CN1665280A - 摄像装置和摄像装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可实现高图像质量的摄像装置。通过下述摄像装置(200)来实现上述问题：该摄像装置包含摄像部(2i)，其具有各像素沿与信息电荷的传送方向相交的方向延伸的多个传送电极，利用通过传送电极的作用形成的电势阱来存储和传送响应于入射到像素中的光而产生的信息电荷，在摄像时，将信息电荷存储到实质上彼此分离的多个电势阱中，在传送时，相加合成在多个电势阱中的至少两个中存储的信息电荷而进行传送。

Description

摄像装置和摄像装置的控制装置
技术领域
本发明涉及提高摄像图像的图像质量的摄像装置和摄像装置的控制装置。
背景技术
图17表示具有CCD固体摄像元件的摄像装置100的构成。摄像装置100，包含CCD固体摄像元件102、定时控制电路104和驱动器106而构成。CCD固体摄像元件102具有摄像部2i、存储部2s、水平传送部2h和输出部2d。定时控制电路104接收规定频率的时钟脉冲和外部控制信号，生成控制CCD固体摄像元件102的摄像、垂直传送、水平传送和输出的控制信号。将控制信号输入到驱动器106中。驱动器106从定时控制电路104接收控制信号，并分别对CCD固体摄像元件102的摄像部2i、存储部2s、水平传送部2h和输出部2d在必要的定时下输出时钟脉冲。
CCD固体摄像元件102，接收来自驱动器106的时钟，并进行摄像、垂直传送和水平传送。入射到摄像部2i的光通过摄像部2i的构成各位(比特)的受光像素进行光电转换后，生成信息电荷。通过施加垂直传送时钟，将摄像部2i中生成的信息电荷的二维排列通过摄像部2i的垂直移位寄存器高速传送到存储部2s中。由此，在存储部2s的垂直移位寄存器中保持一帧的信息电荷。接着，将信息电荷一行接一行地从存储部2s传送到水平传送部2h中。进而，通过施加水平传送时钟，信息电荷以一个像素为单位从水平传送部2h传送到输出部2d中。输出部2d将每个像素的电荷量转换为电压值后，将其电压值的变化作为CCD的输出。
摄像部2i和存储部2s，包括由沿垂直方向(图17的纵方向)彼此平行延伸的多个沟道区域和与此相交的多个传送电极构成的垂直移位寄存器，各移位寄存器的各位分别作用为作为二维行列式配置的受光像素的一个。
摄像部2i如图18(a)～(c)所示，由在半导体基板9的表面区域上形成的多个移位寄存器构成。图18(a)是表示现有的摄像部2i的一部分的模式平面图，图18(b)和图18(c)分别是沿A-A线和B-B线的侧截面图。
如图18(b)所示，在N型半导体基板9内形成P阱(PW)11，在其上形成N阱12。即，在N型的半导体基板9上形成添加了p型杂质的p阱11。在该P阱11的表面区域上形成高浓度地添加了N型杂质的N阱12。另外，为了分离垂直移位寄存器的沟道区域，通过保持规定的间隔彼此平行地向N阱12离子注入P型杂质，而形成由P型杂质区域构成的分离区域14。通过相邻的分离区域14电划分N阱12，由分离区域14夹着的区域为作为信息电荷的传送路径的沟道区域22。分离区域14在相邻的沟道区域之间形成电势障壁，而电分离各沟道区域22。
在半导体基板9的表面上成膜绝缘膜13。彼此平行地配置由多晶硅膜构成的多个传送电极24，使其经该绝缘膜13与沟道区域22的延伸方向正交。现有的摄像部2i中，相邻的三个传送电极24-1、24-2、24-3组相当于一个像素。
图19表示摄像时沿沟道区域22的N阱12内的电势分布的情况。摄像时，通过使一组传送电极24中的一个传送电极24-2为接通状态，而在该传送电极24-2下的沟道区域22上形成电势阱50，通过使其余的传送电极24-1、24-3为断开状态，而在接通状态的传送电极下的电势阱50中存储信息电荷。传送时，如图20所示，向每个构成一个像素的三个传送电极24-1、24-2、24-3的组合施加三相传送时钟Φ1～Φ3，而控制位于传送电极24-1、24-2、24-3下的沟道区域22的电势来传送信息电荷。
存储部2s也与摄像部2i相同，由垂直移位寄存器构成。遮光存储部2s中含有的垂直移位寄存器，各移位寄存器的各位作用为存储信息电荷的存储像素。
另外，作为以彩色图像为对象的CCD固体摄像装置中，如图6所示，通过沿与垂直传送方向相交的方向交替排列沿垂直传送方向交替配置了透过红色(R)的滤色器和透过绿色(G)的滤色器的列，和交替配置了透过绿色(G)的滤色器和透过蓝色(B)的滤色器的列而构成矩阵状的像素排列，并能够取得彩色图像。
【专利文献1】特开2001-166284号公报
【专利文献2】特开平6-112467号公报
但是，上述现有的摄像装置及其控制方法中，按每一传送电极依次送出信息电荷而进行传送。因此，发生了垂直传送时间变长，不能得到高品质的图像的问题。
例如，在摄像部2i上没有设置机械快门的情况下，根据持续入射到摄像部2i的各像素中的光，传送期间中也持续产生电荷。该电荷成为产生称为托尾的噪声的原因。将成为噪声的原因的电荷称为托尾(smear)电荷。在从摄像部2i向存储部2s传送信息电荷的时间变长的同时，托尾电荷量增加，在所拍摄的图像上残留为强噪声。
另外，如现有技术那样，摄像部2i中，在一组传送电极中仅一个为接通状态而进行拍摄的情况下，拍摄时的电势阱中可存储的电荷量有限制，在接受了来自亮度高的拍摄对象物的光的情况等中，不能得到充分的灵敏度和动态范围。进而，还存在拍摄期间中产生的信息电荷量超过了电势阱的容量，所得图像的动态范围降低了的情况。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的问题而作出，其目的是提供一种可以得到更高品质的图像的摄像装置和摄像装置的控制装置。
本发明是一种摄像装置和摄像装置的控制装置，包括摄像部，该摄像部具有接受来自外部的光来生成信息电荷的多个像素，各像素具有向与信息电荷的传送方向相交的方向延伸的多个传送电极；利用通过传送电极的作用形成的电势阱来存储和传送响应于入射到像素中的光而产生的信息电荷，其特征在于：摄像时，在实质上彼此分离的多个电势阱中存储信息电荷；传送时，相加合成所述多个电势阱中至少两个中存储的信息电荷而进行传送。
即，通过沿传送方向相加合成在所述多个电势阱中至少两个中存储的信息电荷而进行传送，可以使传送时间比现有技术缩短。结果，可以实现高速传送，可以减少托尾电荷量。另外，可以提高摄像时的灵敏度和动态范围。
具体而言，具有控制单元(装置)，其将沿传送方向连续配置的至少每两个像素作为组，独立控制在该组像素群中具有的各个传送电极。最好通过该控制单元(装置)，将沿传送方向连续配置的至少每两个传送电极作为组，在传送时，实质上向该组的传送电极供给同相的时钟脉冲。由此，可以沿传送方向相加合成所述多个电势阱中的至少两个中存储的信息电荷而进行传送。
另外，作为以彩色图像的取得为目的的摄像装置中，最好各像素存储响应于不同的两个以上的波长区域(颜色)之一而产生的信息电荷，传送时，相加合成响应于波长区域使信息电荷产生的至少两个像素中存储的信息电荷而进行传送。
具体而言，最好沿传送方向以规定的周期重复配置对应于各波长区域的像素，通过所述控制单元(装置)，将一个像素加到配置了对应于同一波长区域的像素的周期中的周期上含有的像素群作为组，独立控制该组中含有的像素中具有的各个传送电极。这时，所述控制单元(装置)将沿传送方向连续配置的至少每两个传送电极作为组，通过实质上向该组的传送电极供给同相的时钟脉冲而可以进行高速传送。
另外，传送时，也可以相加合成响应于不同的波长区域产生信息电荷的至少两个像素中存储的信息电荷而进行传送。这时，最好包括输出信号处理部，传送后，根据所述相加合成后的信息电荷求出对应于各波长成分的信息电荷的信号。
根据本发明，在含有CCD固体摄像元件的摄像装置中，可以得到高品质的图像。例如，可以提高摄像时的灵敏度和动态范围。另外，可以抑制传送时所产生的托尾。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的摄像装置的构成框图。
图2是表示本发明实施方式的CCD固体摄像元件的摄像部的内部构成的平面图。
图3是表示本发明实施方式的CCD固体摄像元件的摄像部的内部构成的截面图。
图4是表示本发明实施方式的CCD固体摄像元件的摄像部的内部构成的截面图。
图5是表示本发明实施方式的CCD固体摄像元件的滤色器的配置图。
图6是表示本发明实施方式的CCD固体摄像元件的滤色器的排列的图。
图7是表示本发明实施方式的供给CCD固体摄像元件的时钟脉冲的定时图。
图8是表示本发明实施方式的各传送电极下的电势状态变化的图。
图9是表示本发明实施方式的供给CCD固体摄像元件的时钟脉冲的定时图的另一例的图。
图10是表示本发明实施方式的CCD固体摄像元件的各传送电极下的电势状态变化的图。
图11是表示本发明实施方式的变形例1中的供给CCD固体摄像元件的时钟脉冲的定时图的图。
图12是表示本发明实施方式的变形例1的各传送电极下的电势状态变化的图。
图13是表示本发明实施方式的变形例2的供给CCD固体摄像元件的时钟脉冲的定时图。
图14是表示本发明实施方式的变形例2的各传送电极下的电势的状态变化的图。
图15是说明本发明实施方式的变形例2的摄像期间的信息电荷的存储情况的图。
图16是说明本发明实施方式的变形例2的摄像期间的信息电荷的存储情况的图。
图17是表示现有的摄像装置的构成框图。
图18是表示现有的CCD固体摄像元件的摄像部的内部构成的平面图。
图19是说明摄像时的信息电荷的存储的说明图。
图20是表示现有的CCD固体摄像元件的在摄像时和传送时向传送电极供给的时钟脉冲的定时图。
图中：
2d-输出部，2i-摄像部，2h-水平传送部，2s-存储部，9-半导体基板，10-半导体基板(N-SMB)，11、12-阱，13-绝缘膜，14-分离区域，22-通道区域，24-传送电极，30-传送电极，32-滤色器，34-像素列，50-电势阱50，100-摄像装置，102-CCD固体摄像装置，104-定时控制电路，106-驱动器，200-摄像装置，202-CCD固体摄像元件，204-定时控制电路，206-驱动器，208-输出信号处理部
具体实施方式
本发明的实施方式的摄像装置200如图1所示，包含CCD固体摄像元件202、定时控制电路204、驱动器206和输出信号处理部208而构成。
CCD固体摄像元件202，具有摄像部2i、存储部2s、水平传送部2h和输出部2d。另外，定时控制电路204接收规定频率的时钟脉冲和外部控制信号后，生成控制CCD固体摄像元件202的摄像、垂直传送、水平传送和输出的控制信号。将这些控制信号从定时控制电路204输入到驱动器206中。驱动器206从定时控制电路204接收控制信号后，对各个CCD固体摄像元件202的摄像部2i、存储部2s、水平传送部2h和输出部2d在必要的定时下输出时钟脉冲。输出信号处理部208，在对从输出部2d输出的CCD固体摄像元件202的输出信号实施了托尾消除等处理后，向装置外部输出输出信号。
摄像部2i和存储部2s与现有技术相同，包含由沿垂直方向(图1的纵方向)彼此平行延伸的多个沟道区域和与此相交的多个传送电极构成的垂直移位寄存器，各移位寄存器的各位分别作用为作为二维行列式配置的受光像素的一个。
摄像部2i，如图2～4所示，由在半导体基板10的表面区域上形成的多个移位寄存器构成。图2是表示现有的摄像部2i的局部的平面图，图3和图4分别是沿图2的C-C线和D-D线的侧截面图。
如图3和图4所示，本实施方式的摄像部2i具有与现有的摄像装置的摄像部相同的截面结构。即，在N型半导体基板9内形成P阱(PW)11，并在其上形成N阱12，在该P阱11的表面区域上形成高浓度地添加了N型杂质的N阱12。进而，在N阱12上相隔规定间隔彼此平行地形成由P型杂质区域构成的分离区域14。分离区域14在相邻的沟道区域之间形成电势障壁，电划分由这些分离区域14夹着的区域，并成为作为信息电荷的传送路径的沟道区域22。
另外，在半导体基板9的表面上成膜绝缘膜13。如图2所示，彼此平行地重复配置由多晶硅膜等构成的多个传送电极30(30-1～30-9)，使其夹着该绝缘膜13、沿沟道区域22的延伸方向正交。
本实施方式中，对以彩色图像为拍摄对象的摄像装置200进行说明。在以彩色图像为拍摄对象的摄像装置200中，其成为使存储响应于不同颜色的波长成分而产生的信息电荷的像素，以规定的周期重复配置了的矩阵状像素排列的构成。例如，如图5所示，将沿垂直传送方向连续的三个传送电极分别作为一组，沿与垂直传送方向相交的方向交替排列交替配置了透过红色(R)的滤色器32-R和透过绿色(G)的滤色器32-G的列34-1，和交替配置了透过蓝色(B)的滤色器32-B和透过绿色(G)的滤色器32-G的列34-2。由此，如图6所示，构成按矩阵状配置了由多个电极(这里为三个电极)控制的各自的R、G、B的像素的像素排列。
现有的摄像部2i中，相邻的三个传送电极24-1、24-2、24-3组相当于一个像素，通过对各个传送电极24-1、24-2、24-3供给三相时钟脉冲Φ1、Φ2、Φ3，控制了摄像部2i的摄像和传送。本实施方式中，把将一个像素加到沿传送方向配置了对应于同一波长区域(颜色)的像素的周期中的周期上含有的像素群作为一组，通过向一组中含有的各个传送电极供给不同的时钟脉冲，以进行控制。例如，对于图5的像素配置，由于沿传送方向以两个像素为周期配置了对应于同一颜色(R、G、B)的波长区域的像素，所以将两个像素+一个像素＝三个像素的传送电极作为一组进行控制。即，将沿传送方向连续的9个传送电极30-1～30-9作为一组，对各个传送电极30-1～30-9供给不同的时钟脉冲，通过独立控制在沿传送方向连续的三个像素上配置的各个传送电极30-1～30-9，以控制摄像部2i的摄像和传送。
可以通过使用定时控制电路204控制向传送电极30-1～30-9施加的电压而进行摄像装置200的摄像(信息电荷的存储)和信息电荷的传送。因此，图7表示从摄像到传送的定时图，对传送电极的控制进行说明。另外，图8表示时刻T1～T9的各传送电极30-1～30-9下的电势的变化情况。横轴表示沿摄像部2i的传送方向的位置，纵轴表示各位置上的电势。这时，图中的下方为正电位侧，上方为负电位侧。
驱动器206接受来自定时控制电路204的控制信号后，将时钟脉冲Φ1～Φ9分别施加到传送电极30-1～30-9中。将CCD固体摄像元件202的N型半导体基板(N-SMB)10固定于基板电位Vsμb上。
时刻T0是摄像前的初始状态。这时，全部断开时钟脉冲Φ1～Φ9，如图8所示，在传送电极30-1～30-9下不形成电势阱，将电荷向基板10排出。
在时刻T1中，控制时钟脉冲，使得一组像素群中在两端的像素上形成电势阱。这里，接通时钟脉冲Φ2、Φ8，而在传送电极30-2和30-8下形成电势阱。在这些电势阱中存储根据入射到为接通状态的传送电极30-2和30-8的周围的光产生的信息电荷。
本实施方式中，由于把将一个像素加到沿传送方向配置了对应于同一波长区域的像素的周期中的周期上的像素作为一组，进行向传送电极的时钟脉冲的控制，所以在一组像素中存储了对应于同一波长成分产生的信息电荷。例如，如图8所示，在图5所示的CCD固体摄像元件202的列34-1中，从左开始重复配置R、G、R的组和G、R、G的组，在R、G、R的组中在对应于两端的R的像素中存储根据红色的波长成分产生的信息电荷，在G、R、G的组中在对应于两端的G的像素中存储根据绿色的波长成分产生的信息电荷。对于其他列也相同。
这里，对于两端之外的像素，通过将时钟脉冲维持为截断，而进行控制，使得摄像时通常向基板10排出信息电荷，但是并不限于此。例如，如图9所示，也可以在时刻S0中暂时接通时钟脉冲Φ2、Φ8与时钟脉冲Φ5而存储信息电荷，在摄像终止的时刻S1中，使时钟脉冲Φ5返回到截断而使信息电荷排出，从而进行电子快门动作。
在时刻T2和T3中，进行信息电荷的重新配置。将一组像素群中，在两端的像素的电势阱中存储的信息电荷集中在一个电势阱中。在时刻T2中，除了时钟脉冲Φ2、Φ8之外，将时钟脉冲Φ3～Φ7设为接通，并相加合成在传送电极30-2和30-8下的电势阱中存储的信息电荷。接着，在时刻T3中，将时钟脉冲Φ2、Φ3、Φ7、Φ8设为截断，而在传送电极30-4～30-6下形成的电势阱中重新配置信息电荷。
这样，在摄像时通过重新配置一组像素群中至少两个以上的像素中所存储的信息电荷，集中到一个电势阱中，可以提高摄像时的灵敏度和动态范围。
在时刻T4以后，对一组像素群传送集中在一个电势阱中的信息电荷。这时，通过对沿传送方向连续的至少两个传送电荷供给同相的时钟脉冲而进行传送。这里，通过对在各像素上配置的每三个传送电极组供给同相的时钟脉冲而进行传送。
例如，在图5所示的CCD固体摄像元件220中，如图7所示，分别同相驱动时钟脉冲Φ1～Φ3、Φ4～Φ6、Φ7～Φ9的组，如图8所示，将连续配置着的传送电极30-1～30-3、30-4～30-6、30-7～30-9的组分别作为一个传送单位来依次传送信息电荷。
具体而言，如图7所示，在时刻T4中，时钟脉冲Φ1～Φ3为断开，时钟脉冲Φ4～Φ9为接通，时刻T5中，时钟脉冲Φ1～Φ6为断开，时钟脉冲Φ7～Φ9为接通。由此，如图8所示，将在传送电极30-4～30-6下形成的电势阱中存储的信息电荷，传送到在传送电极30-7～30-9下新形成的电势阱中。在时刻T6中时钟脉冲Φ4～Φ6为断开，时钟脉冲Φ1～Φ3和Φ7～Φ9为接通，时刻T7中时钟脉冲Φ4～Φ9为断开，时钟脉冲Φ1～Φ3为接通。由此，如图8所示，将传送电极30-7～30-9下形成的电势阱中存储的信息电荷传送到在传送电极30-1～30-3下新形成的电势阱中。同样，通过对在每一个像素上配置的传送电极组来施加同相的时钟脉冲，可以依次传送信息电荷。对于其他列也同样进行传送。
另外，虽然表示了分别同相驱动时钟脉冲Φ1～Φ3、Φ4～Φ6、Φ7～Φ9组的情况，但是也可以实质上作为同相驱动，如图10所示，也可以使各个组中向传送电极供给的时钟脉冲延迟，使得沿传送方向电势平滑变化。这样，通过使其延迟，可以平滑地传送信息电荷。
这样，传送时，通过将多个传送电极作为一组进行控制，可以从摄像部2i高速传送信息电荷。结果，可以抑制在传送时产生的拖尾。例如，在如本实施方式那样，将三个传送电极集中为一组进行控制的情况下，与现有的控制方法相比，可以以约3倍的传送速度进行传送。同样的传送方法对存储部2s也可适用。
如上所述，根据本实施方式，在包含CCD固体摄像元件的摄像元件中，可以得到高品质的图像。
本实施方式中，虽然将连续的9个传送电极30-1～30-9作为一组，通过对各个传送电极30-1～30-9供给不同的时钟脉冲，以控制摄像部2i的摄像(信息电荷的存储)和信息电荷的传送，但是当然，也可以与现有技术相同，将对应于一个像素的传送电极30-1～30-3，30-4～30-7，30-7～30-9分别作为一组，分别由同相时钟脉冲控制传送电极30-1，30-4，30-7、传送电极30-2，30-5，30-8和传送电极30-3，30-6，30-9。这样，可以通过切换将跨过连续多个像素的传送电极作为一组的控制和将对应于一个像素的传送电极作为一组的控制，可以通过切换低分辨率的高速传送和高分辨率的低速传送而进行摄像和传送。
另外，在摄像部2i上设置了机械快门的情况下，在如运动图像那样连续进行低分辨率的高速传送时，可以自由打开快门进行连续拍摄。这种情况下，存储部2s中不需要如现有技术那样配置与摄像部2i相同的像素数，集中存储部2s的存储像素，排列具有可存储相加合成后的信息电荷的容量的像素成为可能。例如，摄像部2i中，在沿传送方向集中三个像素进行信息电荷的存储的情况下，沿存储部2s的传送方向的像素数可以为现有的1/3。因此，与现有的存储部2s相比，可以减小像素数，可以使CCD固体摄像元件202的构成更加小型化。另外，还可以更简化存储部2s的传送电极的控制。另外，在拍摄高分辨率的静止图像的情况下，如现有技术那样，进行由三个传送电极构成的一个像素单位的摄像，在摄像终止的时刻中，关闭机械快门，通过从摄像部2i向水平传送部2h直接依次传送信息电荷，而可以得到高分辨率的图像。
另外，虽然上述实施方式中将九个传送电极作为一组，通过供给不同的9个时钟脉冲而进行控制，但是并不限于此。例如，通过增加可控制的时钟脉冲的数目，还能够更高速地传送更加压缩后的图像。
另外，本实施方式中，虽然将包含帧传送型CCD固体摄像元件的摄像装置作为对象，但是本发明的适用范围并不限于此。例如，还可适用于包含隔行传送型的CCD固体摄像元件的摄像装置。
<变形例1>
上述实施方式中，在摄像时，将信息电荷仅存储到一组像素群的两端像素中，并集中这些信息电荷而进行传送。另一方面，如下所述，对于两端之外的像素也可存储信息电荷，并集中这些信息电荷而进行传送。
图11表示从摄像到传送的定时图，说明传送电极的控制。另外，图12表示时刻T1～T9的各传送电极30-1～30-9下的电势的变化情况。横轴表示沿摄像部2i的传送方向的位置，纵轴表示各位置上的电势。这时，图中的下方为正电位侧，上方为负电位侧。
驱动器206接收来自定时控制电路204的控制信号，并将时钟脉冲Φ1～Φ9分别施加到传送电极30-1～30-9中。将CCD固体摄像元件202的N型半导体基板(N-SMB)10固定为基板电位Vsμb。
时刻T0中，完全断开时钟Φ1～Φ9，如图12所示，不在传送电极30-1～30-9下形成电势阱，而将电荷向基板10排出。
时刻T1中，控制时钟脉冲，使得在一组像素群的所有像素中形成电势阱。这里，接通时钟脉冲Φ2、Φ5、Φ8，而在传送电极30-2、30-5、30-8下形成电势阱。将根据入射到为接通状态的传送电极30-2、30-5、30-8的周围的光产生的信息电荷存储到这些电势阱中。
例如，如图12所示，由于在图5所示的CCD固体摄像元件202的列34-1中，从左开始重复配置R、G、R组和G、R、G组，所以在R、G、R组中，在对应于R、G、R的像素中分别存储根据红、绿、蓝的波长成分产生的信息电荷，在G、R、G组中，在对应于G、R、G的像素中分别存储根据绿、红、绿的波长成分产生的信息电荷。
在时刻T2和T3中，进行信息电荷的重新配置。将一组的像素群中在两端的像素的电势阱中存储的信息电荷集中在一个电势阱中。在时刻T2中，除了时钟脉冲Φ2、Φ5、Φ8之外，接通时钟脉冲Φ3、Φ4、Φ6、Φ7，而相加合成在传送电极30-2、30-5、30-8下的电势阱中存储的信息电荷。接着，在时刻T3中，断开时钟脉冲Φ2、Φ3、Φ7、Φ8，而在传送电极30-4～30-6下形成的电势阱中重新配置信息电荷。
下面，可以与上述实施方式的时刻T4以后相同地传送信息电荷。由此，将在一组像素群中存储的信息电荷作为相加合成了对应于不同波长成分(颜色)的信息电荷的合成图像信号从输出部2d中输出。在输出信号处理部208中，从这些合成图像信号进行颜色分离处理。
这里，若集中一组像素群表示为第a行，则第a行和第(a+1)行的合成信号中，对应于同一列的信号值混合相同的波长成分(颜色)，且其混合比彼此不同。在输出信号处理部208中，利用其进行颜色分离。
下面，使对应于摄像部2i的第α行第β列的像素的信号值分别对应于该像素的颜色R、G、B，并用记号R(α，β)、G(α，β)、B(α，β)来表示，另外，在第a行的输出图像信号中，用记号D(a，b)表示对应于摄像部2i的第b列的图像信号值。
图6的像素的排列中，在相加得到的图像信号值中存在颜色混合比例不同的下面四种。
【数1】
D(2λ-1，2μ-1)＝R(6λ-5，2μ-1)+G(6λ-4，2μ-1)+R(6λ-3，2μ-1)...(1)
D(2λ，2μ-1)＝G(6λ-2，2μ-1)+R(6λ-1，2μ-1)+G(6λ，2μ-1)...(2)
D(2λ-1，2μ)＝G(6λ-5，2μ)+B(6λ-4，2μ)+G(6λ-3，2μ)...(3)
D(2λ，2μ)＝B(6λ-2，2μ)+G(6λ-1，2μ)+B(6λ，2μ)...(4)
(这里，λ、μ是自然数)
输出信号处理部208，根据由(1)～(4)式提供的混色的信号值，生成按R、G、B每个颜色成分分离后的图像信号。对于奇数列，使用(1)和(2)式，而对于偶数列，使用(3)和(4)式，根据分别在列方向上连续的两组像素群，这里为由6个像素得到的信息电荷，求出对应于由这些像素构成的像素区域的位置的取样点上的彩色成分信号值。
作为该彩色分离处理的具体例，说明对奇数列上的由连续6个像素构成的像素区域的处理。配合(1)和(2)式的表现，处理对象的像素区域为位于第(2μ-1)列的第(6λ-5)～6λ行的6个像素构成的区域。输出信号处理部208求出代表处理对象的像素区域的取样点P(2λ-1，2μ-1)上的R信号值<R>(≡<R(2λ-1，2μ-1)>)和G信号值<G>(≡<G(2λ-1，2μ-1)>)。这时，在该像素区域内的R和G的各自值看作恒定值<R>、<G>的近似下，将数式(1)和(2)改写为数式(5)和(6)。
【数2】
D(2λ-1，2μ-1)＝<G>+2<R>..........(5)
D(2λ，2μ-1)＝2<G>+<R>..........(6)
从中，该像素区域的取样点下的信号值<R>、<G>，可以使用下面的数式(7)和(8)求出。
【数3】
<G>＝[2D(2λ，2μ-1)-D(2λ-1，2μ-1)]/3.....(7)
<R>＝[2D(2λ-1，2μ-1)-D(2λ，2μ-1)]/3.....(8)
输出信号处理部208，计算(7)式和(8)式而求出<R>、<G>。根据(3)和(4)式同样决定对位于偶数列(第2μ列)的第(6λ-5)～6λ行的由6个像素构成的像素区域的取样点P(2λ-1，2μ)上的各个B、G的信号值<B>、<G>。这样，从合成图像信号的第(2λ-1)行和第2λ行中按每列求出信号值的组<G>和<R>、或<B>和<G>。
另外，同样，还从合成图像信号的第2λ行和第(2λ+1)行中按每列求出信号值的组<G>和<R>、或<B>和<G>。这样，通过按一行偏一行地对用于彩色分离处理的由两行构成的合成图像信号的组进行该彩色分离处理，而得到与合成图像信号相同行数的彩色成分信号。
<变形例2>
另外，通过应用上述实施方式的摄像装置的控制，摄像时即使在超过电势阱的饱和电平的信息电荷产生的强光入射的情况下，也可以求出在电势阱不饱和情况下应得到的理想的信息电荷量。
图13表示摄像时和重新配置时的定时图，说明传送电极的控制。图14表示时刻T1～T3中的各传送电极30-1～30-9下的电势变化的情况。横轴表示沿摄像部2i的传送方向的位置，纵轴表示各位置上的电势。这时，图中的下方为正电位侧，上方为负电位侧。
驱动器206接收来自定时控制电路204的控制信号，并将时钟脉冲Φ1～Φ9分别施加给传送电极30-1～30-9。将CCD固体摄像元件202的N型半导体基板(N-SMB)10被固定在基板电位Vsμb上。
在时刻T0中，全部断开时钟脉冲Φ1～Φ9，如图14所示，不在传送电极30-1～30-9下形成电势阱，将电荷向基板10排出。在时刻T1中，控制时钟脉冲，使得在一组像素群中的一端像素上形成电势阱。这里，仅接通时钟脉冲Φ2，而在传送电极30-2下形成电势阱。在这些电势阱中存储根据入射到为接通状态的传送电极30-2的周围的光产生的信息电荷。接着，在时刻T2中，控制时钟脉冲，使得在一组像素群中的两端像素上形成电势阱。这里，除了时钟脉冲Φ2之外，还接通Φ8，而在传送电极30-2和30-8下形成电势阱。在这些电势阱中存储根据入射到为接通状态的传送电极30-2和30-8的周围的光产生的信息电荷。在时刻T3中，进行信息电荷的重新配置。下面，与上述实施方式的时刻T4以后相同地传送信息电荷。
即，在摄像时，在传送电极30-2下面，在与摄像期间T相等的接通门期间TH形成电势阱，在传送电极30-8下，仅在比接通门期间TH短的接通门期间TL形成电势阱。
这时，定时控制电路204，最好根据前一帧的最大信号强度来控制接通门期间TH和TL进行控制。使得最大信号强度越小，接通门期间越长，而最大信号强度越大，接通门期间越长(短？)。其利用了在连续摄像的图像中含有的最大信号强度有不会大大变化的倾向而进行摄像期间的控制。在距前次的拍摄经过了长时间的情况下和想要可靠确保充分的动态范围的情况下，最好暂时预先摄像和输出一帧的图像后检测出最大信号强度，在根据该最大信号强度进行了摄像期间的设定后，进行作为本次的摄像。
在入射到摄像部2i的像素中的光弱的情况，如图15所示，每单位时间中在各像素的电势阱中存储的信息电荷(图15的线E的斜率)变小。在这种情况下，在接通门期间TH和TL中存储的信息电荷QH，total和QL，total比各电势阱的饱和电平Qmax小，可以确保充分的动态范围。
在入射到摄像部2i的像素中的光为强的情况下，如图16所示，每单位时间中在像素中存储的信息电荷(图16的线F的斜率)变大，长接通门期间TH中为接通状态的传送电极30-2下的电势阱中存储的信息电荷QH，total超过了电势阱的饱和电平。另一方面，在短的接通门期间TL为接通状态的传送电极30-7下的电势阱中存储的信息电荷QL，total没有超过电势阱的饱和电平。因此，如图16的线G那样，作为信息电荷QH，total和QL，total的和的输出信息电荷量Qtotal表示线性特性。
在入射到摄像部2i的像素中的光为弱的情况下，在长的接通门期间TH中存储的信息电荷量QH，total可以使用数式(9)从输出信息电荷量Qtotal中算出。同样，在短的接通门期间TL中存储的信息电荷量QL，total也可使用数式(10)从输出信息电荷量Qtotal算出。但是，在这样算出的信息电荷量QH，total为超过了饱和电平Qmax的值算出的情况下，需要通过数式(11)和(12)分别重新计算信息电荷量QH，total和信息电荷量QL，total。可以预先求出CCD固体摄像元件202的摄像部2i的饱和电平Qmax。
【数4】
QH，total＝Qtotal×TH/(TH+TL).....(9)
QL，total＝Qtotal×TL/(TH+TL).....(10)
QH，total＝Qmax                   (11)
QL，total＝Qtotal-Qmax............(12)
若假定传送时没有由摄像部2i产生的托尾电荷的影响，则在短的接通期间TL中所存储的信息电荷量QL，total与在电势阱没有饱和具有充分容量的情况下，在长接通门期间TH中应在一个像素的电势阱中存储的理想的信息电荷Qideal的比QL，total/Qideal等于接通门期间的比TL/TH。因此，可以根据数式(13)和(14)算出理想的信息电荷量Qideal。
【数5】
Qideal＝QL，total×TH/TL＝QH，total；(QH，total≤Qmax)....(13)
      ＝QL，total×TH/TL＝(Qtotal-Qtotal)×TH/TL；
(QH，total＞Qmax)....(14)
通过预先调查每一个像素的电势阱的饱和电平Qmax(或，相当于饱和电平Qmax的输出信号值)，可以求出应在摄像期间存储的理想输出信息电荷量Qitotal。
因此，通过根据来自CCD固体摄像元件202的输出信号，由输出信号处理部208进行以下的处理，可以求出理想的输出信号Sideal。即，理想的输出信号Sideal是与信息电荷量Qitotal成正比的信号，所以通过将信息电荷量Qitotal乘以规定的系数，可以算出输出信号Sideal。
如上所述，根据本变形例2，在一组像素群中在不同的接通门期间TH和TL下存储信息电荷，即使在入射到摄像部2i的像素中的光强的情况下，也可求出对应于光的强度的正确的信息电荷量和输出信号。因此，也可在图像信号中得到充分的动态范围。

Claims (20)

1、一种摄像装置，包括摄像部，其具有接受来自外部的光来生成信息电荷的多个像素，各像素具有向与信息电荷的传送方向相交的方向延伸的多个传送电极；利用通过传送电极的作用形成的电势阱来存储和传送响应于入射到像素中的光产生的信息电荷，其特征在于：
摄像时，在实质上彼此分离的多个电势阱中存储信息电荷；
传送时，相加合成所述多个电势阱中的至少两个中存储的信息电荷而进行传送。
2、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：沿传送方向相加合成所述多个电势阱中的至少两个中所存储的信息电荷而进行传送。
3、根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，包括：控制单元，其将沿传送方向连续配置的至少每两个像素作为组，独立控制该组的像素群中具有的各个传送电极。
4、根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，包括：控制单元，其将沿传送方向连续配置的至少每两个传送电极作为组，在传送时，实质上向该组的传送电极供给同相的时钟脉冲。
5、根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于：各像素，存储响应于不同的两个以上的波长区域之一而产生的信息电荷；
在传送时，相加合成响应于同一波长区域而产生信息电荷的至少两个像素中存储的信息电荷而进行传送。
6、根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于：各像素，存储响应于不同的两个以上波长之一而产生的信息电荷；传送时，相加合成响应于不同波长区域产生信息电荷的至少两个像素中存储的信息电荷后进行传送；具有输出信号处理部，在传送后，根据所述相加合成后的信息电荷求出对应于各波长成分的信息电荷的信号。
7、一种摄像装置的控制装置，摄像装置包括摄像部，其具有多个像素，接收来自外部的光而生成信息电荷；利用电势阱存储和传送响应于入射到像素的光而产生的信息电荷，其特征在于：
在摄像时，使信息电荷存储在实质上彼此分离的多个电势阱中；
在传送时，使在所述多个电势阱中的至少两个中存储的信息电荷相加合成而进行传送。
8、根据权利要求7所述的摄像装置的控制装置，其特征在于：传送时，沿传送方向使所存储的信息电荷相加合成而进行传送。
9、根据权利要求8所述的摄像装置的控制装置，其特征在于：在所述摄像部的各个像素具有向与信息电荷的传送方向相交的方向延伸的多个传送电极的情况下，将沿传送方向连续配置的至少每两个像素作为组，独立控制该组的像素群中含有的各个传送电极。
10、根据权利要求8所述的摄像装置的控制装置，其特征在于：将沿传送方向连续配置的至少每两个传送电极作为组，在传送时，向该组的传送电极实质上供给同相的时钟脉冲。
11、一种摄像装置，包括摄像部，其具有传送电极，具有多个接收来自外部的光而生成信息电荷的像素；通过传送电极的作用存储和传送响应于入射到像素的光产生的信息电荷，其特征在于：
摄像时，将第一接通门期间产生的信息电荷存储在第一像素中，将在比所述第一接通门期间短的第二接通门期间产生的信息电荷存储到与所述第一像素实质上彼此分离的第二像素中；
传送时，相加合成在所述第一像素和所述第二像素中存储的信息电荷后进行传送。
12、根据权利要求11所述的摄像装置，其特征在于：沿同一传送沟道配置有所述第一像素和所述第二像素。
13、根据权利要求12所述的摄像装置，其特征在于：具有控制单元，其将沿传送方向连续配置的至少每两个像素作为组，并独立控制在该组的像素群中含有的各个传送电极。
14、根据权利要求12所述的摄像装置，其特征在于：所述控制单元将沿传送方向连续配置的至少每两个传送电极作为组，在传送时，向该组的传送电极实质上供给同相的脉冲时钟。
15、根据权利要求12所述的摄像装置，其特征在于：各像素存储响应于不同的两个以上的波长之一而产生的信息电荷；相加合成响应于同一波长区域产生信息电荷的至少两个像素中存储的信息电荷而进行传送。
16、根据权利要求12所述的摄像装置，其特征在于：包括输出信号处理部，其根据所述相加合成后的信息电荷、所述第一接通门期间和所述第二接通门期间算出在摄像时应存储的对应于理想信息电荷量的信号。
17、一种摄像装置的控制装置，摄像装置包括摄像部，该摄像部具有传送电极，具有多个接收来自外部的光而生成信息电荷的像素；通过传送电极的作用存储和传送响应于入射到像素中的光而产生的信息电荷，其特征在于：
摄像时，将第一接通门期间产生的信息电荷存储到第一像素中，将比所述第一接通门期间短的第二接通门期间产生的信息电荷存储到与所述第一像素实质上彼此分离的第二像素上；
传送时，相加合成所述第一像素和所述第二像素中存储的信息电荷而进行传送。
18、根据权利要求17所述的摄像装置的控制装置，其特征在于：控制所述第一像素和所述第二像素沿同一传送沟道而被配置的摄像装置。
19、根据权利要求18所述的摄像装置的控制装置，其特征在于：将沿传送方向连续配置的至少每两个像素作为组，独立控制该组的像素群中含有的各个传送电极。
20、根据权利要求18所述的摄像装置的控制装置，其特征在于：将沿传送方向连续配置的至少每两个传送电极作为组，在传送时，实质上向该组的传送电极供给同相的时钟脉冲。
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