CN101064793A - 固体摄像装置及其驱动方法、摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明的固体摄像装置具备多个垂直传送部、1个水平传送部、和驱动部，多个垂直传送部中的距离水平传送部最近的传送段每m列具有相同的传送电极结构。m列中的一个列以外的垂直最终段或所有列的垂直最终段具有与其他列相独立的传送电极，与其他列相独立地控制从垂直最终段向水平传送部的传送动作。驱动部具有将装入作为图像信号使用的信号成分的第1数据包和没装入作为图像信号使用的信号成分的第2数据包在1个水平传送期间内至少每1个数据包连续地向垂直方向传送的连续垂直传送驱动模式；在连续垂直传送驱动模式中对垂直传送段的传送电极以及水平传送部的传送电极分别施加传送脉冲，以使第1数据包与第2数据包在水平传送部内被分开而分离。

Description

固体摄像装置及其驱动方法、摄像机

技术领域

本发明涉及CCD图像传感器等固体摄像装置及其驱动方法，特别涉及间隔取出驱动时的拖影等的噪音降低技术。

背景技术

以往，已知有将接受到的光变换为电信号、作为影像信号输出的固体摄像元件，并且已知有将从该固体摄像元件得到的影像信号作为静止图像显示的数字静像摄像机等摄像机。近年来，使用这样的固体摄像元件的摄像机要求画质及功能的进一步提高，像素的高密度化在发展。

在例如专利文献1、2中公开了下述驱动方法，在这样的固体摄像元件中，特别是为了在监视器模式等下提高输出速度，通过将读出信号电荷的像素间隔取出，来减少输出影像信号中的像素数。

但是，在这样的间隔取出驱动中，拖影(smear)及暗电流等噪音成分成为问题。利用图1A、图1B对其进行说明。

图1A、图1B是用来说明在专利文献3中公开的现有技术的问题的示意图。在这些示意图中，空白的圆(○)表示垂直传送部13上的噪音成分，涂黑的圆(●)表示在水平消隐期间中一次传送的含有噪音成分的信号成分。

在静止图像摄影模式等中使用的全像素读出驱动中，如图1A所示，将全部像素的信号电荷(在图中用涂黑的方形表示)在同一时刻一齐读出到垂直传送部13中，在该垂直传送部101中不混合地独立地沿垂直方向输送，再将该信号电荷通过水平传送部14沿水平方向传送，经由电荷检测部15读出。

在该全像素读出驱动图1A中，每个水平消隐期间的1个垂直传送部中的传送像素数是1个像素。此外，一次输出的信号像素数是1个像素，一次输出的噪音量是垂直传送部1个的量(1个数据包量的噪音量)。另外，这里，在全像素读出中，也以不使用机械快门为前提。

另一方面，在监视器模式等中使用的间隔取出读出驱动中，如图1B所示，例如在垂直方向上每隔1个像素进行间隔取出的情况下，仅将奇数行(图中1、3、5、……)的像素的信号电荷读出到垂直传送部13中。此时，在垂直传送部13中存在空数据包。并且，使信号数据包与空数据包成对地沿垂直方向传送，再将该两个数据包量的电荷在水平传送部14中混合而沿水平方向传送，经由电荷检测部15读出。

在该间隔取出读出驱动图1B中，每个水平消隐期间的1个垂直传送部中的传送像素数是两个像素。此外，一次输出的信号像素数是1个像素，一次输出的噪音量是垂直传送部两个的量(两个数据包的噪音量)。

由上述的动作说明可知，在间隔取出读出的驱动方法图1B中，助长了噪音的原因是，存在没有读出信号电荷的空数据包，并且在该空数据包中也储存了垂直传送部13上的噪音成分，所以通过在水平传送部14中在垂直两个像素(上下两个数据包)之间进行混合，对1个像素的信号成分加上了两个数据包的噪音成分，S/N恶化两倍(6dB)。

以往提出过用来解决该问题的提案，在上述专利文献3中公开了其一种方法。以下对该技术进行说明。

图2是表示有关现有技术的固体摄像元件的概略结构图。这里，例举在例如全像素读出驱动方式CCD摄像元件中、除了全像素读出模式以外还可以采用进行在垂直方向上例如每隔1个像素将像素信息间隔取出的处理的间隔取出读出模式的情况，来进行说明。

在图2中，摄像部(摄像区域)11包括：光敏二极管等的多个受光元件(像素)12，以矩阵状排列在半导体基板上，将入射光变换为对应于其光量的电荷量的信号电荷并储存；和多个垂直传送部13，在这些多个受光元件12的每个垂直列中沿着其排列方向设置。

多个垂直传送部13由对各像素以1∶1的对应关系设置的信号数据包、和在这些信号数据包的垂直传送方向前方侧每一个地配设的空数据包的集合(数据包串)构成，在各数据包的传送通道上，沿传送方向排列有3个传送电极(未图示)。这里，所谓的数据包，是指在信号电荷的传送路径上传送信号的单位。并且，垂直传送部13由例如3相的垂直传送脉冲Vφ1、Vφ2、Vφ3传送驱动。

即，垂直传送部13在水平消隐期间中，进行将1行的信号电荷对应于3相的垂直传送脉冲Vφ1、Vφ2、Vφ3每1行地传送(以下将其称作行移位)的动作。这里，由于垂直传送部13的传送电极的一部分兼作为读出栅电极，所以垂直传送脉冲Vφ1、Vφ2、Vφ3中的任一个取低电平、中间电平及高电平的3值水平，其第3值的高电平的脉冲为读出脉冲。

但是，3相的垂直传送脉冲Vφ1、Vφ2、Vφ3的向各数据包的施加方法在间隔取出读出模式中与全像素读出模式不同。即，对于信号电荷的读出被间隔取出的像素当然不施加读出脉冲。此外，在垂直传送部13中，在全像素读出模式中在水平消隐期间中进行1次行移位，相对于此，在隔1个像素的间隔取出读出驱动中，在水平消隐期间进行两次行移位。

在摄像部11的图中下侧，与多个垂直传送部13的传送方向侧端部相邻地配设有水平传送部14。该水平传送部14在间隔取出读出模式中，由于需要使信号成分与噪音成分成对传送，所以结构为由水平方向的像素数的2倍的数量(倍密度)的数据包的配置(数据包串)构成。并且，由相互逆相的水平传送脉冲Hφ1、Hφ2传送驱动。该水平传送脉冲Hφ1、Hφ2由于水平传送部14以倍密度构成，所以其频率也设定为通常的2倍。

在水平传送部14的传送前侧的端部上，配设有检测由该水平传送部14传送来的信号电荷、将其变换为信号电压并输出的例如浮动扩散放大器结构的电荷检测部15。该电荷检测部15包括与水平传送部14的最终输出栅极16相邻设置的FD(浮动扩散)部17、将电荷清除的RD(复位漏极)部18、和将FD部17的电荷向RD部18排出的RG(复位栅极)部19。

在该电荷检测部15中，对于RD部18施加规定的漏极电压Vrd。此外，对于RG部19施加与水平传送脉冲Hφ1、Hφ2例如同周期的复位栅极脉冲RGφ。并且，从FD部17导出将信号电荷变换为信号电压而得到的信号输出Vout。另外，包括垂直传送脉冲Vφ1～Vφ3、水平传送脉冲Hφ1、Hφ2及复位栅极脉冲RGφ的各种定时信号是由定时发生电路20生成的。

图3中表示水平传送脉冲Hφ1、Hφ2、复位栅极脉冲RGφ及信号输出Vout的定时关系。在信号输出Vout的波形中，P相是预置部，D相是数据部，由于水平传送部14是以两个数据包为1个单位的倍密度结构，所以水平方向前方侧的数据包的信息被输出到P相，后方侧的数据包的信息作为D相被输出。

接着，利用图4A、图4B、图5A～图5C的示意图，对上述结构的全像素读出驱动方式的CCD摄像元件的各驱动模式的动作进行说明。另外，在这些各示意图中，空白的圆(○)表示垂直传送部13上的噪音成分，涂黑的圆(●)表示在水平消隐期间中一次传送的含有噪音成分的信号成分。

首先，如果通过模式切换信号设定全像素读出模式，则定时发生电路20输出对应于该模式的定时的垂直传送脉冲Vφ1～Vφ3。由此，在图4的示意图中，将所有像素的信号电荷(图中用涂黑的方形表示)在同一时刻一齐读出到垂直传送部13中(图4A)。

接着，在垂直传送部13中进行行移位，但在此之前，由于水平传送部14将两个数据包作为1个单位，所以为了对该数据包对中的水平传送方向后方侧的数据包供给信号电荷，在水平传送部14中预先进行1比特(1个数据包)的移位(以下将其称作1比特移位)。结果，1行的信号电荷被移位到水平传送部14中(图4B)。

这样，从垂直传送部13移位到水平传送部14中的1行的信号电荷被水平传送脉冲Hφ1、Hφ2沿水平方向传送，以像素单位依次注入到电荷检测部15中。在电荷检测部15中，通过以与水平传送脉冲Hφ1、Hφ2相同的周期对复位栅极部19施加复位栅极脉冲RGφ，进行将FD部17的残留电荷排出到RD18中的复位动作。

由此，从FD部17导出如图3所示的波形的信号输出Vout。另外，在全像素读出模式中，由上述的动作说明可知，对于前方侧的数据包，从垂直传送部13没有赋予任何信息。因而，在信号输出Vout中，在P相中没有装载任何信息，该P相成为后述的信号处理时的基准，并且在D相中装载有信号成分的信息。

另一方面，如果通过模式切换信号设定间隔取出读出模式，则定时发生电路20输出对应于该模式的定时的垂直传送脉冲Vφ1～Vφ3。由此，在图5A～图5C的示意图中，例如仅将偶数行(图中2、4、……)的像素的信号电荷(图中用涂黑的方形表示)读出到垂直传送部13中(图5A)。

接着，在垂直传送部13中，在水平消隐期间内进行第1次的行移位。由此，从垂直传送部13将1行的噪音成分的电荷供给到水平传送部14的数据包对中的水平传送方向前方侧的数据包中(图5B)。然后，接着在水平传送部14中进行1比特移位。

接着，在垂直传送部13中，在相同的消隐期间内进行第2次的行移位。由此，从垂直传送部13将1行的噪音成分的电荷供给到水平传送部14的数据包对中的水平传送方向后方侧的数据包中(图5C)。结果，在水平传送部14中，分别在数据包对的前方储存噪音成分的电荷、在后方储存信号成分的电荷。

这样，通过在水平消隐期间内进行两次行移位，从垂直传送部13向水平传送部14将移位后的噪音成分及信号成分的各电荷成对地沿水平方向传送，依次注入到电荷检测部15中。在电荷检测部15中，通过与水平传送脉冲Hφ1、Hφ2同周期的复位栅极脉冲RGφ进行复位动作，结果，在如图3所示的波形的信号输出Vout中，在P相中装载有噪音成分的信息，在D相中装载有信号成分的信息。

在该电荷检测部15中，通过以与水平传送部14的传送周期同周期进行复位动作，在P相与D相之间也进行复位动作。结果，在P相中装载有1个数据包的噪音成分，在D相中装载有1个数据包的信号成分+噪音成分。

如上所述，在全像素读出驱动方式的CCD摄像元件中，在间隔取出读出模式时，将信号数据包与空数据包的各电荷成组(在本例中是对)进行水平传送，将该水平传送的电荷依次变换为电信号而使P相装载空数据包的噪音成分，将信号数据包的信号成分装载在D相中并输出，由此能够与像素信息成组地得到与该像素信息相同的像素串、即水平方向的相同地址的噪音信息。

因而，在后段的信号处理系统中，通过进行取D相的信号成分和P相的噪音成分的差分的处理，能够将包含在信号成分中的噪音成分消除。这里，所谓的空数据包的噪音成分，是指拖影及暗电流等在与垂直传送相同方向上装载的噪音。

此外，在专利文献4中公开了在后段电路中对从读出像素读出的信号成分+拖影成分、和包含在空数据包中的拖影成分进行差分而将拖影成分除去的技术、以及通过在垂直传送路径的最终部设置传送阻止栅极从而能够应对垂直方向的间隔取出和水平方向的间隔取出的技术。

【专利文献1】日本特开平9-298755号公报

【专利文献2】日本特开平11-234688号公报

【专利文献3】日本特开2000-299817号公报

【专利文献4】日本特开2005-328212号公报

但是，在专利文献3、4中公开的上述的方法中，产生了以下所示的问题。

第一，在专利文献3中公开的方法中，不能应对在水平方向上将像素间隔取出的驱动方法。例如，考虑在水平方向上隔1个像素读出像素的情况。根据上述的驱动方法，在从垂直传送部对水平传送部传送信号电荷后，在水平传送部中将电荷移位1比特，接着将空数据包的噪音成分从垂直传送部发送给水平传送部中的装入了电荷的数据包的后段的数据包，来实现噪音成分与信号成分的分离。但是，在沿水平方向将像素间隔取出的情况下，在读出了信号的同一行中交替地存在信号数据包与空数据包，并且没有被读出信号的间隔取出行都成为空数据包的排列。由此，在如该方法那样从垂直传送部向水平传送部传送信号后，即使进行比特移位也不能良好地进行信号数据包与空数据包的分离。

第二，在专利文献3中公开的方法中，由于需要将水平传送部做成由水平方向的像素数的倍密度的数据包串构成的结构，所以水平传送路径相对于垂直传送部的1列的面积变大，不适合于元件的细微化。此外，由于相对于饱和电荷量具有过大的容量，所以有可能在高速传送时发生信号钝化。

第三，在专利文献3中公开的方法中，由于需要将水平传送部的驱动频率设定为通常的2倍，所以不仅驱动电路复杂化，而且会带来耗电的增大。

第四，在专利文献4中公开的方法中，需要将信号数据包与空数据包分别地水平传送，不能实现水平传送数的削减带来的高速驱动。此外，将水平传送数据包设为倍密度的方法具有与专利文献3同样的问题。

此外，还公开了对应于水平方向的间隔取出数而设置传送阻止栅极、将同一垂直传送列的信号数据包与空数据包分离的技术，但对于用来将被传送阻止栅极阻止的电荷排出的技术没有公开，如果不能进行该电荷的排出就不能实现水平方向的间隔取出。例如，考虑在传送阻止栅极的附近设置排出用的漏极、或者将被阻止的电荷另外地水平传送而排出的方法，但前者在构造上难以应对细微化，后者由于另外需要用来进行不需要电荷排出的水平传送所以不适合高速化，所以不是现实的方法。此外，没有通过传送阻止栅极传送给水平传送部的信号成分原样舍弃，所以也不能为了画质提高等而有效利用该信号成分。

发明内容

所以，本发明的目的是提供一种即使在水平方向将像素间隔取出的驱动模式中也能够大幅降低拖影等噪音并得到高画质的图像的固体摄像装置及其驱动方法。

为了解决上述问题，本发明的固体摄像装置具有：垂直传送部，为了将从二维排列的像素读出的信号电荷向垂直方向传送而与上述像素的各列对应设置；水平传送部，将从上述垂直传送部获取的信号电荷向水平方向传送；上述垂直传送部中的距离上述水平传送部最近的传送段即垂直最终段每m(m为2以上的整数)列具有相同的传送电极结构；上述m列中的一个列以外的垂直最终段或所有列的垂直最终段为了与该m列中的其他列相独立地控制从该垂直最终段向上述水平传送部的传送动作，而具有与上述其他列相独立的传送电极；其特征在于，具有连续垂直传送驱动模式，该连续垂直传送驱动模式将装入作为图像信号使用的信号成分的第1数据包和没有装入作为图像信号使用的信号成分的第2数据包在1个水平传送期间内至少每1个数据包连续地向垂直方向传送；在上述连续垂直传送驱动模式中，对上述垂直传送段的传送电极以及上述水平传送部的传送电极分别施加传送脉冲，以使上述第1数据包与上述第2数据包在上述水平传送部内被分开而分离。

优选的是，在上述第1数据包与上述第2数据包在上述水平传送部内被分开时，上述第1数据包为(m-1)数据包以下。

优选的是，还设置有与上述各像素对应的滤色器。

优选的是，上述滤色器以拜尔排列配置。

本发明的固体摄像装置的驱动方法是作为摄像模式至少具备在垂直方向及水平方向上将像素间隔取出地读出的监视器模式的固体摄像装置的驱动方法，具有：由用来将从二维排列的像素读出的信号电荷向垂直方向传送的垂直传送部、传送装入作为图像信号使用的信号成分的第1数据包和没有装入作为图像信号使用的信号成分的第2数据包的步骤；将处于任意的上述垂直传送部的列中的上述第2数据包中含有的电荷从上述垂直传送部传送至将从上述垂直传送部获取的信号电荷向水平方向传送的水平传送部的规定的传送段中的步骤；将在上述第1数据包中含有的电荷从上述垂直传送部传送至上述水平传送部中的与上述规定的传送段不同的传送段中的步骤；由上述水平传送部水平传送装入到各传送段中的电荷、并得到输出信号的步骤。

优选的是，在上述垂直传送部内将上述电荷相加后，传送给上述水平传送部。

优选的是，在上述垂直传送部内连续传送多个上述第1数据包。

优选的是，具有在上述垂直传送部中的距离上述水平传送部最近的传送段即垂直最终段中、将上述第1数据包内的电荷与上述第2数据包内的电荷混合的步骤。

此外，本发明的摄像机具备：光学系统，包括用来将来自被摄体的入射光成像到固体摄像装置的摄像面上的透镜等；控制部，控制上述固体摄像装置的驱动；图像处理部，对来自上述固体摄像装置的输出信号实施信号处理；其特征在于，上述固体摄像装置是上述本发明的固体摄像装置。

优选的是，还具备用来保存上述输出信号的存储器。

优选的是，利用在从上述水平传送部输出的输出信号中的、信号成分的量相同而拖影成分不同的信号间进行差分而得到的每1个像素的拖影成分，将输出信号中的拖影成分除去，并得到图像信号。

发明效果

根据有关本发明的固体摄像装置，即使在进行垂直方向及水平方向上的像素间隔取出的驱动时、多像素混合驱动时，也能够大幅降低对信号电荷的拖影等噪音，即使是监视器模式也能够得到很高品质的图像。

这里引用2006年4月25日提交的日本专利申请No.2006-120260。

附图说明

根据下述对用于说明本发明的实施例的附图的说明，本发明的这些目的、优点以及特点将会变得更加明显。

图1A、图1B是用来说明现有技术的问题的表示电荷传送状态的示意图。

图2是现有技术中的固体摄像装置的概略结构图。

图3是表示现有技术中的水平传送脉冲Hφ1、Hφ2、复位栅极脉冲RGφ及信号输出Vout的定时关系的图。

图4A、图4B是用来说明现有技术中的CCD摄像元件的全像素读出驱动模式的动作的图。

图5A～图5C是用来说明现有技术中的CCD摄像元件的间隔取出驱动模式的动作的图。

图6是本发明的第1实施方式中的固体摄像装置的概略结构图。

图7A、图7B是本发明的第1实施方式中的固体摄像装置的垂直传送电极的结构图。

图8A、图8B是本发明的第1实施方式中的信号读出像素与传送电极的配置关系的图。

图8C是表示传送电极组中的阻挡电极与储存电极的配置关系的图。

图9是本发明的第1实施方式中的固体摄像装置的垂直、水平传送数据包的时序图。

图10是用来说明本发明的第1实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图11是用来说明本发明的第1实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图12是用来说明本发明的第1实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图13A、图13B是表示在本发明的第1实施方式中的固体摄像装置中能够进行垂直像素相加的数据包配置的图。

图13C是表示不能进行垂直像素相加的数据包配置的图。

图14是能够进行图13(c)所示的数据包配置中的驱动的水平传送部的概略结构图。

图15是表示相对于在本发明的第1实施方式中的静像模式下得到的信号的、各种监视器模式下的拖影改善程度的图。

图16是用来说明本发明的第2实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图17是用来说明本发明的第2实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图18是用来说明本发明的第2实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图19是用来说明本发明的第2实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图20是用来说明本发明的第2实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图21是用来说明本发明的第2实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图22是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图23是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图24是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图25是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图26是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图27是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图28是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图29是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图30是用来说明本发明的第3实施方式中的固体摄像装置的传送部中的电荷的传送状态的图。

图31A、图31B是表示在本发明的第3实施方式中的固体摄像装置中被混合的像素的组合(混合像素组)的一例的说明图。

图32是表示本发明的第4实施方式中的数字摄像机的概略结构的图。

图33是将本发明的第4实施方式中的固体摄像装置的输出信号按时间序列排列的图。

图34是表示用来进行本发明的第4实施方式中的拖影降低的信号处理流程的一例的图。

具体实施方式

(有关本发明的固体摄像装置的结构)

图6中表示有关本发明的固体摄像装置的结构。整体及各部的结构与图2所示大致相同，不同的是：用来驱动垂直传送部13的垂直传送脉冲及传送电极基本上为6相、以及垂直最终段21的垂直传送电极的结构。此外，在该结构中，在垂直、水平方向上都每隔两个像素周期地配置有R·G·B的各个滤色器。例如，如果以垂直方向2像素×水平方向2像素的共计4像素为单位，则以所谓的拜尔(Bayer)排列配置滤色器，以使左下的像素为R、右下及左上的像素为G、右上的像素为B。该过滤器结构在以后所示的实施方式中也同样。

这里，图7A中表示垂直传送部的传送电极构造的一例。如上所述，将V1～V6的6相的传送电极(公共电极)的组设为1个传送段，将多个传送段重复配置而构成垂直传送部3的传送电极。但是，由于对应于垂直方向的间隔取出驱动，所以与间隔取出时的读出像素对应的读出电极为能够与其他电极独立地驱动的结构。关于具体的结构在图8A～图8C中表示。此外，垂直最终段21的电极结构与其他垂直传送段不同。即。垂直最终段21为了与其他垂直传送段的哪个都独立地传送动作，第3相及第5相由与上述的公共电极不同的独立电极(V3B、V3R、V3L、V5B、V5R、V5L)构成。

通过做成这样的电极构造，在垂直最终段中能够与其他传送段独立地进行传送动作。

另外，如图7B所示，为了进行与其他垂直传送段的第1相独立的传送动作也可以将垂直最终段的6个电极中的距离水平传送部4较远侧的第1相电极设为单独瞬态(transient)电极22。

通过做成该结构，与图6所示的情况相比能够增加垂直传送的处理电荷量。

另外，图7A、图7B所示的电极构造等在日本特开2004-180284号公报中公开了详细情况，图7A、图7B所示的构造等在日本特开2006-14075号公报中公开了详细情况。

(间隔取出驱动及拖影的说明)

图8A～图8C中表示间隔取出驱动时的像素与传送电极的配置关系。图8A、图8B中表示信号读出像素与传送电极的配置关系，在图8C中表示传送电极组中的阻挡电极与储存电极的配置关系。此外，在图8A与图8B中，对应于在垂直传送部内进行像素混合的情况和不进行的情况。

在该例中，对在垂直方向上读出9像素中的两个像素的间隔取出驱动模式进行说明。垂直传送电极中的与间隔取出时的读出像素对应的第3相、第5相的电极(V3A、V5A)构成为能够与其他电极独立地驱动。由此，图7A、图7B所示的电极构造中的通常的垂直传送段中的电极构造也是与图8A～图8C所示同样的周期构造。

接着，对信号电荷的读出、传送动作进行说明。

如图8A所示，从像素G1读出的信号电荷在垂直传送路径内传送，接着在垂直传送路径内与从像素G2读出的信号电荷相加。此时，在从像素G2向垂直传送部读出信号电荷的时刻进行像素相加。相加后的信号电荷进一步向水平传送部进行传送动作。同样，将从像素R1读出的信号电荷与从像素R2读出的信号电荷在垂直传送路径内相加，并向水平传送路径进行传送动作。

此外，在图8B所示的例子中，从像素G1、G2读出的信号电荷分别在垂直传送路径内传送，向水平传送路径进行传送动作。

此外，如图8C所示，从像素读出的信号电荷被储存到V1电极～V4电极的4个栅极下，V5、V6电极发挥阻挡栅极的作用。此时的信号电荷含有从光敏二极管读出的纯粹的信号成分和拖影及暗电流等噪音成分。此外，储存在储存栅极V1～V4中的电荷对应于上述的1个数据包。

通过这样做成6相栅电极结构，能够增加电荷储存用的栅极数，能够增加可在垂直传送路径内传送的电荷量。

在垂直传送中在各传送数据包中产生拖影及暗电流等噪音成分。例如，如果是拖影，则因来自各像素的泄漏光等而产生的伪信号被加到传送数据包中，如果是暗电流，则因热等而激励的电子成为伪信号而被加到传送数据包中。其被加到各场中的1画面的垂直方向所有像素的传送中，在传送到水平传送部时，在同一垂直传送列的各数据包中大致均匀地存在噪音信号。

该噪音信号如果是在各传送数据包的可处理的电荷量内，则不论进入到其中的信号如何，都加到垂直传送中。

该噪音抑制电平一般将噪音的信号比设为对数显示而表示，例如，作为拖影抑制比，可以用

(拖影抑制电平)＝20×LOG((拖影信号)/(信号))    (式1)的计算式表示。

拖影的改善度也同样能够用比率表示，用

(拖影改善度)＝20×log(拖影改善比率)    (式2)的计算式表示。拖影的改善也可从上述的式中读取，但在拖影信号本身的降低的同时，通过信号水平的增加也能够得到改善。

另外，通过进行图8A所示的读出、传送动作，由于在像素相加时从后读出的信号电荷中没有混入拖影电荷，所以能够降低拖影电荷相对于信号电荷的比例。即，如果是图8A的读出、传送动作，则在垂直传送1个数据包中在进行从像素的读出时放入了两个像素量的信号，垂直传送以1个数据包两个像素量的信号的状态进行，所以如上所述，信号水平相对于噪音信号成为2倍的比率。因而，如果是该读出、传送动作，则能够改善拖影抑制电平。

此外，只要没有特别否定，在以后的实施方式中以读出垂直方向9像素中的两个像素、并且在垂直传送路径内将两个像素混合的间隔取出驱动模式(图8A)为前提进行说明。

(第1实施方式)

图9中表示本发明的第1实施方式中的固体摄像装置的垂直、水平传送脉冲的时序图，图10～图12中表示用来说明传送部中的电荷的传送状态的图。另外，在图9中表示垂直最终段中的传送脉冲及水平传送脉冲。

以下，以在水平方向上从3周期(B列、R列、L列)的像素读出1个像素的间隔取出驱动模式为例，对于本实施方式中的电荷的信号成分及拖影成分的传送动作进行说明。

垂直最终段的传送电极进行驱动，从而将处于垂直传送段的1数据包的信号电荷传送到水平传送部14中(图10)。此时，如果以B列为例，则在传送到水平传送部中的信号电荷中包含有从两个像素读出的信号成分(2×G1，2×R1)和对应于1个像素量的拖影成分(S0)。拖影成分为1个像素量是基于上述的理由。此外，从在R列传送的电荷中，除了信号成分(2×G2，2×R2)和1个像素量的拖影成分(S0)以外，还加上了包含在前段的数据包中的拖影成分(S2)，对此在后面说明。此外，在图9的期间A所示的定时对此时的垂直最终段的传送电极施加传送脉冲。

接着，在水平传送部14中进行1段量的传送后，使L列的垂直传送段的电极V5L为LOW电平的原状，将该栅极作为阻挡极，不将位于L列的最终段的空数据包内的拖影成分传送给水平传送部14，而加到后段的空数据包中。将除此以外的B列、R列的拖影成分传送给水平传送部14，加到信号电荷中(图11)。

另外，该空数据包内的信号是除了拖影成分以外还含有在垂直传送路径内产生的暗电流成分等的噪音信号。

此外，在图9的期间B所示的定时对此时的垂直最终段的传送电极施加传送脉冲。

接着，再次通过水平传送部14进行1段量的传送后，使R列的垂直传送段的电极V5R为LOW电平的原状，将该栅极作为阻挡极，不将位于L列的最终段的空数据包内的拖影成分传送给水平传送部14，而加到后段的空数据包中。将除此以外的B列、L列的拖影成分传送给水平传送部14，加到信号电荷中(图12)。结果，在水平传送部14内分离为将包含在信号数据包内的信号成分(G2、R2)及拖影成分(S0)与包含在空数据包内的拖影成分(S1、S2)相加混合后的段、和仅存在包含于信号数据包内的信号成分(G1、R1)及拖影成分的段。

此外，在图9的期间B所示的定时对此时的垂直最终段的传送电极施加传送脉冲。

在该状态下水平传送部14进行驱动，从而进行水平传送动作，输出信号。即，在1个水平消隐期间内进行图10～图12所示的传送动作。

通过仅将后者的信号(在图12的水平传送部14中用粗框包围的信号)最终作为图像信号使用，能够大幅降低包含在图像中的拖影信号。然后，重复进行上述图10～图12的动作而输出信号。

此外，在本实施方式中，仅说明了(G-R)行的读出、传送动作，但对于(G-B)行的读出、传送动作也同样地进行。

以上，根据本实施方式，通过能与其他段独立地驱动的垂直最终段21的传送电极，按列使垂直方向的传送动作不同，并且通过与在水平传送部14中的传送动作相组合，能够进行拖影成分与信号成分的分离，在垂直方向及水平方向中的图像间隔取出驱动模式中，能够使作为图像信号使用的信号电荷内的拖影成分为最小。由此，在监视器模式中，通过在水平方向上也将像素间隔取出，能够进一步实现高速的图像读出、即实现高帧频，并且能够得到高画质的图像。此外，如图12所示，通过在垂直最终段21内将拖影成分逆传送到信号数据包中，能够防止从空数据包传送拖影成分的传送步骤增加，能够防止帧频的降低。

另外，在上述实施方式中，对于在垂直传送路径内进行两像素相加混合的驱动模式进行了说明，但在例如想要确保垂直方向的析像度的情况下，也可考虑如图8B所示那样不进行垂直传送路径内的像素混合。在此情况下，图像信号中的拖影成分增加，但如后所述，如果与以往的方法相比则能够大幅降低。

但是，在此情况下，需要如图13A、图13B所示那样在信号数据包连续的状态下传送。这是因为，在如图13C那样信号数据包与空数据包交替地存在的情况下，即使想要制作只有信号的数据包也必须在其之间加上拖影数据包。但是，如果水平传送部14不是两相驱动而例如如图14所示那样是4相驱动，则如果在水平传送路径内使电荷逆传送等，则即使是图13所示的数据包的排列也能够如上述那样进行信号成分与拖影成分的分离。

图15中表示相对于在全像素读出驱动模式(静像模式)下得到的信号的、各种间隔取出驱动模式(监视器模式)下的拖影改善度。

在静像模式下，在来自1个像素的信号电荷中含有1个信号成分和1个拖影成分。相对于此，在从垂直方向9像素读出两个像素时，在以往的监视器模式下相对于两个像素的信号成分加上了9个像素量的拖影成分，所以拖影恶化了20×LOG(9/2)≈13.1(dB)。另一方面，在上述实施方式中，在垂直传送路径内没有混合像素的情况下(图8B)，相对于两个像素量的信号成分而含有两个像素量的拖影成分，所以拖影成分相对于信号成分的比相同，即拖影改善度为0(dB)。在进一步利用图10～图12说明的垂直传送路径内将两个像素相加混合的模式下，相对于两个像素量的信号成分而含有1个像素量的拖影成分，所以拖影改善度为20×LOG(1/2)≈-6.0(dB)，即与静像模式相比拖影优化了6(dB)左右。

另外，由于拖影是混入到在垂直传送路径中传送的信号电荷中的噪音成分，所以水平方向的像素间隔取出与拖影的优化、恶化无关。

由以上可知，根据本实施方式，相对于在以往的监视器模式下得到的输出，在不进行垂直像素相加的情况下拖影也改善约13(dB)、在进行垂直像素相加的情况下拖影改善约19(dB)，大幅地改善了拖影。

该改善度根据垂直方向的间隔取出率而变化，但可知如果间隔取出率较高则拖影改善度优化。

另外，在图10～图14中，为了便于说明而将水平传送部14的1段分为多个区域描绘，但实际上并不是被分割为多个区域，不是专利文献3中公开那样的倍密度的数据包结构。但是，作为每1段的容量，需要设定为信号电荷不溢出程度的足够的容量。

此外，在本实施方式及以后的实施方式中，对于最终作为图像信号使用的信号成分赋予了下标1(例如G1、R1)，对于不作为图像信号使用的信号成分赋予了下标2(例如G2、R2)。此外，各拖影成分(S0、S1、S2)对于每1个像素的成分，设其电荷量为相同来处理。

(第2实施方式)

图16～图21是用来说明本发明的第2实施方式中的传送部中的电荷的传送状态的图。本实施方式与第1实施方式不同的主要的点是，在水平传送部14内混合了同色的信号成分。通过这样，能够增加图像信号中的颜色信号成分，实现灵敏度的提高及像素的有效利用。

以下对电荷的传送动作进行说明，但在本实施方式中，为了将(G-R)行(以下称作第1色系列)的G成分与(G-B)行(以下称作第2色系列)的G成分相区别，将第2色系列的G成分标记为g1、g2等。

仅将储存在垂直最终段21中的第1色系列的信号中的R列的信号数据包内的信号电荷传送给水平传送部14(图16)。

接着，在水平传送部中传送两段后，仅将B列、L列的信号数据包内的信号电荷传送给水平传送部14(图17)。通过该传送动作将含有G1成分的信号电荷相加混合，并且将含有R1成分的信号电荷相加混合。此时，如图17所示，也可以将R列的空数据包(也没有拖影成分)相加到后段的数据包内。

通过上述的垂直传送动作，将空数据包传送给垂直最终段21。其中，从B列、R列的空数据包将只有拖影成分的电荷传送给水平传送部14(图18)。通过中止来自L列的拖影成分的传送，在含有G1成分的信号电荷及含有R1成分的信号电荷中没有混入来自空数据包的拖影成分。此外，处于L列的空数据包中的拖影成分被加到后段的空数据包中。

接着，在水平传送部14中传送两段后，从处于垂直最终段21中的空数据包中的L列、R列的空数据包将只有拖影成分的电荷传送给水平传送部14(图19)。

在拖影成分的传送开始时刻，由于含有G1成分的信号电荷及含有R1成分的信号电荷分别位于B列，所以不会混入来自空数据包的拖影成分。

在水平传送部14中传送一段后，从处于垂直最终段21中的空数据包中的B列的空数据包将只有拖影成分的电荷传送给水平传送部14(图20)。

在拖影成分的传送开始时刻，由于含有G1成分的信号电荷及含有R1成分的信号电荷分别位于L列，所以不会混入来自空数据包的拖影成分。

通过上述的垂直传送动作，将第2色系列的信号数据包传送给垂直最终段21(图21)。

此时，在水平传送部14内能够实现在含有G1成分的信号电荷以及含有R1成分的信号电荷中没有从空数据包混入拖影成分的状态。即，能够将信号成分与拖影成分完全分离。

此外，在装入含有G1成分的信号电荷的传送段以及装入含有R1成分的信号电荷的传送段中分别装入有4个像素量的信号成分，通过将它们水平传送并输出，与第1实施方式相比每1个数据包能够得到2倍的输出，能够提高灵敏度。

在此状态下驱动水平传送部14，进行水平传送动作，输出信号。即，在1个水平消隐期间内进行图16～图21所示的传送动作。

然后，通过重复同样的动作，能够得到图像信号。

(第3实施方式)

图22～图30是用来说明本发明的第3实施方式中的传送部中的电荷的传送状态的图。本实施方式与第2实施方式不同的主要的点是在将含有第1色系列、第2色系列的信号成分的信号电荷两者都读出到水平传送部14内的状态下进行水平传送动作。通过这样，能够增加图像信号中的颜色信号成分，实现灵敏度的提高及像素的有效利用，并且能够增加能够在1个水平消隐期间内传送的信号的种类，结果，能够实现高速的图像读出。

以下，对电荷的传送动作进行说明。

仅将储存在垂直最终段21中的第1色系列的信号中的R列的信号数据包内的信号电荷传送给水平传送部14(图22)。

接着，在水平传送部传送两段后，仅将L列的信号数据包内的信号电荷传送给水平传送部14(图23)。通过该传送动作将含有G1成分的信号电荷相加混合，并且将含有R1成分的信号电荷相加混合。

同样，在水平传送部再传送两段后，仅将B列的信号数据包内的信号电荷传送给水平传送部14(图24)。通过该传送动作将含有G1成分的信号电荷相加混合6个像素量，并且将含有R1成分的信号电荷相加混合6个像素量。

通过上述的垂直传送动作，将空数据包传送给垂直最终段21(图25)。

该空数据包内的拖影成分通过从图22到图24所示的动作被传送给水平传送部14(图26)，在从垂直最终段21的传送动作结束时刻，拖影成分每3个像素量进行相加混合，汇集到水平传送部14的1段中。在图26所示的例子中，拖影成分(S1)被分离并汇集到B列下的传送段、信号电荷(信号成分+拖影成分)被分离并汇集到L列中。

进而，重复同样的动作，进行从垂直最终段21向水平传送部14的电荷传送动作，以便将拖影成分与信号电荷分离(图27)。此外，通过上述的垂直传送动作，将第2色系列的信号数据包传送到垂直最终段21中。

接着，进行与图22到图24所示的动作相同的动作，在与第1色系列的信号电荷及拖影成分分离的状态下，将第2色系列的信号电荷传送到水平传送部14中(图28)。

进而，将拖影成分(S3、S4)与信号成分分离，传送到水平传送部14中(图29)。

通过上述的垂直传送动作，将第1色系列的信号数据包传送给垂直最终段21(图30)。

此时，在水平传送部14内能够实现在含有G1成分、R1成分、g1成分、B1成分的信号电荷中没有从空数据包混入拖影成分的状态。即，能够将信号成分与拖影成分完全分离。

此外，此时在本实施方式中在水平方向上具备各3列独立的垂直传送栅极，通过在水平传送部内将信号成分分为两个数据包、将拖影成分分为1个数据包，能够进行信号成分与拖影成分的分离。即，垂直最终段每m(m为2以上的整数)列具有相同的传送电极结构，在水平方向上每m列重复时，在以往对全部m列以使信号数据包与只有噪音信号的空数据包叠加的形式进行输出，相对于此，通过如本实施方式那样分为(m-1)列的信号数据包和1列的空数据包，能够实现大幅降低了噪音信号的信号输出(在本实施方式中m＝3，水平传送部内的信号数据包对应于两列，噪音信号数据包对应于1列)。

此外，在装入含有G1成分的信号电荷的传送段以及装入含有R1成分的信号电荷的传送段中分别装入有4个像素量的信号成分，通过将它们水平传送并输出，与第1实施方式相比每1个数据包能够得到3倍的输出，能够提高灵敏度。

在此状态下驱动水平传送部14，进行水平传送动作，输出信号。即，在1个水平消隐期间内进行图22～图30所示的传送动作，但与第2实施方式所示的情况相比，通过1次的水平传送动作传送给电荷检测部15的信息成为2倍。由此，能够使图像信号的读出高速化。

然后，通过重复同样的动作，能够得到图像信号。

此外，通过与本实施方式所示同样的方法，在多像素混合的监视器模式中能够实现高速读出及高画质的图像。

例如，如图31A所示，如果将在水平方向上隔1个像素的3个像素、在垂直方向上隔1行的行的、合计9个像素作为一个混合像素组，进行上述传送动作，则能够实现拖影成分的降低，并且能够将全部的光敏二极管的信号像素不丢弃地混合，所以能够提高灵敏度，是优选的。在此情况下，关于各个RGB的混合像素组的重心，如图31A所示那样为等间隔。因而，能够得到析像度较高且波纹较少的图像。

此外，如图31B所示，也可以将从图31A所示的9个像素中将垂直方向的正中间的行间隔取出后的、合计6个像素作为一个混合像素组。在此情况下，由于关于各个RGB的混合像素组的重心是等间隔，所以也能够得到析像度较高且波纹较少的图像。

(第4实施方式)

图32中表示本发明的第4实施方式中的数字摄像机的概略结构。该数字摄像机具备用来将来自被摄体的入射光成像在固体摄像元件1的摄像面上的包括透镜等的光学系统31、控制固体摄像元件1的驱动的控制部32、和对来自固体摄像元件1的输出信号实施各种信号处理的图像处理部33。

固体摄像元件1是图6所示的结构，并且能够进行上述第1～第3实施方式中的电荷传送动作。此外，从控制部32对定时发生装置20发送控制信号。

根据该数字摄像机，在监视器模式下的摄像时能够进行大幅降低了拖影的影像的高画质摄像。此外，如果使用图像处理部33中的信号处理功能，则能够得到图15所示效果以上的拖影降低效果。

图33中表示将固体摄像元件1的输出信号以时间序列排列的例子，图34中表示用来进行拖影降低的信号处理流程的一例。

图33中表示第1实施方式中的输出动作的例子，在水平方向上每隔3个传送段输出作为图像信号使用的信号电荷。将该3个传送段作为1个周期，对各信号赋予处理ID。例如，设在图像信号中使用的为输出a。

接着，如图34所示，通过图像处理部33取输出a与输出b的差分。在此情况下，由于在输出a中含有两个像素量的信号成分和1个像素量的拖影成分，在输出b中含有两个像素量的信号成分和5个像素量的拖影成分，所以作为差分而得到4个像素量的拖影成分的信号。

接着，将得到的差分信号取1/4倍，得到约1个像素量的拖影成分信号。

最后，如果将从输出a得到的拖影成分信号进行差分，则能够得到大致没有拖影的输出信号。此时，从输出a、b、c得到的信号各偏移1个像素，但由于在监视器模式中连续地输出图像，所以在视觉上不会成为问题。

另外，为了进行这样的处理，如图32所示，需要保存数据的存储器34。

另外，在第1～第3实施方式中，将垂直传送电极组设为6相1组，但也可以是其他的相数。此外，也可以在垂直最终段中增加能够与其他独立地驱动的电极。例如，也可以将第1相的电极的组设为(V1B、V1R、V1L)。

此外，垂直方向及水平方向的像素的间隔取出方法可以在本发明的主旨的范围内自由地设定。多像素混合模式也并不限于6像素混合、9像素混合，也可以是4像素混合模式及9以上的像素混合模式。

另外，定时发生电路20既可以在固体摄像元件1的外部，也可以在内部中。此外，用来降低拖影的信号处理方法并不限于第4实施方式所示的例子，也可以是其他方法。

另外，在从第1到第4实施方式中，是有关将噪音信号作为空数据包垂直传送的驱动模式，但即使在空数据包中存在颜色信号成分等的信号电荷，只要使用在信号处理中不使用该数据包的方法，当然也能够得到同样的噪音降低效果。

此外，在从第1到第4实施方式中，主要是关于拖影成分的除去效果，由于在空数据包内如上所述也含有在垂直传送时混入的暗电流等噪音成分，所以对于将这些噪音从图像信号中除去，也能够得到同样的效果。

工业实用性

根据有关本发明的固体摄像装置，在垂直方向及水平方向上的像素间隔取出读出模式中，能够得到大幅降低了拖影的高画质的图像，在应用到高品质的数字摄像机等中的方面特别具有实用性。

尽管以上通过结合附图的实施例对本发明进行了详细的说明，但对本领域的技术人员来说显然可以进行各种变更及修改。因此，只要这些变更及修改没有脱离本发明的技术范围，就包含在本发明中。

Claims (12)

1、一种固体摄像装置，包括：

多个垂直传送部，为了将从二维排列的像素读出的信号电荷向垂直方向传送而与上述像素的各列对应设置；

1个水平传送部，将从上述多个垂直传送部获得的信号电荷向水平方向传送；以及

驱动部，驱动上述多个垂直传送部及水平传送部；其特征在于，

上述多个垂直传送部中的距离上述水平传送部最近的传送段即垂直最终段每m列具有相同的传送电极结构，m为2以上的整数；

上述m列中的一个列以外的垂直最终段或所有列的垂直最终段具有与其他列相独立的传送电极，与该m列中的其他列相独立地控制从该垂直最终段向上述水平传送部的传送动作；

上述驱动部具有连续垂直传送驱动模式，该连续垂直传送驱动模式将装入作为图像信号使用的信号成分的第1数据包和没有装入作为图像信号使用的信号成分的第2数据包在1个水平传送期间内至少每1个数据包连续地向垂直方向传送；

在上述连续垂直传送驱动模式中，对上述垂直传送段的传送电极以及上述水平传送部的传送电极分别施加传送脉冲，以使上述第1数据包与上述第2数据包在上述水平传送部内被分开而分离。

2、如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述第1数据包与上述第2数据包在上述水平传送部内被分开的结果是，对于水平传送部的1段，上述第1数据包为m-1数据包以下。

3、如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

还具备与上述各像素对应的滤色器。

4、如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述滤色器以拜尔排列配置。

5、一种固体摄像装置的驱动方法，该固体摄像装置至少具备在垂直方向及水平方向上将像素间隔取出地读出的监视器模式，来作为摄像模式，该驱动方法的特征在于，具有：

由用来将从二维排列的像素读出的信号电荷向垂直方向传送的垂直传送部、传送装入作为图像信号使用的信号成分的第1数据包和没有装入作为图像信号使用的信号成分的第2数据包的步骤；

将处于任意的上述垂直传送部的列中的上述第2数据包中含有的电荷、从上述垂直传送部传送给将从上述垂直传送部获取的信号电荷向水平方向传送的水平传送部的规定的传送段中的步骤；以及

将在上述第1数据包中含有的电荷从上述垂直传送部传送至上述水平传送部中的与上述规定的传送段不同的传送段中的步骤；

由上述水平传送部水平传送装入到各传送段中的电荷、并得到输出信号的步骤。

6、如权利要求5所述的固体摄像装置的驱动方法，其特征在于，

在上述垂直传送部内将上述电荷相加后，传送给上述水平传送部。

7、如权利要求5所述的固体摄像装置的驱动方法，其特征在于，

在上述垂直传送部内连续传送多个上述第1数据包。

8、如权利要求5所述的固体摄像装置的驱动方法，其特征在于，

具有在上述垂直传送部中的距离上述水平传送部最近的传送段即垂直最终段中、将上述第1数据包内的电荷与上述第2数据包内的电荷混合的步骤。

9、一种摄像机，其特征在于，包括：

权利要求1所述的固体摄像装置；

光学系统，包括用来将来自被摄体的入射光成像到固体摄像装置的摄像面上的透镜等；

控制部，控制上述固体摄像装置的驱动；以及

图像处理部，对来自上述固体摄像装置的输出信号实施信号处理。

10、如权利要求9所述的摄像机，其特征在于，

还具备用来保存上述输出信号的存储器。

11、如权利要求9所述的摄像机，其特征在于，

上述图像处理部在从上述水平传送部输出的输出信号中的、信号成分的量相同而拖影成分不同的信号之间，进行差分，利用由差分得到的每1个像素的拖影成分，将输出信号中的拖影成分除去，并得到图像信号。

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