JP2002344982A - 固体撮像素子及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の受光画素で発生した情報電荷を水平方
向に間引く。 【解決手段】 排出部１１ｔは、水平転送部１１ｈに取
り込まれた情報電荷を排出するように構成され、水平転
送部１１ｈの各ビットのうち、所定のビットと接続され
る。そして、排出部１１ｔは、水平転送部１１ｈに取り
込まれた１行分の情報電荷のうち、排出部１１ｔとの接
続ビットに取り込まれた情報電荷を排出する。その後、
水平転送部１１ｈは、水平転送部１１ｈに残された情報
電荷を順次水平方向に転送出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、複数の受光画素
が行列方向に配列された固体撮像素子及びその駆動方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラ等の撮像装置において、
被写体画像のプレビュー表示等では、表示パネルに動画
の表示がなされるが、表示パネルの都合によって、静止
画撮像における画像ほどの高い解像度を必要としない。
このため、動画の撮像では、撮像装置に搭載される固体
撮像素子から出力される画像信号を適度に間引く必要が
ある。その一つの方法として、固体撮像素子の受光部で
発生した情報電荷のうち、所定の情報電荷を出力部で合
成し、画像信号として出力して画素数の間引きを行うも
のがある。

【０００３】図１１は、出力部で画素の混合を行うこと
で画素数の間引きを行うようにした撮像装置の構成を示
すブロック図であり、図１２は、水平転送出力動作を説
明するタイミング図である。尚、図１１においては、説
明の簡略化のため、固体撮像素子１を６行×８列構成と
する。固体撮像素子１は、例えば、フレームトランスフ
ァ型であり、固体撮像素子１は、被写体画像を受けて情
報電荷を発生する受光部１ｉ、発生した情報電荷を一時
的に蓄積する蓄積部１ｓ、情報電荷を水平方向に転送し
て出力する水平転送部１ｈ及び情報電荷をその電荷量に
応じた電圧値に変換して出力する出力部１ｄで構成され
る。

【０００４】駆動回路２は、フレーム転送クロック発生
部２ｆ、垂直転送クロック発生部２ｖ、水平転送クロッ
ク発生部２ｈ、リセットクロック発生部２ｒ、サンプリ
ングクロック発生部２ｓ及び基板クロック発生部２ｂよ
り構成される。フレーム転送クロック発生部２ｆは、フ
レームシフトタイミング信号ＦＴに応答して、例えば、
４相のフレーム転送クロックφｆを発生し、受光部１ｉ
に供給する。これにより、受光部１ｉの受光画素に蓄積
された１画面分の情報電荷は、垂直走査期間に同期して
蓄積部１ｓに転送される。垂直転送クロック発生部２ｖ
は、垂直同期信号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴに応答し
て、例えば、４相の垂直転送クロックφｖを発生し、蓄
積部１ｓに供給する。これにより、受光部１ｉから出力
された情報電荷は、フレーム転送タイミングに同期し
て、蓄積部１ｓに一時的に蓄積されると共に、その蓄積
された情報電荷が各水平走査期間１Ｈ毎に、１行単位で
水平転送部１ｈに出力される。

【０００５】水平転送クロック発生部２ｈは、水平同期
信号ＨＴに応答して、例えば、２相の水平転送クロック
φｈを発生し、水平転送部１ｈに供給する。これによ
り、水平転送部１ｈの各ビットに取り込まれた１行分の
情報電荷は、順次１画素単位で出力部１ｄに出力され
る。リセットクロック発生部２ｒは、水平転送クロック
発生部２ｈの動作に同期して、リセットクロックφｒを
発生し、出力部１ｄに供給する。これにより、水平転送
部１ｈから１画素単位で転送される情報電荷は、その電
荷量に応じた電圧値に変換されて、順次出力される。

【０００６】サンプリングクロック発生回路２ｓは、リ
セットクロック発生部２ｒと同様に、水平転送クロック
発生部２ｈの動作に同期して、サンプリングクロックφ
ｓを発生し、サンプルホールド回路４に出力する。これ
により、水平走査期間に同期して、リセットレベルと信
号レベルとを繰り返す画像信号Ｙ0(t)の内、信号レベル
のみが取り出され、信号レベルが連続する映像信号Ｙ1
(t)が出力される。基板クロック発生部２ｂは、排出タ
イミング信号ＢＴに応答して、受光部１ｉに蓄積される
情報電荷を排出する基板クロックφｂを発生し、固体撮
像素子１の基板側に供給する。

【０００７】タイミング制御回路３は、一定周期の基準
クロックＣＫに基づいて動作し、固体撮像素子１の垂直
走査及び水平走査の各タイミングを決定する垂直同期信
号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴを発生すると共に、垂直同
期信号ＶＴに一致する周期でフレームシフトタイミング
信号ＦＴを発生する。また、タイミング制御回路３は、
デジタル信号処理回路（図示せず）から供給される１画
面分、或いは、任意の領域分の積分値を表す積分データ
に基づいて、排出タイミング信号ＢＴを生成し、垂直同
期信号ＶＴ、水平同期信号ＨＴ及びフレームシフトタイ
ミング信号ＦＴと共に駆動回路２に出力する。この排出
タイミング信号ＢＴは、積分データが適正値より大きく
なった場合に排出タイミングを遅らせて情報電荷の蓄積
時間を短くし、逆に、適正値より小さくなった場合に排
出タイミングを早めて蓄積時間を長くするように生成さ
れる。これにより、固体撮像素子１の露光状態が適正と
なるようにフィードバック制御される。

【０００８】分周回路５は、リセットクロックφｒを分
周する第１の分周器５ａ及びサンプリングクロックφｓ
を分周する第２の分周器５ｂより構成される。この分周
回路５は、必要に応じてリセットクロックφｒ及びサン
プリングクロックφｓを分周し、出力部１ｄの動作を間
欠的にすることで、出力部１ｄで複数の情報電荷を混合
できるようにしている。例えば、水平転送クロックφｈ
と同一の周期で生成されるリセットクロックφｒを１／
２に分周し、周期が２倍となったリセットクロックφ
ｒ'が出力部１ｄへ供給されるように構成される。周期
が２倍となったリセットクロックφｒ'は、出力部１ｄ
に２画素分の情報電荷が蓄積される毎に、情報電荷をリ
セットする。これにより、水平方向に隣接する２画素の
情報電荷が合成され、情報電荷の間引きが行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した撮像装置にお
いて、カラー撮像を行う場合、固体撮像素子１の受光部
１ｉにカラーフィルタを装着する。このカラーフィルタ
は、三原色またはその補色に応じた異なる複数のセグメ
ントの２次元的な配列であり、各セグメントが各受光画
素に対応して配置されて、複数の受光画素に規則的に対
応付けられる。各受光画素に特定の色成分を対応付けた
カラー撮像用の固体撮像素子１においては、水平方向に
隣接する受光画素の色成分が異なっており、水平方向の
複数の画素の情報電荷を合成することはできない。

【００１０】例えば、３つの色成分Ｒ（レッド）、Ｇ
（グリーン）、Ｂ（ブルー）からなるモザイク型のカラ
ーフィルタが装着された場合、出力される画像信号Ｙ0
(t)は、図１２に示すように、水平転送クロックφｈに
一致した周期で色成分Ｒ及びＧ、または、色成分Ｂ及び
Ｇが交互に繰り返される。従って、隣接する受光画素の
情報電荷を転送過程で合成すると、異なる色成分同士が
混合されることになり、再生側で所望の色を再現できな
くなる。

【００１１】そこで、本願発明は、受光画素で発生した
情報電荷を間引いて出力する固体撮像素子において、カ
ラー撮像の場合でも、水平方向の情報電荷を間引くこと
ができる固体撮像素子の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上述の課題
に鑑み、なされたもので、その特徴とするところは、複
数の受光画素に蓄積された情報電荷を水平方向にｍ／ｎ
（ｍ、ｎは共に自然数でｍ＜ｎ）に間引いて出力する固
体撮像素子において、前記複数の受光画素に蓄積された
情報電荷を垂直方向に転送する複数の垂直シフトレジス
タと、前記複数の垂直シフトレジスタから転送出力され
る前記情報電荷を各ビットに取り込んで水平方向に転送
する水平シフトレジスタと、前記水平シフトレジスタに
取り込まれた前記情報電荷をビット単位で排出する排出
部と、を備え、前記水平シフトレジスタは、連続するｎ
・ｋ（ｋは自然数）ビット単位で、ｋ・（ｎ−ｍ）ビッ
トが前記排出部に接続され、この接続ビットの情報電荷
を前記排出部に排出することにある。

【００１３】本願発明によれば、複数の受光画素で発生
した情報電荷をｍ／ｎに間引いて出力する固体撮像素子
において、水平シフトレジスタの各ビットに転送される
情報電荷を排出する排出部を設け、水平シフトレジスタ
を構成する各ビットのうち、ｎ・ｋビット単位毎にｋ・
（ｎ−ｍ）ビットを排出部に接続することにより、この
接続ビットに蓄積される情報電荷を排出することができ
る。これにより、水平シフトレジスタに取り込まれた１
行分の情報電荷をｍ／ｎに間引くことができる。

【００１４】また、複数の受光画素に蓄積された情報電
荷を垂直方向に転送する複数の垂直シフトレジスタと、
前記複数の垂直シフトレジスタから転送出力される情報
電荷を各ビットに取り込んで水平方向に転送する水平シ
フトレジスタと、前記水平シフトレジスタの連続するｎ
・ｋビット単位でｋ・（ｎ−ｍ）ビットが接続され、接
続ビットの情報電荷を排出する排出部と、を有し、前記
複数の受光画素に蓄積された情報電荷を水平方向にｍ／
ｎ（ｍ、ｎは共に自然数でｍ＜ｎ）に間引いて出力する
固体撮像素子の駆動方法において、前記複数の受光画素
に蓄積された情報電荷を複数の垂直シフトレジスタの各
ビットに取り込む第１のステップと、前記複数の垂直シ
フトレジスタに取り込んだ情報電荷を水平シフトレジス
タに１行単位で垂直転送する第２のステップと、前記水
平シフトレジスタのｎ・ｋビット（ｋは自然数）に蓄積
される情報電荷のうち、ｋ・（ｎ−ｍ）ビットの情報電
荷を排出する第３のステップと、前記水平シフトレジス
タのｍ・ｋビットの情報電荷を水平方向に転送出力する
第４のステップと、を備えたことを特徴とする。

【００１５】本願発明の固体撮像素子の駆動方法によれ
ば、水平シフトレジスタに取り込まれた１行分の情報電
荷のうち、ｎ・ｋビット単位毎にｋ・（ｎ−ｍ）ビット
の情報電荷が排出され、その後、水平シフトレジスタに
残された情報電荷が順次水平方向に転送出力される。こ
れにより、水平シフトレジスタから転送出力される情報
電荷を水平方向にｍ／ｎに間引くことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本願発明の固体撮像素子
の構成を示す平面図である。尚、この図においては、図
面の簡略化のため、固体撮像素子の受光部を６行×８列
で示している。本願発明は、複数の受光画素の各行にｋ
（ｋは自然数）色の色成分が対応付けられ、複数の受光
画素で発生した情報電荷をｍ／ｎ（ｍ、ｎは自然数でｍ
＜ｎ）に間引いて出力する固体撮像素子に関するもので
あり、フレームトランスファ型及びインターライン型の
何れの固体撮像素子にも適用可能である。本実施形態に
おいては、説明の簡略化のため、フレームトランスファ
型の固体撮像素子に適用した場合を説明し、複数の受光
画素の各行に２（ｋ＝２）色の色成分が対応付けられ、
複数の受光画素で発生した情報電荷を１／２（ｍ＝１、
ｎ＝２）に間引いて出力する場合を説明する。

【００１７】本願発明の固体撮像素子１１は、受光部１
１ｉ、蓄積部１１ｓ、水平転送部１１ｈ及び排出部１１
ｔから構成される。受光部１１ｉは、互いに平行に配列
される複数の垂直シフトレジスタからなり、複数の垂直
シフトレジスタの各ビットが各受光画素を構成し、複数
の受光画素が行及び列方向に配列される。この受光部１
１ｉには、例えば、３つの色成分Ｒ、Ｇ、Ｂからなるモ
ザイク型のカラーフィルタが装着され、各受光画素に
は、所定の順序に従って、各色成分が対応付けられる。
これにより、奇数行の受光画素が色成分Ｒ、色成分Ｇに
交互に対応付けられると共に、偶数行の受光画素が色成
分Ｇ、色成分Ｂに交互に対応付けられ、各行で２つの色
成分が対応付けられる。この受光部１１ｉには、垂直走
査タイミングに同期したフレーム転送クロックφｆが印
加され、各受光画素で発生する情報電荷が各色成分に対
応して、蓄積部１１ｓに転送される。

【００１８】蓄積部１１ｓは、受光部１１ｉの垂直シフ
トレジスタに連続する複数の垂直シフトレジスタから構
成され、受光部１１ｉの垂直シフトレジスタから出力さ
れる１画面分の情報電荷を受ける。蓄積部１１ｓを構成
する垂直シフトレジスタの各ビットは、各受光画素で発
生した情報電荷を一時的に蓄積する。この蓄積部１１ｓ
には、垂直転送クロックφｖが印加され、受光部１１ｉ
の垂直シフトレジスタから出力される情報電荷を取り込
んで蓄積すると共に、取り込んだ情報電荷を水平走査タ
イミングに同期して１行単位で垂直方向に出力する。

【００１９】水平転送部１１ｈは、１列の水平シフトレ
ジスタからなり、この水平シフトレジスタの各ビットが
蓄積部１１ｓの各列に対応付けられる。水平転送部１１
ｈには、水平走査タイミングに同期した水平転送クロッ
クφｈが印加され、蓄積部１１ｓから転送される情報電
荷を各ビットに取り込んで、水平方向に転送する。出力
部１１ｄは、水平転送部１１ｈの出力側に設けられ、水
平転送部１１ｈから出力された情報電荷を受ける容量を
備えて構成され、水平転送部１１ｈから転送出力される
情報電荷をその電荷量に応じた電圧値に変換して、順
次、画像信号Ｙ0(t)として出力する。

【００２０】また、水平転送部１１ｈは、水平転送部１
１ｈを構成する水平シフトレジスタの１１ｈ−ａ〜１１
ｈ−ｄの４（ｍ×ｋ）ビット単位で、同一の色成分に対
応する１１ｈ−ａ、１１ｈ−ｃの２（ｎ）ビットのうち
の１１ｈ−ａの１（ｎ−ｍ）ビットが排出部１１ｔと接
続される。また、１１ｈ−ｂ、１１ｈ−ｄの２（ｎ）ビ
ットに対しても同様に、１１ｈ−ｄの１（ｎ−ｍ）ビッ
トが排出部１１ｔに出力される。即ち、水平転送部１１
ｈは、４ビット単位毎に、同一の色成分に対応する２ビ
ットのうちの１ビットが排出部１１ｔと接続するように
構成され、この接続ビットに取り込まれた情報電荷を排
出部１１ｔに排出する。

【００２１】尚、水平転送部１１ｈは、固体撮像素子１
１がモノクロ撮像用（ｋ＝１）で、発生した情報電荷を
１／２（ｍ＝１、ｎ＝２）に間引く場合、水平転送部１
１ｈを構成する水平シフトレジスタの各ビットのうち、
連続する２（ｎ・ｋ）ビット単位で１（ｋ・（ｎ−
ｍ））ビットが排出部１１ｔと接続され、排出部１１ｔ
との接続ビットに蓄積される情報電荷を排出する。

【００２２】排出部１１ｔは、水平転送部１１ｈに取り
込まれた情報電荷のうちの所定の情報電荷を取り込む排
出領域と、この排出領域への情報電荷の排出を制御する
排出制御ゲートからなる。この排出部１１ｔには、水平
同期信号ＨＴに同期する排出クロックφｔが印加され、
排出部１１ｔは、排出クロックφｔに応答して、水平シ
フトレジスタの所定のビットに取り込まれた情報電荷を
取り込む。

【００２３】図２は、蓄積部１１ｓの出力側から水平転
送部１１ｈへの接続部、及び水平転送部１１ｈと排出部
１１ｔとの接続部の構造の一例を示す平面図である。
尚、この図においては、図１に示す６行×８列の固体撮
像部１１の一部を示しており、４列構成となっている。

【００２４】シリコン基板上に形成されたＰ型領域の表
面に、高濃度のＰ型領域が形成されて、複数の分離領域
２１を構成している。この分離領域２１に挟まれた表面
領域にＮ型の不純物が拡散されて、垂直方向に互いに平
行に延在する垂直転送チャネル２２ａ〜２２ｄが形成さ
れている。この垂直転送チャネル２２ａ〜２２ｄの出力
端には、これらに連続するようにＮ型の不純物が拡散さ
れて、接続チャネル３０ａ〜３０ｄが形成される。そし
て、接続チャネル３０ａ〜３０ｄに連続するようにＮ型
の不純物が拡散されて、水平転送チャネル２３が形成さ
れる。この水平転送チャネル２３は、高濃度のＰ型領域
で形成された分離領域２４で区画されて、水平方向に延
在する。

【００２５】水平転送チャネル２３の垂直方向側には、
水平転送チャネル２３に連続するようにＮ型の不純物が
拡散されて、排出チャネル２５ａ及び２５ｄが形成され
る。排出チャネル２５ａ及び２５ｄの内、排出チャネル
２５ａは、垂直転送チャネル２２ａに対応し、排出チャ
ネル２５ｂは、垂直転送チャネル２２ｄに対応する。排
出チャネル２５ａ及び２５ｄの出力側には、高濃度のＮ
型の拡散領域より形成される排出領域２９が形成され、
排出チャネル２５ａ及び２５ｄの出力側に隣接して水平
方向に延在する。これら排出チャネル２５ａ及び２５ｄ
には、排出電圧Ｖｄが印加される。

【００２６】垂直転送チャネル２２ａ〜２２ｄ上には、
２層構造を有する複数の垂直転送電極２６が、水平方向
に延在され、それぞれが互いに絶縁された状態で平行に
配置される。複数の垂直転送電極２６には、例えば、４
相の垂直転送クロックφｖ1〜φｖ4が印加され、複数の
垂直転送電極２６は、計４本で、第１の垂直転送チャネ
ル２２ａ〜２２ｄの各列に、１つの受光画素を形成し、
各受光画素に蓄積された情報電荷を１画素毎に独立して
垂直方向に転送する。

【００２７】水平転送チャネル２３上には、２層構造を
有する複数の水平転送電極２７ａ〜２７ｄが配列され、
それぞれが互いに絶縁された状態で平行に配置される。
複数の水平転送電極２７ａ〜２７ｄの内、奇数番目の転
送電極２７ａ−1、3、２７ｂ−1、3、２７ｃ−1、3、２
７ｄ−1、3は、下層側の転送電極を形成し、これらの転
送電極の一部を被うように、偶数番目の転送電極２７ａ
−2、4、２７ｂ−2、4、２７ｃ−2、4、２７ｄ−2、4が
上層側の転送電極を形成している。これら複数の水平転
送電極２７ａ−1〜２７ｄ−4には、４相の水平転送クロ
ックφｈ1〜φｈ4がそれぞれ印加される。即ち、転送電
極２７ａ−1、2及び２７ｃ−1、2は、同一の配線と接続
されて、共通に水平転送クロックφｈ1を受け、転送電
極２７ａ−3、4と２７ｃ−3、４が同一の配線に接続さ
れて、水平転送クロックφｈ2を受ける。そして、転送
電極２７ｂ−1、2と２７ｄ−1、2が同一の配線に接続さ
れて、水平転送クロックφｈ3を受け、転送電極２７ｂ
−3、4と２７ｄ−3、4が同一の配線に接続されて、水平
転送クロックφｈ4を受ける。

【００２８】下層側に形成される水平転送電極の内、転
送電極２７ａ−3、２７ｂ−3、２７ｃ−3、２７ｄ−3
は、接続チャネル３０ａ〜３０ｄを被うように、垂直転
送チャネル２２ａ〜２２ｄ側にまで延在される。また、
これら水平転送電極２７ａ−3〜２７ｄ−3の内、転送電
極２７ａ−3、２７ｄ−3は、排出チャネル２５ａ、２５
ｄを被うように、他の転送電極よりも垂直方向に延長さ
れて形成される。

【００２９】水平転送電極２７ａ−3、２７ｄ−3の排出
領域２９側には、水平方向に延在する排出電極２８が配
置される。この排出電極２８には、垂直転送クロックφ
ｖに同期した排出クロックφｔが印加され、水平転送電
極２７ａ−3、２７ｄ−3下のチャネル領域に転送された
情報電荷を排出領域２９に転送する。これにより、水平
シフトレジスタの各ビットに取り込まれる情報電荷の
内、１／２のビットの情報電荷が排出されて、残りの１
／２のビットの情報電荷が水平転送チャネル２３に蓄積
される。このとき、同一の色成分に対応する２つのビッ
トに取り込まれた情報電荷の内、一方のビットの取り込
まれた情報電荷のみが排出される。これにより、色成分
Ｒ、Ｇ、または、色成分Ｇ、Ｂの２つの色成分にそれぞ
れ対応する情報電荷が均等に間引かれる。

【００３０】図３は、図２のＸ−Ｘ線の断面であり、水
平転送チャネル２３と排出領域２９とが、排出チャネル
２５ｄを介して接合されている部分を示す断面図であ
る。尚、この図において、図２と同一の部材について
は、同じ符号が付してある。シリコン基板３３上に形成
されるＰ型領域の表面に、Ｎ型領域が形成されて水平転
送チャネル２３が構成される。この水平転送チャネル２
３に連続するように、Ｎ型領域で形成される排出チャネ
ル２５ｄが構成される。この排出チャネル２５ｄの表面
には、排出チャネル２５ｄよりも濃度の低いＮ型領域３
１が形成され、この領域に隣接するように、排出チャネ
ル２５ｄよりも濃度の高いＮ型領域が形成されて、排出
領域２４を構成している。水平転送チャネル２３の表面
には、SiO₂等の酸化膜から形成される絶縁層３２を介し
て、下層側の水平転送電極２７ｄ−3が形成される。そ
して、この水平転送電極２７ｄ−3の一部を被うよう
に、排出電極２８が、絶縁層３２を介して、上層側に形
成される。

【００３１】図４は、図２のＹ−Ｙ線の断面であり、水
平転送チャネル２３と排出領域２９とが、分離領域２４
で分離されている部分を示す断面図である。尚、この図
において、図２及び図３と同一の部材については、同じ
符号が付してある。シリコン基板上に形成された水平転
送チャネル２３に隣接して、高濃度のＰ型領域が形成さ
れ、分離領域２４が構成される。この分離領域２４で、
水平転送チャネル２３から分離されるように、排出領域
側のチャネル領域３４が形成される。水平転送チャネル
２３の表面には、絶縁層３２を介して、上層側の水平転
送電極２７ｄ−4が形成される。

【００３２】図５は、本願発明の固体撮像素子１１を具
備する撮像装置のブロック図である。固体撮像素子１１
は、図１と同一の構成であり、例えば、モザイク型のカ
ラーフィルタが装着され、各色成分に対応する情報電荷
を蓄積する受光部１１ｉ、１画面分の情報電荷を一時的
に蓄積する蓄積部１１ｓ、１行単位で取り込んだ情報電
荷を順次水平方向に出力する水平転送部１１ｈ及び水平
シフトレジスタの所定のビットに蓄積された情報電荷を
排出する排出部１１ｔより構成される。

【００３３】フレーム転送クロック発生回路１２ｆは、
垂直走査のタイミングに同期して発生するフレーム転送
タイミング信号ＦＴに応答して、４相のフレーム転送ク
ロックφｆを生成し、受光部１１ｉに供給する。垂直転
送クロック発生回路１２ｖは、４相の垂直転送クロック
φｖを蓄積部１１ｓに供給し、受光部１１ｉから１画面
単位で転送される情報電荷を蓄積部１１ｓに取り込むと
共に、取り込んだ情報電荷を１行単位で垂直方向へ転送
する。水平転送クロック発生回路１２ｈは、水平同期信
号ＨＴに同期した４相の水平転送クロックφｈを水平転
送部１１ｈに供給し、蓄積部１１ｓから１行単位で転送
される情報電荷を、２画素単位で水平方向に転送する。
排出クロック発生回路１２ｔは、１相の排出クロックφ
ｔを排出部１１ｔに供給し、水平シフトレジスタの各ビ
ットに取り込まれた情報電荷の内、所定のビットに取り
込まれた情報電荷を水平転送される前のタイミングで、
排出領域に排出する。

【００３４】リセットクロック発生回路１２ｒ、サンプ
リングクロック発生回路１２ｓ、分周回路１５及びサン
プルホールド回路１４は、図１１に示すリセットクロッ
ク発生回路２ｒ、サンプリングクロック発生回路２ｓ、
分周回路５及びサンプルホールド回路４と同一構成であ
り、水平転送周期に従うタイミングで２画素毎に出力さ
れる情報電荷をリセットし、出力部１１ｄの出力タイミ
ングに応答してサンプルホールドする。尚、リセットク
ロックφｒ1及びサンプリングクロックφｓ1は、分周回
路１５を介して、２倍の周期に分周されており、２画素
単位で出力される画像信号Ｙ0(t)に対応している。タイ
ミング制御回路１３は、一定周期のクロック信号ＣＫに
基づいて垂直走査及び水平走査のタイミングを決定し、
各クロック発生回路１２ｆ、１２ｖ、１２ｈの動作タイ
ミングを制御する。

【００３５】図６は、固体撮像素子１１の動作ステップ
を説明するフローチャートである。ここで説明する動作
ステップは、図１に示す固体撮像素子１１の動作であ
り、受光部１１ｉには、モザイク型のカラーフィルタが
装着され、複数の受光画素の各行に２（ｋ＝２）色の色
成分が対応付けられており、複数の受光画素に蓄積され
た情報電荷を水平方向に１／２（ｍ＝１、ｎ＝２）に間
引く。

【００３６】先ず、ステップＳ１０１において、固体撮
像素子１１の受光部１１ｉに配列される複数の受光画素
が、入射される光に応答して情報電荷を発生する。そし
て、この情報電荷を各受光画素に蓄積し、蓄積した情報
電荷を受光部１１ｉを構成する複数の垂直シフトレジス
タの各ビットに取り込む。

【００３７】続くステップＳ１０２において、複数の垂
直シフトレジスタの各ビットに取り込んだ１画面分の情
報電荷を、垂直転送クロックφｖに応答して１行単位で
垂直転送する。これにより、複数の垂直シフトレジスタ
の各列の情報電荷が水平転送部１１ｈを構成する水平シ
フトレジスタの各ビットに出力され、水平転送部１１ｈ
に１行分の情報電荷が取り込まれる。

【００３８】続くステップＳ１０３において、水平転送
部１１ｈを構成する水平シフトレジスタの４（ｎ・ｋ）
ビット単位で同一の色成分に対応する２（ｎ−ｍ）ビッ
トを排出部１１ｔに排出する。これにより、水平転送部
１１ｈに転送された１行分の情報電荷が、水平方向の１
／２（ｎ／ｍ）に間引かれる。

【００３９】続く、ステップＳ１０４において、排出動
作の後の水平転送部１１ｈに残された４ビットのうちの
２（ｍ・ｋ）ビットの情報電荷を水平転送クロックφｈ
に応答して逐次水平方向に転送する。これにより、水平
方向に１／２に間引かれた状態の情報電荷が順次出力部
１１ｄに転送され、情報電荷の電荷量に対応する電圧値
に変換されて、画像信号Ｙ0(t)として出力される。そし
て、ステップＳ１０５に進み、１画面分の情報電荷が水
平転送出力されていない場合は、ステップＳ１０２に戻
り、１画面分の情報電荷を画像信号Ｙ0(t)に変換して出
力するまで、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０４の動
作を繰り返す。

【００４０】図７は、図６に示すステップＳ１０３〜Ｓ
１０４の動作タイミングを説明するタイミング図であ
り、垂直転送クロックφｖ、水平転送クロックφｈ及び
排出クロックφｔを示している。図８は、図７の各タイ
ミングｔ０〜ｔ９での水平転送チャネル２３のポテンシ
ャル状態を示すポテンシャル図である。ここで、垂直転
送クロックφｖは、実際には、４相のクロックφｖ1〜
φｖ４であるが、図面上では、それら複相のクロックの
うちの代表クロックφｖ1のみを図示している。また、
各水平転送電極２７ａ−1〜２７ｄ−4は、印加されるク
ロックがＨレベルのときオンし、Ｌレベルのときオフす
るものとする。

【００４１】タイミングｔ０において、水平転送クロッ
クφｈ1、φｈ3がＨレベルで、φｈ2、φｈ4がＬレベル
のとき、Ｈレベルのクロックが印加されている水平転送
電極２７ａ−1、２７ｂ−1、２７ｃ−1、２７ｄ−1の４
本の電極下の水平転送チャネル領域にポテンシャルが深
く形成され、ポテンシャルの井戸が形成される。これに
より、接合チャネル３０ａ〜３０ｄを介して、垂直転送
チャネル２２ａ〜２２ｄの各列から転送出力される情報
電荷がポテンシャルの井戸に蓄積される。

【００４２】タイミングｔ１おいて、排出クロックφｔ
がＨレベルのとき、水平転送電極２７ａ−1、２７ｄ−1
の２本の電極下の水平転送チャネルに蓄積されていた情
報電荷が排出チャネル２５ａ、２５ｄを介して転送さ
れ、排出領域２９に取り込まれる。これにより、水平転
送部１１ｈに転送された１行分の情報電荷は、同一の色
成分に対応する２画素の情報電荷の内、一方の情報電荷
のみが排出され、各色成分に対応する情報電荷が水平方
向にそれぞれ１／２に間引かれる。

【００４３】タイミングｔ２において、水平転送クロッ
クφｈ2がＨレベルとなったとき、水平転送クロックφ
ｈ2が印加される水平転送電極２７ａ−3、4の下の水平
転送チャネル領域にポテンシャルの井戸が形成される。
タイミングｔ３において、水平転送クロックφｈ3がＬ
レベルとなったとき、水平転送クロックφｈ3が印加さ
れる水平転送電極２７ｂ−1、2の下の水平転送チャネル
に深く形成されていたポテンシャルが浅くなる。これに
より、水平転送電極２７b−1、2に蓄積されていた情報
電荷は、水平転送電極２７ａ−3、4の下の水平転送チャ
ネルに形成されるポテンシャルの井戸に転送される。

【００４４】タイミングｔ４において、水平転送クロッ
クφｈ2がＬレベルとなったとき、水平転送クロックφ
ｈ2が印加される水平転送電極２７ａ−3、4の下の水平
転送チャネルに深く形成されていたポテンシャルが浅く
なる。これにより、情報電荷は、水平転送電極２７ａ−
1、2の下の水平転送チャネルに形成されているポテンシ
ャル井戸に転送される。このように、水平方向に１／２
に間引きされた情報電荷は、一旦、第１相の水平転送ク
ロックφｈ1が印加される水平転送電極２７ａ−1、２７
ｃ−1下のチャネル領域に蓄積されるように転送され
る。

【００４５】続くタイミングｔ５〜ｔ９では、水平転送
クロックφｈ1〜φｈ4がＨレベル→Ｌレベル、或いは、
Ｌレベル→Ｈレベルを周期的に繰り返し、水平転送電極
２７ａ−1、２７ｃ−1の下の水平転送チャネルに蓄積さ
れた情報電荷を順次水平方向に転送する。このタイミン
グｔ５〜ｔ９では、水平転送クロックφｈ1〜φｈ4の１
周期１Ｔの期間で、情報電荷を水平方向に、８電極分、
即ち、水平シフトレジスタの２ビット先の領域（２画素
先の領域）へ転送する。

【００４６】このように、水平転送部１１ｈに転送され
た情報電荷は、先ず、同一の色成分に対応する２つのビ
ットに蓄積された情報電荷の内、一方のビットに蓄積さ
れる情報電荷のみが排出されて、各色成分に対応する情
報電荷がそれぞれ１／２に間引かれる。そして、間引か
れた情報電荷は、４相の水平転送クロックφｈ1〜φｈ4
の内、水平転送クロックφｈ1が印加される転送電極下
のチャネル領域に蓄積するように転送され、その後、４
相の水平転送クロックφｈ1〜φｈ4に応答して、順次、
出力部１１ｄに出力される。

【００４７】水平転送部１１ｈに取り込まれた情報電荷
を１／２に間引く場合、同一の色成分に対応する２ビッ
トの内の一方のビットに蓄積される情報電荷が排出され
るため、水平転送部１１ｈでは、２ビット単位で転送を
行うことができ、水平転送部１１ｈを構成する水平シフ
トレジスタの転送段数が１／２となる。このため、水平
転送クロックφｈの周波数は、従来の１ビット単位で読
み出していた場合と比べて、１／２の周波数に設定する
ことができる。

【００４８】ところで、本願発明は、複数の受光画素で
発生した情報電荷を水平方向に間引くだけではなく、以
下の説明のように動作することで、垂直方向に間引くこ
とも可能である。

【００４９】図７及び図８は、蓄積部１１ｓに蓄積され
た情報電荷の垂直方向の間引きを説明する図である。こ
こで、図７は、垂直転送クロックφｖ、水平転送クロッ
クφｈ、排出クロックφｔを示し、図８は、水平転送部
１１ｈに転送された情報電荷の状態を示す。また、垂直
転送クロックφｖは、実際は、４相のクロックである
が、図面上では、それら複相のクロックのうちの代表ク
ロックφｖ1のみを図示している。

【００５０】タイミングｔ０において、蓄積部１１ｓか
ら出力された情報電荷が、水平転送部１１ｈの各ビット
に取り込まれる。タイミングｔ１において、排出クロッ
クφｔが立ち上げられて、排出部１１ｔとの間に転送経
路を有する水平シフトレジスタの所定のビットに取り込
まれた情報電荷が排出領域に垂直転送される。これによ
り、色成分Ｇに対応する２つのビット及び色成分Ｂに対
応する２つのビットの一方のビットに取り込まれた情報
電荷がそれぞれ排出される。

【００５１】タイミングｔ２において、水平転送部１１
ｈに残された情報電荷が水平方向に１段転送された後、
排出動作が行われて、色成分Ｂに対応する２つのビット
の内の他方のビットに取り込まれた情報電荷が排出され
る。そして、タイミングｔ３において、更に水平転送動
作が１段行われた後、排出動作が行われて、色成分Ｇに
対応する２つのビットの内の他方のビットに取り込まれ
た情報電荷が排出される。このようにして、水平転送部
１１ｈに転送された１行分の情報電荷の全てが排出され
る。これらの動作が所定の行に対して行われて、情報電
荷が垂直方向に間引かれる。

【００５２】以上、情報電荷の水平方向の間引き量を１
／２、受光画素の各行に対応付けられる色成分を２色の
場合を例にあげて説明したが、本願発明は、これに限定
されるものではない。例えば、情報電荷を水平方向に２
／３（ｍ＝２、ｎ＝３）に間引く場合であって、受光画
素の各行に３（ｋ＝３）色の色成分が対応付けられると
き、水平転送部１１ｈを構成する各ビットのうち、６
（ｎ・ｋ）ビット毎に、同一の色成分に対応する３
（ｎ）ビットのうちの１（ｎ−ｍ）ビットを排出部と接
続すれば良い。即ち、本願発明は、情報電荷の水平方向
の間引き量、及び受光画素の各行に対応付けられる色成
分の色数の変更に柔軟に対応することができる。

【００５３】また、上述の水平方向の間引き及び垂直方
向の間引きの動作を行わず、全画素の情報電荷の読み出
しを行う場合、排出電極２８をオフすると共に、水平転
送部１１ｈに印加される水平転送クロックφｈ１とφｈ
３とを共通のクロックパルスに切り替え、これと同様
に、水平転送クロックφｈ２とφｈ４とを共通の転送ク
ロックに切り替える。これにより、水平転送部１１ｈが
２相駆動され、水平転送部１１ｈに取り込まれた情報電
荷は、水平方向に１画素単位で順次転送出力される。

【００５４】

【発明の効果】本願発明によれば、水平シフトレジスタ
の各ビットの転送された１行分の情報電荷の内、所定の
ビットに蓄積された情報電荷を排出することができる。
これにより、カラー撮像の場合においても、水平方向の
情報電荷の間引きを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の固体撮像素子の構成を示す平面図で
ある。

【図２】水平転送部と排出部との接続部分の構造の一例
を示す平面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ線の断面図である。

【図４】図２のＹ−Ｙ線の断面図である。

【図５】本願発明の固体撮像素子を採用する撮像装置の
構成を示すブロック図である。

【図６】本願発明の固体撮像素子の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図７】ステップＳ１０３〜Ｓ１０４の動作タイミング
を説明するタイミング図である。

【図８】ステップＳ１０３〜Ｓ１０４のポテンシャル状
態を示すポテンシャル図である。

【図９】情報電荷の垂直方向の間引きの動作を説明する
タイミング図である。

【図１０】情報電荷の垂直方向の間引きの動作を説明す
る模式図である。

【図１１】従来の撮像装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図１２】従来の撮像装置の動作を示すタイミング図で
ある。

【符号の説明】

１、１１：固体撮像素子 １ｉ、１１ｉ：受光部 １ｓ、１１ｓ：蓄積部 １ｈ、１１ｈ：水平転送部 １ｄ、１１ｄ：出力部 ２：駆動回路 ３：タイミング制御回路 ４：サンプルホールド回路 ５：分周回路 １１ｔ：排出部 ２１、２４：分割領域 ２２ａ〜２２ｄ：垂直転送チャネル ２３：水平転送チャネル ２５ａ、２５ｄ：排出チャネル ２６：垂直転送電極 ２７ａ〜２７ｄ：水平転送電極 ２８：排出電極 ２９：排出領域 ３０：接続チャネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA12 BA13 DA03 DA14 DB06 DB08 DB09 DD04 FA06 FA44 GC07 GC08 GC14 5C024 BX01 CY15 DX04 GY03 GZ04 GZ17 HX02 5C065 AA03 BB48 CC01 CC08 DD06 EE05 FF03 GG11 GG44

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の受光画素に蓄積された情報電荷を
   水平方向にｍ／ｎ（ｍ、ｎは共に自然数でｍ＜ｎ）に間
   引いて出力する固体撮像素子において、 前記複数の受光画素に蓄積された情報電荷を垂直方向に
   転送する複数の垂直シフトレジスタと、 前記複数の垂直シフトレジスタから転送出力される前記
   情報電荷を各ビットに取り込んで水平方向に転送する水
   平シフトレジスタと、 前記水平シフトレジスタに取り込まれた前記情報電荷を
   ビット単位で排出する排出部と、を備え、 前記水平シフトレジスタは、連続するｎ・ｋ（ｋは自然
   数）ビット単位で、ｋ・（ｎ−ｍ）ビットが前記排出部
   に接続され、この接続ビットの情報電荷を前記排出部に
   排出することを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記複数の受光画素の各行は、ｋ色の色
   成分のうちの１つの色成分に各画素が所定の順序で対応
   付けられ、 前記水平シフトレジスタは、ｎ・ｋビット単位で同一の
   色成分に対応するｎビットのうちのｎ−ｍビットが前記
   排出部に接続されることを特徴とする請求項１記載の固
   体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記排出部は、前記水平シフトレジスタ
   からの前記情報電荷の排出を制御する排出制御ゲート
   と、 排出された前記情報電荷を取り込む排出領域と、を備え
   たことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体
   撮像素子。
4. 【請求項４】 複数の受光画素に蓄積された情報電荷を
   垂直方向に転送する複数の垂直シフトレジスタと、前記
   複数の垂直シフトレジスタから転送出力される情報電荷
   を各ビットに取り込んで水平方向に転送する水平シフト
   レジスタと、前記水平シフトレジスタの連続するｎ・ｋ
   ビット単位でｋ・（ｎ−ｍ）ビットが接続され、接続ビ
   ットの情報電荷を排出する排出部と、を有し、前記複数
   の受光画素に蓄積された情報電荷を水平方向にｍ／ｎ
   （ｍ、ｎは共に自然数でｍ＜ｎ）に間引いて出力する固
   体撮像素子の駆動方法において、 前記複数の受光画素に蓄積された情報電荷を複数の垂直
   シフトレジスタの各ビットに取り込む第１のステップ
   と、前記複数の垂直シフトレジスタに取り込んだ情報電
   荷を水平シフトレジスタに１行単位で垂直転送する第２
   のステップと、前記水平シフトレジスタのｎ・ｋビット
   （ｋは自然数）に蓄積される情報電荷のうち、ｋ・（ｎ
   −ｍ）ビットの情報電荷を排出する第３のステップと、
   前記水平シフトレジスタのｍ・ｋビットの情報電荷を水
   平方向に転送出力する第４のステップと、を備えたこと
   を特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
5. 【請求項５】 前記複数の受光画素の各行は、ｋ色の色
   成分のうちの１つの色成分に各画素が所定の順序で対応
   付けられ、 前記第３のステップで、ｎ・ｋビット単位で同一の色成
   分に対応するｎビットのうちのｎ−ｍビットの情報電荷
   を排出することを特徴とする請求項４記載の固体撮像素
   子の駆動方法。
6. 【請求項６】 前記第３のステップの後、前記水平シフ
   トレジスタのｍ・ｋビットの情報電荷を前記排出部との
   接続ビットに水平転送する第４のステップと、 前記ｍ・ｋビットの情報電荷を排出して前記水平シフト
   レジスタに転送出力された１行分の情報電荷のすべてを
   排出する第５のステップと、を備えたことを特徴とする
   請求項４または請求項５に記載の固体撮像素子の駆動方
   法。