨＣＣＤへの信号電荷の転送状態を示す説明図である。
【図６】第１及び第２ＨＣＣＤへの信号電荷の転送状態を示す説明図である。
【図７】第２の実施形態であるＣＣＤイメージセンサの構成を示す平面図である。
【図８】水平駆動信号の波形を示す説明図である。
【図９】第３の実施形態であるＣＣＤイメージセンサの構成を示す平面図である。
【図１０】第４の実施形態であるＣＣＤイメージセンサの構成を示す平面図である。
【図１１】ＣＤＳ及びマルチプレクサの出力信号の波形を示す説明図である。
【図１２】第５の実施形態であるＣＣＤイメージセンサの構成を示す平面図である。
【図１３】第６の実施形態であるＣＣＤイメージセンサの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，４０，５０，６０，７０，８０  ＣＣＤイメージセンサ
１１  受光部
１２  ＶＣＣＤ
１３  トラスファーゲート
１５Ａ  第１ＨＣＣＤ
１５Ｂ  第２ＨＣＣＤ
１８Ａ，１８Ｂ，４２  ＡＭＰ
２５Ａ，２５Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ  ＣＤＳ
２６Ａ，２６Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ  Ａ／Ｄ変換器
４１  第３ＨＣＣＤ
６１，８１  マルチプレクサ
【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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