JP2000201355A - 固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全画素モードではフレーム読み出しを行う一
方、モニタリングモードでは間引き読み出し駆動を行う
と、信号電荷の読み出しや転送のための駆動が両モード
で異なるため、クロックを含む駆動系の構成が複雑にな
る。 【解決手段】 垂直２繰り返しの原色ベイヤー配列のカ
ラーフィルタを具備するＣＣＤイメージャを撮像デバイ
スとして用いたカメラシステムにおいて、３：１のイン
ターレースを行うことによって１フレームを第１，第
２，第３フィールドの３フィールドで構成するととも
に、６相（又は、３相）の垂直転送クロックで信号電荷
の垂直転送を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその駆動方法並びにカメラシステムに関し、特に静止
画と動画の双方を得ることが可能な固体撮像装置および
その駆動方法、当該固体撮像装置を撮像デバイスとして
用いたカメラシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】スチルカメラに代表される静止画の撮像
技術において、撮像デバイスとして固体撮像装置、例え
ばＩＴ（インターライン転送）方式のＣＣＤ(Charge Co
upledDevice) イメージャを用い、メカニカルシャッタ
ー（以下、メカシャッターと略称する）を使ってフレー
ム読み出しを行い、信号処理系で２フィールド分の画素
情報を合成することにより、静止画を構成する方法が知
られている。そして、高解像度化のために、より多画素
のＣＣＤイメージャが用いられる。

【０００３】一方、被写体をモニタリングする際には、
モニターに動画を映し出すモニタリングモード（動画モ
ード）が設定される。ところが、ＣＣＤイメージャの出
力部では、出力部を構成するソースフォロワのカットオ
フ周波数とＣＣＤ駆動周波数との間に制約条件があるこ
とから、出力部をあまり高速にできないため、ＣＣＤイ
メージャの多画素化に伴って画素数が増えることによ
り、モニタリングモードでのフレームレートが低下する
ことになる。

【０００４】ところで、オートフォーカスやオートアイ
リスでは、フレームレートとして３０枚／秒が必要であ
る。これに対して、例えば２００万画素のＣＣＤイメー
ジャでは、フレームレートが５枚／秒程度である。この
ため、２００万画素のＣＣＤイメージャを用いたカメラ
システムでは、モニタリングモードを設定した際に、画
素情報を間引いて読み出す、いわゆる間引き読み出し駆
動を行うことによって３０枚／秒のフレームレートを実
現するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、静止画を得る全画素モード（静止画モード）
ではフレーム読み出し駆動を行う一方、モニタリングモ
ードでは間引き読み出し駆動を行う構成の従来技術にあ
っては、信号電荷の読み出しや転送のための駆動が全画
素モードとモニタリングモードで異なるため、クロック
を含む駆動系の構成が複雑になるという課題がある。

【０００６】また、モニタリングモードでは、全画素モ
ードに比べて露光時間が短くなるので、その分だけ感度
が低下することになる。この露光時間の短縮に伴う感度
の低下分については、隣接する画素の信号電荷を加算す
ることによって抑えることが可能である。しかしなが
ら、カラーＣＣＤイメージャにおいて、ベイヤー配列の
ように、隣り合う色が異なるカラーコーディングの場合
には、隣接する画素の信号同士を加算することができな
いため、モニタリングモードでの露光時間の短縮に伴う
感度の低下を抑えることができず、モニタリングモード
での感度が全画素モードでの感度と比較して低下すると
いう課題があった。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、全画素モードとモニ
タリングモードで駆動系を共通化できる固体撮像装置お
よびその駆動方法、並びに当該固体撮像装置を撮像デバ
イスとして用いたカメラシステムを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、行列状に配置された画素に対して行方向において
同じ色がｎ画素（ｎは２以上の整数）ごとに繰り返して
配列されたカラーコーディングのカラーフィルタと、
（ｎ＋１）：１のインターレースを行って１フレームを
（ｎ＋１）フィールドで構成し、（ｎ＋１）×ｍ相（ｍ
は自然数）のクロックによって信号電荷の垂直転送を行
う駆動系とを備えた構成となっている。

【０００９】本発明による固体撮像装置の駆動方法は、
行列状に配置された画素に対して行方向において同じ色
がｎ画素ごとに繰り返して配列されたカラーコーディン
グのカラーフィルタを備えた固体撮像装置において、
（ｎ＋１）：１のインターレースを行って１フレームを
（ｎ＋１）フィールドで構成し、（ｎ＋１）×ｍ相のク
ロックによって信号電荷の垂直転送を行うようにする。

【００１０】本発明によるカメラシステムは、上記構成
の固体撮像装置を撮像デバイスとして用いるとともに、
全画素モードとモニタリングモードを選択的に設定する
モード設定部を備える。そして、タイミングコントロー
ラでは、モード設定部で設定された撮像モードに応じて
固体撮像装置のタイミング制御やメカシャッターの開閉
制御を行う一方、全画素モード設定時には信号処理回路
で処理された信号に基づく画像情報を記録媒体に静止画
情報として記録し、モニタリングモード設定時には信号
処理回路で処理された信号に基づく動画をモニターに表
示する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第
１実施形態に係る例えばＩＴ方式のカラーＣＣＤイメー
ジャを示す概略構成図である。

【００１２】図１において、入射光をその光量に応じた
電荷量の信号電荷に変換して蓄積するセンサ部（画素）
１１が多数、垂直（行）方向および水平（列）方向に２
次元マトリクス状に配列されている。また、これらセン
サ部１１の垂直列ごとに複数本の垂直ＣＣＤ１２が設け
られ、さらにこれら垂直ＣＣＤ１２と各センサ部１１と
の間には読み出しゲート部１３が介在している。

【００１３】複数個のセンサ部１１に蓄積された信号電
荷は、後述する読み出しパルスＸＳＧが読み出しゲート
部１３に印加され、当該読み出しゲート部１３のポテン
シャルが深くなることによって垂直ＣＣＤ１２に読み出
される。垂直ＣＣＤ１２は、例えば６相の垂直転送クロ
ックＶφ１〜Ｖφ６によって転送駆動され、読み出され
た信号電荷を順に垂直転送する。そして、１つのセンサ
部１１、それに対応する垂直ＣＣＤ１２の転送段および
読み出しゲート部１３がユニットセル１４となる。

【００１４】６相駆動の垂直ＣＣＤ１２では、例えば、
２相目、４相目および６相目の垂直転送クロックＶφ
２，Ｖφ４およびＶφ６が印加される転送電極が、読み
出しゲート部１３のゲート電極を兼ねた構造となってい
る。このことから、６相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖ
φ６のうち、垂直転送クロックＶφ２，Ｖφ４，Ｖφ６
が低レベル（以下、“Ｌ”レベルと記す）、中間レベル
および高レベル（以下、“Ｈ”レベルと記す）の３値を
とるように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベル
のパルスが読み出しゲート部１３に印加される読み出し
パルスＸＳＧとなる。

【００１５】図２は、ユニットセル１４の具体的な構造
を示す平面パターン図である。図２において、垂直ＣＣ
Ｄ１２の転送チャネル２１の上方には、６相の垂直転送
クロックＶφ１〜Ｖφ６がそれぞれ与えられる転送電極
２２-1〜２２-6が、センサ部１１の横でオーバーラップ
した状態で、垂直転送方向において順に繰り返して配置
されている。これらの転送電極２２-1〜２２-6のうち、
垂直転送クロックＶφ１，Ｖφ３，Ｖφ５が与えられる
転送電極２２-1，２２-3，２２-5が１層目のポリシリコ
ン（図中、一点鎖線で示す）で形成され、垂直転送クロ
ックＶφ２，Ｖφ４，Ｖφ６が与えられる転送電極２２
-2，２２-4，２２-6が２層目のポリシリコン（図中、二
点鎖線で示す）で形成されている。

【００１６】再び図１において、複数本の垂直ＣＣＤ１
２の各転送先側の端部に隣接して、水平ＣＣＤ１５が図
の左右方向に延在している。この水平ＣＣＤ１５には、
複数本の垂直ＣＣＤ１２から１ライン（１走査線）に相
当する信号電荷が順次転送される。水平ＣＣＤ１５は、
例えば２相の水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２によって
転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ１２からラインシフ
トされた１ライン分の信号電荷を順次水平転送する。

【００１７】水平ＣＣＤ１５の転送先側の端部には、例
えばフローティングディフュージョンアンプ構成の電荷
検出部１６が配されている。この電荷検出部１６は、フ
ローティングディフュージョンＦＤ、リセットドレイン
ＲＤおよび両者間に位置するリセットゲートＲＧからな
り、水平ＣＣＤ１５によって水平転送され、フローティ
ングディフュージョンＦＤに注入された信号電荷を順次
信号電圧に変換して出力する。

【００１８】垂直ＣＣＤ１２を転送駆動する読み出しパ
ルスＸＳＧを含む６相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ
６や、水平ＣＣＤ１５を転送駆動する２相の水平転送ク
ロックＨφ１，Ｈφ２等の各種のタイミングパルスは、
タイミングジェネレータ（ＴＧ）１７で生成される。タ
イミングジェネレータ１７は、図示せぬドライバなどと
共にＣＣＤイメージャの駆動系を構成し、生成した各種
のタイミングパルスを当該ドライバを通して垂直ＣＣＤ
１２や水平ＣＣＤ１５等へ与える。

【００１９】以上により、ＩＴ方式のＣＣＤイメージャ
１０が構成されている。このＣＣＤイメージャ１０は、
高解像度の静止画を得るために多画素化が図られてい
る。さらに、カラー撮像方式のものであることから、セ
ンサ部１１が２次元マトリクス状に多数配列されてなる
撮像エリア１８の上方には、例えば図３に示すように、
同一の色が垂直（行）および水平（列）方向において２
画素ごとに繰り返して配列されたいわゆる２×２繰り返
しの原色ベイヤー配列のカラーフィルタ１９が、１つの
センサ部（画素）１１に対して１つの色が割り当てられ
るように例えばオンチップにて形成されている。

【００２０】図４は、上記構成のカラーＣＣＤイメージ
ャ１０を撮像デバイスとして用いた本発明に係るカメラ
システムを示す概略構成図である。

【００２１】図４において、本カメラシステムは、撮像
デバイスであるカラーＣＣＤイメージャ１０、このＣＣ
Ｄイメージャ１０の撮像面上に被写体からの入射光（像
光）を取り込んで結像するレンズ２３、この像光の取り
込みを選択的に行うメカシャッター２４、ＣＣＤイメー
ジャ１０の出力信号を処理する信号処理回路２５、この
信号処理回路２５の出力信号を記録媒体に記録する画像
記録装置２６、信号処理回路２５の出力信号をモニター
に表示する画像表示装置２７、本システム全体のタイミ
ング制御をなすタイミングコントローラ２８およびＣＣ
Ｄイメージャ１０の撮像モードを設定するモード設定部
２９を備えた構成となっている。

【００２２】上記構成のカメラシステムにおいて、ＣＣ
Ｄイメージャ１０の撮像面上には、レンズ２３やメカシ
ャッター２４などを通して、被写体からの入射光（像
光）が結像される。このＣＣＤイメージャ１０は、その
撮像モードとして、全画素の信号を独立に得る全画素モ
ードと、モニターに動画を映し出すモニタリングモード
とがモード設定部２９によって適宜設定される。

【００２３】タイミングコントローラ２８は、モード設
定部２９で設定された撮像モードに応じて、ＣＣＤイメ
ージャ１０を駆動するタイミングジェネレータ１７（図
１を参照）のタイミング制御や、メカシャッター２４の
開閉制御などを行う。タイミングジェネレータ１７は、
垂直２繰り返しのカラーコーディングに対して、３：１
のインターレースを行うことにより１フレームを３フィ
ールドで構成する。

【００２４】そのために、６相（＝３フィールド×２）
の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ６を生成し、垂直ＣＣ
Ｄ１２を６相駆動するようにしている。ただし、６相駆
動に限られるものではなく、３相（＝３フィールド×
１）駆動又は９相（＝３フィールド×３）駆動などであ
っても良い。３相駆動の場合については、後で詳細に説
明する。

【００２５】なお、本例では、カラーフィルタ１９のカ
ラーコーディングを垂直２繰り返しとし、これに対して
３：１のインターレースを行うことによって１フレーム
を３（＝２＋１）フィールドで構成するとともに、垂直
ＣＣＤ１２の転送駆動を３×ｍ（ｍは自然数）相のクロ
ックで行うとしたが、要は、垂直ｎ繰り返し（ｎは２以
上の整数）に対して（ｎ＋１）：１のインターレースを
行うことによって１フレームを（ｎ＋１）フィールドで
構成するとともに、垂直ＣＣＤ１２の転送駆動を（ｎ＋
１）×ｍ相のクロックで行う構成であれば良い。

【００２６】信号処理回路２５は、例えば図５に示すよ
うに、３個のフィールドメモリ３１〜３３と、ＣＣＤイ
メージャ１０から出力され、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタ
ル化された画素情報をフィールド単位で３個のフィール
ドメモリ３１〜３３に分配する切換えスイッチ３５と、
フィールドメモリ３１〜３３に格納された画素情報を選
択的に取り出す選択スイッチ３６と、この選択スイッチ
３６を通してフィールドメモリ３１〜３３の各々から供
給されるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色信号に基
づいて２つの色差信号Ｃｒ，Ｃｂを生成する処理などを
行う色信号処理回路３７を有する構成となっている。

【００２７】この信号処理回路２５において、切換えス
イッチ３５および選択スイッチ３６の切換え制御も、モ
ード設定部２９で設定された撮像モードに応じてタイミ
ングコントローラ２８によって行われる。

【００２８】画像記録装置２６は、モード設定部２９で
全画素モードが設定されたときに、信号処理回路２５で
処理された画像信号を、メモリやフロッピーディスクな
どの記録媒体に記録する。この記録媒体に記録された画
像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。
画像表示装置２７は、モード設定部２９でモニタリング
モードが設定されたときに、信号処理回路２５で処理さ
れた画像信号を、ＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶）
などのモニターに動画として映し出す。

【００２９】なお、モニタリングモードで使用されるモ
ニターの垂直方向の走査線数は、３：１のインターレー
スに対応して、ＣＣＤイメージャ１０の行数（垂直方向
の走査線数）の１／３に設定されている。

【００３０】次に、上記構成のカメラシステムにおい
て、モード設定部２９で全画素モードが設定されたとき
と、モニタリングモードが設定されたときの各動作につ
いて説明する。なお、以下の各動作説明に用いる垂直転
送クロックＶφ１〜Ｖφ６のタイミングチャートにおい
て、説明の簡略化のために、各クロックのタイミング関
係については省略し、読み出しパルスＸＳＧのタイミン
グ関係のみを示すものとする。

【００３１】〔全画素モード〕先ず、全画素モード設定
時の動作について、図６のタイミングチャートに基づい
て説明するに、メカシャッター２４を開いた状態で所定
の時間だけ露光し、しかる後時刻ｔ０でメカシャッター
２４を閉じる。そして、時刻ｔ１で２相目の垂直転送ク
ロックＶφ２にのみ読み出しパルスＸＳＧを立てる。す
ると、図７の画素配列において、例えば上から第１行
目、第４行目、第７行目、……の各画素の信号電荷，
，，……が垂直ＣＣＤ１２に読み出される。

【００３２】これらの画素情報，，，……は第１
フィールドの画素情報として、垂直ＣＣＤ１２で垂直転
送され、さらに水平ＣＣＤ１５で水平転送された後、電
荷検出部１６で信号電圧に変換されて信号処理回路２５
に供給される。信号処理回路２５では、この第１フィー
ルドの画素情報が切換えスイッチ３５を通してフィール
ドメモリ３１に供給され、当該メモリ３１に順次格納さ
れる。

【００３３】次いで、時刻ｔ２で４相目の垂直転送クロ
ックＶφ４にのみ読み出しパルスＸＳＧを立てる。する
と、図７の画素配列において、第２行目、第５行目、第
８行目、……の各画素の信号電荷，，，……が垂
直ＣＣＤ１２に読み出される。これらの画素情報，
，，……は第２フィールドの画素情報として、垂直
転送および水平転送された後、信号電圧に変換されて信
号処理回路２５に供給され、切換えスイッチ３５を通し
てフィールドメモリ３２に順次格納される。

【００３４】続いて、時刻ｔ３で６相目の垂直転送クロ
ックＶφ６にのみ読み出しパルスＸＳＧを立てる。する
と、図７の画素配列において、第３行目、第６行目、第
９行目、……の各画素の信号電荷，，，……が垂
直ＣＣＤ１２に読み出される。これらの画素情報は，
，，……第３フィールドの画素情報として、垂直転
送および水平転送された後、信号電圧に変換されて信号
処理回路２５に供給され、切換えスイッチ３５を通して
フィールドメモリ３３に順次格納される。

【００３５】３フィールド分の画素情報がフィールドメ
モリ３１，３２，３３に格納された後、これらの読み出
しが行われる。この読み出しに際しては、先ず、フィー
ルドメモリ３１の最初の１行目の画素情報が順次読み
出され、次いでフィールドメモリ３２の最初の１行目の
画素情報が順次読み出され、続いてフィールドメモリ
３３の最初の１行目の画素情報が順次読み出され、次
にフィールドメモリ３１の２行目の画素情報が順次読
み出され、……という具合に、フィールドメモリ３１，
３２，３３から１行ずつ順に読み出すように、選択スイ
ッチ３６の切換え制御が行われる。

【００３６】以上の一連の制御により、３フィールドで
１フレーム（１画面）が構成され、読み出された画素情
報は、図７の画素配列に対応することになる。これによ
り、ＣＣＤイメージャ１０の全画素の画素情報を独立に
得ることができる。そして、これら全画素の画素情報
は、色信号処理回路３７で所定の色信号処理が行われた
後、画像記録装置２６に供給されてメモリ等の記録媒体
に記録され、その後プリンタ等によってハードコピーさ
れる。

【００３７】この全画素モードにおいては、各フィール
ドでは垂直３画素ごとに２画素を間引く垂直間引き読み
出しが行われることになるが、各フィールドの画素情報
をフィールドメモリ３１，３２，３３にそれぞれ格納し
た後、これらメモリ３１，３２，３３から１行ずつ順に
読み出すことにより、ＣＣＤイメージャ１０の全画素の
画素情報を用いて線順次の静止画を形成できる。その結
果、高解像度の静止画を得ることができる。

【００３８】〔モニタリングモードの第１具体例〕次
に、モニタリングモード設定時の第１具体例の動作につ
いて、図８のタイミングチャートに基づいて説明する。
モニタリングモードでは、動画を得る訳であるから、メ
カシャッター２４は連続して開いた状態にある。この状
態において、第１具体例では、第１フィールドの画素情
報のみを３回（３フィールド分）繰り返して読み出す構
成を採っている。

【００３９】すなわち、時刻ｔ１で２相目の垂直転送ク
ロックＶφ２にのみ読み出しパルスＸＳＧを立てる。す
ると、図７の画素配列において、例えば上から第１行
目、第４行目、第７行目、……の各画素の信号電荷，
，，……が垂直ＣＣＤ１２に読み出される。これら
の画素情報，，，……は、第１フィールドの画素
情報として、垂直転送および水平転送された後、信号電
圧に変換されて信号処理回路２５に供給され、切換えス
イッチ３５を通してフィールドメモリ３１に順次格納さ
れる。

【００４０】このフィールドメモリ３１に格納された第
１フィールドの画素情報、即ち図７の画素配列における
第１行目，第４行目，第７行目、……の各画素情報，
，，……は、その格納順に選択スイッチ３６を通し
て順次読み出され、色信号処理回路３７で所定の色信号
処理が行われた後、画像表示装置２７に供給されて垂直
方向の走査線数が１／３のモニターに映し出される。

【００４１】次いで、時刻ｔ２で再び２相目の垂直転送
クロックＶφ２にのみ読み出しパルスＸＳＧを立てる。
すると、前回と同様に、第１フィールドの画素情報、即
ち第１行目、第４行目、第７行目、……の各画素の信号
電荷，，，……が読み出され、フィールドメモリ
３１に順次格納される。そして、この第１フィールドの
画素情報，，，……は、その格納順に選択スイッ
チ３６を通して順次読み出され、色信号処理回路３７で
所定の色信号処理が行われた後、画像表示装置２７に供
給されてモニターに映し出される。

【００４２】続いて、時刻ｔ３で再度２相目の垂直転送
クロックＶφ２にのみ読み出しパルスＸＳＧを立てる。
すると、前々回、前回と同様に、第１行目、第４行目、
第７行目、……の各画素の信号電荷，，，……が
読み出され、フィールドメモリ３１に順次格納される。
そして、この第１フィールドの画素情報，，，…
…は、その格納順に選択スイッチ３６を通して順次読み
出され、色信号処理回路３７で所定の色信号処理が行わ
れた後、画像表示装置２７に供給されてモニターに映し
出される。

【００４３】以上の一連の制御により、第１フィールド
のみを繰り返して読み出すことによって垂直３画素に２
画素を間引く垂直間引き読み出しが行われるため、垂直
間引き読み出しを行わない場合に比べて３倍のフレーム
レートを実現できる。特に、各フィールドにおける信号
電荷の読み出し、転送などの駆動が、全画素モードの場
合と同じであるため、撮像モードに応じてクロックのタ
イミングなどを変える必要がない。

【００４４】なお、第１具体例では、第１フィールドの
画素情報，，，……のみを繰り返して読み出す構
成としたが、第２フィールドの画素情報，，，…
…のみ、あるいは第３フィールドの画素情報，，
，……のみを繰り返して読み出すようにしても良いこ
とは勿論である。

【００４５】〔モニタリングモードの第２具体例〕次
に、モニタリングモード設定時の第２具体例の動作につ
いて、図９のタイミングチャートに基づいて説明する。
メカシャッター２４を連続して開いた状態において、第
２具体例では、全画素モードの場合と同様に、第１，第
２，第３フィールドの画素情報を順に読み出す構成を採
っている。

【００４６】すなわち、時刻ｔ１で２相目の垂直転送ク
ロックＶφ２に読み出しパルスＸＳＧを立てる。する
と、図７の画素配列において、例えば上から第１行目、
第４行目、第７行目、……の各画素の信号電荷，，
，……が垂直ＣＣＤ１２に読み出される。これらの画
素情報，，，……は、第１フィールドの画素情報
として、垂直転送および水平転送された後、信号電圧に
変換されて信号処理回路２５に供給され、切換えスイッ
チ３５を通してフィールドメモリ３１に順次格納され
る。

【００４７】このフィールドメモリ３１に格納された第
１フィールドの画素情報、即ち図７の画素配列における
第１行目，第４行目，第７行目、……の各画素情報，
，，……は、その格納順に選択スイッチ３６を通し
て順次読み出され、色信号処理回路３７で所定の色信号
処理が行われた後、画像表示装置２７に供給されてモニ
ターに映し出される。

【００４８】次いで、時刻ｔ２で４相目の垂直転送クロ
ックＶφ４に読み出しパルスＸＳＧを立てる。すると、
図７の画素配列において、第２行目、第５行目、第８行
目、……の各画素の信号電荷，，，……が垂直Ｃ
ＣＤ１２に読み出される。これらの画素情報，，
，……は、第２フィールドの画素情報としてフィール
ドメモリ３２に順次格納される。

【００４９】このフィールドメモリ３２に格納された第
２フィールドの画素情報、即ち図７の画素配列における
第２行目，第５行目，第８行目、……の各画素情報，
，，……は、その格納順に選択スイッチ３６を通し
て順次読み出され、色信号処理回路３７で所定の色信号
処理が行われた後、画像表示装置２７に供給されて第１
フィールドの場合と同様にモニターに映し出される。

【００５０】続いて、時刻ｔ３で６相目の垂直転送クロ
ックＶφ６に読み出しパルスＸＳＧを立てる。すると、
図７の画素配列において、第３行目、第６行目、第９行
目、……の各画素の信号電荷，，，……が垂直Ｃ
ＣＤ１２に読み出される。これらの画素情報，，
，……は、第３フィールドの画素情報としてフィール
ドメモリ３３に順次格納される。

【００５１】このフィールドメモリ３３に格納された第
３フィールドの画素情報、即ち図７の画素配列における
第３行目，第６行目，第９行目、……の各画素情報，
，，……は、その格納順に選択スイッチ３６を通し
て順次読み出され、色信号処理回路３７で所定の色信号
処理が行われた後、画像表示装置２７に供給されて第
１，第２フィールドの場合と同様にモニターに映し出さ
れる。

【００５２】以上の一連の制御により、第１，第２，第
３フィールドの３フィールドで１フレームが構成され、
各フィールドでは垂直３画素に２画素を間引く垂直間引
き読み出しが行われるため、第１具体例の場合と同様
に、垂直間引き読み出しを行わない場合に比べて３倍の
フレームレートを実現できる。特に、各フィールドにお
ける信号電荷の読み出し、転送などの駆動が、全画素モ
ードの場合と同じであるため、撮像モードに応じてクロ
ックのタイミングなどを変える必要がない。

【００５３】また、第１，第２，第３フィールドの画素
情報を順に読み出すようにしたことにより、同じフィー
ルドの画素情報のみを繰り返して読み出すようにした第
１具体例の場合に比べて、各画素における信号電荷の蓄
積時間（露光時間）が３倍になるため、第１具体例の場
合よりも感度を向上できるとともに、モニタリングモー
ドにおいて、隣接する画素の信号電荷を加算しなくても
全画素モードと同等の感度を得ることができる。

【００５４】上述したように、垂直２繰り返しの原色ベ
イヤー配列のカラーフィルタ１９を具備するＣＣＤイメ
ージャ１０を撮像デバイスとして用いたカメラシステム
において、３：１のインターレースを行って１フレーム
を３フィールドで構成し、６相の垂直転送クロックＶφ
１〜Ｖφ６で信号電荷の垂直転送を行うようにしたこと
により、全画素モードとモニタリングモードで駆動系に
おけるクロックのタイミングなどを変えなくて良いた
め、駆動系の構成を簡略化できる。

【００５５】また、全画素モードだけでなく、モニタリ
ングモードにおいても、各フィールド共、ベイヤー配列
の画素情報を得ることができるため、高画質の動画を映
し出すことができ、しかも信号処理系を共用化できるた
め、信号処理系の構成の簡略化も図れる。

【００５６】さらに、垂直ＣＣＤ１２を６相駆動とした
ことにより、垂直ＣＣＤ１２の取り扱い電荷量が増加す
るため、ダイナミックレンジを大きくとれることにもな
る。すなわち、第１フィールドの信号電荷の読み出しの
場合を例に採って考えると、第１フィールドでは、６相
の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ６が図１０に示すタイ
ミング関係にある。すなわち、６相の垂直転送クロック
Ｖφ１〜Ｖφ６の内、連続する４つのクロックが常に
“Ｈ”レベルの状態にある。

【００５７】例えば、２相目の垂直転送クロックＶφ２
に読み出しパルスＸＳＧが立った直後、即ち信号電荷の
読み出し直後では、１相目，６相目の垂直転送クロック
Ｖφ１，Ｖφ６が“Ｌ”レベル、それ以外が“Ｈ”レベ
ルにある。したがって、図１１のポテンシャル図に示す
ように、垂直転送クロックＶφ２〜Ｖφ５に対応する連
続する４転送段分のパケットＰに信号電荷が蓄えられる
ことになるため、垂直ＣＣＤ１２の取り扱い電荷量を増
加できるのである。

【００５８】これを全画素モードおよびモニタリングモ
ードにおける通常モードとした場合に、垂直ＣＣＤ１２
に直接に光が混入したり、半導体基板内部で発生した電
荷が拡散によって拡がって垂直ＣＣＤ１２に混入するこ
とによって発生するスミア成分を低減する低スミアモー
ドを実現することも可能である。以下に、この低スミア
モードでの動作について説明する。

【００５９】この低スミアモードを実現するには、先
ず、図１２に示すＣＣＤイメージャにおいて、水平ＣＣ
Ｄ１５′の転送段を水平画素数に対して倍密度とした構
成を採るとともに、６相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖ
φ６を、図１３に示すタイミング関係とする。すなわ
ち、６相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ６に対応する
６つの転送段がポテンシャルの浅い転送段によって常に
２つのパケットに分離されるようにする。

【００６０】例えば、２相目の垂直転送クロックＶφ２
に読み出しパルスＸＳＧが立った直後の期間Ｔ０では、
１相目，４相目の垂直転送パルスＶφ１，Ｖφ４が
“Ｌ”レベル、それ以外が“Ｈ”レベルにある。したが
って、図１４のポテンシャル図に示すように、２相目，
３相目の垂直転送クロックＶφ２，Ｖφ３に対応する２
転送段分のパケットＰ１と、５相目，６相目の垂直転送
クロックＶφ５，Ｖφ６に対応する２転送段分のパケッ
トＰ２とが、４相目の垂直転送パルスＶφ４に対応する
ポテンシャルの浅い転送段によって分離される。

【００６１】これら２つのパケットＰ１，Ｐ２には、原
理的に、同じ量のスミア成分が発生しているものと考え
ることができる。そして、２相目の垂直転送クロックＶ
φ２に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、画素からパ
ケットＰ１に対して信号電荷が読み出される。これによ
り、パケットＰ１には信号成分＋スミア成分の電荷が蓄
積され、パケットＰ２にはスミア成分のみの電荷が蓄積
される。その結果、垂直ＣＣＤ１２上には、その転送方
向において信号成分＋スミア成分の電荷とスミア成分の
みの電荷とが交互に存在することになる。

【００６２】そして、垂直ＣＣＤ１２の転送動作によ
り、例えばスミア成分のみの電荷が１ライン分水平ＣＣ
Ｄ１５′にラインシフトされる。このとき、水平ＣＣＤ
１５′の転送段が水平画素数に対して倍密度となってい
ることから、垂直ＣＣＤ１２からラインシフトされたス
ミア成分のみの電荷は、水平ＣＣＤ１５′において１パ
ケット（１転送段）おきに存在する。このラインシフト
後、水平ＣＣＤ１５′を１ビット（１パケット分）シフ
トする。

【００６３】その後、次の１ライン分の電荷、即ち信号
成分＋スミア成分の電荷が、垂直ＣＣＤ１２から水平Ｃ
ＣＤ１５′へラインシフトされる。このとき、水平ＣＣ
Ｄ１５′では１ビットシフトが行われた後であることか
ら、信号成分＋スミア成分の電荷は、スミア成分のみの
電荷が存在するパケット間の空きパケットに蓄積され
る。これにより、水平ＣＣＤ１５′上には、スミア成分
のみの電荷と信号成分＋スミア成分の電荷とが交互に存
在することになる。

【００６４】これらの電荷は、水平ＣＣＤ１５′によっ
て順次水平転送され、電荷検出部１６で信号電圧に変換
された後、図４に示す信号処理回路２５に供給される。
この例の場合には、信号処理回路２５は、図１５に示す
ように、１ビット相当の遅延時間を持つ１ビット遅延回
路４１および引き算器４２を有し、引き算器４２におい
て信号成分＋スミア成分の電荷に基づく信号から、１ビ
ット遅延回路４１を経たスミア成分の電荷のみに基づく
信号を引き算する処理を行うことで、スミア成分をキャ
ンセルでき、スミアのない信号成分を得ることができ
る。

【００６５】なお、本例では、転送段が水平画素数に対
して倍密度の水平ＣＣＤ１５′を用いる構成としたが、
図１６に示すように、転送段が水平画素数と同じ密度の
２本の水平ＣＣＤ１５-1，１５-2を並置した構成を採る
ことによっても低スミアモードを実現することができ
る。すなわち、２本の水平ＣＣＤ１５-1，１５-2を並置
するとともに、これら水平ＣＣＤ１５-1，１５-2間に水
平ＣＣＤ１５-1から水平ＣＣＤ１５-2へ信号電荷を適宜
転送するＨＨゲート４３を配置した構成が採られる。

【００６６】そして、この構成において、垂直ＣＣＤ１
２から水平ＣＣＤ１５-1，１５-2への電荷転送の際に、
例えばスミア成分のみの電荷が１ライン分水平ＣＣＤ１
５-1にラインシフトされ、さらにＨＨゲート４３を通し
て水平ＣＣＤ１５-2に転送される。続いて、次の１ライ
ン分の電荷、即ち信号成分＋スミア成分の電荷が、垂直
ＣＣＤ１２から水平ＣＣＤ１５-1へラインシフトされ
る。これにより、水平ＣＣＤ１５-1上には信号成分＋ス
ミア成分の電荷が存在し、水平ＣＣＤ１５-2上にはスミ
ア成分のみの電荷が存在することになる。

【００６７】その後、水平ＣＣＤ１５-1，１５-2が同期
して転送駆動されることにより、水平ＣＣＤ１５-1，１
５-2の各電荷が並行して水平転送され、電荷検出部１６
-1，１６-2で信号電圧に変換された後、図４に示す信号
処理回路２５に供給される。この例の場合には、信号処
理回路２５は、図１７に示すように、引き算器４４を有
し、この引き算器４４において信号成分＋スミア成分の
電荷に基づく信号からスミア成分の電荷のみのに基づく
信号を引き算する処理を行うことで、スミア成分をキャ
ンセルでき、スミアのない信号成分を得ることができ
る。

【００６８】図１８は、本発明の第２実施形態に係る例
えばＩＴ方式のカラーＣＣＤイメージャを示す概略構成
図である。

【００６９】図１８において、センサ部（画素）５１が
２次元マトリクス状に配列され、これらセンサ部５１の
垂直列ごとに複数本の垂直ＣＣＤ５２が配されるととも
に、これら垂直ＣＣＤ５２と各センサ部５１との間には
読み出しゲート部５３が介在し、さらに複数本の垂直Ｃ
ＣＤ５２の各転送先側の端部に隣接して水平ＣＣＤ５５
が設けられるとともに、その端部には例えばフローティ
ングディフュージョンアンプ構成の電荷検出部５６が配
された基本的な構成は、第１実施形態に係るＣＣＤイメ
ージャ１０の場合と同じである。

【００７０】ただし、本実施形態に係るＣＣＤイメージ
ャ５０は、垂直ＣＣＤ５２が３相の垂直転送クロックＶ
φ１〜Ｖφ３によって３相駆動される構成となってい
る。この３相の垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ３および
水平ＣＣＤ５５を駆動する２相の水平転送クロックＨφ
１，Ｈφ２などは、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５
７で生成される。このＣＣＤイメージャ５０において
も、例えば図３に示す原色ベイヤー配列のカラーフィル
タが搭載されている。

【００７１】図１９は、１つのセンサ部５１、それに対
応する垂直ＣＣＤ５２の転送段および読み出しゲート部
５３からなるユニットセル５４の構造の第１具体例を示
す平面パターン図である。

【００７２】図１９において、垂直ＣＣＤ５２の転送チ
ャネル６１の上方には、３相の垂直転送クロックＶφ１
〜Ｖφ３がそれぞれ与えられる転送電極６２-1〜６２-3
が、１画素につき１電極の割合で垂直転送方向において
順に繰り返して配置されている。これらの転送電極６２
-1〜６２-3は、１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線
で示す）と２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示
す）によって交互に形成されている。なお、図中、ハッ
チングで示す領域はチャネルストップ部６３である。

【００７３】上記構成の第２実施形態に係るＣＣＤイメ
ージャ５０においても、垂直２繰り返しのカラーコーデ
ィングに対して垂直ＣＣＤ５２が３相駆動であり、先述
した駆動条件を満足することから、３：１のインターレ
ースを行うことによって１フレームを３フィールドで構
成することにより、６相駆動の場合と同様にして、全画
素モードとモニタリングモードを実現することができ
る。

【００７４】さらに、第２実施形態に係るＣＣＤイメー
ジャ５０において、ユニットセルの第１具体例では、各
画素が１つの転送電極で構成されるユニットセル構造と
したことにより、各画素が２つの転送電極で構成される
６相駆動の場合よりも、セル構造が簡単になるため、デ
バイスの微細化に有利となる。

【００７５】図２０は、ユニットセル構造の第２具体例
を示す平面パターン図である。図２０において、垂直Ｃ
ＣＤ５２の転送チャネル６４の上方には、３相の垂直転
送クロックＶφ１〜Ｖφ３がそれぞれ与えられる転送電
極６５-1〜６５-3が、１画素につき１電極の割合で垂直
転送方向において順に繰り返して配置され、これらの転
送電極６５-1〜６５-3は１層のポリシリコンによって順
に形成されている。なお、図中、ハッチングで示す領域
はチャネルストップ部６６である。

【００７６】このように、ユニットセルの第２具体例で
は、１画素につき１電極の割合で配される転送電極６５
-1〜６５-3を１層のポリシリコンによって形成したこと
により、第１具体例の場合と同様の効果が得られること
に加え、第１具体例の場合に比べて電極形成に際しての
工程数を削減できる利点がある。

【００７７】なお、上記各実施形態においては、カラー
フィルタとして、原色ベイヤー配列のものを用いた場合
について説明したが、カラーコーディングは原色ベイヤ
ー配列に限られるものではなく、例えば補色ベイヤー配
列であっても良い。要は、行（垂直）方向において同一
の色がｎ繰り返し（ｎは２以上の整数）のものであれ
ば、（ｎ＋１）：１のインターレースを行うことにより
１フレームを（ｎ＋１）フィールドにより構成するとと
もに、（ｎ＋１）×ｍ相（ｍは自然数）のクロックによ
って信号電荷の垂直転送を行うことにより、全画素モー
ドとモニタリングモードを実現できることになる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
行列状に配置された画素に対して行方向において同じ色
がｎ画素ごとに繰り返して配列されたカラーコーディン
グのカラーフィルタを備えた固体撮像装置において、
（ｎ＋１）：１のインターレースを行って１フレームを
（ｎ＋１）フィールドで構成し、（ｎ＋１）×ｍ相のク
ロックによって信号電荷の垂直転送を行うようにしたこ
とにより、全画素モードとモニタリングモードで駆動系
におけるクロックのタイミングなどを変えなくて良いた
め駆動系の構成を簡略化でき、また全画素モードだけで
なく、モニタリングモードにおいても、各フィルタ共ベ
イヤー配列の画素情報を得ることができるため高画質の
動画を映し出すことができ、しかも信号処理系を共用化
できるため信号処理系の構成の簡略化も図れることにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＴ方式のカラー
ＣＣＤイメージャを示す概略構成図である。

【図２】第１実施形態に係るユニットセル構造の一例を
示す平面パターン図である。

【図３】２×２繰り返しの原色ベイヤー配列を示す図で
ある。

【図４】本発明に係るカメラシステムを示す概略構成図
である。

【図５】信号処理回路の具体的な構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図６】全画素モードの動作説明のためのタイミングチ
ャートである。

【図７】画素情報の読み出し手順を示す概念図である。

【図８】モニタリングモードの第１具体例の動作説明の
ためのタイミングチャートである。

【図９】モニタリングモードの第２具体例の動作説明の
ためのタイミングチャートである。

【図１０】通常モードでの６相の垂直転送クロックＶφ
１〜Ｖφ６のタイミングチャートである。

【図１１】通常モードでの垂直ＣＣＤの各転送段のポテ
ンシャル図である。

【図１２】低スミアモード対応のＣＣＤイメージャの一
例を示す概略構成図である。

【図１３】低スミアモードでの６相の垂直転送クロック
Ｖφ１〜Ｖφ６のタイミングチャートである。

【図１４】低スミアモードでの垂直ＣＣＤの各転送段の
ポテンシャル図である。

【図１５】低スミアモード対応の信号処理回路の構成の
一例を示すブロック図である。

【図１６】低スミアモード対応のＣＣＤイメージャの他
の例を示す概略構成図である。

【図１７】低スミアモード対応の信号処理回路の構成の
他の例を示すブロック図である。

【図１８】本発明の第２実施形態に係るＩＴ方式のカラ
ーＣＣＤイメージャを示す概略構成図である。

【図１９】第２実施形態に係るユニットセル構造の一例
を示す平面パターン図である。

【図２０】第２実施形態に係るユニットセル構造の他の
例を示す平面パターン図である。

【符号の説明】

１０，５０…カラーＣＣＤイメージャ、１１，５１…セ
ンサ部、１２，５２…垂直ＣＣＤ、１４，５４…ユニッ
トセル、１５，１５′，１５-1，１５-2，５５…水平Ｃ
ＣＤ、１６，１６-1，１６-2，５６…電荷検出部、１
７，５７…タイミングジェネレータ、１９…カラーフィ
ルタ、２４…メカシャッター、２５…信号処理回路、２
６…画像記録装置、２７…画像表示装置、２８…タイミ
ングコントローラ、２９…モード設定部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 行列状に配置された画素に対して行方向
   において同じ色がｎ画素（ｎは２以上の整数）ごとに繰
   り返して配列されたカラーコーディングのカラーフィル
   タと、 （ｎ＋１）：１のインターレースを行って１フレームを
   （ｎ＋１）フィールドで構成し、（ｎ＋１）×ｍ相（ｍ
   は自然数）のクロックによって信号電荷の垂直転送を行
   う駆動系とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記駆動系は、垂直転送に際して、信号
   成分＋スミア成分の電荷と、スミア成分のみの電荷とを
   独立に転送駆動することを特徴とする請求項１記載の固
   体撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の固体撮像装置において、 列方向の画素数に対して倍密度の転送段を持つ水平転送
   部を有することを特徴とする固体撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の固体撮像装置において、 列方向の画素数に対して同密度の転送段を持ち、かつ互
   いに並置された２本の水平転送部と、この２本の水平転
   送部間において電荷の転送を選択的に行う転送ゲートと
   を有することを特徴とする固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記駆動系が３相駆動であり、１つの画
   素につき１つの転送電極が割り当てられたユニットセル
   構造を持つことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
   置。
6. 【請求項６】 前記転送電極が２層のポリシリコンで形
   成されていることを特徴とする請求項５記載の固体撮像
   装置。
7. 【請求項７】 前記転送電極が１層のポリシリコンで形
   成されていることを特徴とする請求項５記載の固体撮像
   装置。
8. 【請求項８】 行列状に配置された画素に対して行方向
   において同じ色がｎ画素（ｎは２以上の整数）ごとに繰
   り返して配列されたカラーコーディングのカラーフィル
   タを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、 （ｎ＋１）：１のインターレースを行って１フレームを
   （ｎ＋１）フィールドて構成し、（ｎ＋１）×ｍ相（ｍ
   は自然数）のクロックによって信号電荷の垂直転送を行
   うことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
9. 【請求項９】 （ｎ＋１）倍のモニタリングモードにお
   いて、（ｎ＋１）フィールドのうちの、いずれか１つの
   フィールドの画素情報のみを繰り返して読み出して動画
   を表示することを特徴とする請求項８記載の固体撮像装
   置の駆動方法。
10. 【請求項１０】 （ｎ＋１）倍のモニタリングモードに
    おいて、（ｎ＋１）フィールドの画素情報を順に読み出
    して動画を表示することを特徴とする請求項８記載の固
    体撮像装置の駆動方法。
11. 【請求項１１】 行列状に配置された画素に対して行方
    向において同じ色がｎ画素（ｎは２以上の整数）ごとに
    繰り返して配列されたカラーコーディングのカラーフィ
    ルタを有し、（ｎ＋１）：１のインターレースを行って
    １フレームを（ｎ＋１）フィールドで構成し、（ｎ＋
    １）×ｍ相（ｍは自然数）のクロックによって信号電荷
    の垂直転送を行う固体撮像装置と、 被写体からの入射光を前記固体撮像装置の撮像面上に選
    択的に取り込むメカニカルシャッターと、 全画素モードとモニタリングモードとを選択的に設定す
    るモード設定部と、 前記モード設定部で設定された撮像モードに応じて前記
    固体撮像装置のタイミング制御および前記メカニカルシ
    ャッターの開閉制御を行うタイミングコントローラと、 前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路
    と、 前記信号処理回路で処理された信号に基づく画像情報を
    記録媒体に記録する画像記録装置と、 前記信号処理回路で処理された信号に基づく画像情報を
    モニターに表示する画像表示装置とを備えたことを特徴
    とするカメラシステム。