JPH09312849A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像装置に
おいて、フレームレート６０枚のインターレースされた
画像出力を得ることができなかった。 【解決手段】 原色市松配列カラーコーディングのカラ
ーフィルタを有する全画素読み出し方式のカラーＣＣＤ
エリアセンサ１１において、モニタリングモード時に
は、水平転送レジスタ４に読み出された信号電荷を電荷
排出部１０に掃き捨てる処理と水平転送レジスタ４で水
平転送する処理とを２ラインごとに繰り返すとともに、
電荷排出部１０に信号電荷を掃き捨てるラインをフィー
ルドごとに入れ換える処理を行う。

Description

【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
し、特に全画素から独立に読み出した信号電荷を垂直転
送レジスタ内で混合することなく順次に読み出すことが
可能ないわゆる全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】全画素読み出し方式ＣＣＤ固体撮像装置
は、露光周期ごとに全ての画素の信号電荷を独立に読み
出させるために、垂直解像度が高いという優れた特長を
持っている。したがって、静止画の分野などに用いると
有効である。この全画素読み出し方式ＣＣＤ固体撮像装
置では、水平転送レジスタが１本でかつ、その水平駆動
周波数が通常のＣＣＤ固体撮像装置の水平駆動周波数と
同一とした場合、フレームレート３０枚の画像出力とな
る。

【０００３】しかしながら、フレームレート３０枚の画
像出力の場合には、そのフレーム画像をそのまま用いて
映像をモニタリングすることはできなく、例えば外部に
フレームメモリおよびそのコントローラなどを設ける必
要があり、コストの面で不利である。フレームレート３
０枚の全画素読み出し方式ＣＣＤ固体撮像装置におい
て、フレームメモリを用いないで映像のモニタリングを
可能にするためには、フレームレート６０枚の画像出力
を得るようにする必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】フレームレート６０枚
の画像を出力してモニタリングするために、従来は、水
平転送レジスタ内で垂直２画素の信号電荷を混合する方
法を採用していた。しかしながら、この方法は、白黒の
ＣＣＤ固体撮像装置や、ストライプのカラーフィルタを
有するＣＣＤ固体撮像装置の場合には有効であるが、原
色市松配列（ベイヤー配列）カラーコーディングのカラ
ーフィルタを有するカラーＣＣＤ固体撮像装置において
は、垂直２画素の信号電荷を混合することで、異なる色
が混ざってしまうため、カラー信号処理ができないとい
う問題があった。

【０００５】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、全画素読み出し方式
において、フレームレート６０枚のインターレースされ
た画像出力を得ることが可能な固体撮像装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、全画素読み出し方式の固体撮像装置であって、水
平転送レジスタに隣接して設けられて当該水平転送レジ
スタ中の信号電荷を選択的に掃き捨てる電荷排出手段
と、水平転送レジスタに転送されてくる信号電荷を電荷
排出手段に掃き捨てる処理と水平転送する処理とをライ
ン単位で繰り返すとともに、電荷排出手段に掃き捨てる
ラインをフィールドごとに入れ換える駆動手段とを備え
た構成となっている。

【０００７】上記構成の固体撮像装置において、駆動手
段が水平転送レジスタに転送されてくる信号電荷を電荷
排出手段に掃き捨てる処理と水平転送する処理とをライ
ン単位で繰り返すことで、フレームレート６０枚のイン
ターレースされた画像出力が得られる。これにより、外
部にフレームメモリを持たなくても映像をモニタリング
でき、しかも水平転送レジスタ内で垂直２画素の信号電
荷の混合を行っていないため、原色市松配列カラーコー
ディングのカラーフィルタを有するカラーＣＣＤ固体撮
像装置にも適用できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、例えばイン
ターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置に適用された
本発明の一実施形態を示す構成図である。

【０００９】図１において、行方向（垂直方向）および
列方向（水平方向）にマトリクス状に２次元配置され、
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
蓄積する複数個のセンサ部（光電変換部）１と、これら
センサ部１の垂直列ごとに配列されて各センサ部１から
読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送
レジスタ２，２，……とにより、イメージ部３が構成さ
れている。

【００１０】このイメージ部３において、センサ部１は
例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなり、複数本の
垂直転送レジスタ２，２，……はＣＣＤによって構成さ
れている。センサ部１に蓄積された信号電荷は、図示せ
ぬ読み出しゲートを介して垂直転送レジスタ２に読み出
される。垂直転送レジスタ２は、例えば３相の垂直転送
クロックφＶ１〜φＶ３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の一部にて１走
査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直転送す
る。

【００１１】イメージ部３の図面上の下側には、複数本
の垂直転送レジスタ２，２，……から信号電荷がライン
単位で順次転送されるＣＣＤからなる水平転送レジスタ
４が配置されている。この水平転送レジスタ４は２相の
水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって転送駆動さ
れ、イメージ部３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
平転送する。

【００１２】水平転送レジスタ４の転送先の端部には、
例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ（Ｆ
ＤＡ；Floating Diffusion Amplifier）構成の電荷検出
部５が配されている。この電荷検出部５は、水平転送レ
ジスタ４によって水平転送された信号電荷を検出し、こ
れを信号電圧に変換する。この信号電圧は、出力アンプ
６を経た後、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出
力として出力端子７から外部へ導出される。

【００１３】水平転送レジスタ４のイメージ部３と反対
側には、水平転送レジスタ４の転送方向に沿って掃き出
し用電極８およびドレイン部９が隣接して設けられてい
る。この掃き出し用電極８およびドレイン部９は、水平
転送レジスタ４中の信号電荷を選択的に掃き捨てるため
の電荷排出部１０を構成しており、掃き出し用電極８に
掃き出しクロックφＨＨＧが印加されることにより、水
平転送レジスタ４中の１ライン分の信号電荷をドレイン
部９に掃き捨てる。ドレイン部９には、所定の直流電圧
Ｖｄｄが印加されている。

【００１４】また、イメージ部３上には、原色市松配列
カラーコーディングのカラーフィルタ（図示せず）が配
置されている。このカラーフィルタは、図２に示すよう
に、Ｇ（緑）市松Ｒ（赤），Ｂ（青）線順次のカラーコ
ーディングとなっている。以上により、全てのセンサ部
（画素）１から独立に読み出した信号電荷を垂直転送レ
ジスタ２内で混合することなく、かつ１本の水平転送レ
ジスタ４を介して順次に読み出すことが可能な全画素読
み出し方式のカラーＣＣＤエリアセンサ１１が構成され
ている。

【００１５】この全画素読み出し方式のカラーＣＣＤエ
リアセンサ１１は、駆動回路１２によって駆動される。
この駆動回路１２は、タイミングジェネレータやドライ
バなどによって構成され、水平同期パルスＨＤなどの基
準信号に基づいて３相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ
３、２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２、掃き出し
クロックφＨＨＧなどの各種の駆動信号を生成し、これ
らの駆動信号をＣＣＤエリアセンサ１２に供給する。

【００１６】そして、駆動回路１２は、外部から与えら
れるモード切換え信号に基づいて、静止画等を得る通常
モード時には、イメージ部３から水平転送レジスタ４に
転送された信号電荷を順次水平転送することによってフ
レームレート３０枚のノンインターレース出力を得、画
像をモニタリングするモニタリングモード時には、イメ
ージ部３から水平転送レジスタ４に転送された信号電荷
を電荷排出部１０に掃き捨てる処理と水平転送する処理
とをライン単位で繰り返すとともに、掃き捨てるライン
をフィールドごとに入れ換えることによってフレームレ
ート６０枚のインタレースされ出力を得るべく駆動す
る。

【００１７】以下に、モニタリングモード時の処理の概
念について、図３を参照して説明する。図２に示す如き
カラーコーディングのカラーフィルタを有する全画素読
み出し方式のカラーＣＣＤエリアセンサ１１において、
当該カラーフィルタが垂直２ライン、水平２ラインの４
画素分を基本単位としていることから、水平転送レジス
タ４中の信号電荷の電荷排出部１０への掃き捨て処理お
よび水平転送処理を２ラインごとに繰り返すことにな
る。

【００１８】すなわち、第１フィールド（Ａ）では、
１，２，５，６，……の各ラインの信号電荷を水平転送
レジスタ４にて水平転送して出力し、３，４，７，８，
……の各ラインの信号電荷を水平転送レジスタ４を介し
て電荷排出部１０へ掃き捨てる処理を行う。第２フィー
ルド（Ｂ）では逆に、１，２，５，６，……の各ライン
の信号電荷を水平転送レジスタ４を介して電荷排出部１
０へ掃き捨て、３，４，７，８，……の各ラインの信号
電荷を水平転送レジスタ４にて水平転送して出力する処
理を行う。

【００１９】上述したように、原色市松配列カラーコー
ディングのカラーフィルタを有する全画素読み出し方式
のカラーＣＣＤエリアセンサ１１において、通常モード
時には、全画素から独立に読み出された信号電荷を垂直
転送レジスタ２内で混合することなくライン単位で水平
転送レジスタ４に移し、かつ水平転送レジスタ４で順次
水平転送することにより、フレームレート３０枚のノン
インターレースの信号出力が得られる。その結果、高い
垂直解像度の画像を得ることができる。

【００２０】一方、モニタリングモード時には、水平転
送レジスタ４に読み出された信号電荷を電荷排出部１０
に掃き捨てる処理と水平転送レジスタ４で水平転送する
処理とを２ラインごとに繰り返すとともに、電荷排出部
１０に信号電荷を掃き捨てるラインをフィールドごとに
入れ換えることにより、フレームレート６０枚のインタ
レースされた信号出力が得られる。その結果、外部にフ
レームメモリを設けなくても映像をモニタリングするこ
とができる。

【００２１】次に、一例として、垂直方向に隣り合う２
ライン分の信号電荷を電荷排出部１０に掃き捨て、１ラ
イン分の信号電荷を水平転送レジスタ４で水平転送して
出力する場合の動作について、図４のタイミングチャー
トに基づいて図５〜図７のポテンシャル図を参照しつつ
説明する。

【００２２】この処理動作は、水平ブランキング信号Ｈ
‐ＢＬＫが低レベル（以下、“Ｌ”レベルと称する）で
かつ水平ウィンドウ信号Ｈ‐Ｗｉｎｄｏｗが“Ｌ”レベ
ルの期間において行われる。この期間においては、水平
転送クロックφＨ１が“Ｌ”レベルに、φＨ２が高レベ
ル（以下、“Ｈ”レベルと称する）にそれぞれ固定とな
っている。なお、図５〜図７において、図の上下方向が
ポテンシャルの深さを表わすものとし、又図１の掃き出
し用電極８に印加される掃き出しクロックφＨＨＧは、
“Ｌ”レベル、中間レベル（以下、“Ｍ”レベルと称す
る）および高レベルの３値をとるものとする。

【００２３】時点ｔ１では、掃き出しクロックφＨＨＧ
が“Ｌ”レベルであることから、掃き出し用電極８の下
のポテンシャルは浅くなっている。また、３相の垂直転
送クロックφＶ１〜φＶ３のうち、２相目の垂直転送ク
ロックφＶ２のみが高レベルとなっており、２相目の転
送電極の下のポテンシャルが深くなっているため、信号
電荷は２相目の転送電極の下に蓄積されている。

【００２４】時点ｔ２では、掃き出しクロックφＨＨＧ
が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに遷移し、掃き出し用
電極８の下のポテンシャルが深くなる。そして、２相目
の垂直転送クロックφＶ２と共に、１相目の垂直転送ク
ロックφＶ１が“Ｈ”レベルとなり、１相目の転送電極
の下のポテンシャルも深くなるため、２相目の転送電極
の下の信号電荷は１相目の転送電極の下に流れ込む。時
点ｔ３では、２相目の垂直転送クロックφＶ２が“Ｌ”
レベルとなり、２相目の転送電極の下のポテンシャルが
浅くなるため、２相目の転送電極の下の信号電荷が完全
に１相目の転送電極の下に移され、ここに蓄積される。

【００２５】時点ｔ４では、３相目の垂直転送クロック
φＶ３が“Ｈ”レベルとなり、３相目の転送電極の下の
ポテンシャルが深くなるため、１相目の転送電極の下の
信号電荷は３相目の転送電極の下に流れ込み、さらに水
平転送レジスタ４の２相目の転送電極の下および掃き出
し用電極８の下を通ってドレイン部９へ捨てられる。時
点ｔ５では、１相目の垂直転送クロックφＶ１が“Ｌ”
レベルとなり、１相目の転送電極の下のポテンシャルが
浅くなるため、１相目の転送電極の下の信号電荷は３相
目の転送電極の下に完全に移され、さらにドレイン部９
へ掃き捨てられる。このとき、１ライン前の３相目の転
送電極の下には、次のラインの信号電荷が蓄積される。

【００２６】時点ｔ６では、２相目の垂直転送クロック
φＶ２が“Ｈ”レベルになり、２相目の転送電極の下の
ポテンシャルが深くなるため、１ライン前の３相目の転
送電極の下に蓄積されていた次のラインの信号電荷が２
相目の転送電極の下に流れ込む。時点ｔ７では、３相目
の垂直転送クロックφＶ３が“Ｌ”レベルになり、３相
目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、次の
ラインの信号電荷が２相目の転送電極の下に蓄積され
る。

【００２７】時点ｔ８では、１相目の垂直転送クロック
φＶ１が“Ｈ”レベルとなり、１相目の転送電極の下の
ポテンシャルが深くなるため、２相目の転送電極の下の
信号電荷は１相目の転送電極の下に流れ込む。時点ｔ９
では、２相目の垂直転送クロックφＶ２が“Ｌ”レベル
となり、２相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くな
るため、２相目の転送電極の下の信号電荷が完全に１相
目の転送電極の下に移され、ここに蓄積される。

【００２８】時点ｔ１０では、３相目の垂直転送クロッ
クφＶ３が“Ｈ”レベルとなり、３相目の転送電極の下
のポテンシャルが深くなるため、１相目の転送電極の下
の信号電荷は３相目の転送電極の下に流れ込み、さらに
水平転送レジスタ４および掃き出し用電極８の下を通っ
てドレイン部９へ捨てられる。時点ｔ１１では、１相目
の垂直転送クロックφＶ１が“Ｌ”レベルとなり、１相
目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、１相
目の転送電極の下の信号電荷は３相目の転送電極の下に
完全に移され、さらにドレイン部９へ掃き捨てられる。
このとき、１ライン前の３相目の転送電極の下には、次
のラインの信号電荷が蓄積される。

【００２９】時点ｔ１２では、２相目の垂直転送クロッ
クφＶ２が“Ｈ”レベルになり、２相目の転送電極の下
のポテンシャルが深くなるため、１ライン前の３相目の
転送電極の下に蓄積されていた次のラインの信号電荷
が、２相目の転送電極の下に流れ込む。時点ｔ１３で
は、３相目の垂直転送クロックφＶ３が“Ｌ”レベルに
なり、３相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなる
ため、次のラインの信号電荷が２相目の転送電極の下に
蓄積される。

【００３０】時点ｔ１４では、掃き出しクロックφＨＨ
Ｇが“Ｍ”レベルになるとともに、それまで“Ｈ”レベ
ルに固定であった水平転送クロックφＨ２が“Ｌ”レベ
ルになる。これにより、水平転送レジスタ４の２相目の
転送電極の下のポテンシャルが浅くなり、掃き出し用電
極８の下のポテンシャルが中間レベルとなる。その結
果、水平転送レジスタ４内に残留している信号電荷のう
ち、若干は掃き出し用電極８の下の残留するものの、殆
どがドレイン部９に掃き捨てられる。

【００３１】そして、時点ｔ１５では、掃き出しクロッ
クφＨＨＧが“Ｌ”レベルになり、掃き出し用電極８の
下のポテンシャルが浅くなるため、掃き出し用電極８の
下に残留していた僅かな信号電荷も全てドレイン部９に
掃き捨てられることになる。以上により、２ライン分の
信号電荷を電荷排出部１０へ掃き捨てるための処理が完
了する。

【００３２】続いて、時点ｔ１６では、水平転送クロッ
クφＨ２が再び“Ｈ”レベルになるとともに、１相目の
垂直転送クロックφＶ１が“Ｈ”レベルになり、１相目
の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、２相目
の転送電極の下の信号電荷は１相目の転送電極の下に流
れ込む。そして、時点ｔ１７では、２相目の垂直転送ク
ロックφＶ２が“Ｌ”レベルとなり、２相目の転送電極
の下のポテンシャルが浅くなるため、２相目の転送電極
の下の信号電荷が完全に１相目の転送電極の下に移され
る。

【００３３】時点ｔ１８では、３相目の垂直転送クロッ
クφＶ３が“Ｈ”レベルとなり、３相目の転送電極の下
のポテンシャルが深くなるため、１相目の転送電極の下
の信号電荷は、３相目の転送電極の下に流れ込み、さら
に水平転送レジスタ４の２相目の転送電極の下および掃
き出し用電極８の下を通ってドレイン部９へ掃き捨てら
れる。時点ｔ１９では、１相目の垂直転送クロックφＶ
１が“Ｌ”レベルとなり、１相目の転送電極の下のポテ
ンシャルが浅くなるため、１相目の転送電極の下の信号
電荷は、３相目の転送電極の下、さらに水平転送レジス
タ４の２相目の転送電極の下に移される。このとき、１
ライン前の３相目の転送電極の下には、次のラインの信
号電荷が蓄積される。

【００３４】時点ｔ２０では、２相目の垂直転送クロッ
クφＶ２が“Ｈ”レベルになり、２相目の転送電極の下
のポテンシャルが深くなるため、１ライン前の３相目の
転送電極の下に蓄積されていた次のラインの信号電荷が
２相目の転送電極の下に流れ込む。そして、時点ｔ２１
では、３相目の垂直転送クロックφＶ３が“Ｌ”レベル
になり、３相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くな
るため、３相目の転送電極の下の信号電荷が完全に水平
転送レジスタ４の２相目の転送電極の下に移されるとと
もに、次のラインの信号電荷が２相目の転送電極の下に
蓄積される。

【００３５】以上により、１ライン分の信号電荷を水平
転送レジスタ４にシフトするための処理が完了する。そ
して、それまで“Ｌ”レベル，“Ｈ”レベルに固定され
ていた水平転送クロックφＨ１，φＨ２が発生し、水平
転送レジスタ４の水平転送駆動が開始される。これによ
り、水平転送レジスタ４にシフトされた１ライン分の信
号電荷が順次水平転送され、電荷検出部５で信号電圧に
変換されてＣＣＤ出力として外部へ導出される。

【００３６】なお、電荷排出部１０への信号電荷の掃き
捨てを行わず、１ライン分の信号電荷を水平転送レジス
タ４にシフトし、水平転送して出力する場合には、図８
のタイミングチャートに示すように、上述した２ライン
掃き捨て期間および１ラインシフト期間において、１ラ
イン分の信号電荷の水平転送レジスタ４へのシフト処理
が行われる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全画素から独立に読み出した信号電荷を混合することな
く、かつ１本の水平転送レジスタを介して順次に読み出
すことが可能な全画素読み出し方式の固体撮像装置にお
いて、水平転送レジスタに転送されてくる信号電荷を掃
き捨てる処理と水平転送する処理とをライン単位で繰り
返すとともに、掃き捨てるラインをフィールドごとに入
れ換えるようにしたことにより、フレームレート６０枚
のインターレースされた画像出力を得ることができるの
で、外部にフレームメモリを持たなくても映像をモニタ
リングできる。

【００３８】しかも、水平転送レジスタ内で垂直２画素
の信号電荷の混合を行っていないため、原色市松配列カ
ラーコーディングのカラーフィルタを有するカラー固体
撮像装置にも適用できる。その結果、電子スチルカメラ
やＰＣ（パーソナルコンピュータ）画像入力等の画像取
り込み用途に本機能を使用することにより、被写体を本
撮像前にモニタリングすることができ、かつ、撮像時に
は高い垂直解像度のスチル画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置
に適用された本発明の一実施形態を示す構成図である。

【図２】原色市松配列カラーコーディングを示す図であ
る。

【図３】モニタリングモード時の処理の概念図である。

【図４】２ライン掃き捨て、１ライン出力の場合の動作
を説明するためのタイミングチャートである。

【図５】２ライン掃き捨て、１ライン出力の場合の動作
を説明するためのポテンシャル図（その１）である。

【図６】２ライン掃き捨て、１ライン出力の場合の動作
を説明するためのポテンシャル図（その２）である。

【図７】２ライン掃き捨て、１ライン出力の場合の動作
を説明するためのポテンシャル図（その３）である。

【図８】１ライン出力の場合の動作を説明するためのタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１ センサ部 ２ 垂直転送レジスタ ３ イメー
ジ部 ４ 水平転送レジスタ ５ 電荷検出部 ８ 掃き
出し用電極 ９ ドレイン部 １０ 電荷排出部 １１ ＣＣＤ
エリアセンサ １２ 駆動回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全画素から独立に読み出した信号電荷を
   混合することなく、かつ１本の水平転送レジスタを介し
   て順次に読み出すことが可能な固体撮像装置であって、 前記水平転送レジスタに隣接して設けられて前記水平転
   送レジスタ中の信号電荷を選択的に掃き捨てる電荷排出
   手段と、 前記水平転送レジスタに転送されてくる信号電荷を前記
   電荷排出手段に掃き捨てる処理と水平転送する処理とを
   ライン単位で繰り返すとともに、前記電荷排出手段に掃
   き捨てるラインをフィールドごとに入れ換える駆動手段
   とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像装置は、原色市
   松配列カラーコーディングのカラーフィルタを有するカ
   ラー固体撮像装置であり、 前記駆動手段は、前記電荷排出手段に掃き捨てる処理と
   水平転送する処理とを２ラインごとに繰り返すことを特
   徴とする固体撮像装置。