JP2003009009A

JP2003009009A - 固体撮像装置およびその駆動方法

Info

Publication number: JP2003009009A
Application number: JP2001188262A
Authority: JP
Inventors: Yukio Fujita; 幸生藤田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】オートフォーカス等の自動制御時においても安
定した高フレームレートと低消費電力を達成することが
できる固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。【解決手段】撮像領域１０において水平および垂直方向
に複数のセンサ部１１が配され、センサ部１１で発生し
た信号電荷を所定の駆動信号に応じて垂直および水平方
向に転送して撮像信号を得る固体撮像装置であって、各
センサ部１１毎に対応して設けられた読み出しゲート部
１２と、読み出しゲート部１２に読み出し電圧を印加し
て、センサ部１１から信号電荷を読み出すとともに、当
該信号電荷を転送する駆動信号を印加する駆動部２ａと
を有し、駆動部２ａは、撮像領域の中央部および周辺部
に配された読み出しゲート部に、それぞれ独立に読み出
し電圧を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、固体撮像
装置およびその駆動方法に関し、特に各画素から信号電
荷を間引いて読み出すいわゆる間引き読み出し駆動が可
能な固体撮像装置およびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のデジタルスチルカメラの高画質化
に伴い、固体撮像素子の画素数が増加する傾向にある。
しかし、多画素になれば、必然的にフレームレートが低
くなってしまう。

【０００３】デジタルスチルカメラには、オートフォー
カス（ＡＦ：Auto Focus) 、オートホワイトバランス
（ＡＷ：Auto White balance) 、自動露光（ＡＥ：Auto
Exposure)といった自動制御装置が備えられているが、
これらの制御は固体撮像素子から得られる信号を使用し
て行われている。

【０００４】画素数の多い固体撮像素子の場合、上述し
たように、フレームレートが低い、すなわち、固体撮像
素子の出力信号の周期が長いので、自動制御の応答時間
が遅くなるという問題が出てくる。

【０００５】固体撮像素子のフレームレートを高くする
方法の一つとして、出力信号のデータレートを高くする
方法がある。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、またクロック数が高くなることに伴って、
消費電力が増大したり、垂直および水平転送の劣化やＳ
／Ｎ比の劣化等の問題が新たに発生し、好ましくない。

【０００６】もう一つの方法としては、所定の繰り返し
単位の読み出しゲート部毎に読み出し電圧を印加して、
一部のラインのみ信号を読み出すことにより、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、いわ
ゆるライン間引き動作がある。

【０００７】図１５は、このライン間引き動作を行う場
合の固体撮像装置の概略構成図である。図１６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、垂直方向の１２画素中４画素のみの信号電荷を読み
出す場合を例に採って説明する。

【０００８】このライン間引き動作を行う場合には、撮
像領域１０の不図示の垂直転送部において、予め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
を発生させることになる。そして、間引き時には、φＶ
１ＡおよびφＶ３Ａのみに読み出し電圧を加える。

【０００９】図１６に示すように、ライン間引き動作で
は、例えば、行方向（垂直方向）において１２画素を繰
り返し単位とし、この１２画素のうち４画素のみの信号
電荷を読み出し、水平ブランキング期間中で６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
パケットとを加算する。

【００１０】すなわち、図１６において、下から１画素
目から６画素目までの信号電荷が水平転送部１４で加算
され、また、下から７画素目から１２画素目までの信号
電荷が水平転送部１４で加算される。これは、４／１２
ライン間引きといわれ、データレートを高速にする必要
もなくフレームレートを高くすることが可能となるた
め、現在よく利用されている。

【００１１】上記の間引き方法を利用してのオートフォ
ーカス（ＡＦ）用駆動方法の一連動作について、図１７
〜図１９を用いて説明する。

【００１２】まず、図１７（ａ）に示すように、撮像領
域１０の全体について、垂直方向における１２画素中か
ら４画素のみの信号電荷を読み出す。ここで、撮像領域
１０を撮像領域Ａ、撮像領域Ｂ、撮像領域Ｃと分けた場
合に、オートフォーカス（ＡＦ）時に信号処理する信号
は、主として中央部の撮像領域Ａの信号電荷Ａｅであ
り、撮像領域Ｂの信号電荷Ｂｅおよび撮像領域Ｃの信号
電荷Ｃｅは不要な信号電荷となる。

【００１３】次に、図１７（ｂ）に示すように、垂直転
送により撮像領域Ｃの信号電荷Ｃｅを水平転送部１４へ
転送して、水平転送部１４により信号電荷Ｃｅを不要信
号として掃き出していく。

【００１４】次に、図１８（ｃ）に示すように、垂直転
送により撮像領域Ａの信号電荷Ａｅを水平転送部１４へ
転送して、出力部１８から所望の撮像信号として出力す
る。

【００１５】次に、図１８（ｄ）に示すように、残った
不要信号Ｂｅを、通常の垂直転送よりも高速に垂直転送
して掃き出す。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
図１８（ｄ）の不要信号Ｂｅの高速掃き出しによる時間
のロスが発生し、また、高速掃き出しを行うために電力
を消費してしまうという問題がある。

【００１７】ここで、図１９（ｃ）に示すように、垂直
転送により撮像領域Ａの信号電荷Ａｅを水平転送部１４
へ転送して、出力部１８から所望の撮像信号として出力
した後、不要信号Ｂｅの高速掃き出しを行わずに、図１
９（ｅ）に示すように、次の信号を読み出してフレーム
レートを上げることもできるが、信号を読み出すときに
掃き捨てなかった不要信号Ｂｅは、次に読み出す撮像領
域Ｃの不要信号Ｃｅ’と垂直転送部において重ねられる
ことになる。

【００１８】この時に、垂直転送部のダイナミックレン
ジが不足していると、垂直転送の際に、不要信号Ｂｅ＋
Ｃｅ’と必要な領域の信号Ａｅ’とが混ざってしまう恐
れがある。この問題は、従来例において、図１５に示す
ように、撮像領域１０の全領域において、４／１２間引
きを行えるように読み出し電極が形成されているため
に、撮像領域Ｂおよび撮像領域Ｃの不要領域においても
信号が読み出されていることに起因している。

【００１９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、オートフォーカス等の自動制御時
においても安定した高フレームレートと低消費電力を達
成することができる固体撮像装置およびその駆動方法を
提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、撮像領域において水平お
よび垂直方向に複数のセンサ部が配され、前記センサ部
で発生した信号電荷を所定の駆動信号に応じて垂直およ
び水平方向に転送して撮像信号を得る固体撮像装置であ
って、前記各センサ部毎に対応して設けられた読み出し
ゲート部と、前記読み出しゲート部に読み出し電圧を印
加して、前記センサ部から前記信号電荷を読み出し、当
該信号電荷を転送する前記駆動信号を印加する駆動部と
を有し、前記駆動部は、前記撮像領域の中央部および周
辺部に配された前記読み出しゲート部に、それぞれ独立
に読み出し電圧を印加する。

【００２１】前記撮像領域の中央部および周辺部におけ
る複数の前記読み出しゲート部は、それぞれ垂直方向に
おいて所定の繰り返し単位で共通接続されており、前記
駆動部は、前記撮像領域の中央部および周辺部におい
て、それぞれ共通接続された複数の前記読み出しゲート
部毎に、前記読み出し電圧を印加する。

【００２２】前記駆動部は、第１の動作モード時におい
て、前記撮像領域の中央部における前記読み出しゲート
部に前記読み出し電圧を印加し、当該動作モードに応じ
た前記駆動信号を印加する。

【００２３】前記駆動部は、第１の動作モード時におい
て、前記撮像領域の中央部における複数の前記読み出し
ゲート部のうち、一部の前記共通接続された前記読み出
しゲート部のみに前記読み出し電圧を印加し、当該動作
モードに応じた前記駆動信号を印加する。

【００２４】前記駆動部は、第２の動作モード時におい
て、前記撮像領域の中央部および周辺部における複数の
前記読み出しゲート部のうち、一部の共通接続された前
記読み出しゲート部のみにそれぞれ前記読み出し電圧を
印加し、当該動作モードに応じた前記駆動信号を印加す
る。

【００２５】前記駆動部は、第３の動作モード時におい
て、前記撮像領域の中央部および周辺部における全セン
サ部に対応する前記読み出しゲート部にそれぞれ前記読
み出し電圧を印加し、当該動作モードに応じた前記駆動
信号を印加する。

【００２６】上記の本発明の固体撮像装置によれば、撮
像領域においてセンサ部に光が入射すると、当該センサ
部により光電変換されて入射光量に応じた信号電荷が発
生する。例えば、オートフォーカス時などのように、撮
像領域の中央部における信号電荷のみを必要とする場合
には、駆動部により、撮像領域の中央部に配された読み
出しゲート部にのみ読み出し電圧が印加され、撮像領域
の中央部のセンサ部のみの信号電荷が読み出される。そ
して、当該撮像領域の中央部に配されたセンサ部の信号
電荷が垂直転送および水平転送されて、撮像信号として
得られることとなる。上記のように、撮像領域の中央部
における信号電荷のみを読み出すことにより、中央部に
おける信号電荷を垂直転送した後には、撮像領域には不
要な信号がないことから、その直後に、撮像領域の中央
部における信号電荷を読み出して、垂直および水平転送
することができる。また、同様の理由で、撮像領域の中
央部における信号電荷を垂直転送し終わった後には、撮
像領域には不要信号がないことから、消費電力を向上さ
せる原因となる高速掃き出しなどを行う必要もない。

【００２７】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の固体撮像装置の駆動方法は、撮像領域において水平
および垂直方向に配された複数のセンサ部と、前記各セ
ンサ部で発生した信号電荷を読み出す複数の読み出しゲ
ート部と、前記読み出しゲート部を介して読み出された
信号電荷を垂直転送する複数の垂直転送部と、前記複数
の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装置の駆動方法であって、
第１のモード時において、前記撮像領域の中央部に配さ
れた前記読み出しゲート部のみに、読み出し電圧を印加
して信号電荷を読み出すステップと、前記読み出した信
号電荷を垂直方向に転送し、前記水平転送部へ転送する
ステップと、前記読み出した信号電荷を水平方向に転送
するステップとを有する。

【００２８】前記読み出した信号電荷を前記水平転送部
へ転送した直後に、前記撮像領域の中央部に配された前
記読み出しゲート部のみに、前記読み出し電圧を印加し
て信号電荷を読み出すステップをさらに有する。

【００２９】前記撮像領域の中央部および周辺部におけ
る複数の前記読み出しゲート部は、それぞれ垂直方向に
おいて所定の繰り返し単位で共通接続されており、前記
信号電荷を読み出すステップにおいて、前記撮像領域の
中央部において、垂直方向における一部の所定の繰り返
し単位を有する読み出しゲート部のみに前記読み出し電
圧を印加する。

【００３０】前記撮像領域の中央部および周辺部におけ
る複数の前記読み出しゲート部は、それぞれ垂直方向に
おいて所定の繰り返し単位で共通接続されており、第２
の動作モード時において、前記撮像領域の中央部および
周辺部において、垂直方向における一部の所定の繰り返
し単位を有する読み出しゲート部のみにそれぞれ前記読
み出し電圧を印加して、垂直方向における一部のセンサ
部から信号電荷を読み出すステップと、前記読み出した
信号電荷を垂直方向に転送し、前記水平転送部へ転送す
るステップと、前記読み出した信号電荷を水平方向に転
送するステップとを有する。

【００３１】第３の動作モード時において、前記撮像領
域の中央部および周辺部における全センサ部に対応する
読み出しゲート部にそれぞれ読み出し電圧を印加して、
全センサ部から信号電荷を読み出すステップと、前記読
み出した信号電荷を垂直方向に転送し、前記水平転送部
へ転送するステップと、前記読み出した信号電荷を水平
方向に転送するステップとを有する。

【００３２】上記の本発明の固体撮像装置の駆動方法に
よれば、撮像領域においてセンサ部に光が入射すると、
当該センサ部により光電変換されて入射光量に応じた信
号電荷が発生する。例えば、第１の動作モードとして、
オートフォーカス時などのように、撮像領域の中央部に
おける信号電荷のみを必要とする場合には、撮像領域の
中央部に配された読み出しゲート部にのみ読み出し電圧
が印加され、撮像領域の中央部に配されたセンサ部のみ
の信号電荷が読み出される。そして、当該撮像領域の中
央部のセンサ部の信号電荷が垂直転送および水平転送さ
れて、撮像信号として得られることとなる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。なお、本実施形態で
は、インターライン転送（ＩＴ：Interline Transfer）
方式のＣＣＤ（Charge Coupled Device)固体撮像素子を
用いた場合を例に採って説明する。

【００３４】図１は、本実施形態に係る固体撮像装置を
示す概略構成図である。図１に示すように、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ＣＣＤからなる複数本の垂直転送部１３とによ
って撮像領域１０が構成されている。

【００３５】この撮像領域１０において、センサ部１１
は、例えばｐｎ接合のフォトダイオードから構成されて
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へ読み出される。

【００３６】垂直転送部１３は、例えば、４相の垂直転
送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ）、φＶ２、φＶ３
（Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ）、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
所望のライン分ずつ順に垂直方向に転送する。

【００３７】撮像領域１０の図面上の下側には、ＣＣＤ
からなる水平転送部１４が配されている。この水平転送
部１４には、複数本の垂直転送部１３から信号電荷が順
次転送される。水平転送部１４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。

【００３８】水平転送部１４の転送先側の端部には、例
えば、フローティングディフージョンアンプ構成の電荷
−電圧変換部１５と、ＭＯＳトランジスタからなる出力
増幅器１６と、出力端子１７とを有する出力部１８が設
けられている。この電荷−電圧変換部１５は、水平転送
部１４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。この信号電圧が出力増幅器１
６により増幅されて、出力端子１７から、ＣＣＤ出力Ｖ
ｏｕｔとして出力される。

【００３９】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１４、出力部１８等
は半導体基板Ｓｕｂ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固体撮像素子１が構成され
ている。

【００４０】このＣＣＤ固体撮像素子１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２
ａで発生される。このタイミング発生回路２ａは、ＣＣ
Ｄ固体撮像素子１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については、後述する通
常の撮像領域１０の全体の間引き動作および撮像領域１
０の中央部のみの間引き動作を実現するために、例え
ば、それぞれ４系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ
１Ｂ／φＶ１Ｃ／φＶ１Ｄ、およびφＶ３Ａ／φＶ３Ｂ
／φＶ３Ｃ／φＶ３Ｄが発生される。なお、図示はしな
いが、タイミング発生回路２ａは、上述した転送クロッ
ク以外にも、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Ｓｕｂに掃き出すた
めに当該基板Ｓｕｂに印加するシャッタパルスなどの各
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。

【００４１】図２は、撮像領域１０の具体的な構成の一
例を示す平面パターン図である。垂直転送部１３は、半
導体基板上に形成された転送チャネルＣＨと、この転送
チャネルＣＨの上方にその転送方向に繰り返し配列され
た４相の転送電極ＴＥ１〜ＴＥ４とから構成されてい
る。

【００４２】これらの転送電極ＴＥ１〜ＴＥ４におい
て、２相目の転送電極ＴＥ２と４相目の転送電極ＴＥ４
が１層目のポリシリコンによって形成され、１相目の転
送電極ＴＥ１と３相目の転送電極ＴＥ３が２層目のポリ
シリコンによって形成された２層電極構造となってい
る。

【００４３】４相の転送電極ＴＥ１〜ＴＥ４には、電荷
転送時に、例えば、４相のクロック信号φＶ１，φＶ
２，φＶ３，φＶ４が印加される。４相のクロック信号
が各転送電極ＴＥ１〜ＴＥ４に印加されると、転送チャ
ネルＣＨのポテンシャルψが順次変化し、その結果、転
送チャネルＣＨ内の電荷が垂直方向に転送される。な
お、上述したように、１相目の転送電極ＴＥ１と３相目
の転送電極ＴＥ３には、それぞれφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ／
φＶ１Ｃ／φＶ１Ｄ、およびφＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ
３Ｃ／φＶ３Ｄのいずれかが印加される。

【００４４】また、１相目および３相目の転送電極ＴＥ
１およびＴＥ３は、センサ部１１の一側部に大きく隣接
するように形成されており、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相目および３相目の
転送電極ＴＥ１およびＴＥ３に印加される転送クロック
φＶ１、φＶ３は、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（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φＲＧとなる。そして、読み
出しゲート部１２の制御用を兼ねた転送電極ＴＥ１、Ｔ
Ｅ３に読み出し電圧φＲＧが印加されると、図２に示す
読み出しゲートＲＯＧから、電荷がセンサ部１１に隣接
する転送チャネルＣＨに転送される。

【００４５】本実施形態に係る固体撮像装置では、図３
に示すように、撮像領域Ａにおいては、４系統に別れた
垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ）およびφＶ
３（Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ）のうち、垂直転送クロックφＶ１
ＡおよびφＶ１Ｂ、φＶ３ＡおよびφＶ３Ｂが印加され
るようになっている。また、撮像領域Ｂおよび撮像領域
Ｃにおいては、垂直転送クロックφＶ１ＣおよびφＶ１
Ｄ、φＶ３ＣおよびφＶ３Ｄが印加されるようになって
いる。

【００４６】図４および図５に、上記の動作を実現する
ための、垂直転送部１３の転送電極の配線パターン例を
示す。ここでは、行（垂直方向）において１２画素を繰
り返し単位として、４画素のみからの信号電荷を読み出
す場合、すなわち、４／１２間引きを行う例について説
明する。なお、図４は、撮像領域Ａにおける配線パター
ン例を示しており、図５は、撮像領域Ｂおよび撮像領域
Ｃにおける配線パターン例を示している。

【００４７】図４および図５に示すように、撮像領域１
０においては、垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ／
Ｄ）、φＶ２、φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ）、およびφＶ
４を転送するための計１０本のバスライン２１−１〜２
１−１０が配線されている。

【００４８】そして、撮像領域Ａにおいては、図４に示
すように、垂直転送クロックφＶ１Ａを伝送するバスラ
イン２１−１には、下から１画素目および３画素目のセ
ンサ部１１に対応する１相目の転送電極ＴＥ１が接続さ
れている。

【００４９】垂直転送クロックφＶ１Ｂを伝送するバス
ライン２１−２には、下から５画素目、７画素目、９画
素目、１１画素目のセンサ部１１に対応する１相目の転
送電極ＴＥ１が接続されている。

【００５０】垂直転送クロックφＶ２を伝送するバスラ
イン２１−５には、全ての２相目の転送電極ＴＥ２が接
続されている。

【００５１】垂直転送クロックφＶ３Ａを伝送するバス
ライン２１−６には、下から８画素目および１０画素目
のセンサ部１１に対応する３相目の転送電極ＴＥ３が接
続されている。

【００５２】垂直転送クロックφＶ３Ｂを伝送するバス
ライン２１−７には、下から２画素目、４画素目、６画
素目、１２画素目のセンサ部１１に対応する３相目の転
送電極ＴＥ３が接続されている。

【００５３】垂直転送クロックφＶ４を伝送するバスラ
イン２１−１０には、全ての４相目の転送電極ＴＥ４が
接続されている。

【００５４】なお、撮像領域Ａの配線パターンを示す図
４には、図面の簡略化のため示さなかったが、撮像領域
Ａにおける１相目と３相目の転送電極ＴＥ１およびＴＥ
３には接続されないバスライン２１−３、２１−４、２
１−８、２１−９も形成されている。

【００５５】そして、撮像領域Ｂおよび撮像領域Ｃにお
いては、１相目および３相目の転送電極ＴＥ３には、垂
直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１ＢとφＶ３Ａ／φＶ３
Ｂの代わりに、垂直転送クロックφＶ１Ｃ／φＶ１Ｄと
φＶ３Ｃ／φＶ３Ｄを伝送するためのバスライン２１−
３、２１−４、２１−８、２１−９が図４と同様なパタ
ーンで接続されている。

【００５６】すなわち、図５に示すように、垂直転送ク
ロックφＶ１Ｃを伝送するバスライン２１−３には、下
から１画素目および３画素目のセンサ部１１に対応する
１相目の転送電極ＴＥ１が接続されている。

【００５７】垂直転送クロックφＶ１Ｄを伝送するバス
ライン２１−４には、下から５画素目、７画素目、９画
素目、１１画素目のセンサ部１１に対応する１相目の転
送電極ＴＥ１が接続されている。

【００５８】垂直転送クロックφＶ２を伝送するバスラ
イン２１−５には、全ての２相目の転送電極ＴＥ２が接
続されている。

【００５９】垂直転送クロックφＶ３Ｃを伝送するバス
ライン２１−８には、下から８画素目および１０画素目
のセンサ部１１に対応する３相目の転送電極ＴＥ３が接
続されている。

【００６０】垂直転送クロックφＶ３Ｄを伝送するバス
ライン２１−９には、下から２画素目、４画素目、６画
素目、１２画素目のセンサ部１１に対応する３相目の転
送電極ＴＥ３が接続されている。

【００６１】垂直転送クロックφＶ４を伝送するバスラ
イン２１−１０には、全ての４相目の転送電極ＴＥ４が
接続されている。

【００６２】なお、図４と同様、撮像領域Ｂおよび撮像
領域Ｃの配線パターンを示す図５には、図面の簡略化の
ため示さなかったが、撮像領域Ｂおよび撮像領域Ｃにお
ける１相目と３相目の転送電極ＴＥ１およびＴＥ３には
接続されないバスライン２１−１、２１−２、２１−
６、２１−７も形成されている。

【００６３】次に、上記構成の本実施形態に係る固体撮
像装置の動作について、オートフォーカス時等に使用す
る駆動方法（第１の動作モード）を中心に説明する。

【００６４】本実施形態に係る第１の動作モードでは、
図３に示す撮像領域Ａのみ通常の間引きモードと同様に
して読み出し、撮像領域Ｂおよび撮像領域Ｃにおいては
読み出さない。なお、一例として撮像領域Ａのみ４／１
２間引きモードを行う例について説明する。

【００６５】図６に、第１の動作モード時における撮像
領域Ａの読み出しの様子を示し、図７に第１の動作モー
ド時における撮像領域Ｂおよび撮像領域Ｃの読み出しの
様子を示す。

【００６６】また、図６および図７において、各画素の
横には、図４および図５に示した配線原理に沿って各画
素に与えられる４系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φ
Ｖ１Ｂ／φＶ１Ｃ／φＶ１Ｄ、φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φ
Ｖ３Ｃ／φＶ３Ｄについての各画素との対応関係を示し
ている。

【００６７】また、第１の動作モードにおける４相の垂
直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ／φＶ１Ｃ／φＶ１
Ｄ、φＶ２、φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ３Ｃ／φＶ３
Ｄ、φＶ４のタイミングチャートを図８および図９に示
す。ここで、図９は、図８に示すタイミングチャートの
水平ブランキング期間Ｈ−ＢＬＫにおける各垂直転送ク
ロックの詳細な位相関係を示すものである。

【００６８】まず、図８に示す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
および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φＲＧが印加されることで、
垂直方向において１２画素を繰り返し単位として、その
１２画素のうちの４画素についてのみセンサ部１１の信
号電荷が垂直転送部１３に読み出される。

【００６９】具体的には、図６から明らかなように、撮
像領域Ａにおいて、下から１行目から１２行目を繰り返
し単位とし、１行目、３行目、８行目、１０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、
４〜７行目、９行目、１１〜１２行目の各画素について
は信号電荷が読み出されないで、間引かれることにな
る。また、図７から明らかなように、撮像領域Ｂおよび
撮像領域Ｃにおいては、全ての画素からの信号電荷が読
み出されない。

【００７０】上記のようにして読み出されることで、図
１０（ａ）に示すように、撮像領域Ａのみから信号電荷
Ａｅが垂直転送部に読み出され、撮像領域Ｂおよび撮像
領域Ｃにおいては信号電荷が垂直転送部に読み出されな
いことから、撮像領域Ｂおよび撮像領域Ｃにおいては垂
直転送部内には不要な信号電荷が存在しないことにな
る。

【００７１】そして、撮像領域Ａで読み出された信号電
荷を、垂直転送部１３内で加算することなく、図１０
（ｂ）に示すように、水平転送部１４方向へ転送してい
く。

【００７２】この垂直転送部１３における信号電荷の転
送の際には、水平ブランキング期間Ｈ−ＢＬＫにおい
て、４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ／
Ｄ）、φＶ２、φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ）、φＶ４の図
９に示すタイミング関係によって６ライン（６行）単位
で垂直転送が行われる。

【００７３】各水平ブランキング期間Ｈ−ＢＬＫにおい
て、順次、６ライン分シフトされていくことで、ついに
は、撮像領域Ａで読み出された信号電荷Ａｅが水平転送
部１４へ転送されることになる。このとき、撮像領域Ａ
で読み出された、信号電荷Ａｅが存在する１行目および
３行目を含めた１行目から６行目までの画素の信号電荷
が、水平転送部１４内で加算されることになる。その
後、水平転送部１４によって順に水平転送され、電荷−
電圧変換部１５を有する出力部１８により信号電圧に変
換されてＣＣＤ出力Ｖｏｕｔとして出力される。同様に
して、次の水平ブランキング期間Ｈ−ＢＬＫにおいて、
６ライン分シフトされて、撮像領域Ａで読み出された、
信号電荷Ａｅが存在する８行目および１０行目を含めた
７行目から１２行目までの画素の信号電荷が、水平転送
部１４内で加算されて、加算された信号電荷が水平転送
部１４によって水平転送されて、出力部１８により信号
電圧に変換されてＣＣＤ出力Ｖｏｕｔとして出力され
る。以上の動作を繰り返すことで、撮像領域Ａにおいて
読み出された信号電荷を次々とＣＣＤ出力Ｖｏｕｔとし
て出力していく。

【００７４】図１１（ｃ）に示すように、撮像領域Ａで
読み出された信号電荷Ａｅを全て水平転送部１４へ転送
した後には、撮像領域Ｂにおいては、信号電荷が読み出
されていないことから、撮像領域１０の垂直転送部内に
は信号電荷が存在しないことになる。

【００７５】従って、図１１（ｄ）に示すように、撮像
領域Ａで読み出された信号電荷Ａｅを全て水平転送部１
４へ転送した直後に、再び、撮像領域Ａにおける信号電
荷Ａｅを読み出して、上述した垂直転送および水平転送
動作が行われることとなる。

【００７６】上述したように、本実施形態に係る固体撮
像装置では、オートフォーカス時などのように撮像領域
Ａのみの信号電荷を高速に必要とする場合において、撮
像領域Ａのみの信号電荷Ａｅを垂直転送部に読み出すこ
とから、図１１（ｄ）に示すように、撮像領域Ａで読み
出された信号電荷Ａｅを全て水平転送部１４へ転送した
直後に、再び、撮像領域Ａにおける信号電荷Ａｅを読み
出すことができる。従って、不要領域である撮像領域Ｂ
および撮像領域Ｃにおける信号電荷は読み出さないこと
から、従来例に比して、撮像領域Ａの信号電荷を水平転
送部１４へ転送した後に、撮像領域Ｂにおける信号電荷
の高速掃き出しを行う必要がないことから、その分時間
のロスがなくなり、フレームレートを向上させることが
できる。また、高速掃き出しを行う必要がないことか
ら、消費電力を低減することができる。また、従来にお
ける、撮像領域Ｂの不要信号を捨てずに次の信号電荷を
読み出す動作を行った際に、垂直転送部１３のダイナミ
ックレンジ不足の問題から、不要信号が重ね合わさるこ
とによる、必要な信号領域に不要信号が漏れ込むといっ
た不具合もない。

【００７７】ここで、第２の動作モードとして、撮像画
像を液晶モニタ等でモニタリングする場合に、なめらか
な画像を得るためフレームレートを向上させたいときに
は、撮像領域１０の全体について間引き読み出しを行
う。この第２の動作モード時におけるタイミングチャー
トを図１２に示す。

【００７８】まず、図１２に示すように、垂直ブランキ
ング期間のあるタイミングで１相目および３相目の垂直
転送クロックφＶ１（Ａ／Ｃ）、φＶ３（Ａ／Ｃ）にＨ
レベルの読み出しパルスφＲＧが印加されることで、撮
像領域１０全体において、垂直方向の１２画素を繰り返
し単位として、その１２画素のうちの４画素についての
みセンサ部１１の信号電荷が垂直転送部１３に読み出さ
れる。

【００７９】具体的には、図６に示した撮像領域Ａにお
ける読み出しの様子は、第１の動作モードと同様である
が、図７に示す撮像領域Ｂおよび撮像領域Ｃにおいて
も、φＶ１Ｃ、φＶ３Ｃが印加される画素、すなわち、
図６と同様に、下から１行目から１２行目を繰り返し単
位とし、１行目、３行目、８行目、１０行目の各画素に
ついてのみ信号電荷が読み出される。

【００８０】上記のようにして読み出されることで、撮
像領域１０の全体について、４／１２間引きが行われ
る。

【００８１】そして、読み出された各信号電荷は、垂直
転送部１３内で加算されることなく、順次、図９に示す
タイミング関係によって、各水平ブランキング期間Ｈ−
ＢＬＫにおいて、６ライン分シフトされていき、１行目
から６行目までの信号電荷が、水平転送部１４内で加算
されることになる。その後、水平転送部１４によって水
平転送され、電荷−電圧変換部１５を有する出力部１８
により信号電圧に変換されてＣＣＤ出力Ｖｏｕｔとして
出力される。同様にして、次の水平ブランキング期間Ｈ
−ＢＬＫにおいて、６ライン分シフトされて、７行目か
ら１２行目までの信号電荷が、水平転送部１４内で加算
されて、加算された信号電荷が水平転送部１４によって
水平転送されて、出力部１８により信号電圧に変換され
てＣＣＤ出力Ｖｏｕｔとして出力される。以上の動作を
繰り返すことで、撮像領域１０の全体において間引き読
み出しされた信号電荷を次々とＣＣＤ出力Ｖｏｕｔとし
て出力していく。

【００８２】以上により、撮像領域１０の全体について
間引き読み出しを行う第２の動作モードを実現すること
ができる。

【００８３】次に、第３の動作モードとして、通常の静
止画像を得るために、撮像領域１０の全センサ部１１か
ら信号電荷を読み出す場合には、図１３のタイミングチ
ャートに示すように、垂直ブランキング期間のあるタイ
ミングで１相目および３相目の垂直転送クロックφＶ１
（Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ）、φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ）にＨレ
ベルの読み出しパルスφＲＧが印加されることで、撮像
領域１０の全センサ部１１からの信号電荷が垂直転送部
１３に読み出される。

【００８４】そして、読み出された各信号電荷は、垂直
転送部１３内で加算されることなく、順次、各水平ブラ
ンキング期間Ｈ−ＢＬＫにおいて、１ライン分ずつシフ
トされていき、水平転送部１４へ転送され、水平転送部
１４によって水平転送され、出力部１８により信号電圧
に変換されてＣＣＤ出力Ｖｏｕｔとして出力される。

【００８５】以上により、撮像領域１０の全体について
読み出しを行う第３の動作モードを実現することができ
る。

【００８６】図１４は、上記の本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、ディジ
タルスチルカメラとして用いられる。

【００８７】本カメラシステムにおいて、ＣＣＤ固体撮
像素子１には、上述した本実施形態に係るＣＣＤ固体撮
像素子、すなわち、上述した撮像領域Ａのみの間引き読
み出し、撮像領域１０の全体からの間引き読み出し、お
よび撮像領域１０の全画素からの読み出しを行うことが
可能なＣＣＤ固体撮像素子が用いられる。

【００８８】ＣＣＤ固体撮像素子１の撮像面上には、図
示しない被写体から入射される像光が、レンズ３等の光
学系を通して結像される。このＣＣＤ固体撮像素子１
は、先述したタイミング発生回路２ａ等を含むＣＣＤ駆
動回路２によって駆動される。

【００８９】ＣＣＤ固体撮像素子１の出力信号（ＣＣＤ
出力Ｖｏｕｔ）は、次段の信号処理回路４において、自
動ホワイトバランス（ＡＷＢ）調整等の種々の信号処理
が行われた後、撮像信号として外部に出力される。

【００９０】また、ＣＣＤ固体撮像素子１の動作モード
を設定するための動作モード設定部５が設けられてい
る。この動作モード設定部５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（第３の動作モード）
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（第２の動作モード）と、オートッ
フォーカス時に使用する特殊モード（第１の動作モー
ド）とが設定される。

【００９１】この動作モード設定部５で設定された動作
モードを表すモード情報は、ＣＣＤ駆動回路２および信
号処理回路４に供給される。ＣＣＤ駆動回路２は、通常
撮像モードの設定時には、例えば、全画素読み出し動作
を行うようにＣＣＤ固体撮像素子１を駆動し、モニタリ
ングモードの設定時には、上述した撮像領域１０の全体
において間引き読み出し動作を行うようにＣＣＤ固体撮
像素子１を駆動し、特殊読み出しモードの設定時には、
上述した撮像領域Ａのみ間引き読み出しし、他の領域は
読み出さないように動作を行うようにＣＣＤ固体撮像素
子１を駆動する。

【００９２】上記の本実施形態に係る固体撮像素子を備
えたカメラシステムにおいて、オートフォーカス制御等
を行う際に、これらの自動制御装置の応答速度を向上さ
せることができることから、より高性能のカメラシステ
ムを実現することができる。

【００９３】本発明は、上記の実施形態の説明に限定さ
れない。例えば、本実施形態では、垂直方向に配列した
１２画素を繰り返し単位として、１２画素中４画素のみ
の信号電荷を読み出す方法について説明したが、これに
限られるものでなく、間引き率は種々異ならせることが
できる。また、本実施形態では、４相の垂直転送電極Ｔ
Ｅ１〜ＴＥ４により垂直転送する例について説明した
が、例えば、３相の垂直転送電極により垂直転送する方
式を採用することも可能である。また、本実施形態で
は、撮像領域Ａで間引き読み出しした信号電荷を出力部
から全て出力して有効な撮像信号を得る例について説明
したが、これに限られるものでなく、撮像領域Ａのう
ち、水平方向における周囲の信号電荷を、例えば、信号
処理回路４に用意されているラインメモリを用いて切り
捨てて、垂直および水平方向における中央部の信号電荷
のみをオートフォーカス時に必要な信号として取り出す
こともできる。

【００９４】また、本実施形態では、静止画を撮像する
際に、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
方式を一例にして説明したが、これに限られるものでな
い。例えば、これ以外にも、周知の読み出し方法、例え
ば、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を採用す
ることもできる。また、例えば、垂直に隣接する２画素
の信号電荷を垂直転送部内で加算して、各フィールドで
混合する画素の組み合わせを変えるフィールド読み出し
方式を採用することもできる。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

【００９５】

【発明の効果】本発明によれば、オートフォーカス等の
自動制御時においても安定した高フレームレートと低消
費電力を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る固体撮像装置を示す概略構成
図である。

【図２】撮像領域の具体的な構成の一例を示す平面パタ
ーン図である。

【図３】本実施形態に係る固体撮像装置において、撮像
領域の各領域に印加される垂直転送クロックの様子を示
す図である。

【図４】撮像領域Ａにおける垂直転送クロックの伝送系
の配線パターン図である。

【図５】撮像領域Ｂ，Ｃにおける垂直転送クロックの伝
送系の配線パターン図である。

【図６】第１の動作モード時における撮像領域Ａの読み
出しの様子を示す図である。

【図７】第１の動作モード時における撮像領域Ｂ，Ｃの
読み出しの様子を示す図である。

【図８】撮像領域Ａのみ間引き動作を行う場合の、垂直
転送クロックのタイミングチャートを示す図である。

【図９】図８に示すタイミングチャートの水平ブランキ
ング期間におけるラインシフトパルスの詳細な位相関係
を示す図である。

【図１０】撮像領域Ａのみ間引き動作を行う場合におい
て、撮像領域全体の一連の動作を説明するための図であ
る。

【図１１】撮像領域Ａのみ間引き動作を行う場合におい
て、図１０に示す続きの動作を説明するための図であ
る。

【図１２】撮像領域の全体についてライン間引きを行う
場合のタイミングチャートを示す図である。

【図１３】撮像領域の全画素を読み出す場合のタイミン
グチャートを示す図である。

【図１４】本実施形態に係る固体撮像装置を備えたカメ
ラシステムの構成の一例を示すブロック図である。

【図１５】従来例に係る固体撮像装置に印加される垂直
転送クロックの様子を示す図である。

【図１６】従来例に係る固体撮像装置において、間引き
動作を行う場合の信号電荷の読み出しの様子を示す図で
ある。

【図１７】従来例に係る固体撮像装置において、オート
フォーカス時等に使用される撮像領域の中央部のみの信
号電荷を切り出す際の、撮像領域全体の一例の動作を説
明するための図である。

【図１８】従来例に係る固体撮像装置において、オート
フォーカス時等に使用される撮像領域の中央部のみの信
号電荷を切り出す際の、図１７に示す続きの１工程を説
明するための図である。

【図１９】従来例に係る固体撮像装置において、オート
フォーカス時等に使用される撮像領域の中央部のみの信
号電荷を切り出す際の、図１７に示す続きの他の工程の
例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…ＣＣＤ固体撮像素子、２ａ…タイミング発生回路、
２…ＣＣＤ駆動回路、３…レンズ、４…信号処理回路、
５…動作モード設定部、１０…撮像領域、１１…センサ
部、１２…読み出しゲート部、１３…垂直転送部、１４
…水平転送部、１５…電荷−電圧変換部、１６…出力増
幅器、１７…出力端子、１８…出力部、ＴＥ１，ＴＥ
２，ＴＥ３，ＴＥ４…転送電極、２１−１，２１−２，
２１−３，２１−４，２１−５，２１−６，２１−７，
２１−８，２１−９，２１−１０…バスライン、ＣＨ…
転送チャネル、Ｈ…水平転送期間、Ｈ−ＢＬＫ…水平ブ
ランキング期間。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像領域において水平および垂直方向に複
数のセンサ部が配され、前記センサ部で発生した信号電
荷を所定の駆動信号に応じて垂直および水平方向に転送
して撮像信号を得る固体撮像装置であって、前記各センサ部毎に対応して設けられた読み出しゲート
部と、前記読み出しゲート部に読み出し電圧を印加して、前記
センサ部から前記信号電荷を読み出し、当該信号電荷を
転送する前記駆動信号を印加する駆動部とを有し、前記駆動部は、前記撮像領域の中央部および周辺部に配
された前記読み出しゲート部に、それぞれ独立に読み出
し電圧を印加する固体撮像装置。
【請求項２】前記撮像領域の中央部および周辺部におけ
る複数の前記読み出しゲート部は、それぞれ垂直方向に
おいて所定の繰り返し単位で共通接続されており、前記駆動部は、前記撮像領域の中央部および周辺部にお
いて、それぞれ共通接続された複数の前記読み出しゲー
ト部毎に、前記読み出し電圧を印加する請求項１記載の
固体撮像装置。
【請求項３】前記駆動部は、第１の動作モード時におい
て、前記撮像領域の中央部における前記読み出しゲート
部に前記読み出し電圧を印加し、当該動作モードに応じ
た前記駆動信号を印加する請求項１記載の固体撮像装
置。
【請求項４】前記駆動部は、第１の動作モード時におい
て、前記撮像領域の中央部における複数の前記読み出し
ゲート部のうち、一部の前記共通接続された前記読み出
しゲート部のみに前記読み出し電圧を印加し、当該動作
モードに応じた前記駆動信号を印加する請求項２記載の
固体撮像装置。
【請求項５】前記駆動部は、第２の動作モード時におい
て、前記撮像領域の中央部および周辺部における複数の
前記読み出しゲート部のうち、一部の共通接続された前
記読み出しゲート部のみにそれぞれ前記読み出し電圧を
印加し、当該動作モードに応じた前記駆動信号を印加す
る請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項６】前記駆動部は、第３の動作モード時におい
て、前記撮像領域の中央部および周辺部における全セン
サ部に対応する前記読み出しゲート部にそれぞれ前記読
み出し電圧を印加し、当該動作モードに応じた前記駆動
信号を印加する請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】撮像領域において水平および垂直方向に配
された複数のセンサ部と、前記各センサ部で発生した信
号電荷を読み出す複数の読み出しゲート部と、前記読み
出しゲート部を介して読み出された信号電荷を垂直転送
する複数の垂直転送部と、前記複数の垂直転送部から転
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
固体撮像装置の駆動方法であって、第１のモード時において、前記撮像領域の中央部に配された前記読み出しゲート部
のみに、読み出し電圧を印加して信号電荷を読み出すス
テップと、前記読み出した信号電荷を垂直方向に転送し、前記水平
転送部へ転送するステップと、前記読み出した信号電荷を水平方向に転送するステップ
とを有する固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】前記読み出した信号電荷を前記水平転送部
へ転送した直後に、前記撮像領域の中央部に配された前
記読み出しゲート部のみに、前記読み出し電圧を印加し
て信号電荷を読み出すステップをさらに有する請求項７
記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】前記撮像領域の中央部および周辺部におけ
る複数の前記読み出しゲート部は、それぞれ垂直方向に
おいて所定の繰り返し単位で共通接続されており、前記信号電荷を読み出すステップにおいて、前記撮像領
域の中央部において、垂直方向における一部の所定の繰
り返し単位を有する読み出しゲート部のみに前記読み出
し電圧を印加する請求項７記載の固体撮像装置の駆動方
法。
【請求項１０】前記撮像領域の中央部および周辺部にお
ける複数の前記読み出しゲート部は、それぞれ垂直方向
において所定の繰り返し単位で共通接続されており、第２の動作モード時において、前記撮像領域の中央部および周辺部において、垂直方向
における一部の所定の繰り返し単位を有する読み出しゲ
ート部のみにそれぞれ前記読み出し電圧を印加して、垂
直方向における一部のセンサ部から信号電荷を読み出す
ステップと、前記読み出した信号電荷を垂直方向に転送し、前記水平
転送部へ転送するステップと、前記読み出した信号電荷を水平方向に転送するステップ
とを有する請求項７記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】第３の動作モード時において、前記撮像領域の中央部および周辺部における全センサ部
に対応する読み出しゲート部にそれぞれ読み出し電圧を
印加して、全センサ部から信号電荷を読み出すステップ
と、前記読み出した信号電荷を垂直方向に転送し、前記水平
転送部へ転送するステップと、前記読み出した信号電荷を水平方向に転送するステップ
とを有する請求項７記載の固体撮像装置の駆動方法。