JPH10285467A

JPH10285467A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH10285467A
Application number: JP9083559A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Akagawa; 圭一赤川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、面状に配列された光検出部の出力
を垂直転送路および水平転送路を介して読み出す撮像装
置に関し、垂直転送路の狭小化を可能としつつ、垂直転
送路の駆動速度を低減することを目的とする。【解決手段】複数の光検出部１と、複数の光検出部１
の信号電荷を垂直転送するための垂直転送路２と、予め
定めた読み出し区分に従って、間隔の離れた複数の水平
ラインを順次に選び出し、これら複数の水平ラインごと
に信号電荷を垂直転送路２に移送するゲート手段３と、
水平ライン１本分の垂直幅以上に長い電位井戸４を垂直
転送路２上に複数形成して信号電荷を格納し、かつ電位
井戸４を垂直移動させる垂直駆動手段５と、垂直転送路
群２からの信号電荷を水平転送する水平転送手段６と、
水平転送手段６の転送出力を水平ライン本来の配列順に
並べ替え、画像信号を生成する画素再配列手段７とを備
えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面状に配列された
光検出部の出力を垂直転送路および水平転送路を介して
読み出す撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子カメラやビデオカメラなどに
は、ＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ撮像素子などからなる撮像
装置が搭載される。この種の撮像装置の従来例をいくつ
か挙げて説明する。図１５は、撮像装置（プログレッシ
ブ走査）の一例を示す図である。

【０００３】図１５において、ホトダイオードなどから
なる光検出部５１が撮像面上に二次元配列される。これ
ら光検出部５１の垂直列の間には、転送ゲート５３を介
して垂直転送路５２（ＶＣＣＤ）がそれぞれ配置され
る。また、垂直転送路５２の個々には、電荷転送用の３
相電極φ１〜φ３が周期的に配置され、垂直転送路５２
の出力端には、水平転送路５４（ＨＣＣＤ）が水平方向
に配置される。この水平転送路５４の出力側には、出力
アンプ５５が接続される。

【０００４】このような構成の撮像装置では、撮像面の
受光量に応じて光検出部５１に信号電荷が蓄積される。
また、外部の駆動回路（図示せず）などから電極φ２，
φ３に高電位が印加されて、電極φ２，φ３の下に電位
井戸を形成する。このとき、電位井戸の長さは、図１５
に示されるように、水平ラインの垂直幅に対し２／３倍
程度の長さとなる。

【０００５】この状態で光検出部５１に蓄積された信号
電荷は、転送ゲート５３を介して、垂直転送路５２上の
各電位井戸に一括して移送される。次に、電極φ１〜φ
３に対し３相の駆動パルスが印加され、電位井戸内の信
号電荷は垂直方向に順次転送される。

【０００６】このような垂直転送路５２の一群からは、
１水平ライン分の信号電荷が順次に出力され、水平帰線
期間中に水平転送路５４に取り込まれる。この水平ライ
ン分の信号電荷は、１水平走査期間をかけて外部に水平
転送される。このような転送出力に対して、公知の色信
号処理およびγ補正などを施すことにより、フレーム単
位の画像信号が生成される。

【０００７】図１６は、撮像装置（２線混合インターレ
ース走査）の一例を示す図である。図１６において、ホ
トダイオードなどからなる光検出部６１が撮像面上に二
次元配列される。これら光検出部６１の垂直列の間に
は、転送ゲート６３を介して垂直転送路６２（ＶＣＣ
Ｄ）がそれぞれ配置される。また、垂直転送路６２の個
々には、電荷転送用の４相電極φ１〜φ４が周期的に配
置され、垂直転送路６２の出力端には、水平転送路６４
（ＨＣＣＤ）が水平方向に配置される。この水平転送路
６４の出力側には、出力アンプ６６が接続される。

【０００８】このような構成の撮像装置では、インター
レース読み出しが可能となる。以下、奇数フィールドを
読み出す場合について説明を行う。まず、外部の駆動回
路（図示せず）などから電極φ１〜３に対し高電位を印
加することにより、電極φ１〜３の下に、信号電荷を蓄
積するための電位井戸を形成する。このとき、電位井戸
の長さは、図１６に示されるように、水平ライン（光検
出部６１の２行分）の垂直幅に対し、３／４倍程度の長
さとなる。

【０００９】この状態で光検出部６１に蓄積された信号
電荷は、転送ゲート６３を介して垂直転送路６２上の電
位井戸に一括移送される。このとき、ｎ行目（ｎは奇
数）とｎ＋１行目の光検出部６１に蓄積された信号電荷
は１つの電位井戸において混合され、１水平ライン分の
信号電荷を生成する。次に、電極φ１〜φ４に対し４相
の駆動パルスが印加され、電位井戸内の信号電荷は垂直
方向に順次転送される。

【００１０】水平転送路６４は、水平帰線期間中に、垂
直転送路６２の一群から出力される１水平ライン分の信
号電荷を取り込む。このように取り込まれた水平ライン
分の信号電荷は１水平走査期間をかけて水平転送され
る。このような転送出力に対して、公知の色信号処理お
よびγ補正などを施すことにより、奇数フィールドの画
像信号が生成される。

【００１１】なお、偶数フィールドの読み出しに際して
は、電極φ４，φ１，φ２の下に電位井戸を形成する。
この電位井戸内において、ｎ行目（ｎは奇数）とｎ−１
行目の光検出部６１に蓄積された信号電荷を混合して、
１水平ライン分の信号電荷を生成する。図１７は、撮像
装置（ＣＳＤ方式）の一例を説明する図である。

【００１２】図１７において、垂直転送路７１上には、
電極φ１〜φｍが順に配置される。この垂直転送路７１
の出力端には、蓄積部７２とゲート部７３とを介して、
水平転送路７４が配置される。この蓄積部７２は、信号
電荷を一時蓄積するためのスペースであり、電荷蓄積用
の電極φＣが配置される。また、ゲート部７３は、蓄積
部７２と水平転送路７４との間を開閉するためのトラン
スファゲートであり、ゲート電極φＴが配置される。

【００１３】一方、水平転送路７４は、垂直転送路７１
から取り込まれた１水平ライン分の信号電荷を水平転送
するための電極φＨが配置される。このような構造の撮
像装置では、垂直転送路７１上の電極φ１〜φｍに高電
位が一斉に印加され、垂直転送路７１の全長にわたる電
位井戸が形成される。この状態で、１水平ラインを構成
する光検出部（図示せず）の信号電荷が、垂直転送路７
１上の電位井戸に移送される（図１７中のｔ１）。

【００１４】次に、垂直転送路７１の他端側から電極φ
１〜φｍの電位を降順に下げて、電位井戸内の信号電荷
を蓄積部７２に順次押し出す（図１７中のｔ２〜ｔ
５）。蓄積部７２に蓄積された信号電荷は、水平帰線期
間中にゲート部７３を介して水平転送路７４上に転送さ
れる（図１７中のｔ６〜ｔ８）。

【００１５】水平転送路７４上の信号電荷は、１水平走
査期間をかけて水平転送される（図１７中のｔ９）。以
上の動作（図１７中のｔ１〜ｔ９）を、水平ラインの読
み出し位置をずらしながら繰り返すことにより、撮像面
全体の画像信号を外部に読み出す。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
撮像素子のチップサイズを縮小したり、撮像面上の画素
数を増やしたり、１画素当たりの開口率を増加させるた
めに、垂直転送路の狭小化が強く要望されている。

【００１７】しかしながら、図１５，図１６に示した従
来例では、電位井戸一つ分の長さが、水平ラインの垂直
幅よりも短く制限される。そのため、電位井戸から信号
電荷が溢れないようにするためには、垂直転送路の横幅
を広く確保する必要があった。そのような理由から、図
１５，図１６に示した従来例では、垂直転送路の狭小化
が困難であるという問題点があった。

【００１８】一方、図１７に示した従来例では、垂直転
送路の全長にわたって電位井戸を形成するので、信号電
荷の収納量が格段に多い。そのため、垂直転送路の狭小
化に適した構造である。しかしながら、図１７に示した
従来例では、１水平ラインを垂直転送路７１に移送して
から水平転送路７４に出力するまでの一連の動作を、１
水平期間内に完了している。そのため、垂直転送路を特
別に高速駆動する必要があった。

【００１９】例えば、垂直転送路上の電極を２５４段で
構成した場合、１水平期間（約０．２５μsec ）に信号
電荷を２５４段押し出す必要があり、４ＭＨｚ程度の高
速駆動を実施しなければならない。

【００２０】特に、この垂直転送路７１上の各電極は、
水平方向の画素数だけ並列に接続される。そのため、垂
直転送路７１上の各電極には、大きな容量性インピーダ
ンスが生じる。このように大きな容量性インピーダンス
を高速駆動するためには、大きな駆動電流が必要とな
り、撮像装置の消費電力が大きくなるという問題点があ
った。

【００２１】また、駆動電流が大きく流れることにより
撮像素子の発熱量が増し、暗電流ノイズが増加するとい
う問題点もあった。さらに、大きな容量分を高速駆動す
る際に駆動電圧の波形が鈍るため、信号電荷の転送漏れ
を招いてしまうという問題点があった。そこで、請求項
１に記載の発明では、上記の問題点を解決するために、
垂直転送路の狭小化を可能としつつ、垂直転送路の駆動
速度を低減することができる撮像装置を提供することを
目的とする。

【００２２】請求項２に記載の発明では、請求項１の目
的と併せて、信号電荷の読み出しタイミングをより単純
化にすることができる撮像装置を提供することを目的と
する。請求項３に記載の発明では、請求項１の目的と併
せて、垂直転送路と水平転送手段とのインターフェース
部に信号電荷の蓄積手段（例えば、図１７に示した蓄積
部７２）などを設ける必要がない撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２３】請求項４に記載の発明では、請求項１の目
的と併せて、垂直転送路上の信号電荷の転送漏れによる
弊害を防止することができる撮像装置を提供することを
目的とする。請求項５に記載の発明では、請求項４の目
的と併せて、垂直転送路における信号電荷の転送効率を
一層高めることができる撮像装置を提供することを目的
とする。

【００２４】請求項６に記載の発明では、請求項１の目
的と併せて、電子シャッタ機能を有する撮像装置を提供
することを目的とする。請求項７に記載の発明では、請
求項１の目的と併せて、インターレース走査の機能を有
する撮像装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１〜３に
記載の発明を説明する図である。

【００２６】請求項１に記載の発明は、水平垂直方向に
配列された複数の光検出部１と、複数の光検出部１に蓄
積される信号電荷を垂直方向に転送するための垂直転送
路２の群と、予め定められた水平ラインの読み出し区分
に従って、間隔の離れた複数の水平ラインを順次選び、
選ばれた複数の水平ラインごとに光検出部１の信号電荷
を垂直転送路２に逐次移送するゲート手段３と、水平ラ
イン１本分の垂直幅以上に長い電位井戸４を垂直転送路
２上に複数形成して、ゲート手段３から移送される信号
電荷を該電位井戸４に格納し、かつ該電位井戸４を垂直
方向に順次移動させる垂直駆動手段５と、電位井戸４を
介して垂直転送路群２から順次出力される信号電荷を水
平方向に転送する水平転送手段６と、水平転送手段６の
転送出力を取り込み、該転送出力を水平ラインの本来の
配列順に従って並べ替え、フレーム単位もしくはフィー
ルド単位の画像信号を生成する画素再配列手段７とを備
えたことを特徴とする。

【００２７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の撮像装置において、ゲート手段３は、予め定められた
水平ラインの読み出し区分に従って、一定間隔おきに離
れた水平ラインを複数選び、選ばれた複数の水平ライン
ごとに光検出部１の信号電荷を垂直転送路２に移送する
ことを特徴とする。請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の撮像装置において、垂直駆動手
段５は、水平転送手段６が信号電荷の転送動作を中断す
る水平帰線期間中に、垂直転送路２の端に位置する電位
井戸４内の信号電荷を水平転送手段６へ出力することを
特徴とする。

【００２８】図２は、請求項４，５に記載の発明を説明
する図である。請求項４に記載の発明は、請求項１乃至
請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置において、垂
直駆動手段５は、信号電荷を有する電位井戸４に後続し
て、信号電荷を有しない空の電位井戸４ａを形成するこ
とを特徴とする。請求項５に記載の発明は、請求項４に
記載の撮像装置において、垂直駆動手段５は、電位井戸
４に蓄積された信号電荷と、該電位井戸４に後続する空
の電位井戸４ａにおいて拾得された「信号電荷の漏れ
分」とを水平転送手段６へ加算出力することを特徴とす
る。

【００２９】図３は、請求項６に記載の発明を説明する
図である。請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求
項５のいずれか１項に記載の撮像装置において、垂直転
送路２上の不要電荷を掃き出すための排出部８を備え、
ゲート手段３は、光検出部１に蓄積された不要電荷を電
位井戸４ｂに移送し、かつ該移送時点から所定の露光時
間の経過後に、光検出部１に蓄積された信号電荷を別の
電位井戸４に移送し、垂直駆動手段５は、ゲート手段３
の移送タイミングに基づいて、垂直転送路２上の予め定
められた箇所を通過する電荷が不要電荷か否かを選別
し、不要電荷を排出部８へ掃き出すことを特徴とする。

【００３０】図４は、請求項７に記載の発明を説明する
図である。請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求
項６のいずれか１項に記載の撮像装置において、水平ラ
インの１本分は、光検出部１の水平行の束から構成さ
れ、かつ該水平行の束は奇数フィールドと偶数フィール
ドとにおいて垂直方向に半位相ずれることを特徴とす
る。

【００３１】（作用）請求項１の撮像装置では、光検出
部１に光が照射されると、受光量に応じて信号電荷が発
生する。このように発生した信号電荷は、垂直転送路２
および水平転送手段６を介して外部に読み出される。

【００３２】このような信号電荷の読み出し動作に際
し、垂直駆動手段５は、垂直転送路２上に電位井戸４を
複数形成する。この電位井戸４は、水平ラインの垂直幅
以上の長さを有し、電位井戸４の相互間には、信号電荷
を分離するために間隙が空けられる。このような構成の
ため、垂直転送路２の上に一度に形成できる電位井戸４
の数は、水平ラインの本数よりも少なくなる。したがっ
て、従来のプログレッシブ走査（図１５）やインターレ
ース走査（図１６）とは異なり、光検出部１の信号電荷
を垂直転送路２上に一括して移送することはできない。

【００３３】そこで、請求項１の撮像装置では、下記の
手順を踏んで、光検出部１の信号電荷を読み出す。ま
ず、ゲート手段３は、予め定められた水平ラインの読み
出し区分に従って、間隔の離れた複数の水平ラインを順
次に選び出す。次に、ゲート手段３は、選ばれた複数ラ
インごとに、信号電荷を光検出部１から垂直転送路２へ
移送する。このように移送される信号電荷は、垂直転送
路２上に配された複数の電位井戸４にそれぞれ格納され
る。

【００３４】この状態で、垂直駆動手段５は、これらの
電位井戸４を垂直方向に順次移動させる。その結果、垂
直転送路２群からは、複数ライン分の信号電荷が次々に
出力される。水平転送手段６は、これら複数ラインの信
号電荷を取り込み、水平方向に順次転送する。

【００３５】以上のような読み出し動作が繰り返し実行
されることにより、１画面分の信号電荷が全て読み出さ
れる。しかしながら、このようにして読み出される水平
ラインの順番は、画面上において飛び飛びの順番とな
る。そのため、一般的な画面の走査順に沿って、水平ラ
インを読み出すことはできない。

【００３６】そこで、画素再配列手段７は、水平転送手
段６の転送出力を取り込み、この転送出力を水平ライン
の本来の配列順に従って並べ替えることにより、１画面
分のの画像信号を生成する。請求項２の撮像装置では、
ゲート手段３が、一定間隔おきに離れた水平ラインを複
数選び、選ばれた複数の水平ラインごとに光検出部１の
信号電荷を垂直転送路２に移送する。

【００３７】このような移送形式では、複数の電位井戸
４を、一定間隔おきに配すればよく、電位井戸４の垂直
駆動などを周期的なタイミングで行うことが可能とな
る。したがって、信号電荷の読み出しタイミングをより
単純化にすることが可能となる。請求項３の撮像装置で
は、垂直駆動手段５が、水平帰線期間中に、垂直転送路
２の端に位置する電位井戸４内の信号電荷を水平転送手
段６へ出力する。

【００３８】このような動作により、垂直転送路２と水
平転送手段６との動作タイミングの調整がなされるの
で、タイミング調整のためのインターフェースなどを別
途設ける必要がなくなる。請求項４の撮像装置では、垂
直駆動手段５が、信号電荷を有する電位井戸４に後続し
て、信号電荷を有しない空の電位井戸４ａを形成する。

【００３９】このような空の電位井戸４ａは、先行する
電位井戸４の転送漏れを拾得する。その結果、転送漏れ
が別の信号電荷に混入するなどの不具合を確実に防ぐこ
とができる。請求項５の撮像装置では、電位井戸４に蓄
積された信号電荷と、該電位井戸４に後続する空の電位
井戸４ａにおいて拾得された転送漏れとが、水平転送手
段６上へ加算出力される。

【００４０】このような動作により、信号電荷の転送漏
れを失うことがなくなり、垂直転送路２における信号電
荷の転送効率が高くなる。請求項６の撮像装置では、ゲ
ート手段３が、光検出部１に蓄積された不要電荷を電位
井戸４ｂに移送する。

【００４１】この移送時点から所定の露光時間の経過後
に、ゲート手段３は、光検出部１に蓄積された信号電荷
を別の電位井戸４に改めて移送する。このような動作に
より、垂直転送路２上には、不要電荷を有する電位井戸
４ｂと、信号電荷を有する電位井戸４とが混在し、一方
向に垂直転送される。一方、垂直駆動手段５は、不要電
荷の移送タイミングに基づいて、垂直転送路２上の予め
定められた箇所を通過する電荷が不要電荷か否かを選別
し、不要電荷であれば排出部８へ掃き出す。

【００４２】したがって、所定の露光時間だけ蓄積され
た信号電荷のみが水平転送手段６に到達し、外部に読み
出される。このように露光時間を制限することにより、
電子シャッタ機能が実現する。請求項７の撮像装置で
は、読み出し単位である水平ラインが次のように設定さ
れる。

【００４３】まず、１本分の水平ラインは、光検出部１
の水平行を複数束ねて構成される。この水平ラインは、
奇数フィールドと偶数フィールドとにおいて垂直方向に
半位相ずつずれる。このような水平ラインの設定によ
り、インターレース走査の機能が実現する。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にお
ける実施の形態を説明する。

【００４５】（第１の実施形態）図５は、第１の実施形
態（請求項１〜３に対応）を示す図である。図５におい
て、撮像装置１１の前面に撮影レンズ１２が装着され、
撮影レンズ１２の像空間側に固体撮像素子１３が配置さ
れる。

【００４６】固体撮像素子１３には、駆動パルスを発生
する駆動回路１４が接続され、駆動回路１４には、レリ
ーズ操作などを行うための記録釦１５が接続される。ま
た、固体撮像素子１３の転送出力は、信号処理部１６お
よびＡ／Ｄコンバータ１７を介して、非同期リード／ラ
イト動作を行うフレームメモリ部１８に入力される。

【００４７】フレームメモリ部１８の読み出し出力は、
外部出力端子へ接続されると共に、Ｄ／Ａコンバータ１
９およびビデオ回路２０を介してモニタ２０ａに入力さ
れる。図６は、第１の実施形態における固体撮像素子１
３の構成を示す図である。図６において、ホトダイオー
ドなどからなる光検出部が垂直水平方向に配列される。
ここでは、説明を判りやすくするために、８行分の光検
出部Ｐ１〜８について述べる。

【００４８】これらの光検出部Ｐ１〜８の各垂直列ごと
に、垂直転送路２１がそれぞれ配置され、これらの垂直
転送路２１には、８相の電極φ１〜φ８が周期的に設け
られる。また、垂直転送路２１の出力端に沿って水平転
送路２３が配置され、水平転送路２３には水平転送用の
電極φＨが配置される。このような電極φ１〜８および
φＨは、図５に示した駆動回路１４に接続される。一
方、水平転送路２３の転送出力は、出力アンプ２４など
を介して、図５に示した信号処理部１６に接続される。

【００４９】図７は、固体撮像素子１３における垂直転
送路２１上の電極配置を詳細に示す図である。図７にお
いて、１つの光検出部Ｐ１に対応して、２つの電極φ
１，φ２が垂直転送路２１上に絶縁膜を介して設けられ
る。片方の電極φ２は、光検出部Ｐ１に接するＰ＋拡散
層２７を覆う形に形成される。このような電極φ１，φ
２に中間電位を印加することにより、該当する電極の下
に電位井戸が形成される。さらに、片方の電極φ２に高
電位を印加してＰ＋拡散層２７内にチャネルを形成する
ことより、光検出部Ｐ１内の信号電荷が電極φ２の下側
の電位井戸に移送される。

【００５０】その他の光検出部Ｐ２〜８についても、そ
れぞれ同様の構造で電極φ１〜８が配置される。ここ
で、請求項１〜３に記載の発明と第１の実施形態との対
応関係については、光検出部１は光検出部Ｐ１〜８に対
応し、垂直転送路２は垂直転送路２１に対応し、ゲート
手段３は駆動回路１４および電極φ２，φ４，φ６，φ
８に対応し、垂直駆動手段５は駆動回路１４および電極
φ１〜８に対応し、水平転送手段６は水平転送路２３お
よび駆動回路１４に対応し、画素再配列手段７はフレー
ムメモリ部１８に対応する。

【００５１】図８は、第１の実施形態のタイミングチャ
ートを示す図である。図９および図１０は、第１の実施
形態の動作を説明する図である。以下、これらの図を用
いて、第１の実施形態の動作を説明する。まず、駆動回
路１４は、電極φ２〜７に中間電位を印加することによ
り、水平行（水平ライン）の垂直幅の３倍長を有する電
位井戸を等間隔に形成する。なお、電極φ１，φ８には
低電位が与えられるため、電位井戸の相互間は隔離され
る。

【００５２】この状態で、駆動回路１４は、電極φ１〜
φ８に対して、図８に示すような８相の駆動パルス（中
間電位）をｔ１〜４のタイミングで周期的に印加する。
この駆動パルスにより、垂直転送路２１上の電位井戸
は、水平転送路２３に向けて１段ずつ垂直移動する。こ
のような電位井戸の垂直移動は、水平転送路２３の水平
走査期間ｔＨの合間（水平帰線期間）に逐次実行され
る。

【００５３】この電位井戸の垂直移動に並行して、駆動
回路１４は、電極φ２，φ４，φ６，φ８を昇順に１つ
ずつ選ぶ。駆動回路１４は、選んだ電極に空の電位井戸
が隣接するタイミングに同期して、該当する電極に高電
位を印加する。

【００５４】すなわち、図８に示すように、まず電極φ
２に高電位が印加され、１行目および５行目の信号電荷
が、垂直転送路２１上の空の電位井戸に移送される。こ
れらの信号電荷は、垂直転送路２１および水平転送路２
３を介して転送され、固体撮像素子１３の外部に順次出
力される。続いて、電極φ４に高電位が印加され、２行
目および６行目の信号電荷が、垂直転送路２１上の空の
電位井戸に移送される。これらの信号電荷も、同様に固
体撮像素子１３の外部に順次出力される。

【００５５】次に、電極φ６に高電位が印加され、３行
目および７行目の信号電荷が、垂直転送路２１上の空の
電位井戸に移送される。これらの信号電荷も、同様に固
体撮像素子１３の外部に順次出力される。さらに、電極
φ８に高電位が印加され、４行目および８行目の信号電
荷が、垂直転送路２１上の空の電位井戸に移送される。
これらの信号電荷も、同様に固体撮像素子１３の外部に
順次出力される。

【００５６】このような一連の動作により、固体撮像素
子１３からは、１フレーム期間内に１画面分の転送出力
が、次の順番で出力される。１行目→５行目→２行目→６行目→３行目→７行目→４
行目→８行目フレームメモリ部１８は、これらの転送出力を取り込
み、本来の水平ラインの配列順に並べ替えて格納する。

【００５７】すなわち、まず、フレームメモリ部１８
は、１行目の水平ラインをメモリアドレス［１］から
［Ｎ］（ここで、Ｎは水平ラインの画素数）までに格納
する。また、５行目の水平ラインをメモリアドレス［４
Ｎ＋１］から［５Ｎ］までに格納する。続いて、フレー
ムメモリ部１８は、２行目の水平ラインをメモリアドレ
ス［Ｎ＋１］から［２Ｎ］までに格納する。また、６行
目の水平ラインをメモリアドレス［５Ｎ＋１］から［６
Ｎ］までに格納する。

【００５８】次に、フレームメモリ部１８は、３行目の
水平ラインをメモリアドレス［２Ｎ＋１］から［３Ｎ］
までに格納する。また、７行目の水平ラインをメモリア
ドレス［６Ｎ＋１］から［７Ｎ］までに格納する。さら
に、フレームメモリ部１８は、４行目の水平ラインをメ
モリアドレス［３Ｎ＋１］から［４Ｎ］までに格納す
る。また、８行目の水平ラインをメモリアドレス［７Ｎ
＋１］から［８Ｎ］までに格納する。

【００５９】フレームメモリ部１８は、再配列された画
像情報をメモリアドレス順に読み出し、（必要に応じて
水平垂直同期信号やバースト信号などを付与して）フレ
ーム画像信号を生成する。以上説明した動作により、第
１の実施形態では、電位井戸が、水平ラインの垂直幅の
３倍長となる。したがって、プログレッシブ走査（図１
５）やインターレース走査（図１６）のように電位井戸
が短い場合に比べて、電位井戸の電荷収納量を大きく確
保することができる。その結果、垂直転送路２１の狭小
化を無理なく実現することが可能となる。

【００６０】また、第１の実施形態では、信号電荷を有
する電位井戸の少なくとも１つ以上が、複数の水平期間
をかけて垂直転送の端まで移動している。したがって、
従来のＣＳＤ方式（図１７）に比べ、垂直転送路２１の
駆動速度を格段に低減することができる。さらに、第１
の実施形態では、一定間隔おきに離れた水平ラインを複
数選び、選ばれた複数の水平ラインごとに信号電荷を読
み出している。そのため、電位井戸の垂直駆動や電荷移
送を周期的なタイミングで実施すればよく、駆動回路１
４の駆動タイミングを格別に単純化することができる。

【００６１】また、第１の実施形態では、水平帰線期間
中に限定して、垂直転送路２１から水平転送路２３へ信
号電荷を出力している。したがって、垂直転送路２１と
水平転送路２３との間に信号電荷の蓄積手段などを設け
る必要が一切ない。

【００６２】次に、別の実施形態について説明する。（第２の実施形態）図１１は、第２の実施形態（請求項
４，５に対応）の動作を説明する図である。なお、第２
の実施形態における撮像装置の構成などについては、第
１の実施形態（図５，図６）と同様なので、ここでの説
明を省略する。

【００６３】以下、第２の実施形態の動作を説明する。
第２の実施形態における動作上の特徴点は、信号電荷を
有する電位井戸に後続して、空の電位井戸を配した点で
ある。このような動作により、第２の実施形態では、信
号電荷の転送に伴って生じた漏れ分（図１１中の黒丸）
が、後続する空の電位井戸に拾得される。したがって、
漏れ分が別の信号電荷に混入する不具合がなくなり、画
像の垂直分解能の低下を確実に防ぐことができる。

【００６４】また、空の電位井戸により拾得された漏れ
分を、水平転送路２３上で再び信号電荷に加算している
ので、転送漏れを損なうことがなく、信号電荷の転送効
率を高めることができる。なお、ここでは、一例として
８相駆動を採用して垂直転送路２１上に水平ラインの垂
直幅と等しい長さの電位井戸を複数形成したが、これに
限らず、１０相以上（例えば、１６相）の駆動パルスを
採用して、電位井戸を水平ラインの垂直幅よりも長くし
てもよい。

【００６５】また、ここでは、信号電荷転送用の電位井
戸と、転送漏れを拾得する空井戸とを同じ長さにしてい
るが、この構成にも限定されるものではない。例えば、
転送漏れの電荷量は、信号電荷の電荷量に比べて通常小
さいので、図２に示したように、転送漏れを拾得する空
井戸の側を短くしてもよい。このような構成では、信号
電荷転送用の電位井戸をその分だけ長くして、信号電荷
の収納量をより大きくすることが可能となる。

【００６６】次に、別の実施形態について説明する。（第３の実施形態）図１２は、第３の実施形態（請求項
６に対応）を示す図である。第３の実施形態における構
成上の特徴点は、垂直転送路２１と水平転送路２３との
間に、信号電荷を掃き出すためのドレイン３１が設けら
れ、このドレイン３１を制御するための電極φＯＧ１お
よびφＯＧ２が駆動回路１４（図５）に接続されている
点である。

【００６７】なお、図６に示す構成要件と同様の構成要
件については、同じ参照番号を付与して図１２に示し、
ここでの説明を省略する。図１３は、第３の実施形態の
動作を説明する図である。第３の実施形態における動作
上の特徴点は、次の２点である。（１）まず、光検出部に蓄積された不要電荷（図１３中
の黒丸）を電位井戸に移送して、光検出部内の電荷を一
掃する。その後に、所定の露光時間だけ蓄積された信号
電荷（図１３中の白丸）を改めて別の電位井戸に移送す
る。

【００６８】（２）不要電荷の移送タイミングに基づい
て、ドレイン３１の横を通過する電荷が不要電荷か否か
を選別し、不要電荷ならば電極φＯＧ１を介して不要電
荷をドレイン３１に掃き出す。以下、この転送動作を図
１３に基づいて詳細に説明する。まず、ｔ１において、
電極φ２，φ３，φ６，φ７に中間電位を印加して電位
井戸を形成する。この状態で、電極φ２，φ６に高電位
を印加することにより、１行目，３行目，５行目，７行
目の電荷がそれぞれの電位井戸に移送される。これらの
電荷は、１／４フレーム期間（ｔ１〜ｔ５）をかけて転
送され、信号電荷のみが外部に出力される。

【００６９】すなわち、ｔ２において、１行目の信号電
荷が水平転送路２３に移され、外部に水平転送される。
さらに、ｔ３において、３行目の不要電荷が、電極φＯ
Ｇ１を介してドレイン３１に排出される。

【００７０】次に、ｔ４において、５行目の信号電荷が
水平転送路２３に移され、外部に水平転送される。さら
に、ｔ５において、７行目の不要電荷が、電極φＯＧ１
を介してドレイン３１に排出される。図１３中のｔｂ，
ｔｃ，ｔｄにおいても、それぞれ同様に、信号電荷と不
要電荷とが読み出され、１／４フレーム期間をかけて転
送され、信号電荷のみが外部に出力される。

【００７１】このような動作により、第３の実施形態で
は、光検出部Ｐ１〜８の露光時間が、１フレーム期間の
半分程度に制限され、電子シャッタの機能が実現する。
なお、上述した実施形態では、プログレッシブ走査の場
合について説明したが、この説明に限定されるものでは
ない。例えば、図１４に示すような動作タイミングで信
号電荷の転送を行うことにより、インターレース走査を
実現することもできる。

【００７２】また、上述した実施形態では、フレームメ
モリ部１８が非同期リード／ライト動作を行っている
が、このような構成に限定されるものではない。例え
ば、２つのメモリに対しフレーム画像を交互に格納し、
格納を完了した側のメモリからフレーム画像を順次に読
み出してもよい。さらに、上述した実施形態では、フレ
ームメモリ部１８が、転送出力の格納時に水平ラインの
並べ替えを行っているが、このような構成に限定される
ものではない。例えば、フレームメモリ部１８から記憶
情報を読み出す際に順番を変更することにより、水平ラ
インの並べ替えを行ってもよい。

【００７３】また、上述した実施形態では、８行分の光
検出部Ｐ１〜Ｐ８の場合について説明しているが、この
構成に限定されるものではない。一般的には、任意の行
数の光検出部を、間隔の離れた複数本の水平ラインに区
分して読み出せばよいので、光検出部の行数などには、
特に限定されない。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明では、１画面分の水平ラインを、間隔の離れた複数
本の水平ラインに区分して読み出す。したがって、本発
明の構成では水平ラインの本数よりも電位井戸の数が少
ないにもかかわらず、１画面分の水平ラインを全て読み
出すことが可能となる。

【００７５】特に、画素再配列手段を備えたことによ
り、自由な順番で水平ラインを読み出すことが可能とな
る。そのため、ゲート手段や垂直駆動手段において、走
査順を考慮した複雑な駆動パルスを生成する必要がなく
なり、これらの回路の構成を単純化することが可能とな
る。また、電位井戸が、水平ラインの垂直幅以上に長い
ので、プログレッシブ走査（図１５）やインターレース
走査（図１６）のように電位井戸が短い場合に比べ、電
位井戸の電荷収納量が大きくなる。したがって、垂直転
送路の狭小化を無理なく実現することが可能となる。

【００７６】このような垂直転送路の狭小化に伴って、
撮像素子のチップサイズを縮小したり、撮像面上の画素
数を増やしたり、１画素当たりの開口率を増加させるこ
とが容易に実現できる。また、垂直転送路上には、複数
個の電位井戸が配置されて、複数の水平期間をかけて垂
直転送路の端まで移動している。したがって、従来のＣ
ＳＤ方式（図１７）に比べ、垂直転送路の駆動速度を無
理なく低減することができる。

【００７７】このように垂直転送路の駆動速度が低減さ
れることにより、垂直転送路の駆動電流を効果的に低減
し、消費電力を小さくすることができる。また、駆動電
流が減少することにより撮像素子の発熱量が低下し、暗
電流ノイズの発生を抑制することができる。さらに、垂
直転送路の駆動速度が低減されることにより、駆動電圧
の波形鈍りが少なくなり、信号電荷の転送漏れを低く抑
えることができる。

【００７８】請求項２に記載の発明では、一定間隔おき
に離れた水平ラインを複数選び、選ばれた複数の水平ラ
インごとに信号電荷を読み出す。このような移送形式で
は、複数の電位井戸を、一定間隔おきに配すればよく、
電位井戸の垂直駆動などを周期的なタイミングで行うこ
とが可能となる。したがって、信号電荷の読み出しタイ
ミングをさらに単純化することが可能となる。

【００７９】その結果、ゲート手段や垂直駆動手段など
の回路構成をさらに単純化することが可能となる。請求
項３に記載の発明では、水平帰線期間中に垂直転送路か
ら水平転送手段へ信号電荷を出力する。このようにタイ
ミングをとることにより、垂直転送路と水平転送手段と
のインターフェース部に信号電荷の蓄積手段などを特に
設ける必要がなくなる。

【００８０】請求項４に記載の発明では、空の電位井戸
が、先行する電位井戸の転送漏れを拾得するので、転送
漏れが別の信号電荷に混入するなどの不具合を確実に防
ぐことができる。請求項５に記載の発明では、空の電位
井戸において拾得された信号電荷の転送漏れを捨てず
に、元の信号電荷に加算する。したがって、転送漏れは
損なわれず、垂直転送路における信号電荷の転送効率を
一層高めることが可能となる。

【００８１】請求項６に記載の発明では、垂直転送路上
に、不要電荷を有する電位井戸と、信号電荷を有する電
位井戸とが混在し、一方向に垂直転送される。これらの
電荷の内、不要電荷であれば外部に捨てられる。したが
って、所定の露光時間だけ蓄積された信号電荷のみが水
平転送手段に到達し、外部に読み出される。このように
露光時間が制限されることにより、電子シャッタ機能を
実現することができる。請求項７に記載の発明では、水
平ラインの設定によりインターレース走査の機能が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜３に記載の発明を説明する図であ
る。

【図２】請求項４，５に記載の発明を説明する図であ
る。

【図３】請求項６に記載の発明を説明する図である。

【図４】請求項７に記載の発明を説明する図である。

【図５】第１の実施形態（請求項１〜３に対応）を示す
図である。

【図６】第１の実施形態における固体撮像素子１３の構
成を示す図である。

【図７】固体撮像素子１３における垂直転送路２１上の
電極配置を詳細に示す図である。

【図８】第１の実施形態のタイミングチャートを示す図
である。

【図９】第１の実施形態の動作を説明する図（１／２）
である。

【図１０】第１の実施形態の動作を説明する図（２／
２）である。

【図１１】第２の実施形態（請求項４，５に対応）の動
作を説明する図である。

【図１２】第３の実施形態（請求項６に対応）における
固体撮像素子１３の構成を示す図である。

【図１３】第３の実施形態の動作を説明する図である。

【図１４】請求項７に対応する実施形態を示す図であ
る。

【図１５】撮像装置（プログレッシブ走査）の一例を示
す図である。

【図１６】撮像装置（２線混合インターレース走査）の
一例を示す図である。

【図１７】撮像装置（ＣＳＤ方式）の一例を説明する図
である。

【符号の説明】

１光検出部２垂直転送路３ゲート手段４電位井戸４ａ空の電位井戸４ｂ不要電荷を有する電位井戸５垂直駆動手段６水平転送手段７画素再配列手段８排出部１１撮像装置１２撮影レンズ１３固体撮像素子１４駆動回路１５記録釦１６信号処理部１７Ａ／Ｄコンバータ１８フレームメモリ部１９Ｄ／Ａコンバータ２０ビデオ回路２０ａモニタ２１垂直転送路２３水平転送路２７Ｐ＋拡散層５１光検出部５２垂直転送路５３転送ゲート５４水平転送路６１光検出部６２垂直転送路６３転送ゲート６４水平転送路７１垂直転送路７２蓄積部７３ゲート部７４水平転送路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平垂直方向に配列された複数の光検出
部と、前記複数の光検出部に蓄積される信号電荷を垂直方向に
転送するための垂直転送路の群と、予め定められた水平ラインの読み出し区分に従って、間
隔の離れた複数の水平ラインを順次選び出し、選ばれた
複数の水平ラインごとに光検出部の信号電荷を前記垂直
転送路に移送するゲート手段と、前記水平ライン１本分の垂直幅以上に長い電位井戸を前
記垂直転送路上に複数形成して、前記ゲート手段から移
送される信号電荷を該電位井戸に格納し、かつ該電位井
戸を垂直方向に順次移動させる垂直駆動手段と、前記電位井戸を介して前記垂直転送路群から順次出力さ
れる信号電荷を水平方向に転送する水平転送手段と、前記水平転送手段の転送出力を取り込み、該転送出力を
前記水平ラインの本来の配列順に従って並べ替え、フレ
ーム単位もしくはフィールド単位の画像信号を生成する
画素再配列手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】請求項１に記載の撮像装置において、前記ゲート手段は、予め定められた水平ラインの読み出し区分に従って、一
定間隔おきに離れた水平ラインを複数選び、選ばれた複
数の水平ラインごとに光検出部の信号電荷を垂直転送路
に移送することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の撮像装
置において、前記垂直駆動手段は、前記水平転送手段が信号電荷の転送動作を中断する水平
帰線期間中に、前記垂直転送路の端に位置する電位井戸
内の信号電荷を前記水平転送手段へ出力することを特徴
とする撮像装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
記載の撮像装置において、前記垂直駆動手段は、前記信号電荷を有する電位井戸に後続して、信号電荷を
有しない空の電位井戸を形成することを特徴とする撮像
装置。
【請求項５】請求項４に記載の撮像装置において、前記垂直駆動手段は、電位井戸に蓄積された信号電荷と、該電位井戸に後続す
る空の電位井戸において拾得された前記信号電荷の漏れ
分とを水平転送手段へ加算出力することを特徴とする撮
像装置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載の撮像装置において、前記垂直転送路上の不要電荷を掃き出すための排出部を
備え、前記ゲート手段は、前記光検出部に蓄積された不要電荷を電位井戸に移送
し、かつ該移送時点から所定の露光時間の経過後に、前
記光検出部に蓄積された信号電荷を別の電位井戸に移送
し、前記垂直駆動手段は、前記ゲート手段の移送タイミングに基づいて、前記垂直
転送路上の予め定められた箇所を通過する電荷が前記不
要電荷か否かを選別し、前記不要電荷を前記排出部へ掃
き出すことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか１項に
記載の撮像装置において、前記水平ラインの１本分は、前記光検出部の水平行の束から構成され、かつ該水平行
の束は奇数フィールドと偶数フィールドとにおいて垂直
方向に半位相ずれることを特徴とする撮像装置。