(57)【要約】【課題】電荷転送部内での信号電荷の加算に伴う信号電荷の溢れを未然に防止できるようにした上で、モニタリングモード時に複数の動作モードを設定できるようにする。【解決手段】加算読み出しモードとして、水平転送部１５中でｘライン分の信号電荷を加算して水平転送する第１のライン加算モードと、ｙライン分の信号電荷を加算して水平転送する第２のライン加算モードとの少なくとも２種類のモードを設定できるようにする。そして、第１のライン加算モード時の飽和信号電荷量を第１の動作モード時の飽和信号電荷量の約１／ｘに設定し、第２のライン加算モード時の飽和信号電荷量を第１の動作モード時の飽和信号電荷量の約１／ｙに設定するように、これに対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を基板バイアス発生回路２０で生成し、これを半導体基板１８に印加する。【選択図】図１１
2011155702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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、これらセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する固体撮像素子と、
前記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第１の動作モードと、前記センサ部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、少なくとも前記水平転送部中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第２の動作モードとを選択的に設定して前記固体撮像素子を駆動する駆動手段と、
前記第２の動作モードおよび前記第１の動作モードにおいて前記センサ部の飽和信号電荷量を設定する飽和信号電荷量設定手段と
を備え、
前記駆動手段は、
前記第２の動作モードにおいて、前記垂直転送部から前記水平転送部に転送する際の加算画素数を変化させることにより、前記水平転送部中で、ｘ個（ｘは２以上の整数）分の信号電荷を加算して水平転送する第１のライン加算モードと、ｙ個（ｙはｘより大きい整数）分の信号電荷を加算して水平転送する第２のライン加算モードとを選択して設定し、
前記飽和信号電荷量設定手段は、
前記第２の動作モードにおける前記駆動手段の設定の選択に応じて、前記第１のライン加算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｘに設定し、前記第２のライン加算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｙに設定する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記ｘは２であり、前記ｙは４であり、
前記駆動手段は、
前記第２のライン加算モードでは、前記第１のライン加算モードよりも、前記垂直転送部から前記水平転送部に転送する加算画素数を増やす
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像素子が形成される基板をバイアスする基板バイアス電圧は、前記第２の動作モード時の電圧値が前記第１の動作モード時の電圧値よりも大きく設定されている
請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記基板バイアス電圧は、抵抗を介してグランドに接続された前記基板の端子に対してダイオードを介して印加される
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２の動作モードは、一部のラインの画素の信号電荷を読み出すライン間引き読み出し動作を含む
請求項１から４のいずれか一項記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記垂直転送部で加算される複数の画素の信号電荷は、隣り合う２画素の信号電荷である
請求項１から５のいずれか一項記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記垂直転送部は、４相の垂直転送クロックによって転送駆動され、
前記垂直転送部で加算される複数の画素の信号電荷は、前記４相の垂直転送クロックのうちの１相目の垂直転送クロックと３相目の垂直転送クロックによって前記センサ部から前記垂直転送部に読み出されて当該垂直転送部中で加算される
請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記垂直転送部は、前記４相の垂直転送クロックによって２ライン分の垂直転送が行われる
請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する固体撮像素子を備えた固体撮像装置の駆動に当たって、
駆動手段が、前記固体撮像素子の駆動モードとして、前記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第１の動作モードと、前記センサ部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、少なくとも前記水平転送部中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第２の動作モードとを選択的に設定し、
飽和信号電荷量設定手段が、前記第２の動作モードおよび前記第１の動作モードにおいて前記センサ部の飽和信号電荷量を設定し、
さらに、
前記駆動手段が、前記第２の動作モードにおいて、前記垂直転送部から前記水平転送部に転送する際の加算画素数を変化させることにより、前記水平転送部中で、ｘ個（ｘは２以上の整数）分の信号電荷を加算して水平転送する第１のライン加算モードと、ｙ個（ｙはｘより大きい整数）分の信号電荷を加算して水平転送する第２のライン加算モードとを選択して設定し、
前記飽和信号電荷量設定手段が、前記第２の動作モードにおける前記駆動手段の設定の選択に応じて、前記第１のライン加算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｘに設定し、前記第２のライン加算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｙに設定する
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する固体撮像素子と、
前記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第１の動作モードと、前記センサ部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、少なくとも前記水平転送部中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第２の動作モードとを選択的に設定して前記固体撮像素子を駆動する駆動手段と、
前記第２の動作モードおよび前記第１の動作モードにおいて前記センサ部の飽和信号電荷量を設定する飽和信号電荷量設定手段と
を備え、
前記駆動手段は、
前記第２の動作モードにおいて、前記垂直転送部から前記水平転送部に転送する際の加算画素数を変化させることにより、前記水平転送部中で、ｘ個（ｘは２以上の整数）分の信号電荷を加算して水平転送する第１のライン加算モードと、ｙ個（ｙはｘより大きい整数）分の信号電荷を加算して水平転送する第２のライン加算モードとを選択して設定し、
前記飽和信号電荷量設定手段は、
前記第２の動作モードにおける前記駆動手段の設定の選択に応じて、前記第１のライン加算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｘに設定し、前記第２のライン加算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｙに設定する
カメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラシステムに関し、特に電荷転送部内において信号電荷の加算を行う構成の固体撮像装置およびその駆動方法、並びに当該固体撮像装置を撮像デバイスとして用いるカメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置、特にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子を撮像デバイスとして用いたデジタルスチルカメラが急速に普及しつつある。このデジタルカメラにおいて、静止画を撮影する場合には解像度を優先するため、全画素の信号電荷を同一時刻に一斉に読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送するいわゆる全画素読み出し方式、あるいは奇数ラインと偶数ラインの各画素の信号電荷をフィールドごとに交互に読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送するいわゆるフレーム読み出し方式のＣＣＤ撮像素子が用いられる。
【０００３】
図２４は、このフレーム読み出し動作の概念図である。ここでは、一例として、原色２×２配列のカラーフィルタを用いた場合を例に採って示している。また、図２５に４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の垂直同期タイミングを、図２６に水平同期タイミングをそれぞれ示している。
【０００４】
これに対して、オートフォーカス（ＡＦ）制御、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）制御、自動露光（ＡＥ）制御等の処理を行う際に、静止画と同様の動作モードを使用すると、各種の自動制御装置の応答速度の点で好ましくなく、特に高画素化したＣＣＤ撮像素子を用いた場合には、より応答速度が遅くなる問題がある。また、撮影画像を液晶モニタ等でモニタリングする場合にも、静止画と同様の動作モードを使用するとフレームレートが遅いため、なめらかな動画を得ることができないので好ましくない。
【０００５】
フレームレートを高くする一つの方法として、ＣＣＤ撮像素子の出力信号のデータレートを高くする方法が挙げられる。しかしながら、出力信号のデータレートを高くするためには、サンプリングレート変換器を設ける必要が生じ、またクロック周波数が高くなることに伴って、消費電力が増大したり、使用部品のコストが上昇したり、さらにはＳ／Ｎが劣化するなどの新たな問題が生じる。したがって、ＣＣＤ撮像素子の出力信号のデータレートを上げる方法を採用するのは好ましくない。
【０００６】
一方、画素から信号電荷を読み出すための読み出しゲート部に対して、所定の繰り返し単位ごとに読み出しパルスを印加して、一部のラインの画素の信号電荷のみを垂直転送部へ読み出すことによって、出力するライン数を減らしてより高速の撮像信号を得る（即ち、フレームレートを上げる）いわゆるライン間引き動作がある。
【０００７】
図２７は、このライン間引き動作の概念図である。ここでは、一例として、原色２×２配列のカラーフィルタを用い、垂直８画素中２画素のみの信号電荷を読み出す場合を例に採って示している。また、図２８に４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の垂直同期タイミングを、図２９に水平同期タイミングをそれぞれ示している。なお、ライン間引き動作では、１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３については、２系統のφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂが発生されることになる。
【０００８】
このライン間引き動作では、行方向（垂直方向）において８画素を繰り返し単位とし、この８画素のうちの２画素のみの信号電荷を読み出し、水平ブランキング期間内で２ライン分の垂直転送を行い、信号電荷の存在するパケットと空のパケットを加算する。これにより、先のフレーム読み出し動作に対して、出力ライン数は１／４になるが、フレームレートを４倍に向上させることができる。このとき、水平転送部内で２ライン分の信号電荷を加算するが、信号電荷の存在するパケットと空のパケットを加算するため、センサ部の飽和信号電荷量はフレーム読み出し動作の場合と同等となる。
【０００９】
このライン間引き動作によれば、データレートを高くせずに、より高速の撮像信号を得ることが可能になる。しかしながら、このライン間引き動作を用いた場合には、出力ライン数を間引いてしまうため、画質が劣化したり、より画素数が多いＣＣＤ撮像素子では間引くライン数を増やす必要が生じ、さら画質が劣化してしまうという問題がある。
【００１０】
また、ＡＦ，ＡＷＢ，ＡＥ等の各種自動制御の処理を行う際、あるいは液晶モニタ等でのモニタリングを行う際に、フレームレートを上げるための他の方法として、ラインを間引くのではなく、垂直転送部内において信号電荷を画素間で加算（以下、画素加算と称す）したり、あるいは水平転送部内において信号電荷をライン間で加算（以下、ライン加算と称す）したりする方法もある。
【００１１】
この方法によれば、画素加算あるいはライン加算を行うことによって出力ライン数を削減することになるため、ライン間引き動作のように出力されないラインの信号電荷を捨ててしまう場合よりも、画質を向上できるとともに、感度を向上できるというメリットがある。
【００１２】
その反面、垂直転送部中あるいは水平転送部中の電荷量が、加算（混合）する画素数倍あるいはライン数倍に増加することになり、画素が飽和またはそれに近い状態では、垂直転送部内あるいは水平転送部内で信号電荷が溢れてしまうという問題がある。この問題を解消するには、加算する画素数あるいはライン数倍の電荷が取り扱えるように、垂直転送部あるいは水平転送部を設計することが考えられるが、その場合には逆に垂直あるいは水平転送クロックの駆動電圧を高くせざるを得なくなり、その結果、消費電力の増大を招くことになる。
【００１３】
また、垂直転送部あるいは水平転送部について従来のままの設計では、センサ部（画素）の飽和信号電荷量が画素加算を行うモードで決まってしまうため、画素加算あるいはライン加算を行わないで、各画素の信号電荷を独立に転送するモードのセンサ部の飽和信号電荷量は、加算する画素数をＸとすると、約１／Ｘになってしまう。しかし、センサ部の飽和信号電荷量を減少させることは、Ｓ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性を悪化させるため、特に画質優先の静止画撮像時のモードで行うことは好ましくない。
【００１４】
上述したことを踏まえて、水平転送部でライン加算を行うことを前提とし、モニタリングモード時に、センサ部の飽和信号電荷量を静止画モード時の飽和信号電荷量の約半分に設定することにより、ライン加算を行うことに伴って水平転送部内で加算された信号電荷が溢れるのを未然に防止するようにした固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平５−９１４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記の従来技術では、モニタリングモード時に、センサ部の飽和信号電荷量を約半分に設定することで、ライン加算に伴う水平転送部内での信号電荷の溢れを防止することはできるが、ライン加算は水平ブランキング期間内において垂直転送部から水平転送部へ２ライン分の信号電荷をライン転送することによって行われるため、次のような問題が発生する。
【００１７】
すなわち、水平ブランキング期間は限られた期間であるために、この限られた水平ブランキング期間内に２ライン分の信号電荷のライン転送を行うためには、その転送速度を２倍に上げる必要がある。ライン転送の転送速度を２倍に上げるということは、垂直転送部を駆動する垂直転送クロックの周波数を２倍に上げることであり、その結果、垂直転送クロックの周波数が高くなることに伴って、伝播遅延等によって垂直転送部中における取り扱い電荷量が不足し、画素が飽和またはそれに近い状態では、信号電荷が溢れてしまったり、不要輻射等の問題が発生したりすることになる。
【００１８】
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、垂直転送クロックの周波数を高くすることなく、電荷転送部内での信号電荷の加算（混合）に伴う信号電荷の溢れを未然に防止できるようにした上で、モニタリングモード時に複数の動作モードを設定可能な固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明では、行列状に配列されて光電変換を行う複数のセンサ部と、これらセンサ部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送する水平転送部とを有する固体撮像素子と、前記複数のセンサ部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第１の動作モードと、前記センサ部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、少なくとも前記水平転送部中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第２の動作モードとを選択的に設定して前記固体撮像素子を駆動する駆動手段と、前記第２の動作モードおよび前記第１の動作モードにおいて前記センサ部の飽和信号電荷量を設定する飽和信号電荷量設定手段とを備え、前記駆動手段は、前記第２の動作モードにおいて、前記垂直転送部から前記水平転送部に転送する際の加算画素数を変化させることにより、前記水平転送部中で、ｘ個（ｘは２以上の整数）分の信号電荷を加算して水平転送する第１のライン加算モードと、ｙ個（ｙはｘより大きい整数）分の信号電荷を加算して水平転送する第２のライン加算モードとを選択して設定し、前記飽和信号電荷量設定手段は、前記第２の動作モードにおける前記駆動手段の設定の選択に応じて、前記第１のライン加算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｘに設定し、前記第２のライン加算モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量を前記第１の動作モード時の前記センサ部の飽和信号電荷量の約１／ｙに設定する。
【００２０】
上記の構成において、第２の動作モードでは、行方向において例えば４画素を繰り返し単位として、そのうちの２画素の信号電荷を間引くとともに、読み出した２画素の信号電荷を少なくとも水平転送部中で加算することで、加算することなく独立に垂直転送する第１の動作モードの場合に比べて、出力ライン数を１／４にできる。その結果、フレームレートが第１の動作モードに対して４倍となる。しかも、第２の動作モード時のセンサ部の飽和信号電荷量を第１の動作モード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定することで、加算後の信号電荷量が第１の動作モードで読み出された信号電荷量と等しくなる。したがって、画素加算に伴って垂直転送部および水平転送部で信号電荷が溢れるのを未然に防止できる。また、第２の動作モードとして少なくとも２種類のモードを設定する際にも、各モードに対応したセンサ部の飽和信号電荷量を設定できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、垂直転送クロックの周波数を高くすることなく、電荷転送部内での信号電荷の加算に伴う信号電荷の溢れを未然に防止でき、しかも、第２の動作モードとして少なくとも２種類のモードを設定できるとともに、各モードに対応したセンサ部の飽和信号電荷量を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。
【図２】基板バイアス発生回路に与えられる制御電圧ＤＣＩＮと基板バイアスＶｓｕｂとの関係を示す波形図である。
【図３】センサ部周辺の基板深さ方向の構造を示す断面図である。
【図４】センサ部周辺の基板深さ方向のポテンシャル図である。
【図５】第１実施形態の第１具体例を示す概略構成図である。
【図６】第１具体例の場合の垂直同期タイミングチャートである。
【図７】第１具体例の場合の水平同期タイミングチャートである。
【図８】第１実施形態の第２具体例を示す概略構成図である。
【図９】第２具体例の場合の垂直同期タイミングチャートである。
【図１０】第２具体例の場合の水平同期タイミングチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。
【図１２】ライン間引き動作を実現するための垂直転送クロックの伝送系の一例の配線パターン図である。
【図１３】読み出しパルスＸＳＧの波形図であり、（Ａ）はフレーム読み出し動作モードの場合を、（Ｂ）はライン間引き動作モードの場合をそれぞれ示している。
【図１４】第２実施形態の第１具体例を示す概略構成図である。
【図１５】第１具体例の場合の垂直同期タイミングチャートである。
【図１６】第１具体例の場合の水平同期タイミングチャートである。
【図１７】第２実施形態の第２具体例を示す概略構成図である。
【図１８】第２具体例の場合の垂直同期タイミングチャートである。
【図１９】第２具体例の場合の水平同期タイミングチャートである。
【図２０】第２実施形態の第３具体例を示す概略構成図である。
【図２１】第３具体例の場合の垂直同期タイミングチャートである。
【図２２】第３具体例の場合の水平同期タイミングチャートである。
【図２３】本発明の係るカメラシステムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２４】フレーム読み出し動作の概念図である。
【図２５】フレーム読み出し動作の場合の垂直同期タイミングチャートである。
【図２６】フレーム読み出し動作の場合の水平同期タイミングチャートである。
【図２７】ライン間引き動作の概念図である。
【図２８】ライン間引き動作の場合の垂直同期タイミングチャートである。
【図２９】ライン間引き動作の場合の水平同期タイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ撮像素子を用いた場合を例に採って説明するものとする。
【００２４】
図１において、行列状に配列され、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ＣＣＤからなる複数本の垂直転送部１３とによって撮像エリア１４が構成されている。
【００２５】
この撮像エリア１４において、センサ部１１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなっている。このセンサ部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が印加されることによって垂直転送部１３に読み出される。垂直転送部１３は、例えば４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間内において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。
【００２６】
ここで、垂直転送部１３において、１相目および３相目の転送電極は、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、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目の転送クロックφＶ１と３相目の転送クロックφＶ３が低レベル（以下、“Ｌ”レベルと称す）、中間レベル（以下、“Ｍ”レベルと称す）および高レベル（以下、“Ｈ”レベルと称す）の３値をとるように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスが読み出しゲート部１２の読み出しパルスＸＳＧとなる。
【００２７】
撮像エリア１４の図面上の下側には、ＣＣＤからなる水平転送部１５が配されている。この水平転送部１５には、複数本の垂直転送部１３から１ラインに相当する信号電荷が順次転送される。水平転送部１５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、複数本の垂直転送部１３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。
【００２８】
水平転送部１５の転送先側の端部には、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、水平転送部１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次信号電圧に変換して出力する。この信号電圧は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力端子１７から導出される。
【００２９】
上述したセンサ部１１、読み出しゲート部１２、垂直転送部１３、水平転送部１５および電荷電圧変換部１６等は半導体基板（以下、単に基板と称す）１８上に形成される。以上により、インターライン転送方式のＣＣＤ撮像素子１０が構成されている。
【００３０】
このＣＣＤ撮像素子１０を駆動するための先述した垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水平転送クロックφＨ１，φＨ２は、タイミング発生回路１９で発生される。このタイミング発生回路１９は、ＣＣＤ撮像素子１０を駆動する駆動手段として機能し、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４や水平転送クロックφＨ１，φＨ２以外にも、電子シャッタ時に、センサ部１１の各々に蓄積された信号電荷を、一斉に基板１８に掃き出すために当該基板１８に印加するシャッタパルスφＳＵＢなどの各種のタイミング信号をも適宜発生する構成となっている。
【００３１】
基板１８の外部には、当該基板１８をバイアスするバイアス電圧（以下、基板バイアスと称す）Ｖｓｕｂを発生する基板バイアス発生回路２０が設けられている。この基板バイアス発生回路２０で生成された基板バイアスＶｓｕｂは、ダイオードＤを経た後端子２１を介して基板１８に印加される。この基板バイアスＶｓｕｂの電圧値により、ＣＣＤ撮像素子１０のセンサ部１１の飽和信号電荷量が決まる。その原理については後述する。
【００３２】
一方、タイミング発生回路１９で発生されるシャッタパルスφＳＵＢは、コンデンサＣで直流カットされた後、端子２１を介して基板１８に印加される。端子２１とグランドとの間には抵抗Ｒが接続されている。なお、ダイオードＤは、シャッタパルスφＳＵＢの“Ｌ”レベルを基板バイアスＶｓｕｂの直流レベルにクランプする作用をなす。
【００３３】
なお、本例では、基板バイアス発生回路２０を基板１８の外部に設ける構成を採っているが、基板バイアス発生回路２０をダイオードＤと共に基板１８上に形成する構成を採ることも可能である。
【００３４】
この基板バイアス発生回路２０は、動作モードに応じて基板バイアスＶｓｕｂの電圧値を変えることで、センサ部１１の飽和信号電荷量を例えば２段階に切り換える飽和信号電荷量設定手段として機能する。すなわち、一例として、各フィールドごとに１ラインおきに信号電荷を読み出すフレーム読み出しモードと、垂直転送部１３内でｎ画素（ｎ≧２）の信号電荷を加算して垂直転送する加算読み出しモードとで異なる電圧値の基板バイアスＶｓｕｂを発生するようになっている。
【００３５】
具体的には、基板バイアス発生回路２０は、図２に示すように、制御電圧ＤＣＩＮが“Ｌ”レベルとなるフレーム読み出しモードでは基板バイアスＶｓｕｂ１を発生し、制御電圧ＤＣＩＮが“Ｈ”レベルとなる加算読み出しモードでは基板バイアスＶｓｕｂ１よりも高い電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を発生する。ここで、フレーム読み出しモード時の基板バイアスＶｓｕｂ１の電圧値は、デバイス個々の製造ばらつきに伴うセンサ部１１における後述するオーバーフローバリアのポテンシャルのばらつきを考慮して基板１８ごとに最適値に設定される。
【００３６】
これに対して、加算読み出しモード時の基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値は、垂直転送部１３内でｎ画素分の信号電荷の加算が行われる場合、センサ部１１の飽和信号電荷量がフレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／ｎになるように設定される。このように、加算読み出しモード時には、基板バイアス発生回路２０からフレーム読み出しモード時の基板バイアスＶｓｕｂ１よりも高い電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２が発生されることで、センサ部１１の飽和信号電荷量がフレーム読み出しモード時の約１／ｎになる。
【００３７】
図３は、センサ部１１の周辺の基板深さ方向の構造を示す断面図である。図３において、例えばＮ型の基板１８の表面にＰ型のウェル領域３１が形成されている。このウェル領域３１の表面にはＮ＋型の信号電荷蓄積領域３２が形成され、さらにその上にＰ＋型の正孔蓄積領域３３が形成されることにより、いわゆるＨＡＤ（正孔蓄積ダイオード）構造のセンサ部１１が構成されている。
【００３８】
このセンサ部１１に蓄積される信号電荷ｅの電荷量は、図４のポテンシャル分布図に示すように、Ｐ型のウェル領域３１で構成されるオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルバリアの高さによって決定される。すなわち、このオーバーフローバリアＯＦＢは、センサ部１１に蓄積される飽和信号電荷量Ｑｓを決めるものであり、蓄積電荷量がこの飽和信号電荷量Ｑｓを越えた場合に、その越えた分の電荷がポテンシャルバリアを越えて基板１８側へ掃き出される。
【００３９】
以上により、いわゆる縦型オーバーフロードレイン構造のセンサ部１１が構成されている。縦型オーバーフロードレイン構造においては、基板１８がオーバーフロードレインとなる。このセンサ部１１において、飽和信号電荷量Ｑｓは、デバイスのＳ／Ｎ特性、垂直転送部１３の取り扱い電荷量などによって決定されるが、製造ばらつきにより、オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルがばらつくことになる。
【００４０】
このオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルは、先述した基板バイアスＶｓｕｂの電圧値によって決まる。換言すれば、基板バイアスＶｓｕｂの電圧値により、センサ部１１の飽和信号電荷量Ｑｓが設定される。したがって、先述したように、加算読み出し動作モード時には、基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値がフレーム読み出し動作モード時よりも高くなることにより、その分だけオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルが深くなるため、センサ部１１の飽和信号電荷量Ｑｓが約１／ｎになるのである。
【００４１】
センサ部１１の横方向には、読み出しゲート部１２を構成するＰ型領域３４を介してＮ＋型の信号電荷転送領域３５およびＰ＋型のチャネルストッパ領域３６が形成されている。信号電荷転送領域３５の下には、スミア成分の混入を防止するためのＰ＋型の不純物拡散領域３７が形成されている。さらに、信号電荷転送領域３５の上方には、ゲート絶縁膜３８を介して例えば多結晶シリコンからなる転送電極３９が配されることにより、垂直転送部１３が構成されている。転送電極３９は、Ｐ型領域３４の上方に位置する部分が、読み出しゲート部１２のゲート電極を兼ねている。
【００４２】
垂直転送部１３の上方には、転送電極３９を覆うようにして層間膜４０を介してＡｌ（アルミニウム）遮光膜４１が形成されている。このＡｌ遮光膜４１は、センサ部１１において選択的にエッチング除去されており、外部からの光Ｌはこのエッチング除去によって形成された開口４２を通してセンサ部１１内に入射する。そして、基板１８には、センサ部１１の飽和信号電荷量Ｑｓを決める基板バイアスＶｓｕｂ（Ｖｓｕｂ１／Ｖｓｕｂ２）が、端子２１を介して与えられるようになっている。
【００４３】
次に、上記構成の第１実施形態に係る固体撮像装置における各動作モードでの動作について説明する。
【００４４】
（第１具体例）
第１具体例に係る固体撮像装置では、色分離が可能なように、図１のＣＣＤ撮像素子１０として、図５に示すように、補色（例えば、Ｍｇ（マゼンタ）、Ｃｙ（シアン）、Ｇ（グリーン）、Ｙｅ（イエロー））の２×４配列のカラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるものとする。また、簡単のために、２列９行の画素配列の場合を例に採って示している。
【００４５】
そして、このＣＣＤ撮像素子１０に対して、奇数ラインと偶数ラインの各画素の信号電荷をフィールドごとに交互に読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送するフレーム読み出しモードと、各画素から読み出した信号電荷を垂直転送部１３中で例えば２画素分を加算して垂直転送する加算読み出しモードの２つの動作モードが、タイミング発生回路１９で発生される各種のタイミング信号によって設定されるようになっている。
【００４６】
先ず、フレーム読み出しモードが設定されると、図１において、基板バイアス発生回路２０に対して“Ｌ”レベルの制御電圧ＤＣＩＮ（図２を参照）が与えられる。すると、基板バイアス発生回路２０は、センサ部１１のオーバーフローバリアのポテンシャルのばらつきを考慮して基板１８ごとに最適値に設定された基板バイアスＶｓｕｂ１を発生する。この基板バイアスＶｓｕｂ１は、端子２１を介して基板１８に印加される。
【００４７】
このように、基板１８を基板バイアスＶｓｕｂ１によってバイアスした状態において、静止画モードを実現するためにフレーム読み出し動作が行われる。すなわち、奇数ラインと偶数ラインの各画素の信号電荷をフィールドごとに交互に読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に垂直転送し、さらに水平転送する動作が行われる。このフレーム読み出し動作は周知であることから、ここでは、その詳細な動作説明については省略するものとする。
【００４８】
次に、加算読み出しモードが設定されると、基板バイアス発生回路２０に対して“Ｈ”レベルの制御電圧ＤＣＩＮ（図２を参照）が与えられる。すると、基板バイアス発生回路２０は、垂直転送部１３中での２画素加算に対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を発生する。この基板バイアスＶｓｕｂ２は、端子２１を介して基板１８に印加される。このように、垂直転送部１３中での２画素加算に対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２で基板１８をバイアスすることで、この加算読み出しモード時のセンサ部１１の飽和信号電荷量が、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定される。
【００４９】
ここで、この加算読み出しモード時の動作について、図６および図７のタイミングチャートを用いて説明する。図６は４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の垂直同期タイミングを、図７は水平同期タイミングをそれぞれ示している。
【００５０】
先ず、図６のタイミングチャートにおいて、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３に“Ｈ”レベルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、全てのセンサ部１１の信号電荷が垂直転送部１３に読み出され、かつ垂直転送部１３内において行方向にて隣り合う２画素間で信号電荷が加算される。具体的には、図５から明らかなように、１行目の各画素と２行目の各画素について、３行目の各画素と４行目の各画素について、５行目の各画素と６行目の各画素について、……という具合に、垂直転送部１３内において信号電荷の２画素加算が行われる。
【００５１】
そして、２画素加算された２行分の信号電荷を１ライン分の信号電荷として、水平ブランキング期間において、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の図７に示すタイミング関係によって１ライン分の垂直転送（ラインシフト）が行われる。これにより、垂直転送部１３から水平転送部１５に対して、信号電荷が１ライン分ずつ転送される。その後、１ライン分の信号電荷は、水平転送部１５によって順に水平転送され、電荷電圧変換部１６で信号電圧に変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力される。
【００５２】
上述したように、フレーム読み出しモードと加算読み出しモードの２つの動作モードをとり得るＣＣＤ撮像素子１０を備えた固体撮像装置において、加算読み出しモードの設定時に、センサ部１１から読み出した信号電荷を垂直転送部１３内で例えば２画素分を加算した後垂直転送するようにしたことにより、信号電荷を加算することなく独立に垂直転送する場合に比べて出力ライン数が１／２になるため、フレームレートがフレーム読み出しモードに対して２倍になり、また全画素の情報を出力できるため、画質および感度を向上できる。
【００５３】
しかも、加算読み出しモードの設定時には、センサ部１１の飽和信号電荷量をフレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定するようにしたことにより、フレーム読み出しモードで読み出された信号電荷と、垂直転送部１３内で加算した２画素分の信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部１１が飽和またはそれに近い状態にあっても、２画素加算に伴って垂直転送部１３内および水平転送部１５内で信号電荷が溢れるのを未然に防止できる。
【００５４】
さらに、ＣＣＤ撮像素子１０においては、構造上、何ら変更を加えていなく、基板１８に与える基板バイアスＶｓｕｂを動作モードに応じて切り換えるだけの構成であることから、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量は従来と変わらないため、フレーム読み出し動作による静止画撮像時の画質としても、従来と同じ画質を得ることができる。
【００５５】
なお、上記第１具体例では、加算読み出しモードの際に、垂直転送部１３内で２画素加算を行うとしたが、２画素加算に限られるものではなく、３画素以上の信号電荷を垂直転送部１３内で加算することも可能である。この場合、加算する画素数をｎ個（ｎ≧２）とした場合、基板バイアス発生回路２０で発生される基板バイアスＶｓｕｂ２で決まるセンサ部１１の飽和信号電荷量を、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／ｎに設定することで、画素加算に伴う垂直転送部１３内および水平転送部１５内での信号電荷の溢れを防止できる。
【００５６】
また、上記第１具体例では、垂直転送部１３内でのみ信号電荷の加算を行う構成としたが、垂直転送部１３内での画素加算に加えて、水平転送部１５内でのライン加算を行うようにすることも可能である。一例として、垂直転送部１３内２画素加算＋水平転送部１５内２ライン加算の場合の加算読み出し動作について、第２の具体例として以下に説明する。
【００５７】
（第２具体例）
第２具体例に係る固体撮像装置では、色分離が可能なように、図１のＣＣＤ撮像素子１０として、図８に示すように、補色の２×８配列のカラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるものとする。また、簡単のために、３列９行の画素配列の場合を例に採って示している。
【００５８】
先ず、加算読み出しモードが設定されると、基板バイアス発生回路２０に対して“Ｈ”レベルの制御電圧ＤＣＩＮ（図２を参照）が与えられる。すると、基板バイアス発生回路２０は、加算する画素数に対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を発生する。本例では、垂直転送部１３内で２画素分、水平転送部１５で２ライン（＝２画素）分の信号電荷を加算することから、４（＝２×２）画素分の信号電荷の加算に対応して基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値が設定される。
【００５９】
このように、垂直転送部１３内および水平転送部１５内での計４画素分の信号電荷の加算に対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２で基板１８をバイアスすることで、この加算読み出しモード時のセンサ部１１の飽和信号電荷量が、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／４に設定される。
【００６０】
ここで、この垂直転送部１３内２画素加算＋水平転送部１５内２ライン加算の場合の加算読み出しモード時の動作について、図９および図１０のタイミングチャートを用いて説明する。図９は４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の垂直同期タイミングを、図１０は水平同期タイミングをそれぞれ示している。
【００６１】
先ず、図９のタイミングチャートにおいて、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３に“Ｈ”レベルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、全てのセンサ部１１の信号電荷が垂直転送部１３に読み出され、かつ垂直転送部１３内において行方向にて隣り合う２画素間で信号電荷が加算される。具体的には、図８から明らかなように、１行目の各画素と２行目の各画素について、３行目の各画素と４行目の各画素について、５行目の各画素と６行目の各画素について、……という具合に、垂直転送部１３内において信号電荷の２画素加算が行われる。
【００６２】
そして、２画素加算された２行分の信号電荷を１ライン分の信号電荷として、水平ブランキング期間において、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の図１０に示すタイミング関係によって２ライン分の信号電荷について垂直転送が行われる。これにより、垂直転送部１３から水平転送部１５に対して、２ライン分の信号電荷が続けて転送される。
【００６３】
この２ライン分の信号電荷が垂直転送部１３から水平転送部１５に転送されるとき、図１０のタイミングチャートから明らかなように、先の１ライン分の信号電荷が転送された直後に、２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２が１クロック分出力されることで、水平転送部１５では１パケット分の水平転送（以下、これを１ビットシフトと称す）が行われる。そして、この１ビットシフト後に、後の１ライン分の信号電荷が垂直転送部１３から水平転送部１５に転送される。
【００６４】
このように、垂直転送部１３から水平転送部１５へ信号電荷を転送する際に、先ず１ライン分の信号電荷を転送した直後に水平転送部１５において１ビットシフトを行い、その後次の１ライン分の信号電荷を転送することにより、図８から明らかなように、上下２ラインにおける斜め方向の信号電荷、即ち同じ色同士の信号電荷について水平転送部１５内で加算が行われる。その後、この加算された信号電荷は、水平転送部１５によって順に水平転送され、電荷電圧変換部１６で信号電圧に変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力される。
【００６５】
上述したように、フレーム読み出しモードと加算読み出しモードの２つの動作モードをとり得るＣＣＤ撮像素子１０を備えた固体撮像装置において、加算読み出しモード時に、垂直転送部１３内で例えば２画素分の信号電荷を加算し、その後水平転送部１５内で例えば２ライン分の信号電荷を加算するようにしたことにより、信号電荷を加算することなく独立に転送する場合に比べて出力ライン数が１／４になるため、フレームレートがフレーム読み出しモードに対して４倍になり、また全画素の情報を出力できるため、画質および感度を向上できる。
【００６６】
しかも、加算読み出しモードの設定時には、センサ部１１の飽和信号電荷量をフレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の例えば約１／４に設定するようにしたことにより、フレーム読み出しモードで読み出された信号電荷と、垂直転送部１３内および水平転送部１５内で加算した４画素分の信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部１１が飽和またはそれに近い状態にあっても、垂直２画素加算＋水平２ライン加算に伴って垂直転送部１３内および水平転送部１５内で信号電荷が溢れるのを未然に防止できる。
【００６７】
ここで、水平転送部１５内で２ライン加算を行うようにするためには、図７および図１０の各タイミングチャートの対比から明らかなように、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の周波数を２倍に設定する必要がある。ところが、垂直転送部１３内での画素加算と組み合わせたことにより、水平転送部１５内でのライン加算のみでフレームレートを上げる場合に比べれば、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の周波数は半分で済む。
【００６８】
すなわち、フレームレートを例えば４倍に上げる場合を例に採ると、水平転送部１５内でのライン加算のみでフレームレートを上げる場合には、限られた水平ブランキング期間内で４ライン分の信号電荷の加算を行うことになることから、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の周波数を４倍に上げる必要があるが、垂直転送部１３内での画素加算と水平転送部１５内でのライン加算とを組み合わせることで、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４の周波数を２倍に上げるだけで対応でこることになる。
【００６９】
なお、上記第２具体例においては、加算読み出しモードの際に、垂直転送部１３内で２画素加算、水平転送部１５内で２ライン加算を行うとしたが、２画素＋２ライン加算に限られるものではなく、３画素以上＋３ライン以上の信号電荷を加算することも可能である。この場合、垂直加算する画素数をｎ（ｎ≧２）、水平加算するライン数をｍ（ｎ≧２）とした場合に、基板バイアス発生回路２０で発生される基板バイアスＶｓｕｂ２で決まるセンサ部１１の飽和信号電荷量を、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／（ｎ×ｍ）に設定することで、画素加算に伴う垂直転送部１９内および水平転送部１５内での信号電荷の溢れを防止できる。
【００７０】
図１１は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、ＩＴ方式のＣＣＤ撮像素子を用いた場合を例に採って説明するものとする。
【００７１】
図１１において、行列状に配列され、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５１と、これらセンサ部５１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部５１から読み出しゲート部５２によって読み出された信号電荷を垂直転送するＣＣＤからなる複数本の垂直転送部５３とによって撮像エリア５４が構成されている。
【００７２】
この撮像エリア５４において、センサ部５１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなっている。このセンサ部５１に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート部５２に読み出しパルスＸＳＧが印加されることによって垂直転送部５３に読み出される。垂直転送部５３は、例えば４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間内において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。
【００７３】
ここで、垂直転送部５３において、１相目および３相目の転送電極は、第１実施形態の場合と同様に、読み出しゲート部５２のゲート電極を兼ねていることから、４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目の転送クロックφＶ１と３相目の転送クロックφＶ３が“Ｌ”レベル、“Ｍ”レベルおよび“Ｈ”レベルの３値をとるように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスが読み出しゲート部５２の読み出しパルスＸＳＧとなる。
【００７４】
撮像エリア５４の図面上の下側には、ＣＣＤからなる水平転送部５５が配されている。この水平転送部５５には、複数本の垂直転送部５３から１ラインに相当する信号電荷が順次転送される。水平転送部５５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、複数本の垂直転送部５３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。
【００７５】
水平転送部５５の転送先側の端部には、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５６が設けられている。この電荷電圧変換部５６は、水平転送部５５によって水平転送されてきた信号電荷を順次信号電圧に変換して出力する。この信号電圧は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力端子５７から導出される。
【００７６】
上述したセンサ部５１、読み出しゲート部５２、垂直転送部５３、水平転送部５５および電荷電圧変換部５６等は基板５８上に形成される。以上により、インターライン転送方式のＣＣＤ撮像素子５０が構成されている。
【００７７】
このＣＣＤ撮像素子５０を駆動するための先述した垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水平転送クロックφＨ１，φＨ２は、タイミング発生回路５９で発生される。このタイミング発生回路５９は、ＣＣＤ撮像素子５０を駆動する駆動手段として機能する。ここで、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１／φＶ３については、後述する間引き読み出しを実現するために、例えば２系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ，φＶ１Ｂ／φＶ３Ａ，φＶ３Ｂが発生される。
【００７８】
図１２に、間引き読み出しを実現するための垂直転送部５３の転送電極の配線パターン例を示す。ここでは、行方向（垂直方向）において４画素を繰り返し単位として、前半の２画素については信号電荷を読み出し、後半の２画素については信号電荷を読み出さない場合、即ち２ラインおきに２ラインずつ間引く間引き読み出しの場合を例に採って示している。
【００７９】
図１２において、垂直転送クロックφＶ１Ａ，φＶ１Ｂ，φＶ２，φＶ３Ａ，φＶ３Ｂ，φＶ４を伝送するために計６本のバスライン６２−１〜６２−６が配線されている。そして、垂直転送クロックφＶ１Ａを伝送するバスライン６２−１には１相目の転送電極６３−１が３画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ１Ｂを伝送するバスライン６２−２にはバスライン６２−１に接続された以外の１相目の転送電極２４−１が３画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ２を伝送するバスライン６２−３には４相目の転送電極６３−４が１画素おきに接続されている。
【００８０】
また、垂直転送クロックφＶ３Ａを伝送するバスライン６２−４には３相目の転送電極６３−３が３画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ３Ｂを伝送するバスライン６２−５にはバスライン６２−４に接続された以外の３相目の転送電極６３−３が３画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ４を伝送するバスライン６２−６には２相目の転送電極２４−２が１画素おきに接続されている。
【００８１】
垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂは、先述したように、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスがセンサ部５１から信号電荷を読み出すときに読み出しゲート部５２を駆動する読み出しパルスＸＳＧとなる。そして、フレーム読み出し動作の際には、図１３（Ａ）に示すように、垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂの各々に読み出しパルスＸＳＧが立つのに対して、ライン間引き動作の際には、図１３（Ｂ）に示すように、垂直転送クロックφＶ１Ａ，φＶ３Ａのみに読み出しパルスＸＳＧが立つことになる。
【００８２】
再び図１において、タイミング発生回路５９は、垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ），φＶ４や水平転送クロックφＨ１，φＨ２以外にも、電子シャッタ時に、センサ部５１の各々に蓄積された信号電荷を、一斉に基板５８に掃き出すために当該基板５８に印加するシャッタパルスφＳＵＢなどの各種のタイミング信号をも適宜発生する構成となっている。
【００８３】
基板５８の外部には、当該基板５８をバイアスする基板バイアスＶｓｕｂを発生する基板バイアス発生回路６０が設けられている。この基板バイアス発生回路６０で生成された基板バイアスＶｓｕｂは、ダイオードＤを経た後端子６１を介して基板５８に印加される。この基板バイアスＶｓｕｂの電圧値により、ＣＣＤ撮像素子５０のセンサ部５１の飽和信号電荷量が決まる。その原理は、第１実施形態に係る固体撮像装置において説明した通りである。
【００８４】
一方、タイミング発生回路５９で発生されるシャッタパルスφＳＵＢは、コンデンサＣで直流カットされた後、端子６１を介して基板５８に印加される。端子６１とグランドとの間には抵抗Ｒが接続されている。なお、ダイオードＤは、シャッタパルスφＳＵＢの“Ｌ”レベルを基板バイアスＶｓｕｂの直流レベルにクランプする作用をなす。
【００８５】
なお、本例では、基板バイアス発生回路６０を基板５８の外部に設ける構成を採っているが、第１実施形態の場合と同様に、基板バイアス発生回路６０をダイオードＤと共に基板５８上に形成する構成を採ることも可能である。
【００８６】
この基板バイアス発生回路６０は、動作モードに応じて基板バイアスＶｓｕｂの電圧値を変えることで、センサ部５１の飽和信号電荷量を例えば２段階に切り換える飽和信号電荷量設定手段として機能する。すなわち、一例として、フレーム読み出しモードと特殊読み出しモードとで異なる電圧値の基板バイアスＶｓｕｂを発生するようになっている。
【００８７】
ここで、特殊読み出しモードとは、読み出しゲート部５２に対して所定の繰り返し単位ごとに読み出しパルスＸＳＧを印加して、一部のラインの画素の信号電荷のみを読み出すライン間引き読み出し動作と、垂直転送部５３内および水平転送部５５内の少なくとも一方でＮ画素（Ｎ≧２）の信号電荷を加算する加算読み出し動作との組み合わせによる動作モードのことを言う。
【００８８】
具体的には、基板バイアス発生回路６０は、制御電圧ＤＣＩＮが“Ｌ”レベルとなるフレーム読み出しモードでは基板バイアスＶｓｕｂ１を発生し、制御電圧ＤＣＩＮが“Ｈ”レベルとなる特殊読み出しモードでは基板バイアスＶｓｕｂ１よりも高い電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を発生する。ここで、フレーム読み出しモード時の基板バイアスＶｓｕｂ１の電圧値は、デバイス個々の製造ばらつきに伴うセンサ部５１における後述するオーバーフローバリアのポテンシャルのばらつきを考慮して基板５８ごとに最適値に設定される。
【００８９】
これに対して、特殊読み出しモード時の基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値は、垂直転送部５３内および水平転送部５５内の少なくとも一方でＮ画素分（Ｎ≧２）の信号電荷の加算が行われる場合、センサ部５１の飽和信号電荷量がフレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／Ｎになるように設定される。このように、特殊読み出しモード時には、基板バイアス発生回路６０からフレーム読み出しモード時の基板バイアスＶｓｕｂ１よりも高い電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２が発生されることで、センサ部６１の飽和信号電荷量がフレーム読み出しモード時の約１／Ｎになる。
【００９０】
次に、上記構成の第２実施形態に係る固体撮像装置における特殊読み出しモードでの動作について説明する。
【００９１】
（第１具体例）
第１具体例に係る固体撮像装置では、色分離が可能なように、図１１のＣＣＤ撮像素子５０として、図１４に示すように、補色の２×８配列のカラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるものとする。そして、本具体例に係る特殊読み出しモードでは、行方向（垂直方向）において例えば４画素を繰り返し単位として、その４画素のうちの２画素についてのみセンサ部５１から信号電荷を読み出すライン間引き動作に加えて、垂直転送部５３内で例えば２画素分の信号電荷を加算する加算読み出し動作が行われるものとする。
【００９２】
先ず、特殊読み出しモードが設定されると、基板バイアス発生回路６０に対して“Ｈ”レベルの制御電圧ＤＣＩＮが与えられる。すると、基板バイアス発生回路６０は、垂直転送部５３内で加算する画素数に対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２を発生する。本具体例では、垂直転送部５３内で２画素分の信号電荷の加算が行われることから、それに対応して基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値が設定される。
【００９３】
このように、垂直転送部５３内での計２画素分の信号電荷の加算に対応した電圧値の基板バイアスＶｓｕｂ２で基板５８をバイアスすることで、この特殊読み出しモード時のセンサ部５１の飽和信号電荷量が、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定される。
【００９４】
ここで、このライン間引き＋垂直転送部５３内２画素加算の場合の特殊読み出しモード時の動作について、図１５および図１６のタイミングチャートを用いて説明する。図１５は４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ），φＶ４の垂直同期タイミングを、図１６は水平同期タイミングをそれぞれ示している。また、図１４において、各画素の横には、各画素に与えられる２系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂと各画素との対応関係を示している。
【００９５】
先ず、図１５のタイミングチャートにおいて、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１Ａ，φＶ３Ａに“Ｈ”レベルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、行方向において２画素ごとに２画素おきにセンサ部５１の信号電荷が垂直転送部５３に読み出される。これが、本具体例でのライン間引き動作である。そして、読み出された２画素ごとの信号電荷は、垂直転送部５３内で加算される。
【００９６】
具体的には、図１４から明らかなように、１行目の各画素と２行目の各画素について、５行目の各画素と６行目の各画素について、９行目の各画素と１０行目の各画素について、……という具合に、２画素を単位としてセンサ部５１から信号電荷が垂直転送部５３に読み出され、かつ垂直転送部５３内において読み出された２画素ごとに信号電荷の加算が行われる。
【００９７】
そして、２画素加算された２行分の信号電荷を１ライン分の信号電荷として、水平ブランキング期間において、４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ），φＶ４の図１６に示すタイミング関係によって２ライン分の垂直転送が行われる。このとき、後の１ライン分については、ライン間引き動作によって信号電荷が存在しないことから、水平転送部５５には１ライン分の信号電荷が転送される。この１ライン分の信号電荷は、水平転送部５５によって順に水平転送され、電荷電圧変換部５６で信号電圧に変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力される。
【００９８】
上述したように、フレーム読み出しモードと特殊読み出しモードの２つの動作モードをとり得るＣＣＤ撮像素子５０を備えた固体撮像装置において、特殊読み出しモードの設定時に、行方向において２画素ごとに２画素おきにセンサ部５１からの信号電荷の読み出しを間引く（ライン間引き）とともに、読み出した信号電荷については垂直転送部５３内で２画素ごとに加算するようにしたことにより、信号電荷を間引かずかつ加算することなく独立に垂直転送する場合に比べて出力ライン数が１／４になるため、フレームレートがフレーム読み出しモードに対して４倍になる。
【００９９】
しかも、特殊読み出しモードの設定時には、センサ部５１の飽和信号電荷量をフレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定するようにしたことにより、フレーム読み出しモードで読み出された信号電荷と、垂直転送部５３内で加算した２画素分の信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部５１が飽和またはそれに近い状態にあっても、２画素加算に伴って垂直転送部５３内および水平転送部５５内で信号電荷が溢れるのを未然に防止できる。
【０１００】
なお、上記第１具体例に係る加算読み出し動作では、垂直転送部５３内で２画素加算を行うとしたが、２画素加算に限られるものではなく、３画素以上の信号電荷を垂直転送部５３内で加算することも可能である。この場合、加算する画素数をｎ個（ｎ≧２）とした場合、基板バイアス発生回路６０で発生される基板バイアスＶｓｕｂ２で決まるセンサ部５１の飽和信号電荷量を、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／ｎに設定することで、画素加算に伴う垂直転送部５３内および水平転送部５５内での信号電荷の溢れを防止できる。
【０１０１】
（第２具体例）
第２具体例に係る固体撮像装置では、図１１のＣＣＤ撮像素子５０として、図１７に示すように、原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の２×２配列のカラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるものとする。そして、本具体例に係る特殊読み出しモードでは、行方向において例えば１６画素を繰り返し単位として、その１６画素のうちの４画素についてのみセンサ部５１から信号電荷を読み出す、換言すれば１６画素につき１２画素の信号電荷を間引くライン間引き動作に加えて、水平転送部５５内で例えば２ライン分の信号電荷を加算する加算読み出し動作が行われるものとする。
【０１０２】
この第２具体例に係る特殊読み出しモードでは、水平転送部５５内で２ライン（２画素）分の信号電荷の加算が行われることから、その加算ライン数に対応して基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値が設定される。これにより、特殊読み出しモード時のセンサ部５１の飽和信号電荷量が、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定される。
【０１０３】
また、１６画素につき１２画素を間引くライン間引き動作を実現するために、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３については、３系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ／φＶ１Ｃ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ３Ｃが、タイミング発生回路５９で生成されることになる。
【０１０４】
ここで、このライン間引き＋水平転送部５２内２ライン加算の場合の特殊読み出しモード時の動作について、図１８および図１９のタイミングチャートを用いて説明する。図１８は４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の垂直同期タイミングを、図１９は水平同期タイミングをそれぞれ示している。
【０１０５】
また、図１７において、各画素の横には、各画素に与えられる３系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ／φＶ１Ｃ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ３Ｃについての各画素との対応関係を示している。なお、垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の各画素への伝送系については、図１２に示した配線原理に則ってパターン配線されるものとする。
【０１０６】
先ず、図１８のタイミングチャートにおいて、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１Ａ，φＶ３Ａに“Ｈ”レベルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、行方向において１６画素を繰り返し単位として、その１６画素のうちの４画素についてのみセンサ部５１の信号電荷が垂直転送部５３に読み出される。換言すれば、１６画素について１２画素の信号電荷が間引かれる。これが、これが本具体例でのライン間引き動作である。
【０１０７】
具体的には、図１７から明らかなように、１行目から１６行目を繰り返し単位とし、１行目、３行目、１０行目および１２行目の各画素についてのみ信号電荷が読み出され、残りの２行目、４行目〜９行目、１１行目、１３行目〜１６行目の各画素については信号電荷が間引かれることになる。そして、読み出された各信号電荷は、垂直転送部５３内で加算されることなく、順次垂直転送されて水平転送部５５に供給される。
【０１０８】
この垂直転送部５３から水平転送部５５への信号電荷の転送の際には、水平ブランキング期間において、４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の図１９に示すタイミング関係によって４ライン（４行）単位で垂直転送が行われる。これにより、最初の４ライン分について見れば、１ライン目、３ライン目についてのみ信号電荷が存在することから、２ライン（２画素）分の信号電荷が水平転送部５５内で加算されることになる。その後、水平転送部５５によって順に水平転送され、電荷電圧変換部５６で信号電圧に変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力される。
【０１０９】
上述したように、特殊読み出しモードの設定時に、行方向において１６画素を繰り返し単位として、その１６画素のうちの１２画素についてセンサ部５１からの信号電荷の読み出しを間引く（ライン間引き）とともに、読み出した信号電荷については水平転送部５５内で２ライン分を加算するようにしたことにより、信号電荷を間引かずかつ加算することなく独立に垂直転送する場合に比べて出力ライン数が１／８（＝４／１６÷２）になるため、フレームレートがフレーム読み出しモードに対して８倍になる。
【０１１０】
しかも、特殊読み出しモードの設定時には、センサ部５１の飽和信号電荷量をフレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／２に設定するようにしたことにより、フレーム読み出しモードで読み出された信号電荷と、水平転送部５５内で加算した２ライン分の信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部５１が飽和またはそれに近い状態にあっても、２ライン加算に伴って水平転送部５５内で信号電荷が溢れるのを未然に防止できる。
【０１１１】
なお、上記第２具体例に係る加算読み出し動作では、水平転送部５５内で２ライン加算を行うとしたが、２ライン加算に限られるものではなく、例えば第２具体例のように、１６ラインを繰り返し単位としてそのうちの４ライン分の信号電荷を読み出す場合には、その読み出した４ライン分の信号電荷を水平転送部５５内でライン加算することも可能である。この場合には、特殊読み出しモード時の飽和信号電荷量をフレーム読み出しモード時の約１／４に設定すれば良い。
【０１１２】
また、水平転送部５５での加算ライン数を１つに固定する必要はなく、このライン加算モードについては、例えば加算ライン数がｘ個（ｘ≧２）の場合とｙ個（ｘ＞ｙ）の場合の２種類以上の動作モードを設定し、それを適宜選択できるようにすることも可能である。この場合には、各動作モード時の飽和信号電荷量がフレーム読み出しモード時の約１／ｘ  と約１／ｙとなるように、基板バイアス発生回路６０で発生される基板バイアスＶｓｕｂ２を、各動作モードに応じて切り換えるようにすれば良い。
【０１１３】
（第３具体例）
第３具体例に係る固体撮像装置では、色分離が可能なように、図１１のＣＣＤ撮像素子５０として、図２０に示すように、原色の２×２配列のカラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いるものとする。そして、本具体例に係る特殊読み出しモードでは、行方向において例えば１６画素を繰り返し単位として、その１６画素のうちの８画素についてのみセンサ部５１から信号電荷を読み出す、換言すれば１６画素につき８画素の信号電荷を間引くライン間引き動作に加えて、水平転送部５５内で例えば４ライン分の信号電荷を加算する加算読み出し動作が行われるものとする。
【０１１４】
この第３具体例に係る特殊読み出しモードでは、水平転送部５５内で４ライン（４画素）分の信号電荷の加算が行われることから、その加算ライン数に対応して基板バイアスＶｓｕｂ２の電圧値が設定される。これにより、特殊読み出しモード時のセンサ部５１の飽和信号電荷量が、フレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／４に設定される。
【０１１５】
また、１６画素につき８画素を間引くライン間引き動作を実現するために、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３については、第２具体例の場合と同様に、３系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ／φＶ１Ｃ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ３Ｃが、タイミング発生回路５９で生成されることになる。
【０１１６】
ここで、このライン間引き＋水平転送部５２内４ライン加算の場合の特殊読み出しモード時の動作について、図２１および図２２のタイミングチャートを用いて説明する。図２１は４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の垂直同期タイミングを、図２２は水平同期タイミングをそれぞれ示している。
【０１１７】
また、図２０において、各画素の横には、各画素に与えられる３系統の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ／φＶ１Ｃ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂ／φＶ３Ｃについての各画素との対応関係を示している。なお、垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の各画素への伝送系については、図１２に示した配線原理に則ってパターン配線されるものとする。
【０１１８】
先ず、図２１のタイミングチャートにおいて、垂直ブランキング期間のあるタイミングで１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１Ａ／φＶ１Ｂ，φＶ３Ａ／φＶ３Ｂに“Ｈ”レベルの読み出しパルスＸＳＧが立つことで、行方向において１６画素を繰り返し単位として、その１６画素のうちの８画素についてのみセンサ部５１の信号電荷が垂直転送部５３に読み出される。換言すれば、１６画素について８画素の信号電荷が間引かれる。これが、本具体例でのライン間引き動作である。
【０１１９】
具体的には、図２０から明らかなように、１行目から１６行目を単位とし、１行目、３行目、５行目、７行目、１０行目、１２行目、１４行目および１６行目の各画素について信号電荷が読み出され、残りの２行目、４行目、６行目、８行目、９行目、１１行目、１３行目および１５行目の各画素については信号電荷が間引かれることになる。そして、読み出された各信号電荷は、垂直転送部５３内で加算されることなく、順次垂直転送されて水平転送部５５に供給される。
【０１２０】
この垂直転送部５３から水平転送部５５への信号電荷の転送の際には、水平ブランキング期間において、４相の垂直転送クロックφＶ１（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ２，φＶ３（Ａ／Ｂ／Ｃ），φＶ４の図２２に示すタイミング関係によって４ライン（４行）単位で垂直転送が行われる。これにより、最初の４ライン分について見れば、１ラインおきに信号電荷が存在することから、４ライン（２画素）分の信号電荷が水平転送部５５内で加算されることになる。その後、水平転送部５５によって順に水平転送され、電荷電圧変換部５６で信号電圧に変換されてＣＣＤ出力ＶＯＵＴとして出力される。
【０１２１】
上述したように、特殊読み出しモードの設定時に、行方向において１６画素を繰り返し単位として、その１６画素のうちの８画素についてセンサ部５１からの信号電荷の読み出しを間引く（ライン間引き）とともに、読み出した信号電荷については水平転送部５５内で４ライン分を加算するようにしたことにより、信号電荷を間引かずかつ加算することなく独立に垂直転送する場合に比べて出力ライン数が１／８（＝８／１６÷４）になるため、フレームレートがフレーム読み出しモードに対して８倍になる。
【０１２２】
しかも、特殊読み出しモードの設定時には、センサ部５１の飽和信号電荷量をフレーム読み出しモード時の飽和信号電荷量の約１／４に設定するようにしたことにより、フレーム読み出しモードで読み出された信号電荷と、水平転送部５５内で加算した４ライン分の信号電荷との各電荷量が等しくなるので、センサ部５１が飽和またはそれに近い状態にあっても、４ライン加算に伴って水平転送部５５内で信号電荷が溢れるのを未然に防止できる。
【０１２３】
なお、上記第３具体例に係る加算読み出し動作では、水平転送部５５内で４ライン加算を行うとしたが、４ライン加算に限られるものではなく、例えば第３具体例ように、１６ラインを繰り返し単位としてそのうちの８ライン分の信号電荷を読み出す場合には、その読み出した８ライン分の信号電荷を水平転送部５５内でライン加算することも可能である。この場合には、特殊読み出しモード時の飽和信号電荷量をフレーム読み出しモード時の約１／８に設定すれば良い。
【０１２４】
また、水平転送部５５での加算ライン数を１つに固定する必要はなく、このライン加算モードについては、例えば加算ライン数がｘ個（ｘ≧２）の場合とｙ個（ｙ＞ｘ）の場合の２種類以上の動作モードを設定し、それを適宜選択できるようにすることも可能である。この場合には、各動作モード時の飽和信号電荷量がフレーム読み出しモード時の約１／ｘ  と約１／ｙとなるように、基板バイアス発生回路６０で発生される基板バイアスＶｓｕｂ２を、各動作モードに応じて切り換えるようにすれば良い。
【０１２５】
以上説明した第１，第２実施形態では、各画素から読み出した信号電荷を独立に垂直転送する読み出し方式が、インターレースに対応したフレーム読み出し方式のＣＣＤ撮像素子に適用した場合を例に採って説明したが、これに限られるものではなく、全画素の信号電荷を同一時刻に一斉に読み出し、かつ各画素の信号電荷を独立に転送する全画素読み出し方式のＣＣＤ撮像素子にも同様に適用可能である。
【０１２６】
また、上記各実施形態においては、画素加算あるいはライン加算の際の各画素の飽和信号電荷量を、縦型オーバーフロードレイン構造（図３を参照）を有するＣＣＤ撮像素子において、基板バイアスＶｓｕｂを通常の動作モード時と変えることによって設定する構成としたが、これに限定されるものではない。
【０１２７】
例えば、画素ごとにオーバーフロードレインを有するいわゆる横型オーバーフロードレイン構造を有するＣＣＤ撮像素子においては、各画素のオーバーフローバリアのポテンシャルを決める直流バイアスを動作モードに応じて変えることによっても、画素加算あるいはライン加算の際の各画素の飽和信号電荷量を設定することができる。
【０１２８】
また、水平転送部内でのみ加算を行う動作モードを採る場合には、垂直転送部から水平転送部へ信号電荷を転送するＶ‐Ｈ転送領域において、垂直転送部ごとに転送チャネルの横にオーバーフロードレインを設けるとともに、そのオーバーフローバリアのポテンシャルを直流バイアスによって決める構成とし、その直流バイアスを動作モードに応じて変えることにより、ライン加算の際の各画素の飽和信号電荷量を設定するようにすることもできる。
【０１２９】
図２３は、上記各実施形態に係る固体撮像装置を撮像デバイスとして用いた本発明に係るカメラシステムの概略構成図である。本カメラシステムは、例えばデジタルスチルカメラとして用いられる。
【０１３０】
本カメラシステムにおいて、ＣＣＤ撮像素子７１として、先述した第１実施形態に係るＣＣＤ撮像素子、即ちフレーム読み出し（又は、全画素読み出し）と、垂直転送部内画素加算又は水平転送部内ライン加算との組み合わせによる読み出しが可能なＣＣＤ撮像素子や、第２実施形態に係るＣＣＤ撮像素子、即ちフレーム読み出し（又は、全画素読み出し）と、間引き読み出しと垂直転送部内画素加算又は水平転送部内ライン加算との組み合わせによる読み出しが可能なＣＣＤ撮像素子が用いられる。
【０１３１】
ＣＣＤ撮像素子７１の撮像面上には、被写体（図示せず）から入射される像光が、レンズ７２等の光学系を通して結像される。このＣＣＤ撮像素子７１は、先述したタイミング発生回路１１／５９などを含むＣＣＤ駆動回路７３によって駆動される。ＣＣＤ撮像素子７１の基板には、基板バイアス発生回路７４で発生される基板バイアスＶｓｕｂが印加される。この基板バイアス発生回路７４として、第１実施形態で説明した基板バイアス発生回路２０あるいは第２実施形態で説明した基板バイアス発生回路６０が用いられる。
【０１３２】
ＣＣＤ撮像素子７１の出力信号（ＣＣＤ出力ＶＯＵＴ）は、次段の信号処理回路７５において、自動ホワイトバランス（ＡＷＢ）調整などの種々の信号処理が行われた後、撮像信号として外部に出力される。また、ＣＣＤ撮像素子７１の動作モードを設定するための動作モード設定部７６が設けられている。この動作モード設定部７６では、一例として、静止画を撮影するための通常撮像モードと、撮影画像を液晶モニタ等でモニタリングするためのモニタリングモードとが設定される。
【０１３３】
この動作モード設定部７６で設定された動作モードを表わすモード情報は、ＣＣＤ駆動回路７３、基板バイアス発生回路７４および信号処理回路７５に供給される。ＣＣＤ駆動回路７３は、通常撮像モードの設定時には、フレーム読み出し動作（又は、全画素読み出し動作）を行うようにＣＣＤ撮像素子７１を駆動し、モニタリングモードの設定時には、第１実施形態における第１，第２の具体例で説明した加算読み出し動作、あるいは第２実施形態における第１〜第３の具体例で説明した特殊読み出し動作を行うようにＣＣＤ撮像素子７１を駆動する。
【０１３４】
基板バイアス発生回路７４は、通常撮像モードの設定時には、ＣＣＤ撮像素子７１の個々の製造ばらつきに伴うセンサ部のオーバーフローバリアのポテンシャルのばらつきを考慮して最適値に設定された基板バイアスＶｓｕｂ１をＣＣＤ撮像素子７１の基板に与え、モニタリングモードの設定時には、加算画素数をｎ（ｎ≧２）、加算ライン数をｍ（ｍ≧２）とした場合に、画素の飽和信号電荷量が通常撮像モード時の約１／ｎ、約１／ｍ又は約１／（ｎ×ｍ）となるように電圧値が設定された基板バイアスＶｓｕｂ２を与える。
【０１３５】
上述したように、ＣＣＤ撮像素子７１を備えたカメラシステムにおいて、モニタリングモード時には、第１実施形態に係る加算読み出し動作、あるいは第２実施形態に係る特殊読み出し動作を行うとともに、画素の飽和信号電荷量を通常撮像モード時の例えば１／２程度に設定することにより、画素加算あるいはライン加算に伴う垂直転送部内および水平転送部内での信号電荷の溢れを防止しつつ、フレームレートを通常撮像モード時に比べて大幅に上げることができるため、撮影画像をなめらかな動画としてモニタリングできることになる。
【０１３６】
なお、ここでは説明を簡単にするために、撮影画像を液晶モニタ等でモニタリングする際に、第１実施形態の加算読み出し動作、あるいは第２実施形態の特殊読み出し動作を行うとしたが、実際には、ＡＦ制御、ＡＷＢ制御、ＡＥ制御等を行う際にも、これらの読み出し動作が行われる。この場合には、各種の自動制御装置の応答速度を上げることができることから、ＣＣＤ撮像素子７１の多画素化に対応できるため、より高性能のカメラシステムを実現できることになる。
【符号の説明】
【０１３７】
１０，５０…ＣＣＤ撮像素子、１１，５１センサ部、１３，５３…垂直転送部、１５，５５…水平転送部、１６，５６…電荷電圧変換部、１９，５９…タイミング発生回路、２０，６０…基板バイアス発生回路
【図１】
2011155702.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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