JP3960218B2

JP3960218B2 - 撮像装置

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Publication number: JP3960218B2
Application number: JP2002360200A
Authority: JP
Inventors: 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: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP2004194023A

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、水平方向にＮ個（Ｎは２以上の自然数）、垂直方向に所定個マトリクス状に配列された第１の画素と、入射光を遮光して無光量時の信号電荷を生成する光学的黒レベルエリアを構成する水平方向にＭ個（ＭはＮより小なる自然数）、垂直方向に所定個マトリクス状に配列された第２の画素と、同一の水平方向に配列された１ラインの第１及び第２の画素の信号電荷を垂直方向に並列に転送する垂直転送路と、垂直転送路により並列に垂直転送された第１及び第２の画素からの信号電荷を同時に蓄積した後、水平方向に直列に転送して映像信号として出力する水平転送路とを備え、複数の分割撮像エリアにそれぞれ設けられた垂直転送路による垂直転送と水平転送路による水平転送とを交互に１ラインずつ繰り返して複数の分割撮像エリアの各水平転送路から別々に複数チャンネルの映像信号を出力する撮像装置において、
複数の分割撮像エリアの各々に、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及び第２の画素からの信号電荷のうち、水平方向にＮ個配列された第１の画素のうち水平方向のＮ１個（Ｎ１はＮ未満の自然数）の画素からの信号電荷を遮蔽する電荷遮蔽領域を設けると共に、水平方向のＮ２個（Ｎ２はＮ１との和がＮと等しく、かつ、Ｍとの和がＮ１と等しい条件を満足する自然数）の第１の画素からの信号電荷と第２の画素からの信号電荷とを垂直転送路により同時に垂直転送して水平転送路へそれぞれ蓄積させ、複数の分割撮像エリアのそれぞれにおいて、垂直転送路の垂直転送後に、水平転送路に蓄積されているＭ個の第２の画素からの信号電荷に対応した信号と、Ｎ個の第１の画素のうち電荷遮蔽領域で遮蔽されずに垂直転送されて１ライン前に水平転送路に蓄積されているＮ２個の画素からの信号電荷に対応した信号とを、水平転送路を駆動して水平転送路による水平転送により水平転送路の外部へ出力させた後、垂直転送路を駆動することを交互に繰り返すことを特徴とする。
【００１６】
この発明では、各分割撮像エリアにおいて、入射光に応じたレベルの信号電荷を生成する水平方向にＮ個の第１の画素と、光学的黒レベルエリアを構成する水平方向にＭ個の第２の画素とのうち、同一の水平方向に配列された１ラインの第１及び第２の画素の信号電荷を垂直転送路により垂直方向に並列に転送して水平転送路に蓄積する際に、Ｎ１個の第１の画素からの信号電荷は電荷遮蔽領域により遮蔽して水平転送路に蓄積せず、Ｎ２（＝ＮーＮ１）個の第１の画素からの信号電荷のみを水平転送路に蓄積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（Ｎ＋Ｍ）よりも少ない画素数（Ｎ−Ｎ１＋Ｍ）の画素からの信号電荷を水平転送路により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、上記の電荷遮蔽領域は、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、電荷遮蔽領域の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て水平転送路に蓄積される第１及び第２の画素からの信号電荷のうち、水平方向にＮ個配列された第１の画素のうち水平方向のＮ１個の画素からの信号電荷を遮蔽して水平転送路での蓄積を阻止し、電荷遮蔽領域の動作停止時にはＮ１個の第１の画素からの信号電荷を遮蔽することなく、Ｎ２個の第１の画素からの信号電荷及び第２の画素からの信号電荷と共に垂直転送路により同時に垂直転送して水平転送路へそれぞれ蓄積させる構成としたものである。
【００１８】
この発明では、電荷遮蔽領域を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し、電荷遮蔽領域の動作時は水平方向にＮ個配列された第１の画素のうち水平方向のＮ１個の画素からの信号電荷を遮蔽して水平転送路での蓄積を阻止し、電荷遮蔽領域の動作停止時（不動作時）はＮ１個の第１の画素からの信号電荷を遮蔽することなく水平転送路に垂直転送させて蓄積させるようにしたため、電荷遮蔽領域の動作時には高フレームレートを実現でき、電荷遮蔽領域の動作停止時は分割撮像エリアの全画素からの信号電荷をすべて水平転送させることができる。
【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

Claims

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、水平方向にＮ個（Ｎは２以上の自然数）、垂直方向に所定個マトリクス状に配列された第１の画素と、前記入射光を遮光して無光量時の信号電荷を生成する光学的黒レベルエリアを構成する水平方向にＭ個（Ｍは前記Ｎより小なる自然数）、垂直方向に前記所定個マトリクス状に配列された第２の画素と、同一の水平方向に配列された１ラインの前記第１及び第２の画素の信号電荷を垂直方向に並列に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路により並列に垂直転送された前記第１及び第２の画素からの信号電荷を同時に蓄積した後、水平方向に直列に転送して映像信号として出力する水平転送路とを備え、
前記複数の分割撮像エリアにそれぞれ設けられた前記垂直転送路による垂直転送と前記水平転送路による水平転送とを交互に１ラインずつ繰り返して前記複数の分割撮像エリアの各水平転送路から別々に複数チャンネルの映像信号を出力する撮像装置において、
前記複数の分割撮像エリアの各々に、前記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前記第１及び第２の画素からの信号電荷のうち、水平方向に前記Ｎ個配列された前記第１の画素のうち水平方向のＮ１個（Ｎ１は前記Ｎ未満の自然数）の画素からの信号電荷を遮蔽する電荷遮蔽領域を設けると共に、水平方向のＮ２個（Ｎ２は前記Ｎ１との和が前記Ｎと等しく、かつ、前記Ｍとの和が前記Ｎ１と等しい条件を満足する自然数）の前記第１の画素からの信号電荷と前記第２の画素からの信号電荷とを前記垂直転送路により同時に垂直転送して前記水平転送路へそれぞれ蓄積させ、
前記複数の分割撮像エリアのそれぞれにおいて、前記垂直転送路の前記垂直転送後に、前記水平転送路に蓄積されている前記Ｍ個の前記第２の画素からの信号電荷に対応した信号と、前記Ｎ個の前記第１の画素のうち前記電荷遮蔽領域で遮蔽されずに垂直転送されて１ライン前に該水平転送路に蓄積されている前記Ｎ２個の画素からの信号電荷に対応した信号とを、前記水平転送路を駆動して該水平転送路による水平転送により該水平転送路の外部へ出力させた後、前記垂直転送路を駆動することを交互に繰り返すことを特徴とする撮像装置。
前記電荷遮蔽領域は、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、前記電荷遮蔽領域の動作時には前記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て前記水平転送路に蓄積される前記第１及び第２の画素からの信号電荷のうち、水平方向に前記Ｎ個配列された前記第１の画素のうち水平方向の前記Ｎ１個の画素からの信号電荷を遮蔽して前記水平転送路での蓄積を阻止し、前記電荷遮蔽領域の動作停止時には前記Ｎ１個の前記第１の画素からの信号電荷を遮蔽することなく、前記Ｎ２個の前記第１の画素からの信号電荷及び前記第２の画素からの信号電荷と共に前記垂直転送路により同時に垂直転送して前記水平転送路へそれぞれ蓄積させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。