撮像素子およびそれを用いた撮像素子用装置
【課題】 蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高い撮像素子およびそれを用いた撮像素子用装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 フォトダイオード１１に最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２について、その１つの蓄積用ＣＣＤセル１２について３つのフォトダイオード１１を並列的に接続するようにそれぞれを構成しているので、並列的に接続された各フォトダイオード１１から蓄積用ＣＣＤセル１２（蓄積部）に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【解決手段】 フォトダイオード１１に最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２について、その１つの蓄積用ＣＣＤセル１２について３つのフォトダイオード１１を並列的に接続するようにそれぞれを構成しているので、並列的に接続された各フォトダイオード１１から蓄積用ＣＣＤセル１２（蓄積部）に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部やその受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部などを備えた撮像素子およびそれを用いた撮像素子用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の撮像素子として、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)型固体撮像素子がある。近年、かかるＣＣＤ型固体撮像素子（以下、『ＣＣＤ』と略記する）において、高速撮像を可能にするために、入射された光を電気信号（すなわち信号電荷）に変換することで光を受光する受光部（例えばフォトダイオード）の傍らに、受光部から得られた電気信号を蓄積して記憶する複数の蓄積部（例えば蓄積用ＣＣＤセル）を備える（例えば、特許文献１，２参照）。これらの受光部や蓄積部をチップ上に配設している。
【０００３】
特許文献１，２では、『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』と呼ばれるＣＣＤを採用している。この斜行ＣＣＤ型固体撮像素子について図５を参照して説明する。図５に示すように、ＣＣＤ５０は、上述したフォトダイオード５１と蓄積用ＣＣＤセル５２とを複数個備えるとともに、これら蓄積用ＣＣＤセル５２内の電気信号を図５に示す垂直方向に転送する垂直転送用ＣＣＤセル５３を備えている。
【０００４】
各フォトダイオード５１の傍らには読み出しゲート５４をそれぞれ配設しており、このフォトダイオード５１から読み出された電気信号を各読み出しゲート５４はそれに隣接した蓄積用ＣＣＤセル５２に書き込む。
【０００５】
各蓄積用ＣＣＤセル５２についてはそれぞれをライン状に接続して構成しており、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２を複数本分配設している。ライン状の蓄積用ＣＣＤ５２の下流側において垂直転送用ＣＣＤセル５３に接続している。フォトダイオード５１から得られた電気信号を、隣接する蓄積用ＣＣＤセル５２に順次に転送しながら各蓄積用ＣＣＤセル５２に蓄積する。そして、蓄積用ＣＣＤセル５２から順次に転送された電気信号を垂直転送用ＣＣＤセル５３に合流させる。垂直転送用ＣＣＤセル５３から転送されたこの電気信号を水平転送用ＣＣＤセル５５に転送する。
【０００６】
この『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』では、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２は斜め方向に延びている。このように斜め方向にすることで水平および垂直方向に平行して各フォトダイオード５１を並べて配設することができる。なお、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２を垂直方向に延在するように構成すると、各フォトダイオードが斜め方向に配置されてしまう。この『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』では、各フォトダイオード５１が、かかる配置にならずに直方配列になる。
【０００７】
このように、蓄積用ＣＣＤセルなどに代表される蓄積部をライン状に複数備えることで、水平転送用ＣＣＤセルの読み出し速度は撮影速度に依存しない。例えば撮影速度が１．０×１０6フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）の高速撮像のように、フォトダイオードに代表される受光部に光を高速に受光する場合でも、外部に蓄積部を有する構造の場合、画素数×撮影速度：１．０×１０6フレーム／秒で読み出す必要があるが、本構造の場合には読み出し速度は撮影速度に全く依存しない。
【特許文献１】特開２００１−３４５４４１号公報（第２，５−９頁、図２−４，１０−１２）
【特許文献２】特開２０００−１６５７５０号公報（第３，６−１４頁、図１，４，５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、蓄積用ＣＣＤセルなどに代表される蓄積部の数は、チップ上に配設する関係上、限られている。したがって、蓄積できる電気信号のデータに制限がある。また、１つの素子でカラー画像を得るためには、光の３原色である赤：Ｒ（Red）、緑：Ｇ（Green）、青：Ｂ（Blue）を光に対して施すＲＧＢフィルタや、補色フィルタをフォトダイオードに代表される受光部に有する必要がある。
【０００９】
例えば、図５に示すように、赤、青用のフォトダイオードを１つずつ、緑用のフォトダイオード５１を２つで、１つ分のカラー画素Ｃとする（１点鎖線の楕円で囲まれた部分を参照）。なお、図５では、赤のフィルタを施したフォトダイオード５１を右斜線のハッチングで示し、符号５１ａを付するとともに、緑のフィルタを施したフォトダイオード５１を左斜線のハッチングで示し、符号５１ｂを付する。また、青のフィルタを施したフォトダイオード５１を右斜線および左斜線がクロスしたハッチングで示し、符号５１ｃを付する。
【００１０】
この場合には、１つ分のカラー画素Ｃに対して、４本分のライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２が占有される。すなわち、赤用のフォトダイオード５１ａに接続されたライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２が１本分、緑用のフォトダイオード５１ｂに接続されたライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２が２本分、青用のフォトダイオード５１ｃに接続されたライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２が１本分で、合計４本分となる。
【００１１】
したがって、各ラインには互いに異なる色が施された電気信号が混在することがなく、同じ色に関して電気信号が各ライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２にそれぞれ蓄積される。例えば、カラー画像から白黒（モノクロ）画像にモードを変換したい場合には、各色に関する電気信号を加算して蓄積することでモノクロにすることが考えられるが、かかる構造では電気信号を加算して蓄積することができない。
【００１２】
このように、蓄積できる電気信号のデータに制限があり、カラー画像から白黒（モノクロ）画像にモードを変換したい場合には、電気信号を加算して蓄積することができない。このように、蓄積部に蓄積する手順について汎用性が低い。
【００１３】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高い撮像素子およびそれを用いた撮像素子用装置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】
【００１４】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部と、その受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部とを備えた撮像素子であって、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することを特徴とするものである。
【００１５】
［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することで、並列的に接続された各受光部から蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部と、その受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部とを備えた撮像素子を用いた撮像素子用装置であって、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することを特徴とするものである。
【００１７】
［作用・効果］請求項６に記載の発明によれば、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成しているので、並列的に接続された各受光部から蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【００１８】
上述した発明の好ましい一例は、光に対してフィルタ処理を施すフィルタを備え、上述した複数の受光部のうちの各受光部に対してフィルタをそれぞれ有することである（請求項２に記載の発明）。この場合には、各受光部に対してフィルタをそれぞれ有することで、各フィルタ処理がそれぞれ施された光について、様々な撮像態様を実現することができる。
【００１９】
上述した発明において、各受光部から蓄積部に蓄積する手順については、例えば以下のようなものが挙げられる。
【００２０】
すなわち、各受光部から蓄積部に蓄積する手順の一例は、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を切り換えて、各電気信号を蓄積部に順に転送して蓄積する第１転送部を備えることである（請求項３に記載の発明）。この場合には、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を切り換えて、各電気信号を蓄積部に順に転送するので、受光部に最も隣接する蓄積部を集約することができる。
【００２１】
また、各受光部から蓄積部に蓄積する手順の他の一例は、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積部に転送して蓄積する第２転送部を備えることである（請求項４に記載の発明）。この場合には、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積部に転送して蓄積するので、従来の各受光部から隣接する蓄積部に電気信号を蓄積するタイプと比較すると、蓄積部の数を固定した状態でも、複数の受光部から集約された電気信号のデータの量を、受光部の数の倍だけ増やすことができる。
【００２２】
さらに、請求項２に記載の発明に従属されており、赤：Ｒ（Red）、緑：Ｇ（Green）、青：Ｂ（Blue）を光に対して施すＲＧＢフィルタを各受光部がそれぞれ有する場合には、ＲＧＢフィルタ処理が施された各光、すなわち各色に関する電気信号を加算して蓄積することで白黒（モノクロ）にすることができるという効果をも奏する。したがって、カラー画像からモノクロ画像にモードを変換することができる。
【００２３】
また、各受光部から蓄積部に蓄積する手順のさらなる他の一例は、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号に対して重み付けを行い、重み付けされた各電気信号を蓄積部に転送して蓄積するようにそれぞれを構成することである（請求項５に記載の発明）。本明細書中での『重み』の例は、各受光部の面積を変更すること、各フィルタの透過率を変更すること、あるいは蓄積部に蓄積する蓄積時間を変更することなどである。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明（撮像素子用装置）において、装置を、撮像素子で得られた電気信号のデータを用いて分析を行う分析装置や、データのみを記憶して記憶したデータを外部装置に転送する転送装置として用いてもよいし、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を受光部が電気信号に変換して被写体を撮像する撮像装置として用いてもよい。撮像装置の場合には、上述した被写体の光学像を取り込む水晶体を備えている（請求項７に記載の発明）。また、撮像装置が、例えば撮影速度が１．０×１０6フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）の高速撮像装置のように、電気信号を高速に転送する場合には、この発明は特に有用である。本明細書中では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒以上を『高速撮影』とする。
【発明の効果】
【００２５】
この発明に係る撮像素子およびそれを用いた撮像素子用装置によれば、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成しているので、並列的に接続された各受光部から蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【実施例１】
【００２６】
以下、図面を参照してこの発明の実施例1を説明する。
図１は、実施例１、後述する実施例２に係るＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）を用いた撮像装置の概略を示すブロック図であり、図２は、実施例１，２に係るＣＣＤの構成を示すブロック図であり、図３は、実施例１に係るＣＣＤにおける転送・蓄積の手順を示す説明図である。なお、本実施例１は、ＲＧＢフィルタを用いてカラー画像を得る場合に適用したときの実施態様である。
【００２７】
後述する実施例２も含めて、実施例１に係る撮像装置は、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を電気信号に変換して被写体を撮像するように構成されている。すなわち、撮像装置１０は、図１に示すように、固体撮像素子（ＣＣＤ）１を備えるとともに、レンズ２とＡＤコンバータ３と画像処理演算部４と画像記憶部５とモニタ６と操作部７と制御部８とを備えている。この撮像装置１０は、撮影速度が１．０×１０6フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）の高速撮像として用いられる。撮像装置１０は、この発明における撮像素子用装置に相当する。
【００２８】
レンズ２は、被写体の光学像を取り込む。ＡＤコンバータ３は、ＣＣＤ２から出力された電気信号をディジタル信号に変換する。画像処理演算部４は、ＡＤコンバータ３でディジタル化された電気信号に基づいて被写体の２次元画像を作成するために各種の演算処理を行う。画像記憶部５は、画像処理演算部４で作成された２次元画像を記憶する。モニタ６は、画像記憶部５に記憶された２次元画像を画面に出力する。操作部７は、高速撮像の実行に必要な種々の操作を行う。制御部８は、操作部７により設定された撮影条件などの操作にしたがって装置全体を統括制御する。レンズ２は、この発明における水晶体に相当する。
【００２９】
次に、ＣＣＤ１の具体的な構成について、図２を参照して説明するとともに、本実施例１に係る転送・蓄積の具体的な手順について、図３を参照して説明する。
【００３０】
ＣＣＤ１は、図２に示すように、入射された光（被写体の光学像）を電気信号に変換することで光を受光するフォトダイオード１１と、そのフォトダイオード１１から得られた電気信号を蓄積して記憶する複数の蓄積用ＣＣＤセル１２と、これら蓄積用ＣＣＤセル１２内の電気信号を図２に示す垂直方向に転送する垂直転送用ＣＣＤセル１３とを備えている。フォトダイオード１１は、この発明における受光部に相当し、蓄積用ＣＣＤセル１２および垂直転送用ＣＣＤセル１３は、この発明における蓄積部に相当する。
【００３１】
各フォトダイオード１１の傍らには読み出しゲート１４をそれぞれ配設しており、このフォトダイオード１１から読み出された電気信号を各読み出しゲート１４はそれに隣接した蓄積用ＣＣＤセル１２に書き込む。
【００３２】
各蓄積用ＣＣＤセル１２についてはそれぞれをライン状に接続して構成しており、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２を複数本分配設している。ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２の下流側において垂直転送用ＣＣＤセル１３に接続している。フォトダイオード１１から得られた電気信号を、隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送しながら各蓄積用ＣＣＤセル１２に蓄積する。そして、蓄積用ＣＣＤセル１２から順次に転送された電気信号を垂直転送用ＣＣＤセル１３に合流させる。垂直転送用ＣＣＤセル１３から転送されたこの電気信号を水平転送用ＣＣＤセル１５に転送する。
【００３３】
フォトダイオード１１を２次元状に配置しており、水平および垂直方向に平行して各フォトダイオード１１を並べて配設する関係上、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２は斜め方向に延びている。後述する実施例２も含めて本実施例１に係るＣＣＤ１は、いわゆる『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』と呼ばれているものである。
【００３４】
後述する実施例２も含めて本実施例１に係るＣＣＤ１では、フォトダイオード１１に最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２、すなわち読み出しゲート１４に接続された蓄積用ＣＣＤセル１２について、１つの蓄積用ＣＣＤセル１２に対して複数のフォトダイオード１１を並列的に接続している。本実施例１，２では、最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に対して３つのフォトダイオード１１を並列的に接続している。個々のフォトダイオード１１をそれぞれ区別するために、図２に示すように、右斜線のハッチング、左斜線のハッチング、右斜線および左斜線がクロスしたハッチングでそれぞれ示す。
【００３５】
本実施例１では、各フォトダイオード１１に対して互いに異なるＲＧＢフィルタを備えている。具体的には、図３に示すように、右斜線のハッチングのフォトダイオード１１を、赤のフィルタを施した赤用のフォトダイオード１１ａとするとともに、左斜線のハッチングのフォトダイオード１１を、緑のフィルタを施した緑用のフォトダイオード１１ｂとし、右斜線および左斜線がクロスしたハッチングのフォトダイオード１１を、青のフィルタを施した青用のフォトダイオード１１ｃとする。最も隣接する同一の蓄積用ＣＣＤセル１２に対して並列的に接続された赤用のフォトダイオード１１ａ、緑用のフォトダイオード１１ｂ、青用のフォトダイオード１１ｃで、１つ分のカラー画素Ｃとなる（１点鎖線の円で囲まれた部分を参照）。この場合には、１つ分のカラー画素Ｃに対して、１本分のライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２をそれぞれ有することになる。
【００３６】
また、本実施例１では、図３に示すように、３つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｃからそれぞれ得られたＲ／Ｇ／Ｂ信号を切り換えて、各信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送して蓄積する。具体的には、３つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｃにそれぞれ接続された読み出しゲート１４に印加する電圧のタイミングによって切り換えの制御を行う。読み出しゲート１４は、この発明における第１転送部に相当する。赤用のフォトダイオード１１ａから赤のＲ信号を転送して、その転送後に青用のフォトダイオード１１ｃから青のＢ信号を転送して、その転送後に緑用のフォトダイオード１１ｃから緑のＧ信号を転送する場合を例に採って説明する。
【００３７】
先ず、赤用のフォトダイオード１１ａに接続された読み出しゲート１４に電圧を印加して、その他のフォトダイオード１１ｂ、１１ｃに接続された読み出しゲート１４には電圧を印加せずに未転送の状態に遮断する。すると、赤用のフォトダイオード１１ｂからのＲ信号が、図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に読み出されて書き込まれる（図３（ｂ）中の『Ｒ』を参照）。
【００３８】
次に、青のフォトダイオード１１ｃに接続された読み出しゲート１４に電圧を印加して、その他のフォトダイオード１１ａ，１１ｂに接続された読み出しゲート１４には電圧を印加せずに未転送の状態に遮断する。すると、青用のフォトダイオード１１ｃからのＢ信号が、図３（ｂ）に示す状態から図３（ｃ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に読み出されて書き込まれる（図３（ｃ）中の『Ｂ』を参照）。このときに先に書き込まれたＲ信号は、次に隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に書き込まれる（図３（ｃ）中の『Ｒ』を参照）。
【００３９】
さらに、緑用のフォトダイオード１１ｂに接続された読み出しゲート１４に電圧を印加して、その他のフォトダイオード１１ｃ，１１ａに接続された読み出しゲート１４には電圧を印加せずに未転送の状態に遮断する。すると、緑用のフォトダイオード１１ｂからのＧ信号が、図３（ｃ）に示す状態から図３（ｄ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に読み出されて書き込まれる（図３（ｃ）中の『Ｇ』を参照）。このときに先に書き込まれたＲ信号／Ｂ信号は、それぞれに隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に書き込まれる（図３（ｃ）中の『Ｒ』および『Ｂ』をそれぞれ参照）。
【００４０】
以下、同様の手順で、図３（ｄ）に示す状態から図３（ｅ）に示す状態、さらに図３（ｅ）に示す状態から図３（ｆ）に示す状態へと転送・蓄積を行う。
【００４１】
上述したＣＣＤ１およびそれを用いた撮像装置１０によれば、フォトダイオード１１に最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２について、その１つの蓄積用ＣＣＤセル１２について複数（実施例１，２では３つ）のフォトダイオード１１ａ〜１１ｃを並列的に接続するようにそれぞれを構成しているので、並列的に接続された各フォトダイオード１１ａ〜１１ｃから蓄積用ＣＣＤセル１２に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【００４２】
本実施例１では、ＲＧＢフィルタを備え、各フォトダイオード１１ａ〜１１ｃに対して赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）と各フィルタをそれぞれ有することで、カラー画像という撮像態様を実現することができる。
【００４３】
また、本実施例１では、３つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｃからそれぞれ得られたＲ／Ｇ／Ｂ信号を切り換えて、各信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送して蓄積する。この場合には、フォトダイオード１１ａ〜１１ｃからそれぞれ得られた各信号を切り換えて、各信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送するので、フォトダイオード１１に隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２を集約することができる。
【実施例２】
【００４４】
次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図４は、実施例２に係るＣＣＤにおける転送・蓄積の手順を示す説明図である。なお、本実施例２では白黒（モノクロ）画像を得る場合に適用したときの実施態様である。
【００４５】
上述した実施例１と同様に、本実施例２では、１つの蓄積用ＣＣＤセル１２に対して３つのフォトダイオード１１を並列的に接続している。本実施例２では、３つのダイオード１１からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に転送して蓄積する。具体的には、各フォトダイオード１１にそれぞれ接続された読み出しゲート１４に印加する電圧のタイミングによって切り換えの制御を行う。読み出しゲート１４は、この発明における第２転送部に相当する。
【００４６】
各フォトダイオード１１にそれぞれ接続された読み出しゲート１４の全てに電圧を印加する。すると、全てのフォトダイオード１１から各電気信号が、図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に一斉に読み出されて書き込まれる。一斉に読み出されて書き込まれることで各電気信号が加算される。加算された信号を『Ｓ』とし、加算されて蓄積された信号Ｓを、縦横にクロスしたハッチングで示す。
【００４７】
次に、同様の手順で、各フォトダイオード１１にそれぞれ接続された読み出しゲート１４の全てに電圧を印加すると、全てのフォトダイオード１１から各電気信号Ｓが、図４（ｂ）に示す状態から図４（ｃ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に一斉に読み出されて書き込まれる。このときに、先に書き込まれた信号Ｓは、次に隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に書き込まれる。
【００４８】
以下、同様の手順で、図４（ｃ）に示す状態から図４（ｄ）に示す状態へと転送・蓄積を行う。
【００４９】
上述したＣＣＤ１およびそれを用いた撮像装置１０によれば、３つのフォトダイオード１１からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に転送して蓄積するので、図５に示すように、従来の各フォトダイオード５１から隣接する蓄積用ＣＣＤセル５２に電気信号を蓄積するタイプと比較すると、蓄積用ＣＣＤセルの数を固定した状態でも、３つのフォトダイオード１１から集約された電気信号のデータ量を、フォトダイオード１１の数の３倍だけ増やすことができる。
【００５０】
さらに、上述した実施例１のように、ＲＧＢフィルタを用いてカラー画像のモードを実現する場合には、ＲＧＢフィルタ処理が施された各光、すなわち各色に関する電気信号（Ｒ／Ｇ／Ｂ信号）を、本実施例２のように加算して蓄積することでモノクロにすることができるという効果をも奏する。したがって、カラー画像からモノクロ画像にモードを変換することができる。
【００５１】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００５２】
（１）上述した各実施例では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒以上の高速撮像を例に採って説明したが、撮影速度が１００，０００フレーム／秒未満の通常の撮像に適用してもよい。
【００５３】
（２）上述した各実施例では、ＣＣＤなどに代表される撮像素子を用いた撮像素子用装置として撮像装置を例に採って説明したが、撮像素子を用いた装置であれば、特に限定されない。例えば、撮像素子で得られた電気信号のデータを用いて分析を行う分析装置や、データのみを記憶して記憶したデータを外部装置に転送する転送装置として用いてもよい。
【００５４】
（３）上述した各実施例では、受光部としてフォトダイオードを例に採って説明したが、これに限定されない。例えば、フォトゲートを受光部と用いてもよい。この場合には、フォトゲートが各実施例のフォトダイオードおよび読み出しゲートの機能を果たす。したがって、フォトゲートを実施例１に用いた場合には、フォトゲートは、この発明における第１転送部に相当し、フォトゲートを実施例２に用いた場合には、フォトゲートは、この発明における第２転送部に相当する。
【００５５】
（４）上述した各実施例では、『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』を例に採って説明したが、ライン状の蓄積用ＣＣＤセルを垂直方向に延在するように構成した撮像素子にもこの発明は適用することができる。また、蓄積用ＣＣＤセルに代表される蓄積部の配置形態については、特に限定されない。
【００５６】
（５）上述した各実施例では、１つの蓄積部（各実施例では蓄積用ＣＣＤセル）に対して並列的に接続される受光部（各実施例ではフォトダイオード）の数は３つであったが、数については複数であれば特に限定されない。２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００５７】
（６）上述した実施例１と実施例２とを組み合わせてもよい。すなわち、この発明における第１転送部と第２転送部とを組み合わせてもよい。例えば、３つのフォトダイオードのうち、１つと２つとに区分して、２つに区分されたフォトダイオードからそれぞれ読み出された電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積用ＣＣＤセルに転送して蓄積し、１つに区分されたフォトダイオード、２つに区分されたフォトダイオードからそれぞれ得られた電気信号を切り換えて、各電気信号を蓄積用ＣＣＤセルに順に転送して蓄積してもよい。
【００５８】
（７）上述した実施例１では、カラーなどのＲＧＢフィルタを施しつつ、各フォトダイオード１１ａ〜１１ｃからそれぞれ得られたＲ／Ｇ／Ｂ信号を切り替えて、各信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送して蓄積したが、ＲＧＢ以外のフィルタ（例えば補色フィルタや赤外フィルタや紫外フィルタなど）を施して、あるいはフィルタ処理を施さずに、実施例１と同じ転送・蓄積の手順を行ってもよい。
【００５９】
（８）上述した実施例２では、フィルタ処理を施さずに白黒（モノクロ）で、フォトダイオード１１からそれぞれ得られた電気信号を加算して、その加算された電気信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に転送して蓄積したが、ＲＧＢフィルタあるいはＲＧＢ以外のフィルタを施した状態で電気信号を加算して、実施例２と同じ転送・蓄積を行ってもよい。
【００６０】
（９）複数の受光部（実施例ではフォトダイオード）からそれぞれ得られた電気信号に対して重み付けを行う、重み付けされた各電気信号を蓄積部（実施例では蓄積用ＣＣＤセル）に転送して蓄積するようにそれぞれを構成してもよい。例えば、受光部の面積を広くすることで、広くした受光部の電気信号については重み付けが大きくなる。逆に受光部の面積を狭くすることで、狭くした受光部の電気信号については重み付けが小さくなる。また、例えば、フィルタの透過率を上げることで、透過率を上げた受光部の電気信号については重み付けが大きくなる。逆にフィルタの透過率を下げることで、透過率を下げた受光部の電気信号については重み付けが小さくなる。また、例えば、蓄積部に蓄積する時間を（読み出しゲートに電圧を印加する印加時間によって）長くすれば、蓄積時間が長くなった電気信号については重み付けが大きくなる。逆に蓄積部に蓄積する時間を短くすれば、蓄積時間が短くなった電気信号については重み付けが小さくなる。
【００６１】
（１０）この発明では、いずれの撮像方式においても適用することができる。撮像方式としては、主にＩＬ(Interline)方式、ＦＴ(Frame Transfer)方式、ＦＦＴ(Full Frame Transfer)方式、ＦＩＴ(Frame Interline Transfer)方式などがある。これらの方式に合わせて撮像素子の構造も変化する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例１，２に係るＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）を用いた撮像装置の概略を示すブロック図である。
【図２】実施例１，２に係るＣＣＤの構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、実施例１に係るＣＣＤにおける転送・蓄積の手順を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、実施例２に係るＣＣＤにおける転送・蓄積の手順を示す説明図である。
【図５】従来のＣＣＤの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
２ … レンズ
１０ … 撮像装置
１１ … フォトダイオード
１２ … 蓄積用ＣＣＤセル
１３ … 垂直転送用ＣＣＤセル
１４ … 読み出しゲート
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部やその受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部などを備えた撮像素子およびそれを用いた撮像素子用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の撮像素子として、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)型固体撮像素子がある。近年、かかるＣＣＤ型固体撮像素子（以下、『ＣＣＤ』と略記する）において、高速撮像を可能にするために、入射された光を電気信号（すなわち信号電荷）に変換することで光を受光する受光部（例えばフォトダイオード）の傍らに、受光部から得られた電気信号を蓄積して記憶する複数の蓄積部（例えば蓄積用ＣＣＤセル）を備える（例えば、特許文献１，２参照）。これらの受光部や蓄積部をチップ上に配設している。
【０００３】
特許文献１，２では、『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』と呼ばれるＣＣＤを採用している。この斜行ＣＣＤ型固体撮像素子について図５を参照して説明する。図５に示すように、ＣＣＤ５０は、上述したフォトダイオード５１と蓄積用ＣＣＤセル５２とを複数個備えるとともに、これら蓄積用ＣＣＤセル５２内の電気信号を図５に示す垂直方向に転送する垂直転送用ＣＣＤセル５３を備えている。
【０００４】
各フォトダイオード５１の傍らには読み出しゲート５４をそれぞれ配設しており、このフォトダイオード５１から読み出された電気信号を各読み出しゲート５４はそれに隣接した蓄積用ＣＣＤセル５２に書き込む。
【０００５】
各蓄積用ＣＣＤセル５２についてはそれぞれをライン状に接続して構成しており、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２を複数本分配設している。ライン状の蓄積用ＣＣＤ５２の下流側において垂直転送用ＣＣＤセル５３に接続している。フォトダイオード５１から得られた電気信号を、隣接する蓄積用ＣＣＤセル５２に順次に転送しながら各蓄積用ＣＣＤセル５２に蓄積する。そして、蓄積用ＣＣＤセル５２から順次に転送された電気信号を垂直転送用ＣＣＤセル５３に合流させる。垂直転送用ＣＣＤセル５３から転送されたこの電気信号を水平転送用ＣＣＤセル５５に転送する。
【０００６】
この『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』では、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２は斜め方向に延びている。このように斜め方向にすることで水平および垂直方向に平行して各フォトダイオード５１を並べて配設することができる。なお、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２を垂直方向に延在するように構成すると、各フォトダイオードが斜め方向に配置されてしまう。この『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』では、各フォトダイオード５１が、かかる配置にならずに直方配列になる。
【０００７】
このように、蓄積用ＣＣＤセルなどに代表される蓄積部をライン状に複数備えることで、水平転送用ＣＣＤセルの読み出し速度は撮影速度に依存しない。例えば撮影速度が１．０×１０6フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）の高速撮像のように、フォトダイオードに代表される受光部に光を高速に受光する場合でも、外部に蓄積部を有する構造の場合、画素数×撮影速度：１．０×１０6フレーム／秒で読み出す必要があるが、本構造の場合には読み出し速度は撮影速度に全く依存しない。
【特許文献１】特開２００１−３４５４４１号公報（第２，５−９頁、図２−４，１０−１２）
【特許文献２】特開２０００−１６５７５０号公報（第３，６−１４頁、図１，４，５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、蓄積用ＣＣＤセルなどに代表される蓄積部の数は、チップ上に配設する関係上、限られている。したがって、蓄積できる電気信号のデータに制限がある。また、１つの素子でカラー画像を得るためには、光の３原色である赤：Ｒ（Red）、緑：Ｇ（Green）、青：Ｂ（Blue）を光に対して施すＲＧＢフィルタや、補色フィルタをフォトダイオードに代表される受光部に有する必要がある。
【０００９】
例えば、図５に示すように、赤、青用のフォトダイオードを１つずつ、緑用のフォトダイオード５１を２つで、１つ分のカラー画素Ｃとする（１点鎖線の楕円で囲まれた部分を参照）。なお、図５では、赤のフィルタを施したフォトダイオード５１を右斜線のハッチングで示し、符号５１ａを付するとともに、緑のフィルタを施したフォトダイオード５１を左斜線のハッチングで示し、符号５１ｂを付する。また、青のフィルタを施したフォトダイオード５１を右斜線および左斜線がクロスしたハッチングで示し、符号５１ｃを付する。
【００１０】
この場合には、１つ分のカラー画素Ｃに対して、４本分のライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２が占有される。すなわち、赤用のフォトダイオード５１ａに接続されたライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２が１本分、緑用のフォトダイオード５１ｂに接続されたライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２が２本分、青用のフォトダイオード５１ｃに接続されたライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２が１本分で、合計４本分となる。
【００１１】
したがって、各ラインには互いに異なる色が施された電気信号が混在することがなく、同じ色に関して電気信号が各ライン状の蓄積用ＣＣＤセル５２にそれぞれ蓄積される。例えば、カラー画像から白黒（モノクロ）画像にモードを変換したい場合には、各色に関する電気信号を加算して蓄積することでモノクロにすることが考えられるが、かかる構造では電気信号を加算して蓄積することができない。
【００１２】
このように、蓄積できる電気信号のデータに制限があり、カラー画像から白黒（モノクロ）画像にモードを変換したい場合には、電気信号を加算して蓄積することができない。このように、蓄積部に蓄積する手順について汎用性が低い。
【００１３】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高い撮像素子およびそれを用いた撮像素子用装置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】
【００１４】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部と、その受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部とを備えた撮像素子であって、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することを特徴とするものである。
【００１５】
［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することで、並列的に接続された各受光部から蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部と、その受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部とを備えた撮像素子を用いた撮像素子用装置であって、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することを特徴とするものである。
【００１７】
［作用・効果］請求項６に記載の発明によれば、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成しているので、並列的に接続された各受光部から蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【００１８】
上述した発明の好ましい一例は、光に対してフィルタ処理を施すフィルタを備え、上述した複数の受光部のうちの各受光部に対してフィルタをそれぞれ有することである（請求項２に記載の発明）。この場合には、各受光部に対してフィルタをそれぞれ有することで、各フィルタ処理がそれぞれ施された光について、様々な撮像態様を実現することができる。
【００１９】
上述した発明において、各受光部から蓄積部に蓄積する手順については、例えば以下のようなものが挙げられる。
【００２０】
すなわち、各受光部から蓄積部に蓄積する手順の一例は、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を切り換えて、各電気信号を蓄積部に順に転送して蓄積する第１転送部を備えることである（請求項３に記載の発明）。この場合には、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を切り換えて、各電気信号を蓄積部に順に転送するので、受光部に最も隣接する蓄積部を集約することができる。
【００２１】
また、各受光部から蓄積部に蓄積する手順の他の一例は、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積部に転送して蓄積する第２転送部を備えることである（請求項４に記載の発明）。この場合には、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積部に転送して蓄積するので、従来の各受光部から隣接する蓄積部に電気信号を蓄積するタイプと比較すると、蓄積部の数を固定した状態でも、複数の受光部から集約された電気信号のデータの量を、受光部の数の倍だけ増やすことができる。
【００２２】
さらに、請求項２に記載の発明に従属されており、赤：Ｒ（Red）、緑：Ｇ（Green）、青：Ｂ（Blue）を光に対して施すＲＧＢフィルタを各受光部がそれぞれ有する場合には、ＲＧＢフィルタ処理が施された各光、すなわち各色に関する電気信号を加算して蓄積することで白黒（モノクロ）にすることができるという効果をも奏する。したがって、カラー画像からモノクロ画像にモードを変換することができる。
【００２３】
また、各受光部から蓄積部に蓄積する手順のさらなる他の一例は、複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号に対して重み付けを行い、重み付けされた各電気信号を蓄積部に転送して蓄積するようにそれぞれを構成することである（請求項５に記載の発明）。本明細書中での『重み』の例は、各受光部の面積を変更すること、各フィルタの透過率を変更すること、あるいは蓄積部に蓄積する蓄積時間を変更することなどである。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明（撮像素子用装置）において、装置を、撮像素子で得られた電気信号のデータを用いて分析を行う分析装置や、データのみを記憶して記憶したデータを外部装置に転送する転送装置として用いてもよいし、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を受光部が電気信号に変換して被写体を撮像する撮像装置として用いてもよい。撮像装置の場合には、上述した被写体の光学像を取り込む水晶体を備えている（請求項７に記載の発明）。また、撮像装置が、例えば撮影速度が１．０×１０6フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）の高速撮像装置のように、電気信号を高速に転送する場合には、この発明は特に有用である。本明細書中では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒以上を『高速撮影』とする。
【発明の効果】
【００２５】
この発明に係る撮像素子およびそれを用いた撮像素子用装置によれば、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成しているので、並列的に接続された各受光部から蓄積部に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【実施例１】
【００２６】
以下、図面を参照してこの発明の実施例1を説明する。
図１は、実施例１、後述する実施例２に係るＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）を用いた撮像装置の概略を示すブロック図であり、図２は、実施例１，２に係るＣＣＤの構成を示すブロック図であり、図３は、実施例１に係るＣＣＤにおける転送・蓄積の手順を示す説明図である。なお、本実施例１は、ＲＧＢフィルタを用いてカラー画像を得る場合に適用したときの実施態様である。
【００２７】
後述する実施例２も含めて、実施例１に係る撮像装置は、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を電気信号に変換して被写体を撮像するように構成されている。すなわち、撮像装置１０は、図１に示すように、固体撮像素子（ＣＣＤ）１を備えるとともに、レンズ２とＡＤコンバータ３と画像処理演算部４と画像記憶部５とモニタ６と操作部７と制御部８とを備えている。この撮像装置１０は、撮影速度が１．０×１０6フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）の高速撮像として用いられる。撮像装置１０は、この発明における撮像素子用装置に相当する。
【００２８】
レンズ２は、被写体の光学像を取り込む。ＡＤコンバータ３は、ＣＣＤ２から出力された電気信号をディジタル信号に変換する。画像処理演算部４は、ＡＤコンバータ３でディジタル化された電気信号に基づいて被写体の２次元画像を作成するために各種の演算処理を行う。画像記憶部５は、画像処理演算部４で作成された２次元画像を記憶する。モニタ６は、画像記憶部５に記憶された２次元画像を画面に出力する。操作部７は、高速撮像の実行に必要な種々の操作を行う。制御部８は、操作部７により設定された撮影条件などの操作にしたがって装置全体を統括制御する。レンズ２は、この発明における水晶体に相当する。
【００２９】
次に、ＣＣＤ１の具体的な構成について、図２を参照して説明するとともに、本実施例１に係る転送・蓄積の具体的な手順について、図３を参照して説明する。
【００３０】
ＣＣＤ１は、図２に示すように、入射された光（被写体の光学像）を電気信号に変換することで光を受光するフォトダイオード１１と、そのフォトダイオード１１から得られた電気信号を蓄積して記憶する複数の蓄積用ＣＣＤセル１２と、これら蓄積用ＣＣＤセル１２内の電気信号を図２に示す垂直方向に転送する垂直転送用ＣＣＤセル１３とを備えている。フォトダイオード１１は、この発明における受光部に相当し、蓄積用ＣＣＤセル１２および垂直転送用ＣＣＤセル１３は、この発明における蓄積部に相当する。
【００３１】
各フォトダイオード１１の傍らには読み出しゲート１４をそれぞれ配設しており、このフォトダイオード１１から読み出された電気信号を各読み出しゲート１４はそれに隣接した蓄積用ＣＣＤセル１２に書き込む。
【００３２】
各蓄積用ＣＣＤセル１２についてはそれぞれをライン状に接続して構成しており、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２を複数本分配設している。ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２の下流側において垂直転送用ＣＣＤセル１３に接続している。フォトダイオード１１から得られた電気信号を、隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送しながら各蓄積用ＣＣＤセル１２に蓄積する。そして、蓄積用ＣＣＤセル１２から順次に転送された電気信号を垂直転送用ＣＣＤセル１３に合流させる。垂直転送用ＣＣＤセル１３から転送されたこの電気信号を水平転送用ＣＣＤセル１５に転送する。
【００３３】
フォトダイオード１１を２次元状に配置しており、水平および垂直方向に平行して各フォトダイオード１１を並べて配設する関係上、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２は斜め方向に延びている。後述する実施例２も含めて本実施例１に係るＣＣＤ１は、いわゆる『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』と呼ばれているものである。
【００３４】
後述する実施例２も含めて本実施例１に係るＣＣＤ１では、フォトダイオード１１に最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２、すなわち読み出しゲート１４に接続された蓄積用ＣＣＤセル１２について、１つの蓄積用ＣＣＤセル１２に対して複数のフォトダイオード１１を並列的に接続している。本実施例１，２では、最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に対して３つのフォトダイオード１１を並列的に接続している。個々のフォトダイオード１１をそれぞれ区別するために、図２に示すように、右斜線のハッチング、左斜線のハッチング、右斜線および左斜線がクロスしたハッチングでそれぞれ示す。
【００３５】
本実施例１では、各フォトダイオード１１に対して互いに異なるＲＧＢフィルタを備えている。具体的には、図３に示すように、右斜線のハッチングのフォトダイオード１１を、赤のフィルタを施した赤用のフォトダイオード１１ａとするとともに、左斜線のハッチングのフォトダイオード１１を、緑のフィルタを施した緑用のフォトダイオード１１ｂとし、右斜線および左斜線がクロスしたハッチングのフォトダイオード１１を、青のフィルタを施した青用のフォトダイオード１１ｃとする。最も隣接する同一の蓄積用ＣＣＤセル１２に対して並列的に接続された赤用のフォトダイオード１１ａ、緑用のフォトダイオード１１ｂ、青用のフォトダイオード１１ｃで、１つ分のカラー画素Ｃとなる（１点鎖線の円で囲まれた部分を参照）。この場合には、１つ分のカラー画素Ｃに対して、１本分のライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２をそれぞれ有することになる。
【００３６】
また、本実施例１では、図３に示すように、３つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｃからそれぞれ得られたＲ／Ｇ／Ｂ信号を切り換えて、各信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送して蓄積する。具体的には、３つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｃにそれぞれ接続された読み出しゲート１４に印加する電圧のタイミングによって切り換えの制御を行う。読み出しゲート１４は、この発明における第１転送部に相当する。赤用のフォトダイオード１１ａから赤のＲ信号を転送して、その転送後に青用のフォトダイオード１１ｃから青のＢ信号を転送して、その転送後に緑用のフォトダイオード１１ｃから緑のＧ信号を転送する場合を例に採って説明する。
【００３７】
先ず、赤用のフォトダイオード１１ａに接続された読み出しゲート１４に電圧を印加して、その他のフォトダイオード１１ｂ、１１ｃに接続された読み出しゲート１４には電圧を印加せずに未転送の状態に遮断する。すると、赤用のフォトダイオード１１ｂからのＲ信号が、図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に読み出されて書き込まれる（図３（ｂ）中の『Ｒ』を参照）。
【００３８】
次に、青のフォトダイオード１１ｃに接続された読み出しゲート１４に電圧を印加して、その他のフォトダイオード１１ａ，１１ｂに接続された読み出しゲート１４には電圧を印加せずに未転送の状態に遮断する。すると、青用のフォトダイオード１１ｃからのＢ信号が、図３（ｂ）に示す状態から図３（ｃ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に読み出されて書き込まれる（図３（ｃ）中の『Ｂ』を参照）。このときに先に書き込まれたＲ信号は、次に隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に書き込まれる（図３（ｃ）中の『Ｒ』を参照）。
【００３９】
さらに、緑用のフォトダイオード１１ｂに接続された読み出しゲート１４に電圧を印加して、その他のフォトダイオード１１ｃ，１１ａに接続された読み出しゲート１４には電圧を印加せずに未転送の状態に遮断する。すると、緑用のフォトダイオード１１ｂからのＧ信号が、図３（ｃ）に示す状態から図３（ｄ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に読み出されて書き込まれる（図３（ｃ）中の『Ｇ』を参照）。このときに先に書き込まれたＲ信号／Ｂ信号は、それぞれに隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に書き込まれる（図３（ｃ）中の『Ｒ』および『Ｂ』をそれぞれ参照）。
【００４０】
以下、同様の手順で、図３（ｄ）に示す状態から図３（ｅ）に示す状態、さらに図３（ｅ）に示す状態から図３（ｆ）に示す状態へと転送・蓄積を行う。
【００４１】
上述したＣＣＤ１およびそれを用いた撮像装置１０によれば、フォトダイオード１１に最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２について、その１つの蓄積用ＣＣＤセル１２について複数（実施例１，２では３つ）のフォトダイオード１１ａ〜１１ｃを並列的に接続するようにそれぞれを構成しているので、並列的に接続された各フォトダイオード１１ａ〜１１ｃから蓄積用ＣＣＤセル１２に蓄積する手順について汎用性が高くなる。
【００４２】
本実施例１では、ＲＧＢフィルタを備え、各フォトダイオード１１ａ〜１１ｃに対して赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）と各フィルタをそれぞれ有することで、カラー画像という撮像態様を実現することができる。
【００４３】
また、本実施例１では、３つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｃからそれぞれ得られたＲ／Ｇ／Ｂ信号を切り換えて、各信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送して蓄積する。この場合には、フォトダイオード１１ａ〜１１ｃからそれぞれ得られた各信号を切り換えて、各信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送するので、フォトダイオード１１に隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２を集約することができる。
【実施例２】
【００４４】
次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図４は、実施例２に係るＣＣＤにおける転送・蓄積の手順を示す説明図である。なお、本実施例２では白黒（モノクロ）画像を得る場合に適用したときの実施態様である。
【００４５】
上述した実施例１と同様に、本実施例２では、１つの蓄積用ＣＣＤセル１２に対して３つのフォトダイオード１１を並列的に接続している。本実施例２では、３つのダイオード１１からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に転送して蓄積する。具体的には、各フォトダイオード１１にそれぞれ接続された読み出しゲート１４に印加する電圧のタイミングによって切り換えの制御を行う。読み出しゲート１４は、この発明における第２転送部に相当する。
【００４６】
各フォトダイオード１１にそれぞれ接続された読み出しゲート１４の全てに電圧を印加する。すると、全てのフォトダイオード１１から各電気信号が、図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に一斉に読み出されて書き込まれる。一斉に読み出されて書き込まれることで各電気信号が加算される。加算された信号を『Ｓ』とし、加算されて蓄積された信号Ｓを、縦横にクロスしたハッチングで示す。
【００４７】
次に、同様の手順で、各フォトダイオード１１にそれぞれ接続された読み出しゲート１４の全てに電圧を印加すると、全てのフォトダイオード１１から各電気信号Ｓが、図４（ｂ）に示す状態から図４（ｃ）に示す状態のように最も隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に一斉に読み出されて書き込まれる。このときに、先に書き込まれた信号Ｓは、次に隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に書き込まれる。
【００４８】
以下、同様の手順で、図４（ｃ）に示す状態から図４（ｄ）に示す状態へと転送・蓄積を行う。
【００４９】
上述したＣＣＤ１およびそれを用いた撮像装置１０によれば、３つのフォトダイオード１１からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に転送して蓄積するので、図５に示すように、従来の各フォトダイオード５１から隣接する蓄積用ＣＣＤセル５２に電気信号を蓄積するタイプと比較すると、蓄積用ＣＣＤセルの数を固定した状態でも、３つのフォトダイオード１１から集約された電気信号のデータ量を、フォトダイオード１１の数の３倍だけ増やすことができる。
【００５０】
さらに、上述した実施例１のように、ＲＧＢフィルタを用いてカラー画像のモードを実現する場合には、ＲＧＢフィルタ処理が施された各光、すなわち各色に関する電気信号（Ｒ／Ｇ／Ｂ信号）を、本実施例２のように加算して蓄積することでモノクロにすることができるという効果をも奏する。したがって、カラー画像からモノクロ画像にモードを変換することができる。
【００５１】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００５２】
（１）上述した各実施例では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒以上の高速撮像を例に採って説明したが、撮影速度が１００，０００フレーム／秒未満の通常の撮像に適用してもよい。
【００５３】
（２）上述した各実施例では、ＣＣＤなどに代表される撮像素子を用いた撮像素子用装置として撮像装置を例に採って説明したが、撮像素子を用いた装置であれば、特に限定されない。例えば、撮像素子で得られた電気信号のデータを用いて分析を行う分析装置や、データのみを記憶して記憶したデータを外部装置に転送する転送装置として用いてもよい。
【００５４】
（３）上述した各実施例では、受光部としてフォトダイオードを例に採って説明したが、これに限定されない。例えば、フォトゲートを受光部と用いてもよい。この場合には、フォトゲートが各実施例のフォトダイオードおよび読み出しゲートの機能を果たす。したがって、フォトゲートを実施例１に用いた場合には、フォトゲートは、この発明における第１転送部に相当し、フォトゲートを実施例２に用いた場合には、フォトゲートは、この発明における第２転送部に相当する。
【００５５】
（４）上述した各実施例では、『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』を例に採って説明したが、ライン状の蓄積用ＣＣＤセルを垂直方向に延在するように構成した撮像素子にもこの発明は適用することができる。また、蓄積用ＣＣＤセルに代表される蓄積部の配置形態については、特に限定されない。
【００５６】
（５）上述した各実施例では、１つの蓄積部（各実施例では蓄積用ＣＣＤセル）に対して並列的に接続される受光部（各実施例ではフォトダイオード）の数は３つであったが、数については複数であれば特に限定されない。２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００５７】
（６）上述した実施例１と実施例２とを組み合わせてもよい。すなわち、この発明における第１転送部と第２転送部とを組み合わせてもよい。例えば、３つのフォトダイオードのうち、１つと２つとに区分して、２つに区分されたフォトダイオードからそれぞれ読み出された電気信号を加算して、加算された電気信号を蓄積用ＣＣＤセルに転送して蓄積し、１つに区分されたフォトダイオード、２つに区分されたフォトダイオードからそれぞれ得られた電気信号を切り換えて、各電気信号を蓄積用ＣＣＤセルに順に転送して蓄積してもよい。
【００５８】
（７）上述した実施例１では、カラーなどのＲＧＢフィルタを施しつつ、各フォトダイオード１１ａ〜１１ｃからそれぞれ得られたＲ／Ｇ／Ｂ信号を切り替えて、各信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送して蓄積したが、ＲＧＢ以外のフィルタ（例えば補色フィルタや赤外フィルタや紫外フィルタなど）を施して、あるいはフィルタ処理を施さずに、実施例１と同じ転送・蓄積の手順を行ってもよい。
【００５９】
（８）上述した実施例２では、フィルタ処理を施さずに白黒（モノクロ）で、フォトダイオード１１からそれぞれ得られた電気信号を加算して、その加算された電気信号を蓄積用ＣＣＤセル１２に転送して蓄積したが、ＲＧＢフィルタあるいはＲＧＢ以外のフィルタを施した状態で電気信号を加算して、実施例２と同じ転送・蓄積を行ってもよい。
【００６０】
（９）複数の受光部（実施例ではフォトダイオード）からそれぞれ得られた電気信号に対して重み付けを行う、重み付けされた各電気信号を蓄積部（実施例では蓄積用ＣＣＤセル）に転送して蓄積するようにそれぞれを構成してもよい。例えば、受光部の面積を広くすることで、広くした受光部の電気信号については重み付けが大きくなる。逆に受光部の面積を狭くすることで、狭くした受光部の電気信号については重み付けが小さくなる。また、例えば、フィルタの透過率を上げることで、透過率を上げた受光部の電気信号については重み付けが大きくなる。逆にフィルタの透過率を下げることで、透過率を下げた受光部の電気信号については重み付けが小さくなる。また、例えば、蓄積部に蓄積する時間を（読み出しゲートに電圧を印加する印加時間によって）長くすれば、蓄積時間が長くなった電気信号については重み付けが大きくなる。逆に蓄積部に蓄積する時間を短くすれば、蓄積時間が短くなった電気信号については重み付けが小さくなる。
【００６１】
（１０）この発明では、いずれの撮像方式においても適用することができる。撮像方式としては、主にＩＬ(Interline)方式、ＦＴ(Frame Transfer)方式、ＦＦＴ(Full Frame Transfer)方式、ＦＩＴ(Frame Interline Transfer)方式などがある。これらの方式に合わせて撮像素子の構造も変化する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例１，２に係るＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）を用いた撮像装置の概略を示すブロック図である。
【図２】実施例１，２に係るＣＣＤの構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、実施例１に係るＣＣＤにおける転送・蓄積の手順を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、実施例２に係るＣＣＤにおける転送・蓄積の手順を示す説明図である。
【図５】従来のＣＣＤの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
２ … レンズ
１０ … 撮像装置
１１ … フォトダイオード
１２ … 蓄積用ＣＣＤセル
１３ … 垂直転送用ＣＣＤセル
１４ … 読み出しゲート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部と、その受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部とを備えた撮像素子であって、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、光に対してフィルタ処理を施すフィルタを備え、前記複数の受光部のうちの各受光部に対してフィルタをそれぞれ有することを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、前記複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を切り換えて、各電気信号を前記蓄積部に順に転送して蓄積する第１転送部を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像素子において、前記複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を前記蓄積部に転送して蓄積する第２転送部を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像素子において、前記複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号に対して重み付けを行い、重み付けされた各電気信号を前記蓄積部に転送して蓄積するようにそれぞれを構成することを特徴とする撮像素子。
【請求項６】
入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部と、その受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部とを備えた撮像素子を用いた撮像素子用装置であって、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することを特徴とする撮像素子用装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像素子用装置において、前記装置は、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を前記受光部が電気信号に変換して被写体を撮像する撮像装置として用いられ、前記被写体の光学像を取り込む水晶体を備えることを特徴とする撮像素子用装置。
【請求項１】
入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部と、その受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部とを備えた撮像素子であって、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、光に対してフィルタ処理を施すフィルタを備え、前記複数の受光部のうちの各受光部に対してフィルタをそれぞれ有することを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、前記複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を切り換えて、各電気信号を前記蓄積部に順に転送して蓄積する第１転送部を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像素子において、前記複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号を加算して、加算された電気信号を前記蓄積部に転送して蓄積する第２転送部を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像素子において、前記複数の受光部からそれぞれ得られた各電気信号に対して重み付けを行い、重み付けされた各電気信号を前記蓄積部に転送して蓄積するようにそれぞれを構成することを特徴とする撮像素子。
【請求項６】
入射された光を電気信号に変換することで光を受光する受光部と、その受光部から得られた電気信号を蓄積する蓄積部とを備えた撮像素子を用いた撮像素子用装置であって、受光部に最も隣接する蓄積部について、１つの蓄積部に対して複数の受光部を並列的に接続するようにそれぞれを構成することを特徴とする撮像素子用装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像素子用装置において、前記装置は、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を前記受光部が電気信号に変換して被写体を撮像する撮像装置として用いられ、前記被写体の光学像を取り込む水晶体を備えることを特徴とする撮像素子用装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２６９６１２（Ｐ２００６−２６９６１２Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８３６２４（Ｐ２００５−８３６２４）
【出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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