JP3939869B2

JP3939869B2 - Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device

Info

Publication number: JP3939869B2
Application number: JP35498798A
Authority: JP
Inventors: 勝見武田; 信一田代; 静鈴木; 和秋平田; ▲琢▼己山口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2018-12-14
Also published as: JP2000184288A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオムービーカメラ等のカメラと、これに用いられる固体撮像装置に関し、特に、高速度撮影が可能な固体撮像装置とこのような固体撮像装置を備えたカメラ、およびこの固体撮像装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子を利用したビデオムービーカメラが普及し、さらなる高付加価値化が要望されている。特に、３倍速や６倍速等の高速度撮影や、ズーム（拡大）、手振れ防止など、固体撮像素子の駆動タイミングによる特殊効果が求められている。なお、高速度撮影とは、例えば３倍速の場合であれば、光電変換素子から読み出した信号電荷を画像信号として固体撮像装置から出力する動作を、１フレーム期間に３サイクル行うことをいう。
【０００３】
ここで、高速度撮影が可能な従来の固体撮像素子の構成と、その構成における高速度撮影の方法について説明する。
【０００４】
図２１に、従来の固体撮像素子の構成の一例を示す。この固体撮像素子は、マルチメディア用途として一般的に用いられているものであり、４８０行、６４０列の行列状に配置された画素を有する。画素の各々には、光電変換素子としてのフォトダイオード８１が設けられている。
【０００５】
また、上記従来の固体撮像素子は、フォトダイオード８１に蓄積される信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部８２と、垂直転送部８２から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平転送部８３と、水平転送部８３からの信号電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力する信号電荷検出部８４とを備えている。
【０００６】
説明を分かりやすくするために、図２１において、第ｍ行第ｎ列の画素に対応するフォトダイオード８１を表す矩形の中に（ｍ，ｎ）のように記載すると共に、以下の説明では、フォトダイオード８１（ｍ，ｎ）のように表記する。なお、水平転送部８３に最も近い行を第１行とし、信号電荷検出部８４に最も近い列を第１列とする。
【０００７】
垂直転送部８２は、０Ｖと約−９Ｖの二値の転送パルスが３相以上印加される垂直転送電極を備えている。この転送電極の１つ、または複数の転送電極に約１５Ｖの電圧を印加することにより、フォトダイオード８１に蓄積された電荷が垂直転送部８２に転送される。
【０００８】
図２１に示した構成では、垂直転送部８２は、３相の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ３を備え、Ｖ１に１５Ｖの電圧を印加することにより、フォトダイオード８１に蓄積された信号電荷を垂直転送部８２の垂直転送電極Ｖ１下へ転送するように構成されている。
【０００９】
図２２および図２４に、上記従来の固体撮像素子における駆動信号のタイミングチャートを示す。なお、図２２は通常速度による撮影時、図２４は高速度による撮影時の駆動タイミングを表し、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号である。また、φＶ１〜φＶ３のそれぞれは、図２１に示した垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ３のそれぞれに印加されるパルスである。
【００１０】
なお、垂直同期信号ＶＤの周波数は、ＮＴＳＣ方式における垂直同期信号の半分の３０Ｈｚであり、水平同期信号ＨＤの周波数は、１５．７ＫＨｚである。１フレーム期間の水平走査線の数は５２５本である。図２２および図２４では、水平同期信号ＨＤにおいて各水平走査線に対応するパルスに、ｈ１〜ｈ５２５の符号を付して示す。
【００１１】
まず、図２２および図２３に基づいて、通常速度による撮影時の動作を説明する。この場合、図２１に示した４８０行、６４０列のすべてのフォトダイオード８１に蓄積された信号電荷を出力させる。このため、垂直同期信号ＶＤの１周期である１フレーム期間（１／３０秒）に一回、φＶ１に１５Ｖの電圧を印加することにより、フォトダイオード８１に蓄積された信号電荷を垂直転送部８２の垂直転送電極Ｖ１下へ読み出す。
【００１２】
さらに、垂直転送を１行分行うために、φＶ１・φＶ２・φＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第１行のフォトダイオード８１、すなわちフォトダイオード８１（１，１）〜フォトダイオード８１（１，６４０）から読み出された信号電荷が、水平転送部８３へ転送される。その後、水平転送部８３により、上記の１行分の信号電荷が、信号電荷検出部８４へ出力される。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図２３に示す。
【００１３】
水平転送部８３から信号電荷検出部８４への水平転送は、図２１に示す端子Ｈ１およびＨ２から印加される２相の水平転送パルスによって制御されるが、この水平転送パルスは周知であるので、図２２および図２４では記載を省略する。
【００１４】
上述のように、１行分の信号電荷の出力が完了した後、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスをφＶ１・φＶ２・φＶ３に印加することにより、第２行のフォトダイオード８１、すなわちフォトダイオード８１（２，１）〜フォトダイオード８１（２，６４０）から読み出された信号電荷を水平転送部８３に転送し、第１行と同様に信号電荷検出部８４へ出力する。
【００１５】
これを同様に繰り返し、第４８０行のフォトダイオード８１（４８０，１）〜フォトダイオード８１（４８０，６４０）から読み出された信号電荷を出力した後、再びφＶ１に１５Ｖの電圧を印加することにより、再び４８０行、６４０列のフォトダイオード８１のすべてから、蓄積された信号電荷を読み出す。
【００１６】
以上の処理を繰り返すことにより、通常速度による撮影が行われる。
【００１７】
次に、図２４および図２５に基づいて、４倍の高速度撮影時の動作を説明する。４倍の高速度撮影とは、フォトダイオード８１から垂直転送部８２へ信号電荷を読み出し、水平転送部８３及び信号電荷検出部８４より信号出力する処理を１サイクルとした場合、１フレーム期間に４サイクルの処理を行うことをいう。
【００１８】
この場合、図２１に示す４８０行、６４０列のフォトダイオード８１の内、垂直方向において中央の１１０行分、すなわち第１８６行〜第２９５行のフォトダイオード８１に蓄積された信号電荷のみを出力させる。
【００１９】
まず、φＶ１に１５Ｖの電圧を印加することにより、すべてのフォトダイオード８１から、蓄積された信号電荷を垂直転送部８２の垂直転送電極Ｖ１下へ読み出す。
【００２０】
次に、垂直転送部８２において、第１行〜第１８５行の１８５行分のフォトダイオード８１から読み出された信号電荷の高速転送を行う。高速転送とは、垂直転送部８２から水平転送部８３へ信号電荷が転送された後、水平転送部８３から信号電荷検出部８４への転送終了を待たずに、垂直転送部８２から水平転送部８３への信号電荷の転送を連続して行うことをいう。このため、高速転送期間中の信号電荷検出部８４からの信号出力は、映像信号としては使用できず、不要電荷として排出される。
【００２１】
なお、垂直転送部８２の高速転送周波数は、約３００ｋＨｚが一般的とされている。つまり、１水平走査期間（６３．５μｓ）に１９行分の信号電荷を垂直方向に転送することが可能である。
【００２２】
上記の高速転送によって第１８５行の信号電荷の転送が終了した後、通常の周波数で、第１８６行のフォトダイオード８１から読み出された信号電荷の垂直転送を行う。さらに、水平転送部８３から、この１行分の信号電荷を、信号電荷検出部８４を介して出力する。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図２５に示す。
【００２３】
同様に、通常の周波数で、第１８７行以降の信号電荷を順次信号出力させ、第２９５行のフォトダイオード８１から読み出された信号電荷を出力した後、再び高速転送を開始し、４８０行の内の残りの１８５行分すなわち第２９６行〜第４８０行のフォトダイオード８１から読み出された信号電荷を不要電荷として排出する。
【００２４】
以上の処理が１サイクルであり、この１サイクルの期間は、約１３０水平走査期間に相当する。すなわち、５２５水平走査期間の１フレームに対し、４サイクルの実現が可能となる。言い換えれば、１フレーム期間（１／３０秒）に１１０行分の映像信号を４回出力することにより、４倍の高速度撮影を行うことができる。
【００２５】
１サイクルあたり約１３０水平走査期間の内訳は、１水平走査期間毎に１回の垂直転送を１１０回行う通常転送に要する１１０水平走査期間と、前述したように１水平走査期間毎に１９回の不要電荷排出を行う高速転送に要する約２０水平走査期間との和である。
【００２６】
Ｎ倍速の高速度撮影時に映像信号として読み出されるフォトダイオードの行数をＭとすると、ＮとＭとの関係は、次式で表すことができる。なお、厳密には、フォトダイオード８１から垂直転送部８２への読み出しに必要な時間等の考慮が必要である。
【００２７】
【数２】
５２５／｛Ｍ＋（４８０−Ｍ）／１９）｝＝Ｎ
【００２８】
上記した従来の固体撮像素子の場合、４倍速の高速度撮影なので上記数２でＮ＝４とすることにより、Ｍ＝１１０となる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
このような固体撮像素子を用いて高速度撮影を行う場合、更なる高速化を実現するためには、固体撮像素子の駆動周波数を高速化することが必要である。しかし、駆動周波数の高速化は、転送効率等の特性の悪化を伴うため、容易ではないという問題がある。
【００３０】
本発明は、上記の問題を解決するために、駆動周波数を高速化することなく、光電変換素子から読み出した電荷の垂直転送を行うことにより、転送効率等の特性の悪化を伴うことなく高速度撮影が可能な固体撮像装置およびこれを用いたカメラと、この固体撮像装置の駆動方法とを提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置の第１の駆動方法は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第１のステップと、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第２のステップを備えたことを特徴とする。
【００３２】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置の第２の駆動方法は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第３のステップと、前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第４のステップと、ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第５のステップを備えたことを特徴とする。
【００３３】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置の第３の駆動方法は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第１のステップと、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り、前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第２のステップと、からなる第１のモードと、前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第３のステップと、前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第４のステップと、ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第５のステップと、からなる第２のモードを備え、前記第１のモードと前記第２のモードを選択することを特徴とする。
【００３４】
前記の第１〜第３の駆動方法において、前記ステップおよび前記モードは、高速度撮影のときに用いることが好ましい。さらに、前記高速度撮影とともに、通常撮影を行うことが好ましい。
【００３５】
前記の第１〜第３の駆動方法において、１フレーム期間の水平走査期間数をＨ、１フレーム期間に前記信号電荷を読み出す回数をＮとすると、ｋ、Ｈ、およびＮの間に、
【００３６】
【数３】
Ｈ／Ｎ≧ｋ
が成り立つことが好ましい。
【００３７】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる第１の固体撮像装置は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置において、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出し、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行うことを特徴とする。
【００３８】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる第２の固体撮像装置は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置において、前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出し、前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行い、ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ、選択的に前記信号電荷を読み出すことを特徴とする。
【００３９】
上記の目的を達成するために、本発明にかかるカメラは、前記第１または第２の固体撮像装置と、光学系と、前記固体撮像装置で得られた映像信号を処理する処理回路と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
本実施形態の固体撮像装置は、図１に示すように、複数の画素（図示省略）が配置された光電変換部１０と、信号制御部５とを備え、信号制御部５による制御の下で、この光電変換部１０から読み出された電荷を電荷検出部４へ転送し、映像信号に変換して出力する構成である。
【００４２】
本固体撮像装置は、図２に示すように、水平方向に６４０個（列）、垂直方向に４８０個（行）の行列状に配置された光電変換素子１から構成される光電変換部を備えている。なお、光電変換素子１としては、フォトダイオードを用いることができる。
【００４３】
本固体撮像装置は、光電変換素子１に蓄積される信号電荷を読み出して垂直方向へ転送する垂直転送部２と、垂直転送部２から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部３と、水平転送部３から転送された信号電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力する信号電荷検出部４とを備えている。
【００４４】
説明を分かりやすくするために、図２において、第ｍ行第ｎ列の画素に対応する光電変換素子１を表す矩形の中に（ｍ，ｎ）のように記載すると共に、以下の説明では必要に応じて、光電変換素子１（ｍ，ｎ）のように表記する。なお、図２において水平転送部３に最も近い行を第１行とし、信号電荷検出部４に最も近い列を第１列とする。
【００４５】
図２に示したとおり、光電変換素子１の各行には、３相の電極が接続されている。第１行〜第１３０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ａ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続され、第１３１行〜第４８０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続される。
【００４６】
垂直転送部２は、電極Ｖ１ＡおよびＶ１Ｂのそれぞれに１５Ｖの電圧を印加することにより、光電変換素子１から蓄積された信号電荷を読み出し、さらに、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに０Ｖあるいは−９Ｖの３相の転送パルスを印加することにより、読み出した信号電荷を、水平転送部３へ垂直方向に転送する。
【００４７】
水平転送部３は、端子Ｈ１およびＨ２から２相の転送パルスが印加されることにより、垂直転送部２から転送された信号電荷を、信号電荷検出部４へ転送する。
【００４８】
次に、図３〜図６に基づき、本固体撮像装置の動作を説明する。図３は通常速度による撮影時、図５は高速度による撮影時のタイミングチャートである。図３および図５において、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号である。また、φＶ１Ａ、φＶ１Ｂ、φＶ２、およびφＶ３のそれぞれは、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに印加されるパルスである。
【００４９】
なお、垂直同期信号ＶＤの周波数は、ＮＴＳＣ方式における垂直同期信号の半分の３０Ｈｚであり、水平同期信号ＨＤの周波数は、１５．７ｋＨｚである。１フレーム期間の水平走査線の数は５２５本である。図３および図５では、水平同期信号ＨＤにおいて各水平走査線に対応するパルスに、ｈ１〜ｈ５２５の符号を付して示す。
【００５０】
まず、図３および図４を参照しながら、通常速度による撮影時の動作について説明する。なお、通常速度による撮影とは、１フレーム期間（１／３０秒）に一回ずつ、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１から得られる信号電荷を出力することをいう。
【００５１】
まず、図３においてφＶ１ＡおよびφＶ１Ｂに示すとおり、電極Ｖ１ＡおよびＶ１Ｂに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を同時に印加することにより、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１に蓄積された信号電荷を、垂直転送部２の電極Ｖ１ＡおよびＶ１Ｂの下へ読み出す。
【００５２】
続いて、垂直転送を１行分行うために、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、第１行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（１，１）〜光電変換素子１（１，６４０）から読み出された信号電荷が、水平転送部３へ転送される。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図４に示す。
【００５３】
その後、水平転送部３により、第１行の信号電荷は、信号電荷検出部４へ出力される。なお、図３では、水平転送部３に印加する水平転送パルスは図示を省略する。
【００５４】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３へ、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、第２行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（２，１）〜光電変換素子１（２，６４０）から読み出された信号電荷を水平転送部３に転送し、第１行と同様に、信号電荷検出部４へ出力する。
【００５５】
以降、同様に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加するたびに、光電変換素子１から読み出した信号電荷を１行分ずつ水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力する。通常速度の撮影時には、上記の１５Ｖの読み出しパルスの印加を１フレーム期間に１回ずつ行い、読み出しパルスの後に、上記の垂直転送パルスを１フレーム期間に４８０回印加することにより、４８０行分の信号電荷を出力する。
【００５６】
次に、図５および図６を参照しながら、高速度による撮影について説明する。本実施形態では、第１行〜第１３０行の光電変換素子１から信号電荷を読み出して信号電荷検出部４へ出力する処理を、１フレーム期間に４サイクル行うことにより、４倍速の高速度撮影を実現する。
【００５７】
まず、図５に示すように、電極Ｖ１Ａのみへ１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を印加することにより、電極Ｖ１Ａが接続されている第１行〜第１３０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷のみを、垂直転送部２の電極Ｖ１Ａの下へ読み出す。このとき、通常速度による撮影時とは異なり、電極Ｖ１Ｂには読み出しパルスを印加しないので、第１３１行〜第４８０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷は、垂直転送部２へ読み出されない。
【００５８】
電極Ｖ１Ａの下へ信号電荷を読み出した後、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、第１行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（１，１）〜光電変換素子１（１，６４０）から読み出した信号電荷を水平転送部３へ転送する。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図６に示す。
【００５９】
その後、水平転送部３から、第１行の信号電荷が信号電荷検出部４へ出力される。なお、図５においても、水平転送部３に印加する水平転送パルスは図示を省略する。
【００６０】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ印加することにより、第１行と同様に、第２行の信号電荷が水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力される。
【００６１】
このように、１５Ｖの読み出しパルスを印加した後に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスの印加を１３０回繰り返すことにより、第１行〜第１３０行までの信号電荷を出力する。ここまでが、１サイクルである。第１３０行の信号電荷を出力した後は、残りの第１３１行〜第４８０行の３５０行分の信号電荷の転送をすることなく、２サイクル目の信号電荷の読み出しを行うために、再び、電極Ｖ１Ａへ１５Ｖの読み出しパルスを印加する。
【００６２】
上記したように、本実施形態の固体撮像装置は、４８０行６４０列の光電変換素子１に蓄積された信号電荷の内、水平転送部３に近い側の１３０行分のみ、すなわち第１行〜第１３０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷のみを、信号電荷検出部４へ転送するので、従来必要であった高速転送が不要となり、従来より短い期間での信号出力が可能である。また、１サイクル期間の長さを従来と同じにすれば、より多くの信号出力を得ることが可能である。
【００６３】
本実施形態の高速度撮影の例では、１サイクルは約１３０水平走査期間に相当し、１フレーム（５２５水平走査期間）に対して４サイクルの実現が可能となる。すなわち、１フレーム期間（１／３０秒）に１３０行分の映像信号を、４回出力することができる。
【００６４】
ここで本実施形態の固体撮像装置におけるＮ倍速の高速度撮影時において、映像信号として読み出される光電変換素子１の行数をｋとすると、Ｎとｋとの関係は次式で表すことができる。なお、厳密には、光電変換素子１から垂直転送部２への読み出しに必要な時間等の考慮が必要である。
【００６５】
【数４】
５２５／Ｎ＝ｋ
【００６６】
本実施形態で上記した例では、４倍の高速度撮影なのでＮ＝４となり、数４より、ｋは約１３０行となる。
【００６７】
また、Ｎ倍速の高速度撮影において、本実施形態における１サイクルあたりの信号出力行数ｋと、従来方式で得られる信号出力行数Ｍとの差は、数２および数４から下記のとおりに導かれる。
【００６８】
【数５】
ｋ−Ｍ＝５２５／Ｎ−１９×（５２５／Ｎ−４８０／１９）／１８
＝２６．６−５２５／（１８×Ｎ）
【００６９】
つまり、Ｎが２以上の場合、上記数５の式の値は正となるので、同じＮ倍（Ｎは２以上）の高速度撮影において１サイクルに得られる信号出力行数は、従来よりも本実施形態の方が多いことがわかる。
【００７０】
本実施形態の構成では、高速度撮影時における信号出力行数を可変とすることはできないが、所定の高速度倍率による高速度撮影時では、従来方式よりも多くの信号出力行数を得ることが可能である。
【００７１】
（実施の形態２）
本発明の他の実施形態について説明すれば以下のとおりである。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００７２】
本固体撮像装置は、実施の形態１で説明した固体撮像装置と比較すると、垂直転送部の構成と、信号制御部５から垂直転送部に与えられる駆動信号とが異なっている。
【００７３】
本固体撮像装置では、図７に示すように、光電変換素子１の各行に、３相の電極が接続されている。第１行〜第１７５行および第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続され、第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続される。
【００７４】
垂直転送部１２は、電極Ｖ１ＣおよびＶ１Ｄのそれぞれに１５Ｖの電圧を選択的に印加することにより、必要な光電変換素子１から蓄積された信号電荷を読み出し、さらに、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに、０Ｖあるいは−９Ｖの３相の転送パルスを印加することにより、読み出した信号電荷を、水平転送部３へ垂直方向に転送する。
【００７５】
次に、図８〜図１１に基づき、本固体撮像装置の動作を説明する。図８は通常速度による撮影時、図１０は高速度による撮影時のタイミングチャートである。図８および図１０において、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号である。また、φＶ１Ｃ、φＶ１Ｄ、φＶ２、およびφＶ３のそれぞれは、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに印加されるパルスである。
【００７６】
まず、図８および図９を参照しながら、通常速度による撮影時の動作について説明する。なお、通常速度による撮影とは、１フレーム期間（１／３０秒）に一回ずつ、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１から得られる信号電荷を出力することをいう。
【００７７】
まず、図８においてφＶ１ＣおよびφＶ１Ｄに示すとおり、電極Ｖ１ＣおよびＶ１Ｄに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を同時に印加することにより、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１に蓄積された信号電荷を、垂直転送部１２の電極Ｖ１ＣおよびＶ１Ｄの下へ読み出す。
【００７８】
続いて、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第１行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（１，１）〜光電変換素子１（１，６４０）から読み出された信号電荷が、水平転送部３へ転送される。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図９に示す。
【００７９】
その後、水平転送部３により、第１行の信号電荷は、信号電荷検出部４へ出力される。
【００８０】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３へ、再び、０Ｖまたは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、第２行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（２，１）〜光電変換素子１（２，６４０）から読み出された信号電荷を水平転送部３に転送し、第１行と同様に、信号電荷検出部４へ出力する。
【００８１】
以降、同様に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加するたびに、光電変換素子１から読み出した信号電荷を１行分ずつ水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力する。通常速度の撮影時には、上記の１５Ｖの読み出しパルスの印加を１フレーム期間に１回ずつ行い、読み出しパルスの後に、上記の垂直転送パルスを１フレーム期間に４８０回印加することにより、４８０行分の信号電荷を出力する。
【００８２】
次に、図１０および図１１を参照しながら、高速度による撮影について説明する。本実施形態では、４８０行６４０列の光電変換素子１のうち、垂直方向において中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１の信号電荷を信号電荷検出部４へ出力する処理を、１フレーム期間に４サイクル行うことにより、４倍速の高速度撮影を実現する。
【００８３】
このように垂直方向において中央部分の光電変換素子１から得た信号電荷を出力することにより、光学的に倍率変化をさせた場合に、映像信号の中心位置が変化しないという利点がある。
【００８４】
まず、図１０に示すように、電極Ｖ１Ｃのみへ１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を印加することにより、電極Ｖ１Ｃが接続されている第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷のみを、垂直転送部１２の電極Ｖ１Ｃの下へ読み出す。このとき、通常速度による撮影時とは異なり、電極Ｖ１Ｄには読み出しパルスを印加しないので、第１行〜第１７５行および第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷は、垂直転送部１２へ読み出されない。
【００８５】
このように電極Ｖ１Ｃの下へ信号電荷を読み出した後、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送する。さらに、第１行の信号電荷は水平転送部３から信号電荷検出部４へ出力される。しかし、第１行の光電変換素子１からは信号電荷を読み出していないので、信号電荷検出部４からは実際の信号出力はない。このときに、第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図１１に示す。
【００８６】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ１回印加することにより、第１行と同様に、第２行の信号電荷が水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力される。しかし、第２行の光電変換素子１からも信号電荷は読み出されていないので、信号電荷検出部４から実際の信号出力はない。
【００８７】
このように、１５Ｖの読み出しパルスを印加した後に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスの印加を１３０回繰り返すことにより、第１行〜第１３０行までの信号電荷を水平転送部３から信号電荷検出部４へ出力する。ここまでが、１サイクルである。しかし、前述したように、第１行〜第１３０行の光電変換素子１からは信号電荷は読み出されていないので、１サイクル目では、信号電荷検出部４からの信号出力はない。
【００８８】
なお、１サイクル目が終了した時点の垂直転送部１２の信号電荷の状態は、図１２（ｂ）に示すとおりである。すなわち、１サイクル目の読み出しパルスで光電変換素子１から信号電荷の読み出しを行った直後は、図１２（ａ）に示すように、全４８０行の中央の１３０行分すなわち第１７６行〜第３０５行から読み出された信号電荷が、図１２（ａ）において左下がりの斜線を付した領域に存在する。なお、信号電荷が存在しない領域を白抜きで表した。そして、１サイクル目に垂直転送パルスが１３０回印加されたことにより、垂直転送部１２において信号電荷が垂直方向に１３０行分転送された結果、１サイクル目が終了した時点の垂直転送部１２の信号電荷の配置は、図１２（ｂ）に示すとおりとなる。
【００８９】
次に、このように１サイクル目が終了した後に、垂直転送部１２の信号電荷を排出することなく、再び、１５Ｖの読み出しパルスを電極Ｖ１Ｃへ印加する。ここからが２サイクル目である。垂直転送部１２の信号電荷を排出することなく、２サイクル目の読み出しパルスによって再び第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１のみから垂直転送部１２へ信号電荷を読み出すことにより、図１２（ｃ）において右下がりの斜線を付した領域に、１サイクル目の１３０行分の信号電荷と重なることなく、２サイクル目の１３０行分の信号電荷が垂直転送部１２へ読み出される。
【００９０】
垂直転送部１２は、２サイクル目の読み出しパルスを印加した後、１サイクル目と同様に、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスの印加を開始するが、図１２（ｃ）から分かるように、最初の４５行分の信号電荷の転送の間は、信号電荷検出部４からは実際の信号出力はない。
【００９１】
そして、２サイクル目において４６回目の垂直転送パルスを印加したところで、１サイクル目に垂直転送部１２へ読み出した第１７６行の信号電荷が水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力されることとなる。
【００９２】
すなわち、垂直方向にて中央に位置するＫ行分の光電変換素子１から読み出された信号電荷は、読み出しパルスによって電極Ｖ１Ｃの下へ読み出された後、さらに｛（４８０−Ｋ）／２｝回の垂直転送が行われた後に、信号電荷検出部４から出力され始めることとなる。
【００９３】
２サイクル目において合計１３０回の垂直転送パルスの印加が終了した時点の垂直転送部１２の状態は、図１２（ｄ）に示すとおりである。つまり、１サイクル目に読み出した１３０行分の信号電荷の内の８５行、すなわち図１０に示すように第１７６行〜第２６０行までが、水平転送部３へ転送され、さらに水平転送部３から信号電荷検出部４へ送られて出力される。
【００９４】
続いて、垂直転送部１２の電荷を排出することなく、図１０に示すように、３サイクル目の読み出しパルスとして、再び１５Ｖの電圧が電極Ｖ１Ｃのみへ印加される。この読み出しパルスの直後の垂直転送部１２の状態は、図１２（ｅ）に示すとおりである。つまり、１サイクル目および２サイクル目に読み出された信号電荷と重なることなく、図１２（ｅ）において左下がりの破線を付した領域に、３サイクル目に第１７６行〜第３０５行から読み出された信号電荷が格納される。
【００９５】
そして、３サイクル目の読み出しパルスの後に、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１３０回印加することにより、図１０および図１２（ｅ）から分かるように、１サイクル目に読み出した信号電荷の残りの４５行分と、２サイクル目に読み出した信号電荷の８５行分を水平転送部３へ転送し、さらに水平転送部３から信号電荷検出部４へ送って出力する。
【００９６】
以降、各サイクル毎に、読み出しパルスとして１５Ｖの電圧を電極Ｖ１Ｃのみへ印加した後、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１３０回印加することを繰り返すことにより、垂直方向にて中央に位置する１３０行分（第１７６行〜第３０５行）の信号電荷が、連続して水平転送部３へ転送されて、信号電荷検出部４から出力されることとなる。
【００９７】
本実施形態では、上述のように１サイクルが約１３０水平走査期間に相当するので、５２５水平走査期間の１フレーム期間に、４サイクルの実現が可能となる。これにより、最初の読み出しパルスを印加してから約１７５水平期間分の待ち時間が生じるが、この待ち時間以降は、１３０行分の信号を１フレームに４回ずつ出力する４倍速の高速度撮影が実現される。
【００９８】
このように、本実施形態の固体撮像装置は、４８０行６４０列の光電変換素子１に蓄積された信号電荷の内、垂直方向において中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷のみを、信号電荷検出部４へ転送するので、従来必要であった高速転送が不要となり、従来より短い期間での信号出力が可能である。また、１サイクル期間の長さを従来と同じにすれば、より多くの信号出力を得ることが可能である。
【００９９】
ここでＮ倍速の高速度撮影時において、映像信号として読み出される光電変換素子１の行数をＫとすると、ＮとＫとの関係は次式で表すことができる。なお、厳密には、光電変換素子１から垂直転送部１２への読み出しに必要な時間等の考慮が必要である。
【０１００】
【数６】
５２５／Ｎ＝Ｋ
【０１０１】
本実施形態で上記した例では、４倍の高速度撮影なのでＮ＝４となり、数６より、Ｋは約１３０行となる。
【０１０２】
また、Ｎ倍速の高速度撮影において、本実施形態における１サイクルあたりの信号出力行数Ｋと、従来方式で得られる信号出力行数Ｍとの差は、数２および数６から下記のとおりに導かれる。
【０１０３】
【数７】
Ｋ−Ｍ＝５２５／Ｎ−１９×（５２５／Ｎ−４８０／１９）／１８
＝２６．６−５２５／（１８×Ｎ）
【０１０４】
つまり、Ｎが２以上の場合、上記数７の式の値は正となるので、同じＮ倍（Ｎは２以上）の高速度撮影において１サイクルに得られる信号出力行数は、従来よりも本実施形態の方が多いことがわかる。
【０１０５】
ただし、前述したように、本実施形態の場合は、光電変換素子１から信号電荷が実際に読み出された行（垂直方向にて中央に位置するＫ行）の信号電荷が、信号電荷検出部４より出力され始めるのは、電極Ｖ１Ｃに１５Ｖの電圧を最初に印加した後、｛（４８０−Ｋ）／２｝行分の垂直転送を行った後である。
【０１０６】
本実施形態の構成では、高速度撮影時における信号出力行数を可変とすることはできないが、所定の高速度倍率による高速度撮影時では、従来方式よりも多くの信号出力行数を得ることが可能である。
【０１０７】
（実施の形態３）
本発明の他の実施形態について説明すれば以下のとおりである。なお、実施の形態１・２で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０８】
本実施形態の固体撮像装置では、図１３に示すように、光電変換素子１の各行に、垂直転送部２２の３相の電極が接続されている。第１行〜第１３０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続され、第１３１行〜第１７５行および第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続される。また、垂直方向にて中央に位置する１３０行分すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｆ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続される。
【０１０９】
垂直転送部２２は、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、およびＶ１Ｇのそれぞれに１５Ｖの電圧を選択的に印加することにより、必要な光電変換素子１から蓄積された信号電荷を読み出し、さらに、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに０Ｖあるいは−９Ｖの３相の転送パルスを印加することにより、読み出した信号電荷を垂直方向に転送する。
【０１１０】
次に、図１４〜図１９に基づいて、この固体撮像装置の動作を説明する。図１４は通常速度による撮影時、図１６および図１８は高速度による撮影時のタイミングチャートである。図１４、図１６，および図１８において、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号である。また、φＶ１Ｅ、φＶ１Ｆ、φＶ１Ｇ、φＶ２、およびφＶ３のそれぞれは、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに印加されるパルスである。
【０１１１】
まず、図１４および図１５を参照しながら、通常速度による撮影時の動作について説明する。なお、通常速度による撮影とは、１フレーム期間（１／３０秒）に一回ずつ、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１から得られる信号電荷を出力することをいう。
【０１１２】
まず、図１４においてφＶ１Ｅ、φＶ１Ｆ、およびφＶ１Ｇに示すとおり、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、およびＶ１Ｇに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を同時に印加することにより、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１に蓄積された信号電荷を、垂直転送部２２の電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、およびＶ１Ｇの下へ読み出す。
【０１１３】
続いて、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第１行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（１，１）〜光電変換素子１（１，６４０）から読み出された信号電荷が、水平転送部３へ転送される。
【０１１４】
その後、水平転送部３により、第１行の信号電荷は、信号電荷検出部４へ出力される。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図１５に示す。
【０１１５】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３へ、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第２行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（２，１）〜光電変換素子１（２，６４０）から読み出された信号電荷を水平転送部３に転送し、第１行と同様に、信号電荷検出部４へ出力する。
【０１１６】
以降、同様に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加するたびに、光電変換素子１から読み出した信号電荷を１行分ずつ水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力する。通常速度の撮影時には、上記の１５Ｖの読み出しパルスの印加を１フレーム期間に１回ずつ行い、読み出しパルスの後に、上記の垂直転送パルスを１フレーム期間に４８０回印加することにより、４８０行分の信号電荷を出力する。
【０１１７】
次に、図１６〜図１９を参照し、高速度による撮影について説明する。なお、本実施形態では、第１のモードおよび第２のモードの二種類の高速度撮影モードのいずれかを選択できるようになっている。
【０１１８】
まず、第１のモードは、４８０行６４０列の光電変換素子１のうち、水平転送部３に近い側の１３０行分、すなわち第１行〜第１３０行の光電変換素子１の信号電荷の出力を１フレーム期間に４サイクル行うことにより、４倍速の高速度撮影を実現するものである。図１６にそのタイミングチャートを示す。
【０１１９】
また、第２のモードは、４８０行６４０列の光電変換素子１のうち、垂直方向において中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１の信号電荷の出力を１フレーム期間に４サイクル行うことにより、４倍速の高速度撮影を実現する。図１８にそのタイミングチャートを示す。
【０１２０】
最初に、図１６および図１７に基づき、第１のモードによる高速度撮影の動作を説明する。
【０１２１】
まず、φＶ１Ｅに示すとおり、電極Ｖ１Ｅに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を印加することにより、第１行〜第１３０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷を垂直転送部２２の電極Ｖ１Ｅの下へ読み出す。電極Ｖ１ＦおよびＶ１Ｇには１５Ｖの電圧を印加しないため、第１３１行〜第１７５行および第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷は読み出されない。
【０１２２】
電極Ｖ１Ｅ下へ信号電荷を読み出した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、１行分の信号電荷が水平転送部３へ垂直転送される。その後、水平転送部３により、第１行の信号電荷が信号電荷検出部４より出力される。なお、図１６において水平転送部３に印加する水平転送パルスは図示を省略する。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図１７に示す。
【０１２３】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３へ、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第２行の信号電荷を水平転送部３に転送し、第１行と同様に、第２行の信号電荷が出力される。以降、同様に、１３０行分の垂直転送ならびに水平転送を行い、１３０行目の信号電荷までの出力を完了する。以上が１サイクルであり、１３０行目の信号電荷を出力した後、残りの３５０行分に対する信号電荷の排出をすることなく、２サイクル目の信号電荷の読み出しを行う。
【０１２４】
この第１のモードによる高速度撮影の場合は、前記した実施形態１・２の高速度撮影と同じく、１サイクルは約１３０水平走査期間に相当し、１フレーム（５２５水平走査期間）に対して４サイクルの実現が可能となる。すなわち１フレーム期間（１／３０秒）に１３０行分の映像信号を４回出力するものである。
【０１２５】
このように、第１のモードによる高速度撮影によれば、ｍ行ｎ列の光電変換素子において、水平転送部３に最も近い第１行〜第ｋ行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷を出力した後、残りの（ｍ−ｋ）行分の信号電荷を排出するための転送をすることなく、次の読み出しパルスによって第１行〜第１ｋ行から再び読み出した信号電荷の転送を行うことにより、高速度撮影が可能である。
【０１２６】
次に、図１８および図１９に基づいて、第２のモードによる高速度撮影について説明する。
【０１２７】
まず、φＶ１Ｆに示すとおり、電極Ｖ１Ｆに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を印加することにより、垂直方向に中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷を垂直転送部２２の電極Ｖ１Ｆ下へ読み出す。このとき電極Ｖ１Ｅ及びＶ１Ｇには１５Ｖの電圧を印加しないため、他の３５０行分、すなわち第１行〜１７５行目及び第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷は垂直転送部２の電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｇ下には読み出されない。
【０１２８】
このように電極Ｖ１Ｆ下へ信号電荷を読み出した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、Ｖ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、１行分の信号電荷が水平転送部３へ転送される。その後水平転送部３により１行目の信号電荷が信号電荷検出部４より出力される。しかし、第１行目の光電変換素子１から信号電荷は読み出されていないため、実際の信号出力は無い。なお、図１８においても、水平転送部３に印加する水平転送パルスの図示は省略する。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図１９に示す。
【０１２９】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを再び印加することにより、第２行の信号電荷を水平転送部３に転送し２行目の信号電荷が信号電荷検出部４より出力される。しかし、第１行と同様に第２行の光電変換素子１からも信号電荷は読み出されていないため、実際の信号出力は無い。
【０１３０】
前記した実施の形態２にて説明したように、実際に信号電荷が読み出された第１７６〜第３０５行の信号電荷が信号電荷検出部４より出力されるのは電極φＶ１Ｆに１５Ｖの電圧を最初に印加してから、１７６行分の垂直転送を完了した後である。
【０１３１】
この第２のモードでも、電極Ｖ１Ｆに１５Ｖの電圧を印加し、垂直方向にて中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷を垂直転送部２２の電極Ｖ１Ｆ下へ読み出し、垂直転送パルスを１３０回印加することにより、１３０行分の信号電荷を出力するのが１サイクルである。
【０１３２】
各サイクルでは、実施の形態２で図１２（ａ）〜図１２（ｅ）を用いて説明したのと同様に、以前のサイクルで垂直転送部２２上に読み出されている信号電荷を排出することなく、第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１から信号電荷の読み出しを行う。
【０１３３】
従って、この第２のモードでも、１サイクルは約１３０水平走査期間に相当し、１フレーム（５２５水平走査期間）に対して４サイクルの実現が可能となる。すなわち１フレーム期間（１／３０秒）に１３０行分の映像信号を４回出力することにより、４倍速の高速度撮影が実現される。
【０１３４】
ただし、前述したように、第２のモードによる高速度撮影の場合は、光電変換素子１から信号電荷が実際に読み出された行（垂直方向にて中央に位置するＫ行）の信号電荷が、信号電荷検出部４より出力され始めるのは、電極Ｖ１Ｆに１５Ｖの電圧を最初に印加した後、｛（４８０−Ｋ）／２｝行分の垂直転送を行った後である。
【０１３５】
本実施形態の高速度撮影の高速度倍率をＮ倍とすると、第１のモードで得られる信号出力行数ｋと、第２のモードで得られる信号出力行数Ｋとは等しく、このｋ（またはＫ）と、従来方式で得られる信号出力Ｍ（数２参照）との差は、実施の形態１・２と同様に、下記の数式で示される。
【０１３６】
【数８】
Ｋ−Ｍ＝５２５／Ｎ−１９×（５２５／Ｎ−４８０／１９）／１８
＝２６．６−５２５／（１８×Ｎ）
【０１３７】
つまり、Ｎが２以上の場合、上記数８の式の値は正となるので、同じＮ倍（Ｎは２以上）の高速度撮影において１サイクルに得られる信号出力行数は、従来よりも本実施形態の方が多いことがわかる。
【０１３８】
本実施形態の構成では、高速度撮影時における信号出力行数を可変とすることはできないが、所定の高速度倍率による高速度撮影時では、従来方式よりも多くの信号出力行数を得ることが可能である。
【０１３９】
第１のモードによる高速度撮影では、水平転送部３に近い領域の信号電荷を読み出すため、光学的倍率を変化させた場合、映像信号の中心がずれる。このため、光学的倍率は固定とすることが望ましい。しかし高速度撮影時の最初の映像信号は、光電変換素子１から信号電荷を読み出した直後の垂直転送及び水平転送により出力されるため、信号処理が容易である。
【０１４０】
一方、第２のモードによる高速度撮影では、垂直方向に中央に位置するＫ行分の信号電荷を読み出すため、光学的倍率を変化させた場合でも、映像信号の中心がずれない。しかし、このときの最初の映像信号出力は、光電変換部１０の行数をｍとすると、光電変換素子１から信号電荷を読み出し、｛（ｍ−Ｋ）／２｝行分の垂直転送をした後であるため、信号処理が複雑である。
【０１４１】
従って、第１のモードと第２のモードとのいずれを選択するかは、ユーザが状況や好みに応じて決定すればよく、ユーザが操作できる切り替えスイッチ等を設けることにより、このスイッチの位置に応じて、信号制御部５が、図１６および図１８に示したいずれのタイミングチャートの信号を印加するかを決定すればよい。
【０１４２】
上記した各実施形態において、垂直転送部２・１２・２２の各々は３相の垂直転送パルスにて転送が制御されるが、４相以上でも構わない。また固体撮像素子の構成上の制約は特に無く、垂直方向に独立した信号電荷の読み出しが可能であればよい。画素数及び水平・垂直同期信号の周波数についても、上記した例に限定されるものではない。
【０１４３】
（実施の形態４）
本発明のさらに他の実施形態について説明する。
【０１４４】
図２０に、本発明にかかるカメラの概略構成を示す。このカメラは、上記した実施の形態１〜３で説明した固体撮像装置を撮像部３０として用い、この撮像部３０に光を導くレンズ等の光学系３１と、撮像部３０で得られた映像信号、すなわち固体撮像装置の電荷検出部４から出力される映像信号、を処理する映像信号処理回路３２とを備えている。これにより、駆動周波数を高速化させる高速転送を必要とせずに、転送効率を劣化させることなく高速度撮影が可能なビデオムービーカメラを実現できる。
【０１４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来のように駆動周波数を高速化することなく高速度撮影が可能な固体撮像装置およびこれを用いたカメラを提供することが可能となる。また、同じ高速度倍率で比較した場合、従来よりも信号出力行数が多い固体撮像装置およびカメラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図
【図２】前記固体撮像装置の構成をより詳細に示すブロック図
【図３】前記固体撮像装置における通常速度による撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図４】図３の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図５】前記固体撮像装置における高速撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図６】図５の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図７】本発明の他の実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図
【図８】前記固体撮像装置における通常速度による撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図９】図８の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図１０】前記固体撮像装置における高速撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図１１】図１０の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、前記固体撮像装置における高速撮影時において、垂直転送部に存在する電荷の状態を示す説明図
【図１３】本発明のさらに他の実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図
【図１４】前記固体撮像装置における通常速度による撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図１５】図１４の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図１６】前記固体撮像装置における高速撮影時（第１のモード）に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図１７】図１６の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図１８】前記固体撮像装置における高速撮影時（第２のモード）に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図１９】図１８の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図２０】本発明のさらに他の実施形態のカメラの構成を示すブロック図
【図２１】従来の固体撮像装置の一構成例を示すブロック図
【図２２】前記従来の固体撮像装置における通常速度による撮影時の各駆動信号のタイミングチャート
【図２３】図２２の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図２４】前記従来の固体撮像装置における高速撮影時の各駆動信号のタイミングチャート
【図２５】図２４の一部を拡大して示すタイミングチャート
【符号の説明】
１光電変換素子
２・１２・２２垂直転送部
３水平転送部
４信号電荷検出部
５信号制御部
１０光電変換部
３０撮像部
３１光学系
３２映像信号処理回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a camera such as a video movie camera and a solid-state image pickup device used therefor, and more particularly, to a solid-state image pickup device capable of high-speed shooting, a camera equipped with such a solid-state image pickup device, and the solid-state image pickup device The present invention relates to a driving method.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, video movie cameras using solid-state imaging devices have become widespread, and further added value is required. In particular, special effects based on the driving timing of the solid-state imaging device, such as high-speed shooting such as 3 × speed and 6 × speed, zoom (enlargement), and camera shake prevention, are required. Note that high-speed imaging means that, for example, in the case of triple speed, the operation of outputting the signal charge read from the photoelectric conversion element as an image signal from the solid-state imaging device is performed three cycles in one frame period.
[0003]
  Here, a configuration of a conventional solid-state imaging device capable of high-speed shooting and a high-speed shooting method in the configuration will be described.
[0004]
  FIG. 21 shows an example of the configuration of a conventional solid-state imaging device. This solid-state imaging device is generally used for multimedia applications, and has pixels arranged in a matrix of 480 rows and 640 columns. Each pixel is provided with a photodiode 81 as a photoelectric conversion element.
[0005]
  Further, the conventional solid-state imaging device includes a vertical transfer unit 82 that transfers signal charges accumulated in the photodiode 81 in the vertical direction, and a horizontal transfer unit that transfers signal charges transferred from the vertical transfer unit 82 in the horizontal direction. 83, and a signal charge detection unit 84 that converts the signal charge from the horizontal transfer unit 83 into a signal voltage or a signal current and outputs the signal voltage or signal current.
[0006]
  In order to make the description easy to understand, in FIG. 21, (m, n) is described in a rectangle representing the photodiode 81 corresponding to the pixel in the m-th row and the n-th column. This is expressed as a diode 81 (m, n). The row closest to the horizontal transfer unit 83 is defined as a first row, and the column closest to the signal charge detection unit 84 is defined as a first column.
[0007]
  The vertical transfer unit 82 includes vertical transfer electrodes to which binary transfer pulses of 0V and about −9V are applied in three or more phases. By applying a voltage of about 15 V to one or a plurality of transfer electrodes, the charge accumulated in the photodiode 81 is transferred to the vertical transfer unit 82.
[0008]
  In the configuration shown in FIG. 21, the vertical transfer unit 82 includes three-phase vertical transfer electrodes V1 to V3, and the signal charge accumulated in the photodiode 81 is transferred to the vertical transfer unit by applying a voltage of 15V to V1. Transfer is performed below 82 vertical transfer electrodes V1.
[0009]
  22 and 24 show timing charts of drive signals in the conventional solid-state imaging device. Note that FIG. 22 shows the driving timing at the time of shooting at normal speed, FIG. 24 shows the driving timing at the time of shooting at high speed, VD is a vertical synchronizing signal, and HD is a horizontal synchronizing signal. Each of φV1 to φV3 is a pulse applied to each of the vertical transfer electrodes V1 to V3 shown in FIG.
[0010]
  The frequency of the vertical synchronization signal VD is 30 Hz, which is half of the vertical synchronization signal in the NTSC system, and the frequency of the horizontal synchronization signal HD is 15.7 KHz. The number of horizontal scanning lines in one frame period is 525. 22 and FIG. 24, the pulses corresponding to the horizontal scanning lines in the horizontal synchronization signal HD are shown with reference numerals h1 to h525.
[0011]
  First, based on FIG. 22 and FIG. 23, the operation | movement at the time of imaging | photography at normal speed is demonstrated. In this case, the signal charges accumulated in all the photodiodes 81 of 480 rows and 640 columns shown in FIG. 21 are output. Therefore, by applying a voltage of 15 V to φV1 once in one frame period (1/30 second) that is one cycle of the vertical synchronization signal VD, the signal charges accumulated in the photodiode 81 are transferred to the vertical transfer unit 82. Read out to the vertical transfer electrode V1.
[0012]
  Further, in order to perform vertical transfer for one row, a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied once to φV1, φV2, and φV3, whereby the photodiode 81 in the first row, that is, the photodiode 81 (1, 1) to signal charges read from the photodiodes 81 (1,640) are transferred to the horizontal transfer unit 83. Thereafter, the signal charge for one row is output to the signal charge detection unit 84 by the horizontal transfer unit 83. FIG. 23 shows an enlarged waveform of a vertical transfer pulse applied next to the read pulse in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3.
[0013]
  The horizontal transfer from the horizontal transfer unit 83 to the signal charge detection unit 84 is controlled by a two-phase horizontal transfer pulse applied from the terminals H1 and H2 shown in FIG. 21, and this horizontal transfer pulse is well known. Description thereof is omitted in FIGS.
[0014]
  As described above, after the output of the signal charge for one row is completed, a vertical transfer pulse of 0V or −9V is again applied to φV1, φV2, and φV3, whereby the photodiode 81 in the second row, that is, the photodiode The signal charges read from 81 (2, 1) to photodiode 81 (2, 640) are transferred to the horizontal transfer unit 83 and output to the signal charge detection unit 84 as in the first row.
[0015]
  This is repeated in the same manner. After the signal charges read from the photodiodes 81 (480, 1) to 81 (480, 640) in the 480th row are output, a voltage of 15 V is again applied to φV1. The accumulated signal charge is read out from all the photodiodes 81 in 480 rows and 640 columns.
[0016]
  By repeating the above processing, photographing at normal speed is performed.
[0017]
  Next, based on FIG. 24 and FIG. 25, the operation | movement at the time of 4 time high speed imaging | photography is demonstrated. Four-times high-speed shooting means that the signal charge is read from the photodiode 81 to the vertical transfer unit 82 and the signal output from the horizontal transfer unit 83 and the signal charge detection unit 84 is one cycle, and four times in one frame period. This refers to performing cycle processing.
[0018]
  In this case, only the signal charges accumulated in the photodiodes 81 in the center in the vertical direction among the photodiodes 81 in the 480 rows and 640 columns shown in FIG. .
[0019]
  First, by applying a voltage of 15 V to φV1, the accumulated signal charges are read from all the photodiodes 81 below the vertical transfer electrode V1 of the vertical transfer unit 82.
[0020]
  Next, the vertical transfer unit 82 performs high-speed transfer of the signal charges read from the photodiodes 81 corresponding to 185 rows from the first row to the 185th row. High-speed transfer refers to the transfer from the vertical transfer unit 82 to the horizontal transfer unit without waiting for the transfer from the horizontal transfer unit 83 to the signal charge detection unit 84 after the signal charge is transferred from the vertical transfer unit 82 to the horizontal transfer unit 83. The signal charge is transferred to 83 continuously. For this reason, the signal output from the signal charge detector 84 during the high-speed transfer period cannot be used as a video signal and is discharged as unnecessary charges.
[0021]
  The high-speed transfer frequency of the vertical transfer unit 82 is generally about 300 kHz. That is, it is possible to transfer the signal charges for 19 rows in the vertical direction in one horizontal scanning period (63.5 μs).
[0022]
  After the transfer of the signal charges in the 185th row is completed by the above high-speed transfer, the signal charges read from the photodiodes 81 in the 186th row are transferred at a normal frequency. Further, the signal charges for one row are output from the horizontal transfer unit 83 via the signal charge detection unit 84. FIG. 25 shows an enlarged waveform of a vertical transfer pulse applied next to the read pulse in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3.
[0023]
  Similarly, the signal charges from the 187th row and thereafter are sequentially output at a normal frequency, the signal charges read from the photodiode 81 in the 295th row are output, and then high-speed transfer is started again. The remaining 185 rows, that is, signal charges read from the photodiodes 81 in the 296th to 480th rows are discharged as unnecessary charges.
[0024]
  The above processing is one cycle, and the period of this one cycle corresponds to about 130 horizontal scanning periods. That is, four cycles can be realized for one frame in the 525 horizontal scanning period. In other words, by outputting 110 rows of video signals four times in one frame period (1/30 second), four times higher speed shooting can be performed.
[0025]
  The breakdown of about 130 horizontal scanning periods per cycle includes 110 horizontal scanning periods required for normal transfer in which one vertical transfer is performed 110 times per horizontal scanning period, and 19 times per horizontal scanning period as described above. This is the sum of about 20 horizontal scanning periods required for high-speed transfer for discharging unnecessary charges.
[0026]
  The relationship between N and M can be expressed by the following equation, where M is the number of photodiode rows read out as a video signal during high-speed shooting at N-times speed. Strictly speaking, it is necessary to consider the time required for reading from the photodiode 81 to the vertical transfer unit 82.
[0027]
[Expression 2]
        525 / {M + (480−M) / 19)} = N
[0028]
  In the case of the above-described conventional solid-state imaging device, since the high-speed shooting at 4 × speedNumber 2By setting N = 4, M = 110.
[0029]
[Problems to be solved by the invention]
  When performing high-speed imaging using such a solid-state imaging device, it is necessary to increase the driving frequency of the solid-state imaging device in order to realize further higher speed. However, there is a problem that increasing the drive frequency is not easy because the characteristics such as transfer efficiency are deteriorated.
[0030]
  In order to solve the above problem, the present invention performs high-speed transfer without causing deterioration in characteristics such as transfer efficiency by performing vertical transfer of charges read from a photoelectric conversion element without increasing the drive frequency. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of photographing, a camera using the same, and a driving method of the solid-state imaging device.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above objective,A first driving method of a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units arranged in n rows (n is an integer of 2 or more), signal charges accumulated in the photoelectric conversion units are read, and the signal charges are read out. In a method for driving a solid-state imaging device, comprising: a vertical transfer unit that transfers in the vertical direction; and a horizontal transfer unit that receives the signal charge from the vertical transfer unit and transfers it in the horizontal direction. A first step of selectively reading out the signal charge from the photoelectric conversion unit to the vertical transfer unit for k rows (k is an integer smaller than n) from the first row to the k-th row, and the horizontal transfer unit side A second step of sending a transfer signal to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion units for the k consecutive rows from the first row to the k-th row to move the signal charge in the vertical transfer unit. It is characterized by that.
[0032]
  In order to achieve the above object, the second driving method of the solid-state imaging device according to the present invention includes n rows. (N is an integer of 2 or more) a plurality of photoelectric conversion units, a vertical transfer unit that reads signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit and transfers the signal charges in a vertical direction, and the signal from the vertical transfer unit In a driving method of a solid-state imaging device including a horizontal transfer unit that receives charges and transfers them in a horizontal direction, from the horizontal transfer unit side to the n1 line (n1 is an integer from 2 to nk) to the n1 + k line A third step of selectively reading the signal charge from the photoelectric conversion unit to the vertical transfer unit for k consecutive rows (k is an integer smaller than n), and from the first row from the horizontal transfer unit side a fourth step of transmitting a transfer signal to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion unit for n1 + k rows up to the n1 + k row to move the signal charge in the vertical transfer unit; and the n1 + k row of the step Photoelectric conversion When the signal charges read out from the horizontal transfer unit move to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion unit in the (n1-1) th row, they continue again from the n1st row to the n1 + kth row from the horizontal transfer unit side. A fifth step of selectively reading out the signal charges from the photoelectric conversion units for k rows to the vertical transfer unit is provided.
[0033]
  In order to achieve the above object, a third driving method of the solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units arranged in n rows (n is an integer of 2 or more), and accumulation in the photoelectric conversion units. In a method for driving a solid-state imaging device, comprising: a vertical transfer unit that reads the signal charge and transfers the signal charge in a vertical direction; and a horizontal transfer unit that receives the signal charge from the vertical transfer unit and transfers the signal charge in a horizontal direction. First, the signal charges are selectively read from the photoelectric conversion unit for the continuous k rows (k is an integer smaller than n) from the first row to the k-th row from the horizontal transfer unit side to the vertical transfer unit. A transfer signal is sent to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion units for k rows from the first row to the k-th row from the horizontal transfer unit side, and the signal charges are transferred into the vertical transfer unit. The second step of moving And the first mode consisting of n1 rows from the horizontal transfer unit side (n1 is an integer from 2 to nk) to n1 + k rows (k is an integer smaller than n). A third step of selectively reading out the signal charge from the photoelectric conversion unit to the vertical transfer unit, and the photoelectric conversion unit for the n1 + k rows from the first row to the n1 + k row from the horizontal transfer unit side. A fourth step of sending a transfer signal to the connected vertical transfer unit to move the signal charge in the vertical transfer unit, and the signal charge read from the photoelectric conversion unit in the (n1 + k) th row is n1-1. When moving to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion unit in the row, the vertical transfer unit from the photoelectric conversion unit for continuous k rows from the n1th row to the n1 + k row from the horizontal transfer unit side again. Selectively Comprising a fifth step of reading, a second mode consisting of, and selects the first mode and the second mode.
[0034]
  In the first to third driving methods, the step and the mode are preferably used for high-speed shooting. Furthermore, it is preferable to perform normal shooting together with the high-speed shooting.
[0035]
  In the first to third driving methods described above, if the number of horizontal scanning periods in one frame period is H, and the number of times the signal charge is read in one frame period is N, then between k, H, and N,
[0036]
[Equation 3]
H / N ≧ k
Is preferably satisfied.
[0037]
In order to achieve the above object, a first solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units arranged in n rows (n is an integer of 2 or more), and signal charges accumulated in the photoelectric conversion units. In a solid-state imaging device comprising: a vertical transfer unit that reads the signal charge in the vertical direction; and a horizontal transfer unit that receives the signal charge from the vertical transfer unit and transfers the signal charge in the horizontal direction. The signal charges are selectively read from the photoelectric conversion unit to the vertical transfer unit for k rows (k is an integer smaller than n) from the first row to the k-th row, from the horizontal transfer unit side. A transfer signal is sent to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion units for continuous k rows from the first row to the k-th row, and the signal charges are moved in the vertical transfer unit.
[0038]
In order to achieve the above object, a second solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units arranged in n rows (n is an integer of 2 or more), and signal charges accumulated in the photoelectric conversion units. In a solid-state imaging device comprising: a vertical transfer unit that reads the signal charge in the vertical direction; and a horizontal transfer unit that receives the signal charge from the vertical transfer unit and transfers the signal charge in the horizontal direction. The photoelectric conversion unit is selectively transferred from the photoelectric conversion unit of the n1th row (n1 is an integer from 2 to nk) to the n1 + kth row (k is an integer smaller than n) to the vertical transfer unit. The signal charge is read out, and a transfer signal is sent from the horizontal transfer unit side to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion unit for n1 + k rows from the first row to the n1 + k row, and the signal charge is transferred into the vertical transfer unit. Move When the signal charge read from the photoelectric conversion unit on the (1 + k) th row moves to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion unit on the (n1-1) th row, the n1th row from the horizontal transfer unit side again. To the n1 + k rows, the signal charges are selectively read out from the photoelectric conversion unit for the continuous k rows to the vertical transfer unit.
[0039]
  In order to achieve the above object, a camera according to the present invention includes the first or second solid-state imaging device, an optical system, and a processing circuit that processes a video signal obtained by the solid-state imaging device. It is provided with at least.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  (Embodiment 1)
  Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0041]
  As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device of the present embodiment includes a photoelectric conversion unit 10 in which a plurality of pixels (not shown) are arranged, and a signal control unit 5, and is controlled by the signal control unit 5. The charge read from the photoelectric conversion unit 10 is transferred to the charge detection unit 4 and converted into a video signal for output.
[0042]
  As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device includes a photoelectric conversion unit including photoelectric conversion elements 1 arranged in a matrix of 640 (columns) in the horizontal direction and 480 (rows) in the vertical direction. ing. As the photoelectric conversion element 1, a photodiode can be used.
[0043]
  The solid-state imaging device includes a vertical transfer unit 2 that reads signal charges accumulated in the photoelectric conversion element 1 and transfers them in the vertical direction, and a horizontal transfer unit 3 that transfers signal charges transferred from the vertical transfer unit 2 in the horizontal direction. And a signal charge detection unit 4 that converts the signal charge transferred from the horizontal transfer unit 3 into a signal voltage or a signal current and outputs the signal voltage or signal current.
[0044]
  In order to make the explanation easy to understand, in FIG. 2, (m, n) is written in a rectangle representing the photoelectric conversion element 1 corresponding to the pixel in the m-th row and the n-th column, and is necessary in the following explanation. Is expressed as photoelectric conversion element 1 (m, n). In FIG. 2, the row closest to the horizontal transfer unit 3 is defined as a first row, and the column closest to the signal charge detection unit 4 is defined as a first column.
[0045]
  As shown in FIG. 2, three-phase electrodes are connected to each row of the photoelectric conversion elements 1. Electrodes V1A, V2, and V3 are connected to the photoelectric conversion elements 1 in the first to 130th rows, respectively, and electrodes V1B, V2, and V3 are connected to the photoelectric conversion elements 1 in the 131st to 480th rows. Each is connected.
[0046]
  The vertical transfer unit 2 reads a signal charge accumulated from the photoelectric conversion element 1 by applying a voltage of 15 V to each of the electrodes V1A and V1B, and further, 0 V is applied to each of the electrodes V1A, V1B, V2, and V3. Alternatively, the read signal charges are transferred to the horizontal transfer unit 3 in the vertical direction by applying a three-phase transfer pulse of −9V.
[0047]
  The horizontal transfer unit 3 transfers the signal charges transferred from the vertical transfer unit 2 to the signal charge detection unit 4 by applying a two-phase transfer pulse from the terminals H1 and H2.
[0048]
  Next, the operation of the solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. 3 is a timing chart at the time of shooting at normal speed, and FIG. 5 is a timing chart at the time of shooting at high speed. 3 and 5, VD is a vertical synchronizing signal, and HD is a horizontal synchronizing signal. Further, φV1A, φV1B, φV2, and φV3 are pulses applied to the electrodes V1A, V1B, V2, and V3, respectively.
[0049]
  The frequency of the vertical synchronization signal VD is 30 Hz, which is half of the vertical synchronization signal in the NTSC system, and the frequency of the horizontal synchronization signal HD is 15.7 kHz. The number of horizontal scanning lines in one frame period is 525. 3 and FIG. 5, the pulses corresponding to the horizontal scanning lines in the horizontal synchronization signal HD are shown with reference numerals h1 to h525.
[0050]
  First, the operation at the time of shooting at normal speed will be described with reference to FIGS. Note that imaging at normal speed means that signal charges obtained from all the photoelectric conversion elements 1 in 480 rows and 640 columns are output once every frame period (1/30 second).
[0051]
  First, as indicated by φV1A and φV1B in FIG. 3, by applying a voltage (readout pulse) of 15 V to the electrodes V1A and V1B simultaneously, the signal charges accumulated in all the photoelectric conversion elements 1 in 480 rows and 640 columns are Reading is performed below the electrodes V1A and V1B of the vertical transfer unit 2.
[0052]
  Subsequently, in order to perform vertical transfer for one row, by applying vertical transfer pulses of 0V or −9V to the electrodes V1A, V1B, V2, and V3, 640 photoelectric conversion elements 1 in the first row, That is, the signal charges read from the photoelectric conversion element 1 (1, 1) to the photoelectric conversion element 1 (1, 640) are transferred to the horizontal transfer unit 3. FIG. 4 shows an enlarged waveform of a vertical transfer pulse applied next to the readout pulse in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3.
[0053]
  Thereafter, the signal charges in the first row are output to the signal charge detection unit 4 by the horizontal transfer unit 3. In FIG. 3, the horizontal transfer pulse applied to the horizontal transfer unit 3 is not shown.
[0054]
  After the output of the signal charges in the first row is completed, a vertical transfer pulse of 0V or −9V is again applied to the electrodes V1A, V1B, V2, and V3, thereby 640 photoelectric conversion elements 1 in the second row. That is, the signal charges read from the photoelectric conversion element 1 (2, 1) to the photoelectric conversion element 1 (2, 640) are transferred to the horizontal transfer unit 3 and to the signal charge detection unit 4 as in the first row. Output.
[0055]
  Thereafter, similarly, each time a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied once, the signal charge read from the photoelectric conversion element 1 is output to the signal charge detection unit 4 through the horizontal transfer unit 3 one row at a time. . When shooting at normal speed, the above 15V readout pulse is applied once per frame period, and after the readout pulse, the above vertical transfer pulse is applied 480 times per frame period, thereby obtaining 480 rows. Outputs signal charge.
[0056]
  Next, photographing at a high speed will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the process of reading out signal charges from the photoelectric conversion elements 1 in the first to 130th rows and outputting them to the signal charge detection unit 4 is performed in four cycles in one frame period, thereby performing high-speed shooting at 4 × speed. To realize.
[0057]
  First, as shown in FIG. 5, by applying a voltage (readout pulse) of 15 V only to the electrode V1A, signals accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in the first to 130th rows to which the electrode V1A is connected. Only the electric charge is read out below the electrode V1A of the vertical transfer unit 2. At this time, unlike the imaging at the normal speed, since no readout pulse is applied to the electrode V1B, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in the 131st to 480th rows are read out to the vertical transfer unit 2. Not.
[0058]
  After reading out the signal charges under the electrode V1A, a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied to each of the electrodes V1A, V1B, V2, and V3, thereby 640 photoelectric conversion elements 1 in the first row. That is, the signal charges read from the photoelectric conversion element 1 (1, 1) to the photoelectric conversion element 1 (1, 640) are transferred to the horizontal transfer unit 3. FIG. 6 shows an enlarged waveform of a vertical transfer pulse applied next to the read pulse in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3.
[0059]
  Thereafter, the signal charges in the first row are output from the horizontal transfer unit 3 to the signal charge detection unit 4. In FIG. 5, the horizontal transfer pulse applied to the horizontal transfer unit 3 is not shown.
[0060]
  After the output of the signal charges in the first row is completed, a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied again to each of the electrodes V1A, V1B, V2, and V3, so that the second row is similar to the first row. The signal charges are output to the signal charge detection unit 4 via the horizontal transfer unit 3.
[0061]
  In this manner, after applying the 15V read pulse, the application of the 0V or −9V vertical transfer pulse is repeated 130 times, thereby outputting the signal charges from the first row to the 130th row. This is one cycle. After outputting the signal charge of the 130th row, in order to read out the signal charge for the second cycle without transferring the signal charge for 350 rows of the remaining 131st to 480th rows, again, A readout pulse of 15V is applied to the electrode V1A.
[0062]
  As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment includes only 130 rows closer to the horizontal transfer unit 3 among the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 of 480 rows and 640 columns, that is, the first row to the first row. Since only the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in the 130th row are transferred to the signal charge detection unit 4, the high-speed transfer required conventionally is unnecessary, and signal output in a shorter period than before is possible. . Further, if the length of one cycle period is the same as the conventional one, more signal outputs can be obtained.
[0063]
  In the high-speed shooting example of this embodiment, one cycle corresponds to about 130 horizontal scanning periods, and four cycles can be realized for one frame (525 horizontal scanning periods). That is, video signals for 130 rows can be output four times during one frame period (1/30 second).
[0064]
  Here, when the number of rows of the photoelectric conversion elements 1 read out as a video signal is k at the time of high-speed shooting at N times speed in the solid-state imaging device of the present embodiment, the relationship between N and k can be expressed by the following equation. . Strictly speaking, it is necessary to consider the time required for reading from the photoelectric conversion element 1 to the vertical transfer unit 2.
[0065]
[Expression 4]
             525 / N = k
[0066]
  In the example described above in the present embodiment, since the high-speed shooting is 4 times, N = 4,Number 4Therefore, k is about 130 lines.
[0067]
  In N-times high-speed shooting, the difference between the number k of signal output rows per cycle in the present embodiment and the number M of signal output rows obtained by the conventional method is as follows:Number 2andNumber 4Is derived as follows.
[0068]
[Equation 5]
    k−M = 525 / N−19 × (525 / N−480 / 19) / 18
          = 26.6-525 / (18 × N)
[0069]
  That is, when N is 2 or more, the aboveNumber 5Since the value of the above formula is positive, it can be seen that the number of signal output rows obtained in one cycle in the same N times (N is 2 or more) high-speed imaging is larger in the present embodiment than in the prior art.
[0070]
  In the configuration of the present embodiment, the number of signal output lines during high-speed shooting cannot be made variable, but in high-speed shooting with a predetermined high-speed magnification, a larger number of signal output lines can be obtained than in the conventional method. Is possible.
[0071]
  (Embodiment 2)
  The following will describe another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached to the structure which has the function similar to the structure demonstrated in Embodiment 1, and the description is abbreviate | omitted.
[0072]
  The present solid-state imaging device is different from the solid-state imaging device described in the first embodiment in the configuration of the vertical transfer unit and the drive signal supplied from the signal control unit 5 to the vertical transfer unit.
[0073]
  In this solid-state imaging device, as shown in FIG. 7, three-phase electrodes are connected to each row of the photoelectric conversion elements 1. The electrodes V1D, V2, and V3 are connected to the photoelectric conversion elements 1 in the first to 175th rows and the 306th to 480th rows, respectively, and the photoelectric conversion elements 1 in the 176th to 305th rows The electrodes V1C, V2, and V3 are connected to each other.
[0074]
  The vertical transfer unit 12 reads the signal charges accumulated from the necessary photoelectric conversion elements 1 by selectively applying a voltage of 15 V to the electrodes V1C and V1D, and further, the electrodes V1C, V1D, V2, and By applying a three-phase transfer pulse of 0V or −9V to each of V3, the read signal charges are transferred to the horizontal transfer unit 3 in the vertical direction.
[0075]
  Next, the operation of the solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a timing chart at the time of shooting at normal speed, and FIG. 10 is a timing chart at the time of shooting at high speed. 8 and 10, VD is a vertical synchronizing signal, and HD is a horizontal synchronizing signal. Further, φV1C, φV1D, φV2, and φV3 are pulses applied to the electrodes V1C, V1D, V2, and V3, respectively.
[0076]
  First, referring to FIGS. 8 and 9, the operation at the time of shooting at normal speed will be described. Note that imaging at normal speed means that signal charges obtained from all the photoelectric conversion elements 1 in 480 rows and 640 columns are output once every frame period (1/30 second).
[0077]
  First, as shown by φV1C and φV1D in FIG. 8, by simultaneously applying a voltage (readout pulse) of 15 V to the electrodes V1C and V1D, the signal charges accumulated in all the photoelectric conversion elements 1 in 480 rows and 640 columns are Reading is performed below the electrodes V1C and V1D of the vertical transfer unit 12.
[0078]
  Subsequently, by applying a vertical transfer pulse of 0V or −9V once to the electrodes V1C, V1D, V2, and V3, 640 photoelectric conversion elements 1 in the first row, that is, photoelectric conversion elements 1 (1, The signal charges read from 1) to photoelectric conversion elements 1 (1, 640) are transferred to the horizontal transfer unit 3. FIG. 9 shows an enlarged waveform of a vertical transfer pulse applied next to the readout pulse in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3.
[0079]
  Thereafter, the signal charges in the first row are output to the signal charge detection unit 4 by the horizontal transfer unit 3.
[0080]
  After the output of the signal charges in the first row is completed, 640 photoelectric conversion elements in the second row are applied by applying a vertical transfer pulse of 0V or −9V again to the electrodes V1C, V1D, V2, and V3. 1, that is, the signal charges read from the photoelectric conversion elements 1 (2, 1) to 1 (2, 640) are transferred to the horizontal transfer unit 3, and the signal charge detection unit 4 as in the first row. Output to.
[0081]
  Thereafter, similarly, each time a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied once, the signal charge read from the photoelectric conversion element 1 is output to the signal charge detection unit 4 through the horizontal transfer unit 3 one row at a time. . When shooting at normal speed, the above 15V readout pulse is applied once per frame period, and after the readout pulse, the above vertical transfer pulse is applied 480 times per frame period, thereby obtaining 480 rows. Outputs signal charge.
[0082]
  Next, photographing at high speed will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In the present embodiment, among the 480 rows and 640 columns of photoelectric conversion elements 1, the signal charges of the photoelectric conversion elements 1 corresponding to 130 rows located in the center in the vertical direction, that is, the 176th to 305th rows of the photoelectric conversion elements 1 are used as the signal charge detection unit 4. By performing the process of outputting to 4 cycles in one frame period, high-speed shooting at 4 × speed is realized.
[0083]
  Thus, by outputting the signal charge obtained from the photoelectric conversion element 1 in the central portion in the vertical direction, there is an advantage that the center position of the video signal does not change when the magnification is optically changed.
[0084]
  First, as shown in FIG. 10, by applying a voltage (readout pulse) of 15 V only to the electrode V1C, signals accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in the 176th to 305th rows to which the electrode V1C is connected. Only the charge is read out below the electrode V1C of the vertical transfer unit 12. At this time, unlike the imaging at the normal speed, since the readout pulse is not applied to the electrode V1D, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in the first to 175th rows and the 306th to 480th rows are The data is not read out to the vertical transfer unit 12.
[0085]
  After reading the signal charge below the electrode V1C in this way, by applying a vertical transfer pulse of 0V or −9V once to each of the electrodes V1C, V1D, V2, and V3, the signal charge of the first row Is transferred to the horizontal transfer unit 3. Further, the signal charges in the first row are output from the horizontal transfer unit 3 to the signal charge detection unit 4. However, since the signal charge is not read from the photoelectric conversion elements 1 in the first row, there is no actual signal output from the signal charge detection unit 4. At this time, in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3, the waveform of the vertical transfer pulse given after the read pulse is enlarged and shown in FIG.
[0086]
  After the output of the signal charges in the first row is completed, a vertical transfer pulse of 0V or -9V is applied once again to each of the electrodes V1C, V1D, V2, and V3, and as in the first row, Two rows of signal charges are output to the signal charge detection unit 4 via the horizontal transfer unit 3. However, since the signal charge is not read from the photoelectric conversion elements 1 in the second row, there is no actual signal output from the signal charge detection unit 4.
[0087]
  As described above, after applying the 15 V read pulse, the application of the 0 V or −9 V vertical transfer pulse is repeated 130 times, so that the signal charges from the first to 130th rows are detected from the horizontal transfer unit 3 as signal charges. Output to unit 4. This is one cycle. However, as described above, since signal charges are not read from the photoelectric conversion elements 1 in the first to 130th rows, there is no signal output from the signal charge detection unit 4 in the first cycle.
[0088]
  The state of the signal charge of the vertical transfer unit 12 at the time when the first cycle is completed is as shown in FIG. That is, immediately after the signal charge is read from the photoelectric conversion element 1 by the read pulse in the first cycle, as shown in FIG. 12A, the central 130 rows of all 480 rows, that is, the 176th to 305th rows. The signal charge read from the row is present in a region with a slanting line on the left in FIG. A region where no signal charge exists is shown in white. As a result of 130 vertical transfer pulses being applied 130 times in the first cycle, the signal charges are transferred in the vertical direction by 130 rows in the vertical transfer unit 12, and as a result, the vertical transfer unit 12 at the time when the first cycle is completed. The arrangement of the signal charges is as shown in FIG.
[0089]
  Next, after the end of the first cycle in this way, a 15 V read pulse is again applied to the electrode V1C without discharging the signal charge of the vertical transfer unit 12. This is the second cycle. Without discharging the signal charge of the vertical transfer unit 12, the signal charge is again read out from only the photoelectric conversion elements 1 in the 176th to 305th rows to the vertical transfer unit 12 by the readout pulse in the second cycle. In c), the signal charges for 130 rows in the second cycle are read out to the vertical transfer unit 12 without overlapping with the signal charges for 130 rows in the first cycle in the area with the slanting line to the right.
[0090]
  After applying the read pulse for the second cycle, the vertical transfer unit 12 starts applying a vertical transfer pulse of 0V or −9V to each of the electrodes V1C, V1D, V2, and V3, as in the first cycle. However, as can be seen from FIG. 12C, there is no actual signal output from the signal charge detector 4 during the transfer of the signal charges for the first 45 rows.
[0091]
  When the 46th vertical transfer pulse is applied in the second cycle, the signal charge in the 176th row read to the vertical transfer unit 12 in the first cycle is output to the signal charge detection unit 4 via the horizontal transfer unit 3. The Rukoto.
[0092]
  That is, the signal charge read from the photoelectric conversion elements 1 for K rows located in the center in the vertical direction is read below the electrode V1C by the read pulse, and then {(480-K) / 2. } After the vertical transfer has been performed, the signal charge detector 4 starts to output.
[0093]
  The state of the vertical transfer unit 12 at the time point when the application of 130 vertical transfer pulses is completed in the second cycle is as shown in FIG. That is, 85 lines out of the signal charges for 130 lines read out in the first cycle, that is, as shown in FIG. 10, from the 176th line to the 260th line are transferred to the horizontal transfer unit 3, and further to the horizontal transfer unit 3 Is sent to the signal charge detector 4 and output.
[0094]
  Subsequently, as shown in FIG. 10, a voltage of 15 V is again applied only to the electrode V1C as a readout pulse in the third cycle without discharging the charge of the vertical transfer unit 12. The state of the vertical transfer unit 12 immediately after this read pulse is as shown in FIG. That is, the signal charges read in the first cycle and the second cycle do not overlap with each other and are read from the 176th to 305th rows in the third cycle in the region indicated by the broken line on the lower left in FIG. The emitted signal charge is stored.
[0095]
  Then, after the readout pulse in the third cycle, the vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied 130 times to the electrodes V1C, V1D, V2, and V3, respectively, and it can be seen from FIG. 10 and FIG. 12 (e). As described above, the remaining 45 rows of signal charges read in the first cycle and 85 rows of signal charges read in the second cycle are transferred to the horizontal transfer unit 3, and the signal transfer detection unit is further transferred from the horizontal transfer unit 3. Send to 4 and output.
[0096]
  Thereafter, in each cycle, a voltage of 15 V is applied as a readout pulse only to the electrode V1C, and then a vertical transfer pulse of 0 V or −9 V is applied 130 times to each of the electrodes V1C, V1D, V2, and V3. By repeating, signal charges for 130 rows (rows 176 to 305) located in the center in the vertical direction are continuously transferred to the horizontal transfer unit 3 and output from the signal charge detection unit 4. It will be.
[0097]
  In this embodiment, since one cycle corresponds to about 130 horizontal scanning periods as described above, four cycles can be realized in one frame period of 525 horizontal scanning periods. As a result, a waiting time of about 175 horizontal periods occurs after the application of the first readout pulse. After this waiting time, high-speed imaging at 4 × speed that outputs 130 rows of signals four times per frame. Is realized.
[0098]
  As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment corresponds to 130 rows located at the center in the vertical direction among the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 of 480 rows and 640 columns, that is, the 176th to 305th rows. Since only the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 1 is transferred to the signal charge detection unit 4, the high-speed transfer required conventionally is not required, and signal output in a shorter period than before is possible. Further, if the length of one cycle period is the same as the conventional one, more signal outputs can be obtained.
[0099]
  Here, when the number of rows of the photoelectric conversion elements 1 read out as a video signal is K during high-speed shooting at N times speed, the relationship between N and K can be expressed by the following equation. Strictly speaking, it is necessary to consider the time required for reading from the photoelectric conversion element 1 to the vertical transfer unit 12.
[0100]
[Formula 6]
             525 / N = K
[0101]
In the example described above in the present embodiment, since the high-speed shooting is 4 times, N = 4,Equation 6Therefore, K is about 130 lines.
[0102]
  In N-times high-speed shooting, the difference between the number K of signal output rows per cycle in this embodiment and the number M of signal output rows obtained by the conventional method is as follows:Number 2andEquation 6Is derived as follows.
[0103]
[Expression 7]
    KM = 525 / N-19 × (525 / N-480 / 19) / 18
          = 26.6-525 / (18 × N)
[0104]
  That is, when N is 2 or more, the aboveNumber 7Since the value of the above formula is positive, it can be seen that the number of signal output rows obtained in one cycle in the same N times (N is 2 or more) high-speed imaging is larger in the present embodiment than in the prior art.
[0105]
  However, as described above, in the case of the present embodiment, the signal charge in the row where the signal charge is actually read from the photoelectric conversion element 1 (the K row located in the center in the vertical direction) is the signal charge detection unit. 4 starts to be output after first applying a voltage of 15 V to the electrode V1C and then performing vertical transfer of {(480-K) / 2} rows.
[0106]
  In the configuration of the present embodiment, the number of signal output lines during high-speed shooting cannot be made variable, but in high-speed shooting with a predetermined high-speed magnification, a larger number of signal output lines can be obtained than in the conventional method. Is possible.
[0107]
  (Embodiment 3)
  The following will describe another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure which has the function similar to the structure demonstrated in Embodiment 1 * 2, and the description is abbreviate | omitted.
[0108]
  In the solid-state imaging device of the present embodiment, as shown in FIG. 13, the three-phase electrodes of the vertical transfer unit 22 are connected to each row of the photoelectric conversion elements 1. Electrodes V1E, V2, and V3 are connected to the photoelectric conversion elements 1 in the first to 130th rows, respectively, and the photoelectric conversion elements 1 in the 131st to 175th rows and the 306th to 480th rows include Electrodes V1G, V2, and V3 are connected to each other. In addition, electrodes V1F, V2, and V3 are connected to the photoelectric conversion elements 1 of 130 rows located in the center in the vertical direction, that is, the 176th to 305th rows, respectively.
[0109]
  The vertical transfer unit 22 reads a signal charge accumulated from the necessary photoelectric conversion element 1 by selectively applying a voltage of 15 V to each of the electrodes V1E, V1F, and V1G, and further, the electrodes V1E, V1F, By applying a three-phase transfer pulse of 0V or −9V to each of V1G, V2 and V3, the read signal charges are transferred in the vertical direction.
[0110]
  Next, the operation of this solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a timing chart at the time of shooting at normal speed, and FIGS. 16 and 18 are timing charts at the time of shooting at high speed. In FIG. 14, FIG. 16, and FIG. 18, VD is a vertical synchronizing signal, and HD is a horizontal synchronizing signal. Further, φV1E, φV1F, φV1G, φV2, and φV3 are pulses applied to the electrodes V1E, V1F, V1G, V2, and V3, respectively.
[0111]
  First, the operation at the time of shooting at normal speed will be described with reference to FIGS. Note that imaging at normal speed means that signal charges obtained from all the photoelectric conversion elements 1 in 480 rows and 640 columns are output once every frame period (1/30 second).
[0112]
  First, as indicated by φV1E, φV1F, and φV1G in FIG. 14, a voltage of 15 V (readout pulse) is simultaneously applied to the electrodes V1E, V1F, and V1G to accumulate in all the photoelectric conversion elements 1 in 480 rows and 640 columns. The signal charges thus read out are read below the electrodes V1E, V1F, and V1G of the vertical transfer unit 22.
[0113]
  Subsequently, by applying a vertical transfer pulse of 0V or −9V once to the electrodes V1E, V1F, V1G, V2, and V3, 640 photoelectric conversion elements 1 in the first row, that is, photoelectric conversion elements 1 ( 1, 1) to signal charges read from the photoelectric conversion element 1 (1,640) are transferred to the horizontal transfer unit 3.
[0114]
  Thereafter, the signal charges in the first row are output to the signal charge detection unit 4 by the horizontal transfer unit 3. FIG. 15 shows an enlarged waveform of a vertical transfer pulse applied next to the readout pulse in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3.
[0115]
  After the output of the signal charges in the first row is completed, a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied once again to the electrodes V1E, V1F, V1G, V2, and V3, thereby obtaining 640 pieces of the second row. The signal charges read from the photoelectric conversion element 1, that is, the photoelectric conversion element 1 (2, 1) to the photoelectric conversion element 1 (2, 640) are transferred to the horizontal transfer unit 3, and the signal is transferred in the same manner as in the first row. Output to the charge detector 4.
[0116]
  Thereafter, similarly, each time a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied once, the signal charge read from the photoelectric conversion element 1 is output to the signal charge detection unit 4 through the horizontal transfer unit 3 one row at a time. . When shooting at normal speed, the above 15V readout pulse is applied once per frame period, and after the readout pulse, the above vertical transfer pulse is applied 480 times per frame period, thereby obtaining 480 rows. Outputs signal charge.
[0117]
  Next, imaging at a high speed will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, one of two types of high-speed shooting modes, the first mode and the second mode, can be selected.
[0118]
  First, in the first mode, among the photoelectric conversion elements 1 of 480 rows and 640 columns, output of signal charges of 130 rows closer to the horizontal transfer unit 3, that is, the photoelectric conversion devices 1 of the first to 130th rows. Is performed four times in one frame period, thereby realizing high-speed shooting at 4 × speed. FIG. 16 shows the timing chart.
[0119]
  In the second mode, the output of the signal charges of the photoelectric conversion elements 1 of 480 rows and 640 columns of the photoelectric conversion elements 1 in the center in the vertical direction, that is, the photoelectric conversion elements 1 of the 176th to 305th rows is output. By performing four cycles in one frame period, high-speed shooting at 4 × speed is realized. FIG. 18 shows the timing chart.
[0120]
  First, the high-speed shooting operation in the first mode will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
[0121]
  First, as shown by φV1E, by applying a voltage (readout pulse) of 15V to the electrode V1E, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in the first to 130th rows is applied to the electrode V1E of the vertical transfer unit 22. Read down. Since a voltage of 15 V is not applied to the electrodes V1F and V1G, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in the 131st to 175th rows and the 306th to 480th rows are not read out.
[0122]
  After the signal charge is read out under the electrode V1E, a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied once to the electrodes V1E, V1F, V1G, V2, and V3, whereby the signal charge for one row is transferred to the horizontal transfer unit. 3 is transferred vertically. Thereafter, the signal charges in the first row are output from the signal charge detection unit 4 by the horizontal transfer unit 3. In FIG. 16, the horizontal transfer pulse applied to the horizontal transfer unit 3 is not shown. FIG. 17 shows an enlarged waveform of a vertical transfer pulse applied next to the readout pulse in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3.
[0123]
  After the output of the signal charges of the first row is completed, the vertical charge pulse of 0V or −9V is once again applied to the electrodes V1E, V1F, V1G, V2, and V3, so that the signal charges of the second row are The signal is transferred to the horizontal transfer unit 3 and the signal charge of the second row is output in the same manner as the first row. Thereafter, similarly, vertical transfer and horizontal transfer for 130 rows are performed, and output up to the signal charges on the 130th row is completed. The above is one cycle, and after the signal charge on the 130th row is output, the signal charge on the second cycle is read without discharging the signal charge for the remaining 350 rows.
[0124]
  In the case of the high-speed shooting in the first mode, as in the high-speed shooting in the first and second embodiments, one cycle corresponds to about 130 horizontal scanning periods, and one frame (525 horizontal scanning periods). 4 cycles can be realized. That is, the video signal for 130 rows is output four times in one frame period (1/30 second).
[0125]
  As described above, according to the high-speed imaging in the first mode, in the m-row n-column photoelectric conversion element, the signals accumulated in the first to k-th row photoelectric conversion elements 1 closest to the horizontal transfer unit 3. After the charge is output, the signal charges read again from the first to first k rows are transferred by the next read pulse without transferring the remaining (m−k) rows of signal charges. By doing so, high-speed shooting is possible.
[0126]
  Next, high-speed shooting in the second mode will be described based on FIGS. 18 and 19.
[0127]
  First, as shown by φV1F, by applying a voltage (readout pulse) of 15V to the electrode V1F, it is accumulated in the photoelectric conversion elements 1 for 130 rows located in the center in the vertical direction, that is, the 176th to 305th rows. The read signal charges are read out below the electrode V1F of the vertical transfer unit 22. At this time, since the voltage of 15 V is not applied to the electrodes V1E and V1G, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 for the other 350 rows, that is, the first to 175th rows and the 306th to 480th rows are The data is not read under the electrodes V1E and V1G of the vertical transfer unit 2.
[0128]
  After reading the signal charge below the electrode V1F in this way, a vertical transfer pulse of 0V or −9V is applied to the electrodes V1E, V1F, V1G, V2, and V3, whereby the signal charge for one row is transferred to the horizontal transfer unit. 3 is transferred. Thereafter, the signal charge in the first row is output from the signal charge detection unit 4 by the horizontal transfer unit 3. However, since the signal charge is not read from the photoelectric conversion elements 1 in the first row, there is no actual signal output. Also in FIG. 18, illustration of the horizontal transfer pulse applied to the horizontal transfer unit 3 is omitted. FIG. 19 shows an enlarged waveform of a vertical transfer pulse applied next to the read pulse in order to transfer the signal charges of the first row to the horizontal transfer unit 3.
[0129]
  After the output of the signal charge of the first row is completed, the signal charge of the second row is changed by applying a vertical transfer pulse of 0V or −9V to the electrodes V1E, V1F, V1G, V2, and V3 again. The signal charges in the second row are transferred to the horizontal transfer unit 3 and output from the signal charge detection unit 4. However, since the signal charges are not read out from the photoelectric conversion elements 1 in the second row as in the first row, there is no actual signal output.
[0130]
  As described in the second embodiment, the signal charges on the 176th to 305th rows from which the signal charges are actually read are output from the signal charge detection unit 4 by applying a voltage of 15 V to the electrode φV1F. After the first application, the vertical transfer for 176 rows is completed.
[0131]
  Also in this second mode, a voltage of 15V is applied to the electrode V1F, and the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in the 130th row located at the center in the vertical direction, that is, the 176th to 305th rows are vertically In one cycle, signal charges for 130 rows are output by reading below the electrode V1F of the transfer unit 22 and applying the vertical transfer pulse 130 times.
[0132]
  In each cycle, as described with reference to FIGS. 12A to 12E in the second embodiment, the signal charge read on the vertical transfer unit 22 in the previous cycle is discharged. The signal charges are read from the photoelectric conversion elements 1 in the 176th to 305th rows without any problem.
[0133]
  Accordingly, even in the second mode, one cycle corresponds to about 130 horizontal scanning periods, and four cycles can be realized for one frame (525 horizontal scanning periods). That is, by outputting the video signal for 130 rows four times in one frame period (1/30 second), high-speed shooting at 4 × speed is realized.
[0134]
  However, as described above, in the case of high-speed shooting in the second mode, the signal charge in the row (K row located in the center in the vertical direction) from which the signal charge is actually read from the photoelectric conversion element 1 is The signal charge detection unit 4 starts outputting after the voltage of 15V is first applied to the electrode V1F and then the vertical transfer of {(480-K) / 2} rows is performed.
[0135]
  When the high-speed magnification of the high-speed shooting of the present embodiment is N times, the number k of signal output lines obtained in the first mode is equal to the number K of signal output lines obtained in the second mode. Or K) and signal output M (Number 2The difference from the reference) is expressed by the following mathematical formula as in the first and second embodiments.
[0136]
[Equation 8]
    KM = 525 / N-19 × (525 / N-480 / 19) / 18
          = 26.6-525 / (18 × N)
[0137]
  That is, when N is 2 or more, the aboveNumber 8Since the value of the above formula is positive, it can be seen that the number of signal output rows obtained in one cycle in the same N times (N is 2 or more) high-speed imaging is larger in the present embodiment than in the prior art.
[0138]
  In the configuration of the present embodiment, the number of signal output lines during high-speed shooting cannot be made variable, but in high-speed shooting with a predetermined high-speed magnification, a larger number of signal output lines can be obtained than in the conventional method. Is possible.
[0139]
  In the high-speed shooting in the first mode, the signal charge in the region close to the horizontal transfer unit 3 is read out, so that the center of the video signal is shifted when the optical magnification is changed. For this reason, it is desirable to fix the optical magnification. However, since the first video signal at the time of high-speed shooting is output by vertical transfer and horizontal transfer immediately after reading the signal charge from the photoelectric conversion element 1, signal processing is easy.
[0140]
  On the other hand, in the high-speed shooting in the second mode, since the signal charges for K rows located in the center in the vertical direction are read, the center of the video signal does not shift even when the optical magnification is changed. However, the first video signal output at this time is that when the number of rows of the photoelectric conversion unit 10 is m, the signal charge is read from the photoelectric conversion element 1 and {(m−K) / 2} rows are vertically transferred. Since it is later, signal processing is complicated.
[0141]
  Therefore, the user can determine whether to select the first mode or the second mode according to the situation or preference. By providing a changeover switch or the like that can be operated by the user, the position of this switch is set. Accordingly, the signal control unit 5 may determine which timing chart signal shown in FIGS. 16 and 18 is to be applied.
[0142]
  In each of the embodiments described above, each of the vertical transfer units 2, 12, and 22 is controlled to transfer by a three-phase vertical transfer pulse, but may have four or more phases. There are no particular restrictions on the configuration of the solid-state imaging device, as long as signal charges can be read independently in the vertical direction. The number of pixels and the frequency of the horizontal / vertical synchronization signal are not limited to the above example.
[0143]
  (Embodiment 4)
  Still another embodiment of the present invention will be described.
[0144]
  FIG. 20 shows a schematic configuration of a camera according to the present invention. This camera uses the solid-state imaging device described in the first to third embodiments as the imaging unit 30, an optical system 31 such as a lens that guides light to the imaging unit 30, and a video signal obtained by the imaging unit 30. That is, a video signal processing circuit 32 that processes a video signal output from the charge detection unit 4 of the solid-state imaging device is provided. As a result, a video movie camera capable of high-speed shooting without deteriorating transfer efficiency without requiring high-speed transfer that increases the drive frequency can be realized.
[0145]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of high-speed imaging without increasing the driving frequency as in the prior art and a camera using the same. Further, when compared at the same high speed magnification, a solid-state imaging device and a camera having a larger number of signal output rows than the conventional one can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing in more detail the configuration of the solid-state imaging device.
FIG. 3 is a timing chart of signals output by a signal control unit when shooting at normal speed in the solid-state imaging device.
4 is an enlarged timing chart showing a part of FIG.
FIG. 5 is a timing chart of signals output by a signal control unit during high-speed shooting in the solid-state imaging device.
6 is an enlarged timing chart showing a part of FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a timing chart of signals output by a signal control unit when shooting at normal speed in the solid-state imaging device.
FIG. 9 is an enlarged timing chart showing a part of FIG.
FIG. 10 is a timing chart of signals output from a signal control unit during high-speed shooting in the solid-state imaging device.
11 is an enlarged timing chart showing a part of FIG.
FIGS. 12A to 12E are explanatory views showing states of electric charges existing in a vertical transfer unit during high-speed shooting in the solid-state imaging device.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a solid-state imaging apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a timing chart of signals output by a signal control unit when shooting at normal speed in the solid-state imaging device.
FIG. 15 is an enlarged timing chart showing a part of FIG.
FIG. 16 is a timing chart of signals output by the signal control unit during high-speed shooting (first mode) in the solid-state imaging device.
FIG. 17 is a timing chart showing an enlarged part of FIG.
FIG. 18 is a timing chart of signals output by a signal control unit during high-speed shooting (second mode) in the solid-state imaging device.
FIG. 19 is a timing chart showing an enlarged part of FIG.
FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of a camera according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 22 is a timing chart of each drive signal at the time of shooting at a normal speed in the conventional solid-state imaging device.
FIG. 23 is a timing chart showing an enlarged part of FIG.
FIG. 24 is a timing chart of each drive signal during high-speed shooting in the conventional solid-state imaging device.
FIG. 25 is a timing chart showing an enlarged part of FIG.
[Explanation of symbols]
  1 Photoelectric conversion element
  2.12.22 Vertical transfer section
  3 Horizontal transfer section
  4 Signal charge detector
  5 Signal control unit
  10 Photoelectric converter
  30 Imaging unit
  31 Optical system
  32 Video signal processing circuit

Claims

ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、
前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第３のステップと、
前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第４のステップと、
ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第５のステップを備えたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。a plurality of photoelectric conversion units arranged in n rows (n is an integer of 2 or more), a vertical transfer unit that reads signal charges accumulated in the photoelectric conversion units and transfers the signal charges in a vertical direction, and a vertical transfer unit In a method for driving a solid-state imaging device comprising a horizontal transfer unit that receives the signal charge and transfers it in the horizontal direction,
From the horizontal transfer unit side, the vertical transfer from the photoelectric conversion unit of the kth row (k is an integer smaller than n) from the n1th row (n1 is an integer from 2 to nk) to the n1 + kth row. A third step of selectively reading out the signal charge to a unit;
A transfer signal is sent from the horizontal transfer portion side to the vertical transfer portion connected to the photoelectric conversion portion for the n1 + k rows from the first row to the n1 + k row to move the signal charge in the vertical transfer portion. 4 steps,
When the signal charge read from the photoelectric conversion unit in the (n1 + k) th row moves to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion unit in the (n1-1) th row, the n1th row from the horizontal transfer unit side again. A solid-state imaging device driving method comprising: a fifth step of selectively reading the signal charge from the photoelectric conversion unit for the continuous k rows from the first to the n1 + k rows to the vertical transfer unit.

ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、
前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第１のステップと、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り、前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第２のステップと、からなる第１のモードと、
前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第３のステップと、前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第４のステップと、ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第５のステップと、からなる第２のモードを備え、
前記第１のモードと前記第２のモードを選択することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。a plurality of photoelectric conversion units arranged in n rows (n is an integer of 2 or more), a vertical transfer unit that reads signal charges accumulated in the photoelectric conversion units and transfers the signal charges in a vertical direction, and a vertical transfer unit In a method for driving a solid-state imaging device comprising a horizontal transfer unit that receives the signal charge and transfers it in the horizontal direction,
First, the signal charges are selectively read from the photoelectric conversion unit for the continuous k rows (k is an integer smaller than n) from the first row to the k-th row from the horizontal transfer unit side to the vertical transfer unit. A transfer signal is sent to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion units for k rows from the first row to the k-th row from the horizontal transfer unit side, and the signal charges are transferred into the vertical transfer unit. A first mode comprising the following steps:
From the horizontal transfer unit side, the vertical transfer from the photoelectric conversion unit of the kth row (k is an integer smaller than n) from the n1th row (n1 is an integer from 2 to nk) to the n1 + kth row. A third step of selectively reading out the signal charges to the unit, and transferring from the horizontal transfer unit side to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion units for n1 + k rows from the first row to the n1 + k row A fourth step of sending a signal and moving the signal charge in the vertical transfer unit; and the signal charge read from the photoelectric conversion unit in the (n1 + k) th row is transferred to the photoelectric conversion unit in the (n1-1) th row. When moving to the connected vertical transfer unit, the signal charges are selectively transferred again from the photoelectric conversion unit for the continuous k rows from the n1th row to the n1 + kth row from the horizontal transfer unit side to the vertical transfer unit. 5th step to read , A second mode consisting of,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein the first mode and the second mode are selected.

前記ステップは、高速度撮影のときに用いることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法。 The method according to claim 1 , wherein the step is used for high-speed shooting.

前記ステップおよび前記モードは、高速度撮影のときに用いることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置の駆動方法。 The method of driving a solid-state imaging device according to claim 2, wherein the step and the mode are used in high-speed shooting.

１フレーム期間の水平走査期間数をＨ、１フレーム期間に前記信号電荷を読み出す回数をＮとすると、ｋ、Ｈ、およびＮの間に、

が成り立つ請求項１あるいは２に記載の固体撮像装置の駆動方法。Assuming that the number of horizontal scanning periods in one frame period is H, and the number of times the signal charge is read out in one frame period is N, between k, H, and N,

The method for driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein:

ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置において、
前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出し、
前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行い、
ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ、選択的に前記信号電荷を読み出すことを特徴とする固体撮像装置。a plurality of photoelectric conversion units arranged in n rows (n is an integer of 2 or more), a vertical transfer unit that reads signal charges accumulated in the photoelectric conversion units and transfers the signal charges in a vertical direction, and a vertical transfer unit In a solid-state imaging device comprising a horizontal transfer unit that receives the signal charge and transfers it in the horizontal direction,
From the horizontal transfer unit side, the vertical transfer from the photoelectric conversion unit of the kth row (k is an integer smaller than n) from the n1th row (n1 is an integer from 2 to nk) to the n1 + kth row. Selectively reading out the signal charges to the unit,
A transfer signal is sent from the horizontal transfer unit side to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion unit for n1 + k rows from the first row to the n1 + k row, and the signal charge is moved in the vertical transfer unit;
When the signal charge read from the photoelectric conversion unit in the (n1 + k) th row moves to the vertical transfer unit connected to the photoelectric conversion unit in the (n1-1) th row, the n1th row from the horizontal transfer unit side again. A solid-state imaging device, wherein the signal charges are selectively read out from the photoelectric conversion unit for the continuous k rows from the first row to the n1 + kth row to the vertical transfer unit.