JP2000307961A - 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】 水平転送部内で例えば２ライン分の信号電荷
の加算を行う場合、限られた水平ブランキング期間内に
２ライン分の信号電荷のライン転送を行うためには、そ
の転送速度を２倍に上げる必要がある。 【解決手段】 フレーム読み出しモードと加算読み出し
モードの２つの動作モードをとり得るＣＣＤ撮像素子１
０を備えた固体撮像装置またはカメラシステムにおい
て、加算読み出しモードの設定時に、センサ部１１から
読み出した信号電荷を垂直転送部１３内で例えば２画素
分を加算した後垂直転送するとともに、加算読み出しモ
ード時のセンサ部１１の飽和信号電荷量をフレーム読み
出しモード時の約１／２に設定するように、これに対応
した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を基板バイアス発
生回路２０で生成し、これを半導体基板１８に印加す
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、特に電荷
転送部内において信号電荷の加算を行う構成の固体撮像
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るカメラシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像装置、特にＣＣＤ(Charg
e Coupled Device) 撮像素子を撮像デバイスとして用い
たデジタルスチルカメラが急速に普及しつつある。この
デジタルカメラにおいて、静止画を撮影する場合には解
像度を優先するため、全画素の信号電荷を同一時刻に一
斉に読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送する
いわゆる全画素読み出し方式、あるいは奇数ラインと偶
数ラインの各画素の信号電荷をフィールドごとに交互に
読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送するいわ
ゆるフレーム読み出し方式のＣＣＤ撮像素子が用いられ
る。

【０００３】図２４は、このフレーム読み出し動作の概
念図である。ここでは、一例として、原色２×２配列の
カラーフィルタを用いた場合を例に採って示している。
また、図２５に４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４
の垂直同期タイミングを、図２６に水平同期タイミング
をそれぞれ示している。

【０００４】これに対して、オートフォーカス（ＡＦ）
制御、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）制御、自動露
光（ＡＥ）制御等の処理を行う際に、静止画と同様の動
作モードを使用すると、各種の自動制御装置の応答速度
の点で好ましくなく、特に高画素化したＣＣＤ撮像素子
を用いた場合には、より応答速度が遅くなる問題があ
る。また、撮影画像を液晶モニタ等でモニタリングする
場合にも、静止画と同様の動作モードを使用するとフレ
ームレートが遅いため、なめらかな動画を得ることがで
きないので好ましくない。

【０００５】フレームレートを高くする一つの方法とし
て、ＣＣＤ撮像素子の出力信号のデータレートを高くす
る方法が挙げられる。しかしながら、出力信号のデータ
レートを高くするためには、サンプリングレート変換器
を設ける必要が生じ、またクロック周波数が高くなるこ
とに伴って、消費電力が増大したり、使用部品のコスト
が上昇したり、さらにはＳ／Ｎが劣化するなどの新たな
問題が生じる。したがって、ＣＣＤ撮像素子の出力信号
のデータレートを上げる方法を採用するのは好ましくな
い。

【０００６】一方、画素から信号電荷を読み出すための
読み出しゲート部に対して、所定の繰り返し単位ごとに
読み出しパルスを印加して、一部のラインの画素の信号
電荷のみを垂直転送部へ読み出すことによって、出力す
るライン数を減らしてより高速の撮像信号を得る（即
ち、フレームレートを上げる）いわゆるライン間引き動
作がある。

【０００７】図２７は、このライン間引き動作の概念図
である。ここでは、一例として、原色２×２配列のカラ
ーフィルタを用い、垂直８画素中２画素のみの信号電荷
を読み出する場合を例に採って示している。また、図２
８に４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の垂直同期
タイミングを、図２９に水平同期タイミングをそれぞれ
示している。なお、ライン間引き動作では、１相目，３
相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３については、２
系統のφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂが発生
されることになる。

【０００８】このライン間引き動作では、行方向（垂直
方向）において８画素を繰り返し単位とし、この８画素
のうちの２画素のみの信号電荷を読み出し、水平ブラン
キング期間内で２ライン分の垂直転送を行い、信号電荷
の存在するパケットと空のパケットを加算する。これに
より、先のフレーム読み出し動作に対して、出力ライン
数は１／４になるが、フレームレートを４倍に向上させ
ることができる。このとき、水平転送部内で２ライン分
の信号電荷を加算するが、信号電荷の存在するパケット
と空のパケットを加算するため、センサ部の飽和信号電
荷量はフレーム読み出し動作の場合と同等となる。

【０００９】このライン間引き動作によれば、データレ
ートを高くせずに、より高速の撮像信号を得ることが可
能になる。しかしながら、このライン間引き動作を用い
た場合には、出力ライン数を間引いてしまうため、画質
が劣化したり、より画素数が多いＣＣＤ撮像素子では間
引くライン数を増やす必要が生じ、さら画質が劣化して
しまうという問題がある。

【００１０】また、ＡＦ，ＡＷＢ，ＡＥ等の各種自動制
御の処理を行う際、あるいは液晶モニタ等でのモニタリ
ングを行う際に、フレームレートを上げるための他の方
法として、ラインを間引くのではなく、垂直転送部内に
おいて信号電荷を画素間で加算（以下、画素加算と称
す）したり、あるいは水平転送部内において信号電荷を
ライン間で加算（以下、ライン加算と称す）したりする
方法もある。

【００１１】この方法によれば、画素加算あるいはライ
ン加算を行うことによって出力ライン数を削減すること
になるため、ライン間引き動作のように出力されないラ
インの信号電荷を捨ててしまう場合よりも、画質を向上
できるとともに、感度を向上できるというメリットがあ
る。

【００１２】その反面、垂直転送部中あるいは水平転送
部中の電荷量が、加算（混合）する画素数倍あるいはラ
イン数倍に増加することになり、画素が飽和またはそれ
に近い状態では、垂直転送部内あるいは水平転送部内で
信号電荷が溢れてしまうという問題がある。この問題を
解消するには、加算する画素数あるいはライン数倍の電
荷が取り扱えるように、垂直転送部あるいは水平転送部
を設計することが考えられるが、その場合には逆に垂直
あるいは水平転送クロックの駆動電圧を高くせざるを得
なくなり、その結果、消費電力の増大を招くことにな
る。

【００１３】また、垂直転送部あるいは水平転送部につ
いて従来のままの設計では、センサ部（画素）の飽和信
号電荷量が画素加算を行うモードで決まってしまうた
め、画素加算あるいはライン加算を行わないで、各画素
の信号電荷を独立に転送するモードのセンサ部の飽和信
号電荷量は、加算する画素数をＸとすると、約１／Ｘに
なってしまう。しかし、センサ部の飽和信号電荷量を減
少させることは、Ｓ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性
を悪化させるため、特に画質優先の静止画撮像時のモー
ドで行うことは好ましくない。

【００１４】上述したことを踏まえて、水平転送部でラ
イン加算を行うことを前提とし、モニタリングモード時
に、センサ部の飽和信号電荷量を静止画モード時の飽和
信号電荷量の約半分に設定することにより、ライン加算
を行うことに伴って水平転送部内で加算された信号電荷
が溢れるのを未然に防止するようにした固体撮像装置が
提案されている（例えば、特開平５−９１４１７号公報
参照）。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、モニタリングモード時に、センサ部の飽
和信号電荷量を約半分に設定することで、ライン加算に
伴う水平転送部内での信号電荷の溢れを防止することは
できるが、ライン加算は水平ブランキング期間内におい
て垂直転送部から水平転送部へ２ライン分の信号電荷を
ライン転送することによって行われるため、次のような
問題が発生する。

【００１６】すなわち、水平ブランキング期間は限られ
た期間であるために、この限られた水平ブランキング期
間内に２ライン分の信号電荷のライン転送を行うために
は、その転送速度を２倍に上げる必要がある。ライン転
送の転送速度を２倍に上げるということは、垂直転送部
を駆動する垂直転送クロックの周波数を２倍に上げるこ
とであり、その結果、垂直転送クロックの周波数が高く
なることに伴って、伝播遅延等によって垂直転送部中に
おける取り扱い電荷量が不足し、画素が飽和またはそれ
に近い状態では、信号電荷が溢れてしまったり、不要輻
射等の問題が発生することになる。

【００１７】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、垂直転送クロックの
周波数を高くすることなく、電荷転送部内での信号電荷
の加算（混合）に伴う信号電荷の溢れを未然に防止でき
るようにした固体撮像装置およびその駆動方法並びにカ
メラシステムを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、行列状に配列されて光電変換を行う複
数のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号
電荷を垂直転送する垂直転送部と、この垂直転送部から
移された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する
固体撮像素子を備え、この固体撮像素子の動作モードと
して、複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立
に垂直転送する第１の動作モードと、垂直転送部中でｎ
画素（ｎ≧２）分の信号電荷を加算して垂直転送する第
２の動作モードとを択一的に設定し、第２の動作モード
時には、センサ部の飽和信号電荷量を第１の動作モード
時の飽和信号電荷量の約１／ｎに設定するようにする。

【００１９】上記の構成において、第２の動作モードで
は、垂直転送部中で例えば２画素分の信号電荷を加算し
て垂直転送することで、加算することなく独立に垂直転
送する第１の動作モードの場合に比べて、垂直転送クロ
ックの周波数を上げずに、出力ライン数を１／２にでき
る。その結果、フレームレートが第１の動作モードに対
して２倍となる。しかも、第２の動作モード時のセンサ
部の飽和信号電荷量を第１の動作モード時の飽和信号電
荷量の約１／２に設定することで、加算後の信号電荷量
が第１の動作モードで読み出された信号電荷量と等しく
なる。したがって、画素加算に伴って垂直転送部および
水平転送部で信号電荷が溢れるのを未然に防止できる。

【００２０】本発明ではさらに、行列状に配列されて光
電変換を行う複数のセンサ部と、これらセンサ部から読
み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、この
垂直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転
送部とを有する固体撮像素子を備え、この固体撮像素子
の動作モードとして、複数のセンサ部から読み出された
信号電荷を独立に垂直転送する第１の動作モードと、複
数のセンサ部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号
電荷を読み出した後、垂直転送部中および水平転送部中
の少なくとも一方でＮ画素（Ｎ≧２）分の信号電荷を加
算して転送する第２の動作モードとを択一的に設定し、
第２の動作モード時には、センサ部の飽和信号電荷量を
第１の動作モード時の飽和信号電荷量の約１／Ｎに設定
するようにする。

【００２１】上記の構成において、第２の動作モードで
は、行方向において例えば４画素を繰り返し単位とし
て、そのうちの２画素の信号電荷を間引くとともに、読
み出した信号電荷を垂直転送部中および水平転送部中の
少なくとも一方で加算することで、加算することなく独
立に垂直転送する第１の動作モードの場合に比べて、出
力ライン数を１／４にできる。その結果、フレームレー
トが第１の動作モードに対して４倍となる。しかも、第
２の動作モード時のセンサ部の飽和信号電荷量を第１の
動作モード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定するこ
とで、加算後の信号電荷量が第１の動作モードで読み出
された信号電荷量と等しくなる。したがって、画素加算
に伴って垂直転送部および水平転送部で信号電荷が溢れ
るのを未然に防止できる。

【００２２】

【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実施形態に係る固体撮像装置を示す概略構成図であ
る。なお、本実施形態では、インターライン転送（Ｉ
Ｔ）方式のＣＣＤ撮像素子を用いた場合を例に採って説
明するものとする。

【００２３】図１において、行列状に配列され、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
る複数のセンサ部１１と、これらセンサ部１１の垂直列
ごとに設けられ、各センサ部１１から読み出しゲート部
１２によって読み出された信号電荷を垂直転送するＣＣ
Ｄからなる複数本の垂直転送部１３とによって撮像エリ
ア１４が構成されている。

【００２４】この撮像エリア１４において、センサ部１
１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなってい
る。このセンサ部１１に蓄積された信号電荷は、読み出
しゲート部１２に後述する読み出しパルスが印加される
ことによって垂直転送部１３に読み出される。垂直転送
部１３は、例えば４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ
４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平
ブランキング期間内において１走査線（１ライン）に相
当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。

【００２５】ここで、垂直転送部１３において、１相目
および３相目の転送電極は、読み出しゲート部１２のゲ
ート電極を兼ねている。このことから、４相の垂直転送
クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目の転送クロック
φＶ１と３相目の転送クロックφＶ３が低レベル（以
下、“Ｌ”レベルと称す）、中間レベル（以下、“Ｍ”
レベルと称す）および高レベル（以下、“Ｈ”レベルと
称す）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１２の読み
出しパルスＸＳＧとなる。

【００２６】撮像エリア１４の図面上の下側には、ＣＣ
Ｄからなる水平転送部１５が配されている。この水平転
送部１５には、複数本の垂直転送部１３から１ラインに
相当する信号電荷が順次転送される。水平転送部１５
は、例えば２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２によ
って転送駆動され、複数本の垂直転送部１３から移され
た１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の
水平走査期間において順次水平方向に転送する。

【００２７】水平転送部１５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
電荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変
換部１６は、水平転送部１５によって水平転送されてき
た信号電荷を順次信号電圧に変換して出力する。この信
号電圧は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力
ＶＯＵＴとして出力端子１７から導出される。

【００２８】上述したセンサ部１１、読み出しゲート部
１２、垂直転送部１３、水平転送部１５および電荷電圧
変換部１６等は半導体基板（以下、単に基板と称す）１
８上に形成される。以上により、インターライン転送方
式のＣＣＤ撮像素子１０が構成されている。

【００２９】このＣＣＤ撮像素子１０を駆動するための
先述した垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水平転
送クロックφＨ１，φＨ２は、タイミング発生回路１９
で発生される。このタイミング発生回路１９は、ＣＣＤ
撮像素子１０を駆動する駆動手段として機能し、垂直転
送クロックφＶ１〜φＶ４や水平転送クロックφＨ１，
φＨ２以外にも、電子シャッタ時に、センサ部１１の各
々に蓄積された信号電荷を、一斉に基板１８に掃き出す
ために当該基板１８に印加するシャッタパルスφＳＵＢ
などの各種のタイミング信号をも適宜発生する構成とな
っている。

【００３０】基板１８の外部には、当該基板１８をバイ
アスするバイアス電圧（以下、基板バイアスと称す）Ｖ
ｓｕｂを発生する基板バイアス発生回路２０が設けられ
ている。この基板バイアス発生回路２０で生成された基
板バイアスＶｓｕｂは、ダイオードＤを経た後端子２１
を介して基板１８に印加される。この基板バイアスＶｓ
ｕｂの電圧値により、ＣＣＤ撮像素子１０のセンサ部１
１の飽和信号電荷量が決まる。その原理については後述
する。

【００３１】一方、タイミング発生回路１９で発生され
るシャッタパルスφＳＵＢは、コンデンサＣで直流カッ
トされた後、端子２１を介して基板１８に印加される。
端子２１とグランドとの間には抵抗Ｒが接続されてい
る。なお、ダイオードＤは、シャッタパルスφＳＵＢの
“Ｌ”レベルを基板バイアスＶｓｕｂの直流レベルにク
ランプする作用をなす。

【００３２】なお、本例では、基板バイアス発生回路２
０を基板１８の外部に設ける構成を採っているが、基板
バイアス発生回路２０をダイオードＤと共に基板１８上
に形成する構成を採ることも可能である。

【００３３】この基板バイアス発生回路２０は、動作モ
ードに応じて基板バイアスＶｓｕｂの電圧値を変えるこ
とで、センサ部１１の飽和信号電荷量を例えば２段階に
切り換える飽和信号電荷量設定手段として機能する。す
なわち、一例として、各フィールドごとに１ラインおき
に信号電荷を読み出すフレーム読み出しモードと、垂直
転送部１３内でｎ画素（ｎ≧２）の信号電荷を加算して
垂直転送する加算読み出しモードとで異なる電圧値の基
板バイアスＶｓｕｂを発生するようになっている。

【００３４】具体的には、基板バイアス発生回路２０
は、図２に示すように、制御電圧ＤＣＩＮが“Ｌ”レベ
ルとなるフレーム読み出しモードでは基板バイアスＶｓ
ｕｂ１を発生し、制御電圧ＤＣＩＮが“Ｈ”レベルとな
る加算読み出しモードでは基板バイアスＶｓｕｂ１より
も高い電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を発生する。こ
こで、フレーム読み出しモード時の基板バイアスＶｓｕ
ｂ１の電圧値は、デバイス個々の製造ばらつきに伴うセ
ンサ部１１における後述するオーバーフローバリアのポ
テンシャルのばらつきを考慮して基板１８ごとに最適値
に設定される。

【００３５】これに対して、加算読み出しモード時の基
板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値は、垂直転送部１３内で
ｎ画素分の信号電荷の加算が行われる場合、センサ部１
１の飽和信号電荷量がフレーム読み出しモード時の飽和
信号電荷量の約１／ｎになるように設定される。このよ
うに、加算読み出しモード時には、基板バイアス発生回
路２０からフレーム読み出しモード時の基板バイアスＶ
ｓｕｂ１よりも高い電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２が
発生されることで、センサ部１１の飽和信号電荷量がフ
レーム読み出しモード時の約１／ｎになる。

【００３６】図３は、センサ部１１の周辺の基板深さ方
向の構造を示す断面図である。図３において、例えばＮ
型の基板１８の表面にＰ型のウェル領域３１が形成され
ている。このウェル領域３１の表面にはＮ⁺ 型の信号電
荷蓄積領域３２が形成され、さらにその上にＰ⁺ 型の正
孔蓄積領域３３が形成されることにより、いわゆるＨＡ
Ｄ（正孔蓄積ダイオード）構造のセンサ部１１が構成さ
れている。

【００３７】このセンサ部１１に蓄積される信号電荷ｅ
の電荷量は、図４のポテンシャル分布図に示すように、
Ｐ型のウェル領域３１で構成されるオーバーフローバリ
アＯＦＢのポテンシャルバリアの高さによって決定され
る。すなわち、このオーバーフローバリアＯＦＢは、セ
ンサ部１１に蓄積される飽和信号電荷量Ｑｓを決めるも
のであり、蓄積電荷量がこの飽和信号電荷量Ｑｓを越え
た場合に、その越えた分の電荷がポテンシャルバリアを
越えて基板１８側へ掃き出される。

【００３８】以上により、いわゆる縦型オーバーフロー
ドレイン構造のセンサ部１１が構成されている。縦型オ
ーバーフロードレイン構造においては、基板１８がオー
バーフロードレインとなる。このセンサ部１１におい
て、飽和信号電荷量Ｑｓは、デバイスのＳ／Ｎ特性、垂
直転送部１３の取り扱い電荷量などによって決定される
が、製造ばらつきにより、オーバーフローバリアＯＦＢ
のポテンシャルがばらつくことになる。

【００３９】このオーバーフローバリアＯＦＢのポテン
シャルは、先述した基板バイアスＶｓｕｂの電圧値によ
って決まる。換言すれば、基板バイアスＶｓｕｂの電圧
値により、センサ部１１の飽和信号電荷量Ｑｓが設定さ
れる。したがって、先述したように、加算読み出し動作
モード時には、基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値がフレ
ーム読み出し動作モード時よりも高くなることにより、
その分だけオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル
が深くなるため、センサ部１１の飽和信号電荷量Ｑｓが
約１／ｎになるのである。

【００４０】センサ部１１の横方向には、読み出しゲー
ト部１２を構成するＰ型領域３４を介してＮ⁺ 型の信号
電荷転送領域３５およびＰ⁺ 型のチャネルストッパ領域
３６が形成されている。信号電荷転送領域３５の下に
は、スミア成分の混入を防止するためのＰ⁺ 型の不純物
拡散領域３７が形成されている。さらに、信号電荷転送
領域３５の上方には、ゲート絶縁膜３８を介して例えば
多結晶シリコンからなる転送電極３９が配されることに
より、垂直転送部１３が構成されている。転送電極３９
は、Ｐ型領域３４の上方に位置する部分が、読み出しゲ
ート部１２のゲート電極を兼ねている。

【００４１】垂直転送部１３の上方には、転送電極３９
を覆うようにして層間膜４０を介してＡｌ（アルミニウ
ム）遮光膜４１が形成されている。このＡｌ遮光膜４１
は、センサ部１１において選択的にエッチング除去され
ており、外部からの光Ｌはこのエッチング除去によって
形成された開口４２を通してセンサ部１１内に入射す
る。そして、基板１８には、センサ部１１の飽和信号電
荷量Ｑｓを決める基板バイアスＶｓｕｂ（Ｖｓｕｂ１／
Ｖｓｕｂ２）が、端子２１を介して与えられるようにな
っている。

【００４２】次に、上記構成の第１実施形態に係る固体
撮像装置における各動作モードでの動作について説明す
る。

【００４３】（第１具体例）第１具体例に係る固体撮像
装置では、色分離が可能なように、図１のＣＣＤ撮像素
子１０として、図５に示すように、補色（例えば、Ｍｇ
（マゼンタ）、Ｃｙ（シアン）、Ｇ（グリーン）、Ｙｅ
（イエロー））の２×４配列のカラーフィルタを有する
ＣＣＤ撮像素子を用いるものとする。また、簡単のため
に、２列９行の画素配列の場合を例に採って示してい
る。

【００４４】そして、このＣＣＤ撮像素子１０に対し
て、奇数ラインと偶数ラインの各画素の信号電荷をフィ
ールドごとに交互に読み出し、かつ各画素の信号電荷を
独立に転送するフレーム読み出しモードと、各画素から
読み出した信号電荷を垂直転送部１３中で例えば２画素
分を加算して垂直転送する加算読み出しモードの２つの
動作モードが、タイミング発生回路１９で発生される各
種のタイミング信号によって設定されるようになってい
る。

【００４５】先ず、フレーム読み出しモードが設定され
ると、図１において、基板バイアス発生回路２０に対し
て“Ｌ”レベルの制御電圧ＤＣＩＮ（図２を参照）が与
えられる。すると、基板バイアス発生回路２０は、セン
サ部１１のオーバーフローバリアのポテンシャルのばら
つきを考慮して基板１８ごとに最適値に設定された基板
バイアスＶｓｕｂ１を発生する。この基板バイアスＶｓ
ｕｂ１は、端子２１を介して基板１８に印加される。

【００４６】このように、基板１８を基板バイアスＶｓ
ｕｂ１によってバイアスした状態において、静止画モー
ドを実現するためにフレーム読み出し動作が行われる。
すなわち、奇数ラインと偶数ラインの各画素の信号電荷
をフィールドごとに交互に読み出し、かつ各画素の信号
電荷を独立に垂直転送し、さらに水平転送する動作が行
われる。このフレーム読み出し動作は周知であることか
ら、ここでは、その詳細な動作説明については省略する
ものとする。

【００４７】次に、加算読み出しモードが設定される
と、基板バイアス発生回路２０に対して“Ｈ”レベルの
制御電圧ＤＣＩＮ（図２を参照）が与えられる。する
と、基板バイアス発生回路２０は、垂直転送部１３中で
の２画素加算に対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ
２を発生する。この基板バイアスＶｓｕｂ２は、端子２
１を介して基板１８に印加される。このように、垂直転
送部１３中での２画素加算に対応した電圧値の基板バイ
アスＶｓｕｂ２で基板１８をバイアスすることで、この
加算読み出しモード時のセンサ部１１の飽和信号電荷量
が、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１
／２に設定される。

【００４８】ここで、この加算読み出しモード時の動作
について、図６および図７のタイミングチャートを用い
て説明する。図６は４相の垂直転送クロックφＶ１〜φ
Ｖ４の垂直同期タイミングを、図７は水平同期タイミン
グをそれぞれ示している。

【００４９】先ず、図６のタイミングチャートにおい
て、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，
３相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３に“Ｈ”レベ
ルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、全てのセンサ
部１１の信号電荷が垂直転送部１３に読み出され、かつ
垂直転送部１３内において行方向にて隣り合う２画素間
で信号電荷が加算される。具体的には、図５から明らか
なように、１行目の各画素と２行目の各画素について、
３行目の各画素と４行目の各画素について、５行目の各
画素と６行目の各画素について、……という具合に、垂
直転送部１３内において信号電荷の２画素加算が行われ
る。

【００５０】そして、２画素加算された２行分の信号電
荷を１ライン分の信号電荷として、水平ブランキング期
間において、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の
図７に示すタイミング関係によって１ライン分の垂直転
送（ラインシフト）が行われる。これにより、垂直転送
部１３から水平転送部１５に対して、信号電荷が１ライ
ン分ずつ転送される。その後、１ライン分の信号電荷
は、水平転送部１５によって順に水平転送され、電荷電
圧変換部１６で信号電圧に変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵ
Ｔとして出力される。

【００５１】上述したように、フレーム読み出しモード
と加算読み出しモードの２つの動作モードをとり得るＣ
ＣＤ撮像素子１０を備えた固体撮像装置において、加算
読み出しモードの設定時に、センサ部１１から読み出し
た信号電荷を垂直転送部１３内で例えば２画素分を加算
した後垂直転送するようにしたことにより、信号電荷を
加算することなく独立に垂直転送する場合に比べて出力
ライン数が１／２になるため、フレームレートがフレー
ム読み出しモードに対して２倍になり、また全画素の情
報を出力できるため、画質および感度を向上できる。

【００５２】しかも、加算読み出しモードの設定時に
は、センサ部１１の飽和信号電荷量をフレーム読み出し
モード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定するように
したことにより、フレーム読み出しモードで読み出され
た信号電荷と、垂直転送部１３内で加算した２画素分の
信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部１１
が飽和またはそれに近い状態にあっても、２画素加算に
伴って垂直転送部１３内および水平転送部１５内で信号
電荷が溢れるのを未然に防止できる。

【００５３】さらに、ＣＣＤ撮像素子１０においては、
構造上、何ら変更を加えていなく、基板１８に与える基
板バイアスＶｓｕｂを動作モードに応じて切り換えるだ
けの構成であることから、フレーム読み出しモード時の
飽和信号電荷量は従来と変わらないため、フレーム読み
出し動作による静止画撮像時の画質としても、従来と同
じ画質を得ることができる。

【００５４】なお、上記第１具体例では、加算読み出し
モードの際に、垂直転送部１３内で２画素加算を行うと
したが、２画素加算に限られるものではなく、３画素以
上の信号電荷を垂直転送部１３内で加算することも可能
である。この場合、加算する画素数をｎ個（ｎ≧２）と
した場合、基板バイアス発生回路２０で発生される基板
バイアスＶｓｕｂ２で決まるセンサ部１１の飽和信号電
荷量を、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の
約１／ｎに設定することで、画素加算に伴う垂直転送部
１３内および水平転送部１５内での信号電荷の溢れを防
止できる。

【００５５】また、上記第１具体例では、垂直転送部１
３内でのみ信号電荷の加算を行う構成としたが、垂直転
送部１３内での画素加算に加えて、水平転送部１５内で
のライン加算を行うようにすることも可能である。一例
として、垂直転送部１３内２画素加算＋水平転送部１５
内２ライン加算の場合の加算読み出し動作について、第
２の具体例として以下に説明する。

【００５６】（第２具体例）第２具体例に係る固体撮像
装置では、色分離が可能なように、図１のＣＣＤ撮像素
子１０として、図８に示すように、補色の２×８配列の
カラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるものと
する。また、簡単のために、３列９行の画素配列の場合
を例に採って示している。

【００５７】先ず、加算読み出しモードが設定される
と、基板バイアス発生回路２０に対して“Ｈ”レベルの
制御電圧ＤＣＩＮ（図２を参照）が与えられる。する
と、基板バイアス発生回路２０は、加算する画素数に対
応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を発生する。本
例では、垂直転送部１３内で２画素分、水平転送部１５
で２ライン（＝２画素）分の信号電荷を加算することか
ら、４（＝２×２）画素分の信号電荷の加算に対応して
基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値が設定される。

【００５８】このように、垂直転送部１３内および水平
転送部１５内での計４画素分の信号電荷の加算に対応し
た電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２で基板１８をバイア
スすることで、この加算読み出しモード時のセンサ部１
１の飽和信号電荷量が、フレーム読み出しモード時の飽
和信号電荷量の約１／４に設定される。

【００５９】ここで、この垂直転送部１３内２画素加算
＋水平転送部１５内２ライン加算の場合の加算読み出し
モード時の動作について、図９および図１０のタイミン
グチャートを用いて説明する。図９は４相の垂直転送ク
ロックφＶ１〜φＶ４の垂直同期タイミングを、図１０
は水平同期タイミングをそれぞれ示している。

【００６０】先ず、図９のタイミングチャートにおい
て、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，
３相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３に“Ｈ”レベ
ルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、全てのセンサ
部１１の信号電荷が垂直転送部１３に読み出され、かつ
垂直転送部１３内において行方向にて隣り合う２画素間
で信号電荷が加算される。具体的には、図８から明らか
なように、１行目の各画素と２行目の各画素について、
３行目の各画素と４行目の各画素について、５行目の各
画素と６行目の各画素について、……という具合に、垂
直転送部１３内において信号電荷の２画素加算が行われ
る。

【００６１】そして、２画素加算された２行分の信号電
荷を１ライン分の信号電荷として、水平ブランキング期
間において、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の
図１０に示すタイミング関係によって２ライン分の信号
電荷について垂直転送が行われる。これにより、垂直転
送部１３から水平転送部１５に対して、２ライン分の信
号電荷が続けて転送される。

【００６２】この２ライン分の信号電荷が垂直転送部１
３から水平転送部１５に転送されるとき、図１０のタイ
ミングチャートから明らかなように、先の１ライン分の
信号電荷が転送された直後に、２相の水平転送クロック
φＨ１，φＨ２が１クロック分出力されることで、水平
転送部１５では１パケット分の水平転送（以下、これを
１ビットシフトと称す）が行われる。そして、この１ビ
ットシフト後に、後の１ライン分の信号電荷が垂直転送
部１３から水平転送部１５に転送される。

【００６３】このように、垂直転送部１３から水平転送
部１５へ信号電荷を転送する際に、先ず１ライン分の信
号電荷を転送した直後に水平転送部１５において１ビッ
トシフトを行い、その後次の１ライン分の信号電荷を転
送することにより、図８から明らかなように、上下２ラ
インにおける斜め方向の信号電荷、即ち同じ色同士の信
号電荷について水平転送部１５内で加算が行われる。そ
の後、この加算された信号電荷は、水平転送部１５によ
って順に水平転送され、電荷電圧変換部１６で信号電圧
に変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力される。

【００６４】上述したように、フレーム読み出しモード
と加算読み出しモードの２つの動作モードをとり得るＣ
ＣＤ撮像素子１０を備えた固体撮像装置において、加算
読み出しモード時に、垂直転送部１３内で例えば２画素
分の信号電荷を加算し、その後水平転送部１５内で例え
ば２ライン分の信号電荷を加算するようにしたことによ
り、信号電荷を加算することなく独立に転送する場合に
比べて出力ライン数が１／４になるため、フレームレー
トがフレーム読み出しモードに対して４倍になり、また
全画素の情報を出力できるため、画質および感度を向上
できる。

【００６５】しかも、加算読み出しモードの設定時に
は、センサ部１１の飽和信号電荷量をフレーム読み出し
モード時の飽和信号電荷量の例えば約１／４に設定する
ようにしたことにより、フレーム読み出しモードで読み
出された信号電荷と、垂直転送部１３内および水平転送
部１５内で加算した４画素分の信号電荷との各電荷量が
等しくなるので、センサ部１１が飽和またはそれに近い
状態にあっても、垂直２画素加算＋水平２ライン加算に
伴って垂直転送部１３内および水平転送部１５内で信号
電荷が溢れるのを未然に防止できる。

【００６６】ここで、水平転送部１５内で２ライン加算
を行うようにするためには、図７および図１０の各タイ
ミングチャートの対比から明らかなように、４相の垂直
転送クロックφＶ１〜φＶ４の周波数を２倍に設定する
必要がある。ところが、垂直転送部１３内での画素加算
と組み合わせたことにより、水平転送部１５内でのライ
ン加算のみでフレームレートを上げる場合に比べれば、
垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の周波数は半分で済
む。

【００６７】すなわち、フレームレートを例えば４倍に
上げる場合を例に採ると、水平転送部１５内でのライン
加算のみでフレームレートを上げる場合には、限られた
水平ブランキング期間内で４ライン分の信号電荷の加算
を行うことになることから、垂直転送クロックφＶ１〜
φＶ４の周波数を４倍に上げる必要があるが、垂直転送
部１３内での画素加算と水平転送部１５内でのライン加
算とを組み合わせることで、垂直転送クロックφＶ１〜
φＶ４の周波数を２倍に上げるだけで対応でこることに
なる。

【００６８】なお、上記第２具体例においては、加算読
み出しモードの際に、垂直転送部１３内で２画素加算、
水平転送部１５内で２ライン加算を行うとしたが、２画
素＋２ライン加算に限られるものではなく、３画素以上
＋３ライン以上の信号電荷を加算することも可能であ
る。この場合、垂直加算する画素数をｎ（ｎ≧２）、水
平加算するライン数をｍ（ｎ≧２）とした場合に、基板
バイアス発生回路２０で発生される基板バイアスＶｓｕ
ｂ２で決まるセンサ部１１の飽和信号電荷量を、フレー
ム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／（ｎ×
ｍ）に設定することで、画素加算に伴う垂直転送部１９
内および水平転送部１５内での信号電荷の溢れを防止で
きる。

【００６９】図１１は、本発明の第２実施形態に係る固
体撮像装置を示す概略構成図である。なお、本実施形態
では、ＩＴ方式のＣＣＤ撮像素子を用いた場合を例に採
って説明するものとする。

【００７０】図１１において、行列状に配列され、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
する複数のセンサ部５１と、これらセンサ部５１の垂直
列ごとに設けられ、各センサ部５１から読み出しゲート
部５２によって読み出された信号電荷を垂直転送するＣ
ＣＤからなる複数本の垂直転送部５３とによって撮像エ
リア５４が構成されている。

【００７１】この撮像エリア５４において、センサ部５
１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなってい
る。このセンサ部５１に蓄積された信号電荷は、読み出
しゲート部５２に読み出しパルスＸＳＧが印加されるこ
とによって垂直転送部５３に読み出される。垂直転送部
５３は、例えば４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４
によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブ
ランキング期間内において１走査線（１ライン）に相当
する部分ずつ順に垂直方向に転送する。

【００７２】ここで、垂直転送部５３において、１相目
および３相目の転送電極は、第１実施形態の場合と同様
に、読み出しゲート部５２のゲート電極を兼ねているこ
とから、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のう
ち、１相目の転送クロックφＶ１と３相目の転送クロッ
クφＶ３が“Ｌ”レベル、“Ｍ”レベルおよび“Ｈ”レ
ベルの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５２の読み出
しパルスＸＳＧとなる。

【００７３】撮像エリア５４の図面上の下側には、ＣＣ
Ｄからなる水平転送部５５が配されている。この水平転
送部５５には、複数本の垂直転送部５３から１ラインに
相当する信号電荷が順次転送される。水平転送部５５
は、例えば２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２によ
って転送駆動され、複数本の垂直転送部５３から移され
た１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の
水平走査期間において順次水平方向に転送する。

【００７４】水平転送部５５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
電荷電圧変換部５６が設けられている。この電荷電圧変
換部５６は、水平転送部５５によって水平転送されてき
た信号電荷を順次信号電圧に変換して出力する。この信
号電圧は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力
ＶＯＵＴとして出力端子５７から導出される。

【００７５】上述したセンサ部５１、読み出しゲート部
５２、垂直転送部５３、水平転送部５５および電荷電圧
変換部５６等は基板５８上に形成される。以上により、
インターライン転送方式のＣＣＤ撮像素子５０が構成さ
れている。

【００７６】このＣＣＤ撮像素子５０を駆動するための
先述した垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水平転
送クロックφＨ１，φＨ２は、タイミング発生回路５９
で発生される。このタイミング発生回路５９は、ＣＣＤ
撮像素子５０を駆動する駆動手段として機能する。ここ
で、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目，
３相目の垂直転送クロックφＶ１／φＶ３については、
後述する間引き読み出しを実現するために、例えば２系
統の垂直転送クロックφＶ１Ａ，φＶ１Ｂ／φＶ３Ａ，
φＶ３Ｂが発生される。

【００７７】図１２に、間引き読み出しを実現するため
の垂直転送部５３の転送電極の配線パターン例を示す。
ここでは、行方向（垂直方向）において４画素を繰り返
し単位として、前半の２画素については信号電荷を読み
出し、後半の２画素については信号電荷を読み出さない
場合、即ち２ラインおきに２ラインずつ間引く間引き読
み出しの場合を例に採って示している。

【００７８】図１２において、垂直転送クロックφＶ１
Ａ，φＶ１Ｂ，φＶ２，φＶ３Ａ，φＶ３Ｂ，φＶ４を
伝送するために計６本のバスライン６２-1〜６２-6が配
線されている。そして、垂直転送クロックφＶ１Ａを伝
送するバスライン６２-1には１相目の転送電極６３-1が
３画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ１Ｂを伝
送するバスライン６２-2にはバスライン６２-1に接続さ
れた以外の１相目の転送電極２４-1が３画素おきに接続
され、垂直転送クロックφＶ２を伝送するバスライン６
２-3には４相目の転送電極６３-4が１画素おきに接続さ
れている。

【００７９】また、垂直転送クロックφＶ３Ａを伝送す
るバスライン６２-4には３相目の転送電極６３-3が３画
素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ３Ｂを伝送す
るバスライン６２-5にはバスライン６２-4に接続された
以外の３相目の転送電極６３-3が３画素おきに接続さ
れ、垂直転送クロックφＶ４を伝送するバスライン６２
-6には２相目の転送電極２４-2が１画素おきに接続され
ている。

【００８０】垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φ
Ｖ３Ａ／φＶ３Ｂは、先述したように、その３値目の
“Ｈ”レベルのパルスがセンサ部５１から信号電荷を読
み出すときに読み出しゲート部５２を駆動する読み出し
パルスＸＳＧとなる。そして、フレーム読み出し動作の
際には、図１３（Ａ）に示すように、垂直転送クロック
φＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂの各々に読み
出しパルスＸＳＧが立つのに対して、ライン間引き動作
の際には、図１３（Ｂ）に示すように、垂直転送クロッ
クφＶ１Ａ，φＶ３Ａのみに読み出しパルスＸＳＧが立
つことになる。

【００８１】再び図１において、タイミング発生回路５
９は、垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ），φＶ２，φ
Ｖ３（Ａ／Ｂ），φＶ４や水平転送クロックφＨ１，φ
Ｈ２以外にも、電子シャッタ時に、センサ部５１の各々
に蓄積された信号電荷を、一斉に基板５８に掃き出すた
めに当該基板５８に印加するシャッタパルスφＳＵＢな
どの各種のタイミング信号をも適宜発生する構成となっ
ている。

【００８２】基板５８の外部には、当該基板５８をバイ
アスする基板バイアスＶｓｕｂを発生する基板バイアス
発生回路６０が設けられている。この基板バイアス発生
回路６０で生成された基板バイアスＶｓｕｂは、ダイオ
ードＤを経た後端子６１を介して基板５８に印加され
る。この基板バイアスＶｓｕｂの電圧値により、ＣＣＤ
撮像素子５０のセンサ部５１の飽和信号電荷量が決ま
る。その原理は、第１実施形態に係る固体撮像装置にお
いて説明した通りである。

【００８３】一方、タイミング発生回路５９で発生され
るシャッタパルスφＳＵＢは、コンデンサＣで直流カッ
トされた後、端子６１を介して基板５８に印加される。
端子６１とグランドとの間には抵抗Ｒが接続されてい
る。なお、ダイオードＤは、シャッタパルスφＳＵＢの
“Ｌ”レベルを基板バイアスＶｓｕｂの直流レベルにク
ランプする作用をなす。

【００８４】なお、本例では、基板バイアス発生回路６
０を基板５８の外部に設ける構成を採っているが、第１
実施形態の場合と同様に、基板バイアス発生回路６０を
ダイオードＤと共に基板５８上に形成する構成を採るこ
とも可能である。

【００８５】この基板バイアス発生回路６０は、動作モ
ードに応じて基板バイアスＶｓｕｂの電圧値を変えるこ
とで、センサ部５１の飽和信号電荷量を例えば２段階に
切り換える飽和信号電荷量設定手段として機能する。す
なわち、一例として、フレーム読み出しモードと特殊読
み出しモードとで異なる電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ
を発生するようになっている。

【００８６】ここで、特殊読み出しモードとは、読み出
しゲート部５２に対して所定の繰り返し単位ごとに読み
出しパルスＸＳＧを印加して、一部のラインの画素の信
号電荷のみを読み出す間ライン引き読み出し動作と、垂
直転送部５３内および水平転送部５５内の少なくとも一
方でｎ画素（ｎ≧２）の信号電荷を加算する加算読み出
し動作との組み合わせによる動作モードのことを言う。

【００８７】具体的には、基板バイアス発生回路６０
は、制御電圧ＤＣＩＮが“Ｌ”レベルとなるフレーム読
み出しモードでは基板バイアスＶｓｕｂ１を発生し、制
御電圧ＤＣＩＮが“Ｈ”レベルとなる特殊読み出しモー
ドでは基板バイアスＶｓｕｂ１よりも高い電圧値の基板
バイアスＶｓｕｂ２を発生する。ここで、フレーム読み
出しモード時の基板バイアスＶｓｕｂ１の電圧値は、デ
バイス個々の製造ばらつきに伴うセンサ部５１における
後述するオーバーフローバリアのポテンシャルのばらつ
きを考慮して基板５８ごとに最適値に設定される。

【００８８】これに対して、特殊読み出しモード時の基
板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値は、垂直転送部５３内お
よび水平転送部５５内の少なくとも一方でＮ画素分（Ｎ
≧２）の信号電荷の加算が行われる場合、センサ部５１
の飽和信号電荷量がフレーム読み出しモード時の飽和信
号電荷量の約１／Ｎになるように設定される。このよう
に、特殊読み出しモード時には、基板バイアス発生回路
６０からフレーム読み出しモード時の基板バイアスＶｓ
ｕｂ１よりも高い電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２が発
生されることで、センサ部６１の飽和信号電荷量がフレ
ーム読み出しモード時の約１／Ｎになる。

【００８９】次に、上記構成の第２実施形態に係る固体
撮像装置における特殊読み出しモードでの動作について
説明する。

【００９０】（第１具体例）第１具体例に係る固体撮像
装置では、色分離が可能なように、図１１のＣＣＤ撮像
素子５０として、図１４に示すように、補色の２×８配
列のカラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるも
のとする。そして、本具体例に係る特殊読み出しモード
では、行方向（垂直方向）において例えば４画素を繰り
返し単位として、その４画素のうちの２画素についての
みセンサ部５１から信号電荷を読み出すライン間引き動
作に加えて、垂直転送部５３内で例えば２画素分の信号
電荷を加算する加算読み出し動作が行われるものとす
る。

【００９１】先ず、特殊読み出しモードが設定される
と、基板バイアス発生回路６０に対して“Ｈ”レベルの
制御電圧ＤＣＩＮが与えられる。すると、基板バイアス
発生回路６０は、垂直転送部５３内で加算する画素数に
対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を発生する。
本具体例では、垂直転送部５３内で２画素分の信号電荷
の加算が行われることから、それに対応して基板バイア
スＶｓｕｂ２の電圧値が設定される。

【００９２】このように、垂直転送部５３内での計２画
素分の信号電荷の加算に対応した電圧値の基板バイアス
Ｖｓｕｂ２で基板５８をバイアスすることで、この特殊
読み出しモード時のセンサ部５１の飽和信号電荷量が、
フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／２
に設定される。

【００９３】ここで、このライン間引き＋垂直転送部５
３内２画素加算の場合の特殊読み出しモード時の動作に
ついて、図１５および図１６のタイミングチャートを用
いて説明する。図１５は４相の垂直転送クロックφＶ１
（Ａ／Ｂ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ），φＶ４の垂直
同期タイミングを、図１６は水平同期タイミングをそれ
ぞれ示している。また、図１４において、各画素の横に
は、各画素に与えられる２系統の垂直転送クロックφＶ
１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂと各画素との対応
関係を示している。

【００９４】先ず、図１５のタイミングチャートにおい
て、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，
３相目の垂直転送クロックφＶ１Ａ，φＶ３Ａに“Ｈ”
レベルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、行方向に
おいて２画素ごとに２画素おきにセンサ部５１の信号電
荷が垂直転送部５３に読み出される。これが、本具体例
でのライン間引き動作である。そして、読み出された２
画素ごとの信号電荷は、垂直転送部５３内で加算され
る。

【００９５】具体的には、図１４から明らかなように、
１行目の各画素と２行目の各画素について、５行目の各
画素と６行目の各画素について、９行目の各画素と１０
行目の各画素について、……という具合に、２画素を単
位としてセンサ部５１から信号電荷が垂直転送部５３に
読み出され、かつ垂直転送部５３内において読み出され
た２画素ごとに信号電荷の加算が行われる。

【００９６】そして、２画素加算された２行分の信号電
荷を１ライン分の信号電荷として、水平ブランキング期
間において、４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／
Ｂ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ），φＶ４の図１６に示
すタイミング関係によって２ライン分の垂直転送が行わ
れる。このとき、後の１ライン分については、ライン間
引き動作によって信号電荷が存在しないことから、水平
転送部５５には１ライン分の信号電荷が転送される。こ
の１ライン分の信号電荷は、水平転送部５５によって順
に水平転送され、電荷電圧変換部５６で信号電圧に変換
されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力される。

【００９７】上述したように、フレーム読み出しモード
と特殊読み出しモードの２つの動作モードをとり得るＣ
ＣＤ撮像素子５０を備えた固体撮像装置において、特殊
読み出しモードの設定時に、行方向において２画素ごと
に２画素おきにセンサ部５１からの信号電荷の読み出し
を間引く（ライン間引き）とともに、読み出した信号電
荷については垂直転送部５３内で２画素ごとに加算する
ようにしたことにより、信号電荷を間引かずかつ加算す
ることなく独立に垂直転送する場合に比べて出力ライン
数が１／４になるため、フレームレートがフレーム読み
出しモードに対して４倍になる。

【００９８】しかも、特殊読み出しモードの設定時に
は、センサ部５１の飽和信号電荷量をフレーム読み出し
モード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定するように
したことにより、フレーム読み出しモードで読み出され
た信号電荷と、垂直転送部５３内で加算した２画素分の
信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部５１
が飽和またはそれに近い状態にあっても、２画素加算に
伴って垂直転送部５３内および水平転送部５５内で信号
電荷が溢れるのを未然に防止できる。

【００９９】なお、上記第１具体例に係る加算読み出し
動作では、垂直転送部５３内で２画素加算を行うとした
が、２画素加算に限られるものではなく、３画素以上の
信号電荷を垂直転送部５３内で加算することも可能であ
る。この場合、加算する画素数をｎ個（ｎ≧２）とした
場合、基板バイアス発生回路６０で発生される基板バイ
アスＶｓｕｂ２で決まるセンサ部５１の飽和信号電荷量
を、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１
／ｎに設定することで、画素加算に伴う垂直転送部５３
内および水平転送部５５内での信号電荷の溢れを防止で
きる。

【０１００】（第２具体例）第２具体例に係る固体撮像
装置では、図１１のＣＣＤ撮像素子５０として、図１７
に示すように、原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の２×２配列のカラ
ーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるものとす
る。そして、本具体例に係る特殊読み出しモードでは、
行方向において例えば１６画素を繰り返し単位として、
その１６画素のうちの４画素についてのみセンサ部５１
から信号電荷を読み出す、換言すれば１６画素につき１
２画素の信号電荷を間引くライン間引き動作に加えて、
水平転送部５５内で例えば２ライン分の信号電荷を加算
する加算読み出し動作が行われるものとする。

【０１０１】この第２具体例に係る特殊読み出しモード
では、水平転送部５５内で２ライン（２画素）分の信号
電荷の加算が行われることから、その加算ライン数に対
応して基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値が設定される。
これにより、特殊読み出しモード時のセンサ部５１の飽
和信号電荷量が、フレーム読み出しモード時の飽和信号
電荷量の約１／２に設定される。

【０１０２】また、１６画素につき１２画素を間引くラ
イン間引き動作を実現するために、垂直転送クロックφ
Ｖ１〜φＶ４のうち、１相目，３相目の垂直転送クロッ
クφＶ１，φＶ３については、３系統の垂直転送クロッ
クφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ／φＶ１Ｃ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ
／φＶ３Ｃが、タイミング発生回路５９で生成されるこ
とになる。

【０１０３】ここで、このライン間引き＋水平転送部５
２内２ライン加算の場合の特殊読み出しモード時の動作
について、図１８および図１９のタイミングチャートを
用いて説明する。図１８は４相の垂直転送クロックφＶ
１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φ
Ｖ４の垂直同期タイミングを、図１９は水平同期タイミ
ングをそれぞれ示している。

【０１０４】また、図１７において、各画素の横には、
各画素に与えられる３系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ
／φＶ１Ｂ／φＶ１Ｃ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ３Ｃ
についての各画素との対応関係を示している。なお、垂
直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３
（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の各画素への伝送系について
は、図１２に示した配線原理に則ってパターン配線され
るものとする。

【０１０５】先ず、図１８のタイミングチャートにおい
て、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，
３相目の垂直転送クロックφＶ１Ａ，φＶ３Ａに“Ｈ”
レベルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、行方向に
おいて１６画素を繰り返し単位として、その１６画素の
うちの４画素についてのみセンサ部５１の信号電荷が垂
直転送部５３に読み出される。換言すれば、１６画素に
ついて１２画素の信号電荷が間引かれる。これが、これ
が本具体例でのライン間引き動作である。

【０１０６】具体的には、図１７から明らかなように、
１行目から１６行目を繰り返し単位とし、１行目、３行
目、１０行目および１２行目の各画素についてのみ信号
電荷が読み出され、残りの２行目、４行目〜９行目、１
１行目、１３行目〜１６行目の各画素については信号電
荷が間引かれることになる。そして、読み出された各信
号電荷は、垂直転送部５３内で加算されることなく、順
次垂直転送されて水平転送部５５に供給される。

【０１０７】この垂直転送部５３から水平転送部５５へ
の信号電荷の転送の際には、水平ブランキング期間にお
いて、４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），
φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の図１９に示す
タイミング関係によって４ライン（４行）単位で垂直転
送が行われる。これにより、最初の４ライン分について
見れば、１ライン目、３ライン目についてのみ信号電荷
が存在することから、２ライン（２画素）分の信号電荷
が水平転送部５５内で加算されることになる。その後、
水平転送部５５によって順に水平転送され、電荷電圧変
換部５６で信号電圧に変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴと
して出力される。

【０１０８】上述したように、特殊読み出しモードの設
定時に、行方向において１６画素を繰り返し単位とし
て、その１６画素のうちの１２画素についてセンサ部５
１からの信号電荷の読み出しを間引く（ライン間引き）
とともに、読み出した信号電荷については水平転送部５
５内で２ライン分を加算するようにしたことにより、信
号電荷を間引かずかつ加算することなく独立に垂直転送
する場合に比べて出力ライン数が１／８（＝４／１６÷
２）になるため、フレームレートがフレーム読み出しモ
ードに対して８倍になる。

【０１０９】しかも、特殊読み出しモードの設定時に
は、センサ部５１の飽和信号電荷量をフレーム読み出し
モード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定するように
したことにより、フレーム読み出しモードで読み出され
た信号電荷と、水平転送部５５内で加算した２ライン分
の信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部５
１が飽和またはそれに近い状態にあっても、２ライン加
算に伴って水平転送部５５内で信号電荷が溢れるのを未
然に防止できる。

【０１１０】なお、上記第２具体例に係る加算読み出し
動作では、水平転送部５５内で２ライン加算を行うとし
たが、２ライン加算に限られるものではなく、例えば第
２具体例のように、１６ラインを繰り返し単位としてそ
のうちの４ライン分の信号電荷を読み出す場合には、そ
の読み出した４ライン分の信号電荷を水平転送部５５内
でライン加算することも可能である。この場合には、特
殊読み出しモード時の飽和信号電荷量をフレーム読み出
しモード時の約１／４に設定すれば良い。

【０１１１】また、水平転送部５５での加算ライン数を
１つに固定する必要はなく、このライン加算モードにつ
いては、例えば加算ライン数がｘ個（ｘ≧２）の場合と
ｙ個（ｘ＞ｙ）の場合の２種類以上の動作モードを設定
し、それを適宜選択できるようにすることも可能であ
る。この場合には、各動作モード時の飽和信号電荷量が
フレーム読み出しモード時の約１／ｘ と約１／ｙとな
るように、基板バイアス発生回路６０で発生される基板
バイアスＶｓｕｂ２を、各動作モードに応じて切り換え
るようにすれば良い。

【０１１２】（第３具体例）第３具体例に係る固体撮像
装置では、色分離が可能なように、図１１のＣＣＤ撮像
素子５０として、図２０に示すように、原色の２×２配
列のカラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるも
のとする。そして、本具体例に係る特殊読み出しモード
では、行方向において例えば１６画素を繰り返し単位と
して、その１６画素のうちの８画素についてのみセンサ
部５１から信号電荷を読み出す、換言すれば１６画素に
つき８画素の信号電荷を間引くライン間引き動作に加え
て、水平転送部５５内で例えば４ライン分の信号電荷を
加算する加算読み出し動作が行われるものとする。

【０１１３】この第３具体例に係る特殊読み出しモード
では、水平転送部５５内で４ライン（４画素）分の信号
電荷の加算が行われることから、その加算ライン数に対
応して基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値が設定される。
これにより、特殊読み出しモード時のセンサ部５１の飽
和信号電荷量が、フレーム読み出しモード時の飽和信号
電荷量の約１／４に設定される。

【０１１４】また、１６画素につき８画素を間引くライ
ン間引き動作を実現するために、垂直転送クロックφＶ
１〜φＶ４のうち、１相目，３相目の垂直転送クロック
φＶ１，φＶ３については、第２具体例の場合と同様
に、３系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ／φ
Ｖ１Ｃ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ３Ｃが、タイミング
発生回路５９で生成されることになる。

【０１１５】ここで、このライン間引き＋水平転送部５
２内４ライン加算の場合の特殊読み出しモード時の動作
について、図２１および図２２のタイミングチャートを
用いて説明する。図２１は４相の垂直転送クロックφＶ
１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φ
Ｖ４の垂直同期タイミングを、図２２は水平同期タイミ
ングをそれぞれ示している。

【０１１６】また、図２０において、各画素の横には、
各画素に与えられる３系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ
／φＶ１Ｂ／φＶ１Ｃ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ３Ｃ
についての各画素との対応関係を示している。なお、垂
直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３
（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の各画素への伝送系について
は、図１２に示した配線原理に則ってパターン配線され
るものとする。

【０１１７】先ず、図２１のタイミングチャートにおい
て、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，
３相目の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３
Ａ／φＶ３Ｂに“Ｈ”レベルの読み出しパルスＸＳＧが
立つことで、行方向において１６画素を繰り返し単位と
して、その１６画素のうちの８画素についてのみセンサ
部５１の信号電荷が垂直転送部５３に読み出される。換
言すれば、１６画素について８画素の信号電荷が間引か
れる。これが、本具体例でのライン間引き動作である。

【０１１８】具体的には、図２０から明らかなように、
１行目から１６行目を単位とし、１行目、３行目、５行
目、７行目、１０行目、１２行目、１４行目および１６
行目の各画素について信号電荷が読み出され、残りの２
行目、４行目、６行目、８行目、９行目、１１行目、１
３行目および１５行目の各画素については信号電荷が間
引かれることになる。そして、読み出された各信号電荷
は、垂直転送部５３内で加算されることなく、順次垂直
転送されて水平転送部５５に供給される。

【０１１９】この垂直転送部５３から水平転送部５５へ
の信号電荷の転送の際には、水平ブランキング期間にお
いて、４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），
φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の図２２に示す
タイミング関係によって４ライン（４行）単位で垂直転
送が行われる。これにより、最初の４ライン分について
見れば、１ラインおきに信号電荷が存在することから、
４ライン（２画素）分の信号電荷が水平転送部５５内で
加算されることになる。その後、水平転送部５５によっ
て順に水平転送され、電荷電圧変換部５６で信号電圧に
変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力される。

【０１２０】上述したように、特殊読み出しモードの設
定時に、行方向において１６画素を繰り返し単位とし
て、その１６画素のうちの８画素についてセンサ部５１
からの信号電荷の読み出しを間引く（ライン間引き）と
ともに、読み出した信号電荷については水平転送部５５
内で４ライン分を加算するようにしたことにより、信号
電荷を間引かずかつ加算することなく独立に垂直転送す
る場合に比べて出力ライン数が１／８（＝８／１６÷
４）になるため、フレームレートがフレーム読み出しモ
ードに対して８倍になる。

【０１２１】しかも、特殊読み出しモードの設定時に
は、センサ部５１の飽和信号電荷量をフレーム読み出し
モード時の飽和信号電荷量の約１／４に設定するように
したことにより、フレーム読み出しモードで読み出され
た信号電荷と、水平転送部５５内で加算した４ライン分
の信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部５
１が飽和またはそれに近い状態にあっても、４ライン加
算に伴って水平転送部５５内で信号電荷が溢れるのを未
然に防止できる。

【０１２２】なお、上記第３具体例に係る加算読み出し
動作では、水平転送部５５内で４ライン加算を行うとし
たが、４ライン加算に限られるものではなく、例えば第
３具体例ように、１６ラインを繰り返し単位としてその
うちの８ライン分の信号電荷を読み出す場合には、その
読み出した８ライン分の信号電荷を水平転送部５５内で
ライン加算することも可能である。この場合には、特殊
読み出しモード時の飽和信号電荷量をフレーム読み出し
モード時の約１／８に設定すれば良い。

【０１２３】また、水平転送部５５での加算ライン数を
１つに固定する必要はなく、このライン加算モードにつ
いては、例えば加算ライン数がｘ個（ｘ≧２）の場合と
ｙ個（ｙ＞ｘ）の場合の２種類以上の動作モードを設定
し、それを適宜選択できるようにすることも可能であ
る。この場合には、各動作モード時の飽和信号電荷量が
フレーム読み出しモード時の約１／ｘ と約１／ｙとな
るように、基板バイアス発生回路６０で発生される基板
バイアスＶｓｕｂ２を、各動作モードに応じて切り換え
るようにすれば良い。

【０１２４】以上説明した第１，第２実施形態では、各
画素から読み出した信号電荷を独立に垂直転送する読み
出し方式が、インターレースに対応したフレーム読み出
し方式のＣＣＤ撮像素子に適用した場合を例に採って説
明したが、これに限られるものではなく、全画素の信号
電荷を同一時刻に一斉に読み出し、かつ各画素の信号電
荷を独立に転送する全画素読み出し方式のＣＣＤ撮像素
子にも同様に適用可能である。

【０１２５】また、上記各実施形態においては、画素加
算あるいはライン加算の際の各画素の飽和信号電荷量
を、縦型オーバーフロードレイン構造（図３を参照）を
有するＣＣＤ撮像素子において、基板バイアスＶｓｕｂ
を通常の動作モード時と変えることによって設定する構
成としたが、これに限定されるものではない。

【０１２６】例えば、画素ごとにオーバーフロードレイ
ンを有するいわゆる横型オーバーフロードレイン構造を
有するＣＣＤ撮像素子においては、各画素のオーバーフ
ローバリアのポテンシャルを決める直流バイアスを動作
モードに応じて変えることによっても、画素加算あるい
はライン加算の際の各画素の飽和信号電荷量を設定する
ことができる。

【０１２７】また、水平転送部内でのみ加算を行う動作
モードを採る場合には、垂直転送部から水平転送部へ信
号電荷を転送するＶ‐Ｈ転送領域において、垂直転送部
ごとに転送チャネルの横にオーバーフロードレインを設
けるとともに、そのオーバーフローバリアのポテンシャ
ルを直流バイアスによって決める構成とし、その直流バ
イアスを動作モードに応じて変えることにより、ライン
加算の際の各画素の飽和信号電荷量を設定するようにす
ることもできる。

【０１２８】図２３は、上記各実施形態に係る固体撮像
装置を撮像デバイスとして用いた本発明に係るカメラシ
ステムの概略構成図である。本カメラシステムは、例え
ばデジタルスチルカメラとして用いられる。

【０１２９】本カメラシステムにおいて、ＣＣＤ撮像素
子７１として、先述した第１実施形態に係るＣＣＤ撮像
素子、即ちフレーム読み出し（又は、全画素読み出し）
と、垂直転送部内画素加算又は水平転送部内ライン加算
との組み合わせによる読み出しが可能なＣＣＤ撮像素子
や、第２実施形態に係るＣＣＤ撮像素子、即ちフレーム
読み出し（又は、全画素読み出し）と、間引き読み出し
と垂直転送部内画素加算又は水平転送部内ライン加算と
の組み合わせによる読み出しが可能なＣＣＤ撮像素子が
用いられる。

【０１３０】ＣＣＤ撮像素子７１の撮像面上には、被写
体（図示せず）から入射される像光が、レンズ７２等の
光学系を通して結像される。このＣＣＤ撮像素子７１
は、先述したタイミング発生回路１１／５９などを含む
ＣＣＤ駆動回路７３によって駆動される。ＣＣＤ撮像素
子７１の基板には、基板バイアス発生回路７４で発生さ
れる基板バイアスＶｓｕｂが印加される。この基板バイ
アス発生回路７４として、第１実施形態で説明した基板
バイアス発生回路２０あるいは第２実施形態で説明した
基板バイアス発生回路６０が用いられる。

【０１３１】ＣＣＤ撮像素子７１の出力信号（ＣＣＤ出
力ＶＯＵＴ）は、次段の信号処理回路７５において、自
動ホワイトバランス（ＡＷＢ）調整などの種々の信号処
理が行われた後、撮像信号として外部に出力される。ま
た、ＣＣＤ撮像素子７１の動作モードを設定するための
動作モード設定部７６が設けられている。この動作モー
ド設定部７６では、一例として、静止画を撮影するため
の通常撮像モードと、撮影画像を液晶モニタ等でモニタ
リングするためのモニタリングモードとが設定される。

【０１３２】この動作モード設定部７６で設定された動
作モードを表わすモード情報は、ＣＣＤ駆動回路７３、
基板バイアス発生回路７４および信号処理回路７５に供
給される。ＣＣＤ駆動回路７３は、通常撮像モードの設
定時には、フレーム読み出し動作（又は、全画素読み出
し動作）を行うようにＣＣＤ撮像素子７１を駆動し、モ
ニタリングモードの設定時には、第１実施形態における
第１，第２の具体例で説明した加算読み出し動作、ある
いは第２実施形態における第１〜第３の具体例で説明し
た特殊読み出し動作を行うようにＣＣＤ撮像素子７１を
駆動する。

【０１３３】基板バイアス発生回路７４は、通常撮像モ
ードの設定時には、ＣＣＤ撮像素子７１の個々の製造ば
らつきに伴うセンサ部のオーバーフローバリアのポテン
シャルのばらつきを考慮して最適値に設定された基板バ
イアスＶｓｕｂ１をＣＣＤ撮像素子７１の基板に与え、
モニタリングモードの設定時には、加算画素数をｎ（ｎ
≧２）、加算ライン数をｍ（ｍ≧２）とした場合に、画
素の飽和信号電荷量が通常撮像モード時の約１／ｎ、約
１／ｍ又は約１／（ｎ×ｍ）となるように電圧値が設定
された基板バイアスＶｓｕｂ２を与える。

【０１３４】上述したように、ＣＣＤ撮像素子７１を備
えたカメラシステムにおいて、モニタリングモード時に
は、第１実施形態に係る加算読み出し動作、あるいは第
２実施形態に係る特殊読み出し動作を行うとともに、画
素の飽和信号電荷量を通常撮像モード時の例えば１／２
程度に設定することにより、画素加算あるいはライン加
算に伴う垂直転送部内および水平転送部内での信号電荷
の溢れを防止しつつ、フレームレートを通常撮像モード
時に比べて大幅に上げることができるため、撮影画像を
なめらかな動画としてモニタリングできることになる。

【０１３５】なお、ここでは説明を簡単にするために、
撮影画像を液晶モニタ等でモニタリングする際に、第１
実施形態の加算読み出し動作、あるいは第２実施形態の
特殊読み出し動作を行うとしたが、実際には、ＡＦ制
御、ＡＷＢ制御、ＡＥ制御等を行う際にも、これらの読
み出し動作が行われる。この場合には、各種の自動制御
装置の応答速度を上げることができることから、ＣＣＤ
撮像素子７１の多画素化に対応できるため、より高性能
のカメラシステムを実現できることになる。

【０１３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像素子の動作モードとして、複数のセンサ部から
読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第１の動作
モードと、垂直転送部中で例えば２画素分の信号電荷を
加算して垂直転送する第２の動作モードとを択一的に設
定し、第２の動作モード時には、センサ部の飽和信号電
荷量を第１の動作モード時の飽和信号電荷量の約１／２
に設定するようにしたことにより、第２の動作モードで
は、垂直転送クロックの周波数を上げずに、第１の動作
モードの場合に比べて出力ライン数を１／２にできるた
め、フレームレートを第１の動作モードに対して２倍に
でき、しかも第２の動作モードでの加算後の信号電荷量
が第１の動作モードで読み出された信号電荷量が等しく
なるため、加算された信号電荷が垂直転送部および水平
転送部で溢れるのを未然に防止できることになる。

【０１３７】本発明ではさらに、固体撮像素子の動作モ
ードとして、複数のセンサ部から読み出された信号電荷
を独立に垂直転送する第１の動作モードと、複数のセン
サ部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読
み出した後、垂直転送部中および水平転送部中の少なく
とも一方で例えば２画素分の信号電荷を加算して転送す
る第２の動作モードとを択一的に設定し、第２の動作モ
ード時には、センサ部の飽和信号電荷量を第１の動作モ
ード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定するようにす
るようにしたことにより、第２の動作モードでは、行方
向において例えば４画素を繰り返し単位としてそのうち
の２画素の信号電荷を間引いた際に、第１の動作モード
の場合に比べて出力ライン数を１／４にできるため、フ
レームレートを第１の動作モードに対して４倍にでき、
しかも第２の動作モードでの加算後の信号電荷量が第１
の動作モードで読み出された信号電荷量と等しくなるた
め、加算された信号電荷が垂直転送部および水平転送部
で溢れるのを未然に防止できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を示
す概略構成図である。

【図２】基板バイアス発生回路に与えられる制御電圧Ｄ
ＣＩＮと基板バイアスＶｓｕｂとの関係を示す波形図で
ある。

【図３】センサ部周辺の基板深さ方向の構造を示す断面
図である。

【図４】センサ部周辺の基板深さ方向のポテンシャル図
である。

【図５】第１実施形態の第１具体例を示す概略構成図で
ある。

【図６】第１具体例の場合の垂直同期タイミングチャー
トである。

【図７】第１具体例の場合の水平同期タイミングチャー
トである。

【図８】第１実施形態の第２具体例を示す概略構成図で
ある。

【図９】第２具体例の場合の垂直同期タイミングチャー
トである。

【図１０】第２具体例の場合の水平同期タイミングチャ
ートである。

【図１１】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を
示す概略構成図である。

【図１２】ライン間引き動作を実現するための垂直転送
クロックの伝送系の一例の配線パターン図である。

【図１３】読み出しパルスＸＳＧの波形図であり、
（Ａ）はフレーム読み出し動作モードの場合を、（Ｂ）
はライン間引き動作モードの場合をそれぞれ示してい
る。

【図１４】第２実施形態の第１具体例を示す概略構成図
である。

【図１５】第１具体例の場合の垂直同期タイミングチャ
ートである。

【図１６】第１具体例の場合の水平同期タイミングチャ
ートである。

【図１７】第２実施形態の第２具体例を示す概略構成図
である。

【図１８】第２具体例の場合の垂直同期タイミングチャ
ートである。

【図１９】第２具体例の場合の水平同期タイミングチャ
ートである。

【図２０】第２実施形態の第３具体例を示す概略構成図
である。

【図２１】第３具体例の場合の垂直同期タイミングチャ
ートである。

【図２２】第３具体例の場合の水平同期タイミングチャ
ートである。

【図２３】本発明の係るカメラシステムの構成の一例を
示すブロック図である。

【図２４】フレーム読み出し動作の概念図である。

【図２５】フレーム読み出し動作の場合の垂直同期タイ
ミングチャートである。

【図２６】フレーム読み出し動作の場合の水平同期タイ
ミングチャートである。

【図２７】ライン間引き動作の概念図である。

【図２８】ライン間引き動作の場合の垂直同期タイミン
グチャートである。

【図２９】ライン間引き動作の場合の水平同期タイミン
グチャートである。

【符号の説明】

１０，５０…ＣＣＤ撮像素子、１１，５１センサ部、１
３，５３…垂直転送部、１５，５５…水平転送部、１
６，５６…電荷電圧変換部、１９，５９…タイミング発
生回路、２０，６０…基板バイアス発生回路

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電
   荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転
   送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する
   固体撮像素子と、 前記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立に
   垂直転送する第１の動作モードと、前記垂直転送部中で
   ｎ画素（ｎ≧２）分の信号電荷を加算して垂直転送する
   第２の動作モードとを選択的に設定して前記固体撮像素
   子を駆動する駆動手段と、 前記第２の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷
   量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号
   電荷量の約１／ｎに設定する飽和信号電荷量設定手段と
   を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記駆動手段は、前記第２の動作モード
   時に、前記垂直転送部中でｎ画素分の信号電荷を加算し
   て垂直転送した後に、前記水平転送部中でｍライン（ｍ
   ≧２）分の信号電荷を加算して水平転送するように駆動
   し、 前記飽和信号電荷利用設定手段は、前記第２の動作モー
   ド時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作
   モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／（ｎ
   ×ｍ）に設定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】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電
   荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転
   送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する
   固体撮像素子と、 前記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立に
   垂直転送する第１の動作モードと、前記センサ部から所
   定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した
   後、前記垂直転送部中および前記水平転送部中の少なく
   とも一方でＮ画素（Ｎ≧２）分の信号電荷を加算して転
   送する第２の動作モードとを選択的に設定して前記固体
   撮像素子を駆動する駆動手段と、 前記第２の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷
   量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号
   電荷量の約１／Ｎに設定する飽和信号電荷量設定手段と
   を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記駆動手段は、前記第２の動作モード
   時に、前記垂直転送部中でｎ画素分の信号電荷を加算し
   て垂直転送し、その後前記水平転送部中でｍライン（ｍ
   ≧２）分の信号電荷を加算して水平転送するように駆動
   し、 前記飽和信号電荷利用設定手段は、前記第２の動作モー
   ド時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作
   モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／（ｎ
   ×ｍ）に設定することを特徴とする請求項３記載の固体
   撮像装置。
5. 【請求項５】 前記駆動手段は、前記第２の動作モード
   として、前記水平転送部中でｘライン（ｘ≧２）分の信
   号電荷を加算して水平転送する第１のライン加算モード
   と、ｙライン（ｙ≧ｘ）分の信号電荷を加算して水平転
   送する第２のライン加算モードとの少なくとも２種類の
   モードを設定し、 前記飽和信号電荷利用設定手段は、前記第１のライン加
   算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１
   の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１
   ／ｘに設定し、前記第２のライン加算モード時の前記セ
   ンサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前
   記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｙに設定すること
   を特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電
   荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転
   送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する
   固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、 前記固体撮像素子の動作モードとして、前記複数のセン
   サ部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第
   １の動作モードと、前記垂直転送部中でｎ画素（ｎ≧
   ２）分の信号電荷を加算して垂直転送する第２の動作モ
   ードとを選択的に設定し、 前記第２の動作モード時には、前記センサ部の飽和信号
   電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和
   信号電荷量の約１／ｎに設定することを特徴とする固体
   撮像装置の駆動方法。
7. 【請求項７】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電
   荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転
   送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する
   固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、 前記固体撮像素子の動作モードとして、前記複数のセン
   サ部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第
   １の動作モードと、前記センサ部から所定の繰り返し単
   位の画素のみの信号電荷を読み出した後、前記垂直転送
   部中および前記水平転送部中の少なくとも一方でＮ画素
   （Ｎ≧２）分の信号電荷を加算して転送する第２の動作
   モードとを選択的に設定し、 前記第２の動作モード時には、前記センサ部の飽和信号
   電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和
   信号電荷量の約１／Ｎに設定することを特徴とする固体
   撮像装置の駆動方法。
8. 【請求項８】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電
   荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転
   送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する
   固体撮像素子と、 前記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立に
   垂直転送する第１の動作モードと、前記垂直転送部中で
   ｎ画素（ｎ≧２）分の信号電荷を加算して垂直転送する
   第２の動作モードとを選択的に設定して前記固体撮像素
   子を駆動する駆動手段と、 前記第２の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷
   量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号
   電荷量の約１／ｎに設定する飽和信号電荷量設定手段と
   を備えたことを特徴とするカメラシステム。
9. 【請求項９】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電
   荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転
   送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する
   固体撮像素子と、 前記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立に
   垂直転送する第１の動作モードと、前記センサ部から所
   定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した
   後、前記垂直転送部中および前記水平転送部中の少なく
   とも一方でＮ画素（Ｎ≧２）分の信号電荷を加算して転
   送する第２の動作モードとを選択的に設定して前記固体
   撮像素子を駆動する駆動手段と、 前記第２の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷
   量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号
   電荷量の約１／Ｎに設定する飽和信号電荷量設定手段と
   を備えたことを特徴とするカメラシステム。