(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、
前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第３のステップと、
前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第４のステップと、
ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第５のステップを備えたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、
前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第１のステップと、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り、前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第２のステップと、からなる第１のモードと、
前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第３のステップと、前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第４のステップと、ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第５のステップと、からなる第２のモードを備え、
前記第１のモードと前記第２のモードを選択することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記ステップは、高速度撮影のときに用いることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記ステップおよび前記モードは、高速度撮影のときに用いることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
１フレーム期間の水平走査期間数をＨ、１フレーム期間に前記信号電荷を読み出す回数をＮとすると、ｋ、Ｈ、およびＮの間に、
【数１】
0003939869.tif 000002
が成り立つ請求項１あるいは２に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置において、
前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出し、
前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行い、
ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ、選択的に前記信号電荷を読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオムービーカメラ等のカメラと、これに用いられる固体撮像装置に関し、特に、高速度撮影が可能な固体撮像装置とこのような固体撮像装置を備えたカメラ、およびこの固体撮像装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子を利用したビデオムービーカメラが普及し、さらなる高付加価値化が要望されている。特に、３倍速や６倍速等の高速度撮影や、ズーム（拡大）、手振れ防止など、固体撮像素子の駆動タイミングによる特殊効果が求められている。なお、高速度撮影とは、例えば３倍速の場合であれば、光電変換素子から読み出した信号電荷を画像信号として固体撮像装置から出力する動作を、１フレーム期間に３サイクル行うことをいう。
【０００３】
ここで、高速度撮影が可能な従来の固体撮像素子の構成と、その構成における高速度撮影の方法について説明する。
【０００４】
図２１に、従来の固体撮像素子の構成の一例を示す。この固体撮像素子は、マルチメディア用途として一般的に用いられているものであり、４８０行、６４０列の行列状に配置された画素を有する。画素の各々には、光電変換素子としてのフォトダイオード８１が設けられている。
【０００５】
また、上記従来の固体撮像素子は、フォトダイオード８１に蓄積される信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部８２と、垂直転送部８２から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平転送部８３と、水平転送部８３からの信号電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力する信号電荷検出部８４とを備えている。
【０００６】
説明を分かりやすくするために、図２１において、第ｍ行第ｎ列の画素に対応するフォトダイオード８１を表す矩形の中に（ｍ，ｎ）のように記載すると共に、以下の説明では、フォトダイオード８１（ｍ，ｎ）のように表記する。なお、水平 転送部８３に最も近い行を第１行とし、信号電荷検出部８４に最も近い列を第１列とする。
【０００７】
垂直転送部８２は、０Ｖと約−９Ｖの二値の転送パルスが３相以上印加される垂直転送電極を備えている。この転送電極の１つ、または複数の転送電極に約１５Ｖの電圧を印加することにより、フォトダイオード８１に蓄積された電荷が垂直転送部８２に転送される。
【０００８】
図２１に示した構成では、垂直転送部８２は、３相の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ３を備え、Ｖ１に１５Ｖの電圧を印加することにより、フォトダイオード８１に蓄積された信号電荷を垂直転送部８２の垂直転送電極Ｖ１下へ転送するように構成されている。
【０００９】
図２２および図２４に、上記従来の固体撮像素子における駆動信号のタイミングチャートを示す。なお、図２２は通常速度による撮影時、図２４は高速度による撮影時の駆動タイミングを表し、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号である。また、φＶ１〜φＶ３のそれぞれは、図２１に示した垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ３のそれぞれに印加されるパルスである。
【００１０】
なお、垂直同期信号ＶＤの周波数は、ＮＴＳＣ方式における垂直同期信号の半分の３０Ｈｚであり、水平同期信号ＨＤの周波数は、１５．７ＫＨｚである。１フレーム期間の水平走査線の数は５２５本である。図２２および図２４では、水平同期信号ＨＤにおいて各水平走査線に対応するパルスに、ｈ１〜ｈ５２５の符号を付して示す。
【００１１】
まず、図２２および図２３に基づいて、通常速度による撮影時の動作を説明する。この場合、図２１に示した４８０行、６４０列のすべてのフォトダイオード８１に蓄積された信号電荷を出力させる。このため、垂直同期信号ＶＤの１周期である１フレーム期間（１／３０秒）に一回、φＶ１に１５Ｖの電圧を印加することにより、フォトダイオード８１に蓄積された信号電荷を垂直転送部８２の垂直転送電極Ｖ１下へ読み出す。
【００１２】
さらに、垂直転送を１行分行うために、φＶ１・φＶ２・φＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第１行のフォトダイオード８１、すなわちフォトダイオード８１（１，１）〜フォトダイオード８１（１，６４０）から読み出された信号電荷が、水平転送部８３へ転送される。その後、水平転送部８３により、上記の１行分の信号電荷が、信号電荷検出部８４へ出力される。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図２３に示す。
【００１３】
水平転送部８３から信号電荷検出部８４への水平転送は、図２１に示す端子Ｈ１およびＨ２から印加される２相の水平転送パルスによって制御されるが、この水平転送パルスは周知であるので、図２２および図２４では記載を省略する。
【００１４】
上述のように、１行分の信号電荷の出力が完了した後、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスをφＶ１・φＶ２・φＶ３に印加することにより、第２行のフォトダイオード８１、すなわちフォトダイオード８１（２，１）〜フォトダイオー ド８１（２，６４０）から読み出された信号電荷を水平転送部８３に転送し、第１行と 同様に信号電荷検出部８４へ出力する。
【００１５】
これを同様に繰り返し、第４８０行のフォトダイオード８１（４８０，１）〜フォト ダイオード８１（４８０，６４０）から読み出された信号電荷を出力した後、再びφＶ１ に１５Ｖの電圧を印加することにより、再び４８０行、６４０列のフォトダイオード８１のすべてから、蓄積された信号電荷を読み出す。
【００１６】
以上の処理を繰り返すことにより、通常速度による撮影が行われる。
【００１７】
次に、図２４および図２５に基づいて、４倍の高速度撮影時の動作を説明する。４倍の高速度撮影とは、フォトダイオード８１から垂直転送部８２へ信号電荷を読み出し、水平転送部８３及び信号電荷検出部８４より信号出力する処理を１サイクルとした場合、１フレーム期間に４サイクルの処理を行うことをいう。
【００１８】
この場合、図２１に示す４８０行、６４０列のフォトダイオード８１の内、垂直方向において中央の１１０行分、すなわち第１８６行〜第２９５行のフォトダイオード８１に蓄積された信号電荷のみを出力させる。
【００１９】
まず、φＶ１に１５Ｖの電圧を印加することにより、すべてのフォトダイオード８１から、蓄積された信号電荷を垂直転送部８２の垂直転送電極Ｖ１下へ読み出す。
【００２０】
次に、垂直転送部８２において、第１行〜第１８５行の１８５行分のフォトダイオード８１から読み出された信号電荷の高速転送を行う。高速転送とは、垂直転送部８２から水平転送部８３へ信号電荷が転送された後、水平転送部８３から信号電荷検出部８４への転送終了を待たずに、垂直転送部８２から水平転送部８３への信号電荷の転送を連続して行うことをいう。このため、高速転送期間中の信号電荷検出部８４からの信号出力は、映像信号としては使用できず、不要電荷として排出される。
【００２１】
なお、垂直転送部８２の高速転送周波数は、約３００ｋＨｚが一般的とされている。つまり、１水平走査期間（６３．５μｓ）に１９行分の信号電荷を垂直方向に転送することが可能である。
【００２２】
上記の高速転送によって第１８５行の信号電荷の転送が終了した後、通常の周波数で、第１８６行のフォトダイオード８１から読み出された信号電荷の垂直転送を行う。さらに、水平転送部８３から、この１行分の信号電荷を、信号電荷検出部８４を介して出力する。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図２５に示す。
【００２３】
同様に、通常の周波数で、第１８７行以降の信号電荷を順次信号出力させ、第２９５行のフォトダイオード８１から読み出された信号電荷を出力した後、再び高速転送を開始し、４８０行の内の残りの１８５行分すなわち第２９６行〜第４８０行のフォトダイオード８１から読み出された信号電荷を不要電荷として排出する。
【００２４】
以上の処理が１サイクルであり、この１サイクルの期間は、約１３０水平走査期間に相当する。すなわち、５２５水平走査期間の１フレームに対し、４サイクルの実現が可能となる。言い換えれば、１フレーム期間（１／３０秒）に１１０行分の映像信号を４回出力することにより、４倍の高速度撮影を行うことができる。
【００２５】
１サイクルあたり約１３０水平走査期間の内訳は、１水平走査期間毎に１回の垂直転送を１１０回行う通常転送に要する１１０水平走査期間と、前述したように１水平走査期間毎に１９回の不要電荷排出を行う高速転送に要する約２０水平走査期間との和である。
【００２６】
Ｎ倍速の高速度撮影時に映像信号として読み出されるフォトダイオードの行数をＭとすると、ＮとＭとの関係は、次式で表すことができる。なお、厳密には、フォトダイオード８１から垂直転送部８２への読み出しに必要な時間等の考慮が必要である。
【００２７】
【数２】
５２５／｛Ｍ＋（４８０−Ｍ）／１９）｝＝Ｎ
【００２８】
上記した従来の固体撮像素子の場合、４倍速の高速度撮影なので上記数２でＮ＝４とすることにより、Ｍ＝１１０となる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
このような固体撮像素子を用いて高速度撮影を行う場合、更なる高速化を実現するためには、固体撮像素子の駆動周波数を高速化することが必要である。しかし、駆動周波数の高速化は、転送効率等の特性の悪化を伴うため、容易ではないという問題がある。
【００３０】
本発明は、上記の問題を解決するために、駆動周波数を高速化することなく、光電変換素子から読み出した電荷の垂直転送を行うことにより、転送効率等の特性の悪化を伴うことなく高速度撮影が可能な固体撮像装置およびこれを用いたカメラと、この固体撮像装置の駆動方法とを提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置の第１の駆動方法は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第１のステップと、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第２のステップを備えたことを特徴とする。
【００３２】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置の第２の駆動方法は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第３のステップと、前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第４のステップと、ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第５のステップを備えたことを特徴とする。
【００３３】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置の第３の駆動方法は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第１のステップと、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り、前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第２のステップと、からなる第１のモードと、前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第３のステップと、前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行う第４のステップと、ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出す第５のステップと、からなる第２のモードを備え、前記第１のモードと前記第２のモードを選択することを特徴とする。
【００３４】
前記の第１〜第３の駆動方法において、前記ステップおよび前記モードは、高速度撮影のときに用いることが好ましい。さらに、前記高速度撮影とともに、通常撮影を行うことが好ましい。
【００３５】
前記の第１〜第３の駆動方法において、１フレーム期間の水平走査期間数をＨ、１フレーム期間に前記信号電荷を読み出す回数をＮとすると、ｋ、Ｈ、およびＮの間に、
【００３６】
【数３】
Ｈ／Ｎ≧ｋ
が成り立つことが好ましい。
【００３７】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる第１の固体撮像装置は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置において、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出し、前記水平転送部側より１行目からｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行うことを特徴とする。
【００３８】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる第２の固体撮像装置は、ｎ行（ｎは２以上の整数）に配列した複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積した信号電荷を読み出し前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から前記信号電荷を受け取り水平方向に転送する水平転送部と、を備えた固体撮像装置において、前記水平転送部側よりｎ１行目（ｎ１は２からｎ−ｋまでの整数）からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分（ｋはｎよりも小さい整数）の前記光電変換部から前記垂直転送部へ選択的に前記信号電荷を読み出し、前記水平転送部側より１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｎ１＋ｋ行分の前記光電変換部に接続する前記垂直転送部に転送信号を送り前記信号電荷の前記垂直転送部内の移動を行い、ｎ１＋ｋ行目の前記光電変換部から読み出された前記信号電荷が、ｎ１−１行目の前記光電変換部に接続した前記垂直転送部に移動したときに再び前記水平転送部側よりｎ１行目からｎ１＋ｋ行目までの連続するｋ行分の前記光電変換部から前記垂直転送部へ、選択的に前記信号電荷を読み出すことを特徴とする。
【００３９】
上記の目的を達成するために、本発明にかかるカメラは、前記第１または第２の固体撮像装置と、光学系と、前記固体撮像装置で得られた映像信号を処理する処理回路と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
本実施形態の固体撮像装置は、図１に示すように、複数の画素（図示省略）が配置された光電変換部１０と、信号制御部５とを備え、信号制御部５による制御の下で、この光電変換部１０から読み出された電荷を電荷検出部４へ転送し、映像信号に変換して出力する構成である。
【００４２】
本固体撮像装置は、図２に示すように、水平方向に６４０個（列）、垂直方向に４８０個（行）の行列状に配置された光電変換素子１から構成される光電変換部を備えている。なお、光電変換素子１としては、フォトダイオードを用いることができる。
【００４３】
本固体撮像装置は、光電変換素子１に蓄積される信号電荷を読み出して垂直方向へ転送する垂直転送部２と、垂直転送部２から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部３と、水平転送部３から転送された信号電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力する信号電荷検出部４とを備えている。
【００４４】
説明を分かりやすくするために、図２において、第ｍ行第ｎ列の画素に対応する光電変換素子１を表す矩形の中に（ｍ，ｎ）のように記載すると共に、以下の説明では必要に応じて、光電変換素子１（ｍ，ｎ）のように表記する。なお、図２に おいて水平転送部３に最も近い行を第１行とし、信号電荷検出部４に最も近い列を第１列とする。
【００４５】
図２に示したとおり、光電変換素子１の各行には、３相の電極が接続されている。第１行〜第１３０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ａ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続され、第１３１行〜第４８０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続される。
【００４６】
垂直転送部２は、電極Ｖ１ＡおよびＶ１Ｂのそれぞれに１５Ｖの電圧を印加することにより、光電変換素子１から蓄積された信号電荷を読み出し、さらに、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに０Ｖあるいは−９Ｖの３相の転送パルスを印加することにより、読み出した信号電荷を、水平転送部３へ垂直方向に転送する。
【００４７】
水平転送部３は、端子Ｈ１およびＨ２から２相の転送パルスが印加されることにより、垂直転送部２から転送された信号電荷を、信号電荷検出部４へ転送する。
【００４８】
次に、図３〜図６に基づき、本固体撮像装置の動作を説明する。図３は通常速度による撮影時、図５は高速度による撮影時のタイミングチャートである。図３および図５において、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号である。また、φＶ１Ａ、φＶ１Ｂ、φＶ２、およびφＶ３のそれぞれは、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに印加されるパルスである。
【００４９】
なお、垂直同期信号ＶＤの周波数は、ＮＴＳＣ方式における垂直同期信号の半分の３０Ｈｚであり、水平同期信号ＨＤの周波数は、１５．７ｋＨｚである。１フレーム期間の水平走査線の数は５２５本である。図３および図５では、水平同期信号ＨＤにおいて各水平走査線に対応するパルスに、ｈ１〜ｈ５２５の符号を付して示す。
【００５０】
まず、図３および図４を参照しながら、通常速度による撮影時の動作について説明する。なお、通常速度による撮影とは、１フレーム期間（１／３０秒）に一回ずつ、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１から得られる信号電荷を出力することをいう。
【００５１】
まず、図３においてφＶ１ＡおよびφＶ１Ｂに示すとおり、電極Ｖ１ＡおよびＶ１Ｂに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を同時に印加することにより、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１に蓄積された信号電荷を、垂直転送部２の電極Ｖ１ＡおよびＶ１Ｂの下へ読み出す。
【００５２】
続いて、垂直転送を１行分行うために、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、第１行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（１，１）〜光電変換素子１（１，６４０）から読み出された信号電荷が、水平転送部３へ転送される。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図４に示す。
【００５３】
その後、水平転送部３により、第１行の信号電荷は、信号電荷検出部４へ出力される。なお、図３では、水平転送部３に印加する水平転送パルスは図示を省略する。
【００５４】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３へ、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、第２行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（２，１）〜光電変換素子１（２，６４０）から読み出された信号電荷を水平転送部３に転送し、第１行と同様に、信号電荷検出部４へ出力する。
【００５５】
以降、同様に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加するたびに、光電変換素子１から読み出した信号電荷を１行分ずつ水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力する。通常速度の撮影時には、上記の１５Ｖの読み出しパルスの印加を１フレーム期間に１回ずつ行い、読み出しパルスの後に、上記の垂直転送パルスを１フレーム期間に４８０回印加することにより、４８０行分の信号電荷を出力する。
【００５６】
次に、図５および図６を参照しながら、高速度による撮影について説明する。本実施形態では、第１行〜第１３０行の光電変換素子１から信号電荷を読み出して信号電荷検出部４へ出力する処理を、１フレーム期間に４サイクル行うことにより、４倍速の高速度撮影を実現する。
【００５７】
まず、図５に示すように、電極Ｖ１Ａのみへ１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を印加することにより、電極Ｖ１Ａが接続されている第１行〜第１３０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷のみを、垂直転送部２の電極Ｖ１Ａの下へ読み出す。このとき、通常速度による撮影時とは異なり、電極Ｖ１Ｂには読み出しパルスを印加しないので、第１３１行〜第４８０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷は、垂直転送部２へ読み出されない。
【００５８】
電極Ｖ１Ａの下へ信号電荷を読み出した後、電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、第１行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（１，１）〜光電 変換素子１（１，６４０）から読み出した信号電荷を水平転送部３へ転送する。第１行 の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図６に示す。
【００５９】
その後、水平転送部３から、第１行の信号電荷が信号電荷検出部４へ出力される。なお、図５においても、水平転送部３に印加する水平転送パルスは図示を省略する。
【００６０】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを電極Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ印加することにより、第１行と同様に、第２行の信号電荷が水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力される。
【００６１】
このように、１５Ｖの読み出しパルスを印加した後に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスの印加を１３０回繰り返すことにより、第１行〜第１３０行までの信号電荷を出力する。ここまでが、１サイクルである。第１３０行の信号電荷を出力した後は、残りの第１３１行〜第４８０行の３５０行分の信号電荷の転送をすることなく、２サイクル目の信号電荷の読み出しを行うために、再び、電極Ｖ１Ａへ１５Ｖの読み出しパルスを印加する。
【００６２】
上記したように、本実施形態の固体撮像装置は、４８０行６４０列の光電変換素子１に蓄積された信号電荷の内、水平転送部３に近い側の１３０行分のみ、すなわち第１行〜第１３０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷のみを、信号電荷検出部４へ転送するので、従来必要であった高速転送が不要となり、従来より短い期間での信号出力が可能である。また、１サイクル期間の長さを従来と同じにすれば、より多くの信号出力を得ることが可能である。
【００６３】
本実施形態の高速度撮影の例では、１サイクルは約１３０水平走査期間に相当し、１フレーム（５２５水平走査期間）に対して４サイクルの実現が可能となる。すなわち、１フレーム期間（１／３０秒）に１３０行分の映像信号を、４回出力することができる。
【００６４】
ここで本実施形態の固体撮像装置におけるＮ倍速の高速度撮影時において、映像信号として読み出される光電変換素子１の行数をｋとすると、Ｎとｋとの関係は次式で表すことができる。なお、厳密には、光電変換素子１から垂直転送部２への読み出しに必要な時間等の考慮が必要である。
【００６５】
【数４】
５２５／Ｎ＝ｋ
【００６６】
本実施形態で上記した例では、４倍の高速度撮影なのでＮ＝４となり、数４より、ｋは約１３０行となる。
【００６７】
また、Ｎ倍速の高速度撮影において、本実施形態における１サイクルあたりの信号出力行数ｋと、従来方式で得られる信号出力行数Ｍとの差は、数２および数４から下記のとおりに導かれる。
【００６８】
【数５】
ｋ−Ｍ＝５２５／Ｎ−１９×（５２５／Ｎ−４８０／１９）／１８
＝２６．６−５２５／（１８×Ｎ）
【００６９】
つまり、Ｎが２以上の場合、上記数５の式の値は正となるので、同じＮ倍（Ｎは２以上）の高速度撮影において１サイクルに得られる信号出力行数は、従来よりも本実施形態の方が多いことがわかる。
【００７０】
本実施形態の構成では、高速度撮影時における信号出力行数を可変とすることはできないが、所定の高速度倍率による高速度撮影時では、従来方式よりも多くの信号出力行数を得ることが可能である。
【００７１】
（実施の形態２）
本発明の他の実施形態について説明すれば以下のとおりである。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００７２】
本固体撮像装置は、実施の形態１で説明した固体撮像装置と比較すると、垂直転送部の構成と、信号制御部５から垂直転送部に与えられる駆動信号とが異なっている。
【００７３】
本固体撮像装置では、図７に示すように、光電変換素子１の各行に、３相の電極が接続されている。第１行〜第１７５行および第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続され、第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続される。
【００７４】
垂直転送部１２は、電極Ｖ１ＣおよびＶ１Ｄのそれぞれに１５Ｖの電圧を選択的に印加することにより、必要な光電変換素子１から蓄積された信号電荷を読み出し、さらに、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに、０Ｖあるいは−９Ｖの３相の転送パルスを印加することにより、読み出した信号電荷を、水平転送部３へ垂直方向に転送する。
【００７５】
次に、図８〜図１１に基づき、本固体撮像装置の動作を説明する。図８は通常速度による撮影時、図１０は高速度による撮影時のタイミングチャートである。図８および図１０において、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号である。また、φＶ１Ｃ、φＶ１Ｄ、φＶ２、およびφＶ３のそれぞれは、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに印加されるパルスである。
【００７６】
まず、図８および図９を参照しながら、通常速度による撮影時の動作について説明する。なお、通常速度による撮影とは、１フレーム期間（１／３０秒）に一回ずつ、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１から得られる信号電荷を出力することをいう。
【００７７】
まず、図８においてφＶ１ＣおよびφＶ１Ｄに示すとおり、電極Ｖ１ＣおよびＶ１Ｄに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を同時に印加することにより、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１に蓄積された信号電荷を、垂直転送部１２の電極Ｖ１ＣおよびＶ１Ｄの下へ読み出す。
【００７８】
続いて、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第１行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（１，１）〜光電変換素子１（１，６４０）から読み出された信号電荷が、水平転送部３へ転送される。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図９に示す。
【００７９】
その後、水平転送部３により、第１行の信号電荷は、信号電荷検出部４へ出力される。
【００８０】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３へ、再び、０Ｖまたは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、第２行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（２，１）〜光電変換素子１（２，６４０）から読み出された信号電荷を水平転送部３に転送し、第１行と同様に、信号電荷検出部４へ出力する。
【００８１】
以降、同様に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加するたびに、光電変換素子１から読み出した信号電荷を１行分ずつ水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力する。通常速度の撮影時には、上記の１５Ｖの読み出しパルスの印加を１フレーム期間に１回ずつ行い、読み出しパルスの後に、上記の垂直転送パルスを１フレーム期間に４８０回印加することにより、４８０行分の信号電荷を出力する。
【００８２】
次に、図１０および図１１を参照しながら、高速度による撮影について説明する。本実施形態では、４８０行６４０列の光電変換素子１のうち、垂直方向において中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１の信号電荷を信号電荷検出部４へ出力する処理を、１フレーム期間に４サイクル行うことにより、４倍速の高速度撮影を実現する。
【００８３】
このように垂直方向において中央部分の光電変換素子１から得た信号電荷を出力することにより、光学的に倍率変化をさせた場合に、映像信号の中心位置が変化しないという利点がある。
【００８４】
まず、図１０に示すように、電極Ｖ１Ｃのみへ１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を印加することにより、電極Ｖ１Ｃが接続されている第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷のみを、垂直転送部１２の電極Ｖ１Ｃの下へ読み出す。このとき、通常速度による撮影時とは異なり、電極Ｖ１Ｄには読み出しパルスを印加しないので、第１行〜第１７５行および第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷は、垂直転送部１２へ読み出されない。
【００８５】
このように電極Ｖ１Ｃの下へ信号電荷を読み出した後、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送する。さらに、第１行の信号電荷は水平転送部３から信号電荷検出部４へ出力される。しかし、第１行の光電変換素子１からは信号電荷を読み出していないので、信号電荷検出部４からは実際の信号出力はない。このときに、第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図１１に示す。
【００８６】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ１回印加することにより、第１行と同様に、第２行の信号電荷が水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力される。しかし、第２行の光電変換素子１からも信号電荷は読み出されていないので、信号電荷検出部４から実際の信号出力はない。
【００８７】
このように、１５Ｖの読み出しパルスを印加した後に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスの印加を１３０回繰り返すことにより、第１行〜第１３０行までの信号電荷を水平転送部３から信号電荷検出部４へ出力する。ここまでが、１サイクルである。しかし、前述したように、第１行〜第１３０行の光電変換素子１からは信号電荷は読み出されていないので、１サイクル目では、信号電荷検出部４からの信号出力はない。
【００８８】
なお、１サイクル目が終了した時点の垂直転送部１２の信号電荷の状態は、図１２（ｂ）に示すとおりである。すなわち、１サイクル目の読み出しパルスで光電変換素子１から信号電荷の読み出しを行った直後は、図１２（ａ）に示すように、全４８０行の中央の１３０行分すなわち第１７６行〜第３０５行から読み出された信号電荷が、図１２（ａ）において左下がりの斜線を付した領域に存在する。なお、信号電荷が存在しない領域を白抜きで表した。そして、１サイクル目に垂直転送パルスが１３０回印加されたことにより、垂直転送部１２において信号電荷が垂直方向に１３０行分転送された結果、１サイクル目が終了した時点の垂直転送部１２の信号電荷の配置は、図１２（ｂ）に示すとおりとなる。
【００８９】
次に、このように１サイクル目が終了した後に、垂直転送部１２の信号電荷を排出することなく、再び、１５Ｖの読み出しパルスを電極Ｖ１Ｃへ印加する。ここからが２サイクル目である。垂直転送部１２の信号電荷を排出することなく、２サイクル目の読み出しパルスによって再び第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１のみから垂直転送部１２へ信号電荷を読み出すことにより、図１２（ｃ）において右下がりの斜線を付した領域に、１サイクル目の１３０行分の信号電荷と重なることなく、２サイクル目の１３０行分の信号電荷が垂直転送部１２へ読み出される。
【００９０】
垂直転送部１２は、２サイクル目の読み出しパルスを印加した後、１サイクル目と同様に、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスの印加を開始するが、図１２（ｃ）から分かるように、最初の４５行分の信号電荷の転送の間は、信号電荷検出部４からは実際の信号出力はない。
【００９１】
そして、２サイクル目において４６回目の垂直転送パルスを印加したところで、１サイクル目に垂直転送部１２へ読み出した第１７６行の信号電荷が水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力されることとなる。
【００９２】
すなわち、垂直方向にて中央に位置するＫ行分の光電変換素子１から読み出された信号電荷は、読み出しパルスによって電極Ｖ１Ｃの下へ読み出された後、さらに｛（４８０−Ｋ）／２｝回の垂直転送が行われた後に、信号電荷検出部４から出力され始めることとなる。
【００９３】
２サイクル目において合計１３０回の垂直転送パルスの印加が終了した時点の垂直転送部１２の状態は、図１２（ｄ）に示すとおりである。つまり、１サイクル目に読み出した１３０行分の信号電荷の内の８５行、すなわち図１０に示すように第１７６行〜第２６０行までが、水平転送部３へ転送され、さらに水平転送部３から信号電荷検出部４へ送られて出力される。
【００９４】
続いて、垂直転送部１２の電荷を排出することなく、図１０に示すように、３サイクル目の読み出しパルスとして、再び１５Ｖの電圧が電極Ｖ１Ｃのみへ印加される。この読み出しパルスの直後の垂直転送部１２の状態は、図１２（ｅ）に示すとおりである。つまり、１サイクル目および２サイクル目に読み出された信号電荷と重なることなく、図１２（ｅ）において左下がりの破線を付した領域に、３サイクル目に第１７６行〜第３０５行から読み出された信号電荷が格納される。
【００９５】
そして、３サイクル目の読み出しパルスの後に、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１３０回印加することにより、図１０および図１２（ｅ）から分かるように、１サイクル目に読み出した信号電荷の残りの４５行分と、２サイクル目に読み出した信号電荷の８５行分を水平転送部３へ転送し、さらに水平転送部３から信号電荷検出部４へ送って出力する。
【００９６】
以降、各サイクル毎に、読み出しパルスとして１５Ｖの電圧を電極Ｖ１Ｃのみへ印加した後、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１３０回印加することを繰り返すことにより、垂直方向にて中央に位置する１３０行分（第１７６行〜第３０５行）の信号電荷が、連続して水平転送部３へ転送されて、信号電荷検出部４から出力されることとなる。
【００９７】
本実施形態では、上述のように１サイクルが約１３０水平走査期間に相当するので、５２５水平走査期間の１フレーム期間に、４サイクルの実現が可能となる。これにより、最初の読み出しパルスを印加してから約１７５水平期間分の待ち時間が生じるが、この待ち時間以降は、１３０行分の信号を１フレームに４回ずつ出力する４倍速の高速度撮影が実現される。
【００９８】
このように、本実施形態の固体撮像装置は、４８０行６４０列の光電変換素子１に蓄積された信号電荷の内、垂直方向において中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷のみを、信号電荷検出部４へ転送するので、従来必要であった高速転送が不要となり、従来より短い期間での信号出力が可能である。また、１サイクル期間の長さを従来と同じにすれば、より多くの信号出力を得ることが可能である。
【００９９】
ここでＮ倍速の高速度撮影時において、映像信号として読み出される光電変換素子１の行数をＫとすると、ＮとＫとの関係は次式で表すことができる。なお、厳密には、光電変換素子１から垂直転送部１２への読み出しに必要な時間等の考慮が必要である。
【０１００】
【数６】
５２５／Ｎ＝Ｋ
【０１０１】
本実施形態で上記した例では、４倍の高速度撮影なのでＮ＝４となり、数６より、Ｋは約１３０行となる。
【０１０２】
また、Ｎ倍速の高速度撮影において、本実施形態における１サイクルあたりの信号出力行数Ｋと、従来方式で得られる信号出力行数Ｍとの差は、数２および数６から下記のとおりに導かれる。
【０１０３】
【数７】
Ｋ−Ｍ＝５２５／Ｎ−１９×（５２５／Ｎ−４８０／１９）／１８
＝２６．６−５２５／（１８×Ｎ）
【０１０４】
つまり、Ｎが２以上の場合、上記数７の式の値は正となるので、同じＮ倍（Ｎは２以上）の高速度撮影において１サイクルに得られる信号出力行数は、従来よりも本実施形態の方が多いことがわかる。
【０１０５】
ただし、前述したように、本実施形態の場合は、光電変換素子１から信号電荷が実際に読み出された行（垂直方向にて中央に位置するＫ行）の信号電荷が、信号電荷検出部４より出力され始めるのは、電極Ｖ１Ｃに１５Ｖの電圧を最初に印加した後、｛（４８０−Ｋ）／２｝行分の垂直転送を行った後である。
【０１０６】
本実施形態の構成では、高速度撮影時における信号出力行数を可変とすることはできないが、所定の高速度倍率による高速度撮影時では、従来方式よりも多くの信号出力行数を得ることが可能である。
【０１０７】
（実施の形態３）
本発明の他の実施形態について説明すれば以下のとおりである。なお、実施の形態１・２で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０８】
本実施形態の固体撮像装置では、図１３に示すように、光電変換素子１の各行に、垂直転送部２２の３相の電極が接続されている。第１行〜第１３０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続され、第１３１行〜第１７５行および第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続される。また、垂直方向にて中央に位置する１３０行分すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１には、電極Ｖ１Ｆ、Ｖ２、およびＶ３がそれぞれ接続される。
【０１０９】
垂直転送部２２は、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、およびＶ１Ｇのそれぞれに１５Ｖの電圧を選択的に印加することにより、必要な光電変換素子１から蓄積された信号電荷を読み出し、さらに、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに０Ｖあるいは−９Ｖの３相の転送パルスを印加することにより、読み出した信号電荷を垂直方向に転送する。
【０１１０】
次に、図１４〜図１９に基づいて、この固体撮像装置の動作を説明する。図１４は通常速度による撮影時、図１６および図１８は高速度による撮影時のタイミングチャートである。図１４、図１６，および図１８において、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号である。また、φＶ１Ｅ、φＶ１Ｆ、φＶ１Ｇ、φＶ２、およびφＶ３のそれぞれは、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれに印加されるパルスである。
【０１１１】
まず、図１４および図１５を参照しながら、通常速度による撮影時の動作について説明する。なお、通常速度による撮影とは、１フレーム期間（１／３０秒）に一回ずつ、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１から得られる信号電荷を出力することをいう。
【０１１２】
まず、図１４においてφＶ１Ｅ、φＶ１Ｆ、およびφＶ１Ｇに示すとおり、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、およびＶ１Ｇに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を同時に印加することにより、４８０行６４０列のすべての光電変換素子１に蓄積された信号電荷を、垂直転送部２２の電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、およびＶ１Ｇの下へ読み出す。
【０１１３】
続いて、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第１行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（１，１）〜光電変換素子１（１，６４０）から読み出された信号電荷が、水平転送部３へ転送される。
【０１１４】
その後、水平転送部３により、第１行の信号電荷は、信号電荷検出部４へ出力される。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図１５に示す。
【０１１５】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３へ、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第２行の６４０個の光電変換素子１、すなわち光電変換素子１（２，１）〜光 電変換素子１（２，６４０）から読み出された信号電荷を水平転送部３に転送し、第１ 行と同様に、信号電荷検出部４へ出力する。
【０１１６】
以降、同様に、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加するたびに、光電変換素子１から読み出した信号電荷を１行分ずつ水平転送部３を介して信号電荷検出部４へ出力する。通常速度の撮影時には、上記の１５Ｖの読み出しパルスの印加を１フレーム期間に１回ずつ行い、読み出しパルスの後に、上記の垂直転送パルスを１フレーム期間に４８０回印加することにより、４８０行分の信号電荷を出力する。
【０１１７】
次に、図１６〜図１９を参照し、高速度による撮影について説明する。なお、本実施形態では、第１のモードおよび第２のモードの二種類の高速度撮影モードのいずれかを選択できるようになっている。
【０１１８】
まず、第１のモードは、４８０行６４０列の光電変換素子１のうち、水平転送部３に近い側の１３０行分、すなわち第１行〜第１３０行の光電変換素子１の信号電荷の出力を１フレーム期間に４サイクル行うことにより、４倍速の高速度撮影を実現するものである。図１６にそのタイミングチャートを示す。
【０１１９】
また、第２のモードは、４８０行６４０列の光電変換素子１のうち、垂直方向において中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１の信号電荷の出力を１フレーム期間に４サイクル行うことにより、４倍速の高速度撮影を実現する。図１８にそのタイミングチャートを示す。
【０１２０】
最初に、図１６および図１７に基づき、第１のモードによる高速度撮影の動作を説明する。
【０１２１】
まず、φＶ１Ｅに示すとおり、電極Ｖ１Ｅに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を印加することにより、第１行〜第１３０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷を垂直転送部２２の電極Ｖ１Ｅの下へ読み出す。電極Ｖ１ＦおよびＶ１Ｇには１５Ｖの電圧を印加しないため、第１３１行〜第１７５行および第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷は読み出されない。
【０１２２】
電極Ｖ１Ｅ下へ信号電荷を読み出した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、１行分の信号電荷が水平転送部３へ垂直転送される。その後、水平転送部３により、第１行の信号電荷が信号電荷検出部４より出力される。なお、図１６において水平転送部３に印加する水平転送パルスは図示を省略する。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図１７に示す。
【０１２３】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３へ、再び０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを１回印加することにより、第２行の信号電荷を水平転送部３に転送し、第１行と同様に、第２行の信号電荷が出力される。以降、同様に、１３０行分の垂直転送ならびに水平転送を行い、１３０行目の信号電荷までの出力を完了する。以上が１サイクルであり、１３０行目の信号電荷を出力した後、残りの３５０行分に対する信号電荷の排出をすることなく、２サイクル目の信号電荷の読み出しを行う。
【０１２４】
この第１のモードによる高速度撮影の場合は、前記した実施形態１・２の高速度撮影と同じく、１サイクルは約１３０水平走査期間に相当し、１フレーム（５２５水平走査期間）に対して４サイクルの実現が可能となる。すなわち１フレーム期間（１／３０秒）に１３０行分の映像信号を４回出力するものである。
【０１２５】
このように、第１のモードによる高速度撮影によれば、ｍ行ｎ列の光電変換素子において、水平転送部３に最も近い第１行〜第ｋ行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷を出力した後、残りの（ｍ−ｋ）行分の信号電荷を排出するための転送をすることなく、次の読み出しパルスによって第１行〜第１ｋ行から再び読み出した信号電荷の転送を行うことにより、高速度撮影が可能である。
【０１２６】
次に、図１８および図１９に基づいて、第２のモードによる高速度撮影について説明する。
【０１２７】
まず、φＶ１Ｆに示すとおり、電極Ｖ１Ｆに１５Ｖの電圧（読み出しパルス）を印加することにより、垂直方向に中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷を垂直転送部２２の電極Ｖ１Ｆ下へ読み出す。このとき電極Ｖ１Ｅ及びＶ１Ｇには１５Ｖの電圧を印加しないため、他の３５０行分、すなわち第１行〜１７５行目及び第３０６行〜第４８０行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷は垂直転送部２の電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｇ下には読み出されない。
【０１２８】
このように電極Ｖ１Ｆ下へ信号電荷を読み出した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、Ｖ３へ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを印加することにより、１行分の信号電荷が水平転送部３へ転送される。その後水平転送部３により１行目の信号電荷が信号電荷検出部４より出力される。しかし、第１行目の光電変換素子１から信号電荷は読み出されていないため、実際の信号出力は無い。なお、図１８においても、水平転送部３に印加する水平転送パルスの図示は省略する。第１行の信号電荷を水平転送部３へ転送するために前記読み出しパルスの次に与えられる垂直転送パルスの波形を拡大し、図１９に示す。
【０１２９】
第１行の信号電荷の出力が完了した後、電極Ｖ１Ｅ、Ｖ１Ｆ、Ｖ１Ｇ、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれへ、０Ｖあるいは−９Ｖの垂直転送パルスを再び印加することにより、第２行の信号電荷を水平転送部３に転送し２行目の信号電荷が信号電荷検出部４より出力される。しかし、第１行と同様に第２行の光電変換素子１からも信号電荷は読み出されていないため、実際の信号出力は無い。
【０１３０】
前記した実施の形態２にて説明したように、実際に信号電荷が読み出された第１７６〜第３０５行の信号電荷が信号電荷検出部４より出力されるのは電極φＶ１Ｆに１５Ｖの電圧を最初に印加してから、１７６行分の垂直転送を完了した後である。
【０１３１】
この第２のモードでも、電極Ｖ１Ｆに１５Ｖの電圧を印加し、垂直方向にて中央に位置する１３０行分、すなわち第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１に蓄積された信号電荷を垂直転送部２２の電極Ｖ１Ｆ下へ読み出し、垂直転送パルスを１３０回印加することにより、１３０行分の信号電荷を出力するのが１サイクルである。
【０１３２】
各サイクルでは、実施の形態２で図１２（ａ）〜図１２（ｅ）を用いて説明したのと同様に、以前のサイクルで垂直転送部２２上に読み出されている信号電荷を排出することなく、第１７６行〜第３０５行の光電変換素子１から信号電荷の読み出しを行う。
【０１３３】
従って、この第２のモードでも、１サイクルは約１３０水平走査期間に相当し、１フレーム（５２５水平走査期間）に対して４サイクルの実現が可能となる。すなわち１フレーム期間（１／３０秒）に１３０行分の映像信号を４回出力することにより、４倍速の高速度撮影が実現される。
【０１３４】
ただし、前述したように、第２のモードによる高速度撮影の場合は、光電変換素子１から信号電荷が実際に読み出された行（垂直方向にて中央に位置するＫ行）の信号電荷が、信号電荷検出部４より出力され始めるのは、電極Ｖ１Ｆに１５Ｖの電圧を最初に印加した後、｛（４８０−Ｋ）／２｝行分の垂直転送を行った後である。
【０１３５】
本実施形態の高速度撮影の高速度倍率をＮ倍とすると、第１のモードで得られる信号出力行数ｋと、第２のモードで得られる信号出力行数Ｋとは等しく、このｋ（またはＫ）と、従来方式で得られる信号出力Ｍ（数２参照）との差は、実施の形態１・２と同様に、下記の数式で示される。
【０１３６】
【数８】
Ｋ−Ｍ＝５２５／Ｎ−１９×（５２５／Ｎ−４８０／１９）／１８
＝２６．６−５２５／（１８×Ｎ）
【０１３７】
つまり、Ｎが２以上の場合、上記数８の式の値は正となるので、同じＮ倍（Ｎは２以上）の高速度撮影において１サイクルに得られる信号出力行数は、従来よりも本実施形態の方が多いことがわかる。
【０１３８】
本実施形態の構成では、高速度撮影時における信号出力行数を可変とすることはできないが、所定の高速度倍率による高速度撮影時では、従来方式よりも多くの信号出力行数を得ることが可能である。
【０１３９】
第１のモードによる高速度撮影では、水平転送部３に近い領域の信号電荷を読み出すため、光学的倍率を変化させた場合、映像信号の中心がずれる。このため、光学的倍率は固定とすることが望ましい。しかし高速度撮影時の最初の映像信号は、光電変換素子１から信号電荷を読み出した直後の垂直転送及び水平転送により出力されるため、信号処理が容易である。
【０１４０】
一方、第２のモードによる高速度撮影では、垂直方向に中央に位置するＫ行分の信号電荷を読み出すため、光学的倍率を変化させた場合でも、映像信号の中心がずれない。しかし、このときの最初の映像信号出力は、光電変換部１０の行数をｍとすると、光電変換素子１から信号電荷を読み出し、｛（ｍ−Ｋ）／２｝行分の垂直転送をした後であるため、信号処理が複雑である。
【０１４１】
従って、第１のモードと第２のモードとのいずれを選択するかは、ユーザが状況や好みに応じて決定すればよく、ユーザが操作できる切り替えスイッチ等を設けることにより、このスイッチの位置に応じて、信号制御部５が、図１６および図１８に示したいずれのタイミングチャートの信号を印加するかを決定すればよい。
【０１４２】
上記した各実施形態において、垂直転送部２・１２・２２の各々は３相の垂直転送パルスにて転送が制御されるが、４相以上でも構わない。また固体撮像素子の構成上の制約は特に無く、垂直方向に独立した信号電荷の読み出しが可能であればよい。画素数及び水平・垂直同期信号の周波数についても、上記した例に限定されるものではない。
【０１４３】
（実施の形態４）
本発明のさらに他の実施形態について説明する。
【０１４４】
図２０に、本発明にかかるカメラの概略構成を示す。このカメラは、上記した実施の形態１〜３で説明した固体撮像装置を撮像部３０として用い、この撮像部３０に光を導くレンズ等の光学系３１と、撮像部３０で得られた映像信号、すなわち固体撮像装置の電荷検出部４から出力される映像信号、を処理する映像信号処理回路３２とを備えている。これにより、駆動周波数を高速化させる高速転送を必要とせずに、転送効率を劣化させることなく高速度撮影が可能なビデオムービーカメラを実現できる。
【０１４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来のように駆動周波数を高速化することなく高速度撮影が可能な固体撮像装置およびこれを用いたカメラを提供することが可能となる。また、同じ高速度倍率で比較した場合、従来よりも信号出力行数が多い固体撮像装置およびカメラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図
【図２】  前記固体撮像装置の構成をより詳細に示すブロック図
【図３】  前記固体撮像装置における通常速度による撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図４】  図３の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図５】  前記固体撮像装置における高速撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図６】  図５の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図７】  本発明の他の実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図
【図８】前記固体撮像装置における通常速度による撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図９】  図８の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図１０】  前記固体撮像装置における高速撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図１１】  図１０の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図１２】  （ａ）〜（ｅ）は、前記固体撮像装置における高速撮影時において、垂直転送部に存在する電荷の状態を示す説明図
【図１３】  本発明のさらに他の実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図
【図１４】前記固体撮像装置における通常速度による撮影時に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図１５】  図１４の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図１６】  前記固体撮像装置における高速撮影時（第１のモード）に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図１７】  図１６の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図１８】  前記固体撮像装置における高速撮影時（第２のモード）に信号制御部が出力する各信号のタイミングチャート
【図１９】  図１８の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図２０】  本発明のさらに他の実施形態のカメラの構成を示すブロック図
【図２１】  従来の固体撮像装置の一構成例を示すブロック図
【図２２】  前記従来の固体撮像装置における通常速度による撮影時の各駆動信号のタイミングチャート
【図２３】  図２２の一部を拡大して示すタイミングチャート
【図２４】  前記従来の固体撮像装置における高速撮影時の各駆動信号のタイミングチャート
【図２５】  図２４の一部を拡大して示すタイミングチャート
【符号の説明】
１              光電変換素子
２・１２・２２  垂直転送部
３              水平転送部
４              信号電荷検出部
５              信号制御部
１０            光電変換部
３０            撮像部
３１            光学系
３２            映像信号処理回路
【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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