(57)【要約】【課題】モニタリングモード使用時において、高フレームレート、かつ消費電力の削減が可能な固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラを提供する。【解決手段】行列状に配置される複数の光電変換素子と、光電変換素子の各列に対応して配置され、光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、垂直転送手段により転送された電荷を行方向に転送する２相駆動の水平転送手段とを備え、垂直転送手段は複数列毎に組分けされ、複数列の中から選択された垂直転送手段のみが、電荷を転送するとともに、２相駆動の水平転送手段は、垂直転送手段の複数列毎に対応した構造とする。【選択図】          図２
2005191640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置される複数の光電変換素子と、
当該光電変換素子の各列に対応して配置され、前記光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
前記垂直転送手段により転送された前記電荷を行方向に転送する２相駆動の水平転送手段と
を備え、
前記垂直転送手段は複数列毎に組分けされ、
当該複数列の中から選択された垂直転送手段のみが、前記電荷を転送するとともに、
前記２相駆動の水平転送手段は、前記垂直転送手段の複数列毎に対応した構造であること
を特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
選択された垂直転送手段は、複数列毎に１列であること
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
水平転送手段による電荷の転送終了後、選択される垂直転送手段の列が切り替わること
を特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
光電変換素子と、当該光電変換素子に対応する垂直転送手段とを接続する複数の読み出しゲートを備え、
複数列の中から選択された垂直転送手段に対応する読出しゲートのみに読出しパルスが印加され、当該読出しパルスが印加された読出しゲートに接続された光電変換素子のみから電荷が読み出されること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
複数列の中から選択された垂直転送手段にのみ、電荷を転送する垂直駆動パルスが印加されること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
行列状に配置される複数の光電変換素子と、
当該光電変換素子の各列に対応して配置され、前記光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
当該垂直転送手段の複数列毎に対応した構造であり、前記電荷を行方向に転送する２相駆動の水平転送手段と
を備える固体撮像装置を駆動する方法であって、
前記垂直転送手段を複数列毎に組分けする組分けステップと、
当該複数列の中から１列の垂直転送手段を選択する選択ステップと、
当該選択された垂直転送手段の列に対応する前記光電変換素子の列から電荷を読み出す読出しステップと
を備えることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
行列状に配置される複数の光電変換素子と、
当該光電変換素子の各列に対応して配置され、前記光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
当該垂直転送手段の複数列毎に対応した構造であり、前記電荷を行方向に転送する２相駆動の水平転送手段と
を備える固体撮像装置を駆動する方法であって、
全ての前記光電変換素子から電荷を読み出す読出しステップと、
前記垂直転送手段を複数列毎に組分けする組分けステップと、
当該複数列の中から１列の垂直転送手段を選択する選択ステップと、
当該選択された垂直転送手段の列にのみ前記読み出された電荷を転送する垂直駆動パルスが印加される電荷転送ステップと
を備えることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
水平転送手段による電荷の転送終了後、選択される垂直転送手段の列を切り替える切替ステップ
を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
請求項１から５に記載の固体撮像装置を備えるカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラに関するものであり、特に、動画と静止画の撮像が可能な固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、撮像デバイスとして、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する光電変換素子と、光電変換素子から読み出された電荷を転送する手段としてのＣｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅセンサー（以下、「ＣＣＤセンサー」と記す。）とを用いることにより画像を得ている。すなわち、固体撮像装置内の基板上に、光電変換素子が行列状に配置され、各光電変換素子と、各光電変換素子に対応するように配置された各ＣＣＤセンサーとを接続する読出しゲートが光電変換素子から蓄積電荷を読み出し、ＣＣＤセンサーにより構成される垂直転送手段が読み出した電荷を水平転送手段に向けて転送する。さらに垂直転送手段と同様、ＣＣＤセンサーにより構成される水平転送手段は、列単位で垂直転送手段から転送されてきた電荷を、出力部に向けて転送する。出力部は、転送されてきた電荷を電圧に変換し、電圧出力をする。このような作業により、固体撮像装置は画像を得ている。
【０００３】
ところで、最近、固体撮像装置により撮像された画像に対する高解像度化のニーズが高まっており、この高解像度化のニーズに応えるために、画素に対応する多数の光電変換素子と、光電変換素子から読み出された電荷を転送する多数のＣＣＤセンサーとが、固体撮像装置に搭載される。しかし、画素数が増えるに従い転送する電荷の数が増えるため、画像内容を読み出す作業に時間を要するようになり、また、画像内容の読み出し作業に消費される電力が大きくなる。
【０００４】
一方、撮像時に画像内容を確認するためや、静止画像以外の画像、すなわち動画像の撮像を可能にするため、モニターに動画を映し出し、このモニターを確認しながら撮像を行うモニタリングモードが設定される固体撮像装置が多くなってきている。ところが、固体撮像装置のハードウェアの制約等により、フレームレートを上げることができず、動画の描写速度を高速にすることができない場合がある。この場合、画素数が増えると、モニタリングモードにおいてさらにフレームレートが低下し、動画の描写速度が遅くなる問題が発生する。また、多画素化により、モニタリングモードを使用することによる消費電力も大きくなる。
【０００５】
このような多画素化に伴うフレームレートの低下、消費電力の増大という問題に対し、従来は以下のような改善策がとられていた。すなわち、多画素を有する固定撮像装置において、モニタリングモード時やフレームレートを上げたいときに、全ての画素の蓄積電荷を読み出すのではなく、蓄積電荷を読み出す画素を水平方向の行単位で間引く技術である（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２３６３５４号公報（第３頁右欄第１７行目から第４頁左欄第４１行目、第１図）
【特許文献２】特開２００１−１８６４１８公報（第４頁右欄第４７行目から第５ページ右欄第３３行目、第５図、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような、行単位で電荷の読み出しを間引く方法を採用すると、モニタリングモードにおける表示画像の画素数が間引いた分だけ小さくなるので、フレームレートを上げる効果を得ることができる。しかし、垂直転送手段の列単位に対応している水平転送手段の構造自体は変わらない。したがって、行単位で電荷の読出しを間引く方法を採用しても、水平転送手段における電荷の転送回数、および転送周波数は大きく変わらないため、消費電力の削減の効果はそれほど大きくない。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、モニタリングモード時やフレームレートを上げる場合の消費電力を削減することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、
行列状に配置される複数の光電変換素子と、
当該光電変換素子の各列に対応して配置され、前記光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
前記垂直転送手段により転送された前記電荷を行方向に転送する２相駆動の水平転送手段と
を備え、
前記垂直転送手段は複数列毎に組分けされ、
当該複数列の中から選択された垂直転送手段のみが、前記光電変換素子から読み出された電荷を転送するとともに、
前記２相駆動の水平転送手段は、前記垂直転送手段の複数列毎に対応した構造であることとしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、モニタモード使用時において、フレームレートを上げながら消費電力を削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
この発明に係る固体撮像装置は、行列状に配置された光電変換素子を複数列毎に組分けし、２相駆動の水平転送手段をこの複数列に対応する構造とするものである。
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１２】
図１は実施の形態１における固体撮像装置を駆動するためのシステムの構成を示すブロック図、図２は実施の形態１における固体撮像装置の構造を示す図である。図１及び図２を用いて、固体撮像装置、及びその駆動方法の概略について説明する。
【００１３】
図１において、タイミングジェネレータ（以下、「ＴＧ」と記す。）１１は、固体撮像素子１を駆動する駆動パルスを発生する機能を有している。ＴＧ１１で発生された駆動パルスのうち、固体撮像素子１を直接駆動することができる水平駆動パルスＨ１、Ｈ２は、そのまま固体撮像素子１に入力される。一方、ＴＧ１１で発生された駆動パルスのうち、高い電圧や負の電圧が必要な、垂直駆動パルスＶＩ１からＶＩ４、読出しパルスＴＧＩ１からＴＧＩ３、オーバーフロードレインパルスＯＦＤパルスＯＦＤＩは、一旦、垂直転送用ドライバ（以下、「Ｖドライバ」と記す。）１２に入力され、必要な電圧に変換され、それぞれ垂直駆動パルスＶ１からＶ４、読出しパルスＴＧ１からＴＧ３、オーバーフロードレインパルスＯＦＤパルスＯＦＤに変換された後、固体撮像素子１に入力される。
【００１４】
図２に示すように、固体撮像素子１内の基板上には、被写体からの入射光量に応じた電荷を蓄積する光電変換素子２が、水平の行方向にＮ行、垂直の列方向にＭ列の行列状に配置されている。この光電変換素子２の各々が、固体撮像素子１のそれぞれの画素に対応する。各光電変換素子２と、電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段４とは、読出しゲート３により接続されている。読出しゲート３は、読出し用配線９を介して印加される読出しパルスＴＧ１からＴＧ３により駆動され、光電変換素子２に蓄積された電荷を垂直転送手段４に読み出す。垂直転送手段４は、垂直駆動用配線７を介して印加される垂直駆動パルスＶ１からＶ４により駆動され、読み出された電荷を水平転送手段５に転送する。水平転送手段５は、水平駆動用配線８を介して印加される水平駆動パルスＨ１、Ｈ２により駆動され、電荷を出力部６に転送する。出力部６は、転送されてきた電荷を電流から電圧に変換し、電圧出力する。
【００１５】
実施の形態１における固体撮像装置及びその駆動方法の第１の動作モードを、図３から図８を用いて詳細に説明する。本実施の形態における第１の動作モードは、電荷を読み出す光電変換素子の列を間引くものである。すなわち、複数列からなる光電変換素子の組のなかから、１列のみの電荷を読み出す動作モードである。なお、本実施の形態では、光電変換素子２を３列単位で組分けし、それぞれを光電変換素子２ａ、２ｂ、２ｃとする。また、それぞれの光電変換素子に対応する読出しゲート、垂直転送手段、読出し用配線も、それぞれ読出しゲート３ａ、３ｂ、３ｃ、垂直転送手段４ａ、４ｂ、４ｃ、読出し用配線９ａ、９ｂ、９ｃとする。
【００１６】
また、２相駆動の水平転送手段５は、３列単位で組分けされた垂直転送手段４に対応した構造となっており、水平転送手段５ａには水平駆動パルスＨ１が、水平転送手段５ｂには水平駆動パルスＨ２が、それぞれ印加される。そして、垂直転送手段４ａ、４ｂから読み出された電荷は、水平駆動パルスＨ１が印加される水平転送手段５ａに転送され、垂直転送手段４ｃから読み出された電荷は、水平駆動パルスＨ２が印加される水平転送手段５ｂに転送される。すなわち、２相駆動である水平転送手段５は、３列の垂直転送手段に対し、２つの転送部を有する構造となる。
【００１７】
まず、被写体からの入射光量に応じた電荷２１が、光電変換素子２に蓄積される。なお図３において、光電変換素子２上に記載されているＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれ赤、緑、青のカラーフィルタの色を意味している。したがって、それぞれの光電変換素子２において、各色に対応した電荷２１が光電変換素子２に蓄積される。
【００１８】
次に、読出しゲート３のうち、読出し配線用配線９ａと接続された読出しゲート３ａに、この読出し用配線９ａを介して読出しパルスＴＧ１が印加される。これにより、光電変換素子２ａに蓄積されている電荷２１が垂直転送手段４ａに読み出される。この動作を図４に示す。なお、垂直転送手段４は、各光電変換素子２に対応するＣＣＤにより構成されているが、垂直転送手段４の構造は本発明の内容と直接的な関係がないので、その詳細については省略している。
【００１９】
光電変換素子２ａに蓄積されていた電荷２１が垂直転送手段４ａに読み出された後、垂直駆動用配線７を介し垂直転送手段４に垂直駆動パルスＶ１からＶ４がそれぞれ印加され、電荷２１が水平転送手段５ａに順次転送されていく。この動作を図５に示す。なお、垂直駆動パルスＶ１からＶ４は、全ての列の垂直転送手段４ａから４ｃに印加されるが、光電変換素子２ｂ、および２ｃからは蓄積電荷２１が読み出されていない。したがって、垂直転送手段４ｂ、および４ｃは空の転送を行うだけであり、これらに垂直駆動パルスＶ１からＶ４が印加されても、光電変換素子２ａから読み出された電荷２１の転送には影響を与えない。
【００２０】
１行分の電荷２１が水平転送手段５ａに転送された後、水平駆動配線８ａ、８ｂを介し水平転送手段出力部５ａ、５ｂに水平駆動パルスＨ１、Ｈ２がそれぞれ印加され、電荷２１が出力部６に転送される。出力部６は、転送されてきた電荷２１を電圧に変換し、出力する。この動作を図６に示す。
【００２１】
１行分の電荷２１の転送が終了した後、再度、垂直駆動パルスＶ１からＶ４が垂直転送手段４に印加され、さらに１行分の電荷２１が水平転送手段５ａに転送される。そして、電荷２１が水平転送手段５から出力部６に転送される。この動作を繰り返すことにより、図７に示すように、光電変換素子２ａから読み出された電荷２１がすべて出力部６に転送される。読み出したすべての電荷２１の転送が終了した後、基板にオーバーフロードレインパルスＯＦＤパルス１０が印加される。これにより、光電変換素子２ｂ及び２ｃに残された電荷２１が基板上から排出され、すべての光電変換素子２ａから２ｃから電荷２１が失われる。
【００２２】
図８に、フレームごとに出力されるＶＤ信号、出力される画像データＤＡＴＡ、及び読出しパルスＴＧとの関係を示す。図８に示すように、各ＶＤ信号間、すなわち各フレームにおいて、読出しパルスＴＧ１の印加され、光電変換素子２ａに蓄積されていた電荷を読み出すことにより、１フレームの画像データが形成される。したがって、全画素の電荷を読み出した場合と比較して、画像データの大きさ消費電力が約１／３となり、フレームレートは３倍となる。つまり、画像サイズが小さくてもよい場合や、高いフレームレートが必要となるモニタリングモードの場合は、本実施の形態における第１の動作モードを用いることにより、これらの要求に対応した撮像、モニタが可能となる。また、水平転送手段５を１列ごとの垂直転送手段に対応する構造ではなく、３列毎の垂直転送手段に対応する構造にしたので、水平転送手段における電荷の転送回数、および転送周波数が減り、消費電力を削減することが可能となる。
【００２３】
すなわち、従来の固定撮像素子では、Ｍ列の垂直転送手段に対し、各列毎に２つの転送部を備えた２相の水平転送手段を有する構造となっていたので、全体として２Ｍの転送部が必要であった。しかし、本実施の形態で説明した構造であれば、全体として２／３＊Ｍの転送部でよいので、電荷の転送回数等を減らすことができる。
【００２４】
次に、実施の形態１に係る固体撮像装置及びその駆動方法における第２の動作モードを、図９から図１８を用いて詳細に説明する。第２の動作モードは、光電変換素子２に蓄積された電荷をすべて読み出すモードである。
【００２５】
まず、被写体からの入射光量に応じた電荷２１が、光電変換素子２に蓄積される動作は第１の動作モードと同じである。また、図９に示すように、読出しゲート３ａに読出し用配線９ａを介してＴＧ１が印加され、光電変換素子２ａに蓄積されている電荷２１が垂直転送手段４ａに読み出される動作も、第１の動作モードと同じである。さらに、図１０、図１１に示すように、垂直転送手段４に垂直駆動パルスＶ１からＶ４がそれぞれ印加され、１行分の電荷２１が水平転送手段５ａに順次転送される動作、水平転送手段５ａ、５ｂに水平駆動パルスＨ１、Ｈ２がそれぞれ印加され、電荷２１が出力部６に転送される動作、出力部６において電荷２１を電圧に変換し出力する動作、さらに、これら一連の動作を繰り返し、光電変換素子２ａから読み出した電荷２１のすべてが転送する動作も、第１の動作モードと同様である。
【００２６】
次に、光電変換素子２ｂに蓄積された電荷２１を読み出す。すなわち、読出し配線用配線９ｂと接続された読出しゲート３ｂに、この読出し用配線９ｂを介して読出しパルスＴＧ２が印加される。これにより、光電変換素子２ｂに蓄積されている電荷２１が垂直転送手段４ｂに転送される。この動作を図１２に示す。さらに、垂直転送手段４に垂直駆動パルスＶ１からＶ４がそれぞれ印加され、垂直転送手段４ｂに読み出された電荷２１が水平転送手段５ａに順次転送されていく。この動作を図１３に示す。１行分の電荷２１が水平転送手段５ａに転送された後、水平転送手段出力部５に水平駆動パルスＨ１、Ｈ２がそれぞれ印加され、電荷２１が出力部６に転送される。出力部６は、転送されてきた電荷２１を電圧に変換し、出力する。１行分の電荷２１の転送が終了した後、これら一連の動作を繰り返し、光電変換素子２ｂから読み出した電荷２１のすべてを出力部６に転送し、出力部６から電圧出力される。図１４に、光電変換素子２ｂから読み出された電荷２１が、すべて転送された状態を示す。
【００２７】
さらに、上記で説明した作業と同様、図１５、図１６に示すように、光電変換素子２ｃからの電荷２１の読出し、垂直転送手段４ｃによる水平転送手段５ｂへの電荷２１の転送、水平転送手段５による電荷２１の転送、出力部６による電圧出力が行われる。図１７に、光電変換素子２ｃから読み出された電荷２１が、全て転送された状態を示す。なお、光電変換素子２ｃから電荷２１を読み出す前に、すでに光電変換素子２ａ、２ｂから電荷２１が読み出されているので、図１７に示す状態では、すべての光電変換素子２において電荷２１は存在しない。
【００２８】
図１８に、フレームごとに出力される映像信号のＶＤ信号と、出力されるデータ信号ＤＡＴＡとの関係を示す。ＶＤ信号間、すなわち１フレームにおいて、まず、読出しパルスＴＧ１が印加されることにより、光電変換素子２ａに蓄積されていた電荷が読み出され、全画面データの１／３の画像データを得る。次に、読出しパルスＴＧ２が印加され光電変換素子２ｂに蓄積されていた電荷が読み出され、最後に読出しパルスＴＧ３が印加され光電変換素子２ｃに蓄積されていた電荷が読み出される。そして、読み出された各画像データを用い、全画面の画像データを得ることができる。
【００２９】
このように、本実施の形態１に係る固体撮像装置は、第２の動作モードを用いることにより、全画面サイズを得ることも可能となる。すなわち、第１の動作モードと第２の動作モードを使い分けることにより、高いフレームレートが要求されるモニタリングモード時の撮像と、高精細画像の撮像とが可能となる。
【００３０】
さらに、第１の動作モードの使用時には、高いフレームレートの撮像が可能となるとともに、消費電力を抑制した撮像を行うことができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、垂直転送手段４ｂは、水平転送手段５ａに電荷２１を転送していたが、水平転送手段５ｂに電荷を転送する構造としてもよい。
また、水平転送手段を３列の垂直転送手段に対応した構造としたが、これに限られるものではない。すなわち、電荷を読み出す垂直転送手段の間引き数を変え、例えば２列毎、または４列以上毎に１列とし、水平転送手段の構造をこの間引き数に対応させることも可能である。
さらに、本実施の形態では、垂直転送手段は垂直駆動パルスＶ１からＶ４の４相により駆動されているが、これに限られるものではなく、３相以下、または５相以上であってもよい。
【００３２】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１で説明した固体撮像装置と比較して、以下の２点が異なる固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。すなわち、実施の形態１では、垂直駆動用配線７は、すべての垂直駆動手段４に接続されていたが、本実施の形態では、垂直駆動用配線が、各列の光電変換素子２ａ、２ｂ、２ｃに対応するように、それぞれ垂直駆動用配線７ａ、７ｂ、７ｃとして構成されている。また、実施の形態１では、読出し用配線９が各列の読出しゲート３ａ、３ｂ、３ｃに対応するように読出し用配線９ａ、９ｂ、９ｃとして構成され、それぞれ各列の読出しゲート３ａ、３ｂ、３ｃに接続されていたが、本実施の形態では、すべての読出しゲート３に接続されている。
【００３３】
次に、図１９、図２０を用いて、本実施の形態に係る固体撮像装置、及びその駆動方法の概略について説明する。図１９は、実施の形態２における固体撮像装置を駆動するためのシステムの構成図、図２０は、実施の形態２における固体撮像装置の構造を示す図である。
【００３４】
図１９において、実施の形態１と同様、ＴＧ１１は、固体撮像素子１を駆動する駆動パルスを発生する機能を有している。ＴＧ１１で発生された駆動パルスのうち、固体撮像素子１を直接駆動することができる水平駆動パルスＨ１、Ｈ２は、そのまま固体撮像素子１に入力される。一方、ＴＧ１１で発生された駆動パルスのうち、高い電圧や負の電圧が必要な、垂直駆動パルスＶＡＩ１からＶＡＩ４、ＶＢＩ１からＶＢＩ４、及びＶＣＩ１からＶＣＩ４、読出しパルスＴＧＩは、一旦、Ｖドライバ１２に入力され、必要な電圧に変換され、それぞれ垂直駆動パルスＶＡ１からＶＡ４、ＶＢ１からＶＢ４、ＶＣＩ１からＶＣＩ４、読出しパルスＴＧ１となった後、固体撮像素子１に入力される。
【００３５】
図２０に示す固体撮像素子１内の構造は、上記で説明したように、垂直駆動配線７と読出し用配線９の構造が異なる以外、実施の形態１と同じであるので、詳細な説明は省略する。以下、実施の形態２における固体撮像装置及びその駆動方法の第１の動作モードを、図２１から図２７を用いて詳細に説明する。なお、実施の形態１と同様、本実施の形態における第１の動作モードも、電荷を読み出す光電変換素子の列を間引くものである。すなわち、複数列からなる光電変換素子の組のなかから、１列のみの電荷を読み出す動作モードである。
【００３６】
まず、被写体からの入射光量に応じた電荷２１が、光電変換素子２に蓄積される。電荷２１が光電変換素子２に蓄積された状態を図２１に示す。
【００３７】
次に、読出し用配線９を介して、読出しゲート３に読出しパルスＴＧが印加される。これにより、すべての光電変換素子２に蓄積されている電荷２１が垂直転送手段４に読み出される。この動作を図２２に示す。
【００３８】
光電変換素子２に蓄積されていた電荷２１が垂直転送手段４に読み出された後、垂直駆動用配線７ａを介し、垂直転送手段４ａに垂直駆動パルスＶＡ１からＶＡ４がそれぞれ印加され、垂直転送手段４ａに読み出されていた電荷２１が水平転送手段５ａに順次転送されていく。この動作を図２３に示す。
【００３９】
１行分の電荷２１が水平転送手段５ａに転送された後、水平駆動配線８ａ、８ｂを介し水平転送手段出力部５ａ、５ｂに水平駆動パルスＨ１、Ｈ２がそれぞれ印加され、電荷２１が出力部６に転送される。出力部６は、転送されてきた電荷２１を電圧に変換し、出力する。この動作を図２４に示す。
【００４０】
１行分の電荷２１の転送が終了した後、再度、さらに垂直駆動パルスＶＡ１からＶＡ４が垂直転送手段４ａに印加され、さらに１行分の電荷２１が水平転送手段５ａに転送される。そして、電荷２１が水平転送手段５から出力部６に転送される。この動作を繰り返すことにより、図２５に示すように、光電変換素子２ａから読み出された電荷２１がすべて出力部６に転送される。第１の動作モードでは、光電変換素子２ａから読み出された電荷により画像データが形成される。
【００４１】
次に、光電変換素子２ｂ、２ｃから読み出された電荷の転送について説明する。光電変換素子２ｂ、２ｃから読み出された電荷は、画像データの形成には用いられない。まず、垂直駆動用配線７ｂ、７ｃを介し、垂直転送手段４ｂに垂直駆動パルスＶＢ１からＶＢ４が、垂直転送手段４ｃに垂直駆動パルスＶＣ１からＶＢＣが、それぞれ印加される。そして、垂直転送手段４ｂに読み出されていた電荷２１が水平転送手段５ａに、垂直転送手段４ｃに読み出されていた電荷２１が水平転送手段５ｂにそれぞれ順次転送されていく。この動作を図２６に示す。
【００４２】
図２６に示すように、水平転送手段５には２列の垂直転送手段４ｂ、４ｃから読み出された電荷が同じタイミングで転送されてくる。したがって、水平転送手段５ａ、５ｂに電荷が存在することとなり、それぞれの垂直転送手段から転送されてきた電荷が混合してしまう混色という現象を起こしてしまう。しかし、画像データを形成する際、垂直転送手段４ｂ、４ｃにより転送された電荷は用いられないので、特に問題とはならない。
【００４３】
図２７に、フレームごとに出力されるＶＤ信号、出力される画像データＤＡＴＡ、及び読出しパルスＴＧとの関係を示す。図２７に示すように、各ＶＤ信号間、すなわち各フレームにおいて、まず、読出しパルスＴＧが印加され、光電変換素子２に蓄積されていた電荷を読み出す。次に、垂直転送手段４ａにのみ垂直駆動パルスＶＡ１からＶＡ４を印加することにより、１フレームの画像データが形成される。この画像データは、全画素の電荷を読み出した場合の約１／３の大きさとなる。したがって、画像サイズが小さくてもよい場合や、高いフレームレートが必要となるモニタリングモードの場合は、本実施の形態における第１の動作モードを用いることにより、これらの要求に対応した撮像が可能となる。また、水平転送手段５を１列ごとの垂直転送手段に対応する構造ではなく、３列毎の垂直転送手段に対応する構造にしたので、水平転送手段における電荷の転送回数、および転送周波数が減り、消費電力を削減することが可能となる。
【００４４】
つまり、垂直転送手段４ｂ、４ｃから転送された電荷は画像データとして用いられないので、これらをまとめて転送することにより、全画面データを読み出した場合と比較して電荷読出し時間が約２／３となる。
【００４５】
次に、実施の形態２に係る固体撮像装置及びその駆動方法における第２の動作モードを、図２８から図３５を用いて詳細に説明する。第２の動作モードは、光電変換素子２に蓄積された電荷をすべて読み出すモードである。
【００４６】
まず、被写体からの入射光量に応じた電荷２１が光電変換素子２に蓄積される動作は、第１の動作モードと同じである。また、図２８に示すように、読出しゲート３に読出し用配線９を介してＴＧが印加され、光電変換素子２に蓄積されている電荷２１が垂直転送手段４に読み出される動作も、第１の動作モードと同じである。さらに、図２９、図３０に示すように、垂直転送手段４ａに垂直駆動パルスＶＡ１からＶＡ４がそれぞれ印加され、１行分の電荷２１が水平転送手段５に順次転送される動作、水平転送手段出力部５ａ、５ｂに水平駆動パルスＨ１、Ｈ２がそれぞれ印加され、電荷２１が出力部６に転送される動作、出力部６において電荷２１を電圧に変換し出力する動作、さらに、これら一連の動作を繰り返し、垂直転送手段４ａに読み出された電荷２１のすべてが転送する動作も、第１の動作モードと同様である。
【００４７】
次に、垂直転送手段４ｂに読み出された電荷２１を水平転送手段５ａに転送する。すなわち、垂直駆動用配線７ｂと接続された垂直転送手段４ｂに、この垂直駆動用配線７ｂを介して垂直駆動パルスＶＢ１からＶＢ４が印加される。これにより、垂直転送手段４ｂに読み出されていた電荷２１が水平転送手段５ａに順次転送されていく。この動作を図３１に示す。１行分の電荷２１が水平転送手段５ａに転送された後、水平転送手段出力部５に水平駆動パルスＨ１、Ｈ２がそれぞれ印加され、電荷２１が出力部６に転送される。出力部６は、転送されてきた電荷２１を電圧に変換し、出力する。１行分の電荷２１の転送が終了した後、これら一連の動作を繰り返し、光電変換素子２ｂから読み出した電荷２１のすべてを出力部６に転送し、出力部６から電圧出力される。図３２に、垂直転送手段４ｂに読み出されていた電荷２１が、すべて転送された状態を示す。
【００４８】
さらに、上記で説明した作業と同様、図３３に示すように、垂直転送手段４ｃによる水平転送手段５ｂへの電荷２１の転送、水平転送手段５による電荷２１の転送、出力部６による電圧出力が行われる。図３４に、垂直転送手段４ｃに読み出されていた電荷２１が、全て転送された状態を示す。なお、垂直転送手段４ｃに読み出されていた電荷２１を転送する前に、すでに垂直転送手段４ａ、４ｂに読み出されていた電荷２１も転送されているので、図３４に示す状態では、すべての垂直転送手段４において電荷２１は存在しない。
【００４９】
図３５に、フレームごとに出力されるＶＤ信号、出力される画像データＤＡＴＡ、及び読出しパルスＴＧとの関係を示す。図３５に示すように、各ＶＤ信号間、すなわち各フレームにおいて、まず、読出しパルスＴＧが印加され、光電変換素子２に蓄積されていた電荷を読み出す。次に、垂直転送手段４ａにのみ垂直駆動パルスＶＡ１からＶＡ４を印加することにより、全画面データの１／３の画像データを得る。次に、垂直駆動パルスＶＢ１からＶＢ４が印加され垂直転送手段４ｂに読み出されていた電荷が転送され、最後に垂直駆動パルスＶＣ１からＶＣ４が印加され垂直転送手段４ｃに読み出されていた電荷が転送される。そして、読み出された各画像データを用い、全画面の画像データを得ることができる。１フレームの画像データが形成される。
【００５０】
このように、本実施の形態２に係る固体撮像装置は、第２の動作モードを用いることにより、全画面サイズの撮像も可能となる。すなわち、第１の動作モードと第２の動作モードを使い分けることにより、高いフレームレートが要求されるモニタリングモード時の撮像と、高精細画像の撮像とが可能となる。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態に係る固体撮像装置も、垂直転送手段４に読み出す電荷２１を列方向に間引き、水平転送手段を複数列の垂直転送手段に対応した構造とすることにより、消費電力を抑制した、高いフレームレートの撮像が可能となる。
【００５２】
なお、水平転送手段の構造、垂直転送手段の間引き方法、垂直転送手段の駆動方法が説明したものには限られない実施の形態１と同様である。
【００５３】
実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１及び２で説明した固体撮像装置を備えるカメラについて説明する。図３６は、実施の形態３におけるカメラの構成を示すブロック図である。
【００５４】
この実施の形態３に係るカメラは、実施の形態１、２で説明したＴＧ１１、Ｖドライバ１２、固体撮像素子１を備える。また、光学系３０は固体撮像素子１上に被写体からの入射光を結像させる機能を有しており、信号処理回路３１は、固体撮像素子１から出力された信号を処理し、処理後の信号を画像記録手段３２と画像表示手段３３とに出力する。また、モード設定手段３４はこの実施の形態３に係るカメラ全体のタイミング制御を行うとともに、ＴＧ１１に対し撮像モードの設定を行う。
【００５５】
すなわち、モード設定手段３４は、ユーザ、その他装置内部や外部からの指令により、静止画を撮像するモードと、撮像中の画像をモニターに映し出すモニタリングモードとが適宜選択され設定される。そしてモニタリングモードが設定された場合は、実施の形態１および２で説明した第１の動作モードにて固定撮像装置を動作させる。
【００５６】
これにより、モニタリングモードにおいてフレームレートを落とすことなく、固定撮像装置を動作させることができ、さらに消費電力の削減が可能となる。
【００５７】
さらに、第２の動作モードを用いることにより、高精細な画像データを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置を駆動するためのシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における固体撮像装置の構造を示す図である。
【図３】実施の形態１における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図４】実施の形態１における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図５】実施の形態１における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図６】実施の形態１における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図７】実施の形態１における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図８】実施の形態１の第１の動作モードにおける各信号のタイミングを示す図である。
【図９】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１０】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１１】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１２】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１３】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１４】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１５】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１６】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１７】実施の形態１における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図１８】実施の形態１の第２の動作モードにおける各信号のタイミングを示す図である。
【図１９】実施の形態２における固体撮像装置を駆動するためのシステムの構成を示すブロック図である。
【図２０】実施の形態２における固体撮像装置の構造を示す図である。
【図２１】実施の形態２における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図２２】実施の形態２における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図２３】実施の形態２における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図２４】実施の形態２における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図２５】実施の形態２における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図２６】実施の形態２における第１の動作モードを説明する説明図である。
【図２７】実施の形態２の第１の動作モードにおける各信号のタイミングを示す図である。
【図２８】実施の形態２における固体撮像装置の構造を示す図である。
【図２９】実施の形態２における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図３０】実施の形態２における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図３１】実施の形態２における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図３２】実施の形態２における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図３３】実施の形態２における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図３４】実施の形態２における第２の動作モードを説明する説明図である。
【図３５】実施の形態２の第２の動作モードにおける各信号のタイミングを示す図である。
【図３６】実施の形態３におけるカメラの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  固体撮像素子、２  光電変換素子、３  読出しゲート、４  垂直転送手段、５  水平転送手段、６  出力部、７  垂直駆動用配線、８  水平駆動用配線、９  読出し用配線、１０  オーバーフロードレインパルス、１１  タイミングジェネレータ、１２  垂直転送用ドライバ、２１  電荷
【図１】
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【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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