JP3731732B2 - Ｃｃｄ撮像素子及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、この受光部からの信号電荷を転送する垂直ＣＣＤレジスタ及び水平ＣＣＤレジスタを有する固体接増素子及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のＣＣＤ撮像素子において、図６及び図７に示すような水平ＣＣＤレジスタを有するものが知られている。
図６（Ａ）に示すＣＣＤ撮像素子は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタ１０に対し、１本の水平ＣＣＤレジスタ２０を設けたものであり、この水平ＣＣＤレジスタ２０上には、各垂直ＣＣＤレジスタ１０に対応して２層の転送電極３０Ａ、３０Ｂが２組みずつ設けられている。そして、各組みの転送電極３０Ａ、３０Ｂには、交互に逆極性の２相の水平駆動パルスＨ１、Ｈ２が印加されるように構成されている。
また、水平ＣＣＤレジスタ２０の電荷転送領域は、図６（Ｂ）に示すように、各転送電極３０Ａ、３０Ｂに対応して所定のポテンシャル差を有して形成されている。
したがって、図７（Ａ）、（Ｅ）に示すように、隣接する垂直ＣＣＤレジスタ１０に対応する転送電極３０Ａ、３０Ｂに水平駆動パルスＨ１、Ｈ２を印加することにより、図７（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、水平ＣＣＤレジスタ２０の電荷転送領域のポテンシャルを順次制御し、信号電荷の転送動作を行なう。
すなわち、信号電荷を高速で転送する水平ＣＣＤレジスタでは、位相の制御が比較的簡単な２相駆動ＣＣＤが採用されている。
【０００３】
また、図８は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタに対して２本の水平ＣＣＤレジスタを設けたＣＣＤ撮像素子の従来例を示している。
すなわち、図８（Ａ）に示すＣＣＤ撮像素子は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタ４０に対し、２本の水平ＣＣＤレジスタ５０、６０を設けたものであり、２本の水平ＣＣＤレジスタ５０、６０によって各垂直ＣＣＤレジスタ４０の信号電荷を分担し、並行して転送動作を行なうものである。そして、水平ＣＣＤレジスタ５０、６０によって転送される信号電荷は、最終ゲート部７０を介して電荷検出部（図示せず）に出力される。
このようなＣＣＤ撮像素子においても、各水平ＣＣＤレジスタ５０、６０には、それぞれ各垂直ＣＣＤレジスタ１０に対応して２層の転送電極８０Ａ、８０Ｂが２組みずつ設けられている。そして、各組みの転送電極８０Ａ、８０Ｂには、交互に逆極性の２相の水平駆動パルスＨ１、Ｈ２が印加され、図６に示すＣＣＤ撮像素子と同様の動作によって信号電荷が転送され、最終ゲート部７０で合流される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような従来のＣＣＤ撮像素子を用いたイメージセンサにおいて多画素化が進むと、単位時間当りのフレーム数を一定にしたとすると、信号の出力レートが上がることになるが、実際には、出力レートを上げることは、消費電力などの観点から、必ずしも容易にできるわけではない。
一方、出力レートを上げないとすると、単位時間当りのフレーム数が減ることになり、動きに関する情報量が減ってしまうことになる。
しかし、例えばスチルカメラなどでは、実際に記録する画像を撮像する他に、画像をモニタしてフォーカスを合わせたり、露光を決めたりすることが必要であるが、そのようなモニタするだけの用途では、高精細な画像よりも単位時間当りのフレーム数を確保することの方が重要である。
そこで従来より、画素を間引いて画素数を減らし、単位時間あたりの画像枚数を上げることが行われている。
【０００５】
ここで、画素を間引く方法としては、受光部からの読み出し自体を間引く方法と、隣り合う信号電荷を加算してしまい、信号電荷パケット数を減らす方法とが考えられる。
しかし、画素を垂直方向に間引く場合には、読み出しゲートの制御によって一部の受光部からの読み出しをしない構成にすることができるが、水平方向については、水平方向に連続した電極構成になっているため、水平方向で任意の画素だけを読み出すようにすることは困難である。
そのため、水平方向に関しては画素を加算する方法が考えられるが、通常の構造の水平ＣＣＤレジスタでは、図６に示すように、転送段数が決まっているため、信号電荷パケットが減っても、その分、駆動周波数を落とすことができず、結果としてフレームレートを上げることができないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、水平ＣＣＤレジスタにおいて水平方向に連続する信号電荷を適宜加算して出力することができ、駆動周波数を上げることなく、フレームレートを上げることが可能なＣＣＤ撮像素子及びその駆動方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの８個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタのうち一方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相で駆動し、他方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を前記第１の位相を反転した第２の位相で駆動するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４ｎ個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２つ１組みとし、各組みの転送電極を同じ電圧とし、もしくは転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの８個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタのうち一方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相で駆動し、他方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を前記第１の位相を反転した第２の位相で駆動するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４ｎ個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２つ１組みとし、各組みの転送電極を同じ電圧とし、もしくは転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるＣＣＤ撮像素子及びその駆動方法の実施の形態について説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図である。
本形態のＣＣＤ撮像素子は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタ１１０に対して１本の水平ＣＣＤレジスタ１２０を有する例であり、隣接する２つの垂直ＣＣＤレジスタ１１０に対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタ１２０の水平転送電極が、電気的に独立な８つの転送電極１３１〜１３８より構成され、各転送電極１３１〜１３８には、８種類の水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８が印加される構成となっている。
本形態では、以下に説明するような駆動方法によって各水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８を制御することにより、水平ＣＣＤレジスタ１２０において連続する信号電荷を従来の２相駆動方式と同様に連続的に出力する動作と、連続する信号電荷を適宜加算して出力する動作とを選択的に行なえるようにしたものである。
【００１５】
次に、このようなＣＣＤ撮像素子の駆動方法について説明する。
図２は、本形態におけるＣＣＤ撮像素子を従来の２相駆動方式と同様にして連続的に出力する場合の動作例を示す説明図である。
一般に水平ＣＣＤレジスタは、位相の管理が比較的容易な２相駆動方式によって構成されるものがほとんどであり、上記従来例（図６）で説明したように、１つの駆動パルスが印加される隣接転送電極に対応して所定のポテンシャル差を形成している。
本例の水平ＣＣＤレジスタでは、８種類の水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８について、隣接する２つの水平転送パルスに電位差を付けることにより、あたかも従来の２相駆動方式と同様の水平転送動作を得ることができる。
すなわち、図２（Ｅ）に示すように、２つ１組みの水平転送パルスＨ１１、Ｈ１２、Ｈ１５、Ｈ１６を同一位相とし、それと逆極性で水平転送パルスＨ１３、Ｈ１４、Ｈ１７、Ｈ１８を同一位相とする。そして、偶数番目の水平転送パルスＨ１２、Ｈ１４、Ｈ１６、Ｈ１８と奇数番目の水平転送パルスＨ１１、Ｈ１３、Ｈ１５、Ｈ１７とで電圧差αを設ける。
このような水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８を各転送電極１３１〜１３８に印加することにより、図２（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、水平ＣＣＤレジスタ１２０の電荷転送領域のポテンシャルを順次制御し、信号電荷の転送動作を行なう。これにより、従来の２相ＣＣＤによる水平ＣＣＤレジスタと全く同じように使用することが可能となる。
【００１６】
図３は、本形態におけるＣＣＤ撮像素子で水平方向の信号電荷を加算して出力する場合の第１の動作例を示す説明図である。
本例では、隣り合う２つの転送電極をペア（１組み）として考え、８つの転送電極１３１〜１３８を４相として駆動する。この場合、各水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８は、図３（Ｃ）に示すような位相に制御する。
これにより、図３（Ｂ）に示すように、水平方向に連続した２つの電荷パケットを混合することが可能となる。
なお、この場合、隣り合う２つの転送電極は、同じ電圧に制御しても構わないが、電荷転送方向に向かって転送電界がつくように若干の電圧差を設けておいた方が望ましい。
また、駆動パルスの振幅の半分までであれば、２相ＣＣＤのように予め不純物を注入しておいて、ポテンシャルに差をつけておくことも可能である。
【００１７】
図４は、本形態におけるＣＣＤ撮像素子で水平方向の信号電荷を加算して出力する場合の第２の動作例を示す説明図である。
本例では、隣り合う４つの転送電極を１つの組で考え、８つの転送電極１３１〜１３８を２相として駆動するものである。この場合、隣接する水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８の間に、図４（Ｄ）に示すように、電圧差α’、β’、γ’を設ける。
これにより、図４（Ｂ）に示すように、隣り合う水平方向の４つの画素を加算して転送することが可能となる。
【００１８】
なお、以上のような図３及び図４に示す駆動方法では、信号電荷のパケット数が隣り合う信号電荷数を加算することによって半分になり、しかも水平ＣＣＤレジスタの転送段数も半分になっているため、同じ駆動周波数であれば、全ての電荷を転送するのに必要な時間は半分で済み、フレームレートを２倍にすることが可能となる。
また、以上の説明では、隣り合う２つの垂直ＣＣＤレジスタの電荷を加算する場合について説明したが、３つ以上の垂直ＣＣＤレジスタの電荷を加算する場合についても同様に実施することが可能である。
【００１９】
図５は、本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図である。
本形態のＣＣＤ撮像素子は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタ２１０に対して２本の水平ＣＣＤレジスタ２２０Ａ、２２０Ｂを有する例であり、隣接する２つの垂直ＣＣＤレジスタ２１０の信号電荷を２本の水平ＣＣＤレジスタ２２０Ａ、２２０Ｂによって交互に分担し、並行に転送して最終ゲート部２４０より電荷検出部に出力する。
２本の水平ＣＣＤレジスタ２２０Ａ、２２０Ｂの水平転送電極は、それぞれ電気的に独立な８つの転送電極２３１〜２３８より構成され、各転送電極１３１〜１３８には、８種類の水平転送パルスＨ２１〜Ｈ２８が印加される。
このような構成においても、図３や図４と同様の制御によって連続する信号電荷を適宜加算して出力することが可能である。
なお、水平ＣＣＤレジスタが２本の場合に限らず、３本以上（ｍ本）の場合にも同様に適用できるものである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＣＣＤ撮像素子及びその駆動方法では、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタのうち一方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相で駆動し、他方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相を反転した第２の位相で駆動するようにしたことから、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタを２相ＣＣＤレジスタのように動作させることができ、駆動周波数を上げることなく、フレームレートを上げることが可能となる。
【００２１】
また、本発明のＣＣＤ撮像素子及びその駆動方法では、互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより、加算して出力することから、駆動周波数を上げることなく、フレームレートを上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図である。
【図２】図１に示すＣＣＤ撮像素子を従来の２相駆動方式と同様にして連続的に出力する場合の動作例を示す説明図である。
【図３】図１に示すＣＣＤ撮像素子で水平方向の信号電荷を加算して出力する場合の第１の動作例を示す説明図である。
【図４】図１に示すＣＣＤ撮像素子で水平方向の信号電荷を加算して出力する場合の第２の動作例を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図である。
【図６】従来のＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図及び説明図である。
【図７】図６に示す従来のＣＣＤ撮像素子における駆動方法を示す説明図である。
【図８】従来のＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタの他の例とその駆動方法を示す概略平面図及び説明図である。
【符号の説明】
１１０、２１０……垂直ＣＣＤレジスタ、１２０、２２０Ａ、２２０Ｂ……水平ＣＣＤレジスタ、１３１〜１３８、２３１〜２３８……転送電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、この受光部からの信号電荷を転送する垂直ＣＣＤレジスタ及び水平ＣＣＤレジスタを有する固体接増素子及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のＣＣＤ撮像素子において、図６及び図７に示すような水平ＣＣＤレジスタを有するものが知られている。
図６（Ａ）に示すＣＣＤ撮像素子は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタ１０に対し、１本の水平ＣＣＤレジスタ２０を設けたものであり、この水平ＣＣＤレジスタ２０上には、各垂直ＣＣＤレジスタ１０に対応して２層の転送電極３０Ａ、３０Ｂが２組みずつ設けられている。そして、各組みの転送電極３０Ａ、３０Ｂには、交互に逆極性の２相の水平駆動パルスＨ１、Ｈ２が印加されるように構成されている。
また、水平ＣＣＤレジスタ２０の電荷転送領域は、図６（Ｂ）に示すように、各転送電極３０Ａ、３０Ｂに対応して所定のポテンシャル差を有して形成されている。
したがって、図７（Ａ）、（Ｅ）に示すように、隣接する垂直ＣＣＤレジスタ１０に対応する転送電極３０Ａ、３０Ｂに水平駆動パルスＨ１、Ｈ２を印加することにより、図７（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、水平ＣＣＤレジスタ２０の電荷転送領域のポテンシャルを順次制御し、信号電荷の転送動作を行なう。
すなわち、信号電荷を高速で転送する水平ＣＣＤレジスタでは、位相の制御が比較的簡単な２相駆動ＣＣＤが採用されている。
【０００３】
また、図８は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタに対して２本の水平ＣＣＤレジスタを設けたＣＣＤ撮像素子の従来例を示している。
すなわち、図８（Ａ）に示すＣＣＤ撮像素子は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタ４０に対し、２本の水平ＣＣＤレジスタ５０、６０を設けたものであり、２本の水平ＣＣＤレジスタ５０、６０によって各垂直ＣＣＤレジスタ４０の信号電荷を分担し、並行して転送動作を行なうものである。そして、水平ＣＣＤレジスタ５０、６０によって転送される信号電荷は、最終ゲート部７０を介して電荷検出部（図示せず）に出力される。
このようなＣＣＤ撮像素子においても、各水平ＣＣＤレジスタ５０、６０には、それぞれ各垂直ＣＣＤレジスタ１０に対応して２層の転送電極８０Ａ、８０Ｂが２組みずつ設けられている。そして、各組みの転送電極８０Ａ、８０Ｂには、交互に逆極性の２相の水平駆動パルスＨ１、Ｈ２が印加され、図６に示すＣＣＤ撮像素子と同様の動作によって信号電荷が転送され、最終ゲート部７０で合流される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような従来のＣＣＤ撮像素子を用いたイメージセンサにおいて多画素化が進むと、単位時間当りのフレーム数を一定にしたとすると、信号の出力レートが上がることになるが、実際には、出力レートを上げることは、消費電力などの観点から、必ずしも容易にできるわけではない。
一方、出力レートを上げないとすると、単位時間当りのフレーム数が減ることになり、動きに関する情報量が減ってしまうことになる。
しかし、例えばスチルカメラなどでは、実際に記録する画像を撮像する他に、画像をモニタしてフォーカスを合わせたり、露光を決めたりすることが必要であるが、そのようなモニタするだけの用途では、高精細な画像よりも単位時間当りのフレーム数を確保することの方が重要である。
そこで従来より、画素を間引いて画素数を減らし、単位時間あたりの画像枚数を上げることが行われている。
【０００５】
ここで、画素を間引く方法としては、受光部からの読み出し自体を間引く方法と、隣り合う信号電荷を加算してしまい、信号電荷パケット数を減らす方法とが考えられる。
しかし、画素を垂直方向に間引く場合には、読み出しゲートの制御によって一部の受光部からの読み出しをしない構成にすることができるが、水平方向については、水平方向に連続した電極構成になっているため、水平方向で任意の画素だけを読み出すようにすることは困難である。
そのため、水平方向に関しては画素を加算する方法が考えられるが、通常の構造の水平ＣＣＤレジスタでは、図６に示すように、転送段数が決まっているため、信号電荷パケットが減っても、その分、駆動周波数を落とすことができず、結果としてフレームレートを上げることができないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、水平ＣＣＤレジスタにおいて水平方向に連続する信号電荷を適宜加算して出力することができ、駆動周波数を上げることなく、フレームレートを上げることが可能なＣＣＤ撮像素子及びその駆動方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの８個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタのうち一方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相で駆動し、他方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を前記第１の位相を反転した第２の位相で駆動するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４ｎ個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２つ１組みとし、各組みの転送電極を同じ電圧とし、もしくは転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの８個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタのうち一方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相で駆動し、他方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を前記第１の位相を反転した第２の位相で駆動するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４ｎ個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２つ１組みとし、各組みの転送電極を同じ電圧とし、もしくは転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるＣＣＤ撮像素子及びその駆動方法の実施の形態について説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図である。
本形態のＣＣＤ撮像素子は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタ１１０に対して１本の水平ＣＣＤレジスタ１２０を有する例であり、隣接する２つの垂直ＣＣＤレジスタ１１０に対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタ１２０の水平転送電極が、電気的に独立な８つの転送電極１３１〜１３８より構成され、各転送電極１３１〜１３８には、８種類の水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８が印加される構成となっている。
本形態では、以下に説明するような駆動方法によって各水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８を制御することにより、水平ＣＣＤレジスタ１２０において連続する信号電荷を従来の２相駆動方式と同様に連続的に出力する動作と、連続する信号電荷を適宜加算して出力する動作とを選択的に行なえるようにしたものである。
【００１５】
次に、このようなＣＣＤ撮像素子の駆動方法について説明する。
図２は、本形態におけるＣＣＤ撮像素子を従来の２相駆動方式と同様にして連続的に出力する場合の動作例を示す説明図である。
一般に水平ＣＣＤレジスタは、位相の管理が比較的容易な２相駆動方式によって構成されるものがほとんどであり、上記従来例（図６）で説明したように、１つの駆動パルスが印加される隣接転送電極に対応して所定のポテンシャル差を形成している。
本例の水平ＣＣＤレジスタでは、８種類の水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８について、隣接する２つの水平転送パルスに電位差を付けることにより、あたかも従来の２相駆動方式と同様の水平転送動作を得ることができる。
すなわち、図２（Ｅ）に示すように、２つ１組みの水平転送パルスＨ１１、Ｈ１２、Ｈ１５、Ｈ１６を同一位相とし、それと逆極性で水平転送パルスＨ１３、Ｈ１４、Ｈ１７、Ｈ１８を同一位相とする。そして、偶数番目の水平転送パルスＨ１２、Ｈ１４、Ｈ１６、Ｈ１８と奇数番目の水平転送パルスＨ１１、Ｈ１３、Ｈ１５、Ｈ１７とで電圧差αを設ける。
このような水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８を各転送電極１３１〜１３８に印加することにより、図２（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、水平ＣＣＤレジスタ１２０の電荷転送領域のポテンシャルを順次制御し、信号電荷の転送動作を行なう。これにより、従来の２相ＣＣＤによる水平ＣＣＤレジスタと全く同じように使用することが可能となる。
【００１６】
図３は、本形態におけるＣＣＤ撮像素子で水平方向の信号電荷を加算して出力する場合の第１の動作例を示す説明図である。
本例では、隣り合う２つの転送電極をペア（１組み）として考え、８つの転送電極１３１〜１３８を４相として駆動する。この場合、各水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８は、図３（Ｃ）に示すような位相に制御する。
これにより、図３（Ｂ）に示すように、水平方向に連続した２つの電荷パケットを混合することが可能となる。
なお、この場合、隣り合う２つの転送電極は、同じ電圧に制御しても構わないが、電荷転送方向に向かって転送電界がつくように若干の電圧差を設けておいた方が望ましい。
また、駆動パルスの振幅の半分までであれば、２相ＣＣＤのように予め不純物を注入しておいて、ポテンシャルに差をつけておくことも可能である。
【００１７】
図４は、本形態におけるＣＣＤ撮像素子で水平方向の信号電荷を加算して出力する場合の第２の動作例を示す説明図である。
本例では、隣り合う４つの転送電極を１つの組で考え、８つの転送電極１３１〜１３８を２相として駆動するものである。この場合、隣接する水平転送パルスＨ１１〜Ｈ１８の間に、図４（Ｄ）に示すように、電圧差α’、β’、γ’を設ける。
これにより、図４（Ｂ）に示すように、隣り合う水平方向の４つの画素を加算して転送することが可能となる。
【００１８】
なお、以上のような図３及び図４に示す駆動方法では、信号電荷のパケット数が隣り合う信号電荷数を加算することによって半分になり、しかも水平ＣＣＤレジスタの転送段数も半分になっているため、同じ駆動周波数であれば、全ての電荷を転送するのに必要な時間は半分で済み、フレームレートを２倍にすることが可能となる。
また、以上の説明では、隣り合う２つの垂直ＣＣＤレジスタの電荷を加算する場合について説明したが、３つ以上の垂直ＣＣＤレジスタの電荷を加算する場合についても同様に実施することが可能である。
【００１９】
図５は、本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図である。
本形態のＣＣＤ撮像素子は、複数本の垂直ＣＣＤレジスタ２１０に対して２本の水平ＣＣＤレジスタ２２０Ａ、２２０Ｂを有する例であり、隣接する２つの垂直ＣＣＤレジスタ２１０の信号電荷を２本の水平ＣＣＤレジスタ２２０Ａ、２２０Ｂによって交互に分担し、並行に転送して最終ゲート部２４０より電荷検出部に出力する。
２本の水平ＣＣＤレジスタ２２０Ａ、２２０Ｂの水平転送電極は、それぞれ電気的に独立な８つの転送電極２３１〜２３８より構成され、各転送電極１３１〜１３８には、８種類の水平転送パルスＨ２１〜Ｈ２８が印加される。
このような構成においても、図３や図４と同様の制御によって連続する信号電荷を適宜加算して出力することが可能である。
なお、水平ＣＣＤレジスタが２本の場合に限らず、３本以上（ｍ本）の場合にも同様に適用できるものである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＣＣＤ撮像素子及びその駆動方法では、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタのうち一方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相で駆動し、他方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相を反転した第２の位相で駆動するようにしたことから、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタを２相ＣＣＤレジスタのように動作させることができ、駆動周波数を上げることなく、フレームレートを上げることが可能となる。
【００２１】
また、本発明のＣＣＤ撮像素子及びその駆動方法では、互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより、加算して出力することから、駆動周波数を上げることなく、フレームレートを上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図である。
【図２】図１に示すＣＣＤ撮像素子を従来の２相駆動方式と同様にして連続的に出力する場合の動作例を示す説明図である。
【図３】図１に示すＣＣＤ撮像素子で水平方向の信号電荷を加算して出力する場合の第１の動作例を示す説明図である。
【図４】図１に示すＣＣＤ撮像素子で水平方向の信号電荷を加算して出力する場合の第２の動作例を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図である。
【図６】従来のＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタを示す概略平面図及び説明図である。
【図７】図６に示す従来のＣＣＤ撮像素子における駆動方法を示す説明図である。
【図８】従来のＣＣＤ撮像素子の水平ＣＣＤレジスタの他の例とその駆動方法を示す概略平面図及び説明図である。
【符号の説明】
１１０、２１０……垂直ＣＣＤレジスタ、１２０、２２０Ａ、２２０Ｂ……水平ＣＣＤレジスタ、１３１〜１３８、２３１〜２３８……転送電極。
Claims (6)
- ２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、
１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの８個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、
前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、
前記互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタのうち一方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相で駆動し、他方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を前記第１の位相を反転した第２の位相で駆動するようにした、
ことを特徴とするＣＣＤ撮像素子。 - ２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、
１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、
前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４ｎ個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、
前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算する、
ことを特徴とするＣＣＤ撮像素子。 - ２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、
１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子であって、
前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２つ１組みとし、各組みの転送電極を同じ電圧とし、もしくは転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、
前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算する、
ことを特徴とするＣＣＤ撮像素子。 - ２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、
１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの８個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、
前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、
前記互いに隣り合った２個の垂直ＣＣＤレジスタのうち一方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を第１の位相で駆動し、他方の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４つ１組みの転送電極を前記第１の位相を反転した第２の位相で駆動するようにした、
ことを特徴とするＣＣＤ撮像素子の駆動方法。 - ２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、
１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、
前記水平ＣＣＤレジスタの電気的に独立な４ｎ個の転送電極を転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、
前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算する、
ことを特徴とするＣＣＤ撮像素子の駆動方法。 - ２次元的に配列された複数の受光部と、前記受光部からの信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、前記垂直ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷を水平方向に転送する１本またはｍ本（ｍ≧２）の水平ＣＣＤレジスタとを有し、
１つの垂直ＣＣＤレジスタに対応して設けられる水平ＣＣＤレジスタの水平転送電極が電気的に独立な４個の転送電極より構成され、かつ、互いに隣り合ったｎ個（ｎ≧２）の垂直ＣＣＤレジスタに対する水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を、それぞれ電気的に独立に駆動可能なＣＣＤ撮像素子の駆動方法であって、
前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２つ１組みとし、各組みの転送電極を同じ電圧とし、もしくは転送方向に向かって電位が深くなるように所定の電圧差をつけた状態とし、
前記互いに隣り合ったｎ個の垂直ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を、前記水平ＣＣＤレジスタの４ｎ個の転送電極を２ｎ相として駆動することにより加算する、
ことを特徴とするＣＣＤ撮像素子の駆動方法。
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