固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ
【課題】１パケットを構成する水平画素数が小さくても同色転送が可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の光電変換部と、複数の垂直転送部２と、転送制御部６と、水平転送部３（第１水平転送部４、第２水平転送部５）とを備え、複数の垂直転送部２のそれぞれは、光電変換部の各列に対応して設けられ、動画モード（画素加算モード）においては、同色の信号電荷が、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行い、転送制御部６は、第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、垂直転送部２から第１水平転送部４及び第２水平転送部５へ信号電荷を転送する。
【解決手段】複数の光電変換部と、複数の垂直転送部２と、転送制御部６と、水平転送部３（第１水平転送部４、第２水平転送部５）とを備え、複数の垂直転送部２のそれぞれは、光電変換部の各列に対応して設けられ、動画モード（画素加算モード）においては、同色の信号電荷が、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行い、転送制御部６は、第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、垂直転送部２から第１水平転送部４及び第２水平転送部５へ信号電荷を転送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置、その駆動方法及びカメラに関し、特にデジタルスチルカメラ等のデジタルカメラ向けＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像装置において、水平転送時の混色を抑制し、低消費電力化を実現する構造と駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ等のデジタルカメラ用の固体撮像装置として、ＣＣＤ固体撮像装置を用いたカメラでは、近年１２Ｍ以上の画素数を持つＣＣＤ固体撮像装置が主流である。水平転送部を構成する水平転送電極は微細化され、更に水平方向の画素数は４０００画素以上に達しているため、一般的に用いられてきた垂直転送部の１列に対して、水平転送部の１パケットが構成される２相駆動では、取り扱い電荷量を確保するために水平転送部の幅も大きくなり、更には電極間容量が飛躍的に増大し、消費電力の増大が課題となっている。
【０００３】
そのため、現在では、水平転送部の転送パケット数を従来のように垂直転送部の列数と同じにせず、例えば１／３にし、垂直転送部から水平転送部への転送、及び水平転送部から出力部への転送動作を３回に分け、１行の信号電荷を分割してインターレース（水平インターレース）で出力する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、水平転送部を構成する電極の数を減らすことが可能であり、電極間容量が減少し、電極の水平方向の電極長を大きくできるため、水平転送部の幅を狭くでき、低消費電力化を実現できる。但し、このような構造をもつ固体撮像装置では、水平転送部のパケット数が垂直転送部の列数よりも少ないため、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部が必要である。具体的には、最初の転送動作を行っている間、転送制御部において信号電荷を保持しておく機能が必要となる（例えば、特許文献１参照）。ここで、「パケット」とは、信号電荷を水平転送又は垂直転送する際の転送単位である。
【０００４】
また、現在では受光部の信号を静止画（スチル）として取り出す撮像モード（以下、「通常モード」、あるいは、「静止画」モードという。）に加え、液晶モニター表示や動画記録のための動画モードが用いられる。動画モードでは、一般に複数の画素から得られる信号電荷を撮像装置内で加算する、あるいは選択的に画素から読み出す信号電荷を間引く、もしくはドレインに排出することで、出力信号数を減らし、高フレームレートの動画を実現する。動画モードでは、静止画で出力される画素数が例えば１２Ｍ等の大容量画素数であるのに対して、３０フレーム／秒のＶＧＡ出力（６４０×４８０）やＨＤフォーマットに対応した７２０ｐ出力（１２８０×７２０）、フルＨＤの１０８０ｐ出力（１９２０×１０８０）が実現されている。通常モードでは、２〜５フレーム／秒のフレームレートであるのに対し、動画モードでは、３０フレーム／秒〜６０フレーム／秒の画像出力が要求されるため、静止画で出力される画素数に比べ、画像を１／１０近くに圧縮する必要があり、加算される信号電荷も多くなる。
【０００５】
また、近年、動画記録においてはフルＨＤの１０８０ｐ出力（例えば３０ｆｐｓや６０ｉ）出力が主流になりつつあり、これを実現するためには、１個の水平ＣＣＤからの出力では水平転送周波数が８０ＭＨｚ以上となるため、転送周波数を低減するために２並列水平転送部（並列転送可能な２つの水平転送部）を有するＣＣＤ固体撮像装置が検討されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
１９２０×１０８０の３０ｆｐｓ出力を行うには、２並列水平転送部を有する場合、ＨＤ放送向けＣＣＤ固体撮像装置では水平転送周波数が３７．１２５ＭＨｚであるが、デジタルスチルカメラでは、ＨＤ用イメージセンサーのアスペクト１６：９に対して、アスペクトが４：３もしくは３：２であるため、垂直方向に並ぶ転送行数が多くなることから、水平転送部を２並列としても水平転送周波数が５０ＭＨｚ近くとなっており、水平転送効率が悪化する場合がある。
【０００７】
また、２並列水平転送部を有するＣＣＤ固体撮像装置では、従来一般的に用いられてきた２相駆動と異なり、水平を４相駆動とすることで、単位面積あたりの取り扱い電荷量を増やすことが可能となるため、水平転送部の幅を短くでき、水平転送部間の転送に有利であることも報告されている。
【０００８】
ところで、デジタルスチルカメラ用固体撮像装置では、カラーフィルタの配列として、一般にベイヤー配列が用いられ、隣接する同色間で信号電荷が加算されるが、固体撮像装置内での信号電荷の加算については、垂直方向は垂直転送部内あるいは水平転送部で加算、水平方向は水平転送部内で加算される。垂直方向の画素加算については、光電変換部から垂直転送部への読み出しを行う垂直転送電極を複数設け、駆動タイミングを工夫することで、垂直転送部内で可能であるが、水平方向の画素加算については、垂直転送部から水平転送部の間に、信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部が必要である。動画モードの１例として、垂直３画素で、かつ、水平３画素の信号電荷を加算した９画素加算は、高画質の動画を実現できるものとして有用である。一方、垂直２画素で、かつ、水平２画素の信号電荷を加算した４画素加算は、９画素加算に比べて加算する画素数が少ないものの、高フレームレートに適しているという利点があり、高速連写に有用である。よって、用途に合わせて、複数の加算モードを実現できることが望まれている。
【０００９】
以上述べたように、現在のデジタルカメラ用の固体撮像装置では、低消費電力化と、画素加算を利用した高フレームレートの動画を実現するための並列出力が必須となっていることがわかる。
【００１０】
図１７に特許文献２に記載されている従来の固体撮像装置の構成を示す。図１７において、ＣＣＤ固体撮像装置１００は、撮像部１１０、電荷制御部１２０、垂直出力ゲート部（ＶＯＧ部）１３０、第１水平ＣＣＤ（水平転送部）１４０、第２水平ＣＣＤ（水平転送部）１５０、は水平水平（ＨＨ）転送部１６０、バリア部１６１を備える。電荷制御部１２０はストレージゲート（Ｓ１、Ｓ２）とホールドゲート（Ｈ１、Ｈ２）により構成される。第１水平ＣＣＤ１４０と第２水平ＣＣＤ１５０は２相で駆動される。なお、以降の図においても同様であるが、Ｇ、Ｒ、Ｂはカラーフィルタのグリーン、レッド、ブルー、あるいは、前記フィルタを介して得られたグリーン、レッド、ブルーの信号電荷を示す。
【００１１】
以上のように構成された従来のＣＣＤ固体撮像装置１００についてその動作を説明する。
【００１２】
図１８に通常モード（静止画モード）での動作を示す。特許文献２の例では、ＧＲ行のＲ列のみ、４列に１つずつ、電荷制御部１２０と垂直出力ゲート部１３０により転送を制御して第１水平ＣＣＤ１４０に転送し、２並列出力の場合は、更に転送パルスＨＨＧφによりＨＨ転送部１６０を通して第２水平ＣＣＤ１５０まで、先の信号電荷Ｒを転送する。その後、残りの４列に１つのＲ列信号を第１水平ＣＣＤ１４０に転送し、水平転送によって出力する。同行の残りの信号電荷Ｇも同様に２回のシーケンスに分けて垂直転送及び水平転送をし、２回の水平転送で１行を出力する。次行のＧＢ行も同様である。つまり、水平２：１インターレースを行う。これは、１パケットを構成する水平画素数が４であるためで、２つの水平転送部を有していても、水平のパケット数は、列数の１／２になっているためである。なお、本例では、２相駆動であるため、各水平転送電極の水平方向の電極長は画素ピッチの２倍となる。ここで、「画素ピッチ」とは、撮像部を構成する画素（光電変換部）の水平方向（又は、垂直方向）における並びにおける隣接する画素間の距離である。
【００１３】
図１９に水平２画素加算時の加算動作の模式図を、図２０に水平２画素加算時の信号電荷の転送を示す。なお、「水平ｎ画素加算」とは、水平方向に、同色のｎ個の画素ごとに、それらのｎ個の画素分の信号電荷を加算して一つの信号電荷にまとめることをいう。また、「垂直ｎ画素加算」とは、垂直方向に、同色のｎ個の画素ごとに、それらのｎ個の画素分の信号電荷を加算して一つの信号電荷にまとめることをいう。
【００１４】
水平２画素加算の場合は、最初に信号電荷Ｒの全てを第１水平ＣＣＤ１４０に転送する。前述したように水平転送部は１パケットを４画素ピッチ（４列）で構成するため、列数の１／２を占める信号電荷Ｒを水平方向に２画素加算すると、パケット数と信号数が一致する。隣接する信号電荷Ｒ同士が電荷制御部１２０と垂直出力ゲート部１３０の転送制御によって、第１水平ＣＣＤ１４０内で加算される。これをそのまま、転送パルスＨＨＧφによるＨＨ転送制御によりＨＨ転送部１６０を通して、第２水平ＣＣＤ１５０に転送する。残る信号電荷Ｇについても同様に第１水平ＣＣＤ１４０に加算し、転送する。この２画素加算時の特徴としては、同色の信号電荷が水平転送部毎に出力される、すなわち、同色転送される点である。ここで、「同色の信号電荷」とは、同色の画素に対応する信号電荷の意味である。また、「同色転送」とは、一つの水平転送部（複数の水平転送部を備える場合には、それぞれの水平転送部）が一回の水平転送で転送する全ての信号電荷が同色の信号電荷となるような水平転送をいう。水平転送部の転送動作については、同色転送することが、混色を防止するために有効である。ベイヤー配列においては、１行あたり２色の色フィルタが存在するため、通常転送では混色が発生しやすい。そのため同色転送するには、水平転送部を複数として色を分離するか、水平をインターレースすることで色を分離することで、可能となる。
【００１５】
特許文献２の例では、通常モード時に二つの水平転送部から同じ色の信号電荷を出力していたが、電荷制御部１２０の構成次第では、通常モード時に一つの水平転送部に対して一つの色を割り当てることも可能である。同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれて転送される場合、ゲインやリニアリティー、オフセットといった補正が生じ、扱いにくくなる。但し、信号電荷Ｇに関しては、信号電荷Ｒ横の信号電荷Ｇｒと信号電荷Ｂ横の信号電荷Ｇｂとを並列出力しない場合でも、補正のために別色扱いしているＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）も多く、複数の転送部に分かれて転送されても大きな問題にはならない。
【００１６】
動画でベイヤー配列の信号電荷を順に転送する場合、信号電荷の配列が２行単位であり、かつ、１行には２色の信号電荷があるため、水平転送部が２以上の場合は、水平転送部並列数をｃｈ、１水平転送期間あたりの転送行数をｎとすると、水平転送部並列数ｃｈ＝２、４で、水平転送部並列数ｃｈ／１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２の場合に、同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれることがなく色分離が可能であり、かつ、画素の行をまたぐことがなく同色転送が可能である。ここで、「水平転送部並列数」とは、同時（並列）に水平転送を行うことができる水平転送部の数である。また、「１水平転送期間あたりの転送行数」とは、個々の水平転送部が１回の水平転送で転送できる画素の行数である。
【００１７】
たとえば、水平転送部並列数ｃｈ＝２だと１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１、水平転送部並列数ｃｈ＝４だと１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２とすることで、同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれることがなく、かつ、画素の行をまたぐことがなく同色転送をすることができる。水平転送部並列数ｃｈ＝４で１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２行なら４色分離、水平転送部並列数ｃｈ＝２で１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１行なら２色分離となる。
【００１８】
なお、水平転送部並列数ｃｈ＝４の場合、Ｇｒ、Ｇｂが異なる色とすればベイヤー配列の色数と同じのため、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝４でも色分離が可能である。また、水平転送部並列数ｃｈ＝４の場合、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１でも同色転送は可能だが、同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれてしまう。これは、水平転送部並列数ｃｈ＝６、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３の場合も同様であり、同色転送が可能だが、同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれるため、前述したようにゲインやリニアリティー、オフセットといった補正が生じ、扱いにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００６−３１０６５５号公報
【特許文献２】特開２００８−２４４８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記従来の構成では、画素ピッチが大きくなった場合に、同色転送をしようとすると、水平転送部を構成する水平転送電極の水平方向の電極長が長くなるため、転送効率が悪化する、及び、水平駆動電圧が上昇するといった欠点を有する。
【００２１】
例えば、水平転送部の並列数が２であれば、ベイヤー配列では１行の色数が２であるため、１水平転送期間あたりの転送行数ｎが１であれば、水平転送部毎に転送する色数を１とできるため、同色転送が可能となる。ここで、水平転送部において１パケットを構成する水平画素数をＨとすると、つまり、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝水平画素数／水平転送パケット数とすると、空パケットが生じない効率のよい転送の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ×水平画素数／水平加算数＝水平転送パケット数×水平転送部並列数であるから、この関係を利用して、上記水平画素数Ｈの式の右辺を書き直すと、
１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝水平加算数×水平転送部並列数／ｎ （１）
となる。ここで、「１パケットを構成する水平画素数Ｈ」とは、１個のパケットに格納され得る信号電荷の最大の個数（画素を単位とする個数）である。また、単に「水平画素数」と記載された場合の「水平画素数」とは、一行を構成する画素の総数である。また、「水平転送パケット数」とは、各水平転送部が１回の水平転送で転送するパケットの総数である。また、「水平加算数」とは、各水平転送部が水平方向に加算する信号電荷の数（画素を単位とする数）である。
【００２２】
よって、たとえば、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１とすれば、水平加算数が２の場合は１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４、水平加算数が３の場合は１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６となる。
【００２３】
なお、上記（１）式を変形すると、
１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝水平加算数×水平転送部並列数／Ｈ （２）
であるため、通常モード（水平加算なし、つまり、水平加算数が１）は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４の場合は１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１／２となり、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６の場合は１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１／３となる。このように１水平転送期間あたりの転送行数ｎが１／Ｌ（Ｌは２以上の整数）である場合は、水平Ｌ：１インターレースにて水平方向での同色転送が可能である。
【００２４】
しかしながら、水平方向における画素ピッチに対する水平転送電極長の比（水平電極長比）をαとすると、つまり、水平電極長比α＝水平転送電極長／画素ピッチとすると、
水平電極長比α＝Ｈ／駆動相数 （３）
である。ここで、「水平転送電極長」とは、水平転送電極の水平方向における長さである。「駆動相数」とは、水平転送部（あるいは、垂直転送部）を構成する各電極に印加する駆動信号の相数である。
【００２５】
例えば、水平転送部を４相で駆動する場合は、水平２画素加算の場合には、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４であるから、水平電極長比α＝４／４＝１、すなわち、水平電極長は画素ピッチと同じ長さとなり、水平加算数が３の場合には、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６となり水平電極長比α＝６／４＝１．５、すなわち、水平電極長は画素ピッチの１．５倍となる。コンパクトデジタルカメラでは、１／２．３型が主流であり、セルサイズも１．３〜１．４ｕｍであるため、水平駆動電圧は大きく上昇しないが、フォーサーズ型やＡＰＳ−Ｃサイズでは画素ピッチが４〜５ｕｍ台であることを考えると、水平電極長は極めて長くなる。また、並列数が１の場合は、水平インターレースをすれば同色転送が可能であるが、フルＨＤの動画を実現するには水平転送周波数が８０ＭＨｚ以上となり、水平の低電圧駆動が困難であるという欠点を有する。また、特許文献２では、単一の加算モードと加算なしモードでは同色転送が可能であるが、複数の加算モードでの同色転送は実現できていない。
【００２６】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、１パケットを構成する水平画素数が小さくても同色転送が可能な固体撮像装置等を提供することを第一の目的とする。これにより、低消費電力で、かつ、水平転送時の混色が回避された高画質な固体撮像装置等を提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明は、通常（静止画；画素加算なし）モードと複数の水平加算モードの両方において同色転送が可能な固体撮像装置等を提供することを第二の目的とする。これにより、静止画モード及び複数の動画モードにおいて、低消費電力で、かつ、水平転送時の混色が回避された高画質な固体撮像装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
この目的を達成するために本発明の固体撮像装置の一形態は、２次元状に配列され、入射光を複数の色のそれぞれに対応する信号電荷に変換する複数の光電変換部と、前記光電変換部の各列に対応して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、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複数の水平転送部と、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部への前記信号電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、前記各垂直転送部は、同色の信号電荷が、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行い、前記転送制御部は、前記複数の水平転送部のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部へ前記信号電荷を転送し、前記複数の水平転送部のそれぞれは、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送する。
【００２９】
これにより、例えば、２つの水平転送部が設けられ、水平１パケットを構成する水平画素数Ｈを２とし、１水平転送期間の転送行数をｎとした場合に、ｎ＝水平加算数×水平転送部並列数／Ｈとし、垂直方向の信号電荷を、同色がｎ（２以上）行連続するように垂直ブランキング期間内に加算と並び替えを行い、水平転送部に転送されるｎ行内の色数を２とすることで、１パケットを構成する水平画素数Ｈが小さい場合に水平転送部のパケット数が増大しても、同色の信号を２つの水平転送部に振り分け、同色転送が可能になる。よって、上記第一の目的が達成され、水平転送部の低電圧駆動が実現されるとともに、水平転送時の混色が抑制される。
【００３０】
このとき、前記各垂直転送部は、前記光電変換部のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極を有し、垂直方向に加算数ｍ（ｍは２以上の整数）で同色の信号電荷を加算する駆動モードを有し、前記垂直転送部を構成する読み出し電極の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２であるとしてもよい。より具体的には、前記各垂直転送部は、前記光電変換部のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極を有し、垂直方向の加算数ｍ（ｍは２以上の整数）が異なる複数の駆動モードで、垂直方向に同色の信号電荷を加算し、前記垂直転送部を構成する読み出し電極の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２の最小公倍数であるとするのが好ましい。さらに特定的には、前記異なる加算数ｍは、２と３であり、前記水平転送部は、前記加算数ｍが２である場合には、水平方向に信号電荷を加算数２で加算し、前記加算数ｍが３である場合には、水平方向に信号電荷を加算数３で加算するのが好ましい。
【００３１】
これにより、垂直転送部、転送制御部及び水平転送部を構成する電極数を大幅に削減しながら、例えば、加算なし、４画素加算、及び、９画素加算で、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【００３２】
また、前記各垂直転送部は、垂直方向に信号電荷を加算しない場合、及び、垂直方向の加算数が２の場合は、垂直インターレースにて、垂直方向に、１フィールドごとに同色のみ転送し、垂直方向の加算数が３、かつ、水平方向の加算数が３の場合にのみ、同色の信号電荷を、前記転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行ってもよい。これにより、例えば、４画素加算時に、メカシャッターを用いて垂直２：１インターレースし、転送制御部で信号電荷を垂直２画素加算することで、電極の本数を低減し、４画素加算の静止画と９画素加算の動画において、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【００３３】
ここで、水平転送部としては、２つの水平転送部から構成されたり、４相の信号で駆動され、かつ、２つの水平転送部から構成されたりするのが好ましい。
【００３４】
更に、前記複数の水平転送部のそれぞれは、複数の相数の駆動信号に基づいて、水平画素数Ｈに対応する信号電荷を格納し得るパケットの単位で、水平方向に、所定の水平加算数で信号電荷を加算して転送する水平加算モードを有し、前記相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する前記水平画素数Ｈを変化させることにより、異なる水平加算数に対応した複数の水平加算モードで前記転送を行ってもよい。これにより、水平転送部の駆動相数を水平加算画素数に応じて可変することで、水平転送部にて１パケットを構成する水平画素数Ｈを水平転送部並列数×水平加算数／ｎ、ｎ＝１となるように変化させ、垂直方向の信号の並び替えを行わずに同色転送を実現する、あるいは、ｎ＝２以上である場合でも水平加算数の増大によってｎが増加することを抑制し同色をｎ行連続させるのに必要な読み出し電極数の増大を抑制することができる。よって、通常（静止画）モードと複数の水平加算モードの両方において同色転送が可能となり、上記第二の目的が達成される。
【００３５】
より具体的には、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、前記複数の水平加算モードで一定であり、前記複数の水平転送部のそれぞれは、当該複数の水平転送部を構成する水平転送部の数を水平転送部並列数とすると、前記相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する前記水平画素数Ｈを、前記水平加算数×前記水平転送部並列数／ｎ（ただし、前記水平転送部並列数は２又は４、前記水平転送部並列数／ｎは整数、かつ、前記水平加算数は２以上の整数）で表わされる複数の値のいずれかになるように変化させるとしたり、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、水平転送電極の並びから構成され、前記複数の水平転送部のそれぞれを構成する水平転送電極の並びにおける繰り返し単位は、複数の水平加算モードにおける１パケットを構成する前記水平画素数Ｈの最小公倍数であるとしたり、
前記１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、前記複数の水平加算モードで一定であり、前記水平転送部並列数／ｎは、２であるとしたり、
前記複数の水平転送部は、２つの並列に配置された水平転送部から構成され、前記複数の水平転送部のそれぞれは、水平方向の６画素ごとに１２本の水平転送電極が並べられた構成を単位とする繰り返しで構成され、前記複数の水平転送部は、画素加算なし、及び、垂直方向と水平方向にそれぞれ２画素加算する時は、４相の駆動信号に基づいて前記転送をし、垂直方向と水平方向にそれぞれ３画素加算する時は、６相の駆動信号に基づいて前記転送をし、信号電荷を水平方向に加算する時は、１水平転送期間の転送行数ｎを２で加算したりするのが好ましい。
【００３６】
また、前記転送制御部は、前記複数の水平転送部が水平方向に３画素加算する時には、同色の２列の信号電荷を、前記転送制御部から前記複数の水平転送部のそれぞれに同じタイミングで転送し、当該３画素加算の転送制御を行う電極が水平方向に６列を単位として繰り返された電極の並びを備え、前記転送制御部の電極の並びにおける前記単位を構成する６列の電極のうち、連続する４列の電極は、同じ信号で駆動され、残る２列の電極は、前記４列と異なる信号で駆動されてもよい。これにより、例えば、水平３画素加算時は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２であるので、あと１行分の信号電荷を転送及び加算する必要がなく、加算後でも、より重心位置のずれがなく、モアレが少ない高画質な９画素加算が実現される。
【００３７】
また、さらに、ベイヤー配列で配置されたカラーフィルタを備えるとしてもよい。
【００３８】
なお、本発明は、固体撮像装置として実現できるだけでなく、上記固体撮像装置を備えるデジタルカメラ等のカメラとして実現したり、固体撮像装置の駆動方法として実現したりしてもよい。
【００３９】
そのような固体撮像装置の駆動方法の一形態は、固体撮像装置の駆動方法であって、前記固体撮像装置は、２次元状に配列され、入射光を複数の色に対応する信号電荷に変換する複数の光電変換部と、前記光電変換部の各列に対応して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、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複数の水平転送部と、前記垂直転送部から前記水平転送部への前記信号電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、前記駆動方法は、同色の信号電荷が、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行うように、前記垂直転送部を駆動するステップと、前記複数の水平転送部のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、前記転送制御部に対して、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部へ前記信号電荷を転送させるステップと、前記複数の水平転送部のそれぞれが、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送するように、前記複数の水平転送部のそれぞれを駆動するステップとを含む。これにより、水平転送部の低電圧駆動と水平転送時の混色が抑制される。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の固体撮像装置、その駆動方法等によれば、１パケットを構成する水平画素数Ｈが小さくても同色転送が可能な固体撮像装置が実現され、水平転送時の混色が抑制されるとともに、低消費電力の固体撮像装置等が実現される。
【００４１】
また、駆動相数の変化に応じて１パケットを構成する水平画素数を変化させることにより、異なる水平加算数に対応した複数の水平加算モードで水平加算が可能となり、これにより、通常モード（加算なしモード）及び複数の画素加算モードにおいて低電圧駆動にて同色転送が実現でき、水平転送時の混色が抑制され、その結果、低消費電力で高画質の固体撮像装置等が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の概略構成を示した図
【図２】本発明の実施の形態１における転送制御部と水平転送部の詳細な構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の垂直転送部内での加算信号の形成手順を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の垂直転送部内での加算信号の形成手順を示す図
【図５Ａ】本発明の実施の形態１における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ１での転送動作を示す図
【図５Ｂ】本発明の実施の形態１における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ２での転送動作を示す図
【図５Ｃ】本発明の実施の形態１における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ３での転送動作を示す図
【図５Ｄ】本発明の実施の形態１における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ４での転送動作を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における水平ブランキング期間の信号電荷の転送タイミング
【図７Ａ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１での転送動作を示す図
【図７Ｂ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ２での転送動作を示す図
【図７Ｃ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ３での転送動作を示す図
【図７Ｄ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ４での転送動作を示す図
【図７Ｅ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ５での転送動作を示す図
【図７Ｆ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ６での転送動作を示す図
【図７Ｇ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ７での転送動作を示す図
【図７Ｈ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ８での転送動作を示す図
【図７Ｉ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ９での転送動作を示す図
【図７Ｊ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１０での転送動作を示す図
【図７Ｋ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１１での転送動作を示す図
【図７Ｌ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１２での転送動作を示す図
【図７Ｍ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１３での転送動作を示す図
【図７Ｎ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１４での転送動作を示す図
【図７Ｏ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１５での転送動作を示す図
【図８Ａ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１での転送動作を示す図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２での転送動作を示す図
【図８Ｃ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ３での転送動作を示す図
【図８Ｄ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ４での転送動作を示す図
【図８Ｅ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ５での転送動作を示す図
【図８Ｆ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ６での転送動作を示す図
【図８Ｇ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ７での転送動作を示す図
【図８Ｈ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ８での転送動作を示す図
【図８Ｉ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ９での転送動作を示す図
【図８Ｊ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１０での転送動作を示す図
【図８Ｋ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１１での転送動作を示す図
【図８Ｌ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１２での転送動作を示す図
【図８Ｍ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１３での転送動作を示す図
【図８Ｎ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１４での転送動作を示す図
【図８Ｏ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１５での転送動作を示す図
【図８Ｐ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１６での転送動作を示す図
【図８Ｑ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１７での転送動作を示す図
【図８Ｒ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１８での転送動作を示す図
【図８Ｓ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１９での転送動作を示す図
【図８Ｔ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２０での転送動作を示す図
【図８Ｕ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２１での転送動作を示す図
【図８Ｖ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２２での転送動作を示す図
【図８Ｗ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２３での転送動作を示す図
【図８Ｘ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２４での転送動作を示す図
【図８Ｙ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２５での転送動作を示す図
【図８Ｚ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２６での転送動作を示す図
【図８ＡＡ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２７での転送動作を示す図
【図８ＢＢ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２８での転送動作を示す図
【図８ＣＣ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２９での転送動作を示す図
【図８ＤＤ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ３０での転送動作を示す図
【図８ＥＥ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ３１での転送動作を示す図
【図９】本発明の実施の形態２における水平転送部の構成を示す図（α＝０．５）
【図１０】本発明の実施の形態２における水平転送部の構成を示す図（α＝１．０）
【図１１】本発明の実施の形態３における転送制御部と水平転送部の構成を示す図
【図１２】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の垂直転送部内での加算信号の形成手順を示す図
【図１３Ａ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１での転送動作を示す図
【図１３Ｂ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ２での転送動作を示す図
【図１３Ｃ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ３での転送動作を示す図
【図１３Ｄ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ４での転送動作を示す図
【図１３Ｅ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ５での転送動作を示す図
【図１３Ｆ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ６での転送動作を示す図
【図１３Ｇ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ７での転送動作を示す図
【図１３Ｈ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ８での転送動作を示す図
【図１３Ｉ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ９での転送動作を示す図
【図１３Ｊ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１０での転送動作を示す図
【図１３Ｋ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１１での転送動作を示す図
【図１３Ｌ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１２での転送動作を示す図
【図１３Ｍ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１３での転送動作を示す図
【図１３Ｎ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１４での転送動作を示す図
【図１３Ｏ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１５での転送動作を示す図
【図１３Ｐ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１６での転送動作を示す図
【図１３Ｑ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１７での転送動作を示す図
【図１３Ｒ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１８での転送動作を示す図
【図１３Ｓ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１９での転送動作を示す図
【図１３Ｔ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ２０での転送動作を示す図
【図１４】本発明の実施の形態４における４画素加算時の垂直転送部の１列の転送及び加算動作を示す図
【図１５】本発明に係る固体撮像装置を備えるカメラの構成を示すブロック図
【図１６】本発明に係る固体撮像装置を備えるカメラの外観図
【図１７】従来のＣＣＤ固体撮像装置の構成を示す図
【図１８】従来のＣＣＤ固体撮像装置の通常モード（加算なし）時の信号電荷の転送を示す図
【図１９】従来のＣＣＤ固体撮像装置の水平２画素加算時の信号電荷の転送を示す模式図
【図２０】従来のＣＣＤ固体撮像装置の水平２画素加算時の信号電荷の転送を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、手順、動作タイミングなどは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素及び手順のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素及び手順については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００４４】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１における固体撮像装置及びその駆動方法を説明する。
【００４５】
図１は本発明の実施の形態１における固体撮像装置の概略構成を示した図である。図１において、固体撮像装置は、ＣＣＤ固体撮像装置であり、複数の光電変換部１、複数の垂直転送部２、水平転送部３（第１水平転送部４、第２水平転送部５）、転送制御部６、第１の出力部７、第２の出力部８を備える。水平転送部３は第１水平転送部４と第２水平転送部５からなる。
【００４６】
複数の光電変換部１は、撮像部を構成し、２次元状に配列される。個々の光電変換部１は、個々の画素に対応し、入射光を複数の色（ここでは、赤、緑、青）のいずれかに対応する信号電荷に変換する。
【００４７】
複数の垂直転送部２のそれぞれは、光電変換部１の各列に対応して設けられ、光電変換部１のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極１８を含む垂直転送電極を有し、光電変換部１から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送する垂直ＣＣＤである。各垂直転送部２は、動画モード（画素加算モード）においては、同色の信号電荷が、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、光電変換部１から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行う。
【００４８】
転送制御部６は、垂直転送部２から水平転送部３への信号電荷の転送を制御する。この転送制御部６は、第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、垂直転送部２から第１水平転送部４及び第２水平転送部５へ信号電荷を転送する。
【００４９】
水平転送部３は、垂直転送部２から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤであり、主に、２つの水平転送部（第１水平転送部４と第２水平転送部５）から構成される。第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれは、動画モード（画素加算モード）においては、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送する。
【００５０】
第１の出力部７は、第１水平転送部４から転送されてきた信号電荷を電圧に変換して出力するアンプである。
【００５１】
第２の出力部８は、第２水平転送部５から転送されてきた信号電荷を電圧に変換して出力するアンプである。
【００５２】
なお、図示されていないが、垂直転送部２、転送制御部６、及び、水平転送部３に対して、それぞれの動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路（垂直駆動回路、水平駆動回路等）が設けられている。よって、垂直転送部２、転送制御部６、及び、水平転送部３は、駆動回路からの駆動信号に従って、後述する転送、並び替え、保持、及び、加算等の動作を行う。
【００５３】
この固体撮像装置において、信号の流れは、次の通りになる。つまり、入射光は光電変換部１にて信号電荷に変換され、読み出し電極１８により垂直転送部２内部に読み出される。その後、信号電荷は垂直転送部２から転送制御部６に転送され、駆動モードに応じて転送制御部６は信号電荷の保持あるいは水平転送部３への転送を選択的に行う。第１水平転送部４と第２水平転送部５へ転送された信号電荷は、水平転送された後、それぞれ第１の出力部７と第２の出力部８より出力される。
【００５４】
図２は本実施の形態における転送制御部６と水平転送部３の詳細な構成を示す図である。図２に示されるように、転送制御部６は、信号電荷蓄積電極（ＳＴ）９、転送阻止電極（ＨＬ）１０、及び、垂直最終電極（ＶＬ）１１から構成される。また、水平転送部３は、水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ、Ｈ２〜Ｈ４）１２（第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４を含む）、振り分け転送部（ＨＴ）１５、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６、チャネルストップ領域（ＣＳ）１７から構成される。
【００５５】
図２では、垂直転送部２として、垂直転送部２を２列束ねた構成が示されている。ここでは、水平３画素加算時及び水平２画素加算時における２列分の垂直転送部２における信号電荷の並びが示されている。このように２列束ねられた領域ごとに、転送制御部６には、１つの垂直最終電極１１が配置されている。水平転送部３は、水平方向の１画素ピッチに２つの水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ、Ｈ２〜Ｈ４）１２を有し、４相で駆動される。第１水平転送部４と第２水平転送部５との間で信号電荷の転送を行うために、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６が配置され、それぞれＨ１ａ、Ｈ１ｂ、ＨＨＴの電極名が付与されている。その他の水平転送電極１２はＨ２〜４の電極名が付与されている。なお、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６は、全ての振り分け転送部（ＨＴ）１５の電極と電気的に接続されている。
【００５６】
転送制御部６は、信号電荷蓄積電極９と転送阻止電極１０と垂直最終電極１１とからなり、それぞれ、ＳＴ１〜７、ＨＬ１〜７、及び、ＶＬの電極名が付与されている。信号電荷蓄積電極（ＳＴ）９は、上段の信号電荷蓄積電極ＳＴ１〜４と、下段の信号電荷蓄積電極ＳＴ５〜７とから構成され、信号電荷を保持（蓄積）するための電極である。転送阻止電極（ＨＬ）１０は、上段の転送阻止電極ＨＬ１〜４と、下段の転送阻止電極ＨＬ５〜７とから構成され、垂直転送部２から水平転送部３への信号電荷の転送を阻止するための電極である。垂直最終電極１１は、２列の垂直転送部２ごとに設けられ、転送制御部６を通過してきた信号電荷を、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３に転送する、又は、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３及び振り分け転送部（ＨＴ）１５を介して第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４に転送するための電極である。
【００５７】
この固体撮像装置は、ベイヤー配列で配置されたカラーフィルタを備える。本実施の形態の固体撮像装置は、水平２画素加算及び水平３画素加算の両方の水平加算モードを選択的に行う機能を有しており、転送制御部６の上段に位置する信号電荷蓄積電極ＳＴ１〜４及び転送阻止電極ＨＬ１〜４で色分離と水平２画素加算の転送制御を行い、下段に位置する転送制御部６の信号電荷蓄積電極ＳＴ５〜７及び転送阻止電極ＨＬ５〜７で水平３画素加算の転送制御を行う。本実施の形態における固体撮像装置は、水平２画素加算時は、垂直も２画素加算するので、合計で４画素加算を行い、水平３画素加算時は、垂直も３画素加算するので、合計で９画素加算を行う。
【００５８】
また、図２では示していないが、垂直転送部２は、１画素あたり複数の垂直転送電極を有する。それらの複数の垂直転送電極のうち１つの垂直転送電極が、光電変換部１から垂直転送部２内部への信号電荷を読み出すための読み出し電極１８である。例えば、１画素あたり２つの垂直転送電極を有する場合は、垂直転送部２は、垂直２画素加算時は４相駆動で、３画素加算は６相駆動で、垂直方向に信号電荷を転送する。また、垂直転送部２は、加算なしの通常モードでは、６：１の垂直インターレースの駆動を行い、１信号電荷に対して１２相駆動として、転送制御部６に信号電荷を転送する。この通常モードでは、読み出し電極１８以外の垂直転送電極は６本必要である。
【００５９】
本実施の形態における固体撮像装置では、水平電極長比αを０．５とし、水平転送部３を４相で駆動するため、従来例に比べ、水平転送電極１２の長さが短く、水平駆動電圧を低減できる。このとき、上記（３）式より、４相駆動で１パケットを構成する水平画素数Ｈは２となる。上記（２）式より、水平３画素加算時で１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３、水平２画素加算時で１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２、加算なしで１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１となる。従来例では１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２と３の場合では同色転送が困難であるが、本実施の形態における固体撮像装置では、そのような同色転送が可能である。
【００６０】
本実施の形態における垂直転送部内の信号電荷の並びを図２に示す。水平２画素加算時、及び、水平３画素加算時で、同色の信号電荷が連続する行数が異なる。なお、加算なしの通常モードでは、垂直インターレースを行わずに全画素独立読み出しが可能な固体撮像装置の場合でも、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１であるので加算時のように同色を連続させなくても水平転送部３での同色転送が可能であり、また垂直インターレースをする固体撮像装置においては、例えば６：１インターレースであれば、列あたりの垂直方向は全て同色の信号電荷となるので同様に問題ない。
【００６１】
本実施の形態の第１の特徴は、図２に示すように、垂直方向の信号電荷の並びを、同色が垂直方向にｎ行連続するように、配置することにある。つまり、各垂直転送部２は、同色の信号電荷が、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、信号電荷の加算及び並び替えを行う。例えば、水平３画素加算の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３であるから、図２のように３行同色が連続し、水平２画素加算の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２であるから２行同色が連続する。これにより１水平転送期間あたりの転送行数ｎが１を超えていても、色数は２のままとなり、水平転送部３、すなわち第１水平転送部４と第２水平転送部５で色を分離することができ、同色転送が可能になる。
【００６２】
以上のように構成された本実施の形態の固体撮像装置について、以下その動作を説明する。
【００６３】
図３、図４に、それぞれ、水平２画素加算、水平３画素加算時の垂直転送部２内での加算信号の形成手順を示す。図３、図４には、読み出し電極１８が示されている。例として、Ｇ、Ｒ列を抜き出しており、Ｇ、ｇはグリーン、Ｒ、ｒはレッドの信号電荷を示し、ＧＧ、ＧＧＧは、それぞれ、Ｇ（グリーン）が２画素加算された状態、３画素加算された状態を示す。ｇ、Ｒ、ｒについても同様である。水平２画素加算時は、垂直方向も２画素加算され、合計で４画素加算される場合を示し、水平３画素加算時は、垂直も３画素加算され、合計で９画素加算される場合を示している。図３、図４において、簡単のため、読み出し電極１８以外の垂直転送電極については、その図示を省略している。図３では垂直方向２画素で１パケット、図４では３画素で１パケットとしており、例えば、１画素あたり垂直転送電極が２であれば、図３では４相駆動、図４では６相駆動となる。図４に示すように、３行同色の垂直３画素加算された信号電荷を形成するには、１８画素単位で読み出し電極（Ｖ１〜Ｖ１８）１８を形成する必要があり、また、図３に示すように、２行同色の垂直２画素加算された信号電荷の並びを形成するには、８画素単位で読み出し電極（Ｖ１〜Ｖ８）１８を形成する。
【００６４】
本実施の形態の第２の特徴は、垂直転送部２の読み出し電極１８を、垂直方向の加算数（垂直加算数）ｍ×１水平転送期間あたりの転送行数ｎ×２の最小公倍数とすることである。つまり、各垂直転送部２は、垂直加算数ｍ（ｍは２以上の整数）で同色の信号電荷を加算する駆動モードを有し、一つの加算数ｍについては、垂直転送部２を構成する読み出し電極１８の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２となる。本実施の形態では、各垂直転送部２は、垂直加算数ｍ（ｍは２以上の整数）が異なる複数の駆動モードで、垂直方向に同色の信号電荷を加算するので、垂直転送部２を構成する読み出し電極１８の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２の最小公倍数となっている。
【００６５】
具体的には、図３に示すように、垂直加算数ｍが２の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２のため、読み出し電極１８は８画素単位、図４に示すように、垂直加算数が３の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３のため、読み出し電極１８は１８画素単位となる。そのため、本実施の形態では、読み出し電極１８の数（繰り返し単位）を８と１８の最小公倍数である７２本とすることで、２画素加算、３画素加算の両方で水平方向での同色転送を可能とする。
【００６６】
図５Ａ〜図５Ｄに本実施の形態における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ１〜ｔ４での転送動作を示す。図５Ａ〜図５Ｄでは簡単のため信号電荷蓄積電極９、転送阻止電極１０の電極番号のみ記載しており、それらの電極名（ＳＴ、ＨＬ）については区別して記載していない。転送制御部６にて、信号電荷の転送を阻止し、保持する場合には、信号電荷蓄積電極９にミドルレベル（例えば０Ｖ）、転送阻止電極１０にローレベル（例えば−６Ｖ）を印加する。水平転送部３への転送制御は、転送制御部６の上段の電極１〜４（信号電荷蓄積電極ＳＴ１〜４、転送阻止電極ＨＬ１〜４）で行い、信号電荷蓄積電極ＳＴと転送阻止電極ＨＬが１、２と３、４を同じタイミングで転送動作し、２色を分離し転送する。転送制御部６の下段にある電極５〜７（信号電荷蓄積電極ＳＴ５〜７、転送阻止電極ＨＬ５〜７）は、それぞれ同じタイミングで転送動作する。図５Ａ〜図５Ｄにおいては、転送制御部６の電圧印加状態の図示は省略し、第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５においてのみ、電圧の印加状態を示しており、太枠で囲まれた電極にハイレベルが印加されている。なお、図５Ａ〜図５Ｄでは、代表的な時刻における第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５での電圧印加状態を示す図である。よって、図６を用いて後述するように、これらの図に示されていないタイミングでは、図示されていない電圧印加状態も存在し得る。
【００６７】
この通常モード（加算なし）における各時刻ｔ１〜ｔ４での転送動作は以下の通りである。
【００６８】
まず、図５Ａ、図５Ｂに示されるように、時刻ｔ１〜ｔ２において、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにすることで、一つの行における信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送される。
【００６９】
次に、図５Ｃに示されるように、時刻ｔ３において、第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにしたまま、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３をハイレベルにすることで、上記信号電荷Ｇと同じ行における信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送される。
【００７０】
最後に、図５Ｄに示されるように、時刻ｔ４において、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、水平転送が行われる。
【００７１】
図６に、図５に示される転送動作の詳細なタイミング、つまり、水平ブランキング期間での信号電荷の転送タイミングを示す。この図６を用いて、第１水平転送部４と第２水平転送部５との間の転送に関し説明する。第１水平転送部４では、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３で、垂直最終電極（ＶＬ）１１から転送される信号電荷を受けるため、水平ブランキング期間においては、まず、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３をハイレベルにし、また垂直最終電極（ＶＬ）１１がミドルレベルになる。このとき、信号電荷が撮像部（垂直転送部２）側から垂直最終電極（ＶＬ）１１下に転送される時点より前に振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、全ての振り分け転送部１５の電極）にハイレベル、また第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４にもハイレベルを印加しておくことが望ましい。これにより、垂直最終電極（ＶＬ）１１がミドルレベルになった時点で、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４まで信号電荷の転送経路が出来る（図５Ａ（時刻ｔ１））。後は、垂直最終電極（ＶＬ）１１、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６を順にローレベルとすることで、ハイレベルのまま印加されている第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４下に信号電荷が転送される。これにより垂直最終電極（ＶＬ）１１から第２水平転送部（Ｈ１ｂ）５への転送動作が完了する（図５Ｂ（時刻ｔ２））。なお、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６には、これ以降の水平転送期間もローレベルを維持し、第２水平転送部５に転送された信号電荷と、次に垂直最終電極（ＶＬ）１１から第１水平転送部４に転送される信号電荷が混合するのを防止する。再び信号電荷を受ける第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３にハイレベルを印加した後で、垂直最終電極（ＶＬ）１１にミドルレベルを印加し、その後ローレベルに遷移させることで、垂直最終電極（ＶＬ）１１から第１水平転送部４への信号電荷の転送動作を完了させ（図５Ｃ（時刻ｔ３））、この後で水平転送を実施する（図５Ｄ（時刻ｔ４））。
【００７２】
図７Ａ〜図７Ｏに、本実施の形態における固体撮像装置による水平２画素加算時の時刻ｔ１〜ｔ１５での転送動作を示す。図７Ａ（ｔ１）の上部における実線の矢印で示された列の信号電荷Ｇ（ここでは、垂直２画素加算された信号電荷Ｇ）が水平方向に加算され、同様に、点線で示された矢印の列の信号電荷Ｒ（ここでは、垂直２画素加算された信号電荷Ｒ）が水平方向に加算される。図７Ａ〜図７Ｏでも、簡単のため、信号電荷蓄積電極９、転送阻止電極１０の電極番号のみ記載しており、それらの電極名（ＳＴ、ＨＬ）については区別して記載していない。信号電荷の転送制御は、通常モードと同様に、転送制御部６の上段１〜４（信号電荷蓄積電極ＳＴ１〜４、転送阻止電極ＨＬ１〜４）で行う。転送制御部６の下段にある５〜７（信号電荷蓄積電極ＳＴ５〜７、転送阻止電極ＨＬ５〜７）は、それぞれ同じタイミングで転送動作する。図７Ａ〜図７Ｏにおいても、転送制御部６の電圧印加状態の図示は省略し、第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５においてのみ、電圧の印加状態を示しており、太枠で囲まれた電極にハイレベルが印加されている。また、各図において、動作を示す実線と点線の矢印が混在している場合は、実線の動作を先に行い、点線の動作を実線の動作の後で行うことを示している。
【００７３】
この水平２画素加算モードにおける各時刻ｔ１〜ｔ１５での転送動作は以下の通りである。
【００７４】
まず、図７Ａ、図７Ｂに示されるように、時刻ｔ１〜ｔ２において、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにし、転送の対象となる画素（１行目の第１の信号電荷Ｇ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、１行目の第１の信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送される。
【００７５】
次に、図７Ｃに示されるように、時刻ｔ３において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにした状態で、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、２画素分の水平転送が行われる。
【００７６】
次に、図７Ｄに示されるように、時刻ｔ４において、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにし、転送の対象となる画素（１行目の第２の信号電荷Ｇ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、１行目の第２の信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送され、その結果、第２水平転送部５において、１行目の第１の信号電荷Ｇと第２の信号電荷Ｇとの加算が行われる。
【００７７】
次に、図７Ｅに示されるように、時刻ｔ５において、第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにしたまま、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３をハイレベルにし、転送の対象となる画素（１行目の第１の信号電荷Ｒ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、１行目の第１の信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送される。その後、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、２画素分の水平転送が行われる。
【００７８】
次に、図７Ｆに示されるように、時刻ｔ６において、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３と第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４とをハイレベルに維持し、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルに維持したまま、転送の対象となる画素（１行目の第２の信号電荷Ｒ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、１行目の第２の信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送され、その結果、第１水平転送部４において、１行目の第１の信号電荷Ｒと第２の信号電荷Ｒとの加算が行われる。この時点で、垂直２画素加算された１行目の水平２画素加算が完了する。
【００７９】
次に、図７Ｇに示されるように、時刻ｔ７において、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、１画素分の水平転送が行われる。
【００８０】
次に、図７Ｈに示されるように、時刻ｔ８において、既に加算された信号電荷ＧＧ及び信号電荷ＲＲを保持したまま（水平転送電極（Ｈ３）１２をハイレベルにしたまま）、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにし、転送の対象となる画素（２行目の第１の信号電荷Ｇ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、２行目の第１の信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送される。
【００８１】
次に、図７Ｉに示されるように、時刻ｔ９において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、連続する３つの水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ２及びＨ３、並びに、Ｈ１ｂ、Ｈ２及びＨ３）をハイレベルにする。
【００８２】
次に、図７Ｊに示されるように、時刻ｔ１０において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにしたまま、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、１画素分の水平転送が行われる。
【００８３】
次に、図７Ｋに示されるように、時刻ｔ１１において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにしたまま、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、１つの水平転送電極（Ｈ３）だけをハイレベルにする。
【００８４】
次に、図７Ｌに示されるように、時刻ｔ１２において、既に加算された信号電荷ＧＧ、信号電荷ＲＲ及び信号電荷Ｇを保持したまま（水平転送電極（Ｈ３）１２をハイレベルにしたまま）、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにし、転送の対象となる画素（２行目の第２の信号電荷Ｇ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、２行目の第２の信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送される。
【００８５】
次に、図７Ｍに示されるように、時刻ｔ１３において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、連続する３つの水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ２及びＨ３、並びに、Ｈ１ｂ、Ｈ２及びＨ３）をハイレベルにする。これにより、第２水平転送部５において、２行目の第１の信号電荷Ｇと第２の信号電荷Ｇとの加算が行われる。
【００８６】
次に、図７Ｎに示されるように、時刻ｔ１４において、第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにしたまま、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３をハイレベルにし、転送の対象となる画素（２行目の第１の信号電荷Ｒ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、２行目の第１の信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送される。その後、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、２画素分の水平転送が行われる。
【００８７】
最後に、図７Ｏに示されるように、時刻ｔ１５において、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３と第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４とをハイレベルに維持し、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルに維持したまま、転送の対象となる画素（２行目の第２の信号電荷Ｒ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、２行目の第２の信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送され、その結果、第１水平転送部４において、２行目の第１の信号電荷Ｒと第２の信号電荷Ｒとの加算が行われる。この時点で、垂直２画素加算された２行目の水平２画素加算が完了する。
【００８８】
本例では、図７Ｈ（ｔ８）、図７Ｌ（ｔ１２）に示すように、２行目の信号電荷Ｇを第２水平転送部５へ転送する際には、第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ３）１２下に１行目の信号電荷ＲＲ及びＧＧを蓄積している。これは、本例では振り分け転送電極１６（ＨＨＴ）が１つ（１種類設けられている場合）の例を示しており、この場合、もし、２行目の信号電荷Ｇ（第１の信号電荷Ｇ、第２の信号電荷Ｇ）を第２水平転送部５へ転送する際に、既に転送されている１行目の信号電荷ＲＲ及びＧＧをそれぞれ第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）で蓄積していると、これらの信号電荷（１行目の信号電荷と２行目の信号電荷と）が混ざってしまうためである。
【００８９】
図８Ａ〜図８ＥＥに、本実施の形態における固体撮像装置による水平３画素加算時の時刻ｔ１〜ｔ３１での転送動作を示す。図８Ａ（ｔ１）の上部における実線の矢印で示された列の信号電荷Ｇ（ここでは、垂直３画素加算された信号電荷Ｇ）が水平方向に加算され、同様に、点線で示された矢印の列の信号電荷Ｒ（ここでは、垂直３画素加算された信号電荷Ｒ）が水平方向に加算される。図８Ａ〜図８ＥＥにおいても、転送制御部６の電圧印加状態の図示は省略し、第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５においてのみ、電圧の印加状態を示しており、太枠で囲まれた電極にハイレベルが印加されている。また、動作を示す実線と点線の矢印が混在している場合は、実線の動作を先に行い、点線の動作を実線の動作の後で行うことを示している。水平転送部３への転送制御は、上段１〜４での色分離と、下段５〜７での転送制御を組み合わせて行う。
【００９０】
この水平３画素加算モードにおける各時刻ｔ１〜ｔ３１での転送動作は以下の通りである。ここでは、図７に示された水平２画素加算モードとの相違点を中心に説明する。
【００９１】
まず、図８Ｂに示されるように、時刻ｔ２において、転送制御部６の上段で信号電荷Ｇのみを分離し、転送制御部６の下段に転送する。
【００９２】
次に、図８Ｃ〜図８Ｅに示されるように、時刻ｔ３〜ｔ５において、転送制御部６の下段では、信号電荷蓄積電極ＳＴ及び転送阻止電極ＨＬの組が５、６、７の順で信号電荷Ｇ列を第２水平転送部５に転送し、信号電荷Ｇを水平方向に３画素加算する。
【００９３】
その後に、図８Ｆ〜図８Ｈに示されるように、時刻ｔ６〜ｔ８において、転送制御部６の上段に残った信号電荷Ｒ列を転送制御部６の下段に転送し、信号電荷蓄積電極ＳＴ及び転送阻止電極ＨＬの組が７、５、６の順で信号電荷Ｒ列を第１水平転送部４に転送することで、信号電荷Ｒを水平方向に３画素加算する。これにより、垂直３画素加算された１行目の水平３画素加算が完了する。
【００９４】
水平３画素加算時は１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３であるので、あと２行分の信号電荷を転送、及び、加算することにより（図８Ｉ（時刻ｔ９）〜図８ＥＥ（時刻ｔ３１））、加算後でも重心位置のずれがなく、モアレが少ない高画質な９画素加算が実現される。
【００９５】
このように、本実施の形態における固体撮像装置では、以下の駆動方法が行われる。つまり、（１）同色の信号電荷が、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、信号電荷の加算及び並び替えるように、垂直転送部２を駆動するステップと、（２）第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれが同色の信号電荷を転送するように、転送制御部６に対して、垂直転送部２から第１水平転送部４及び第２水平転送部５へ信号電荷を転送させるステップと、（３）第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれが、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送するように、第１水平転送部４及び第２水平転送部５を駆動するステップとを含む駆動方法が行われる。
【００９６】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法によれば、垂直転送部２内で、加算対象の信号電荷を水平加算数によって同色を複数行連続して垂直方向に配置できるため、水平転送部の電極長を短くしパケット数が増えた場合でも、加算なし、４画素加算、及び、９画素加算のいずれでも、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【００９７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における固体撮像装置及びその駆動方法を説明する。
【００９８】
図９は本発明の実施の形態２における固体撮像装置が備える水平転送部３の構成を示す図である。ここでは、水平電極長比αは０．５であり、２４本の水平転送電極１２を１単位として構成された水平転送部３が示されている。図９の（ａ）は、水平画素のピッチに対応する構成を示す図であり、図９の（ｂ）〜（ｅ）は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ、及び、水平転送の駆動相数の各種組み合わせにおける動作を説明する図である。図９の（ｂ）〜（ｅ）における点線枠のそれぞれは、１個のパケットの大きさを示している。
【００９９】
本実施の形態の特徴は、実施の形態１と異なり、水平転送の駆動相数を加算数によって切り替えることである。これにより、１パケットを構成する水平画素数Ｈを切り替え、水平転送部３のパケット数を可変する。前述したように、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１であれば色数が２に対して水平転送部３が２並列、すなわち第１水平転送部４と第２水平転送部５から構成されている場合、同色転送が可能である。本実施の形態は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎを異なる加算モードで一定（例えば２並列の水平転送部を有していれば１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１）となるように、水平の相数を切り替え、１パケットを構成する画素数Ｈを可変する。具体的には、上記（１）式より、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝水平加算数×並列数／ｎであるから、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１とすると、通常モード（水平加算なし）で１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２、水平２画素加算では１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４、水平３画素加算では１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６となる。水平電極長比αが０．５の場合は、上記（３）式より、それぞれの加算モード（通常モード、水平２画素加算モード、水平３画素加算モード）に対して、図９の（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、それぞれ、４相、８相、１２相駆動とする。
【０１００】
ここで、加算なし、２画素加算、３画素加算の３つのモードで同色転送するためには、４、８、１２の最小公倍数である２４本の水平転送電極１２を１単位として水平転送部３を構成する。加算なし、２画素加算の場合は、４、８の最小公倍数で８本、加算なし、３画素加算の場合は、１２本となる。つまり、水平転送部３（第１水平転送部４、第２水平転送部５）のそれぞれを構成する水平転送電極の並びにおける繰り返し単位は、複数の水平加算モードにおける１パケットを構成する水平画素数Ｈの最小公倍数になっている。
【０１０１】
また、図９の（ｃ）のように、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝３とし、６相駆動とする場合は、水平３画素加算の場合に、上記（２）式より１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２となり、実施の形態１で示した４相の場合（１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３）と異なり、１水平転送期間あたりの転送行数ｎの数が減り、水平２画素加算（４相、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２）の場合の１水平転送期間あたりの転送行数ｎ（＝２）と等しくできる。これについての詳細は実施の形態３で述べる。
【０１０２】
なお、画素ピッチによっては、水平電極長比αが１の場合は、水平電極長が長くなるが、図１０に示すように、１パケットを構成する水平画素数Ｈが２、３、４、６に対して、それぞれ、駆動相数が２相、３相、４相、６相となる。図１０は、図９に対応する図であり、ここでは、水平電極長比αが１の場合における水平転送部３の構成を示している。図１０の（ａ）は、水平画素のピッチに対応する構成を示す図であり、図１０の（ｂ）〜（ｅ）は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ、及び、水平転送の駆動相数の各種組み合わせにおける動作を説明する図である。図１０の（ｂ）〜（ｅ）における点線枠のそれぞれは、１個のパケットの大きさを示している。
【０１０３】
ここで、２相駆動では、単位面積あたりの取り扱い電荷量が少ないため、第１水平転送部４では、その幅が広くなり、第１水平転送部４から第２水平転送部５への転送電界が低下するため、水平駆動電圧を高く設定する必要がある。そのため、加算なしのモード時では、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１／２として水平１行を２回に分けて転送し、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４で、４相駆動とした方が水平転送部３を低電圧で駆動できるので望ましい。水平３画素加算の場合は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６が必要であり、また、水平２画素加算の場合は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４が必要であるため、それらの最小公倍数である１２本の水平転送電極１２を１単位として水平転送部３を構成することで、水平加算なし、水平２画素加算及び水平３画素加算の全てのモードにおいて同色転送を実現できる。
【０１０４】
このように、本実施の形態では、水平転送部３は、複数の相数の駆動信号に基づいて、水平画素数Ｈに対応する信号電荷を格納し得るパケットの単位で、水平方向に、所定の水平加算数で信号電荷を加算して転送する水平加算モードを有し、相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する水平画素数Ｈを変化させることにより、異なる水平加算数に対応した複数の水平加算モードで信号電荷の転送を行う。より詳しくは、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、複数の水平加算モードで一定であり、水平転送部３は、水平転送部３を構成する水平転送部の数を水平転送部並列数とすると、相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する水平画素数Ｈを、水平加算数×水平転送部並列数／ｎ（ただし、水平転送部並列数は２又は４、水平転送部並列数／ｎは整数、かつ、水平加算数は２以上の整数）で表わされる複数の値のいずれかになるように変化させる。水平転送部並列数／ｎは、例えば、２である。
【０１０５】
具体的には、水平転送部３は、２つの並列に配置された水平転送部（第１水平転送部４、第２水平転送部５）から構成される。そして、第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれは、水平方向の６画素ごとに１２本の水平転送電極が並べられた構成を単位とする繰り返しで構成される。さらに、第１水平転送部４及び第２水平転送部５は、画素加算なし、及び、垂直方向と水平方向にそれぞれ２画素加算する時は、４相の駆動信号に基づいて水平転送をし、垂直方向と水平方向にそれぞれ３画素加算する時は、６相の駆動信号に基づいて水平転送をし、信号電荷を水平方向に加算する時は、１水平転送期間の転送行数ｎを２で加算する。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法によれば、垂直方向に同色の信号の並べ替えを行うことなく、すなわち読み出し電極数の数を増やすことなく、加算なしモード、及び、複数の加算モード（水平２画素加算、水平３画素加算）において同色転送が実現される。
【０１０７】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における固体撮像装置及びその駆動方法を説明する。
【０１０８】
図１１は本発明の実施の形態３における固体撮像装置が備える転送制御部６と水平転送部３の詳細な構成を示す図である。図１１において、図２と同一の符号は同じ構成要素を表す。水平転送部３は１画素ピッチに２つの水平転送電極１２を有する。つまり、水平転送部３を構成する第１水平転送部４と第２水平転送部５では、水平転送電極１２を１単位とする複数の水平転送電極で構成される。第１水平転送部４と第２水平転送部５との間で信号電荷の転送を行うために、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ５ａ、Ｈ９ａ）１３、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ、Ｈ５ｂ、Ｈ９ｂ）１４、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６が配置される。ここでは、実施の形態１と異なり、第１の水平転送電極１３が３つに増え、それぞれＨ１ａ、Ｈ５ａ、Ｈ９ａ、第２の水平転送電極１４も３つに増え、それぞれＨ１ｂ、Ｈ５ｂ、Ｈ９ｂの電極名が付与されている。その他の水平転送電極１２はＨ２〜１２の電極名が付与されている。転送制御部６では、実施の形態１に比べ、下段の信号電荷蓄積電極（ＳＴ）９と転送阻止電極（ＨＬ）１０がそれぞれ２種類（信号電荷蓄積電極ＳＴ５、６と転送阻止電極ＨＬ５、６）に低減されている。また、水平３画素加算時の転送行数としては、同色の信号電荷が水平２画素加算と同様に、２行連続している。
【０１０９】
以上のように構成された本実施の形態における固体撮像装置について、以下その動作を説明する。
【０１１０】
本実施の形態の特徴は、実施の形態１の特徴である加算数毎に同色の信号電荷を垂直方向に連続させる点は同じであるが、加えて、実施の形態２で説明したように水平転送の相数を加算モードによって可変する。具体的には、図１１に示すように、水平転送電極１２を１２本単位で構成し、水平２画素加算時は、４相駆動とし、図９の（ｂ）に示すようにパケットを構成し、一方、水平３画素加算時は、６相駆動とし、図９の（ｃ）に示すようにパケットを構成する。これにより、実施の形態１では水平３画素加算時は１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２、１水平転送期間あたりの転送行数ｎが３であったものが、本実施の形態では、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝３となるため、上記（２）式により１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２とできる。従って、垂直転送部２の信号の並びも図１１に示すように、水平２画素加算時は実施の形態１（図２）と変わらないが、水平３画素加算時は実施の形態１と異なり、１水平転送期間あたりの転送行数ｎが２になったことで、同色の信号が３行連続から２行連続で、水平転送部３の同色転送が可能になる。
【０１１１】
図１２は本実施の形態における水平３画素加算時の垂直転送部内での加算信号の形成手順を示す図である。例としてＧ、Ｒ列を抜き出しており、Ｇ、ｇはグリーン、Ｒ、ｒはレッドの信号電荷を示し、ＧＧ、ＧＧＧは、それぞれ、Ｇ（グリーン）が２画素加算された状態、３画素加算された状態を示す。ｇ、Ｒ、ｒについても同様である。図１２では垂直方向３画素で１パケットとしており、例えば、１画素あたり垂直転送電極が２であれば６相駆動となる。図１２に示すように垂直転送部２の読み出し電極１８の繰り返し単位は、実施の形態１の１８に対して、本実施の形態では、１２に低減できる。
【０１１２】
転送動作については、加算なし時と水平２画素加算時では、水平転送部３を４相で駆動するため、実施の形態１と同じであるため、その説明を省略する。図１３Ａ〜図１３Ｔは本実施の形態における水平３画素加算時の時刻ｔ１〜ｔ２０での転送動作を示す図である。図１３Ａ（ｔ１）における実線の矢印で示された列、点線で示された矢印の列の信号が水平方向に加算される。図１３Ａ〜図１３Ｔにおいても、転送制御部６の電圧印加状態の図示は省略し、第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５においてのみ、電圧の印加状態を示しており、太枠で囲まれた電極にハイレベルが印加されている。図１３Ａ〜図１３Ｔでは簡単のため信号電荷蓄積電極９、転送阻止電極１０の電極番号のみ記載しており、それらの電極名（ＳＴ、ＨＬ）については区別して記載していない。また、動作を示す実線と点線の矢印が混在している場合は、実線の動作を先に行い、点線の動作を実線の動作の後で行うことを示している。
【０１１３】
この水平３画素加算モードにおける各時刻ｔ１〜ｔ２０での転送動作は以下の通りである。ここでは、実施の形態１における水平３画素加算モードとの相違点を中心に説明する。
【０１１４】
まず図１３Ｂに示されるように、時刻ｔ２において、転送制御部６の上段で信号電荷Ｇのみを分離し、転送制御部６の下段に転送する。
【０１１５】
その後、図１３Ｃに示されるように、時刻ｔ３において、信号電荷Ｇ（第１の信号電荷Ｇ、第２の信号電荷Ｇ）を２列同時に第２水平転送部５へ転送し、そのあと、図１３Ｅに示されるように、時刻ｔ５において、第３の信号電荷Ｇを１列転送し、図１３Ｆに示されるように、時刻ｔ６において、３つの第１〜第３の信号電荷Ｇを水平３画素加算する。
【０１１６】
その後、図１３Ｇに示されるように、時刻ｔ７において、転送制御部６の上段に残った信号電荷Ｒ列を下段に移動し、図１３Ｈに示されるように、時刻ｔ８において、第１の信号電荷Ｒの１列（信号電荷蓄積電極ＳＴ６、転送阻止電極ＨＬ６の列）を第１水平転送部４へ転送し、更に、図１３Ｊに示されるように、時刻ｔ１０で、信号電荷Ｒ（第２の信号電荷Ｒ、第３の信号電荷Ｒ）を２列同時に転送し、図１３Ｋに示されるように、時刻ｔ１において、３つの第１〜第３の信号電荷Ｒを水平３画素加算する。この時点で、垂直３画素加算された１行目の水平３画素加算が完了する。
【０１１７】
以下、同様にして、２行目について、３つの第１〜第３の信号電荷Ｇを水平３画素加算した後に（図１３Ｌ（時刻ｔ１２）〜図１３Ｑ（時刻ｔ１７））、３つの第１〜第３の信号電荷Ｒを水平３画素加算する（図１３Ｒ（時刻ｔ１８）〜図１３Ｔ（時刻ｔ２０））。これにより、垂直３画素加算された２行目の水平３画素加算が完了する。
【０１１８】
このように、本実施の形態では、転送制御部６は、水平転送部３（第１水平転送部４、第２水平転送部５）が水平方向に３画素加算する時には、同色の２列の信号電荷を、転送制御部６から第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれに同じタイミングで転送し、当該３画素加算の転送制御を行う電極が水平方向に６列を単位として繰り返された電極の並びを備え、転送制御部６の電極の並びにおける単位を構成する６列の電極のうち、連続する４列の電極は、同じ信号で駆動され、残る２列の電極は、それらの４列と異なる信号で駆動される。これは、図１３Ａ〜図１３Ｔで示したように、水平を１２本単位で構成することで、水平転送部３にて連続する５電極の水平転送電極１２を同時にハイレベルに出来るためである。実施の形態１と異なり、２列の同色画素（２つの信号電荷）を同時に第１水平転送部４、第２水平転送部５に転送することが可能となるため、信号電荷蓄積電極９と転送阻止電極１０を各１本減らすことができ、更には転送と加算のステップ数も少なくでき、その結果、水平ブランキング期間を短くできる利点もある。
【０１１９】
本実施の形態では、読み出し電極１８の繰り返し単位が、４画素加算と両立させる場合には、８と１２の最小公倍数である２４となり、実施の形態１の７２本に対して、本実施の形態では、４８（＝７２−２４）本削減できる。水平転送部３の電極数は、４相と６相の切り替えのため、１２本となり８本増え、第２の水平転送電極１４がＨ５ｂ、Ｈ９ｂと２つ増えるが、転送制御部６の電極数が２本減るため、転送制御部６、水平転送部３の電極数は８本増となり、トータルとしては、４８−８＝４０本削減できる。
【０１２０】
また、実施の形態２では、特に相数が多くなりすぎた場合に、位相調整が困難になる場合があるが、本実施の形態では、これに対しても最大で６相となるため、位相調整について、大きく改善できる。
【０１２１】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法によれば、電極数を大幅に削減しながら、加算なし、４画素加算、９画素加算で、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【０１２２】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における固体撮像装置及びその駆動方法を説明する。
【０１２３】
図１４は、本発明の実施の形態４における４画素加算時の垂直転送部２の１列の転送、及び、加算の動作を示す図である。転送制御部６、水平転送部３の構成は、図２と同じである。
【０１２４】
以上のように構成された本実施の形態における固体撮像装置について、以下その動作を説明する。
【０１２５】
本実施の形態の特徴は、４画素加算時に垂直転送を２：１インターレースし、転送制御部６で信号電荷の加算を行うことである。図１４（ａ）は、光電変換部１から垂直転送部２への信号電荷の読み出し前の状態を示す。
【０１２６】
まず、図１４（ｂ）に示されるように、垂直転送部２に同色の信号電荷（ここでは、信号電荷Ｇ）を読み出す。その後、図１４（ｃ）に示すように、垂直方向に４相駆動で転送し、図１４（ｄ）及び（ｅ）のとおり、転送制御部６の信号電荷蓄積電極９で２画素分の信号電荷Ｇを加算する。
【０１２７】
本実施の形態では、垂直インターレース動作を行うため、撮像に際してはメカシャッターを使用する。実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３では、すべてプログレッシブ読み出しで４画素加算及び９画素加算での水平方向での同色転送を実現可能であるが、これらの実施の形態では、電極本数が同色転送しない場合に比べ増える。ここで、４画素加算は、静止画の高感度撮像や連写で用いられることが多いため、必ずしもプログレッシブ読み出しが必須ではない場合もある。また、垂直インターレースは垂直も同色転送できるため実用性が高く、メリットが大きい。
【０１２８】
本実施の形態では、水平３画素加算時は、実施の形態１と同じであるため、垂直転送部２については読み出し電極１８は１８本必要であり、転送制御部６から水平転送部３への転送動作は図８Ａ〜図８ＥＥと同じである。４画素加算の場合の水平２画素加算時は、垂直を２：１インターレースし垂直方向に同色を連続させ、図１４で示したように垂直の２画素加算を転送制御部６にて行う。読み出し電極１８は１８本であり、２の倍数であるため、読み出し電極１８を増やす必要はない。水平２画素加算動作については、実施の形態１で図７Ａ〜図７Ｏに示したものと同じである。水平転送部３は水平電極長比α＝０．５で、かつ、４相駆動であるため、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２であり、かつ、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２となるが、垂直をインターレースすることで、垂直同色転送しているため、色数は２色で実施の形態１と同じであり、２並列出力であれば水平方向での同色転送可能である。加算なし動作、水平３画素加算は実施の形態１と同様であり、水平転送部３を４相駆動で統一できるため、水平の電極本数も実施の形態３に比べ抑制できる。
【０１２９】
このように、本実施の形態では、各垂直転送部２は、垂直方向に信号電荷を加算しない場合、及び、垂直方向の加算数が２の場合は、垂直インターレースにて、垂直方向に、１フィールドごとに同色のみ転送し、垂直方向の加算数が３、かつ、水平方向の加算数が３の場合にのみ、同色の信号電荷を、転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、信号電荷の加算及び並び替えを行う。
【０１３０】
なお、垂直転送部２にて垂直２画素加算を行う場合は、垂直転送部２が８相駆動となり、読み出し電極が４画素単位の繰り返しとなるため、読み出し電極１８が１８と４の最小公倍数で３６本に増え、また、垂直転送部２を１２相で構成している場合は、８と１２の最小公倍数の２４相で構成する必要が生じるため、読み出し電極１８以外の垂直転送電極も６本から１２本に増え、合計２４本増加するため、電極数の観点からは、垂直転送部２にて垂直２画素加算を行うメリットがなくなる。
【０１３１】
なお、実施の形態１にて、４画素加算時に垂直インターレースする場合を示したが、実施の形態３の図１１の構成においても、４画素加算時に垂直インターレースすることで、大きく電極数を減らすことが可能である。実施の形態３においては、読み出し電極１８は、垂直３画素で、かつ、水平３画素加算時に同色転送を行うために、１２本であったが、これも２の倍数であるため、読み出し電極１８以外の垂直転送電極が実施の形態１と同様に６本あれば、読み出し電極１８を増やすことなく図１４に示した４相駆動が可能である。転送制御部６から水平転送部３の転送動作については、図５Ａ〜図５Ｄ、図７Ａ〜図７Ｏ、図１３Ａ〜図１３Ｔと同じであるので、その説明を省略する。４画素加算用の読み出し電極１８が必要なくなるため、実施の形態３の２４本から１２本に削減できる。水平転送電極１２が１５本で水平４相駆動のみの５本に比べて、１０本多いが、転送制御部６が２本少ないため、８本多くなるものの、読み出し電極１８が１２本で、水平転送部３を４相のみで駆動する場合の１８本に比べて、６本少ないため、トータルとしては２本の差となり、水平転送部３を４相、６相駆動する場合でも４相駆動のみで駆動する場合と、ほぼ同等の電極数にすることが可能である。
【０１３２】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法によれば、４画素加算時に、メカシャッターを用いて垂直２：１インターレースし、転送制御部で信号電荷を垂直２画素加算することで、電極の本数を低減し、４画素加算の静止画と９画素加算の動画において、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【０１３３】
以上、本発明に係る固体撮像装置及びその駆動方法について、実施の形態１〜４に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、実施の形態１〜４における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の形態や、実施の形態１〜４に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る固体撮像装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【０１３４】
たとえば、図１５に示されるように、本発明に係る固体撮像装置５２が内蔵されたカメラ５０も本発明に含まれる。このカメラ５０は、図１５に示されるように、レンズ５１と、本発明に係る固体撮像装置５２と、駆動回路５３と、信号処理部５４と、外部インターフェイス部５５とを備える。レンズ５１を通過した光は、固体撮像装置５２に入射する。信号処理部５４は、駆動回路５３を介して固体撮像装置５２を駆動するとともに、固体撮像装置５２からの出力信号を取り込む。その出力信号は、信号処理部５４が有するＤＳＰ等でホワイトバランス等の各種信号処理が施され、外部インターフェイス部５５を介して外部に出力される。ここで、駆動回路５３は、固体撮像装置５２が備える垂直転送部（読み出し電極含む）、転送制御部（信号電荷蓄積電極、転送阻止電極、垂直最終電極）、及び、水平転送部（第１水平転送部、第２水平転送部、振り分け転送電極）に駆動信号を出力することで、それぞれの動作（読み出し、転送、保持等）を制御する。このようなカメラ５０は、通常モード（加算なしモード）及び複数の画素加算モードにおいて低電圧駆動にて同色転送を行うことができ、低消費電力で高品質な静止画モード及び動画モードで動作し、例えば、図１６に示されるデジタルスチルカメラ５０ａやビデオカメラ５０ｂとして実現される。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の固体撮像装置は、同色の信号電荷の転送を、画素ピッチに対して短い水平転送電極長を持つ複数の水平転送部を用いて行うため、低消費電力で、かつ、高速転送時に混色のない異なる加算動画モードを備えた固体撮像装置を実現でき、特にデジタルスチルカメラ用の固体撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【０１３６】
１ 光電変換部
２ 垂直転送部
３ 水平転送部
４ 第１水平転送部
５ 第２水平転送部
６ 転送制御部
７ 第１の出力部
８ 第２の出力部
９ 信号電荷蓄積電極
１０ 転送阻止電極
１１ 垂直最終電極
１２ 水平転送電極
１３ 第１の水平転送電極
１４ 第２の水平転送電極
１５ 振り分け転送部
１６ 振り分け転送電極
１７ チャネルストップ領域
１８ 読み出し電極
５０ カメラ
５０ａ デジタルスチルカメラ
５０ｂ ビデオカメラ
５１ レンズ
５２ 固体撮像装置
５３ 駆動回路
５４ 信号処理部
５５ 外部インターフェイス部
１００ ＣＣＤ固体撮像装置
１１０ 撮像部
１２０ 電荷制御部
１３０ 垂直出力ゲート部（ＶＯＧ部）
１４０ 第１水平ＣＣＤ（水平転送部）
１５０ 第２水平ＣＣＤ（水平転送部）
１６０ 水平水平（ＨＨ）転送部
１６１ バリア部
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置、その駆動方法及びカメラに関し、特にデジタルスチルカメラ等のデジタルカメラ向けＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像装置において、水平転送時の混色を抑制し、低消費電力化を実現する構造と駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ等のデジタルカメラ用の固体撮像装置として、ＣＣＤ固体撮像装置を用いたカメラでは、近年１２Ｍ以上の画素数を持つＣＣＤ固体撮像装置が主流である。水平転送部を構成する水平転送電極は微細化され、更に水平方向の画素数は４０００画素以上に達しているため、一般的に用いられてきた垂直転送部の１列に対して、水平転送部の１パケットが構成される２相駆動では、取り扱い電荷量を確保するために水平転送部の幅も大きくなり、更には電極間容量が飛躍的に増大し、消費電力の増大が課題となっている。
【０００３】
そのため、現在では、水平転送部の転送パケット数を従来のように垂直転送部の列数と同じにせず、例えば１／３にし、垂直転送部から水平転送部への転送、及び水平転送部から出力部への転送動作を３回に分け、１行の信号電荷を分割してインターレース（水平インターレース）で出力する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、水平転送部を構成する電極の数を減らすことが可能であり、電極間容量が減少し、電極の水平方向の電極長を大きくできるため、水平転送部の幅を狭くでき、低消費電力化を実現できる。但し、このような構造をもつ固体撮像装置では、水平転送部のパケット数が垂直転送部の列数よりも少ないため、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部が必要である。具体的には、最初の転送動作を行っている間、転送制御部において信号電荷を保持しておく機能が必要となる（例えば、特許文献１参照）。ここで、「パケット」とは、信号電荷を水平転送又は垂直転送する際の転送単位である。
【０００４】
また、現在では受光部の信号を静止画（スチル）として取り出す撮像モード（以下、「通常モード」、あるいは、「静止画」モードという。）に加え、液晶モニター表示や動画記録のための動画モードが用いられる。動画モードでは、一般に複数の画素から得られる信号電荷を撮像装置内で加算する、あるいは選択的に画素から読み出す信号電荷を間引く、もしくはドレインに排出することで、出力信号数を減らし、高フレームレートの動画を実現する。動画モードでは、静止画で出力される画素数が例えば１２Ｍ等の大容量画素数であるのに対して、３０フレーム／秒のＶＧＡ出力（６４０×４８０）やＨＤフォーマットに対応した７２０ｐ出力（１２８０×７２０）、フルＨＤの１０８０ｐ出力（１９２０×１０８０）が実現されている。通常モードでは、２〜５フレーム／秒のフレームレートであるのに対し、動画モードでは、３０フレーム／秒〜６０フレーム／秒の画像出力が要求されるため、静止画で出力される画素数に比べ、画像を１／１０近くに圧縮する必要があり、加算される信号電荷も多くなる。
【０００５】
また、近年、動画記録においてはフルＨＤの１０８０ｐ出力（例えば３０ｆｐｓや６０ｉ）出力が主流になりつつあり、これを実現するためには、１個の水平ＣＣＤからの出力では水平転送周波数が８０ＭＨｚ以上となるため、転送周波数を低減するために２並列水平転送部（並列転送可能な２つの水平転送部）を有するＣＣＤ固体撮像装置が検討されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
１９２０×１０８０の３０ｆｐｓ出力を行うには、２並列水平転送部を有する場合、ＨＤ放送向けＣＣＤ固体撮像装置では水平転送周波数が３７．１２５ＭＨｚであるが、デジタルスチルカメラでは、ＨＤ用イメージセンサーのアスペクト１６：９に対して、アスペクトが４：３もしくは３：２であるため、垂直方向に並ぶ転送行数が多くなることから、水平転送部を２並列としても水平転送周波数が５０ＭＨｚ近くとなっており、水平転送効率が悪化する場合がある。
【０００７】
また、２並列水平転送部を有するＣＣＤ固体撮像装置では、従来一般的に用いられてきた２相駆動と異なり、水平を４相駆動とすることで、単位面積あたりの取り扱い電荷量を増やすことが可能となるため、水平転送部の幅を短くでき、水平転送部間の転送に有利であることも報告されている。
【０００８】
ところで、デジタルスチルカメラ用固体撮像装置では、カラーフィルタの配列として、一般にベイヤー配列が用いられ、隣接する同色間で信号電荷が加算されるが、固体撮像装置内での信号電荷の加算については、垂直方向は垂直転送部内あるいは水平転送部で加算、水平方向は水平転送部内で加算される。垂直方向の画素加算については、光電変換部から垂直転送部への読み出しを行う垂直転送電極を複数設け、駆動タイミングを工夫することで、垂直転送部内で可能であるが、水平方向の画素加算については、垂直転送部から水平転送部の間に、信号電荷の転送を選択的に制御する転送制御部が必要である。動画モードの１例として、垂直３画素で、かつ、水平３画素の信号電荷を加算した９画素加算は、高画質の動画を実現できるものとして有用である。一方、垂直２画素で、かつ、水平２画素の信号電荷を加算した４画素加算は、９画素加算に比べて加算する画素数が少ないものの、高フレームレートに適しているという利点があり、高速連写に有用である。よって、用途に合わせて、複数の加算モードを実現できることが望まれている。
【０００９】
以上述べたように、現在のデジタルカメラ用の固体撮像装置では、低消費電力化と、画素加算を利用した高フレームレートの動画を実現するための並列出力が必須となっていることがわかる。
【００１０】
図１７に特許文献２に記載されている従来の固体撮像装置の構成を示す。図１７において、ＣＣＤ固体撮像装置１００は、撮像部１１０、電荷制御部１２０、垂直出力ゲート部（ＶＯＧ部）１３０、第１水平ＣＣＤ（水平転送部）１４０、第２水平ＣＣＤ（水平転送部）１５０、は水平水平（ＨＨ）転送部１６０、バリア部１６１を備える。電荷制御部１２０はストレージゲート（Ｓ１、Ｓ２）とホールドゲート（Ｈ１、Ｈ２）により構成される。第１水平ＣＣＤ１４０と第２水平ＣＣＤ１５０は２相で駆動される。なお、以降の図においても同様であるが、Ｇ、Ｒ、Ｂはカラーフィルタのグリーン、レッド、ブルー、あるいは、前記フィルタを介して得られたグリーン、レッド、ブルーの信号電荷を示す。
【００１１】
以上のように構成された従来のＣＣＤ固体撮像装置１００についてその動作を説明する。
【００１２】
図１８に通常モード（静止画モード）での動作を示す。特許文献２の例では、ＧＲ行のＲ列のみ、４列に１つずつ、電荷制御部１２０と垂直出力ゲート部１３０により転送を制御して第１水平ＣＣＤ１４０に転送し、２並列出力の場合は、更に転送パルスＨＨＧφによりＨＨ転送部１６０を通して第２水平ＣＣＤ１５０まで、先の信号電荷Ｒを転送する。その後、残りの４列に１つのＲ列信号を第１水平ＣＣＤ１４０に転送し、水平転送によって出力する。同行の残りの信号電荷Ｇも同様に２回のシーケンスに分けて垂直転送及び水平転送をし、２回の水平転送で１行を出力する。次行のＧＢ行も同様である。つまり、水平２：１インターレースを行う。これは、１パケットを構成する水平画素数が４であるためで、２つの水平転送部を有していても、水平のパケット数は、列数の１／２になっているためである。なお、本例では、２相駆動であるため、各水平転送電極の水平方向の電極長は画素ピッチの２倍となる。ここで、「画素ピッチ」とは、撮像部を構成する画素（光電変換部）の水平方向（又は、垂直方向）における並びにおける隣接する画素間の距離である。
【００１３】
図１９に水平２画素加算時の加算動作の模式図を、図２０に水平２画素加算時の信号電荷の転送を示す。なお、「水平ｎ画素加算」とは、水平方向に、同色のｎ個の画素ごとに、それらのｎ個の画素分の信号電荷を加算して一つの信号電荷にまとめることをいう。また、「垂直ｎ画素加算」とは、垂直方向に、同色のｎ個の画素ごとに、それらのｎ個の画素分の信号電荷を加算して一つの信号電荷にまとめることをいう。
【００１４】
水平２画素加算の場合は、最初に信号電荷Ｒの全てを第１水平ＣＣＤ１４０に転送する。前述したように水平転送部は１パケットを４画素ピッチ（４列）で構成するため、列数の１／２を占める信号電荷Ｒを水平方向に２画素加算すると、パケット数と信号数が一致する。隣接する信号電荷Ｒ同士が電荷制御部１２０と垂直出力ゲート部１３０の転送制御によって、第１水平ＣＣＤ１４０内で加算される。これをそのまま、転送パルスＨＨＧφによるＨＨ転送制御によりＨＨ転送部１６０を通して、第２水平ＣＣＤ１５０に転送する。残る信号電荷Ｇについても同様に第１水平ＣＣＤ１４０に加算し、転送する。この２画素加算時の特徴としては、同色の信号電荷が水平転送部毎に出力される、すなわち、同色転送される点である。ここで、「同色の信号電荷」とは、同色の画素に対応する信号電荷の意味である。また、「同色転送」とは、一つの水平転送部（複数の水平転送部を備える場合には、それぞれの水平転送部）が一回の水平転送で転送する全ての信号電荷が同色の信号電荷となるような水平転送をいう。水平転送部の転送動作については、同色転送することが、混色を防止するために有効である。ベイヤー配列においては、１行あたり２色の色フィルタが存在するため、通常転送では混色が発生しやすい。そのため同色転送するには、水平転送部を複数として色を分離するか、水平をインターレースすることで色を分離することで、可能となる。
【００１５】
特許文献２の例では、通常モード時に二つの水平転送部から同じ色の信号電荷を出力していたが、電荷制御部１２０の構成次第では、通常モード時に一つの水平転送部に対して一つの色を割り当てることも可能である。同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれて転送される場合、ゲインやリニアリティー、オフセットといった補正が生じ、扱いにくくなる。但し、信号電荷Ｇに関しては、信号電荷Ｒ横の信号電荷Ｇｒと信号電荷Ｂ横の信号電荷Ｇｂとを並列出力しない場合でも、補正のために別色扱いしているＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）も多く、複数の転送部に分かれて転送されても大きな問題にはならない。
【００１６】
動画でベイヤー配列の信号電荷を順に転送する場合、信号電荷の配列が２行単位であり、かつ、１行には２色の信号電荷があるため、水平転送部が２以上の場合は、水平転送部並列数をｃｈ、１水平転送期間あたりの転送行数をｎとすると、水平転送部並列数ｃｈ＝２、４で、水平転送部並列数ｃｈ／１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２の場合に、同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれることがなく色分離が可能であり、かつ、画素の行をまたぐことがなく同色転送が可能である。ここで、「水平転送部並列数」とは、同時（並列）に水平転送を行うことができる水平転送部の数である。また、「１水平転送期間あたりの転送行数」とは、個々の水平転送部が１回の水平転送で転送できる画素の行数である。
【００１７】
たとえば、水平転送部並列数ｃｈ＝２だと１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１、水平転送部並列数ｃｈ＝４だと１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２とすることで、同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれることがなく、かつ、画素の行をまたぐことがなく同色転送をすることができる。水平転送部並列数ｃｈ＝４で１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２行なら４色分離、水平転送部並列数ｃｈ＝２で１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１行なら２色分離となる。
【００１８】
なお、水平転送部並列数ｃｈ＝４の場合、Ｇｒ、Ｇｂが異なる色とすればベイヤー配列の色数と同じのため、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝４でも色分離が可能である。また、水平転送部並列数ｃｈ＝４の場合、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１でも同色転送は可能だが、同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれてしまう。これは、水平転送部並列数ｃｈ＝６、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３の場合も同様であり、同色転送が可能だが、同じ色の信号電荷が複数の水平転送部に分かれるため、前述したようにゲインやリニアリティー、オフセットといった補正が生じ、扱いにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００６−３１０６５５号公報
【特許文献２】特開２００８−２４４８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記従来の構成では、画素ピッチが大きくなった場合に、同色転送をしようとすると、水平転送部を構成する水平転送電極の水平方向の電極長が長くなるため、転送効率が悪化する、及び、水平駆動電圧が上昇するといった欠点を有する。
【００２１】
例えば、水平転送部の並列数が２であれば、ベイヤー配列では１行の色数が２であるため、１水平転送期間あたりの転送行数ｎが１であれば、水平転送部毎に転送する色数を１とできるため、同色転送が可能となる。ここで、水平転送部において１パケットを構成する水平画素数をＨとすると、つまり、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝水平画素数／水平転送パケット数とすると、空パケットが生じない効率のよい転送の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ×水平画素数／水平加算数＝水平転送パケット数×水平転送部並列数であるから、この関係を利用して、上記水平画素数Ｈの式の右辺を書き直すと、
１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝水平加算数×水平転送部並列数／ｎ （１）
となる。ここで、「１パケットを構成する水平画素数Ｈ」とは、１個のパケットに格納され得る信号電荷の最大の個数（画素を単位とする個数）である。また、単に「水平画素数」と記載された場合の「水平画素数」とは、一行を構成する画素の総数である。また、「水平転送パケット数」とは、各水平転送部が１回の水平転送で転送するパケットの総数である。また、「水平加算数」とは、各水平転送部が水平方向に加算する信号電荷の数（画素を単位とする数）である。
【００２２】
よって、たとえば、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１とすれば、水平加算数が２の場合は１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４、水平加算数が３の場合は１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６となる。
【００２３】
なお、上記（１）式を変形すると、
１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝水平加算数×水平転送部並列数／Ｈ （２）
であるため、通常モード（水平加算なし、つまり、水平加算数が１）は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４の場合は１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１／２となり、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６の場合は１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１／３となる。このように１水平転送期間あたりの転送行数ｎが１／Ｌ（Ｌは２以上の整数）である場合は、水平Ｌ：１インターレースにて水平方向での同色転送が可能である。
【００２４】
しかしながら、水平方向における画素ピッチに対する水平転送電極長の比（水平電極長比）をαとすると、つまり、水平電極長比α＝水平転送電極長／画素ピッチとすると、
水平電極長比α＝Ｈ／駆動相数 （３）
である。ここで、「水平転送電極長」とは、水平転送電極の水平方向における長さである。「駆動相数」とは、水平転送部（あるいは、垂直転送部）を構成する各電極に印加する駆動信号の相数である。
【００２５】
例えば、水平転送部を４相で駆動する場合は、水平２画素加算の場合には、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４であるから、水平電極長比α＝４／４＝１、すなわち、水平電極長は画素ピッチと同じ長さとなり、水平加算数が３の場合には、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６となり水平電極長比α＝６／４＝１．５、すなわち、水平電極長は画素ピッチの１．５倍となる。コンパクトデジタルカメラでは、１／２．３型が主流であり、セルサイズも１．３〜１．４ｕｍであるため、水平駆動電圧は大きく上昇しないが、フォーサーズ型やＡＰＳ−Ｃサイズでは画素ピッチが４〜５ｕｍ台であることを考えると、水平電極長は極めて長くなる。また、並列数が１の場合は、水平インターレースをすれば同色転送が可能であるが、フルＨＤの動画を実現するには水平転送周波数が８０ＭＨｚ以上となり、水平の低電圧駆動が困難であるという欠点を有する。また、特許文献２では、単一の加算モードと加算なしモードでは同色転送が可能であるが、複数の加算モードでの同色転送は実現できていない。
【００２６】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、１パケットを構成する水平画素数が小さくても同色転送が可能な固体撮像装置等を提供することを第一の目的とする。これにより、低消費電力で、かつ、水平転送時の混色が回避された高画質な固体撮像装置等を提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明は、通常（静止画；画素加算なし）モードと複数の水平加算モードの両方において同色転送が可能な固体撮像装置等を提供することを第二の目的とする。これにより、静止画モード及び複数の動画モードにおいて、低消費電力で、かつ、水平転送時の混色が回避された高画質な固体撮像装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
この目的を達成するために本発明の固体撮像装置の一形態は、２次元状に配列され、入射光を複数の色のそれぞれに対応する信号電荷に変換する複数の光電変換部と、前記光電変換部の各列に対応して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、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複数の水平転送部と、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部への前記信号電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、前記各垂直転送部は、同色の信号電荷が、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行い、前記転送制御部は、前記複数の水平転送部のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部へ前記信号電荷を転送し、前記複数の水平転送部のそれぞれは、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送する。
【００２９】
これにより、例えば、２つの水平転送部が設けられ、水平１パケットを構成する水平画素数Ｈを２とし、１水平転送期間の転送行数をｎとした場合に、ｎ＝水平加算数×水平転送部並列数／Ｈとし、垂直方向の信号電荷を、同色がｎ（２以上）行連続するように垂直ブランキング期間内に加算と並び替えを行い、水平転送部に転送されるｎ行内の色数を２とすることで、１パケットを構成する水平画素数Ｈが小さい場合に水平転送部のパケット数が増大しても、同色の信号を２つの水平転送部に振り分け、同色転送が可能になる。よって、上記第一の目的が達成され、水平転送部の低電圧駆動が実現されるとともに、水平転送時の混色が抑制される。
【００３０】
このとき、前記各垂直転送部は、前記光電変換部のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極を有し、垂直方向に加算数ｍ（ｍは２以上の整数）で同色の信号電荷を加算する駆動モードを有し、前記垂直転送部を構成する読み出し電極の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２であるとしてもよい。より具体的には、前記各垂直転送部は、前記光電変換部のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極を有し、垂直方向の加算数ｍ（ｍは２以上の整数）が異なる複数の駆動モードで、垂直方向に同色の信号電荷を加算し、前記垂直転送部を構成する読み出し電極の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２の最小公倍数であるとするのが好ましい。さらに特定的には、前記異なる加算数ｍは、２と３であり、前記水平転送部は、前記加算数ｍが２である場合には、水平方向に信号電荷を加算数２で加算し、前記加算数ｍが３である場合には、水平方向に信号電荷を加算数３で加算するのが好ましい。
【００３１】
これにより、垂直転送部、転送制御部及び水平転送部を構成する電極数を大幅に削減しながら、例えば、加算なし、４画素加算、及び、９画素加算で、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【００３２】
また、前記各垂直転送部は、垂直方向に信号電荷を加算しない場合、及び、垂直方向の加算数が２の場合は、垂直インターレースにて、垂直方向に、１フィールドごとに同色のみ転送し、垂直方向の加算数が３、かつ、水平方向の加算数が３の場合にのみ、同色の信号電荷を、前記転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行ってもよい。これにより、例えば、４画素加算時に、メカシャッターを用いて垂直２：１インターレースし、転送制御部で信号電荷を垂直２画素加算することで、電極の本数を低減し、４画素加算の静止画と９画素加算の動画において、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【００３３】
ここで、水平転送部としては、２つの水平転送部から構成されたり、４相の信号で駆動され、かつ、２つの水平転送部から構成されたりするのが好ましい。
【００３４】
更に、前記複数の水平転送部のそれぞれは、複数の相数の駆動信号に基づいて、水平画素数Ｈに対応する信号電荷を格納し得るパケットの単位で、水平方向に、所定の水平加算数で信号電荷を加算して転送する水平加算モードを有し、前記相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する前記水平画素数Ｈを変化させることにより、異なる水平加算数に対応した複数の水平加算モードで前記転送を行ってもよい。これにより、水平転送部の駆動相数を水平加算画素数に応じて可変することで、水平転送部にて１パケットを構成する水平画素数Ｈを水平転送部並列数×水平加算数／ｎ、ｎ＝１となるように変化させ、垂直方向の信号の並び替えを行わずに同色転送を実現する、あるいは、ｎ＝２以上である場合でも水平加算数の増大によってｎが増加することを抑制し同色をｎ行連続させるのに必要な読み出し電極数の増大を抑制することができる。よって、通常（静止画）モードと複数の水平加算モードの両方において同色転送が可能となり、上記第二の目的が達成される。
【００３５】
より具体的には、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、前記複数の水平加算モードで一定であり、前記複数の水平転送部のそれぞれは、当該複数の水平転送部を構成する水平転送部の数を水平転送部並列数とすると、前記相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する前記水平画素数Ｈを、前記水平加算数×前記水平転送部並列数／ｎ（ただし、前記水平転送部並列数は２又は４、前記水平転送部並列数／ｎは整数、かつ、前記水平加算数は２以上の整数）で表わされる複数の値のいずれかになるように変化させるとしたり、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、水平転送電極の並びから構成され、前記複数の水平転送部のそれぞれを構成する水平転送電極の並びにおける繰り返し単位は、複数の水平加算モードにおける１パケットを構成する前記水平画素数Ｈの最小公倍数であるとしたり、
前記１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、前記複数の水平加算モードで一定であり、前記水平転送部並列数／ｎは、２であるとしたり、
前記複数の水平転送部は、２つの並列に配置された水平転送部から構成され、前記複数の水平転送部のそれぞれは、水平方向の６画素ごとに１２本の水平転送電極が並べられた構成を単位とする繰り返しで構成され、前記複数の水平転送部は、画素加算なし、及び、垂直方向と水平方向にそれぞれ２画素加算する時は、４相の駆動信号に基づいて前記転送をし、垂直方向と水平方向にそれぞれ３画素加算する時は、６相の駆動信号に基づいて前記転送をし、信号電荷を水平方向に加算する時は、１水平転送期間の転送行数ｎを２で加算したりするのが好ましい。
【００３６】
また、前記転送制御部は、前記複数の水平転送部が水平方向に３画素加算する時には、同色の２列の信号電荷を、前記転送制御部から前記複数の水平転送部のそれぞれに同じタイミングで転送し、当該３画素加算の転送制御を行う電極が水平方向に６列を単位として繰り返された電極の並びを備え、前記転送制御部の電極の並びにおける前記単位を構成する６列の電極のうち、連続する４列の電極は、同じ信号で駆動され、残る２列の電極は、前記４列と異なる信号で駆動されてもよい。これにより、例えば、水平３画素加算時は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２であるので、あと１行分の信号電荷を転送及び加算する必要がなく、加算後でも、より重心位置のずれがなく、モアレが少ない高画質な９画素加算が実現される。
【００３７】
また、さらに、ベイヤー配列で配置されたカラーフィルタを備えるとしてもよい。
【００３８】
なお、本発明は、固体撮像装置として実現できるだけでなく、上記固体撮像装置を備えるデジタルカメラ等のカメラとして実現したり、固体撮像装置の駆動方法として実現したりしてもよい。
【００３９】
そのような固体撮像装置の駆動方法の一形態は、固体撮像装置の駆動方法であって、前記固体撮像装置は、２次元状に配列され、入射光を複数の色に対応する信号電荷に変換する複数の光電変換部と、前記光電変換部の各列に対応して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、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複数の水平転送部と、前記垂直転送部から前記水平転送部への前記信号電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、前記駆動方法は、同色の信号電荷が、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行うように、前記垂直転送部を駆動するステップと、前記複数の水平転送部のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、前記転送制御部に対して、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部へ前記信号電荷を転送させるステップと、前記複数の水平転送部のそれぞれが、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送するように、前記複数の水平転送部のそれぞれを駆動するステップとを含む。これにより、水平転送部の低電圧駆動と水平転送時の混色が抑制される。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の固体撮像装置、その駆動方法等によれば、１パケットを構成する水平画素数Ｈが小さくても同色転送が可能な固体撮像装置が実現され、水平転送時の混色が抑制されるとともに、低消費電力の固体撮像装置等が実現される。
【００４１】
また、駆動相数の変化に応じて１パケットを構成する水平画素数を変化させることにより、異なる水平加算数に対応した複数の水平加算モードで水平加算が可能となり、これにより、通常モード（加算なしモード）及び複数の画素加算モードにおいて低電圧駆動にて同色転送が実現でき、水平転送時の混色が抑制され、その結果、低消費電力で高画質の固体撮像装置等が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の概略構成を示した図
【図２】本発明の実施の形態１における転送制御部と水平転送部の詳細な構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の垂直転送部内での加算信号の形成手順を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の垂直転送部内での加算信号の形成手順を示す図
【図５Ａ】本発明の実施の形態１における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ１での転送動作を示す図
【図５Ｂ】本発明の実施の形態１における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ２での転送動作を示す図
【図５Ｃ】本発明の実施の形態１における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ３での転送動作を示す図
【図５Ｄ】本発明の実施の形態１における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ４での転送動作を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における水平ブランキング期間の信号電荷の転送タイミング
【図７Ａ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１での転送動作を示す図
【図７Ｂ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ２での転送動作を示す図
【図７Ｃ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ３での転送動作を示す図
【図７Ｄ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ４での転送動作を示す図
【図７Ｅ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ５での転送動作を示す図
【図７Ｆ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ６での転送動作を示す図
【図７Ｇ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ７での転送動作を示す図
【図７Ｈ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ８での転送動作を示す図
【図７Ｉ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ９での転送動作を示す図
【図７Ｊ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１０での転送動作を示す図
【図７Ｋ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１１での転送動作を示す図
【図７Ｌ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１２での転送動作を示す図
【図７Ｍ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１３での転送動作を示す図
【図７Ｎ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１４での転送動作を示す図
【図７Ｏ】本発明の実施の形態１における水平２画素加算時の時刻ｔ１５での転送動作を示す図
【図８Ａ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１での転送動作を示す図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２での転送動作を示す図
【図８Ｃ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ３での転送動作を示す図
【図８Ｄ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ４での転送動作を示す図
【図８Ｅ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ５での転送動作を示す図
【図８Ｆ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ６での転送動作を示す図
【図８Ｇ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ７での転送動作を示す図
【図８Ｈ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ８での転送動作を示す図
【図８Ｉ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ９での転送動作を示す図
【図８Ｊ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１０での転送動作を示す図
【図８Ｋ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１１での転送動作を示す図
【図８Ｌ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１２での転送動作を示す図
【図８Ｍ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１３での転送動作を示す図
【図８Ｎ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１４での転送動作を示す図
【図８Ｏ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１５での転送動作を示す図
【図８Ｐ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１６での転送動作を示す図
【図８Ｑ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１７での転送動作を示す図
【図８Ｒ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１８での転送動作を示す図
【図８Ｓ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ１９での転送動作を示す図
【図８Ｔ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２０での転送動作を示す図
【図８Ｕ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２１での転送動作を示す図
【図８Ｖ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２２での転送動作を示す図
【図８Ｗ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２３での転送動作を示す図
【図８Ｘ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２４での転送動作を示す図
【図８Ｙ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２５での転送動作を示す図
【図８Ｚ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２６での転送動作を示す図
【図８ＡＡ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２７での転送動作を示す図
【図８ＢＢ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２８での転送動作を示す図
【図８ＣＣ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ２９での転送動作を示す図
【図８ＤＤ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ３０での転送動作を示す図
【図８ＥＥ】本発明の実施の形態１における水平３画素加算時の時刻ｔ３１での転送動作を示す図
【図９】本発明の実施の形態２における水平転送部の構成を示す図（α＝０．５）
【図１０】本発明の実施の形態２における水平転送部の構成を示す図（α＝１．０）
【図１１】本発明の実施の形態３における転送制御部と水平転送部の構成を示す図
【図１２】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の垂直転送部内での加算信号の形成手順を示す図
【図１３Ａ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１での転送動作を示す図
【図１３Ｂ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ２での転送動作を示す図
【図１３Ｃ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ３での転送動作を示す図
【図１３Ｄ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ４での転送動作を示す図
【図１３Ｅ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ５での転送動作を示す図
【図１３Ｆ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ６での転送動作を示す図
【図１３Ｇ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ７での転送動作を示す図
【図１３Ｈ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ８での転送動作を示す図
【図１３Ｉ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ９での転送動作を示す図
【図１３Ｊ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１０での転送動作を示す図
【図１３Ｋ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１１での転送動作を示す図
【図１３Ｌ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１２での転送動作を示す図
【図１３Ｍ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１３での転送動作を示す図
【図１３Ｎ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１４での転送動作を示す図
【図１３Ｏ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１５での転送動作を示す図
【図１３Ｐ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１６での転送動作を示す図
【図１３Ｑ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１７での転送動作を示す図
【図１３Ｒ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１８での転送動作を示す図
【図１３Ｓ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ１９での転送動作を示す図
【図１３Ｔ】本発明の実施の形態３における水平３画素加算時の時刻ｔ２０での転送動作を示す図
【図１４】本発明の実施の形態４における４画素加算時の垂直転送部の１列の転送及び加算動作を示す図
【図１５】本発明に係る固体撮像装置を備えるカメラの構成を示すブロック図
【図１６】本発明に係る固体撮像装置を備えるカメラの外観図
【図１７】従来のＣＣＤ固体撮像装置の構成を示す図
【図１８】従来のＣＣＤ固体撮像装置の通常モード（加算なし）時の信号電荷の転送を示す図
【図１９】従来のＣＣＤ固体撮像装置の水平２画素加算時の信号電荷の転送を示す模式図
【図２０】従来のＣＣＤ固体撮像装置の水平２画素加算時の信号電荷の転送を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、手順、動作タイミングなどは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素及び手順のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素及び手順については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００４４】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１における固体撮像装置及びその駆動方法を説明する。
【００４５】
図１は本発明の実施の形態１における固体撮像装置の概略構成を示した図である。図１において、固体撮像装置は、ＣＣＤ固体撮像装置であり、複数の光電変換部１、複数の垂直転送部２、水平転送部３（第１水平転送部４、第２水平転送部５）、転送制御部６、第１の出力部７、第２の出力部８を備える。水平転送部３は第１水平転送部４と第２水平転送部５からなる。
【００４６】
複数の光電変換部１は、撮像部を構成し、２次元状に配列される。個々の光電変換部１は、個々の画素に対応し、入射光を複数の色（ここでは、赤、緑、青）のいずれかに対応する信号電荷に変換する。
【００４７】
複数の垂直転送部２のそれぞれは、光電変換部１の各列に対応して設けられ、光電変換部１のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極１８を含む垂直転送電極を有し、光電変換部１から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送する垂直ＣＣＤである。各垂直転送部２は、動画モード（画素加算モード）においては、同色の信号電荷が、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、光電変換部１から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行う。
【００４８】
転送制御部６は、垂直転送部２から水平転送部３への信号電荷の転送を制御する。この転送制御部６は、第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、垂直転送部２から第１水平転送部４及び第２水平転送部５へ信号電荷を転送する。
【００４９】
水平転送部３は、垂直転送部２から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤであり、主に、２つの水平転送部（第１水平転送部４と第２水平転送部５）から構成される。第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれは、動画モード（画素加算モード）においては、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送する。
【００５０】
第１の出力部７は、第１水平転送部４から転送されてきた信号電荷を電圧に変換して出力するアンプである。
【００５１】
第２の出力部８は、第２水平転送部５から転送されてきた信号電荷を電圧に変換して出力するアンプである。
【００５２】
なお、図示されていないが、垂直転送部２、転送制御部６、及び、水平転送部３に対して、それぞれの動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路（垂直駆動回路、水平駆動回路等）が設けられている。よって、垂直転送部２、転送制御部６、及び、水平転送部３は、駆動回路からの駆動信号に従って、後述する転送、並び替え、保持、及び、加算等の動作を行う。
【００５３】
この固体撮像装置において、信号の流れは、次の通りになる。つまり、入射光は光電変換部１にて信号電荷に変換され、読み出し電極１８により垂直転送部２内部に読み出される。その後、信号電荷は垂直転送部２から転送制御部６に転送され、駆動モードに応じて転送制御部６は信号電荷の保持あるいは水平転送部３への転送を選択的に行う。第１水平転送部４と第２水平転送部５へ転送された信号電荷は、水平転送された後、それぞれ第１の出力部７と第２の出力部８より出力される。
【００５４】
図２は本実施の形態における転送制御部６と水平転送部３の詳細な構成を示す図である。図２に示されるように、転送制御部６は、信号電荷蓄積電極（ＳＴ）９、転送阻止電極（ＨＬ）１０、及び、垂直最終電極（ＶＬ）１１から構成される。また、水平転送部３は、水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ、Ｈ２〜Ｈ４）１２（第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４を含む）、振り分け転送部（ＨＴ）１５、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６、チャネルストップ領域（ＣＳ）１７から構成される。
【００５５】
図２では、垂直転送部２として、垂直転送部２を２列束ねた構成が示されている。ここでは、水平３画素加算時及び水平２画素加算時における２列分の垂直転送部２における信号電荷の並びが示されている。このように２列束ねられた領域ごとに、転送制御部６には、１つの垂直最終電極１１が配置されている。水平転送部３は、水平方向の１画素ピッチに２つの水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ、Ｈ２〜Ｈ４）１２を有し、４相で駆動される。第１水平転送部４と第２水平転送部５との間で信号電荷の転送を行うために、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６が配置され、それぞれＨ１ａ、Ｈ１ｂ、ＨＨＴの電極名が付与されている。その他の水平転送電極１２はＨ２〜４の電極名が付与されている。なお、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６は、全ての振り分け転送部（ＨＴ）１５の電極と電気的に接続されている。
【００５６】
転送制御部６は、信号電荷蓄積電極９と転送阻止電極１０と垂直最終電極１１とからなり、それぞれ、ＳＴ１〜７、ＨＬ１〜７、及び、ＶＬの電極名が付与されている。信号電荷蓄積電極（ＳＴ）９は、上段の信号電荷蓄積電極ＳＴ１〜４と、下段の信号電荷蓄積電極ＳＴ５〜７とから構成され、信号電荷を保持（蓄積）するための電極である。転送阻止電極（ＨＬ）１０は、上段の転送阻止電極ＨＬ１〜４と、下段の転送阻止電極ＨＬ５〜７とから構成され、垂直転送部２から水平転送部３への信号電荷の転送を阻止するための電極である。垂直最終電極１１は、２列の垂直転送部２ごとに設けられ、転送制御部６を通過してきた信号電荷を、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３に転送する、又は、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３及び振り分け転送部（ＨＴ）１５を介して第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４に転送するための電極である。
【００５７】
この固体撮像装置は、ベイヤー配列で配置されたカラーフィルタを備える。本実施の形態の固体撮像装置は、水平２画素加算及び水平３画素加算の両方の水平加算モードを選択的に行う機能を有しており、転送制御部６の上段に位置する信号電荷蓄積電極ＳＴ１〜４及び転送阻止電極ＨＬ１〜４で色分離と水平２画素加算の転送制御を行い、下段に位置する転送制御部６の信号電荷蓄積電極ＳＴ５〜７及び転送阻止電極ＨＬ５〜７で水平３画素加算の転送制御を行う。本実施の形態における固体撮像装置は、水平２画素加算時は、垂直も２画素加算するので、合計で４画素加算を行い、水平３画素加算時は、垂直も３画素加算するので、合計で９画素加算を行う。
【００５８】
また、図２では示していないが、垂直転送部２は、１画素あたり複数の垂直転送電極を有する。それらの複数の垂直転送電極のうち１つの垂直転送電極が、光電変換部１から垂直転送部２内部への信号電荷を読み出すための読み出し電極１８である。例えば、１画素あたり２つの垂直転送電極を有する場合は、垂直転送部２は、垂直２画素加算時は４相駆動で、３画素加算は６相駆動で、垂直方向に信号電荷を転送する。また、垂直転送部２は、加算なしの通常モードでは、６：１の垂直インターレースの駆動を行い、１信号電荷に対して１２相駆動として、転送制御部６に信号電荷を転送する。この通常モードでは、読み出し電極１８以外の垂直転送電極は６本必要である。
【００５９】
本実施の形態における固体撮像装置では、水平電極長比αを０．５とし、水平転送部３を４相で駆動するため、従来例に比べ、水平転送電極１２の長さが短く、水平駆動電圧を低減できる。このとき、上記（３）式より、４相駆動で１パケットを構成する水平画素数Ｈは２となる。上記（２）式より、水平３画素加算時で１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３、水平２画素加算時で１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２、加算なしで１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１となる。従来例では１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２と３の場合では同色転送が困難であるが、本実施の形態における固体撮像装置では、そのような同色転送が可能である。
【００６０】
本実施の形態における垂直転送部内の信号電荷の並びを図２に示す。水平２画素加算時、及び、水平３画素加算時で、同色の信号電荷が連続する行数が異なる。なお、加算なしの通常モードでは、垂直インターレースを行わずに全画素独立読み出しが可能な固体撮像装置の場合でも、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１であるので加算時のように同色を連続させなくても水平転送部３での同色転送が可能であり、また垂直インターレースをする固体撮像装置においては、例えば６：１インターレースであれば、列あたりの垂直方向は全て同色の信号電荷となるので同様に問題ない。
【００６１】
本実施の形態の第１の特徴は、図２に示すように、垂直方向の信号電荷の並びを、同色が垂直方向にｎ行連続するように、配置することにある。つまり、各垂直転送部２は、同色の信号電荷が、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、信号電荷の加算及び並び替えを行う。例えば、水平３画素加算の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３であるから、図２のように３行同色が連続し、水平２画素加算の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２であるから２行同色が連続する。これにより１水平転送期間あたりの転送行数ｎが１を超えていても、色数は２のままとなり、水平転送部３、すなわち第１水平転送部４と第２水平転送部５で色を分離することができ、同色転送が可能になる。
【００６２】
以上のように構成された本実施の形態の固体撮像装置について、以下その動作を説明する。
【００６３】
図３、図４に、それぞれ、水平２画素加算、水平３画素加算時の垂直転送部２内での加算信号の形成手順を示す。図３、図４には、読み出し電極１８が示されている。例として、Ｇ、Ｒ列を抜き出しており、Ｇ、ｇはグリーン、Ｒ、ｒはレッドの信号電荷を示し、ＧＧ、ＧＧＧは、それぞれ、Ｇ（グリーン）が２画素加算された状態、３画素加算された状態を示す。ｇ、Ｒ、ｒについても同様である。水平２画素加算時は、垂直方向も２画素加算され、合計で４画素加算される場合を示し、水平３画素加算時は、垂直も３画素加算され、合計で９画素加算される場合を示している。図３、図４において、簡単のため、読み出し電極１８以外の垂直転送電極については、その図示を省略している。図３では垂直方向２画素で１パケット、図４では３画素で１パケットとしており、例えば、１画素あたり垂直転送電極が２であれば、図３では４相駆動、図４では６相駆動となる。図４に示すように、３行同色の垂直３画素加算された信号電荷を形成するには、１８画素単位で読み出し電極（Ｖ１〜Ｖ１８）１８を形成する必要があり、また、図３に示すように、２行同色の垂直２画素加算された信号電荷の並びを形成するには、８画素単位で読み出し電極（Ｖ１〜Ｖ８）１８を形成する。
【００６４】
本実施の形態の第２の特徴は、垂直転送部２の読み出し電極１８を、垂直方向の加算数（垂直加算数）ｍ×１水平転送期間あたりの転送行数ｎ×２の最小公倍数とすることである。つまり、各垂直転送部２は、垂直加算数ｍ（ｍは２以上の整数）で同色の信号電荷を加算する駆動モードを有し、一つの加算数ｍについては、垂直転送部２を構成する読み出し電極１８の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２となる。本実施の形態では、各垂直転送部２は、垂直加算数ｍ（ｍは２以上の整数）が異なる複数の駆動モードで、垂直方向に同色の信号電荷を加算するので、垂直転送部２を構成する読み出し電極１８の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２の最小公倍数となっている。
【００６５】
具体的には、図３に示すように、垂直加算数ｍが２の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２のため、読み出し電極１８は８画素単位、図４に示すように、垂直加算数が３の場合は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３のため、読み出し電極１８は１８画素単位となる。そのため、本実施の形態では、読み出し電極１８の数（繰り返し単位）を８と１８の最小公倍数である７２本とすることで、２画素加算、３画素加算の両方で水平方向での同色転送を可能とする。
【００６６】
図５Ａ〜図５Ｄに本実施の形態における通常モード（加算なし）時の時刻ｔ１〜ｔ４での転送動作を示す。図５Ａ〜図５Ｄでは簡単のため信号電荷蓄積電極９、転送阻止電極１０の電極番号のみ記載しており、それらの電極名（ＳＴ、ＨＬ）については区別して記載していない。転送制御部６にて、信号電荷の転送を阻止し、保持する場合には、信号電荷蓄積電極９にミドルレベル（例えば０Ｖ）、転送阻止電極１０にローレベル（例えば−６Ｖ）を印加する。水平転送部３への転送制御は、転送制御部６の上段の電極１〜４（信号電荷蓄積電極ＳＴ１〜４、転送阻止電極ＨＬ１〜４）で行い、信号電荷蓄積電極ＳＴと転送阻止電極ＨＬが１、２と３、４を同じタイミングで転送動作し、２色を分離し転送する。転送制御部６の下段にある電極５〜７（信号電荷蓄積電極ＳＴ５〜７、転送阻止電極ＨＬ５〜７）は、それぞれ同じタイミングで転送動作する。図５Ａ〜図５Ｄにおいては、転送制御部６の電圧印加状態の図示は省略し、第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５においてのみ、電圧の印加状態を示しており、太枠で囲まれた電極にハイレベルが印加されている。なお、図５Ａ〜図５Ｄでは、代表的な時刻における第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５での電圧印加状態を示す図である。よって、図６を用いて後述するように、これらの図に示されていないタイミングでは、図示されていない電圧印加状態も存在し得る。
【００６７】
この通常モード（加算なし）における各時刻ｔ１〜ｔ４での転送動作は以下の通りである。
【００６８】
まず、図５Ａ、図５Ｂに示されるように、時刻ｔ１〜ｔ２において、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにすることで、一つの行における信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送される。
【００６９】
次に、図５Ｃに示されるように、時刻ｔ３において、第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにしたまま、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３をハイレベルにすることで、上記信号電荷Ｇと同じ行における信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送される。
【００７０】
最後に、図５Ｄに示されるように、時刻ｔ４において、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、水平転送が行われる。
【００７１】
図６に、図５に示される転送動作の詳細なタイミング、つまり、水平ブランキング期間での信号電荷の転送タイミングを示す。この図６を用いて、第１水平転送部４と第２水平転送部５との間の転送に関し説明する。第１水平転送部４では、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３で、垂直最終電極（ＶＬ）１１から転送される信号電荷を受けるため、水平ブランキング期間においては、まず、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３をハイレベルにし、また垂直最終電極（ＶＬ）１１がミドルレベルになる。このとき、信号電荷が撮像部（垂直転送部２）側から垂直最終電極（ＶＬ）１１下に転送される時点より前に振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、全ての振り分け転送部１５の電極）にハイレベル、また第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４にもハイレベルを印加しておくことが望ましい。これにより、垂直最終電極（ＶＬ）１１がミドルレベルになった時点で、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４まで信号電荷の転送経路が出来る（図５Ａ（時刻ｔ１））。後は、垂直最終電極（ＶＬ）１１、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６を順にローレベルとすることで、ハイレベルのまま印加されている第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４下に信号電荷が転送される。これにより垂直最終電極（ＶＬ）１１から第２水平転送部（Ｈ１ｂ）５への転送動作が完了する（図５Ｂ（時刻ｔ２））。なお、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６には、これ以降の水平転送期間もローレベルを維持し、第２水平転送部５に転送された信号電荷と、次に垂直最終電極（ＶＬ）１１から第１水平転送部４に転送される信号電荷が混合するのを防止する。再び信号電荷を受ける第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３にハイレベルを印加した後で、垂直最終電極（ＶＬ）１１にミドルレベルを印加し、その後ローレベルに遷移させることで、垂直最終電極（ＶＬ）１１から第１水平転送部４への信号電荷の転送動作を完了させ（図５Ｃ（時刻ｔ３））、この後で水平転送を実施する（図５Ｄ（時刻ｔ４））。
【００７２】
図７Ａ〜図７Ｏに、本実施の形態における固体撮像装置による水平２画素加算時の時刻ｔ１〜ｔ１５での転送動作を示す。図７Ａ（ｔ１）の上部における実線の矢印で示された列の信号電荷Ｇ（ここでは、垂直２画素加算された信号電荷Ｇ）が水平方向に加算され、同様に、点線で示された矢印の列の信号電荷Ｒ（ここでは、垂直２画素加算された信号電荷Ｒ）が水平方向に加算される。図７Ａ〜図７Ｏでも、簡単のため、信号電荷蓄積電極９、転送阻止電極１０の電極番号のみ記載しており、それらの電極名（ＳＴ、ＨＬ）については区別して記載していない。信号電荷の転送制御は、通常モードと同様に、転送制御部６の上段１〜４（信号電荷蓄積電極ＳＴ１〜４、転送阻止電極ＨＬ１〜４）で行う。転送制御部６の下段にある５〜７（信号電荷蓄積電極ＳＴ５〜７、転送阻止電極ＨＬ５〜７）は、それぞれ同じタイミングで転送動作する。図７Ａ〜図７Ｏにおいても、転送制御部６の電圧印加状態の図示は省略し、第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５においてのみ、電圧の印加状態を示しており、太枠で囲まれた電極にハイレベルが印加されている。また、各図において、動作を示す実線と点線の矢印が混在している場合は、実線の動作を先に行い、点線の動作を実線の動作の後で行うことを示している。
【００７３】
この水平２画素加算モードにおける各時刻ｔ１〜ｔ１５での転送動作は以下の通りである。
【００７４】
まず、図７Ａ、図７Ｂに示されるように、時刻ｔ１〜ｔ２において、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにし、転送の対象となる画素（１行目の第１の信号電荷Ｇ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、１行目の第１の信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送される。
【００７５】
次に、図７Ｃに示されるように、時刻ｔ３において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにした状態で、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、２画素分の水平転送が行われる。
【００７６】
次に、図７Ｄに示されるように、時刻ｔ４において、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにし、転送の対象となる画素（１行目の第２の信号電荷Ｇ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、１行目の第２の信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送され、その結果、第２水平転送部５において、１行目の第１の信号電荷Ｇと第２の信号電荷Ｇとの加算が行われる。
【００７７】
次に、図７Ｅに示されるように、時刻ｔ５において、第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにしたまま、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３をハイレベルにし、転送の対象となる画素（１行目の第１の信号電荷Ｒ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、１行目の第１の信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送される。その後、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、２画素分の水平転送が行われる。
【００７８】
次に、図７Ｆに示されるように、時刻ｔ６において、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３と第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４とをハイレベルに維持し、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルに維持したまま、転送の対象となる画素（１行目の第２の信号電荷Ｒ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、１行目の第２の信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送され、その結果、第１水平転送部４において、１行目の第１の信号電荷Ｒと第２の信号電荷Ｒとの加算が行われる。この時点で、垂直２画素加算された１行目の水平２画素加算が完了する。
【００７９】
次に、図７Ｇに示されるように、時刻ｔ７において、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、１画素分の水平転送が行われる。
【００８０】
次に、図７Ｈに示されるように、時刻ｔ８において、既に加算された信号電荷ＧＧ及び信号電荷ＲＲを保持したまま（水平転送電極（Ｈ３）１２をハイレベルにしたまま）、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにし、転送の対象となる画素（２行目の第１の信号電荷Ｇ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、２行目の第１の信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送される。
【００８１】
次に、図７Ｉに示されるように、時刻ｔ９において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、連続する３つの水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ２及びＨ３、並びに、Ｈ１ｂ、Ｈ２及びＨ３）をハイレベルにする。
【００８２】
次に、図７Ｊに示されるように、時刻ｔ１０において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにしたまま、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、１画素分の水平転送が行われる。
【００８３】
次に、図７Ｋに示されるように、時刻ｔ１１において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにしたまま、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、１つの水平転送電極（Ｈ３）だけをハイレベルにする。
【００８４】
次に、図７Ｌに示されるように、時刻ｔ１２において、既に加算された信号電荷ＧＧ、信号電荷ＲＲ及び信号電荷Ｇを保持したまま（水平転送電極（Ｈ３）１２をハイレベルにしたまま）、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）、及び、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにし、転送の対象となる画素（２行目の第２の信号電荷Ｇ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、２行目の第２の信号電荷Ｇが第２水平転送部５に転送される。
【００８５】
次に、図７Ｍに示されるように、時刻ｔ１３において、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、連続する３つの水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ２及びＨ３、並びに、Ｈ１ｂ、Ｈ２及びＨ３）をハイレベルにする。これにより、第２水平転送部５において、２行目の第１の信号電荷Ｇと第２の信号電荷Ｇとの加算が行われる。
【００８６】
次に、図７Ｎに示されるように、時刻ｔ１４において、第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４をハイレベルにしたまま、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルにし、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３をハイレベルにし、転送の対象となる画素（２行目の第１の信号電荷Ｒ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、２行目の第１の信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送される。その後、第１水平転送部４と第２水平転送部５のそれぞれにおいて、４相駆動により、２画素分の水平転送が行われる。
【００８７】
最後に、図７Ｏに示されるように、時刻ｔ１５において、第１水平転送部４における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）１３と第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ４）１２及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）１４とをハイレベルに維持し、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６（つまり、振り分け転送部１５の電極ＨＴ）をローレベルに維持したまま、転送の対象となる画素（２行目の第２の信号電荷Ｒ）に対応する電極（垂直最終電極１１等）に対して図６に示されるタイミングで駆動する。これにより、２行目の第２の信号電荷Ｒが第１水平転送部４に転送され、その結果、第１水平転送部４において、２行目の第１の信号電荷Ｒと第２の信号電荷Ｒとの加算が行われる。この時点で、垂直２画素加算された２行目の水平２画素加算が完了する。
【００８８】
本例では、図７Ｈ（ｔ８）、図７Ｌ（ｔ１２）に示すように、２行目の信号電荷Ｇを第２水平転送部５へ転送する際には、第２水平転送部５における水平転送電極（Ｈ３）１２下に１行目の信号電荷ＲＲ及びＧＧを蓄積している。これは、本例では振り分け転送電極１６（ＨＨＴ）が１つ（１種類設けられている場合）の例を示しており、この場合、もし、２行目の信号電荷Ｇ（第１の信号電荷Ｇ、第２の信号電荷Ｇ）を第２水平転送部５へ転送する際に、既に転送されている１行目の信号電荷ＲＲ及びＧＧをそれぞれ第１の水平転送電極（Ｈ１ａ）及び第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ）で蓄積していると、これらの信号電荷（１行目の信号電荷と２行目の信号電荷と）が混ざってしまうためである。
【００８９】
図８Ａ〜図８ＥＥに、本実施の形態における固体撮像装置による水平３画素加算時の時刻ｔ１〜ｔ３１での転送動作を示す。図８Ａ（ｔ１）の上部における実線の矢印で示された列の信号電荷Ｇ（ここでは、垂直３画素加算された信号電荷Ｇ）が水平方向に加算され、同様に、点線で示された矢印の列の信号電荷Ｒ（ここでは、垂直３画素加算された信号電荷Ｒ）が水平方向に加算される。図８Ａ〜図８ＥＥにおいても、転送制御部６の電圧印加状態の図示は省略し、第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５においてのみ、電圧の印加状態を示しており、太枠で囲まれた電極にハイレベルが印加されている。また、動作を示す実線と点線の矢印が混在している場合は、実線の動作を先に行い、点線の動作を実線の動作の後で行うことを示している。水平転送部３への転送制御は、上段１〜４での色分離と、下段５〜７での転送制御を組み合わせて行う。
【００９０】
この水平３画素加算モードにおける各時刻ｔ１〜ｔ３１での転送動作は以下の通りである。ここでは、図７に示された水平２画素加算モードとの相違点を中心に説明する。
【００９１】
まず、図８Ｂに示されるように、時刻ｔ２において、転送制御部６の上段で信号電荷Ｇのみを分離し、転送制御部６の下段に転送する。
【００９２】
次に、図８Ｃ〜図８Ｅに示されるように、時刻ｔ３〜ｔ５において、転送制御部６の下段では、信号電荷蓄積電極ＳＴ及び転送阻止電極ＨＬの組が５、６、７の順で信号電荷Ｇ列を第２水平転送部５に転送し、信号電荷Ｇを水平方向に３画素加算する。
【００９３】
その後に、図８Ｆ〜図８Ｈに示されるように、時刻ｔ６〜ｔ８において、転送制御部６の上段に残った信号電荷Ｒ列を転送制御部６の下段に転送し、信号電荷蓄積電極ＳＴ及び転送阻止電極ＨＬの組が７、５、６の順で信号電荷Ｒ列を第１水平転送部４に転送することで、信号電荷Ｒを水平方向に３画素加算する。これにより、垂直３画素加算された１行目の水平３画素加算が完了する。
【００９４】
水平３画素加算時は１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３であるので、あと２行分の信号電荷を転送、及び、加算することにより（図８Ｉ（時刻ｔ９）〜図８ＥＥ（時刻ｔ３１））、加算後でも重心位置のずれがなく、モアレが少ない高画質な９画素加算が実現される。
【００９５】
このように、本実施の形態における固体撮像装置では、以下の駆動方法が行われる。つまり、（１）同色の信号電荷が、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、信号電荷の加算及び並び替えるように、垂直転送部２を駆動するステップと、（２）第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれが同色の信号電荷を転送するように、転送制御部６に対して、垂直転送部２から第１水平転送部４及び第２水平転送部５へ信号電荷を転送させるステップと、（３）第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれが、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送するように、第１水平転送部４及び第２水平転送部５を駆動するステップとを含む駆動方法が行われる。
【００９６】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法によれば、垂直転送部２内で、加算対象の信号電荷を水平加算数によって同色を複数行連続して垂直方向に配置できるため、水平転送部の電極長を短くしパケット数が増えた場合でも、加算なし、４画素加算、及び、９画素加算のいずれでも、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【００９７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における固体撮像装置及びその駆動方法を説明する。
【００９８】
図９は本発明の実施の形態２における固体撮像装置が備える水平転送部３の構成を示す図である。ここでは、水平電極長比αは０．５であり、２４本の水平転送電極１２を１単位として構成された水平転送部３が示されている。図９の（ａ）は、水平画素のピッチに対応する構成を示す図であり、図９の（ｂ）〜（ｅ）は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ、及び、水平転送の駆動相数の各種組み合わせにおける動作を説明する図である。図９の（ｂ）〜（ｅ）における点線枠のそれぞれは、１個のパケットの大きさを示している。
【００９９】
本実施の形態の特徴は、実施の形態１と異なり、水平転送の駆動相数を加算数によって切り替えることである。これにより、１パケットを構成する水平画素数Ｈを切り替え、水平転送部３のパケット数を可変する。前述したように、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１であれば色数が２に対して水平転送部３が２並列、すなわち第１水平転送部４と第２水平転送部５から構成されている場合、同色転送が可能である。本実施の形態は、１水平転送期間あたりの転送行数ｎを異なる加算モードで一定（例えば２並列の水平転送部を有していれば１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１）となるように、水平の相数を切り替え、１パケットを構成する画素数Ｈを可変する。具体的には、上記（１）式より、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝水平加算数×並列数／ｎであるから、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１とすると、通常モード（水平加算なし）で１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２、水平２画素加算では１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４、水平３画素加算では１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６となる。水平電極長比αが０．５の場合は、上記（３）式より、それぞれの加算モード（通常モード、水平２画素加算モード、水平３画素加算モード）に対して、図９の（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、それぞれ、４相、８相、１２相駆動とする。
【０１００】
ここで、加算なし、２画素加算、３画素加算の３つのモードで同色転送するためには、４、８、１２の最小公倍数である２４本の水平転送電極１２を１単位として水平転送部３を構成する。加算なし、２画素加算の場合は、４、８の最小公倍数で８本、加算なし、３画素加算の場合は、１２本となる。つまり、水平転送部３（第１水平転送部４、第２水平転送部５）のそれぞれを構成する水平転送電極の並びにおける繰り返し単位は、複数の水平加算モードにおける１パケットを構成する水平画素数Ｈの最小公倍数になっている。
【０１０１】
また、図９の（ｃ）のように、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝３とし、６相駆動とする場合は、水平３画素加算の場合に、上記（２）式より１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２となり、実施の形態１で示した４相の場合（１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝３）と異なり、１水平転送期間あたりの転送行数ｎの数が減り、水平２画素加算（４相、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２）の場合の１水平転送期間あたりの転送行数ｎ（＝２）と等しくできる。これについての詳細は実施の形態３で述べる。
【０１０２】
なお、画素ピッチによっては、水平電極長比αが１の場合は、水平電極長が長くなるが、図１０に示すように、１パケットを構成する水平画素数Ｈが２、３、４、６に対して、それぞれ、駆動相数が２相、３相、４相、６相となる。図１０は、図９に対応する図であり、ここでは、水平電極長比αが１の場合における水平転送部３の構成を示している。図１０の（ａ）は、水平画素のピッチに対応する構成を示す図であり、図１０の（ｂ）〜（ｅ）は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ、及び、水平転送の駆動相数の各種組み合わせにおける動作を説明する図である。図１０の（ｂ）〜（ｅ）における点線枠のそれぞれは、１個のパケットの大きさを示している。
【０１０３】
ここで、２相駆動では、単位面積あたりの取り扱い電荷量が少ないため、第１水平転送部４では、その幅が広くなり、第１水平転送部４から第２水平転送部５への転送電界が低下するため、水平駆動電圧を高く設定する必要がある。そのため、加算なしのモード時では、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝１／２として水平１行を２回に分けて転送し、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４で、４相駆動とした方が水平転送部３を低電圧で駆動できるので望ましい。水平３画素加算の場合は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝６が必要であり、また、水平２画素加算の場合は、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝４が必要であるため、それらの最小公倍数である１２本の水平転送電極１２を１単位として水平転送部３を構成することで、水平加算なし、水平２画素加算及び水平３画素加算の全てのモードにおいて同色転送を実現できる。
【０１０４】
このように、本実施の形態では、水平転送部３は、複数の相数の駆動信号に基づいて、水平画素数Ｈに対応する信号電荷を格納し得るパケットの単位で、水平方向に、所定の水平加算数で信号電荷を加算して転送する水平加算モードを有し、相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する水平画素数Ｈを変化させることにより、異なる水平加算数に対応した複数の水平加算モードで信号電荷の転送を行う。より詳しくは、水平転送部３による１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、複数の水平加算モードで一定であり、水平転送部３は、水平転送部３を構成する水平転送部の数を水平転送部並列数とすると、相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する水平画素数Ｈを、水平加算数×水平転送部並列数／ｎ（ただし、水平転送部並列数は２又は４、水平転送部並列数／ｎは整数、かつ、水平加算数は２以上の整数）で表わされる複数の値のいずれかになるように変化させる。水平転送部並列数／ｎは、例えば、２である。
【０１０５】
具体的には、水平転送部３は、２つの並列に配置された水平転送部（第１水平転送部４、第２水平転送部５）から構成される。そして、第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれは、水平方向の６画素ごとに１２本の水平転送電極が並べられた構成を単位とする繰り返しで構成される。さらに、第１水平転送部４及び第２水平転送部５は、画素加算なし、及び、垂直方向と水平方向にそれぞれ２画素加算する時は、４相の駆動信号に基づいて水平転送をし、垂直方向と水平方向にそれぞれ３画素加算する時は、６相の駆動信号に基づいて水平転送をし、信号電荷を水平方向に加算する時は、１水平転送期間の転送行数ｎを２で加算する。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法によれば、垂直方向に同色の信号の並べ替えを行うことなく、すなわち読み出し電極数の数を増やすことなく、加算なしモード、及び、複数の加算モード（水平２画素加算、水平３画素加算）において同色転送が実現される。
【０１０７】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における固体撮像装置及びその駆動方法を説明する。
【０１０８】
図１１は本発明の実施の形態３における固体撮像装置が備える転送制御部６と水平転送部３の詳細な構成を示す図である。図１１において、図２と同一の符号は同じ構成要素を表す。水平転送部３は１画素ピッチに２つの水平転送電極１２を有する。つまり、水平転送部３を構成する第１水平転送部４と第２水平転送部５では、水平転送電極１２を１単位とする複数の水平転送電極で構成される。第１水平転送部４と第２水平転送部５との間で信号電荷の転送を行うために、第１の水平転送電極（Ｈ１ａ、Ｈ５ａ、Ｈ９ａ）１３、第２の水平転送電極（Ｈ１ｂ、Ｈ５ｂ、Ｈ９ｂ）１４、振り分け転送電極（ＨＨＴ）１６が配置される。ここでは、実施の形態１と異なり、第１の水平転送電極１３が３つに増え、それぞれＨ１ａ、Ｈ５ａ、Ｈ９ａ、第２の水平転送電極１４も３つに増え、それぞれＨ１ｂ、Ｈ５ｂ、Ｈ９ｂの電極名が付与されている。その他の水平転送電極１２はＨ２〜１２の電極名が付与されている。転送制御部６では、実施の形態１に比べ、下段の信号電荷蓄積電極（ＳＴ）９と転送阻止電極（ＨＬ）１０がそれぞれ２種類（信号電荷蓄積電極ＳＴ５、６と転送阻止電極ＨＬ５、６）に低減されている。また、水平３画素加算時の転送行数としては、同色の信号電荷が水平２画素加算と同様に、２行連続している。
【０１０９】
以上のように構成された本実施の形態における固体撮像装置について、以下その動作を説明する。
【０１１０】
本実施の形態の特徴は、実施の形態１の特徴である加算数毎に同色の信号電荷を垂直方向に連続させる点は同じであるが、加えて、実施の形態２で説明したように水平転送の相数を加算モードによって可変する。具体的には、図１１に示すように、水平転送電極１２を１２本単位で構成し、水平２画素加算時は、４相駆動とし、図９の（ｂ）に示すようにパケットを構成し、一方、水平３画素加算時は、６相駆動とし、図９の（ｃ）に示すようにパケットを構成する。これにより、実施の形態１では水平３画素加算時は１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２、１水平転送期間あたりの転送行数ｎが３であったものが、本実施の形態では、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝３となるため、上記（２）式により１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２とできる。従って、垂直転送部２の信号の並びも図１１に示すように、水平２画素加算時は実施の形態１（図２）と変わらないが、水平３画素加算時は実施の形態１と異なり、１水平転送期間あたりの転送行数ｎが２になったことで、同色の信号が３行連続から２行連続で、水平転送部３の同色転送が可能になる。
【０１１１】
図１２は本実施の形態における水平３画素加算時の垂直転送部内での加算信号の形成手順を示す図である。例としてＧ、Ｒ列を抜き出しており、Ｇ、ｇはグリーン、Ｒ、ｒはレッドの信号電荷を示し、ＧＧ、ＧＧＧは、それぞれ、Ｇ（グリーン）が２画素加算された状態、３画素加算された状態を示す。ｇ、Ｒ、ｒについても同様である。図１２では垂直方向３画素で１パケットとしており、例えば、１画素あたり垂直転送電極が２であれば６相駆動となる。図１２に示すように垂直転送部２の読み出し電極１８の繰り返し単位は、実施の形態１の１８に対して、本実施の形態では、１２に低減できる。
【０１１２】
転送動作については、加算なし時と水平２画素加算時では、水平転送部３を４相で駆動するため、実施の形態１と同じであるため、その説明を省略する。図１３Ａ〜図１３Ｔは本実施の形態における水平３画素加算時の時刻ｔ１〜ｔ２０での転送動作を示す図である。図１３Ａ（ｔ１）における実線の矢印で示された列、点線で示された矢印の列の信号が水平方向に加算される。図１３Ａ〜図１３Ｔにおいても、転送制御部６の電圧印加状態の図示は省略し、第１水平転送部４、第２水平転送部５、及び、振り分け転送部１５においてのみ、電圧の印加状態を示しており、太枠で囲まれた電極にハイレベルが印加されている。図１３Ａ〜図１３Ｔでは簡単のため信号電荷蓄積電極９、転送阻止電極１０の電極番号のみ記載しており、それらの電極名（ＳＴ、ＨＬ）については区別して記載していない。また、動作を示す実線と点線の矢印が混在している場合は、実線の動作を先に行い、点線の動作を実線の動作の後で行うことを示している。
【０１１３】
この水平３画素加算モードにおける各時刻ｔ１〜ｔ２０での転送動作は以下の通りである。ここでは、実施の形態１における水平３画素加算モードとの相違点を中心に説明する。
【０１１４】
まず図１３Ｂに示されるように、時刻ｔ２において、転送制御部６の上段で信号電荷Ｇのみを分離し、転送制御部６の下段に転送する。
【０１１５】
その後、図１３Ｃに示されるように、時刻ｔ３において、信号電荷Ｇ（第１の信号電荷Ｇ、第２の信号電荷Ｇ）を２列同時に第２水平転送部５へ転送し、そのあと、図１３Ｅに示されるように、時刻ｔ５において、第３の信号電荷Ｇを１列転送し、図１３Ｆに示されるように、時刻ｔ６において、３つの第１〜第３の信号電荷Ｇを水平３画素加算する。
【０１１６】
その後、図１３Ｇに示されるように、時刻ｔ７において、転送制御部６の上段に残った信号電荷Ｒ列を下段に移動し、図１３Ｈに示されるように、時刻ｔ８において、第１の信号電荷Ｒの１列（信号電荷蓄積電極ＳＴ６、転送阻止電極ＨＬ６の列）を第１水平転送部４へ転送し、更に、図１３Ｊに示されるように、時刻ｔ１０で、信号電荷Ｒ（第２の信号電荷Ｒ、第３の信号電荷Ｒ）を２列同時に転送し、図１３Ｋに示されるように、時刻ｔ１において、３つの第１〜第３の信号電荷Ｒを水平３画素加算する。この時点で、垂直３画素加算された１行目の水平３画素加算が完了する。
【０１１７】
以下、同様にして、２行目について、３つの第１〜第３の信号電荷Ｇを水平３画素加算した後に（図１３Ｌ（時刻ｔ１２）〜図１３Ｑ（時刻ｔ１７））、３つの第１〜第３の信号電荷Ｒを水平３画素加算する（図１３Ｒ（時刻ｔ１８）〜図１３Ｔ（時刻ｔ２０））。これにより、垂直３画素加算された２行目の水平３画素加算が完了する。
【０１１８】
このように、本実施の形態では、転送制御部６は、水平転送部３（第１水平転送部４、第２水平転送部５）が水平方向に３画素加算する時には、同色の２列の信号電荷を、転送制御部６から第１水平転送部４及び第２水平転送部５のそれぞれに同じタイミングで転送し、当該３画素加算の転送制御を行う電極が水平方向に６列を単位として繰り返された電極の並びを備え、転送制御部６の電極の並びにおける単位を構成する６列の電極のうち、連続する４列の電極は、同じ信号で駆動され、残る２列の電極は、それらの４列と異なる信号で駆動される。これは、図１３Ａ〜図１３Ｔで示したように、水平を１２本単位で構成することで、水平転送部３にて連続する５電極の水平転送電極１２を同時にハイレベルに出来るためである。実施の形態１と異なり、２列の同色画素（２つの信号電荷）を同時に第１水平転送部４、第２水平転送部５に転送することが可能となるため、信号電荷蓄積電極９と転送阻止電極１０を各１本減らすことができ、更には転送と加算のステップ数も少なくでき、その結果、水平ブランキング期間を短くできる利点もある。
【０１１９】
本実施の形態では、読み出し電極１８の繰り返し単位が、４画素加算と両立させる場合には、８と１２の最小公倍数である２４となり、実施の形態１の７２本に対して、本実施の形態では、４８（＝７２−２４）本削減できる。水平転送部３の電極数は、４相と６相の切り替えのため、１２本となり８本増え、第２の水平転送電極１４がＨ５ｂ、Ｈ９ｂと２つ増えるが、転送制御部６の電極数が２本減るため、転送制御部６、水平転送部３の電極数は８本増となり、トータルとしては、４８−８＝４０本削減できる。
【０１２０】
また、実施の形態２では、特に相数が多くなりすぎた場合に、位相調整が困難になる場合があるが、本実施の形態では、これに対しても最大で６相となるため、位相調整について、大きく改善できる。
【０１２１】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法によれば、電極数を大幅に削減しながら、加算なし、４画素加算、９画素加算で、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【０１２２】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における固体撮像装置及びその駆動方法を説明する。
【０１２３】
図１４は、本発明の実施の形態４における４画素加算時の垂直転送部２の１列の転送、及び、加算の動作を示す図である。転送制御部６、水平転送部３の構成は、図２と同じである。
【０１２４】
以上のように構成された本実施の形態における固体撮像装置について、以下その動作を説明する。
【０１２５】
本実施の形態の特徴は、４画素加算時に垂直転送を２：１インターレースし、転送制御部６で信号電荷の加算を行うことである。図１４（ａ）は、光電変換部１から垂直転送部２への信号電荷の読み出し前の状態を示す。
【０１２６】
まず、図１４（ｂ）に示されるように、垂直転送部２に同色の信号電荷（ここでは、信号電荷Ｇ）を読み出す。その後、図１４（ｃ）に示すように、垂直方向に４相駆動で転送し、図１４（ｄ）及び（ｅ）のとおり、転送制御部６の信号電荷蓄積電極９で２画素分の信号電荷Ｇを加算する。
【０１２７】
本実施の形態では、垂直インターレース動作を行うため、撮像に際してはメカシャッターを使用する。実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３では、すべてプログレッシブ読み出しで４画素加算及び９画素加算での水平方向での同色転送を実現可能であるが、これらの実施の形態では、電極本数が同色転送しない場合に比べ増える。ここで、４画素加算は、静止画の高感度撮像や連写で用いられることが多いため、必ずしもプログレッシブ読み出しが必須ではない場合もある。また、垂直インターレースは垂直も同色転送できるため実用性が高く、メリットが大きい。
【０１２８】
本実施の形態では、水平３画素加算時は、実施の形態１と同じであるため、垂直転送部２については読み出し電極１８は１８本必要であり、転送制御部６から水平転送部３への転送動作は図８Ａ〜図８ＥＥと同じである。４画素加算の場合の水平２画素加算時は、垂直を２：１インターレースし垂直方向に同色を連続させ、図１４で示したように垂直の２画素加算を転送制御部６にて行う。読み出し電極１８は１８本であり、２の倍数であるため、読み出し電極１８を増やす必要はない。水平２画素加算動作については、実施の形態１で図７Ａ〜図７Ｏに示したものと同じである。水平転送部３は水平電極長比α＝０．５で、かつ、４相駆動であるため、１パケットを構成する水平画素数Ｈ＝２であり、かつ、１水平転送期間あたりの転送行数ｎ＝２となるが、垂直をインターレースすることで、垂直同色転送しているため、色数は２色で実施の形態１と同じであり、２並列出力であれば水平方向での同色転送可能である。加算なし動作、水平３画素加算は実施の形態１と同様であり、水平転送部３を４相駆動で統一できるため、水平の電極本数も実施の形態３に比べ抑制できる。
【０１２９】
このように、本実施の形態では、各垂直転送部２は、垂直方向に信号電荷を加算しない場合、及び、垂直方向の加算数が２の場合は、垂直インターレースにて、垂直方向に、１フィールドごとに同色のみ転送し、垂直方向の加算数が３、かつ、水平方向の加算数が３の場合にのみ、同色の信号電荷を、転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、垂直転送部２内で、信号電荷の加算及び並び替えを行う。
【０１３０】
なお、垂直転送部２にて垂直２画素加算を行う場合は、垂直転送部２が８相駆動となり、読み出し電極が４画素単位の繰り返しとなるため、読み出し電極１８が１８と４の最小公倍数で３６本に増え、また、垂直転送部２を１２相で構成している場合は、８と１２の最小公倍数の２４相で構成する必要が生じるため、読み出し電極１８以外の垂直転送電極も６本から１２本に増え、合計２４本増加するため、電極数の観点からは、垂直転送部２にて垂直２画素加算を行うメリットがなくなる。
【０１３１】
なお、実施の形態１にて、４画素加算時に垂直インターレースする場合を示したが、実施の形態３の図１１の構成においても、４画素加算時に垂直インターレースすることで、大きく電極数を減らすことが可能である。実施の形態３においては、読み出し電極１８は、垂直３画素で、かつ、水平３画素加算時に同色転送を行うために、１２本であったが、これも２の倍数であるため、読み出し電極１８以外の垂直転送電極が実施の形態１と同様に６本あれば、読み出し電極１８を増やすことなく図１４に示した４相駆動が可能である。転送制御部６から水平転送部３の転送動作については、図５Ａ〜図５Ｄ、図７Ａ〜図７Ｏ、図１３Ａ〜図１３Ｔと同じであるので、その説明を省略する。４画素加算用の読み出し電極１８が必要なくなるため、実施の形態３の２４本から１２本に削減できる。水平転送電極１２が１５本で水平４相駆動のみの５本に比べて、１０本多いが、転送制御部６が２本少ないため、８本多くなるものの、読み出し電極１８が１２本で、水平転送部３を４相のみで駆動する場合の１８本に比べて、６本少ないため、トータルとしては２本の差となり、水平転送部３を４相、６相駆動する場合でも４相駆動のみで駆動する場合と、ほぼ同等の電極数にすることが可能である。
【０１３２】
以上のように、本実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法によれば、４画素加算時に、メカシャッターを用いて垂直２：１インターレースし、転送制御部で信号電荷を垂直２画素加算することで、電極の本数を低減し、４画素加算の静止画と９画素加算の動画において、同色の水平転送が低電圧駆動で可能となるため、低消費電力で、かつ、混色を抑制できる固体撮像装置が実現される。
【０１３３】
以上、本発明に係る固体撮像装置及びその駆動方法について、実施の形態１〜４に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、実施の形態１〜４における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の形態や、実施の形態１〜４に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る固体撮像装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【０１３４】
たとえば、図１５に示されるように、本発明に係る固体撮像装置５２が内蔵されたカメラ５０も本発明に含まれる。このカメラ５０は、図１５に示されるように、レンズ５１と、本発明に係る固体撮像装置５２と、駆動回路５３と、信号処理部５４と、外部インターフェイス部５５とを備える。レンズ５１を通過した光は、固体撮像装置５２に入射する。信号処理部５４は、駆動回路５３を介して固体撮像装置５２を駆動するとともに、固体撮像装置５２からの出力信号を取り込む。その出力信号は、信号処理部５４が有するＤＳＰ等でホワイトバランス等の各種信号処理が施され、外部インターフェイス部５５を介して外部に出力される。ここで、駆動回路５３は、固体撮像装置５２が備える垂直転送部（読み出し電極含む）、転送制御部（信号電荷蓄積電極、転送阻止電極、垂直最終電極）、及び、水平転送部（第１水平転送部、第２水平転送部、振り分け転送電極）に駆動信号を出力することで、それぞれの動作（読み出し、転送、保持等）を制御する。このようなカメラ５０は、通常モード（加算なしモード）及び複数の画素加算モードにおいて低電圧駆動にて同色転送を行うことができ、低消費電力で高品質な静止画モード及び動画モードで動作し、例えば、図１６に示されるデジタルスチルカメラ５０ａやビデオカメラ５０ｂとして実現される。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の固体撮像装置は、同色の信号電荷の転送を、画素ピッチに対して短い水平転送電極長を持つ複数の水平転送部を用いて行うため、低消費電力で、かつ、高速転送時に混色のない異なる加算動画モードを備えた固体撮像装置を実現でき、特にデジタルスチルカメラ用の固体撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【０１３６】
１ 光電変換部
２ 垂直転送部
３ 水平転送部
４ 第１水平転送部
５ 第２水平転送部
６ 転送制御部
７ 第１の出力部
８ 第２の出力部
９ 信号電荷蓄積電極
１０ 転送阻止電極
１１ 垂直最終電極
１２ 水平転送電極
１３ 第１の水平転送電極
１４ 第２の水平転送電極
１５ 振り分け転送部
１６ 振り分け転送電極
１７ チャネルストップ領域
１８ 読み出し電極
５０ カメラ
５０ａ デジタルスチルカメラ
５０ｂ ビデオカメラ
５１ レンズ
５２ 固体撮像装置
５３ 駆動回路
５４ 信号処理部
５５ 外部インターフェイス部
１００ ＣＣＤ固体撮像装置
１１０ 撮像部
１２０ 電荷制御部
１３０ 垂直出力ゲート部（ＶＯＧ部）
１４０ 第１水平ＣＣＤ（水平転送部）
１５０ 第２水平ＣＣＤ（水平転送部）
１６０ 水平水平（ＨＨ）転送部
１６１ バリア部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配列され、入射光を複数の色のそれぞれに対応する信号電荷に変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部の各列に対応して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、
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複数の水平転送部と、
前記垂直転送部から前記複数の水平転送部への前記信号電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、
前記各垂直転送部は、同色の信号電荷が、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行い、
前記転送制御部は、前記複数の水平転送部のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部へ前記信号電荷を転送し、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記各垂直転送部は、前記光電変換部のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極を有し、垂直方向に加算数ｍ（ｍは２以上の整数）で同色の信号電荷を加算する駆動モードを有し、
前記垂直転送部を構成する読み出し電極の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記各垂直転送部は、前記光電変換部のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極を有し、垂直方向の加算数ｍ（ｍは２以上の整数）が異なる複数の駆動モードで、垂直方向に同色の信号電荷を加算し、
前記垂直転送部を構成する読み出し電極の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２の最小公倍数である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記異なる加算数ｍは、２と３であり、
前記水平転送部は、前記加算数ｍが２である場合には、水平方向に信号電荷を加算数２で加算し、前記加算数ｍが３である場合には、水平方向に信号電荷を加算数３で加算する
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記各垂直転送部は、垂直方向に信号電荷を加算しない場合、及び、垂直方向の加算数が２の場合は、垂直インターレースにて、垂直方向に、１フィールドごとに同色のみ転送し、垂直方向の加算数が３、かつ、水平方向の加算数が３の場合にのみ、同色の信号電荷を、前記転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行う
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の水平転送部は、２つの水平転送部から構成される
請求項１から５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数の水平転送部は、４相の信号で駆動され、かつ、２つの水平転送部から構成される
請求項１から５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の水平転送部のそれぞれは、複数の相数の駆動信号に基づいて、水平画素数Ｈに対応する信号電荷を格納し得るパケットの単位で、水平方向に、所定の水平加算数で信号電荷を加算して転送する水平加算モードを有し、前記相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する前記水平画素数Ｈを変化させることにより、異なる水平加算数に対応した複数の水平加算モードで前記転送を行う
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、前記複数の水平加算モードで一定であり、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、当該複数の水平転送部を構成する水平転送部の数を水平転送部並列数とすると、前記相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する前記水平画素数Ｈを、前記水平加算数×前記水平転送部並列数／ｎ（ただし、前記水平転送部並列数は２又は４、前記水平転送部並列数／ｎは整数、かつ、前記水平加算数は２以上の整数）で表わされる複数の値のいずれかになるように変化させる
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の水平転送部のそれぞれは、水平転送電極の並びから構成され、
前記複数の水平転送部のそれぞれを構成する水平転送電極の並びにおける繰り返し単位は、複数の水平加算モードにおける１パケットを構成する前記水平画素数Ｈの最小公倍数である
請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、前記複数の水平加算モードで一定であり、
前記水平転送部並列数／ｎは、２である
請求項９又は１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の水平転送部は、２つの並列に配置された水平転送部から構成され、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、水平方向の６画素ごとに１２本の水平転送電極が並べられた構成を単位とする繰り返しで構成され、
前記複数の水平転送部は、画素加算なし、及び、垂直方向と水平方向にそれぞれ２画素加算する時は、４相の駆動信号に基づいて前記転送をし、垂直方向と水平方向にそれぞれ３画素加算する時は、６相の駆動信号に基づいて前記転送をし、信号電荷を水平方向に加算する時は、１水平転送期間の転送行数ｎを２で加算する
請求項１から１１のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記転送制御部は、前記複数の水平転送部が水平方向に３画素加算する時には、同色の２列の信号電荷を、前記転送制御部から前記複数の水平転送部のそれぞれに同じタイミングで転送し、当該３画素加算の転送制御を行う電極が水平方向に６列を単位として繰り返された電極の並びを備え、
前記転送制御部の電極の並びにおける前記単位を構成する６列の電極のうち、連続する４列の電極は、同じ信号で駆動され、残る２列の電極は、前記４列と異なる信号で駆動される
請求項１から１２のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
さらに、ベイヤー配列で配置されたカラーフィルタを備える
請求項１から１３のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の固体撮像装置を備えるカメラ。
【請求項１６】
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
２次元状に配列され、入射光を複数の色に対応する信号電荷に変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部の各列に対応して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、
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複数の水平転送部と、
前記垂直転送部から前記水平転送部への前記信号電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、
前記駆動方法は、
同色の信号電荷が、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行うように、前記垂直転送部を駆動するステップと、
前記複数の水平転送部のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、前記転送制御部に対して、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部へ前記信号電荷を転送させるステップと、
前記複数の水平転送部のそれぞれが、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送するように、前記複数の水平転送部のそれぞれを駆動するステップと
を含む固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１】
２次元状に配列され、入射光を複数の色のそれぞれに対応する信号電荷に変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部の各列に対応して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、
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複数の水平転送部と、
前記垂直転送部から前記複数の水平転送部への前記信号電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、
前記各垂直転送部は、同色の信号電荷が、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行い、
前記転送制御部は、前記複数の水平転送部のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部へ前記信号電荷を転送し、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記各垂直転送部は、前記光電変換部のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極を有し、垂直方向に加算数ｍ（ｍは２以上の整数）で同色の信号電荷を加算する駆動モードを有し、
前記垂直転送部を構成する読み出し電極の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記各垂直転送部は、前記光電変換部のそれぞれから信号電荷を読み出すための複数の読み出し電極を有し、垂直方向の加算数ｍ（ｍは２以上の整数）が異なる複数の駆動モードで、垂直方向に同色の信号電荷を加算し、
前記垂直転送部を構成する読み出し電極の並びにおける繰り返し単位は、ｍ×ｎ×２の最小公倍数である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記異なる加算数ｍは、２と３であり、
前記水平転送部は、前記加算数ｍが２である場合には、水平方向に信号電荷を加算数２で加算し、前記加算数ｍが３である場合には、水平方向に信号電荷を加算数３で加算する
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記各垂直転送部は、垂直方向に信号電荷を加算しない場合、及び、垂直方向の加算数が２の場合は、垂直インターレースにて、垂直方向に、１フィールドごとに同色のみ転送し、垂直方向の加算数が３、かつ、水平方向の加算数が３の場合にのみ、同色の信号電荷を、前記転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行う
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の水平転送部は、２つの水平転送部から構成される
請求項１から５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数の水平転送部は、４相の信号で駆動され、かつ、２つの水平転送部から構成される
請求項１から５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の水平転送部のそれぞれは、複数の相数の駆動信号に基づいて、水平画素数Ｈに対応する信号電荷を格納し得るパケットの単位で、水平方向に、所定の水平加算数で信号電荷を加算して転送する水平加算モードを有し、前記相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する前記水平画素数Ｈを変化させることにより、異なる水平加算数に対応した複数の水平加算モードで前記転送を行う
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、前記複数の水平加算モードで一定であり、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、当該複数の水平転送部を構成する水平転送部の数を水平転送部並列数とすると、前記相数が変化する駆動信号に基づいて、１パケットを構成する前記水平画素数Ｈを、前記水平加算数×前記水平転送部並列数／ｎ（ただし、前記水平転送部並列数は２又は４、前記水平転送部並列数／ｎは整数、かつ、前記水平加算数は２以上の整数）で表わされる複数の値のいずれかになるように変化させる
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の水平転送部のそれぞれは、水平転送電極の並びから構成され、
前記複数の水平転送部のそれぞれを構成する水平転送電極の並びにおける繰り返し単位は、複数の水平加算モードにおける１パケットを構成する前記水平画素数Ｈの最小公倍数である
請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記１水平転送期間あたりの転送行数ｎは、前記複数の水平加算モードで一定であり、
前記水平転送部並列数／ｎは、２である
請求項９又は１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の水平転送部は、２つの並列に配置された水平転送部から構成され、
前記複数の水平転送部のそれぞれは、水平方向の６画素ごとに１２本の水平転送電極が並べられた構成を単位とする繰り返しで構成され、
前記複数の水平転送部は、画素加算なし、及び、垂直方向と水平方向にそれぞれ２画素加算する時は、４相の駆動信号に基づいて前記転送をし、垂直方向と水平方向にそれぞれ３画素加算する時は、６相の駆動信号に基づいて前記転送をし、信号電荷を水平方向に加算する時は、１水平転送期間の転送行数ｎを２で加算する
請求項１から１１のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記転送制御部は、前記複数の水平転送部が水平方向に３画素加算する時には、同色の２列の信号電荷を、前記転送制御部から前記複数の水平転送部のそれぞれに同じタイミングで転送し、当該３画素加算の転送制御を行う電極が水平方向に６列を単位として繰り返された電極の並びを備え、
前記転送制御部の電極の並びにおける前記単位を構成する６列の電極のうち、連続する４列の電極は、同じ信号で駆動され、残る２列の電極は、前記４列と異なる信号で駆動される
請求項１から１２のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
さらに、ベイヤー配列で配置されたカラーフィルタを備える
請求項１から１３のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の固体撮像装置を備えるカメラ。
【請求項１６】
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
２次元状に配列され、入射光を複数の色に対応する信号電荷に変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部の各列に対応して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、
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複数の水平転送部と、
前記垂直転送部から前記水平転送部への前記信号電荷の転送を制御する転送制御部とを備え、
前記駆動方法は、
同色の信号電荷が、前記複数の水平転送部による１水平転送期間あたりの転送行数ｎと同じ行数分、垂直方向に連続させるように、垂直ブランキング期間内に、前記垂直転送部内で、前記光電変換部から読み出された信号電荷の加算及び並び替えを行うように、前記垂直転送部を駆動するステップと、
前記複数の水平転送部のそれぞれが、同色の信号電荷を転送するように、前記転送制御部に対して、前記垂直転送部から前記複数の水平転送部へ前記信号電荷を転送させるステップと、
前記複数の水平転送部のそれぞれが、１水平転送期間あたり、ｎ行分の同色の信号電荷を転送するように、前記複数の水平転送部のそれぞれを駆動するステップと
を含む固体撮像装置の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図７Ｈ】
【図７Ｉ】
【図７Ｊ】
【図７Ｋ】
【図７Ｌ】
【図７Ｍ】
【図７Ｎ】
【図７Ｏ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図８Ｉ】
【図８Ｊ】
【図８Ｋ】
【図８Ｌ】
【図８Ｍ】
【図８Ｎ】
【図８Ｏ】
【図８Ｐ】
【図８Ｑ】
【図８Ｒ】
【図８Ｓ】
【図８Ｔ】
【図８Ｕ】
【図８Ｖ】
【図８Ｗ】
【図８Ｘ】
【図８Ｙ】
【図８Ｚ】
【図８ＡＡ】
【図８ＢＢ】
【図８ＣＣ】
【図８ＤＤ】
【図８ＥＥ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１３Ｆ】
【図１３Ｇ】
【図１３Ｈ】
【図１３Ｉ】
【図１３Ｊ】
【図１３Ｋ】
【図１３Ｌ】
【図１３Ｍ】
【図１３Ｎ】
【図１３Ｏ】
【図１３Ｐ】
【図１３Ｑ】
【図１３Ｒ】
【図１３Ｓ】
【図１３Ｔ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図７Ｈ】
【図７Ｉ】
【図７Ｊ】
【図７Ｋ】
【図７Ｌ】
【図７Ｍ】
【図７Ｎ】
【図７Ｏ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図８Ｉ】
【図８Ｊ】
【図８Ｋ】
【図８Ｌ】
【図８Ｍ】
【図８Ｎ】
【図８Ｏ】
【図８Ｐ】
【図８Ｑ】
【図８Ｒ】
【図８Ｓ】
【図８Ｔ】
【図８Ｕ】
【図８Ｖ】
【図８Ｗ】
【図８Ｘ】
【図８Ｙ】
【図８Ｚ】
【図８ＡＡ】
【図８ＢＢ】
【図８ＣＣ】
【図８ＤＤ】
【図８ＥＥ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１３Ｆ】
【図１３Ｇ】
【図１３Ｈ】
【図１３Ｉ】
【図１３Ｊ】
【図１３Ｋ】
【図１３Ｌ】
【図１３Ｍ】
【図１３Ｎ】
【図１３Ｏ】
【図１３Ｐ】
【図１３Ｑ】
【図１３Ｒ】
【図１３Ｓ】
【図１３Ｔ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−３８４７４（Ｐ２０１３−３８４７４Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０５７３（Ｐ２０１１−１７０５７３）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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