JP5141273B2 - 固体撮像装置、その駆動方法、及びデジタルカメラ - Google Patents

Description

本発明は、電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いた固体撮像装置の駆動方法に関し、特に２本の水平ＣＣＤレジスタを備えた固体撮像装置、その駆動方法、及びデジタルカメラに関する。

電荷結合素子（ＣＣＤ）で構成された固体撮像装置を高精細化する一つの手法として、特許文献１で開示された２本の水平ＣＣＤレジスタを装備する方法がある。すなわち、この方法に依れば、水平ＣＣＤレジスタの電極ピッチが１本の水平ＣＣＤレジスタを装備した場合の２倍となるために半導体製造工程におけるマスクパターンルールが緩和され、高精細化が容易となる。しかも水平ＣＣＤレジスタ１本当たりの駆動周波数が１／２に緩和されるため、駆動も容易となる。例えば、ＳＭＰＴＥ（エスエムピーティーイー、米国映画テレビ技術者協会）２７４Ｍ規格に準拠した有効画素数１９２０（水平）×１０８０（垂直）、画面サイズ２／３型相当のＨＤ（ハイディフィニション）ＣＣＤに適用した場合、水平ＣＣＤレジスタ一転送段当りの電極ピッチは１本の水平ＣＣＤレジスタだけを装備した場合の５μmから２倍の１０μmへと拡大される。また、水平ＣＣＤレジスタ１本当たりの駆動周波数も７４．２５ＭＨｚから１／２の３７．１２５ＭＨｚへと緩和される。

一方、近年、固体撮像装置の高精細化や昼夜間監視などの多用途化に伴って、高感度化や高Ｓ／Ｎ化に対する要請が一段と高まっている。固体撮像装置を高感度化したり高Ｓ／Ｎ化する方法として、光電変換部にオンチップマイクロレンズアレーを設けたり、出力部にインパクト・イオン化現象によって二次電子を生成する電子増倍レジスタを設けるなど構造上の工夫がある。また、信号電荷蓄積時間を長くしたり、隣接画素の信号電荷を加算したりするなど駆動上の工夫もある。これらの工夫のうち、信号電荷を加算する方法は解像度が犠牲になるものの、用途を限定すれば簡便に高感度化が達成できる便利な方法であり、例えば、特許文献２では水平ＣＣＤレジスタの出力端で水平画素加算を行う方法が開示されている。

しかしながら、上述した２本の水平ＣＣＤレジスタを装備した固体撮像装置においては、水平ＣＣＤレジスタの１転送段分に対して２本の垂直ＣＣＤレジスタが対応して配置されているため、隣接した垂直ＣＣＤレジスタからの信号電荷を水平ＣＣＤレジスタ１本だけを用いて出力端まで分離したまま転送することは原理的に不可能である。このため、かかる構造の固体撮像装置に特許文献２を適用することは出来ない。

特許文献２に記載の技術に代わって、２本の水平ＣＣＤレジスタを装備した固体撮像装置でも水平画素加算が行える方法が、特許文献３と特許文献４で開示されている。以下ではこの方法について詳しく説明する。

図１３は、特許文献４で開示された固体撮像装置を示すブロック図である。同図は固体撮像装置の駆動方法を基に分かり易く再構成した関連技術であり、固体撮像装置１０１はフォトダイオードと垂直ＣＣＤレジスタ（いずれも図示せず）が配置された撮像領域１０２と、この撮像領域１０２の一端に平行に配置された垂直水平レジスタ間転送ゲート１０３と第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４、水平レジスタ間転送ゲート１０５および第２の水平ＣＣＤレジスタ１０６と、それぞれの水平ＣＣＤレジスタの出力端に接続された出力アンプ１０７、１０８とで構成されている。
また、出力アンプ１０７、１０８からの出力はＣＤＳ（コリレーティドダブルサンプリング、相関二重サンプリング）回路を初めとするＣＣＤ雑音除去回路１０９、１１０に接続されている。

ここで、ＣＣＤ雑音除去回路１０９からの出力は、サンプリング回路１１１に直接接続されているのに対し、ＣＣＤ雑音除去回路１１０からの出力は、水平ＣＣＤレジスタ１０４，１０６のクロック周期の半分に相当する遅延時間を有する遅延回路１１２を介してサンプリング回路１１３に接続されている。サンプリング回路１１１および１１３からの出力信号はコンデンサ１１４で合成された上で増幅器１１５を介して通常の時系列映像信号として外部へ出力される。

また、ここで、固体撮像装置１０１は、本明細書での説明の便宜上、ＳＭＰＴＥ ２７４Ｍ規格に準拠した有効画素数１９２０（水平）×１０８０（垂直）のインタライン転送方式のＨＤＣＣＤであり、フィールド読み出しモードに対応しているものとする。すなわち、垂直ＣＣＤレジスタ（図示せず）は４相駆動パルス（ΦV1，ΦV2，ΦV3，ΦV4）で駆動される。また、垂直水平レジスタ間転送ゲート１０３は垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHで駆動され、水平レジスタ間転送ゲート１０５は水平レジスタ間転送パルスΦHHGで駆動される。

次いで、水平ＣＣＤレジスタ１０４，１０６の本体部は２相駆動パルス（ΦH1，ΦH2）で駆動されるが、その最終転送段は別個のパルスΦHLで駆動されるものとする。ここでΦHLの位相はΦH1と同一とする。さらに、水平ＣＣＤレジスタ１０４と１０６での電荷検出は同一位相のリセットゲートパルスΦRを用いてフローティング・ディフュージョン法で行うものとする。また、固体撮像装置１０１を動作させるための全ての駆動パルスと、ＣＣＤ雑音除去回路１０９、１１０を動作させるためのファーストサンプリングパルスΦS101、水平画素加算ステータス表示信号H.ADD、およびサンプリング回路１１１とパルス選別回路１１７へ供給されるセカンドサンプリングパルスΦS121，ΦS122はタイミング・ジェネレータ１１６で生成されるものとする。なお、サンプリング回路１１３へ供給するサンプリングパルスΦS122'はパルス選別回路１１７でセカンドサンプリングパルスΦS122を水平画素加算ステータス表示信号H.ADDでゲートして生成されている。

次に、図１４〜図１９を用いて図１３の本発明に関連する固体撮像装置の動作を説明する。
まず、図１４、図１５および図１６は、それぞれ、本発明の関連技術における通常駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示すタイミングチャートと、水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図、および再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。

図１４において、通常駆動時には水平レジスタ間転送パルスΦHHGが水平ブランキング期間内の定められた期間で１１８に示す如くオン状態となり、また水平画素加算ステータス表示信号H.ADDがオフ状態となってサンプリング回路１１３へ供給されるサンプリングパルスΦS122’がセカンドサンプリングパルスΦS122と同一となっているのが特徴である。

また、図１５において図１３と同様の構成要素には同一の符号を用いた。
図１５において網目模様を施した領域１１９はチャネルストップ領域、１２０〜１２３は垂直ＣＣＤレジスタ、１２４と１２５は第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４と第２の水平ＣＣＤレジスタ１０６を結合する電荷転送チャネル、１２６は水平駆動パルスΦH1が印加される水平ＣＣＤレジスタ転送電極、１２７は水平駆動パルスΦH2が印加される水平ＣＣＤレジスタ転送電極である。

図１６において１２８は撮像領域１０２にマトリックス状に配置されたフォトダイオードを示しており、N、N+1、N+2は第１フィールドのライン番号を示し、またN'、(N+1)'は第２フィールドのライン番号を示している。また、同図において、記号"○"と記号"●"とは、それぞれ第１フィールドと第２フィールドのサンプリング中心点を示している。

ここで、図１４〜図１６を用いて本発明に関連する固体撮像装置の通常駆動時における動作を説明する。
まず、水平ブランキング期間の時刻t111において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオン状態になると、垂直ＣＣＤレジスタ１２０、１２１、１２２、１２３中の信号１２９、１３０、１３１、１３２は垂直水平レジスタ間転送ゲート１０３ヘと転送される。
以下では説明の便宜上、信号１２９、１３０、１３１、１３２は、それぞれ記号"★"、記号"▲"、記号"●"、記号"■"で表示されている。

次に、時刻t112において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオフ状態になると、信号１２９、１３０、１３１、１３２は第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４へ一斉に転送される。さらに、時刻t113において水平レジスタ間転送パルスΦHHGがオン状態のままで水平駆動パルスΦH1がオン状態になると、第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４の転送電極１２７下に蓄積されていた信号１３０（記号"▲"）と１３２（記号"■"）はそれぞれ電荷転送チャネル１２４と１２５へ転送される。最後に、時刻t114において水平駆動パルスΦH1がオン状態のままで水平レジスタ間転送パルスΦHHGがオフ状態になると、電荷転送チャネル１２４と１２５に蓄積されていた信号１３０（記号"▲"）と１３２（記号"■"）は、第２の水平ＣＣＤレジスタ１０６の転送電極１２６下に転送される。

一方、第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４の転送電極１２６下に蓄積されている信号１２９（記号"★"）と１３１（記号"●"）は、時刻t112から時刻t114の期間中は同電極下に留まり続けている。以上の動作により、垂直ＣＣＤレジスタ１２０〜１２３からの信号電荷のうち、信号１２９（記号"★"）と１３１（記号"●"）は第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４に振り分けられ、また、信号１３０（記号"▲"）と１３２（記号"■"）は第２の水平ＣＣＤレジスタ１０６に振り分けられたことになる。

次に、有効映像期間になって水平駆動パルスΦH1とΦH2とが連続動作を始めると、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタ１０４、１０６中のすべての信号電荷が水平方向（紙面左方向）へ同時に転送され、フローティング・ディフュージョン法で電荷検出されて振幅変調されたＣＣＤ出力電圧信号へと変換される。
ここで２つの出力部には同一位相のリセットゲートパルスΦRを用いているため、第２の水平ＣＣＤレジスタ１０６からの信号は位相が半クロック分進相されて出力されることになる。すなわち、図１４の出力信号CCD OUT1とCCD OUT2において、信号１２９（記号"★"）と１３０（記号"▲"）とが同一タイミングで出力された後に、信号１３１（記号"●"）と１３２（記号"■"）が同一タイミングで出力されている。

固体撮像装置１０１の出力アンプ１０７からの出力信号はＣＣＤ雑音除去回路１０９に入力されて雑音除去された後に、サンプリング回路１１１へ印加される。他方、出力アンプ１０８からの出力信号はＣＣＤ雑音除去回路１１０に入力されて雑音除去された後に、前述した半クロック分の位相の進相を補正するために遅延回路１１２で半クロック分遅延されてサンプリング回路１１３へ印加される。サンプリング回路１１１と１１３はそれぞれ１８０°位相の異なるサンプリングパルスΦS121とΦS122'で動作しているため、両者の信号はコンデンサ１１４で合成されて、増幅器１１５からは信号１２９（記号"★"）、１３０（記号"▲"）、１３１（記号"●"）、１３２（記号"■"）の順に順序正しく出力されることになる。

以上の本発明に関連する固体撮像装置の通常駆動時における動作を図１６にまとめると、ＣＣＤはフィールド読み出しモードで動作しているため、フォトダイオード１２８からの信号電荷は垂直方向に２つずつ加算され、また水平方向には加算されずに出力されることになる。従って、この場合の垂直解像度は約７００ＴＶ本、水平解像度は約１，０００ＴＶ本となる。

次に、図１７〜図１９を用いて図１３に示した固体撮像装置の水平画素加算駆動時における動作を説明する。
ここで、図１７、図１８および図１９は、それぞれ、本発明の関連技術における水平画素加算駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示すタイミングチャートと、水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図、および再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。

図１７において、水平画素加算駆動時には水平レジスタ間転送パルスΦHHGが１３３に示す如く常時オフ状態となり、また水平画素加算ステータス表示信号H.ADDがオン状態となってサンプリング回路１１３へ供給されるサンプリングパルスΦS122'がオフ状態（ローレベル）となっているのが特徴である。また、図１８において図１３および図１５と同一番号は同一構成要素を示し、図１９において図１６と同一番号、同一記号は同一構成要素を示している。

まず、水平ブランキング期間の時刻t121において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオン状態になると、垂直ＣＣＤレジスタ１２０、１２１、１２２、１２３中の信号１３４、１３５、１３６、１３７は垂直水平レジスタ間転送ゲート１０３ヘと転送される。
以下では説明の便宜上、信号１３４、１３５、１３６、１３７は、それぞれ記号"★"、記号"▲"、記号"●"、記号"■"で表示されている。

次に、時刻t122において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオフ状態になると、信号１３４、１３５、１３６、１３７は第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４へ一斉に転送される。次いで、時刻t123において水平駆動パルスΦH1がオン状態になると、第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４の転送電極１２７下に蓄積されていた信号１３５（記号"▲"）と信号１３７（記号"■"）とは、水平レジスタ間転送パルスΦHHGがオフ状態となっているために通常駆動時のように電荷転送チャネル１２４、１２５には転送されずに、水平ＣＣＤレジスタ１０４の転送電極１２６下へと転送され、ここで信号１３４（記号"★"）および信号１３６（記号"●"）のそれぞれと加算される。

以上の動作により、垂直ＣＣＤレジスタ１２０〜１２３からの信号電荷のうち、信号１３４（記号"★"）と信号１３５（記号"▲"）および信号１３６（記号"●"）と信号１３７（記号"■"）とが、第１の水平ＣＣＤレジスタ１０４中にて電荷レベルで加算されたことになる。

次に、有効映像期間になって水平駆動パルスΦH1とΦH2が連続動作を始めると、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタ１０４中の信号電荷が水平方向（紙面左方向）へ転送され、フローティング・ディフュージョン法で電荷検出されて振幅変調されたＣＣＤ出力電圧信号へと変換される。このとき第２と水平ＣＣＤレジスタ１０６中には信号電荷は存在しないため信号は出力されない。

固体撮像装置１０１の出力アンプ１０７からの出力信号はＣＣＤ雑音除去回路１０９に入力されて雑音除去された後に、サンプリング回路１１１へ印加されてセカンドサンプリングパルスΦS121にてサンプリングされる。

他方、出力アンプ１０８からの出力はＣＣＤ雑音除去回路１１０と遅延回路１１２とを介してサンプリング回路１１３へ接続されているが、ＣＣＤからの出力はなく、しかもサンプリングパルスΦS122'がオフ状態（ローレベル）となっているために、この系統からは何も出力されない。よって増幅器１１５からは信号１３４（記号"★"）と信号１３５（記号"▲"）とが加算された信号が出力され、次いで信号１３６（記号"●"）と信号１３７（記号"■"）とが加算された信号が出力されることになる。
また、本発明に関連する固体撮像装置の水平画素加算駆動時における動作は、第１フィールドと第２フィールドとで全く同じタイミングで行われている。

以上の本発明に関連する固体撮像装置の水平画素加算駆動時における動作を図１９にまとめると、ＣＣＤはフィールド読み出しモードで動作しているため、フォトダイオード１２８からの信号電荷は垂直方向と水平方向にそれぞれ２つずつ加算されて、その振幅が通常駆動時（図１６）の２倍に増倍されて出力される。すなわち、感度が２倍となって出力されることになる。

関連する技術の一例が特許文献５〜９に記載されている。
特許文献５の固体撮像装置は、露光量の異なる複数の画像信号を出力する固体撮像素子と、固体撮像素子から出力される画像信号を合成する信号合成手段と、を有し、固体撮像素子から出力される画像信号のうち少なくとも１つは、他の画像信号に比べ画素数の少ない画像信号である。

この固体撮像装置によれば、固体撮像素子の露光及び信号読み出しモードを制御し、１フィールド分の短時間露光信号と１フレーム分の長時間露光信号を撮影しこれらを合成することで、固体撮像素子の画素数並みの解像度を持ちながらもダイナミックレンジが拡大された画像を撮影することができるとしている。

特許文献６の固体撮像装置は、入射光を画素単位で信号電荷に変換して蓄積する受光部と、受光部から垂直列毎に読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から移された信号電荷を各々水平方向に転送する複数（ｎ本）の水平転送部と、複数の水平転送部のうち垂直転送部側の第１の水平転送部に移された信号電荷の一部を他の水平転送部に選択的に転送する転送ゲートと、第１の水平転送部から他の水平転送部への信号電荷の転送を禁止しつつ第１の水平転送部において隣り合うｎ画素分の信号電荷を混合して水平転送すべく転送ゲート及び第１の水平転送部を駆動する駆動手段とを備えたものである。

この固体撮像装置によれば、第１の水平転送部から他の水平転送部への信号電荷の転送を禁止しつつ第１の水平転送部で隣り合うｎ画素分の信号電荷を混合して水平転送することにより、受光セル面積が等価的に大きくなって信号量が増えるため、高感度化及び高Ｓ／Ｎ化が図れるとしている。

特許文献７の撮像装置は、読み出すフィールド期間において、フィールドの走査位置に相当する第１の信号及び走査位置に隣接した走査位置に相当する第２の信号がそれぞれ読み出される固体撮像素子と、第２の信号を１水平走査期間遅延する遅延回路と、この遅延回路出力と第２の信号とを加算する第１の加算器と、この第１の加算器出力と第１の信号とを加算する第２の加算器とを具備するものである。

この撮像装置によれば、ＣＣＤから１線読み出しを行ない、読み出されたフィールドに隣接するフィールドの走査上に相当する信号を処理して垂直輪郭信号を得て、これを読み出されたフィールドの走査上の信号に加えてＣＣＤ出力としている。これにより、垂直解像度の劣化を防止することができるとともに、感度向上が行なえるとしている。

特許文献８の固体撮像装置は、２次元的に配置された光電変換画素と、光電変換画素に隣接し垂直方向に信号電荷を転送する複数の垂直転送レジスタと、垂直方向に転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタと、水平方向に転送された信号電荷を画素単位のアナログ信号として取り出すため画素周期で固定電位にリセットするリセットゲートおよび出力増幅器とを有するＣＣＤ固体撮像素子と；リセットゲートに供給するゲート駆動パルスの周期を１画素周期と１水平ライン毎に位相が１８０度反転する２画素周期とに切り替える位相切替手段と；ＣＣＤ固体撮像素子の出力信号を１水平ライン遅延させる第１の１Ｈ遅延線と；第１の遅延線の出力信号を１水平ライン遅延させる第２の１Ｈ遅延線と；ＣＣＤ固体撮像素子の出力信号と第２の１Ｈ遅延線の出力信号とを加算平均する加算平均回路と；この加算平均された信号と第１の１Ｈ遅延線の出力とを１画素周期で交互にサンプルホールドするサンプルホールド手段とを備えたものである。

この固体撮像装置によれば、ＣＣＤ固体撮像素子のリセットゲートに印加するリセットパルスを２画素周期２Ｔの間欠駆動とし、水平隣接画素の電荷を混合することにより２倍の感度を実現しながらも、リセットパルスの位相制御と垂直相関を利用した信号の内挿処理との組み合わせにより、画素混合によって水平解像度が半減する従来例に比較して、水平解像度の低下を３／４に抑えることができるという効果を有するとしている。
特開昭５９−１３３６９号公報 特開平４−７０２８２号公報 特開平４−３３７９８３号公報 特開平５−４１８３５号公報 特開２００１−１４８８０５号公報 特開平５−４１８３５号公報 特開平６−６２３２５号公報 特開平６−２０９４３４号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜６、８に記載の技術では、感度こそ２倍になるものの、水平解像度に関しては、水平画素加算の位相が第１フィールドと第２フィールドとで同一のため、通常駆動時の半分の約５００ＴＶ本まで劣化してしまうという大きな欠点があった。なお、垂直解像度は通常駆動時と同じ約７００ＴＶ本のままである。
また、特許文献７、８に記載の技術においても、高解像度への要求は限りがなく、まだ十分とは言えないのが現状である。
そこで、本発明の目的は、水平画素加算を行う際に、２倍の感度向上を保ったまま水平解像度の劣化を最小限に留める事が出来る固体撮像装置、その駆動方法及びデジタルカメラを提供することにある。

本発明の装置は、複数の光電変換部とこれらの各光電変換部に対応して設けられた複数の垂直ＣＣＤレジスタが配置された撮像領域と、この撮像領域の一端に平行に配置され垂直ＣＣＤレジスタからの信号電荷を水平方向に転送する第１と第２の水平ＣＣＤレジスタと、これら第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの間に平行に配置され第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送する水平レジスタ間転送ゲートと、第１と第２の動作モードを択一的に設定する動作モード設定手段と、動作モード設定手段による第１の動作モードの設定時は、第１の水平ＣＣＤレジスタから第２の水平ＣＣＤレジスタへの信号電荷の転送を禁止した上で、第１フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで一方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算して水平方向へ転送すべく水平レジスタ間転送ゲート及び第１の水平ＣＣＤレジスタを駆動し、また第２フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで他方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算した上で第１フィールドより半転送段分多く水平方向へ転送すべく水平レジスタ間転送ゲート及び第１の水平ＣＣＤレジスタを駆動し、第２の動作モードの設定時は、第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送した後に信号電荷を加算することなく水平方向へ同時に転送すべく水平レジスタ間転送ゲート及び第１と第２の水平ＣＣＤレジスタを駆動する駆動手段と、第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を処理する第１の信号処理系と、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を択一的に選択して処理した上で半クロック分の位相遅延を与える第２の信号処理系とを有し、第１の動作モードの設定時は、第２の信号処理系で第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１フィールドにおいては第１の信号処理系を経由した信号のみを出力し、また第２フィールドにおいては第２の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２の動作モードの設定時は、第２の信号処理系で第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１と第２の信号処理系を経由した２系統の信号を合成して出力する信号処理手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のデジタルカメラは上記固体撮像装置を用いたことを特徴とする。

本発明の方法は、複数の光電変換部とこれらの各光電変換部に対応して設けられた複数の垂直ＣＣＤレジスタが配置された撮像領域と、この撮像領域の一端に平行に配置され垂直ＣＣＤレジスタからの信号電荷を水平方向へ転送する第１と第２の水平ＣＣＤレジスタと、これら第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの間に平行に配置され第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送する水平レジスタ間転送ゲートと、第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を処理する第１の信号処理系と、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を択一的に選択して処理した上で半クロック分の位相遅延を与える第２の信号処理系とを有する信号処理手段とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、第１の動作モードの設定時は、第１の水平ＣＣＤレジスタから第２の水平ＣＣＤレジスタへの信号電荷の転送を禁止すると同時に第２の信号処理系で第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで一方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算して水平方向へ転送して第１の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで他方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算した上で第１フィールドより半転送段分多く水平方向へ転送して第２の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２の動作モードの設定時は、第２の信号処理系で第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送した後に信号電荷を加算することなく水平方向へ同時に転送して第１と第２の信号処理系を経由した２系統の信号を合成して出力することを特徴とする。

本発明によれば、水平画素加算の位相が第１フィールドと第２フィールドとで１８０°オフセットしているため、水平解像度の劣化を３割程度に留めたままで２倍の感度向上が可能となる。この結果、水平画素加算を行う際に、２倍の感度向上を保ったまま水平解像度の劣化を最小限に留める事が出来る。

本発明に係る固体撮像装置の一実施の形態は、複数の光電変換部とこれらの各光電変換部に対応して設けられた複数の垂直ＣＣＤレジスタが配置された撮像領域と、この撮像領域の一端に平行に配置され垂直ＣＣＤレジスタからの信号電荷を水平方向に転送する第１と第２の水平ＣＣＤレジスタと、これら第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの間に平行に配置され第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送する水平レジスタ間転送ゲートと、第１と第２の動作モードを択一的に設定する動作モード設定手段と、動作モード設定手段による第１の動作モードの設定時は、第１の水平ＣＣＤレジスタから第２の水平ＣＣＤレジスタへの信号電荷の転送を禁止した上で、第１フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで一方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算して水平方向へ転送すべく水平レジスタ間転送ゲート及び第１の水平ＣＣＤレジスタを駆動し、また第２フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで他方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算した上で第１フィールドより半転送段分多く水平方向へ転送すべく水平レジスタ間転送ゲート及び第１の水平ＣＣＤレジスタを駆動し、第２の動作モードの設定時は、第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送した後に信号電荷を加算することなく水平方向へ同時に転送すべく水平レジスタ間転送ゲート及び第１と第２の水平ＣＣＤレジスタを駆動する駆動手段と、第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を処理する第１の信号処理系と、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を択一的に選択して処理した上で半クロック分の位相遅延を与える第２の信号処理系とを有し、第１の動作モードの設定時は、第２の信号処理系で第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１フィールドにおいては第１の信号処理系を経由した信号のみを出力し、また第２フィールドにおいては第２の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２の動作モードの設定時は、第２の信号処理系で第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１と第２の信号処理系を経由した２系統の信号を合成して出力する信号処理手段とを備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、水平画素加算の位相が第１フィールドと第２フィールドとで１８０°オフセットしているため、水平解像度の劣化を３割程度に留めたままで２倍の感度向上が可能となる。この結果、水平画素加算を行う際に、２倍の感度向上を保ったまま水平解像度の劣化を最小限に留める事が出来る。

本発明に係る固体撮像装置の他の実施の形態は、上記構成に加え、信号処理手段の出力側に設けられ同一信号を反転させて２度サンプリングする第１と第２のサンプリング手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るデジタルカメラは、上記固体撮像装置を用いたことを特徴とする。
ここで、デジタルカメラとしては、ＣＣＤの光路上に配置されるレンズを含む光学系、映像出力を記憶するメモリ（例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ）、映像出力をモニタする表示手段（例えば、液晶表示装置）を有するものである。

本発明の方法は、複数の光電変換部とこれらの各光電変換部に対応して設けられた複数の垂直ＣＣＤレジスタが配置された撮像領域と、この撮像領域の一端に平行に配置され垂直ＣＣＤレジスタからの信号電荷を水平方向へ転送する第１と第２の水平ＣＣＤレジスタと、これら第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの間に平行に配置され第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送する水平レジスタ間転送ゲートと、第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を処理する第１の信号処理系と、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を択一的に選択して処理した上で半クロック分の位相遅延を与える第２の信号処理系とを有する信号処理手段とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、第１の動作モードの設定時は、第１の水平ＣＣＤレジスタから第２の水平ＣＣＤレジスタへの信号電荷の転送を禁止すると同時に第２の信号処理系で第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで一方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算して水平方向へ転送して第１の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで他方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算した上で第１フィールドより半転送段分多く水平方向へ転送して第２の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２の動作モードの設定時は、第２の信号処理系で第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送した後に信号電荷を加算することなく水平方向へ同時に転送して第１と第２の信号処理系を経由した２系統の信号を合成して出力することを特徴とする。

上記構成によれば、水平画素加算の位相が第１フィールドと第２フィールドとで１８０°オフセットしているため、水平解像度の劣化を３割程度に留めたままで２倍の感度向上が可能となる。この結果、水平画素加算を行う際に、２倍の感度向上を保ったまま水平解像度の劣化を最小限に留める事が出来る。

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の一実施の形態は、複数の光電変換部とこれらの各光電変換部に対応して設けられた複数の垂直ＣＣＤレジスタが配置された撮像領域と、この撮像領域の一端に平行に配置され垂直ＣＣＤレジスタからの信号電荷を水平方向へ転送する第１と第２の水平ＣＣＤレジスタと、これら第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの間に平行に配置され第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送する水平レジスタ間転送ゲートと、第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を処理する第１の信号処理系と、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を択一的に選択して処理した上で半クロック分の位相遅延を与える第２の信号処理系とを有する信号処理手段とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、第１の動作モードの設定時は、第１の水平ＣＣＤレジスタから第２の水平ＣＣＤレジスタへの信号電荷の転送を禁止すると同時に第２の信号処理系で第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで一方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算して水平方向へ転送して第１の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２フィールドにおいては第１の水平ＣＣＤレジスタで他方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算した上で第１フィールドより半転送段分多く水平方向へ転送して第２の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２の動作モードの設定時は、第２の信号処理系で第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送した後に信号電荷を加算することなく水平方向へ同時に転送して第１と第２の信号処理系を経由した２系統の信号を合成して出力することを特徴とする。

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の他の実施の形態は、上記構成に加え、信号処理手段の出力からの同一信号を反転させて２度サンプリングすることを特徴とする。

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。

次に本発明に係る固体撮像装置の第１の実施例について説明する。
［構成の説明］
図１は、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法を適用した固体撮像装置の第１の実施例を示すブロック図である。
固体撮像装置１は、フォトダイオードと垂直ＣＣＤレジスタ（いずれも図示せず）とが配置された撮像領域２と、この撮像領域２の一端に平行に配置された垂直水平レジスタ間転送ゲート３と、第１の水平ＣＣＤレジスタ４、水平レジスタ間転送ゲート５および第２の水平ＣＣＤレジスタ６と、それぞれの水平ＣＣＤレジスタの出力端に接続された出力アンプ７、８とで構成されている。

また、出力アンプ７、８からの出力はＣＤＳ（コリレーティドダブルサンプリング、相関二重サンプリング）回路を初めとするＣＣＤ雑音除去回路９、１０に接続されている。
ここで、ＣＣＤ雑音除去回路９からの出力は、サンプリング回路１１に直接接続されると同時に信号切替器１２の一方の入力端子に接続されている。

他方、ＣＣＤ雑音除去回路１０からの出力は、信号切替器１２の他方の入力端子に接続されている。信号切替器１２からの出力は水平ＣＣＤレジスタ４，６のクロック周期の半分に相当する遅延時間を有する遅延回路１３を介してサンプリング回路１４に接続されている。サンプリング回路１１および１４からの出力信号はコンデンサ１５で合成された上で増幅器１６を介して通常の時系列映像信号として外部へ出力される。

ここで、固体撮像装置１は、本明細書での説明の便宜上、ＳＭＰＴＥ ２７４Ｍ規格に準拠した有効画素数１，９２０（水平）×１，０８０（垂直）のインタライン転送方式のＨＤＣＣＤであり、フィールド読み出しモードに対応しているものとする。すなわち、垂直ＣＣＤレジスタ（図示せず）は４相駆動パルス（ΦV1，ΦV2，ΦV3，ΦV4）で駆動される。

また、垂直水平レジスタ間転送ゲート３は、垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHで駆動され、水平レジスタ間転送ゲート５は水平レジスタ間転送パルスΦHHGで駆動される。

次いで、水平ＣＣＤレジスタ４，６の本体部は２相駆動パルス（ΦH1，ΦH2）で駆動されるが、その最終転送段は別個のパルスΦHLで駆動されるものとする。
ここでΦHLの位相はΦH1と同一とする。さらに、水平ＣＣＤレジスタ４と６での電荷検出は同一位相のリセットゲートパルスΦRを用いてフローティング・ディフュージョン法で行うものとする。
また、固体撮像装置１を動作させるための全ての駆動パルスと、ＣＣＤ雑音除去回路９、１０とを動作させるためのファーストサンプリングパルスΦS1、水平画素加算ステータス表示信号H.ADD、フィールド・インデックス信号FI、およびセカンドサンプリングパルスΦS21，ΦS22はタイミング・ジェネレータ１７で生成されるものとする。

なお、サンプリング回路１１、１４へ供給するそれぞれのサンプリングパルスΦS21、ΦS21は、パルス選別回路１８でタイミング・ジェネレータ１７からのセカンドサンプリングパルスΦS21、ΦS22を水平画素加算ステータス表示信号H.ADDとフィールド・インデックス信号FIとでゲートして生成されている。

［動作の説明］
次に、図２〜図８を用いて図１に示した固体撮像装置の動作を説明する。
まず、図２、図３および図４は、それぞれ、通常駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示すタイミングチャートと、水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図、および再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。

図２において、通常駆動時には水平レジスタ間転送パルスΦHHGが水平ブランキング期間内の定められた期間で１９に示す如くオン状態となり、また水平画素加算ステータス表示信号H.ADDがオフ状態となることによってＣＣＤ雑音除去回路１０の出力が信号切替器１２を介して遅延回路１３へ常時接続され、さらにサンプリング回路１１、１４へ供給されるサンプリングパルスΦS21、ΦS22が、それぞれセカンドサンプリングパルスΦS21及びΦS22と同一となっているのが特徴である。

また、図３において図１と同一番号は同一構成要素を示している。
同図において網目模様を施した領域２０はチャネルストップ領域を示し、２１〜２５は垂直ＣＣＤレジスタを示す。２６と２７とは第１の水平ＣＣＤレジスタ４と第２の水平ＣＣＤレジスタ６とを結合する電荷転送チャネルを示す。２８は水平駆動パルスΦH1が印加される水平ＣＣＤレジスタ転送電極を示し、２９は水平駆動パルスΦH2が印加される水平ＣＣＤレジスタ転送電極を示す。

図４において３０は撮像領域２にマトリックス状に配置されたフォトダイオードを示し、N、N+1、N+2は第１フィールドのライン番号を示している。またN'、(N+1)'は第２フィールドのライン番号を示している。同図において、記号"○"と記号"●"とは、それぞれ第１フィールドと第２フィールドのサンプリング中心点とを示している。

ここで、図２〜図４を用いて本発明による固体撮像装置の通常駆動時における動作を説明する。
まず、水平ブランキング期間の時刻t11において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオン状態になると、垂直ＣＣＤレジスタ２１、２２、２３、２４中の信号３１、３２、３３、３４は垂直水平レジスタ間転送ゲート３ヘと転送される。

以下では説明の便宜上、信号３１、３２、３３、３４は、それぞれ記号"★"、記号"▲"、記号"●"、記号"■"で表示されている。

次に、時刻t12において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオフ状態になると、信号３１、３２、３３、３４は第１の水平ＣＣＤレジスタ４へ一斉に転送される。
さらに、時刻t13において水平レジスタ間転送パルスΦHHGがオン状態のままで水平駆動パルスΦH1がオン状態になると、第１の水平ＣＣＤレジスタ４の転送電極２９下に蓄積されていた信号３２（記号"▲"）と信号３４（記号"■"）とはそれぞれ電荷転送チャネル２６、２７へ転送される。
最後に、時刻t14において水平駆動パルスΦH1がオン状態のままで水平レジスタ間転送パルスΦHHGがオフ状態になると、電荷転送チャネル２６、２７に蓄積されていた信号３２（記号"▲"）と信号３４（記号"■"）とは、第２の水平ＣＣＤレジスタ６の転送電極２８下に転送される。

一方、第１の水平ＣＣＤレジスタ４の転送電極２８下に蓄積されている信号３１（記号"★"）と信号３３（記号"●"）とは、時刻t12から時刻t14の期間中は同電極下に留まり続けている。

以上の動作により、垂直ＣＣＤレジスタ２１〜２４からの信号電荷のうち、信号３１（記号"★"）と信号３３（記号"●"）とは第１の水平ＣＣＤレジスタ４に振り分けられ、また、信号３２（記号"▲"）と信号３４（記号"■"）とは第２の水平ＣＣＤレジスタ６に振り分けられたことになる。

次に、有効映像期間になって水平駆動パルスΦH1、ΦH2が連続動作を始めると、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタ４、６中のすべての信号電荷が水平方向（紙面左方向）へ同時に転送され、フローティング・ディフュージョン法で電荷検出されて振幅変調されたＣＣＤ出力電圧信号へと変換される。

ここで２つの出力部には同一位相のリセットゲートパルスΦRを用いているため、第２の水平ＣＣＤレジスタ６からの信号は位相が半クロック分進相されて出力されることになる。
すなわち、図２の出力信号CCD OUT1とCCD OUT2において、信号３１（記号"★"）と信号３２（記号"▲"）とが同一タイミングで出力された後に、信号３３（記号"●"）と信号３４（記号"■"）とが同一タイミングで出力されている。

固体撮像装置１の出力アンプ７からの出力信号はＣＣＤ雑音除去回路９に入力されて雑音除去された後に、サンプリング回路１１へ印加される。
他方、出力アンプ８からの出力信号はＣＣＤ雑音除去回路１０に入力されて雑音除去された後に、上側の入力端子が選択された信号切替器１２を介して遅延回路１３へ供給され、ここで前述した半クロック分の位相の進相を補正するために半クロック分遅延されてサンプリング回路１４へ印加される。

サンプリング回路１１、１４はそれぞれ１８０°位相の異なるサンプリングパルスΦS21'、ΦS22'で動作しているため、両者の信号はコンデンサ１５で合成されて、増幅器１６からは信号３１（記号"★"）、３２（記号"▲"）、３３（記号"●"）、３４（記号"■"）の順に順序正しく出力されることになる。

以上の本発明による固体撮像装置の通常駆動時における動作を図４にまとめると、ＣＣＤはフィールド読み出しモードで動作しているため、フォトダイオード３０からの信号電荷は垂直方向に２つずつ加算され、また水平方向には加算されずに出力されることになる。従って、この場合の垂直解像度は約７００ＴＶ本、水平解像度は約１，０００ＴＶ本となる。これは従来の固体撮像装置の通常駆動時における動作（図１６）と同一である。

次に、図５〜図８を用いて図１に示した固体撮像装置の水平画素加算駆動時における動作を説明する。
ここで、図５、図６、図７（ａ）、（ｂ）、及び図８は、それぞれ、水平画素加算駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示す第１フィールドのタイミングチャートと、水平画素加算駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示す第２フィールドのタイミングチャートと、第１フィールドにおける水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図、第２フィールドにおける水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図、および再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。
図５において、水平画素加算駆動時には水平レジスタ間転送パルスΦHHGが３５に示す如く常時オフ状態となり、また水平画素加算ステータス表示信号H.ADDがオン状態となってＣＣＤ雑音除去回路９の出力が信号切替器１２を介して遅延回路１３へ常時接続されているのが本実施例の特徴である。

また図５の第１フィールドにおいて、水平駆動パルスΦH1、ΦH2の波形は通常駆動時の波形（図２）と同一であり、サンプリング回路１１へ供給されるサンプリングパルスΦS21'もセカンドサンプリングパルスΦS21と同一波形である。

しかし、サンプリング回路１４へ供給されるサンプリングパルスΦS22'はオフ状態（ローレベル）となっている。さらに図６の第２フィールドにおいて、水平駆動パルスΦH1、ΦH2の波形は、３６、３７に示す如く第１フィールドの場合と異なり、水平ブランキング期間内で信号電荷が半クロック分進相されて転送されるようになっている。
さらに、サンプリング回路１１へ供給されるサンプリングパルスΦS21'はオフ状態（ローレベル）となり、サンプリング回路１４へ供給されるサンプリングパルスΦS22'はセカンドサンプリングパルスΦS22と同一となっている。

また、図７（ａ）、（ｂ）において、図１および図３と同一の符号は同一構成要素を示し、図８において図４と同一の構成要素には同一の符号を用いた。
まず、図５に示す第１フィールドの水平ブランキング期間の時刻t21において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオン状態になると、垂直ＣＣＤレジスタ２１、２２、２３、２４中の信号３８、３９、４０、４１は垂直水平レジスタ間転送ゲート３下ヘと転送される。

以下、説明の便宜上、信号３８、３９、４０、４１は、それぞれ記号"★"、記号"▲"、記号"●"、記号"■"で表示されている。
次に、時刻t22において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオフ状態になると、信号３８、３９、４０、４１は第１の水平ＣＣＤレジスタ４へ一斉に転送される。
次いで、時刻t23において水平駆動パルスΦH1がオン状態になると、第１の水平ＣＣＤレジスタ４の転送電極２９下に蓄積されていた信号３９（記号"▲"）と信号４１（記号"■"）とは、水平レジスタ間転送パルスΦHHGがオフ状態となっているために通常駆動時のように電荷転送チャネル２６、２７には転送されずに、水平ＣＣＤレジスタ４の転送電極２８下へと転送され、ここで信号３８（記号"★"）および信号４０（記号"●"）のそれぞれと加算される。
以上の動作により、垂直ＣＣＤレジスタ２１〜２４からの信号電荷のうち、信号３８（記号"★"）と信号３９（記号"▲"）および信号４０（記号"●"）と信号４１（記号"■"）とが、垂直ＣＣＤレジスタ２１、２３に対応した第１の水平ＣＣＤレジスタ４の転送電極２８下で電荷レベルで加算されたことになる。

次に、有効映像期間になって水平駆動パルスΦH1、ΦH2が連続動作を始めると、第１と水平ＣＣＤレジスタ４中の信号電荷が水平方向（紙面左方向）へ転送され、フローティング・ディフュージョン法で電荷検出されて振幅変調されたＣＣＤ出力電圧信号へと変換される。このとき第２と水平ＣＣＤレジスタ６中には信号電荷は存在しないため信号は出力されない。

固体撮像装置１の出力アンプ７からの出力信号はＣＣＤ雑音除去回路９に入力されて雑音除去された後に、サンプリング回路１１へ印加されてセカンドサンプリングパルスΦS21'にてサンプリングされる。

他方、ＣＣＤ雑音除去回路９の出力は信号切替器１２と遅延回路１３とを介してサンプリング回路１４へ接続されているが、サンプリングパルスΦS22'がオフ状態（ローレベル）となっているために、この系統からは何も出力されない。よって増幅器１６からは信号３８（記号"★"）と信号３９（記号"▲"）が加算された信号が出力され、次いで信号４０（記号"●"）と信号４１（記号"■"）とが加算された信号が出力されることになる。

次に、図６に示す第２フィールドの水平ブランキング期間の時刻t31において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオン状態になると、垂直ＣＣＤレジスタ２１、２２、２３、２４、２５中の信号４２、４３、４４、４５、４６は垂直水平レジスタ間転送ゲート３下ヘと転送される。

以下、説明の便宜上、信号４２、４３、４４、４５、４６は、それぞれ記号"★"、記号"▲"、記号"●"、記号"■"、記号"▼"で表示されている。
次に、時刻t32において垂直水平レジスタ間転送パルスΦVHがオフ状態になると、信号４２、４３、４４、４５、４６は第１の水平ＣＣＤレジスタ４へ一斉に転送される。
次いで、時刻t33において水平駆動パルスΦH2がオン状態になると、第１の水平ＣＣＤレジスタ４の転送電極２８下に蓄積されていた信号４２（記号"★"）、信号４４（記号"●"）、信号４６（記号"▼"）は、左方向に隣接した転送電極２９下ヘと転送され、ここで信号４４（記号"●"）は信号４３（記号"▲"）と、また信号４６（記号"▼"）は信号４５（記号"■"）とそれぞれ加算される。

さらに、時刻t34において水平駆動パルスΦH2がオフ、ΦH1がオンになると、信号４２（記号"★"）、信号４３（記号"▲"）と信号４４（記号"●"）とが加算された信号及び、信号４５（記号"■"）と信号４６（記号"▼"）とが加算された信号は、それぞれ独立して水平方向（紙面左方向）へ半クロック分位相が進相されて転送される。

以上の動作により、垂直ＣＣＤレジスタ２１〜２５からの信号電荷のうち、信号４３（記号"▲"）と信号４４（記号"●"）および信号４５（記号"■"）と信号４６（記号"▼"）とが、垂直ＣＣＤレジスタ２２、２４に対応した第１の水平ＣＣＤレジスタ４の転送電極２９下にて電荷レベルで加算され、その後半クロック分位相が進相されて転送されたことになる。

次に、有効映像期間になって水平駆動パルスΦH1、ΦH2が連続動作を始めると、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタ４中の信号電荷が水平方向（紙面左方向）へ転送され、フローティング・ディフュージョン法で電荷検出されて振幅変調されたＣＣＤ出力電圧信号へと変換される。このとき第２と第２の水平ＣＣＤレジスタ６中には信号電荷は存在しないため信号は出力されない。

固体撮像装置１の出力アンプ７からの出力信号はＣＣＤ雑音除去回路９に入力されて雑音除去された後に、信号切替器１２を介して遅延回路１３に印加される。この遅延回路１３で、前述した半クロック分の位相の進相を補正するために半クロック分の遅延が行われる。
次いでサンプリング回路１４へ印加されてセカンドサンプリングパルスΦS22'にてサンプリングされる。

他方、ＣＣＤ雑音除去回路９の出力はサンプリング回路１１へも接続されているが、サンプリングパルスΦS12'がオフ状態（ローレベル）となっているために、この系統からは何も出力されない。
よって増幅器１６からは、まず信号４２（記号"★"）が出力され、次いで信号４３（記号"▲"）と信号４４（記号"●"）とが加算された信号、信号４５（記号"■"）と信号４６（記号"▼"）とが加算された信号の順に出力されることになる。
以上の本発明による固体撮像装置の水平画素加算駆動時における動作を図８にまとめると、ＣＣＤはフィールド読み出しモードで動作しているため、フォトダイオード３０からの信号電荷は垂直方向と水平方向にそれぞれ２つずつ加算されて出力される。しかも、水平画素加算の位相が第１フィールドと第２フィールドとで１８０°オフセットしているため、水平解像度は通常駆動時の半分まで劣化することはなく、約３割劣化の７００ＴＶ本程度に留めたままで２倍の感度向上が可能となる。

次に、本発明に係る固体撮像装置の第２の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
［構成の説明］
図９は本発明に係る固体撮像装置の第２の実施例を示すブロック図であり、図１に示した構成要素と同様の構成要素には同一の符号を用いた。本実施例は第１の実施例と共通点が多いため、以下では相違点のみを説明する。
まず、図９において、サンプリング回路１１、１４にはタイミング・ジェネレータ１７からのセカンドサンプリングパルスΦS21、ΦS22が直接接続されている。また、増幅器１６の出力は信号切替器４７の一方の入力端子に接続されると同時に、水平ＣＣＤレジスタ４、６のクロック周期の半分に相当する遅延時間を有する遅延回路４８を介して他方の入力端子にも接続されている。さらに、信号切替器４７の切替パルスΦSWはパルス選別回路４９でタイミング・ジェネレータ１７からのフィールド・インデックス信号FIを水平画素加算ステータス表示信号H.ADDでゲートして生成されている。

［動作の説明］
次に、図１０、図１１、図１２を用いて図９に示した固体撮像装置の水平画素加算駆動時における動作を説明する。
ここで、図１０、図１１、図１２は、それぞれ、水平画素加算駆動時における第１フィールドの各駆動パルスと出力信号との位相関係を示すタイミングチャートと、水平画素加算駆動時における第２フィールドの各駆動パルスと出力信号との位相関係を示すタイミングチャートと、再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図であり、図５、図６、図７（ａ）、（ｂ）、及び図８と同様の構成要素には同一の符号を示している。
この実施例の大きな特徴は、図１０、図１１の増幅器１６の出力波形に示す如く、サンプリング回路１１、１４で、同一の信号を１８０°位相を変えて２度サンプリングしている点にある。
まず、図１０の第１フィールドにおいては増幅器１６出力からは信号３８（記号"★"）と信号３９（記号"▲"）とが加算された信号が２度にわたって出力された後に、信号４０（記号"●"）と信号４１（記号"■"）とが加算された信号が同じく２度にわたって出力されている。
第１フィールドでは信号切替器４７は下側に切り替わっているため増幅器１６出力は遅延されずにこのまま映像出力となる。他方、図１１の第２フィールドにおいては増幅器１６出力からは信号４２（記号"★"）が２度にわたって出力された後に、信号４３（記号"▲"）と信号４４（記号"●"）とが加算された信号が２度に渡って出力され、続いて信号４５（記号"■"）と信号４６（記号"▼"）とが加算された信号が同じく２度に渡って出力されている。第２フィールドでは信号切替器４７は上側に切り替わっているため増幅器１６出力は半クロック分遅延されて映像出力となる。
以上の固体撮像装置の実施例の水平画素加算駆動時における動作を図１２にまとめると、ＣＣＤはフィールド読み出しモードで動作しているため、フォトダイオード３０からの信号電荷は垂直方向と水平方向とにそれぞれ２つずつ加算されて出力され、しかも同図の矢印で示すごとく同じ信号が２度にわたって出力されることになる。
さらに、水平画素加算の位相が第１フィールドと第２フィールドとで１８０°オフセットしているため、水平解像度は通常駆動時の半分まで劣化することはなく、約３割劣化の７００ＴＶ本程度に留めたままで２倍の感度向上が可能となる。

以上説明した第２の実施例では、第１の実施例に比べて、水平画素加算駆動時に水平ＣＣＤレジスタ１本当たりの駆動周波数に相当する３７．１２５ＭＨｚのキャリアが増加することがないため、映像処理回路の後段に強力なトラップフィルタを装備する必要がなく、変調度の低下や過渡特性の劣化を受け難い利点がある。さらに、高速パルスであるセカンドサンプリングパルスΦS21、ΦS22が、第１／第２フィールドにわたって連続動作しているため、映像出力にフィールド間段差が発生し難い利点もある。

［効 果］
以上において、本発明によれば、水平画素加算の位相が第１フィールドと第２フィールドとで１８０°オフセットしているため、水平解像度の劣化を３割程度に留めたままで２倍の感度向上が可能となる。

以上、本発明による固体撮像装置及びその駆動方法をインタライン転送方式のＨＤＣＣＤに適用した場合を例に説明したが、本発明はフレームインタライン転送方式など他の転送方式の固体撮像装置や、ＨＤ以外の標準方式の固体撮像装置にも同様に適用可能である。

本発明はフレームインタライン転送方式など他の転送方式の固体撮像装置や、ＨＤ以外の標準方式の固体撮像装置にも同様に適用可能である。

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法を適用した固体撮像装置の第１の実施例を示すブロック図である。 通常駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示すタイミングチャートである。 水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図である。 再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。 水平画素加算駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示す第１フィールドのタイミングチャートである。 水平画素加算駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示す第２フィールドのタイミングチャートである。 （ａ）は、第１フィールドにおける水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図、（ｂ）は、第２フィールドにおける水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図である。 再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。 本発明に係る固体撮像装置の第２の実施例を示すブロック図である。 水平画素加算駆動時における第１フィールドの各駆動パルスと出力信号との位相関係を示すタイミングチャートである。 水平画素加算駆動時における第２フィールドの各駆動パルスと出力信号との位相関係を示すタイミングチャートである。 再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。 特許文献４で開示された固体撮像装置を示すブロック図である。 本発明の関連技術における通常駆動時における各駆動パルスと出力信号の位相関係を示すタイミングチャートである。 本発明の関連技術における水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図である。 本発明の関連技術における再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。 本発明の関連技術における再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。 本発明の関連技術における水平ＣＣＤレジスタ部での信号電荷の転送の模様を示す拡大図である。 本発明の関連技術における再生画面上でのサンプリングの模様を示す模式図である。

符号の説明

１、１０１ 固体撮像装置
２、１０２ 撮像領域
３、１０３ 垂直水平レジスタ間転送ゲート
４、１０４ 第１の水平ＣＣＤレジスタ
５、１０５ 水平レジスタ間転送ゲート
６、１０６ 第２の水平ＣＣＤレジスタ
７、８、１０７、１０８ 出力アンプ
９、１０、１０９、１１０ ＣＣＤ雑音除去回路
１１、１４、１１１、１１３ サンプリング回路
１２、４８ 信号切替器
１３、４８、１１２ クロック周期の半分に相当する遅延時間を有する遅延回路
１５、１１４ コンデンサ
１６、１１５ 増幅器
１８、４９、１１７ パルス選別回路
２０、１１９ チャネルストップ領域
２１〜２５、１２０〜１２３ 垂直ＣＣＤレジスタ
２６、２７、１２４，１２５ 電荷転送チャネル
２８、１２６ 水平駆動パルスΦH1が印加される水平ＣＣＤレジスタ転送電極
２９、１２７ 水平駆動パルスΦH2が印加される水平ＣＣＤレジスタ転送電極
３０、１２８ フォトダイオード
３１〜３４、３８〜４１、４２〜４６、１２９〜１３２、１３４〜１３７ 信号

Claims (3)

1. 複数の光電変換部とこれらの各光電変換部に対応して設けられた複数の垂直ＣＣＤレジスタが配置された撮像領域と、この撮像領域の一端に平行に配置され前記垂直ＣＣＤレジスタからの信号電荷を水平方向に転送する第１と第２の水平ＣＣＤレジスタと、これら第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの間に平行に配置され第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を前記第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送する水平レジスタ間転送ゲートと、
   第１と第２の動作モードを択一的に設定する動作モード設定手段と、
   前記動作モード設定手段による第１の動作モードの設定時は、前記第１の水平ＣＣＤレジスタから前記第２の水平ＣＣＤレジスタへの信号電荷の転送を禁止した上で、第１フィールドにおいては前記第１の水平ＣＣＤレジスタで一方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算して水平方向へ転送すべく前記水平レジスタ間転送ゲート及び前記第１の水平ＣＣＤレジスタを駆動し、また第２フィールドにおいては前記第１の水平ＣＣＤレジスタで他方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算した上で第１フィールドより半転送段分多く水平方向へ転送すべく前記水平レジスタ間転送ゲート及び前記第１の水平ＣＣＤレジスタを駆動し、第２の動作モードの設定時は、前記第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送した後に信号電荷を加算することなく水平方向へ同時に転送すべく前記水平レジスタ間転送ゲート及び前記第１と第２の水平ＣＣＤレジスタを駆動する駆動手段と、
   前記第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を処理する第１の信号処理系と、前記第１と第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を択一的に選択して処理した上で半クロック分の位相遅延を与える第２の信号処理系とを有し、前記第１の動作モードの設定時は、前記第２の信号処理系で第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１フィールドにおいては前記第１の信号処理系を経由した信号のみを出力し、また第２フィールドにおいては前記第２の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２の動作モードの設定時は、前記第２の信号処理系で第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、前記第１と第２の信号処理系を経由した２系統の信号を合成して出力する信号処理手段と、
   前記信号処理手段の出力側に設けられ同一信号を１８０°位相を変えて２度サンプリングする第１のサンプリング手段及び第２のサンプリング手段と、 を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置を用いたことを特徴とするデジタルカメラ。
3. 複数の光電変換部とこれらの各光電変換部に対応して設けられた複数の垂直ＣＣＤレジスタが配置された撮像領域と、この撮像領域の一端に平行に配置され前記垂直ＣＣＤレジスタからの信号電荷を水平方向へ転送する第１と第２の水平ＣＣＤレジスタと、これら第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの間に平行に配置され前記第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を前記第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送する水平レジスタ間転送ゲートと、前記第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を処理する第１の信号処理系と、前記第１と第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を択一的に選択して処理した上で半クロック分の位相遅延を与える第２の信号処理系とを有する信号処理手段とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
   第１の動作モードの設定時は、前記第１の水平ＣＣＤレジスタから前記第２の水平ＣＣＤレジスタへの信号電荷の転送を禁止すると同時に前記第２の信号処理系で第１の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、第１フィールドにおいては前記第１の水平ＣＣＤレジスタで一方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算して水平方向へ転送して前記第１の信号処理系を経由した信号のみを出力し、第２フィールドにおいては前記第１の水平ＣＣＤレジスタで他方向に隣接した２画素分の信号電荷を加算した上で第１フィールドより半転送段分多く水平方向へ転送して前記第２の信号処理系を経由した信号のみを出力し、 第２の動作モードの設定時は、前記第２の信号処理系で第２の水平ＣＣＤレジスタからの出力信号を選択した上で、前記第１の水平ＣＣＤレジスタに移送された信号電荷の一部を第２の水平ＣＣＤレジスタへ選択的に転送した後に信号電荷を加算することなく水平方向へ同時に転送して前記第１と第２の信号処理系を経由した２系統の信号を合成して出力し、
   前記信号処理手段の出力からの同一信号を１８０°位相を変えて２度サンプリングすることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。

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