JP4307587B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光を撮像面で撮像して得られた信号を複数の垂直転送路および水平転送路を用いて出力する固体撮像装置およびその駆動方法に関し、特にディジタルスチルカメラ、ムービカメラ、画像入力装置等に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
高画質の画像を得るため固体撮像装置は、たとえば数十万画素から数百万程度の画素（セル）を設けこれらの画素で得られた信号電荷が垂直転送レジスタを介して水平転送レジスタに信号電荷を供給している。固体撮像装置は、水平転送レジスタからの出力信号がたとえば現行のテレビジョン規格に適合するように水平の読出し速度の高速化を図ったり、水平転送レジスタを２線以上で構成したデバイス等を用いている。この一例として、たとえば、現行のテレビジョン規格よりも一層の高速処理が要求される、いわゆるハイビジョン規格がある。この規格では水平読出し速度が74MHz と高速である。この水平読出し速度の制御を容易に行うため、この規格の固体撮像装置は、２線の水平転送レジスタを用いる構成が提案されている。
【０００３】
この規格の固体撮像装置は、画素、垂直転送レジスタと順に経てきた信号電荷をそれぞれ各水平転送レジスタに振り分けて供給することにより、一列あたりの水平転送速度を37MHz に低減している。この提案によれば、一画面を低い水平転送速度で駆動させてもハイビジョン規格を満足させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した２線の水平転送レジスタの構成を用いることにより、この固体撮像装置からの出力信号に劣化が生じる。劣化の例としては、上段から下段の水平転送レジスタに垂直転送を一段経ることにより、上段側の水平転送レジスタからの出力に比べてたとえば、約0.01% 、下段側の水平転送レジスタからの出力に劣化が生じる。また、２系統の信号読出しに応じて読出しアンプもそれぞれ必要になる。このとき、読出しアンプのゲインには、少なからずばらつきがあるので、これら読出しアンプのゲインのばらつきが画面の画質に大きな影響を及ぼすことが知られている。
【０００５】
具体的には、たとえば白黒のCCD （Chage Coupled Device：以下、CCD という）では、２線の水平転送レジスタ、すなわち２線の水平転送路の構成で信号読出しを行った場合、上段側転送路はCCD の偶数ライン、下段側転送路はCCD の奇数ラインだけを読み出す。これらの転送路を介して出力されたデータを用いて画面を構成すると、奇数ラインと偶数ライン間で若干明るさの違いが認識でき、結果的に横筋が発生したような画像になる。この対策として、得られた信号を後段で信号処理を施しゲインのばらつきを補正して画像を生成している。
【０００６】
また、カラー対応のCCD で画像生成する場合も上述したと同様に横筋の固定ノイズが画像に発生してしまう。この点を考慮して転送路から読み出す際、同じ転送路から同一の色が読み出されるように色フィルタの配置パターンを選択している。三原色R,G,B で表すと、この色フィルタの配置パターンには、たとえばG 横ストライプRB完全市松等がある。この配置パターンに応じて信号電荷は、たとえば上段側の転送路からGGGGG・・・が出力され、下段側の転送路からBRBRB・・・が出力される。これにより、画像に発生する固定パターンを軽減している。
【０００７】
ところが、使用する色フィルタがたとえばベイヤのとき、色フィルタの配置パターンに応じて信号電荷は、上段側の転送路からGRGRG・・・が出力され、下段側の転送路からBGBGB・・・が出力される。ベイヤの場合、２線の水平転送路の出力は、色フィルタがG 横ストライプRB完全市松のとき出力される色の関係と異なり、結果、同一の色とならないので、固定ノイズパターンが現れてしまう。この違いから出力アンプは、設定を配置パターン毎に調整も必要になる。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、色フィルタの配置パターンに制約されず、出力する色の関係をたとえば画素G と画素R, Bに分離してまとめた信号が常に同一の出力先から得られる固体撮像装置およびその駆動方法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】
本発明は上述の課題を解決するために、色フィルタを介して入射光を撮像面に配列された画素で光電変換を行って得られた信号をこの画素に隣接して複数の素子が垂直方向に連続形成された垂直転送路に読み出し、この信号をこの垂直転送路を介して駆動信号のタイミングに応じて転送して、この垂直転送路と垂直に接続する複数の素子が連続形成された水平転送路にこの信号を供給し、この該水平転送路からこの信号を飛び越させる飛越し手段を介してこの飛越し手段と隣接する水平転送路に供給し、これらの水平転送路からこの信号を駆動信号のタイミングに応じて出力する固体撮像装置において、垂直転送路の駆動信号が垂直転送路の奇数列と偶数列毎、水平転送路の駆動信号が水平転送路の奇数行と偶数行毎に供給されるとともに、飛越し手段の制御を水平転送路の素子毎に行う場合、垂直転送路、水平転送路、飛越し手段の駆動に用いる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、この駆動信号生成手段の制御とともに、垂直転送路の素子および水平転送路の素子が配される位置にそれぞれ対応した駆動タイミングならびに飛越し手段の位置毎の駆動制御を行う駆動位置制御手段と、この駆動位置制御手段と駆動信号生成手段との出力を用いて信号を格納する垂直転送路、水平転送路の素子および飛越し手段の動作を手順に対応して選択を行う動作選択手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、固体撮像装置における垂直転送路は、それぞれ、偶数列の垂直転送路を水平転送路に対して右側の端子と奇数列の垂直転送路を水平転送路に対して左側の端子から駆動信号が供給される端子関係かあるいはその逆の端子関係で駆動信号が各端子に供給されることが望ましい。これにより、配線の混み合う状況を分散化させることができ、製造の容易化にも寄与できる。
【００１１】
駆動位置制御手段は、垂直転送路の偶数列と奇数列の動作を規定するとともに、垂直転送路における垂直転送の段数を規定する垂直動作選択信号の生成を行う垂直選択信号生成手段と、水平転送路の偶数行と奇数行の動作を規定するとともに、水平転送路における水平転送の段数を規定する水平動作選択信号の生成を行う水平選択信号生成手段と、飛越し手段が垂直転送路の偶数列あるいは奇数列の位置のいずれか一方の信号だけを飛び越しさせるジャンプ駆動信号を生成するジャンプ選択信号生成手段とを含むと有利である。本実施例でジャンプ駆動信号は垂直転送路の偶数列の位置にある信号を飛越し手段で水平転送路間をジャンプさせるように用いている。このタイミング制御手段により、垂直転送路や水平転送路の素子および飛越し手段の位置制御で供給される信号と常に同一の色関係にまとめる処理を行う上で必要な条件を満たすタイミングの信号が供給されるようになる。
【００１２】
動作選択手段は、垂直位相信号生成手段と垂直選択信号生成手段の出力に基づいて垂直転送路の各素子での駆動タイミングを選択する垂直動作選択手段と、水平位相信号生成手段と水平選択信号生成手段の出力に基づいて水平転送路の各素子での駆動タイミングを選択する水平動作選択手段と、ジャンプ駆動信号生成手段とジャンプ選択信号生成手段の出力に基づいて飛越し手段の駆動させる位置を選択する位置選択手段とを含むことが好ましい。これにより、この固体撮像装置から得られた信号を読み出す通常の処理に加えて、常に同一の色関係にまとめる条件を含んだ駆動信号が対応する素子に供給される。この条件が固体撮像装置における信号の転送手順を示す信号が得られるようになる。
【００１３】
動作選択手段は、前記水平転送路の素子の入出力を切り換える動作切換手段を含むことが望ましい。これにより、水平転送路内の信号を出力側方向に対して逆方向に戻す移動が可能になる。
【００１４】
本発明の固体撮像装置は、垂直転送路、水平転送路および飛越し手段を偶数列と奇数列、奇数行と偶数行および飛越し手段の個々に対応した制御を可能にする配線が行われ、これを受けて予め出力する常に同一の色関係で同一の水平転送路から出力する上での条件を考慮した信号をタイミング制御手段で生成し、動作選択手段でこれら生成された信号を用いて条件をあらわに発揮する駆動信号を選択処理により生成し、対応する各素子に供給することにより、水平転送路に供給される信号の重なりを回避しながら、要求される信号毎のまとめが通常の信号読出し処理を行うのと同様の感覚で容易に水平転送路からの出力される。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、色フィルタを介して入射光を撮像面に配列された画素で光電変換を行って得られた信号をこの画素に隣接して複数の素子が垂直方向に連続形成された垂直転送路に読み出し、この信号をこの垂直転送路を介して駆動信号のタイミングに応じて転送して、この垂直転送路と垂直に接続する複数の素子が連続形成された第１の水平転送路にこの信号を供給し、この第１の水平転送路からこの信号を飛び越させる飛越し手段を介してこの飛越し手段と隣接する第２の水平転送路に供給し、これらの水平転送路から該信号を駆動信号のタイミングに応じて出力する固体撮像装置の駆動方法において、垂直転送路の駆動信号が垂直転送路の奇数列と偶数列毎、水平転送路の駆動信号が水平転送路の奇数行と偶数行毎に供給されるとともに、飛越し手段の制御を前記水平転送路の素子毎に行う場合、垂直転送路、水平転送路、飛越し手段の駆動に用いる駆動信号を生成する駆動信号生成工程と、この駆動信号生成工程での信号生成を制御するとともに、垂直転送路の素子および水平転送路の素子が配される位置にそれぞれ対応した駆動タイミングならびに飛越し手段の位置毎の駆動制御を行う駆動位置制御工程と、この駆動位置制御工程から得られた出力と駆動信号生成工程で得られた出力とを用いて信号を格納する垂直転送路、水平転送路の素子および飛越し手段の動作を手順に対応して選択を行う動作選択工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
ここで、駆動位置制御工程は、垂直転送路の偶数列と奇数列の動作を規定するとともに、垂直転送路における垂直転送の段数を規定する垂直動作選択信号の生成を行う垂直選択信号生成工程と、第１の水平転送路および第２の水平転送路の動作を規定するとともに、水平転送路における水平転送の段数を規定する水平動作選択信号の生成を行う水平選択信号生成工程と、飛越し手段が垂直転送路の偶数列あるいは奇数列の位置のいずれか一方の信号だけを飛び越しさせるジャンプ駆動信号を生成するジャンプ選択信号生成工程とを含むことが好ましい。これにより、通常の読出し処理に用いる信号と、条件に対応した読出しを行う信号がそれぞれ生成される。
【００１７】
動作選択工程は、駆動信号生成工程と垂直選択信号生成工程で得られた信号を用いて垂直転送路の各素子での駆動タイミングを選択する垂直動作選択工程と、駆動信号生成工程と水平選択信号生成工程で得られた信号を用いて水平転送路の各素子での駆動タイミングを選択する水平動作選択工程と、駆動信号生成工程とジャンプ選択信号生成工程で得られた信号を用いて飛越し手段の駆動させる位置を選択する位置選択工程とを含むことが望ましい。これにより、この固体撮像装置から得られた信号を読み出す通常の処理に加えて、常に同一の色関係にまとめる条件を含んだ駆動信号が対応する素子に供給される。この条件が固体撮像装置における信号の転送手順を示す信号が得られるようになる。
【００１８】
より具体的な手順の一例として、動作選択工程は、色フィルタがG 縦ストライプRB完全市松の配置パターンの場合、画素で得られた信号を各垂直転送路に読み出した後、第２の水平転送路にまとめる画素の信号を含む垂直転送路を動作させて第１の水平転送路にこの信号を供給する第１の垂直動作選択工程と、この第１の垂直動作選択工程の後、第１の水平転送路が含むこの信号を第２の水平転送路に供給する位置選択工程と、この位置選択工程の後、第１の水平転送路および／または第２の水平転送路に含まれるこの信号を移動させて水平位置を調整する水平動作選択工程と、この水平動作選択工程の後、第１の水平転送路にまとめる画素の信号を含む垂直転送路を動作させて第１の水平転送路にこの信号を供給する第２の垂直動作選択工程とを含み、この第２の垂直動作選択工程の後、第１の垂直動作選択工程以降の処理を繰り返して色関係のまとめられたこの信号を第１の水平転送路および第２の水平転送路から出力することが好ましい。これにより、色フィルタの配置パターンが、G 横ストライプRB市松での信号読出しと同じ関係で信号を２ラインずつ出力させることができる。
【００１９】
また、動作選択工程は、色フィルタがベイヤの配置パターンの場合、第１の垂直動作選択工程から第２の垂直動作選択工程までの処理後に水平動作選択工程、第１の垂直動作選択工程、水平動作選択工程、位置選択工程、第２の垂直動作選択工程、そして水平動作選択工程の順に行うことが有利である。色フィルタの配置パターンが、G 横ストライプRB市松での信号読出しとは色と出力ラインの関係が逆の関係であるが、同一ラインから色関係が変わることなく、２ラインずつ出力させることができる。
【００２０】
水平動作選択工程の水平位置の調整は、前記第１の水平転送路および前記第２の水平転送路の信号が出力される側への信号移動を順方向とし、該出力される側と逆方向への信号移動を逆方向とし、前記第１の垂直動作選択工程から前記第２の垂直動作選択工程までの処理後に前記水平動作選択工程では信号を逆方向に移動させることが望ましい。これにより、信号の供給された順序および位置選択工程での信号の重複、すなわち上書きによる信号の消失を防止することができる。
【００２１】
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、垂直転送路、水平転送路および飛越し手段を偶数列と奇数列、奇数行と偶数行および飛越し手段の個々に対応した制御を可能にする配線が行われ、これを受けて予め出力する常に同一の色関係で同一の水平転送路から出力する上での条件を考慮した複数の信号をタイミング信号生成工程で生成し、動作選択工程でこれら生成された信号を用いて条件をあらわに発揮する駆動信号を選択処理により生成し、対応する各素子に供給することにより、水平転送路に供給される信号の重なりを回避しながら、要求される信号毎のまとめが通常の信号読出し処理を行うのと同様の感覚で容易に水平転送路から出力される。G 縦ストライプRB完全市松あるいはベイヤの色フィルタを用いた場合でも、従来用いていたG 横ストライプRB市松の色フィルタの場合の出力と同じ出力関係あるいは逆の出力関係で同一の色関係を保って同一の水平転送路から出力させることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置およびその駆動方法の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
本発明の固体撮像装置は、各画素から光電変換によって得られる撮像信号を出力するもので、たとえば電荷結合素子（Charge Coupled Device:以下、CCD という）によって、特に、数十万〜数百万の画素数で構成したCCD 固体撮像装置に用いて好適なものである。本実施例は、このようなCCD 撮像装置の構成およびその動作について図１〜図18を参照しながら説明する。
【００２４】
図１はCCD 撮像装置10の構成を示す概略的な模式図である。CCD 撮像装置10には、図１に示すように、撮像面の画素領域PAに配されている複数の画素Pi、４本の垂直転送路12a 〜12d と、水平転送路14a,14b と、飛越しゲート16と、制御部18と、駆動信号生成部20と、出力アンプ22a, 22bとが備えられている。
【００２５】
まず、上述した垂直転送路12a 〜12d は、CCD によるレジスタ（あるいはパケット）であって各画素Piで得られた信号電荷（以下、単に信号という）を列の下方にある水平転送路14a に向かって転送する。また、水平転送路14a,14b もCCD によるレジスタであって垂直転送路12a 〜12d から供給される信号を行（あるいは水平）方向に転送して出力アンプ22a, 22bに出力する。この水平転送路14a,14b には、後述するように各レジスタに対して入出力方向を切り換え駆動信号がそれぞれ供給されている。各レジスタは、通常、制御部18から供給される制御信号に応じて転送されてきた信号を保持するとともに、一方向にこの信号を移動させる駆動信号しか供給されないが、駆動信号の信号レベルの電位を通常の駆動時のレベル順序と逆の順序にすれば、その移動方向を可変的に移動させることが可能になる。
【００２６】
飛越しゲート16には、水平転送路14a における垂直転送路12a 〜12d に対応した位置のレジスタに格納されている信号を水平転送路14b に転送するたとえば電界効果トランジスタが各レジスタに接続されている。飛越しゲート16を動作させることにより、水平転送路14a, 14bの間を飛び越しさせている。しかしながら、飛越しゲート16のレジスタは、垂直転送路12a 〜12d の対応位置だけに限定されるものでなく、後述する他の実施例のように、この対応位置の範囲を越えて設けてもよい。
【００２７】
制御部18は、駆動信号生成部20に駆動制御信号を供給するとともに、前述したように、水平転送路14a, 14bの転送方向制御も行っている。この駆動制御信号には、垂直転送路を偶数列と奇数列に分けて動作させるように偶数列制御信号ERC と奇数列制御信号ORC とがある。また、駆動制御信号には、水平転送路を奇数行と偶数行に分けて動作させるように偶数行制御信号ELC と奇数行制御信号OLC とがある。制御部18は、飛越しゲート16の個々のゲート駆動、すなわち動作のオン／オフを制御するゲートG1制御信号G1C 〜ゲートG4制御信号G4C も駆動信号生成部20に出力している。転送方向制御とは、通常、垂直転送路12a 〜12d から供給される信号を水平転送路14a, 14bの出力端子側に順次移動させる方向を順方向とするとき、制御部18が供給する転送方向制御信号TDC に応じて信号の移動させる方向を順方向、あるいはその逆方向に移動させる制御である。このような制御の手順は、制御部18に予めたとえばプログラムとして記憶させておき、読み出したプログラムに応じて駆動信号生成部20を動作させるとよい。
【００２８】
駆動信号生成部20は、本実施例の場合、４相で駆動する通常の駆動信号、すなわち垂直駆動信号V1〜V4、水平駆動信号H1〜H4およびジャンプ駆動信号G1〜G4を生成する４相駆動信号生成部20a と、転送路の動作を規定するとともに、転送路における転送の段数を規定するイネーブル駆動信号生成部20b とを備えている。
【００２９】
４相駆動信号生成部20a には、垂直駆動信号V1〜V4を生成する垂直駆動信号生成部200aと、水平駆動信号H1〜H4を生成する水平駆動信号生成部202aと、ジャンプ駆動信号J を生成するジャンプ駆動信号生成部204aとが備えられている。４相駆動信号生成部20a で生成される信号は、イネーブルになった後の動作タイミングを示す信号になる。各部の生成する信号のタイミングは後段に示す。また、駆動信号生成部20の水平駆動信号生成部202aは、転送方向制御信号の供給に応じて水平転送路14a, 14bの各レジスタの電極（図示せず）に印加する電圧が変化した駆動信号を生成させている。
【００３０】
イネーブル駆動信号生成部20b には、偶数列の垂直転送路12b, 12dと奇数列の垂直転送路12a, 12cの動作を規定するとともに、垂直転送路12a 〜12d における垂直転送の動作させる段数を規定するイネーブル信号として垂直動作選択信号を生成する垂直選択部200bと、奇数行の水平転送路14a と偶数行の水平転送路14b の動作を規定するとともに、水平転送路14a, 14bにおける水平転送の動作させる段数（すなわち、移動するパケット数）を規定する水平動作選択信号を生成する水平選択部202bと、飛越しゲート16がたとえば偶数列あるいは奇数列の位置の垂直転送路のいずれか一方の信号だけを飛び越しさせるジャンプ駆動信号を生成するゲート選択部204bとが備えられている。
【００３１】
ここでは、図示しないが４相駆動とG 縦ストライプRB完全市松の色フィルタをを使用していることから、垂直選択部200bには、奇数列と偶数列に対応して論理積（AND ）回路がそれぞれ４つずつ、計８個が備えられている。各論理積（AND ）回路は、２入力の論理積回路を用いる。４つの論理積回路の一端側には、垂直駆動信号V1〜V4がそれぞれに供給されている。また、これらの論理積回路の他端側には、偶数列制御信号が供給されている。同様に、奇数列の動作を選択するためにも、４つの論理積回路が備えられ、それらの一端側にも、垂直駆動信号V1〜V4がそれぞれに供給されている。論理積回路の他端側には、奇数列制御信号が供給されている。この選択処理により、垂直転送許可（Enable）およびその動作タイミングを示す奇数列と偶数列の垂直駆動信号VE1 〜VE4 がそれぞれ得られる（図１を参照）。
【００３２】
水平転送路14a, 14bのレジスタ数が垂直転送路の本数に応じて設けた場合、水平選択部202bにも、奇数行と偶数行毎にそれぞれ４つの２入力論理積回路が備えられる。合計８つの論理積回路の一端側には、水平駆動信号H1〜H4が供給され、他端側には、４つの論理積回路ずつ奇数行制御信号と偶数行制御信号が供給される。この選択処理により、奇数行と偶数行の水平駆動信号HE1 〜HE4 がそれぞれ得られる（図１を参照）。さらに、水平選択部202bは、転送方向制御信号が供給されている。ここで、転送方向制御信号がオン状態の制御では水平駆動信号生成部202aから供給された水平駆動信号H1〜H4の電圧変化の傾向を逆にする処理が行われる。
【００３３】
ゲート選択部204bには、飛越しゲート16のイネーブルにする素子（ゲート）と駆動タイミングの両方の条件が満たされるときだけ飛越し処理を行わせるように４個の論理積回路が備えられている。論理積回路の一端側には、ジャンプ駆動信号生成部204aからのジャンプタイミング信号J が供給され、他端側には制御部18から各ゲートの駆動を制御するゲートG1制御信号〜ゲートG4制御信号が供給される。この論理積でゲート選択することにより、飛越ゲート16の位置（すなわちゲート位置）が決まる。
【００３４】
垂直選択部200bは、垂直転送許可（Enable）およびその動作タイミングを示す垂直駆動信号VE1 〜垂直駆動信号VE4 を奇数列と偶数列の垂直転送路に分けてそれぞれ供給される。ただし、図２では、図面の煩雑さを避けるため４本の信号線でしか表していない。
【００３５】
同様に、水平選択部202bは、水平転送許可（Enable）およびその動作タイミングを示す水平駆動信号HE1 〜HE4 を奇数行と偶数行の水平転送路に分けてそれぞれ供給される。この場合も、図２で信号線は半分だけで表している。また、ゲート選択部204bは、ゲート駆動信号GE1 〜GE4 をそれぞれ対応するゲート（図示ぜず）に出力する。この駆動信号の供給により、水平転送路14a から水平転送路14b へのジャンプをまとめて一度に行う従来と異なり、たとえば図１に示したように垂直転送路の直下にある信号を選択的に水平転送路14a から水平転送路14b にジャンプさせることができるようになる。
【００３６】
次にCCD 撮像装置10において色フィルタの配置パターンとしてG 縦ストライプRB完全市松パターンを用いた際の動作について説明する。ここで、前述したように本実施例では４相駆動を行っているので、特に垂直駆動信号V1〜V4は隣接する駆動信号との位相差が90°ずつずれた関係にある（図４を参照）。これを考慮して垂直転送路12a 〜12d において各画素間には垂直CCD として４パケットずつ配設されている（たとえば図１を参照）。各駆動信号および各種の制御信号の波形図および実際の信号の移動状態を動作手順と合わせて参照しながら説明する。ただし、図４の波形図は、移動させるパケットを示すとともに、その動作タイミングを示すだけのものであり、直接的に駆動に要求される信号レベルの情報をも表すものではない。CCD 撮像装置10が撮像を開始すると動作手順を示す図３のフローチャートのステップS10 に進む。
【００３７】
ステップS10 では、各画素において光電変換して得られた信号電荷（以下、信号という）を垂直転送路12a 〜12d にそれぞれ読み出す。この信号を読出した状態が図５(a) に示されている。この信号読出しの後、ステップS11 に進む。
【００３８】
ステップS11 では、垂直転送路12a 〜12d の全信号を２段分、すなわち２パケット分、水平転送路14a 側に転送させる。このとき垂直転送路12a 〜12d に対して奇数列と偶数列の区別なく垂直転送駆動を行うことから、制御部18は、偶数列制御信号および奇数列制御信号をともにオン状態（すなわち、レベル"H" ）となっている。たとえば偶数列の垂直転送路12b, 12dには、垂直駆動信号VE1 〜VE4 がCCD の水平転送路14a に対して右側から供給され、一方、奇数列の垂直転送路12a 〜12c に対して左側から垂直駆動信号VE1 〜VE4 が供給される。また、水平駆動はまだ必要がないので、オフ状態（すなわち、レベル"L" ）となっている。この段階が図４に示す時刻t1である。また、この時点での状態が図５(b) に示されている。この後、ステップS12 に進む。
【００３９】
ステップS12 では、偶数列の垂直転送路、すなわち垂直転送路12b, 12dだけを２パケット分、水平転送路14a 側に転送させる。この転送にあたり、制御部18は、奇数列制御信号をオフ状態にする。この転送処理により、これまで垂直転送路12b, 12dの信号は４パケット移動して、水平転送路14a のレジスタに到達させられる（第１の垂直動作選択工程）。この段階が図４に示す時刻t2である。また、この時点では、図６(a) に示すように、水平転送路14a に供給された信号が画素最下段の画素R, Bの信号であることが判る。この後、ステップS13 に進む。
【００４０】
ステップS13 では、水平転送路14a の信号を水平転送路14b に飛越しさせる処理を行う。この処理は、飛越しゲートG2, G4を駆動信号GE2, GE4により駆動させて行われる（位置選択工程）。この処理後、ステップS14 に進む。
【００４１】
ステップS14 では、水平転送路14b の信号を出力アンプ側に移動させる。ここで、水平転送路14a, 14bは、それぞれ５つのレジスタを有している。この移動処理により、偶数列の垂直転送路12b, 12dの直下に位置した信号が奇数列の垂直転送路12a, 12cの直下に配置される（水平動作選択工程）。換言すると、この移動処理は水平転送路14b の信号全体を移動させることであるから、ここでの駆動は水平駆動信号HE1 〜HE4 の１サイクルの駆動で行われることになる。この１サイクル駆動は、図示しないが図４のタイミングチャートと同様に奇数行制御信号を水平駆動信号H1〜H4の間動作させるようにレベル"H" で供給してやると得られることが容易に判る。この水平駆動後の状態を図６(b) に示す。この状態から判るように本実施例では各動作の手順を明確化させるため、この処理期間中に垂直転送処理は行わないようにしている。
【００４２】
ステップS15 では、奇数列の垂直転送路、すなわち垂直転送路12a, 12cだけを２パケット分、水平転送路14a 側に転送させる。この垂直転送により、奇数列の信号が水平転送路14a のレジスタに到達させられる（第２の垂直動作選択工程）。この段階が図４に示す時刻t3である。また、この時点（T=t3）では、図７(a) に示すように、水平転送路14a に供給された信号は画素最下段の画素G の信号である。この後、ステップS16 に進む。
【００４３】
ステップS16 では、ステップS12 での処理と同様の処理を行う。ただし、偶数列の垂直転送路において移動させるパケット数は４パケットである。すなわち、図４の時刻t4〜t5までの垂直駆動の１サイクル分の駆動を偶数列の垂直転送路12b, 12dに施すことになる。この移動処理により最下段から２行目の画素から読み出した信号、すなわち垂直転送路12b の画素B と垂直転送路12d の画素R が水平転送路14a に供給される。この処理後の状態を図７(b) に示す。この後、ステップS17 に進む。
【００４４】
ステップS17 では、ステップS13 と全く同じ飛越し処理を行って、水平転送路14a にある信号の中から偶数列の信号だけを水平転送路14b に供給する。これにより、図８(a) に示すように、水平転送路14b には、偶数列の画素で光電変換して得られた信号が水平走査方向に対応した順に配される。この処理後、ステップS18 に進む。
【００４５】
ステップS18 では、水平転送路14a, 14bともに出力アンプ22a, 22b側の順方向に得られた信号を１サイクル分移動させる。この移動により、図８(b) に示すように、奇数列の垂直転送路12a, 12cの直下に位置する水平転送路14a のレジスタを信号のない状態にしている。この処理後、ステップS19 に進む。
【００４６】
ステップS19 では、奇数列の垂直転送路12a, 12bを図４の時刻t5〜t6の１サイクル駆動させることによって４パケット移動させ、信号を水平転送路14a に到達させる。この処理により、図９に示すように垂直転送路12a, 12c毎にまとまめられた信号が水平転送路14a に配される。この一連の処理により、CCD 撮像装置10は図１に示す撮像面PAにおける水平転送路14a 側の画素、すなわち下側の２行分の画素を水平転送路14a, 14bにそれぞれ画素G と、画素B, Rに分類して集めることができる。この処理を繰り返すことによって撮像面PA内の信号を出力させることができ、その際に、同一の水平転送路から同じ色関係を保って出力することができる。このようにして同時２ライン読出しを行うと、固定ノイズパターンの発生を抑えることができる。
【００４７】
ところで、比較例として本実施例と同じ色フィルタの配置パターンであるG 縦ストライプRB完全市松パターンに対して従来の信号読出し手順で信号読出しした場合について簡単に説明する。図10に示すCCD 撮像装置30は、本発明のように垂直転送路32a 〜32d に対して偶数列と奇数列の区別および水平転送路34a, 34bに対して偶数行と奇数行の区別をいずれの場合も行わずそれぞれ供給される垂直駆動信号V1〜V4と水平駆動信号H1〜H4に応じて一体的に垂直転送および水平転送する。また、この一体的な画素から得られた信号の移動に対応して飛越しゲート36も水平転送路34a の信号を一括して隣接する水平転送路24b に転送させる。図10は、画素から信号電荷を垂直転送路32a 〜32d にそれぞれ読み出した状態を示している。
【００４８】
垂直駆動信号V1〜V4を１サイクル分、駆動させた結果、図11に示すように、水平転送路34a には信号が到達させられる。このとき、信号がどの画素からの信号か示すと、最下段の行から色フィルタの配置に対応して"G, R, G, B"が得られる（図11(a) を参照）。飛越しゲート36は供給される駆動信号J により駆動される。その後、さらに垂直駆動が１サイクル分行われると水平転送路24a, 24bに同じ色関係"G, R, G, B"が得られる（図11(b) を参照）。
【００４９】
しかしながら、たとえばG 横ストライプRB市松パターンのように色関係"G, G, G, G"と"B, R, B, R"のように固有の２つの水平転送路から画素G と画素R, Bの信号を完全に分離し、かつ同じ色関係を維持して出力することができない。この関係において２ライン分の信号を同時読出しすると、固定ノイズパターンを発生させることが知られている。
【００５０】
このように構成して動作させることにより、従来の固体撮像装置30において、たとえばG 横ストライプRB市松パターンの色フィルタを用いた際に得られた各水平転送路から画素G と画素R, Bの信号を完全に分離し、かつ同じ色関係を同時２ライン出力で維持して出力させることにより、発生する固定ノイズパターンを抑えることができる。また、従来の構成に簡単な回路を追加し、接続を変更することと、動作の制御を行う制御プログラムをたとえば制御部に格納し、色フィルタの種類に応じて駆動の制御プログラムを選択してこの選択した駆動用のプログラムにより生成された駆動信号で制御させるとよい。簡単な回路構成とプログラムの追加で容易に対応させることができ、後段での信号処理において複雑な制御を行わせることがなくなるので、非常に有効である。
【００５１】
このCCD 撮像装置10は、他の実施例として、たとえば、使用する色フィルタの配置パターンをベイヤパターンにした場合でも、２ライン分の信号を同時読出しが色関係"G, G, G, G"と"B, R, B, R"のように常に、固有の水平転送路から画素G と画素R, Bの信号を完全に分離して出力できる。このことを以下に説明する。この説明には、動作手順を示す図12のフローチャートと、各手順毎に撮像面PAの信号の移動による状態を示す図13〜図18の模式図とを併用する。制御部18は、たとえば前述したG 縦ストライプRB完全市松パターンと、ベイヤパターンとを選択できるようにしておいてもよい。ベイヤパターンが選択された際にステップS20 に進む。このステップS20 では、各画素での光電変換により得られた信号電荷を各垂直転送路12a 〜12d に読出し処理を行う。この状態が図13(a) に示されている。この後、ステップS21 に進む。
【００５２】
ステップS21 では、偶数列の垂直転送路、すなわち、垂直転送路12b, 12dを１サイクル分だけを駆動させる。この駆動によって、垂直転送路12b, 12dの最下段の（画素G に対応する）信号が水平転送路14a に到達させられる（図13(b) を参照）。この処理後、ステップS22 に進む。
【００５３】
ステップS22 では、水平転送路14a にある信号を飛越しゲート16を用いて隣接する水平転送路14b に供給する。この供給に際して、飛越しゲート16には、信号を格納している水平転送路14a のレジスタ（あるいはパケット）の信号だけが飛越し処理を受けるように駆動信号（すなわち、ゲート信号）GE2, GE4が供給される。この処理により、図14(a) に示す状態になる。ただし、この時点では他のレジスタに何等信号が入力されていないので、全ゲートをオンさせてもよい。この処理の後、ステップS23 に進む。
【００５４】
ステップS23 では、偶数行の水平転送路、すなわち水平転送路14b だけを駆動させる。出力アンプ22a, 22b側の方向を順方向とするとき、この順方向に３パケット分信号が移動するように駆動している（図14(b) を参照）。この場合、水平転送路14a, 14bには、ともにパケットが６個備えられている。この駆動により、水平転送路14b の信号は、図14(b) のように垂直転送路のない（仮想的な奇数列の）領域のパケット先端部まで転送されている。この処理後、ステップS24 に進む。
【００５５】
ステップS24 では、奇数列の垂直転送路、すなわち垂直転送路12a, 12cだけを１サイクル分、駆動させる。この駆動により、この奇数列の垂直転送路12a, 12cの最下段に位置する画素(R) の信号が水平転送路12a に到達させられる。この状態が図15(a) に示されている。この処理後、ステップS25 に進む。
【００５６】
ステップS25 では、奇数行の水平転送路、すなわち水平転送路14a だけを駆動させる。このとき、信号を水平転送させる方向は、前述した順方向とは逆方向に１パケットだけ移動させる（図15(b) を参照）。この移動は、次のステップS26 での処理によって水平転送路14a に供給される信号との衝突を避けるため、かつ水平転送路14a からの信号出力時における信号読出しの順序も確保するために行われる。この処理は、たとえば通常の順方向の水平駆動を可能にする信号レベル（図示せず）の順序に対して逆の順序を伴う信号レベルを供給することにより実現させることができる。この特殊な水平転送を行った後、ステップS26 に進む。
【００５７】
ステップS26 では、上述したように奇数列の垂直転送路12a, 12cだけを１サイクル分、駆動させる。この駆動により、垂直転送路12a, 12cに隣接する下側から２段目に位置する画素G の信号が水平転送路14a に到達させられる（図16(a) を参照）。この処理後、ステップS27 に進む。
【００５８】
ステップS27 では、奇数行の水平転送路14a の信号を１パケットだけ順方向に水平駆動させる（図16(b) を参照）。この移動により、図16a(a)から明らかなように、水平転送路14a, 14bにおいて垂直転送路12a 直下の相対する画素G の信号の位置にずれが生じる。すなわち、後述する飛越し処理を行った際にこれらの信号同士の衝突を避けている。この処理後、ステップS28 に進む。
【００５９】
ステップS28 では、水平転送路14a にある画素G の信号、すなわちステップS26 で奇数列の垂直転送路12a, 12cの直下にあった信号を示す位置の飛越しゲート16だけをオン状態にする。このオン状態にする上で、ゲート選択部204bにおいては、ジャンプ駆動信号生成部204aからの駆動信号J がこの場合、図２のAND 回路20A 〜20D を含めた６個のAND 回路の一端側に供給される。その内の２個は図示されていない。これら６個のAND 回路の他端側には、それぞれの飛越しゲート16を各ゲート毎にオン状態を制御する制御信号が制御部18から供給されている。このとき、オン状態を示す信号は、AND 回路20B の出力するゲート駆動信号GE2 と図示しないAND 回路の出力するゲート駆動信号GE0 だけである。これらの信号が供給されると、飛越しゲート16は、図16(b) に示すように、水平転送路14a の画素G に対応する信号の位置だけがオン状態になる。この結果、図17(a) に示すように水平転送路14b には、信号の読出し順および隣接する画素の行の中での空間的な位置も考慮された画素G の信号がまとめられる。この処理後、ステップS29 に進む。
【００６０】
ステップS29 では、偶数列の垂直転送路、すなわち垂直転送路12b, 12dの信号を１パケット分、移動させる。この移動により、最下段から２行目の画素から垂直転送路12b, 12dに読み出された画素B に対応する信号が水平転送路14a に到達させられる。この状態が図17(b) に示されている。これらの画素R, Bの信号も上述した水平転送路14b にまとめられた画素G の信号と同様の考慮がなされて水平転送路14a にまとめられる。この処理後、ステップS30 に進む。
【００６１】
ステップS30 では、奇数行の水平転送路、すなわち水平転送路14a の信号を２パケット分順方向に転送させる。この転送により、水平転送路14a の信号は、水平転送路14b の信号と同じ位置関係に揃えられるようになる。このように信号を水平転送路14a, 14bに揃えることにより、一連の処理を終了する。この後、図12のフローチャートに記さないが水平転送路14a, 14bはともに水平駆動されて同時に色関係の揃った２ラインが出力アンプ22a, 22bにそれぞれ出力される。ただし、出力する色は、前述した実施例の水平転送路14a と水平転送路14b とにまとめられた色の関係（すなわち、"GGGG"と"RBRB"とを出力する転送路）は逆になっている。信号処理する前に接続を切り換えると、信号処理の構成を変更することなく、信号処理できることは明らかである。
【００６２】
このように構成して垂直転送路12a 〜12d 、水平転送路14a, 14bおよび飛越しゲート16のゲートを個々に駆動させることにより、色フィルタに従来のG 横ストライプRB市松の配置パターンから得られた関係と同じ画素の信号を他の配置パターンでも供給することができるようになる。これにより、色フィルタにより生じていた固定パターンノイズを解消させることができる。
【００６３】
なお、本発明の実施例では、説明を容易化するために垂直転送、水平転送および飛越し処理は、奇数列、偶数列、偶数行および奇数行に対して一つずつ順次に行う手順で説明したが、信号の読出し順および隣接する画素の行の中での空間的な位置も考慮され、信号の重なりあるいは衝突が生じない関係が保たれるとき、転送および飛越しを奇数列、偶数列、偶数行および奇数行の駆動を１ステップ中に混在させても構わない。この駆動により、信号読み出しに要する時間を従来の駆動時間と同程度に抑えることができる。
【００６４】
また、前述した実施例では、４相電極構成で画素の信号読出しを説明したが、この電極構成に限定されるものでなく、たとえば３相電極構成でもよい。色フィルタの種類、すなわち色フィルタの配置パターンに制約がなく、読み出す信号の順序を考慮して読み出すとよい。
【００６５】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、垂直転送路、水平転送路および飛越し手段を偶数列と奇数列、奇数行と偶数行および飛越し手段の個々に対応した制御を可能にする配線が行われ、これを受けて予め出力する常に同一の色関係で同一の水平転送路から出力する上での条件を考慮した信号をタイミング制御手段で生成し、動作選択手段でこれら生成された信号を用いて条件をあらわに発揮する駆動信号を選択処理により生成し、対応する各素子に供給して、水平転送路に供給される信号の重なりを回避しながら、要求される信号毎のまとめが通常の信号読出し処理を行うのと同様の感覚で容易に水平転送路からの出力されることにより、従来の構成に簡単な回路および制御処理を追加するだけで済ませることができるので、設計コストを抑えながら、固定ノイズのパターンを発生を抑えて品質の高い信号の提供を図ることができる。
【００６６】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、垂直転送路、水平転送路および飛越し手段を偶数列と奇数列、奇数行と偶数行および飛越し手段の個々に対応した制御を可能にする配線が行われ、これを受けて予め出力する常に同一の色関係で同一の水平転送路から出力する上での条件を考慮した複数の信号をタイミング信号生成工程で生成し、動作選択工程でこれら生成された信号を用いて条件をあらわに発揮する駆動信号を選択処理により生成し、対応する各素子に供給して、水平転送路に供給される信号の重なりを回避しながら、要求される信号毎のまとめが通常の信号読出し処理を行うのと同様の感覚で容易に水平転送路からの出力させることにより、たとえば、G 縦ストライプRB完全市松あるいはベイヤの色フィルタを用いた場合でも、制御手順を駆使して従来用いていたG 横ストライプRB市松の色フィルタの場合の出力と同じ出力関係あるいは逆の出力関係で同一の色関係を保って同一の水平転送路から出力させることが可能になる。このように極力少ない機構追加で済ませ、かつ配置パターンに対応した制御処理を行うことにより、固定ノイズのパターンを発生を抑えて品質の高い信号の提供を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を適用したCCD 撮像装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の駆動信号生成部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１のCCD 撮像装置の色フィルタにG 縦ストライプRB完全市松のパターンを適用した際に行われる動作手順を説明するフローチャートである。
【図４】図１のCCD 撮像装置において垂直転送路を奇数列と偶数列とに応じて動作させる垂直駆動信号の生成手順の一例を説明するタイムチャートである。
【図５】図１のCCD 撮像装置において、(a) 画素から信号を垂直転送路に読み出した際の状態と、(b) 垂直転送の開始時の状態を示す模式図である。
【図６】図１のCCD 撮像装置において、(a) 時刻t2での状態と、(b) その後の飛越しおよび水平転送処理を連続して行った際の状態とを示す模式図である。
【図７】図１のCCD 撮像装置において、(a) 時刻t4と(b) 時刻t5での状態をそれぞれ示す模式図である。
【図８】図１のCCD 撮像装置において、(a) 図７(b) の状態から飛越し処理した状態と、(b) その後の水平転送処理した際の状態とを示す模式図である。
【図９】図１のCCD 撮像装置において、(a) 奇数列の垂直転送した時刻t6での状態を示す模式図である。
【図１０】従来のCCD 撮像装置の色フィルタにG 縦ストライプRB完全市松のパターンを適用した際に使用する駆動信号と画素から信号を垂直転送路に読み出した際の状態を示す比較例の模式図である。
【図１１】図10のCCD 撮像装置において、(a) ４パケット垂直転送した際の状態と、(b) さらに、飛越しおよび垂直転送を順次行った際の状態とを示す模式図である。
【図１２】図１のCCD 撮像装置の色フィルタにベイヤのパターンを適用した際に行われる動作手順を説明するフローチャートである。
【図１３】図12のベイヤのパターンを適用したCCD 撮像装置において、(a) 画素から信号を垂直転送路に読み出した際の状態と、(b) 偶数列のみ垂直転送（４パケット）した際の状態とを示す模式図である。
【図１４】図13(b) の状態から(a) 飛越し処理を行った状態と、(b) その後の水平転送処理した際の状態とを示す模式図である。
【図１５】図14(b) の状態から(a) 奇数列のみ垂直転送（４パケット）した際の状態と、(b) 奇数行の信号を逆方向に水平転送した状態とを示す模式図である。
【図１６】図15(b) の状態から(a) 奇数列のみ垂直転送（４パケット）した際の状態と、(b) 奇数行の信号を順方向に水平転送した状態とを示す模式図である。
【図１７】図16(b) の状態から(a) 画素G の信号だけ飛越しを行った状態と、(b) 偶数列のみ垂直転送（４パケット）した際の状態を示す模式図である。
【図１８】図17(b) の状態から奇数行のみ水平転送した際の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
10, 30 CCD 撮像装置
16 飛越しゲート
18 制御部
20 駆動信号生成部
12a, 12c 奇数列の垂直転送路
12b, 12d 偶数列の垂直転送路
14a 奇数行の水平転送路
14b 偶数行の水平転送路
20a ４相駆動信号生成部
20b イネーブル駆動信号生成部
200b 垂直選択部
202b 水平選択部
204b ゲート選択部
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光を撮像面で撮像して得られた信号を複数の垂直転送路および水平転送路を用いて出力する固体撮像装置およびその駆動方法に関し、特にディジタルスチルカメラ、ムービカメラ、画像入力装置等に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
高画質の画像を得るため固体撮像装置は、たとえば数十万画素から数百万程度の画素（セル）を設けこれらの画素で得られた信号電荷が垂直転送レジスタを介して水平転送レジスタに信号電荷を供給している。固体撮像装置は、水平転送レジスタからの出力信号がたとえば現行のテレビジョン規格に適合するように水平の読出し速度の高速化を図ったり、水平転送レジスタを２線以上で構成したデバイス等を用いている。この一例として、たとえば、現行のテレビジョン規格よりも一層の高速処理が要求される、いわゆるハイビジョン規格がある。この規格では水平読出し速度が74MHz と高速である。この水平読出し速度の制御を容易に行うため、この規格の固体撮像装置は、２線の水平転送レジスタを用いる構成が提案されている。
【０００３】
この規格の固体撮像装置は、画素、垂直転送レジスタと順に経てきた信号電荷をそれぞれ各水平転送レジスタに振り分けて供給することにより、一列あたりの水平転送速度を37MHz に低減している。この提案によれば、一画面を低い水平転送速度で駆動させてもハイビジョン規格を満足させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した２線の水平転送レジスタの構成を用いることにより、この固体撮像装置からの出力信号に劣化が生じる。劣化の例としては、上段から下段の水平転送レジスタに垂直転送を一段経ることにより、上段側の水平転送レジスタからの出力に比べてたとえば、約0.01% 、下段側の水平転送レジスタからの出力に劣化が生じる。また、２系統の信号読出しに応じて読出しアンプもそれぞれ必要になる。このとき、読出しアンプのゲインには、少なからずばらつきがあるので、これら読出しアンプのゲインのばらつきが画面の画質に大きな影響を及ぼすことが知られている。
【０００５】
具体的には、たとえば白黒のCCD （Chage Coupled Device：以下、CCD という）では、２線の水平転送レジスタ、すなわち２線の水平転送路の構成で信号読出しを行った場合、上段側転送路はCCD の偶数ライン、下段側転送路はCCD の奇数ラインだけを読み出す。これらの転送路を介して出力されたデータを用いて画面を構成すると、奇数ラインと偶数ライン間で若干明るさの違いが認識でき、結果的に横筋が発生したような画像になる。この対策として、得られた信号を後段で信号処理を施しゲインのばらつきを補正して画像を生成している。
【０００６】
また、カラー対応のCCD で画像生成する場合も上述したと同様に横筋の固定ノイズが画像に発生してしまう。この点を考慮して転送路から読み出す際、同じ転送路から同一の色が読み出されるように色フィルタの配置パターンを選択している。三原色R,G,B で表すと、この色フィルタの配置パターンには、たとえばG 横ストライプRB完全市松等がある。この配置パターンに応じて信号電荷は、たとえば上段側の転送路からGGGGG・・・が出力され、下段側の転送路からBRBRB・・・が出力される。これにより、画像に発生する固定パターンを軽減している。
【０００７】
ところが、使用する色フィルタがたとえばベイヤのとき、色フィルタの配置パターンに応じて信号電荷は、上段側の転送路からGRGRG・・・が出力され、下段側の転送路からBGBGB・・・が出力される。ベイヤの場合、２線の水平転送路の出力は、色フィルタがG 横ストライプRB完全市松のとき出力される色の関係と異なり、結果、同一の色とならないので、固定ノイズパターンが現れてしまう。この違いから出力アンプは、設定を配置パターン毎に調整も必要になる。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、色フィルタの配置パターンに制約されず、出力する色の関係をたとえば画素G と画素R, Bに分離してまとめた信号が常に同一の出力先から得られる固体撮像装置およびその駆動方法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】
本発明は上述の課題を解決するために、色フィルタを介して入射光を撮像面に配列された画素で光電変換を行って得られた信号をこの画素に隣接して複数の素子が垂直方向に連続形成された垂直転送路に読み出し、この信号をこの垂直転送路を介して駆動信号のタイミングに応じて転送して、この垂直転送路と垂直に接続する複数の素子が連続形成された水平転送路にこの信号を供給し、この該水平転送路からこの信号を飛び越させる飛越し手段を介してこの飛越し手段と隣接する水平転送路に供給し、これらの水平転送路からこの信号を駆動信号のタイミングに応じて出力する固体撮像装置において、垂直転送路の駆動信号が垂直転送路の奇数列と偶数列毎、水平転送路の駆動信号が水平転送路の奇数行と偶数行毎に供給されるとともに、飛越し手段の制御を水平転送路の素子毎に行う場合、垂直転送路、水平転送路、飛越し手段の駆動に用いる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、この駆動信号生成手段の制御とともに、垂直転送路の素子および水平転送路の素子が配される位置にそれぞれ対応した駆動タイミングならびに飛越し手段の位置毎の駆動制御を行う駆動位置制御手段と、この駆動位置制御手段と駆動信号生成手段との出力を用いて信号を格納する垂直転送路、水平転送路の素子および飛越し手段の動作を手順に対応して選択を行う動作選択手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、固体撮像装置における垂直転送路は、それぞれ、偶数列の垂直転送路を水平転送路に対して右側の端子と奇数列の垂直転送路を水平転送路に対して左側の端子から駆動信号が供給される端子関係かあるいはその逆の端子関係で駆動信号が各端子に供給されることが望ましい。これにより、配線の混み合う状況を分散化させることができ、製造の容易化にも寄与できる。
【００１１】
駆動位置制御手段は、垂直転送路の偶数列と奇数列の動作を規定するとともに、垂直転送路における垂直転送の段数を規定する垂直動作選択信号の生成を行う垂直選択信号生成手段と、水平転送路の偶数行と奇数行の動作を規定するとともに、水平転送路における水平転送の段数を規定する水平動作選択信号の生成を行う水平選択信号生成手段と、飛越し手段が垂直転送路の偶数列あるいは奇数列の位置のいずれか一方の信号だけを飛び越しさせるジャンプ駆動信号を生成するジャンプ選択信号生成手段とを含むと有利である。本実施例でジャンプ駆動信号は垂直転送路の偶数列の位置にある信号を飛越し手段で水平転送路間をジャンプさせるように用いている。このタイミング制御手段により、垂直転送路や水平転送路の素子および飛越し手段の位置制御で供給される信号と常に同一の色関係にまとめる処理を行う上で必要な条件を満たすタイミングの信号が供給されるようになる。
【００１２】
動作選択手段は、垂直位相信号生成手段と垂直選択信号生成手段の出力に基づいて垂直転送路の各素子での駆動タイミングを選択する垂直動作選択手段と、水平位相信号生成手段と水平選択信号生成手段の出力に基づいて水平転送路の各素子での駆動タイミングを選択する水平動作選択手段と、ジャンプ駆動信号生成手段とジャンプ選択信号生成手段の出力に基づいて飛越し手段の駆動させる位置を選択する位置選択手段とを含むことが好ましい。これにより、この固体撮像装置から得られた信号を読み出す通常の処理に加えて、常に同一の色関係にまとめる条件を含んだ駆動信号が対応する素子に供給される。この条件が固体撮像装置における信号の転送手順を示す信号が得られるようになる。
【００１３】
動作選択手段は、前記水平転送路の素子の入出力を切り換える動作切換手段を含むことが望ましい。これにより、水平転送路内の信号を出力側方向に対して逆方向に戻す移動が可能になる。
【００１４】
本発明の固体撮像装置は、垂直転送路、水平転送路および飛越し手段を偶数列と奇数列、奇数行と偶数行および飛越し手段の個々に対応した制御を可能にする配線が行われ、これを受けて予め出力する常に同一の色関係で同一の水平転送路から出力する上での条件を考慮した信号をタイミング制御手段で生成し、動作選択手段でこれら生成された信号を用いて条件をあらわに発揮する駆動信号を選択処理により生成し、対応する各素子に供給することにより、水平転送路に供給される信号の重なりを回避しながら、要求される信号毎のまとめが通常の信号読出し処理を行うのと同様の感覚で容易に水平転送路からの出力される。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、色フィルタを介して入射光を撮像面に配列された画素で光電変換を行って得られた信号をこの画素に隣接して複数の素子が垂直方向に連続形成された垂直転送路に読み出し、この信号をこの垂直転送路を介して駆動信号のタイミングに応じて転送して、この垂直転送路と垂直に接続する複数の素子が連続形成された第１の水平転送路にこの信号を供給し、この第１の水平転送路からこの信号を飛び越させる飛越し手段を介してこの飛越し手段と隣接する第２の水平転送路に供給し、これらの水平転送路から該信号を駆動信号のタイミングに応じて出力する固体撮像装置の駆動方法において、垂直転送路の駆動信号が垂直転送路の奇数列と偶数列毎、水平転送路の駆動信号が水平転送路の奇数行と偶数行毎に供給されるとともに、飛越し手段の制御を前記水平転送路の素子毎に行う場合、垂直転送路、水平転送路、飛越し手段の駆動に用いる駆動信号を生成する駆動信号生成工程と、この駆動信号生成工程での信号生成を制御するとともに、垂直転送路の素子および水平転送路の素子が配される位置にそれぞれ対応した駆動タイミングならびに飛越し手段の位置毎の駆動制御を行う駆動位置制御工程と、この駆動位置制御工程から得られた出力と駆動信号生成工程で得られた出力とを用いて信号を格納する垂直転送路、水平転送路の素子および飛越し手段の動作を手順に対応して選択を行う動作選択工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
ここで、駆動位置制御工程は、垂直転送路の偶数列と奇数列の動作を規定するとともに、垂直転送路における垂直転送の段数を規定する垂直動作選択信号の生成を行う垂直選択信号生成工程と、第１の水平転送路および第２の水平転送路の動作を規定するとともに、水平転送路における水平転送の段数を規定する水平動作選択信号の生成を行う水平選択信号生成工程と、飛越し手段が垂直転送路の偶数列あるいは奇数列の位置のいずれか一方の信号だけを飛び越しさせるジャンプ駆動信号を生成するジャンプ選択信号生成工程とを含むことが好ましい。これにより、通常の読出し処理に用いる信号と、条件に対応した読出しを行う信号がそれぞれ生成される。
【００１７】
動作選択工程は、駆動信号生成工程と垂直選択信号生成工程で得られた信号を用いて垂直転送路の各素子での駆動タイミングを選択する垂直動作選択工程と、駆動信号生成工程と水平選択信号生成工程で得られた信号を用いて水平転送路の各素子での駆動タイミングを選択する水平動作選択工程と、駆動信号生成工程とジャンプ選択信号生成工程で得られた信号を用いて飛越し手段の駆動させる位置を選択する位置選択工程とを含むことが望ましい。これにより、この固体撮像装置から得られた信号を読み出す通常の処理に加えて、常に同一の色関係にまとめる条件を含んだ駆動信号が対応する素子に供給される。この条件が固体撮像装置における信号の転送手順を示す信号が得られるようになる。
【００１８】
より具体的な手順の一例として、動作選択工程は、色フィルタがG 縦ストライプRB完全市松の配置パターンの場合、画素で得られた信号を各垂直転送路に読み出した後、第２の水平転送路にまとめる画素の信号を含む垂直転送路を動作させて第１の水平転送路にこの信号を供給する第１の垂直動作選択工程と、この第１の垂直動作選択工程の後、第１の水平転送路が含むこの信号を第２の水平転送路に供給する位置選択工程と、この位置選択工程の後、第１の水平転送路および／または第２の水平転送路に含まれるこの信号を移動させて水平位置を調整する水平動作選択工程と、この水平動作選択工程の後、第１の水平転送路にまとめる画素の信号を含む垂直転送路を動作させて第１の水平転送路にこの信号を供給する第２の垂直動作選択工程とを含み、この第２の垂直動作選択工程の後、第１の垂直動作選択工程以降の処理を繰り返して色関係のまとめられたこの信号を第１の水平転送路および第２の水平転送路から出力することが好ましい。これにより、色フィルタの配置パターンが、G 横ストライプRB市松での信号読出しと同じ関係で信号を２ラインずつ出力させることができる。
【００１９】
また、動作選択工程は、色フィルタがベイヤの配置パターンの場合、第１の垂直動作選択工程から第２の垂直動作選択工程までの処理後に水平動作選択工程、第１の垂直動作選択工程、水平動作選択工程、位置選択工程、第２の垂直動作選択工程、そして水平動作選択工程の順に行うことが有利である。色フィルタの配置パターンが、G 横ストライプRB市松での信号読出しとは色と出力ラインの関係が逆の関係であるが、同一ラインから色関係が変わることなく、２ラインずつ出力させることができる。
【００２０】
水平動作選択工程の水平位置の調整は、前記第１の水平転送路および前記第２の水平転送路の信号が出力される側への信号移動を順方向とし、該出力される側と逆方向への信号移動を逆方向とし、前記第１の垂直動作選択工程から前記第２の垂直動作選択工程までの処理後に前記水平動作選択工程では信号を逆方向に移動させることが望ましい。これにより、信号の供給された順序および位置選択工程での信号の重複、すなわち上書きによる信号の消失を防止することができる。
【００２１】
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、垂直転送路、水平転送路および飛越し手段を偶数列と奇数列、奇数行と偶数行および飛越し手段の個々に対応した制御を可能にする配線が行われ、これを受けて予め出力する常に同一の色関係で同一の水平転送路から出力する上での条件を考慮した複数の信号をタイミング信号生成工程で生成し、動作選択工程でこれら生成された信号を用いて条件をあらわに発揮する駆動信号を選択処理により生成し、対応する各素子に供給することにより、水平転送路に供給される信号の重なりを回避しながら、要求される信号毎のまとめが通常の信号読出し処理を行うのと同様の感覚で容易に水平転送路から出力される。G 縦ストライプRB完全市松あるいはベイヤの色フィルタを用いた場合でも、従来用いていたG 横ストライプRB市松の色フィルタの場合の出力と同じ出力関係あるいは逆の出力関係で同一の色関係を保って同一の水平転送路から出力させることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置およびその駆動方法の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
本発明の固体撮像装置は、各画素から光電変換によって得られる撮像信号を出力するもので、たとえば電荷結合素子（Charge Coupled Device:以下、CCD という）によって、特に、数十万〜数百万の画素数で構成したCCD 固体撮像装置に用いて好適なものである。本実施例は、このようなCCD 撮像装置の構成およびその動作について図１〜図18を参照しながら説明する。
【００２４】
図１はCCD 撮像装置10の構成を示す概略的な模式図である。CCD 撮像装置10には、図１に示すように、撮像面の画素領域PAに配されている複数の画素Pi、４本の垂直転送路12a 〜12d と、水平転送路14a,14b と、飛越しゲート16と、制御部18と、駆動信号生成部20と、出力アンプ22a, 22bとが備えられている。
【００２５】
まず、上述した垂直転送路12a 〜12d は、CCD によるレジスタ（あるいはパケット）であって各画素Piで得られた信号電荷（以下、単に信号という）を列の下方にある水平転送路14a に向かって転送する。また、水平転送路14a,14b もCCD によるレジスタであって垂直転送路12a 〜12d から供給される信号を行（あるいは水平）方向に転送して出力アンプ22a, 22bに出力する。この水平転送路14a,14b には、後述するように各レジスタに対して入出力方向を切り換え駆動信号がそれぞれ供給されている。各レジスタは、通常、制御部18から供給される制御信号に応じて転送されてきた信号を保持するとともに、一方向にこの信号を移動させる駆動信号しか供給されないが、駆動信号の信号レベルの電位を通常の駆動時のレベル順序と逆の順序にすれば、その移動方向を可変的に移動させることが可能になる。
【００２６】
飛越しゲート16には、水平転送路14a における垂直転送路12a 〜12d に対応した位置のレジスタに格納されている信号を水平転送路14b に転送するたとえば電界効果トランジスタが各レジスタに接続されている。飛越しゲート16を動作させることにより、水平転送路14a, 14bの間を飛び越しさせている。しかしながら、飛越しゲート16のレジスタは、垂直転送路12a 〜12d の対応位置だけに限定されるものでなく、後述する他の実施例のように、この対応位置の範囲を越えて設けてもよい。
【００２７】
制御部18は、駆動信号生成部20に駆動制御信号を供給するとともに、前述したように、水平転送路14a, 14bの転送方向制御も行っている。この駆動制御信号には、垂直転送路を偶数列と奇数列に分けて動作させるように偶数列制御信号ERC と奇数列制御信号ORC とがある。また、駆動制御信号には、水平転送路を奇数行と偶数行に分けて動作させるように偶数行制御信号ELC と奇数行制御信号OLC とがある。制御部18は、飛越しゲート16の個々のゲート駆動、すなわち動作のオン／オフを制御するゲートG1制御信号G1C 〜ゲートG4制御信号G4C も駆動信号生成部20に出力している。転送方向制御とは、通常、垂直転送路12a 〜12d から供給される信号を水平転送路14a, 14bの出力端子側に順次移動させる方向を順方向とするとき、制御部18が供給する転送方向制御信号TDC に応じて信号の移動させる方向を順方向、あるいはその逆方向に移動させる制御である。このような制御の手順は、制御部18に予めたとえばプログラムとして記憶させておき、読み出したプログラムに応じて駆動信号生成部20を動作させるとよい。
【００２８】
駆動信号生成部20は、本実施例の場合、４相で駆動する通常の駆動信号、すなわち垂直駆動信号V1〜V4、水平駆動信号H1〜H4およびジャンプ駆動信号G1〜G4を生成する４相駆動信号生成部20a と、転送路の動作を規定するとともに、転送路における転送の段数を規定するイネーブル駆動信号生成部20b とを備えている。
【００２９】
４相駆動信号生成部20a には、垂直駆動信号V1〜V4を生成する垂直駆動信号生成部200aと、水平駆動信号H1〜H4を生成する水平駆動信号生成部202aと、ジャンプ駆動信号J を生成するジャンプ駆動信号生成部204aとが備えられている。４相駆動信号生成部20a で生成される信号は、イネーブルになった後の動作タイミングを示す信号になる。各部の生成する信号のタイミングは後段に示す。また、駆動信号生成部20の水平駆動信号生成部202aは、転送方向制御信号の供給に応じて水平転送路14a, 14bの各レジスタの電極（図示せず）に印加する電圧が変化した駆動信号を生成させている。
【００３０】
イネーブル駆動信号生成部20b には、偶数列の垂直転送路12b, 12dと奇数列の垂直転送路12a, 12cの動作を規定するとともに、垂直転送路12a 〜12d における垂直転送の動作させる段数を規定するイネーブル信号として垂直動作選択信号を生成する垂直選択部200bと、奇数行の水平転送路14a と偶数行の水平転送路14b の動作を規定するとともに、水平転送路14a, 14bにおける水平転送の動作させる段数（すなわち、移動するパケット数）を規定する水平動作選択信号を生成する水平選択部202bと、飛越しゲート16がたとえば偶数列あるいは奇数列の位置の垂直転送路のいずれか一方の信号だけを飛び越しさせるジャンプ駆動信号を生成するゲート選択部204bとが備えられている。
【００３１】
ここでは、図示しないが４相駆動とG 縦ストライプRB完全市松の色フィルタをを使用していることから、垂直選択部200bには、奇数列と偶数列に対応して論理積（AND ）回路がそれぞれ４つずつ、計８個が備えられている。各論理積（AND ）回路は、２入力の論理積回路を用いる。４つの論理積回路の一端側には、垂直駆動信号V1〜V4がそれぞれに供給されている。また、これらの論理積回路の他端側には、偶数列制御信号が供給されている。同様に、奇数列の動作を選択するためにも、４つの論理積回路が備えられ、それらの一端側にも、垂直駆動信号V1〜V4がそれぞれに供給されている。論理積回路の他端側には、奇数列制御信号が供給されている。この選択処理により、垂直転送許可（Enable）およびその動作タイミングを示す奇数列と偶数列の垂直駆動信号VE1 〜VE4 がそれぞれ得られる（図１を参照）。
【００３２】
水平転送路14a, 14bのレジスタ数が垂直転送路の本数に応じて設けた場合、水平選択部202bにも、奇数行と偶数行毎にそれぞれ４つの２入力論理積回路が備えられる。合計８つの論理積回路の一端側には、水平駆動信号H1〜H4が供給され、他端側には、４つの論理積回路ずつ奇数行制御信号と偶数行制御信号が供給される。この選択処理により、奇数行と偶数行の水平駆動信号HE1 〜HE4 がそれぞれ得られる（図１を参照）。さらに、水平選択部202bは、転送方向制御信号が供給されている。ここで、転送方向制御信号がオン状態の制御では水平駆動信号生成部202aから供給された水平駆動信号H1〜H4の電圧変化の傾向を逆にする処理が行われる。
【００３３】
ゲート選択部204bには、飛越しゲート16のイネーブルにする素子（ゲート）と駆動タイミングの両方の条件が満たされるときだけ飛越し処理を行わせるように４個の論理積回路が備えられている。論理積回路の一端側には、ジャンプ駆動信号生成部204aからのジャンプタイミング信号J が供給され、他端側には制御部18から各ゲートの駆動を制御するゲートG1制御信号〜ゲートG4制御信号が供給される。この論理積でゲート選択することにより、飛越ゲート16の位置（すなわちゲート位置）が決まる。
【００３４】
垂直選択部200bは、垂直転送許可（Enable）およびその動作タイミングを示す垂直駆動信号VE1 〜垂直駆動信号VE4 を奇数列と偶数列の垂直転送路に分けてそれぞれ供給される。ただし、図２では、図面の煩雑さを避けるため４本の信号線でしか表していない。
【００３５】
同様に、水平選択部202bは、水平転送許可（Enable）およびその動作タイミングを示す水平駆動信号HE1 〜HE4 を奇数行と偶数行の水平転送路に分けてそれぞれ供給される。この場合も、図２で信号線は半分だけで表している。また、ゲート選択部204bは、ゲート駆動信号GE1 〜GE4 をそれぞれ対応するゲート（図示ぜず）に出力する。この駆動信号の供給により、水平転送路14a から水平転送路14b へのジャンプをまとめて一度に行う従来と異なり、たとえば図１に示したように垂直転送路の直下にある信号を選択的に水平転送路14a から水平転送路14b にジャンプさせることができるようになる。
【００３６】
次にCCD 撮像装置10において色フィルタの配置パターンとしてG 縦ストライプRB完全市松パターンを用いた際の動作について説明する。ここで、前述したように本実施例では４相駆動を行っているので、特に垂直駆動信号V1〜V4は隣接する駆動信号との位相差が90°ずつずれた関係にある（図４を参照）。これを考慮して垂直転送路12a 〜12d において各画素間には垂直CCD として４パケットずつ配設されている（たとえば図１を参照）。各駆動信号および各種の制御信号の波形図および実際の信号の移動状態を動作手順と合わせて参照しながら説明する。ただし、図４の波形図は、移動させるパケットを示すとともに、その動作タイミングを示すだけのものであり、直接的に駆動に要求される信号レベルの情報をも表すものではない。CCD 撮像装置10が撮像を開始すると動作手順を示す図３のフローチャートのステップS10 に進む。
【００３７】
ステップS10 では、各画素において光電変換して得られた信号電荷（以下、信号という）を垂直転送路12a 〜12d にそれぞれ読み出す。この信号を読出した状態が図５(a) に示されている。この信号読出しの後、ステップS11 に進む。
【００３８】
ステップS11 では、垂直転送路12a 〜12d の全信号を２段分、すなわち２パケット分、水平転送路14a 側に転送させる。このとき垂直転送路12a 〜12d に対して奇数列と偶数列の区別なく垂直転送駆動を行うことから、制御部18は、偶数列制御信号および奇数列制御信号をともにオン状態（すなわち、レベル"H" ）となっている。たとえば偶数列の垂直転送路12b, 12dには、垂直駆動信号VE1 〜VE4 がCCD の水平転送路14a に対して右側から供給され、一方、奇数列の垂直転送路12a 〜12c に対して左側から垂直駆動信号VE1 〜VE4 が供給される。また、水平駆動はまだ必要がないので、オフ状態（すなわち、レベル"L" ）となっている。この段階が図４に示す時刻t1である。また、この時点での状態が図５(b) に示されている。この後、ステップS12 に進む。
【００３９】
ステップS12 では、偶数列の垂直転送路、すなわち垂直転送路12b, 12dだけを２パケット分、水平転送路14a 側に転送させる。この転送にあたり、制御部18は、奇数列制御信号をオフ状態にする。この転送処理により、これまで垂直転送路12b, 12dの信号は４パケット移動して、水平転送路14a のレジスタに到達させられる（第１の垂直動作選択工程）。この段階が図４に示す時刻t2である。また、この時点では、図６(a) に示すように、水平転送路14a に供給された信号が画素最下段の画素R, Bの信号であることが判る。この後、ステップS13 に進む。
【００４０】
ステップS13 では、水平転送路14a の信号を水平転送路14b に飛越しさせる処理を行う。この処理は、飛越しゲートG2, G4を駆動信号GE2, GE4により駆動させて行われる（位置選択工程）。この処理後、ステップS14 に進む。
【００４１】
ステップS14 では、水平転送路14b の信号を出力アンプ側に移動させる。ここで、水平転送路14a, 14bは、それぞれ５つのレジスタを有している。この移動処理により、偶数列の垂直転送路12b, 12dの直下に位置した信号が奇数列の垂直転送路12a, 12cの直下に配置される（水平動作選択工程）。換言すると、この移動処理は水平転送路14b の信号全体を移動させることであるから、ここでの駆動は水平駆動信号HE1 〜HE4 の１サイクルの駆動で行われることになる。この１サイクル駆動は、図示しないが図４のタイミングチャートと同様に奇数行制御信号を水平駆動信号H1〜H4の間動作させるようにレベル"H" で供給してやると得られることが容易に判る。この水平駆動後の状態を図６(b) に示す。この状態から判るように本実施例では各動作の手順を明確化させるため、この処理期間中に垂直転送処理は行わないようにしている。
【００４２】
ステップS15 では、奇数列の垂直転送路、すなわち垂直転送路12a, 12cだけを２パケット分、水平転送路14a 側に転送させる。この垂直転送により、奇数列の信号が水平転送路14a のレジスタに到達させられる（第２の垂直動作選択工程）。この段階が図４に示す時刻t3である。また、この時点（T=t3）では、図７(a) に示すように、水平転送路14a に供給された信号は画素最下段の画素G の信号である。この後、ステップS16 に進む。
【００４３】
ステップS16 では、ステップS12 での処理と同様の処理を行う。ただし、偶数列の垂直転送路において移動させるパケット数は４パケットである。すなわち、図４の時刻t4〜t5までの垂直駆動の１サイクル分の駆動を偶数列の垂直転送路12b, 12dに施すことになる。この移動処理により最下段から２行目の画素から読み出した信号、すなわち垂直転送路12b の画素B と垂直転送路12d の画素R が水平転送路14a に供給される。この処理後の状態を図７(b) に示す。この後、ステップS17 に進む。
【００４４】
ステップS17 では、ステップS13 と全く同じ飛越し処理を行って、水平転送路14a にある信号の中から偶数列の信号だけを水平転送路14b に供給する。これにより、図８(a) に示すように、水平転送路14b には、偶数列の画素で光電変換して得られた信号が水平走査方向に対応した順に配される。この処理後、ステップS18 に進む。
【００４５】
ステップS18 では、水平転送路14a, 14bともに出力アンプ22a, 22b側の順方向に得られた信号を１サイクル分移動させる。この移動により、図８(b) に示すように、奇数列の垂直転送路12a, 12cの直下に位置する水平転送路14a のレジスタを信号のない状態にしている。この処理後、ステップS19 に進む。
【００４６】
ステップS19 では、奇数列の垂直転送路12a, 12bを図４の時刻t5〜t6の１サイクル駆動させることによって４パケット移動させ、信号を水平転送路14a に到達させる。この処理により、図９に示すように垂直転送路12a, 12c毎にまとまめられた信号が水平転送路14a に配される。この一連の処理により、CCD 撮像装置10は図１に示す撮像面PAにおける水平転送路14a 側の画素、すなわち下側の２行分の画素を水平転送路14a, 14bにそれぞれ画素G と、画素B, Rに分類して集めることができる。この処理を繰り返すことによって撮像面PA内の信号を出力させることができ、その際に、同一の水平転送路から同じ色関係を保って出力することができる。このようにして同時２ライン読出しを行うと、固定ノイズパターンの発生を抑えることができる。
【００４７】
ところで、比較例として本実施例と同じ色フィルタの配置パターンであるG 縦ストライプRB完全市松パターンに対して従来の信号読出し手順で信号読出しした場合について簡単に説明する。図10に示すCCD 撮像装置30は、本発明のように垂直転送路32a 〜32d に対して偶数列と奇数列の区別および水平転送路34a, 34bに対して偶数行と奇数行の区別をいずれの場合も行わずそれぞれ供給される垂直駆動信号V1〜V4と水平駆動信号H1〜H4に応じて一体的に垂直転送および水平転送する。また、この一体的な画素から得られた信号の移動に対応して飛越しゲート36も水平転送路34a の信号を一括して隣接する水平転送路24b に転送させる。図10は、画素から信号電荷を垂直転送路32a 〜32d にそれぞれ読み出した状態を示している。
【００４８】
垂直駆動信号V1〜V4を１サイクル分、駆動させた結果、図11に示すように、水平転送路34a には信号が到達させられる。このとき、信号がどの画素からの信号か示すと、最下段の行から色フィルタの配置に対応して"G, R, G, B"が得られる（図11(a) を参照）。飛越しゲート36は供給される駆動信号J により駆動される。その後、さらに垂直駆動が１サイクル分行われると水平転送路24a, 24bに同じ色関係"G, R, G, B"が得られる（図11(b) を参照）。
【００４９】
しかしながら、たとえばG 横ストライプRB市松パターンのように色関係"G, G, G, G"と"B, R, B, R"のように固有の２つの水平転送路から画素G と画素R, Bの信号を完全に分離し、かつ同じ色関係を維持して出力することができない。この関係において２ライン分の信号を同時読出しすると、固定ノイズパターンを発生させることが知られている。
【００５０】
このように構成して動作させることにより、従来の固体撮像装置30において、たとえばG 横ストライプRB市松パターンの色フィルタを用いた際に得られた各水平転送路から画素G と画素R, Bの信号を完全に分離し、かつ同じ色関係を同時２ライン出力で維持して出力させることにより、発生する固定ノイズパターンを抑えることができる。また、従来の構成に簡単な回路を追加し、接続を変更することと、動作の制御を行う制御プログラムをたとえば制御部に格納し、色フィルタの種類に応じて駆動の制御プログラムを選択してこの選択した駆動用のプログラムにより生成された駆動信号で制御させるとよい。簡単な回路構成とプログラムの追加で容易に対応させることができ、後段での信号処理において複雑な制御を行わせることがなくなるので、非常に有効である。
【００５１】
このCCD 撮像装置10は、他の実施例として、たとえば、使用する色フィルタの配置パターンをベイヤパターンにした場合でも、２ライン分の信号を同時読出しが色関係"G, G, G, G"と"B, R, B, R"のように常に、固有の水平転送路から画素G と画素R, Bの信号を完全に分離して出力できる。このことを以下に説明する。この説明には、動作手順を示す図12のフローチャートと、各手順毎に撮像面PAの信号の移動による状態を示す図13〜図18の模式図とを併用する。制御部18は、たとえば前述したG 縦ストライプRB完全市松パターンと、ベイヤパターンとを選択できるようにしておいてもよい。ベイヤパターンが選択された際にステップS20 に進む。このステップS20 では、各画素での光電変換により得られた信号電荷を各垂直転送路12a 〜12d に読出し処理を行う。この状態が図13(a) に示されている。この後、ステップS21 に進む。
【００５２】
ステップS21 では、偶数列の垂直転送路、すなわち、垂直転送路12b, 12dを１サイクル分だけを駆動させる。この駆動によって、垂直転送路12b, 12dの最下段の（画素G に対応する）信号が水平転送路14a に到達させられる（図13(b) を参照）。この処理後、ステップS22 に進む。
【００５３】
ステップS22 では、水平転送路14a にある信号を飛越しゲート16を用いて隣接する水平転送路14b に供給する。この供給に際して、飛越しゲート16には、信号を格納している水平転送路14a のレジスタ（あるいはパケット）の信号だけが飛越し処理を受けるように駆動信号（すなわち、ゲート信号）GE2, GE4が供給される。この処理により、図14(a) に示す状態になる。ただし、この時点では他のレジスタに何等信号が入力されていないので、全ゲートをオンさせてもよい。この処理の後、ステップS23 に進む。
【００５４】
ステップS23 では、偶数行の水平転送路、すなわち水平転送路14b だけを駆動させる。出力アンプ22a, 22b側の方向を順方向とするとき、この順方向に３パケット分信号が移動するように駆動している（図14(b) を参照）。この場合、水平転送路14a, 14bには、ともにパケットが６個備えられている。この駆動により、水平転送路14b の信号は、図14(b) のように垂直転送路のない（仮想的な奇数列の）領域のパケット先端部まで転送されている。この処理後、ステップS24 に進む。
【００５５】
ステップS24 では、奇数列の垂直転送路、すなわち垂直転送路12a, 12cだけを１サイクル分、駆動させる。この駆動により、この奇数列の垂直転送路12a, 12cの最下段に位置する画素(R) の信号が水平転送路12a に到達させられる。この状態が図15(a) に示されている。この処理後、ステップS25 に進む。
【００５６】
ステップS25 では、奇数行の水平転送路、すなわち水平転送路14a だけを駆動させる。このとき、信号を水平転送させる方向は、前述した順方向とは逆方向に１パケットだけ移動させる（図15(b) を参照）。この移動は、次のステップS26 での処理によって水平転送路14a に供給される信号との衝突を避けるため、かつ水平転送路14a からの信号出力時における信号読出しの順序も確保するために行われる。この処理は、たとえば通常の順方向の水平駆動を可能にする信号レベル（図示せず）の順序に対して逆の順序を伴う信号レベルを供給することにより実現させることができる。この特殊な水平転送を行った後、ステップS26 に進む。
【００５７】
ステップS26 では、上述したように奇数列の垂直転送路12a, 12cだけを１サイクル分、駆動させる。この駆動により、垂直転送路12a, 12cに隣接する下側から２段目に位置する画素G の信号が水平転送路14a に到達させられる（図16(a) を参照）。この処理後、ステップS27 に進む。
【００５８】
ステップS27 では、奇数行の水平転送路14a の信号を１パケットだけ順方向に水平駆動させる（図16(b) を参照）。この移動により、図16a(a)から明らかなように、水平転送路14a, 14bにおいて垂直転送路12a 直下の相対する画素G の信号の位置にずれが生じる。すなわち、後述する飛越し処理を行った際にこれらの信号同士の衝突を避けている。この処理後、ステップS28 に進む。
【００５９】
ステップS28 では、水平転送路14a にある画素G の信号、すなわちステップS26 で奇数列の垂直転送路12a, 12cの直下にあった信号を示す位置の飛越しゲート16だけをオン状態にする。このオン状態にする上で、ゲート選択部204bにおいては、ジャンプ駆動信号生成部204aからの駆動信号J がこの場合、図２のAND 回路20A 〜20D を含めた６個のAND 回路の一端側に供給される。その内の２個は図示されていない。これら６個のAND 回路の他端側には、それぞれの飛越しゲート16を各ゲート毎にオン状態を制御する制御信号が制御部18から供給されている。このとき、オン状態を示す信号は、AND 回路20B の出力するゲート駆動信号GE2 と図示しないAND 回路の出力するゲート駆動信号GE0 だけである。これらの信号が供給されると、飛越しゲート16は、図16(b) に示すように、水平転送路14a の画素G に対応する信号の位置だけがオン状態になる。この結果、図17(a) に示すように水平転送路14b には、信号の読出し順および隣接する画素の行の中での空間的な位置も考慮された画素G の信号がまとめられる。この処理後、ステップS29 に進む。
【００６０】
ステップS29 では、偶数列の垂直転送路、すなわち垂直転送路12b, 12dの信号を１パケット分、移動させる。この移動により、最下段から２行目の画素から垂直転送路12b, 12dに読み出された画素B に対応する信号が水平転送路14a に到達させられる。この状態が図17(b) に示されている。これらの画素R, Bの信号も上述した水平転送路14b にまとめられた画素G の信号と同様の考慮がなされて水平転送路14a にまとめられる。この処理後、ステップS30 に進む。
【００６１】
ステップS30 では、奇数行の水平転送路、すなわち水平転送路14a の信号を２パケット分順方向に転送させる。この転送により、水平転送路14a の信号は、水平転送路14b の信号と同じ位置関係に揃えられるようになる。このように信号を水平転送路14a, 14bに揃えることにより、一連の処理を終了する。この後、図12のフローチャートに記さないが水平転送路14a, 14bはともに水平駆動されて同時に色関係の揃った２ラインが出力アンプ22a, 22bにそれぞれ出力される。ただし、出力する色は、前述した実施例の水平転送路14a と水平転送路14b とにまとめられた色の関係（すなわち、"GGGG"と"RBRB"とを出力する転送路）は逆になっている。信号処理する前に接続を切り換えると、信号処理の構成を変更することなく、信号処理できることは明らかである。
【００６２】
このように構成して垂直転送路12a 〜12d 、水平転送路14a, 14bおよび飛越しゲート16のゲートを個々に駆動させることにより、色フィルタに従来のG 横ストライプRB市松の配置パターンから得られた関係と同じ画素の信号を他の配置パターンでも供給することができるようになる。これにより、色フィルタにより生じていた固定パターンノイズを解消させることができる。
【００６３】
なお、本発明の実施例では、説明を容易化するために垂直転送、水平転送および飛越し処理は、奇数列、偶数列、偶数行および奇数行に対して一つずつ順次に行う手順で説明したが、信号の読出し順および隣接する画素の行の中での空間的な位置も考慮され、信号の重なりあるいは衝突が生じない関係が保たれるとき、転送および飛越しを奇数列、偶数列、偶数行および奇数行の駆動を１ステップ中に混在させても構わない。この駆動により、信号読み出しに要する時間を従来の駆動時間と同程度に抑えることができる。
【００６４】
また、前述した実施例では、４相電極構成で画素の信号読出しを説明したが、この電極構成に限定されるものでなく、たとえば３相電極構成でもよい。色フィルタの種類、すなわち色フィルタの配置パターンに制約がなく、読み出す信号の順序を考慮して読み出すとよい。
【００６５】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、垂直転送路、水平転送路および飛越し手段を偶数列と奇数列、奇数行と偶数行および飛越し手段の個々に対応した制御を可能にする配線が行われ、これを受けて予め出力する常に同一の色関係で同一の水平転送路から出力する上での条件を考慮した信号をタイミング制御手段で生成し、動作選択手段でこれら生成された信号を用いて条件をあらわに発揮する駆動信号を選択処理により生成し、対応する各素子に供給して、水平転送路に供給される信号の重なりを回避しながら、要求される信号毎のまとめが通常の信号読出し処理を行うのと同様の感覚で容易に水平転送路からの出力されることにより、従来の構成に簡単な回路および制御処理を追加するだけで済ませることができるので、設計コストを抑えながら、固定ノイズのパターンを発生を抑えて品質の高い信号の提供を図ることができる。
【００６６】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、垂直転送路、水平転送路および飛越し手段を偶数列と奇数列、奇数行と偶数行および飛越し手段の個々に対応した制御を可能にする配線が行われ、これを受けて予め出力する常に同一の色関係で同一の水平転送路から出力する上での条件を考慮した複数の信号をタイミング信号生成工程で生成し、動作選択工程でこれら生成された信号を用いて条件をあらわに発揮する駆動信号を選択処理により生成し、対応する各素子に供給して、水平転送路に供給される信号の重なりを回避しながら、要求される信号毎のまとめが通常の信号読出し処理を行うのと同様の感覚で容易に水平転送路からの出力させることにより、たとえば、G 縦ストライプRB完全市松あるいはベイヤの色フィルタを用いた場合でも、制御手順を駆使して従来用いていたG 横ストライプRB市松の色フィルタの場合の出力と同じ出力関係あるいは逆の出力関係で同一の色関係を保って同一の水平転送路から出力させることが可能になる。このように極力少ない機構追加で済ませ、かつ配置パターンに対応した制御処理を行うことにより、固定ノイズのパターンを発生を抑えて品質の高い信号の提供を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を適用したCCD 撮像装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の駆動信号生成部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１のCCD 撮像装置の色フィルタにG 縦ストライプRB完全市松のパターンを適用した際に行われる動作手順を説明するフローチャートである。
【図４】図１のCCD 撮像装置において垂直転送路を奇数列と偶数列とに応じて動作させる垂直駆動信号の生成手順の一例を説明するタイムチャートである。
【図５】図１のCCD 撮像装置において、(a) 画素から信号を垂直転送路に読み出した際の状態と、(b) 垂直転送の開始時の状態を示す模式図である。
【図６】図１のCCD 撮像装置において、(a) 時刻t2での状態と、(b) その後の飛越しおよび水平転送処理を連続して行った際の状態とを示す模式図である。
【図７】図１のCCD 撮像装置において、(a) 時刻t4と(b) 時刻t5での状態をそれぞれ示す模式図である。
【図８】図１のCCD 撮像装置において、(a) 図７(b) の状態から飛越し処理した状態と、(b) その後の水平転送処理した際の状態とを示す模式図である。
【図９】図１のCCD 撮像装置において、(a) 奇数列の垂直転送した時刻t6での状態を示す模式図である。
【図１０】従来のCCD 撮像装置の色フィルタにG 縦ストライプRB完全市松のパターンを適用した際に使用する駆動信号と画素から信号を垂直転送路に読み出した際の状態を示す比較例の模式図である。
【図１１】図10のCCD 撮像装置において、(a) ４パケット垂直転送した際の状態と、(b) さらに、飛越しおよび垂直転送を順次行った際の状態とを示す模式図である。
【図１２】図１のCCD 撮像装置の色フィルタにベイヤのパターンを適用した際に行われる動作手順を説明するフローチャートである。
【図１３】図12のベイヤのパターンを適用したCCD 撮像装置において、(a) 画素から信号を垂直転送路に読み出した際の状態と、(b) 偶数列のみ垂直転送（４パケット）した際の状態とを示す模式図である。
【図１４】図13(b) の状態から(a) 飛越し処理を行った状態と、(b) その後の水平転送処理した際の状態とを示す模式図である。
【図１５】図14(b) の状態から(a) 奇数列のみ垂直転送（４パケット）した際の状態と、(b) 奇数行の信号を逆方向に水平転送した状態とを示す模式図である。
【図１６】図15(b) の状態から(a) 奇数列のみ垂直転送（４パケット）した際の状態と、(b) 奇数行の信号を順方向に水平転送した状態とを示す模式図である。
【図１７】図16(b) の状態から(a) 画素G の信号だけ飛越しを行った状態と、(b) 偶数列のみ垂直転送（４パケット）した際の状態を示す模式図である。
【図１８】図17(b) の状態から奇数行のみ水平転送した際の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
10, 30 CCD 撮像装置
16 飛越しゲート
18 制御部
20 駆動信号生成部
12a, 12c 奇数列の垂直転送路
12b, 12d 偶数列の垂直転送路
14a 奇数行の水平転送路
14b 偶数行の水平転送路
20a ４相駆動信号生成部
20b イネーブル駆動信号生成部
200b 垂直選択部
202b 水平選択部
204b ゲート選択部
Claims (1)
- 色フィルタを介して入射光を撮像面に配列された画素で光電変換を行って得られた信号を該画素に隣接して複数の素子が垂直方向に連続形成された垂直転送路に読み出し、該信号を該垂直転送路を介して駆動信号のタイミングに応じて転送して、該垂直転送路と垂直に接続する複数の素子が連続形成された水平転送路に該信号を供給し、該水平転送路から該信号を飛び越させる飛越し手段を介して該飛越し手段と隣接する水平転送路に供給し、これらの水平転送路から該信号を駆動信号のタイミングに応じて出力する固体撮像装置において、該装置は、
前記垂直転送路の駆動信号が前記垂直転送路の奇数列と偶数列毎、前記水平転送路の駆動信号が前記水平転送路の奇数行と偶数行毎に生成され、前記垂直転送路の奇数列および偶数列のいずれか一方だけを駆動させ、一方の列の信号だけを前記水平転送路に垂直転送させ、前記水平転送路の一方に垂直転送された信号の位置に対応する前記飛越し手段の素子毎の駆動により前記垂直転送された信号を隣接する他方の水平転送路に飛び越させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
該駆動信号生成手段に、前記垂直転送路、前記水平転送路および前記飛越し手段の駆動制御信号を生成し、供給する制御手段とを含み、
前記駆動信号生成手段は、前記垂直転送路の素子および前記水平転送路の素子が配される位置にそれぞれ対応した駆動タイミングならびに前記飛越し手段の位置毎の駆動させるように駆動信号を生成する信号生成手段と、
該信号生成手段と前記制御手段との出力を用いて、前記垂直転送路、前記水平転送路の素子および前記飛越し手段の動作を手順に対応して、動作を規定するイネーブル信号として動作選択信号を生成し、駆動信号を前記垂直転送路、前記水平転送路の素子および前記飛越し手段に出力する動作選択手段とを含み、
該動作選択手段は、前記垂直転送路における偶数列または奇数列の垂直転送路の動作を規定する垂直動作選択信号を生成し、該当する垂直駆動信号を出力する垂直選択部と、
前記水平転送路における偶数行または奇数行の水平転送を規定する水平動作選択信号を生成し、該当する水平駆動信号を出力する水平選択部と、
前記垂直転送路からの信号を前記飛越し手段と隣接する水平転送路に、偶数列または奇数列の位置の垂直転送路の信号だけを飛び越しさせるように、前記信号生成手段からのジャンプタイミング信号と前記制御手段から各ゲートの駆動を制御するゲート制御信号の論理積であるゲート駆動信号を出力するゲート選択部とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
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