JPH1084506A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全画素読み出し方式の固体撮像装置では、通
常のインターレース走査を行うモニタに供給する場合
は、撮像信号を一旦メモリに入力した後、インターレー
ス走査に合うようにメモリ上で並べ替えるなどの処理が
必要であった。 【解決手段】 ＣＣＤ固体撮像素子１０において、垂直
ＣＣＤ１３を３層電極６層駆動構成とする。そして、タ
イミングジェネレータ１７において、全画素読み出しモ
ードでは、１相目の垂直転送クロックφＯＶ１と４相目
の垂直転送クロックφＥＶ１、２相目の垂直転送クロッ
クφＯＶ２と５相目の垂直転送クロックφＥＶ２、３相
目の垂直転送クロックφＯＶ３と６相目の垂直転送クロ
ックφＥＶ３を同一位相のクロックとして出力し、２画
素混合読み出しモードでは、１相目〜３相目の垂直転送
クロックφＯＶ１〜φＯＶ３と４相目〜６相目の垂直転
送クロックφＥＶ１〜φＥＶ３とを異なる位相のクロッ
クとして出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、特に同一時刻に全画素の信号電荷を垂直転送部に読
み出し、当該垂直転送部中で混合することなく独立に読
み出すことが可能ないわゆる全画素読み出し方式の固体
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子スチルカメラやファクトリーオート
メーション（ＦＡ）分野において、最近、高解像度要望
として全画素読み出し方式の固体撮像装置が画像入力デ
バイスとして使われるようになってきている。この全画
素読み出し方式の固体撮像装置では、通常、各画素にお
いて１／３０秒間信号電荷を蓄積し、しかる後全画素の
信号電荷を３層電極３相駆動の垂直転送部に同時に読み
出した後、当該垂直転送部中で混合することなく独立に
順次垂直転送し、さらに水平転送を行う構成となってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フレー
ムレート３０枚の全画素読み出し方式の固体撮像装置で
は、５２５本の撮像信号が順次出力されるため、通常の
インターレース走査を行うモニタにそのまま供給すると
モニタ上の表示画像に歪みが生じることになる。したが
って、５２５本の撮像信号をインターレース走査方式の
モニタに供給する場合は、撮像信号を一旦メモリに入力
した後、インターレース走査に合うようにメモリ上で並
べ替えるなどの処理が必要であり、システム的に複雑に
なるという問題があった。

【０００４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、垂直解像度の高いス
チル画像を得ることができるとともに、インターレース
走査方式のモニタにメモリを介さずに画像を映し出すこ
とが可能な全画素読み出し方式の固体撮像装置を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ
部と、この複数のセンサ部から読み出された信号電荷を
垂直転送する３層電極６相駆動の垂直転送部と、この垂
直転送部から移された信号電荷を水平転送する水平転送
部とを具備する固体撮像素子と、垂直転送部の駆動に際
し、複数のセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転
送部中で混合することなく独立に垂直転送する全画素読
み出しモードと、複数のセンサ部から読み出された信号
電荷を垂直転送部中で隣り合う２画素分について混合し
て垂直転送する２画素混合読み出しモードとを選択的に
採り得る駆動系とを備えた構成となっている。

【０００６】上記構成の固体撮像装置において、垂直転
送部が３層電極６相駆動構成であることから、６相のク
ロックを２相ずつ同一位相とすることで、実質的に３層
電極３相駆動にて全画素読み出しを実現できる。この全
画素読み出しモードでは、垂直解像度のスチル画像が得
られる。一方、６相のクロックタイミングに工夫を凝ら
すことで、３層電極６相駆動にて２画素混合読み出しを
実現できる。この２画素混合読み出しモードでは、イン
ターレース走査を行うモニタにメモリを介さずに画像を
映し出すことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態
では、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮
像素子に適用した場合を例に採って説明するものとす
る。

【０００８】図１は、本発明の一実施形態を示す概略構
成図である。図１において、行（垂直）方向および列
（水平）方向にマトリクス状に配列され、入射光をその
光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数
のセンサ部（画素）１１と、これらセンサ部１１の垂直
列ごとに設けられ、各センサ部１１から読み出しゲート
部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複
数本の垂直ＣＣＤ１３とによって撮像エリア１４が構成
されている。

【０００９】この撮像エリア１４において、センサ部１
１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードから構成されて
いる。そして、受光面上には、例えば図２に示す補色市
松配列の色フィルタが画素単位で配されている。センサ
部１１に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート部１２
に後述する読み出しパルスＸＳＧが印加されることによ
って垂直ＣＣＤ１３に読み出される。垂直ＣＣＤ１３
は、３層電極６相（φＯＶ１〜φＯＶ３，φＥＶ１〜φ
ＥＶ３）駆動の構成となっており、各センサ部１１から
読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部に
て１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方
向に転送する。

【００１０】ここで、垂直ＣＣＤ１３において、２相目
（φＯＶ２）および５相目（φＥＶ２）の各転送電極
は、読み出しゲート部１２のゲート電極を兼ねている。
このことから、６相の垂直転送クロックφＯＶ１〜φＯ
Ｖ３，φＥＶ１〜φＥＶ３のうちの、２相目，５相目の
垂直転送クロックφＯＶ２，φＥＶ２には、読み出しゲ
ート部１２に印加される読み出しパルスＸＳＧが重畳さ
れる。これにより、２相目，５相目の垂直転送クロック
φＯＶ２，φＥＶ２は３値をとり、その３値目のパルス
が読み出しパルスＸＳＧとなる。

【００１１】撮像エリア１４の図面上の下側には、水平
ＣＣＤ１５が配されている。この水平ＣＣＤ１５には、
複数本の垂直ＣＣＤ１３から１ラインに相当する信号電
荷が順次転送される。水平ＣＣＤ１５は、例えば２相の
水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって転送駆動さ
れ、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された１ライン分の
信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間に
おいて順次水平方向に転送する。

【００１２】水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、例え
ばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電
荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換
部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた
信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧
信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力Ｏ
ＵＴとして導出される。以上により、インターライン転
送方式のＣＣＤ固体撮像素子１０が構成されている。

【００１３】このＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するた
めの６相の垂直転送クロックφＯＶ１〜φＯＶ３，φＥ
Ｖ１〜φＥＶ３および２相の水平転送クロックφＨ１，
φＨ２を含む各種のタイミング信号は、駆動系を構成す
るタイミングジェネレータ１７において生成される。こ
のタイミングジェネレータ１７は、外部から与えられる
モード信号に応じて全画素読み出しモードと、垂直方向
において隣り合う２画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３中
で混合して読み出す２画素混合読み出しモードとを採
り、６相の垂直転送クロックφＯＶ１〜φＯＶ３，φＥ
Ｖ１〜φＥＶ３については、各動作モードに応じてクロ
ックタイミングを切り替える構成となっている。

【００１４】すなわち、全画素読み出しモードでは、図
３のタイミングチャートに示すように、１相目の垂直転
送クロックφＯＶ１と４相目の垂直転送クロックφＥＶ
１、２相目の垂直転送クロックφＯＶ２と５相目の垂直
転送クロックφＥＶ２、３相目の垂直転送クロックφＯ
Ｖ３と６相目の垂直転送クロックφＥＶ３をそれぞれ同
一位相のクロックとして出力する。一方、２画素混合読
み出しモードでは、図４のタイミングチャートに示すよ
うに、１相目〜３相目の垂直転送クロックφＯＶ１〜φ
ＯＶ３と４相目〜６相目の垂直転送クロックφＥＶ１〜
φＥＶ３とを異なる位相のクロックとして出力する。

【００１５】図５は、単位画素の具体的な構成の一例を
示す平面パターン図であり、図６にそのＸ‐Ｘ′矢視断
面を示す。先ず、垂直ＣＣＤ１３は、Ｎ型基板２１上に
Ｐ型ウェル２２を介して形成されたＮ型不純物からなる
転送チャネル２３と、この転送チャネル２３の上方にそ
の転送方向に繰り返して配列された単位画素につき３相
の転送電極２４-1〜２４-3とから構成されている。

【００１６】これらの転送電極２４-1〜２４-3におい
て、１相目（４相目）の転送電極２４-1は１層目のポリ
シリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、
２相目（５相目）の転送電極２４-2は２層目のポリシリ
コン（図中、二点鎖線で示す）によって形成され、３相
目（６相目）の転送電極２４-3は３層目のポリシリコン
（図中、破線で示す）によって形成されている。

【００１７】そして、図２に示すように、垂直転送クロ
ックφＥＶ１，φＥＶ２，φＥＶ３を伝送するバスライ
ン２５，２６，２７には、転送電極２４-1，２４-3，２
４-2が１ラインおきに接続され、垂直転送クロックφＯ
Ｖ１，φＯＶ２，φＯＶ３を伝送するバスライン２８，
２９，３０には、バスライン２５，２６，２７に接続さ
れていない転送電極２４-1，２４-3，２４-2が同様に１
ラインおきに接続されている。

【００１８】次に、上記構成の補色市松配列のＩＴ型全
画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像素子１０のモード別
の信号電荷の読み出しおよび垂直転送の動作について説
明する。

【００１９】先ず、全画素読み出しモードでの信号電荷
の読み出しおよび垂直転送の動作について、図３のタイ
ミングチャートに基づいて図７の模式図を参照しつつ説
明する。Ａフィールドにおいて、時点ｔ１１で読み出し
パルスＸＳＧが発生すると、この読み出しパルスＸＳＧ
が高レベル（以下、“Ｈ”レベルと称する）の２相目，
５相目の垂直転送クロックφＯＶ２，φＥＶ２に重畳さ
れて各行の読み出しゲート部１２に印加される。これに
より、全てのセンサ部１１から信号電荷が垂直ＣＣＤ１
３に読み出される。

【００２０】このとき、２相目，５相目の垂直転送クロ
ックφＯＶ２，φＥＶ２と共に、３相目，６相目の垂直
転送クロックφＯＶ３，φＥＶ３も“Ｈ”レベルにある
ことから、各行の転送電極２４-3，２４-2の下のポテン
シャルが深い状態にある。したがって、全画素から読み
出された信号電荷は、各ラインの転送電極２４-3，２４
-2の下に蓄積される。

【００２１】次に、３相目，６相目の垂直転送クロック
φＯＶ３，φＥＶ３が低レベル（以下、“Ｌ”レベルと
称する）に遷移した後、時点ｔ１２でそれまで“Ｌ”レ
ベルにあった１相目，４相目の垂直転送クロックφＯＶ
１，φＥＶ１が“Ｈ”レベルに遷移すると、３相目，６
相目の垂直転送クロックφＯＶ３，φＥＶ３が印加され
る転送電極２４-3の下のポテンシャルが浅くなった後、
１相目，４相目の垂直転送クロックφＯＶ１，φＥＶ１
が印加される転送電極２４-1の下のポテンシャルが深く
なるため、転送電極２４-3，２４-2の下の信号電荷は転
送電極２４-2，２４-1の下に移動する。

【００２２】次に、２相目，５相目の垂直転送クロック
φＯＶ２，φＥＶ２が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点
ｔ１３で３相目，６相目の垂直転送クロックφＯＶ３，
φＥＶ３が“Ｈ”レベルに遷移すると、２相目，５相目
の垂直転送クロックφＯＶ２，φＥＶ２が印加される転
送電極２４-2の下のポテンシャルが浅くなった後、３相
目，６相目の垂直転送クロックφＯＶ３，φＥＶ３が印
加される転送電極２４-3の下のポテンシャルが深くなる
ため、転送電極２４-2，２４-1の下の信号電荷は転送電
極２４-1，２４-3の下に移動する。

【００２３】次に、１相目，４相目の垂直転送クロック
φＯＶ１，φＥＶ１が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点
ｔ１４で２相目，５相目の垂直転送クロックφＯＶ２，
φＥＶ２が“Ｈ”レベルに遷移すると、１相目，４相目
の垂直転送クロックφＯＶ１，φＥＶ１が印加される転
送電極２４-1の下のポテンシャルが浅くなった後、２相
目，５相目の垂直転送クロックφＯＶ２，φＥＶ２が印
加される転送電極２４-2の下のポテンシャルが深くなる
ため、転送電極２４-1，２４-3の下の信号電荷は転送電
極２４-3，２４-2の下に移動する。

【００２４】以上の一連の動作により、同一時刻に全画
素から読み出された信号電荷が、１ライン（１行）分だ
けシフトされたことになる。そして、このラインシフト
により、信号電荷は１ライン分ずつ水平ＣＣＤ１５に転
送される。Ｂフィールドの場合にも、Ａフィールドの場
合と全く同様の動作により、全画素の信号電荷が独立に
読み出されることになる。

【００２５】上述したように、１チャネル出力の全画素
読み出し方式ＣＣＤ固体撮像装置１０において、垂直Ｃ
ＣＤ１３の駆動に６相（φＯＶ１〜φＯＶ３，φＥＶ１
〜φＥＶ３）駆動方式を採用した場合であっても、１相
目の垂直転送クロックφＯＶ１と４相目の垂直転送クロ
ックφＥＶ１、２相目の垂直転送クロックφＯＶ２と５
相目の垂直転送クロックφＥＶ２、３相目の垂直転送ク
ロックφＯＶ３と６相目の垂直転送クロックφＥＶ３を
同一位相のクロックとしたことで、全画素から読み出し
た信号電荷を垂直ＣＣＤ１３中で混合することなく、実
質的に３相駆動にて垂直転送することができる。これに
より、３０フレーム／秒で全画素の信号電荷を独立に読
み出すことが可能となる。

【００２６】続いて、２画素混合読み出しモードでの信
号電荷の読み出しおよび垂直転送の動作について、図４
のタイミングチャートに基づいて図８および図９の模式
図を参照しつつ説明する。

【００２７】先ず、Ａフィールドについて図８の模式図
を参照して説明するに、時点ｔ３１で読み出しパルスＸ
ＳＧが発生すると、この読み出しパルスＸＳＧが“Ｈ”
レベルの２相目，５相目の垂直転送クロックφＯＶ２，
φＥＶ２に重畳されて各行の読み出しゲート部１２に印
加される。これにより、全てのセンサ部１１から信号電
荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。

【００２８】このとき、２相目，５相目の垂直転送クロ
ックφＯＶ２，φＥＶ２と共に、３相目，６相目の垂直
転送クロックφＯＶ３，φＥＶ３も“Ｈ”レベルにある
ことから、各行の転送電極２４-3，２４-2の下のポテン
シャルが深い状態にある。したがって、全画素から読み
出された信号電荷は、各ラインの転送電極２４-3，２４
-2の下に蓄積される。

【００２９】次に、時点３２でそれまで“Ｌ”レベルに
あった１相目の垂直転送クロックφＯＶ１が“Ｈ”レベ
ルに遷移すると、この１相目の垂直転送クロックφＯＶ
１が印加される転送電極２４-1の下のポテンシャルが深
くなる。これにより、当該転送電極２４-1を挟む前後の
転送電極２４-3，２４-2の下に蓄積されていた垂直方向
で隣り合う２画素（以下、垂直２画素と称する）分の信
号電荷が混合され、垂直２画素分の転送電極２４-3，２
４-2，２４-1，２４-3，２４-2の下に蓄積されることに
なる。

【００３０】次に、６相目の垂直転送クロックφＥＶ３
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ３３でそれまで
“Ｌ”レベルにあった４相目の垂直転送クロックφＥＶ
１が“Ｈ”レベルに遷移すると、６相目の垂直転送クロ
ックφＥＶ３が印加される転送電極２４-3の下のポテン
シャルが浅くなった後、４相目の垂直転送クロックφＥ
Ｖ１が印加される転送電極２４-1の下のポテンシャルが
深くなるため、転送電極２４-3，２４-2，２４-1，２４
-3，２４-2の下の２画素分の信号電荷は、転送電極２４
-2，２４-1，２４-3，２４-2，２４-1の下に移動する。

【００３１】次に、５相目の垂直転送クロックφＥＶ２
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ３４で６相目の垂
直転送クロックφＥＶ３が“Ｈ”レベルに遷移すると、
５相目の垂直転送クロックφＥＶ２が印加される転送電
極２４-2の下のポテンシャルが浅くなった後、６相目の
垂直転送クロックφＥＶ３が印加される転送電極２４-3
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-2，
２４-1，２４-3，２４-2，２４-1の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-1，２４-3，２４-2，２４-1，２
４-3の下に移動する。

【００３２】次に、１相目の垂直転送クロックφＯＶ１
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ３５で５相目の垂
直転送クロックφＥＶ２が“Ｈ”レベルに遷移すると、
１相目の垂直転送クロックφＯＶ１が印加される転送電
極２４-1の下のポテンシャルが浅くなった後、５相目の
垂直転送クロックφＥＶ２が印加される転送電極２４-2
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-1，
２４-3，２４-2，２４-1，２４-3の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-3，２４-2，２４-1，２４-3，２
４-2の下に移動する。

【００３３】次に、３相目の垂直転送クロックφＯＶ３
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ３６で１相目の垂
直転送クロックφＯＶ１が“Ｈ”レベルに遷移すると、
３相目の垂直転送クロックφＯＶ３が印加される転送電
極２４-3の下のポテンシャルが浅くなった後、１相目の
垂直転送クロックφＯＶ１が印加される転送電極２４-1
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-3，
２４-2，２４-1，２４-3，２４-2の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-2，２４-1，２４-3，２４-2，２
４-1の下に移動する。

【００３４】次に、２相目の垂直転送クロックφＯＶ２
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ３７で３相目の垂
直転送クロックφＯＶ３が“Ｈ”レベルに遷移すると、
２相目の垂直転送クロックφＯＶ２が印加される転送電
極２４-2の下のポテンシャルが浅くなった後、３相目の
垂直転送クロックφＯＶ３が印加される転送電極２４-3
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-2，
２４-1，２４-3，２４-2，２４-1の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-1，２４-3，２４-2，２４-1，２
４-3の下に移動する。

【００３５】次に、４相目の垂直転送クロックφＥＶ１
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ３８で２相目の垂
直転送クロックφＯＶ２が“Ｈ”レベルに遷移すると、
４相目の垂直転送クロックφＥＶ１が印加される転送電
極２４-1の下のポテンシャルが浅くなった後、２相目の
垂直転送クロックφＯＶ２が印加される転送電極２４-2
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-1，
２４-3，２４-2，２４-1，２４-3の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-3，２４-2，２４-1，２４-3，２
４-2の下に移動する。

【００３６】以上の一連の動作により、同一時刻に全画
素から読み出された信号電荷が垂直ＣＣＤ１３中で２画
素混合された後、１ライン分だけシフトされたことにな
る。なお、２画素混合読み出しの場合には、１ラインは
２行分に相当する。そして、このラインシフトにより、
２画素分の信号電荷は１ラインずつ水平ＣＣＤ１５に転
送される。

【００３７】続いて、Ｂフィールドについて図９の模式
図を参照して説明するに、時点ｔ４１で読み出しパルス
ＸＳＧが発生すると、この読み出しパルスＸＳＧが
“Ｈ”レベルの２相目，５相目の垂直転送クロックφＯ
Ｖ２，φＥＶ２に重畳されて各行の読み出しゲート部１
２に印加される。これにより、全てのセンサ部１１から
信号電荷が垂直ＣＣＤ１３に読み出される。

【００３８】このとき、２相目，５相目の垂直転送クロ
ックφＯＶ２，φＥＶ２と共に、３相目，６相目の垂直
転送クロックφＯＶ３，φＥＶ３も“Ｈ”レベルにある
ことから、各行の転送電極２４-3，２４-2の下のポテン
シャルが深い状態にある。したがって、全画素から読み
出された信号電荷は、各ラインの転送電極２４-3，２４
-2の下に蓄積される。

【００３９】次に、時点４２でそれまで“Ｌ”レベルに
あった４相目の垂直転送クロックφＥＶ１が“Ｈ”レベ
ルに遷移すると、この４相目の垂直転送クロックφＥＶ
１が印加される転送電極２４-1の下のポテンシャルが深
くなる。これにより、当該転送電極２４-1を挟む前後の
転送電極２４-3，２４-2の下に蓄積されていた垂直２画
素の信号電荷が混合され、垂直２画素分の転送電極２４
-3，２４-2，２４-1，２４-3，２４-2の下に蓄積される
ことになる。このときの垂直２画素は、Ａフィールドの
場合と組み合わせが異なる。

【００４０】次に、３相目の垂直転送クロックφＯＶ３
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ４３でそれまで
“Ｌ”レベルにあった１相目の垂直転送クロックφＯＶ
１が“Ｈ”レベルに遷移すると、３相目の垂直転送クロ
ックφＯＶ３が印加される転送電極２４-3の下のポテン
シャルが浅くなった後、１相目の垂直転送クロックφＯ
Ｖ１が印加される転送電極２４-1の下のポテンシャルが
深くなるため、転送電極２４-3，２４-2，２４-1，２４
-3，２４-2の下の２画素分の信号電荷は、転送電極２４
-2，２４-1，２４-3，２４-2，２４-1の下に移動する。

【００４１】次に、２相目の垂直転送クロックφＯＶ２
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ４４で３相目の垂
直転送クロックφＯＶ３が“Ｈ”レベルに遷移すると、
２相目の垂直転送クロックφＯＶ２が印加される転送電
極２４-2の下のポテンシャルが浅くなった後、３相目の
垂直転送クロックφＯＶ３が印加される転送電極２４-3
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-2，
２４-1，２４-3，２４-2，２４-1の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-1，２４-3，２４-2，２４-1，２
４-3の下に移動する。

【００４２】次に、４相目の垂直転送クロックφＥＶ１
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ４５で２相目の垂
直転送クロックφＯＶ２が“Ｈ”レベルに遷移すると、
４相目の垂直転送クロックφＥＶ１が印加される転送電
極２４-1の下のポテンシャルが浅くなった後、２相目の
垂直転送クロックφＯＶ２が印加される転送電極２４-2
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-1，
２４-3，２４-2，２４-1，２４-3の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-3，２４-2，２４-1，２４-3，２
４-2の下に移動する。

【００４３】次に、６相目の垂直転送クロックφＥＶ３
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ４６で４相目の垂
直転送クロックφＥＶ１が“Ｈ”レベルに遷移すると、
６相目の垂直転送クロックφＥＶ３が印加される転送電
極２４-3の下のポテンシャルが浅くなった後、４相目の
垂直転送クロックφＥＶ１が印加される転送電極２４-1
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-3，
２４-2，２４-1，２４-3，２４-2の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-2，２４-1，２４-3，２４-2，２
４-1の下に移動する。

【００４４】次に、５相目の垂直転送クロックφＥＶ２
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ４７で６相目の垂
直転送クロックφＥＶ３が“Ｈ”レベルに遷移すると、
５相目の垂直転送クロックφＥＶ２が印加される転送電
極２４-2の下のポテンシャルが浅くなった後、６相目の
垂直転送クロックφＥＶ３が印加される転送電極２４-3
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-2，
２４-1，２４-3，２４-2，２４-1の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-1，２４-3，２４-2，２４-1，２
４-3の下に移動する。

【００４５】次に、１相目の垂直転送クロックφＯＶ１
が“Ｌ”レベルに遷移した後、時点ｔ４８で５相目の垂
直転送クロックφＥＶ２が“Ｈ”レベルに遷移すると、
１相目の垂直転送クロックφＯＶ１が印加される転送電
極２４-1の下のポテンシャルが浅くなった後、５相目の
垂直転送クロックφＥＶ２が印加される転送電極２４-2
の下のポテンシャルが深くなるため、転送電極２４-1，
２４-3，２４-2，２４-1，２４-3の下の２画素分の信号
電荷は、転送電極２４-3，２４-2，２４-1，２４-3，２
４-2の下に移動する。

【００４６】以上の一連の動作により、同一時刻に全画
素から読み出された信号電荷が垂直ＣＣＤ１３中でＡフ
ィールドと異なる組み合わせにて２画素混合された後、
１ライン分だけシフトされたことになる。そして、この
ラインシフトにより、２画素分の信号電荷は１ラインず
つ水平ＣＣＤ１５に転送される。

【００４７】上述したように、１チャネル出力の全画素
読み出し方式ＣＣＤ固体撮像装置１０において、垂直Ｃ
ＣＤ１３の駆動に６相（φＯＶ１〜φＯＶ３，φＥＶ１
〜φＥＶ３）駆動方式を採用したことにより、全画素か
ら読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ１３中で、Ａフィー
ルドとＢフィールドとで異なる組み合わせにて２画素混
合して読み出すことができる。

【００４８】すなわち、図４（Ａ）に示すＡフィールド
の場合のクロックタイミングにて読み出しおよび垂直転
送を行うと、例えば図１０に示す画素配列において、１
行目と２行目，３行目と４行目，５行目と６行目，……
の組み合わせの垂直２画素の信号電荷が混合されて読み
出され、図１１中のＡ１，Ａ２，Ａ３，……の走査線で
出力される。

【００４９】また、図４（Ｂ）に示すＢフィールドの場
合のクロックタイミングにて読み出しおよび垂直転送を
行うと、２行目と３行目，４行目と５行目，……の組み
合わせの垂直２画素の信号電荷が混合されて読み出さ
れ、図１１中のＢ１，Ｂ２，……の走査線で出力され
る。

【００５０】図１２は、２画素混合読み出し時のタイミ
ングチャートである。なお、図１２中、ＦＬＤはフィー
ルド判別信号を、ＶＤは垂直同期パルスを、ＨＤは水平
同期パルスを、ＸＳＧは読み出しパルスを、ＯＵＴはＣ
ＣＤ出力信号をそれぞれ示している。このタイミングチ
ャートでは、ＡフィールドとＢフィールドとでそれぞれ
どのように各画素の信号電荷が混合され出力されるかを
示している。

【００５１】なお、上記実施形態においては、図２に示
す補色市松配列のカラーコーティングの色フィルタを用
いたカラーＣＣＤ固体撮像素子１０に適用したが、この
場合には、ＣＣＤ固体撮像素子１０から出力される撮像
信号に対して通常使われている補色系の信号処理を施す
ことにより、簡単にモニタに出力することができる。補
色系の信号処理については、本発明の要旨ではないの
で、ここではその説明を省略する。また、色フィルタを
用いない白黒ＣＣＤ固体撮像素子の場合には、ＣＣＤ固
体撮像素子から出力される撮像信号をサンプリングする
だけで直接モニタに出力するが可能となる。

【００５２】また、上記実施形態では、インターライン
転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子１０に適用した
場合を例に採って説明したが、図１３に示すフレームイ
ンターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣＤ固体撮像素子
５０にも同様に適用することが可能である。

【００５３】図１３において、イメージ部５１は、マト
リクス状に２次元配列されて入射光を光電変換し、その
光量に応じた電荷量の信号電荷を蓄積する複数のセンサ
部５２と、これらセンサ部５２の垂直列ごとに設けら
れ、各センサ部５２から読み出された信号電荷を垂直転
送する複数本の垂直ＣＣＤ５３とによって構成されてい
る。このイメージ部５１において、垂直ＣＣＤ５３は３
層電極構造を採り、６相の垂直転送クロックφＶＩ１〜
φＶＩ６によって転送駆動される。

【００５４】一方、ストレージ部５４は、イメージ部５
１の垂直ＣＣＤ５３に各列ごとに連続した複数本の垂直
ＣＣＤ５５によって構成されている。なお、ストレージ
部５４は、その全面が例えばアルミニウムの遮光層（図
示せず）によって覆われている。このストレージ部５４
において、垂直ＣＣＤ５５は、垂直ＣＣＤ５３と同様に
３層電極構造を採り、６相の垂直転送クロックφＶＳ１
〜φＶＳ６によって転送駆動される。

【００５５】イメージ部５１の各センサ部５２で光電変
換された信号電荷は、垂直ＣＣＤ５３に読み出されかつ
当該垂直ＣＣＤ５３によってストレージ部５４に高速転
送される。ストレージ部５４に高速転送された信号電荷
は、水平ブランキング期間の一部において、垂直ＣＣＤ
５５によって１ラインに相当する部分ずつ順にシフトさ
れ、水平ＣＣＤ５６に転送される。

【００５６】水平ＣＣＤ５６は、例えば２相の水平転送
クロックφＨ１，φＨ２によって転送駆動される。水平
ＣＣＤ５６の転送先の端部には、例えばフローティング
・ディフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部５７
が設けられている。この電荷電圧変換部５７は、水平Ｃ
ＣＤ５６によって水平転送されてきた信号電荷を順次電
圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体か
らの光の入射量に応じたＣＣＤ出力ＯＵＴとして導出さ
れる。以上により、フレームインターライン転送方式の
ＣＣＤ固体撮像素子５０が構成されている。

【００５７】上記構成のフレームインターライン転送方
式のＣＣＤ固体撮像素子５０においても、イメージ部５
１の垂直ＣＣＤ５３の６相の垂直転送クロックφＶＩ１
〜φＶＩ６として、先述した６相の垂直転送クロックφ
ＯＶ１〜φＯＶ３，φＥＶ１〜φＥＶ３を用い、この６
相の垂直転送クロックφＯＶ１〜φＯＶ３，φＥＶ１〜
φＥＶ３についてクロックタイミングを切り替えること
により、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子
１０の場合と同様に、全画素読み出しモードと２画素混
合読み出しモードとを設定することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１チャネル出力の全画素読み出し方式固体撮像装置にお
いて、２画素混合読み出しモードを選択的に採り得る構
成としたことにより、全画素読み出しモードでは、垂直
解像度のスチル画像を得ることができるとともに、２画
素混合読み出しモードでは、インターレース走査を行う
モニタにメモリを介さずに画像を映し出せることにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。

【図２】色フィルタのカラーコーディングを示す図であ
る。

【図３】全画素読み出しモード時の動作説明のためのタ
イミングチャートである。

【図４】２画素混合読み出しモード時の動作説明のため
のタイミングチャートである。

【図５】単位画素の構成の一例を示す平面パターン図で
ある。

【図６】図５のＸ‐Ｘ′矢視の断面構造図である。

【図７】全画素読み出しモードでの垂直転送の動作説明
のための模式図である。

【図８】２画素混合読み出しモードでのＡフィールドの
垂直転送の動作説明のための模式図である。

【図９】２画素混合読み出しモードでのＢフィールドの
垂直転送の動作説明のための模式図である。

【図１０】２画素混合の概念図である。

【図１１】モニタ出力のイメージ図である。

【図１２】２画素混合時のタイミングチャートである。

【図１３】フレームインターライン転送（ＦＩＴ）方式
ＣＣＤ固体撮像素子の概略構成図である。

【符号の説明】

１１，５２ センサ部 １３，５３，５５ 垂直ＣＣ
Ｄ １５，５６ 水平ＣＣＤ １６，５７ 電荷電圧変換
部 １７ タイミングジェネレータ ２３転送チャネル ２４-1 １，４相目の転送電極 ２４-2 ２，５相目
の転送電極 ２４-3 ３，６相目の転送電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 行列状に配列されて光電変換を行う複数
   のセンサ部と、前記複数のセンサ部から読み出された信
   号電荷を垂直転送する３層電極６相駆動の垂直転送部
   と、前記垂直転送部から移された信号電荷を水平転送す
   る水平転送部とを具備する固体撮像素子と、 前記垂直転送部の駆動に際し、前記複数のセンサ部から
   読み出された信号電荷を前記垂直転送部中で混合するこ
   となく独立に垂直転送する全画素読み出しモードと、前
   記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を前記垂直
   転送部中で隣り合う２画素分について混合して垂直転送
   する２画素混合読み出しモードとを選択的に採り得る駆
   動系とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記駆動系は、前記垂直転送部に対して
   ６相の垂直転送クロックを発生し、全画素読み出しモー
   ドと２画素混合読み出しモードとで前記６相の垂直転送
   クロックのクロックタイミングを切り替えることを特徴
   とする請求項１記載の固体撮像装置。