JP2004222130A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004222130A JP2004222130A JP2003009441A JP2003009441A JP2004222130A JP 2004222130 A JP2004222130 A JP 2004222130A JP 2003009441 A JP2003009441 A JP 2003009441A JP 2003009441 A JP2003009441 A JP 2003009441A JP 2004222130 A JP2004222130 A JP 2004222130A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transfer unit
- transferred
- vertical transfer
- charges
- pixels
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
【課題】各撮像装置に使用される固体撮像素子の画素数が増えるにつれ、従来、すべての画素を読み出すのに時間がかかり、動画を生成する場合、フレームレートが下がるといった課題があった。
【解決手段】駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６を変化させて光電変換部１０の電荷を同列の同色の画素の電荷同士を加算するように垂直転送部１１に転送し、前記電荷を垂直転送部を介して水平転送部１２に転送する。水平転送部に１２に転送された電荷は駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６とφＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６の駆動により同行の同色の画素の電荷同士を加算して水平方向に転送することで複数の同色画素を１つにまとめて読み出すことで読み出し回数を減らして一定期間内に読み出すフレーム数を増やす。
【選択図】 図１
【解決手段】駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６を変化させて光電変換部１０の電荷を同列の同色の画素の電荷同士を加算するように垂直転送部１１に転送し、前記電荷を垂直転送部を介して水平転送部１２に転送する。水平転送部に１２に転送された電荷は駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６とφＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６の駆動により同行の同色の画素の電荷同士を加算して水平方向に転送することで複数の同色画素を１つにまとめて読み出すことで読み出し回数を減らして一定期間内に読み出すフレーム数を増やす。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、固体撮像素子を有する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像装置は、特開２０００−３１６１６４号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
図１３に従来の固体撮像装置の駆動を示しており、図中７はベイヤ−方式に従つた色フィルタを形成した光電変換部（以下、画素とする）であり、
８は垂直転送部であり、９は水平転送部でり、（ａ）は固体撮像素子の駆動状態１、（ｂ）は固体撮像素子の駆動状態２、（ｃ）は固体撮像素子の駆動状態３であり、（ａ）（ｂ）（ｃ）の順で駆動され以下その動作を説明する。
【０００４】
垂直方向に配列された各画素列から、同一色の画素７が２回繰り返される様に３画素中２画素の割合で複数の画素を選択して、これら複数の画素の電荷を垂直レジスタに蓄積した後、連続する３つの画素の電荷を１水平期間内に水平レジスタに送り込むことが可能な速度で、垂直レジスタに蓄積された電荷を水平レジスタへ転送して、１水平期間の周期で、同一色の２つの画素の電荷を水平レジスタにて加算し、該水平レジスタの電荷を出力する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３１６１６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この固体撮像装置においては、垂直の画素を３画素単位で１画素捨て、２画素加算することで全画角読み出す際の垂直読み出し回数を１／３にしている。つまり、６画素を読み出すのに２回の垂直読み出しで行っている。一般に画素数の多い撮像素子を用いて動画撮影する場合、画素数が多いため読み出しに時間がかかりフレームレートが落ちてしまい、コマ落ちした動画となってしまう。そこで、特開２０００−３１６１６４号公報では垂直読み出し回数を１／３にして動画のコマ落ちを抑えようとしている。
【０００７】
しかしながら、従来技術は３画素中１画素捨てるため、解像度（感度）が下がり、画質が低下してしまうという問題がある。また、撮像素子の画素数は２００万画素、３００万画素と増加傾向にあり、垂直読み出し回数を１／３にしてもフレームレートの確保は困難である。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み、画素数の多い撮像素子を用いても、高い解像度とフレームレートを実現することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、行列状に配列された光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部を備え、連続したｎ行を１グループ行とした場合（ｎは任意の自然数）、前記光電変換部から前記垂直転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ行内で各行毎に独立に設定し、連続したｍ列を１グループ列とした場合（ｍは任意の自然数）、前記垂直転送部から前記水平転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ列内で各列毎に独立に設定する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１〜５に記載の発明は、行列状に配列された光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部を備え、連続したｎ行を１グループ行とした場合（ｎは任意の自然数）、前記光電変換部から前記垂直転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ行内で各行毎に独立に設定し、連続したｍ列を１グループ列とした場合（ｍは任意の自然数）、前記垂直転送部から前記水平転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ列内で各列毎に独立に設定するものであり、これにより、画素数の多い撮像素子を用いてもＮＴＳＣ並みの解像度とフレームレートを実現することができる。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１０を用いて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の固体撮像装置の一実施の形態を示し、図１において、１０は入射される被写体の光信号を電気信号に変換して電荷として出力する光電変換部で、光電変換部１０には隣接画素で互いに色が異なる、ｘ色の色フィルタを設けてある。本実施の形態では色フィルタは緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）の３色（ｘ＝３）とした。１１は光電変換部１０からの電荷を垂直転送する垂直転送部で、複数の垂直転送レジスタからなる。１２は垂直転送部１１から転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平転送部で、複数の水平転送レジスタからなる。１３は光電変換部１０が１つに対して垂直転送部１１が２つで形成されており、これを画素とする。
【００１３】
本実施の形態の固体撮像装置は、画素１３を行列状に繰り返し配値し、行列状に配置された光電変換部１０にはそれぞれ色フィルタが形成されており、色フィルタはＲＧＢベイヤ配列を形成している。図中、Ｒは赤色のフィルタで、図示ではＲ１〜Ｒ６６で示した。Ｇは緑色のフィルタで、図示ではＧ１〜Ｇ７２で示した。Ｂは青色のフィルタで、図示ではＢ１〜Ｂ６６で示した。なお、図１では説明の簡略化のため、垂直方向１２画素、水平方向８画素の、合計９６画素で示したが、実際には垂直及び水平方向共に、さらに多数の画素を有している。
【００１４】
また、φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６は、ＣＣＤ駆動回路（図示せず）から入力される垂直転送部１１の駆動信号であり、１つの垂直転送部１１に対してφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６のいずれか１つの信号が接続され、垂直転送部１１はこの駆動信号が入力されると次行の垂直転送部１１に画素信号を転送していく。特に図示していないが同行の垂直転送部１１には同じ駆動信号が接続される。しかし、最終行の垂直転送部１１は水平方向にφＶ６、φＶ１、φＶ６の繰り返しで配線される。
【００１５】
φＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６はＣＣＤ駆動回路（図示せず）から入力される水平転送部１２の駆動信号であり、１つの水平転送部１２に対してφＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６のいずれか１つの信号が接続され、水平転送部１２はこの駆動信号が入力されると、次列（水平方向）の水平転送部１２に画素信号を転送していく。
【００１６】
以上のように構成された本実施の形態の固体撮像装置について、以下、その動作を述べる。
【００１７】
まず、ＣＣＤ駆動回路（図示せず）からの制御により光電変換部１０は、入射される被写体の光学信号を電気信号に変換して電荷として保持する。次に、入力される駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６を変化させて光電変換部１０の電荷を、同列の同色の画素の電荷同士をｙ個（本実施の形態ではｙ＝３）加算するように垂直転送部１１に転送し、前記電荷を垂直転送部１１を介して水平転送部１２に垂直転送する。なお、具体的な垂直転送動作については図２を用いて後述する。
【００１８】
水平転送部１２に転送された電荷は、駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６とφＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６による駆動により、同行の同色の画素の電荷同士をｚ個（本実施の形態ではｚ＝３）加算して水平方向に転送する。なお、具体的な水平転送動作については図３を用いて後述する。
【００１９】
次に、垂直転送動作について図２を用いて詳述する。
【００２０】
図２は本実施の形態の固体撮像装置における垂直転送信号による垂直転送部１１での、同列の同色の画素の電荷同士を加算する転送方法を示したものであり、図１における左端２列の画素のみを例として示したが、他の画素においても同様に動作するが説明は省略する。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は垂直転送部１１での電荷転送の状態を示す模式図であり、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順で状態は遷移する。（ｅ）は垂直転送部１１の駆動信号の信号波形であり、図中（ａ）の１０、１１は図１における光電変換部１０、垂直転送部１１と同一のものであり、光電変換部１０は説明をわかりやすくするために図１における要部のみとして、Ｇ１〜Ｇ１２，Ｒ１〜Ｒ６、Ｂ１〜Ｂ６の部分について示したが、他の画素についても同様に動作する。φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６も図１における垂直転送部１１の駆動信号と同様である。図中（ｅ）の２２、２３、２４は光電変換部１０から垂直転送部１１に電荷を転送する転送パルスであり、この転送パルスが入力されることによりそれぞれ接続されている垂直転送部１１に隣接する光電変換部１０から垂直転送部１１に電荷が転送される。また、転送パルス２２〜２４以外の部分のＨ期間で、垂直転送部１１は電荷を垂直転送する。
【００２１】
以下、垂直転送部１１の転送動作について説明する。
【００２２】
以下の説明では、垂直転送部１１の電荷は垂直転送部１１の駆動信号がＬの時に垂直転送部１１の電位が下がることで、電位の高い所から電荷が移動し、電荷転送することを前提としている。
【００２３】
（ａ）は光電変換部１０から垂直転送部１１に電荷を転送する第１の状態であり、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）において時刻ｔ０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２での波形の変化に応じている。
【００２４】
まず、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）における時刻ｔ０〜ｔ１での変化により、Ｈ期間において垂直転送部１１に残っている電荷を垂直転送し、転送パルス２２のタイミングで３画素おきの光電変換部１０の電荷を垂直転送部１１に転送する（矢印２０の動作）。具体的には、Ｇ１，Ｒ２，Ｇ４，Ｒ５，Ｂ１，Ｇ８，Ｂ４，Ｇ１１の光電変換部１０の電荷を垂直転送部１１に転送する（矢印２０の動作）。
【００２５】
次に時刻ｔ１〜ｔ２での垂直転送部１１の駆動信号φＶ１〜φＶ６のＨ期間において、垂直転送部１１の電荷は垂直転送部１１を垂直方向に４段転送され、垂直方向に２画素離れた同色の画素の垂直転送部１１に電荷を保持する（矢印２１の動作）。
【００２６】
（ｂ）は垂直転送部１１に電荷を転送する第２の状態であり、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）における時刻ｔ２〜ｔ３での波形の変化に応じている。転送パルス２３により駆動信号φＶ５が所定の垂直転送部１１に入力され、光電変換部１０の電荷を垂直転送部１１に転送することで、垂直転送部１１に保持されている同色の電荷と加算される（矢印２４の動作）。具体的には、図２（ｂ）において、Ｇ２，Ｒ３，Ｇ５，Ｒ６，Ｂ２，Ｇ９，Ｂ５，Ｇ１２の光電変換部の電荷が、それぞれ対応した垂直転送部１１に転送され、図２（ａ）において転送されてきた電荷と加算される。例えばＧ２の電荷は、上から５段目の垂直転送部１１で、図２（ａ）で光電変換部１０から読み出されたＧ１の電荷と加算されることになる。
【００２７】
（ｃ）は垂直転送部１１に電荷を転送する第３の状態であり、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）において時刻ｔ３〜ｔ４での波形の変化に応じている。時刻ｔ３〜ｔ４での垂直転送部１１の駆動信号φＶ１〜φＶ６の変化により、垂直転送部１１の電荷は、矢印２６に示すように垂直転送部１１を垂直方向へ４段転送され、垂直方向に２画素離れた同色の画素の垂直転送部１１に電荷を保持する。例えば、前述の図２（ｂ）にて説明したように、５段目の垂直転送部１１で加算されたＧ１とＧ２の電荷が、垂直方向に４段転送され、Ｇ３に対応した垂直転送部１１（９段目）に転送されることになる。
【００２８】
（ｄ）は垂直転送部１１に電荷を転送する第４の状態であり、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）において時刻ｔ４〜ｔ５での波形の変化に応じている。転送パルス２４により、φＶ３により動作する光電変換部１０の電荷を垂直転送部１１に転送することで、垂直転送部１１に保持されている同色の電荷と加算される。具体的には、前述の図２（ｃ）にて説明したように、垂直転送された電荷と、転送後に保持されている垂直転送部１１に隣接した光電変換部１０の電荷とが加算されることになる。例えば、９段目に垂直転送されたＧ１及びＧ２の電荷と、Ｇ３の電荷とが加算されることになる。
【００２９】
以上、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順で電荷転送することで、垂直転送部１１にて同列の同色の画素を３画素加算することができ、それぞれ加算された電荷間の空間的な重心位置は等間隔になる。
【００３０】
図３、図４、図５、図６、図７は本実施の形態の固体撮像装置における水平転送部１０の駆動信号と、垂直転送部１１の駆動信号による水平転送部１２での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図であり、図３、図４、図５、図６、図７の順で状態は遷移する。図中１０、１１、１２は図１における光電変換部１０、垂直転送部１１、水平転送部１２と同一のものであり、φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６は図１における垂直転送部１１の駆動信号と同一であり、φＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６は図１における水平転送部１２の駆動信号と同一である。図８は垂直転送部１１の駆動信号と水平転送部１２の駆動信号の信号波形である。
【００３１】
以下、図３〜図８を用いて垂直転送部１１及び水平転送部１２の転送動作について説明する。
【００３２】
以下の説明では、垂直転送部１１及び水平転送部１２の電荷は垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号がＬの時に、垂直転送部１１及び水平転送部１２の電位が下がることで、電位の高い所から電荷が移動し、電荷転送することを前提としている。
【００３３】
図３は垂直転送部１１から水平転送部１２に電荷を転送する直前の状態であり、図８における時刻ｔ６の状態であり、駆動信号φＶ５が接続された垂直転送部１１に、３画素分が加算された電荷が保持されている状態である。
【００３４】
次に、図４は垂直転送部１１から水平転送部１２に電荷を転送する第１の状態であり、垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号が図８において時刻ｔ６〜ｔ７での波形の変化に応じている。駆動信号φＶ６がＬとなり電荷が駆動信号φＶ６が接続された垂直転送部１１に電荷が移動する（矢印２８の動作）。次に、駆動信号φＨ１とφＨ５がＬとなり、電荷が最終行の垂直転送部１１のうち駆動信号φＶ６が接続された垂直転送部１１から、駆動信号φＨ１及びφＨ５が接続された水平転送部１２に電荷が移動する（矢印２９の動作）。
【００３５】
次に、図５は水平転送部１２に転送された電荷の水平転送状態である第２の状態であり、垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号が図８において時刻ｔ７〜ｔ８の波形の変化に応じている。垂直転送部１１の駆動信号φＶ１〜φＶ６は、φＶ６の一部がＬである以外は全てＨであるため、垂直方向の電荷転送は行われない。一方水平方向の転送は、駆動信号φＨ２、φＨ３、φＨ４が順々にＬとなり、駆動信号φＨ１が接続された水平転送部１２の電荷が、駆動信号φＨ５が接続された水平転送部１２まで移動し、駆動信号φＨ５が接続された水平転送部１２に保持されている電荷と加算される（矢印３０の動作）。
【００３６】
例えば、図５においては、１列目（左端の列）の画素列から垂直転送され水平転送部１２に転送された電荷（Ｇ画素×３画素分）を駆動信号φＨ２〜φＨ５に基づき水平方向へ順次転送し、左から５番目の水平転送部１２において、３列目（左から３列目）の画素列から垂直転送された電荷（Ｇ画素×３画素分）と加算され、合計６画素分のＧ画素となる。同様に、７列目の画素列に対応する水平転送部１２に保持された電荷が、１１列目の画素列に対応する水平転送部１２に転送され、画素加算される。
【００３７】
図６は水平転送部１２における電荷の水平転送動作を示す第３の状態であり、垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号が図８において時刻ｔ８〜ｔ９の波形の変化に応じている。駆動信号φＨ６、φＨ１、φＨ２、φＨ３が順々にＬとなり、駆動信号φＨ５が接続された水平転送部１２の電荷が、駆動信号φＨ３が接続された水平転送部１２まで移動する（矢印３１の動作）。
【００３８】
図７は垂直転送部１１から水平転送部１２に電荷を転送する第４の状態であり、垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号が、図８において時刻ｔ９〜ｔ１０での波形の変化に応じている。駆動信号φＶ１がＬとなり、駆動信号φＶ１が接続された垂直転送部１１に、垂直上方向に隣接した垂直転送部１１に保持されていた電荷が移動する（矢印３２の動作）。次に、最終行の垂直転送部１１のうち駆動信号φＶ１が接続された垂直転送部１１に保持された電荷は、垂直転送部１１から駆動信号φＨ３が接続された水平転送部１２に電荷が移動し、その水平転送部１２に保持されている電荷と加算される（矢印３３の動作）。つまり、図６において水平転送された電荷（６画素分）が保持された水平転送部１２に、垂直転送されてきた電荷（３画素分）が加算され、合計９画素分の電荷となる。
【００３９】
以上、図３、図４、図５、図６、図７の順で電荷転送することで、水平転送部１２にて同行の同色の画素を画素列３列分（９画素）加算することができ、それぞれ加算された電荷間の空間的な重心位置は等間隔になる。
【００４０】
図９は、上記図３〜図８を用いて説明したように９画素分の電荷が加算された電荷を、水平転送部１２で水平転送させる際のタイミングを示すものであり、（ａ）は水平転送部１２の駆動信号の信号波形であり、（ｂ）は水平転送部１２の駆動信号の信号波形の状態に応じた電荷転送状態の模式図であり、（ａ）における時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、ｔｅ、ｔｆでの状態を示しており、時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、ｔｅ、ｔｆの順で状態は遷移する。また（ｂ）においてハッチング部分は、電荷を保持している水平転送部を示している。１２ａ〜１２ｆは駆動信号φＨ１〜φＨ６がそれぞれ接続された水平転送部を示している。
【００４１】
以下、水平転送部１２の転送動作について説明する。なお符号を付していない水平転送部は、駆動信号の接続状態により水平転送部１２ａ〜１２ｆのいずれかと同様に動作することを示している。
【００４２】
以下の説明では、水平転送部１２の電荷は水平転送部１２の駆動信号がＬの時に水平転送部１２の電位が下がることで、電位の高い所から電荷が移動し、電荷転送することを前提としている。
【００４３】
まず図９（ａ）における時刻ｔａでは、駆動信号φＨ１がＬであるため電荷はφＨ１が接続された水平転送部１２ａに保持される。次に、時刻ｔｂでは、駆動信号φＨ２がＬであるため、水平転送部１２ａの電荷は駆動信号φＨ２が接続された水平転送部１２ｂに移動される。次に、時刻ｔｃでは、駆動信号φＨ３がＬであるため、水平転送部１２ｂに保持された電荷は駆動信号φＨ３が接続された水平転送部１２ｃに移動される。次に、時刻ｔｄでは、駆動信号φＨ４がＬであるため、水平転送部１２ｃに保持された電荷は駆動信号φＨ４が接続された水平転送部１２ｄに移動される。次に、時刻ｔｅでは、駆動信号φＨ５がＬであるため、水平転送部１２ｄに保持された電荷は駆動信号φＨ５が接続された水平転送部１２ｅに移動される。次に、時刻ｔｆでは、駆動信号φＨ６がＬであるため、水平転送部１２ｅに保持された電荷は駆動信号φＨ６が接続された水平転送部１２ｆに移動される。次は時刻ｔａの状態に戻り、以降上記同様の動作を繰り返すことで、電荷を水平転送させることができる。
【００４４】
そして、特に図示していないが、水平転送部１２を水平転送された電荷は、水平転送部１２に接続された増幅手段に出力されて所定量増幅された後、ビデオカメラの場合信号処理回路に出力される。
【００４５】
なお、時刻ｔａ〜ｔａの間隔は、水平転送部１２の駆動パルスの１周期に相当し、この期間で水平転送部１２を６段（３画素列分）移動する。
【００４６】
図１０は本実施の形態により実施される固体撮像装置での画素加算を示した模式図であり、同列の同色３画素加算と同行の同色３画素加算により、図１０に示したように同色９画素加算が可能となる。図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、はそれぞれ（ａ）はＧの画素加算、（ｂ）はＲの画素加算、（ｃ）はＢの画素加算、（ｄ）はＧの画素加算を示しており、太枠１０１〜１０４内の白抜き描画してある画素同士が加算される。
【００４７】
以上のように本実施の形態によれば、従来とほぼ同等の読み出し回数で読み出しを行いつつ、ＣＣＤ上の全画素の電荷を読み出すことが可能になるので、高フレームレートを維持したまま高解像度な画像を得ることができる。
【００４８】
次に、画素混合を行わない固体撮像素子からの電荷読み出しと、本実施の形態の電荷読み出しの違いについて、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００４９】
図１１はＣＣＤの一例として、縦５画素／横５画素の合計２５画素の画素配列を示す模式図、図１２は本実施の形態による読み出し手順を示す表である。図において、１１０は画素、１１１は垂直転送部、１１２は水平転送部である。
【００５０】
まず、画素混合を行わない電荷読み出しの場合は、まず、Ａ列の５画素を垂直転送部１１１に読み出すのに１ステップ、垂直転送部１１１から水平転送部１１２へ順次転送していくのに５ステップ、水平転送部１１２を水平方向へ順次転送していくのに５ステップ必要で、合計１１ステップ必要である。次に、同様の手順にてＢ列の画素列についても１１ステップで読み出す。同様にＣ〜Ｅ列も読み出す必要があり、全ての画素の電荷を読み出すためには、
１１ステップ×５画素列＝５５ステップ
というように、５５ステップ必要である。
【００５１】
次に、本実施の形態の電荷読み出しの手順について図１２を用いて説明する。
【００５２】
図１２は縦軸にステップ数、横軸に画素列を示している。まずステップ１で、図１１の奇数行（１・３・５行目（全列））のＧ画素及びＢ画素の電荷を垂直転送部１１１に読み出す。次にステップ１で読み出した電荷を次行の垂直転送部に転送する。例えばＶ１の電荷をＶ２に転送する（ステップ２）。次に、さらに次行の垂直転送部に電荷を転送し、ここで、隣接画素から読み出した同色電荷と混合する。例えば、Ｖ２の電荷をＶ３でＧ画素と混合する（ステップ３）。次に、さらに次行の垂直転送部に電荷を転送する。例えばＶ３の電荷をＶ４に転送する（ステップ４）。次に、さらに次行の垂直転送部に電荷を転送し、ここで、隣接画素から読み出した同色電荷と混合する。例えば、Ｖ４の電荷をＶ５でＧ画素と混合する（ステップ５）。次に、Ｖ５の電荷（Ｇ画素）のみをＨ１の水平転送部に転送する。この時、Ｖ１０・Ｖ１５・Ｖ２０・Ｖ２５の電荷は待機状態になる（ステップ６）。次に、Ｈ１のＧ画素電荷をＨ２に転送する（ステップ７）。次にＨ２のＧ画素電荷をＨ３に転送し、Ｖ１５のＧ画素電荷と画素混合する。この時、Ｖ１０のＢ画素電荷をＨ２に転送する（ステップ８）。次に、Ｈ３のＧ画素電荷をＨ４に転送し、Ｈ２のＢ画素電荷をＨ３に転送する（ステップ９）。次に、Ｈ４のＧ画素電荷をＨ５に転送し、Ｖ２５のＧ画素電荷と画素混合する。またＨ３のＢ画素電荷をＨ４に転送し、Ｖ２０のＢ画素電荷と画素混合する（ステップ１０）。次に、Ｈ５のＧ画素電荷は出力され、Ｈ４のＢ画素電荷はＨ５に転送される（ステップ１１）。最後にＨ５のＢ画素電荷が出力される（ステップ１２）。
【００５３】
上記同様の手順にて、図１１の偶数行（２・４行目（全列））のＲ画素及びＧ画素の電荷の転送も行う。なお、偶数行の転送開始は、奇数行の転送開始タイミングよりも２ステップ遅れて、ステップ３からの開始となる。そして最終的には、偶数行のＲ画素の電荷は、ステップ１３で出力され、偶数行のＧ画素の電荷はステップ１４で出力されることになる。
【００５４】
以上のように本実施の形態では、２５画素全ての電荷を読み出すには１４ステップで済み、画素混合をしない時の５５ステップに比べて約１／３の転送ステップで済み、高速に読み出すことができる。読み出し回数を減らすことで一定期間内に読み出すフレーム数を増やすことができる。読み出すフレーム数を増やせることで、フレームレートを向上させた高画質動画を得ることができる。
【００５５】
なお、以上の説明では、画素の色フィルタ配列をＲＧＢベイヤ配列で構成した例で示したが、その他の補色や、色フィルタなしについても同様に実施可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、多くの画素を有する固体撮像装置において、同色の画素を加算してまとめて読み出すことで読み出し回数を減らし、一定期間内に読み出すフレーム数を増やすことができるという顕著な効果が得られる。
【００５７】
また、従来とほぼ同等の読み出し回数で読み出しを行いつつ、ＣＣＤ上の全画素の電荷を読み出すことが可能になるので、高フレームレートを維持したまま高解像度な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の形態による固体撮像装置を示す模式図
【図２】同実施の形態の形態による固体撮像装置の垂直転送信号による垂直転送部での同列の同色の画素の電荷同士を加算する転送状態を表した模式図
【図３】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図４】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図５】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図６】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図７】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図８】同実施の形態の固体撮像装置における垂直転送部の駆動信号と水平転送部の駆動信号の信号波形図
【図９】（ａ）同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部での電荷の転送を示すタイミングチャート
（ｂ）同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部での電荷の転送を示す模式図
【図１０】同実施の形態により実施される固体撮像装置での画素加算を示した模式図
【図１１】同実施の形態における画素配列の一例を示す模式図
【図１２】同実施の形態における電荷読み出しのフローを示す図
【図１３】従来の固体撮像装置の模式図
【符号の説明】
１０ 光電変換部
１１ 垂直転送部
１２ 水平転送部
１３ 画素
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、固体撮像素子を有する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像装置は、特開２０００−３１６１６４号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
図１３に従来の固体撮像装置の駆動を示しており、図中７はベイヤ−方式に従つた色フィルタを形成した光電変換部（以下、画素とする）であり、
８は垂直転送部であり、９は水平転送部でり、（ａ）は固体撮像素子の駆動状態１、（ｂ）は固体撮像素子の駆動状態２、（ｃ）は固体撮像素子の駆動状態３であり、（ａ）（ｂ）（ｃ）の順で駆動され以下その動作を説明する。
【０００４】
垂直方向に配列された各画素列から、同一色の画素７が２回繰り返される様に３画素中２画素の割合で複数の画素を選択して、これら複数の画素の電荷を垂直レジスタに蓄積した後、連続する３つの画素の電荷を１水平期間内に水平レジスタに送り込むことが可能な速度で、垂直レジスタに蓄積された電荷を水平レジスタへ転送して、１水平期間の周期で、同一色の２つの画素の電荷を水平レジスタにて加算し、該水平レジスタの電荷を出力する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３１６１６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この固体撮像装置においては、垂直の画素を３画素単位で１画素捨て、２画素加算することで全画角読み出す際の垂直読み出し回数を１／３にしている。つまり、６画素を読み出すのに２回の垂直読み出しで行っている。一般に画素数の多い撮像素子を用いて動画撮影する場合、画素数が多いため読み出しに時間がかかりフレームレートが落ちてしまい、コマ落ちした動画となってしまう。そこで、特開２０００−３１６１６４号公報では垂直読み出し回数を１／３にして動画のコマ落ちを抑えようとしている。
【０００７】
しかしながら、従来技術は３画素中１画素捨てるため、解像度（感度）が下がり、画質が低下してしまうという問題がある。また、撮像素子の画素数は２００万画素、３００万画素と増加傾向にあり、垂直読み出し回数を１／３にしてもフレームレートの確保は困難である。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み、画素数の多い撮像素子を用いても、高い解像度とフレームレートを実現することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、行列状に配列された光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部を備え、連続したｎ行を１グループ行とした場合（ｎは任意の自然数）、前記光電変換部から前記垂直転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ行内で各行毎に独立に設定し、連続したｍ列を１グループ列とした場合（ｍは任意の自然数）、前記垂直転送部から前記水平転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ列内で各列毎に独立に設定する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１〜５に記載の発明は、行列状に配列された光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部を備え、連続したｎ行を１グループ行とした場合（ｎは任意の自然数）、前記光電変換部から前記垂直転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ行内で各行毎に独立に設定し、連続したｍ列を１グループ列とした場合（ｍは任意の自然数）、前記垂直転送部から前記水平転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ列内で各列毎に独立に設定するものであり、これにより、画素数の多い撮像素子を用いてもＮＴＳＣ並みの解像度とフレームレートを実現することができる。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１０を用いて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の固体撮像装置の一実施の形態を示し、図１において、１０は入射される被写体の光信号を電気信号に変換して電荷として出力する光電変換部で、光電変換部１０には隣接画素で互いに色が異なる、ｘ色の色フィルタを設けてある。本実施の形態では色フィルタは緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）の３色（ｘ＝３）とした。１１は光電変換部１０からの電荷を垂直転送する垂直転送部で、複数の垂直転送レジスタからなる。１２は垂直転送部１１から転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平転送部で、複数の水平転送レジスタからなる。１３は光電変換部１０が１つに対して垂直転送部１１が２つで形成されており、これを画素とする。
【００１３】
本実施の形態の固体撮像装置は、画素１３を行列状に繰り返し配値し、行列状に配置された光電変換部１０にはそれぞれ色フィルタが形成されており、色フィルタはＲＧＢベイヤ配列を形成している。図中、Ｒは赤色のフィルタで、図示ではＲ１〜Ｒ６６で示した。Ｇは緑色のフィルタで、図示ではＧ１〜Ｇ７２で示した。Ｂは青色のフィルタで、図示ではＢ１〜Ｂ６６で示した。なお、図１では説明の簡略化のため、垂直方向１２画素、水平方向８画素の、合計９６画素で示したが、実際には垂直及び水平方向共に、さらに多数の画素を有している。
【００１４】
また、φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６は、ＣＣＤ駆動回路（図示せず）から入力される垂直転送部１１の駆動信号であり、１つの垂直転送部１１に対してφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６のいずれか１つの信号が接続され、垂直転送部１１はこの駆動信号が入力されると次行の垂直転送部１１に画素信号を転送していく。特に図示していないが同行の垂直転送部１１には同じ駆動信号が接続される。しかし、最終行の垂直転送部１１は水平方向にφＶ６、φＶ１、φＶ６の繰り返しで配線される。
【００１５】
φＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６はＣＣＤ駆動回路（図示せず）から入力される水平転送部１２の駆動信号であり、１つの水平転送部１２に対してφＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６のいずれか１つの信号が接続され、水平転送部１２はこの駆動信号が入力されると、次列（水平方向）の水平転送部１２に画素信号を転送していく。
【００１６】
以上のように構成された本実施の形態の固体撮像装置について、以下、その動作を述べる。
【００１７】
まず、ＣＣＤ駆動回路（図示せず）からの制御により光電変換部１０は、入射される被写体の光学信号を電気信号に変換して電荷として保持する。次に、入力される駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６を変化させて光電変換部１０の電荷を、同列の同色の画素の電荷同士をｙ個（本実施の形態ではｙ＝３）加算するように垂直転送部１１に転送し、前記電荷を垂直転送部１１を介して水平転送部１２に垂直転送する。なお、具体的な垂直転送動作については図２を用いて後述する。
【００１８】
水平転送部１２に転送された電荷は、駆動信号φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６とφＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６による駆動により、同行の同色の画素の電荷同士をｚ個（本実施の形態ではｚ＝３）加算して水平方向に転送する。なお、具体的な水平転送動作については図３を用いて後述する。
【００１９】
次に、垂直転送動作について図２を用いて詳述する。
【００２０】
図２は本実施の形態の固体撮像装置における垂直転送信号による垂直転送部１１での、同列の同色の画素の電荷同士を加算する転送方法を示したものであり、図１における左端２列の画素のみを例として示したが、他の画素においても同様に動作するが説明は省略する。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は垂直転送部１１での電荷転送の状態を示す模式図であり、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順で状態は遷移する。（ｅ）は垂直転送部１１の駆動信号の信号波形であり、図中（ａ）の１０、１１は図１における光電変換部１０、垂直転送部１１と同一のものであり、光電変換部１０は説明をわかりやすくするために図１における要部のみとして、Ｇ１〜Ｇ１２，Ｒ１〜Ｒ６、Ｂ１〜Ｂ６の部分について示したが、他の画素についても同様に動作する。φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６も図１における垂直転送部１１の駆動信号と同様である。図中（ｅ）の２２、２３、２４は光電変換部１０から垂直転送部１１に電荷を転送する転送パルスであり、この転送パルスが入力されることによりそれぞれ接続されている垂直転送部１１に隣接する光電変換部１０から垂直転送部１１に電荷が転送される。また、転送パルス２２〜２４以外の部分のＨ期間で、垂直転送部１１は電荷を垂直転送する。
【００２１】
以下、垂直転送部１１の転送動作について説明する。
【００２２】
以下の説明では、垂直転送部１１の電荷は垂直転送部１１の駆動信号がＬの時に垂直転送部１１の電位が下がることで、電位の高い所から電荷が移動し、電荷転送することを前提としている。
【００２３】
（ａ）は光電変換部１０から垂直転送部１１に電荷を転送する第１の状態であり、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）において時刻ｔ０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２での波形の変化に応じている。
【００２４】
まず、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）における時刻ｔ０〜ｔ１での変化により、Ｈ期間において垂直転送部１１に残っている電荷を垂直転送し、転送パルス２２のタイミングで３画素おきの光電変換部１０の電荷を垂直転送部１１に転送する（矢印２０の動作）。具体的には、Ｇ１，Ｒ２，Ｇ４，Ｒ５，Ｂ１，Ｇ８，Ｂ４，Ｇ１１の光電変換部１０の電荷を垂直転送部１１に転送する（矢印２０の動作）。
【００２５】
次に時刻ｔ１〜ｔ２での垂直転送部１１の駆動信号φＶ１〜φＶ６のＨ期間において、垂直転送部１１の電荷は垂直転送部１１を垂直方向に４段転送され、垂直方向に２画素離れた同色の画素の垂直転送部１１に電荷を保持する（矢印２１の動作）。
【００２６】
（ｂ）は垂直転送部１１に電荷を転送する第２の状態であり、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）における時刻ｔ２〜ｔ３での波形の変化に応じている。転送パルス２３により駆動信号φＶ５が所定の垂直転送部１１に入力され、光電変換部１０の電荷を垂直転送部１１に転送することで、垂直転送部１１に保持されている同色の電荷と加算される（矢印２４の動作）。具体的には、図２（ｂ）において、Ｇ２，Ｒ３，Ｇ５，Ｒ６，Ｂ２，Ｇ９，Ｂ５，Ｇ１２の光電変換部の電荷が、それぞれ対応した垂直転送部１１に転送され、図２（ａ）において転送されてきた電荷と加算される。例えばＧ２の電荷は、上から５段目の垂直転送部１１で、図２（ａ）で光電変換部１０から読み出されたＧ１の電荷と加算されることになる。
【００２７】
（ｃ）は垂直転送部１１に電荷を転送する第３の状態であり、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）において時刻ｔ３〜ｔ４での波形の変化に応じている。時刻ｔ３〜ｔ４での垂直転送部１１の駆動信号φＶ１〜φＶ６の変化により、垂直転送部１１の電荷は、矢印２６に示すように垂直転送部１１を垂直方向へ４段転送され、垂直方向に２画素離れた同色の画素の垂直転送部１１に電荷を保持する。例えば、前述の図２（ｂ）にて説明したように、５段目の垂直転送部１１で加算されたＧ１とＧ２の電荷が、垂直方向に４段転送され、Ｇ３に対応した垂直転送部１１（９段目）に転送されることになる。
【００２８】
（ｄ）は垂直転送部１１に電荷を転送する第４の状態であり、垂直転送部１１の駆動信号が（ｅ）において時刻ｔ４〜ｔ５での波形の変化に応じている。転送パルス２４により、φＶ３により動作する光電変換部１０の電荷を垂直転送部１１に転送することで、垂直転送部１１に保持されている同色の電荷と加算される。具体的には、前述の図２（ｃ）にて説明したように、垂直転送された電荷と、転送後に保持されている垂直転送部１１に隣接した光電変換部１０の電荷とが加算されることになる。例えば、９段目に垂直転送されたＧ１及びＧ２の電荷と、Ｇ３の電荷とが加算されることになる。
【００２９】
以上、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順で電荷転送することで、垂直転送部１１にて同列の同色の画素を３画素加算することができ、それぞれ加算された電荷間の空間的な重心位置は等間隔になる。
【００３０】
図３、図４、図５、図６、図７は本実施の形態の固体撮像装置における水平転送部１０の駆動信号と、垂直転送部１１の駆動信号による水平転送部１２での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図であり、図３、図４、図５、図６、図７の順で状態は遷移する。図中１０、１１、１２は図１における光電変換部１０、垂直転送部１１、水平転送部１２と同一のものであり、φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６は図１における垂直転送部１１の駆動信号と同一であり、φＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ４、φＨ５、φＨ６は図１における水平転送部１２の駆動信号と同一である。図８は垂直転送部１１の駆動信号と水平転送部１２の駆動信号の信号波形である。
【００３１】
以下、図３〜図８を用いて垂直転送部１１及び水平転送部１２の転送動作について説明する。
【００３２】
以下の説明では、垂直転送部１１及び水平転送部１２の電荷は垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号がＬの時に、垂直転送部１１及び水平転送部１２の電位が下がることで、電位の高い所から電荷が移動し、電荷転送することを前提としている。
【００３３】
図３は垂直転送部１１から水平転送部１２に電荷を転送する直前の状態であり、図８における時刻ｔ６の状態であり、駆動信号φＶ５が接続された垂直転送部１１に、３画素分が加算された電荷が保持されている状態である。
【００３４】
次に、図４は垂直転送部１１から水平転送部１２に電荷を転送する第１の状態であり、垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号が図８において時刻ｔ６〜ｔ７での波形の変化に応じている。駆動信号φＶ６がＬとなり電荷が駆動信号φＶ６が接続された垂直転送部１１に電荷が移動する（矢印２８の動作）。次に、駆動信号φＨ１とφＨ５がＬとなり、電荷が最終行の垂直転送部１１のうち駆動信号φＶ６が接続された垂直転送部１１から、駆動信号φＨ１及びφＨ５が接続された水平転送部１２に電荷が移動する（矢印２９の動作）。
【００３５】
次に、図５は水平転送部１２に転送された電荷の水平転送状態である第２の状態であり、垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号が図８において時刻ｔ７〜ｔ８の波形の変化に応じている。垂直転送部１１の駆動信号φＶ１〜φＶ６は、φＶ６の一部がＬである以外は全てＨであるため、垂直方向の電荷転送は行われない。一方水平方向の転送は、駆動信号φＨ２、φＨ３、φＨ４が順々にＬとなり、駆動信号φＨ１が接続された水平転送部１２の電荷が、駆動信号φＨ５が接続された水平転送部１２まで移動し、駆動信号φＨ５が接続された水平転送部１２に保持されている電荷と加算される（矢印３０の動作）。
【００３６】
例えば、図５においては、１列目（左端の列）の画素列から垂直転送され水平転送部１２に転送された電荷（Ｇ画素×３画素分）を駆動信号φＨ２〜φＨ５に基づき水平方向へ順次転送し、左から５番目の水平転送部１２において、３列目（左から３列目）の画素列から垂直転送された電荷（Ｇ画素×３画素分）と加算され、合計６画素分のＧ画素となる。同様に、７列目の画素列に対応する水平転送部１２に保持された電荷が、１１列目の画素列に対応する水平転送部１２に転送され、画素加算される。
【００３７】
図６は水平転送部１２における電荷の水平転送動作を示す第３の状態であり、垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号が図８において時刻ｔ８〜ｔ９の波形の変化に応じている。駆動信号φＨ６、φＨ１、φＨ２、φＨ３が順々にＬとなり、駆動信号φＨ５が接続された水平転送部１２の電荷が、駆動信号φＨ３が接続された水平転送部１２まで移動する（矢印３１の動作）。
【００３８】
図７は垂直転送部１１から水平転送部１２に電荷を転送する第４の状態であり、垂直転送部１１及び水平転送部１２の駆動信号が、図８において時刻ｔ９〜ｔ１０での波形の変化に応じている。駆動信号φＶ１がＬとなり、駆動信号φＶ１が接続された垂直転送部１１に、垂直上方向に隣接した垂直転送部１１に保持されていた電荷が移動する（矢印３２の動作）。次に、最終行の垂直転送部１１のうち駆動信号φＶ１が接続された垂直転送部１１に保持された電荷は、垂直転送部１１から駆動信号φＨ３が接続された水平転送部１２に電荷が移動し、その水平転送部１２に保持されている電荷と加算される（矢印３３の動作）。つまり、図６において水平転送された電荷（６画素分）が保持された水平転送部１２に、垂直転送されてきた電荷（３画素分）が加算され、合計９画素分の電荷となる。
【００３９】
以上、図３、図４、図５、図６、図７の順で電荷転送することで、水平転送部１２にて同行の同色の画素を画素列３列分（９画素）加算することができ、それぞれ加算された電荷間の空間的な重心位置は等間隔になる。
【００４０】
図９は、上記図３〜図８を用いて説明したように９画素分の電荷が加算された電荷を、水平転送部１２で水平転送させる際のタイミングを示すものであり、（ａ）は水平転送部１２の駆動信号の信号波形であり、（ｂ）は水平転送部１２の駆動信号の信号波形の状態に応じた電荷転送状態の模式図であり、（ａ）における時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、ｔｅ、ｔｆでの状態を示しており、時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、ｔｅ、ｔｆの順で状態は遷移する。また（ｂ）においてハッチング部分は、電荷を保持している水平転送部を示している。１２ａ〜１２ｆは駆動信号φＨ１〜φＨ６がそれぞれ接続された水平転送部を示している。
【００４１】
以下、水平転送部１２の転送動作について説明する。なお符号を付していない水平転送部は、駆動信号の接続状態により水平転送部１２ａ〜１２ｆのいずれかと同様に動作することを示している。
【００４２】
以下の説明では、水平転送部１２の電荷は水平転送部１２の駆動信号がＬの時に水平転送部１２の電位が下がることで、電位の高い所から電荷が移動し、電荷転送することを前提としている。
【００４３】
まず図９（ａ）における時刻ｔａでは、駆動信号φＨ１がＬであるため電荷はφＨ１が接続された水平転送部１２ａに保持される。次に、時刻ｔｂでは、駆動信号φＨ２がＬであるため、水平転送部１２ａの電荷は駆動信号φＨ２が接続された水平転送部１２ｂに移動される。次に、時刻ｔｃでは、駆動信号φＨ３がＬであるため、水平転送部１２ｂに保持された電荷は駆動信号φＨ３が接続された水平転送部１２ｃに移動される。次に、時刻ｔｄでは、駆動信号φＨ４がＬであるため、水平転送部１２ｃに保持された電荷は駆動信号φＨ４が接続された水平転送部１２ｄに移動される。次に、時刻ｔｅでは、駆動信号φＨ５がＬであるため、水平転送部１２ｄに保持された電荷は駆動信号φＨ５が接続された水平転送部１２ｅに移動される。次に、時刻ｔｆでは、駆動信号φＨ６がＬであるため、水平転送部１２ｅに保持された電荷は駆動信号φＨ６が接続された水平転送部１２ｆに移動される。次は時刻ｔａの状態に戻り、以降上記同様の動作を繰り返すことで、電荷を水平転送させることができる。
【００４４】
そして、特に図示していないが、水平転送部１２を水平転送された電荷は、水平転送部１２に接続された増幅手段に出力されて所定量増幅された後、ビデオカメラの場合信号処理回路に出力される。
【００４５】
なお、時刻ｔａ〜ｔａの間隔は、水平転送部１２の駆動パルスの１周期に相当し、この期間で水平転送部１２を６段（３画素列分）移動する。
【００４６】
図１０は本実施の形態により実施される固体撮像装置での画素加算を示した模式図であり、同列の同色３画素加算と同行の同色３画素加算により、図１０に示したように同色９画素加算が可能となる。図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、はそれぞれ（ａ）はＧの画素加算、（ｂ）はＲの画素加算、（ｃ）はＢの画素加算、（ｄ）はＧの画素加算を示しており、太枠１０１〜１０４内の白抜き描画してある画素同士が加算される。
【００４７】
以上のように本実施の形態によれば、従来とほぼ同等の読み出し回数で読み出しを行いつつ、ＣＣＤ上の全画素の電荷を読み出すことが可能になるので、高フレームレートを維持したまま高解像度な画像を得ることができる。
【００４８】
次に、画素混合を行わない固体撮像素子からの電荷読み出しと、本実施の形態の電荷読み出しの違いについて、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００４９】
図１１はＣＣＤの一例として、縦５画素／横５画素の合計２５画素の画素配列を示す模式図、図１２は本実施の形態による読み出し手順を示す表である。図において、１１０は画素、１１１は垂直転送部、１１２は水平転送部である。
【００５０】
まず、画素混合を行わない電荷読み出しの場合は、まず、Ａ列の５画素を垂直転送部１１１に読み出すのに１ステップ、垂直転送部１１１から水平転送部１１２へ順次転送していくのに５ステップ、水平転送部１１２を水平方向へ順次転送していくのに５ステップ必要で、合計１１ステップ必要である。次に、同様の手順にてＢ列の画素列についても１１ステップで読み出す。同様にＣ〜Ｅ列も読み出す必要があり、全ての画素の電荷を読み出すためには、
１１ステップ×５画素列＝５５ステップ
というように、５５ステップ必要である。
【００５１】
次に、本実施の形態の電荷読み出しの手順について図１２を用いて説明する。
【００５２】
図１２は縦軸にステップ数、横軸に画素列を示している。まずステップ１で、図１１の奇数行（１・３・５行目（全列））のＧ画素及びＢ画素の電荷を垂直転送部１１１に読み出す。次にステップ１で読み出した電荷を次行の垂直転送部に転送する。例えばＶ１の電荷をＶ２に転送する（ステップ２）。次に、さらに次行の垂直転送部に電荷を転送し、ここで、隣接画素から読み出した同色電荷と混合する。例えば、Ｖ２の電荷をＶ３でＧ画素と混合する（ステップ３）。次に、さらに次行の垂直転送部に電荷を転送する。例えばＶ３の電荷をＶ４に転送する（ステップ４）。次に、さらに次行の垂直転送部に電荷を転送し、ここで、隣接画素から読み出した同色電荷と混合する。例えば、Ｖ４の電荷をＶ５でＧ画素と混合する（ステップ５）。次に、Ｖ５の電荷（Ｇ画素）のみをＨ１の水平転送部に転送する。この時、Ｖ１０・Ｖ１５・Ｖ２０・Ｖ２５の電荷は待機状態になる（ステップ６）。次に、Ｈ１のＧ画素電荷をＨ２に転送する（ステップ７）。次にＨ２のＧ画素電荷をＨ３に転送し、Ｖ１５のＧ画素電荷と画素混合する。この時、Ｖ１０のＢ画素電荷をＨ２に転送する（ステップ８）。次に、Ｈ３のＧ画素電荷をＨ４に転送し、Ｈ２のＢ画素電荷をＨ３に転送する（ステップ９）。次に、Ｈ４のＧ画素電荷をＨ５に転送し、Ｖ２５のＧ画素電荷と画素混合する。またＨ３のＢ画素電荷をＨ４に転送し、Ｖ２０のＢ画素電荷と画素混合する（ステップ１０）。次に、Ｈ５のＧ画素電荷は出力され、Ｈ４のＢ画素電荷はＨ５に転送される（ステップ１１）。最後にＨ５のＢ画素電荷が出力される（ステップ１２）。
【００５３】
上記同様の手順にて、図１１の偶数行（２・４行目（全列））のＲ画素及びＧ画素の電荷の転送も行う。なお、偶数行の転送開始は、奇数行の転送開始タイミングよりも２ステップ遅れて、ステップ３からの開始となる。そして最終的には、偶数行のＲ画素の電荷は、ステップ１３で出力され、偶数行のＧ画素の電荷はステップ１４で出力されることになる。
【００５４】
以上のように本実施の形態では、２５画素全ての電荷を読み出すには１４ステップで済み、画素混合をしない時の５５ステップに比べて約１／３の転送ステップで済み、高速に読み出すことができる。読み出し回数を減らすことで一定期間内に読み出すフレーム数を増やすことができる。読み出すフレーム数を増やせることで、フレームレートを向上させた高画質動画を得ることができる。
【００５５】
なお、以上の説明では、画素の色フィルタ配列をＲＧＢベイヤ配列で構成した例で示したが、その他の補色や、色フィルタなしについても同様に実施可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、多くの画素を有する固体撮像装置において、同色の画素を加算してまとめて読み出すことで読み出し回数を減らし、一定期間内に読み出すフレーム数を増やすことができるという顕著な効果が得られる。
【００５７】
また、従来とほぼ同等の読み出し回数で読み出しを行いつつ、ＣＣＤ上の全画素の電荷を読み出すことが可能になるので、高フレームレートを維持したまま高解像度な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の形態による固体撮像装置を示す模式図
【図２】同実施の形態の形態による固体撮像装置の垂直転送信号による垂直転送部での同列の同色の画素の電荷同士を加算する転送状態を表した模式図
【図３】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図４】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図５】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図６】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図７】同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部の駆動信号と垂直転送部の駆動信号による水平転送部での同行の同色の画素の電荷同士を加算する転送の状態を示す模式図
【図８】同実施の形態の固体撮像装置における垂直転送部の駆動信号と水平転送部の駆動信号の信号波形図
【図９】（ａ）同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部での電荷の転送を示すタイミングチャート
（ｂ）同実施の形態の固体撮像装置における水平転送部での電荷の転送を示す模式図
【図１０】同実施の形態により実施される固体撮像装置での画素加算を示した模式図
【図１１】同実施の形態における画素配列の一例を示す模式図
【図１２】同実施の形態における電荷読み出しのフローを示す図
【図１３】従来の固体撮像装置の模式図
【符号の説明】
１０ 光電変換部
１１ 垂直転送部
１２ 水平転送部
１３ 画素
Claims (5)
- 行列状に配列された光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、連続したｎ行を１グループ行とした場合（ｎは任意の自然数）、前記光電変換部から前記垂直転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ行内で各行毎に独立に設定し、連続したｍ列を１グループ列とした場合（ｍは任意の自然数）、前記垂直転送部から前記水平転送部に電荷を転送するタイミングは前記１グループ列内で各列毎に独立に設定することを特徴とする固体撮像装置。
- 垂直転送部を電荷が転送される場合、１グループ行の２倍の数の駆動信号で電荷を転送することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 水平転送部を電荷が転送される場合、１グループ列の２倍の数の駆動信号で電荷を転送することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 光電変換部は水平方向に異なる２色の色フィルタの繰り返しを形成しており、更に垂直方向に異なる２色の色フィルタの繰り返しを形成することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 光電変換部から垂直転送部に電荷を転送する場合、前記光電変換部と同色の色フィルタが形成された同列の光電変換部から垂直転送された電荷と前記垂直転送部で加算するように光電変換部から垂直転送部に電荷を転送し、前記垂直転送部から前記水平転送部に電荷を転送する場合、前記垂直転送部に保持された電荷と同色の色フィルタが形成された同行の前記光電変換部から前記垂直転送部を介して前記水平転送部を転送された電荷とを前記水平転送部で加算するように前記垂直転送部から前記水平転送部に電荷を転送することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003009441A JP2004222130A (ja) | 2003-01-17 | 2003-01-17 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003009441A JP2004222130A (ja) | 2003-01-17 | 2003-01-17 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004222130A true JP2004222130A (ja) | 2004-08-05 |
Family
ID=32898942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003009441A Pending JP2004222130A (ja) | 2003-01-17 | 2003-01-17 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004222130A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007006243A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Seiko Epson Corp | ディジタルカメラ及びその制御方法 |
| CN100452843C (zh) * | 2005-08-12 | 2009-01-14 | 卡西欧计算机株式会社 | 控制摄像元件的驱动的时序信号处理装置以及照相机装置 |
| US7714890B2 (en) | 2005-04-26 | 2010-05-11 | Olympus Imaging Corp. | Image pickup apparatus and method for controlling pixel reading using a shake determination |
-
2003
- 2003-01-17 JP JP2003009441A patent/JP2004222130A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7714890B2 (en) | 2005-04-26 | 2010-05-11 | Olympus Imaging Corp. | Image pickup apparatus and method for controlling pixel reading using a shake determination |
| JP2007006243A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Seiko Epson Corp | ディジタルカメラ及びその制御方法 |
| CN100452843C (zh) * | 2005-08-12 | 2009-01-14 | 卡西欧计算机株式会社 | 控制摄像元件的驱动的时序信号处理装置以及照相机装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7564492B2 (en) | Solid-state image sensing device and camera using the same | |
| JP3854662B2 (ja) | 撮像装置 | |
| US7148926B2 (en) | Image sensing apparatus and signal processing method therefor | |
| US7701498B2 (en) | Solid-state image pickup device, drive method therefor and camera | |
| JP2009055321A (ja) | 撮像装置及びｃｃｄ型固体撮像素子の駆動方法 | |
| JP2005286565A (ja) | 固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法 | |
| JP2004222130A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4537825B2 (ja) | 画素配列装置、固体撮像装置及びカメラ | |
| JP4557540B2 (ja) | 固体撮像装置及びその駆動方法、並びにカメラ | |
| JP3880374B2 (ja) | 固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置 | |
| JP4321620B2 (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 | |
| JP2005191943A (ja) | 固体撮像装置およびこれを備えたカメラ | |
| JPH10200819A (ja) | 固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラ | |
| JPH09298755A (ja) | 固体撮像素子 | |
| JP4424101B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2004328314A (ja) | 固体撮像素子の駆動方法およびその駆動装置並びに固体撮像装置および撮像装置モジュール | |
| JP4745676B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP2008042737A (ja) | 固体撮像素子およびカメラ | |
| JP2931531B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP3698604B2 (ja) | 撮像素子及び撮像装置 | |
| JP3948456B2 (ja) | 固体撮像素子および固体撮像素子の制御方法 | |
| JP4347981B2 (ja) | 固体撮像素子の駆動方法 | |
| JPH0984029A (ja) | カラー撮像装置 | |
| JP2007201711A (ja) | 撮像装置及びｃｃｄ型固体撮像素子の電荷転送方法 | |
| JP2009225478A (ja) | 固体撮像素子の駆動方法並びに固体撮像装置およびカメラシステム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060117 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20060214 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080805 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081202 |