JP2000184287A - 固体撮像装置およびこれを備えたカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直転送部駆動パルスの周波数を上げずに、
垂直転送部から水平転送部へ信号電荷を転送することに
より、垂直転送効率を落とさずに高速度撮影が可能な固
体撮像装置と、これを用いたカメラを提供する。 【解決手段】 行列状に配列された複数の光電変換素子
と、前記光電変換素子から読み出された電荷を垂直転送
する垂直転送部と、前記電荷を水平方向へ転送する水平
転送部と、前記電荷を映像信号に変換して出力する電荷
検出部とを備えた固体撮像装置は、１垂直走査期間に
（ｎ／ｍ）回、前記光電変換素子のｎ行毎の１行から電
荷を読み出し、ｎ回の垂直転送と１回の水平転送とを、
２以上かつｍ以下の水平走査期間にまたがって行うよう
に、垂直転送部駆動パルスおよび水平転送部駆動パルス
を制御する信号制御部を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、さらなる高画質化及び高機能化
が要望されている。特に、３倍速や、６倍速等の高速度
撮影を、画質を落とすことなく実現することが望まれて
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、高速度撮影を実現するための従来
の技術について、水平方向７６８個×垂直方向４８０個
の画素より構成される、全画素順次読み出し方式の従来
の固体撮像装置を例に挙げて説明する。

【０００４】図２２に、上記従来の固体撮像装置の構成
例を示す。この固体撮像装置は、光電変換素子（フォト
ダイオード）９１、電極Ｖ１〜Ｖ４が接続される垂直転
送部９２、電極Ｈ１およびＨ２が接続される水平転送部
９３、および電荷検出部９４を備えている。図２２に示
すように、光電変換素子９１のすべての行に電極Ｖ２お
よびＶ３が接続される一方、３行毎の１行にＶ１が接続
され、他の２行にＶ４が接続されている。

【０００５】この従来の固体撮像装置では、通常速度の
撮影を行う場合には、電極Ｖ１およびＶ４に約１５Ｖの
パルスを印加することにより、光電変換素子９１から電
荷を読み出す。さらに、電極Ｖ１〜Ｖ４に、０Ｖおよび
約−９Ｖの２値の垂直転送部駆動パルスを印加すること
により、光電変換素子９１から読み出された電荷が、水
平転送部９３へ転送される。

【０００６】一方、３倍速での高速度撮影を行う場合に
は、電極Ｖ１にのみ約１５Ｖのパルスを印加することに
より、光電変換素子９１の３行毎の１行のみから信号電
荷を読み出すこととなる。これにより、垂直方向の画素
数が１／３に間引かれ、３倍速での高速度撮影が実現さ
れる。

【０００７】図２３は、上記従来の固体撮像装置におけ
る高速度撮影時の駆動タイミングチャートである。ま
た、図２４は、図２３における水平帰線消去期間を拡大
したタイミングチャートである。

【０００８】図２３の最上段に示すｈ１〜ｈ５２５は、
テレビジョン信号の走査線番号である。また、図２３お
よび図２４において、ＨＤは水平同期信号、ＶＤは垂直
同期信号である。さらに、Ｐ_V1〜Ｐ_V4は、垂直転送部９
２の電極Ｖ１〜Ｖ４の各々へ入力される垂直転送ゲート
印加パルス、Ｐ_H1およびＰ_H2は、水平転送部９３の電極
Ｈ１およびＨ２にそれぞれ入力される水平転送ゲート印
加パルスである。

【０００９】図２３に示すように、上記従来の固体撮像
装置は、３倍速の高速度撮影時は、走査線の１７番目
（ｈ１７）において電極Ｖ１にのみ約１５Ｖの電圧を印
加して、光電変換素子９１の３行毎に１行のみから信号
電荷を読み出す。また、走査線の１８番目（ｈ１８）以
降、水平帰線消去期間において、約−９Ｖの電圧を、電
極Ｖ１〜Ｖ４の各々に３回分印加する。

【００１０】これにより、光電変換素子９１から読み出
された１行分の信号電荷のみが、水平転送部９３へ転送
される。水平転送部９３へ転送された信号電荷は、１水
平走査期間かけて、電荷検出部９４へ転送される。これ
により、上記従来の固体撮像装置からは、垂直方向の画
素数が１／３に間引かれた、すなわち水平方向７６８個
×垂直方向１６０個の画素分の信号電荷が出力され、３
倍速の高速度撮影が実現されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
駆動方法では、水平帰線消去期間の長さは決まっている
ため、高速度撮影倍率が上がるほど、垂直転送ゲート印
加パルスの周波数を大きくする必要が生じる。しかしな
がら、垂直転送ゲート印加パルスの周波数が大きくなる
ほど、垂直転送部９２における飽和特性が劣化し、転送
容量が小さくなる。この結果、固体撮像装置の垂直転送
効率が悪くなり、混色や飽和不良等の問題が発生する。

【００１２】そこで、本発明は、垂直転送ゲート印加パ
ルスの周波数を上げずに信号電荷を転送することによ
り、垂直転送効率を落とさずに高速度撮影が可能な固体
撮像装置と、この固体撮像装置を備えたカメラとを提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の固体撮像装置は、行列状に配列された複
数の光電変換素子と、電荷読み出し信号に従って前記光
電変換素子から読み出された電荷を垂直転送信号に従っ
て垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部から転送され
た電荷を水平転送信号に従って水平転送する水平転送部
と、水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧また
は信号電流に変換して出力する電荷検出部とを備えた固
体撮像装置において、ｎおよびｍを２以上の自然数と
し、１垂直走査期間に（ｎ／ｍ）回、前記光電変換素子
のｎ行毎の１行へ前記電荷読み出し信号を印加すると共
に、ｎ回の垂直転送と１回の水平転送とを、２以上かつ
ｍ以下の水平走査期間にまたがって行うよう前記垂直転
送信号および前記水平転送信号を制御する信号制御部を
備えたことを特徴とする。

【００１４】この構成によれば、光電変換素子のｎ行毎
に１行から読み出された電荷が、２以上かつｍ以下の水
平走査期間にまたがり、垂直転送部から水平転送部へ、
さらに水平転送部から電荷検出部へ転送されることによ
り、（ｎ／ｍ）倍速の高速度撮影が実現される。これに
より、１水平走査期間内に垂直転送と水平転送との両方
を行う従来の高速度撮影技術と比較して、垂直転送に時
間的余裕ができるので、垂直転送信号の周波数が低くて
すむ。この結果、垂直転送効率を劣化させることなく、
混色や飽和不良のない高速度撮影を実現する固体撮像装
置を提供できる。

【００１５】前記固体撮像装置は、前記信号制御部が、
前記ｎ回の垂直転送を（ｍ−１）回分の水平走査期間内
に行い、１回の水平転送を１水平期間内に行うよう前記
垂直転送信号を制御することが好ましい。

【００１６】この構成によれば、ｎ行分の垂直転送を
（ｍ−１）回分の水平走査期間内に行えばよいので、垂
直転送信号の周波数をさらに小さくすることも可能であ
る。これにより、垂直転送効率を劣化させることなく、
混色や飽和不良のない高速度撮影を実現する固体撮像装
置を提供することができる。

【００１７】前記固体撮像装置は、さらに、前記信号制
御部が、前記光電変換素子のｎ行毎に１行へ前記電荷読
み出し信号を印加する第１の動作モードと、前記光電変
換素子の各行に前記電荷読み出し信号を印加する第２の
動作モードとを有し、前記第１の動作モードにおける前
記垂直転送信号の周波数を、前記第２の動作モードにお
ける前記垂直転送信号の周波数よりも低くすることが好
ましい。

【００１８】この構成によれば、高速度撮影時（第１の
動作モード）に、垂直方向に１／ｎに間引いた電荷を垂
直方向に転送するときの垂直転送信号の周波数を、通常
速度の撮影時（第２の動作モード）の垂直転送信号の周
波数よりも低くすることにより、垂直転送部から水平転
送部への転送効率を向上させることができ、混色や飽和
不良のない高速度撮影を実現する固体撮像装置を提供す
ることができる。

【００１９】上記の目的を達成するために、本発明の他
の固体撮像装置は、行列状に配列された複数の光電変換
素子と、光電変換素子から得られる電荷を信号電圧また
は信号電流に変換して出力する電荷検出部とを備えた固
体撮像装置において、ｎを２以上の自然数とし、１垂直
走査期間にｎ回、前記光電変換素子のｎ行毎の１行から
電荷を読み出して水平転送部へ転送する垂直転送部と、
垂直転送部から転送された１行分の電荷の一部のみを前
記電荷検出部へ転送する水平転送部とを備えたことを特
徴とする。

【００２０】この構成によれば、垂直転送部から転送さ
れた１行分の電荷の一部のみが、水平転送部から電荷検
出部へ転送されるので、１行分の電荷のすべてを電荷検
出部へ転送する構成と比較して、水平転送に要する時間
が短くてすむ。これにより、垂直転送に時間的余裕がで
き、垂直転送部駆動パルスの周波数を高くする必要がな
い。この結果、垂直転送部から水平転送部への転送効率
を劣化させることなく、混色や飽和不良のない高速度撮
影を実現する固体撮像装置を提供することができる。

【００２１】前記の他の固体撮像装置は、前記垂直転送
部から水平転送部へ転送された１行分の電荷のうち、電
荷検出部へ転送されない電荷を、前記水平転送部から排
出する電荷排出部をさらに備えることが好ましい。

【００２２】上記の目的を達成するために、本発明にか
かるカメラは、行列状に配列された複数の光電変換素子
を有する光電変換部と、電荷読み出し信号に従って前記
光電変換素子から読み出された電荷を垂直転送信号に従
って垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部から転送さ
れた電荷を水平転送信号に従って水平転送する水平転送
部と、水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧ま
たは信号電流に変換して出力する電荷検出部と、ｎおよ
びｍを２以上の自然数とし、１垂直走査期間に（ｎ／
ｍ）回、前記光電変換素子のｎ行毎の１行へ前記電荷読
み出し信号を印加すると共に、ｎ回の垂直転送と１回の
水平転送とを、２以上かつｍ以下の水平走査期間にまた
がって行うよう前記垂直転送信号および前記水平転送信
号を制御する信号制御部とを有する固体撮像装置と、前
記固体撮像装置の光電変換部に光を導く光学系と、前記
固体撮像装置から出力される前記信号電圧または信号電
流を処理する映像信号処理回路とを備えたことを特徴と
する。

【００２３】この構成によれば、固体撮像装置の光電変
換素子のｎ行毎に１行から読み出された電荷が、２以上
かつｍ以下の水平走査期間にまたがり、垂直転送部から
水平転送部へ、さらに水平転送部から電荷検出部へ転送
されることにより、（ｎ／ｍ）倍速の高速度撮影が実現
される。これにより、１水平走査期間内に垂直転送と水
平転送との両方を行う従来の高速度撮影技術と比較し
て、垂直転送に時間的余裕ができるので、垂直転送信号
の周波数が低くてすむ。この結果、垂直転送効率を劣化
させることなく、混色や飽和不良のない高速度撮影を実
現するカメラを提供できる。

【００２４】また、上記の目的を達成するために、本発
明にかかる他のカメラは、行列状に配列された複数の光
電変換素子を有する光電変換部と、光電変換素子から得
られる電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力す
る電荷検出部と、ｎを２以上の自然数とし、１垂直走査
期間にｎ回、前記光電変換素子のｎ行毎の１行から電荷
を読み出して水平転送部へ転送する垂直転送部と、垂直
転送部から転送された１行分の電荷の一部のみを前記電
荷検出部へ転送する水平転送部とを有する固体撮像装置
と、前記固体撮像装置の光電変換部に光を導く光学系
と、前記固体撮像装置から出力される前記信号電圧また
は信号電流を処理する映像信号処理回路とを備えたこと
を特徴とする。

【００２５】この構成によれば、固体撮像装置におい
て、垂直転送部から転送された１行分の電荷の一部のみ
が、水平転送部から電荷検出部へ転送されるので、１行
分の電荷のすべてを電荷検出部へ転送する構成と比較し
て、水平転送に要する時間が短くてすむ。これにより、
垂直転送に時間的余裕ができ、垂直転送部駆動パルスの
周波数を高くする必要がない。この結果、垂直転送部か
ら水平転送部への転送効率を劣化させることなく、混色
や飽和不良のない高速度撮影を実現するカメラを提供す
ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。 （実施の形態１）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。

【００２７】光電変換部１０の画素は、図２に示すよう
に、水平方向に７６８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より構成さ
れる。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。

【００２８】各光電変換素子１の電荷は、信号制御部５
が、電極Ｖ１〜Ｖ４へ印加する垂直転送部駆動パルス
（電荷読み出し信号、垂直転送信号）を制御することに
より、垂直転送部２へ読み出され、水平転送部３へ向け
て、垂直方向に転送される。なお、垂直転送部２は、Ｃ
ＣＤ(Charge Coupled Device)を用いて構成することが
できる。

【００２９】水平転送部３へ転送された電荷は、信号制
御部５が、電極Ｈ１およびＨ２へ印加する水平転送部駆
動パルス（水平転送信号）を制御することにより、電荷
検出部４へ向けて水平方向へ転送される。なお、水平転
送部３も、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)を用いて構
成することができる。

【００３０】図２に示したとおり、垂直転送部２の電極
Ｖ２およびＶ３は、光電変換素子１のすべての行に接続
されるが、電極Ｖ１は、６行毎に１行の光電変換素子１
に接続され、他の５行に電極Ｖ４が接続されている。

【００３１】本固体撮像装置は、全画素順次読み出し方
式を採用しており、通常速度の撮影時には、１垂直走査
期間に１回、電極Ｖ１およびＶ４に、約１５Ｖの電圧を
同時に印加することにより、すべての光電変換素子１か
ら電荷を読み出す。そして、電極Ｖ１〜Ｖ４へ、０Ｖと
約−９Ｖとの間で交互にスイッチする水平転送部駆動パ
ルスを印加することにより、光電変換素子１から読み出
した電荷が垂直転送部２から水平転送部３へ１行ずつ転
送される。

【００３２】一方、３倍速の高速度撮影時には、１垂直
走査期間に３回、電極Ｖ１のみに約１５Ｖの電圧を印加
する。この電圧を電極Ｖ１に印加する度に、光電変換素
子１の６行毎に１行のみから垂直転送部２へ信号電荷が
読み出され、垂直方向の画素数が１／６に間引かれる。
そして、２水平走査期間に６回の垂直転送と１回の水平
転送を行うことにより、６行毎の１行から読み出された
１行分の電荷が電荷検出部４へ送られ、結果として３倍
速の高速度撮影を実現するものである。

【００３３】ここで、高速度撮影時の本固体撮像装置の
動作を、図３〜図５を参照しながら説明する。図３は、
本固体撮像装置の垂直同期信号ＶＤと電極Ｖ１に印加さ
れる信号Ｐ_V1との関係を示すタイミングチャートであ
り、図４は、図３の一部を拡大して示したタイミングチ
ャートである。図５は、図４の水平帰線消去期間を拡大
して示したタイミングチャートである。

【００３４】図４の最上段に示すｈ１〜ｈ５２５は、Ｎ
ＴＳＣ方式のテレビジョン信号の走査線番号である。ま
た、図４および図５において、ＨＤは水平同期信号、Ｖ
Ｄは垂直同期信号である。さらに、Ｐ_V1〜Ｐ_V4は、垂直
転送部２の電極Ｖ１〜Ｖ４へ印加される信号、Ｐ_H1およ
びＰ_H2は、水平転送部３へ印加される信号である。

【００３５】本固体撮像装置は、１７番目の走査線（ｈ
１７）において、垂直転送部２の電極Ｖ１へ約１５Ｖの
電圧を印加して、光電変換素子１の６行毎に１行のみか
ら信号電荷を読み出す。

【００３６】そして、１８番目の走査線（ｈ１８）の水
平帰線消去期間に、垂直転送部２の電極Ｖ１〜Ｖ４へ、
約−９Ｖの垂直転送部駆動パルスを６回分印加し、１９
番目の走査線（ｈ１９）以降の２水平走査期間毎の水平
帰線消去期間に、約−９Ｖの垂直転送部駆動パルスを、
図５に示すように、電極Ｖ１〜Ｖ４のそれぞれへ６回ず
つ印加する。これにより、光電変換部１０の６行毎に１
行の光電変換素子１から読み出された信号電荷が、２水
平走査期間毎に、水平転送部３へ転送される。

【００３７】そして、図５に示すように、上記の垂直転
送部駆動パルスの印加が終了した後に、水平転送部３の
電極Ｈ１およびＨ２へ水平転送部駆動パルスを印加する
ことにより、水平転送部３の信号電荷が電荷検出部４へ
転送される。

【００３８】これにより、光電変換部１０において６行
毎に１行の光電変換素子１から読み出された１行分の信
号電荷が、２水平走査期間毎に、垂直転送部２と水平転
送部３とを介して、電荷検出部４へ転送される。

【００３９】つまり、この実施形態では、奇数番目の走
査線の水平走査期間では、垂直転送部２から水平転送部
３への信号電荷の垂直転送を６回行うことによって読み
出された１行分の電荷を水平転送部３へ転送し、偶数番
目の走査線の水平走査期間では、水平転送部３へ転送さ
れた１行分の信号電荷を、１水平走査期間かけて電荷検
出部４へ転送する。

【００４０】従って、本固体撮像装置からは、垂直方向
の画素数が１／６に間引かれた、つまり水平方向７６８
個×垂直方向８０個の画素分の信号電荷が、１垂直走査
期間に３回ずつ出力されることにより、３倍速の高速度
撮影が実現される。

【００４１】以上のように、本実施形態の固体撮像装置
では、連続する２つの水平走査期間のそれぞれにおいて
垂直転送と水平転送とを分けて行うことにより、垂直転
送に時間的余裕ができ、垂直転送部駆動パルスの周波数
を上げずにすむので、垂直転送効率を劣化させることな
く、高速度撮影が可能となる。

【００４２】なお、上記の説明では、３倍速の高速度撮
影を実現する構成およびその駆動方法を説明したが、２
倍速、４倍速等の他の倍率の高速度撮影も、上記の構成
および駆動方法と同様にして、実現することができる。

【００４３】すなわち、ｍおよびｎを自然数とした場
合、（ｎ／ｍ）倍速の高速度撮影を実現するためには、
ｎ行毎に１行の割合で、光電変換素子１から垂直転送部
２へ電荷を読み出し、ｍ回の水平走査期間内に、ｎ回の
垂直転送と、１回の水平転送とを行えばよい。

【００４４】例えば、上述の３倍速の高速度撮影を実現
するための構成および駆動方法は、ｍ＝２，ｎ＝６の場
合に該当する。また、２倍速の高速度撮影を行う場合に
は、例えば、ｍ＝３，ｎ＝６とすればよい。すなわち、
垂直転送部２の構成を、図２に示した構成と同様とし、
図６に示すように、１垂直走査期間に２回、光電変換素
子１から垂直転送部２へ電荷を読み出すために、電極Ｖ
１へ約１５Ｖの電圧を印加する。すなわち、図７に示す
ように、１７番目の走査線（ｈ１７）において、垂直転
送部２の電極Ｖ１へ約１５Ｖの電圧が印加され、光電変
換素子１の６行毎に１行のみから信号電荷を読み出す。

【００４５】そして、１８番目の走査線（ｈ１８）の水
平帰線消去期間に、垂直転送部２の電極Ｖ１〜Ｖ４へ、
約−９Ｖのパルスを６回分印加し、図８に示すように、
１９番目の走査線（ｈ１９）以降の２水平走査期間毎
に、電極Ｖ１〜Ｖ４へ、約−９Ｖの垂直転送部駆動パル
スを６回ずつ印加し、この垂直転送部駆動パルスの印加
が終了した後に、水平転送部３の電極Ｈ１およびＨ２へ
水平転送部駆動パルスを印加することにより、水平転送
部３の信号電荷が電荷検出部４へ転送される。これによ
り、光電変換部１０において６行毎に１行の光電変換素
子１から読み出された信号電荷が、２水平走査期間毎
に、垂直転送部２と水平転送部３とを介して、電荷検出
部４へ転送される。

【００４６】また、４倍速の高速度撮影を行う場合に
は、例えば、ｍ＝２，ｎ＝８とすればよい。この場合、
垂直転送部２の電極Ｖ１を、８行毎に１行の光電変換素
子１に接続し、他の７行に電極Ｖ４を接続するように構
成し、図９に示すように、１垂直走査期間に４回、光電
変換素子１から垂直転送部２へ電荷を読み出すために、
電極Ｖ１へ約１５Ｖの電圧を印加する。すなわち、図１
０に示すように、１７番目の走査線（ｈ１７）におい
て、垂直転送部２の電極Ｖ１へ約１５Ｖの電圧を印加
し、光電変換素子１の８行毎に１行のみから信号電荷を
読み出す。

【００４７】そして、１８番目の走査線（ｈ１８）の水
平帰線消去期間に、垂直転送部２の電極Ｖ１〜Ｖ４へ、
約−９Ｖのパルスを６回分印加し、図１１に示すよう
に、１９番目の走査線（ｈ１９）以降の２水平走査期間
毎に、電極Ｖ１〜Ｖ４へ、約−９Ｖの垂直転送部駆動パ
ルスを８回ずつ印加し、この垂直転送部駆動パルスの印
加が終了した後に、水平転送部３の電極Ｈ１およびＨ２
へ水平転送部駆動パルスを印加することにより、水平転
送部３の信号電荷を電荷検出部４へ転送する。これによ
り、４倍速の高速撮影が実現される。

【００４８】なお、（ｎ／ｍ）倍速の高速度撮影を行う
際に、垂直転送部２から水平転送部３へ電荷を転送する
ときの垂直転送部駆動パルスの周波数を、ｍ回分の水平
走査期間内で水平転送部駆動パルスが停止している間に
約−９Ｖの垂直転送部駆動パルスをｍ回印加できる範囲
で、通常速度による撮影時の垂直転送部駆動パルスの周
波数よりも小さくすることも可能である。

【００４９】例えば、前述の３倍速の高速度撮影の場
合、図５から分かるように、電極Ｖ１〜Ｖ４へ約−９Ｖ
の垂直転送部駆動パルスを６回印加した後、水平転送部
駆動パルスの印加が開始されるまでに、時間的な余裕が
ある。そこで、図１２に示すように、約−９Ｖの垂直転
送部駆動パルスの周波数をさらに小さくすることが可能
である。これにより、垂直転送部２から水平転送部３へ
の垂直転送効率をさらに向上させることができる。

【００５０】また、本実施形態で説明した駆動方法に、
電子ズームや手ぶれ補正に利用される、垂直帰線消去期
間の高速転送を組み合わせることで、より高速な撮影を
実現することも可能である。

【００５１】この場合、電極Ｖ１に約１５Ｖの電圧を印
加して光電変換素子１から電荷を読み出した後、水平転
送部３に近い側の１６０行（図１３に示す領域Ｂ１）の
電荷を、水平転送部３へ高速転送する。

【００５２】なお、高速転送とは、垂直転送部２から水
平転送部３への電荷の転送を約３００ＫＨｚの高速で行
い、水平転送部３から電荷検出部４への電荷の転送終了
を待たずに、連続して垂直転送部２から水平転送部３へ
の転送を行うことをいう。高速転送を行っている間は、
電荷検出部４から出力される信号は、ブランキング処理
を施され、映像信号としては使用されない。

【００５３】領域Ｂ１の１６０行分の電荷の高速転送が
終了したら、図１４に示すように、領域Ｂ２の１６０行
分の電荷を、前述した３倍速の高速撮影時の動作によ
り、２水平走査期間毎に６回の垂直転送を行うことによ
り、３倍速で水平転送部２３へ転送する。このように、
領域Ｂ２の１６０行分の電荷の転送が終了した後は、さ
らに領域Ｂ３の１６０行分の電荷を高速転送する。垂直
転送部２による高速転送のみで３倍速が実現されるの
で、結果として、９倍速の高速度撮影が実現される。

【００５４】（実施の形態２）以下に、本発明の他の実
施形態について、図面を参照しながら説明する。図１５
に本固体撮像装置の概略構成を示す。本固体撮像装置
は、水平方向に７６８個（列）×垂直方向に４８０個
（行）の行列状に配置された複数の画素（図示省略）が
配置された光電変換部２０と、信号制御部２５とを備
え、信号制御部２５による制御の下で、光電変換部２０
から読み出された電荷を電荷検出部２４へ転送し、映像
信号に変換して出力する構成である。

【００５５】光電変換部２０の画素は、図１６に示すよ
うに、光電変換素子２１より構成される。光電変換素子
２１としては、フォトダイオードを用いることができ
る。各光電変換素子２１の電荷は、信号制御部２５が、
電極Ｖ１〜Ｖ４へ印加する垂直転送部駆動パルス（電荷
読み出し信号、垂直転送信号）を制御することにより、
垂直転送部２２へ読み出され、水平転送部２３へ向け
て、垂直方向に転送される。なお、垂直転送部２２は、
ＣＣＤ(Charge Coupled Device)を用いて構成すること
ができる。

【００５６】水平転送部２３へ転送された１行分の電荷
は、信号制御部２５が、電極Ｈ１〜Ｈ６へ印加する水平
転送部駆動パルス（水平転送信号）を制御することによ
り、後述するように、電荷検出部２４またはドレイン２
７（電荷排出部）へ向けて水平方向へ転送される。な
お、水平転送部２３も、ＣＣＤ(Charge Coupled Devic
e)を用いて構成することができる。

【００５７】図１６に示したとおり、垂直転送部２２の
電極Ｖ２およびＶ３は、光電変換素子２１のすべての行
に接続されるが、電極Ｖ１は、３行毎に１行の光電変換
素子２１に接続され、他の２行に電極Ｖ４が接続されて
いる。

【００５８】また、図１５に示したように、光電変換部
２０は、水平方向に２対１に分割されている。つまり、
光電変換部２０は、水平方向５１２個×垂直方向４８０
個の光電変換素子２１からなる領域Ａ１と、水平方向２
５６個×垂直方向４８０個の光電変換素子２１からなる
領域Ａ２とに分割される。

【００５９】ここで、図１７に、本実施形態の水平転送
部２３の構成を示す。なお、図１７は、水平転送部２３
を電荷の転送方向に平行に切断した断面を表す。また、
図１７内に矢印で示した順転送の方向は、電荷検出部２
４側へ電荷を転送する方向であり、逆転送の方向は、ド
レイン２７へ電荷を転送する方向である。水平転送部２
３は、Ｐ型半導体基板４１上に積層されたＮ型拡散層４
２を有する。このＮ型拡散層４２が、水平転送部２３の
転送チャネルとなる。さらに、Ｎ型拡散層４２内に、Ｎ
型拡散層４２よりも不純物濃度の低いＮ^-型拡散層４３
が形成されており、Ｎ型拡散層４２およびＮ^-型拡散層
４３の上に、４相の電極４４が形成されている。図１７
に示すように、Ｎ^-型拡散層４３上に形成された電極４
４が、水平転送部２３の電極Ｈ１およびＨ３であり、Ｎ
型拡散層４２上に形成された電極４４が、電極Ｈ２、Ｈ
５、Ｈ４、およびＨ６である。

【００６０】領域Ａ１の光電変換素子２１で生じた電荷
は、電極Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３およびＨ４が設けられた水平
転送部２３へ転送され、領域Ａ２の光電変換素子２１で
生じた電荷は、電極Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５およびＨ６が設け
られた水平転送部２３へ転送される。

【００６１】本固体撮像装置は、全画素順次読み出し方
式を採用しており、通常速度の撮影時には、１垂直走査
期間に１回、電極Ｖ１およびＶ４に、約１５Ｖの電圧を
同時に印加することにより、すべての光電変換素子２１
から電荷を読み出す。そして、電極Ｖ１〜Ｖ４へ、０Ｖ
と約−９Ｖとの間で交互にスイッチするパルスを印加す
ることにより、光電変換素子２１から読み出された電荷
が、垂直転送部２２から水平転送部２３へ、１行分ずつ
垂直転送される。

【００６２】そして、図１８（ａ）に示すように、電極
Ｈ１およびＨ４を互いに同位相とし、かつ電極Ｈ１およ
びＨ４が電極Ｈ２およびＨ３と逆位相になるように水平
転送部駆動パルスを印加すると共に、電極Ｈ１およびＨ
５を互いに逆位相とし、電極Ｈ１およびＨ５に電極Ｈ３
およびＨ６とそれぞれ逆位相の水平転送部駆動パルスを
印加することにより、垂直転送部２２から水平転送部２
３に転送された１行分の信号電荷のすべてを電荷検出部
２４へ順転送する。

【００６３】一方、高速度撮影時には、垂直転送部２２
の電極Ｖ１のみに約１５Ｖの電圧を印加することによ
り、光電変換素子２１の３行毎に１行から電荷を読み出
す。そして、電極Ｖ１〜Ｖ４へ、０Ｖと約−９Ｖとの間
で交互にスイッチするパルスを印加することにより、光
電変換素子２１から読み出された電荷が、垂直転送部２
２から水平転送部２３へ、１行分ずつ垂直転送される。

【００６４】次に、水平転送部２３のうち光電変換部２
０の領域Ａ１に接続されたところの電極Ｈ１〜Ｈ４へ
は、図１８（ａ）に示すように、電極Ｈ１およびＨ４を
互いに同位相として、電極Ｈ１およびＨ４に電極Ｈ２お
よびＨ３と逆位相の水平転送部駆動パルスを印加するこ
とにより、光電変換部２０における領域Ａ１内に存在す
る光電変換素子２１から読み出した信号電荷が、水平転
送部２３から電荷検出部２４へ順転送により転送され
る。

【００６５】一方、光電変換部２０の領域Ａ２に存在す
る光電変換素子２１から読み出された信号電荷について
は、水平転送部２３のうち領域Ａ２に接続されたところ
の電極Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、およびＨ６に、図１８（ｂ）
に示すように、電極Ｈ１およびＨ５を互いに同位相と
し、電極Ｈ３およびＨ６に電極Ｈ１およびＨ５と逆位相
の水平転送部駆動パルスを印加することにより、領域Ａ
２内に存在する光電変換素子２１から読み出された信号
電荷は、逆転層により、水平転送部２３からドレイン２
７へ排出される。

【００６６】これにより、高速度撮影時には、光電変換
部２０の１行分すなわち７６８個の光電変換素子２１の
内、領域Ａ１内に存在する５１２個の光電変換素子２１
から読み出された信号電荷のみが、水平転送部２３から
電荷検出部２４へ転送され、映像信号として出力される
こととなる。

【００６７】ここで、高速度撮影時の本固体撮像装置の
動作を、図１９および図２０を参照しながら説明する。
図１９の最上段に示すｈ１〜ｈ５２５は、ＮＴＳＣ方式
のテレビジョン信号の走査線番号である。また、ＨＤは
水平同期信号、ＶＤは垂直同期信号である。さらに、Ｐ
_V1〜Ｐ_V4は、垂直転送部２２の電極Ｖ１〜Ｖ４へ印加さ
れる信号、Ｐ_H1〜Ｐ_H6は、水平転送部２３の電極Ｈ１〜
Ｈ６へ印加される信号である。

【００６８】本固体撮像装置は、図１９に示すように、
１７番目の走査線（ｈ１７）において、垂直転送部２２
の電極Ｖ１へ約１５Ｖの電圧を印加して、光電変換素子
２１の３行毎に１行のみから信号電荷を読み出す。

【００６９】そして、１８番目の走査線（ｈ１８）以降
の水平帰線消去期間に、図２０に示すように、垂直転送
部２２の電極Ｖ１〜Ｖ４へ、約−９Ｖのパルスを３回分
印加することにより、光電変換素子２１から読み出され
た信号電荷が、水平転送部２３へ１行分だけ転送され
る。

【００７０】次に、水平転送部２３の電極Ｈ１〜Ｈ６へ
水平転送部駆動パルスが印加されることにより、水平転
送部２３の信号電荷が電荷検出部２４へ転送されるが、
高速度撮影時には、前述のように、電極Ｈ１・Ｈ２・Ｈ
６と電極Ｈ３・Ｈ４・Ｈ５とのそれぞれに印加される水
平転送部駆動パルスが互いに逆位相になる。これによ
り、光電変換部２０の領域Ａ１から得られた信号電荷、
すなわち１行当たり７６８画素を２／３に間引いた、５
１２画素分の信号電荷のみが、水平転送部２３から電荷
検出部２４へ転送されると同時に、領域Ａ２から得られ
た信号電荷はドレイン２７から排出される。

【００７１】これにより、本実施形態の固体撮像装置か
らは、垂直方向の画素数が１／３、水平方向の画素数が
２／３に間引かれた、すなわち水平方向５１２画素×垂
直方向１６０画素に相当する電荷が出力される。

【００７２】なお、水平転送部２３から電荷検出部２４
へ水平転送される画素数が１行の２／３であるので、水
平転送に要する時間は、通常速度による撮影時の２／３
ですむ。垂直転送部駆動パルスは水平転送部駆動パルス
が停止している間に印加されるので、水平転送に要する
時間が短くなることにより、垂直転送に時間的余裕がで
きる。この結果、垂直転送部駆動パルスの周波数を上げ
ることなく、３倍速の高速度撮影が可能となる。

【００７３】なお、図２１に示すように、上記した実施
の形態１または実施の形態２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または２４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
を設ければ、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。

【００７４】なお、上記の各実施形態で説明した固体撮
像装置の光電変換部の構成および画素数、読み出し方
式、および高速度撮影倍数等は、あくまでも本発明の実
施形態の一例であり、これらに限定されるものではな
い。

【００７５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、光電変換素子から読み出した電荷を垂直転送部から
水平転送部へ転送する際の垂直転送部駆動パルスの周波
数を上げる必要がないので、垂直転送効率を劣化させず
に高速度撮影が可能な固体撮像装置およびカメラを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置
の概略構成を示すブロック図

【図２】 前記固体撮像装置における、各光電変換素子
と、垂直転送部および水平転送部との接続関係を示す説
明図

【図３】 前記実施の形態１の固体撮像装置における３
倍速の高速度撮影時の、垂直同期信号と、垂直転送部の
電極Ｖ１に印加される信号との関係を示すタイミングチ
ャート

【図４】 図３の一部を拡大して示したタイミングチャ
ート

【図５】 図４の水平帰線消去期間を拡大して示したタ
イミングチャート

【図６】 前記固体撮像装置における２倍速の高速度撮
影時の、垂直同期信号と、垂直転送部の電極Ｖ１に印加
される信号との関係を示したタイミングチャート

【図７】 図６の一部を拡大して示したタイミングチャ
ート

【図８】 図７の水平帰線消去期間を拡大して示したタ
イミングチャート

【図９】 前記固体撮像装置における４倍速の高速度撮
影時の、垂直同期信号と、垂直転送部の電極Ｖ１に印加
される信号との関係を示したタイミングチャート

【図１０】 図９の一部を拡大して示したタイミングチ
ャート

【図１１】 図１０の水平帰線消去期間を拡大して示す
タイミングチャート

【図１２】 図５に示した垂直転送部駆動パルスＰ_V1〜
Ｐ_V4の変形例を示すタイミングチャート

【図１３】 前記実施の形態１の変形例として、前記固
体撮像装置に垂直方向の高速転送を適用した例を説明す
るために、高速転送を行う領域（Ｂ１・Ｂ３）を示す説
明図

【図１４】 前記変形例における各信号を示すタイミン
グチャート

【図１５】 本発明の実施の形態２の固体撮像装置の概
略構成を示すブロック図

【図１６】 前記実施の形態２の固体撮像装置におけ
る、各光電変換素子と、垂直転送部および水平転送部と
の接続関係を示す説明図

【図１７】 前記実施の形態２の固体撮像装置が備える
水平転送部の構成を示す説明図

【図１８】 前記水平転送部に印加される水平転送部駆
動パルスのタイミングチャートであり、（ａ）は順転送
の場合に電極Ｈ１〜Ｈ６へ印加される水平転送部駆動パ
ルスのタイミングチャート、（ｂ）は逆転送の場合に電
極Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、およびＨ６へ印加される水平転送
部駆動パルスのタイミングチャート

【図１９】 前記固体撮像装置における３倍速の高速度
撮影時の各信号を示すタイミングチャート

【図２０】 図１９の水平帰線消去期間を拡大して示す
タイミングチャート

【図２１】 本発明にかかるカメラの概略構成を示すブ
ロック図

【図２２】 従来の固体撮像装置の構成を示す説明図

【図２３】 前記従来の固体撮像装置における高速度撮
影時の各信号のタイミングチャート

【図２４】 図２３の水平帰線消去期間を拡大して示す
タイミングチャート

【符号の説明】

１・２１ 光電変換素子 ２・２２ 垂直転送部 ３・２３ 水平転送部 ４・２４ 電荷検出部 ５・２５ 信号制御部 １０・２０ 光電変換部 ２７ ドレイン ３０ 光学系 ３１ 撮像部 ３２ 映像信号処理回路 ４１ Ｐ型半導体基板 ４２ Ｎ型拡散層 ４３ Ｎ^-型拡散層 ４４ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 静 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 平田 和秋 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 山口 ▲琢▼己 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 5C024 AA01 CA00 EA04 FA01 GA01 GA16 GA22 GA42 GA48 HA22 JA23 JA25 JA32

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 行列状に配列された複数の光電変換素子
   と、電荷読み出し信号に従って前記光電変換素子から読
   み出された電荷を垂直転送信号に従って垂直転送する垂
   直転送部と、垂直転送部から転送された電荷を水平転送
   信号に従って水平転送する水平転送部と、水平転送部か
   ら水平転送された電荷を信号電圧または信号電流に変換
   して出力する電荷検出部とを備えた固体撮像装置におい
   て、 ｎおよびｍを２以上の自然数とし、１垂直走査期間に
   （ｎ／ｍ）回、前記光電変換素子のｎ行毎の１行へ前記
   電荷読み出し信号を印加すると共に、ｎ回の垂直転送と
   １回の水平転送とを、２以上かつｍ以下の水平走査期間
   にまたがって行うよう前記垂直転送信号および前記水平
   転送信号を制御する信号制御部を備えたことを特徴とす
   る固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記信号制御部が、前記ｎ回の垂直転送
   を（ｍ−１）回分の水平走査期間内に行い、１回の水平
   転送を１水平期間内に行うよう前記垂直転送信号を制御
   する請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記信号制御部が、前記光電変換素子の
   ｎ行毎に１行へ前記電荷読み出し信号を印加する第１の
   動作モードと、前記光電変換素子の各行に前記電荷読み
   出し信号を印加する第２の動作モードとを有し、前記第
   １の動作モードにおける前記垂直転送信号の周波数を、
   前記第２の動作モードにおける前記垂直転送信号の周波
   数よりも低くする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 行列状に配列された複数の光電変換素子
   と、光電変換素子から得られる電荷を信号電圧または信
   号電流に変換して出力する電荷検出部とを備えた固体撮
   像装置において、 ｎを２以上の自然数とし、１垂直走査期間にｎ回、前記
   光電変換素子のｎ行毎の１行から電荷を読み出して水平
   転送部へ転送する垂直転送部と、 垂直転送部から転送された１行分の電荷の一部のみを前
   記電荷検出部へ転送する水平転送部とを備えたことを特
   徴とする固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記垂直転送部から水平転送部へ転送さ
   れた１行分の電荷のうち、電荷検出部へ転送されない電
   荷を、前記水平転送部から排出する電荷排出部をさらに
   備えた請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】 行列状に配列された複数の光電変換素子
   を有する光電変換部と、電荷読み出し信号に従って前記
   光電変換素子から読み出された電荷を垂直転送信号に従
   って垂直転送する垂直転送部と、垂直転送部から転送さ
   れた電荷を水平転送信号に従って水平転送する水平転送
   部と、水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧ま
   たは信号電流に変換して出力する電荷検出部と、ｎおよ
   びｍを２以上の自然数とし、１垂直走査期間に（ｎ／
   ｍ）回、前記光電変換素子のｎ行毎の１行へ前記電荷読
   み出し信号を印加すると共に、ｎ回の垂直転送と１回の
   水平転送とを、２以上かつｍ以下の水平走査期間にまた
   がって行うよう前記垂直転送信号および前記水平転送信
   号を制御する信号制御部とを有する固体撮像装置と、 前記固体撮像装置の光電変換部に光を導く光学系と、 前記固体撮像装置から出力される前記信号電圧または信
   号電流を処理する映像信号処理回路とを備えたことを特
   徴とするカメラ。
7. 【請求項７】 行列状に配列された複数の光電変換素子
   を有する光電変換部と、光電変換素子から得られる電荷
   を信号電圧または信号電流に変換して出力する電荷検出
   部と、ｎを２以上の自然数とし、１垂直走査期間にｎ
   回、前記光電変換素子のｎ行毎の１行から電荷を読み出
   して水平転送部へ転送する垂直転送部と、垂直転送部か
   ら転送された１行分の電荷の一部のみを前記電荷検出部
   へ転送する水平転送部とを有する固体撮像装置と、 前記固体撮像装置の光電変換部に光を導く光学系と、 前記固体撮像装置から出力される前記信号電圧または信
   号電流を処理する映像信号処理回路とを備えたことを特
   徴とするカメラ。