JP2721603B2

JP2721603B2 - 固体撮像装置の駆動方法と固体撮像装置

Info

Publication number: JP2721603B2
Application number: JP3246280A
Authority: JP
Inventors: 和也小田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1998-03-04
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JPH0591416A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に光電変換素子数が多い高解像力の固体撮像装置の駆
動方法とその方法を実施する固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像装置はビデオカメラを中
心に著しい発展を遂げつつある。高解像度化はその１つ
の方向であり、ハイビジョンテレビ（ＨＤ−ＴＶ）、機
械計測、天体観測等の用途において、２００万画素〜４
００万画素の固体撮像素子が開発されている。

【０００３】しかし現在のところ、民生用途の主流であ
る垂直走査線５２５本系のカラーカメラ用として実用化
されているのは４０万画素以下の撮像装置のみである。

【０００４】スチル（静止画）ビデオカメラ、画像入力
装置、電子オーバーヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）等の
用途を考慮すると、垂直走査線５２５本系において、よ
り多画素の装置が要求されている。

【０００５】本出願人は、理論計算、画像シミュレーシ
ョンに基づき、最適な画素数について検討した結果、８
０万画素程度の画素数であれば、上記用途に十分応じら
れるという結論を得た。この結論に基づき、８０万画素
程度のＣＣＤカラーセンサにつき、種々の提案を行なっ
ている。

【０００６】縦横のアスペクト比が約３：４である画像
について、８０万画素を配置する好ましい形態は、垂直
方向に約１０００、水平方向に約８００の配置であるこ
とを解明した。

【０００７】すなわち、ホトダイオードを垂直方向に約
１０００、水平方向に約８００、行列状に配置し、各列
に隣接させて垂直方向に電荷を転送させるための垂直Ｃ
ＣＤ（ＶＣＣＤ）列を設け、これらのＶＣＣＤ列の出力
端に水平方向に電荷を転送させるための水平ＣＣＤ（Ｈ
ＣＣＤ）行を設ける。

【０００８】垂直方向に配置された約１０００の画素か
ら電荷を読み出すために、たとえば１行あたり２つの転
送セルを含むＶＣＣＤを配置する。

【０００９】短時間で画像情報を読み出すためには、垂
直方向のホトダイオードを４種類に分類し、一度に２種
類のホトダイオードから電荷を読み出すことが提案され
た。すなわち、垂直走査期間をＶとすると、２Ｖの期間
で全画素からの情報を読み出すことができる。この場
合、水平方向の電荷転送の制限から、ＨＣＣＤを２本設
け、同時に２種類の電荷を２つのＨＣＣＤで転送する。

【００１０】ところで、２本のＨＣＣＤを用いるシステ
ムによれば、いずれのＨＣＣＤによって転送されたかに
よって画像信号の強度に差が生じる。特に３板構成のカ
ラー撮像装置においては、画像信号のレベル差はフリッ
カ現象となって現れる。

【００１１】このような現象を防止するため、本出願人
はＨＣＣＤを１本用い、垂直走査期間Ｖの４倍の期間４
Ｖで全画像情報を読み出す方式を提案した。この方式に
よれば、高精度のスチル画面を再生することが可能とな
る。

【００１２】ところで、スチル画像を撮像する前のモニ
タ時（動画像を撮像するムービモードを含む）において
は、４Ｖの期間をかけて画像情報を取込み、さらに信号
処理を行なって画像を再生することは動解像度、処理時
間の点から好ましくない。そこで、画像再生を短期間に
行なうために、モニタ時においては、ＮＴＳＣ方式の画
像再生を行なうことが望まれる。

【００１３】図２に従来の技術による高解像度固体撮像
装置を示す。図２（Ａ）は、撮像デバイスの構成を概略
的に示す。多数個のホトダイオード３が行列状に配置さ
れている。たとえば、１行約８００個のホトダイオード
を約１０００行配置する。各列のホトダイオード３は、
上からＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の４種類に分類されてい
る。

【００１４】また、各列のホトダイオード３に隣接して
ＶＣＣＤ４が形成されている。ＶＣＣＤ４は、１行あた
り２つの転送セルを有し、４行８セルが１つのユニット
となっている。転送セルは半導体転送路上に絶縁電極を
配置することによって構成される。１ユニットのセルに
は、上からＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ２、Ｖ
６、Ｖ４の制御信号が与えられている。

【００１５】各ホトダイオードに蓄積された電荷は、隣
接するＶＣＣＤ４の対応するセルに高電圧を印加するこ
とによってホトダイオードからＶＣＣＤ４に移送され
る。ＶＣＣＤ４に移送された電荷は、ＶＣＣＤ４の電極
に選択的に所定の電圧を順次印加することによって、Ｖ
ＣＣＤ４内を垂直下方に転送される。

【００１６】各ＶＣＣＤ４下端には、ＨＣＣＤ１０１が
共通に隣接して配置されている。各ＶＣＣＤ４を下方に
転送された電荷は、制御信号にしたがってＨＣＣＤ１０
１に転送される。

【００１７】このＨＣＣＤ１０１に隣接して、電荷を選
択的に移送することのできるシフトゲートＳＧ１０３が
配列され、さらにその下方にもう１つのＨＣＣＤ１０２
が配列されている。

【００１８】なお、ホトダイオード３に蓄積された電荷
を４Ｖの期間で読み出す装置においては、シフトゲート
ＳＧ１０３およびその下に配置されたＨＣＣＤ１０２は
省略される。

【００１９】図２（Ｂ）は、全ホトダイオード３に蓄積
された電荷を２Ｖの期間で読み出すモードを示す。全ホ
トダイオード３のうち、Ａ１とＡ２のホトダイオードの
電荷を同一Ｖ期間で読み出し、次のＶ期間においてＢ１
とＢ２の電荷を読み出す。このような読み出しを行なう
ことにより、２Ｖ期間に全ホトダイオード３の電荷を読
み出すことができる。

【００２０】ただし、このモードの場合、ホトダイオー
ドＡ２とＢ２に蓄積された電荷は、ホトダイオードＡ１
とＢ１に蓄積された電荷と比較し、シフトゲートＳＧ１
０３を転送する際の転送ロス分より大きな減衰を受け
る。また、ＨＣＣＤ１０１と１０２との特性が異なる場
合、さらにこの特性の差が重畳される。

【００２１】図２（Ｃ）は、４Ｖの期間でホトダイオー
ドの全電荷を読み出すモードを説明する。最初のＶの期
間にホトダイオードＡ１の電荷を読み出し、次のＶ期間
においてホトダイオードＡ２の電荷を読み出し、次のＶ
期間にホトダイオードＢ１の電荷を読み出し、４番目の
Ｖ期間においてホトダイオードＢ２の電荷を読み出す。
このような電荷読み出しモードによれば、全ての電荷は
ＨＣＣＤ１０１を介して読み出されるため、電荷読み出
し特性を均一に保つことが容易になる。

【００２２】ところで、スチル画像撮像の際はＨＤ−Ｔ
Ｖ方式により画像を読み出す装置においても、構図を決
める際のモニタ時ないしは動画を撮像するムービ時には
簡便で迅速な撮像方式が望まれる。

【００２３】図３は、４Ｖ読み出し方式におけるモニタ
モード（ムービモードを含む）を説明するための図であ
る。モニタモードにおいては、簡便迅速に画像を再生す
るためにＮＴＳＣ方式のモニタを行なうことが望まれ
る。

【００２４】図３（Ａ）は、５００本系モニタを用いて
ＮＴＳＣ方式のモニタを行なった場合を説明する。画像
信号として初めの２Ｖ期間にＡ１、Ａ２のホトダイオー
ドからの信号が供給されると、形成される画像はホトダ
イオードＡ１、Ａ２に対応するものとなる。次の２Ｖ期
間においては、ホトダイオードＢ１、Ｂ２からの電荷が
供給され、対応する画像が形成される。

【００２５】ところで、ホトダイオードＡ１、Ａ２に基
づく画像１０５ａと、ホトダイオードＢ１、Ｂ２に基づ
く画像１０５ｂとは、１走査線分垂直方向の位置が異な
る。このため、５００本系モニタを用い、スチル画像撮
像時と同様の４Ｖ読み出し方式による画像を再生する
と、縦方向のフリッカが生じる。

【００２６】図３（Ｂ）は、１０００本系のモニタによ
って画像をモニタする場合を示す。１０００本系モニタ
に４Ｖ読み出し方式による信号をそのまま供給すると、
ホトダイオードＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２による電荷が供
給されて１画面の画像１０６が形成される。

【００２７】この画像信号を収集するためには、４Ｖ期
間が必要であり、さらに全画像信号をＨＤ−ＴＶ方式に
よって再生すると、信号を一旦記憶し、さらに処理する
時間が必要となる。このため、１０００本系モニタによ
る場合、動解像度が低く、処理時間が長い問題が生じ
る。

【００２８】モニタ時においては、簡便迅速に画像を再
生するために、５００本系のＮＴＳＣ方式によることが
望まれる。１０００本系の撮像装置を用い、５００本系
のＮＴＳＣ方式画像を再生するためには、図３（Ｃ）、
（Ｄ）に示すような方式が提案されている。

【００２９】図３（Ｃ）による方式は、蓄積された電荷
読み出しはスチル画像撮像と同様に行なわれるが、再生
画像形成用には半分のホトダイオードＡ１、Ａ２からの
電荷のみが用いられる。すなわち、ＣＣＤの出力は、Ａ
１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の順に供給され、メモリへの書込
みもこの読み出した画像信号をそのまま書き込むことに
よって行なわれる。

【００３０】ところが、モニタ信号は書き込まれた全て
の画像信号を用いず、ホトダイオードＡ１とＡ２からの
信号のみを繰り返し読み出すことによって行なわれる。
すなわち、ホトダイオードＡ１から画像信号を読み出
し、メモリに書き込む時、前回記憶された画像情報Ａ２
をメモリから読み出し、次にホトダイオードＡ２の信号
をメモリに書き込む時、直前に書き込まれたＡ１の情報
をメモリから読み出す。

【００３１】次に、画像信号Ｂ１とＢ２を読み出すべき
期間においても、画像信号Ａ２とＡ１をメモリから読み
出すことによって、縦方向フリッカを防止した５００本
系モニタ画像を再生する。

【００３２】なお、ホトダイオードＡ１からの画像信号
をメモリに書き込んでいる際、Ａ２の信号を読み出し、
画像信号Ａ２を書き込んでいる際、Ａ１を読み出す場合
を説明したが、ホトダイオードＡ１、Ａ２から画像信号
を読み出す際には、その信号をそのままモニタに供給
し、ホトダイオードＢ１、Ｂ２から画像信号を読み出す
際には、先に記憶した画像信号Ａ１、Ａ２をメモリから
読み出すようにしてもよい。

【００３３】この方式の場合、縦方向フリッカは防止す
ることができるが、動解像度を高くすることは困難であ
る。

【００３４】図３（Ｄ）は、画素混合型の読み出し方式
を説明する図である。第１のＶ期間である第１フィール
ドにおいては、ホトダイオードＡ１とＢ１からの画像信
号を読み出し、混合してモニタ信号を形成する。次のＶ
期間である第２フィールドにおいては、ホトダイオード
Ａ２とＢ２からの画像情報を読み出し、混合してモニタ
信号を形成する。このようにして、２Ｖ期間に全画素の
情報を読み出す。

【００３５】この方式によれば、縦方向ジッターがな
く、動解像度も高いモニタ画像を得ることができる。ま
た、２Ｖ期間に全蓄積電荷を読み出すため、電荷蓄積期
間は２Ｖであり、画素混合によって電荷量は２倍となる
ため、通常得られる電荷量（すなわち感度）は４Ｖ期間
（蓄積期間４Ｖ）に各画素からの画像情報を取り出す場
合と同様となる。

【００３６】ところで、画素混合を行なって画像情報を
読み出す場合、２つのホトダイオードに蓄積された電荷
を合わせてＨＣＣＤで転送するため、ＨＣＣＤの駆動電
圧は２倍の飽和電荷に対応するものでなくてはならな
い。

【００３７】すなわち、強い強度の光が照射している場
合、各ホトダイオードには短時間に飽和電荷に近い電荷
が蓄積される。これらの電荷が混合される場合、飽和電
荷の２倍の電荷をＨＣＣＤで転送する必要がある。１つ
のホトダイオードの飽和電荷を転送できる駆動電圧でＨ
ＣＣＤを駆動すると、電荷の転送漏れが生じてしまう。

【００３８】したがって、ＨＣＣＤの駆動電圧は、その
スイング電圧を、たとえば２倍にする必要が生じる。Ｃ
ＣＤ構造は、無視できない容量Ｃを有するため、スイン
グ電圧を２倍にし、かつ高速で電荷を転送しようとする
と、パワーロスは無視できないものとなってしまう。

【００３９】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の１０００本系撮像装置において、５００本系モニ
タをＮＴＳＣ方式によって行なおうとすると、縦方向フ
リッカ、動解像度の低下、処理時間の長期化、パワーロ
ス等の問題が生じてしまう。

【００４０】本発明の目的は、高解像度のスチル画像を
再生することのできる撮像装置において、モニタ時には
縦方向ジッターが生ぜず、動解像度が高く、かつパワー
ロスの低い画像再生を可能とすることである。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
駆動方法は、行列状に配置された４種類の多数個の光電
変換素子に蓄積された電荷を前記光電変換素子の各列に
対応して配置された複数列の垂直ＣＣＤに取込み、各垂
直ＣＣＤ内の電荷を垂直ＣＣＤに共通に接続された水平
ＣＣＤに順次転送し、水平ＣＣＤ内の電荷を順次転送し
て信号電荷を読み出す固体撮像装置の駆動方法であっ
て、モニタ時には、２種類の光電変換素子の電荷のみを
交互に垂直ＣＣＤに移す工程と、モニタ時には、残る２
種類の光電変換素子の電荷は読み出さず、オーバフロー
する電荷はそのまま掃き捨てる工程とを含む。

【００４２】

【作用】モニタ時には２種類の光電変換素子のみからの
電荷を交互に読み出すため、２Ｖ期間で１画面（クレー
ム）を読み出すことができるので、動解像度は高い。

【００４３】また、読み出した１種類の光電変換素子か
らの電荷を画像再生用に用いるため、ＨＣＣＤによって
転送する電荷はスチル画像撮像時と同一の飽和電荷を有
する。このため、ＨＣＣＤ駆動電圧を高くする必要がな
く、パワーロスを防止することができる。

【００４４】また、画像再生には２種類の光電変換素子
のみからの信号を用いるため、縦方向ジッタは生じな
い。

【００４５】

【実施例】図１は、本発明の基本実施例を示す。図１
（Ａ）は、固体撮像デバイスの構成を概略的に示す。多
数のホトダイオード３が行列状に配置され、各列に配置
されたホトダイオード３は、Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の
４種類に分類されている。ホトダイオード３の各列に隣
接して対応するＶＣＣＤ４が配置されている。ＶＣＣＤ
４には、ホトダイオードの一行あたり２つの転送セルが
形成されている。

【００４６】ＶＣＣＤ４の下端には、ＨＣＣＤ５が接続
され、ＶＣＣＤ４を垂直方向に転送された電荷を水平方
向に転送することができる。ＨＣＣＤ５の出力端にはア
ンプ８が接続されている。

【００４７】スチル画像撮像時には、４種類のホトダイ
オードＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２からの電荷を順次読み出
すが、モニタないしムービ時には２種類のホトダイオー
ド、たとえばＡ１とＡ２からの電荷のみを読み出す。

【００４８】図１（Ｂ）、（Ｃ）は、このような電荷読
み出し方式を概略的に示している。すなわち、モニタモ
ードでのホトダイオードからＶＣＣＤへの読み出しにお
いては、第１のＶ期間にホトダイオードＡ１からの電荷
が読み出され、次のＶ期間にはホトダイオードＡ２から
の電荷が読み出される。このようにして、２Ｖを周期と
して２種類のホトダイオードからの電荷のみがＶＣＣＤ
４に読み出される。

【００４９】ＶＣＣＤ４に読み出されない電荷、たとえ
ばホトダイオードＢ１、Ｂ２の電荷はそのままにされ、
オーバフローする電荷は基板に吸い出される。

【００５０】スチルモードにおいては、最初のＶ期間で
ホトダイオードＡ１が読み出され、次のＶ期間でホトダ
イオードＡ２が読み出され、次のＶ期間でホトダイオー
ドＢ１が読み出され、４番目のＶ期間でホトダイオード
Ｂ２が読み出される。

【００５１】このため、スチル画像撮像時とモニタ時に
おいて、ＨＣＣＤで転送すべき電荷の飽和電荷量は等し
くなる。このため、ＨＣＣＤ５の駆動電圧を高くする必
要がなく、パワーロスを防止することができる。

【００５２】また、２種類の電荷のみを用いてモニタ画
像を構成するため、縦方向ジッターは生じない。また、
２Ｖ期間で１フレームの画像を構成するため、動解像度
を高くすることができる。

【００５３】なお、モニタ時の電荷蓄積期間が２Ｖであ
り、スチル画像撮像時の電荷蓄積期間４Ｖと比べて半分
であるため、感度は半分になる。この差を保証するため
には、アンプ８内に選択的に２倍の増幅を行なうアンプ
を接続すればよい。

【００５４】以下、本発明のより具体的な実施例につい
て説明する。図４は、本発明の実施例による撮像装置の
カメラヘッド部を示すブロック図である。

【００５５】図４（Ａ）において、カメラヘッド部１
は、ＣＣＤ撮像デバイス１１と、このＣＣＤ撮像デバイ
ス１１からの出力信号をノイズを低減させつつ、増幅す
るための相関二重サンプリング用プリアンプ１２、プリ
アンプ１２からの信号を信号出力として図５に示すカメ
ラ制御部に供給するための７５Ω駆動回路１３を含む。

【００５６】また、カメラヘッド部１は、図５に示すカ
メラ制御部２からの水平駆動信号ＨＤ、垂直駆動信号Ｖ
Ｄを受け、同期信号を発生させるためのＰＬＬ回路１
５、これらの同期信号ＨＤ、ＶＤおよびカメラ制御部２
からのモード選択信号ＭＯＤＥを受け、水平駆動パル
ス、垂直駆動パルスを作成するための制御部１６、水平
駆動パルスを受け、ＨＣＣＤ駆動用の水平駆動信号を発
生させるための水平駆動回路、垂直駆動パルスを受け、
ＶＣＣＤを駆動するための垂直駆動信号を発生するため
の垂直駆動回路１８を含む。

【００５７】垂直駆動回路１８は、スチル画像撮像時に
は４種類のホトダイオードからの画像を取込み、転送す
る駆動信号を発生し、モニタ時には２種類のホトダイオ
ード、たとえばＡ１、Ａ２からの電荷のみを読み出す駆
動信号を発生する。

【００５８】なお、制御部１６には、タイミング発生
器、制御用ＣＰＵ等が含まれる。さらにカメラヘッド部
１は、カメラヘッド部１に含まれる各回路に電力を供給
するための電源部２０を含む。

【００５９】図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の回路の変形例
を示す。スチル画像撮像時に４Ｖ読み出しを行い、モニ
タ時に画素混合を行なう撮像装置の回路を部分修正して
用いる場合等に適する。

【００６０】すなわち、制御部１６からの制御信号Ｖ１
〜Ｖ４はそのまま垂直駆動回路１８に与え、ホトダイオ
ードからの電荷読み出しを指示するフィールドシフト信
号ＦＳ１〜ＦＳ４は、そのうち２つのみを制御部１６か
ら直接垂直駆動回路１８に与え、残る２つはマスク回路
１９を介して与える。

【００６１】スチル画像撮像時には、マスク回路１９は
フィールドシフト信号ＦＳをそのまま通過させるが、モ
ニタ時にはマスク回路１９は２つのフィールドシフト信
号をブロックする。

【００６２】このようにして、スチル画像撮像時には４
種類のホトダイオード全ての電荷が読み出され、モニタ
時には２種類のホトダイオードのみの電荷が読み出され
る。

【００６３】図５は、カメラ制御部２を示すブロック図
である。カメラヘッド部１から供給される信号出力は、
ゲインコントロールアンプ２１に供給され、設定された
ゲインの増幅を行なう。ゲインコントロールアンプ２１
の出力は、ガンマ処理回路２２を介して、Ａ／Ｄ変換回
路２３に供給され、デジタル信号になってメモリ部２４
に供給される。

【００６４】メモリ部２４は供給されたデジタル信号を
記憶する。メモリ部２４から読み出された画像信号は、
Ｄ／Ａ変換回路２５を介してアナログ信号に変換され、
出力される。

【００６５】タイミング発生器２９は、所定タイミング
の水平駆動パルスＨＤ、垂直駆動パルスＶＤおよびその
他の制御信号を発生し、メインＣＰＵ２８、ガンマ処理
回路２２にも制御信号を発生する。

【００６６】メインＣＰＵ２８は、外部スイッチ３２か
らのスイッチ信号を受け、モード信号をメモリ制御部２
７およびカメラヘッド部１に供給する。メモリ制御部２
７は、モード信号を受け、メモリ部２４に画像信号を記
憶する際のバンク切換モードを変更する。メインＣＰＵ
２８は、またモードにより所定のゲインを与えるための
ゲイン切換信号をゲインコントロールアンプ２１に供給
する。

【００６７】なお、電源３０は、カメラ制御部２内の諸
回路に電源電圧を供給する。図４、図５に示す回路によ
って、スチル画像撮像時にはＣＣＤデバイス１１で蓄積
した画像信号は、４Ｖ期間で読み取られ、メモリ部２４
に蓄積される。また、モニタモードにおいては、ＣＣＤ
デバイス１１に蓄積された電荷のうち、所定の２種類の
電荷のみが読み出され、モニタ３１に表示される。

【００６８】以下、図４、図５に示す撮像装置の各部分
についてより詳細に説明する。図６は、ＣＣＤデバイス
の構成を示す。図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は部分
断面図である。図６（Ａ）において、ＣＣＤデバイス１
１は、行列状に配列されたホトダイオード３５とホトダ
イオード３５からの電荷を取込み、垂直方向に転送する
ためのＶＣＣＤ３６、複数のＶＣＣＤ３６から転送され
る電荷を水平方向に転送するためのＨＣＣＤ３７を含
む。

【００６９】ホトダイオード３５の各列は、図示のよう
に上から順にＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の４種類に分けら
れ、各種類のホトダイオードが１フィールドの画像に対
応している。各ホトダイオード列に隣接して、ＶＣＣＤ
３６が配列され、ＶＣＣＤ３６はホトダイオードの１行
に対し、２転送セルを有する。ＶＣＣＤ３６は、φＶＡ
１、φＶ２、φＶＢ１、φＶ４、φＶＡ２、φＶＢ２の
６相駆動によって電荷を転送する。

【００７０】複数のＶＣＣＤ３６は、その一端において
ＨＣＣＤ３７に接続されている。すなわち、ホトダイオ
ード３５からＶＣＣＤ３６に取り込まれた電荷は、ＶＣ
ＣＤ３６を縦方向に転送され、ＨＣＣＤ３７に移された
後、ＨＣＣＤ３７内を水平方向に転送される。ＨＣＣＤ
３７は、４相の駆動信号φＨ１、φＨ２、φＨ３、φＨ
４によって駆動される。ＨＣＣＤ３７の出力は、アンプ
３９を介して出力される。

【００７１】図６（Ｂ）は、基板表面部上に形成された
ホトダイオードとその下に形成された縦型オーバフロー
ドレインの構成を示す。ｎ型半導体基板４１の表面部分
に、ｐウェル４２が形成される。このｐウェル４２に
は、深さの浅い第１ｐウェル１ｐｗと、深さの深い第２
ｐウェル２ｐｗが分布している。

【００７２】第１ｐウェル１ｐｗの上に、ｎ型領域４３
が形成され、ホトダイオードを形成する。このｎ型領域
４３に近接して所定間隔をおいてｎ^-型領域４４が形成
され、ＶＣＣＤの電荷転送路を形成している。ｐ⁺型領
域４８はチャネルストップ領域である。電荷転送路を形
成するｎ^-型領域４４の上には、絶縁電極４５および遮
光マスク４６が形成されている。

【００７３】入射光はホトダイオードを形成するｎ型領
域４３に入射する。ｐウェル領域４２とｎ型基板４１と
の間には、直流電源５０によって逆バイアス電圧が印加
されている。

【００７４】光入射によって電荷が溜まり過ぎると、ｎ
型領域４３から電子はｎ型基板４１にオーバフローする
ようになる。このようにして、ホトダイオードＢ１、Ｂ
２から電荷を読み出さない場合にも、ホトダイオードＢ
１、Ｂ２をオーバフローする電荷は基板４１に吸い出さ
れる。

【００７５】図７は、構図を決定するために画像をモニ
タするモニタモードにおける制御信号のタイミングチャ
ートを示す。フィールド切換信号ＦＩは、１フィールド
毎に交互に変化するパルス状の波形を有する。外部スイ
ッチ信号は、モニタモードにおいてはシャッターが押さ
れていないため、常に“０”の値を保つ。

【００７６】また、モード信号はモニタモードの時
“０”、スチルモードの時“１”である。ゲイン切換信
号は、モード信号と同一パターンであり、モニタモード
において“０”、スチルモードにおいて“１”の値を有
する。

【００７７】フィールドシフト信号ＦＳ１〜ＦＳ４は、
それぞれホトダイオードＡ１〜Ｂ２からの電荷を読み出
すための指示信号であるが、モニタモードにおいては、
ホトダイオードＡ１から電荷を読み出すフィールドシフ
ト信号ＦＳ１およびホトダイオードＡ２から電荷を読み
出すためのフィールドシフト信号ＦＳ３のみが読み出し
信号を発生し、ホトダイオードＢ１とＢ２から電荷を読
み出すためのフィールドシフト信号ＦＳ２、ＦＳ４は、
一定値を有し、読み出しを指示しない。

【００７８】このため、モニタモードにおいては、順次
連続するＶ期間において、ホトダイオードＡ１とホトダ
イオードＡ２からの電荷が交互に読み出される。

【００７９】カメラ駆動信号は交互にフィールドＡ１と
フィールドＡ２に切り換わる。また、モニタモードにお
いては、記録を行なわないため、記録信号ＲＥＣは
“０”である。

【００８０】図８は、フィールドＡ１における画像信号
取込みを行なうための駆動信号の波形を示す。ＶＣＣＤ
のホトダイオードに隣接する転送セルの電圧が所定の高
さに設定されると、ホトダイオードからＶＣＣＤに蓄積
電荷が取り込まれる。

【００８１】図８上部には、ＶＣＣＤ駆動の６相信号の
波形が示されている。時刻ｔ４において、駆動信号φＶ
Ａ１が高いレベルとなるので、ホトダイオードＡ１から
蓄積電荷が取り込まれる。他の時刻においては、高いレ
ベルとなる駆動信号は存在しない。

【００８２】すなわち、１Ｖ期間に１種類のホトダイオ
ードＡ１から電荷がＶＣＣＤに取り込まれ、各水平ブラ
ンク期間にＶＣＣＤ中を順次垂直方向に転送され、次の
水平走査期間中にＨＣＣＤ中の電荷は高速に転送され
る。

【００８３】図９は、図８の破線に示す部分を拡大して
示す波形図である。ＶＣＣＤ駆動信号φＶＡ１、φＶＡ
２、φＶ２、φＶＢ１、φＶＢ２、φＶ４は、図示のよ
うに変化し、電荷をＶＣＣＤ中垂直方向に転送させる。

【００８４】なお、図８、図９に示した時刻ｔ１〜ｔ１
０におけるＶＣＣＤ中のポテンシャルを、図１１に示
す。

【００８５】時刻ｔ４において、駆動電圧φＶＡ１が高
いレベルとなり、ホトダイオードＡ１の電荷がＶＣＣＤ
に取り込まれる。

【００８６】次の時刻ｔ５においては、取り込まれた各
電荷は３転送セル分に広がる。その後、時刻ｔ６からｔ
１１にかけて取り込まれた電荷は、後方を１セル分縮
め、次に前方に１セル分延び、再び後方を１セル分縮
め、同様の動作を繰り返し尺取り虫方式で図中右側に転
送される。

【００８７】なお、ホトダイオードＡ１から電荷を取り
込むフィールドＡ１の駆動について説明したが、フィー
ルドＡ２においてもホトダイオードＡ２から同様の電荷
取込み、転送が行なわれる。図１０は、フィールドＡ２
における画像データ取込み用の駆動信号波形を示す。

【００８８】図１２は、静止画像を撮像するためにシャ
ッターが駆動され、図５に示す外部スイッチ３２がオン
した時の信号波形を示す。外部スイッチ３２は所定期間
“１”となる外部スイッチ信号を発生する。外部スイッ
チ信号が“０”から“１”に変化すると、その信号立ち
上がりの次のフィールドにおいてカメラ駆動の信号を変
換するモード切換が行なわれる。このモード切換は、１
Ｖ期間で終了する。なお、モード切換の開始と同時に、
モード信号が立ち上がり、スチルモードを表示する。

【００８９】また、モード信号と同時にゲイン切換信号
も立ち上がり、図５に示すゲインコントロールアンプ２
１のゲインをモニタモードのゲインの半分に設定する。
すなわち、スチルモードにおいては、電荷蓄積期間が４
Ｖとなるため、２Ｖのモニタモードよりも２倍の電荷が
蓄積されるので、その感度差をゲインコントロールアン
プ２１で調整する。

【００９０】フィールドシフト信号ＦＳ１〜ＦＳ４は、
モニタモードにおいてはそのうちの２つＦＳ１、ＦＳ３
のみがフィールドシフトを指示するが、モード切換が行
なわれると、全てのフィールドシフト信号ＦＳ１〜ＦＳ
４が交互にフィールドシフトを指示するようになる。す
なわち、Ｖ期間に１種類のホトダイオードが読み出さ
れ、引き続く４Ｖ期間に４種類全てのホトダイオードか
らの電荷が読み出される。

【００９１】なお、モード切換が終了した後、ＣＣＤ中
の電荷を掃き捨てるため、少なくとも４Ｖ（または４ｎ
Ｖ）のクリアが行なわれる。図示の場合、４Ｖのクリア
動作の後、記録モードが開始している。記録モードにお
いては、記録信号ＲＥＣに従ってホトダイオードＡ１、
Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の電荷が順次４Ｖの期間で読み出さ
れ、メモリに記録される。

【００９２】図１３は、最初のＶ期間においてホトダイ
オードＡ１の電荷を読み出すための駆動信号波形を示
す。

【００９３】時刻Ｓ１において、駆動信号φＡ１が高い
レベルとなり、ホトダイオードＡ１からの電荷がＶＣＣ
Ｄに取り込まれ、その後の各水平ブランク期間中にＶＣ
ＣＤ中を垂直方向に転送される。また、水平走査期間中
はＶＣＣＤ中の電荷は停止され、ＨＣＣＤ中の電荷が高
速で水平方向に転送される。

【００９４】図１４は、ホトダイオードＡ２を読み出す
フィールドの制御信号を示す。時刻Ｓ８において、駆動
信号φＡ２が高いレベルとなり、ホトダイオードＡ２か
らの電荷を取り込む。ホトダイオードＡ２からＶＣＣＤ
に取り込まれた電荷は、各水平ブランク期間にＶＣＣＤ
中を垂直方向に転送される。また、水平走査期間中はＶ
ＣＣＤ中の電荷は停止され、ＨＣＣＤ中の電荷が高速で
水平方向に転送される。

【００９５】図１５、図１６は、それぞれホトダイオー
ドＢ１、Ｂ２から電荷を取り出すフィールドにおける駆
動信号の波形を示す。

【００９６】図１５においては、時刻Ｓ６において駆動
信号φＢ１が高いレベルとなり、ホトダイオードＢ１か
ら蓄積電荷を取り込む。また、図１６においては、時刻
Ｓ１０において駆動信号φＢ２が高いレベルとなり、ホ
トダイオードＢ２からＶＣＣＤに蓄積電荷を取り込む。
これらの電荷の転送は、前述と同様である。

【００９７】以上説明したように、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、
Ｂ２の４種類のホトダイオードを多数含むＣＣＤデバイ
スにおいて、スチルモードにおいては全電荷を４Ｖ期間
で読み出し、高解像度の画像を形成し、モニタモードに
おいては２種類のみのホトダイオードから一度に１種類
ずつ、２Ｖ期間を周期として電荷を取込み、ＶＣＣＤを
転送し、ＨＣＣＤに移送する。このため、パワーロスを
防止し、動解像度の高いモニタ画像を得ることができ
る。

【００９８】なお、モニタモードとスチルモードにおい
て、カメラ制御部に設けたゲインコントロールアンプの
利得が係数２変化することにより、２Ｖと４Ｖの蓄積期
間の差を補償することができる。

【００９９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
常に単位光電変換素子に対応する電荷をＨＣＣＤで転送
すればよく、ＨＣＣＤ駆動用信号はスチルモードとモニ
タモードにおいて同一の条件となる。このため、パワー
ロスを防止することができる。

【０１０１】また、モニタモードにおいては、画像信号
の取込みが２Ｖ周期で行なわれるため、動解像度を高く
することができる。

【０１０２】また、取り込まれる２種類の画像信号は固
定した位置から取り込むことができるため、ジッターを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本実施例を示す。図１（Ａ）は構成
を示す概略図、図１（Ｂ）、（Ｃ）はモニタモードおよ
びスチルモードにおける蓄積電荷の読出を説明するため
の概略図である。

【図２】従来の技術を示す。図２（Ａ）は構成を示す概
略平面図、図２（Ｂ）、（Ｃ）は電荷読出を説明するた
めの概念図である。

【図３】従来技術における４Ｖ読出方式のモニタモード
を説明する図である。図３（Ａ）は５００本系モニタの
再生画像を説明するための概略図、図３（Ｂ）は１００
０本系モニタの再生画像を説明する概略図、図３（Ｃ）
は二重読出を説明するための概念図、図３（Ｄ）は画素
混合読出を説明するための概念図である。

【図４】本発明の実施例による撮像装置のカメラヘッド
部のブロック図である。図４（Ａ）はその一構成例、図
４（Ｂ）は変形例を示す。

【図５】本発明の実施例による撮像装置のカメラ制御部
を示すブロック図である。

【図６】図５に示すＣＣＤデバイスの構成をより詳細に
示す。図６（Ａ）は概略平面図、図６（Ｂ）は部分断面
図である。

【図７】モニタモードにおける制御信号波形を示す波形
図である。

【図８】モニタモードにおける画像信号取込みを説明す
るための波形図である。

【図９】モニタモードにおける画像データ転送を説明す
るための波形図である。

【図１０】モニタモードにおける他のフィールドの制御
信号を示す波形図である。

【図１１】モニタモードにおけるＶＣＣＤ内の画像デー
タ取込み、転送を説明するためのポテンシャル図であ
る。

【図１２】スチルモードにおける制御信号波形を示す波
形図である。

【図１３】スチルモードにおけるＡ１フィールドの駆動
信号波形図である。

【図１４】スチルモードにおけるＡ２フィールドの駆動
信号波形図である。

【図１５】スチルモードにおけるＢ１フィールドの駆動
信号波形図である。

【図１６】スチルモードにおけるＢ２フィールドの駆動
信号波形図である。

【符号の説明】

１カメラヘッド部２カメラ制御部３ホトダイオード４ＶＣＣＤ５ＨＣＣＤ８アンプ１１ＣＣＤデバイス１２プリアンプ１３駆動回路１５ＰＬＬ回路１６制御部１７、１８駆動回路１９マスク回路２０電源２１ゲインコントロールアンプ２２ガンマ処理回路２３Ａ／Ｄ変換回路２４メモリ部２５Ｄ／Ａ変換回路２７メモリ制御部２８メインＣＰＵ２９タイミング発生器３０電源３１モニタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】行列状に配置された４種類の多数個の光
電変換素子に蓄積された電荷を前記光電変換素子の各列
に対応して配置された複数列の垂直ＣＣＤに取込み、各
垂直ＣＣＤ内の電荷を垂直ＣＣＤに共通に接続された水
平ＣＣＤに順次転送し、水平ＣＣＤ内の電荷を順次転送
して信号電荷を読み出す固体撮像装置の駆動方法であっ
て、モニタ時には、２種類の光電変換素子の電荷のみを交互
に垂直ＣＣＤに移す工程と、モニタ時には、残る２種類の光電変換素子の電荷は読み
出さず、オーバフローする電荷はそのまま掃き捨てる工
程とを含む固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】さらにモニタ時には水平ＣＣＤから読み
出した信号を２倍に増幅する工程を含む請求項１記載の
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】行列状に配置された４種類の多数個の光
電変換素子と、前記光電変換素子の各列に対応して配置された複数列の
垂直ＣＣＤと、前記複数列の垂直ＣＣＤの各一端に共通に接続された１
行の水平ＣＣＤと、モニタモードの時、２種類の光電変換素子の電荷のみを
交互に垂直ＣＣＤに移す制御信号を発生する手段と、残る２種類の光電変換素子の電荷は読み出さず、オーバ
フローする電荷を掃き捨てる手段とを含む固体撮像装
置。
【請求項４】前記電荷掃き捨て手段が、前記光電変換
素子と基板との間に形成されるバリア型電荷通路を含む
請求項３記載の固体撮像装置。