专利名称：摄像元件以及使用该摄像元件的摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过将入射光变换为电荷而产生与该光的强度对应的信号电荷，从而进行摄像的摄像元件以及使用了该摄像元件的摄像装置。
背景技术：
作为这种摄像元件，例如有CCD(Charge Coupled Device)型固体摄像元件。近年来，为了在该CCD型固体摄像元件(下面简略记做“CCD”)中尽可能实现高速摄像，在通过将入射光变换为电荷来产生与该光的强度对应的信号电荷的光电转换部(例如光电二级管)附近，具备蓄积从光电转换机构产生的信号电荷来进行存储的多个电荷蓄积部(例如蓄积用CCD单元)(例如参照专利文献1-3)。将这些光电转换部和电荷蓄积部配设在芯片上。
在专利文献1、2中，采用了被称作“斜行CCD型固体摄像元件”的CCD。参照图7对该斜行CCD固体摄像元件进行说明。如图7所示，CCD50不仅具备多个上述光电二级管51和蓄积用CCD单元52，而且还具备将这些蓄积用CCD单元52内的信号电荷沿着图7所示的垂直方向传送的垂直传送用CCD单元53。
在各光电二级管51的附近分别配设有写入栅极54，各写入栅极54将从该光电二级管51读出的信号电荷写入到与写入栅极54邻接的蓄积用CCD单元52。
对于各蓄积用CCD单元52而言，其构成为以线状彼此连接，分开配置有多条线状的蓄积用CCD单元52。在线状的蓄积用CCD52的下游侧与垂直传送用CCD单元53连接。从光电二级管51发出的信号电荷一边顺次向邻接的蓄积用CCD单元52传送一边蓄积于各蓄积用CCD单元52。然后，从蓄积用CCD单元52顺次传送的信号电荷汇流于垂直传送用CCD单元53。从垂直传送用CCD单元53传送的该信号电荷传送至水平传送用CCD单元57。
在该“斜行CCD型固体摄像元件”中，线状的蓄积用CCD单元52向斜方向延伸。这样，通过向斜方向延伸，可以在与水平以及垂直平行的方向排列配设各光电二级管51。另外，如果构成为使线状的蓄积用CCD单元52在垂直方向上延伸，则导致各光电二级管沿倾斜方向被配置。在该“斜行CCD型固体摄像元件”中，各光电二级管不成为该配置，而成为长方配置。
专利文献1特开2001-345441号公报(第2、5-9页、图2-4、10-12)专利文献2特开2000-165750号公报(第3、6-14、图1、4、5)专利文献3美国专利第5355165号说明书但是，由于将以光电二级管为代表的光电转换部和以蓄积用CCD单元等为代表的电荷蓄积部配设在同一晶片上，所以，存在着如果增加光电转换部的个数，则电荷蓄积部的个数减少，反过来，如果增加电荷蓄积部则光电转换部减少的问题。如果具体说明，则当为了提高分辨率而增加光电转换部时，电荷蓄积部会减少，从而导致每次摄影时间和摄影张数减少。反过来，当为了延长摄影时间、增加摄影张数而增加电荷蓄积部时，光电转换部将减少导致分辨率下降。由于光电转换部与电荷蓄积部的配设在设计阶段决定，所以，重视分辨率或摄影时间、张数中任意一方进行设计，设计之后会产生牺牲了另一方的问题。
发明内容
本发明鉴于这样的情况而提出，其目的在于，提供一种即使在摄影方法不同的情况下通用性也很高的摄像元件、以及使用了该摄像元件的摄像装置。
本发明为了达到这样的目的，采取了下述的构成。
即，本发明的摄像元件是进行摄像的摄像元件，其特征在于，具备(1)多个光电转换机构；其通过将入射光转换为电荷来产生与该光的强度对应的信号电荷；(2)多个电荷蓄积机构，其对从该光电转换机构产生的信号电荷进行蓄积存储；和(3)结合机构，其在相互不同的多个光电转换机构之间相互结合多个电荷蓄积机构，通过该结合，在与所述光电转换的计测相关的光电转换机构以及与所述计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，将与所述计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与所述计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构。
根据本发明的摄像元件，在相互不同的多个光电转换机构之间具备相互结合多个电荷蓄积机构的结合机构。通过该结合机构，在与光电转换的计测相关的光电转换机构以及与所述计测无关的光电转换机构之间，相互结合了与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构。并且，将与计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构。因此，在进行重视了电荷蓄积机构的个数的摄影时，通过将与计测无关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构，会增加电荷蓄积机构的个数。这样，即使在摄影方法不同的情况下，也可以实现通用性高的摄像元件。
而且，本发明的摄像装置是采用了摄像元件的摄像装置，该摄像元件具备(1)多个光电转换机构；其通过将入射光转换为电荷来产生与该光的强度对应的信号电荷；(2)多个电荷蓄积机构，其对从该光电转换机构产生的信号电荷进行蓄积存储；和(3)结合机构，其在相互不同的多个光电转换机构之间相互结合多个电荷蓄积机构，通过该结合，在与所述光电转换的计测相关的光电转换机构以及与所述计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，将与所述计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与所述计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构。
根据本发明的摄像装置，由于具备在相互不同的多个光电转换机构之间相互结合多个电荷蓄积机构的结合机构，通过该结合机构，在与光电转换的计测相关的光电转换机构以及与所述计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，将与计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构，所以，可以实现即使在摄影方法不同的情况下通用性也高的摄像装置。
并且，在上述的发明中，优选对下述两种状态进行切换来执行计测，所述两种状态包括(a)根据上述的结合机构，在与所述计测相关的光电转换机构以及与计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，一边将与计测相关的光电转换机构的信号电荷蓄积存储于两者的电荷蓄积机构一边进行计测；和(b)不结合两者的电荷蓄积机构，而一边将每个光电转换机构的信号电荷蓄积存储于与各自对应的各电荷蓄积机构，一边进行计测。
在进行重视了电荷蓄积机构的个数的摄影时，通过切换至上述的(a)状态进行计测，即通过将与计测相关的光电转换机构的信号电荷蓄积存储于与光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构，来增加电荷蓄积机构的个数。相反，在如通常的摄影那样进行重视了光电转换机构的个数的摄影时，通过切换至上述的(b)状态，即不结合两者的电荷蓄积机构，而一边将每个光电转换机构的信号电荷蓄积存储于与各自对应的各电荷蓄积机构，一边进行计测，来增加与计测相关的光电转换机构的个数。通过如此切换来进行计测，可以实现对(b)状态的通常摄影方法也进行了考虑的通用性高的摄像元件/摄像装置。
作为上述发明的一个例子，具备电荷传送控制机构，其按照将与计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构和与计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构的方式，控制电荷的传送，并根据该控制对结合机构进行操作。这样，电荷传送控制机构可以在摄像元件中具备，也可以在摄像装置中具备。当在摄像装置中具备电荷传送控制机构时，可以在摄像元件内具备，除此之外，也可以在摄像元件外具备。
在上述的发明中，光电转换机构的一个例子是光电二级管。
在上述的发明中，摄像元件的一个例子是多个电荷蓄积机构以线状向倾斜方向延伸，通过该向倾斜方向延伸的线状电荷蓄积机构在与水平以及垂直平行的方向排列配设各个光电转换机构而构成的斜行CCD型固体摄像元件。如果按照使线状的电荷蓄积机构在垂直方向延伸的方式进行构成，则会导致各光电转换机构配置在倾斜方向。在该斜行CCD型固体摄像元件中，各光电转换机构不成为该配置，而成为长方排列。
作为上述发明的一个例子，光电转换机构是光电二级管，且电荷蓄积机构是CCD单元，结合机构是切换栅极，将从光电二级管读出的信号电荷写入到邻接的CCD单元的写入栅极分别配设在各光电二级管的附近，将切换栅极配设成与成为结合对象的一方光电二级管侧的CCD单元连接，并且，与成为结合对象的另一方邻接的光电二级管侧的写入栅极连接。通过具备这样的切换栅极，可在成为结合对象的一方光电二级管以及另一方光电二级管之间相互结合CCD元件。
在具备该切换栅极的发明中，优选基于施加在上述写入栅极的电位切换下述两种状态来进行计测，所述两种状态包括(a’)通过上述的切换栅极，在与所述计测相关的光电二级管以及与计测无关的光电二级管之间，相互结合与各光电二级管对应的CCD单元，一边将与计测相关的光电二级管的信号电荷蓄积存储于两者的CCD单元一边进行计测；和(b’)不结合两者的CCD单元，而一边将每个光电二级管的信号电荷蓄积存储于与各自对应的各CCD单元，一边进行计测。这样，通过基于施加在写入栅极的电位切换来进行计测，可以实现对(b’)状态的通常摄影方法也进行了考虑的通用性高的摄像元件/摄像装置。
根据本发明的摄像元件以及使用了该摄像元件的摄像装置，由于具备在相互不同的多个光电转换机构之间相互结合多个电荷蓄积机构的结合机构，通过该结合机构，在与光电转换的计测相关的光电转换机构以及与所述计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，将与计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构，所以，可以实现即使在摄影方法不同的情况下通用性也高的摄像装置。
图1(a)是表示实施例相关的使用了CCD型固体摄像元件(CCD)的摄像装置的概略的框图，(b)是表示从摄像装置内的电源部施加的写入栅极的电位的电位状况和与之对应的电荷蓄积部的状况的图。
图2是表示实施例相关的CCD的构成框图。
图3是表示分离了各光电二级管时的蓄积状况的说明图。
图4是表示在与计测相关的光电二级管以及与计测无关的光电二级管之间结合了蓄积用/垂直传送用CCD单元时的蓄积状况的说明图。
图5是表示在变形例所涉及的各光电二级管之间结合了蓄积用/垂直传送用CCD单元时的蓄积状况的说明图。
图6(a)、(b)是表示进一步的变形例相关的CCD的构成框图。
图7是表示现有的CCD的构成框图。
图中1-CCD型固体摄像元件(CCD)，9a-电源部，9b-定时脉冲发生器，11-光电二级管，12-蓄积用CCD，13-垂直传送用CCD单元，16-切换栅极。
具体实施例方式
在摄像元件以及使用了该摄像元件的摄像装置中，当使用光电二级管作为光电转换机构，并使用CCD单元作为电荷蓄积机构时，在相互不同的多个光电转换机构之间具有切换栅极，作为使多个电荷蓄积机构相互结合的结合机构。将从光电二级管读出的信号电荷写入到邻接的CCD单元的写入栅极分别配设在各光电二级管的附近，使上述的切换栅极配设为与成为结合对象的一方光电二级管侧的CCD单元连接，并且与成为结合对象的另一方邻接的光电二级管侧的上述写入栅极连接。通过如此进行配设，由于在成为结合对象的一方光电二级管以及另一方光电二级管之间相互结合CCD单元，使与计测相关的光电二级管的信号电荷蓄积存储于与该光电二级管对应的CCD单元以及与计测无关的光电二级管所对应的CCD单元中，所以，即使在摄像方法不同的情况下，也实现了提高通用性的目的。
实施例下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。图1(a)是表示实施例所涉及的使用了CCD型固体摄像元件(CCD)的摄像装置的概略的框图，图1(b)是表示从摄像装置内的电源部施加的写入栅极的电位的电位状况和与其对应的电荷蓄积部的状况的图，图2是表示CCD的构成框图。
实施例所涉及的摄像装置被构成为，取入待摄体的光学像，将被取入的光学像转换为信号电荷并转换为电信号，来对待摄体进行摄像。即，如图1(a)所示摄像装置具备固体摄像元件(CCD)1，并且具备透镜2、相关二重采样部3、AD转换器4、图像处理运算部5、监控器6、操作部7和控制部8。另外，摄像装置还具备电源部9a和定时脉冲发生器9b。固体摄像元件(CCD)1相当于本发明中的摄像元件。
透镜2取入待摄体的光学像。相关二重采样部3以低噪声对来自CCD1的信号电荷进行放大，并转换为电信号而取出。AD转换器4将该电信号转换为数字信号。图像处理运算部5为了根据被AD转换器4数字化后的电信号制作待摄体的二维图像，进行各种的运算处理。监控器6将该二维图像输出到画面。操作部7进行执行摄像所必要的各种操作。控制部8根据由操作部7设定的摄影条件等操作，对装置整体统一控制。
电源部9a对传送CCD1内的信号电荷的传送电极等施加电压。定时脉冲发生器9b生成电压施加的定时、摄像的定时和时钟等。在本实施例中，定时脉冲发生器9b如图1(b)所示，按照与后述的电荷蓄积部的分离/结合同步的方式进行控制，电源部9a根据该定时脉冲发生器9b如图1(b)所示，对后述的写入栅极施加电压。电源部9a以及定时脉冲发生器9b相当于本发明中的电荷传送控制机构。另外，对于电源部9a以及定时脉冲发生器9b的图1(b)的具体说明，将在后面的图3和图4中进行叙述。
接着，一边与表示现有CCD的构成框图的图7进行比较，一边参照图2对CCD1的具体构成进行说明，并且，参照图3、图4对更具体的构成进行说明。图3是表示分离了各光电二级管时的蓄积状况的说明图，图4是表示在与计测相关的光电二级管以及与计测无关的光电二级管之间结合了蓄积用/垂直传送用CCD单元时的蓄积状况的说明图。
如图2所示，CCD1具备通过将入射光(待摄体的光学像)转换为电荷而产生与该光的强度对应的信号电荷的光电二级管11、对从该光电二级管11产生的信号电荷进行蓄积存储的多个蓄积用CCD单元12、和将这些蓄积用CCD单元12内的信号电荷沿图2所示的垂直方向转送的垂直传送用CCD单元13。光电二级管11相当于本发明中的光电转换机构，蓄积用CCD单元12以及垂直传送用CCD单元13相当于本发明中的电荷蓄积机构。
在各光电二级管11的附近分别配设有写入栅极14，经各写入栅极14将从该光电二级管11读出的信号电荷写入到与各写入栅极14邻接的蓄积用CCD单元12。
对于各蓄积用CCD单元12而言，构成为以线状相互连接。分别配设有多条线状的蓄积用CCD单元12。如图3、图4所示，在线状的蓄积用CCD单元12的下游侧连接配设有汇流栅极15，该汇流栅极15与垂直传送用CCD单元13连接。从光电二级管11产生的信号电荷一边顺次传送到邻接的蓄积用CCD单元12一边蓄积于各蓄积用CCD单元12。然后，通过汇流栅极15，使从蓄积用CCD单元12顺次传送的信号电荷汇流于垂直传送用CCD单元13。
光电二级管11配置为二维状，通过在与水平以及与垂直平行的方向排列配设各光电二级管11，使得线状的蓄积用CCD单元12沿倾斜方向延伸。本实施例的CCD1被称作所谓的“斜行CCD型固体摄像元件”。
在本实施例中，与现有的CCD(参照图7)的不同点在于如图3、图4所示，具备切换栅极16。在图2～图4中，为了容易地区别与以往的不同点，利用左斜线阴影表示了切换栅极16的部分。该切换栅极16配设成与垂直传送用CCD单元13连接，并且，与邻接的光电二级管11的写入栅极14连接。
在图3、图4中，将位于附图右上的光电二级管11设为光电二级管11a，并将位于附图左下的光电二级管11设为光电二级管11b。而且，将与光电二级管11a对应的蓄积用CCD单元12、垂直传送用CCD单元13、写入栅极14、汇流栅极15、切换栅极16分别设为蓄积用CCD单元12a、垂直传送用CCD单元13a、写入栅极14a、汇流栅极15a、切换栅极16a，并且，将与光电二级管11b对应的蓄积用CCD单元12、垂直传送用CCD单元13、写入栅极14、汇流栅极15、切换栅极16分别设为蓄积用CCD单元12b、垂直传送用CCD单元13b、写入栅极14b、汇流栅极15b、切换栅极16b。
通过具备上述的切换栅极16a，在光电二级管11a以及从该光电二级管11a观察位于附图左下的光电二级管11b之间，相互结合蓄积用/垂直传送用CCD单元12a、12b、13a、13b。另外，对于其他的光电二级管11而言，也在光电二级管11以及从该光电二级管11观察位于附图左下的光电二级管11之间，相互结合蓄积用/垂直传送用CCD单元12、13。切换栅极16相当于本发明中的结合机构。
在通过分离蓄积用CCD单元12a、12b来对各光电二级管11a、11b进行分离的情况下，如图1(b)所示，由电源部9a(参照图1(a))提高写入栅极14b的电位(在图1(b)中由“High”表示)，来自光电二级管11b的信号电荷读入到与之对应的蓄积用CCD单元12b，蓄积存储于蓄积用CCD单元12b。此时，来自光电二级管11a的信号电荷仅蓄积存储于与之对应的蓄积用CCD单元12a，对与光电二级管11b对应的蓄积用CCD单元12b不写入信号电荷。该分离时的蓄积状况如图3所示。该状况相当于本发明的(b)状态。另外，该状况也相当于本发明的(b’)状态。
相反，当在各光电二级管11a、11b之间结合蓄积用CCD单元12a、12b时，如图1(b)所示，由电源部9a(参照图1(a))降低写入栅极14b的电位(在图1(b)中由“Low”表示)，作为势垒栅极而发挥功能。由此，按照来自光电二级管11b的信号电荷不被蓄积用CCD单元12b读出的方式，一边将来自光电二级管11a的信号电荷沿与之对应的蓄积用CCD单元12a、与光电二级管11b对应的蓄积用CCD单元12b的顺序传送，一边蓄积存储。该结合时的蓄积状况如图4所示。该状况相当于本发明的(a)状态。另外，该状况也相当于本发明的(a’)状态。
如图3所示，当分离了各光电二级管11a、11b时，在信息电荷从各光电二级管11a、11b蓄积于各蓄积用CCD单元12a、12b的情况下，其动作如下所述。首先，写入栅极14a将从光电二级管11a读出的信号电荷“1”写入到与之邻接的蓄积用CCD单元12a。接着，写入栅极14a将从光电二级管11a读出的信号电荷“2”写入到与之邻接的蓄积用CCD12a，同时将信号电荷“1”传送存储于邻接的蓄积用CCD单元12a。
接着，通过反复进行相同的步骤，在写入栅极16a将第16个信号电荷“16”写入到与之邻接的蓄积用CCD单元12a时，如图3所示，信号电荷“1”～“16”顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13a在内的各蓄积用CCD单元12a。图3的蓄积用CCD单元12a以及垂直传送用CCD单元13a中的数字表示各个信号电荷“1”～“16”。光电二级管11b也同样，将信号电荷“1”～“16”顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13b在内的各蓄积用CCD单元12b。
然后，通过垂直传送用CCD单元13a依次对这些信号电荷“1”～“16”进行传送。将从垂直传送用CCD单元13a传送的信号电荷“1”～“16”传送给图2所示的水平传送用CCD单元17。
如图4所示，当在各光电二级管11a、11b之间接合了蓄积用CCD单元12a、12b时，在信号电荷从光电二级管11a蓄积于各蓄积用CCD单元12a、12b的情况下，其动作如下所述。到将逐次从光电二级管11a读出的信号电荷“1”～“16”顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13a在内的各蓄积用CCD单元12a为止，与图3相同。在写入栅极16a将第17个信号电荷“17”写入到与之邻接的蓄积用CCD单元12a时，切换栅极16a将最初的信号电荷“1”写入到与光电二级管11b对应且与写入栅极16b邻接的蓄积用CCD单元12b。此时，由电源部9a(参照图1(a))降低写入栅极14b的电位，作为势垒栅极而发挥功能，信号电荷不被蓄积用CCD单元12b从光电二级管11b读出。接着，写入栅极14a将从光电二级管11a读出的信号电荷“18”写入到与之邻接的蓄积用CCD单元12a，同时将信号电荷“17”～“3”顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13a在内的各蓄积用CCD单元12a，切换栅极16a将第二个信号电荷“2”写入到与光电二级管11b对应且与写入栅极16b邻接的蓄积用CCD单元12b。此时，将最初的信号电荷“1”传送存储于下一个邻接的蓄积用CCD单元12b。
接着，通过反复进行相同的步骤，在写入栅极16a将第32个信号电荷“32”写入到与之邻接的蓄积用CCD单元12a时，如图4所示，信号电荷“17”～“32”顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13a在内的各蓄积用CCD单元12a，并且，信号电荷“1”～“16”顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13b在内的各蓄积用CCD单元12b。图4的蓄积用CCD单元12a、12b以及垂直传送用CCD单元13a、13b中的数字表示各自的信号电荷“1”～“32”。
然后，通过垂直传送用CCD单元13b对这些信号电荷“1”～“16”顺次进行传送。将从垂直传送用CCD单元13b传送的信号电荷“1”～“16”传送给图2所示的水平传送用CCD单元17。每当顺次传送信号电荷“1”～“16”时，针对信号电荷“17”～“32”都将其顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13b在内的各蓄积用CCD单元12b，通过垂直传送用CCD单元13b顺次进行传送。从垂直传送用CCD单元13b传送的信号电荷“17”～“32”也传送到图2所示的水平传送用CCD单元17。
另外，信号电荷不从光电二级管11b蓄积到蓄积用CCD单元12b。即，光电二级管11a是与光电二级管11a自身的计测相关的光电二级管，光电二级管11b是与其测定无关的光电二级管。
上述的CCD1以及使用了该CCD1的摄像装置，具备在相互不同的多个光电二级管11之间使多个蓄积用/垂直传送用CCD单元12、13相互结合的切换栅极16。通过该切换栅极16中的切换栅极16a，在光电二级管11的与计测相关的光电二级管11a以及与上述计测无关的光电二级管11b之间，相互结合与各光电二级管11a、11b对应的蓄积用/垂直传送用CCD单元12a、12b、13a、13b。并且，将与计测相关的光电二级管11a的信号电荷，蓄积存储于和该光电二级管11a对应(包括垂直传送用CCD单元13a)的蓄积用CCD单元12a以及与计测无关的光电二级管11b所对应(包括垂直传送用CCD单元13b)的蓄积用CCD单元12b。因此，重视对包括垂直传送用CCD单元13的蓄积用CCD单元12的个数进行摄影时，如图4所示，通过将与计测相关的光电二级管11a的信号电荷，蓄积存储于与光电二级管11a对应的蓄积用CCD单元12a以及和计测无关的光电二级管11b所对应的蓄积用CCD单元12b，会增加包括垂直传送用CCD单元13的蓄积用CCD单元12的个数。这样，即使在摄影方法不同的情况下，也可以实现通用性高的CCD1以及摄像装置。
另外，在进行重视了蓄积用CCD单元12的个数的摄影时，通过增加包括垂直传送用CCD元件13的蓄积用CCD单元12的个数，可以延长摄影张数和摄影时间。此外，由于对于光电二级管11b而言与计测无关，所以，分辨率会相应地降低。如果针对其他的光电二级管11而言，也将图2～图4的位于附图右侧的光电二级管11设为与计测相关的光电二级管11，位于附图左侧的光电二级管11设为与计测无关的光电二级管11，并分别结合，则分辨率会与位于左侧的光电二级管11相应地降低。因此，从附图观察时，垂直方向(纵方向)的分辨率没有变化，但水平方向(横方向)的分辨率变为1/2。
而且，在如通常摄影那样进行重视了光电二级管11的个数的摄影时，如图3所示，通过不结合各光电二级管11a、11b而使其分离，将每个光电二级管11a、11b的信号电荷蓄积存储于与各自对应的蓄积用CCD单元12a、12b，来增加光电二级管11的个数。这样，通过切换至图3以及图4的状态来进行计测，可以实现还对图3的状态的通常摄影方法进行了考虑的通用性高的CCD1以及摄像装置。
在如通常摄影那样进行重视了光电二级管11的个数的摄影时，通过不结合各光电二级管11a、11b而使其分离，来增加光电二级管11的个数，会重视分辨率。
本实施例的摄像装置具备按照将与计测相关的光电二级管11a的信号电荷蓄积存储于与该光电二级管11a对应的蓄积用CCD单元12a和与计测无关的光电二级管11b所对应的蓄积用CCD单元12b的方式，对电荷的传送进行控制的电源部9a以及定时脉冲发生器9b(电荷传送控制机构)。因此，在CCD1之外具备电源部9a和定时脉冲发生器9b，但也可以在CCD1内具备与电源部9a和定时脉冲发生器9b(电荷传送控制机构)相当的功能。
本发明不限定于上述实施方式，可以如下所述进行变形实施。
(1)在上述实施例中，举例说明了作为光电转换机构采用了光电二级管的情况，但不限定于此。例如，也可以采用光电栅极作为光电转换机构。
(2)上述实施例中，在两个光电二级管之间相互结合了各蓄积用CCD单元，但也可以在三个以上的光电二级管之间结合各蓄积用CCD单元，将其中一个作为与计测相关的光电二级管，其余的作为与计测无关的光电二级管。对于光电二级管之外的光电转换机构而言也同样。
(3)在上述实施例中，举例说明了“斜行CCD型固体摄像元件”，但本发明也可应用于按照使线状的蓄积用CCD单元在垂直方向延伸的方式而构成的摄像元件。
(4)上述实施例中，在图3、图4的位于附图右上的光电二级管11a、位于附图左下的光电二级管11b之间，相互结合与各光电二级管11a、11b对应的蓄积用/垂直传送用CCD单元12a、12b、13a、13b，将光电二级管11a作为与计测相关的光电二级管、将另一方的光电二级管11b作为与计测无关的光电二级管，但光电二级管11a、11b的位置关系不限定于图3、图4所示的关系。
例如图5所示，可以将从光电二级管11a观察位于正下的光电二级管11设为与计测无关的光电二级管11b。此时，与光电二级管11b对应的蓄积用CCD单元12b、垂直传送用CCD单元13b、写入栅极14b、汇流栅极15b成为图5所示的位置。该情况下，通过电源部9a(参照图1(a))操作汇流栅极15b以及与其邻接的各蓄积用CCD单元12a、12b的电位，将信号电荷“13”～“28”顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13a在内的各蓄积用CCD单元12a，并且，信号电荷“12”写入汇流栅极15b，信号电荷“1”～“11”顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13b在内的各蓄积用CCD单元12b。在该变形例的情况下，汇流栅极15b相当于本发明中的结合机构。图5的蓄积用CCD单元12a、12b以及垂直传送用CCD单元13a、13b中的数字表示各自的信号电荷“1”～“28”。
在将这些信号电荷“1”～“28”传送给图2所示的水平传送用CCD单元17时，进行以下的步骤。即，首先针对顺次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13a在内的蓄积用CCD单元12a的信号电荷“12”～“28”而言，通过垂直传送用CCD单元13a顺次进行传送。将从垂直传送用CCD单元13a传送的信号电荷“12”～“28”传送给图2所示的水平传送用CCD单元17。每当逐次传送信号电荷“12”～“28”时，都针对信号电荷“1”～“11”按照“11”～“1”的顺序依次蓄积于包括垂直传送用CCD单元13a在内的蓄积用CCD单元12a，通过垂直传送用CCD单元13a顺次进行传送。从垂直传送用CCD单元13a传送的信号电荷“1”～“11”也传送给图2所示的水平传送用CCD单元17。
另外，也可以在写入栅极14b中另外设置与图2所示的水平传送用CCD单元17连接的传送路径，经由该传送路径将信号电荷“1”～“11”传送给水平传送用CCD单元17。
综上所述，在图5的情况下，针对其他的光电二级管11而言，如果也将位于上侧的光电二级管11设为与计测相关的光电二级管11，将位于其正下的光电二级管11设为与计测无关的光电二级管11，并相互结合，则分辨率会与位于正下的光电二级管11相应地降低。因此，从附图进行观察水平方向(横向)的分辨率不变化，垂直方向(纵向)的分辨率变为1/2。
(5)本发明在任意的摄像方式中都可以使用。作为摄像方式主要有IL(Interline)方式、FT(Frame Transfer)方式、FFT(Full Frame Transfer)方式、FIT(Frame Interline Transfer)方式等。通过组合于这些方式，摄像元件的构造也发生变化。
例如，在图6(a)所示的构造的情况下，按各个光电二级管11以二维方式在水平方向配置多个(图6(a)中为4个)蓄积用CCD单元12，在垂直方向配置多个(图6(a)中为6个)蓄积用CCD单元12。在通常的摄影的情况下，如图6(a)所示，写入栅极14a将从光电二级管11a读出的信号电荷“1”写入到与其邻接的蓄积用CCD单元12a。直到将第四个信号电荷“4”写入到与写入栅极14a邻接的蓄积用CCD单元12a为止，将信号电荷“1”～“3”在水平方向顺次传送存储于邻接的蓄积用CCD单元12a。然后，在垂直方向顺次传送存储。即，在本实施例的情况下，在与一个光电二级管11对应的蓄积用CCD单元12中蓄积有共计24个信号电荷“1”～“24”。在将信号电荷新写入到蓄积用CCD单元12的情况下，旧的信号电荷排出到设置于光电二级管11的漏极18。在图6(a)的情况下，旧的信号电荷“1”～“4”排出到设置于光电二级管11b的漏极18b。图6(a)的蓄积用CCD单元12a中的数字表示各自的信号电荷“1”～“24”。
与上述的实施例同样地，在进行结合时如图6(b)所示，替代图6(a)的漏极18b，将结合单元19a设置于光电二级管11b，由此向写入栅极14b进行传送。通过如此构成，在图6(b)所示的各光电二级管11a、11b之间结合蓄积用CCD单元12a、12b。在该变形例的情况下，结合单元19a相当于本发明中的结合机构。
在图6的构造中，如上述变形例(4)所示，光电二级管11a、11b的位置关系也不限定于图6的所示的关系。在图6的附图中，可以将从光电二级管11a观察位于正下方的光电二级管设为与计测无关的光电二级管11b。另外，在图6的附图中，也可以将从光电二级管11a观察位于右侧或左侧的光电二级管11设为与计测无关的光电二级管11b。
工业上的可利用性综上所述，本发明使用于将光电转换机构和电荷蓄积机构等配置在同一芯片上的摄像元件。
权利要求
1.一种摄像元件，是进行摄像的摄像元件，其特征在于，具备(1)多个光电转换机构；其通过将入射光转换为电荷来产生与该光的强度对应的信号电荷；(2)多个电荷蓄积机构，其对从该光电转换机构产生的信号电荷进行蓄积存储；和(3)结合机构，其在相互不同的多个光电转换机构之间相互结合多个电荷蓄积机构，通过该结合，在与所述光电转换的计测相关的光电转换机构以及与所述计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，将与所述计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与所述计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，对下述两种状态进行切换来执行计测，所述两种状态包括(a)通过所述结合机构，在与所述计测相关的光电转换机构以及与计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，一边将与计测相关的光电转换机构的信号电荷蓄积存储于两者的电荷蓄积机构一边进行计测；和(b)不结合两者的电荷蓄积机构，而一边将每个光电转换机构的信号电荷蓄积存储于与各自对应的各电荷蓄积机构，一边进行计测。
3.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，具备(4)电荷传送控制机构，其按照将与所述计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与所述计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构的方式，控制电荷的传送，并根据该控制对所述结合机构进行操作。
4.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，所述光电转换机构是光电二级管。
5.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，所述摄像元件是多个所述电荷蓄积机构以线状向倾斜方向延伸，通过该向倾斜方向延伸的线状电荷蓄积机构在与水平以及垂直平行的方向排列配设各个所述光电转换机构而构成的斜行CCD型固体摄像元件。
6.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，所述光电转换机构是光电二级管，且所述电荷蓄积机构是CCD单元，所述结合机构是切换栅极，将从光电二级管读出的信号电荷写入到邻接的CCD单元的写入栅极分别配设在各光电二级管的附近，将所述切换栅极配设成与成为结合对象的一方光电二级管侧的CCD单元连接，并且，与成为结合对象的另一方邻接的光电二级管侧的所述写入栅极连接。
7.根据权利要求6所述的摄像元件，其特征在于，基于施加在所述写入栅极的电位切换下述两种状态来进行计测，所述两种状态包括(a’)通过所述切换栅极，在与所述计测相关的光电二级管以及与所述计测无关的光电二级管之间，相互结合与各光电二级管对应的CCD单元，一边将与计测相关的光电二级管的信号电荷蓄积存储于两者的CCD单元一边进行计测；和(b’)不结合两者的CCD单元，而一边将每个光电二级管的信号电荷蓄积存储于与各自对应的各CCD单元，一边进行计测。
8.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，在各个所述光电转换机构之间，所述结合机构在水平方向结合多个所述电荷蓄积机构。
9.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，在各个所述光电转换机构之间，所述结合机构在垂直方向结合多个所述电荷蓄积机构。
10.一种摄像装置，是采用了摄像元件的摄像装置，该摄像元件具备(1)多个光电转换机构；其通过将入射光转换为电荷来产生与该光的强度对应的信号电荷；(2)多个电荷蓄积机构，其对从该光电转换机构产生的信号电荷进行蓄积存储；和(3)结合机构，其在相互不同的多个光电转换机构之间相互结合多个电荷蓄积机构，通过该结合，在与所述光电转换的计测相关的光电转换机构以及与所述计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，将与所述计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与所述计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构。
11.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，对下述两种状态进行切换来执行计测，所述两种状态包括(a)通过所述结合机构，在与所述计测相关的光电转换机构以及与计测无关的光电转换机构之间，相互结合与各光电转换机构对应的电荷蓄积机构，一边将与计测相关的光电转换机构的信号电荷蓄积存储于两者的电荷蓄积机构一边进行计测；和(b)不结合两者的电荷蓄积机构，而一边将每个光电转换机构的信号电荷蓄积存储于与各自对应的各电荷蓄积机构，一边进行计测。
12.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，具备电荷传送控制机构，其按照将与所述计测相关的光电转换机构的信号电荷，蓄积存储于与该光电转换机构对应的电荷蓄积机构以及与所述计测无关的光电转换机构所对应的电荷蓄积机构的方式，控制电荷的传送，并根据该控制对所述结合机构进行操作。
13.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，所述光电转换机构是光电二级管。
14.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，所述摄像元件是多个所述电荷蓄积机构以线状向倾斜方向延伸，通过该向倾斜方向延伸的线状电荷蓄积机构在水平以及垂直平行的方向排列配设各个所述光电转换机构而构成的斜行CCD型固体摄像元件。
15.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，所述光电转换机构是光电二级管，且所述电荷蓄积机构是CCD单元，所述结合机构是切换栅极，将从光电二级管读出的信号电荷写入到邻接的CCD单元的写入栅极分别配设在各光电二级管的附近，将所述切换栅极配设成与成为结合对象的一方光电二级管侧的CCD单元连接，并且，与成为结合对象的另一方邻接的光电二级管侧的所述写入栅极连接。
16.根据权利要求15所述的摄像装置，其特征在于，基于施加在所述写入栅极的电位切换下述两种状态来进行计测，所述两种状态包括(a’)通过所述切换栅极，在与所述计测相关的光电二级管以及与所述计测无关的光电二级管之间，相互结合与各光电二级管对应的CCD单元，一边将与计测相关的光电二级管的信号电荷蓄积存储于两者的CCD单元一边进行计测；和(b’)不结合两者的CCD单元，而一边将每个光电二级管的信号电荷蓄积存储于与各自对应的各CCD单元，一边进行计测。
17.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，在各个所述光电转换机构之间，所述结合机构在水平方向结合多个所述电荷蓄积机构。
18.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，在各个所述光电转换机构之间，所述结合机构在垂直方向结合多个所述电荷蓄积机构。
全文摘要
本发明的摄像元件以及使用了该摄像元件的摄像装置，具备在相互不同的多个光电二级管之间相互结合多个蓄积用/垂直传送用CCD单元的切换栅极。通过切换栅极中的切换栅极在与光电二级管的计测相关的光电二级管以及与上述计测无关的光电二级管之间，相互结合与各光电二级管对应的蓄积用/垂直传送用CCD单元。然后，将光电二级管的信号电荷蓄积存储于与其对应的蓄积用CCD单元以及与光电二级管对应的蓄积用CCD单元。
文档编号H04N5/335GK101027901SQ20058003193
公开日2007年8月29日 申请日期2005年9月20日 优先权日2004年9月24日
发明者近藤泰志 申请人:株式会社岛津制作所