JP2013211927A - 固体撮像素子の駆動方法並びに固体撮像装置およびカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子の垂直転送駆動において、３フィールド以上の読出方式に対して、汎用性がありかつ転送効率を改善し得る駆動タイミングを提案する。
【解決手段】垂直転送時に、転送方向のチャージパケットの前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時にチャージパケットの後方転送チャネルをオフするように垂直ＣＣＤ１３を駆動することで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くとった状態で垂直転送が行なわれるようにする。オーバーラップ期間を長くすることで、転送効率を改善できる。
【選択図】図９

Description

本発明は、被写体を撮像しこの被写体像に応じた画像信号を出力する固体撮像素子（イメージセンサ）の駆動方法、並びに固体撮像素子と駆動装置とを備えた固体撮像装置や撮像装置モジュールなどのカメラシステムに関する。たとえば、電子スチルカメラなどに用いて好適な電荷転送型の固体撮像素子における垂直レジスタ（垂直ＣＣＤ）の転送駆動技術に関する。

近年、電子スチルカメラ（デジタルスチルカメラ）が急速に普及しつつある。この電子スチルカメラでは、高解像度の静止画撮影が要求されるため、全画素の信号を混合しないで独立に出力する仕組みが採られている。たとえば、撮像素子にＣＣＤ撮像素子を用いた場合、同一時刻に全画素を読み出し各画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ（垂直レジスタ）中で混合せずに独立に転送する、いわゆる全画素読出方式、あるいはメカニカルシャッタを使用するとともに奇数ラインと偶数ラインの信号電荷をフィールド毎に交互に垂直ＣＣＤに読み出し各画素の信号電荷を独立に転送する、いわゆるフレーム読出方式（図１６〜図１９参照）が用いられている。

また、静止画撮影時に、撮像素子の出力信号のデータレートを高くする方法の一例として、ライン間引き読出方式（図２０〜図２３参照）が提案されている。このライン間引き読出方式では、信号電荷Ｑｓを含むパケットの後方に存在する信号電荷を含まない空パケットを水平レジスタ内で混合し無信号の期間を除去するため、水平ブランキング期間内に所定ライン（たとえば２ライン）分の垂直転送を行なう必要がある。ここで、２つの動作モード（フレーム読出と間引き読出）で垂直転送を行なう水平ブランキング期間を同一とした場合（図１８および図２２参照）、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を“ｘ”としたとき、ライン間引き読出方式の場合には、図２２に示すように、２ライン分の垂直転送を行なうため、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は“１／２ｘ”となり転送効率が低下するとともに、フレーム読出方式の場合よりも高速な垂直転送駆動を行なう必要がある。

しかしながら、このような高速駆動を行なうと、垂直転送クロックの入力端子から遠い位置（たとえば図２４（Ｂ）に示す片サイド入力時の反対側／図２４（Ｃ）に示す両サイド入力時のデバイス中央部）では、電極抵抗に起因した駆動電圧の低下やドライブパルスの伝播遅延が生じ、実際の駆動波形が図２４（Ａ）に示すように鈍ってしまうなどの現象が生じる。この場合、垂直ＣＣＤの転送効率が劣化したり、取扱い電荷量が減少したりする問題が生じる。なお、図２４（Ｂ）、図２４（Ｃ）では、ドライバ４２を割愛して示している。

そこで、本出願人は、この問題を解決する一手法を、たとえば特許文献１（この技術の概要を示した図２５および図２６参照）に提案している。この特許文献１に記載の技術によれば、図２５に示すように、４相駆動の垂直転送中、互いに逆相の垂直転送クロック対の組合せによって垂直転送を行なうことで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くする。これにより、ライン間引き読出方式とする場合であっても、２フィールド／フレーム読出方式の場合と同様の長いオーバーラップ期間（図１８と同一の“ｘ”）をとった状態で垂直転送を行なうことで、垂直ＣＣＤの転送効率を向上できるようにしている。

特開平１０−０１３７４２号公報

ところで、最近では、高解像度化（多画素化）あるいは小型化のため、セルサイズが縮小化されており、フレーム読出方式においても、従来のような２つのフィールドに分けて読み出す２フィールド読出方式以外に、３フィールド読出方式（後述の図６，図７参照）や、４フィールド読出方式（後述の図１０，図１１参照）によるフレーム読出方式が実用化されている。

しかしながら、３フィールド以上のフレーム読出方式にすると、ライン間引き読出動作時だけでなく、フレーム読出動作時にも、オーバーラップ期間が少なくなり、垂直転送効率が劣化するようになることが分かった。たとえば、垂直転送を行なう水平ブランキング期間を２フィールド読出方式と同一とした場合、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、２フィールド読出方式（図１８）の“ｘ”に対して、図２７および図２８に示すような３フィールド読出方式では、“２／３ｘ”となってしまう。また図示しないが、４フィールド読出方式では“１／４ｘ”となってしまう。このため、垂直転送クロックに伝播遅延が生じ、クロックの入力端子から遠い位置で波形が図２４（Ａ）のように鈍ってしまい、垂直レジスタの転送効率が劣化したり、取扱い電荷量が減少したりする問題が生じる。なお、５フィールド以上の読出方式についても同様の問題点が生じる。

ここで、３フィールド以上の読出方式の場合、垂直レジスタの取扱い電荷量については２フィールド読出方式よりも垂直レジスタのオン転送チャネル数が多いため、その減少の問題は比較的少ないが、転送効率の劣化については問題を許容できない。

この転送効率の劣化の問題を解決する方法の一つとして、水平駆動周波数を高くすることで、フレームレートを保ちながら、垂直ＣＣＤの転送スピード（垂直転送クロックのオーバーラップ期間）を２フィールド読出方式と同様にする方法が考えられる。

しかしながら、水平駆動周波数を高くするためには、水平ＣＣＤの転送効率の劣化を招く。加えて、周波数が高くなるのに伴って、水平ＣＣＤの消費電力の増大、使用部品のコストの上昇、Ｓ／Ｎの劣化などの新たな問題が生じることになる。したがって、水平駆動周波数を高くするのは、好ましい方法とは言えない。

また、このような問題を解消する方法として、上記特許文献１に記載の技術を利用することが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、従前の２フィールド読出方式との対象におけるライン間引き読出方式に適用する上では有効な手法であるものの、３フィールド読出方式やそれ以上（たとえば４や５あるいはそれ以上）の読出方式における上記問題を解決する手法としては、互いに逆相（コンプリメンタリ）の垂直転送クロック対の組合せによって垂直転送を行なうという基本的な制約があるので、奇数の相数による駆動には適用できないなど、必ずしもあらゆるフィールド数や相数の駆動に適用可能とは限らず、様々な読出方式における垂直転送効率の劣化という問題を改善する手法としては万能でないことが分かった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、様々なフィールド数や読出方式において、垂直転送駆動を行なう際に、転送効率の劣化という問題を改善し得るとともに、より汎用性のある固体撮像素子の駆動方法、並びに固体撮像装置および撮像装置モジュールなどのカメラシステムを提供することを目的とする。

本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、光電変換によって得た信号電荷を垂直転送する固体撮像素子の駆動方法であって、Ｐ（Ｐは５以上の正の整数）相の垂直転送パルスに基づく垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたＰ−２個の転送チャネルの並びで形成される、信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向においてチャージパケットより前方にある１個分の転送チャネルをオンするとともに、チャージパケットの最後端にある１個分の転送チャネルをオフするように駆動することで、垂直転送方向に連続してオンしたＰ−２個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行なうこととした。好ましくは、チャージパケットより前方にある１個分の転送チャネルをオンするための垂直転送ドライブパルスとチャージパケットの最後端にある１個分の転送チャネルをオフするための垂直転送ドライブパルスのオン・オフの切替タイミングのずれの許容範囲を、チャージパケットの取扱い電荷量の変動分が１個の転送チャネルの蓄積電荷量分未満となるようにする。

なお、上記本発明に係る固体撮像素子の駆動方法を実施する駆動装置を発明として抽出することも可能である。この駆動装置は、Ｐ（Ｐは５以上の正の整数）相の垂直転送パルスに基づく垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたＰ−２個の転送チャネルの並びで形成される、信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向においてチャージパケットより前方にある１個分の転送チャネルをオンするとともに、チャージパケットの最後端にある１個分の転送チャネルがオフするように垂直転送パルスを生成することで、垂直転送方向に連続してオンしたＰ−２個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行ない、かつ、チャージパケットより前方にある１個分の転送チャネルをオンするための垂直転送ドライブパルスとチャージパケットの最後端にある１個分の転送チャネルをオフするための垂直転送ドライブパルスのオン・オフの切替タイミングのずれの許容範囲を、チャージパケットの取扱い電荷量の変動分が１個の転送チャネルの蓄積電荷量分未満となるようにするタイミング信号生成部を備えるものとする。

本発明に係る固体撮像装置は、上記本発明に係る固体撮像素子の駆動方法を実施する駆動装置を備えるとともに、固体撮像素子も備えてなるものである。つまり、駆動装置は専ら上述のようなタイミングの垂直転送クロックを生成する機能を有するもので足り、いわゆるタイミングジェネレータと言われるものであってよい。これに対して、本発明に係る固体撮像装置は、駆動装置の機能に加えて、固体撮像素子をも備えたものである。また、本発明に係るカメラシステムは、上記本発明に係る固体撮像装置の構成に加えて、被写体の光学像を固体撮像素子の撮像面に結像させる撮像レンズ、あるいは信号処理部なども備えたものである。

本発明に係る上記構成においては、垂直転送時に、転送方向のチャージパケットの前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時にチャージパケットの後方転送チャネルをオフするように垂直転送部を駆動することで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くとった状態で垂直転送が行なわれるようにする。

このような駆動タイミングは、４相駆動方式にも適用可能であるが、特に、４相駆動方式における特許文献１に記載の技術では必ずしも適用し得ていない、より多相（たとえば６相・８相・あるいはそれ以上の多相）の垂直転送部の駆動への適用に好適である。

本発明によれば、垂直転送時におけるチャージパケットの１単位ごとに、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という駆動タイミングによって垂直転送駆動を行なうようにしたので、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くとった状態で垂直転送を行なうことができ、垂直転送部の転送効率を向上できる。

また、このような駆動タイミングの適用は、それをなさない通常の駆動タイミングに対して容易に適用可能なものであり、その適用範囲は広く、汎用性のある駆動方法を実現することができた。

また、ライン間引き動作に適用すれば、水平駆動周波数を高めるという手法に依らず高速読出動作を実現でき、水平レジスタの転送効率の劣化や水平レジスタの消費電力の増加などの他の問題点を招くこともなく、高速な撮像信号を得ることができるとともに転送効率を改善することもできる。

本発明に係るカメラシステムの一実施形態である撮像装置を示す概略構成図である。 ＣＣＤ固体撮像素子と駆動制御部の一実施形態とから構成された固体撮像装置の概略図である。 撮像エリアの具体的な構成の一例を示す平面パターン図である。 図３のＸ‐Ｘ’矢視断面を示す図である。 垂直ＣＣＤにおける転送電極の配線パターン図である。 ３フィールド読出方式／フレーム読出方式の概略を説明する図である（本実施形態）。 ３フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（垂直レート；本実施形態）である。 ３フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；本実施形態）である。 ３フィールド読出方式／フレーム読出方式（本実施形態）の電荷転送状態を説明する図である。 ４フィールド読出方式／フレーム読出方式の概略を説明する図である（本実施形態）。 ４フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（垂直レート；本実施形態）である。 ４フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；本実施形態）である。 ４フィールド読出方式／フレーム読出方式（本実施形態）の電荷転送状態を説明する図である。 駆動パルス遅延との関わりにおける、垂直ＣＣＤの取扱い電荷量を説明する図である。 ２フィールド読出方式かつ２／８ラインの間引き読出方式の動作を説明する図である。 ２フィールド読出方式／フレーム読出方式の概略を説明する図である。 ２フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（垂直レート）である。 ２フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；従来例の基本）である。 ２フィールド読出方式／フレーム読出方式（従来例の基本）の電荷転送状態を説明する図である。 ２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の概略を説明する図である。 ２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（垂直レート）である。 ２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；従来例の基本）である。 ２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の電荷転送状態（従来例の基本）を説明する図である。 垂直転送ドライブパルスの遅延を説明する図である。 ２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；特許文献１）である。 ２フィールド読出方式／間引き読出方式（２／８ライン）の電荷転送状態（特許文献１）を説明する図である。 ３フィールド読出方式の垂直転送ドライブパルスのタイミングチャート（水平レート；従来例）である。 ３フィールド読出方式／フレーム読出方式（従来例）の電荷転送状態を説明する図である。

＜デジタルスチルカメラの構成＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るカメラシステムの一実施形態である撮像装置を示す概略構成図である。この図１で示す撮像装置（カメラシステム）は、ＣＣＤ固体撮像素子１０、撮像レンズ５０、およびＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する駆動制御部９６を有する撮像装置モジュール３と、撮像装置モジュール３により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニタ出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする本体ユニット４とを備えてなるデジタルスチルカメラ１として構成されている。

撮像装置モジュール３内の駆動制御部９６には、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための各種のパルス信号を生成するタイミング信号生成部４０と、このタイミング信号生成部４０からのパルス信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するためのドライブパルスに変換するドライバ（駆動部）４２と、ＣＣＤ固体撮像素子１０やドライバ４２などに電源供給する駆動電源４６が設けられている。撮像装置モジュール３内のＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とにより固体撮像装置２が構成される。固体撮像装置２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とが、１枚の回路基板上に配されたもの、あるいは１つの半導体基板上に形成されたものとして提供されるものであるのがよい。

また、このデジタルスチルカメラ１の処理系統は、大別して、光学系５、信号処理系６、記録系７、表示系８、および制御系９から構成されている。なお、撮像装置モジュール３および本体ユニット４が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品（完成品）が仕上がるのは言うまでもない。

光学系５は、シャッタ５２、被写体の光画像を集光するレンズ５４、および光画像の光量を調整する絞り５６を有する撮像レンズ５０と、集光された光画像を光電変換して電気信号に変換するＣＣＤ固体撮像素子１０とから構成されている。被写体Ｚからの光Ｌは、シャッタ５２およびレンズ５４を透過し、絞り５６により調整されて、適度な明るさでＣＣＤ固体撮像素子１０に入射する。このとき、レンズ５４は、被写体Ｚからの光Ｌからなる映像が、ＣＣＤ固体撮像素子１０上で結像されるように焦点位置を調整する。

信号処理系６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０からのアナログ撮像信号を増幅する増幅アンプや、増幅された撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング）回路などを有するプリアンプ部６２、プリアンプ部６２が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部６４、Ａ／Ｄ変換部６４から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施すＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成された画像処理部６６から構成される。

記録系７は、画像信号を記憶するフラッシュメモリなどのメモリ（記録媒体）７２と、画像処理部６６が処理した画像信号を符号化してメモリ７２に記録し、また、読み出して復号し画像処理部６６に供給するＣＯＤＥＣ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ／Ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ）７４とから構成されている。

表示系８は、画像処理部６６が処理した画像信号をアナログ化するＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換回路８２、入力されるビデオ信号に対応する画像を表示することによりファインダとして機能する液晶（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などよりなるビデオモニタ８４、およびアナログ化された画像信号を後段のビデオモニタ８４に適合する形式のビデオ信号にエンコードするビデオエンコーダ８６から構成されている。

制御系９は、先ず、図示しないドライブ（駆動装置）を制御して磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリに記憶されている制御用プログラムを読み出し、読み出した制御用プログラム、あるいはユーザからのコマンドなどに基づいてデジタルスチルカメラ１の全体を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ ）などよりなる中央制御部９２を備える。

また制御系９は、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにシャッタ５２や絞り５６を制御する露出コントローラ９４、ＣＣＤ固体撮像素子１０から画像処理部６６までの各機能部の動作タイミングを制御するタイミング信号生成部（タイミングジェネレータ；ＴＧ）４０を具備した駆動制御部９６、ユーザがシャッタタイミングやその他のコマンドを入力する操作部９８を有する。 中央制御部９２は、デジタルスチルカメラ１のバス９９に接続された画像処理部６６、ＣＯＤＥＣ７４、メモリ７２、露出コントローラ９４、およびタイミング信号生成部４０を制御している。

このデジタルスチルカメラ１では、オートフォーカス（ＡＦ）、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）、自動露光（ＡＥ）などの自動制御装置を備えている。これらの制御は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から得られる出力信号を使用して処理する。たとえば、露出コントローラ９４は、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値が中央制御部９２により設定され、その制御値に従って絞り５６を制御する。具体的には、中央制御部９２が画像処理部６６に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値があらかじめ定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り５６の制御値を設定する。

本実施形態のデジタルスチルカメラ１における特徴部分であるタイミング信号生成部４０は、中央制御部９２により制御され、ＣＣＤ固体撮像素子１０、プリアンプ部６２、Ａ／Ｄ変換部６４、および画像処理部６６の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。操作部９８は、ユーザが、デジタルスチルカメラ１を動作させるとき操作される。

図示した例は、信号処理系６のプリアンプ部６２およびＡ／Ｄ変換部６４を撮像装置モジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部６２やＡ／Ｄ変換部６４を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またＤ／Ａ変換部を画像処理部６６内に設ける構成を採ることもできる。

また、タイミング信号生成部４０を撮像装置モジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部４０を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またタイミング信号生成部４０とドライバ４２とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの（ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ）としてもよい。こうすることで、よりコンパクトな（小型の）デジタルスチルカメラ１を構成できる。

また、タイミング信号生成部４０やドライバ４２は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、１つの半導体基板上に回路形成されたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、デジタルスチルカメラ１の製造が容易になる。また、使用するＣＣＤ固体撮像素子１０との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部４０やドライバ４２をＣＣＤ固体撮像素子１０と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいは撮像装置モジュール３内に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、デジタルスチルカメラ１（の完成品）の製造も容易になる。なお、撮像装置モジュール３は、光学系５からのみ構成されていても構わない。

なお、このデジタルスチルカメラ１は、具体的には、フレーム読出方式を用いた静止画撮像動作時にカラー画像を撮像し得るカメラとして適用されるようになっている。なお、本実施形態のデジタルスチルカメラ１の特徴部分として、フレーム読出方式としては、ＣＣＤ固体撮像素子１０と組み合わせることで、一般的な２フィールド読出方式に限らず、３フィールド、４フィールド、あるいは５フィールド、さらにはそれ以上など様々フィールド数の態様の読出方式を適用可能に構成されている。また、静止画撮像モードに限らず、間引き読みを利用して３０フレーム／秒に近いフレームレート（たとえば１０フレーム以上／秒）での動画撮影モードも用意されている。

＜ＣＣＤ固体撮像素子と周辺部の概要＞
図２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、このＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する駆動制御部９６の一実施形態とから構成された固体撮像装置２の概略図である。本実施形態では、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子１０を６相もしくは８相で駆動する場合を例に採って説明する。

図２において、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、駆動電源４６から、ドレイン電圧ＶＤＤおよびリセットドレイン電圧ＶＲＤが印加され、ドライバ４２にも所定の電圧が供給されるようになっている。

固体撮像装置２を構成するＣＣＤ固体撮像素子１０は、半導体基板２１上に、画素（ユニットセル）に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部（感光部；フォトセル）１１が多数、垂直（列）方向および水平（行）方向において２次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部１１は、受光面から入射した入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。

またＣＣＤ固体撮像素子１０は、センサ部１１の垂直列ごとに６相もしくは８相駆動に対応する複数本（本例では１ユニットセル当たり６本もしくは８本）の垂直転送電極２４（２４−１〜２４−６もしくは２４−１〜２４−８）が設けられる垂直ＣＣＤ（Ｖレジスタ部、垂直転送部）１３が配列されている。

垂直ＣＣＤ１３の転送方向は図中縦方向であり、この方向に垂直ＣＣＤ１３が設けられ、この方向に直交する方向（水平方向）に垂直転送電極２４が複数本並べられる。さらに、これら垂直ＣＣＤ１３と各センサ部１１との間には読出ゲート（ＲＯＧ）１２が介在している。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップＣＳが設けられている。これらセンサ部１１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部１１から読出ゲート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ１３によって撮像エリア１４が構成されている。

センサ部１１に蓄積された信号電荷は、読出ゲート部１２に読出パルスＸＳＧに対応するドライブパルスが印加されることにより垂直ＣＣＤ１３に読み出される。垂直ＣＣＤ１３は、６相（８相）の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）に基づくドライブパルスφＶ１〜φＶ６（φＶ８）よって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この１ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。

また、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、複数本の垂直ＣＣＤ１３の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直ＣＣＤ１３に隣接して、図の左右方向に延在する水平ＣＣＤ１５（Ｈレジスタ部、水平転送部）１５が１ライン分設けられている。この水平ＣＣＤ１５は、たとえば２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２に基づくドライブパルスφＨ１，φＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため２相駆動に対応する複数本（２本）の水平転送電極２９（２９−１，２９−２）が設けられる。

水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力（ＶＯＵＴ）として導出される。以上により、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子１０が構成されている。

また固体撮像装置２は、本実施形態の固体撮像装置２の特徴部分として、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための種々のパルス信号（“Ｌ”レベルと“Ｈ”レベルの２値）を生成するタイミング信号生成部４０と、タイミング信号生成部４０から供給された種々のパルスを所定レベルのドライブパルスにしてＣＣＤ固体撮像素子１０に供給するドライバ４２とを備えている。たとえば、タイミング信号生成部４０は、水平同期信号（ＨＤ）や垂直同期信号（ＶＤ）に基づいて、ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部１１に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスＸＳＧ、読み出した信号電荷を垂直方向に転送駆動し水平ＣＣＤ１５に渡すための垂直転送クロックＶ１〜Ｖｎ（ｎは駆動時の相数を示す；たとえば６相駆動時にはＶ６、８相駆動時にはＶ８）、垂直ＣＣＤ１３から渡された信号電荷を水平方向に転送駆動し電荷電圧変換部１６に渡すための水平転送クロックＨ１，Ｈ２、およびリセットパルスＲＧなどを生成し、ドライバ４２に供給する。

ドライバ４２は、タイミング信号生成部４０から供給された種々のクロックパルスを所定レベルの電圧信号（ドライブパルス）に変換し、あるいは別の信号に変換しＣＣＤ固体撮像素子１０に供給する。たとえば、タイミング信号生成部４０から発せられたｎ相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）は、ドライバ４２を介してドライブパルスφＶ１〜φＶ６（φＶ８）とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の垂直転送電極（２４−１〜２４−６もしくは２４−１〜２４−８）に印加されるようになっている。同様に、２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２は、ドライバ４２を介してドライブパルスφＨ１，φＨ２とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の水平転送電極（２９−１，２９−２）に印加されるようになっている。

ここで、ドライバ４２は、読出パルスＸＳＧについては、６相もしくは８相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）のうちのＶ１，Ｖ３，Ｖ５（，Ｖ７）に重畳することで、３値レベルを採る垂直ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５（，φＶ７）として、ＣＣＤ固体撮像素子１０に供給する。つまり、垂直ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５（，φＶ７）は、本来の垂直転送動作だけでなく、信号電荷の読出しにも兼用されるようにする（後述する図７，図１１参照）。

このような構成のＣＣＤ固体撮像素子１０の一連の動作を概説すれば以下の通りである。先ず、タイミング信号生成部４０は、垂直転送用の転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）や読出パルスＸＳＧなどの種々のパルス信号を生成する。これらのパルス信号は、ドライバ４２により所定電圧レベルのドライブパルスに変換された後に、ＣＣＤ固体撮像素子１０の所定端子に入力される。

センサ部１１の各々に蓄積された信号電荷は、タイミング信号生成部４０から発せられた読出パルスＸＳＧが読出ゲート部１２の転送チャネル端子電極に印加され、転送チャネル端子電極下のポテンシャルが深くなることにより、当該読出ゲート部１２を通して垂直ＣＣＤ１３に読み出される。そして、６相（８相）の垂直ドライブパルスφＶ１〜φＶ６（φＶ８）に基づいて垂直ＣＣＤ１３が駆動されることで、順次水平ＣＣＤ１５へ転送される。

水平ＣＣＤ１５は、タイミング信号生成部４０から発せられドライバ４２により所定電圧レベルの変換された２相の水平ドライブパルスφＨ１，φＨ２に基づいて、複数本の垂直ＣＣＤ１３の各々から垂直転送された１ラインに相当する信号電荷を順次電荷電圧変換部１６側に水平転送する。

電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５から順に注入される信号電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、この蓄積した信号電荷を信号電圧に変換して、たとえば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介して、タイミング信号生成部４０から発せられたリセットパルスＲＧの制御の元に撮像信号（ＣＣＤ出力信号）ＶＯＵＴとして出力する。

すなわち上記ＣＣＤ固体撮像素子１０においては、センサ部１１を縦横に２次元状に配置してなる撮像エリア１４で検出した信号電荷を、各センサ部１１の垂直列に対応して設けられた垂直ＣＣＤ１３により水平ＣＣＤ１５まで垂直転送し、この後、２相の水平転送パルスＨ１，Ｈ２に基づいて、信号電荷を水平ＣＣＤ１５により水平方向に転送するようにしている。そして、電荷電圧変換部１６にて水平ＣＣＤ１５からの信号電荷に対応した電位に変換してから出力するという動作を繰り返す。

＜撮像エリアの具体的な構成＞
図３は、撮像エリア１４の具体的な構成の一例を示す平面パターン図である。また、図４は、そのＸ‐Ｘ’矢視断面を示す図である。なお、ここでは、垂直転送電極２４−１〜２４−４についての２画素分についてのみ示すが、垂直転送電極２４−５〜２４−８についても、垂直方向に同様の配置が繰り返される。

先ず、垂直ＣＣＤ１３は、Ｎ型基板２１上にＰ型ウェル２２を介して形成されたＮ型不純物からなる転送チャネル２３と、この転送チャネル２３の上方にその転送方向に繰り返して配列された４相の転送電極２４−１〜２４−４とから構成されている。この転送電極２４−１〜２４−４の配線形態（配線パターン）は、基本的には、従前のものと変わりがない。

これらの転送電極２４−１〜２４−４において、２相目の転送電極２４−２と４相目との転送電極２４−４が１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、１相目の転送電極２４−１と３相目の転送電極２４−３が２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成された２層電極構造となっている。なお、転送電極２４−１〜２４−４の材質は、必ずしもポリシリコンに限定されるものではない。

また、１相目，３相目の転送電極２４−１，２４−３の下方の領域において、信号電荷の転送方向（図３の左側から右側への方向）の上流側の略半分の領域の基板表面側にはＰ−型の不純物層２５が形成されている。これにより、１相目と３相目の転送電極２４−１，２４−３の下方の領域に形成される転送チャネル２３には、信号電荷の転送方向に向けて下る傾斜のポテンシャル勾配が形成される。その結果、転送電極２４−１，２４−３の下に転送された信号電荷は、そのポテンシャル勾配によって転送電極２４−２，２４−４の下に徐々に移動する。こうしておくことで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くすることと組み合わせることで転送効率を良好なものとする。

転送電極２４−１〜２４−４を形成する１層目と２層目のポリシリコン層には、センサ部１１上において、ポリシリコン開口部２６が設けられている。また、転送電極２４−１〜２４−４の上方は、アルミニウムからなる遮光膜２７によって覆われている。この遮光膜２７には、センサ部１１上において、ポリシリコン開口部２６よりも内側にセンサ開口２８が形成されている。この遮光膜２７の材質としては、アルミニウム以外の材質が用いられる場合もある。

＜垂直転送電極の配線パターン＞
図５は、垂直ＣＣＤ１３における転送電極の配線パターン図であって、図５（Ａ）は６相駆動の場（２４−１〜２４−６）を示し、図５（Ｂ）は８相駆動の場（２４−１〜２４−８）を示す。本配線系においては、１相目〜６相目（８相目）の垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６（φＶ８）が用意され、さらに垂直転送クロックを伝送するために計６本（８本）のバスライン３１〜３６（３８）が配線されている。

そして、垂直転送ドライブパルスφＶ１を伝送するバスライン３１には１相目の転送電極２４−１が５画素（７画素）おきに接続されている。以下同様にして、垂直転送ドライブパルスφＶ２〜φＶ６（φＶ８）を伝送するバスライン３２〜３６（３８）には２相目〜６相目（８相目）の転送電極２４−２〜２４−６（２４−８）が、それぞれ５画素（７画素）おきに接続されている。

垂直ＣＣＤ１３によって形成される垂直方向の転送チャネル２３は、図中矢指する方向に、信号電荷が順次転送されるよう、転送電極２４−１〜２４−６（２４−８）に所定パターンを持つタイミングのドライブパルスφＶ１〜φＶ６（φＶ８）が印加される。

次に、本実施形態の特徴部分であるタイミング信号生成部４０によりＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する手法の具体例について説明する。先ず、３フィールド読出方式について説明する。

＜３フィールド読出方式＞
図６、図７、図８、および図９は、３フィールド読出方式の動作を説明する図である。ここで、図６は、その概要を示し、図７は、垂直レートの各垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６のタイミングチャートである。また図８および図９は、３フィールド読出方式におけるフレーム読出方式の動作モードを説明する垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６のタイミングチャートおよび電荷転送状態を示す図である。

図６の概要図において、各フィールドのＲ，Ｇ，Ｂ（それぞれ色分離フィルタの色）で示されている四角形が画素を示す。そして、垂直ＣＣＤ１３を挟んで左側に垂直方向のライン番号を示し（下部の水平ＣＣＤ１５側が１番目）、そのラインに対する読出パルスを括弧内に示している。読出対象ラインは、四角形で示す画素から垂直ＣＣＤ１３へ矢印で示唆されているものである。

ここで、従来の２フィールド読出方式（フレーム読出方式）では、図１６に示すように、１つのフィールドでは２画素中の１画素しか読み出しをしないため、図１９のように２画素（φＶ１〜φＶ４）に対して、垂直ＣＣＤ（垂直レジスタ）のパケットを構成していた。

これに対して、３フィールド読出方式では、図６に示すように、１つのフィールドでは３画素中の１画素しか読み出しをしないため、図２８にも示すように３画素（Ｖ１〜Ｖ６）に対して、垂直ＣＣＤのパケットを構成すればよい。つまり、垂直方向において２画素おきにセンサ部１１から信号電荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。このため、垂直ＣＣＤのオン転送チャネル数は、２フィールド読出方式（フレーム読出方式）時には２チャネルであったのに対して、３フィールド読出方式（フレーム読出方式）時には４チャネルとすることができ、垂直ＣＣＤの取扱い電荷量を増加させることが可能となる。

ここで、図７に示すように、垂直ＣＣＤ１３において、１相目と３相目と５相目の転送電極２４は、読出ゲート部１２の電極を兼ねている。このことから、６相の垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６のうち、１相目、３相目、および５相目の各転送クロックＶ１，Ｖ３，Ｖ５に基づく各ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５が低レベル（以下“Ｌ”レベルと称す）、中間レベル（以下“Ｍ”レベルと称す）、および高レベル（以下“Ｈ”レベルと称す）の３値を採るように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベルのドライブパルスが読出パルスＸＳＧに対応した読出ゲート部１２のドライブパルスとなる。このように、垂直転送用のドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５は、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスがセンサ部１１から信号電荷を読み出すときに読出ゲート部１２を駆動する読出パルスとなる。

なお、３つのフィールドの繰返し単位を規定するべく、１相目（２相目）と３相目（４相目）のドライブパルスφＶ１（φＶ２），φＶ３（φＶ４）はほぼ位相が異なるだけであるが、最後の５相目（６相目）のドライブパルスφＶ５（φＶ６）は、Ｌ，Ｍ，Ｈの各レベルの関係が１相目〜４相目とは異なるものとしてある。なお、前記において括弧内は残りのドライブパルスφＶ２，φＶ４，φＶ６の対になるものを示し、それぞれは、“Ｍ”レベルおよび“Ｌ”レベルの２値を採るように設定される。

なお、フレーム読出動作モードのときには、図６に示すように、垂直転送ドライブパルスφＶ３の読出パルスは第１フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφＶ１の読出パルスは第２フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφＶ５の読出パルスは第３フィールドで発生される。また、ライン間引き動作モードのときには、第１，第２，第３フィールドともに垂直転送ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５に読出パルスが立つ。

次に、３フィールド読出方式におけるフレーム読出動作時の信号電荷の読み出しおよび垂直転送の各動作について、図８および図９を参照して説明する。なお、図９において、右側から左側への方向を電荷転送方向とする。

本実施形態の駆動方法における特徴部分は、図８に示すように、垂直転送時におけるチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向においてチャージパケットより前方にある転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、チャージパケットの後端にある転送チャネルをオフする点にある。たとえば、今回の転送直前のチャージパケットの直ぐ前方にある（直前に位置する）転送チャネルの１つをオンするのとほぼ同時に、この転送直前のチャージパケットの後端に位置する１つの転送チャネル、すなわち最後端に位置する転送チャネルをオフする。以下具体的に説明する。

各センサ部１１からの信号電荷の読み出しに際し、第１フィールドでは、３相目の転送電極２４−３に対して、図７に示す垂直転送ドライブパルスφＶ３を印加する。これにより、１相目の読出ゲート部１２に対して読出パルスが与えられるため、垂直方向において２画素おきにセンサ部１１から信号電荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。

この読み出された信号電荷は、垂直ＣＣＤ１３の転送動作により、水平ブランキング期間に１ラインずつ垂直転送される。このラインシフト期間に移行する直前の時点ｔ０では、図８に示すように、１相目、２相目、３相目、および４相目の各垂直転送クロックに基づくドライブパルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４がともに“Ｍ”レベルである。このため、図９に示すように、１相目、２相目、３相目、および４相目の各転送電極２４−１，２４−２，２４−３，２４−４の下のポテンシャルが深くなって、チャージパケット（＝転送パケット）の１単位が形成され、このパケットに各信号電荷Ｑｓが蓄積されている。

そして、ラインシフト動作が開始され、５相目の垂直転送ドライブパルスφＶ５が“Ｌ”レベルから“Ｍ”レベルに遷移すると（時点ｔ１）、５相目の転送電極２４−５の下のポテンシャルが深くなる。これにより、１相目、２相目、３相目、および４相目の転送電極２４−１，２４−２，２４−３，２４−４の下のパケットの信号電荷Ｑｓが５相目の転送電極２４−５の下まで移動可能になる。

ここで、本実施形態特有の駆動制御方法として、このｔ０の期間からｔ１の期間への移行時に、転送方向の前方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ５を“Ｌ”→“Ｍ”（タイミング信号生成部４０の出力としては“Ｌ”→“Ｈ”；以下同様）へ変化させる（垂直レジスタのポテンシャルは深くなり、蓄積状態となる）と同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ１を“Ｍ”→“Ｌ”（タイミング信号生成部４０の出力としては“Ｈ”→“Ｌ”；以下同様）へと変化（垂直レジスタのポテンシャルは浅くなり、次の転送チャネルへの転送状態となる）させる。

これにより、ｔ０時点では転送電極２４−１，２４−２，２４−３，２４−４の下に形成されていたパケットの信号電荷Ｑｓが、ｔ１時点では転送電極２４−２，２４−３，２４−４，２４−５の下に形成されるパケットに転送される。

続いて、６相目の垂直転送ドライブパルスφＶ６が“Ｌ”レベルから“Ｍ”レベルに遷移すると（時点ｔ２）、６相目の転送電極２４−６の下のポテンシャルが深くなる。これにより、２相目、３相目、４相目、および５相目の各転送電極２４−２，２４−３，２４−４，２４−５の下のパケットの信号電荷Ｑｓが６相目の転送電極２４−６の下まで移動可能になる。

ここで、本実施形態特有の駆動制御方法として、このｔ１の期間からｔ２の期間への移行時に、転送方向の前方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ６を“Ｌ”→“Ｍ”へ変化させるとほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ２を“Ｍ”→“Ｌ”へと変化させる。

これにより、ｔ１時点では転送電極２４−２，２４−３，２４−４，２４−５の下に形成されていたパケットの信号電荷Ｑｓが、ｔ２時点では転送電極２４−３，２４−４，２４−５，２４−６の下に形成されるパケットに転送される。

以下同様の動作を繰り返す。すなわち、転送方向の前方の転送チャネルである１相目の垂直転送ドライブパルスφＶ１が“Ｌ”レベルから“Ｍ”レベルに遷移するときには（時点ｔ３）、その変化とほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ３を“Ｍ”→“Ｌ”へと変化させることで、ｔ２時点では転送電極２４−３，２４−４，２４−５，２４−６の下に形成されていたパケットの信号電荷Ｑｓが、ｔ３時点では転送電極２４−４，２４−５，２４−６，２４−１の下に形成されるパケットに転送される。

また、転送方向の前方の転送チャネルである２相目の垂直転送ドライブパルスφＶ２が“Ｌ”レベルから“Ｍ”レベルに遷移するときには（時点ｔ４）、その変化とほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ４を“Ｍ”→“Ｌ”へと変化させることで、ｔ３時点では転送電極２４−４，２４−５，２４−６，２４−１の下に形成されていたパケットの信号電荷Ｑｓが、ｔ４時点では転送電極２４−５，２４−６，２４−１，２４−２の下に形成されるパケットに転送される。

また、転送方向の前方の転送チャネルである３相目の垂直転送ドライブパルスφＶ３が“Ｌ”レベルから“Ｍ”レベルに遷移するときには（時点ｔ５）、その変化とほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ５を“Ｍ”→“Ｌ”へと変化させることで、ｔ４時点では転送電極２４−５，２４−６，２４−１，２４−２の下に形成されていたパケットの信号電荷Ｑｓが、ｔ５時点では転送電極２４−６，２４−１，２４−２，２４−３の下に形成されるパケットに転送される。

また、転送方向の前方の転送チャネルである４相目の垂直転送ドライブパルスφＶ４が“Ｌ”レベルから“Ｍ”レベルに遷移するときには（時点ｔ６）、その変化とほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ６を“Ｍ”→“Ｌ”へと変化させることで、ｔ５時点では転送電極２４−６，２４−１，２４−２，２４−３の下に形成されていたパケットの信号電荷Ｑｓが、ｔ６時点では転送電極２４−１，２４−２，２４−３，２４−４の下に形成されるパケットに転送される。

以上のラインシフト期間における一連の垂直転送動作により、センサ部１１の各々から読み出され、かつ１相目〜６相目の転送電極２４−１〜２４−６の下のパケットに蓄積された信号電荷Ｑｓが、１ラインだけシフトされて次の１相目〜６相目の転送電極２４−１〜２４−６の下のパケットに順に蓄積される。

このとき、撮像エリア１４の最下端の１ライン分の信号電荷は水平ＣＣＤ１５に転送される。そして、水平ＣＣＤ１５に移された１ライン分の信号電荷は、水平ブランキング期間後の水平走査期間において、水平ＣＣＤ１５の転送駆動によって順次水平方向に転送される。

なお、上述した動作説明では、第１フィールドの場合について説明したが、第２（第３）フィールドの場合は、１相目（５相目）の転送電極２４−１（２４−５）に対して、図７に示す垂直転送ドライブパルスφＶ１（φＶ５）を印加することで、１相目（５相目）の読出ゲート部１２に対して読出パルスが与えられ、垂直方向において１画素おきに、第１フィールドの場合とは異なるセンサ部１１から信号電荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。そして、以降の垂直転送動作は第１フィールドの場合と同様にして行なわれる。

このように、垂直転送時におけるチャージパケット単位ごとに、転送方向の前方の転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方の転送チャネルをオフするようにすれば、垂直転送周期は、図２７のｔ０〜ｔ１２に対して、図８のようにｔ０〜ｔ６へと削減することができる。また、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、図２７に示す従前の“２／３ｘ”から、図８に示す“４／３ｘ”へと長く（２倍に）することが可能になる。これにより、垂直転送クロックの伝播遅延に、その分だけの余裕が生まれる。

したがって、本実施形態のような転送タイミングとすることで、Ｖ１〜Ｖ６の６相駆動の３フィールド読出方式においても、垂直転送クロックに伝播遅延（ここでは物理的に同じ時間軸で考える）が生じても、それが問題となることを防止することができ、撮像エリア１４における、ドライブパルスの入力端子から遠い位置であるデバイス中央部や入力端の反対側でも、転送効率の低下という問題を回避することができる。つまり、１単位の垂直転送周期で見た場合（つまり相対的な時間軸で考えると）、所定の波形の垂直転送パルスがタイミング信号生成部４０からドライバ４２を介してＣＣＤ固体撮像素子１０の転送電極に印加されたとき、その転送電極を駆動するドライブパルスの波形が、撮像エリア１４の中央部や入力端の反対側においても、図２４のように鈍ることが無くなり、垂直ＣＣＤ１３の転送効率が改善されることを意味している。

たとえば、従前の駆動タイミングでは、各クロックのオーバーラップ期間が短く“２／３ｘ”になってしまう。ここで、垂直ＣＣＤ１３の各転送電極２４−１〜２４−６には、撮像エリア１４の片側もしくは両側から垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６が伝送されることから、撮像エリア１４の中央部分では配線抵抗によって垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６の振幅が低下したり、容量成分との関係で生じる伝搬遅延によって垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ６の波形が図２４のように鈍ってしまい、垂直ＣＣＤ１３の取扱い電荷量が減少したり、転送効率が劣化してしまうことになる。

これに対して、本実施形態のように、チャージパケット単位ごとに、転送方向の前方転送チャネルをオンするとともに後方転送チャネルをオフすることにより、両クロックのオーバーラップ期間が従前の駆動タイミングの場合（“２／３ｘ”）の２倍の“４／３ｘ”となる。特許文献１などにも述べたように、この垂直転送クロックのオーバーラップ期間が長い方が、信号電荷の転送にとって有利であり、本実施形態の駆動タイミングの方が、従前の駆動タイミングの場合よりも転送効率を改善できることとなる。

また、垂直レジスタの取扱い電荷量については、前述のように、垂直レジスタのオン転送チャネル数が多く、３フィールド読出方式／フレーム読出方式の動作では、６つの垂直転送電極を１単位とした転送１サイクル当たりにおける、垂直転送時のチャージパケットサイズは、６つの垂直転送電極中の４つの垂直転送電極分だけ確保でき、有利である。したがって、３フィールド読出方式／フレーム読出方式の動作における本実施形態の垂直転送タイミングによっても、セルサイズを縮小しても垂直レジスタの取扱い電荷量を確保できるので、高解像度化（多画素化）や小型化に有利となる。

なお、上記のように“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という垂直転送時の駆動方法は、上記説明のようにフレーム読出方式に適用することに限らず、ライン間引き動作時にも適用可能であることは、容易に理解されよう。

すなわち、３フィールド読出方式の場合には、垂直転送ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５は、先述したように、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスがセンサ部１１から信号電荷を読み出すときに読出ゲート部１２を駆動する読出パルスとなる。そして、フレーム読出方式の際には、垂直転送ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５における読出パルスの立つフィールドが順次切り替るのに対して、ライン間引き方式のときには、２フィールド読出方式の図２１と同様にして、第１、第２、および第３フィールドをそれぞれ２系統に分け、その一方の系統の第１、第２、および第３フィールドともに垂直転送ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５に読出パルスが立ち、他方の系統の第１、第２、および第３フィールドには読出パルスが立たないようにする。

さらに、ライン間引き方式時には、信号電荷Ｑｓを含むパケットの後方に存在する信号電荷を含まない空パケットを水平レジスタ内で混合し無信号の期間を除去するため、水平ブランキング期間内に所定ライン数分の垂直転送を行なうが、基本的な垂直転送自体は、上述したフレーム読出方式の場合と同様でよい。ここでは、本実施形態特有の駆動タイミングをライン間引き動作に適用した事例は図示を割愛する。

ライン間引き動作に上記実施形態の駆動方法を適用すれば、固体撮像素子の駆動系のタイミングを従前と同様のようにして変更するのみでライン間引き動作、すなわち出力する撮像信号のライン数を減らしてより高速の撮像信号を得る動作を行なうことにより、データレートを高速にせずに、より高速の撮像信号たとえばＮＴＳＣ方式に対応した出力信号を得る動作モードを実現できる。このような高速読出動作を、水平駆動周波数を高めるという手法に依らず実現できるので、水平レジスタの転送効率の劣化や水平レジスタの消費電力の増加などの他の問題点を招くこともない。しかもその際に、フレーム読出方式における上記実施形態と同様の垂直駆動タイミングを適用することで、高速な撮像信号を得ることができるとともに転送効率を改善することもできる。これにより、通常のテレビジョンモニタに撮像画像を表示する際や、自動焦点制御、自動アイリス制御、あるいは自動ホワイトバランス制御などの自動制御に際しても、高速な撮像信号を得ることで、スムーズな動画表示や、的確な自動制御を実現することができる。

このように、上記実施形態のような“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という垂直転送時の駆動方法は、フレーム読出方式に限らずライン間引き動作にも同様に適用可能なものであり、汎用性のある駆動方式となっている。

＜４フィールド読出方式＞
次に、タイミング信号生成部４０による駆動制御の元での４フィールド読出方式について、説明する。

図１０、図１１、図１２、および図１３は、４フィールド読出方式の動作を説明する図である。ここで、図１０は、その概要を示し、図１１は、垂直レートの各垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ８のタイミングチャートである。また図１２および図１３は、４フィールド読出方式におけるフレーム読出方式の動作モードを説明する垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ８のタイミングチャートおよび電荷転送状態を示す図である。各図の示し方は、３フィールド読出方式の場合と同様である。

３フィールド読出方式の場合との比較で分かるように、１つのフィールドでは４画素中の１画素しか読み出しをしないため、４画素（Ｖ１〜Ｖ８）に対して、垂直ＣＣＤのパケットを構成すればよい。つまり、垂直方向において３画素おきにセンサ部１１から信号電荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。このため、垂直ＣＣＤのオン転送チャネル数は、４フィールド読出方式（フレーム読出方式）時には６転送チャネルとすることができ、３フィールド読出方式（フレーム読出方式）時よりもさらに垂直ＣＣＤの取扱い電荷量を増加させることが可能となる。

ここで、図１１に示すように、垂直ＣＣＤ１３において、１相目と３相目と５相目と７相目の転送電極２４は、読出ゲート部１２の電極を兼ねている。このことから、８相の垂直転送ドライブパルスφＶ１〜φＶ８のうち、１相目、３相目、５相目、および７相目の各転送クロックＶ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７に基づく各ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５，φＶ７が低レベル（以下“Ｌ”レベルと称す）、中間レベル（以下“Ｍ”レベルと称す）、および高レベル（以下“Ｈ”レベルと称す）の３値を採るように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベルのドライブパルスが読出パルスＸＳＧに対応した読出ゲート部１２のドライブパルスとなる。

なお、４つのフィールドの繰返し単位を規定するべく、１相目と３相目と５相目のドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５はほぼ位相が異なるだけであるが、最後の７相目のドライブパルスφＶ７は、Ｌ，Ｍ，Ｈの各レベルの関係が１相目、３相目、および５相目とは異なるものとしてある。対になる残りのドライブパルスφＶ２，φＶ４，φＶ６，φＶ８は、“Ｍ”レベルおよび“Ｌ”レベルの２値を採るように設定される。

このように、垂直転送用のドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５，φＶ７は、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスがセンサ部１１から信号電荷を読み出すときに読出ゲート部１２を駆動する読出パルスとなる。なお、図１０に示すように、フレーム読出動作モードのときには、垂直転送ドライブパルスφＶ５の読出パルスは第１フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφＶ３の読出パルスは第２フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφＶ１の読出パルスは第３フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφＶ７の読出パルスは第４フィールドで発生される。また、ライン間引き動作モードのときには、第１〜第４の各フィールドともに垂直転送ドライブパルスφＶ１，φＶ３，φＶ５，φＶ７に読出パルスが立つ。

次に、４フィールド読出方式におけるフレーム読出動作時の信号電荷の読み出しおよび垂直転送の各動作について、図１２および図１３を参照して説明する。なお、図１３において、右側から左側への方向を電荷転送方向とする。

４フィールド読出方式においても、図１２に示すように、垂直転送時におけるチャージパケットの１単位ごとに、転送方向の前方の転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方の転送チャネルをオフする点に、本実施形態の駆動方法における特徴部分がある。以下具体的に説明する。

各センサ部１１からの信号電荷の読み出しに際し、第１フィールドでは、５相目の転送電極２４−５に対して、図１１に示す垂直転送ドライブパルスφＶ５を印加する。これにより、５相目の読出ゲート部１２に対して読出パルスが与えられるため、垂直方向において３画素おきにセンサ部１１から信号電荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。

この読み出された信号電荷は、垂直ＣＣＤ１３の転送動作により、水平ブランキング期間に１ラインずつ垂直転送される。このラインシフト期間に移行する直前の時点ｔ０では、図１２に示すように、１相目〜６相目の各垂直転送パルスに基づくドライブパルスφＶ１〜φＶ６がともに“Ｍ”レベルである。このため、図１３に示すように、１相目〜６相目の各転送電極２４−１〜２４−６の下のポテンシャルが深くなって、チャージパケット（＝転送パケット）の１単位が形成され、このパケットに各信号電荷Ｑｓが蓄積されている。

そして、ラインシフト動作が開始され、７相目の垂直転送ドライブパルスφＶ７が“Ｌ”レベルから“Ｍ”レベルに遷移すると（時点ｔ１）、７相目の転送電極２４−７の下のポテンシャルが深くなる。これにより、１相目〜６相目の転送電極２４−１〜２４−６の下のパケットの信号電荷Ｑｓが７相目の転送電極２４−７の下まで移動可能になる。

ここで、本実施形態特有の駆動制御方法として、このｔ０の期間からｔ１の期間への移行時に、転送方向の前方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ７を“Ｌ”→“Ｍ”（タイミング信号生成部４０の出力としては“Ｌ”→“Ｈ”；以下同様）へ変化させる（垂直レジスタのポテンシャルは深くなり、蓄積状態となる）と同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφＶ１を“Ｍ”→“Ｌ”（タイミング信号生成部４０の出力としては“Ｈ”→“Ｌ”；以下同様）へと変化（垂直レジスタのポテンシャルは浅くなり、次の転送チャネルへの転送状態となる）させる。

これにより、ｔ０時点では転送電極２４−１〜２４−６の下に形成されていたパケットの信号電荷Ｑｓが、ｔ１時点では転送電極２４−２〜２４−７の下に形成されるパケットに転送される。このように、転送動作中のチャージパケットサイズは最初のパケットサイズとほぼ一致している。

以下、３フィールド読出方式の場合もそうであったように、同様にｔ０→ｔ１時と同様の動作を繰り返す。これにより、ｔ１時点で転送電極２４−２〜２４−７の下に形成される転送チャネルに蓄積されていた信号電荷は、ｔ１→ｔ２時には転送電極２４−３〜２４−８の下へ、ｔ２→ｔ３時には転送電極２４−４〜２４−１の下へ、ｔ３→ｔ４時には転送電極２４−５〜２４−２の下へ、ｔ４→ｔ５時には転送電極２４−６〜２４−３の下へ、ｔ５→ｔ６時には転送電極２４−７〜２４−４の下へ、ｔ６→ｔ７時には転送電極２４−８〜２４−５の下へ、ｔ７→ｔ８時には転送電極２４−１〜２４−６の下へと、順次転送されていく。

以上のラインシフト期間における一連の垂直転送動作により、センサ部１１の各々から読み出され、かつ１相目〜８相目の転送電極２４−１〜２４−８の下のパケットに蓄積された信号電荷Ｑｓが、１ラインだけシフトされて次の１相目〜８相目の転送電極２４−１〜２４−８の下のパケットに順に蓄積される。また、撮像エリア１４の最下端の１ライン分の信号電荷は水平ＣＣＤ１５に転送される。そして、水平ＣＣＤ１５に移された１ライン分の信号電荷は、水平ブランキング期間後の水平走査期間において、水平ＣＣＤ１５の転送駆動によって順次水平方向に転送される。

なお、上述した動作説明では、第１フィールドの場合について説明したが、第２（第３、第４）フィールドの場合は、３相目（１相目，７相目）の転送電極２４−３（２４−１，２４−７）に対して、図１１に示す垂直転送ドライブパルスφＶ３（φＶ１，φＶ７）を印加することで、３相目（１相目，７相目）の読出ゲート部１２に対して読出パルスが与えられ、垂直方向において１画素おきに、第１フィールドの場合とは異なるセンサ部１１から信号電荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。そして、以降の垂直転送動作は第１フィールドの場合と同様にして行なわれる。

このように、４フィールド読出方式の場合にも、垂直転送時におけるチャージパケット単位ごとに、転送方向の前方の転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方の転送チャネルをオフするようにすれば、垂直転送周期は、図１２のようにｔ０〜ｔ８となり、また、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、図１２に示すように、ｘ（＝４／４ｘ）とすることができる。ここで、図示を割愛するが、従前の８相駆動の転送タイミングでは、ｔ０〜ｔ１６の周期が必要であって、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、“１／４ｘ”となるものである。よって、本実施形態のような転送タイミングとすることで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を従来よりも長くすることが可能になり、垂直転送クロックの伝播遅延に、その分だけの余裕が生まれる。

したがって、垂直転送時におけるチャージパケット単位ごとに、転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に後方転送チャネルをオフするような転送タイミングとすることで、Ｖ１〜Ｖ８の８相駆動の４フィールド読出方式においても、垂直転送クロックに伝播遅延が生じ難くなり、転送電極を駆動するドライブパルスの波形が、撮像エリア１４の中央部においても、図２４のように鈍ることが無くなり、垂直ＣＣＤ１３の転送効率が改善される。

なお、３フィールド読出方式の場合と同様に、上記のような垂直転送駆動のタイミングは、フレーム読出方式に適用することに限らず、ライン間引き動作時にも適用可能である。

なお、４フィールド読出方式と３フィールド読出方式とを比べた場合、先にも述べたように、垂直ＣＣＤのオン転送チャネル数は、４フィールド読出方式（フレーム読出方式）時には６転送チャネルとすることができ、３フィールド読出方式（フレーム読出方式）時よりもさらに垂直ＣＣＤの取扱い電荷量を増加させることができ、セルサイズ縮小の上で利点があり、より小型あるいは多画素化したＣＣＤ撮像素子とする場合には、４フィールド読出方式の方が有利である。

ところで、上述した３フィールド読出方式もしくは４フィールド読出方式の各フレーム読出動作時の説明において、転送方向の前方転送チャネルをオンすると“ほぼ同時”に後方転送チャネルをオフすると説明した際の“ほぼ同時”は、上述したと同様の目的であれば、必ずしも厳格に“同時”であることを要するものではなく、たとえばクロック間の僅かな遅延などの相違が生じていた場合であっても構わないことを意味する。要は、垂直転送クロックの伝播遅延による垂直ＣＣＤ１３の転送効率を改善し得るだけの余裕があればよい。以下、垂直ＣＣＤの取扱い電荷量と合わせて、その意義を簡単に説明する。

＜駆動パルス遅延と取扱い電荷量との関係＞
図１４は、駆動パルス遅延との関わりにおける、垂直ＣＣＤの取扱い電荷量を説明する図である。なおここでは、３フィールド読出方式かつフレーム読出動作時の場合で説明するが、４フィールド読出方式かつフレーム読出動作時、さらには間引き読出動作時でも同様である。

図９にも示したが、ｔ０時点では、転送電極２４−１，２４−２，２４−３，２４−４の下に形成されていたパケットに信号電荷Ｑｓが蓄積される。この状態を図１４（Ａ）に示す。

この後、本実施形態の転送タイミングとしては、転送方向の前方転送チャネルをオンすると“ほぼ同時”に後方転送チャネルをオフするので、信号電荷Ｑｓを蓄積しているパケットの両隣のポテンシャルが同時に動くことになる。たとえば、ｔ０→ｔ１の電荷転送過程では、転送電極２４−５の下に電荷井戸が形成されるとともに、転送電極２４−１の下の電荷井戸が消失するので、クロック間の僅かな遅延などの相違が生じなければ図１４（Ｂ）に示すように、転送電極２４−５の下に電荷井戸が形成され始めると同時に、それ以前に存在していた転送電極２４−１の下の電荷井戸が浅くなるような状態が一時的に生じる。このときには、取扱い電荷量（電荷蓄積量）は、理論的には変わらないものの、タイミングずれが生じると多少減少する傾向が生じる。

たとえば、相違が生じて、ドライブパルスφＶ５が“Ｌ”レベル→“Ｍ”レベルへと変化する（垂直レジスタのポテンシャルは深くなり、蓄積状態となる）よりも、ドライブパルスφＶ１が“Ｈ”レベル→“Ｌ”レベルへと変化（垂直レジスタのポテンシャルは浅くなり、次の転送チャネルへの転送状態となる）方が僅かに速いと、図１４（Ｃ）に示すように、それ以前に存在していた転送電極２４−１の下の電荷井戸がかなり浅くなってから、転送電極２４−５の下に電荷井戸が形成され始めるような状態が一時的に生じる。このときには、取扱い電荷量は、多少減少する。

また、ドライブパルスφＶ５が“Ｌ”レベル→“Ｍ”レベルへと変化するよりも、ドライブパルスφＶ１が“Ｈ”レベル→“Ｌ”レベルへと変化する方が遙かに速いと、図１４（Ｄ）に示すように、それ以前に存在していた転送電極２４−１の下の電荷井戸が完全に消失してから、転送電極２４−５の下に電荷井戸が形成され始めるような状態が生じる。このときには、転送電極２４−１の下の転送チャネルが電荷蓄積に寄与し得ず、一時的に３つの転送チャネル（電荷井戸）にしか電荷を蓄積しない状態となり、転送チャネル１個分の垂直レジスタの取扱い電荷量の減少が生じてしまう。

ただし、図では示さないが、ライン間引き動作の場合には、信号電荷Ｑｓを含むパケットＡの後方に空パケットＢがあるので、パケットＡで信号電荷Ｑｓが溢れても、後ろの空パケットＢで溢れなければ、最終的に各パケットＡ，Ｂの電荷を水平ＣＣＤ１５において混合するため問題とはならず、よって垂直ＣＣＤ１３の取扱い電荷量が減少することはない。

このようなドライブパルスの切替タイミングのずれは、タイミング信号生成部４０から出力される転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）には存在しておらず、適正に転送電極の入力点に印加されたとしても、転送電極を通ることで、図２４に示したように、伝搬遅延が生じ、しかも電極間でその遅延量が必ず揃っているとは言えないので、デバイス上で切替タイミングのずれが生じることは避けられないことである。また、タイミング信号生成部４０の回路構成によっては、タイミング信号生成部４０から出力される転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）自体にずれが存在することもあり得る。

しかしながら、たとえ図２４に示したような伝搬遅延に起因したずれがあっても、またタイミング信号生成部４０からの出力自体にずれがあっても、その遅延差の程度がある程度の範囲内であれば、上記説明から分かるように、問題となることは事実上ない。

以上のように、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という垂直転送時の駆動方法について、３フィールドあるいは４フィールド読出方式（フレーム読出方式／間引き読出方式を問わず）への適用事例を具体的に例示したが、このような駆動方法は、３フィールドあるいは４フィールド読出方式に限らず、それ以上のフィールド数、たとえば１０相駆動（φＶ１〜φＶ１０）の５フィールド読出方式などにも適用可能である。これによって、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くし、垂直レジスタの転送効率を改善することができることは、上記３フィールドあるいは４フィールド読出方式の説明から容易に理解されよう。なお、この場合においても、フレーム読出方式に限らず、間引き読出方式にも適用可能である。

また、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という垂直転送時の駆動方法は、３フィールド以上のフレーム読出方式や間引き読出方式に限らず、２フィールドのフレーム読出方式や間引き読出方式にも適用可能である。この場合、間引き読出動作においては、一見すると、特許文献１に記載の技術と類似する。ただし、その意義やそれによる効果は異なる。以下、この点について説明する。

＜２フィールド読出方式における本実施形態と特許文献１の各技術の差＞
図１５は、２フィールド読出方式かつ２／８ラインの間引き読出方式の動作を説明する図である。ここで、図１５（Ａ）は、図２２と同様のもので従来例（基本形）による駆動タイミングを示す。また、図１５（Ｂ）は、本実施形態による駆動タイミングを示し、図１５（Ｃ）は、特許文献１によるコンプリメンタリ駆動を適用した駆動タイミングを示す。図１５（Ｄ）は、本実施形態と特許文献１の各技術の差を説明するための、タイミング信号生成部４０から出力される転送クロック切替時の拡大図である。

図１５（Ａ）に示すように、従来の基本的な駆動タイミングでは、２ライン分の転送を行なうために、１６サイクル（ｔ１〜ｔ１６）を要している。また図１８に示すフレーム読出動作時に１ライン分の転送を行なうための垂直転送クロックのオーバーラップ期間を“ｘ”としたとき、図１５（Ａ）に示す従来の基本的な駆動タイミングでは２ライン分の垂直転送を行なうため、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は“１／２ｘ”となる。

これに対して、本実施形態の駆動タイミングは、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”というものであり、図１５（Ｂ）に示すように、２ライン分の転送を行なうためには８サイクル（ｔ１〜ｔ８）でよくなり、高速転送を可能にする。また、このように垂直転送を行なうことで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くし、従来の基本的な駆動タイミングと同一の“ｘ”とすることが可能となる。

ところで、このような本実施形態の駆動タイミングや垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、図１５（Ｃ）に示す特許文献１のものとほぼ同じになっている。すなわち、駆動パルスタイミングを比較する限りでは、一見、似通っている。しかしながら、各々の技術的な意味合いの本質は全く異なる。

すなわち、図１５（Ｄ２）に示すように、ライン間引き動作時に互いに逆相（コンプリメンタリ）の垂直転送クロック対の組合せによって垂直転送を行なうという特許文献１の方法では、タイミング信号生成部４０から出力される転送クロックＶ１〜Ｖ６（Ｖ８）における、組となるパルス間での立下りと立上り（図のｔ１〜ｔ８の各々の時点）とには、ずれがないことを原則とする。これが“互いに逆相（コプリメンタリ）”の意味だからである。ずれが存在するとすれば、それは、せいぜい回路を構成する論理ゲート（たとえばＡＮＤゲートやＯＲゲート）の“ゲート遅延差”程度と考えるべきものである。

これに対して、本実施形態の方法では、図１５（Ｄ１）に示すように、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのと『ほぼ同時』に、後方転送チャネルをオフする”というものであり、対応するパルス間での立下りと立上りとにある程度のずれが存在しても、上記図１４の説明から分かるように、問題としないものである。偶々ずれが存在しない状態が、波形的には、“互いに逆相（コプリメンタリ）”の状態と同一になっている、ということに過ぎない。対応するパルス間での立下りと立上りにおける『ずれ』に対する適用範囲の考え方が全く異なるものである。

このように、本実施形態の駆動方法と特許文献１の駆動方法とでは、２フィールド読出方式かつラインの間引き読出方式について比較してみると、駆動タイミングや垂直転送クロックのオーバーラップ期間は一見すれば似通っているが、その技術的な意味合いが異なる。また、特許文献１の駆動方法を実現するには組となる転送クロックについては“互いに逆相（コプリメンタリ）”にしなければならないという回路設計上の制約が存在するのに対して、本実施形態の駆動方法では、そのような制約はなく、対応するパルス間での立下りと立上りとが『ほぼ同時』になされるような回路構成とすればよく、回路設計上の自由度が大きいという利点がある。電極間での遅延差を考慮して、タイミング信号生成部４０から出力される転送パルスに積極的にずれを持たせ、全体としての転送効率のバランスを採るという使い方も可能となる。

なお、上記実施形態では、駆動の相数が偶数である場合を示したが、上記説明から分かるように、従前の駆動方式が奇数（たとえば３相や５相、あるいはそれ以上）である場合にも、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という駆動方式を適用可能であり、それによって、上述したと同様の効果が得られることは理解されることである。

また、上記実施形態では、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、インターライン転送方式以外の方式のＣＣＤ固体撮像素子、さらにはＣＣＤ以外を用いた固体撮像素子にも同様に適用可能である。

１…デジタルスチルカメラ、２…固体撮像装置、３…撮像装置モジュール、１０…ＣＣＤ固体撮像素子、１１…センサ部、１３…垂直ＣＣＤ、１４…撮像エリア、１５…水平ＣＣＤ、１６…電荷電圧変換部、４０…タイミング信号生成部、４２…ドライバ、４６…駆動電源、５０…撮像レンズ、９６…駆動制御部、２４＿１〜２４＿８…垂直転送電極

本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、画素ごとに光電変換によって得た信号電荷を、フィールドごとに異なる画素ラインから転送チャネルに読み出して、読み出した信号電荷を、それぞれ垂直転送し、複数フィールドで１フレームの全信号電荷を出力するフレーム読出動作を行う固体撮像素子の駆動方法であって、前記フレーム読出動作において、前記転送チャネルのオンとオフをそれぞれが部分的に制御する複数の垂直転送電極にＰ（Ｐは５以上の正の整数）相の垂直転送ドライブパルスを印加して前記垂直転送を制御し、当該制御に際し、連続してオンしたＰ−２個の転送チャネル部分の並びで形成される、前記信号電荷のパケットごとに、垂直転送方向において前記パケットより前方にある１個の転送チャネル部分をオンさせ、前記パケットの最後端にある１個の転送チャネル部分をオフさせて前記パケットを垂直転送方向にシフトし、当該シフトを繰り返すことにより前記信号電荷の垂直転送を行う。

なお、上記本発明に係る固体撮像素子の駆動方法を実施する駆動装置を発明として抽出することも可能である。この駆動装置は、画素ごとに光電変換によって得た信号電荷を画素ラインから転送チャネルに読み出された信号電荷を、前記転送チャネルのオンとオフをそれぞれが部分的に制御する複数の垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスに基づいて垂直転送する固体撮像素子と、複数フィールドで１フレームの全信号電荷を出力するフレーム読出動作において、Ｐ（Ｐは５以上の正の整数）相の前記垂直転送ドライブパルスを生成して前記複数の垂直転送電極に印加し、当該複数の垂直転送電極に印加する前記Ｐ相の垂直転送ドライブパルスを制御して、連続してオンしたＰ−２個の転送チャネル部分の並びで形成される、前記信号電荷のパケットごとに、垂直転送方向において前記パケットより前方にある１個の転送チャネル部分をオンさせ、前記パケットの最後端にある１個の転送チャネル部分をオフさせて前記パケットを垂直転送方向にシフトし、当該シフトを繰り返すことにより前記信号電荷の垂直転送を行う駆動制御部と、を備えるものとする。

Claims (8)

1. 光電変換によって得た信号電荷を垂直転送する固体撮像素子の駆動方法であって、
   Ｐ（Ｐは５以上の正の整数）相の垂直転送パルスに基づく垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたＰ−２個の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある１個分の転送チャネルをオンするとともに、前記チャージパケットの最後端にある１個分の転送チャネルをオフするように駆動することで、垂直転送方向に連続してオンしたＰ−２個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行なう
   固体撮像素子の駆動方法。
2. ライン間引き動作を行なう
   請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
3. ６相以上の偶数の相数による垂直転送駆動によって前記垂直転送を行なう
   請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
4. ３フィールド以上でかつフレーム読出動作にて前記垂直転送を行なう
   請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
5. ３フィールド以上でかつライン間引き読出動作にて前記垂直転送を行なう
   請求項２に記載の固体撮像素子の駆動方法。
6. 垂直転送方向に連続してオンしたＰ−２個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行ない、かつ、
   前記チャージパケットより前方にある１個分の転送チャネルをオンするための垂直転送ドライブパルスと前記チャージパケットの最後端にある１個分の転送チャネルをオフするための垂直転送ドライブパルスのオン・オフの切替タイミングのずれの許容範囲を、前記チャージパケットの取扱い電荷量の変動分が１個の転送チャネルの蓄積電荷量分未満となるようにする
   請求項１〜５の内の何れか一項に記載の固体撮像素子の駆動方法。
7. 光電変換によって得た信号電荷を垂直転送する垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスに基づいて垂直転送する垂直転送部、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送電極に印加される水平転送ドライブパルスに基づいて水平転送する水平転送部、および前記水平転送された前記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を具備する固体撮像素子と、
   Ｐ（Ｐは５以上の正の整数）相による垂直転送駆動時に、前記垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたＰ−２個の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある１個分の転送チャネルをオンするとともに、前記チャージパケットの最後端にある１個分の転送チャネルがオフするように垂直転送パルスを生成することで、垂直転送方向に連続してオンしたＰ−２個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行なうタイミング信号生成部と、
   前記タイミング信号生成部により生成された前記垂直転送パルスに基づく垂直転送ドライブパルスを前記固体撮像素子の前記垂直転送電極に入力する駆動部と
   を備えている固体撮像装置。
8. 被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
   前記撮像レンズにより取り込まれた前記被写体の光学像が結像される複数のセンサ部からなる撮像エリア、前記センサ部において光電変換によって得た信号電荷を垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスに基づいて垂直転送する垂直転送部、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送電極に印加される水平転送ドライブパルスに基づいて水平転送する水平転送部、および前記水平転送された前記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を具備する固体撮像素子と、
   Ｐ（Ｐは５以上の正の整数）相による垂直転送駆動時に、前記垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたＰ−２個の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの１単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある１個分の転送チャネルをオンするとともに、前記チャージパケットの最後端にある１個分の転送チャネルがオフするように垂直転送パルスを生成することで、垂直転送方向に連続してオンしたＰ−２個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行なうタイミング信号生成部と、
   前記タイミング信号生成部により生成された前記垂直転送パルスに基づく垂直転送ドライブパルスを前記固体撮像素子の前記垂直転送電極に入力する駆動部と
   を備えているカメラシステム。

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