JPH05145859A - 固体撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的高い照度条件の下では高い解像度が得
られるように、また低照度条件の下では十分な信号対雑
音比が得られるように、固体撮像素子の動作を制御でき
るようにする。 【構成】 固体撮像装置の出力画像情報を受け、モ−ド
判定回路が固体撮像素子の最適動作を判定することによ
り、タイミング信号発生回路に判定結果を通知して、タ
イミング信号発生回路から固体撮像素子に送出するタイ
ミング信号を変更する。タイミング信号を変更すること
により、低照度条件のときには、複数の画素の信号を加
算して読み出す動作モ−ドを選択し、高照度条件のとき
には、通常の動作で各画素から信号を読み出す動作モ−
ドを選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換素子により画
像情報を得る固体撮像装置において、その画像情報に応
じて動作を制御することが可能な固体撮像装置、および
その制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、テレビジョンカメラやカメラ
一体型ＶＴＲには、固体撮像素子が用いられている。こ
の固体撮像素子に関しては、例えば、『ＩＥＥＥトラン
ザクションズ・オン・エレクトロン・デバイス』ＶＯ
Ｌ．３８．ＮＯ．５．Ｍay 1991pp.969〜975‘Ｌow-Ｎo
ise Ｌine-Ａmplified ＭＯＳ Ｉmaging Ｄevices’
に詳述されている。図２は、従来の撮像装置の一例を示
す構成図である。固体撮像素子は、光電変換手段を含む
画素を２次元状に配列して、撮像対象からの光信号を電
気信号に変換し、画像情報を得るものである。図２にお
いて、１１はＭＯＳ型固体撮像素子であって、画素Ｐ１
が２次元状に配列されている。１個の画素は、光電変換
手段としてのフォトダイオ−ドと、このフォトダイオ−
ドにより変換された電気信号（電荷量）を選択的に読み
出すためのＭＯＳトランジスタから構成される。このＭ
ＯＳトランジスタのゲ−トには、垂直選択線ＸＳが接続
されており、垂直選択線ＸＳに高電位を印加することに
より、フォトダイオ−ド内の電気信号が垂直信号線ＳＬ
に読み出される。垂直信号線ＳＬに読み出された信号
は、さらに水平選択線ＹＳに印加される選択信号で制御
される水平選択スイッチＹＳＷにより、選択的に水平信
号線ＯＬに読み出される。この信号は、出力端子ＯＵＴ
を介して増幅器２１に入力され、ここで信号が増幅され
た後、出力信号ＶＯとして出力される。図２において、
４１および５１は、それぞれ垂直選択回路と水平選択回
路であって、垂直選択線ＸＳや水平選択線ＹＳに順次選
択信号を印加することにより、２次元に配列された画素
の情報を走査して読み出すための回路である。これらの
選択回路４１，５１は、タイミング発生回路３０からの
タイミング信号により制御される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固体撮像装
置から得られる画像情報の解像度は、固体撮像素子内の
画素数により影響されるため、画像情報の高解像度化が
望まれる場合、精細な画像を得るために画素数を増加し
て画素の高密度化を図っている。例えば、従来のＮＴＳ
Ｃ用のＶＴＲでは２５〜２８万画素から３３〜３８万画
素に高密度化されており、開発中のＨＤＴＶ（Ｈigh
Ｄefinition Ｔelevision)では、さらに高解像度化を
図るために、１３０万〜２００万画素の固体撮像素子が
開発されている。しかしながら、画素の高密度化は１個
当りの画素面積の縮小につながり、必然的に同一照度下
では各画素に入射される光量の低下を招き、その結果と
して、各画素で得られる電気信号量の低下につながる。
従って、撮像素子として重要な特性である感度（信号対
雑音比）が低下することになる。すなわち、比較的照度
の高い条件の下では、画素を高密度化することにより高
解像度な画像情報を得ることが可能であるが、照度の低
い条件の下では、逆に雑音により非常に見難い画像情報
しか得られない。さらに照度が低い条件の下になると、
意味のない画像情報しか得られないという結果になる。
本発明の目的は、このような従来の課題を解決し、高解
像度化のために画素面積を縮小した場合、低照度下にお
ける感度（信号対雑音比）を確保することが可能な固体
撮像装置を提供することにある。また、撮像条件または
撮像対象に応じて最適な画像情報が得られるような固体
撮像装置の制御方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、（イ）光電変換手段と該
光電変換手段の信号を読み出す手段とからなる複数個の
画素を有する固体撮像素子と、固体撮像素子の動作を制
御する制御手段とを備えた固体撮像装置において、固体
撮像素子から読み出された画像出力情報を受けて、固体
撮像素子の最適動作を判定するモ−ド判定回路と、モ−
ド判定回路の判定結果を受けて、複数モ−ドのうちの１
つを選択し、モ−ドにより固体撮像素子を制御する制御
手段とを具備することに特徴がある。また、（ロ）複数
モ−ドとしては、複数の画素から構成されるブロック毎
に画素の信号を加算して読み出す動作モ−ドと、各画素
の信号を独立に読み出す通常動作モ−ドとを有すること
に特徴がある。また、（ハ）複数モ−ドとしては、加算
する画素の数および構成を複数種類の組み合わせただけ
有することにも特徴がある。また、（ニ）複数モ−ドと
しては、１画面全体で同じ動作をさせるモ−ドと、１画
面をいくつかの領域に分割し、それぞれの領域で最適な
動作をさせるモ−ドとを有することにも特徴がある。ま
た、（ホ）光電変換手段の信号を読み出す手段は、垂直
方向のＣＣＤ列と水平方向のＣＣＤ列と水平方向のＣＣ
Ｄ列の端子に設けられた信号検出回路とで構成され、垂
直方向の画素の信号は水平方向のＣＣＤ列で加算され、
水平方向の画素の信号は信号検出回路で加算されること
にも特徴がある。また、本発明による固体撮像装置の制
御方法は、（ヘ）固体撮像素子に入射された光情報を該
固体撮像素子により電気信号に変換し、変換された信号
を増幅器を介して画像情報として出力する固体撮像装置
の制御方法において、モ−ド判定回路は、画像情報の出
力を受け取り、画像情報の信号の大きさを判定して、信
号の大きさが予め定められたレベルより小さい場合に
は、解像度を落して、信号がレベル以上になるように固
体撮像素子を制御するように動作することに特徴があ
る。また、（ト）モ−ド判定回路は、２次元状に配列さ
れた複数の画素から構成されるブロック毎に、画素の信
号を加算して読み出す動作モ−ドを選択することにも特
徴がある。また、（チ）モ−ド判定回路は、固体撮像装
置の出力の空間周波数スペクトラムを観測することによ
り、固体撮像素子の制御方法を選択することにも特徴が
ある。また、（リ）モ−ド判定回路は、固体撮像装置の
出力信号量の平均値ないし最大値の大きさにより、固体
撮像素子の制御方法を選択することにも特徴がある。さ
らに、（ヌ）モ−ド判定回路は、固体撮像装置の出力信
号量の平均値ないし最大値の大きさにより、ブロックを
構成する画素数を選択することにも特徴がある。さら
に、（ル）モ−ド判定回路は、固体撮像装置の出力の空
間周波数スペクトラムにより、ブロックの垂直方向およ
び水平方向の構成を選択することにも特徴がある。

【０００５】

【作用】本発明においては、固体撮像装置からの画像情
報出力、または外部から入力される信号を、それぞれ制
御信号として、撮像条件あるいは撮像対象に応じて最適
な画像情報が得られるように、固体撮像素子の動作を制
御する。例えば、比較的照度の高い条件の下では、画素
面積を縮小してもなお十分な信号量が得られるため、高
い解像度が得られるように固体撮像素子の動作を制御す
る。これに対して、低照度の条件下では、画素面積を縮
小すると、各画素で得られる信号量が小さくなるので、
解像度よりも感度を優先させることにより、十分な信号
対雑音比が得られるように固体撮像素子の動作を制御す
る。このように、撮像条件あるいは撮像対象に応じて固
体撮像素子の動作を制御することにより、常に最適な画
像情報が得られるようにする。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示す撮像装置の
ブロック図である。図１において、１は固体撮像素子、
２は固体撮像素子１の出力を増幅して出力信号ＶＯを得
るための増幅器、３は固体撮像素子１の動作を制御する
制御手段、６は本発明により新たに設けられたモ−ド判
定回路である。すなわち、モ−ド判定回路６は、出力信
号ＶＯを受けて、固体撮像素子１の動作をどのように制
御すべきかを判定し、いくつか設定されたモ−ドのう
ち、どのモ−ドで制御するかを決定する。そのモ−ド判
定回路６の出力を制御手段３が受けると、固体撮像素子
１に入力される各種パルス信号のタイミング発生回路や
ドライバ回路等の動作を決定されたモ−ドで制御するこ
とにより、固体撮像素子１から最適な画像情報を得る。
すなわち、図１において、固体撮像素子１に入射された
光情報は、固体撮像素子１により電気信号に変換された
後、増幅器２を介して画像情報として出力される。モ−
ド判定回路６は、この画像情報出力を受け、固体撮像素
子１の制御モ−ドを判定し、制御手段３に判定結果を出
力する。制御手段３は、この判定結果を受けると、それ
に従って固体撮像素子１を制御する。例えば、モ−ド判
定回路６として、画像情報の信号の大きさを判定する回
路を用いることにより、得られた画像情報の信号が大き
い場合には解像度をできる限り高くするように、固体撮
像素子１を制御する。つまり、画像情報出力の信号が大
きいときには、画素面積を縮小しても十分な信号対雑音
比を得ることができるので、画素数を増加して解像度を
高める。一方、画像情報出力の信号が小さいときには、
画素面積を縮小すると、十分な信号対雑音比が得られな
いため、画素面積を縮小せずに解像度を落し、信号が一
定値以上になるように感度を高める。このように制御す
ることにより、高照度条件下では高い解像度が得られ、
一方、低照度条件下では一定の信号対雑音比を確保する
ことができる。つまり、撮像条件または撮像対象に応じ
て最適の画像情報を得ることができる。

【０００７】図１に示す固体撮像装置の応用例として、
モ−ド判定回路６を設けることなく、固体撮像装置の外
部より入力される制御信号によって制御手段３を制御す
る方法がある。この場合には、固体撮像装置から得られ
る画像情報をディスプレイ装置に表示して、撮像者自身
が最適な画像情報を得るように制御信号を入力し、制御
手段３を制御する。図３は、図１の具体的構成を示す図
であって、ＭＯＳ型撮像装置の場合を示している。固体
撮像装置は、ＭＯＳ型撮像素子１１と増幅器２１とモ−
ド判定回路６と制御手段３１とから構成される。図２の
従来の装置と異なる点は、固体撮像装置の出力信号ＶＯ
を受けて、タイミング発生回路３１を制御するモ−ド判
定回路６を設けたことである。このモ−ド判定回路６に
より、タイミング発生回路３１より固体撮像素子１１に
送出されるパルス信号を種々変化させる。パルス信号を
変化させることにより、例えば１画素に蓄積されている
信号を独立に読み出すか、あるいは複数画素に蓄積され
ている信号を加算して読み出すかを選択する。個々の画
素の信号を独立に読み出せば、縦または横方向に分割さ
れて解像されるので、解像度は高くなる。逆に、複数画
素の信号を加算して読み出せば、縦または横方向に分割
されないので、解像度は悪くなるが、信号は加算されて
大きくなり、感度は高くなる。以下、本実施例の動作
を、図４および図５の動作タイミングチャ−トにより詳
述する。

【０００８】図４は、図３に示すＭＯＳ型撮像素子の動
作タイミングチャ−トであって、画素をそれぞれ独立に
読み出すモ−ドの動作を示している。すなわち、図３の
画素Ｐ１に蓄積された電気信号をそれぞれ独立に読み出
す。このモ−ドは、固体撮像素子１１が有している解像
度を十分に利用できるモ−ドであり、比較的大きい信号
量が得られる場合に使用される。例えば、比較的照度の
高い条件での撮像の場合に相当する。先ず、期間ＴＡに
ｎ本の垂直選択線ＸＳのうちの１本を垂直選択回路４１
で選択し、この垂直選択線ＸＳに接続されたｍ個の画素
Ｐ１から、それぞれに対応する垂直信号線ＳＬに信号を
読み出す。次に、期間ＴＢには、水平選択線ＹＳを水平
選択回路５１で順次選択し、複数の垂直信号線ＳＬに読
み出された信号を水平信号線ＯＬに順次読み出す。この
信号は、増幅器２１に入力されることにより増幅され
て、画素１列分の画像情報として出力される。この動作
を、垂直選択線ＸＳを順次選択して、繰り返し行うこと
により、１枚分の画像情報が得られる。

【０００９】図５は、図３に示すＭＯＳ型撮像素子の動
作タイミングチャ−トであって、画素を複数個加算して
読み出すモ−ドの動作を示している。ここでは、図４の
ように画素Ｐ１に蓄積された信号を独立に読み出さず、
隣接する４画素（例えば、画素Ｐ１の（１，１）（２，
１）（１，２）（２，２））の信号を加算することによ
り、大きな信号量を得ている。従って、このモ−ドで
は、解像度は低下するが、複数の画素の信号を加算する
ことにより大きな信号を得ることができる。従って、こ
のモ−ドは、１個の画素だけでは十分な信号量が得られ
ない場合、例えば比較的照度の低い条件での撮像に用い
られる。図５に示すモ−ドでは、先ず期間ＴＡ′に、隣
合う２本の垂直選択線ＸＳ（例えば、ＸＳ（１）と
（２）、またはＸＳ（３）と（４）等の組合せ）を垂直
選択回路４１で選択し、これらに接続された複数の画素
Ｐ１からそれぞれに対応する垂直信号線ＳＬに信号を読
み出す。このとき、２本の垂直選択線ＸＳが選択される
ので、１本の垂直信号線ＳＬには２つの画素の信号が加
算されて読み出される。その後、期間ＴＢ′で隣合う２
本の水平選択線ＹＳを選択して、２本の垂直信号線ＳＬ
に読み出された信号を加算して水平信号線ＯＬに読み出
す。次に、別の隣合う２本の水平選択線ＹＳを選択し
て、同じように２本の垂直信号線ＳＬに読み出された信
号を加算し、水平信号線ＯＬに読み出す。

【００１０】このような動作を繰り返し行い、垂直選択
線ＸＳを順次選択していくことにより、１枚分の画像情
報が得られる。なお、ここでは２×２の４画素を加算し
て読み出す場合を説明したが、垂直選択回路４１または
水平選択回路５１により、同時に選択する垂直選択線Ｘ
Ｓまたは水平選択線ＹＳの数を変化させることにより、
加算される画素の数、または構成を任意に決定すること
が可能である。ここまでに述べた２つのモ−ドの切り替
えや、加算される画素の数、または構成の切り替えは、
タイミング発生回路３１から固体撮像素子１１に送出さ
れるパルス信号を変化させることにより行うことができ
る。次に、このモ−ドの切り替え方法について詳述す
る。ここでは、各画素の信号を独立に読み出すモ−ドか
ら、画素の信号を加算して読み出すモ−ドに切り替える
場合を述べる。先ず、図４に示す動作タイミングにより
各画素から独立に信号を読み出して、画像情報を出力す
る。この画像情報をモ−ド判定回路６に入力することに
より、モ−ド判定回路６はこの画像情報に基づいて画素
を加算するか否かを判定する。画素を加算する必要があ
ると判定されたときには、モ−ド判定回路６からタイミ
ング発生回路３１に制御信号を送出することにより、タ
イミング発生回路３１はこれを受けて、固体撮像素子１
１に送出するパルス信号を変化させる。この結果、例え
ば、図５に示すような動作タイミングとなる。すなわ
ち、固体撮像素子１１は、４個の画素を加算して読み出
すモ−ドで動作して、画像情報を出力する。この画像情
報は再びモ−ド判定回路６に入力されるので、モ−ド判
定回路６は再び画素の加算を行うか否かを判定すること
になる。さらに、画素の加算を行う必要があると判定さ
れた場合には、モ−ド判定回路６からタイミング発生回
路３１に制御信号が送出されることにより、タイミング
発生回路３１はこれを受けて固体撮像素子１１に送出す
るパルス信号をさらに変化させる。この結果、例えば、
３×３の９画素を加算して読み出すモ−ドで固体撮像素
子１１を動作させて、画像情報を出力させることができ
る。画素の加算を行うか否か、または加算する画素の数
の判定は、画像情報の信号の大きさを観測することによ
り行うことができる。信号の大きさがある一定の閾値よ
り小さい場合には、画素の加算を行うようにする。観測
する信号としては、１枚分ないし複数枚分の画像情報の
信号の平均値または最大値を用いることができる。ま
た、画面のある特定の領域のみの信号の平均値または最
大値を観測する信号として用いることも可能である。

【００１１】図６および図７は、それぞれ加算画素の組
み合わせを示す画素表面の図である。加算する画素の構
成、つまり２×２、２×３、３×３、３×２、４×２等
にする判定基準は、画像情報の空間周波数スペクトラム
を観測することにより行うことができる。例えば、同じ
８個の画素Ｐを加算する場合でも、図６と図７とでは、
垂直方向と水平方向の解像度は異なっている。図６で
は、水平方向の分割数と垂直方向の分割数が２：１であ
り、水平方向の解像度が高いが、図７では、１：２であ
るため、垂直方向の解像度の方が高い。従って、画像情
報の垂直方向と水平方向の空間周波数スペクトラムの高
域成分の大きさを比較することにより、いずれの構成の
方が最適であるを判定することが可能である。画像情報
の空間周波数スペクトラムを観測する方法のうち、最も
簡便な方法としては、高域通過フィルタ（ハイパスフィ
ルタ）を用いる方法がある。つまり、垂直方向と水平方
向に分けて、ある周波数を遮断周波数とする高域通過フ
ィルタに画像出力情報を通過させれば、通過信号のある
方が解像度が高いと判定できる。また、高速フ−リエ変
換を用いた信号処理方法も使用することができる。この
ように、本実施例では、画像情報をモ−ド判定回路６で
観測することにより、その判定結果の出力で固体撮像素
子の垂直および水平選択線の選択数を変化させ、それに
より感度および解像度において最適な画像情報を出力さ
せることが可能となる。

【００１２】図８および図９は、本発明の一実施例を示
す選択回路の構成図、および選択回路の動作タイミング
チャ−トである。図８は、図３に示す固体撮像素子１１
内の垂直選択回路４１または水平選択回路５１の構成例
を示すものであって、一般的には半導体メモリのデコ−
ダ回路として使用される。図３の動作で述べたように、
本実施例では、垂直選択回路４１と水平選択回路５１
は、垂直選択線ＸＳと水平選択線ＹＳの選択数を任意に
変更できるようにする必要がある。図８の回路では、信
号Ａ〜Ｄの組み合わせによって垂直選択線ＸＳ（１）〜
ＸＳ（４）の選択数を変化させることができる。すなわ
ち、信号Ａ〜Ｄは、ＡＮＤ回路（ＡＮＤ１）に入力され
ることにより、ＡＮＤがとれる信号とともに入力したと
きのみゲ−トが開いて出力が得られ、その出力と選択回
路の出力の基準信号となる信号ＦＸがＡＮＤ回路（ＡＮ
Ｄ２）に入力されることにより、ＦＸが１のときのみゲ
−トが開いて出力が得られ、その出力が垂直選択線ＸＳ
（１）〜（４）となる。この動作の状態は、図９により
明らかとなる。すなわち、例えば、信号ＡとＣを高電位
にした場合には、垂直選択線ＸＳ（１）のみが選択さ
れ、信号ＡとＣとＤを高電位にした場合には、垂直選択
線ＸＳ（１）と（２）の２本が選択され、信号ＢとＣと
Ｄを高電位にした場合には、垂直選択線ＸＳ（３）と
（４）の２本が選択される。このように、信号Ａ〜Ｄの
組み合わせを変化させることにより、任意の垂直選択線
を任意の数だけ選択することができる。なお、図９で
は、図面の簡単化のために、４本の垂直選択線の選択回
路を示したが、任意の数の垂直選択線を備えた選択回路
を構成することにより、任意の回路を構成できる。

【００１３】図１０は、本発明の第２の実施例を示すＭ
ＯＳ型撮像装置の構成図である。図１０の構成が図３の
構成と異なっている点は、図３に示したＭＯＳ型固体撮
像素子１１の垂直信号線ＳＬと水平選択スイッチＹＳＷ
１との間に増幅器ＬＡを設けた点である。このように、
各垂直信号線毎に増幅器ＬＡを設けることにより、雑音
を減少させることができる。増幅器を設けることによ
り、雑音低減を図ることについては、例えば、アイ・イ
−・イ−・イ・トランザクション・オン・エレクトロン
デバイス（ＩＥＥＥ、 Ｔransactions onＥlectron
Ｄevices)Ｖol.38.Ｎo.5, pp.969〜975, Ｍay 1991に
記載されている。なお、図１０に示した実施例では、垂
直信号線ＳＬと増幅器ＬＡとの間に、水平選択線Ｙによ
り制御される第２の水平選択スイッチＹＳＷ２を設け
て、２本の垂直信号線で１個の増幅器を共用する場合を
示している。このようにすれば、一般に複雑な回路とな
る増幅器に対して、１本の垂直信号線毎にこれを設ける
場合に比べて増幅器のレイアウトピッチが緩和されるた
め、増幅器のレイアウトが容易になる。

【００１４】図１０の装置の動作は、基本的には図３の
装置と同じである。ただ、第２の水平選択スイッチＹＳ
Ｗ２の動作を含んでいる点のみが図３の動作と異なって
いる。すなわち、水平方向の各画素Ｐ１を独立に読み出
す場合には、第２の水平選択スイッチＹＳＷ２を構成す
る２つのＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２のいずれかをオ
ン状態にし、画素１個分の信号を増幅器ＬＡに入力さ
せ、それぞれ独立に読み出す。これに対して、２個の画
素の信号を加算して読み出す場合には、２つのＭＯＳト
ランジスタＱ１，Ｑ２をともにオン状態にすることによ
り、画素２個分の信号が増幅器ＬＡに入力され、そこで
信号の加算が行われることになる。さらに、水平方向の
４個の画素の信号を加算して読み出す場合には、図３で
述べたように、水平選択スイッチＹＳＷ１内の２個のス
イッチを同時に選択することにより、読み出しを行うこ
とが可能である。このように、本実施例では、水平方向
の画素の信号の加算を、水平選択スイッチＹＳＷ１およ
び第２の水平選択スイッチＹＳＷ２の各選択動作を制御
することにより行っており、それらの制御はモ−ド判定
回路６の判断結果により決定される。

【００１５】図１１は、本発明の第３の実施例を示すＣ
ＣＤ型撮像装置の構成図である。ＭＯＳ型撮像装置で
は、フォトダイオ−ドＰ１で変換された電荷を垂直信号
線と水平信号線を介して出力していたが、ＣＣＤ型撮像
装置では、図１１に示すように、垂直信号線の代りに垂
直ＣＣＤおよび水平ＣＣＤを介して出力する。すなわ
ち、フォトダイオ−ドおよび読み出しゲ−トから構成さ
れる画素Ｐ２と、垂直転送用のＣＣＤ列ＶＣＤと、各垂
直ＣＣＤを介して転送されてきた信号電荷を格納し、水
平方向の時系列信号に変換する水平ＣＣＤ列ＨＣＤと、
水平ＣＣＤ列ＨＣＤを介して転送されてきた信号電荷を
検出する信号検出回路ＡＭＰとから構成されている。こ
こでは、垂直ＣＣＤ列ＶＣＤは４相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ
４により駆動され、水平ＣＣＤ列ＨＣＤは同じく４相の
駆動信号Ｈ１〜Ｈ４により駆動されている。また、この
場合にも、固体撮像素子１２の出力を増幅して出力信号
ＶＯを得るための増幅器２２と、固体撮像装置の出力信
号ＶＯを受けてモ−ドを決定し、それによりタイミング
発生回路３２を制御するモ−ド判定回路６とが設けられ
る。このモ−ド判定回路６により、タイミング発生回路
３２から固体撮像素子１２に送出される駆動信号を種々
に変化させることができる。

【００１６】次に、図１１における垂直方向の画素の信
号の加算方法について述べる。図１２は、垂直方向の隣
合う２画素分の信号を加算する場合の動作タイミングチ
ャ−トであり、図１３は、図１２に示す各時刻における
信号電荷の転送状況を示す図である。この場合には、垂
直ＣＣＤ列ＶＣＤには３つの値を示す電位ＶＨ，ＶＭ，
ＶＬの駆動信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が印加される。
図１２に示すように、先ず、駆動信号Ｖ１，Ｖ３をハイ
レベルの電位ＶＨとし、各画素Ｐ２から垂直ＣＣＤ列Ｖ
ＣＤに信号電荷を読み出す（時刻ｔ（０））。次に、通
常のＣＣＤの駆動方法により、Ｖ１〜Ｖ４を図１２の関
係で駆動すると、図１３に示すように各画素から読み出
された信号電荷は水平ＣＣＤ列ＨＣＤに向って転送され
ていく。図１２では、ｔ（２）（３）（４）でＶ１にＶ
Ｌを、ｔ（４）（５）（６）でＶ２にＶＬを、ｔ（６）
（７）（８）でＶ３にＶＬを、ｔ（８）（９）（10）で
Ｖ４にＶＬを、それ以外はＶＭを、印加することによ
り、図１３のように、読み出された電荷が高ポテンシャ
ルの場所を移動していく。つまり、濃く塗られた部分が
隣合う信号電荷であり、これが順次転送されていく状態
が示されている。同じようにして、他の信号電荷である
白い部分と斜線の部分も、それぞれ隣合う信号電荷とし
て、転送される。その転送過程において、隣合う画素、
例えば画素Ｐ２（１，１）と画素Ｐ２（１，２）の信号
電荷は混じり合う。その結果として、時刻ｔ（10)に
は、垂直ＣＣＤ列ＶＣＤから水平ＣＣＤ列ＨＣＤの電極
下に、２画素分の信号電荷が加算されて転送されること
になる。この状態で、水平ＣＣＤ列ＨＣＤを駆動信号Ｈ
１〜Ｈ４により駆動する。

【００１７】次に、垂直方向の４画素分の信号電荷を加
算して読み出す場合について述べる。図１４は、垂直Ｃ
ＣＤの動作タイミングチャ−トであり、図１５は、図１
４における各時刻の信号電荷の転送状況を示す説明図で
ある。図１４は、基本的には図１２と同じ動作である。
すなわち、図１２ではｔ（０）〜ｔ（１０）で駆動信号
Ｖ１〜Ｖ４を印加して各画素Ｐ２から読み出された信号
電荷を２画素毎に加算し、垂直ＣＣＤ列ＶＣＤを転送す
るのに対して、図１４では、ｔ（０）〜ｔ（１８）で駆
動信号Ｖ１〜Ｖ４を印加して、図１５に示すように、各
画素Ｐ２から読み出された信号電荷を２画素毎に加算
し、垂直ＣＣＤ列ＶＣＤを転送して、水平ＣＣＤ列ＨＣ
Ｄの電極下に４画素分の信号電荷が加算され転送される
まで動作を続行する。その後、水平ＣＣＤ列ＨＣＤを駆
動信号Ｈ１〜Ｈ４により駆動し、加算された４画素分の
信号電荷を信号検出回路に転送していく。図１４，図１
５からも明らかなように、この動作方法は、垂直ＣＣＤ
列ＶＣＤ内の転送方法を図１２で示した従来の転送方法
と変えることなく、また駆動信号の数も変えることなく
転送し、水平ＣＣＤ列ＨＣＤの電極下で画素の信号を加
算することが特徴である。従って、図１４では垂直方向
の４画素を加算する例を示したが、同じようにして、そ
れ以上の任意の画素数の信号電荷を水平ＣＣＤ列ＨＣＤ
の電極下で加算することが可能である。ただし、垂直Ｃ
ＣＤ列ＶＣＤでの転送過程においては、隣合う２画素の
信号電荷が加算されるので、偶数倍の画素の信号を加算
することができる。

【００１８】図１６は、本発明における水平ＣＣＤおよ
び信号検出回路ＡＭＰの断面構造図である。図１６によ
り、水平方向の画素の信号の加算方法について詳述す
る。図１６において、１００はｎ型基板、１０１，１０
２は埋め込み型電荷転送チャネルを形成するためのｐ型
不純物層およびｎ型不純物層、１０４はｎ型不純物層、
１０５〜１０８は駆動信号Ｈ１〜Ｈ４が印加される水平
ＣＣＤのゲ−ト電極、１０９は読み出しゲ−ト用のゲ−
ト電極、１１０，１０３は浮遊拡散層をリセットするた
めのリセットゲ−トを構成するゲ−ト電極およびドレイ
ン電極である。ゲ−ト電極１０９は、読み出しゲ−ト信
号ＯＧにより制御され、水平ＣＣＤ内を転送されてきた
信号電荷をｎ型不純物層１０４で構成される浮遊拡散層
（フロ−ティングディフュ−ジョン）に読み出すもので
ある。浮遊拡散層１０４に信号電荷が読み出されると、
端子ＦＤの電位は信号電荷量に応じて変化し、端子ＦＤ
に接続されたソ−スフォロワ回路ＳＦにより増幅され、
出力端子ＯＵＴに信号が読み出される。ゲ−ト電極１１
０は、リセットゲ−ト信号ＲＧにより制御され、浮遊拡
散層１０４をリセット電位ＲＤにリセットする。

【００１９】図１７および図１８は、通常用いる動作の
場合の水平ＣＣＤおよび信号検出回路の動作タイミング
チャ−トとその動作説明図である。すなわち、垂直ＣＣ
Ｄから水平ＣＣＤに転送された信号電荷を水平ＣＣＤに
より信号検出回路に転送し、信号電荷を検出する際に
は、図１７に示すように、ｔ（１）〜ｔ（６）の電圧が
各電極Ｈ１〜Ｈ４、ＯＧ、ＲＧに印加される。その時の
各電極下の電位は、図１８のｔ（０）〜ｔ（６）で示す
ようになる。すなわち、通常用いられる動作で、水平Ｃ
ＣＤで転送される信号電荷を加算せずに読み出す場合に
は、図１８のｔ（０）〜ｔ（６）の状態で電荷が移動さ
れていき、Ｈ１の電極下にあった電荷がＲＤ電極下まで
移転される。先ず、リセットゲ−ト信号ＲＧにより浮遊
拡散層を予めリセット電位ＲＤにリセットしておき（時
刻ｔ（０））、１番目の信号電荷を読み出しゲ−ト前の
ゲ−ト電極下（駆動信号Ｈ３が印加されるゲ−ト電極）
に転送する（時刻ｔ（２））。その後、読み出しゲ−ト
信号ＯＧにより読み出しゲ−トをオンさせて、信号電荷
を浮遊拡散層１０４に読み出す（時刻ｔ（４））。これ
により、端子ＦＤの電位が信号電荷量に応じて変化し、
図１６に示すソ−スフォロワ回路ＳＦを介して信号が読
み出される。次に、リセットゲ−ト信号ＲＧによりリセ
ットゲ−トをオンさせて、浮遊拡散層１０４を再びリセ
ット電位ＲＤにリセットし、次の信号電荷を読み出す準
備をする（時刻ｔ（６））。このような動作を繰り返す
ことにより、水平ＣＣＤで転送される信号電荷を、順次
独立して読み出すことが可能である。

【００２０】図１９および図２０は、水平ＣＣＤで転送
される信号電荷を２個毎に加算して読み出す場合の水平
ＣＣＤおよび信号検出回路の動作タイミングチャ−トと
その動作説明図である。図１９、図２０では、１番目の
信号電荷を浮遊拡散層１０４に読み出すところまでは図
１７と同じである（時刻ｔ（４））。しかし、この後、
リセットゲ−トにより浮遊拡散層１０４をリセットせず
に、２番目の信号電荷も浮遊拡散層１０４に読み出す
（時刻ｔ（７））。従って、この場合の浮遊拡散層１０
４には、２つの加算された信号電荷が蓄積され、読み出
された状態である。この加算された信号電荷は、ソ−ス
フォロワ回路ＳＦを介して、加算された信号として読み
出される。その後、リセットゲ−ト信号ＲＧによりリセ
ットゲ−トをオンさせ、浮遊拡散層１０４をリセット電
位ＲＤにリセットし、次の信号電荷を読み出す準備をす
る（時刻ｔ（９））。このような動作を繰り返すことに
より、水平ＣＣＤで転送される信号電荷を２個毎に加算
して読み出すことができる。この動作方法の特徴は、水
平ＣＣＤ列ＨＣＤ内の転送方法を、図１７に示すような
従来の方法と同じようにして、リセットゲ−ト信号のＲ
Ｇの有無だけで、浮遊拡散層１０４において画素の信号
を加算することである。なお、図１９、図２０では、水
平方向の２画素を加算する例を示しているが、２画素に
限定されることなく、所望の画素数の信号電荷を浮遊拡
散層１０４で加算することが可能である。

【００２１】このように、本実施例においては、垂直方
向の画素の加算は、垂直ＣＣＤ転送期間での駆動信号Ｖ
１〜Ｖ４の駆動回数を変化させることにより、水平ＣＣ
Ｄの電極下で行うことが可能である。また、水平方向の
画素の加算は、信号検出回路内の浮遊拡散層をリセット
するか否かにより、浮遊拡散層部で行うことが可能であ
る。そして、垂直方向と水平方向の加算する画素数は、
独立して変えることができるので、最終的には任意の数
および任意の構成の画素を加算することができることに
なる。いま、図６に示すように、２×４の構成で加算す
る場合には、先ず垂直方向の４画素を図１４で説明した
方法により水平ＣＣＤの電極下で加算し、次に水平ＣＣ
Ｄ列ＨＣＤ内の信号電荷を２個毎に信号検出回路ＡＭＰ
で加算すればよい。これにより、最初の加算時には、水
平ＣＣＤ列ＨＣＤには、各垂直ＣＣＤ列ＶＣＤに対応し
た垂直方向の４画素分の信号電荷が転送された状態とな
り、最後に、２×４の構成の８個の画素の信号電荷が加
算されて出力される。

【００２２】加算される画素の数、または構成の切り替
え方法としては、タイミング発生回路３２より固体撮像
素子１２に送出されるパルス信号（つまり、垂直ＣＣＤ
の駆動信号Ｖ１〜Ｖ４、水平ＣＣＤの駆動信号Ｈ１〜Ｈ
４、リセットゲ−ト信号ＲＧ、読み出しゲ−ト信号ＯＧ
等）を変えることにより実現できる。また、このパルス
信号の切り替えの契機は、モ−ド判定回路６が画像情報
に基づいて判定することにより、タイミング発生回路３
２に通知される。すなわち、固体撮像素子１２の出力
は、増幅器２２を介して画像情報として出力されるが、
この画像情報はモ−ド判定回路６に入力され、モ−ド判
定回路６により画素を加算するか否か、またはどのよう
に加算するかが判定される。これにより、最適な画像情
報が得られる状態で、固体撮像素子１２が動作される。

【００２３】図２１は、本発明の第４の実施例を示す固
体撮像装置の構成図であって、固体撮像素子としてＣＣ
Ｄ型撮像素子１２を用いた場合を示す。図１１に示すＣ
ＣＤ型撮像素子と異なる点は、垂直ＣＣＤ列ＶＣＤ１が
各画素に３電極を備え、３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３で駆
動される点である。このように構成することにより、垂
直方向の各画素Ｐ２から信号電荷を独立に読み出すこと
が可能になる。すなわち、図１１では、各画素から垂直
ＣＣＤに読み出された信号電荷は、垂直ＣＣＤ内を転送
される過程で２画素毎に加算されたが、本実施例では、
各画素から垂直ＣＣＤに読み出された信号電荷を独立に
転送することが可能である。その結果、図１１の実施例
に比べて、垂直方向の解像度を高めることができる。な
お、本実施例の動作のうち、水平ＣＣＤ列ＨＣＤおよび
信号検出回路ＡＭＰの動作については、図１１の実施例
と同じであるため、ここでは水平ＣＣＤおよび信号検出
回路の動作説明は省略して、垂直方向の信号の転送と加
算方法のみについて述べる。

【００２４】図２２は、図２１の固体撮像素子の垂直方
向の画素の信号を独立に読み出す場合の動作タイミング
チャ−トであり、図２３は、図２２の各時刻における信
号電荷の転送状態を示す図である。垂直ＣＣＤ列ＶＣＤ
１には、３値の電位ＶＨ、ＶＭ、ＶＬを有する駆動信号
Ｖ１〜Ｖ３が印加される。先ず、駆動信号Ｖ１を電位Ｖ
Ｈにして、各画素Ｐ２から垂直ＣＣＤ列ＶＣＤ１に信号
電荷を読み出す（時刻ｔ（０））。次に、駆動信号Ｖ１
〜Ｖ３を図２２に示すような関係で駆動することによ
り、図２３のように、各画素から読み出された信号電荷
が水平ＣＣＤ列ＨＣＤに向って転送される。この過程に
おいては、画素の信号電荷は混じり合わずに転送されて
いく。その結果、時刻ｔ（６）には、水平ＣＣＤ列ＨＣ
ＤのＨ１電極下に、１画素分の信号電荷が転送される。
この状態で、水平ＣＣＤ列ＨＣＤを駆動信号Ｈ１〜Ｈ４
により駆動する。また、他の信号電荷は、垂直ＣＣＤ列
ＶＣＤ１内を１画素分転送された状態であり、時刻ｔ
（０）からｔ（６）の動作を繰り返すことにより、垂直
ＣＣＤ列ＶＣＤ１に読み出された信号電荷を順次、水平
ＣＣＤ列ＨＣＤに転送することが可能である。

【００２５】図２４は、図２１の固体撮像素子におい
て、垂直方向の２画素分の信号電荷を加算して読み出す
場合の動作タイミングチャ−トであり、図２５は、図２
４の各時刻における信号電荷の転送状況を示す図であ
る。基本的には、図２２に示した動作と同じであって、
各画素Ｐ２から読み出された信号電荷は独立に垂直ＣＣ
Ｄ列ＶＣＤ１を転送していく。ただ、図２４の動作で
は、水平ＣＣＤ列ＨＣＤの電極下に２画素分の信号電荷
が加算されて転送されるまで、動作を続行する（時刻ｔ
（１２））。その後、水平ＣＣＤ列ＨＣＤを駆動信号Ｈ
１〜Ｈ４により駆動して、加算された２画素分の信号電
荷を信号検出回路に転送していく。この動作は、図１４
に示した動作方法と基本的には同じであって、水平ＣＣ
Ｄ列ＨＣＤの電極下において画素の信号を加算する。図
２４では、垂直方向の２画素を加算する場合を示した
が、２画素だけに限定されず、所望の画素数の信号電荷
を水平ＣＣＤ列ＨＣＤの電極下で加算することができ
る。また、垂直ＣＣＤ列ＶＣＤ１における転送過程で
は、隣合う２画素の信号電荷が混じり合うことはないた
め、最低１画素分の信号を独立して読み出すことができ
る。その結果、本実施例においては、図１１の場合と同
じように、垂直および水平方向の画素の加算を任意の数
だけ行うことが可能である。また、この制御を画像出力
情報から判定することにより、常に最適な画像情報を得
ることができ、かつ垂直方向の可能な解像度を図１１の
実施例に比べて２倍に高めることができる。

【００２６】図２６は、本発明の第５の実施例を示す増
幅型撮像装置の構成図である。これまで説明した図３、
図１０、図１１、および図２１の各実施例では、各画素
から信号を読み出すと、画素内のフォトダイオ−ドがリ
セットされるため、そこに蓄積されていた情報は破壊さ
れる。これに対して、図２６に示す実施例では、各画素
Ｐ３から信号を読み出しても、画素内のフォトダイオ−
ドがリセットされないタイプの画素であり、いわゆる非
破壊読み出しが可能な画素を用いている。図２６では、
１つの画素がフォトダイオ−ドと３つのＭＯＳトランジ
スタから構成されるタイプを示している。なお、図２６
において、ＸＳは垂直選択線であり、この線に高電位を
印加すると、これに接続された画素の信号が垂直信号線
ＳＬに読み出される。つまり、画素内のフォトダイオ−
ドに蓄積された電荷量に応じて、フォトダイオ−ドの電
位が変化する。従って、ある垂直選択線ＸＳ（１）が選
択されると、その垂直選択線ＸＳ（１）がゲ−トに接続
されたＭＯＳトランジスタと、フォトダイオ−ドがゲ−
トに接続されたＭＯＳトランジスタとを介して、固定電
位が印加されたリセット電圧線ＶＲ（１）から垂直信号
線ＳＬ（１）〜ＳＬ（ｍ）に電流が流れる。

【００２７】このときに流れる電流量は、フォトダイオ
−ドの電位により変化するので、結果的に、垂直信号線
ＳＬの電位はフォトダイオ−ドの電位によって決定され
る。従って、画素内のフォトダイオ−ドに蓄積された電
荷量に応じて、垂直信号線ＳＬの電位が変化することに
なる。この場合、フォトダイオ−ドの電位は、信号が読
み出されても変化することがなく、従って非破壊読み出
しが可能である。また、固体撮像素子１３内のＲＳは、
画素内のフォトダイオ−ドをリセットするためのリセッ
ト選択線であって、これに高電位を印加すると、リセッ
ト電圧線ＶＲに印加された固定電位にフォトダイオ−ド
の電位がリセットされる。このような非破壊読み出し可
能な画素を用いた場合には、一度の読み出し動作で画素
内の情報が破壊されないので、何回も同じ画素を読み出
すことが可能である。これによって、解像度を劣化させ
ずに画素の信号を加算して読み出すことができる。

【００２８】図２７は、図２６において、画素に蓄積さ
れた信号を独立に読み出すモ−ドの動作タイミングチャ
−トである。先ず、期間ｔＡ（１）で、複数の垂直選択
線ＸＳ（１）〜（ｎ）のうちの１つを垂直選択回路４３
により選択し、これに接続された複数の画素Ｐ３からそ
れぞれ対応する垂直信号線ＳＬに信号を読み出す。ここ
では、垂直選択線ＸＳ（１）を選択して、これに接続さ
れた複数の画素Ｐ３から対応する垂直信号線ＳＬ（１）
〜（ｍ）に信号を読み出している。その後、期間ｔＢ
（１）で、水平選択線ＹＳを水平選択回路５３により順
次選択することにより、複数の垂直信号線ＳＬ（１）〜
（ｍ）に読み出された信号を、水平信号線ＯＬに順次読
み出す。この信号は増幅器２３に入力された後、画素１
列分の画像情報として出力される。次に、期間ｔＡ
（２）で、垂直選択線ＸＳ（２）を選択し、これに接続
された複数の画素Ｐ３からそれぞれに対応する垂直信号
線ＳＬ（１）〜（ｍ）に信号を読み出す。また、リセッ
ト選択線ＲＳ（１）を垂直選択回路４３により選択し、
垂直選択線ＸＳ（１）に接続された画素内のフォトダイ
オ−ドの電位をリセットする。その後、期間ｔＢ（２）
に、水平選択線ＹＳを順次選択することにより、信号を
水平信号線ＯＬに順次読み出す。このような動作を繰り
返して、垂直選択線ＸＳおよびリセット選択線ＲＳを順
次選択することにより、１枚分の画像情報を得ることが
できる。

【００２９】図２８は、図２６の固体撮像素子におい
て、垂直方向の複数の画素の信号を加算して読み出すモ
−ドに対応する動作タイムチャ−トである。図２８で
は、隣接する２画素（ここでは、Ｐ３（１，１）とＰ３
（２，１）の２画素）の信号を加算して読み出してい
る。先ず、期間ｔＡ′（１）に隣合う２本の垂直選択線
ＸＳ（ここでは、ＸＳ（１）とＸＳ（２））を垂直選択
線４３により選択し、これらに接続された複数の画素Ｐ
３よりそれぞれに対応する垂直信号線ＳＬに信号を読み
出す。このとき、２本の垂直選択線ＸＳが選択されるの
で、１本の垂直信号線ＳＬには２つの画素の信号が加算
されて読み出される。その後、期間ｔＢ′（１）で、水
平選択線ＹＳを水平選択回路５３により選択し、垂直信
号線ＳＬに読み出された信号を水平信号線ＯＬに読み出
す。次に、期間ｔＡ′（２）で、別の組み合わせの隣合
う２本の垂直選択線ＸＳ（２）とＸＳ（３）を選択し、
これらに接続された複数の画素Ｐ３からそれぞれに対応
する垂直信号線ＳＬに信号を加算して読み出す。また、
リセット選択線ＲＳ（１）を垂直選択回路４３により選
択し、垂直選択線ＸＳ（１）に接続された画素内のフォ
トダイオ−ドの電位をリセットする。その後、期間ｔ
Ｂ′（２）で、水平選択線ＹＳを順次選択することによ
り、信号を水平信号線ＯＬに順次読み出す。この動作を
垂直選択線ＸＳおよびリセット選択線ＲＳを順次選択し
て繰り返し行うことにより、１枚分の画像情報を得るこ
とができる。このように、加算して読み出す画素を１つ
ずつずらすことにより、垂直方向の解像度を劣化させる
ことなく、画素の信号の加算を行うことができ、大きな
信号量を得ることができる。ここでは、２画素を加算し
て読み出す例を示したが、垂直選択回路４３により同時
に選択する垂直選択線ＸＳの数を変化させることによ
り、加算させる画素の数を任意に設定することが可能で
ある。また、水平方向の画素の信号の加算は、図３に示
す実施例と同じであるので、説明を省略する。

【００３０】図２９は、本発明の第６の実施例を示す固
体撮像装置の構成図であって、固体撮像素子として増幅
型撮像素子１３を用いた場合を示している。図２６の構
成では、垂直方向の画素の信号の解像度を犠牲にするこ
となく、加算できることを説明した。しかし、水平方向
の画素の信号を加算しようとすると、図３の実施例と同
じように、解像度は低下する。これに対して、図２９の
実施例では、水平選択スイッチＹＳＡを改良することに
より、解像度の低下を防止することができる。すなわ
ち、図２９に示すように、水平選択スイッチＹＳＡを１
本の垂直信号線ＳＬに対して２つのＭＯＳトランジスタ
で構成する。これらのうち、ＭＯＳトランジスタＱ３は
読み出す垂直信号線ＳＬを選択するものであり、水平選
択線ＹＳによりオン、オフの制御が行われる。また、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ４は、垂直信号線ＳＬに読み出され
た信号を水平信号線ＯＬに読み出すためのもので、垂直
信号線ＳＬにゲ−トが接続される。動作としては、垂直
信号線ＳＬの電位に応じて固定電位ＶＤＤからＭＯＳト
ランジスタＱ３，Ｑ４を介して電流が流れることによ
り、それを信号として読み出す。従って、垂直信号線Ｓ
Ｌを１回選択しても垂直信号線に読み出された信号は破
壊されることなく、画素と同じく何回も選択することが
可能である。なお、図２９における固体撮像素子１３の
上方に配置されているＲＳＷは、垂直信号線ＳＬをリセ
ットするためのリセット回路であって、リセット信号Ｒ
ＳＬを高電位に設定することにより、垂直信号線ＳＬが
リセット電位ＶＲＳにリセットされる。

【００３１】図３０は、図２９における増幅型撮像素子
の動作タイミングチャ−トである。図２９において、画
素Ｐ３に蓄積された信号を独立して読み出す場合には、
図２６の場合と同じように、先ず期間ｔＡ（１）で、複
数の垂直選択線ＸＳの１本を垂直選択回路４３により選
択し（ここでは、ＸＳ（１））、これに接続された複数
の画素Ｐ３よりそれぞれに対応する垂直信号線ＳＬに信
号を読み出す。その後、期間ｔＢ（１）で、水平選択線
ＹＳを水平選択回路５３により順次選択することによ
り、複数の垂直信号線ＳＬに読み出された信号を水平信
号線ＯＬに順次読み出す。読み出された信号は、増幅器
２３に入力された後、画素１列分の画像情報として出力
される。その後、リセット信ＲＳＬを高電位にすること
により、垂直信号線ＳＬをリセット電位ＶＲＳにリセッ
トする。次に、期間ｔＡ（２）で、垂直選択線ＸＳ
（２）を選択し、これに接続された複数の画素Ｐ３より
それぞれに対応する垂直信号線ＳＬに信号を読み出す。
また、リセット選択線ＲＳ（１）を垂直選択回路４３に
より選択し、垂直選択線ＸＳ（１）に接続された画素内
のフォトダイオ−ドの電位をリセットする。期間ｔＢ
（２）で、水平選択線ＹＳを水平選択回路５３により順
次選択することにより、信号を水平信号線ＯＬに読み出
す。この動作を繰り返して、垂直選択線ＸＳとリセット
選択線ＲＳを順次選択することにより、１枚分の画像情
報を得ることができる。

【００３２】図３１は、図２９において、２×２構成の
４画素の信号を加算して読み出す場合の動作タイミング
チャ−トである。垂直方向の画素の信号の加算は、図２
６の場合と同じである。すなわち、先ず期間ｔＡ′
（１）で、隣合う２本の垂直選択線ＸＳ（１）（２）を
垂直選択回路４３により選択し、これらに接続された複
数の画素Ｐ３からそれぞれに対応する垂直信号線ＳＬに
信号を読み出す。その後、期間ｔＢ′（１）で、隣合う
２本の水平選択線ＹＳ（１）（２）を水平選択回路５３
により選択し、２本の垂直信号線ＳＬ（１）（２）に読
み出された信号を加算して、水平信号線ＯＬに読み出
す。次に、別の組み合わせの隣合う２本の水平選択線Ｙ
Ｓ（２）（３）を選択し、同じようにして２本の垂直信
号線ＳＬ（２）（３）に読み出された信号を加算して、
水平信号線ＯＬに読み出す。このような動作を繰り返し
行う。その後、リセット信号ＲＳＬを高電位にすること
により、垂直信号線ＳＬをリセット電位ＶＲＳにリセッ
トする。次に、期間ｔＡ′（２）で、別の組み合わせの
隣合う２本の垂直選択線ＸＳ（２）（３）を選択し、こ
れらに接続された複数の画素Ｐ３よりそれぞれに対応す
る垂直信号線ＳＬに信号を加算して読み出す。また、リ
セット選択線ＲＳ（１）を垂直選択回路４３により選択
し、垂直選択線ＸＳ（１）に接続された画素内のフォト
ダイオ−ドの電位をリセットする。次に、期間ｔＢ′
（２）で、水平選択線ＹＳを選択することにより、信号
を水平信号線ＯＬに読み出す。このような動作を繰り返
すことにより、１枚分の画像情報を得ることができる。
このように、加算して読み出す画素を、垂直方向と水平
方向に１個ずつずらすことにより、垂直方向と水平方向
の解像度を劣化させずに、画素の信号を加算することが
できるとともに、大きな信号量を得ることが可能とな
る。この例では、（垂直）２×（水平）２の４画素を加
算して読み出す場合を述べたが、垂直選択回路４３と水
平選択回路５３により同時に選択する垂直選択線ＸＳと
水平選択線ＹＳの数を変えることにより、加算する画素
数と垂直数×水平数の構成を任意に設定することができ
る。

【００３３】図３２は、本発明の第７の実施例を示す固
体撮像装置の加算画素の組み合わせの図である。第１〜
第６の実施例では、モノクロ固体撮像装置であるか、ま
たは赤、青、緑色をプリズムで分離する三板式ないし二
板式カラ−固体撮像装置を考慮した場合を説明してき
た。一方、単板方式では、図３２に示すように、１枚の
固体撮像素子上で、ホワイト、グリ−ン、シァン、イェ
ロウの各色フィルタをそれぞれマトリクス状に配置する
方式であって、上記各方式とは画素の配置が異なってい
る。以下、固体撮像素子を１枚使用する単板方式のカラ
−固体撮像素子に、本発明を適用した場合について詳述
する。単板方式の固体撮像素子では、上述のように、素
子上に色フィルタが形成され、各画素はそれぞれ色フィ
ルタに対応した色の信号を蓄積する。例えば、図３２の
ように、Ｗ（全色透過）、Ｇ（グリ−ン）、Ｃｙ（シァ
ン）、Ｙ（イェロウ）の４色の色フィルタが素子上にモ
ザイク状に配列されている。そこで、この単板方式の固
体撮像素子において、各画素の信号を独立に読み出した
場合には、モノクロ固体撮像素子と同じように動作させ
ることが可能であり、各画素からそれぞれの色フィルタ
に対応した色の信号を読み出すことができる。従って、
固体撮像素子が有する解像度を得ることが可能である。
しかしながら、低照度での撮像の場合に、画素の信号を
加算して読み出そうとしても、隣合う画素では扱う色が
異なるため、離れた位置にある同色の信号を扱う画素ど
うしの信号を加算して読み出す必要がある。例えば、図
３２では、２×２の構成の４画素を加算して読み出す場
合、同じＷの色フィルタが形成されている画素Ｐ（ｉ，
ｊ＋１），Ｐ（ｉ＋２，ｊ＋１），Ｐ（ｉ，ｊ＋３），
Ｐ（ｉ＋２，ｊ＋３）の４画素の信号を加算して読み出
せばよい。

【００３４】以下、本発明の他の実施例について、概説
する。これまでに述べたように、本発明では、画像情報
に応じて固体撮像素子の動作方法を変化させることによ
り、最適な画像情報を得ることに特徴がある。従って、
この趣旨を超越しない範囲で、次のような拡張実施例も
可能である。 （イ）これまでの実施例では、ノンインタ−レ−ス方式
の撮像素子を例に説明したが、走査線を１本置き、２本
置きに走査させるインタ−レ−ス方式の固体撮像素子に
も、本発明を適用することが可能である。 （ロ）また、撮像対象として、動画のみならず、静止画
を扱うことも可能である。一般的に静止画の方が高解像
度を必要とするため、静止画を扱う場合には固体撮像素
子の有する解像度を引き出せるように動作させ、動画を
扱う場合には感度（信号対雑音比）を優先させるように
すればよい。 （ハ）これまでの実施例では、１画面全体で同じ動作を
させるように制御しているが、１画面をいくつかの領域
に分割し、それぞれの領域で最適な動作を行わせること
も可能である。例えば、ある領域では各画素の信号を独
立に読み出し、別の領域では複数の画素の信号を加算し
て読み出すこともできる。このような動作の応用例とし
て、監視用カメラにおいて、非常に暗い部分と明るい部
分とを１画面で撮像する場合には、暗い部分の情報を扱
っている領域では複数の画素の信号を加算して読み出
し、明るい部分の情報を扱っている領域では各画素の信
号を独立に読み出すことにより、全体として鮮明な画像
情報が得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画面の全体ないし一部の画素の信号を加算して読み出す
ことができるので、撮像条件または撮像対象に応じて最
適な画像情報を得ることができる。その結果、固体撮像
装置の利用範囲を拡大することが可能となる。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す固体撮像装置のブロッ
ク構成図である。

【図２】従来の固体撮像装置の一例を示す構成図であ
る。

【図３】本発明の第１の実施例を示すＭＯＳ型固体撮像
装置の構成図である。

【図４】図３におけるＭＯＳ型固体撮像装置の動作タイ
ミングチャ−トである。

【図５】図３において画素の信号を加算する場合の動作
タイミングチャ−トである。

【図６】本発明において加算して読み出すための画素の
組み合わせの第１の例を示す図である。

【図７】本発明において加算して読み出すための画素の
組み合わせの第２の例を示す図である。

【図８】図３における選択回路の構成例を示す図であ
る。

【図９】図８の選択回路の動作タイミングチャ−トであ
る。

【図１０】本発明の第２の実施例を示すＭＯＳ型撮像装
置の構成図である。

【図１１】本発明の第３の実施例を示すＣＣＤ型撮像装
置の構成図である。

【図１２】図１１における垂直ＣＣＤの動作タイミング
チャ−トである。

【図１３】図１１における垂直ＣＣＤの動作を説明する
図である。

【図１４】図１１における垂直ＣＣＤの加算する場合の
動作タイミングチャ−トである。

【図１５】図１１における垂直ＣＣＤの加算する場合の
動作を説明する図である。

【図１６】図１１における水平ＣＣＤおよび信号検出回
路の断面構造図である。

【図１７】図１６の水平ＣＣＤおよび信号検出回路の動
作タイミングチャ−トである。

【図１８】図１６の水平ＣＣＤおよび信号検出回路の動
作を説明する図である。

【図１９】図１６の水平ＣＣＤおよび信号検出回路の加
算する場合の動作タイミングチャ−トである。

【図２０】図１６の水平ＣＣＤおよび信号検出回路の加
算する場合の動作を説明する図である。

【図２１】本発明の第４の実施例を示すＣＣＤ型撮像装
置の構成図である。

【図２２】図２１における垂直ＣＣＤの動作タイミング
チャ−トである。

【図２３】図２１における垂直ＣＣＤの動作を説明する
図である。

【図２４】図２１における垂直ＣＣＤの加算する場合の
動作タイミングチャ−トである。

【図２５】図２１における垂直ＣＣＤの加算する場合の
動作を説明する図である。

【図２６】本発明の第５の実施例を示す増幅型撮像装置
の構成図である。

【図２７】図２６における増幅型撮像素子の動作タイミ
ングチャ−トである。

【図２８】図２６における増幅型撮像素子の加算する場
合の動作タイミングチャ−トである。

【図２９】本発明の第６の実施例を示す増幅型撮像装置
の構成図である。

【図３０】図２９における増幅型撮像素子の動作タイミ
ングチャ−トである。

【図３１】図２９における増幅型撮像素子の加算する場
合の動作タイミングチャ−トである。

【図３２】本発明の第７の実施例を示す単板方式固体撮
像装置の加算画素の組み合わせを示す図である。

【符号の説明】

１ 固体撮像素子 ２，２１，２２，２３ 増幅器 ３ 制御手段 ６ モ−ド判定回路 １１，１２ 固体撮像素子 ４１，４３ 垂直選択回路 ５１，５３ 水平選択回路 ３０，３１，３３ タイミング発生回路 １０５〜１０８ 水平ＣＣＤのゲ−ト電極 １００ ｎ型基板 １０１，１０２ 埋め込み型電荷転送チャネルを形成す
るｐ（ｎ）型不純物層 １０９ 読み出し用ゲ−ト電極 １１０，１０３ リセットゲ−トを構成するゲ−ト電
極、ドレイン電極 ＶＯ 出力信号 ＳＦ ソ−スフォロワ回路 ＲＤ リセット電位 ＲＧ リセットゲ−ト信号

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光電変換手段と該光電変換手段の信号を
   読み出す手段とからなる複数個の画素を有する固体撮像
   素子と、該固体撮像素子の動作を制御する制御手段とを
   備えた固体撮像装置において、該固体撮像素子から読み
   出された画像出力情報を受けて、該固体撮像素子の最適
   動作を判定するモ−ド判定回路と、該モ−ド判定回路の
   判定結果を受けて、複数モ−ドのうちの１つを選択し、
   該モ−ドにより該固体撮像素子を制御する制御手段とを
   具備することを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の固体撮像装置におい
   て、上記複数モ−ドとしては、複数の画素から構成され
   るブロック毎に画素の信号を加算して読み出す動作モ−
   ドと、各画素の信号を独立に読み出す通常動作モ−ドと
   を有することを特徴とする固体撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の固体撮像装置
   において、上記複数モ−ドとしては、加算する画素の数
   および構成を複数種類の組み合わせただけ有することを
   特徴とする固体撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の固体撮像装置
   において、上記複数モ−ドとしては、１画面全体で同じ
   動作をさせるモ−ドと、１画面をいくつかの領域に分割
   し、それぞれの領域で最適な動作をさせるモ−ドとを有
   することを特徴とする固体撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の固体撮像装置におい
   て、上記光電変換手段の信号を読み出す手段は、垂直方
   向のＣＣＤ列と水平方向のＣＣＤ列と該水平方向のＣＣ
   Ｄ列の端子に設けられた信号検出回路とで構成され、上
   記垂直方向の画素の信号は該水平方向のＣＣＤ列で加算
   され、該水平方向の画素の信号は該信号検出回路で加算
   されることを特徴とする固体撮像装置。
6. 【請求項６】 固体撮像素子に入射された光情報を該固
   体撮像素子により電気信号に変換し、変換された信号を
   増幅器を介して画像情報として出力する固体撮像装置の
   制御方法において、モ−ド判定回路は、上記画像情報の
   出力を受け取り、該画像情報の信号の大きさを判定し
   て、該信号の大きさが予め定められたレベルより小さい
   場合には、解像度を落して、信号が該レベル以上になる
   ように該固体撮像素子を制御するように動作することを
   特徴とする固体撮像装置の制御方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の固体撮像装置の制御方
   法において、上記モ−ド判定回路は、２次元状に配列さ
   れた複数の画素から構成されるブロック毎に、該画素の
   信号を加算して読み出す動作モ−ドを選択することを特
   徴とする固体撮像装置の制御方法。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の固体撮像装置の制御方
   法において、上記モ−ド判定回路は、固体撮像装置の出
   力の空間周波数スペクトラムを観測することにより、固
   体撮像素子の制御方法を選択することを特徴とする固体
   撮像装置の制御方法。
9. 【請求項９】 請求項６に記載の固体撮像装置の制御方
   法において、上記モ−ド判定回路は、固体撮像装置の出
   力信号量の平均値ないし最大値の大きさにより、固体撮
   像素子の制御方法を選択することを特徴とする固体撮像
   装置の制御方法。
10. 【請求項１０】 請求項６または７に記載の固体撮像装
    置の制御方法において、上記モ−ド判定回路は、固体撮
    像装置の出力信号量の平均値ないし最大値の大きさによ
    り、ブロックを構成する画素数を選択することを特徴と
    する固体撮像装置の制御方法。
11. 【請求項１１】 請求項６または７に記載の固体撮像装
    置の制御方法において、上記モ−ド判定回路は、固体撮
    像装置の出力の空間周波数スペクトラムにより、ブロッ
    クの垂直方向および水平方向の構成を選択することを特
    徴とする固体撮像装置の制御方法。