JP4688754B2 - 固体撮像装置及びそれを用いたカメラ - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置及びこれを用いたカメラに関し、特に画素加算による感度向上とフレームレート高速化による動画機能を実現する技術に関する。

近年、ビデオカメラや、デジタルスチルカメラは、その小型、軽量などの使い易さと、高画質化により成長を続けている。その中でもデジタルスチルカメラの高機能化に対する要望が高まっており、画素加算による感度向上とフレームレート高速化による動画機能を実現できる固体撮像装置の駆動方法が差別化のキーポイントとなっている。

垂直方向３画素、水平方向３画素に隣接する同色カラーフィルタの９画素を加算する従来の固体撮像装置における画素加算駆動方法について説明する。

図１６は、ＲＧＢベイヤー方式のカラーフィルタを搭載した従来の固体撮像装置（固体撮像素子）の概略を示す図である。

図１６に示されるように、固体撮像装置（固体撮像素子）９００は、マトリックス状に配設される複数の光電変換素子９０３と、垂直ＣＣＤの一部を構成する通常転送段９０４と、水平ＣＣＤ９０５と、垂直ＣＣＤの残部を構成する最終転送段９０６と、信号電荷検出部９０７とを備える。また、最終転送段９０６は、第１列、第２列、第３列の３つの列にグループ分けされている。

そして、第１列の最終転送段９０６と、第２列の最終転送段９０６とは、通常転送段９０４と独立に垂直転送動作を行うことが可能となっている。第３列の最終転送段９０６は、独立駆動すること無く、通常転送段９０４と同時に転送動作を行うこととなる。

ここでは、隣接する同色９画素を加算する画素加算駆動方法について、図１６に示す隣接する９個のＲ画素（Ｒ（１，３），Ｒ（１，５），Ｒ（１，７），Ｒ（３，３），Ｒ（３，５），Ｒ（３，７），Ｒ（５，３），Ｒ（５，５），Ｒ（５，７））に着目して説明する。なお、Ｒの添え字（ｘ，ｙ）は行及び列の位置を示している。

第一に、垂直ブランキング期間内に、光電変換素子９０３からの信号電荷読み出し動作と、信号電荷の垂直転送動作を順次行うことにより、垂直方向に隣接する同色の３つの画素を通常転送段９０４内で加算する。

ここでは、Ｒ（５，３）画素の信号電荷を通常転送段９０４に読み出した後、Ｒ（３，３）画素に隣接するゲートまで通常転送段９０４内を水平ＣＣＤ９０５方向へ転送する。その後、Ｒ（３，３）画素の信号電荷を通常転送段９０４へ読み出すことでＲ（５，３）画素の信号電荷とＲ（３，３）画素の信号電荷とを加算する。さらに同様に、Ｒ（１，３）画素に隣接するゲートまで通常転送段９０４内を水平ＣＣＤ９０５方向へ転送する。その後、Ｒ（１，３）画素の信号電荷を通常転送段９０４へ読み出すことでＲ（５，３）画素の信号電荷とＲ（３，３）画素の信号電荷とＲ（１，３）画素の信号電荷とを加算する。これにより、垂直方向に隣接する同色の３つの画素の加算信号Ｒ１２（Ｒ１２＝Ｒ（１，３）＋Ｒ（３，３）＋Ｒ（５，３））を生成することができる。

なお、光電変換素子９０３からの信号電荷読み出し動作と、垂直方向に隣接する同色の３つの画素の加算動作は、全ての通常転送段９０４内で同時に並行して行われ、３つの画素の加算信号Ｒ１３，Ｒ１４（Ｒ１３＝Ｒ（１，５）＋Ｒ（３，５）＋Ｒ（５，５），Ｒ１４＝Ｒ（１，７）＋Ｒ（３，７）＋Ｒ（５，７））等が生成されることとなる。

第二に、水平ブランキング期間内において、垂直方向にそれぞれ３画素分加算された信号電荷Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４をさらに水平ＣＣＤ９０５内で加算して９画素分の加算信号を得るために、最終転送段９０６をグループ毎に選択的に動作させて、信号電荷を水平ＣＣＤ９０５へ転送する動作と、水平転送動作を順次行うことにより、水平方向に隣接する３画素分加算された信号電荷Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を水平転送部内で加算する。

ここでは、第１列の最終転送段９０６を選択的に駆動させ信号電荷Ｒ１４を水平ＣＣＤ９０５へ転送した後、信号電荷Ｒ１３に隣接するゲートまで水平ＣＣＤ９０５内を信号電荷検出部９０７方向へ転送する。その後、第２列の最終転送段９０６を選択的に駆動させ信号電荷Ｒ１３を水平ＣＣＤ９０５へ転送することで、信号電荷Ｒ１４と信号電荷Ｒ１３とを加算する。さらに同様に、信号電荷Ｒ１２に隣接するゲートまで水平ＣＣＤ９０５内を信号電荷検出部９０７方向へ転送する。その後、第３列の最終転送段９０６を含む通常転送段９０４を動作させることにより信号電荷Ｒ１２を水平ＣＣＤ９０５へ転送することで、水平方向に隣接する３画素分加算された信号電荷を加算することができ、最終的には隣接する同色の９画素を加算することが実現できる。

水平ブランキング期間内に上記動作を完了させた後、連続的な水平転送パルスによる水平転送動作により、水平ＣＣＤ９０５内に存在する加算された信号電荷の全てを１水平期間内に信号電荷検出部９０７から固体撮像装置信号出力として出力する。

以上の通り、隣接する同色９画素の加算動作は、通常転送段９０４内での画素加算動作と、最終転送段９０６の選択的動作による水平ＣＣＤ９０５内での画素加算動作から成立している。

次に、水平ブランキング期間内で行われる、水平方向に隣接する３画素分加算された信号電荷の加算動作の詳細な動作イメージを、図１７〜図２５を用いて詳細に説明する。

図１７〜図２５においては、通常転送段９０４、最終転送段９０６、水平ＣＣＤ９０５が示されており、各枠内に示すＲ１１，Ｇ１１などの信号電荷は通常転送段９０４内で３画素分の加算を行われた後の信号電荷が示されている。また、図１７〜図２５は、水平ブランキング期間内のある時刻を画素加算動作に合わせて、順に並べている。

以下、図１７から順を追って説明する。

図１７（ａ）において、第１列の最終転送段９０６のみ選択的に動作して、最終転送段９０６に保持されている信号電荷は水平ＣＣＤ９０５へと転送される。

図１７（ｂ）において、水平ＣＣＤ９０５へ転送された信号電荷は水平ＣＣＤ９０５内を信号電荷検出部９０７方向へ２列分だけ転送され、次に加算されるべき信号電荷が保持されている最終転送段９０６に対応する水平ＣＣＤ９０５のゲートで保持される。

図１８（ａ）において、第２列の最終転送段９０６のみ選択的に動作して、最終転送段９０６に保持されている信号電荷を水平ＣＣＤ９０５へと転送し、図１７（ｂ）の動作によって転送されてきた信号電荷と加算する。

図１８（ｂ）において、図１７（ｂ）の動作と同様に水平ＣＣＤ９０５内で加算された信号電荷は水平ＣＣＤ９０５内を信号電荷検出部９０７方向へ２列分だけ転送され、次に加算されるべき信号電荷が保持されている最終転送段９０６に対応する水平ＣＣＤ９０５のゲートで保持される。

図１９（ａ）において、第３列の最終転送段９０６を含む通常転送段９０４を選択的に動作させ、通常転送段９０４に保持されている全ての信号電荷を水平ＣＣＤ９０５方向へ１段のみ転送する。この時、第３列の最終転送段９０６に保持されている信号電荷は水平ＣＣＤ９０５へと転送され、図１８（ｂ）の動作によって転送されてきた信号電荷と加算する。

図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の動作が完了した時刻の状態を示す図であり、垂直方向に隣接する３画素が通常転送段９０４内にて加算された信号電荷が、さらに、水平方向に隣接する３画素分に相当する信号電荷が水平ＣＣＤ９０５内で加算されたことを示している。

以下、図２０（ａ）から図２２（ｂ）の動作と、図２３（ａ）から図２５（ｂ）の動作を同一の水平ブランキング期間内に行うことで、垂直方向３ライン分の情報を１水平期間内に順次出力することとなる。

なお、図２０（ａ）から図２２（ｂ）の動作と、図２３（ａ）から図２５（ｂ）の動作は、前述の図１７（ａ）から図１９（ｂ）の動作と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

図２６は、固体撮像装置の出力信号の並び替えの概略図を示している。

固体撮像装置からは、垂直方向３ライン分の情報を１水平期間内に出力するため、固体撮像素子以降の信号処理装置（例えば、ＤＳＰ）において、二次元的に並び替えて画像イメージを再生した後、所望の映像信号処理を行うこととなる。

以上の様に、隣接する同色の９画素の信号電荷を加算する駆動方法を行うことで、感度向上とフレームレート高速化による動画機能が実現できる固体撮像装置を提供することが可能となっている。
特開２００４−１８０２８４号公報

ところで、隣接する同色の９画素を加算する従来の駆動方法では、有効画素領域とオプティカルブラック（ＯＢ）領域との境界部では有効画素領域の信号電荷とオプティカルブラック領域の信号電荷とが加算される領域が発生することとなり、その境界部の信号出力は正常な映像信号処理を行うことができない無効信号となる。

この様子を説明する。

図２７から図３５及び図３６には、水平方向でオプティカルブラック領域と境界を接する有効画素領域での、隣接する同色の９画素を加算する駆動方法の概略が示されている。

図３６の固体撮像装置の出力信号の並び替えの概略図に示されるように、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界部では、有効画素領域とオプティカルブラック領域との信号電荷が加算される領域が発生し、その領域の信号出力は無効信号となり正常な映像信号処理を行うことができない。

この場合、有効画素領域とオプティカルブラック領域とが加算されるだけであれば、有効画素領域が周辺端から数ｂｉｔあるいは数ラインのみ無効となるだけであり、実質上の影響は少ない。

しかしながら、有効画素領域の高画素化が進展し、フレームレートのさらなる高速化の要請等により、有効画素領域が、垂直方向の境界部によって分割され、分割された有効画素領域の信号電荷を、複数チャンネル（複数の水平ＣＣＤとこれにそれぞれ対応した信号電荷検出部）によって出力する場合がある。この場合において画素加算したときには、有効画素領域内に境界部を有することとなり、その影響は大なるものがある。

すなわち、境界領域では有効画素領域の信号電荷と画素が存在しないダミー信号とが加算されることになり、有効画素領域の境界部付近における画像の連続性が破綻し、画像品位が劣化され、画像を忠実に再生できないという問題が生じる。

そこで、本発明は、有効画素領域が、垂直方向の境界部によって分割されている場合に画素加算したときにおいても、有効画素領域の境界部付近における画像の連続性が破綻することを防止し、画像を忠実に再生することができる固体撮像装置及びこれを用いたカメラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置においては、光電変換素子とカラーフィルタとを含む画素部が所定の繰り返し単位で２次元状に配設された有効画素領域を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動制御する駆動制御手段と、前記固体撮像素子から出力される色毎の信号に基づいて、フレーム画像を形成する画像形成手段とを含む固体撮像装置であって、前記有効画素領域は、垂直方向の境界部によってＭ（Ｍ：２以上の整数）個に分割されており、前記固体撮像素子は、分割された有効画素領域毎に、垂直ＣＣＤの一部を構成し、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して、垂直方向に転送する通常転送段と、前記通常転送段から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送するための水平ＣＣＤと、前記垂直ＣＣＤの残部を構成し、前記通常転送段と前記水平ＣＣＤとを接続する最終転送段と、前記水平ＣＣＤから転送されてきた信号電荷に応じた信号に変換する信号電荷検出部とを備え、前記駆動制御手段は、分割された有効画素領域毎に、前記通常転送段及び水平転送段の両方において、離散的に配置された同色の画素部からの（ｍ×ｍ）（ｍ：２以上の整数）個の信号電荷が加算されるように前記通常転送段、最終転送段及び水平ＣＣＤを駆動制御し、前記画像形成手段は、各前記信号電荷検出部により変換された信号に応じたデータが所定の繰り返し単位で２次元状に並ぶように前記有効画素領域毎に当該データを並び替える第１並べ替え手段と、前記境界部付近における無効信号を含む信号に応じた分割された２つの有効画素領域のデータを、同色同士で補完されるように位置合わせして合成する合成手段と、合成後の信号のデータが前記境界部に沿って並ぶように信号のデータを並び替える第２並べ替え手段とを備えることを特徴とする。

これにより、有効画素領域が、垂直方向の境界部によって分割されている場合に画素加算したときにおいても、有効画素領域の境界部付近における画像の連続性が破綻することを防止し、画像を忠実に再生することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記最終転送段は、列の順番にｍ個のグループにグループ分けされ、同じグループ毎に同じ転送電極構成を有し、前記ｍ個のグループにおける少なくとも（ｍ−１）個のグループの最終転送段は、通常転送段及び他のグループの最終転送段と独立した転送電極を備えることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記ｍが２ｎ＋１（ｎ：１以上の整数）であることを特徴としてもよい。

また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記ｍが２ｎ（ｎ：１以上の整数）であることを特徴としてもよい。

また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記列の順番及び前記水平ＣＣＤにおける信号電荷の転送方向が前記境界部を基点として対称に配置されていることを特徴としてもよい。

なお、上記固体撮像装置を備えるカメラとして構成することもできる。

以上の説明から明らかなように、有効画素領域が、垂直方向の境界部によって分割されている場合に画素加算したときにおいても、有効画素領域の境界部付近における画像の連続性が破綻することを防止し、画像を忠実に再生することができる。

よって、本発明により、有効画素領域の高画素化が進展し、有効画素領域の高画素化が進展し、フレームレートのさらなる高速化の要請等がある状況の下において、デジタルスチルカメラや、カメラ付き携帯電話機等が普及してきた今日における本願発明の実用的価値は極めて高い。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る固体撮像装置を利用したカメラの構成を示す図である。

図１に示されるようにカメラ１は、被写体の光学像を撮像素子に結像させるレンズ１０と、レンズ１０を通過した光学像の光学処理を行うミラーや、メカニカルシャッタなどの光学系２０と、本願発明に係る固体撮像装置３０等とを備える。

固体撮像装置３０は、固体撮像素子４０と、駆動パルス制御部５０と、信号処理部６０と、デジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」とも記す。）７０と、メモリ８０等とから構成される。

固体撮像素子４０は、単板式カラーＣＣＤイメージセンサ等により実現され、光電変換素子とカラーフィルタとを含む画素部が所定の繰り返し単位で２次元状に配設された有効画素領域４１を有する。固体撮像素子４０が上述した従来の固体撮像素子と大きく異なる点は、有効画素領域４１が垂直方向の境界部４２によって２個に分割されていることである。そして、固体撮像素子４０は、分割された有効画素領域４１ａ，４１ｂ毎に、垂直ＣＣＤの一部を構成し、光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して、垂直方向に転送する通常転送段４４と、通常転送段４４から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送するための水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂと、垂直ＣＣＤの残部を構成し、通常転送段４４と水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂとを接続する最終転送段４６と、水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂから転送されてきた信号電荷に応じた信号に変換する信号電荷検出部４７ａ，４７ｂとを備える。

駆動パルス制御部５０は、ＤＳＰ７０の指示に従って、分割された有効画素領域４１ａ，４１ｂ毎に、通常転送段４４及び水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂの両方において、離散的に配置された同色の画素部からの９個の信号電荷が加算されるように、通常転送段４４、最終転送段４６及び水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂに対して種々の駆動パルスを種々のタイミングで発生させることにより、駆動制御する。

信号処理部６０は、固体撮像素子４０の信号電荷検出部４７ａ，４７ｂから出力されるフィールドスルーの信号と出力信号との差分をとる一対のＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路６１ａ，６１ｂと、ＣＤＳ回路６１ａ，６１ｂから出力されるＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）レベルの信号を検出するＯＢクランプ回路６２ａ，６２ｂと、ＯＢレベルと有効画素の信号レベルとの差分をとり、その差分のゲインを調整するＧＣＡ（Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）６３ａ，６３ｂと、ＧＣＡ６３ａ，６３ｂから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）６４ａ，６４ｂ等とから構成される。

ＤＳＰ７０は、ＡＤＣ６４ａ，６４ｂから出力されたデジタル信号をメモリ８０に格納しつつ、信号処理を施してフレーム画像を形成すると共に、駆動パルス制御部５０の制御を行う。

図２は、図１に示される固体撮像素子４０の詳細な構成を示す図である。

図２に示されるように、固体撮像素子４０は、光電変換素子４３と赤（Ｒ）、緑（Ｇｂ，Ｇｒ）、青（Ｂ）の光の三原色によるカラーフィルタとを含む画素部が所定の繰り返し単位（２×２）で２次元状に配設された有効画素領域４１を有している。

この固体撮像素子４０の固体撮像素子の構成は、境界部４２に隣接する最終転送段４６は水平ブランキング期間内の画素加算動作において３番目に選択的に動作する第３列の最終転送段４６であり、且つ、その第３列の最終転送段４６に水平転送方向に向かって隣接する最終転送段４６は２番目に選択的に動作する第２列の最終転送段４６であり、且つ、その第２列の最終転送段４６に水平転送方向に向かって隣接する最終転送段４６は１番目に選択的に動作する第１列の最終転送段４６であり、この３つの最終転送段４６を一組とする垂直転送部群が水平転送方向に向かって繰り返して配置されていることを特徴としている。そして、画素加算の動作は従来技術の説明に対して、２系統の水平転送部と信号電荷検出部を用いて境界部４２を中心として左右方向均等に動作することを特徴としている。

つまり、固体撮像素子４０の最終転送段４６は、有効画素領域４１ａ，４１ｂ毎に、列の順番に第１列、第２列、第３列の３つのグループにグループ分けされている。なお、有効画素領域４１ａについては左側の列からの順番であり、有効画素領域４１ｂについては右側の列からの順番である。

水平ＣＣＤ４５ａは、最終転送段４６を介して通常転送段４４から転送されてきた信号電荷を左方向に転送する。そして、信号電荷検出部４７ａは、水平ＣＣＤ４５ａの左端に配置されており、水平ＣＣＤ４５ａから転送されてきた信号電荷に応じた信号に変換する。これに対して、水平ＣＣＤ４５ｂは、最終転送段４６を介して通常転送段４４から転送されてきた信号電荷を右方向に転送する。そして、信号電荷検出部４７ｂは、水平ＣＣＤ４５ｂの右端に配置されており、水平ＣＣＤ４５ｂから転送されてきた信号電荷に応じた信号に変換する。

すなわち、列の順番及び水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂにおける信号電荷の転送方向が境界部４２を基点として対称に配置されている。

次いで、通常転送段４４、最終転送段４６及び水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂの電極構造について説明する。

図３は、通常転送段４４、最終転送段４６及び水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂの構造を示す図である。なお、有効画素領域４１ａ，４１ｂで対称の違いがあるだけであるので、有効画素領域４１ａにおける通常転送段４４、最終転送段４６及び水平ＣＣＤ４５ａの構造が図示されている。

図３に示される電極構造は、通常転送段４４の各々を、Ｖ１〜Ｖ６の６相の転送電極（共通電極）で構成したものである。

ただし、最終転送段４６のみは、他の垂直転送段と電極構造が異なっている。

すなわち、第１列の最終転送段４６は、他の通常転送段４４及び他の列（第２列及び第３列）の最終転送段４６のいずれとも独立して転送動作を行わせるために、第３相および第５相が、前述の共通電極とは異なる独立電極（ＶＣ１、ＶＣ２）により構成されている。

また、第２列の最終転送段４６は、第１列の最終転送段４６と同様に、他の通常転送段４４及び他の列（第１列及び第３列）の最終転送段４６のいずれとも独立して転送動作を行わせるために、第３相および第５相が、前述の共通電極並びに第１列の独立電極のいずれとも異なる独立電極（ＶＣ３、ＶＣ４）により構成されている。

なお、第３列の最終転送段４６は、通常転送段４４と同様に、Ｖ１〜Ｖ６の共通電極により構成されている。

このような電極構造をとることにより、３列毎の第１列及び第２列の最終転送段４６を他の通常転送段４４及び第３列の最終転送段４６に独立して転送動作を行わせることが可能となり、従来と同様の転送動作を実現することができる。

従って、６相駆動の場合は、例えば図３に示すように、水平ＣＣＤ４５ａ側に近い方から２番目及び４番目を独立電極とした構成が好ましい。ただし、最終転送段４６の電極構造は、これらの具体例に限定されない。

また、本実施形態では、６相駆動の電極構造を例示したが、３相または４相であっても構わない。ただし、３相または４相駆動の場合、独立電極の数は２枚となる。

なお、図４は、図３に示すような電極構造におけるゲート電極の具体的配置の一例を示す図である。

図４において、チャンネルストップの間に形成された転送路が、通常転送段４４及び最終転送段４６となる。

図４の例では、通常転送段４４は、Ｖ２、Ｖ４、及びＶ６の３枚の転送電極が、同一層の電極膜（第１層目電極）によって全列にわたる共通電極として形成されている。同様に、Ｖ１、Ｖ３、及びＶ５の３枚の転送電極も、第１層目電極よりも上層に形成される同一層の電極膜（第２層目電極）により、全列にわたる共通電極として形成されている。

一方、最終転送段４６においては、第２層目電極と同じ電極膜を、各列において島状に分離したパターン形状とすることにより、第３相および第５相の転送電極（水平ＣＣＤ４５ａに近い側から２番目及び４番目の電極）が、φＶ３Ａ〜φＶ３Ｃ及びφＶ５Ａ〜φＶ５Ｃの独立電極として形成される。

なお、図３に示されるように、第１列の通常転送段４４を独立して駆動させない場合は、図４に示されるφＶ３Ａ及びφＶ５Ａを、φＶ３及びφＶ５と同じ端子に接続すればよい。

ここで、図３に示した電極構造を例にとり、駆動パルス制御部５０から通常転送段４４、最終転送段４６及び水平ＣＣＤ４５ａの各転送電極へ与えられる制御信号のタイミングチャートと、このタイミングチャートに応じた転送電荷の様子を、図５に示す。なお、この電極構造の場合、光電変換素子４３から読み出された信号電荷は、転送電極のＶ３及びＶ４に蓄積されるようになっている。

図５において、Ｖ１〜Ｖ６、及び、ＶＣ１〜ＶＣ４のそれぞれに与えられる駆動パルスが高レベルの場合に、当該電極はストレージ部となる。また、駆動パルスが低レベルの場合に、当該電極はバリア部となる。

図５に示すタイミングチャートに従って、通常転送段４４、最終転送段４６及び水平ＣＣＤ４５ａを駆動することにより、従来と同様に９画素混合が実現できる。なお、図５に示すように、φＶ４を低レベルにするタイミング（ｔ２）よりも前に、φＶ２を高レベルにする（ｔ１）ことが好ましい。時刻ｔ１でφＶ２を高レベルとすることにより、信号電荷の蓄積電極が時刻ｔ１以前においてはφＶ３、φＶ４となり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間においてはφＶ２、φＶ３（φＶＣ３）、φＶ４となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間においてはφＶ２、φＶ３（φＶＣ３）となる。これにより、水平ＣＣＤ４５ａへ信号電荷を移動する期間に、転送しない垂直転送段の信号電荷の損失を防止できるという利点がある。

また、図６〜図１４は、図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。なお、図６〜図１４においては、通常転送段４４、最終転送段４６、水平ＣＣＤ４５ａ，４６ｂ及び境界部４２の一部だけが図示されている。また、画素加算の動作は従来技術の説明に対して、２系統の水平転送部と信号電荷検出部を用いて有効画素領域境界部を中心として左右方向均等に動作する点が異なるだけであるので、その動作内容の説明は省略する。

図１５は、固体撮像素子４０からの信号出力に基づくデータのＤＳＰ７０による並び替え後の画像イメージを示す図である。特に、図１５（ａ）は２系統の各出力信号を並び替えた場合の画像イメージ図、図１５（ｂ）は出力信号の合成処理のイメージ図、図１５（ｃ）は合成後の信号を並び替えた画像イメージ図を、それぞれ示している。

各チャンネル出力の境界部４２には無効信号と加算されている信号が存在するが、各チャンネルの信号を固体撮像素子以降の処理系にて加算することで画素加算が完成する。

すなわち、ＤＳＰ７０は、図１５（ａ）に示されるように、まず信号電荷検出部４７ａ，４７ｂにより変換された信号に応じたデータが所定の繰り返し単位で２次元状に並ぶように、有効画素領域４１ａ，４１ｂ毎に、当該データを並び替える。なお、図１５中に示される「Ｄ」は、境界部４２による無効データである。

次いで、ＤＳＰ７０は、図１５（ｂ）に示されるように、境界部４２付近における無効信号を含む信号に応じた分割された２つの有効画素領域のデータを、同色同士で補完されるように位置合わせして合成する。より詳しくは、ＤＳＰ７０は、有効画素領域４１ａの１ライン目の緑（Ｇ１６＋Ｇ１７）と有効画素領域４１ｂの１ライン目の緑（Ｇ１８）とを合成し、有効画素領域４１ａの１ライン目の赤（Ｒ１８）と有効画素領域４１ｂの１ライン目の赤（Ｒ１９＋Ｒ１Ａ）とを合成する。２ライン目、３ライン目についても同様である。

さらに、ＤＳＰ７０は、合成後の信号のデータ（１ライン目については（Ｇ１６＋Ｇ１７＋Ｇ１８）と、（Ｒ１８＋Ｒ１９＋Ｒ１Ａ）、２ライン目については（Ｂ２６＋Ｂ２７＋Ｂ２８）と、（Ｇ２８＋Ｇ２９＋Ｇ２Ａ）、３ライン目については（Ｇ３６＋Ｇ３７＋Ｇ３８）と、（Ｒ３８＋Ｒ３９＋Ｒ３Ａ））が境界部４２に沿って並ぶように信号のデータを並び替える。

このような処理を４ライン目以降について、同様に繰り返すことにより、有効画素領域が、垂直方向の境界部によって分割されている場合に画素加算したときにおいても、有効画素領域の境界部付近における画像の連続性が破綻することを防止され、連続性のある画像を忠実に再生することができる。

なお、上述の実施の形態においては、ＲＧＢのカラーフィルタで実施したが、シアン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の補色市松配列のカラーフィルタで実施してもよい。

また、上述の実施の形態では同色について３×３の９画素混合するようにしたが、他の画素数で混合するようにしてもよい。例えば２×２の４画素混合等であってもよい。この２×２の４画素混合の場合においては、通常転送段４４で２画素を混合し、最終転送段４６を２つのグループに分けて信号電荷検出部４７ａ，４７ｂでさらに２画素ずつ混合するようにすればよい。

さらに、上述の実施の形態では有効画素領域４１が２分割されている場合について実施したが、３以上に分割されていてもよい。この場合には、この分割数に応じて、水平ＣＣＤおよび信号電荷検出部の数を増やせばよい。

本発明の画像形成装置は、デジタルスチルカメラや、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等に適用することができる。

本実施の形態１に係る固体撮像装置を利用したカメラの構成を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の詳細な構成を示す図である。 固体撮像素子４０の通常転送段４４、最終転送段４６及び水平ＣＣＤ４５ａ，４５ｂの構造を示す図である。 図３に示されるような電極構造におけるゲート電極の具体的配置の一例を示す図である。 図１に示される駆動パルス制御部５０から通常転送段４４、最終転送段４６及び水平ＣＣＤ４５ａの各転送電極へ与えられる制御信号のタイミングチャートと、このタイミングチャートに応じた転送電荷の様子を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 図１に示される固体撮像素子４０の境界部４２の拡大イメージと動作の概略を示す図である。 固体撮像素子４０からの信号出力に基づくデータのＤＳＰ７０による並び替え後の画像イメージを示す図である。 従来の固体撮像素子の構成の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の画素加算動作の概略を示す図である。 従来の信号出力の並び替えの概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の画素加算動作の概略を示す図である。 オプティカルブラック領域がある場合における従来の信号出力の並び替えの概略を示す図である。

符号の説明

１ カメラ
３０ 固体撮像装置
４０ 固体撮像素子
４１，４１ａ，４１ｂ 有効画素領域
４２ 境界部
４４ 通常転送段
４５ａ，４５ｂ 水平ＣＣＤ
４６ 最終転送段
４７ａ，４７ｂ 信号電荷検出部
５０ 駆動パルス制御部
６０ 信号処理部
７０ ＤＳＰ
８０ メモリ

Claims (6)

1. 光電変換素子とカラーフィルタとを含む画素部が所定の繰り返し単位で２次元状に配設された有効画素領域を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動制御する駆動制御手段と、前記固体撮像素子から出力される色毎の信号に基づいて、フレーム画像を形成する画像形成手段とを含む固体撮像装置であって、
   前記有効画素領域は、垂直方向の境界部によってＭ（Ｍ：２以上の整数）個に分割されており、
   前記固体撮像素子は、分割された有効画素領域毎に、
   垂直ＣＣＤの一部を構成し、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を読み出して、垂直方向に転送する通常転送段と、
   前記通常転送段から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送するための水平ＣＣＤと、
   前記垂直ＣＣＤの残部を構成し、前記通常転送段と前記水平ＣＣＤとを接続する最終転送段と、
   前記水平ＣＣＤから転送されてきた信号電荷に応じた信号に変換する信号電荷検出部とを備え、
   前記駆動制御手段は、分割された有効画素領域毎に、前記通常転送段及び水平転送段の両方において、離散的に配置された同色の画素部からの（ｍ×ｍ）（ｍ：２以上の整数）個の信号電荷が加算されるように前記通常転送段、最終転送段及び水平ＣＣＤを駆動制御し、
   前記画像形成手段は、
   各前記信号電荷検出部により変換された信号に応じたデータが所定の繰り返し単位で２次元状に並ぶように前記有効画素領域毎に当該データを並び替える第１並べ替え手段と、
   前記境界部付近における無効信号を含む信号に応じた分割された２つの有効画素領域のデータを、同色同士で補完されるように位置合わせして合成する合成手段と、
   合成後の信号のデータが前記境界部に沿って並ぶように信号のデータを並び替える第２並べ替え手段とを備える
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記最終転送段は、列の順番にｍ個のグループにグループ分けされ、同じグループ毎に同じ転送電極構成を有し、
   前記ｍ個のグループにおける少なくとも（ｍ−１）個のグループの最終転送段は、通常転送段及び他のグループの最終転送段と独立した転送電極を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記ｍが２ｎ＋１（ｎ：１以上の整数）である
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
4. 前記ｍが２ｎ（ｎ：１以上の整数）である
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
5. 前記列の順番及び前記水平ＣＣＤにおける信号電荷の転送方向が前記境界部を基点として対称に配置されている
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
6. 請求項１に記載の固体撮像装置を備えたカメラ。

Images