(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成され、垂直方向及び水平方向に整列した行列状に配置され、各々が光電変換素子と該光電変換素子の電荷を読み出すトランスファーゲートとを含む複数の画素と、
垂直方向に整列した複数の画素を含む画素列に近接して形成される複数本の垂直電荷転送路と、
前記トランスファーゲート上及び前記垂直電荷転送路の所定領域上に形成され、水平方向に延びる複数本の電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極と、
前記垂直電荷転送路の垂直方向に隣接する電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極間の所定領域上に形成され水平方向に延びる複数本の電荷転送専用垂直電荷転送電極と、
前記電荷転送専用垂直電荷転送電極に対して前記垂直電荷転送路内の電荷を転送するための電荷転送信号を印加するとともに、前記電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極に対して前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記垂直電荷転送路内に読み出すための電荷読み出し信号と前記垂直電荷転送路内の電荷を転送するための電荷転送信号とを印加することができ、かつ、前記複数の画素が垂直方向に関して複数の領域に分割され、分割された複数領域の一の領域に形成されている前記電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極と他の領域に形成されている前記電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極とに対して独立に電荷読み出し電圧を印加できる駆動回路とを含み、
前記駆動回路に、前記電荷読み出し信号に対応する信号が入力される第１の入力端子と、前記電荷転送信号に対応する信号が入力される第２の入力端子と、前記第１及び第２の入力端子に入力される信号を制御する制御信号を入力する制御端子群と、前記制御端子群に入力される制御信号に従って前記電荷転送信号を第１群の出力端子に出力するとともに、前記電荷転送信号と前記電荷読み出し信号との和を別の第２群の出力端子に出力するデータセレクタ回路が設けられ、
前記第１群の出力端子が前記電荷転送専用垂直電荷転送電極に接続されるとともに、前記第２群の出力端子が前記電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
さらに、前記一の領域から読み出された画像用信号を記憶する記憶部と、前記記憶部から所望の画像用信号のみを取り出して出力する信号選択回路とを有する請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
さらに、前記垂直電荷転送路の一端に接続され、前記垂直電荷転送路から転送された電荷を受けて水平方向に転送するための水平電荷転送路と、前記水平電荷転送路の一端に設けられ、転送された電荷を増幅して出力する出力アンプとを有する請求項１記載の固体撮像装置と、
前記出力アンプから出力された信号電荷を受けてこれを画像表示する動画モニタ用の液晶表示モニタと
を含む撮像装置。
【請求項４】
さらに、前記駆動回路部に部分読み出しによる制御を行わせるための切り換えスイッチを含む請求項３記載の撮像装置。
【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するものであり、より詳細には、複数画素のうち一部だけを読み出すことのできる固体撮像装置及びそれを用いた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置、たとえば静止画を撮像するためのＣＣＤ固体撮像装置において、画素の高密度化が望まれている。
【０００３】
図１７は、一般的なＣＣＤ固体撮像装置の平面図である。
【０００４】
固体撮像装置８１は、画素部８３と、駆動回路部８５と、水平電荷転送部８７と、出力アンプ部８９とを含む。
【０００５】
画素部８３は、水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）に整列して配置された光電変換素子を含む複数の画素と、光電変換素子から読み出された電荷信号を垂直方向（列方向）に転送する垂直電荷転送路を含む。
【０００６】
駆動回路部８５は、垂直電荷転送路の駆動を行うための信号電圧を制御する。
【０００７】
水平電荷転送路８７は、垂直電荷転送路から転送された電荷信号を水平方向（行方向）に転送する。
【０００８】
出力アンプ８９は、水平電荷転送路８７から転送された電荷信号を増幅して外部に出力する。
【０００９】
図１８は、固体撮像装置８１のうち画素部８３と駆動回路部８５との接続関係を説明するための模式的な平面図である。
【００１０】
画素部８３の各画素１０３は、フォトダイオード１０３ａとそれに近接して形成されているトランスファーゲート１０３ｂを含む。図１８では、簡単のために白抜きの四角印でフォトダイオードを示す。また、トランスファーゲート１０３ｂは、簡単のため白抜きの丸印で示す。
【００１１】
トランスファーゲート１０３ｂに近接して列方向に延びる垂直電荷転送路１０５が形成されている。
【００１２】
１つの画素行に属する複数の画素１０３に対して、３本の垂直電荷転送電極、例えば垂直電荷転送電極１２１―１、１２１−２、１２１−３が水平方向に延びている。同様にその下の画素行に属する画素１０３に対して、３本の垂直電荷転送電極、例えば垂直電荷転送電極１２１−４、１２１−５、１２１−６が水平方向に延びている。同じく、その下の画素行に属する画素１０３に対して、３本の垂直電荷転送電極、例えば垂直電荷転送電極１２１−７、１２１−８、１２１−９が水平方向に延びている。垂直電荷転送電極１２１は、例えば３層の多結晶シリコン層形成技術を用いて作ることができる。
【００１３】
図では、一番上の垂直電荷転送電極１２１−１、１２１−４、１２１−７の下の領域にトランスファーゲート１０３ｂが形成されている。
【００１４】
画素部８３と駆動回路部８５との接続関係は、以下のようになっている。
【００１５】
トランスファーゲート１０３ｂ上を通る垂直電荷転送電極１２１−１、１２１−４、１２１−７は、接続部において信号線１３１に接続されている。
【００１６】
垂直電荷転送電極１２１−２、１２１−５、１２１−８は、接続部において信号線１３５に接続されている。垂直電荷転送電極１２１−３、１２１−６、１２１−９は、接続部において信号線１３７に接続されている。
【００１７】
図１９は、上記の固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００１８】
まず、信号線１３５、１３７に対して例えば０Ｖの電圧を印加した状態において、信号線１３１に正の電圧、例えば８Ｖを印加する。この状態で、信号線１３１にさらに高い正のパルス電圧１３６を印加する。トランスファーゲート１０３ｂに高い正の電圧が印加され、信号線１３１に接続されている画素のフォトダイオードに蓄積されている電荷が、画素１０３に近接する垂直電荷転送路１０５内に転送される。
【００１９】
次いで、信号線１３５に８Ｖの正の電圧を印加し、信号線１３１の電圧を０Ｖに変化させる。電荷が、垂直電荷転送路１０５内の、垂直電荷転送電極１２１−１、１２１−４、１２１−７の下の領域から垂直電荷転送電極１２１−２、１２１−５、１２１−８の下の領域に転送される。
【００２０】
次いで、信号線１３７に正の電圧（８Ｖ）を印加し、信号線１３５の電圧を０Ｖに変化させる。電荷が、垂直電荷転送路１０５内の、垂直電荷転送電極１２１−２、１２１−５、１２１−８の下の領域から垂直電荷転送電極１２１−３、１２１−６、１２１−９の下の領域に転送される。
【００２１】
次いで、信号線１３１に正の電圧（８Ｖ）を印加し、信号線１３７の電圧を０Ｖに変化させる。電荷が、垂直電荷転送路１０５内の、垂直電荷転送電極１２１−３、１２１−６、１２１−９の下の領域から、垂直電荷転送電極１２１−１、１２１−４、１２１−７の下の領域に転送される。
【００２２】
上記の動作を繰り返すことにより、フォトダイオードから読み出された電荷信号は、垂直電荷転送路１０５内を水平電荷転送路に向けて３相駆動方式で転送される。
【００２３】
垂直電荷転送路から水平電荷転送路に転送された１行分の画素からの電荷は、水平電荷転送路内に転送される。水平電荷転送路内の電荷は、例えば２相駆動方式により出力アンプまで転送される。出力アンプにより信号を増幅して外部に画像情報として取り出す。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
固体撮像装置を用いたデジタルスチルカメラなどの撮像装置においては、モニタ画像を撮像装置に付属する液晶表示モニタに表示させている。
【００２５】
固体撮像装置内における画素数は増大する傾向にある。画素数が増大すれば、固体撮像装置の１フレームの読み出し時間が長くなる。現在では、固体撮像装置の１フレームの読み出し時間は、液晶表示モニタの１フレームの表示時間よりも長くなってきている。従って、固体撮像装置の１フレームの読み出し時間を短くする必要性が生じている。
【００２６】
デジタルスチルカメラなどの撮像装置において、モニタ用の液晶表示モニタに表示させる画像を部分的（主に中央部）にズームアップすることができれば、被写体がより見やすくなり便利である。
【００２７】
本発明の目的は、撮像装置に付属するモニタ画像を表示させるための液晶表示モニタのドット数が固体撮像素子の画素数よりも少ない場合でも、モニタ画像を液晶表示モニタに正常な状態で表示することができるとともに、モニタ画像をズームアップした場合にも鮮明な画像が得られる固体撮像装置を提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、半導体基板上に形成され、垂直方向及び水平方向に整列した行列状に配置され、各々が光電変換素子と該光電変換素子の電荷を読み出すトランスファーゲートとを含む複数の画素と、垂直方向に整列した複数の画素を含む画素列に近接して形成される複数本の垂直電荷転送路と、前記トランスファーゲート上及び前記垂直電荷転送路の所定領域上に形成され、水平方向に延びる複数本の電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極と、前記垂直電荷転送路の垂直方向に隣接する電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極間の所定領域上に形成され水平方向に延びる複数本の電荷転送専用垂直電荷転送電極と、前記電荷転送専用垂直電荷転送電極に対して前記垂直電荷転送路内の電荷を転送するための電荷転送信号を印加するとともに、前記電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極に対して前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記垂直電荷転送路内に読み出すための電荷読み出し信号と前記垂直電荷転送路内の電荷を転送するための電荷転送信号とを印加することができ、かつ、前記複数の画素が垂直方向に関して複数の領域に分割され、分割された複数領域の一の領域に形成されている前記電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極と他の領域に形成されている前記電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極とに対して独立に電荷読み出し電圧を印加できる駆動回路とを含み、前記駆動回路に、前記電荷読み出し信号に対応する信号が入力される第１の入力端子と、前記電荷転送信号に対応する信号が入力される第２の入力端子と、前記第１及び第２の入力端子に入力される信号を制御する制御信号を入力する制御端子群と、前記制御端子群に入力される制御信号に従って前記電荷転送信号を第１群の出力端子に出力するとともに、前記電荷転送信号と前記電荷読み出し信号との和を別の第２群の出力端子に出力するデータセレクタ回路が設けられ、前記第１群の出力端子が前記電荷転送専用垂直電荷転送電極に接続されるとともに、前記第２群の出力端子が前記電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極に接続されていることを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
発明者は、固体撮像装置に付属する液晶表示モニタに表示させるモニタ画像に関して以下のような考察を行った。
【００３０】
現在使用されている固体撮像装置としては、１５０万画素級のものが一般的であり、固体撮像装置の画素部は、例えば１５００列×１０００行の画素を含んでいる。ここで、列は画素の縦方向並びを、行は横方向の並びを言う。
【００３１】
画素の読み出し速度は、現在、１２ＭＨｚ程度であり、従って、上記の画素部における１秒間に読み出し可能なフレーム数は約８フレームである。
【００３２】
一方、動画用モニタとして用いられる液晶表示モニタのドット数が、例えば３２０×２４０画素とすると、動画を正常に表示するためには、通常３０フレーム／秒の表示が必要である。
【００３３】
モニタ用の液晶表示モニタ等に含まれる表示素子の１フレームの表示時間が、固体撮像装置における１フレームの読み出し時間よりも長い場合には、以下に説明する画素間引き読み出し方法により画像信号を間引いて読み出し、間引かれた信号に基づいてモニタ画像を表示させる方法が有効である。
【００３４】
ｍ行（ｍ＞１の整数）ごとに１行ずつ規則的に画素信号を読み出す手法、いわゆる１／ｍ間引き読み出し法を用いれば、１フレームの読み出し時間を短縮することができ、モニタ画像を表示させるために有利である。
【００３５】
例えば、４画素行のうち１画素行の画素のみを読み出す１／４間引き読み出し法を用いれば、１秒間に読み出し可能なフレーム数は８×４＝３２、すなわち、約３２フレームに増加するため、モニタ画像（動画）を正常に表示させることができるであろう。
【００３６】
しかしながら、規則的に一定行毎の画素から電荷信号の読み出しを行う方法を用いると、全画素読み出し法によりモニタ画像を表示させた場合に比べて、モニタ画像は、全体として鮮明さを失う。
【００３７】
また、実際にデジタルスチルカメラなどの撮像装置を用いて撮影を行う場合には、撮影目的物は必ずしも画面全体ではない。むしろ撮影目的物を画面の中央部付近に表示させ、周辺に背景を表示させることが多い。
【００３８】
撮影目的物が決まっている場合に、固体撮像装置の全体において、画面を間引いて読み出すと、画面の中央付近もぼやけた画像となり、撮影目的物を的確に捉えることが難しくなる。加えて、撮影目的物に焦点が合っているか否かの確認も難しくなる。
【００３９】
従って、間引き読み出しにより読み出された信号を表示する場合には、実際に焦点を合わせたい撮影目的物（人物や静物など、実際に静止画を撮影したいと思っている撮影対象物）に焦点が合っているかどうかを確認しにくい。
【００４０】
以上説明した考察に基づいて、発明者は、以下のような技術を考案した。
【００４１】
撮影目的物は、モニタ画像及び実際の静止画の中において、画面全体のうちの一部領域に配置される場合が多い。一部領域とは、通常は画面の中央部である。
【００４２】
この一部領域、例えば中央部のみに限定してその領域に存在する画素から信号を読み出し、その信号を液晶表示モニタに表示することができれば、撮影目的物を中心としたモニタ画像を鮮明な状態のまま大きくして見ることができる。
【００４３】
画素中の一部領域を指定する手段としては、一部領域とその他の領域とで、画素に印加する信号を異ならせる手段が好ましい。
【００４４】
以下に、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置について図面を参照して説明する。
【００４５】
１フレーム期間に前ラインを順次に走査するプログレッシブ型の固体撮像素子を例にする。この固体撮像素子によれば、全画素を連続的に読み出すことができる。
【００４６】
図１は、撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【００４７】
図１（ａ）に示すように、撮像装置Ａは、駆動信号出力回路Ｂと、固体撮像装置Ｃと、信号処理部Ｄと、記憶部Ｅと、表示回路部Ｆと画像表示部（液晶表示モニタ）Ｎとを含む。
【００４８】
駆動信号出力回路Ｂは、固体撮像装置Ａ内の電荷を転送するために設けられている電荷転送電極に対して駆動信号を出力する。
【００４９】
信号処理部Ｄは、ＤＣＴ等を含み、固体撮像装置Ｃ内の出力アンプからの出力信号をサンプリングし、信号のガンマ補正などを行う。ガンマ補正により、再生画面の正しい階調、特性を得るようにする。
【００５０】
記憶部Ｅは、信号処理部Ｄで処理した信号を記憶媒体に記憶させる。
【００５１】
表示回路部Ｆは、信号処理部Ｄからの信号を、例えば液晶表示モニタ（動画モニタ）などの表示部に表示させるための信号処理を行う。
【００５２】
液晶表示モニタＮは、画像の表示を行う。
【００５３】
図１（ｂ）に、信号処理部Ｄの詳細な構成を示す。
【００５４】
信号処理部Ｄは、データサンプリング部Ｇと、信号補正部Ｈと、補間部Ｉと、信号圧縮部Ｊと、画素信号再配列部Ｋとを含む。
【００５５】
データサンプリング部Ｇは、データのサンプリングとデータ信号のＡ／Ｄ変換を行う。
【００５６】
信号補正部Ｈは、ホワイトバランス処理とガンマ補正を行う。
【００５７】
補間部Ｉは、データ信号を圧縮し表示素子のフォーマットに合わせるための画素補間を行う。
【００５８】
信号圧縮部Ｊは、実際にデータ信号を圧縮する。
【００５９】
画素信号再配列部Ｋは、表示素子に合わせて画素の並び替えを行う。
【００６０】
図２は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置の概略的な平面図である。
【００６１】
固体撮像装置Ｃは、画素部Ｙと、駆動回路部Ｚと、水平電荷転送部Ｗと、出力アンプ部Ｕとを含んでいる。
【００６２】
画素部Ｙは、水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）に整列して配置された光電変換素子を含む複数の画素と、光電変換素子から読み出された電荷信号を垂直方向（列方向）に転送する垂直電荷転送路を含む。
【００６３】
駆動回路部Ｚは、垂直電荷転送路の駆動を行うための信号電圧を制御する制御回路を含む。
【００６４】
水平電荷転送路Ｗは、垂直電荷転送路から転送された電荷信号を水平方向（行方向）に転送する。
【００６５】
出力アンプＵは、水平電荷転送路Ｗから転送された電荷信号を増幅して外部に出力する。
【００６６】
画素部Ｙには、複数の画素が、半導体基板１の二次元平面上の水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）に整列して配置されている。
【００６７】
尚、複数の画素が整列して配置される固体撮像装置の構造の中には、水平方向に隣接する画素が１／２ピッチずれて配置されているいわゆる画素ずらし構造の固体撮像装置も含まれるものとする。画素の形状としても、正方形の他に、正六角形や八角形の形状の固体撮像装置も含まれる
画素部Ｙを、例えば、垂直方向に隣接して並ぶ３領域、第１の画素部Ｙ１、第２の画素部Ｙ２、第３の画素部Ｙ３に分ける。
【００６８】
画素部Ｙ（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３）内の画素は、全て、全画素読み出しが可能であるとともに、１／４間引き読み出しも可能になっている。
【００６９】
加えて、第２の画素部Ｙ２内の画素のみを部分的に全画素読み出しすることも可能である。
【００７０】
図３に、画素近傍の構造を示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は断面図である。
【００７１】
図３（ａ）に示すように、画素３は、フォトダイオード３ａとトランスファーゲート３ｂとを含む。フォトダイオード３ａは、トランスファーゲート３ｂを介して垂直電荷転送路５と接続される。
【００７２】
さらに、画素３のフォトダイオード３ａを除く領域の上に、多結晶シリコンにより形成される垂直電荷転送電極が形成されている。図においては、垂直電荷転送電極２４−２が、トランスファーゲート３ｂに電圧を印加するための電極となる。垂直電荷転送電極２４−１と２４−２、２４−３は、フォトダイオードから読み出された電荷を転送する。
【００７３】
フォトダイオード３ａを切る断面（図３（ａ）のＩＶ−ＩＶ断面を図３（ｂ）に示す。
【００７４】
図３（ｂ）に示すように、画素３は、半導体基板内に形成されるｐ型ウェル層２０と、半導体基板の表面近傍に形成され、ｐウェル層２０とともにフォトダイオード（ｐ−ｎ接合ダイオード）を形成するｎ型半導体層２１と、垂直電荷転送路を形成する別のｎ型半導体層２２と、フォトダイオードと垂直電荷転送路との間に形成されるトランスファーゲート３ｂを制御する２層又は３層配線技術により形成されたポリシリコンシリコン層により形成された垂直電荷転送電極２４と、その上に形成される平坦化膜２５と、その上に形成されるカラーフィルタ２７と、フォトダイオード３ａの上方に形成されるマイクロレンズ２６と、フォトダイオード３ａ以外の領域を遮光する遮光膜２８とを有している。
【００７５】
図４に、画素部Ｙと駆動回路部Ｚとの、より詳細な配線構造を平面図で示す。
【００７６】
画素部Ｙは、多数の光電変換素子３ａと光電変換素子３ａに蓄積された電荷を読み出すためのトランスファーゲート３ｂ（図において白抜きの丸印で略されている）を含む画素３が、水平方向及び垂直方向に整列して配置されている。
【００７７】
列方向に整列した画素３に隣接して垂直電荷転送路５が形成されている。行方向に整列した画素３の１つの行（画素行）ごとに水平方向に延びる垂直電荷転送電極が３本設けられている。３相駆動方式により垂直電荷転送路５内の電荷を水平電荷転送路７方向に転送できる。
【００７８】
図４においては、説明を簡単にするために、第１、第２及び第３の画素部Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３は、それぞれ、４行５列合計で２０画素を含むように簡略化して記載しているが、実際にはより多数の画素が形成されている。
【００７９】
駆動回路部Ｚは、各垂直電荷転送電極１２に接続されているＡ１からＦ１までの６本の信号線を有している。垂直電荷転送電極が、水平行駆動部Ｚ中の信号線に接続されている。
【００８０】
駆動回路部Ｚが信号線Ａ１からＦ１までに与える信号は、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直電荷転送路内に読み出すための高い正の電圧である読み出しパルス信号電圧ＶＨ、例えば１５Ｖと、垂直電荷転送路内にポテンシャルウェルを形成するためのＶＨよりも低い正の電圧ＶＭ、例えば８Ｖと、垂直電荷転送電極内にポテンシャルバリアを形成するためのＶＭよりもさらに低い電圧ＶＬ、例えば０Ｖとの３種類の電圧を含む。
【００８１】
より詳細な接続関係について説明する。
【００８２】
第１の画素部Ｙ１において、第１行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極のうち、垂直電荷転送電極Ｙ１−１は、信号線Ｄ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１−２は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１−３は、信号線Ｃ１に接続されている。
【００８３】
本明細書中において、垂直電荷転送電極Ｙ１−１のように電荷の読み出しと電荷の転送とを行うための信号が印加される垂直電荷転送電極を、電荷読み出し兼用垂直電荷転送電極と称す。垂直電荷転送電極Ｙ１−２、Ｙ１−３のように、電荷を転送する機能のみを有する垂直電荷転送電極を、電荷転送専用垂直電荷転送電極と称する。
【００８４】
第２行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極Ｙ１−４は、信号線Ａ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１−５は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１−６は、信号線Ｃ１に接続されている。
【００８５】
第３行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極（Ｙ１−７からＹ１−９まで）、第４行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極（Ｙ１−１０からＹ１−１２まで）も、第２行目の画素行における垂直電荷転送電極と信号線との接続関係と同様の接続関係を有している。
【００８６】
第２の画素部Ｙ２において、第１行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極のうち垂直電荷転送電極Ｙ２−１は、信号線Ｆ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ２−２は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ２−３は、信号線Ｃ１に接続されている。
【００８７】
第２行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極Ｙ２−４は、信号線Ｅ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ２−５は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ２−６は、信号線Ｃ１に接続されている。第３行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極（Ｙ２−７からＹ２−９まで）、第４行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極（Ｙ２−１０からＹ２−１２まで）と信号線との接続関係は、第２行目の画素行と同様である。
【００８８】
第３の画素部Ｙ３における各画素行に対応する垂直電荷転送電極と信号線との接続関係は、第１の画素部Ｙ１と同様である。
【００８９】
上記のように垂直電荷転送電極と信号線とが接続された固体撮像装置の制御方法について以下に説明する。
【００９０】
図５は、上記の固体撮像装置において、全画素読み出しを行うための駆動信号波形を示すタイミングチャートである。
【００９１】
図５（ａ）は、駆動回路部から信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１に印加される信号を、図５（ｂ）は信号線Ｂ１に印加される信号を、図５（ｃ）は信号線Ｃ１に印加される信号を示している。
【００９２】
信号線Ｂ１及びＣ１に印加される電圧を０Ｖとし、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１に８Ｖを印加した状態において、一時的に１５Ｖ程度の正の読み出しパルス信号Ｐを与える。読み出しパルス信号Ｐを印加することにより、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１に繋がっている垂直電荷転送電極に対応する画素行のフォトダイオードから電荷が読み出される。
【００９３】
具体的には、画素部Ｙ１中においては、垂直電荷転送電極Ｙ１−１、Ｙ１−４、Ｙ１−７、Ｙ１−１０に接続されている画素のフォトダイオードから電荷が読み出され、トランスファーゲート３ｂを通って垂直電荷転送路５内に電荷信号が読み出される。画素部Ｙ１の全ての画素からの電荷を読み出すことができる。
【００９４】
画素部Ｙ２においても、垂直電荷転送電極Ｙ２−１、Ｙ２−４、Ｙ２−７、Ｙ２−１０に接続されている画素のフォトダイオードから電荷が読み出され、トランスファーゲート３ｂを通って垂直電荷転送路５内に電荷信号が読み出される。
【００９５】
画素部Ｙ２の全ての画素からの電荷を読み出すことができる。
【００９６】
画素部Ｙ３中においては、垂直電荷転送電極Ｙ３−１、Ｙ３−４、Ｙ３−７、Ｙ３−１０に接続されている画素のフォトダイオードから電荷が読み出され、トランスファーゲート３ｂを通って垂直電荷転送路５内に電荷信号が読み出される。
【００９７】
画素部Ｙ３の全ての画素からの電荷を読み出すことができる。
【００９８】
図５（ａ）に示す信号電圧を信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１に印加すると、画素部Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３に存在する全ての画素からの電荷を読み出して垂直電荷転送路に転送することができる。
【００９９】
次に、図５（ａ）から（ｃ）までに示すように、信号線Ｂ１の電圧を０Ｖから８Ｖにした後に、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１の電圧を８Ｖから０Ｖにする。垂直電荷転送路内の電荷が水平電荷転送路方向に一電極分転送される。次に、信号線Ｃ１の電圧を０Ｖから８Ｖにした後に、信号線Ｂ１の電圧を８Ｖから０Ｖにする。垂直電荷転送路内の電荷がさらに水平電荷転送路方向に一電極分転送される。次に、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１の電圧を０Ｖから８Ｖにした後に、信号線Ｃ１の電圧を８Ｖから０Ｖにする。垂直電荷転送路内の電荷が水平電荷転送路方向にさらに一電極分転送される。
【０１００】
以上の操作により、垂直電荷転送路内の電荷は１行分転送される。
【０１０１】
以上の動作を繰り返すことにより、垂直電荷転送路に読み出された電荷を３相駆動方式により水平電荷転送路に転送する。画素部Ｙの全ての画素を読み出す、いわゆる全画素読み出しを行うことが可能である。
【０１０２】
図６に、１／４間引き読み出しを行うための駆動パルス信号を示す。
【０１０３】
図６（ａ）は、信号線Ａ１及びＥ１に印加される信号電圧を、図６（ｂ）は、信号線Ｂ１に印加される信号電圧を、図６（ｃ）は、信号線Ｃ１に印加される信号電圧を、図６（ｄ）は信号線Ｄ１及びＦ１に印加される信号電圧を示す。
【０１０４】
図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、信号線Ｂ１及び信号線Ｃ１に印加される電圧を０Ｖにした状態において、信号線Ａ１、Ｅ１、Ｄ１、Ｆ１に８Ｖの電圧を印加する。次いで、信号線Ｄ１、Ｆ１に対しては８Ｖの電圧を印加した状態において、さらに１５Ｖの高いパルス電圧を印加する。
【０１０５】
画素部Ｙ１においては、垂直電荷転送電極Ｙ１−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０１０６】
画素部Ｙ２においては、垂直電荷転送電極Ｙ２−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０１０７】
画素部Ｙ３においては、垂直電荷転送電極Ｙ３−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０１０８】
画素部Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３のうち全て１行目の画素行（より一般的には４行ごとに１行の画素行）からの画素が読み出される。
【０１０９】
その後、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す信号を各信号線に印加することにより、垂直電荷転送路内に読み出された電荷は水平電荷転送路の方向へ転送される。水平電荷転送路内に転送された電荷は２相駆動方式により転送され、出力アンプにより増幅された後、外部に出力される。
【０１１０】
上記の読み出し方法によれば、１／４間引き読み出しされた信号が得られる。得られた信号を液晶表示モニタに表示すれば、通常の動画モニタが表示される。
【０１１１】
図７に、部分読み出しを行うための駆動パルス信号を示す。
【０１１２】
図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、信号線Ｂ１及びＣ１に対して０Ｖの電圧を印加した状態において、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１に対して８Ｖの電圧を印加する。信号線Ｅ１、Ｆ１について、８Ｖの電圧を印加した状態において、さらに１５Ｖの高い読み出しパルス電圧Ｐを印加する。
【０１１３】
画素部Ｙ２に属する全ての画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が読み出される。画素部Ｙ１及び画素部Ｙ３に対応する画素からは、電荷は読み出されない。
【０１１４】
その後、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示した電圧を各信号線に印加することにより、垂直電荷転送路内に読み出された電荷は水平電荷転送路の方向へ転送される。水平電荷転送路内に転送された電荷は２相駆動方式により転送され、出力アンプにより増幅された後、外部に出力される。
【０１１５】
図７に示す信号電圧を印加すると、画素部Ｙのうちの画素部Ｙ２に存在する画素からのみ電荷信号が読み出される。いわゆる部分読み出しが可能となる。
【０１１６】
上記の手順を繰り返すことにより、第２の画素部Ｙ２の画素信号を迅速に読み出し、動画モニタ（液晶表示モニタ）に表示することができる。
【０１１７】
固体撮像装置を用いて上記の読み出し方法を行えば、特定の画素部（この場合は、第２の画素部Ｙ２）の画素からの信号を、早いフレームレートで部分的に全画素読み出しすることができる。部分的に全画素読み出しを行うことにより得られた画像信号を、動画モニタ（液晶表示モニタ）の表示画面の全面に表示させれば、第２の画素部Ｙ２に対応する部分のみが拡大された画像を表示することができる。
【０１１８】
本実施の形態による固体撮像装置においては、画素部のうち、部分読み出しを行いたい画素部の画素に対応する垂直電荷転送電極に、他の画素部とは異なる信号線を接続している。部分読み出しを行いたい画素にのみ読み出し電圧を印加することができる。
【０１１９】
尚、部分読み出しを行う画素のうち両端に存在する画素列の画素の信号を取り除くこともできる。画素列の信号を取り除いても、画素部からの信号の読み出し時間には、それほどの影響を与えない。
【０１２０】
画素列の信号を取り除く際には、図１（ｂ）に示されるデータサンプリング部Ｇにおいて不要信号を取り除くことができる。
【０１２１】
データサンプリング部Ｇにおける不要信号の取り除き方法について、図２０及び図２１に基づき説明する。
【０１２２】
図２０（ａ）に固体撮像素子からの出力信号の例を示す。固体撮像素子からの出力信号のＨｉｇｈとＬｏｗとを区別することにより、出力信号の有無を識別する。ここで、出力信号のＨｉｇｈ信号は基準部であり、出力信号のＬｏｗ信号は画像情報を表している。
【０１２３】
図２０（ｂ）に示すように、所定のタイミングでサンプリング用のパルス信号を発生させる。パルス信号が発生している間における固体撮像素子からの出力信号を読み出して出力する。
【０１２４】
図２１は、不要信号を除去するための機能を有するデータサンプリング部Ｇを示す回路図である。
【０１２５】
図２１（ａ）に示すように、データサンプリング部Ｇは、固体撮像素子からの出力信号が入力するための入力端子Ｓｉｎと、２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、２入力減算回路Ｍと、出力端子Ｓｏｕｔとを有している。
【０１２６】
入力端子Ｓｉｎは２本の配線Ｌ１、Ｌ２に枝分かれしている。配線Ｌ１はスイッチ回路ＳＷ１に接続されている。配線Ｌ２はスイッチ回路ＳＷ２に接続されている。スイッチ回路ＳＷ１は、配線Ｌ３により２入力減算回路Ｍの一の入力に接続されている。スイッチ回路ＳＷ２は、配線Ｌ４により２入力減算回路Ｍの他の入力に接続されている。２入力減算回路Ｍからの出力信号は出力端子Ｓｏｕｔに出力される。
【０１２７】
図２０（ｃ）は、第１のサンプリング信号Ｓ１を示すタイミングチャート図である。図２０（ｄ）は、第２のサンプリング信号Ｓ２を示すタイミングチャート図である。第１のサンプリング信号Ｓ１と第２のサンプリング信号Ｓ２とを合わせると、図２０（ｂ）に示すサンプリング信号になる。
【０１２８】
図２１（ａ）は、固体撮像素子からの出力信号のうち必要部分を取り出すためのサンプリング信号の入力状況を示す図である。
【０１２９】
図２１（ａ）に示すように、スイッチ回路ＳＷ１に第１のサンプリング信号Ｓ１を印加すると、配線Ｌ１を通してスイッチ回路ＳＷ１に入力された固体撮像素子からの出力信号（図２０（ａ））は、第１のサンプリング信号Ｓ１によってサンプリングされ、２入力減算回路Ｍの一方の入力端子に入力される。スイッチ回路ＳＷ２に第２のサンプリング信号Ｓ２を印加すると、配線Ｌ２を通してスイッチ回路ＳＷ２に入力された固体撮像素子からの出力信号（図２０（ａ））は、第２のサンプリング信号Ｓ２によってサンプリングされ、２入力減算回路Ｍの他方の入力端子に入力される。図２１（ａ）の場合には、結局、固体撮像素子からの出力信号に図２０（ｂ）に示されるサンプリング信号によりサンプリングされた場合と同じ信号が、出力端子Ｓｏｕｔに出力される。
【０１３０】
図２１（ｂ）は、固体撮像素子からの出力信号のうち不必要な部分を取り除くためのサンプリング信号の入力状況を示す図である。
【０１３１】
図２１（ｂ）に示すように、スイッチ回路ＳＷ１に第１のサンプリング信号Ｓ１を印加すると、配線Ｌ１を通してスイッチ回路ＳＷ１に入力された固体撮像素子からの出力信号（図２０（ａ））は、第１のサンプリング信号Ｓ１によってサンプリングされ、２入力減算回路Ｍの一方の入力端子に入力される。スイッチ回路ＳＷ２にも同じ第１のサンプリング信号Ｓ１を印加すると、配線Ｌ２を通してスイッチ回路ＳＷ２に入力された固体撮像素子からの出力信号（図２０（ａ））は、第１のサンプリング信号Ｓ１によってサンプリングされ、２入力減算回路Ｍの他方の入力端子に入力される。図２１（ｂ）の場合には、結局、固体撮像素子からの出力信号は、出力端子Ｓｏｕｔに出力されない。
【０１３２】
例えば、図１７の出力アンプ部８９の出力端子に図２１に示す回路を接続することにより、固体撮像素子からの信号が必要な領域と不要な領域とに切り分けることができる。
【０１３３】
尚、固体撮像装置の水平方向の画素数、例えば１５００と、液晶表示モニタの水平ドット数、例えば３２０との差に相当する画素信号は、垂直電荷転送路から水平電荷転送路へ電荷を転送する電荷転送部にドレイン領域を形成することにより、ドレイン領域から消去することが可能である。
【０１３４】
他の方法としては、読み出した画素信号を一旦記憶部に蓄積し、液晶表意装置の表示に必要な信号（例えば中央部分の画素信号）のみを記憶部から読み出す方法を用いることも可能である。
【０１３５】
また、撮像装置Ａ（図１）は、全画素読み出し、間引き読み出し及び部分読み出しの３種類の動作モードを外部から任意に切り換えることのできる切り換えスイッチＳを具備していても良い。例えば、固体撮像装置をデジタルスチルカメラに用いる場合には、カメラに設けられている各種のスイッチ群の１つとして切り換えスイッチを設けても良い。
【０１３６】
次に本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置及びその制御方法について説明する。
【０１３７】
第１の実施の形態による固体撮像装置においては、部分読み出しを行うために、垂直電荷転送電極に接続される信号線の本数を３本から６本に増加させている。
【０１３８】
加えて、各信号線に対して、それぞれ独立の信号電圧を印加することができる制御回路を設けることにより、全画素読み出し、間引き読み出し、部分読み出しが可能となる。
【０１３９】
第２の実施の形態による固体撮像装置においては、全画素読み出し、間引き読み出しの他に、部分読み出しを可能とするための新たな信号線選択回路を、各画素部に設けている。
【０１４０】
画素部Ｙ及び水平駆動部Ｚの具体的な配線は、図４に示す配線と同じでよい。
【０１４１】
図８に、信号線選択回路２８の概略的な概念図を示す。
【０１４２】
図８（ａ）に示すように、信号線選択回路２８は、モード選択信号Ｈ、Ｉと、信号Ｊ、Ｋが入力され、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１に対して信号電圧を出力する構成になっている。
【０１４３】
図８（ｂ）に、信号線選択回路の具体的な回路図を示す。
【０１４４】
図８（ｂ）に示す信号線選択回路（データセレクタ）２８は、入力側に設けられている２つのインバータ回路３１ａ、３１ｂと、１つのＯＲ回路３３と、１つの加算回路３５を含む。
【０１４５】
さらに、信号線選択回路２８は、出力側に第１から第３までの２入力のスルー回路３７ａ、３７ｃ、３７ｅと、第１から第３までの出力側ＡＮＤ回路３７ｂ、３７ｄ、３７ｆとを含んでいる。
【０１４６】
２入力スルー回路３７ａ、３７ｃ、３７ｅは、２入力のうち１の入力がＨｉｇｈの場合に、他方の入力信号をそのままスルーして出力する論理回路である。
【０１４７】
図２２に、加算回路３５と２入力スルー回路３７ａ（３７ｃ、３７ｅ）の具体的な回路例を示す。
【０１４８】
図２２（ａ）に示す加算回路３５は、２つの入力端子、例えばＪ及びＫと、それぞれに連なる抵抗Ｒ１、Ｒ２と、それに連なる配線が合流した第１ノードＮ１に連なる一端に形成されている出力端子例えばＦ１と、第１ノードＮと出力端子Ｆ１との間の第２のノードＮ２と接地ＧＮＤとの間に、抵抗Ｒ３が接続されている。入力端子Ｊと入力端子Ｋとの入力信号が加算され、出力端子Ｆ１から出力される。
【０１４９】
図２２（ｂ）に示す２入力スルー回路３７ａは、トランジスタＴｒ１とそのソース端に連結されている抵抗Ｒ４とを有する。
【０１５０】
トランジスタＴｒ１のゲート端子が一の入力端子ＩＮ１となり、トランジスタＴｒ１のドレイン端子が他の入力端子ＩＮ２になる。抵抗Ｒ４をソース端と反対側の端子が出力端子ＯＵＴを形成する。トランジスタＴｒ１はノーマリーオフ型のトランジスタである。
【０１５１】
入力端子ＩＮ１に入力される信号がＬｏｗの時には、トランジスタＴｒ１はオフであり、出力端ＯＵＴには信号が出力されない。入力端子ＩＮ１に入力される信号がＨｉｇｈの時には、トランジスタＴｒ１がオンし、出力端ＯＵＴには入力端子ＩＮ２から入った信号がそのまま出力される。
【０１５２】
図９に、信号線選択回路２８の入力及び出力信号のタイミングチャートを示す。
【０１５３】
図９に示すように、信号線選択回路２８は、モード選択信号Ｈ及びＩが両方ともＬＯＷの時には、出力端子Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１の全てに、信号Ｊと信号Ｋとを加算した信号を出力する。例えば時間ｔ０から時間ｔ１までがこの状態に相当する。
【０１５４】
信号線選択回路２８は、モード選択信号ＨがＨＩＧＨ、モード選択信号ＩがＬＯＷの時には、出力端子Ｄ１とＦ１とに、信号Ｊ及び信号Ｋの加算信号を出力し、出力端子Ａ１とＥ１とに、信号Ｊと同じ信号を出力する。例えば時間ｔ１から時間ｔ２までがこの状態に相当する。
【０１５５】
信号線選択回路２８は、モード選択信号ＩがＨＩＧＨ、モード選択信号ＨがＬＯＷの時には、出力端子Ｅ１とＦ１とに、信号Ｊと信号Ｋとの加算信号を出力し、出力端子Ａ１とＤ１とに、信号Ｊ１と同じ信号を出力する。例えば時間ｔ２から時間ｔ３までがこの状態に相当する。
【０１５６】
信号線Ｂ１及び信号線Ｃ１に対して与えられる信号電圧は、図５から図７までの信号と同じである。
【０１５７】
従って、時間ｔ０から時間ｔ１までの信号は、第１の実施の形態における図５に示した全画素読み出しの場合の信号と同じになる。
【０１５８】
時間ｔ１からｔ２までの信号は、第１の実施の形態における図６に示した１／４間引き読み出しの信号と同じである。
【０１５９】
時間ｔ２から時間ｔ３までの信号は、第１の実施の形態における図７に示した画素部Ｙ２の部分読み出し信号と同じである。
【０１６０】
信号Ｊ及び信号Ｋは、同じ周期で、かつ、それぞれが一定の電圧を有する信号であるから、例えば基準クロック信号から簡単に形成することができる。特別なパルス信号出力のためのタイミング回路も不要である。
【０１６１】
信号線選択回路を用いれば、モード選択信号Ｈ及びＩをＨＩＧＨ又はＬＯＷを切り換えるだけで、全画素読み出し、１／４間引き読み出し、部分読み出しが可能となる。
【０１６２】
上記第１及び第２の実施の形態による固体撮像装置においては、例えば全体の画素行の数を１５００行とし、部分読み出し領域の画素行の数を５００行とすると、部分読み出し時間は、全画素読み出しの時間の約１／３になる。全画素読み出しの時間の約１／３の時間で繰り返し読み出すことが可能になる。
【０１６３】
尚、上記第１及び第２の実施の形態による固体撮像装置においては、間引き読み出しと部分読み出しとを別々に行う例を示したが、間引き読み出しと部分読み出しとを併用することもできる。
【０１６４】
例えば、同じ固体撮像素子で、１／２間引き読み出しと、１／４間引き読み出し及び１／４部分読み出しを行うことができる。また、６種類の画像（全画素読み出し、１／２間引き読み出し、１／４間引き読み出し、１／４部分読み出し、１／４部分読み出し及び１／２間引き読み出し、１／４部分読み出し及び１／４間引き読み出し）を得ることができる。
【０１６５】
尚、本実施の形態による固体撮像装置の間引き数は、１／２又は１／４に限定されるものではない。
【０１６６】
例えば、１／６間引き読み出し、１／８間引き読み出し等に適用することも可能である当業者には明らかであろう。また、部分読み出しについても、１／３の部分読み出しに限定されるものではないことは明らかであろう。
【０１６７】
次に、本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置について図面を参照して説明する。
【０１６８】
図１０に、固体撮像装置の概略的な平面図を示す。
【０１６９】
固体撮像装置Ｘ１１は、画素部Ｙ１１と、駆動回路部Ｚ１１と、水平電荷転送部Ｗ１１と、出力アンプ部Ｕ１１とから構成されている。
【０１７０】
画素部Ｙ１１は、水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）に整列して配置された光電変換素子を含む複数の画素と、光電変換素子から読み出された電荷信号を垂直方向（列方向）に転送する垂直電荷転送路を含む。
【０１７１】
駆動回路部Ｚ１１は、垂直電荷転送路の駆動を行うための信号電圧を制御する。
【０１７２】
水平電荷転送路Ｗ１１は、垂直電荷転送路から転送された電荷信号を水平方向（行方向）に転送する。
【０１７３】
出力アンプＵ１１は、水平電荷転送路Ｄ１１から転送された電荷信号を増幅して外部に出力する。
【０１７４】
画素部Ｙ１１には、第１、第２の実施の形態による固体撮像装置と同様に、複数の画素が、半導体基板１の二次元平面上の水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）に配置されている。
【０１７５】
画素部Ｙ１１は、例えば垂直方向に隣接して並ぶ６部分（領域）、第１の画素部Ｙ１２、第２の画素部Ｙ１３、第３の画素部Ｙ１４、第４の画素部Ｙ１５、第５の画素部Ｙ１６、第６の画素部Ｙ１７に分けられる。
【０１７６】
画素部Ｙ（Ｙ１２からＹ１７まで）内の画素は、全て、全画素読み出しが可能であるとともに、１／４間引き読み出しも可能になっている。
【０１７７】
加えて、第２の画素部Ｙ１３から第５の画素部Ｙ１６までは、それぞれ独立して部分読み出しが可能になっている。
【０１７８】
図１１は、具体的な画素と垂直電荷転送電極と信号線との接続関係を示す平面図である。
【０１７９】
尚、この図において、簡単化のために画素部Ｙ１１の最も右側（駆動回路部Ｚ１１側）のトランスファーゲート３ｂ及び垂直電荷転送路５のみを記載して、他のトランスファーゲートと垂直電荷転送路は省略している。図においては、垂直電荷転送電極に付されるべき符号の一部も省略している。
【０１８０】
実際には、水平方向の画素数は１５００、垂直方向の画素数は１０００である。第１の画素部Ｙ１２と第６の画素部Ｙ１７の画素行数は２６０行、第２から第５までの画素部の画素行数はそれぞれ１２０行である。ここでは、簡単のために、各画素部Ｙ１２からＹ１７までには、それぞれ４画素行のみを記載している。実際には、この４画素行を１単位として複数単位が繰り返されている。
【０１８１】
水平駆動部Ｚ１１は、Ａ１からＬ１までの１２本の信号線を有している。
【０１８２】
次に、画素部Ｙ１２から画素部Ｙ１７までの画素部における垂直電荷転送電極と信号線Ａ１から信号線Ｌ１までとの間の接続関係について説明する。
【０１８３】
画素部Ｙ１２に形成されている４画素行のうち、１行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極Ｙ１２−１からＹ１２−３までのうち１本の垂直電荷転送電極Ｙ１２−１は信号線Ｄ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１２−２は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１２−３は信号線Ｃ１に接続されている。
【０１８４】
画素部Ｙ１２に形成されている４つの画素行のうち、２行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１２−４は信号線Ａ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１２−５は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１２−６は、信号線Ｃ１に接続されている。
【０１８５】
３行目及び４行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１２−７からＹ１２−９、Ｙ１２−１０からＹ１２−１２までも、信号線との接続関係は、上記の２行目の画素行と場合の接続関係と同様である。
【０１８６】
画素部Ｙ１３に形成されている４つの画素行のうち、１行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極Ｙ１３−１からＹ１３−３でのうち１本の垂直電荷転送電極Ｙ１３−１は信号線Ｆ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１３−２は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１３−３は信号線Ｃ１に接続されている。
【０１８７】
画素部Ｙ１３に形成されている４つの画素行のうち、２行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１３−４は信号線Ｅ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１３−５は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１３−６は、信号線Ｃ１に接続されている。
【０１８８】
３行目及び４行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１３−７からＹ１３−９、Ｙ１３−１０からＹ１３−１２までも、信号線との接続関係は、上記の２行目の画素行と場合の接続関係と同様である。
【０１８９】
画素部Ｙ１４に形成されている４つの画素行のうち、１行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極Ｙ１４−１からＹ１４−３でのうち１本の垂直電荷転送電極Ｙ１４−１は信号線Ｈ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１４−２は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１４−３は信号線Ｃ１に接続されている。
【０１９０】
画素部Ｙ１４に形成されている４つの画素行のうち、２行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１４−４は信号線Ｇ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１４−５は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１４−６は、信号線Ｃ１に接続されている。
【０１９１】
３行目及び４行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１４−７からＹ１４−９、Ｙ１４−１０からＹ１４−１２までも、信号線との接続関係は、上記の２行目の画素行と場合の接続関係と同様である。
【０１９２】
画素部Ｙ１５に形成されている４つの画素行のうち、１行目の１行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極Ｙ１５−１からＹ１５−３でのうち１本の垂直電荷転送電極Ｙ１５−１は信号線Ｊ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１５−２は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１５−３は信号線Ｃ１に接続されている。
【０１９３】
画素部Ｙ１５に形成されている４つの画素行のうち、２行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１５−４は信号線Ｉ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１５−５は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１５−６は、信号線Ｃ１に接続されている。
【０１９４】
３行目及び４行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１５−７からＹ１５−９、Ｙ１５−１０からＹ１５−１２までも、信号線との接続関係は、上記の２行目の画素行と場合の接続関係と同様である。
【０１９５】
画素部Ｙ１６に形成されている４つの画素行のうち、１行目の１行目の画素行に対応する垂直電荷転送電極Ｙ１６−１からＹ１６−３でのうち１本の垂直電荷転送電極Ｙ１６−１は信号線Ｌ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１６−２は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１６−３は信号線Ｃ１に接続されている。
【０１９６】
画素部Ｙ１６に形成されている４つの画素行のうち、２行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１６−４は信号線Ｋ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１６−５は、信号線Ｂ１に接続されている。垂直電荷転送電極Ｙ１６−６は、信号線Ｃ１に接続されている。
【０１９７】
３行目及び４行目の画素行に形成されている垂直電荷転送電極Ｙ１６−７からＹ１６−９、Ｙ１６−１０からＹ１６−１２までも、信号線との接続関係は、上記の２行目の画素行と場合の接続関係と同様である。
【０１９８】
画素部Ｙ１７に形成されている４つの画素行の垂直電荷転送電極Ｙ１７−１からＹ１７−１２までと信号線との接続関係は、上記の画素部Ｙ１２−１の場合の接続関係と同様である。
【０１９９】
図１２は、画素部Ｙ１２からＹ１７までについて、全画素読み出しを行うための信号電圧波形を示すタイミングチャートである。
【０２００】
図１２（ａ）は、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１に印加される信号を、図１２（ｂ）は信号線Ｂ１に印加される信号を、図１２（ｃ）は信号線Ｃ１に印加される信号を表している。
【０２０１】
信号線Ｂ１及びＣ１に印加される電圧を０Ｖとし、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１に８Ｖを印加した状態において、一時的に１５Ｖ程度の高い正の読み出しパルス信号を与える。読み出しパルス電圧を印加することにより、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１に繋がっている垂直電荷転送電極に対応する画素行の画素から電荷が読み出される。
【０２０２】
例えば、画素部Ｙ１２においては、垂直電荷転送電極Ｙ１２−１、Ｙ１２−４、Ｙ１２−７、Ｙ１２−１０に接続されている画素のフォトダイオードから電荷が読み出され、トランスファーゲート３ｂを通って垂直電荷転送路５内に電荷信号が読み出される。画素部Ｙ１の全てのフォトダイオードからの電荷を読み出すことができる。
【０２０３】
画素部Ｙ１３からＹ１７についても同様に、全ての画素（フォトダイオード）からの電荷を読み出すことができる。
【０２０４】
図１２（ａ）に示す信号電圧を、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１に印加すると、画素部Ｙ１２からＹ１７までに形成されている全ての画素からの電荷を読み出して垂直電荷転送路に転送することができる。
【０２０５】
次に、図１２（ａ）から（ｃ）までに示すように、信号線Ｂ１の電圧を０Ｖから８Ｖにし、次いで、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１の電圧を８Ｖから０Ｖにする。垂直電荷転送路内の電荷が水平電荷転送路方向に転送される。次に、信号線Ｃ１の電圧を０Ｖから８Ｖにし、信号線Ｂ１の電圧を８Ｖから０Ｖにする。垂直電荷転送路内の電荷がさらに水平電荷転送路方向に転送される。次に、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１，Ｌ１の電圧を０Ｖから８Ｖにした後、信号線Ｃ１の電圧を８Ｖから０Ｖにする。垂直電荷転送路内の電荷がさらに水平電荷転送路方向に転送される。
【０２０６】
以上の動作を繰り返すことにより、垂直電荷転送路に読み出された電荷を３相駆動方式により水平電荷転送路に転送していく。
【０２０７】
画素部Ｙの全ての画素を読み出す、いわゆる全画素読み出しが可能である。
【０２０８】
図１３に、全ての画素部Ｙ１２からＹ１７までについて１／４間引き読み出しを行うための駆動パルス信号を示す。
【０２０９】
図１３（ａ）は、信号線Ａ１、Ｅ１、Ｇ１、Ｉ１、Ｋ１に印加する信号電圧を、図１３（ｂ）は、信号線Ｂ１に印加される信号電圧を、図１４（ｃ）は、信号線Ｃ１に印加される信号電圧を、図１３（ｄ）は信号線Ｄ１、Ｆ１、Ｈ１、Ｊ１、Ｌ１に印加する信号電圧を示す。
【０２１０】
図１３（ａ）から（ｄ）に示すように、信号線Ｂ１及び信号線Ｃ１に印加される電圧を０Ｖにした状態において、信号線線Ａ１、Ｅ１、Ｇ１、Ｉ１、Ｋ１及び信号線Ｄ１、Ｆ１、Ｈ１、Ｊ１、Ｌ１に８Ｖの電圧を印加する。次いで、信号線Ｄ１、Ｆ１、Ｈ１、Ｊ１、Ｌ１に対して、８Ｖの電圧を印加した状態において、一時的に１５Ｖの高いパルス電圧を印加する。
【０２１１】
画素部Ｙ１２においては、垂直電荷転送電極Ｙ１２−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０２１２】
画素部Ｙ１３においては、垂直電荷転送電極Ｙ１３−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０２１３】
画素部Ｙ１４においては、垂直電荷転送電極Ｙ１４−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０２１４】
画素部Ｙ１５においては、垂直電荷転送電極Ｙ１５−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０２１５】
画素部Ｙ１６においては、垂直電荷転送電極Ｙ１６−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０２１６】
画素部Ｙ１７においては、垂直電荷転送電極Ｙ１７−１に対応する画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が転送される。
【０２１７】
画素部Ｙ１２からＹ１７までの画素部において、１行目の画素行の画素からの電荷が読み出される。
【０２１８】
その後、図１３（ａ）から（ｄ）までに示す信号を各信号線に印加することにより、垂直電荷転送路内に読み出された電荷は水平電荷転送路の方向へ転送される。水平電荷転送路内に転送された電荷は２相駆動方式により転送され、出力アンプにより増幅された後、外部に出力される。
【０２１９】
上記の読み出し方法によれば、１／４間引き読み出しされた信号が液晶表示モニタに表示される。通常の動画モニタの表示に適している。
【０２２０】
図１４から図１６までに、部分読み出しを行うための駆動パルス信号を示す。
【０２２１】
図１４（ｄ）に示すように、信号線Ｂ１及びＣ１に対して０Ｖの電圧を印加した状態において、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｋ１、Ｌ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１に対して８Ｖの電圧を印加する。信号線Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１に関して、８Ｖの電圧を印加した状態において、さらに１５Ｖの高い読み出しパルス電圧を印加する。
【０２２２】
画素部Ｙ２に属する全ての画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が読み出される。その他の画素部に形成された画素からは、電荷は読み出されない。
【０２２３】
その後、図１４（ａ）から（ｄ）までに示した電圧を各信号線に印加することにより、垂直電荷転送路内に読み出された電荷は水平電荷転送路の方向へ転送される。水平電荷転送路内に転送された電荷は２相駆動方式により転送され、出力アンプにより増幅された後、外部に出力される。
【０２２４】
図１４に示す信号電圧を印加すると、画素部Ｙ１４及び画素部Ｙ１５に形成されている画素からの電荷信号のみが読み出される。いわゆる部分読み出しが行われる。
【０２２５】
上記の手順を繰り返すことにより、画素部Ｙ１４及び画素部Ｙ１５の画素信号を迅速に読み出し、動画モニタ（液晶表示モニタ）に表示することができる。
【０２２６】
上記の読み出し方法によれば、特定の画素部（この場合は、画素部Ｙ１４及び画素部Ｙ１５）の画素からの信号を、早いフレームレートで全画素読み出しすることができる。
【０２２７】
加えて、全画素読み出し、１／４間引き読み出しにも対応することが可能である。
【０２２８】
図１５（ａ）から（ｄ）に示すように、信号線Ｂ１及びＣ１に対して０Ｖの電圧を印加した状態において、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１、に対して８Ｖの電圧を印加する。信号線Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１に関して、８Ｖの電圧を印加した状態において、さらに１５Ｖの高い読み出しパルス電圧を印加する。
【０２２９】
画素部Ｙ１３に属する全ての画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が読み出される。その他の画素部に形成された画素からは、電荷は読み出されない。
【０２３０】
その後、図１５（ａ）から（ｄ）までに示した電圧を各信号線に印加することにより、垂直電荷転送路内に読み出された電荷は水平電荷転送路の方向へ転送される。水平電荷転送路内に転送された電荷は２相駆動方式により転送され、出力アンプにより増幅された後、外部に出力される。
【０２３１】
図１６に示す信号電圧を印加すると、画素部Ｙ１５及びＹ１６に形成されている画素からの電荷信号のみが読み出される。
【０２３２】
図１６（ａ）〜（ｄ）に示すように、信号線Ｂ１及びＣ１に対して０Ｖの電圧を印加した状態において、信号線Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１に対して８Ｖの電圧を印加する。信号線Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１に関して、８Ｖの電圧を印加した状態において、さらに１５Ｖの高い読み出しパルス電圧を印加する。
【０２３３】
画素部Ｙ１５及びＹ１６に属する全ての画素のフォトダイオードから、垂直電荷転送路内に電荷が読み出される。その他の画素部に形成された画素からは、電荷は読み出されない。
【０２３４】
その後、図１６（ａ）から（ｄ）に示した電圧を各信号線に印加することにより、垂直電荷転送路内に読み出された電荷は水平電荷転送路の方向へ転送される。水平電荷転送路内に転送された電荷は２相駆動方式により転送され、出力アンプにより増幅された後、外部に出力される。
【０２３５】
画素部Ｙ１５及び画素部Ｙ１６の画素信号を迅速に読み出し、動画モニタ（液晶表示モニタ）に表示することができる。
【０２３６】
上記の読み出し方法によれば、特定の画素部の画素からの信号を、早いフレームレートで全画素読み出しすることができる。
【０２３７】
加えて、全画素読み出し、１／４間引き読み出しにも対応することが可能である
尚、本実施の形態による固体撮像装置においては、信号線の本数を増加させることにより、特定の領域の画素部からの画素信号を迅速に読み出して動画モニタに表示させたが、信号線の本数を減少させるために、第２の実施の形態において説明した信号線選択回路を設けても良い。
【０２３８】
全画面表示（間引きモードを含める）に必要な水平行のトランスファーゲートへの読み出し信号端子数をｍとし、部分読み出しを行う領域の数をｎとすると、必要な水平行のトランスファーゲートへの読み出しを行うために必要な信号線の本数は、以下の式（１）で表される。
【０２３９】
ｋ＝ｍ×（ｎ＋１）                              （１）
例えば、図５に示す固体撮像装置においては、部分読み出しを除くと、全画素読み出し及び１／４間引き読み出しの２種類の読み出しを行うため、ｍ＝２である。部分読み出しを行う領域の数は、ｎ＝１である。
【０２４０】
従って、上記（１）式より、必要な水平行のトランスファーゲートへの読み出しを行うために必要な信号線の本数ｋは、ｋ＝２×（１＋１）＝４と計算できる。実際には、Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１の４本である。
【０２４１】
図１２に示す固体撮像装置においては、部分読み出しを除くと、全画素読み出し及び１／４間引き読み出しの２種類の読み出しを行うため、ｍ＝２である。部分読み出しを行う領域の数は、ｎ＝４である。
【０２４２】
従って、上記（１）式より、必要な水平行のトランスファーゲートへの読み出しを行うために必要な信号線の本数ｋは、ｋ＝２×（４＋１）＝１０である。実際には、Ａ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１の１０本になる。
【０２４３】
尚、上記各実施の形態による固体撮像装置をデジタルスチルカメラに応用する場合に、例えばデジタルスチルカメラのシャッタを半押しすると部分読み出しされた中央部の画像がモニタ画像に映し出され、シャッタを全押しすると、全画素読み出しにより全体の静止画像を撮影できるようにしておけば便利である。
【０２４４】
以上、本実施の形態においては、プログレッシブ形３相駆動ＣＣＤについて例を挙げて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。４相駆動方式や、インターライン型の固体撮像装置など、複数の画素を有する受光素子に適用可能である。
【０２４５】
例えば、プログレッシブ形４相駆動ＣＣＤや、インターライン形ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等、複数の画素を有する受光素子に適用することができる。
【０２４６】
【発明の効果】
撮像装置において、液晶表示モニタの表示ドット数が固体撮像装置の画素数よりも少ない場合においても、液晶表示モニタの画像を簡単に拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は撮像装置の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は信号処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置の概略的な平面図である。
【図３】  固体撮像装置のうち画素領域の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図４】  固体撮像装置のうち画素部と駆動回路部との構造を示す平面図である。
【図５】  第１の実施の形態による固体撮像装置を全画素読み出しする場合のタイミングチャートである。
【図６】  第１の実施の形態による固体撮像装置を１／４間引き読み出しする場合のタイミングチャートである。
【図７】  第１の実施の形態による固体撮像装置を部分読み出しする場合のタイミングチャートである。
【図８】  第２の実施の形態による固体撮像装置のうち、信号選択回路の概略を示す図であり、図８（ａ）はブロック図、図８（ｂ）は具体的な回路図である。
【図９】  上記の信号選択回路を用いて固体撮像装置を動作させる際のタイミングチャート図である。
【図１０】  第３の実施の形態による固体撮像装置の概略的な平面図である。
【図１１】  第３の実施の形態による固体撮像装置の具体的な構成を示す平面図である。
【図１２】  第３の実施の形態による固体撮像装置を全画素読み出しする場合のタイミングチャート図である。
【図１３】  第３の実施の形態による固体撮像装置を１／４間引き読み出しする場合のタイミングチャート図である。
【図１４】  第３の実施の形態による固体撮像装置の中央部を部分読み出しする場合のタイミングチャート図である。
【図１５】  第３の実施の形態による固体撮像装置の中央下部を部分読み出しする場合のタイミングチャート図である。
【図１６】  第３の実施の形態による固体撮像装置の中央上部を部分読み出しする場合のタイミングチャート図である。
【図１７】  一般的なＣＣＤ固体撮像装置の概略的な平面図である。
【図１８】  画素部と駆動回路部との概略的な平面図である。
【図１９】  図１８に示す固体撮像装置の動作させるためのタイミングチャートである。
【図２０】  データサンプリング部の信号サンプリング処理の方法を示すタイミングチャートである。
図２０（ａ）は、固体撮像素子からの出力信号を示す。図２０（ｂ）は、必要部分のサンプリング信号を示す。図２０（ｃ）は、第１のサンプリング信号を示す。図２０（ｄ）は、第２のサンプリング信号を示す。
【図２１】  データサンプリング部の回路図を示す。
図２１（ａ）は、必要なデータ信号をサンプリングするためのサンプリング信号を印加した様子を示す。図２１（ｂ）は、不必要なデータ信号を取り除くためのサンプリング信号を印加した様子を示す。
【図２２】  図２２（ａ）は、図８に示す加算回路の回路例を示す。図２２（ｂ）は、図８に示すスルー回路の回路例を示す。
【符号の説明】
Ａ  撮像装置
Ｃ  固体撮像装置
Ｙ  画素部
Ｚ  駆動信号部
Ｗ  水平電荷転送路
Ｕ  出力アンプ
Ｙ１−１からＹ３−１２  垂直電荷転送電極
Ｐ  読み出しパルス信号
３  画素
３ａ  光電変換素子（フォトダイオード）
３ｂ  トランスファーゲート
５  垂直電荷転送路
２８  信号選択回路
【図１】
0004423451.tif 000002
【図２】
0004423451.tif 000003
【図３】
0004423451.tif 000004
【図４】
0004423451.tif 000005
【図５】
0004423451.tif 000006
【図６】
0004423451.tif 000007
【図７】
0004423451.tif 000008
【図８】
0004423451.tif 000009
【図９】
0004423451.tif 000010
【図１０】
0004423451.tif 000011
【図１１】
0004423451.tif 000012
【図１２】
0004423451.tif 000013
【図１３】
0004423451.tif 000014
【図１４】
0004423451.tif 000015
【図１５】
0004423451.tif 000016
【図１６】
0004423451.tif 000017
【図１７】
0004423451.tif 000018
【図１８】
0004423451.tif 000019
【図１９】
0004423451.tif 000020
【図２０】
0004423451.tif 000021
【図２１】
0004423451.tif 000022
【図２２】
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