JP2004194023A

JP2004194023A - Imaging apparatus

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Publication number: JP2004194023A
Application number: JP2002360200A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Miyahara; 弘之宮原
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP3960218B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus capable of realizing pixel increase of a solid-state imaging device and high frame rate moving image output compatibly without raising a driving frequency when moving images of the solid-state imaging device and reducing power consumption by lowering the driving frequency. <P>SOLUTION: In the imaging apparatus, among the signal charges of 800 pixels in a horizontal direction in divided image pickup areas 11A and 11B, Pixels of 420 are shielded by electric charge shielding areas 14A and 14B, respectively, and the signal charges (CCD data) of 380 pixels which are remaining read pixels and the signal charges (OB data) of 40 pixels from OB areas 12A and 12B are vertically transferred, inputted to horizontal transfer CCDs 15A and 15B, then horizontally transferred and outputted. As a result, the CCD data and the OB data for 4 lines are outputted in 1HD period. Thus, the driving frequency is lowered and the power consumption is reduced accompanying it. For the electric charge shielding areas 14A and 14B, operation/non-operation are controlled by control signals from the outside. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に係り、特に複数チャンネルの出力を備えた固体撮像素子を有する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子を用いた撮像装置の画素数は、大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）プロセスの微細加工技術の進歩発展と、市場の高解像度化の要求もあって、飛躍的に増加する傾向にある。この高解像度化に伴う撮像装置の多画素化により、固体撮像素子の１ライン当りの画素数が増加することとなるが、固体撮像素子から１ラインの映像信号を出力するための時間はテレビジョン方式の規格によって規定されるため、一般的に信号読み出し用クロック周波数が画素数に比例して高くなり、これに応じて後段の信号処理回路の動作周波数も高くなり、回路設計上の制約が増大する。また、ノイズ対策及び輻射対策等をより入念に行う必要も生じる。
【０００３】
そこで、従来より、これらの手間を回避するための手段として、固体撮像素子の撮像エリアを例えば図６（ａ）又は図６（ｂ）に示すように左右に２分割し、それぞれ独立に信号出力チャンネルを設けて読み出すことにより、撮像エリアを分割しない撮像装置で必要とされる半分の周波数で、固体撮像素子から信号出力を読み出す構成の撮像装置が知られている。
【０００４】
図６（ａ）に示す従来の撮像装置は、その撮像エリアが左右に２分割された分割撮像エリア１Ａ、１Ｂと、分割撮像エリア１Ａ、１Ｂの垂直方向の端部に設けられた水平方向光学的黒レベルエリア（ＯＢエリア）２Ａ、２Ｂと、分割撮像エリア１Ａ、１Ｂの水平方向の上端部に設けられた垂直方向ＯＢエリア３と、分割撮像エリア１Ａ、１Ｂの水平方向の下端部に設けられた垂直方向ＯＢエリア４とを有する。
【０００５】
また、下端部の垂直方向ＯＢエリア４は、ＣＣＤ（電荷転送素子）で構成された水平転送路（以下、水平転送ＣＣＤ）５Ａ、５Ｂに接続され、更に水平転送ＣＣＤ５Ａ、５Ｂは出力アンプ６Ａ、６Ｂに接続されている。出力アンプ６Ａ、６Ｂからは撮像エリア１Ａ、１Ｂで撮像されたチャンネル（ｃｈ）１、２の映像信号が出力される。
【０００６】
分割撮像エリア１Ａ、１Ｂは、それぞれ二次元マトリックス状に配列された多数の画素と、各画素の出力信号電荷を垂直方向に転送するＣＣＤで構成された垂直転送路（以下、垂直転送ＣＣＤ）とが配置されている。垂直転送ＣＣＤを転送された信号電荷は、水平転送ＣＣＤ５Ａ、５Ｂに入力された後、水平転送され、更に出力アンプ６Ａ、６Ｂで増幅された後、各々ｃｈ１、ｃｈ２の映像信号として出力される。
【０００７】
また、図６（ｂ）に示す撮像装置は、垂直方向ＯＢエリア４の画面左端から中央までの部分と、中央から画面右端間までの部分が、それぞれ斜めシフト領域８Ａ、８Ｂを介して水平転送ＣＣＤ９Ａ、９Ｂに接続されており、水平転送方向が図６（ａ）に示した撮像装置と異なる。すなわち、図６（ａ）に示した撮像装置では、垂直転送されて水平転送ＣＣＤ５Ａ、５Ｂに入力された信号電荷は、画面左端、画面右端の各画素から画面中央の画素に向かってそれぞれ水平転送されて出力アンプ６Ａ、６Ｂから読み出される。
【０００８】
これに対し、図６（ｂ）に示した撮像装置では、垂直転送ＣＣＤで垂直転送され、斜めシフト領域８Ａ、８Ｂをそれぞれ経て水平転送ＣＣＤ９Ａ、９Ｂに入力された信号電荷は、画面中央付近の画素から画面の左端の画素の方向、画面中央付近の画素から画面の右端の画素の方向に水平転送されて出力アンプ６Ａ、６Ｂから読み出される。なお、ＯＢエリア２Ａ、２Ｂ、３及び４は、それぞれ各ラインあたり複数の画素から構成されているが、入射光を遮光する構成とされているため、無光量時の信号レベルを出力する。
【０００９】
ここで、一例として、図６（ａ）、（ｂ）に示す従来の撮像装置に用いられる固体撮像素子は、分割撮像エリア１Ａ及び１Ｂの合計の画素数を水平方向１６００画素、垂直方向１２００画素、垂直方向ＯＢエリア６画素とし、水平方向ＯＢエリア２Ａ、２Ｂの各画素数を水平方向４０画素である、正方格子のＩＬ（インターライン）方式のＣＣＤであるものとする。また、ＮＴＳＣ方式映像信号を出力する場合に必要な読み出し画素数を、１６００×４８０画素（９６０ライン）とすると、１ｃｈ当りの出力は、８００＋４０＋ＢＬＫである（ただし、ＢＬＫはブランキングする時間領域で、ここでは垂直に転送を行う時間である。）。また、このときのクロック周波数は４０.５ＭＨｚとする。
【００１０】
この場合の、図６（ａ）に示した従来装置の各信号は図７に示すようになる。図７（Ａ）は水平基準パルスＨＤを示し、ここでは出力映像信号の水平走査周波数ｆｈの２５７４倍の周波数である４０.５ＭＨｚ（＝クロック周波数）とし、一つの分割撮像エリア１Ａ又は１Ｂの水平駆動パルスＴＧＨＤは、図７（Ｂ）に示すように水平基準パルスＨＤの１／２倍の周期であり、一つの出力アンプ６Ａ又は６Ｂの出力信号は、図７（Ｃ）に示すように、１ラインあたり４０画素の水平方向ＯＢエリア２Ａ又は２Ｂの出力と８００画素の映像信号とからなる。
【００１１】
また、図７（Ｄ）に示す垂直基準パルスＶＤに対し、垂直方向には同図（Ｅ）に模式的に示すように、ＴＧＨＤ×４８０、すなわち９６０ラインの映像信号が出力アンプ６Ａ又は６Ｂから出力される。高速転送期間では６０×ＴＧＨＤ＋６０×ＴＧＨＤ、すなわち１２０ラインずつ計２４０ラインが高速に出力される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来の撮像装置は、ＩＬ方式ＣＣＤの場合であり、ＰＳＣＣＤ（プログレッシブスキャン方式ＣＣＤ）で同様に読み出し画素数を実現するためには、ＰＳＣＣＤが垂直方向の２画素の信号電荷を混合せずに出力する全画素読み出し方式であるため、ＩＬ方式ＣＣＤのほぼ２倍の周波数のクロックでの駆動が必要である。すなわち、水平転送クロックを上記図６に示した固体撮像素子の画素数で実現するためには、ＰＳＣＣＤでは９１.０（＝４０.５×２）ＭＨｚの水平転送クロックによる駆動が必要となる。
【００１３】
また、ＩＬ方式のＣＣＤであっても、上記画素数（１６００×１２００）以上の画素数で構成されるＣＣＤを動画像（ＮＴＳＣ／ＰＡＬ）の撮像で使用するためには、上記で示したように４０.５ＭＨｚ以上の高周波数のクロックを生成することが必要となる。しかし、現状のＣＣＤプロセスと駆動電圧ではＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路及びＡＤＣ（ＡＤ変換器）などのアナログ回路動作においても、４０.５ＭＨｚ駆動が民生用としては限界である。また、これ以上の周波数のクロックでの駆動は消費電力の面でも不利である。
【００１４】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、固体撮像素子の動画時駆動周波数を上げることなく、固体撮像素子の多画素化と高フレームレート動画出力の両立を実現し得、また、駆動周波数低下による消費電力低減を実現し得る撮像装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、撮像エリアを水平方向に複数に分割して得られた複数の分割撮像エリアの各々が、入射光に応じたレベルの信号電荷を生成する、マトリックス状に配列された複数の画素と、これら複数の画素の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送路とを備え、複数の分割撮像エリアの各垂直転送路により垂直方向に転送された信号電荷を、別々に水平方向に転送して複数チャンネルの映像信号として出力する複数の水平転送路を有する複数チャンネル出力を有する撮像装置において、外部制御信号により動作及び不動作の一方に任意に選択制御可能な構成とされており、動作時には分割撮像エリアの垂直転送路により垂直方向に同時に転送される全画素の信号電荷のうち、所定画素数の信号電荷を遮蔽する電荷遮蔽領域を複数の分割撮像エリアに対応して複数設け、複数の電荷遮蔽領域で遮蔽されない残りの画素の信号電荷を複数の水平転送路へそれぞれ垂直転送することを特徴とする。
【００１６】
この発明では、分割撮像エリアの垂直転送路により垂直方向に同時に転送される全画素の信号電荷のうち、所定画素数の信号電荷を電荷遮蔽領域で遮蔽して水平転送路へは入力せず、電荷遮蔽領域で遮蔽されない残りの画素の信号電荷を水平転送路へ垂直転送するようにしたため、分割撮像エリアの水平方向の全画素よりも少ない画素数の画素からの信号電荷を水平転送して撮像信号として出力できる。
【００１７】
また、本発明は上記の目的を達成するため、撮像エリアを水平方向に複数に分割して得られた複数の分割撮像エリアの各々が、入射光に応じたレベルの信号電荷を生成する、マトリックス状に配列された複数の第１の画素と、入射光が遮光されている水平方向光学的黒レベルエリアの複数の第２の画素と、これら第１及び第２の画素の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送路とを備え、複数の分割撮像エリアの各垂直転送路により垂直方向に転送された信号電荷を、別々に水平方向に転送して複数チャンネルの映像信号として出力する複数の水平転送路を有する複数チャンネル出力を有する撮像装置において、外部制御信号により動作及び不動作の一方に任意に選択制御可能な構成とされており、動作時には分割撮像エリアの垂直転送路により垂直方向に同時に転送される複数の第１の画素の信号電荷のうち、映像信号の画素数と第２の画素の画素数とを加算した画素数の信号電荷を遮蔽する電荷遮蔽領域を複数の分割撮像エリアに対応して複数設け、複数の電荷遮蔽領域で遮蔽されない残りの映像信号の画素数の第１及び第２の画素の信号電荷を複数の水平転送路へそれぞれ垂直転送する構成としたものである。
【００１８】
この発明では、分割撮像エリアの垂直転送路により垂直方向に同時に転送される第１の画素の信号電荷のうち、映像信号の画素数と第２の画素の画素数とを加算した画素数の信号電荷を電荷遮蔽領域で遮蔽して水平転送路へは入力せず、電荷遮蔽領域で遮蔽されない残りの映像信号の画素数の第１及び第２の画素の信号電荷を水平転送路へ垂直転送するようにしたため、分割撮像エリアの水平方向の第１の画素の全画素数よりも少ない読み出し画素数の第１の画素からの信号電荷を水平転送して撮像信号として出力できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる撮像装置の第１の実施の形態の構成図を示す。同図において、第１の実施の形態の撮像装置は、その撮像エリアが左右に２分割された分割撮像エリア１１Ａ、１１Ｂと、分割撮像エリア１１Ａ、１１Ｂの垂直方向の左右端部にそれぞれ設けられた水平方向光学的黒レベルエリア（ＯＢエリア）１２Ａ、１２Ｂと、分割撮像エリア１１Ａ、１１Ｂの水平方向の上端部と下端部にそれぞれ設けられた垂直ＯＢエリア１３Ａ、１３Ｂとを有する。
【００２０】
分割撮像エリア１１Ａ、１１Ｂは、二次元マトリックス状に配置された多数の画素と、垂直方向に配列されている各画素の出力信号電荷を垂直方向に転送するＣＣＤで構成された垂直転送路（以下、垂直転送ＣＣＤ）とが配置されている。ここでは、分割撮像エリア１１Ａ、１１Ｂは、その水平方向の画素数がそれぞれ８００画素であり、また、水平方向ＯＢエリア１２Ａ、１２Ｂの水平方向の画素数はそれぞれ４０画素であるものとする。
【００２１】
また、分割撮像エリア１１Ａの水平方向８００画素のうち、画面左端から４２０画素は、垂直転送ＣＣＤ及び電荷遮蔽領域１４Ａを介して水平転送ＣＣＤ１５Ａに接続され、画面左端から４２１画素から中央の８００画素までの残りの３８０画素は垂直転送ＣＣＤ及び垂直ＯＢエリア１３Ｂを介して水平転送ＣＣＤ１５Ａに接続されている。
【００２２】
同様に、もう一方の分割撮像エリア１１Ｂの水平方向８００画素のうち、画面右端から４２０画素は、垂直転送ＣＣＤ及び電荷遮蔽領域１４Ｂを介して水平転送ＣＣＤ１５Ｂに接続され、画面右端から４２１画素から中央の８００画素までの残りの３８０画素は垂直転送ＣＣＤ及び垂直ＯＢエリア１３Ｂを介して水平転送ＣＣＤ１５Ｂに接続されている。
【００２３】
水平転送ＣＣＤ１５Ａ及び１５ＢはＯＢエリア１２Ａ、１２Ｂの各４０画素を含む８４０（＝８００＋４０）画素分の信号電荷を蓄積し、かつ、出力アンプ１６Ａ、１６Ｂへ水平転送する構成とされている。従って、水平転送ＣＣＤ１５Ａ、１５Ｂにそれぞれ入力される８４０画素のうち、ＯＢエリア１２Ａ、１２Ｂの４０画素と、電荷遮蔽領域１４Ａ、１４Ｂの４２０画素を除いた３８０画素が読み出し有効画素となる。すなわち、電荷遮蔽領域１４Ａ、１４Ｂの画素数は、有効画素３８０画素に、ＯＢエリア１２Ａ、１２Ｂの４０画素を加算した画素数に設定される。
【００２４】
次に、図１に示す本実施の形態の動作について説明する。ｃｈ１側及びｃｈ２側の動作は同じであるので、代表してｃｈ１側の動作について図２及び図３を併せ参照して説明する。いま、垂直転送ＣＣＤから水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１５Ａへ図２（Ａ）に示すように、ある１ラインのＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ１と、電荷遮蔽領域１４Ａで遮蔽された４２０画素ｂ１と、有効画素である３８０画素の信号電荷ｃ１とからなる８４０画素分のうち、信号電荷ａ１と信号電荷ｃ１が垂直転送されて蓄積されているものとする。
【００２５】
この状態で、水平転送ＣＣＤ１５Ａが図３（Ａ）に示す水平基準パルスＨＤにより水平転送動作を行い、図２（Ｂ）に示すように、４０画素の信号電荷ａ１と、電荷遮蔽領域１４Ａで遮蔽された４２０画素ｂ１のうちの画面左端側の３８０画素が出力アンプ１６Ａで増幅されてｃｈ１の出力映像信号として出力される。電荷遮蔽領域１４Ａで遮蔽された４２０画素ｂ１のうちの残りの４０画素と有効画素の信号電荷ｃ１とはまだ、水平転送ＣＣＤ１５Ａ内にある。
【００２６】
続いて、垂直転送ＣＣＤより水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１５Ａに図２（Ｃ）に示すように、次の１ラインのＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ２と、有効画素である３８０画素の信号電荷ｃ２とからなる４２０画素分の信号電荷が垂直転送されて蓄積される。この垂直転送は、図３（Ｄ）に示す垂直基準パルスＶＤに同期して行われる。
【００２７】
ここで、水平転送ＣＣＤ１５Ａ内の上記の電荷遮蔽領域１４Ａに対応する４２０画素の領域のうち、４１画素目以降の３８０画素の領域部分には前記有効画素の信号電荷ｃ１が蓄積されているが、上記の垂直転送があっても電荷が電荷遮蔽領域１４Ａで遮蔽されるため影響を受けることはない。また、上記の電荷遮蔽領域１４Ａに対応する４２０画素の領域のうち、４０画素までは、ＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ２が蓄積される。
【００２８】
続いて、水平転送ＣＣＤ１５Ａが図３（Ａ）に示す水平基準パルスＨＤにより水平転送動作を行い、図２（Ｄ）に示すように、ＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ２と、有効画素である３８０画素の最初の１ラインの信号電荷ｃ１が出力アンプ１６Ａで増幅されてｃｈ１の出力映像信号として出力される。次の１ラインの有効画素の信号電荷ｃ２は水平転送されるも、まだ水平転送ＣＣＤ１５Ａ内にある。
【００２９】
続いて、垂直転送ＣＣＤより水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１５Ａに図２（Ｅ）に示すように、更に次の１ラインのＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ３と、電荷遮蔽領域１４Ａで遮蔽された４２０画素と、有効画素である３８０画素の信号電荷ｃ３とからなる８４０画素分の信号電荷が垂直転送されて蓄積される。
【００３０】
ここで、水平転送ＣＣＤ１５Ａ内の上記の電荷遮蔽領域１４Ａに対応する４２０画素の領域のうち、４１画素目以降の３８０画素の領域部分には直前の１ラインの有効画素の信号電荷ｃ２が蓄積されているが、上記の垂直転送があっても電荷が電荷遮蔽領域１４Ａで遮蔽されるため影響を受けることはない。また、上記の電荷遮蔽領域１４Ａに対応する４２０画素の領域のうち、先頭から４０画素までは、ＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ３が蓄積される。
【００３１】
以下、上記と同様にして垂直転送と水平転送とが交互に行われ、ＯＢエリア１２Ａの信号電荷（ＯＢデータ）と分割撮像エリア１１Ａの有効画素の信号電荷（ＣＣＤデータ）とが連続してライン順に出力される。この結果、図３（Ｃ）に模式的に示すように、出力映像信号の水平走査周波数ｆｈの２５７４倍の周波数である４０.５ＭＨｚ駆動で１ＨＤ期間（＝２５７４Ｔ；ただし、Ｔは１水平走査期間）に４ライン分のＣＣＤデータとＯＢデータ（４２０Ｔ×４：１６８０Ｔ＋ブランキング期間）が出力される。
【００３２】
また、図３（Ｂ）は一つの分割撮像エリア１１Ａ又は１１Ｂの水平駆動パルスＴＧＨＤであり、水平基準パルスＨＤの１周期でＴＧＨＤが４周期となるように、ＨＤの１周期内でＴＧＨＤの４つの期間はそれぞれ６４３Ｔ、６４３Ｔ、６４３Ｔ、６４５Ｔとされている。なお、ＨＤの１周期に対応するＴＧＨＤの４つの期間を６４３Ｔ、６４３Ｔ、６４４Ｔ、６４４Ｔとしてもよい。
【００３３】
また、図３（Ｅ）は１ＶＤ期間の撮像装置の出力画素数を模式的に示しており、１ＶＤ期間では、一つの分割撮像エリア１１Ａ又は１１Ｂからは４８０ライン（１１Ａ及び１１Ｂの２つで９６０ライン）の撮像信号が、２４０ＨＤ期間（＝４８０ＴＧＨＤ期間）で読み出され、その前後の６０ライン（１１Ａ及び１１Ｂの２つで１２０ライン）の撮像信号が読み出される。
【００３４】
なお、以上の説明は、電荷遮蔽領域１４Ａ及び１４Ｂを動作させて高フレームレートで動画出力を得るモードの説明であるが、電荷遮蔽領域１４Ａ及び１４Ｂは外部からの制御信号により不動作とすることもできる。例えば、電荷遮蔽領域１４Ａ及び１４Ｂを制御信号により入力される信号電荷をすべて基板などへ捨てる動作をさせることにより電荷遮蔽動作を行い、上記の動作を停止させることで入力される信号電荷を水平転送ＣＣＤ１５Ａ、１５Ｂへそのまま転送させることができる。電荷遮蔽領域１４Ａ及び１４Ｂを不動作とした場合は、分割撮像エリア１１Ａ、１１Ｂの水平方向８００画素の信号電荷による高精細の２チャンネル映像信号を出力アンプ１６Ａ、１６Ｂより出力させることができる。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、電荷遮蔽領域１４Ａ及び１４Ｂを動作させることにより、従来装置に比べて、２倍の速度でＯＢデータとＣＣＤデータとを連続して読み出すことができるため、高フレームレートの動画出力ができ、また、電荷遮蔽領域１４Ａ及び１４Ｂを不動作（動作停止）とすることで多画素の映像信号を出力することができ、また、同じ画素数であればＨＤの動画時駆動周波数の低減が可能であり、それに伴い消費電力の低減も可能である。
【００３６】
次に、本発明になる撮像装置の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明になる撮像装置の第２の実施の形態の構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図４に示す第２の実施の形態の撮像装置は、分割撮像エリア１１Ａの水平方向８００画素のうち、画面左端から４２０画素は、垂直転送ＣＣＤ、電荷遮蔽領域１４Ａ及び斜めシフト領域１８Ａを介して水平転送ＣＣＤ１９Ａに接続され、画面左端から４２１画素から中央の８００画素までの残りの３８０画素は垂直転送ＣＣＤ、垂直ＯＢエリア１３Ｂ及び斜めシフト領域１８Ａを介して水平転送ＣＣＤ１９Ａに接続されている。
【００３７】
同様に、もう一方の分割撮像エリア１１Ｂの水平方向８００画素のうち、画面右端から４２０画素は、垂直転送ＣＣＤ、電荷遮蔽領域１４Ｂ及び斜めシフト領域１８Ｂを介して水平転送ＣＣＤ１９Ｂに接続され、画面右端から４２１画素から中央の８００画素までの残りの３８０画素は、垂直転送ＣＣＤ、垂直ＯＢエリア１３Ｂ及び斜めシフト領域１８Ｂを介して水平転送ＣＣＤ１９Ｂに接続されている。
【００３８】
水平転送ＣＣＤ１９Ａ及び１９Ｂは８４０（＝８００＋４０）画素分の信号電荷を蓄積し、かつ、出力アンプ１６Ａ、１６Ｂへ水平転送する構成とされている。従って、水平転送ＣＣＤ１９Ａ、１９Ｂにそれぞれ入力される８４０画素のうち、ＯＢエリア１２Ａ、１２Ｂの４０画素と、電荷遮蔽領域１４Ａ、１４Ｂの４２０画素を除いた３８０画素が読み出し有効画素となる点は、第１の実施の形態の水平転送ＣＣＤ１５Ａ、１５Ｂと同様であるが、読み出し方向が異なる。
【００３９】
すなわち、図１に示した撮像装置では、垂直転送されて水平転送ＣＣＤ１５Ａ、１５Ｂに入力された信号電荷は、画面左端、画面右端の各画素から画面中央の画素に向かってそれぞれ水平転送されて出力アンプ１６Ａ、１６Ｂから読み出される。これに対し、図４に示した撮像装置では、垂直転送ＣＣＤで垂直転送され、斜めシフト領域１８Ａ、１８Ｂをそれぞれ経て水平転送ＣＣＤ１９Ａ、１９Ｂに入力された信号電荷は、画面中央付近の画素から画面の左端の画素の方向、画面中央付近の画素から画面の右端の画素の方向に水平転送されて出力アンプ１６Ａ、１６Ｂから読み出される。
【００４０】
次に、図４に示す本実施の形態の動作について説明する。ｃｈ１側及びｃｈ２側の動作は同じであるので、代表してｃｈ１側の動作について図５を併せ参照して説明する。いま、垂直転送ＣＣＤから斜めシフト領域１８Ａを介して水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１９Ａへ図５（Ａ）に示すように、ある１ラインのＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ１と、電荷遮蔽領域１４Ａで遮蔽された４２０画素ｂ１と、有効画素である３８０画素の信号電荷ｃ１とからなる８４０画素分のうち、信号電荷ａ１と信号電荷ｃ１が垂直転送されて蓄積されているものとする。
【００４１】
この状態で、水平転送ＣＣＤ１９Ａが水平基準パルスＨＤにより有効画素の３８０画素の信号電荷ｃ１が水平転送動作により水平転送ＣＣＤ１９Ａから出力されて出力アンプ１６Ａで増幅されてｃｈ１の出力映像信号として出力された後、垂直転送ＣＣＤより斜めシフト領域１８Ａを介して水平転送ＣＣＤ１９Ａに図５（Ｂ）に示すように、次の１ラインのＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ２と、有効画素である３８０画素の信号電荷ｃ２とからなる４２０画素分の信号電荷が垂直転送されて蓄積される。
【００４２】
ここで、上記の垂直転送直前では水平転送ＣＣＤ１９Ａ内の上記の電荷遮蔽領域１４Ａに対応する４２０画素の領域のうち、読み出し先頭より３８１画素目から４２０画素目までの４０画素の領域部分に直前の１ラインのＯＢエリア１２Ａの信号電荷ａ１が蓄積されているが、他の領域は信号が蓄積されていないため、図５（Ｂ）に示すように、上記の垂直転送により次の１ラインのＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ２と、有効画素である３８０画素の信号電荷ｃ２とが水平転送ＣＣＤ１９Ａに蓄積される。
【００４３】
続いて、水平基準パルスＨＤにより有効画素の３８０画素の信号電荷ｃ２とＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ１とが水平転送動作により水平転送ＣＣＤ１９Ａから出力されて出力アンプ１６Ａで増幅されてｃｈ１の出力映像信号として出力された後、垂直転送ＣＣＤより斜めシフト領域１８Ａを介して水平転送ＣＣＤ１９Ａに図５（Ｃ）に示すように、次の１ラインのＯＢエリア１２Ａの４０画素の信号電荷ａ３と、有効画素である３８０画素の信号電荷ｃ３とからなる４２０画素分の信号電荷が垂直転送されて蓄積される。
【００４４】
以下、上記と同様にして垂直転送と水平転送とが交互に行われ、ＯＢエリア１２Ａの信号電荷（ＯＢデータ）と分割撮像エリア１１Ａの有効画素の信号電荷（ＣＣＤデータ）とが連続してライン順に出力される。
【００４５】
このように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と読み出し方向が異なるだけで、基本的な動作は第１の実施の形態と同様であるため、固体撮像素子の多画素化と高フレームレートの動画出力の両立が可能であり、また、同じ画素数であれば動画時駆動周波数の低減が可能であり、それに伴い消費電力の低減も可能である。
【００４６】
なお、以上の実施の形態は、ＩＬ方式ＣＣＤ及びＰＳＣＣＤのいずれにも適用可能である。また、画素数は実施の形態に限定されるものではないことは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電荷遮蔽領域を動作させて分割撮像エリアの水平方向の画素の全画素数よりも少ない読み出し画素数の画素からの信号電荷を水平転送して撮像信号として出力するか、電荷遮蔽領域を不動作として分割撮像エリアの全画素からの信号電荷を水平転送して撮像信号として出力するようにしたため、従来の撮像装置に比べて撮像装置の多画素化と高フレームレート動画出力の両立を実現できる。
【００４８】
また、本発明によれば、従来の撮像装置と同じ画素数であれば、動画時駆動周波数の低減が可能であり、それに伴い消費電力の低減もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の第１の実施の形態の構成図である。
【図２】図１の水平転送ＣＣＤの蓄積信号と読み出し信号の説明図である。
【図３】図１の読み出し動作説明用信号波形図である。
【図４】本発明の撮像装置の第２の実施の形態の構成図である。
【図５】図４の水平転送ＣＣＤの蓄積信号と読み出し信号の説明図である。
【図６】従来の撮像装置の一例の構成図である。
【図７】図６の読み出し動作説明用信号波形図である。
【符号の説明】
１１Ａ、１１Ｂ分割撮像エリア
１２Ａ、１２Ｂ水平方向光学的黒レベルエリア（ＯＢエリア）
１３Ａ、１３Ｂ垂直方向光学的黒レベルエリア（ＯＢエリア）
１４Ａ、１４Ｂ電荷遮蔽領域
１５Ａ、１５Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）
１６Ａ、１６Ｂ出力アンプ
１８Ａ、１８Ｂ斜めシフト領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging device, and more particularly to an imaging device having a solid-state imaging device having outputs of a plurality of channels.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, the number of pixels of an imaging device using a solid-state imaging device tends to increase dramatically due to the advancement and development of fine processing technology in large-scale semiconductor integrated circuit (LSI) processes and the demand for higher resolution in the market. It is in. Although the number of pixels per line of the solid-state imaging device increases due to the increase in the number of pixels of the imaging device associated with the increase in resolution, the time required to output a one-line video signal from the solid-state imaging device is equal to that of a television. In general, the clock frequency for signal readout increases in proportion to the number of pixels, and the operating frequency of the signal processing circuit in the subsequent stage also increases accordingly. I do. In addition, it is necessary to more carefully take measures against noise and radiation.
[0003]
Therefore, conventionally, as a means for avoiding such trouble, the imaging area of the solid-state imaging device is divided into two parts, for example, left and right as shown in FIG. 6A or FIG. 2. Description of the Related Art There is known an imaging apparatus having a configuration in which a signal output from a solid-state imaging element is read out at a half frequency required for an imaging apparatus which does not divide an imaging area by providing a channel and reading the image.
[0004]
The conventional imaging apparatus shown in FIG. 6A has a divided imaging area 1A, 1B whose imaging area is divided into two right and left, and a horizontal optical element provided at a vertical end of each of the divided imaging areas 1A, 1B. Target black level areas (OB areas) 2A and 2B, vertical OB areas 3 provided at the upper end in the horizontal direction of the divided imaging areas 1A and 1B, and provided at the lower end in the horizontal direction of the divided imaging areas 1A and 1B. Vertical OB area 4.
[0005]
The vertical OB area 4 at the lower end is connected to horizontal transfer paths (hereinafter referred to as horizontal transfer CCDs) 5A and 5B constituted by CCDs (charge transfer elements), and the horizontal transfer CCDs 5A and 5B are output amplifiers 6A and 5B. 6B. The output amplifiers 6A and 6B output video signals of channels (ch) 1 and 2 captured in the imaging areas 1A and 1B.
[0006]
Each of the divided imaging areas 1A and 1B includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix, and a vertical transfer path (hereinafter, referred to as a vertical transfer CCD) including a CCD for transferring output signal charges of each pixel in a vertical direction. Is arranged. The signal charges transferred to the vertical transfer CCD are input to the horizontal transfer CCDs 5A and 5B, then transferred horizontally, further amplified by the output amplifiers 6A and 6B, and output as video signals of ch1 and ch2, respectively.
[0007]
In the image pickup apparatus shown in FIG. 6B, a portion of the vertical OB area 4 from the left end to the center of the screen and a portion from the center to the right end of the screen are horizontally transferred via the oblique shift regions 8A and 8B, respectively. It is connected to CCDs 9A and 9B, and the horizontal transfer direction is different from that of the image pickup device shown in FIG. That is, in the image pickup device shown in FIG. 6A, the signal charges that are vertically transferred and input to the horizontal transfer CCDs 5A and 5B are transferred horizontally from the pixels at the left end and right end of the screen toward the pixel at the center of the screen. Then, they are read from the output amplifiers 6A and 6B.
[0008]
On the other hand, in the image pickup apparatus shown in FIG. 6B, the signal charges vertically transferred by the vertical transfer CCD and input to the horizontal transfer CCDs 9A and 9B via the oblique shift regions 8A and 8B respectively are located near the center of the screen. The data is horizontally transferred in the direction from the pixel to the pixel at the left end of the screen and from the pixel near the center of the screen to the pixel at the right end of the screen, and is read out from the output amplifiers 6A and 6B. Each of the OB areas 2A, 2B, 3 and 4 is composed of a plurality of pixels for each line. However, since the OB areas 2A and 2B are configured to block incident light, the OB areas 2A, 2B, 3 and 4 output a signal level when there is no light.
[0009]
Here, as an example, the solid-state imaging device used in the conventional imaging apparatus shown in FIGS. 6A and 6B has a total number of pixels of the divided imaging areas 1A and 1B of 1600 pixels in the horizontal direction and 1200 pixels in the vertical direction. It is assumed that the CCD is a square lattice IL (interline) type CCD having 6 pixels in the vertical OB area and 40 pixels in the horizontal OB areas 2A and 2B in each of the horizontal OB areas 2A and 2B. If the number of readout pixels required to output an NTSC video signal is 1600 × 480 pixels (960 lines), the output per channel is 800 + 40 + BLK (where BLK is a blanking time domain, Here, it is time to perform vertical transfer.) The clock frequency at this time is 40.5 MHz.
[0010]
In this case, the signals of the conventional device shown in FIG. 6A are as shown in FIG. FIG. 7A shows a horizontal reference pulse HD. Here, the horizontal reference pulse HD is set to 40.5 MHz (= clock frequency) which is 2574 times the horizontal scanning frequency fh of the output video signal, and the horizontal scanning of one divided imaging area 1A or 1B is performed. The drive pulse TGHD has a cycle that is half the cycle of the horizontal reference pulse HD as shown in FIG. 7B, and the output signal of one output amplifier 6A or 6B is, as shown in FIG. It is composed of a horizontal OB area 2A or 2B output of 40 pixels per line and a video signal of 800 pixels.
[0011]
7D, a TGHD × 480, ie, 960-line video signal is output from the output amplifier 6A or 6B to the vertical reference pulse VD shown in FIG. Is output. In the high-speed transfer period, 60 × TGHD + 60 × TGHD, that is, a total of 240 lines are output at a high speed for each of 120 lines.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned conventional imaging apparatus is a case of an IL CCD, and in order to similarly realize the number of readout pixels in a PSCCD (progressive scan CCD), the PSCCD mixes signal charges of two pixels in a vertical direction. Since it is an all-pixel readout method that outputs data without performing the above operation, it is necessary to drive with a clock having a frequency almost twice as high as that of the IL type CCD. That is, in order to realize the horizontal transfer clock with the number of pixels of the solid-state imaging device shown in FIG. 6, the PSCCD needs to be driven by a horizontal transfer clock of 91.0 (= 40.5 × 2) MHz.
[0013]
Also, in order to use a CCD having the number of pixels equal to or more than the above-mentioned number of pixels (1600 × 1200) for capturing a moving image (NTSC / PAL) even in the case of an IL-type CCD, as described above. Therefore, it is necessary to generate a high-frequency clock of 40.5 MHz or more. However, with the current CCD process and driving voltage, 40.5 MHz driving is the limit for consumer use even in the operation of analog circuits such as a CDS (correlated double sampling) circuit and an ADC (AD converter). Driving with a clock having a higher frequency is also disadvantageous in terms of power consumption.
[0014]
The present invention has been made in view of the above points, and can increase the number of pixels of a solid-state imaging device and achieve high frame rate moving image output without increasing the driving frequency during moving image of the solid-state imaging device. It is an object of the present invention to provide an imaging device capable of realizing reduction in power consumption due to reduction.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a matrix in which each of a plurality of divided imaging areas obtained by dividing an imaging area into a plurality in the horizontal direction generates a signal charge at a level corresponding to incident light. A plurality of pixels arranged and a vertical transfer path for vertically transferring the signal charges of the plurality of pixels are provided, and the signal charges vertically transferred by each of the plurality of divided imaging areas in the vertical direction are separated. In an imaging apparatus having a plurality of channel outputs having a plurality of horizontal transfer paths for transferring in the horizontal direction and outputting as a plurality of channels of video signals, a configuration capable of arbitrarily selecting one of operation and non-operation by an external control signal In operation, a charge shield that blocks a predetermined number of signal charges among signal charges of all pixels simultaneously transferred in the vertical direction by the vertical transfer path of the divided imaging area. Plurality corresponding to frequency into a plurality of divided imaging area, characterized by each of the plurality of signal charges of the remaining pixels which are not shielded by the charge blocking region into a plurality of horizontal transfer path vertical transfer.
[0016]
In the present invention, of the signal charges of all pixels simultaneously transferred in the vertical direction by the vertical transfer path of the divided imaging area, the signal charge of a predetermined number of pixels is shielded by the charge shielding area and is not input to the horizontal transfer path. Since the signal charges of the remaining pixels that are not shielded by the charge shielding region are vertically transferred to the horizontal transfer path, the signal charges from pixels having a smaller number of pixels than all the pixels in the horizontal direction of the divided imaging area are horizontally transferred and imaged. Can be output as a signal.
[0017]
Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a matrix in which each of a plurality of divided imaging areas obtained by dividing an imaging area into a plurality in the horizontal direction generates a signal charge at a level corresponding to incident light. A plurality of first pixels arranged in a matrix, a plurality of second pixels in a horizontal optical black level area in which incident light is shielded, and signal charges of the first and second pixels in the vertical direction. A vertical transfer path for transferring the signal charges vertically transferred by the vertical transfer paths of the plurality of divided imaging areas, separately transferring the signal charges in the horizontal direction, and outputting as a video signal of a plurality of channels. In an image pickup apparatus having a plurality of channel outputs having a transfer path, the operation can be arbitrarily selected and controlled by an external control signal to operate or not operate. Out of a plurality of first pixel signal charges transferred simultaneously in the vertical direction, a plurality of charge shielding regions for blocking the number of signal charges obtained by adding the number of video signal pixels and the number of second pixel pixels are provided. A plurality of video signal charges of the first and second pixels of the number of pixels of the remaining video signal which are not shielded by the plurality of charge shielding regions are respectively vertically transferred to the plurality of horizontal transfer paths. It was done.
[0018]
According to the present invention, of the signal charges of the first pixel simultaneously transferred in the vertical direction by the vertical transfer path of the divided imaging area, a signal of the number of pixels obtained by adding the number of pixels of the video signal and the number of pixels of the second pixel The charges are shielded by the charge blocking region and are not input to the horizontal transfer path, and the signal charges of the first and second pixels of the remaining number of pixels of the video signal that are not blocked by the charge blocking region are vertically transferred to the horizontal transfer path. With this configuration, it is possible to horizontally transfer the signal charge from the first pixel having a smaller number of readout pixels than the total number of the first pixels in the horizontal direction of the divided imaging area and output the signal charge as an imaging signal.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. In the figure, the imaging apparatus according to the first embodiment is provided at divided imaging areas 11A and 11B whose imaging areas are divided into two parts at right and left, and at right and left ends of the divided imaging areas 11A and 11B in the vertical direction. It has horizontal optical black level areas (OB areas) 12A and 12B, and vertical OB areas 13A and 13B provided at upper and lower ends in the horizontal direction of the divided imaging areas 11A and 11B, respectively.
[0020]
Each of the divided imaging areas 11A and 11B includes a vertical transfer path (hereinafter, referred to as a CCD) configured to transfer a plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix and output signal charges of each pixel arranged in the vertical direction in the vertical direction. , Vertical transfer CCD). Here, each of the divided imaging areas 11A and 11B has 800 pixels in the horizontal direction, and each of the horizontal OB areas 12A and 12B has 40 pixels in the horizontal direction.
[0021]
Of the 800 pixels in the horizontal direction of the divided imaging area 11A, 420 pixels from the left end of the screen are connected to the horizontal transfer CCD 15A via the vertical transfer CCD and the charge shielding area 14A, and from 421 pixels from the left end of the screen to 800 pixels at the center. The remaining 380 pixels are connected to the horizontal transfer CCD 15A via the vertical transfer CCD and the vertical OB area 13B.
[0022]
Similarly, of the 800 pixels in the horizontal direction of the other divided imaging area 11B, 420 pixels from the right end of the screen are connected to the horizontal transfer CCD 15B via the vertical transfer CCD and the charge shielding area 14B, and 421 pixels from the right end of the screen to the center. The remaining 380 pixels up to 800 pixels are connected to the horizontal transfer CCD 15B via the vertical transfer CCD and the vertical OB area 13B.
[0023]
The horizontal transfer CCDs 15A and 15B are configured to accumulate signal charges for 840 (= 800 + 40) pixels including 40 pixels in each of the OB areas 12A and 12B and to horizontally transfer the signal charges to the output amplifiers 16A and 16B. Therefore, out of 840 pixels input to the horizontal transfer CCDs 15A and 15B, 380 pixels excluding 40 pixels in the OB areas 12A and 12B and 420 pixels in the charge shielding areas 14A and 14B are read effective pixels. That is, the number of pixels of the charge shielding regions 14A and 14B is set to the number of pixels obtained by adding 380 effective pixels to 40 pixels of the OB areas 12A and 12B.
[0024]
Next, the operation of the present embodiment shown in FIG. 1 will be described. Since the operations on the ch1 side and the ch2 side are the same, the operation on the ch1 side will be representatively described with reference to FIGS. 2 and 3. Now, as shown in FIG. 2A, from a vertical transfer CCD to a horizontal transfer CCD (HCCD) 15A, as shown in FIG. 2A, signal charges a1 of 40 pixels in a certain OB area 12A and 420 pixels shielded by a charge shielding area 14A. It is assumed that the signal charge a1 and the signal charge c1 are vertically transferred and accumulated in 840 pixels composed of b1 and the signal charge c1 of 380 pixels that are effective pixels.
[0025]
In this state, the horizontal transfer CCD 15A performs a horizontal transfer operation by the horizontal reference pulse HD shown in FIG. 3A, and as shown in FIG. 2B, the signal charges a1 of 40 pixels and the charge are shielded by the charge shielding area 14A. Of the 420 pixels b1 thus obtained, 380 pixels on the left side of the screen are amplified by the output amplifier 16A and output as an output video signal of ch1. The remaining 40 pixels of the 420 pixels b1 shielded by the charge shielding region 14A and the signal charges c1 of the effective pixels are still in the horizontal transfer CCD 15A.
[0026]
Next, as shown in FIG. 2C, the signal charges a2 of 40 pixels in the OB area 12A of the next one line and the signal of 380 pixels as effective pixels are transferred from the vertical transfer CCD to the horizontal transfer CCD (HCCD) 15A. The signal charge for 420 pixels composed of the charge c2 is vertically transferred and accumulated. This vertical transfer is performed in synchronization with the vertical reference pulse VD shown in FIG.
[0027]
Here, the signal charge c1 of the effective pixel is accumulated in the area of 380 pixels after the 41st pixel in the area of 420 pixels corresponding to the charge shielding area 14A in the horizontal transfer CCD 15A. Even if the above-described vertical transfer is performed, the charge is shielded by the charge blocking region 14A, so that there is no influence. In the area of 420 pixels corresponding to the charge shielding area 14A, up to 40 pixels accumulate signal charges a2 of 40 pixels in the OB area 12A.
[0028]
Subsequently, the horizontal transfer CCD 15A performs a horizontal transfer operation with the horizontal reference pulse HD shown in FIG. 3A, and as shown in FIG. 2D, the signal charges a2 of 40 pixels in the OB area 12A and the effective pixels are used. The signal charge c1 of the first line of a certain 380 pixel is amplified by the output amplifier 16A and output as an output video signal of ch1. The signal charge c2 of the effective pixel of the next one line is transferred horizontally, but is still in the horizontal transfer CCD 15A.
[0029]
Next, as shown in FIG. 2E, the signal charges a3 of 40 pixels in the OB area 12A of the next one line are shielded by the horizontal transfer CCD (HCCD) 15A from the vertical transfer CCD and the charge shielding area 14A. The signal charges for 840 pixels, which are composed of 420 pixels and the signal charges c3 of 380 effective pixels, are vertically transferred and accumulated.
[0030]
Here, of the 420 pixels corresponding to the above-mentioned charge shielding area 14A in the horizontal transfer CCD 15A, the signal charges c2 of the immediately preceding effective pixel in one line are accumulated in the area of 380 pixels after the 41st pixel. However, even if the above-described vertical transfer is performed, the charge is shielded by the charge shielding region 14A, so that there is no influence. In the area of 420 pixels corresponding to the above-described charge shielding area 14A, signal charges a3 of 40 pixels in the OB area 12A are accumulated up to the first 40 pixels.
[0031]
Thereafter, the vertical transfer and the horizontal transfer are performed alternately in the same manner as described above, and the signal charges (OB data) in the OB area 12A and the signal charges (CCD data) of the effective pixels in the divided imaging area 11A are continuously formed in a line. Output in order. As a result, as schematically shown in FIG. 3C, 1HD period (= 2574T; T is one horizontal scanning period) with 40.5 MHz driving which is 2574 times the horizontal scanning frequency fh of the output video signal. ), Four lines of CCD data and OB data (420T × 4: 1680T + blanking period) are output.
[0032]
FIG. 3B shows a horizontal drive pulse TGHD of one divided imaging area 11A or 11B, and four TGHDs within one cycle of HD such that one cycle of the horizontal reference pulse HD has four TGHD cycles. The three periods are 643T, 643T, 643T, and 645T, respectively. Note that four TGHD periods corresponding to one cycle of HD may be 643T, 643T, 644T, and 644T.
[0033]
FIG. 3E schematically shows the number of output pixels of the imaging device in the 1VD period. In the 1VD period, 480 lines (960 pixels in two of 11A and 11B) are taken from one divided imaging area 11A or 11B. The imaging signal of (line) is read in the 240 HD period (= 480 TGHD period), and the imaging signals of 60 lines (120 lines in two of 11A and 11B) before and after that are read.
[0034]
The above description is of a mode in which the charge shielding regions 14A and 14B are operated to obtain a moving image output at a high frame rate. However, the charge shielding regions 14A and 14B are disabled by an external control signal. You can also. For example, a charge shielding operation is performed by causing the charge shielding regions 14A and 14B to perform an operation of discarding all signal charges input by a control signal to a substrate or the like, and the above-described operation is stopped to horizontally transfer the input signal charges. The data can be directly transferred to the CCDs 15A and 15B. When the charge shielding regions 14A and 14B are disabled, high-definition two-channel video signals based on signal charges of 800 pixels in the horizontal direction in the divided imaging areas 11A and 11B can be output from the output amplifiers 16A and 16B.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, by operating the charge shielding regions 14A and 14B, the OB data and the CCD data can be continuously read at twice the speed as compared with the conventional device. It is possible to output a moving image at a high frame rate, and to output a multi-pixel video signal by disabling (stopping operation of) the charge shielding regions 14A and 14B. It is possible to reduce the driving frequency at the time of moving image, and accordingly, the power consumption can be reduced.
[0036]
Next, a description will be given of a second embodiment of the imaging apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a configuration diagram of a second embodiment of the imaging apparatus according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the imaging apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 4, 420 pixels from the left end of the screen among the 800 pixels in the horizontal direction of the divided imaging area 11A are transmitted via the vertical transfer CCD, the charge shielding area 14A, and the oblique shift area 18A. The remaining 380 pixels from 421 pixels from the left end of the screen to 800 pixels at the center are connected to the horizontal transfer CCD 19A via the vertical transfer CCD, the vertical OB area 13B and the oblique shift area 18A.
[0037]
Similarly, of the 800 pixels in the horizontal direction of the other divided imaging area 11B, 420 pixels from the right end of the screen are connected to the horizontal transfer CCD 19B via the vertical transfer CCD, the charge shielding area 14B and the oblique shift area 18B, and are connected to the right end of the screen. The remaining 380 pixels from 421 pixels to 800 pixels at the center are connected to the horizontal transfer CCD 19B via the vertical transfer CCD, the vertical OB area 13B and the oblique shift area 18B.
[0038]
The horizontal transfer CCDs 19A and 19B are configured to accumulate signal charges for 840 (= 800 + 40) pixels and to transfer the signal charges horizontally to the output amplifiers 16A and 16B. Therefore, out of 840 pixels input to the horizontal transfer CCDs 19A and 19B, 380 pixels excluding 40 pixels of the OB areas 12A and 12B and 420 pixels of the charge shielding areas 14A and 14B are read effective pixels. This is the same as the horizontal transfer CCDs 15A and 15B of the first embodiment, but the read direction is different.
[0039]
That is, in the imaging device shown in FIG. 1, the signal charges which are vertically transferred and input to the horizontal transfer CCDs 15A and 15B are horizontally transferred from the pixels at the left end and the right end of the screen toward the pixel at the center of the screen and output. The data is read from the amplifiers 16A and 16B. On the other hand, in the imaging device shown in FIG. 4, the signal charges vertically transferred by the vertical transfer CCD and input to the horizontal transfer CCDs 19A and 19B via the oblique shift regions 18A and 18B respectively are transferred from pixels near the center of the screen to the screen. Are horizontally transferred from the pixels near the center of the screen to the pixels on the right end of the screen, and are read from the output amplifiers 16A and 16B.
[0040]
Next, the operation of the present embodiment shown in FIG. 4 will be described. Since the operations on the ch1 side and the ch2 side are the same, the operation on the ch1 side will be representatively described with reference to FIG. Now, as shown in FIG. 5A, a signal charge a1 of 40 pixels in an OB area 12A of a certain line and a charge shielding area from a vertical transfer CCD to a horizontal transfer CCD (HCCD) 19A via an oblique shift area 18A. It is assumed that the signal charge a1 and the signal charge c1 are vertically transferred and accumulated in 840 pixels composed of 420 pixels b1 shielded by 14A and 380 pixels which are effective pixels.
[0041]
In this state, the horizontal transfer CCD 19A outputs the signal charge c1 of 380 effective pixels by the horizontal reference pulse HD from the horizontal transfer CCD 19A by the horizontal transfer operation, is amplified by the output amplifier 16A, and is output as the output video signal of ch1. Then, as shown in FIG. 5B, the signal charge a2 of 40 pixels in the OB area 12A of the next one line and the 380 pixels which are effective pixels are transferred to the horizontal transfer CCD 19A from the vertical transfer CCD via the oblique shift area 18A. The signal charge for 420 pixels composed of the signal charge c2 is vertically transferred and accumulated.
[0042]
Here, immediately before the vertical transfer, of the 420 pixel area corresponding to the charge shielding area 14A in the horizontal transfer CCD 19A, the area immediately before the 40-pixel area from the 381st pixel to the 420th pixel from the read start is immediately preceding. The signal charge a1 in the OB area 12A of one line is stored, but the signal is not stored in the other area. Therefore, as shown in FIG. The signal charges a2 of 40 pixels in the area 12A and the signal charges c2 of 380 pixels as effective pixels are accumulated in the horizontal transfer CCD 19A.
[0043]
Subsequently, the signal charge c2 of 380 effective pixels and the signal charge a1 of 40 pixels in the OB area 12A are output from the horizontal transfer CCD 19A by the horizontal transfer operation by the horizontal reference pulse HD, and are amplified by the output amplifier 16A to be amplified by the output amplifier 16A. After being output as an output video signal, as shown in FIG. 5C, the signal charge a3 of 40 pixels in the OB area 12A of the next one line is transferred from the vertical transfer CCD to the horizontal transfer CCD 19A via the oblique shift area 18A. The signal charges for 420 pixels, which are composed of the signal charges c3 of 380 pixels as effective pixels, are vertically transferred and accumulated.
[0044]
Thereafter, the vertical transfer and the horizontal transfer are performed alternately in the same manner as described above, and the signal charges (OB data) in the OB area 12A and the signal charges (CCD data) of the effective pixels in the divided imaging area 11A are continuously formed in a line. Output in order.
[0045]
As described above, according to the present embodiment, the basic operation is the same as that of the first embodiment except that the reading direction is different from that of the first embodiment. And the output of a moving image at a high frame rate, and if the number of pixels is the same, the driving frequency during the moving image can be reduced, and the power consumption can be reduced accordingly.
[0046]
The above embodiment can be applied to both the IL system CCD and the PSCCD. Further, it is needless to say that the number of pixels is not limited to the embodiment.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the charge blocking region is operated to horizontally transfer signal charges from pixels having a readout number smaller than the total number of pixels in the horizontal direction of the divided imaging area, thereby obtaining an imaging signal. Or output the signal charge from all the pixels in the divided imaging area horizontally as an imaging signal by disabling the charge shielding region and outputting it as an imaging signal. High frame rate video output can be achieved at the same time.
[0048]
Further, according to the present invention, as long as the number of pixels is the same as that of a conventional imaging device, the driving frequency at the time of moving image can be reduced, and the power consumption can be reduced accordingly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an accumulation signal and a read signal of the horizontal transfer CCD of FIG.
FIG. 3 is a signal waveform diagram for explaining a read operation in FIG. 1;
FIG. 4 is a configuration diagram of a second embodiment of the imaging apparatus of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a storage signal and a read signal of the horizontal transfer CCD of FIG. 4;
FIG. 6 is a configuration diagram of an example of a conventional imaging device.
7 is a signal waveform diagram for explaining a read operation in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
11A, 11B Split imaging area
12A, 12B Horizontal optical black level area (OB area)
13A, 13B Vertical optical black level area (OB area)
14A, 14B charge shielding area
15A, 15B, 19A, 19B Horizontal transfer CCD (HCCD)
16A, 16B output amplifier
18A, 18B Oblique shift area

Claims

Each of a plurality of divided imaging areas obtained by dividing the imaging area into a plurality in the horizontal direction generates a signal charge at a level according to incident light, a plurality of pixels arranged in a matrix, and a plurality of pixels arranged in a matrix. A vertical transfer path for vertically transferring the signal charges of the pixels, and the signal charges vertically transferred by each of the plurality of divided imaging areas in the vertical direction are separately transferred in the horizontal direction to form a plurality of channels. In an image pickup apparatus having a plurality of channel outputs having a plurality of horizontal transfer paths outputting as video signals,
It is configured to be able to arbitrarily select one of operation and non-operation by an external control signal. During operation, a predetermined amount of signal charges of all pixels simultaneously transferred in the vertical direction by the vertical transfer path of the divided imaging area is used. A plurality of charge blocking regions for blocking signal charges of the number of pixels are provided in correspondence with the plurality of divided imaging areas, and signal charges of the remaining pixels that are not blocked by the plurality of charge blocking regions are vertically transferred to the plurality of horizontal transfer paths. An imaging device for transferring.

A plurality of first pixels arranged in a matrix, each of a plurality of divided imaging areas obtained by dividing the imaging area into a plurality in the horizontal direction, generating a signal charge at a level corresponding to incident light; A plurality of second pixels in a horizontal optical black level area in which incident light is shielded, and a vertical transfer path for vertically transferring signal charges of the first and second pixels; In an image pickup apparatus having a multi-channel output having a plurality of horizontal transfer paths for separately transferring a signal charge transferred in a vertical direction by each vertical transfer path in a divided imaging area in a horizontal direction and outputting as a video signal of a plurality of channels. ,
It is configured to be able to arbitrarily select one of operation and non-operation by an external control signal, and a plurality of signals of the first pixels simultaneously transferred in a vertical direction by a vertical transfer path of the divided imaging area during operation. Among the charges, a plurality of charge shielding regions for blocking signal charges of the number of pixels obtained by adding the number of pixels of the video signal and the number of pixels of the second pixel are provided in correspondence with the plurality of divided imaging areas, and An image pickup apparatus, wherein signal charges of the first and second pixels of the number of pixels of the remaining video signal not shielded by the charge shielding region are vertically transferred to the plurality of horizontal transfer paths, respectively.