JPH11164210A - 動き検出用固体撮像装置 - Google Patents

動き検出用固体撮像装置

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JPH11164210A
JPH11164210A JP32768197A JP32768197A JPH11164210A JP H11164210 A JPH11164210 A JP H11164210A JP 32768197 A JP32768197 A JP 32768197A JP 32768197 A JP32768197 A JP 32768197A JP H11164210 A JPH11164210 A JP H11164210A
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signal
electric signal
vertical
output
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Tomohisa Ishida
知久 石田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、動き検出用固体撮像装置に関し、
外部での動き検出回路などを不要とし、かつ電子シャッ
タ機能を備えることを目的とする。 【解決手段】 複数の受光部(1)と、受光部ごとの増幅
素子(2)と、増幅素子のリセット回路(4)と、受光部から
増幅素子へ電荷転送する電荷転送回路(3)と、垂直読み
出し線(12)と、増幅素子と垂直読み出し線とを断続する
読み出し回路(6)と、読み出し回路を介し前フレームを
読み出す前フレーム垂直転送手段(15の一部)と、電荷転
送回路による増幅素子の信号電荷を更新後、読み出し回
路を介し現フレームを読み出す現フレーム垂直転送手段
(15の一部)と、上記２フレームを比較する比較回路(21
b)と、比較回路の出力を水平転送する水平転送回路(18)
と、受光部の電荷を排出する不要電荷排出回路(5)と、
電荷転送回路の遮断中に不要電荷排出回路を駆動する電
子シャッタ回路(15の一部)とを備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フレーム間の差異
に基づいて動き検出を行う動き検出用固体撮像装置に関
する。特に、本発明は、電子シャッタ機能を備えた動き
検出用固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体撮像装置を介して画像データ
を順次に撮像し、これら画像データのフレーム間差から
動体検出を行う動き検出用画像処理装置が知られてい
る。図９は、この種の動き検出用画像処理装置１００を
示す図である。図９において、動き検出用画像処理装置
１００は、固体撮像装置１０１と、固体撮像装置１０１
からの画像信号（アナログ信号）をディジタル信号に変
換するＡＤ変換回路１０２と、ＡＤ変換回路１０２から
のディジタル信号を保存する画像メモリ（第１の画像メ
モリ）１０３及び画像メモリ（第２の画像メモリ）１０
４と、該画像メモリ１０３，１０４に保存されているデ
ィジタルの画像データを互いに比較して動きを検出する
画像処理回路１０５とで構成されている。
【０００３】このような構成の動き検出用画像処理装置
１００では、まず、固体撮像装置１０１で得られた第１
フレームの画像信号（アナログ信号）がＡＤ変換回路１
０２でディジタル信号に変換された後、第１の画像メモ
リ１０３に保存される。次に、第１のフレーム（直前の
フレーム）に後続する第２のフレームにおいて、固体撮
像装置１０１によって得られた画像信号（アナログ信
号）がＡＤ変換回路１０２でディジタル信号に変換され
た後、第２の画像メモリ１０４に保存される。
【０００４】画像処理回路１０５では、第１の画像メモ
リ１０３に保存されているディジタル信号と、第２の画
像メモリ１０４に保存されているディジタル信号とを、
画素単位に比較し、所定値以上異なる画素を検出する。
このような、フレーム間の比較により、被写体中の動体
検出を行うことが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の動き検出用画像処理装置１００では、固体撮像装置
１０１の周辺回路が複雑で、動き検出用画像処理装置１
００全体が大型化し、かつ高価になるという不具合があ
った。また、固体撮像装置１０１から出力される画像信
号はアナログ信号であり、そのアナログ信号のままＡＤ
変換回路１０２に供給される。そのため、アナログ信号
の伝送路が引き回されることとなり、周辺雑音の影響を
受けやすいという不具合も生じていた。
【０００６】さらに、上記従来の動き検出用画像処理装
置１００では、画像信号（アナログ信号）のダイナミッ
クレンジが、ＡＤ変換回路１０２で制限される。通常、
ＡＤ変換回路１０２の入力ダイナミックレンジは、固体
撮像装置１０１のダイナミックレンジより狭いため、動
体の検出処理の過程で固体撮像装置１０１の広いダイナ
ミックレンジが有効に利用できないという不具合もあっ
た。
【０００７】また、外部の画像処理回路１０５におい
て、前フレームの電気信号と現フレームの電気信号との
比較を行う場合、ＡＤ変換回路１０２における変換時の
同期ズレなどのために、比較すべき画素位置にわずかな
位相ズレが生じるおそれがあった。もしも、このような
位相ズレが生じた場合、静止体であってもエッジ部分な
どでフレーム間差を生じてしまうため、動体検出の精度
や信頼性が著しく低くなるという不具合を生じていた。
【０００８】以上のような不具合を避けるために、固体
撮像装置１０１の画素ごとに直前のフレームと現在のフ
レームでの画像信号を記憶するためのメモリを設け、さ
らにこのメモリに記憶された画像信号を比較する比較回
路を画素ごとに設けて、各画素ごとに動体をあらわす信
号を生成することも考えられる。しかしながら、このよ
うな対策では、各画素の構造が複雑になり、固体撮像装
置１０１の開口率の低下や、解像度の低下を引き起こす
という不具合が生じる。
【０００９】さらに、上記の対策では、各画素から動き
検出信号のみが出力されるため、固体撮像装置において
元来出力されるべき画像信号を、同時に得られないとい
う不具合もあった。また、上記の対策では、各画素の構
造が複雑となるため、画素ごとに電子シャッタ機能を付
加することが、半導体スペース上から困難となる。
【００１０】特に、被写体の早い動きによって像が流れ
た場合、フレーム間差から動体の位置などを正確に検出
することが不可能となる。そのため、動き検出用の装置
としては電子シャッタ機能を備えていることが実用上好
ましく、そのような要望に応えることが肝要となる。そ
こで、請求項１に記載の発明では、動き検出に当たって
外部での画像比較処理を不要とし、かつ電子シャッタ機
能を備えた動き検出用固体撮像装置を提供することを目
的とする。
【００１１】請求項２に記載の発明では、請求項１の目
的と併せて、動き検出の信号と画像信号とを同時に出力
可能とした動き検出用固体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２の目的
と併せて、暗信号分を取り除いた高品質の画像信号を出
力する動き検出用固体撮像装置を提供することを目的と
する。
【００１２】請求項４に記載の発明では、請求項１の目
的と併せて、被写体の動きを判定する機能を有する動き
検出用固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】（請求項１）請求項１に
記載の発明は、マトリックス状に配列され、入射光に応
じて信号電荷を生成する複数の受光部と、受光部ごとに
設けられ、電荷を蓄積する制御領域を有し、該制御領域
の蓄積電荷に対応した電気信号を出力する増幅素子と、
増幅素子の制御領域をリセットするリセット回路と、受
光部に生成される信号電荷を、増幅素子の制御領域へ転
送する電荷転送回路と、受光部の垂直列ごとに設けられ
る垂直読み出し線と、増幅素子ごとに設けられ、増幅素
子から出力される電気信号を垂直読み出し線に読み出す
読み出し回路と、電荷転送回路の転送動作を遮断して、
前フレームの信号電荷を制御領域に保持させたままの状
態で、特定行の読み出し回路を選択的に駆動して、前フ
レームの電気信号を垂直読み出し線に読み出す前フレー
ム垂直転送手段と、特定行の電荷転送回路を駆動して、
現フレームの信号電荷を制御領域に保持させ、この状態
で、特定行の読み出し回路を駆動して、現フレームの電
気信号を垂直読み出し線に読み出す現フレーム垂直転送
手段と、垂直読み出し線ごとに設けられ、垂直読み出し
線を介して時分割に読み出される前フレームの電気信号
と現フレームの電気信号とを比較する比較回路と、比較
回路からの各出力を水平転送する水平転送回路と、受光
部ごとに設けられ、受光部に生成される不要電荷を排出
する不要電荷排出回路と、電荷転送回路の遮断期間中
に、受光部に生成される不要電荷を不要電荷排出回路を
介して排出し、受光部における信号電荷の蓄積時間を制
限する電子シャッタ回路とを備えて、動き検出用固体撮
像装置を構成する。
【００１４】このような構成により、請求項１に記載の
動き検出用固体撮像装置では、個々の増幅素子の制御領
域において、前フレームの信号電荷を保持する。前フレ
ーム垂直転送手段は、増幅素子からこのとき出力される
前フレームの電気信号を垂直読み出し線へ出力する。一
方、現フレーム垂直転送手段は、現フレームの信号電荷
が増幅素子の制御領域に転送した後、増幅素子から出力
される現フレームの電気信号を垂直読み出し線へ出力す
る。
【００１５】このような動作により、垂直読み出し線に
は「前フレームの電気信号」と「現フレームの電気信
号」とが時分割に出力される。比較回路では、このよう
に時分割出力される「前フレームの電気信号」と「現フ
レームの電気信号」とを垂直読み出し線ごとに取り込
み、これらの比較を行う。水平転送回路では、比較回路
の出力を水平転送し、動き検出信号として出力する。
【００１６】また特に、請求項１に記載の動き検出用固
体撮像装置においては、受光部の不要電荷を排出する不
要電荷排出回路と、その不要電荷排出回路を制御して電
子シャッタ動作を実現する電子シャッタ回路とを設けて
いる。この電子シャッタ回路は、電荷転送回路の転送動
作の遮断中に、不要電荷排出回路を介して受光部の不要
電荷を排出する。したがって、電子シャッタ動作に際し
て、制御領域に保持された前フレームの信号電荷を損な
うことがない。
【００１７】なお、請求項１の記載では「フレーム」と
いう表現を用いているが、これは１コマ分の画像という
本来の意味である。それ故、請求項１に記載の動き検出
用固体撮像装置は、プログレシッブ走査を行うものに限
定される必要はなく、例えばインターレース走査を行う
ようなものでもかまわない。このようなインターレース
走査においては、現フィールドと、現フィールドより以
前の前フィールドとの差異に基づいて動き検出が行われ
る。
【００１８】（請求項２）請求項２に記載の発明は、請
求項１に記載の動き検出用固体撮像装置において、垂直
読み出し線を介して時分割に読み出される前フレームの
電気信号もしくは現フレームの電気信号のどちらか一方
を選択的に取り込んで、水平転送する画像信号出力回路
を備えたことを特徴とする。
【００１９】このような構成では、垂直読み出し線上の
電気信号を選択的に出力するので、動き検出の動作を特
に妨げることがない。したがって、動き検出の信号と画
像信号とを同時に出力することが可能となる。（請求項
３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の動き検
出用固体撮像装置において、リセット回路の駆動により
増幅素子の制御領域が一定電圧に初期化された状態で、
特定行の読み出し回路を選択的に駆動し、増幅素子から
出力される電気信号（暗信号）を垂直読み出し線に読み
出す暗信号垂直転送手段と、垂直読み出し線を介して時
分割に読み出される暗信号を標本する標本回路とを備
え、画像信号出力回路は、「前フレームの電気信号」も
しくは「現フレームの電気信号」の一方から、標本回路
に標本された暗信号の分を減じた信号を出力することを
特徴とする。
【００２０】このような構成により、請求項３に記載の
動き検出用固体撮像装置では、垂直読み出し線を効率的
に使用して、２フレーム分の電気信号に加えて暗信号ま
で時分割に出力する。画像信号出力回路は、前フレーム
もしくは現フレームの電気信号からこの暗信号の分を減
ずることにより、暗信号を除去した高品質な電気信号を
出力することが可能となる。
【００２１】（請求項４）請求項１ないし請求項３のい
ずれか１項に記載の動き検出用固体撮像装置において、
上述した比較回路は、現フレームの電気信号と前フレー
ムの電気信号とが許容範囲内で一致するか否かを判定
し、判定結果の真偽に応じて２値化信号を出力する回路
であることを特徴とする。
【００２２】このような構成により、請求項４に記載の
動き検出用固体撮像装置からは、前フレームと現フレー
ムとの間で変化が有ったか否かを直接的に示す「２値化
された動き検出信号」が出力される。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。
【００２４】（第１の実施形態）第１の実施形態は、請
求項１〜３に記載の発明に対応する実施形態である。図
１は、第１の実施形態の回路構成を示す図である。図１
において、動き検出用固体撮像装置１０には、単位画素
１１が、ｎ行ｍ列にマトリックス配列される。これらの
単位画素１１の出力は、垂直列ごとに共通接続され、ｍ
本分の垂直読み出し線１２を形成する。
【００２５】また、動き検出用固体撮像装置１０には、
垂直転送のタイミングを決定するための垂直転送回路１
５が配置される。この垂直転送回路１５からは、１行目
の単位画素１１に対し４種類の制御パルスφＴＧ１，φ
ＲＳＧ１，φＶＡ１，φＲＳＰ１がそれぞれ供給され
る。同様にして、残りの２〜ｎ行目の単位画素１１に対
しても、垂直転送回路１５から出力される４種類の制御
パルスφＴＧ２〜ｎ，φＲＳＧ２〜ｎ，φＶＡ２〜ｎ，
φＲＳＰ２〜ｎがそれぞれ供給される。
【００２６】上記のｍ本分の垂直読み出し線１２には、
バイアス電流を供給するための電流源２０と、差分処理
回路２１ａ（２重サンプリング回路）と、動体検出回路
２１ｂ（２重サンプリング回路）とがそれぞれ接続され
る。これらｍ個の差分処理回路２１ａの標本制御端子に
は、制御パルスφＮが共通に供給される。このような制
御パルスφＮは、例えば垂直転送回路１５などから出力
される。また、ｍ個の差分処理回路２１ａの出力はすべ
て共通接続されて、画像信号用の水平読み出し線１６ａ
を形成する。この水平読み出し線１６ａ上に出力される
画像信号は、内部のビデオアンプ回路などを介して、動
き検出用固体撮像装置１０の外部へ出力される。
【００２７】一方、ｍ個の動体検出回路２１ｂの標本制
御端子には、制御パルスφＭが共通に供給される。この
ような制御パルスφＭは、例えば垂直転送回路１５など
から出力される。また、ｍ個の動体検出回路２１ｂの出
力はすべて共通接続されて、動き検出信号用の水平読み
出し線１６ｂを形成する。この水平読み出し線１６ｂ上
に出力される動き検出信号は、内部のビデオアンプ回路
などを介して、動き検出用固体撮像装置１０の外部へ出
力される。
【００２８】また、動き検出用固体撮像装置１０には、
水平転送のタイミングを決定するための水平転送回路１
８が配置される。この水平転送回路１８からは、１列目
の差分処理回路２１ａおよび動体検出回路２１ｂの水平
制御端子に対して、制御パルスφＨ１が共通に供給され
る。同様にして、残りの２〜ｍ列目の差分処理回路２１
ａおよび動体検出回路２１ｂの水平制御端子には、水平
転送回路１８から出力される制御パルスφＨ２〜φＨｍ
がそれぞれ供給される。
【００２９】また、水平読み出し線１６ａ，１６ｂに
は、リセット用のＭＯＳスイッチ１９ａ，１９ｂがそれ
ぞれ接続される。これらのＭＯＳスイッチ１９ａ，１９
ｂのゲートには、リセット用の制御パルスφＲＨが供給
される。このような制御パルスφＲＨは、例えば水平転
送回路１８などから出力される。なお、図１に示してい
ないが、垂直読み出し線１２にも同様に、リセット用の
ＭＯＳスイッチなどを設けてもよい。
【００３０】（単位画素１１の回路構成）次に、図１に
基づいて、１行１列目に位置する単位画素１１につい
て、具体的な回路構成、並びに接続関係を説明する。な
お、その他の単位画素１１についても、制御パルスの添
え字が異なるだけで、１行１列目の単位画素１１と回路
構成は同様である。
【００３１】まず、この単位画素１１には、埋め込み型
のホトダイオード１が配置される。このホトダイオード
１のアノードは、電荷転送用のＭＯＳスイッチ３を介し
て、ＪＦＥＴ（接合型ＦＥＴ）２のゲートに接続され
る。この電荷転送用のＭＯＳスイッチ３のゲートには、
垂直転送回路１５から出力される制御パルスφＴＧ１が
供給される。
【００３２】また、ＪＦＥＴ２のゲートは、信号電荷リ
セット用のＭＯＳスイッチ４を介して、一定のリセット
電位に保たれた金属配線７ａに接続される。このＭＯＳ
スイッチ４のゲートには、垂直転送回路１５から出力さ
れる制御パルスφＲＳＧ１が供給される。さらに、ホト
ダイオード１のアノードと金属配線７ａとの間をバイパ
スして、電荷排出用のＭＯＳスイッチ５が配置される。
このＭＯＳスイッチ５のゲートには、垂直転送回路１５
から出力される制御パルスφＲＳＰ１が供給される。
【００３３】また、ＪＦＥＴ２のソースは、垂直転送用
のＭＯＳスイッチ６を介して垂直読み出し線１２に接続
される。このＭＯＳスイッチ６のゲートには、垂直転送
回路１５から出力される制御パルスφＶＡ１が供給され
る。
【００３４】（差分処理回路２１ａおよび動体検出回路
２１ｂの回路構成）次に、図１に基づいて、垂直読み出
し線１２の１列目に設けられた差分処理回路２１ａにつ
いて、具体的な回路構成を説明する。なお、２列目以降
の差分処理回路２１ａについても、制御パルスの添え字
が一部異なるだけで、１列目の差分処理回路２１ａと回
路構成は同様である。
【００３５】まず、垂直読み出し線１２に対し、暗信号
を保持するためのコンデンサ２２ａの一端が接続され
る。このコンデンサ２２ａの他端には、接地電位などの
一定電位を与えるためのＭＯＳスイッチ２３ａと、水平
転送用のＭＯＳスイッチ２４ａとが接続される。このＭ
ＯＳスイッチ２４ａの反対側は、水平読み出し線１６ａ
に接続される。ここで、ＭＯＳスイッチ２３ａには、制
御パルスφＮが供給される。また、ＭＯＳスイッチ２４
ａには、水平転送回路１８から出力される制御パルスφ
Ｈ１が接続される。
【００３６】次に、垂直読み出し線１２の１列目に設け
られた動体検出回路２１ｂについて、具体的な回路構成
を説明する。なお、２列目以降の動体検出回路２１ｂに
ついても、制御パルスの添え字が一部異なるだけで、１
列目の動体検出回路２１ｂと回路構成は同様である。ま
ず、垂直読み出し線１２に対し、前フレームの電気信号
を保持するためのコンデンサ２２ｂの一端が接続され
る。このコンデンサ２２ｂの他端には、接地電位などの
一定電位を与えるためのＭＯＳスイッチ２３ｂと、水平
転送用のＭＯＳスイッチ２４ｂとが接続される。このＭ
ＯＳスイッチ２４ｂの反対側は、水平読み出し線１６ｂ
に接続される。ここで、ＭＯＳスイッチ２３ｂには、制
御パルスφＭが供給される。また、ＭＯＳスイッチ２４
ｂには、水平転送回路１８から出力される制御パルスφ
Ｈ１が接続される。
【００３７】（単位画素１１の半導体構造）次に、図２
および図３を用いて、単位画素１１の半導体構造につい
て説明する。まず、単位画素１１は、図３にしめすよう
に、基板３０の主面側に形成されたｎ型領域３１中に形
成される。このｎ型領域３１の中央には、表面近傍にｐ
型蓄積領域３５が面状形成される。このｐ型蓄積領域３
５の上面には、酸化膜界面の空乏化を防ぐためのｎ型領
域が薄く設けられる。このようなｐ型蓄積領域３５の周
囲にできるｐｎ接合により、埋め込み型のホトダイオー
ド１が構成される。
【００３８】このｐ型蓄積領域３５周囲の一カ所に、電
荷転送用のＭＯＳスイッチ３のゲート領域を介して、Ｊ
ＦＥＴ２のゲート領域２Ｇが配される。このゲート領域
２Ｇの内部には、ＪＦＥＴ２のソース２Ｓとドレイン２
Ｄとをつなぐｎ型領域の通路が設けられる。ＭＯＳスイ
ッチ３のゲート領域の真上には、酸化膜を介して、制御
パルスφＴＧ１が印加されたポリシリコンなどの配線層
が通過する（図３（ｂ）を参照）。
【００３９】ここで、ＪＦＥＴ２のドレイン２Ｄ側は、
ｎ型領域３１に直に接触して定電位に保たれる。一方、
ソース２Ｓ側は、配線３２を介して、垂直転送用のＭＯ
Ｓスイッチ６の一方の主電極（ここではｐ型領域）に接
続される。このＭＯＳスイッチ６のゲート領域の真上に
は、酸化膜を介して、制御パルスφＶＡ１が印加された
ポリシリコンなどの配線層が通過する（図３（ａ）を参
照）。また、ＭＯＳスイッチ６の他方の主電極（ここで
はｐ型領域）は、垂直読み出し線１２を形成する配線に
接続される。
【００４０】一方、ＪＦＥＴ２のゲート領域２Ｇに隣接
するように、ＭＯＳスイッチ４のゲート領域を介した排
出用ドレイン部７が設けられる。このＭＯＳスイッチ４
のゲート領域の真上には、酸化膜を介して、制御パルス
φＲＳＧ１が印加されたポリシリコンなどの配線層が通
過する（図３（ａ）を参照）。また、排出用ドレイン部
７とｐ型蓄積領域３５との間には、ＭＯＳスイッチ５の
ゲート領域が設けられる。このＭＯＳスイッチ５のゲー
ト領域の真上には、制御パルスφＲＳＰ１が印加された
ポリシリコンなどの配線層が通過する（図３（ｃ）を参
照）。
【００４１】このように、排出用ドレイン部７は、ＭＯ
Ｓスイッチ４およびＭＯＳスイッチ５の共通ドレインを
構成する。この排出用ドレイン部７は、金属配線７ａを
介して、一定のリセット電位に保たれる。なお、図３に
示すように、この金属配線７ａは遮光膜を兼ねるため、
ホトダイオード１の受光部を除く領域を覆う形状に形成
される（なお、図２では金属配線７ａの図示を省略して
いる）。
【００４２】（本発明と第１の実施形態との対応関係）
ここで、請求項１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、受光部はホトダイオード１に対応
し、増幅素子はＪＦＥＴ２に対応し、増幅素子の制御領
域はゲート領域２Ｇに対応し、リセット回路はＭＯＳス
イッチ４に対応し、電荷転送回路はＭＯＳスイッチ３に
対応し、垂直読み出し線は垂直読み出し線１２に対応
し、読み出し回路はＭＯＳスイッチ６に対応し、前フレ
ーム垂直転送手段は垂直転送回路１５の「前フレームの
電気信号を垂直転送する機能」に対応し、現フレーム垂
直転送手段は垂直転送回路１５の「現フレームの電気信
号を垂直転送する機能」に対応し、比較回路は動体検出
回路２１ｂに対応し、水平転送回路は水平転送回路１８
の「動き検出信号を水平転送する機能」に対応し、不要
電荷排出回路はＭＯＳスイッチ５に対応し、電子シャッ
タ回路は垂直転送回路１５の「ＭＯＳスイッチ５を駆動
してホトダイオード１の蓄積時間を制限する機能」に対
応する。
【００４３】また、請求項２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、上述の対応関係に加え
て、画像信号出力回路は、差分処理回路２１ａおよび水
平転送回路１８の「現フレームの画像信号を選択的に水
平転送する機能」に対応する。さらに、請求項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、上述
の対応関係に加えて、暗信号垂直転送手段は、垂直転送
回路１５の「ＪＦＥＴ２の暗信号成分を垂直転送する機
能」に対応し、標本回路は差分処理回路２１ａの「暗信
号を標本する機能」に対応する。
【００４４】（第１の実施形態の動作）図４は、第１の
実施形態の駆動タイミングを示すタイミングチャートで
ある。なお、本図は、水平ｉ行目以降の画素列読み出し
について示したものである。以下、図４を用いて、第１
の実施形態の動作を説明する。まず、図４に示す期間Ｔ
１のタイミングにおいて、制御パルスφＲＳＰｉをロー
レベルに立ち下げる。すると、水平ｉ行目の単位画素１
１では、ＭＯＳスイッチ５が導通し、その時点において
ホトダイオード１に蓄積されていた不要電荷が排出され
る。この期間Ｔ１の終了間際には、制御パルスφＲＳＰ
ｉがハイレベルに復帰するため、水平ｉ行目の単位画素
１１は、この期間Ｔ１の終了間際から信号電荷の蓄積を
再開する。
【００４５】次に、水平ｉ行目の垂直転送動作の開始に
当たり、図４に示す期間Ｔ２のタイミングにおいて、制
御パルスφＶＡｉをローレベルに保持し、かつ制御パル
スφＭをハイレベルに立ち上げる。この制御パルスφＶ
Ａｉの立ち下げにより、水平ｉ行目のＭＯＳスイッチ６
が導通する。このとき、ＪＦＥＴ２のゲート領域２Ｇに
は、前フレームの読み出しに際して蓄積された信号電荷
が残存する。そのため、ＪＦＥＴ２のソースホロワ回路
を介して、前フレームかつ水平ｉ行目の電気信号が垂直
読み出し線１２上に出力される。一方、動体検出回路２
１ｂ側では、制御パルスφＭの立ち上げにより、ＭＯＳ
スイッチ２３ｂが導通する。その結果、コンデンサ２２
ｂを通る充電経路が形成され、前フレームかつ水平ｉ行
目の電気信号は、動体検出回路２１ｂ内のコンデンサ２
２ｂに充電される。この期間Ｔ２の終了間際に、制御パ
ルスφＭが立ち下げられるため、コンデンサ２２ｂの一
端は再びフローティング状態となる。その結果、前フレ
ームかつ水平ｉ行目の電気信号は、コンデンサ２２ｂ群
の両端電圧として保持される。
【００４６】次に、図４に示す期間Ｔ３のタイミングに
おいて、制御パルスφＲＳＧｉをローレベルに立ち下げ
る。すると、水平ｉ行目の単位画素１１では、ＭＯＳス
イッチ４が導通し、ＪＦＥＴ２のゲート領域２Ｇに残留
していた前フレームの信号電荷が排出される。その結
果、ゲート領域２Ｇは、金属配線７ａを介してリセット
電圧に初期化される。このとき、制御パルスＶＡｉは依
然ローレベルに維持されるため、垂直読み出し線１２に
は、水平ｉ行目のＪＦＥＴ２において生じたゲート−ソ
ース間電圧のばらつき（暗信号）が出力される。
【００４７】続いて、図４に示す期間Ｔ４のタイミング
において、制御パルスφＮがハイレベルに立ち上げられ
る。差分処理回路２１ａ側では、制御パルスφＮの立ち
上げにより、ＭＯＳスイッチ２３ａが導通する。その結
果、コンデンサ２２ａを通る充電経路が形成され、水平
ｉ行目の暗信号は、差分処理回路２１ａ内のコンデンサ
２２ａに充電される。この期間Ｔ４の終了間際に、制御
パルスφＮが立ち下げられるため、コンデンサ２２ａの
一端は再びフローティング状態となる。その結果、水平
ｉ行目の暗信号は、コンデンサ２２ａ群の両端電圧とし
て保持される。
【００４８】次に、図４に示す期間Ｔ５のタイミングに
おいて、制御パルスφＴＧｉがローレベルに立ち下げら
れる。すると、水平ｉ行目の単位画素１１において、Ｍ
ＯＳスイッチ３が導通し、水平ｉ行目のホトダイオード
１に蓄積された現フレームの信号電荷が、ＪＦＥＴ２の
ゲート領域２Ｇに転送される。なお、ここでの信号電荷
の蓄積時間（露光時間）は、期間Ｔ１の終了間際から期
間Ｔ５の開始時点までの期間Ｔｅｘに該当する。
【００４９】この状態において、制御パルスφＶＡｉは
依然ローレベルであるため、垂直読み出し線１２から
は、現フレームかつ水平ｉ行目の電気信号が新たに出力
される。そのため、動体検出回路２１ｂ側のコンデンサ
２２ｂの一端側には、現フレームかつ水平ｉ行目の電気
信号から、前フレームかつ水平ｉ行目の電気信号を減じ
た差分が現れる。この差分は、フレーム間の差異をあら
わすため、動き検出信号となる。
【００５０】一方、差分処理回路２１ａ側のコンデンサ
２２ａの一端側には、現フレームかつ水平ｉ行目の電気
信号から、水平ｉ行目の暗信号分を減じた差分が現れ
る。この差分は、暗信号成分が取り除かれた「現フレー
ムの画像信号」である。
【００５１】次に、図４に示す期間Ｔ６のタイミングに
おいて、水平転送回路１８は、制御パルスφＨ１・・・
φＨｍを立ち代わりハイレベルに順次設定する。そのた
め、ｍ列分のコンデンサ２２ｂの一端側は、１〜ｍ列の
順番で水平読み出し線１６ｂに接続される。その結果、
水平読み出し線１６ｂ上では、水平ｉ行目のフレーム間
差分を示す動き検出信号が順次に出力される。
【００５２】一方、ｍ列分のコンデンサ２２ａの一端側
は、１〜ｍ列の順番で水平読み出し線１６ａに接続され
る。その結果、水平読み出し線１６ａ上では、現フレー
ムかつ水平ｉ行目の画像信号が順次に出力される。な
お、期間Ｔ６中において、制御パルスφＨ１・・・φＨ
ｍをハイレベルに設定する合間に、φＲＨがハイレベル
に設定される。このような動作により、水平読み出し線
１６ａ，１６ｂ上の残留電荷が、ＭＯＳスイッチ１９
ａ，１９ｂを介して毎回排出される。そのため、水平転
送される動き検出信号および画像信号に残留電荷が混じ
ることがない。（このように信号が間欠的に出力される
ので、場合によっては、読み出し線１６ａ，１６ｂに接
続されるビデオアンプ回路で零次ホールド動作を行って
もよい。） 上述した一連の処理を、その他の水平行についても順番
に繰り返すことにより、水平読み出し線１６ｂからは、
１フレーム分に相当する動き検出信号が外部に出力され
る。また、水平読み出し線１６ａからは、現フレームの
画像信号が外部に出力される。
【００５３】なお、露光期間Ｔｅｘについて補足説明を
行う。まず、水平ｉ＋１行目の画素を読み出す直前の期
間Ｔ６の終了時に、制御パルスφＲＳＰｉ＋ｒがローレ
ベルに立ち下がり、水平ｉ＋ｒ行目の画素のホトダイオ
ード１に蓄積されていた不要電荷が排出される。これら
水平ｉ＋ｒ行目の画素のホトダイオード１は、この排出
時点から水平ｉ＋ｒ行目の読み出し開始までの期間、信
号電荷を蓄積する。従って、第１の実施形態の露光時間
Ｔｅｘは、ほぼ水平（ｒ−１）行分の読み出し時間に相
当する。この露光時間Ｔｅｘが全ての画素について一定
となるように、制御パルスφＲＳＰ１〜ｎが垂直転送回
路１５から出力される。
【００５４】以上説明した動作により、第１の実施形態
では、動体検出回路２１ｂが、垂直読み出し線１２に時
分割出力される２フレーム分の電気信号の差分を取るこ
とにより、動き検出信号を生成することができる。した
がって、動き検出を行うために、固体撮像装置の外部
に、ＡＤ変換回路、画像メモリや画像処理回路などの周
辺回路を設ける必要が一切ない。その結果、動き検出を
必要とする監視装置や画像圧縮装置などの装置全般を小
型、かつ低コストに構成することが可能となる。
【００５５】また、第１の実施形態では、ＡＤ変換回路
を介さずに動き検出信号を生成している。そのため、Ａ
Ｄ変換回路によりダイナミックレンジが制限されること
がなく、固体撮像装置自体の広いダイナミックレンジを
そのまま利用して、動き検出を行うことができる。さら
に、第１の実施形態では、画素ごとに比較回路を設ける
場合に比べ、画素の構成を単純化することができる。し
たがって、開口率の向上、解像度の向上を比較的容易に
図ることができる。
【００５６】また、第１の実施形態では、前フレームの
電気信号と現フレームの電気信号とが、固体撮像装置内
において画素位置の位相ズレなく比較される。したがっ
て、外部回路でフレーム間差をとる場合に比べ、画像の
エッジ部分を動きと誤検出する不具合が一切なくなる。
その上、第１の実施形態では、電荷転送用のＭＯＳスイ
ッチ３の遮断期間中に、電荷排出用のＭＯＳスイッチ５
を介してホトダイオード１中の不要電荷を直に排出す
る。このような機構により、動き検出の動作には一切支
障を与えることなく、電子シャッタ機能を確実に実現す
ることができる。
【００５７】特に、被写体の早い動きにより像が流れて
しまうケースでは、フレーム間差に基づいて動体の位置
を精密に検出することが困難となる。このようなケース
において、上記の電子シャッタ動作を用いて像の流れを
防止することにより、精密な動き検出を実現することが
可能となる。
【００５８】また、第１の実施形態では、垂直読み出し
線１２上を時分割出力される「現フレームの電気信号」
を選択的に出力することにより、画像信号を出力するこ
とができる。特に、このような画像信号の出力動作は、
動体検出回路２１ｂ側の動き検出動作を一切妨げること
がない。したがって、動き検出信号および画像信号を同
時に出力することが可能となる。これら２種類の信号の
同時出力は、監視装置などのように、画像を観察（記
録）しながら動きを検出する必要がある用途に非常に適
したものとなる。
【００５９】さらに、第１の実施形態では、垂直読み出
し線１２を効率的に使用して、２フレーム分の電気信号
に加えて暗信号まで時分割に出力する。差分処理回路２
１ａでは、この暗信号に基づいて、暗信号を除去した高
品質な電気信号を得ることができる。次に、別の実施形
態について説明する。
【００６０】（第２の実施形態）第２の実施形態は、請
求項１〜４に記載の発明に対応した実施形態である。図
５は、第２の実施形態の回路構成を示す図である。図５
において、動き検出用固体撮像装置４０には、単位画素
１１が、ｎ行ｍ列にマトリックス配列される。これらの
単位画素１１の出力は、垂直列ごとに共通接続され、ｍ
本分の垂直読み出し線１２を形成する。
【００６１】また、動き検出用固体撮像装置４０には、
垂直転送のタイミングを決定するための垂直転送回路１
５が配置される。この垂直転送回路１５からは、１行目
の単位画素１１に対し４種類の制御パルスφＴＧ１，φ
ＲＳＧ１，φＶＡ１，φＲＳＰ１がそれぞれ供給され
る。同様にして、残りの２〜ｎ行目の単位画素１１に対
しても、垂直転送回路１５から出力される４種類の制御
パルスφＴＧ２〜ｎ，φＲＳＧ２〜ｎ，φＶＡ２〜ｎ，
φＲＳＰ２〜ｎがそれぞれ供給される。
【００６２】上記のｍ本分の垂直読み出し線１２には、
バイアス電流を供給するための電流源２０と、差分処理
回路２１ａと、異値検出回路４１ｂ（後述）と、リセッ
ト用のＭＯＳスイッチ２０ａとがそれぞれ接続される。
これらｍ個の差分処理回路２１ａの標本制御端子には、
制御パルスφＮが共通に供給される。このような制御パ
ルスφＮは、例えば垂直転送回路１５などから出力され
る。また、ｍ個の差分処理回路２１ａの出力端子はすべ
て共通接続されて、画像信号用の水平読み出し線１６ａ
を形成する。この水平読み出し線１６ａ上に出力される
画像信号は、内部のビデオアンプ回路などを介して、動
き検出用固体撮像装置４０の外部へ出力される。
【００６３】さらに、水平読み出し線１６ａには、リセ
ット用のＭＯＳスイッチ１９ａが接続される。これらの
ＭＯＳスイッチ１９ａのゲートには、リセット用の制御
パルスφＲＨが供給される。このような制御パルスφＲ
Ｈは、例えば水平転送回路１８などから出力される。ま
た、動き検出用固体撮像装置４０には、水平転送のタイ
ミングを決定するための水平転送回路１８が配置され
る。この水平転送回路１８からは、１列目の差分処理回
路２１ａの水平制御端子に対して、制御パルスφＨ１が
供給される。同様にして、残りの２〜ｍ列目の差分処理
回路２１ａの水平制御端子にも、水平転送回路１８から
出力される制御パルスφＨ２〜φＨｍがそれぞれ供給さ
れる。
【００６４】一方、ｍ個の異値検出回路４１ｂの標本制
御端子には、制御パルスφＳＡ，φＳＢが供給される。
このような制御パルスφＳＡ，φＳＢは、例えば垂直転
送回路１５などから出力される。また、ｍ個の異値検出
回路４１ｂの出力端子Ｑは、シフトレジスタ４８のパラ
レル入力にそれぞれ接続される。このシフトレジスタ４
８には、パラレルデータの取り込みタイミングを決定す
るための制御パルスφＬＤと転送クロックφＣＫとが入
力される。これらのパルスφＬＤ，φＣＫは、例えば水
平転送回路１８などから供給される。また、シフトレジ
スタ４８のシリアル出力は、動き検出信号として動き検
出用固体撮像装置４０の外部へ出力される。
【００６５】なお、単位画素１１および差分処理回路２
１ａの内部構成については、第１の実施形態と同じなの
で同一の参照番号を付与して図５に示し、ここでの説明
を省略する。 （異値検出回路４１ｂの回路構成）次に、図６（ａ）に
基づいて、垂直読み出し線１２の１列目に設けられた異
値検出回路４１ｂについて、具体的な回路構成を説明す
る。なお、２列目以降の異値検出回路４１ｂについて
も、制御パルスの添え字が一部異なるだけで、１列目の
異値検出回路４１ｂと回路構成は同様である。
【００６６】まず、１列目の垂直読み出し線１２に対
し、ＭＯＳスイッチ４２ａ，４２ｂの一端側がそれぞれ
接続される。このＭＯＳスイッチ４２ａの他端側は、電
圧保持用のコンデンサ４３ａと、コンパレータ４４ａの
正側入力と、コンパレータ４４ｂの負側入力とにそれぞ
れ接続される。
【００６７】一方、ＭＯＳスイッチ４２ｂの他端側は、
電圧保持用のコンデンサ４３ｂと、コンパレータ４４ａ
の負側入力と、コンパレータ４４ｂの正側入力とにそれ
ぞれ接続される。なお、図６（ｂ）に、これらのコンパ
レータ４４ａ，４４ｂの入出力特性を示す。これらのコ
ンパレータ４４ａ，４４ｂの各出力は、オア回路４５に
それぞれ入力される。このオア回路４５の出力は、シフ
トレジスタ４８のパラレル入力Ｑ１に供給される。
【００６８】（本発明と第２の実施形態との対応関係）
ここで、請求項１，４に記載の発明と第２の実施形態と
の対応関係については、受光部はホトダイオード１に対
応し、増幅素子はＪＦＥＴ２に対応し、増幅素子の制御
領域はゲート領域２Ｇに対応し、リセット回路はＭＯＳ
スイッチ４に対応し、電荷転送回路はＭＯＳスイッチ３
に対応し、垂直読み出し線は垂直読み出し線１２に対応
し、読み出し回路はＭＯＳスイッチ６に対応し、前フレ
ーム垂直転送手段は垂直転送回路１５の「前フレームの
電気信号を垂直転送する機能」に対応し、現フレーム垂
直転送手段は垂直転送回路１５の「現フレームの電気信
号を垂直転送する機能」に対応し、比較回路は異値検出
回路４１ｂに対応し、水平転送回路はシフトレジスタ４
８に対応し、不要電荷排出回路はＭＯＳスイッチ５に対
応し、電子シャッタ回路は垂直転送回路１５の「ＭＯＳ
スイッチ５を駆動してホトダイオード１の蓄積時間を制
限する機能」に対応する。
【００６９】また、請求項２に記載の発明と第２の実施
形態との対応関係については、上述の対応関係に加え
て、画像信号出力回路は、差分処理回路２１ａおよび水
平転送回路１８の「現フレームの画像信号を選択的に水
平転送する機能」に対応する。さらに、請求項３に記載
の発明と第２の実施形態との対応関係については、上述
の対応関係に加えて、暗信号垂直転送手段は、垂直転送
回路１５の「ＪＦＥＴ２の暗信号成分を垂直転送する機
能」に対応し、標本回路は差分処理回路２１ａの「暗信
号を標本する機能」に対応する。
【００７０】（第２の実施形態の動作）図７は、第２の
実施形態の駆動タイミングを示すタイミングチャートで
ある。なお、本図は、水平ｉ行目以降の画素列読み出し
について示したものである。以下、図７を用いて、第２
の実施形態の動作を説明する。まず、図７に示す期間Ｔ
１のタイミングにおいて、制御パルスφＲＳＰｉをロー
レベルに立ち下げる。すると、水平ｉ行目の単位画素１
１では、ＭＯＳスイッチ５が導通し、その時点において
ホトダイオード１に蓄積されていた不要電荷が排出され
る。この期間Ｔ１の終了間際には、制御パルスφＲＳＰ
ｉがハイレベルに復帰するため、水平ｉ行目の単位画素
１１は、この期間Ｔ１の終了間際から信号電荷の蓄積を
再開する。
【００７１】次に、水平ｉ行目の垂直転送動作の開始に
当たり、図７に示す期間Ｔ２のタイミングにおいて、制
御パルスφＶＡｉをローレベルに保持し、かつ制御パル
スφＭをハイレベルに立ち上げる。この制御パルスφＶ
Ａｉの立ち下げにより、水平ｉ行目のＭＯＳスイッチ６
が導通する。このとき、ＪＦＥＴ２のゲート領域２Ｇに
は、前フレームの読み出しに際して蓄積された信号電荷
が残存する。そのため、ＪＦＥＴ２のソースホロワ回路
を介して、前フレームかつ水平ｉ行目の電気信号が垂直
読み出し線１２に出力される。一方、異値検出回路４１
ｂ側では、この期間Ｔ２のタイミングで制御パルスφＳ
Ａが立ち上げられる。そのため、ＭＯＳスイッチ４２ａ
が導通し、垂直読み出し線１２およびコンデンサ４３ａ
を通る充電経路が形成される。その結果、前フレームか
つ水平ｉ行目の電気信号は、異値検出回路４１ｂ内のコ
ンデンサ４３ａに充電される。この期間Ｔ２の終了間際
に、制御パルスφＳＡが立ち下げられるため、コンデン
サ４３ａの一端は再び垂直読み出し線１２から切り離さ
れる。その結果、前フレームかつ水平ｉ行目の電気信号
は、コンデンサ４３ａの両端電圧として保持される。
【００７２】次に、図７に示す期間Ｔ３のタイミングに
おいて、制御パルスφＲＳＧｉをローレベルに立ち下げ
る。すると、水平ｉ行目の単位画素１１では、ＭＯＳス
イッチ４が導通し、ＪＦＥＴ２のゲート領域２Ｇに残留
していた前フレームの信号電荷が排出される。その結
果、ゲート領域２Ｇは、金属配線７ａを介してリセット
電圧に初期化される。このとき、制御パルスＶＡｉは依
然ローレベルに維持されるため、垂直読み出し線１２に
は、水平ｉ行目のＪＦＥＴ２において生じたゲート−ソ
ース間電圧のばらつき（暗信号）が出力される。
【００７３】続いて、図７に示す期間Ｔ４のタイミング
において、制御パルスφＮがハイレベルに立ち上げられ
る。差分処理回路２１ａ側では、制御パルスφＮの立ち
上げにより、ＭＯＳスイッチ２３ａが導通する。その結
果、垂直読み出し線１２およびコンデンサ２２ａを通る
充電経路が形成され、水平ｉ行目の暗信号は、差分処理
回路２１ａ内のコンデンサ２２ａに充電される。この期
間Ｔ４の終了間際に、制御パルスφＮが立ち下げられる
ため、コンデンサ２２ａの一端は再びフローティング状
態となる。その結果、水平ｉ行目の暗信号は、コンデン
サ２２ａの両端電圧として保持される。
【００７４】次に、図７に示す期間Ｔ５のタイミングに
おいて、制御パルスφＴＧｉがローレベルに立ち下げら
れる。すると、水平ｉ行目の単位画素１１において、Ｍ
ＯＳスイッチ３が導通し、水平ｉ行目のホトダイオード
１に蓄積された現フレームの信号電荷が、ＪＦＥＴ２の
ゲート領域２Ｇに転送される。なお、ここでの信号電荷
の蓄積時間（露光時間）は、期間Ｔ１の終了間際から期
間Ｔ５の開始時点までの期間Ｔｅｘに該当する。
【００７５】この状態において、制御パルスφＶＡｉは
依然ローレベルであるため、垂直読み出し線１２から
は、現フレームかつ水平ｉ行目の電気信号が新たに出力
される。このとき、差分処理回路２１ａ側のコンデンサ
２２ａの一端側には、現フレームかつ水平ｉ行目の電気
信号から、水平ｉ行目の暗信号分を減じた差分が現れ
る。この差分は、暗信号成分が取り除かれた「現フレー
ムの画像信号」である。
【００７６】次に、図７に示す期間Ｔ６のタイミングに
おいて、制御パルスφＳＢが立ち上げられ、動体検出回
路４１ｂ内のＭＯＳスイッチ４２ｂが導通する。その結
果、垂直読み出し線１２およびコンデンサ４３ｂを通る
充電経路が形成され、現フレームかつ水平ｉ行目の電気
信号は、異値検出回路４１ｂ内のコンデンサ４３ｂに充
電される。この期間Ｔ６の終了間際に、制御パルスφＳ
Ｂが立ち下げられるため、コンデンサ４３ｂの一端は再
び垂直読み出し線１２から切り離される。その結果、前
フレームかつ水平ｉ行目の電気信号は、コンデンサ４３
ｂの両端電圧として保持される。
【００７７】ここで、コンパレータ４４ａ，４４ｂは、
図６（ｂ）に示す入出力特性を有する。そのため、コン
デンサ４３ａ，４３ｂの電圧差の絶対値が、閾値ΔＶを
上回ると、コンパレータ４４ａ，４４ｂのどちらか一方
の出力がハイレベルとなり、オア回路４５の出力がハイ
レベルとなる。また、コンデンサ４３ａ，４３ｂの電圧
差の絶対値が、閾値ΔＶを下回ると、コンパレータ４４
ａ，４４ｂの双方の出力がローレベルとなり、オア回路
４５の出力がローレベルとなる。
【００７８】この期間Ｔ６の終了間際において、シフト
レジスタ４８の制御パルスφＬＤが立ち上げられること
により、上記したオア回路４５の各出力結果は、シフト
レジスタ４８のパラレル入力にそれぞれ取り込まれる。
次に、図７に示す期間Ｔ７中に、水平転送回路１８は、
制御パルスφＨ１・・・φＨｍを立ち代わりハイレベル
に順次設定する。
【００７９】そのため、ｍ列分のコンデンサ２２ａの一
端側は、１〜ｍ列の順番で水平読み出し線１６ａに接続
される。その結果、水平読み出し線１６ａ上では、現フ
レームかつ水平ｉ行目の画像信号が順次に出力される。
この期間Ｔ６中において、制御パルスφＨ１・・・φＨ
ｍをハイレベルに設定する合間に、φＲＨがハイレベル
に設定される。このような動作により、水平読み出し線
１６ａ上の残留電荷が、ＭＯＳスイッチ１９ａを介して
毎回排出される。そのため、水平転送される画像信号に
残留電荷が混じることがない。
【００８０】また、この期間Ｔ７中に、シフトレジスタ
４８には転送クロックφＣＫが順次に与えられる。その
結果、シフトレジスタ４８内に取り込まれた異値検出回
路４１ｂの各判定結果は水平方向に転送され、２値化さ
れた動き検出信号として順次に出力される。上述した一
連の処理を、その他の水平行についても順番に繰り返す
ことにより、シフトレジスタ４８からは、１フレーム分
に相当する動き検出信号が外部出力される。また、水平
読み出し線１６ａからは、現フレームの画像信号が外部
出力される。
【００８１】以上説明した動作により、第２の実施形態
では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができ
る。特に、第２の実施形態に特有な効果としては、異値
検出回路４１ｂにおいて、前フレームと現フレームとが
許容範囲内（ここでは閾値ΔＶ）で等しいか否かが画素
ごとに判定され、その判定結果が「２値化された動き検
出信号」として外部出力される点である。
【００８２】このように動き検出信号が既に２値化され
ているので、装置外部での動き判定などを簡略化するこ
とが可能となる。また、動き検出信号が２値化されてい
るので、水平転送回路にシフトレジスタ４８を使用する
ことが可能となり、動き検出信号の水平転送動作におい
て高速化と低雑音化とを容易に実現することができる。
なお、上述した実施形態では、増幅素子としてＪＦＥＴ
２を使用し、ＪＦＥＴ２のゲート領域２Ｇに信号電荷を
蓄積しているが、この構成に特に限定されるものではな
い。一般的には、増幅機能を有する素子を増幅素子とし
て使用することができる。例えば、増幅素子としてＭＯ
Ｓトランジスタやバイポーラトランジスタなどを使用し
てもよいし、これらの素子を混在使用した機能素子を使
用しても良い。また、これらの増幅素子のゲートやベー
スに発生する寄生容量に信号電荷を保持してもよいし、
増幅素子のゲートやベースに信号電荷を保持するための
コンデンサなどを補助的に設けてもよい。
【００８３】さらに、上述した実施形態では、読み出し
回路として、垂直転送用のＭＯＳスイッチ６を設けてい
るが、これに限定されるものではない。例えば、増幅素
子のゲートやベースに信号電荷を蓄積するためのコンデ
ンサを設け、このコンデンサの他端側の電圧を上下させ
ることにより、増幅素子と垂直読み出し線との接続・分
離を制御してもよい。
【００８４】また、上述した実施形態では、ホトダイオ
ードで生じた信号電荷を、増幅素子の制御領域に直接転
送する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではない。例えば、信号電荷を拡散領域に転送し保持
した後、その拡散領域の電位を信号線を介してＭＯＳト
ランジスタのゲートで検出してもよい。このような画素
の例としては、例えば、文献『Active Pixel Sensors:A
re CCD's Dinosaurs?』,Fossum E.R.,Proceeding of SP
IE: Charge-Coupled Device and Solid StateOptical S
ensorsIII、Vol.1900,pp2-14(1993)に記されたものがあ
る。
【００８５】さらに、上述した実施形態では、単位画素
１１が２次元マトリックス状に配列されている場合を説
明したが、１次元マトリックス状に配列されるライン撮
像素子などに対しても、本発明が、同様に適用できるの
は勿論である。なお、上述した第２の実施形態では、Ｍ
ＯＳスイッチ２０ａを特に駆動していないが、これに限
定されるものではない。例えば、垂直読み出し線１２上
における時分割の信号転送の合間に、制御パルスφＶＡ
１〜ｎをローレベルに一旦設定し、この状態で制御パル
スφＲＳＶを瞬間的に立ち上げてもよい。このような動
作により、垂直読み出し線１２上の残留電荷をＭＯＳス
イッチ２０ａを介して高速に排出することが可能とな
る。通常、垂直読み出し線１２に寄生する容量性負荷の
ために、ＪＦＥＴ２のソースホロワ出力は電圧低下の際
に有効に機能せず、専ら定電流源２０の引き込み電流に
よって垂直読み出し線１２の電圧が低下する。上記した
ＭＯＳスイッチ２０ａのリセット動作は、この垂直読み
出し線１２の電圧低下の動作を速やかに完了させること
ができる。したがって、このようなＭＯＳスイッチ２０
ａのリセット動作は、垂直読み出し動作の一層の高速化
を図る場合に有効な対策となる。
【００８６】また、上述した第２の実施形態では、図６
に示すような異値検出回路４１ｂを使用しているが、こ
の構成に限定されるものではない。一般的には、電気信
号が一致しているか否かを判定する判定回路であれば、
異値検出回路として使用することができる。例えば、図
８に示すような異値検出回路５１ｂを使用することもで
きる。以下、この異値検出回路５１ｂの動作について説
明する。
【００８７】まず、垂直読み出し線１２に、前フレーム
の画素出力Ｖoldが出力されるタイミングで、制御パル
スφＳＣが一時的に立ち上げられる。その結果、ＭＯＳ
スイッチＱＢ１，ＱＢ２が導通し、コンデンサＣＣＡ，
ＣＣＢを介した充電経路が形成される。
【００８８】このとき、コンデンサＣＣＡの両端には、
（Ｖold-ＶＴ＋Ｖｔｈ）の電圧が保持される。一方、コ
ンデンサＣＣＢの両端には、（Ｖold-ＶＴ−Ｖｔｈ）の
電圧が保持される。次に、垂直読み出し線１２に、現フ
レームの画素出力Ｖnowが出力されると、コンデンサＣ
ＣＡの他端側には、（Ｖnow−Ｖold＋ＶＴ−Ｖｔｈ）の
電圧値が現れる。一方、コンデンサＣＣＢの他端側に
は、（Ｖnow−Ｖold＋ＶＴ＋Ｖｔｈ）の電圧値が現れ
る。なお、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の閾値電圧は
ＶＴに設定される。
【００８９】以上のような電圧関係により、（Ｖnow−
Ｖold）がＶＴｈを上回ると、インバータＩＮＶ１はロ
ーレベルを出力する。一方、（Ｖnow−Ｖold）がＶＴｈ
を下回ると、インバータＩＮＶ１はハイレベルを出力す
る。また、（Ｖnow−Ｖold）が（−ＶＴｈ）を上回る
と、インバータＩＮＶ２はローレベルを出力する。一
方、（Ｖnow−Ｖold）が（−ＶＴｈ）を下回ると、イン
バータＩＮＶ２はハイレベルを出力する。
【００９０】これらの論理出力は、インバータＩＮＶ３
〜５を介した後、ＮＡＮＤ回路ＮＡにそれぞれ入力され
る。その結果、ＮＡＮＤ回路ＮＡからは、（Ｖnow−Ｖo
ld）の値が（−ＶＴｈ）〜ＶＴｈの範囲内にある場合、
ローレベルが出力される。また、（Ｖnow−Ｖold）の値
が（−ＶＴｈ）〜ＶＴｈの範囲外にある場合、ハイレベ
ルが出力される。
【００９１】なお、これらの論理出力が決定されたタイ
ミングで、制御パルスφＳＤを立ち上げることにより、
ＭＯＳスイッチＱＢ３，ＱＢ４が導通する。その結果、
インバータＩＮＶ３，ＩＮＶ４を介してコンデンサＣＣ
Ａ，ＣＣＢが正帰還方向に再充電され、論理出力を安定
化することができる。このような回路動作により、異値
検出回路５１ｂを用いて、２フレーム間の画素出力が許
容範囲内で一致するか否かを判定することができる。し
たがって、図５に示す異値検出回路４１ｂに代えて、異
値検出回路５１ｂを設けることが可能となる。
【００９２】
【発明の効果】（請求項１）以上説明したように、請求
項１の発明では、垂直読み出し線上に「前フレームの電
気信号」と「現フレームの電気信号」とが時分割に出力
される。これらの電気信号を比較することにより、固体
撮像装置の内部において動き検出を実現することができ
る。
【００９３】そのため、固体撮像装置の外部に、ＡＤ変
換回路、画像メモリや画像処理回路などの周辺回路を特
に設けることなく動き検出を行うことができる。したが
って、装置全体を小型、かつ低コストに構成することが
可能となる。また、請求項１の発明では、動き検出用固
体撮像装置の外部に従来必要であったＡＤ変換回路が不
要になる。その結果、ＡＤ変換回路によりダイナミック
レンジが制限されることもなくなり、固体撮像装置自体
の広いダイナミックレンジで、動き検出を行うことがで
きる。
【００９４】さらに、請求項１の発明では、画素ごとに
比較回路を設ける場合に比べ、画素の構成を単純化する
ことができる。したがって、開口率の向上、解像度の向
上を図ることができる。また、請求項１の発明では、前
フレームの電気信号と現フレームの電気信号とが、固体
撮像装置内において画素位置のズレなく比較される。し
たがって、外部回路でフレーム間差をとる場合に比べ、
画素位置の位相ズレによる動きの誤検出を生じるおそれ
が一切なく、動き検出を一段と高精度に行うことが可能
となる。
【００９５】その上、請求項１に発明では、電荷転送回
路の遮断期間中に、不要電荷排出回路を介して受光部の
不要電荷を直に排出する。このような動作により、電子
シャッタ機能を確実に実現することができる。
【００９６】また、このような電子シャッタの動作は、
電荷転送回路の遮断期間に行われるので、制御領域に保
持した前フレームの信号電荷を損なうことがない。した
がって、動き検出の動作には一切支障を与えることな
く、電子シャッタ機能を実現することができる。特に、
被写体の早い動きにより像が流れた場合、フレーム間差
に基づく動き検出の動作を精密に行うことが困難とな
る。そのため、上記のように、動き検出の動作に支障を
与えない電子シャッタ機能を有する本発明は、動き検出
用固体撮像装置として特に好適な構成である。
【００９７】（請求項２）請求項２に記載の発明では、
垂直読み出し線上を時分割に出力される「前フレームの
電気信号」もしくは「現フレームの電気信号」のどちら
か一方を選択的に出力することにより、画像信号を出力
することができる。このような画像信号の出力動作は、
比較回路側の動き検出動作を一切妨げることなく行われ
るので、動き検出の信号と画像信号とを同時出力するこ
とが可能となる。
【００９８】特に、このような画像信号と動き検出信号
の同時出力により、これら両信号を用いた画像表示のバ
リエーションが格段に増え、動き検出用固体撮像装置の
用途が著しく広がる。（請求項３）請求項３に記載の発
明では、垂直読み出し線を効率的に使用して、２フレー
ム分の電気信号に加えて暗信号まで時分割に出力する。
標本回路側では、この暗信号に基づいて、暗信号を除去
した高品質な電気信号を生成する。
【００９９】特に、このような暗信号の垂直転送動作
は、２フレーム分の電気信号の垂直転送動作の合間にな
されるため、動き検出の動作に一切支障を生じることが
ない。したがって、動き検出の信号と、高品質な画像信
号とを同時出力することが可能となる。
【０１００】（請求項４）請求項４に記載の発明では、
比較回路の動作により、前フレームと現フレームとの間
で変化が有ったか否かを画素単位に示す２値化された動
き検出信号が出力される。このような２値化された動き
検出信号により、装置外部での動き判定などを簡略化す
ることが可能となる。また、動き検出信号が２値化され
ているので、水平転送回路にシフトレジスタ回路を使用
することができる。このようなシフトレジスタ回路の使
用により、動き検出信号の水平転送動作において高速化
と低雑音化とを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の回路構成を示す図である。
【図２】単位画素１１のレイアウト例を説明する図であ
る。
【図３】単位画素１１の各部の断面構造を説明する図で
ある。
【図４】第１の実施形態の駆動タイミングを示すタイミ
ングチャートである。
【図５】第２の実施形態の回路構成を示す図である。
【図６】異値検出回路４１ｂの回路構成を示す図であ
る。
【図７】第２の実施形態の駆動タイミングを示すタイミ
ングチャートである。
【図８】異値検出回路の回路例を示す図である。
【図９】従来の動き検出用画像処理装置１００を示す図
である。
【符号の説明】 １ ホトダイオード ２ ＪＦＥＴ ２Ｇ ゲート領域 ２Ｓ ソース ２Ｄ ドレイン ３ 電荷転送用のＭＯＳスイッチ ４ 信号電荷リセット用のＭＯＳスイッチ ５ 電荷排出用のＭＯＳスイッチ ６ 垂直転送用のＭＯＳスイッチ ７ 排出用ドレイン部 ７ａ 金属配線 １０ 動き検出用固体撮像装置 １１ 単位画素 １２ 垂直読み出し線 １５ 垂直転送回路 １６ａ 水平読み出し線 １６ｂ 水平読み出し線 １８ 水平転送回路 １９ａ，１９ｂ ＭＯＳスイッチ ２１ａ 差分処理回路 ２１ｂ 動体検出回路 ２２ａ コンデンサ ２３ａ ＭＯＳスイッチ ２４ａ 水平転送用のＭＯＳスイッチ ３０ 基板 ３１ ｎ型領域 ３５ ｐ型蓄積領域 ４０ 動き検出用固体撮像装置 ４１ｂ 異値検出回路 ４２ａ ＭＯＳスイッチ ４３ａ コンデンサ ４４ａ コンパレータ ４４ｂ コンパレータ ４５ オア回路 ４８ シフトレジスタ ５１ｂ 異値検出回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マトリックス状に配列され、入射光に応
    じて信号電荷を生成する複数の受光部と、 前記受光部ごとに設けられ、電荷を蓄積する制御領域を
    有し、該制御領域の蓄積電荷に対応した電気信号を出力
    する増幅素子と、 前記増幅素子の制御領域をリセットするリセット回路
    と、 前記受光部に生成される信号電荷を、前記増幅素子の制
    御領域へ転送する電荷転送回路と、 前記受光部の垂直列ごとに設けられる垂直読み出し線
    と、 前記増幅素子ごとに設けられ、前記増幅素子から出力さ
    れる電気信号を前記垂直読み出し線に読み出す読み出し
    回路と、 前記電荷転送回路を遮断して、前フレームの信号電荷を
    前記制御領域に保持させたままの状態で、特定行の前記
    読み出し回路を選択的に駆動して、前フレームの電気信
    号を前記垂直読み出し線に読み出す前フレーム垂直転送
    手段と、 前記特定行の前記電荷転送回路を駆動して、現フレーム
    の信号電荷を前記制御領域に保持させ、この状態で、前
    記特定行の前記読み出し回路を駆動して、現フレームの
    電気信号を前記垂直読み出し線に読み出す現フレーム垂
    直転送手段と、 前記垂直読み出し線ごとに設けられ、前記垂直読み出し
    線を介して時分割に読み出される前フレームの電気信号
    と現フレームの電気信号とを比較する比較回路と、 前記比較回路からの各出力を水平転送する水平転送回路
    と、 前記受光部ごとに設けられ、前記受光部に生成される不
    要電荷を排出する不要電荷排出回路と、 前記電荷転送回路の遮断期間中に、前記受光部に生成さ
    れる不要電荷を前記不要電荷排出回路を介して排出し、
    前記受光部における前記信号電荷の蓄積時間を制限する
    電子シャッタ回路とを備えたことを特徴とする動き検出
    用固体撮像装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の動き検出用固体撮像装
    置において、 前記垂直読み出し線を介して時分割に読み出される前フ
    レームの電気信号もしくは現フレームの電気信号のどち
    らか一方を選択的に取り込んで、水平転送する画像信号
    出力回路を備えたことを特徴とする動き検出用固体撮像
    装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の動き検出用固体撮像装
    置において、 前記リセット回路の駆動により前記増幅素子の制御領域
    が一定電圧に初期化された状態で、特定行の前記読み出
    し回路を選択的に駆動し、前記増幅素子から出力される
    電気信号（暗信号）を前記垂直読み出し線に読み出す暗
    信号垂直転送手段と、 前記垂直読み出し線を介して時分割に読み出される前記
    暗信号を標本する標本回路とを備え、 前記画像信号出力回路は、 「前フレームの電気信号」もしくは「現フレームの電気
    信号」の一方から、前記標本回路に標本された前記暗信
    号の分を減じた信号を出力することを特徴とする動き検
    出用固体撮像装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
    に記載の動き検出用固体撮像装置において、 前記比較回路は、 現フレームの電気信号と前フレームの電気信号とが許容
    範囲内で一致するか否かを判定し、判定結果の真偽に応
    じて２値化信号を出力する回路であることを特徴とする
    動き検出用固体撮像装置。
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