(57)【要約】【課題】垂直最終段が他の垂直転送段の共通電極から独立した電極構造を有する固体撮像素子を用いて、垂直方向での画素信号の混合による画素数の削減を可能とする駆動方法を提供する。【解決手段】読み出し部３に制御信号を与えることによって光電変換部２の信号電荷を垂直転送部４の各垂直転送段４ａに読み出すステップと、垂直最終段４ｆの少なくとも１本の独立電極を水平転送部５に対する障壁電極とし、他の少なくとも１本の独立電極を蓄積電極とするように各電極に制御信号を与えることにより、垂直転送部４の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を垂直最終段４ｆで混合するステップと、垂直最終段４ｆの信号電荷を水平転送部５に転送するステップとを有する。【選択図】  図１
2007150589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元に配列された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部と、前記読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部と、前記複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、前記複数列の垂直転送部のそれぞれを構成する複数の垂直転送段のうちの前記水平転送部に最も近い垂直転送段である垂直最終段の複数の転送電極が、他の垂直転送段の複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極を含む固体撮像素子の駆動方法であって、
（ａ１）前記読み出し部に制御信号を与えることによって前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送部の各垂直転送段に読み出すステップと、
（ａ２）前記垂直最終段の少なくとも２本の独立電極のうち、前記水平転送部に近い側の少なくとも１本を前記水平転送部に対する障壁電極とし、前記水平転送部から遠い側の少なくとも１本を蓄積電極とするように各電極に制御信号を与えることにより、前記垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を前記垂直最終段で混合するステップと、
（ａ３）前記垂直最終段の信号電荷を前記水平転送部に転送するステップと
を有することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
二次元に配列された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部と、前記読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部と、前記複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、前記複数列の垂直転送部のそれぞれを構成する複数の垂直転送段のうちの前記水平転送部に最も近い垂直転送段である垂直最終段が、ｎ（ｎは２以上の整数）列ごとに同じ転送電極構成を有し、かつ、前記ｎ列内において前記垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を列ごとに制御するために、他の列から独立した少なくとも２本の独立電極を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
（ｂ１）前記読み出し部に制御信号を与えることによって前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送部の各垂直転送段に読み出すステップと、
（ｂ２）全ての列の前記垂直最終段の少なくとも２本の独立電極のうち、前記水平転送部に近い側の少なくとも１本を前記水平転送部に対する障壁電極とし、前記水平転送部から遠い側の少なくとも１本を蓄積電極とするように各電極に制御信号を与えることにより、前記垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を前記垂直最終段で混合するステップと、
（ｂ３）各列の前記垂直最終段の信号電荷を選択的に前記水平転送部に転送するステップと
を有することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送部の各垂直転送段に読み出すステップ（ａ１）又は（ｂ１）において、信号電荷を全く読み出さない垂直転送段と信号電荷を読み出す垂直転送段とを選択的に形成する
請求項１又は２記載の固体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、二次元に配列された複数の光電変換部が受けた光を電気信号に変換し、画像信号として出力する固体撮像素子の駆動方法に関し、特に画像信号を高フレームレートで出力できる固体撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各画素が受けた光を電気信号に変換し画像信号として出力する固体撮像素子として、ＣＣＤ（電荷結合素子）を用いたものが知られている。また、この固体撮像素子を利用したディジタルスチルカメラが普及している。近年では固体撮像素子の画素の高密度化が進み、銀塩写真を上回る高解像度を有するディジタルスチルカメラが実現している。図９は従来のディジタルスチルカメラ用の一般的な単板式カラー固体撮像素子の構成図である。この固体撮像素子１０１は、ベイヤー配列のカラーフィルタを有する光電変換部１０２、各光電変換部１０２から信号電荷を読み出す読み出し部１０３、読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために光電変換部１０２の各列に対応するように配置された垂直転送部１０４、垂直転送部１０４から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部１０５、そして水平転送部１０５からの信号電荷を増幅して出力する出力部１０６を備えている。
【０００３】
また、静止画だけでなく動画を記録する機能を搭載したディジタルスチルカメラが多くなってきている。静止画の画素数は例えば４００万画素を超えるものが主流であるが、動画を記録する場合は画素を間引くことによって必要なフレーム周波数（例えば３０フレーム／秒以上）を確保することが一般に行われている。垂直方向の画素を間引く（画素数を減らす）方法として、各列の光電変換部の全部ではなく一部の信号電荷のみ、例えば、隣接する３つの光電変換部のうちの１つの信号電荷を選択して垂直転送部に読み出す方法が一般的である。
【０００４】
垂直方向の画素数を減らす他の方法として、特許文献１に記載された方法がある。この方法では、垂直転送部を構成する複数の垂直転送段のうち、隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を連続して水平転送部に転送する。こうして、隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を水平転送部で混合することにより垂直方向の画素数を削減し、フレーム周波数を更に上げることができる。
【０００５】
また、特許文献２には、水平方向の画素数を削減する（間引く）ことが可能な固体撮像素子が記載されている。この固体撮像素子は、各列の垂直転送部の垂直最終段が（２ｎ＋１）列（例えば３列）ごとに同じ転送電極構成を有し、かつ、（２ｎ＋１）列内において垂直最終段から水平転送部への転送動作を列ごとに制御するために、他の列から独立した少なくとも２本の独立電極を有する。例えばベイヤー配列のように１行において２色の画素が交互に並んでいる場合に、１画素置きの同色画素の信号電荷を選択的に垂直最終段から水平転送部へ転送して混合する動作を（２ｎ＋１）回繰り返すことにより、水平方向の画素数を（２ｎ＋１）分の１に削減することができる。
【特許文献１】特開平９−１８７９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１８０２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、総画素数が多い固体撮像素子で動画を記録する際に、フレーム周波数を低下させないように画素数を削減する。この場合に、水平方向の画素数と垂直方向の画素数を共に削減して水平方向と垂直方向の解像度のバランスをとることが画質劣化を抑えるために望ましい。しかしながら、特許文献２に記載された水平方向の画素数を削減可能な構成に、特許文献１に記載された垂直方向の画素数を削減可能な構成を組み合わせることはできない。つまり、特許文献２に記載された構成のように垂直最終段にある水平方向に１画素置きの同色画素の信号電荷を水平転送部で混合しながら、同時に特許文献１に記載された構成のように複数の垂直転送段の信号電荷を連続して水平転送部に転送する動作を同時に行うことはできない。そこで、特許文献２に記載された構成で水平方向の画素数を削減しながら、同時に垂直方向の画素数を削減する場合は、光電変換部の信号電荷が全く読み出されない空の垂直転送段（空転送段）を部分的に形成して水平転送部に空転送することによって、垂直方向の画素数を削減していた。
【０００７】
しかしながら、この場合の問題として、過剰な光量の光点を撮影したような場合にスミアが生ずると、本来は直線となるスミアのエッジがギザギサになる現象が発生する。特許文献２の構成で例えば水平方向に１画素置きの同色の３画素を混合する場合に、垂直転送段３段分の画素信号がＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｒ１、Ｂ２、Ｒ３（Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ赤、緑、青を表し、数字の１、２及び３は水平転送部に近い方から１、２及び３段目の垂直転送段を表す）の順番で水平転送部に周期的に並ぶ。これらの画素信号は画像表示の際に元の混合重心位置に再配置される。しかし、特許文献２の構成では、水平転送部の電荷信号を水平方向に移動させながら垂直最終段の電荷信号を水平転送部に転送して混合するので、空転送段のスミア電荷が異なる列の垂直転送段の信号電荷に混合される。その結果、元の混合重心位置に再配置された画像において、本来は垂直方向に直線状であるスミアのエッジが垂直方向に３画素ごとにずれてしまい、ギザギザに見える。その結果、再現された画像が見苦しくなる。
【０００８】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、特許文献２に記載されているように垂直最終段が他の垂直転送段の共通電極から独立した電極構造を有する固体撮像素子を用いて垂直方向での画素信号の混合による画素数の削減を可能とすることを目的とする。また、特許文献２に記載されているように垂直最終段が他の垂直転送段の共通電極から独立した電極構造を有する固体撮像素子を用いて、垂直方向での画素数の削減と水平方向での画素数の削減を行った場合に、スミアのエッジがギザギザにならないような駆動方法を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による固体撮像素子の第１の駆動方法は、二次元に配列された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部と、前記読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部と、前記複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、前記複数列の垂直転送部のそれぞれを構成する複数の垂直転送段のうちの前記水平転送部に最も近い垂直転送段である垂直最終段の複数の転送電極が、他の垂直転送段の複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極を含む固体撮像素子の駆動方法であって、（ａ１）前記読み出し部に制御信号を与えることによって前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送部の各垂直転送段に読み出すステップと、（ａ２）前記垂直最終段の少なくとも２本の独立電極のうち、前記水平転送部に近い側の少なくとも１本を前記水平転送部に対する障壁電極とし、前記水平転送部から遠い側の少なくとも１本を蓄積電極とするように各電極に制御信号を与えることにより、前記垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を前記垂直最終段で混合するステップと、（ａ３）前記垂直最終段の信号電荷を前記水平転送部に転送するステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による固体撮像素子の第２の駆動方法は、二次元に配列された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の信号電荷を選択的に読み出す読み出し部と、前記読み出し部で読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記複数の光電変換部の各列に対応するように配置された複数列の垂直転送部と、前記複数列の垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、前記複数列の垂直転送部のそれぞれを構成する複数の垂直転送段のうちの前記水平転送部に最も近い垂直転送段である垂直最終段が、ｎ（ｎは２以上の整数）列ごとに同じ転送電極構成を有し、かつ、前記ｎ列内において前記垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を列ごとに制御するために、他の列から独立した少なくとも２本の独立電極を有する固体撮像素子の駆動方法であって、（ｂ１）前記読み出し部に制御信号を与えることによって前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送部の各垂直転送段に読み出すステップと、（ｂ２）全ての列の前記垂直最終段の少なくとも２本の独立電極のうち、前記水平転送部に近い側の少なくとも１本を前記水平転送部に対する障壁電極とし、前記水平転送部から遠い側の少なくとも１本を蓄積電極とするように各電極に制御信号を与えることにより、前記垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を前記垂直最終段で混合するステップと、（ｂ３）各列の前記垂直最終段の信号電荷を選択的に前記水平転送部に転送するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る固体撮像素子の第１の駆動方法によれば、垂直最終段の内部で障壁電極及び蓄積電極を形成することによって、垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を垂直最終段で混合することができる。その結果、垂直方向の画素数を削減することができる。
【００１２】
また、本発明に係る固体撮像素子の第２の駆動方法によれば、第１の駆動方法と同様にして垂直転送部の各列における隣接する複数の垂直転送段の信号電荷を垂直最終段で混合し、垂直方向の画素数を削減しながら、特許文献２に記載された固体撮像素子のように各列の垂直最終段にある水平方向１画素置きの同色の信号電荷を水平転送部で混合して水平方向の画素数を削減することができる。この構成では、従来技術として説明した空転送段を形成して垂直方向の画素数を削減し、かつ、水平転送部の電荷信号を水平方向に移動させながら垂直最終段の電荷信号を水平転送部に転送して混合する構成と異なり、スミア電荷は同じ列の垂直転送部で混合されるので、水平転送部から順次出力される画素信号を元の混合重心位置に再配置して得られる画像において、スミアのエッジがギザギザになる現象は発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る固体撮像素子の第１又は第２の駆動方法の好ましい実施形態として、前記光電変換部の信号電荷を前記垂直転送部の各垂直転送段に読み出すステップ（ａ１）又は（ｂ１）において、信号電荷を全く読み出さない垂直転送段と信号電荷を読み出す垂直転送段とを選択的に形成する。この構成によれば、垂直方向の画素数を更に削減することが可能になる。この場合も、スミア電荷は同じ列の垂直転送部で混合され、他の列の垂直転送部の信号電荷と混合することはないので、水平転送部から順次出力される画素信号を元の混合重心位置に再配置して得られる画像において、スミアのエッジがギザギザになる現象は発生しない。
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の駆動方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の概略構成を図１に示す。本実施形態の固体撮像素子１は、各画素に対応するように二次元に配列された複数の光電変換部２と、各光電変換部２から信号電荷を読み出す読み出し部３と、読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために光電変換部２の各列に対応するように配置された垂直転送部４と、垂直転送部４から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部５と、水平転送部５からの信号電荷を増幅して出力する出力部６とを備えている。
【００１６】
各垂直転送部４と水平転送部５は、ＣＣＤ（電荷結合素子）で構成されている。光電変換部２として、フォトダイオードが用いられる。各光電変換部２には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のカラーフィルタが所定の配列で備えられ、これによって単板式のカラー固体撮像素子が構成されている。本実施形態のカラーフィルタはベイヤー配列を有し、水平方向のある行ではＧ（Ｇｂ）とＢのカラーフィルタが交互に配置され、その隣接行ではＲとＧ（Ｇｒ）のカラーフィルタが交互に配置されている。したがって、例えば図１において右上の４（２×２）画素に着目すると、左下の画素がＲ、右下及び左上の画素が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。
【００１７】
読み出し部３は光電変換部２と垂直転送部４との間に配置され、光電変換部２から信号電荷を選択的に垂直転送部４へ転送する働きを有する。読み出し部３、垂直転送部４及び水平転送部５の各電極には制御部（図示せず）から所定の制御信号が与えられ、これによって固体撮像素子１の動作が制御される。なお、読み出し部３の制御用電極にも制御部からの制御信号が与えられ、これによって光電変換部２から垂直転送部４への信号電荷の読み出し動作が制御される。読み出し部３の制御用電極は、垂直転送部４の転送用電極と兼用であってもよい。制御部は、固体撮像素子１の外部に備えられて信号線によって固体撮像素子１に接続されている。あるいは、制御部が固体撮像素子１に一体的に備えられていてもよい。
【００１８】
垂直転送部４は複数の垂直転送段４ａからなり、一つの垂直転送段４ａは垂直方向に並んだ光電変換部２の３行分に対応している。このような構成とすることにより、読み出し部３の制御用電極に与える制御電圧によって、例えば３行ごとに１画素置きの同一色の画素を垂直転送部４へ読み出し、後述のようにして垂直最終段で混合することが可能になる。
【００１９】
垂直転送部４の各垂直転送段４ａは、水平転送部５に最も近い垂直転送段である垂直最終段４ｆを除いて同じ電極構成を有する。つまり複数の共通電極を有する。垂直最終段４ｆは、他の垂直転送段４ａの複数の共通電極から独立した少なくとも２本の独立電極を有する。図１に示す例では、垂直最終段４ｆは第１独立電極７と第２独立電極８とを有する。
【００２０】
図２は、第１の実施形態に係る固体撮像素子の電極構成の例を示す図である。この電極構成例では、図１に示した垂直転送部４の垂直最終段４ｆを除く各垂直転送段４ａがＶ１〜Ｖ６の６相の転送電極（共通電極）で構成されている。垂直最終段４ｆは、他の垂直転送段４ａから独立した転送動作が可能となるように、第３相及び第５相の電極（Ｖ３Ｌ及びＶ５Ｌ）が他の垂直転送段の共通電極Ｖ３及びＶ５から独立している。
【００２１】
図３は、図２に示した電極構造を有する垂直転送部及び水平転送部の各転送電極に対して制御部から与えられる制御信号のタイミングチャートである。また、図４は、図３のタイミングチャートに対応する電荷転送模式図である。図３のタイミングチャートにおいて、Ｈ１及びＨ２は水平転送部５を構成する２本の転送電極（に与えられる制御信号）を示し、Ｖ１〜Ｖ６は垂直転送部４を構成する６本の共通電極（に与えられる制御信号）を示している。また、Ｖ３Ｌ及びＶ５Ｌは垂直最終段４ｆの２本の独立電極（に与えられる制御信号）を示している。図４の電荷転送模式図は、図３のタイミングチャートと同じ時間軸のスケールで各電極の電荷蓄積状況を示しており、濃い升目が電荷蓄積モードにあることを示している。
【００２２】
図３のタイミングチャートにおいて、水平ブランキング期間Ｐｈｂで垂直転送部４の電極Ｖ１〜Ｖ６、Ｖ３Ｌ及びＶ５Ｌに与えられる制御信号（駆動パルス）が本発明の駆動方法に関係している。これらの制御信号が高レベルの場合に当該電極は蓄積電極となる。また、制御信号が低レベルの場合に当該電極は障壁電極となる。
【００２３】
図３に示すタイミングチャートに従って、垂直転送部４を駆動することにより、時刻ｔ１のタイミングにおいて、隣接する垂直転送段２行の信号電荷を垂直最終段内で混合できる。このような垂直方向での信号電荷の混合を垂直混合ということにする。本実施形態では、他の垂直転送段の蓄積電極が垂直最終段に順次転送されても、Ｖ３Ｌを垂直混合のための蓄積電極として高レベルに保持し、Ｖ５Ｌを水平転送部５に対する障壁電極として低レベルに保持することにより、垂直最終段の蓄積電荷は水平転送路に転送されず垂直最終段内に留まるため、Ｖ１，Ｖ２が高レベルになる時刻ｔ１のタイミングで同じ列の隣接する垂直転送段の信号を垂直最終段で混合することができる。
【００２４】
ここで、図３に示すように、ｔ３のタイミングでＶ２を高レベルにすることにより蓄積電極の数が１電極のみになることが回避されるので、垂直転送段の信号電荷量の減少が最小限に抑えられる。なお、垂直最終段の独立電極の数を３以上に増やせば、垂直最終段の蓄積電極の数を増やすことが可能なので、それによって垂直転送段の信号電荷量の減少を更に抑えることができる。
【００２５】
また、水平ブランキング期間Ｐｈｂにおいて、図３に示すＰ１期間内のタイミングチャートに従って垂直転送部４を繰り返し駆動することにより、３行以上の垂直転送段の信号電荷を垂直最終段内で混合することも可能である。
【００２６】
また、光電変換部２の信号電荷が全く読み出されない空の垂直転送段（空転送段）を部分的に形成するように、読み出し部３の制御用電極に与える制御信号を制御することにより、空転送段と信号電荷が存在する垂直転送段を垂直最終段で混合することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、垂直最終段に設けた複数の独立電極のうちの１本を水平転送部に対する障壁電極とし、他の１本を垂直混合のための蓄積電極として使用することにより、隣接する垂直転送段複数行の信号電荷又は空転送段を垂直最終段で混合できる。これによって、垂直方向の画素数を容易に削減することができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子の駆動方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
まず、図５に、本発明の第２の実施形態に係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素子１は、図１に示した第１の実施形態に係る固体撮像素子と異なり、垂直転送部４の最終転送段の電極構成が３列ごとに同じ構成となっている。そして、３列単位に構成された垂直転送部４の垂直最終段の各列は、同じ列の他の垂直転送段から独立して、かつ、他の列の垂直最終段から独立して転送を行うことができるように構成されている。すなわち、３列のうち任意の２列の垂直最終段に信号電荷を保持したままで、他の１列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部５へ転送することができる。
【００３０】
図６は、第２の実施形態に係る固体撮像素子の電極構成図である。この電極構成例では、図５に示した垂直転送部４の垂直最終段４ｆを除く各垂直転送段４ａがＶ１〜Ｖ６の６相の転送電極（共通電極）で構成されている。垂直最終段４ｆは、他の垂直転送段４ａから独立した転送動作が可能となるように、かつ、垂直最終段における３列中の他の列から独立した転送動作が可能となるように、第３相及び第５相が、他の垂直転送段４ａの共通電極と異なる独立電極で構成されている。
【００３１】
すなわち、垂直最終段の第１列の第３相及び第５相は、他の垂直転送段４ａからも第２列及び第３列からも独立した独立電極ＶＣ１、ＶＣ２で構成されている。同様に、垂直最終段の第２列の第３相及び第５相は他の垂直転送段４ａからも第１列及び第３列からも独立した独立電極ＶＣ３、ＶＣ４で構成されている。同様に、垂直最終段の第２列の第３相及び第５相は他の垂直転送段４ａからも第１列及び第２列からも独立した独立電極ＶＣ５、ＶＣ６で構成されている。
【００３２】
上記のような固体撮像素子の電極構成は、背景技術の説明で参照した特許文献２に記載された固体撮像素子の電極構成に該当する。すなわち、本実施形態に係る固体撮像素子の駆動方法は、特許文献２に記載された固体撮像素子を用いて、水平方向に画素信号を混合して画素数を低減するだけでなく、同じ列の隣接する垂直転送段の信号を垂直最終段で混合して垂直方向の画素数も低減することを可能にする駆動方法である。
【００３３】
図７は、図６に示した電極構造を有する垂直転送部及び水平転送部の各転送電極に対して制御部から与えられる制御信号のタイミングチャートである。また、図８は、図７のタイミングチャートに対応する電荷転送模式図である。図７のタイミングチャートにおいて、Ｈ１及びＨ２は水平転送部５を構成する２本の転送電極（に与えられる制御信号）を示し、Ｖ１〜Ｖ６は垂直転送部４を構成する６本の共通電極（に与えられる制御信号）を示している。また、ＶＣ１〜ＶＣ６は垂直最終段４ｆの２×３本の独立電極（に与えられる制御信号）を示している。図８の電荷転送模式図は、図３のタイミングチャートと同じ時間軸のスケールで各電極の電荷蓄積状況を示しており、濃い升目が電荷蓄積モードにあることを示している。
【００３４】
図７のタイミングチャートにおいて、垂直転送部４の共通電極Ｖ１〜Ｖ６及び独立電極ＶＣ１〜ＶＣ６のそれぞれに与えられる制御信号（駆動パルス）が高レベルの場合に当該電極は蓄積電極となる。また、制御信号が低レベルの場合に当該電極は障壁電極となる。
【００３５】
図７のタイミングチャートに従って垂直転送部４を駆動することにより、時刻ｔ１のタイミングで隣接する垂直転送段２行分の信号電荷を垂直最終段４ｆで混合できる。すなわち、他の垂直転送段の蓄積電極が垂直最終段に順次転送されても、ＶＣ１，ＶＣ３及びＶＣ５を垂直混合のための蓄積電極として高レベルに保持し、ＶＣ２，ＶＣ４及びＶＣ６を水平転送部５に対する障壁電極として低レベルに保持することにより、垂直最終段の蓄積電荷は水平転送路に転送されず垂直最終段内に留まるため、Ｖ１，Ｖ２が高レベルになる時刻ｔ１のタイミングで同じ列の隣接する垂直転送段の信号を垂直最終段で混合することができる。
【００３６】
ここで、図７に示すように、ｔ３のタイミングでＶ２を高レベルにすることにより、第１の実施形態と同様に、蓄積電極の数が１電極のみになることが回避されるので、垂直転送段の信号電荷量の減少が最小限に抑えられる。なお、垂直最終段の独立電極数を３以上に増やせば、第１の実施形態と同様に、垂直最終段の蓄積電極数を増やすことが可能なので、それによって垂直転送段の信号電荷量の減少を更に抑えることができる。
【００３７】
また、図７に示すＰ１期間内のタイミングチャートに従って垂直転送部４を繰り返し駆動することにより、３行以上の垂直転送段の信号電荷を垂直最終段内で混合することも可能である。
【００３８】
さらに、水平ブランキング期間内のＰ２期間内の動作によって、同色同士の信号電荷を水平転送部内で混合することができる。すなわち、タイミングチャートに従って、まず第１列の垂直最終段の信号電荷を独立に水平転送部に転送する。次に、２画素分水平転送して第２列の垂直最終段に隣接する水平転送段に移動し、第２列の垂直最終段の信号電荷を独立に水平転送部に転送することにより、第１列と第２列の垂直最終段の信号電荷を混合する。さらに、２画素分水平転送して第３列の垂直最終段に隣接する水平転送段に移動し、第３列の垂直最終段の信号電荷を独立に水平転送部に転送することにより、第１列、第２列および第３列の垂直最終段の信号電荷を混合する。これにより、水平転送部内で水平方向の２画素離れた位置にある同色３画素を混合することができる。
【００３９】
なお、本実施形態の固体撮像素子では垂直転送部４が３列ごとに同じ電極構成を有する。つまり、３列単位に構成されている。しかし、本発明の駆動方法は、垂直転送部４が３列単位に構成されている場合に限定されるわけではなく、２列以上の単位で同じ電極構成が繰り返される固体撮像素子に適用することができる。
【００４０】
さらに、光電変換部の信号電荷が全く読み出されない空の垂直転送段（空転送段）を部分的に形成するように読み出し部３の制御用電極に与える制御信号を制御することにより、空転送段と信号電荷が存在する垂直転送段を垂直最終段で混合することができる。
【００４１】
本実施形態によれば、垂直転送段において隣接する複数行の信号電荷（空転送段の電荷を含む）を垂直最終段で混合でき、かつ、垂直最終段の同一行内の信号電荷を水平転送部内で混合できるため、垂直画素数と水平画素数を同時に削減できる。また、空転送段のスミア電荷は必ず同じ垂直転送部の信号電荷と混合することになるため、空転送段を形成して垂直画素数を更に削減した場合に、明るい被写体を撮影したときに生じ得るスミアのエッジがギザギザになる現象は起こらない。
【００４２】
以上、本発明の複数の実施形態と変形例について説明したが、本発明は上記のような実施形態及び変形例に限らず、種々の形態で実施することができる。例えば、本発明は、図１に示したベイヤー配列のカラーフィルタを有する固体撮像素子に限らず、他の配列のカラーフィルタを有する固体撮像素子にも適用可能である。さらに、カラーフィルタを有していないモノクロ画像用の固体撮像素子にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、画像信号を高フレームレートで出力するために画素を間引くモードを有する固体撮像素子の駆動方法として利用可能であり、垂直方向及び水平方向における画素数の削減を同時に行うことができ、しかもスミアのエッジがギザギザになることがない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像素子の電極構成の例を示す図である。
【図３】図２に示した電極構造を有する垂直転送部及び水平転送部の各転送電極に対して制御部から与えられる制御信号のタイミングチャートである。
【図４】図３のタイミングチャートに対応する電荷転送模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る固体撮像素子の電極構成図である。
【図７】図６に示した電極構造を有する垂直転送部及び水平転送部の各転送電極に対して制御部から与えられる制御信号のタイミングチャートである。
【図８】図７のタイミングチャートに対応する電荷転送模式図である。
【図９】従来のディジタルスチルカメラ用の一般的な単板式カラー固体撮像素子の構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  固体撮像素子
２  光電変換部
３  読み出し部
４  垂直転送部
５  水平転送部
４ａ  垂直転送段
４ｆ  垂直最終段
７、８、ＶＣ１〜ＶＣ６  独立電極
【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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