JP2004180284A - 固体撮像素子およびこれを備えたカメラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 2次元配列の光電変換部2から読み出した信号電荷を垂直方向へ一段ずつ転送する垂直転送部3と、垂直転送部3から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部4と、垂直転送部3および水平転送部4の転送動作を制御する制御部とを有し、垂直転送部3における垂直最終段が、2n+1(nは1以上の整数)列毎に同じ転送電極構成を有し、前記2n+1列のうち、一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての垂直最終段に、他の垂直最終段とは独立した転送電極が設けられた固体撮像素子。
【選択図】 図1
Description
図1に、本実施形態にかかる固体撮像素子の概略構成を示す。本実施形態の固体撮像素子1は、全画素同時独立読み出し方式を採用し、画素に対応して二次元状に配列された光電変換部2と、垂直転送部3と、水平転送部4とを備えている。垂直転送部3および水平転送部4のそれぞれは、CCDにより構成される。光電変換部2としては、フォトダイオードが用いられる。光電変換部2の各々には、赤(R)、緑(G)、青(B)の三色のカラーフィルタが配置されている。本実施形態では、垂直・水平方向共に2画素おきにRGBのそれぞれのフィルタが周期的に配置されている。例えば、図1に示すように、垂直方向2画素×水平方向2画素の計4画素を単位とすれば、左下の画素がR、右下および左上の画素がG、右上の画素がBとなるように、カラーフィルタが配置されている。なお、垂直転送部3および水平転送部4の転送電極へ、図示しない制御部から制御信号が送られることにより、固体撮像素子1の動作が制御される。前記の制御部は、固体撮像素子1の外部に設けられており、信号線により固体撮像素子1に接続されている。あるいは、固体撮像素子1と一体的に形成されていても良い。
本発明の第2の実施形態にかかる固体撮像素子について、以下に説明する。
本発明のさらに他の実施形態にかかる固体撮像素子について説明する。
2 光電変換部
3 垂直転送部
4 水平転送部
31 光学系
32 制御部
33 画像処理部
Claims (38)
- 2次元配列の画素から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直転送部と、
前記垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを有し、
前記垂直転送部における前記水平転送部に最も近い転送段である垂直最終段が、m(mは2以上の整数)列毎に同じ転送電極構成を有し、
前記m列のうち、一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての列の垂直最終段に、当該垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を、当該m列における他の列とは独立して制御するために、前記他の列とは独立した転送電極が設けられたことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記mが2n+1(nは1以上の整数)である、請求項1に記載の固体撮像素子。
- 水平方向において1画素おきの2n+1(nは1以上の整数)個ずつを第1の混合画素群とし、
前記第1の混合画素群以外の画素から、1画素おきの2n+1個ずつの画素であって、その画素重心が前記第1の混合画素群の画素重心の間で等間隔になる画素を第2の混合画素群として、
第1、第2の混合画素群のそれぞれに含まれる画素の信号電荷を水平転送部内で加算する、請求項2に記載の固体撮像素子。 - 垂直最終段における前記第1、第2の混合画素群のそれぞれについて、
(a1)前記2n+1個の画素からなる各混合画素群のうち、前記水平転送部の出力側から最も遠い画素の信号電荷のみを、垂直最終段から水平転送部へ転送し、
(a2)水平転送部の信号電荷を順方向に2画素分転送し、
(a3)前記2n+1個の画素群のうち、垂直最終段に信号電荷が残っている画素であって前記水平転送部の出力側から最も遠い画素の信号電荷のみを、垂直最終段から水平転送部へ転送し、
(a4)前記a2およびa3の転送を、前記2n+1個の画素群の全ての信号電荷が垂直最終段から水平転送部へ転送されるまで繰り返して行う、請求項3に記載の固体撮像素子。 - (b1)前記a1〜a4の転送の最後として、前記2n+1個の画素群のうち最後の画素の信号電荷を垂直最終段から水平転送部へ転送した後、または転送すると同時に、全列の垂直転送部の信号電荷を1段転送し、
(b2)前記b1により垂直最終段に転送された信号電荷について、a1〜a4の転送を行い、
(b3)前記b1およびb2の転送を、2n+1段分の信号電荷が水平転送部へ転送されるまで繰り返して行う、請求項4に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直転送部における前記水平転送部に最も近い垂直最終段が、3列毎に同じ転送電極構成を有し、
前記3列のうち、少なくとも水平転送部の出力側から第2および第3列の垂直最終段に、当該垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を、他の垂直最終段とはそれぞれ独立して制御するために、他の垂直最終段とは独立した転送電極が設けられた、請求項2に記載の固体撮像素子。 - 水平転送部の出力側から第1列の前記垂直最終段は、当該列における垂直最終段以外の段と同じ電極構成を有する、請求項6に記載の固体撮像素子。
- 水平方向において1画素おきの3個ずつを第1の混合画素群とし、
前記第1の混合画素群以外の画素から、1画素おきの3個ずつの画素であって、その画素重心が前記第1の混合画素群の画素重心の間で等間隔になる画素を第2の混合画素群とする、請求項6に記載の固体撮像素子。 - (c1)前記3列のうち、水平転送部の出力側から第2列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部へ転送し、
(c2)水平転送部の信号電荷を順方向に2画素分転送し、
(c3)前記3列のうち、水平転送部の出力側から第3列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部へ転送し、
(c4)水平転送部の信号電荷を順方向に2画素分転送し、
(c5)前記3列のうち、水平転送部の出力側から第1列の垂直最終段の信号電荷を水平転送部へ転送する、請求項6に記載の固体撮像素子。 - (d1)前記c5において第1列の垂直最終段の信号電荷を水平転送部へ転送した後、または転送すると同時に、全列の垂直転送部の信号電荷を1段転送し、
(d2)前記d1の最後に垂直最終段に転送された信号電荷について、c1〜c5の転送を行い、c5において第1列の垂直最終段の信号電荷を水平転送部へ転送した後、または転送すると同時に、全列の垂直転送部の信号電荷を1段転送し、
(d3)前記d2の最後に垂直最終段に転送された信号電荷について、c1〜c5の転送を行う、請求項9に記載の固体撮像素子。 - 前記第1および第2の混合画素群のそれぞれの、垂直方向において1行おきの2n+1行分の合計(2n+1)×(2n+1)画素を、1つの混合画素群として、各列に含まれる2n+1行分の画素の信号電荷を垂直転送部内で加算する、請求項3に記載の固体撮像素子。
- 水平方向において1画素おきの3画素の、垂直方向において1行おきの3行分の、合計9画素を、1つの混合画素群とする、請求項11に記載の固体撮像素子。
- 水平方向において1画素おきの3画素を、垂直方向において3行間隔を空けた2行分、合計6画素を、1つの混合画素群とする、請求項3に記載の固体撮像素子。
- 水平方向において1画素おきの3画素を、垂直方向における3行毎に1行、合計3画素を、1つの混合画素群とする、請求項3に記載の固体撮像素子。
- 前記2次元配列の画素に、水平方向において2画素、垂直方向において2画素の合計4画素を1単位としたカラーフィルタを配した、請求項2に記載の固体撮像素子。
- 前記カラーフィルタが、前記4画素の一対角線上の2画素に第1の色のフィルタを配し、他の2画素に第2および第3の色のフィルタをそれぞれ配した、請求項15に記載の固体撮像素子。
- 前記2次元配列の画素に、水平方向において2画素、垂直方向において4画素の合計8画素を1単位としたカラーフィルタを配し、
垂直方向において隣接する2画素を垂直転送部内で加算する、請求項3に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直最終段の各列は、6個の転送電極で構成され、
隣接する3列の垂直転送部の全てにおいて、前記6個の転送電極のうち、水平転送部側から2番目および4番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、1番目、3番目、5番目、および6番目が垂直転送部の他の段と共通した電極である、請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直最終段の各列は、6個の転送電極で構成され、
隣接する3列の垂直転送部のうちの2列において、前記6個の転送電極のうち、水平転送部側から2番目および4番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、1番目、3番目、5番目、および6番目が垂直転送部の他の段と共通した電極であり、
隣接する3列の垂直転送部のうちの残りの1列において、1番目〜6番目の全ての転送電極が、垂直転送部の他の段と共通した電極である、請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直最終段の各列は、6個の転送電極で構成され、
隣接する3列の垂直転送部の全てにおいて、前記6個の転送電極のうち、水平転送部側から2番目、4番目、および6番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、1番目、3番目、および5番目が垂直転送部の他の段と共通した電極である、請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直最終段の各列は、6個の転送電極で構成され、
隣接する3列の垂直転送部のうちの2列において、前記6個の転送電極のうち、水平転送部側から2番目、4番目、および6番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、1番目、3番目、および5番目が垂直転送部の他の段と共通した電極であり、
隣接する3列の垂直転送部のうちの残りの1列において、1番目〜6番目の全ての転送電極が、垂直転送部の他の段と共通した電極である、請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直最終段の各列は、6個の転送電極で構成され、
隣接する3列の垂直転送部のうち少なくとも2列において、前記6個の転送電極のうち、水平転送部側から2番目および4番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、隣接する3列の垂直転送部の全てにおいて、水平転送部側から1番目および3番目が、垂直転送部の他の段とは異なる、請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直最終段の各列は、6個の転送電極で構成され、
隣接する3列の垂直転送部のうち少なくとも2列において、前記6個の転送電極のうち、水平転送部側から2番目、4番目、および6番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、隣接する3列の垂直転送部の全てにおいて、水平転送部から1番目、3番目、および5番目が、垂直転送部の他の段とは異なる、請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直転送部における各段が6個の転送電極で構成され、前記垂直転送部における垂直最終段以外の転送段は、水平転送部側から2番目、4番目、および6番目の転送電極が第1層の電極膜によって全列にわたる共通電極として形成され、水平転送部側から1番目、3番目、および5番目の転送電極が前記第1層より上層に形成される第2層の電極膜によって全列にわたる共通電極として形成され、
垂直最終段においては、前記第2層の電極膜と同じ電極膜を、各列において島状に分離することによって、水平転送部側から2番目および4番目の電極が独立電極として形成された、請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記垂直転送部が少なくとも3層の電極膜を有し、
前記垂直最終段において他の列と独立して設けられた転送電極が、最上層を含む少なくとも一層の電極膜で形成された、請求項1に記載の固体撮像素子。 - (e1)水平方向においてm個の画素から選択的に1個以上m−1個以下の画素の信号電荷を水平転送部へ転送し、
(e2)水平転送部の信号電荷を順方向あるいは逆方向に少なくとも1画素分転送し、
(e3)前記e1およびe2の転送を繰り返すことにより、m個の画素の信号電荷を水平転送部へすべて転送する、請求項1に記載の固体撮像素子。 - (e4)前記e3の後、全列の信号電荷を水平転送部側へ一段転送し、
(e5)前記e4の転送により垂直最終段に移動した信号電荷に対して、前記e1〜e3の転送を行い、
前記e4およびe5を繰り返すことにより、m段分の信号電荷を水平転送部へすべて転送する、請求項26に記載の固体撮像素子。 - 前記m列のうち一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての列の垂直最終段において、他の列とは独立して設けられた転送電極を当該他の列とは独立して駆動することにより水平m個の画素混合を行うモードと、前記転送電極を他の列と同様に駆動することにより画素混合を行わないモードとの少なくとも2モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項1に記載の固体撮像素子。
- mがm1(m1は2以上の整数)とm2(m2は2以上の整数)との公倍数であり、水平m1個の画素混合を行うモードと水平m2個の画素混合を行うモードとの少なくとも2モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項1に記載の固体撮像素子。
- 3色のフィルタが垂直方向に2色、水平方向に2色配置された繰り返しパターンのカラーフィルタをさらに備え、
前記カラーフィルタの同色フィルタに相当する水平m1画素を混合するモードと、水平m2画素を混合するモードとの少なくとも2モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項29に記載の固体撮像素子。 - 3色のフィルタが垂直方向に2色、水平方向に2色配置された繰り返しパターンのカラーフィルタをさらに備え、
前記カラーフィルタの同色フィルタに相当する水平2画素を混合するモードと、水平3画素を混合するモードと、水平4画素を混合するモードのうちの少なくとも2モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項29に記載の固体撮像素子。 - 前記動作モードに、画素混合を行わないモードをさらに含む、請求項29〜31のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
- 前記m個の画素が、水平方向において連続する画素である、請求項26に記載の固体撮像素子。
- 水平方向における前記m個の画素の組み合わせを、段毎に変更する、請求項26に記載の固体撮像素子。
- 隣接する少なくとも二段において、前記m個の画素の組み合わせの重心位置が水平方向に等間隔である、請求項34に記載の固体撮像素子。
- 請求項1〜35のいずれか一項に記載の固体撮像素子を備えたカメラ。
- 請求項33に記載の固体撮像素子を備えた3板式カラーカメラ。
- m=2として、画素混合を行わない第1のモードと、垂直方向に隣接する2画素および水平方向に隣接する2画素を混合する第2のモードとの少なくとも2モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項37に記載の3板式カラーカメラ。
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