JPH05103267A

JPH05103267A - 固体撮像装置の駆動方法と固体撮像装置

Info

Publication number: JPH05103267A
Application number: JP3259320A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Oda; 和也小田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1993-04-23
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JP2791999B2

Abstract

(57)【要約】【目的】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
し、スチル画像撮像の際、連続露光であるか、瞬間露光
であるかによらず、同一のタイミングで固体撮像装置を
駆動することのできる固体撮像装置の駆動方法を提供す
ることを目的とする。【構成】行列状に配置された４種類の多数個の光電変
換素子（３ｊ、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２）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（４）に取込み、各垂直ＣＣＤ内の電
荷を垂直ＣＣＤに接続された水平ＣＣＤ（５）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、スチル撮像指
示がなされた時は、垂直走査期間Ｖの４ｎ（ｎは正の整
数）倍のクリア動作を行なう工程と、続いて、連続露光
であるか瞬間露光であるかに拘らず、１Ｖの期間の垂直
ＣＣＤのスミア電荷掃き出しを行なう工程と、続いて、
４Ｖ期間の画像信号取り込みを行う工程とを含む。

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】なお、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、
画像再生を短期間に行なうために、ＮＴＳＣ方式の画像
再生を行なう。

【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の結果、減衰を受ける。
また、ＨＣＣＤ１０１と１０２との特性が異なる場合や
出力アンプＦＤＡ１、ＦＤＡ２のアンプ特性が異なる場
合に、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。

【００２２】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およびＦＤＡ１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。

【００２３】瞬間露光の場合、強い光が固体撮像装置に
照射されるため、固体撮像装置のＣＣＤにもスミア電荷
が発生する。このスミア電荷を無視して信号電荷の取り
込みを行なえば、最初のフィールドは他のフィールドに
比べスミア電荷分余分な誤差信号を取り込んでしまうこ
とになる。

【００２４】図２（Ｄ）は、瞬間露光の場合に行なわれ
る４Ｖ読み出しモードを示す。ストロボ、機械的シャッ
タ等の動作による瞬間露光に続いて、次のＶ期間におい
てＣＣＤ中のスミア電荷の掃き出しが行なわれる。引き
続く４Ｖ期間において、図２（Ｃ）と同様のホトダイオ
ードからの信号電荷の取り込みが行なわれる。

【００２５】このように、瞬間露光の場合には、まずス
ミア電荷の掃き出しを行なった後、４Ｖの信号電荷読み
出しが行なわれるが、この結果、連続露光の場合と瞬間
露光の場合とで信号電荷の取り込みタイミングが異なる
ことになる。連続露光か瞬間露光かの情報は、ヘッド分
離型固体撮像装置においては、カメラヘッド部とカメラ
制御部とを接続する１本のケーブルによって伝達され
る。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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、縦方向のジッタが生じる。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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）に
示すような方式が提案されている。

【００３３】図３（Ｃ）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。

【００３４】この方式によれば、縦方向ジッタがなく、
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、得られる電荷量は連続露光で４Ｖ期間（蓄積期間４
Ｖ）に各画素からの画像情報を取り出す場合と同様とな
る。

【００３５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の技術によれば、スチル画像を撮像する際、連続露
光であるか、瞬間露光であるかによって画像読み出しに
必要な期間が４Ｖと５Ｖに変化してしまう。この露光形
態を識別するため、識別信号を伝達する必要がある。カ
メラヘッド分離型固体撮像装置においては、この信号伝
達は１本のケーブルを必要とする。

【００３６】本発明の目的は、スチル画像撮像の際、連
続露光であるか、瞬間露光であるかによらず、同一のタ
イミングで固体撮像装置を駆動することのできる固体撮
像装置の駆動方法を提供することである。

【００３７】本発明の他の目的は、このような駆動方法
を可能とする固体撮像装置を提供することである。

【００３８】

【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、スチル
撮像指示がなされた時は、垂直走査期間Ｖの４ｎ（ｎは
正の整数）倍のクリア動作を行なう工程と、続いて、連
続露光であるか瞬間露光であるかに拘らず、１Ｖの期間
の垂直ＣＣＤのスミア電荷掃き出しを行なう工程と、続
いて、４Ｖ期間の画像信号取り込みを行う工程とを含
む。

【００３９】

【作用】スチルモードにおいては、連続露光であるか瞬
間露光であるかに拘らず、クリア動作に続いてＣＣＤの
スミア電荷掃き出しを行なうことによって、固体撮像装
置を同一のタイミングで駆動することが可能となる。

【００４０】連続露光の場合、ＣＣＤへのスミア電荷発
生は問題となる量ではないが、スミア電荷掃き出しを行
なっても差し障りはない。連続露光と瞬間露光において
タイミングを同一とすることにより、カメラヘッド部と
カメラ制御部との間における信号伝達が省略できる。こ
のため、ヘッド分離型固体撮像装置においては、ケーブ
ルの数を減少させることができる。

【００４１】また、モニタ時には２種類の光電変換素子
からの電荷を同時に読み出せば、２Ｖ期間で全電荷を読
み出すことができるので、動解像度は高い。

【００４２】また、モニタ時には感度が約１／２となる
が、読み出した２種類の光電変換素子からの電荷が混合
されて２倍の電荷量となるので、スチル撮像時の感度と
ほぼ等しくできる。

【００４３】また、モニタ時に飽和電荷量を半分にすれ
ば、画素混合後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量を有することになる。
このため、ＣＣＤ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種類の混合信号を交
互に用いることができるため、縦方向ジッタを防止する
ことができる。

【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、ＶＣＣＤ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】感度調整手段６は、倍率１のアンプ６ａと
倍率４／５倍のアンプ６ｂおよび切換スイッチ６ｃを含
む。切換スイッチ６ｃは、スチル画像撮像が連続露光で
行なわれるか、瞬間露光で行なわれるかの情報にしたが
って入力信号をアンプ６ａに接続するか、アンプ６ｂに
接続するかを切り換える。

【００４８】スミア検出手段７は、スミア電荷掃き出し
の際にＣＣＤから掃き出される電荷量を検出し、露光が
連続露光で行なわれたか、瞬間露光で行なわれたかを判
断し、識別信号を感度調整手段６に供給する。

【００４９】図１（Ｂ）、（Ｃ）は、電荷読み出し方式
を概略的に示している。モニタモードでのホトダイオー
ドから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とＡ２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Ｂ１とＢ２からの電荷が読み出され
る。

【００５０】このようにして、２Ｖを周期として全ホト
ダイオードからの電荷がＶＣＣＤ４に読み出される。な
お、Ａ１とＢ１を同時に読み出し、Ａ２とＢ２とを次の
Ｖ期間に読みだしてもよい。

【００５１】スチルモードにおいては、電荷読み出しに
先立って、まずＣＣＤのスミア電荷掃き出しが１Ｖ期間
を使って行なわれる。次の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。

【００５２】ところで、連続露光においても画像信号読
み出しの前にスミア掃き出し工程を設けると、ホトダイ
オードにおける電荷蓄積期間は５Ｖとなる。モニタモー
ドにおいては、電荷蓄積期間が２Ｖであり、電荷混合を
行なうことによって、感度は２Ｖ×２に比例するものと
なる。スチルモードにおいては、感度が５Ｖに比例する
ものとなるので差が生じる。

【００５３】一方、瞬間露光においては、中間にスミア
掃き出しによる１Ｖ期間が追加されても蓄積される電荷
は増加しないので、４Ｖに比例させた感度は変化しな
い。最も、専用のストロボ等であれば瞬間露光時の感度
を５Ｖに比例させ、連続露光時の感度と合わせることも
できる。

【００５４】図１（Ａ）に示すスミア検出手段７と感度
調整手段６は、連続露光における感度の差を補償する。
すなわち、連続露光の場合には、検出した電荷信号を４
／５倍することにより、感度を５Ｖ×（４／５）＝４Ｖ
とし、モニタモードにおける感度、瞬間露光における感
度と同一とする。

【００５５】なお、感度調整手段６およびスミア検出手
段７は、カメラ制御部に設けることができるので、カメ
ラヘッド部において瞬間露光を選択するか、連続露光を
選択するかの情報をカメラヘッド部からカメラ制御部に
伝達する必要はない。このため、信号を伝達するケーブ
ル数を低減することができる。

【００５６】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。

【００５７】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７
５Ω駆動回路１３を含む。

【００５８】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
からのトリガ信号ＴＲＧを受け、水平駆動パルス、垂直
駆動パルス、シフトゲート信号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１７、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、モード信号によっ
て基板バイアスを変更設定する基板電圧コントロール回
路１９を含む。また、ストロボ３２が制御部１６のタイ
ミング発生器に接続されている。

【００５９】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。

【００６０】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、感度調整手段６、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。

【００６１】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。

【００６２】ゲインコントロールアンプ２１で増幅され
た電荷信号は、スミア検出手段７にも供給される。スミ
ア検出手段７は、後に述べるタイミング発生器２９から
所定タイミングの信号を受け、スミア電荷を検出する。
スミア電荷の量によって露光が連続露光であるか、瞬間
露光であるかを判別することが可能である。スミア検出
手段７の検出したスミア信号は、後に述べるメインＣＰ
Ｕ２８に供給される。

【００６３】メインＣＰＵ２８は、スミア信号から連続
露光であるか瞬間露光であるかを判別し、判別信号を感
度調整手段６に供給し、感度調整手段６の切換スイッチ
６ｃを切り換える。

【００６４】このように、ゲインコントロールアンプ２
１の出力信号は、連続露光であるか、瞬間露光であるか
によって感度調整手段のアンプ６ｂまたは６ａを通過
し、ガンマ処理回路２２に供給される。このため、ガン
マ処理回路２２に入力する電荷信号は感度調整がなされ
たものとなる。

【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、Γ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、トリガ信号をメモリ制御部２
７およびカメラヘッド部に供給する。トリガ信号のオン
／オフによりスチルモード／モニタモードが表される。

【００６７】メモリ制御部２７は、トリガ信号を受け、
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ＣＰＵ２８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。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。

【００６８】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、１Ｖのスミア掃き出し期間の後、４Ｖ期間で読み取
られ、メモリ部２４に蓄積される。

【００６９】また、モニタモードにおいては、ホトダイ
オードの飽和電荷量が約半分になるように基板電圧が変
更され、ＣＣＤデバイス１１に蓄積された電荷を同時に
２種類ずつ読み出し、混合してＣＣＤ出力として供給
し、モニタ３１に表示する。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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、基板電圧コントロール回路１９によって制御
される可変直流電源５０によって逆バイアス電圧が印加
されている。

【００７６】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。基板電圧を変更すると、オーバフローする
電位が変化し、ホトダイオードの飽和電荷量が変更され
る。モニタモードにおいては、スチルモードの飽和電荷
量の半分の飽和電荷量になるように基板電圧が設定され
る。ホトダイオードをオーバフローする電荷は基板４１
に吸い出される。

【００７７】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。

【００７８】また、トリガ信号ＴＲＧはモニタモードの
時“０”、スチルモードの時“１”である。ＳＵＢ切換
信号は、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。ストロボ信号はストロボを
動作させない間は“０”である。

【００７９】モニタモードにおいては、２Ｖ期間で全画
素の電荷を読み出すため、カメラ駆動信号は交互にフィ
ールドＩとフィールドＩＩ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Ｒ
ＥＣは“０”である。

【００８０】図８は、フィールドＩ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。時間ｔ２において、駆動信号φＶ
Ｂ１が高いレベルとなるので、この時ホトダイオードＢ
１からＶＣＣＤに蓄積電荷が移送される。また、時刻ｔ
４においては、駆動信号φＶＡ１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。

【００８２】すなわち、１Ｖ期間に２種類のホトダイオ
ードＡ１、Ｂ１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、２種類の電荷が混合されて次の水平走査期間中にＨ
ＣＣＤ中を高速に転送される。

【００８３】図９は、図８の破線で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】図１１において、時刻ｔ２に駆動電圧φＶ
Ｂ１が高いレベルとなるので、ホトダイオードＢ１から
の電荷がＶＣＣＤに取り込まれる。この取り込まれた電
荷は、時刻ｔ４においては、ＶＣＣＤの１セル分図中右
方向に転送されている。この時刻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
電荷が同じ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転送セル分に広がり、各電荷の間には１セル分
のバリアが形成される。その後、時刻ｔ６からｔ１１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。
ＨＣＣＤでは２種類ずつの電荷が混合される。

【００８７】なお、Ａ１、Ｂ１のホトダイオードから電
荷を取り込むフィールドＩの駆動について説明したが、
フィールドＩＩにおいても同様の電荷取込み、転送が行
なわれる。図１０は、フィールドＩＩ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トリガ信号ＴＲＧが立
ち上がり、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、１Ｖ期間で終了する。

【００８９】また、モード信号と同時に基板電圧（ＳＵ
Ｂ）切換信号も立ち上がり、図４に示す基板電圧コント
ロール回路１９を介して、図６（Ｂ）に示す基板電圧用
可変直流電源５０を調整する。すなわち、スチルモード
においては、一度に１種類のホトダイオードが読みださ
れ、２種類のホトダイオードを同時に読み出すモニタモ
ードと較べ、そのままでは飽和電荷量が約半分となる。
この飽和電荷量の差を基板電圧で調整する。

【００９０】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４ｎＶ、ｎ
は正の整数）のクリアが行なわれる。図示の場合、４Ｖ
のクリア動作の後、１Ｖのスミア電荷掃き出しが行なわ
れ、続いて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。

【００９１】すなわち、電荷信号取り込み記憶はトリガ
信号ＴＲＧ立ち上がりから７Ｖ目に開始される。クリア
動作を４ｎＶ行なう場合には、（４ｎ＋３）Ｖ目に開始
される。

【００９２】ストロボを発光させる時、またはシャッタ
を動作させる時は、スミア電荷掃き出し工程の直前に発
光動作を行なう。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。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瞬間露光であるか
連続露光であるかに拘らず、スミア電荷掃き出しを行な
った後、全電荷を４Ｖ期間で読み出し、高解像度の画像
を形成する。

【００９８】瞬間露光であるか、連続露光であるかによ
ってＣＣＤの駆動タイミングが変化せず、一定のタイミ
ングで撮像動作を行なうことができる。このため、カメ
ラヘッド部とカメラ制御部との間におけるケーブル数を
低減することができる。なお、スミア電荷掃き出し工程
によって増加する連続露光における電荷蓄積期間は、ス
ミア電荷検出に基づく感度調整によって補償することが
できる。

【００９９】また、モニタモードにおいては飽和電荷量
を約半分に設定して一度に２種類ずつ、全電荷を２Ｖ期
間で取込み、ＶＣＣＤを転送し、混合してＨＣＣＤを転
送するので、パワーロスを防止し、同一感度、同一飽和
電荷量で動解像度の高いモニタ画像を得ることができ
る。

【０１００】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。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
瞬間露光であるか、連続露光であるかに拘らず、一定の
条件で固体撮像装置を駆動することができる。

【０１０２】このため、記憶をどのタイミングで開始す
るかを決定するために、瞬間露光であるか連続露光であ
るかの情報をカメラヘッド部からカメラ制御部へ伝達す
る必要がなくなる。このため、カメラヘッド部とカメラ
制御部との間におけるケーブル数を低減することができ
る。

【０１０３】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
保つことができる。

【０１０４】また、読みだされる２種類の混合画像信号
は固定した位置から取り込むことができるため、ジッタ
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、ス
チルモードにおける蓄積電荷の読出状態を説明するため
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）、（Ｄ）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４ＶＣＣＤ５ＨＣＣＤ６感度調整手段７スミア検出手段８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基板電圧コントロール回路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３２ストロボ

Claims

【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に接続された水平ＣＣ
Ｄ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、スチル撮像指示がなされた時は、垂直走査期間Ｖの４ｎ
（ｎは正の整数）倍のクリア動作を行なう工程と、続いて、連続露光であるか瞬間露光であるかに拘らず、
１Ｖの期間の垂直ＣＣＤのスミア電荷掃き出しを行なう
工程と、続いて、４Ｖ期間の画像信号取り込みを行う工程とを含
む固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】瞬間露光である場合は、さらに前記スミ
ア電荷掃き出し工程の１Ｖ期間前の期間内に前記光電変
換素子に光を照射して電荷蓄積を行う工程を含む請求項
１記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】さらに、モニタ時には同時に２種類の光
電変換素子からの電荷を取り込んで画素混合する工程を
含む請求項１ないし２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】連続露光である場合は、さらに、取り込
んだ画像信号を４／５倍に増幅する工程を含む請求項
１、２、３のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方
法。
【請求項５】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の各一端に接続された１行の水
平ＣＣＤと、スチルモード時は、スチル画像指示が与えられた時は、
垂直走査期間Ｖの４ｎ（ｎは正の整数）倍のクリア動作
を行なわせ、続いて連続露光であるか瞬間露光であるか
に拘らず、１Ｖ期間の垂直ＣＣＤのスミア電荷掃き出し
を行なわせ、続いて４Ｖ期間の画像信号取り込みを行な
わせるための制御駆動手段とを含む固体撮像装置。
【請求項６】さらに、モニタ時には２種類の光電変換
素子からの電荷を取り込んで画素混合して読み出し、２
Ｖ期間で全電荷を読み出すように垂直ＣＣＤを制御する
制御回路を含む請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】さらに、垂直ＣＣＤのスミア電荷掃き出
しを行なう時、掃き出された電荷量を検出し、連続露光
か瞬間露光かを判断する手段と、連続露光か瞬間露光かの判断に基づき、取り込まれる信
号電荷を異なる増幅率で増幅する手段とを含む請求項５
ないし６記載の固体撮像装置。