(57)【要約】      （修正有）【課題】水平電荷転送部で画素混合を行う際に、高速転送ができ、フレームレートを維持できる固体撮像素子の駆動方法を提供する。【解決手段】光電変換素子で発生した電荷を転送する垂直電荷転送部と、行方向に転送する水平電荷転送部と、撮像信号を出力する出力部と、垂直電荷転送部から転送される電荷を一時的に蓄積し、水平電荷転送部に転送する電荷蓄積部と、を含む固体撮像素子の駆動方法であって、電荷蓄積部に蓄積された電荷を、水平電荷転送部に転送し、転送した電荷を水平電荷転送部で混合して、水平電荷転送部で保持する第１混合ステップと、第１混合ステップの後に電荷蓄積部に蓄積された電荷を、水平電荷転送部に転送し、転送した電荷を水平電荷転送部で混合して、水平電荷転送部で保持する第２混合ステップと、第１混合ステップと第２混合ステップによって水平電荷転送部に保持された電荷を、出力部に同時に転送する水平転送ステップと、を含む。【選択図】図４
2009290723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向及び列方向に２次元配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に隣接して設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部によって転送される電荷を、行方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される電荷に基づく撮像信号を出力する出力部と、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との間に設けられ、前記垂直電荷転送部から転送される電荷を一時的に蓄積し、前記水平電荷転送部に転送する電荷蓄積部と、を含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を、前記水平電荷転送部に転送し、転送した電荷を前記水平電荷転送部で混合して、前記水平電荷転送部で保持する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップの後に前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を、前記水平電荷転送部に転送し、転送した電荷を前記水平電荷転送部で混合して、前記水平電荷転送部で保持する第２混合ステップと、
前記第１混合ステップと前記第２混合ステップによって前記水平電荷転送部に保持された電荷を、前記出力部に同時に転送する水平転送ステップと、を含む固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記電荷蓄積部が前記水平電荷転送部とが接続する位置に形成された複数の電荷蓄積領域と、前記複数の電荷蓄積領域のそれぞれの上方に独立して設けられたメモリ電極とを備え、前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第１メモリ電極と第２メモリ電極とを含み、前記水平電荷転送部の各電荷転送段に前記垂直電荷転送部が２つ接続され、前記駆動手段は、前記複数の電荷蓄積領域のそれぞれに電荷を蓄積させた後、前記第１メモリ電極及び前記第２メモリ電極に印加する電圧と、前記水平電荷転送部の前記複数の電荷転送段のそれぞれに印加する電圧とを制御して、前記複数の電荷蓄積領域のそれぞれに蓄積された電荷のうち同一色成分の複数の電荷を、前記水平電荷転送部で混合する請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記電荷蓄積部から前記水平電荷転送部に同時に転送された電荷のうち同色成分の６個の電荷を混合する請求項１又は２に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、固体撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型固体撮像素子は、光電変換素子と、光電変換素子で生成された電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、垂直電荷転送部を転送されてきた電荷を出力側に転送する水平電荷転送部とを備えている。光電変換素子は、撮像領域に複数配列され、それぞれの光電変換素子が入射光に応じて電荷を生成し、光電変換素子から読み出した電荷を垂直電荷転送部及び水平電荷転送部で転送して固体撮像素子から出力することで、出力された電荷を画素信号として用いて画像を形成する。
【０００３】
固体撮像素子によって静止画撮影を行う場合は、全ての光電変換素子からの信号電荷をそれぞれ画素信号として利用することが多いが、固体撮像素子を用いた電子スチルカメラにおけるモニタモード（カメラのモニタに撮影画像を表示するモード）や、動画撮影モード（記録画素数が一般に少ない。）では、垂直方向及び水平方向に間引いた信号を用いることで、撮像処理の高速化を図る。垂直方向の間引きは、光電変換素子から垂直電荷転送部への読み出しを間引いたり、垂直方向の複数の光電変換素子の電荷を垂直電荷転送部で加算（混合）させたりすることによって実現される。また、水平方向の間引きは、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との間に、信号電荷を一時蓄積する電荷蓄積部を設け、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への転送列を間引いたり、複数の垂直電荷転送部から転送される電荷を水平電荷転送部で加算（混合）したりすることによって実現される。水平電荷転送部で電荷を加算する固体撮像素子の例としては、例えば下記特許文献に示すものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０４０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画素数の多い固体撮像素子で動画を撮像する場合に、間引き率や混合画素数を増やすことで、フレームレートを維持する必要がある。
水平電荷転送部は、印加する駆動電圧の電位レベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を水平方向に並列した構成であり、印加電圧を駆動制御して電荷蓄積領域及びバリア領域の位置を切り替えることで電荷転送段に蓄積される電荷を出力端側へ転送する構成である。電荷を水平電荷転送部において画素混合する場合には、電荷転送段に一旦蓄積された電荷を水平転送して他の電荷転送段に移動し、移動後の電荷転送段において読み出された垂直電荷転送部とは別の垂直電荷転送部から転送される他の電荷と混合される。ここで、混合画素数を増やすと、水平電荷転送にかかる期間が長くなるため、フレームレートを維持することが困難になる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、水平電荷転送部で画素混合を行う際に、高速転送ができ、フレームレートを維持できる固体撮像素子の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）行方向及び列方向に２次元配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に隣接して設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部によって転送される電荷を、行方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される電荷に基づく撮像信号を出力する出力部と、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との間に設けられ、前記垂直電荷転送部から転送される電荷を一時的に蓄積し、前記水平電荷転送部に転送する電荷蓄積部と、を含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を、前記水平電荷転送部に転送し、転送した電荷を前記水平電荷転送部で混合して、前記水平電荷転送部で保持する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップの後に前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を、前記水平電荷転送部に転送し、転送した電荷を前記水平電荷転送部で混合して、前記水平電荷転送部で保持する第２混合ステップと、
前記第１混合ステップと前記第２混合ステップによって前記水平電荷転送部に保持された電荷を、前記出力部に同時に転送する水平転送ステップと、を含む固体撮像素子の駆動方法。
（２）前記電荷蓄積部が前記水平電荷転送部とが接続する位置に形成された複数の電荷蓄積領域と、前記複数の電荷蓄積領域のそれぞれの上方に独立して設けられたメモリ電極とを備え、前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第１メモリ電極と第２メモリ電極とを含み、前記水平電荷転送部の各電荷転送段に前記垂直電荷転送部が２つ接続され、前記駆動手段は、前記複数の電荷蓄積領域のそれぞれに電荷を蓄積させた後、前記第１メモリ電極及び前記第２メモリ電極に印加する電圧と、前記水平電荷転送部の前記複数の電荷転送段のそれぞれに印加する電圧とを制御して、前記複数の電荷蓄積領域のそれぞれに蓄積された電荷のうち同一色成分の複数の電荷を、前記水平電荷転送部で混合する請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
（３）電荷蓄積部から前記水平電荷転送部に同時に転送された電荷のうち同色成分の６個の電荷を混合する請求項１又は２に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【０００８】
本発明の固体撮像素子は、水平電荷転送部において複数の電荷を混合した場合に、混合によって生じた電荷が蓄積されていない電荷蓄積領域において、次に転送されてくる電荷の混合を行い、保持させることができる。すると、水平電荷転送部の電荷が蓄積されていない電荷蓄積領域を少なくすることができ、一度の水平転送において転送できる電荷を増やすことができる。このため、水平電荷転送部において混合した電荷を高速に転送することができ、動画モードのフレームレートを向上することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水平電荷転送部で画素混合を行う際に、高速転送ができ、フレームレートを維持できる固体撮像素子の駆動方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の固体撮像装置の一例の全体構成を示す平面模式図である。図２は、図１に示す固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。図３は、図１に示す固体撮像素子の部分拡大図である。本発明の固体撮像素子の駆動方法は、下記に説明する実施形態の構成の固体撮像素子に対して好適である。
【００１２】
図１に示す固体撮像素子１は、垂直方向Ｙと水平方向Ｘに正方格子状に配列された複数の光電変換素子ＰＤを備える。垂直方向Ｙに並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子列には、その側部に、光電変換素子ＰＤから読み出した電荷を垂直方向Ｙに転送する垂直電荷転送部２０が設けられている。光電変換素子列を構成する各光電変換素子ＰＤと、該光電変換素子列に対応する垂直電荷転送部２０との間には、光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷を該垂直電荷転送部１に読み出すための電荷読出し部６が形成されている。
【００１３】
垂直電荷転送部２０の終端には、電荷を一時的に蓄積可能な電荷蓄積部として機能するラインメモリＬＭが接続され、このラインメモリＬＭには、水平電荷転送部４０が接続されている。水平電荷転送部４０の水平方向Ｘの端部には、電荷を出力する出力アンプＡＭＰが設けられている。
【００１４】
固体撮像素子１を搭載する撮像装置１０には駆動部７０が設けられ、この駆動部７０が、垂直電荷転送部２０に４相の転送パルスφＶ１〜φＶ４を供給し、水平電荷転送部４０に４相の転送パルスφＨ１〜φＨ４を供給し、固体撮像素子１を駆動する。
【００１５】
図２に示す固体撮像素子は、複数の垂直電荷転送部２０と水平電荷転送部４０との間に設けられた電荷蓄積領域５と、該電荷蓄積領域５上方に独立して設けられたメモリ電極３とからなるラインメモリＬＭとを備える。垂直電荷転送部２０、電荷蓄積領域５、及び水平電荷転送部４０は、例えばｎ型半導体基板上に形成されるｐウェル層内に形成されたｎ型の不純物層で構成されている。
【００１６】
水平電荷転送部４０上方には、逆Ｌ字型の電極４１と長方形の電極４２とをこの順番で水平方向Ｘに配列した電極組が水平方向Ｘに複数配列されている。この電極組は、転送パルスφＨ１が印加される電極組と、転送パルスφＨ２が印加される電極組と、転送パルスφＨ３が印加される電極組と、転送パルスφＨ４が印加される電極組とを含み、これらが水平方向Ｘに繰り返し配列されている。本実施形態の固体撮像素子は、転送パルスφＨ１が印加される電極組と転送パルスφＨ３が印加される電極組とに垂直電荷転送部２０の転送電極がラインメモリＬＭを介して接続されている。
【００１７】
水平電荷転送部４０の各電極組に、ハイレベル又はローレベルの４相の転送パルスφＨ１〜φＨ４が印加されると、転送パルスφＨ１，Ｈ３が印加される電極組の下方の水平電荷転送チャネルが電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、他の電極組の下方の水平電荷転送部４０が該電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。このように、水平電荷転送部４０には、電極組の重なる部分に基づいて、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は電荷蓄積領域として動作する複数の電荷転送段が形成される。
【００１８】
固体撮像素子１は、ラインメモリＬＭに蓄積された電荷を水平電荷転送部４０に転送し、該水平電荷転送部４０に駆動パルスφＨ１〜φＨ４を印加することで、水平方向Ｘに電荷を転送し、電荷を電圧信号に変換して出力アンプＡＭＰから出力することができる。
【００１９】
本実施形態の固体撮像素子１は、それぞれ異なる波長域の光を検出する３種類の光電変換素子（例えば、赤色（Ｒ）の波長域の光を検出するＲ光電変換素子、緑色（Ｇ）の波長域の光を検出するＧ光電変換素子、青色（Ｂ）の波長域の光を検出するＢ光電変換素子の３種類）を含み、全ての電荷蓄積領域５に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分（Ｒ成分）の電荷と第二の色成分（Ｂ成分）の電荷とを第三の色成分（Ｇ成分）の電荷を挟んで水平方向Ｘに交互に並べた配列となるように、上記３種類の光電変換素子の配列が決められている。
【００２０】
光電変換素子の配列の一例としては、垂直方向Ｙに並べたＢ光電変換素子からなるＢ光電変換素子列と、垂直方向Ｙに並べたＲ光電変換素子からなるＲ光電変換素子列とを、垂直方向Ｙに並べたＧ光電変換素子からなるＧ光電変換素子列を挟んで水平方向Ｘに交互に並べた配列とすることができる。この配列によれば、全ての電荷蓄積領域５に電荷を蓄積させた状態（１ライン分の光電変換素子からの電荷を電荷蓄積領域５に蓄積させた状態）で、その電荷の色成分の並びが、ＲＧＢＧＲＧＢＧ・・・、又は、ＢＧＲＧＢＧＲＧ・・・となり、Ｒ電荷とＢ電荷がＧ電荷を挟んで水平方向Ｘに交互に並んだものとなるため、上述した配列条件を満たすことができる。光電変換素子の配列は、この例に限定されない。
【００２１】
次に、本実施形態の固体撮像素子を用いて２つの電荷を水平電荷転送部で混合する動作を説明する。図４は、水平電荷転送部において電荷の混合を行う動作を説明する図である。図５は、電荷の混合を行う際のタイミングチャートを示す。図４において、垂直電荷転送部の電極の構成は図３に示すものと同じである。
【００２２】
図４は、図１に示すように光電変換素子ＰＤが配列された固体撮像素子１において、各光電変換素子ＰＤから垂直電荷転送部に電荷を読み出した状態を示しており、垂直電荷転送部２０ごとに電荷を丸印によって示している。また、図４では、丸印で示す電荷を、行ごとに区別するため、奇数行の電荷を空白とし、偶数行の電荷を斜線で示している。ここで、電荷の行とは、読み出された光電変換素子ＰＤの行に相当し、図１の光電変換素子ＰＤの配列を参照すると水平方向Ｘに並んだ一列分の光電変換素子ＰＤから読み出した電荷の集合を意味する。
【００２３】
読み出した電荷を垂直転送する際には、各垂直電荷転送部２０に印加される駆動パルスφＶ１〜φＶ４を図５に示すように制御し、各垂直電荷転送部２０の最終電極（図３ではＶ４に相等する。）に電荷を転送する。そして、ラインメモリＬＭに印加されるラインメモリパルスφＬＭをローレベルからハイレベルとし、各垂直電荷転送部２０から転送方向において最終の行に位置する電荷をラインメモリＬＭに転送する。ここで、１段分の垂直転送とは、各垂直電荷転送部２０において読み出された電荷の１行分を転送することを意味する。
【００２４】
次に、ラインメモリＬＭに印加されるラインメモリパルスφＬＭをハイレベルからローレベルとすることで、水平電荷転送部４０に設けられた複数の電荷転送段のうち駆動パルスφＨ１が印加される電荷転送段と、駆動パルスφＨ３が印加される電荷転送段に、それぞれ電荷が転送される。その後、水平電荷転送部４０に印加される駆動パルスφＨ２をローレベルからハイレベルとするとともに、駆動パルスφＨ３をハイレベルからローレベルとすることで、駆動パルスφＨ３が印加される電荷転送段に保持された電荷が、駆動パルスφＨ１が印加される電荷転送段に移動することで、２つの電荷が混合される（第１混合ステップ）。このとき、駆動パルスφＨ３が印加される電荷転送段は、混合によって電荷が移動したため、電荷が保持されていない電荷蓄積領域となる。
【００２５】
続いて、各垂直電荷転送部２０に印加される駆動パルスφＶ１〜φＶ４を制御し、各垂直電荷転送部２０の最終電極に次の行の電荷を転送する。そして、ラインメモリＬＭに印加されるラインメモリパルスφＬＭをローレベルからハイレベルとし、各垂直電荷転送部２０から転送方向において最終の行に位置する電荷をラインメモリＬＭに転送する。次に、ラインメモリＬＭに印加されるラインメモリパルスφＬＭをハイレベルからローレベルとし、水平電荷転送部４０に印加される駆動パルスφＨ１〜φＨ４を図５に示すように制御することで、ラインメモリＬＭから水平電荷転送部４０の駆動パルスφＨ１，Ｈ３が印加される電極の下の蓄積領域に転送され、転送された電荷が水平電荷転送部４０で混合され、先に混合された電荷が保持されていない電荷蓄積領域の動作状態の電荷転送段に保持される（第２混合ステップ）。その後、水平電荷転送部４０に印加される駆動パルスφＨ１〜φＨ４を制御することで、混合された電荷を水平転送し、出力アンプから出力する（水平転送ステップ）。
【００２６】
本実施形態では、ラインメモリＬＭから水平電荷転送部４０に転送された電荷のうち同色成分の２個の電荷を混合して電荷蓄積領域の一部に保持し、その後、続いてラインメモリＬＭから水平電荷転送部４０に転送された電荷のうち同色成分の２個の電荷を混合し、最初に混合した電荷が保持されていない電荷蓄積領域に保持する動作を説明した。しかし、混合される電荷の数は、２個に限定されない。例えば、ラインメモリＬＭから水平電荷転送部４０に転送された電荷のうち同色成分のｎ（ｎは２以上の整数）個の電荷を混合して電荷蓄積領域の一部に保持し、その後、続いてラインメモリＬＭから水平電荷転送部４０に転送された電荷のうち同色成分のｎ個の電荷を混合し、混合した電荷が保持されていない電荷蓄積領域に、保持することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００２８】
図６に示す固体撮像素子は、図１に示す固体撮像素子において、それぞれ異なる電荷転送段に接続され、且つ、互いに隣接する２つの電荷蓄積領域５の各々の上方のメモリ電極３同士を一体化した構成となっている。
【００２９】
図６に示すように、それぞれ異なる電荷転送段に接続された隣接する２つの電荷蓄積領域５上方には、この２つの電荷蓄積領域５を覆う１枚構成のメモリ電極３ａ又はメモリ電極３ｂが形成されている。メモリ電極３ａとメモリ電極３ｂは、水平方向Ｘに交互に並べて配列されている。メモリ電極３ａにはラインメモリパルスφＬＭ２が印加され、メモリ電極３ｂにはラインメモリパルスφＬＭ１が印加されるようになっている。ラインメモリパルスφＬＭ１，φＬＭ２は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
【００３０】
水平電荷転送部４０上方には、逆Ｌ字型の電極４１と長方形の電極４２とをこの順番で水平方向Ｘに配列した電極組が水平方向Ｘに複数配列されている。この電極組は、転送パルスφＨ１が印加される電極組と、転送パルスφＨ２が印加される電極組と、転送パルスφＨ３が印加される電極組と、転送パルスφＨ４が印加される電極組と、転送パルスφＨ５が印加される電極組と、転送パルスφＨ６が印加される電極組と、転送パルスφＨ７が印加される電極組と、転送パルスφＨ８が印加される電極組とを含む。本実施形態では、水平電荷転送部４０上方には、転送パルスφＨ１からφＨ８が印加される電極組がこの順に水平方向Ｘの反対方向に向かって配列され、且つ、転送パルスφＨ８が印加される電極組に隣接して、転送パルスφＨ３からφＨ６が印加される電極組がこの順に水平方向Ｘの反対方向に向かって配列されている。この電極組の配列が水平方向Ｘに繰り返し配列されている。
【００３１】
水平電荷転送部４０の各電極組に、ハイレベル又はローレベルの８相の転送パルスφＨ１〜φＨ８が印加されると、ハイレベルに維持された電極組の下方の水平電荷転送部４０が電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、ローレベルに維持された電極組の下方の水平電荷転送部４０が該電荷蓄積領域からの電荷の転送に対して障壁となるバリア領域として動作する。このように、水平電荷転送部４０には、電極組の重なる部分に基づいて、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は電荷蓄積領域として動作する複数の電荷転送段が形成される。
【００３２】
次に、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法について説明する。図７から図１３は、図６に示す固体撮像素子の水平電荷転送部で６つの電荷を混合する際の動作状態を示すものであり、各図左側に、時刻毎の水平電荷転送部の電荷転送段のポテンシャルを示し、各図右側に、その時刻のラインメモリパルスφＬ１、φＬ２及び転送パルスφＨ１〜φＨ８のレベルを、「Ｌ１」、「Ｌ２」、「Ｈ１〜Ｈ８」に対応させて示している。各図右側における「１」は、そのパルスがハイレベルであることを示し、「０」は、そのパルスがローレベルであることを示している。図７から図１３において、前の時刻からポテンシャルの変動があった位置を斜線で示している。また、矢印は、ラインメモリより電荷が転送された状態を示している。
【００３３】
図７では、水平電荷転送部の各電荷転送段をそれぞれＨ１からＨ８を用いて記述しており、それぞれ、転送パルスφＨ１からφＨ８が印加される転送段であることを示している。また、図６のラインメモリＬＭのメモリ電極３ｂに対応する領域をＬ１、メモリ電極３ａに対応する領域をＬ２と記述している。なお、図８〜図１３に示す各電荷転送段の位置のポテンシャル及びパルスのレベルはそれぞれ、図７と同じ位置のポテンシャル、及びパルスのレベルを示している。
【００３４】
本実施形態では、固体撮像素子の光電変換素子の配列は、全ての電荷蓄積領域５に電荷を蓄積させた状態で、その電荷の色成分の並びが、ＧＲＢＧＧＲＢＧ・・・、となり、Ｒ電荷とＢ電荷がＧ電荷を挟んで水平方向Ｘに交互に並んだ配列とし、各ラインを段とし、図では、電荷を１段目、２段目、と表記するものとし、各段の電荷の順番は同じものとする。
【００３５】
各図のポテンシャルにおいて、Ｒ，Ｇ，Ｂは、各電荷が  色成分を示している。また、「Ｒ１」，「Ｂ１」と表記されるうちの数字は電荷を転送する垂直電荷転送電極の段数を示し、例えば、「Ｒ１は、垂直電荷転送電極の１段目のＲの電荷を意味する。丸で囲った数字はその電荷の数を示している。
【００３６】
最初に、垂直電荷転送部に印加する駆動パルスとラインメモリパルスに印加するラインメモリパルスを制御して、１段目の各電荷がラインメモリＬＭの蓄積領域５に保持されている。
【００３７】
時刻ｔ３で、転送パルスφＨ３，φＨ５，φＨ７を制御し、電荷転送段Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７のポテンシャルを深くし、これら電荷転送段Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７にそれぞれラインメモリＬＭからＲ１の電荷が転送される。このとき、電荷転送段Ｈ１〜Ｈ８，Ｈ３〜Ｈ６までの間にＲ１の電荷が合計５つ存在している。
【００３８】
時刻ｔ４からｔ１３で、図に示すようにラインメモリパルス及び転送パルスを制御することで、５つのＲ１の電荷が電荷転送段を順次に移動しつつ、混合され、電荷転送段Ｈ２に、ポテンシャルが浅い状態で保持される。
【００３９】
次に、時刻ｔ１４で、転送パルスφＨ４，φＨ６，φＨ８を制御し、電荷転送段Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８のポテンシャルを深くし、これら電荷転送段Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８にそれぞれラインメモリＬＭからＢ１の電荷が転送される。このとき、電荷転送段Ｈ１〜Ｈ８，Ｈ３〜Ｈ６までの間にＢ１の電荷が合計５つ存在している。
【００４０】
時刻ｔ１５からｔ２４で、図に示すようにラインメモリパルス及び転送パルスを制御することで、５つのＢ１の電荷が電荷転送段を順次に移動しつつ、混合され、電荷転送段Ｈ３に、ポテンシャルが浅い状態で保持される。
【００４１】
時刻ｔ２５で、転送パルスφＨ４，φＨ５，φＨ６を制御し、電荷転送段Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６のポテンシャルを深くし、これら電荷転送段Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６にそれぞれラインメモリＬＭからＧ１の電荷が転送される。このとき、電荷転送段Ｈ１〜Ｈ８，Ｈ３〜Ｈ６までの間にＧ１の電荷が合計６つ存在している。
【００４２】
時刻ｔ２６から時刻ｔ２９で、電荷転送段Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６に保持された各Ｇ１の電荷が混合され、３つの混合されたＧ１の電荷が２つの電荷転送段Ｈ４に、ポテンシャルが浅い状態でそれぞれ保持される。
【００４３】
時刻ｔ２７で、電荷転送段Ｈ２から、保持された５つの混合されたＲ１の電荷が電荷転送段Ｈ１に転送され、時刻ｔ３０で、ラインメモリＬＭのメモリ電極３ａをローレベルにし、電荷転送段Ｈ１のポテンシャルを深くすることでラインメモリＬＭから新たにＲ１の電荷が転送され、５つのＲ１の電荷と混合される。こうして電荷転送段Ｈ１において６つの混合されたＲ１の電荷が保持される。
【００４４】
時刻ｔ３２で、電荷転送段Ｈ３から、保持されていた５つの混合されたＢ１の電荷が電荷転送段Ｈ２に転送され、時刻ｔ３３で、ラインメモリＬＭのメモリ電極３ａをローレベルにし、電荷転送段Ｈ２のポテンシャルを深くすることでラインメモリＬＭから新たにＢ１の電荷が転送され、５つのＢ１の電荷と混合される。こうして電荷転送段Ｈ２において６つの混合されたＢ１の電荷が保持される。
【００４５】
時刻ｔ３４からｔ３９で、２つの電荷転送段Ｈ４からそれぞれ、３つの混合されたＧ１の電荷を電荷転送段１段部だけ転送し、時刻ｔ３９において、図のように制御することで、電荷転送段Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３のそれぞれと、電荷転送段Ｈ７，Ｈ８，Ｈ３のそれぞれに、Ｇ１の電荷を１つずつ転送する。同時に、２つの電荷転送段Ｈ３のそれぞれに保持されていた３つのＧ１の電荷に転送されてきたＧ１の電荷が１つずつ混合される。時刻ｔ４０，ｔ４１で、４つの混合されたＧ１の電荷を電荷転送段を１段分ずつ転送しつつ、１つのＧ１の電荷と混合し、その後、６つの混合されたＧ１の電荷が電荷転送段Ｈ１及びＨ７に、ポテンシャルが浅い状態でそれぞれ保持される。
【００４６】
時刻ｔ４２からｔ４９で、６つの混合されたＧ１電荷の２組と、６つの混合されたＢ１電荷と、６つの混合されたＲ１電荷とを、図に示すように制御し、順次転送する。
【００４７】
時刻ｔ４９の後で、垂直電荷転送部を制御し、２段目の電荷をラインメモリに転送する。
【００４８】
時刻ｔ５０時点で、電荷転送段Ｈ３に６つの混合されたＲ１の電荷が、電荷転送段Ｈ５に６つの混合されたＢ１の電荷が、もう一方の電荷転送段Ｈ３及びＨ５にそれぞれ６つの混合されたＧ１の電荷が、ポテンシャルが浅い状態で保持されている。
【００４９】
時刻ｔ５０，ｔ５１で、電荷転送段Ｈ６のポテンシャルを深くし、ラインメモリのメモリ電極３ｂをハイレベルとすることで、ラインメモリからＧ２の電荷を各電荷転送段Ｈ６に１つずつ転送する。
【００５０】
時刻ｔ５３で、Ｇ２の電荷をそれぞれ、電荷転送段の１段分だけ転送し、時刻ｔ５６で、電荷転送段Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５のそれぞれにＧ２の電荷をラインメモリから１つずつ転送し、時刻ｔ５７からｔ６２で、図に示すように制御することで、４つのＧ２の電荷を混合し、電荷転送段Ｈ２に保持させる。時刻ｔ６３で、電荷転送段Ｈ１，Ｈ２，Ｈ７，Ｈ８のそれぞれにＧ２の電荷をラインメモリから１つずつ転送し、時刻ｔ６４，ｔ６５で、図に示すように制御することで、６つのＧ２の電荷を混合する。
【００５１】
時刻ｔ６５の時点で、電荷転送段Ｈ１に６つの混合されたＧ２の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ３に６つの混合されたＧ１の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ５に６つの混合されたＧ１の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ７に６つの混合されたＧ２の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ３に６つの混合されたＲ１の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ５に６つの混合されたＢ１の電荷が保持されている。それぞれの混合された電荷が保持される電荷転送段は、両側に隣り合う電荷転送段をバリア領域とする電荷蓄積領域である。言い換えると、この時点では、全ての水平電荷転送部の電荷蓄積領域として動作する電荷転送段それぞれに混合された電荷が保持された状態であり、電荷が保持されていない電荷蓄積領域が存在しない。固体撮像素子の水平電荷転送部で電荷を混合する場合には、混合によって、電荷が保持されていない電荷蓄積領域が発生することが避けられないが、上記駆動手順によれば、混合によって生じた空の電荷蓄積領域に次の段の電荷の一部を転送して混合を行うものである。
【００５２】
時刻ｔ６５後、水平電荷転送部の保持された電荷を出力側へ全て水平転送する。
【００５３】
次に、時刻ｔ６６以降で２段目の残りの電荷を水平電荷転送部において混合する動作を行う。なお、２段目のＧ２の電荷が、先の１段目の電荷の混合の際に転送され、混合されたＧ２の電荷は出力されているため、時刻ｔ６６から時刻ｔ９４で行われる混合では、２段目のＢ２とＲ２の電荷のみが対象となる。
【００５４】
時刻ｔ６８で、転送パルスφＨ３，φＨ５，φＨ７を制御し、電荷転送段Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７をハイレベルとし、これら電荷転送段Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７にそれぞれラインメモリＬＭからＲ２の電荷１つずつが転送される。このとき、電荷転送段Ｈ１〜Ｈ８，Ｈ３〜Ｈ６までの間に合計５つのＲ２の電荷が存在している。
【００５５】
時刻ｔ６９からｔ７８で、図に示すようにラインメモリパルス及び転送パルスを制御することで、５つのＲ２の電荷が電荷転送段を順次に移動しつつ、混合され、電荷転送段Ｈ２に保持される。
【００５６】
時刻ｔ７９で、転送パルスφＨ４，φＨ６，φＨ８を制御し、電荷転送段Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８をハイレベルとし、これら電荷転送段Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８にそれぞれラインメモリＬＭからＢ２の電荷１つずつが転送される。このとき、電荷転送段Ｈ１〜Ｈ８，Ｈ３〜Ｈ６までの間に合計５つのＢ２の電荷が存在している。
【００５７】
時刻ｔ８０からｔ８９で、図に示すようにラインメモリパルス及び転送パルスを制御することで、５つのＢ２の電荷が電荷転送段を順次に移動しつつ、混合され、電荷転送段Ｈ３に保持される。
【００５８】
時刻ｔ９０で、電荷転送段Ｈ１にラインメモリＬＭからＲ２の電荷が１つ転送され、保持されている５つの混合されたＲ２の電荷と更に混合される。こうして、６つの混合されたＲ２の電荷が電荷転送段Ｈ１に保持される。
【００５９】
時刻ｔ９３で、電荷転送段Ｈ２にラインメモリＬＭからＢ２の電荷が１つ転送され、保持されている５つの混合されたＢ２の電荷と更に混合される。こうして、６つの混合されたＢ２の電荷が電荷転送段Ｈ２に保持される。時刻ｔ９４後、垂直電荷転送部２０を制御して３段目の電荷をラインメモリに転送する。
【００６０】
次に、時刻ｔ９５以降で、３段目の電荷の混合を行う。
時刻ｔ９６で、転送パルスφＨ３，φＨ５，φＨ７を制御し、電荷転送段Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７をハイレベルとし、これら電荷転送段Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７にそれぞれラインメモリＬＭからＲ３の電荷が転送される。このとき、電荷転送段Ｈ１〜Ｈ８，Ｈ３〜Ｈ６までの間に合計５つのＲ３の電荷が存在している。
【００６１】
時刻ｔ９７からｔ１０６で、図に示すようにラインメモリパルス及び転送パルスを制御することで、５つのＲ３の電荷が隣接する電荷転送段に順次に移動しつつ、混合され、電荷転送段Ｈ２に保持される。
【００６２】
時刻ｔ１１１で、転送パルスφＨ６，φＨ８を制御し、電荷転送段Ｈ６，Ｈ８のポテンシャルを深くし、これら電荷転送段Ｈ６，Ｈ８にそれぞれラインメモリＬＭからＢ３の電荷が１つずつ転送される。このとき、電荷転送段Ｈ１〜Ｈ８，Ｈ３〜Ｈ６までの間に合計３つのＢ３の電荷が存在している。
【００６３】
時刻ｔ１１４で、電荷転送段Ｈ２から、５つの混合されたＲ３の電荷を電荷転送段Ｈ２に転送し、時刻ｔ１１５で、電荷転送段Ｈ１にラインメモリからＲ３の電荷を新たに転送させる。こうすることで、６つの混合されたＲ３の電荷が電荷転送段Ｈ１に保持される。
【００６４】
時刻ｔ１１２からｔ１２２で、図に示すようにラインメモリパルス及び転送パルスを制御することで、時刻ｔ１１１で転送されたＢ３の電荷を転送し、時刻ｔ１２２で電荷転送段Ｈ４にラインメモリからＢ３の電荷を新たに転送し、該電荷転送段Ｈ４に２つの混合されたＢ３の電荷を保持する。さらに、時刻ｔ１２３からｔ１２６で、図に示すようにラインメモリパルス及び転送パルスを制御することで、Ｂ３の電荷を３つに混合し、電荷転送段Ｈ３に保持させる。時刻ｔ１２７からｔ１３１で、図に示すようにラインメモリパルス及び転送パルスを制御することで、３つの混合されたＢ３の電荷と２つの混合されたＢ３の電荷とを互いに混合する。
【００６５】
時刻ｔ１３３からｔ１３６で、５つの混合されたＢ３の電荷を電荷転送段Ｈ２に転送し、該電荷転送段Ｈ２にラインメモリからＢ３の電荷を新たに転送することで、Ｂ３の電荷を６つに混合する。
【００６６】
時刻ｔ１３７で、転送パルスφＨ３，φＨ４，φＨ５を制御し、電荷転送段Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５をハイレベルとし、これら電荷転送段Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５にそれぞれラインメモリＬＭからＧ３の電荷が転送される。このとき、電荷転送段Ｈ４には予めＧ３の電荷が保持されており、該電荷転送段Ｈ４では混合により２つの混合されたＧ３の電荷が保持される。
【００６７】
時刻ｔ１３８で、電荷転送段Ｈ５のＧ３の電荷が電荷転送段Ｈ４に転送され、２つの混合されたＧ３の電荷と混合し、Ｇ３の電荷が３つに混合される。
【００６８】
時刻ｔ１３９で、電荷転送段Ｈ４から３つの混合されたＧ３の電荷が電荷転送段Ｈ３に転送され、１つのＧ３の電荷と混合し、Ｇ３の電荷が４つに混合される。
【００６９】
時刻ｔ１４０からｔ１４３で、図のように制御した後、時刻ｔ１４４で、電荷転送段Ｈ２に４つの混合されたＧ３の電荷を保持させ、該電荷転送段Ｈ２にラインメモリＬＭからＧ３の電荷を転送し、５つの混合されたＧ３の電荷とする。同時に電荷転送段Ｈ１にラインメモリＬＭからＧ３の電荷を転送する。
【００７０】
時刻ｔ１４５で、電荷転送段Ｈ２から５つの混合されたＧ３の電荷を電荷転送段Ｈ１に転送し、Ｇ３の電荷を６つに混合する。
【００７１】
時刻ｔ１４６で、電荷転送段Ｈ１に６つの混合されたＧ３の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ３に６つの混合されたＲ３の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ５に６つの混合されたＲ２の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ７に６つの混合されたＧ３の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ３に６つの混合されたＢ２の電荷が保持され、電荷転送段Ｈ５に６つの混合されたＢ３の電荷が保持されている。それぞれの混合された電荷が保持される電荷転送段は、両側に隣り合う電荷転送段をバリア領域とする電荷蓄積領域である。上記手順によれば、２段目の電荷の一部と、３段目の電荷とが、同じ色成分同士混合された状態で、且つ、全ての電荷蓄積領域に保持されている。
【００７２】
本実施形態の固体撮像素子は、水平電荷転送部において１段目の電荷のうち同色成分の電荷を６つ混合した場合に、混合によって生じた電荷が蓄積されていない電荷蓄積領域において、２段目の電荷のうち一部の同色成分の混合を行い、保持させることができる。こうすれば、水平電荷転送部の電荷が蓄積されていない電荷蓄積領域をなくすることができ、一度の水平転送において転送できる電荷を増やすことができる。このため、水平電荷転送部において混合した電荷を高速に転送することができ、動画モードのフレームレートを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態の固体撮像装置の全体構成の一例を示す平面模式図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図３】図１に示す固体撮像素子の部分拡大図である。
【図４】水平電荷転送部において電荷の混合を行う動作を説明する図である。
【図５】電荷の混合を行う際のタイミングチャートを示す。
【図６】第２実施形態の固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図７】時刻ｔ１からｔ２０において、図６に示す固体撮像素子で水平電荷転送部で電荷を混合する動作を行う際のポテンシャルと位相の関係を示す図である。
【図８】時刻ｔ２１からｔ４２において、図６に示す固体撮像素子で水平電荷転送部で電荷を混合する動作を行う際のポテンシャルと位相の関係を示す図である。
【図９】時刻ｔ４３からｔ６３において、図６に示す固体撮像素子で水平電荷転送部で電荷を混合する動作を行う際のポテンシャルと位相の関係を示す図である。
【図１０】時刻ｔ６４からｔ８４において、図６に示す固体撮像素子で水平電荷転送部で電荷を混合する動作を行う際のポテンシャルと位相の関係を示す図である。
【図１１】時刻ｔ８５からｔ１０５において、図６に示す固体撮像素子で水平電荷転送部で電荷を混合する動作を行う際のポテンシャルと位相の関係を示す図である。
【図１２】時刻ｔ１０６からｔ１２７において、図６に示す固体撮像素子で水平電荷転送部で電荷を混合する動作を行う際のポテンシャルと位相の関係を示す図である。
【図１３】時刻ｔ１２８からｔ１４６において、図６に示す固体撮像素子で水平電荷転送部で電荷を混合する動作を行う際のポテンシャルと位相の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１    固体撮像素子
１０    固体撮像装置
２０    垂直電荷転送部
４０    水平電荷転送部
ＰＤ    光電変換素子
【図１】
2009290723.tif 000003
【図２】
2009290723.tif 000004
【図３】
2009290723.tif 000005
【図４】
2009290723.tif 000006
【図５】
2009290723.tif 000007
【図６】
2009290723.tif 000008
【図７】
2009290723.tif 000009
【図８】
2009290723.tif 000010
【図９】
2009290723.tif 000011
【図１０】
2009290723.tif 000012
【図１１】
2009290723.tif 000013
【図１２】
2009290723.tif 000014
【図１３】
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