(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直同期タイミングに従って、マトリクス状に配列された複数の受光部の垂直列毎に設けられている垂直転送部によって各受光部の信号電荷を垂直転送する工程と、
１水平同期期間に前記信号電荷を複数ライン垂直転送するモードにおける前記垂直同期タイミングの垂直転送クロックの各位相のオーバーラップ期間と、１水平同期期間に前記信号電荷を単一ライン垂直転送するモードにおける前記垂直同期タイミングの垂直転送クロックの各位相のオーバーラップ期間とが略等しく、更に、１水平同期期間に前記信号電荷を複数ライン垂直転送するモードにおける１水平同期期間は、１水平同期期間に前記信号電荷を単一ライン垂直転送するモードにおける１水平同期期間よりも長期間である水平同期タイミングに従って、前記垂直転送部によって垂直転送された前記信号電荷を水平転送部によって出力部に水平転送する工程とを備える
固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像素子に係り、特に、１水平同期期間に２ライン以上の信号を転送する際の信号駆動タイミングの改良を伴う固体撮像素子の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ固体撮像素子は、撮像信号の駆動タイミングに関し、１水平同期期間に２ライン（ラインは走査線を意味する）以上の垂直転送が行われるようなモードが与えられる場合がある。これにより、垂直画素を間引いたり、水平ＣＣＤで加算するなどの技術を駆使して読出しレートを上げることができる。
【０００３】
図６、図７は、それぞれ一般的なＣＣＤ固体撮像素子の水平同期タイミングを示す波形図である。それぞれ水平ブランキング期間に垂直転送オーバーラップ期間を有しており、図６は通常モード、図７は間引きモードを示す。各図において、ＣＬＫはマスタークロック、ＨＤは水平同期信号（１周期）、Ｈφ１は水平ＣＣＤ駆動クロック、Ｖφ１，Ｖφ２，Ｖφ３は垂直ＣＣＤ駆動クロック（３相転送駆動）の波形を示している。
【０００４】
図６，７に示すように、水平ブランキング期間を固定にして垂直転送のタイミングを作成している。このため、図７の間引きモードのように信号電荷を２ライン転送する場合、図６の垂直転送クロックのオーバーラップ期間で１ライン転送する場合と比較して転送時間が１／２に減少する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図８は、固体撮像素子における垂直転送クロックオーバーラップ期間に対する垂直ＣＣＤの信号電荷取り扱い量の依存度を示す特性図である。図示のように、垂直転送時間が短くなると垂直転送部のダイナミックレンジは減少する。つまり、フレームレート（読出しレート）を向上させようとするほど、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量が減少する。
【０００６】
このように、固体撮像素子では、それぞれ垂直転送クロックのオーバーラップ期間で与えられる垂直転送時間が短くなると、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量が減少するのが現状である。これにより、垂直転送部のダイナミックレンジオーバーが発生する恐れがある。
【０００７】
このようなことから、通常のフレームレート（読出しレート）以上にレートを上げる場合は、取り扱う電荷の飽和信号量を下げるしか、垂直転送部のダイナミックレンジを正常に確保する方法がなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その課題は、撮像信号の駆動タイミングに関し、１水平同期期間に複数ラインを転送する場合に、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量を減少させることなく、フレームレートを向上させることのできる固体撮像素子の駆動方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、マトリクス上に配列された複数の受光部の垂直列毎に設けられている垂直転送部より各受光部の信号電荷が垂直同期タイミングに従って転送され、転送されてきた前記信号電荷が水平転送部にて水平同期タイミングに従って出力部に転送される固体撮像素子の駆動に関し、前記水平同期タイミングによる１水平同期期間で前記信号電荷が複数ライン垂直転送されるモードにおいて、１水平同期期間で単一ライン垂直転送する通常モード時よりも長時間垂直転送可能な期間を与えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の固体撮像素子の駆動方法は、マトリクス上に配列された複数の受光部の垂直列毎に設けられている垂直転送部より各受光部の信号電荷が垂直同期タイミングに従って転送され、転送されてきた前記信号電荷が水平転送部にて水平同期タイミングに従って出力部に転送される固体撮像素子の駆動に関し、前記水平同期タイミングによる１水平同期期間で前記信号電荷が複数ライン垂直転送されるモードにおいて、前記垂直同期タイミングによる垂直転送クロックの各位相のオーバーラップ期間を１水平同期期間で単一ライン垂直転送する通常モード時と実質同じにすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の方法によれば、１水平同期期間で前記信号電荷が複数ライン垂直転送されるモードにおいて、複数ラインになった分、垂直転送クロックの各位相のオーバーラップ期間を取り扱い電荷量が減らないよう長くとり、できれば単一ライン垂直転送する通常モード時と実質同じにする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の方法を適用するＣＣＤ固体撮像素子は、次のような仕様の３相転送駆動のものを用いることにする。
水平無効画素＋水平ダミー＋水平ブランキング＝６０
垂直有効画素＝４８０
垂直無効画素＋垂直ダミー＋垂直ブランキング＝４
水平駆動周波数＝１４ＭＨｚ
１水平同期のビット数＝７００ビット（（１／１４）×７００＝５０μsec）
１垂直ライン数＝４８４ライン
フレームレート＝４１．３フレーム／sec
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る上記ＣＣＤ固体撮像素子の水平同期タイミングを示す波形図である。この実施形態では間引きモードを示しており、１水平同期期間で信号電荷が２ライン垂直転送される。特徴的なことは、複数ラインになった分、垂直転送クロックの各位相のオーバーラップ期間を、取り扱い電荷量が減らないよう長くとることである。できれば一つのラインを垂直転送する通常モード時と実質同じにタイミング調整することが好ましい。すなわち、通常モードに比べて水平ブランキング期間を長くする。
【００１４】
図１において、ＣＬＫはマスタークロック、ＨＤは水平同期信号（１周期）、Ｈφ１は水平ＣＣＤ駆動クロック、Ｖφ１，Ｖφ２，Ｖφ３は垂直ＣＣＤ駆動クロック（３相転送駆動）の波形を示している。
【００１５】
上記実施形態の特徴を適用する前提である垂直同期タイミングの説明をする。図２、図３は、それぞれ上記ＣＣＤ固体撮像素子の垂直同期タイミングを示す波形図である。図２は全画素を読み出す通常モード、図３は、間引き転送で読み出す間引きモードを示す。各図において、ＶＤは垂直同期信号（１周期が１フレーム）、Ｖφ１，Ｖφ２，Ｖφ３は垂直ＣＣＤ駆動クロック（３相転送駆動）、ＣＣＤｏｕｔは出力部に転送される読み出しタイミングを示している。
【００１６】
図２の通常モードは、図４のＣＣＤ読み出しイメージに示すように、１フレームで垂直の４８０画素を全画素読み出す方法である。一方、図３の間引きモードは、図５のＣＣＤ読み出しイメージに示すように、垂直の４８０画素を４画素中２画素だけを読み出す。つまり、読み出す画素と読み出さない画素を１つのパケットとして垂直転送を行い、フレームレートを２倍にする方法である。すなわち、１水平同期期間に垂直転送を２回行う必要がある（図１参照）。
【００１７】
従来方法では、図６，７に示したように水平ブランキング期間が６０ビット固定であった。従って、垂直転送を２回行う場合、垂直転送クロック（Ｖφ１〜φ３）のオーバーラップ期間が通常転送時の１０ビットから５ビットに減少する。そうなると、上述したように垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量は低下し、ダイナミックレンジオーバーが発生する恐れがある。
【００１８】
本発明に係る、間引きモードの場合、従来のように水平ブランキング期間を固定しない。すなわち、図１に示すように、例えば図６に示す通常モードの垂直転送クロックオーバーラップ期間と同様に１０ビット与えられるように水平ブランキング期間を長く取る。これにより、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量を下げることなく、間引き読み出しが可能となる。
【００１９】
上記駆動タイミングを適用することによって、従来技術の図６に比べて水平ブランキング期間が２倍になっている。この結果、間引き時の１水平同期期間が、５２μｓｅｃから５４．３μｓｅｃに増える（従来は５２μｓｅｃのまま）。このため、フレームレートも２倍にまで速くはならないが、６５．３フレーム／ｓｅｃと約１．６倍になる。
【００２０】
一般的には、通常モード時において、水平ブランキング期間をａ、水平有効画素出力期間をｂ、水平無効画素出力期間をｃ、水平ダミー画素出力期間をｄ、垂直有効画素をｅ、垂直無効画素＋垂直ダミー＋垂直ブランキング期間をｆ、水平駆動周波数をｇとすると、通常モードにおける動作の１フレームの時間は（１）式で表される。
（１／ｇ）×（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）×（ｅ＋ｆ）    …（１）
ここで垂直画素のトータルの１／２を間引くとすると、本発明の駆動タイミングを適用した間引き時の１フレームの時間は、（２）式で表すことができる。
（１／ｇ）×（２ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）×（ｅ＋ｆ）×１／２    …（２）
【００２１】
一方、従来の間引きでの１フレームの時間は、（３）式で表すことができる。
（１／ｇ）×（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）×（ｅ＋ｆ）×１／２    …（３）
ところが、ＣＣＤの水平方向の有効画素が多くなる（ｂの期間が長くなる）と、水平ブランキング期間ａの１水平同期期間に占める割合が小さくなる。従って、本発明の駆動タイミングを適用した間引きモードで、通常モードの限りなく２倍に近いフレームレートを達成することができる。しかも、上述したように垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量を減らすことなく実現できるのである。
【００２２】
上記実施形態における駆動タイミングによれば，固体撮像素子の垂直画素を間引いたり水平ＣＣＤにて加算フレームレート（読み出しレート）を上げる時に効果を発揮する。すなわち、１水平同期期間に２ライン以上を転送する場合に、１水平同期期間の水平ブランキング期間だけを通常転送時よりも長く設定する。これにより、垂直転送クロックのオーバーラップ期間が十分確保される。この結果、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量を減少させることなく、フレームレートを上げることが可能となる。特に、水平ブランキング期間に対する有効画素数が多い、多画素タイプの固体撮像素子では本発明方法の適用は有用となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１水平同期期間に複数ラインを転送する場合、通常の動作時よりも垂直転送を行う水平ブランキング期間を長く取る。この結果、垂直転送クロックのオーバーラップ期間が十分確保され、垂直ＣＣＤのダイナミックレンジが十分に確保できる高信頼性の固体撮像素子の駆動方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る上記ＣＣＤ固体撮像素子の水平同期タイミングを示す波形図である。
【図２】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の垂直同期タイミングを示す波形図であり、全画素を読み出す通常モードを示す。
【図３】本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の垂直同期タイミングを示す波形図であり、間引き転送で読み出す間引きモードを示す。
【図４】ＣＣＤ固体撮像素子における通常モードのＣＣＤ読み出しイメージを説明する概念図である。
【図５】ＣＣＤ固体撮像素子における間引きモードのＣＣＤ読み出しイメージを説明する概念図である。
【図６】一般的なＣＣＤ固体撮像素子の水平同期タイミングを示す波形図であり、通常モードを示す。
【図７】一般的なＣＣＤ固体撮像素子の水平同期タイミングを示す波形図であり、間引きモードを示す。
【図８】固体撮像素子における垂直転送クロックオーバーラップ期間に対する垂直ＣＣＤの信号電荷取り扱い量の依存度を示す特性図である。
【符号の説明】
ＣＬＫ…マスタークロック、ＨＤ…水平同期信号（１周期）、Ｈφ１…水平ＣＣＤ駆動クロック、Ｖφ１，Ｖφ２，Ｖφ３…垂直ＣＣＤ駆動クロック（３相転送駆動）。
【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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