JPH09322068A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電荷転送部当たりの画素密度を従来のｋ倍に
まで高めることが可能となり、プログレッシブスキャン
用画素構成が極めて容易となる固体撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 垂直転送部を（ｋ−１）／ｋビット（ｋ
は２以上の整数）転送する毎に、１画素分の画素部信号
を水平転送部に近い側から順に垂直転送部へ読み出すこ
とにより、垂直転送部１ビット当たりｋ個の画素が対応
していても、全ての画素信号を順次読み出すことが可能
となる駆動方式をとる。

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、より詳しくは電荷転送段当たりの画素密度をｋ倍
（ｋは２以上の整数）に高めることができる電荷転送型
の固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２次元固体撮像装置には種々のものが知
られているが、ノイズが少ないと言う点で電荷結合素子
（ＣＣＤ）型の固体撮像装置が優れている。一般にかか
るＣＣＤ型の固体撮像装置としては、インターライン転
送型とフレーム転送型とに大別されるが、以下に示す理
由により、現在ではインターライン転送型のＣＣＤ型固
体撮像装置が主流となっている。即ち、インターライン
転送型では、光電変換素子として、ホトダイオードが利
用可能なため短波長感度が高く、また受光部と転送部が
別々に形成されるためスミアと称される偽信号が少ない
からである。

【０００３】図１４は従来のインターライン転送型のＣ
ＣＤ型固体撮像装置の平面構成を電荷転送タイミングと
共に示している。このＣＣＤ型固体撮像装置は光電変換
及び電荷蓄積を行う複数の感光性素子（画素）１を備え
ている。これら複数の画素１は第１の方向及びこれに実
質的に直交する第２の方向（以下第１の方向を垂直方向
と称し、第２の方向を水平方向と称する）に沿った縦横
のアレイに配列されている。

【０００４】さらに、このＣＣＤ型固体撮像装置は、画
素１の各垂直列の脇に設けられ、画素１から読み出され
た信号を垂直方向に転送する垂直電荷転送部２と、垂直
電荷転送部２のそれぞれの一端部に接続され、垂直電荷
転送部２から送られて来た信号を水平方向に転送する水
平電荷転送部４と、水平電荷転送部４の一端部に設けら
れ、水平電荷転送部４からの信号を映像信号に変換して
外部出力する出力部７とを備えている。

【０００５】各垂直転送部２は図示しない外部装置より
供給される４相の駆動信号φ_V1，φ_V2，φ_V3，φ_V4で駆
動される４相構造をなしている。垂直方向に隣合う一対
の画素が各垂直電荷転送部２の１ビットに対応する構成
とされる。例えば、画素Ｐ１とＰ２、及び画素Ｐ３とＰ
４がそれぞれ、各垂直電荷転送部２の１ビットに対応す
る。

【０００６】ところで、ＣＣＤ電荷転送部は、１ビット
当たり１画素信号しか転送することができない。このた
め、図１５中に（ｂ１）〜（ｂ５）及び（ｃ１）〜（ｃ
５）で示すように、従来のＣＣＤ型固体撮像装置はフィ
ールド蓄積及びインターレース読み出しを行っている。
即ち、第１（奇数）フィールドでは垂直方向にそれぞれ
隣合う画素Ｐ１とＰ２、Ｐ３とＰ４等からの信号を読み
出し、加算して１画素信号とし、垂直方向、次いで水平
方向に転送して出力信号を得る。第２（偶数）フィール
ドでは垂直方向にそれぞれ隣合う画素Ｐ２とＰ３、Ｐ４
とＰ５等からの信号を読み出し、加算して１画素信号と
し、垂直方向次いで水平方向に転送して出力信号を得
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
動作では、１画面の信号が２フィールドにわたっている
ため、動きのある被写体ではフィールド間で画像がブレ
てしまう問題が生じる。また、垂直方向に２画素分加算
するため、例え静止画であっても垂直解像度が劣化する
問題が生じる。

【０００８】以上のような問題を解決するＣＣＤ型固体
撮像装置として、１フィールドで全ての画素信号を混合
することなく読み出してしまう、プログレッシブスキャ
ン型ＣＣＤがある。図１５はこのＣＣＤ型固体撮像装置
の平面構成を電荷転送タイミングと共に示している。こ
こで、図１４と対応する部分については同一の符号を付
してある。

【０００９】図１５と図１４とを対比してみれば明らか
なように、このプログレッシブスキャン型ＣＣＤは、垂
直電荷転送部１ビット当たり１画素が対応している点
で、１ビット当たり２画素が対応している図１５のＣＣ
Ｄ固体撮像装置とは異なっている。この場合、画素の間
で垂直電荷転送部２の電極を引き出す必要上、垂直電荷
転送部は１ビットが３電極構成（４相では画素間に４本
の電極が必要となり加工が困難）とされ、φ_V1，φ
_V2 ，φ_V3の３相で駆動される。

【００１０】図１５中の（ｂ１）〜（ｂ４）は電荷転送
タイミングを示す。まず、同図（ｂ１）に示すように、
全ての画素信号が垂直電荷転送部２へ混合することなく
読み出される。ここでＣＣＤ転送部１ビットと１画素と
が対応しているから、全画素信号を同図（ｂ２）〜（ｂ
４）に示すように、通常の転送動作で順次読み出すこと
が可能である。即ち、プログレッシブスキャン動作が実
行される。このため、このプログレッシブスキャン型Ｃ
ＣＤによれば、動きのある被写体であっても、画像がブ
レてしまうことがなく、また、静止画であっても垂直解
像度が劣化することがない。

【００１１】しかしながら、このプログレッシブスキャ
ン型ＣＣＤでは、垂直電荷転送部２の取り扱い電荷量は
３相からなる電極の１電極分で制約される。即ち、各電
極が均等となる最良の場合でも、垂直電荷転送部２の電
荷蓄積部面積は、転送方向に画素ピッチの１／３の長さ
となる。一方、図１４に示すＣＣＤ固体撮像装置の場合
には、３電極中の１電極のみに蓄積できるので、結局画
素ピッチと同じ長さ分蓄積できることになる。この結
果、プログレッシブスキャン型ＣＣＤの取り扱い電荷量
は図１２に示すＣＣＤ固体撮像装置の１／３に低下する
という問題がある。

【００１２】ここで、取り扱い電荷量の低下は、撮像素
子の最大信号量の低下、即ちダイナミックレンジの低下
を招く。撮像素子のダイナミックレンジが低いと、取り
扱う光量の高い側が狭められる。従って、画像の明るい
部分が白く潰れ、深みの無い平板な画像になる。また、
撮像素子では、通常明るいシーンほどＳ／Ｎの良い綺麗
な画像が得られるが、ダイナックレンジが低いと明るい
シーンで白く潰れてしまうため、結局Ｓ／Ｎ比の良い画
像が得られないことになる。

【００１３】プログレッシブスキャン型ＣＣＤにおける
この問題を改善するＣＣＤ型固体撮像装置として、Ａ．
Ｊ．Ｐ．Ｔｈｅｕｗｉｓｓｅｎ，ｅｔ ａｌ．，”ＴＨ
ＥＡＣＣＯＲＤＩＯＮ ＩＨＡＧＥＲ：ａｎ Ｕｌｔｒ
ａ Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｒａｍｅ Ｔｒａｎ
ｓｆｅｒ ＣＣＤ”，ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．４０−４３，Ｄｅｃ．１９８４．
に示されるものがある。

【００１４】図１６はこのＣＣＤ型固体撮像装置の平面
構成を電荷転送タイミングと共に示している。ここで、
図１４と対応する部分については同一の符号を付してあ
る。このＣＣＤ型固体撮像装置は、垂直電荷転送部２が
１電極毎に垂直駆動回路３０により駆動される点が図１
１の固体撮像装置と異なる。

【００１５】図１６中に示す電荷転送タイミング（ｂ
１）〜（ｂ１３）に従ってこの垂直駆動回路３０の動作
を説明する。まず同図（ｂ１）に示すように、全ての画
素信号を垂直電荷転送部２へ混合することなく読み出
す。ＣＣＤ転送部は１ビット当たり１画素信号しか読み
出せないから、図１６（ｂ２）〜（ｂ１３）に示すよう
に、水平電荷転送部４に近い側から順に電荷を読み出す
ことにより電荷密度を１／２に下げ、４相駆動に順次置
き換えていく。４相に置き換えた後は、通常の駆動が可
能となる。こうして、１フィールドで全画素信号を順次
読み出す、プログレッシブスキャン動作が可能となる。
これをアコーディオン動作と称している。

【００１６】しかしながら、図１６の固体撮像装置では
以下の問題がある。

【００１７】（１）１画素の信号を読み出した後、一時
的には１電極分に信号を蓄積するため、垂直電荷転送部
２が取り扱い可能な最大信号量は図１５に示すＣＣＤ型
固体撮像装置の１／２に低下する。

【００１８】（２）画素部から読み出した信号は、水平
電荷転送部４に遠い部分ほど長期間にわたり、垂直電荷
転送部２内で静止状態のまま保持される。このため、垂
直電荷転送部２で発生する暗電流により、水平電荷転送
部４に遠い部分ほど多く、暗電流に起因するノイズ電荷
が付加される。これは固定パターンノイズとなり、画質
を著しく劣化させる。

【００１９】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するものであり、電荷転送部当たりの画素密度を従
来のｋ倍にまで高めることが可能となり、プログレッシ
ブスキャン用画素構成が極めて容易となるばかりか、撮
像装置の小型化や、高感度化、ワイドダイナミックレン
ジ化等の高性能化が可能となる、新規な固体撮像装置を
提供することを目的とする。

【００２０】本発明の他の目的は、ワイドダイナミック
レンジ化が図れ、被写体の中に逆光等の非常に光量の強
い光が存在する場合であっても、これに起因して画像が
つぶれてしまうことがなく全画面で画像を撮影すること
ができる固体撮像装置を提供することにある。

【００２１】また、本発明の他の目的は、僅かな設計変
更を行うだけで、種々のオプションを選択でき、使い勝
手を向上できる固体撮像装置を提供することにある。

【００２２】また、本発明の他の目的は、そのような選
択が、駆動回路部の一部を改良するだけで実現でき、大
幅なコストアップを伴うことなく、使い勝手を向上でき
る固体撮像装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、入射光を光電変換し、発生する信号電荷を蓄積する
画素を第１の方向にｎ個配列してなる画素部と、該画素
部に接続され、１ビット当たり該画素がｋ個対応し、該
画素部の各画素のそれぞれから読み出される信号を該第
１の方向に転送する第１の電荷転送手段と、該第１の電
荷転送手段の一端部に接続され、該第１の電荷転送手段
によって転送された信号を受け取り、該受け取った信号
を該第１の方向と実質的に直交する第２の方向に転送す
る第２の電荷転送手段と、該第２の電荷転送手段の一端
部に接続され、該第２の電荷転送手段によって転送され
た信号を受け取り、該受け取った信号を映像信号に変換
して外部装置に出力する出力手段と、該第１の電荷転送
手段を駆動する駆動手段とを備えた固体撮像装置であっ
て、該駆動手段は、（１）該画素部に配列された該ｎ個
の画素のうち、該第２の電荷転送手段に近い側より第ｉ
番目の画素からの信号を、該第１の電荷転送手段の第ｊ
ビット部に読み出し、（２）該読み出した信号を、（ｋ
一１）／ｋビット分該第１の方向に転送し、（３）ｉ＝
ｉ＋１とし、（４）該ステップ（１）〜（３）を該画素
部に配置された画素のうち該第２の電荷転送手段に最も
近い位置の第１番目の画素から最も遠い位置の画素に至
るまで繰り返させるように該第１の電荷転送手段を駆動
する構成（但し、ｋは２以上の整数，ｊ＝ＩＮＴ
[｛（ｉ−１）／ｋ｝＋１]，ＩＮＴ[]は[]の整数部（小
数部切り捨て）をとっており、そのことにより上記目的
が達成される。

【００２４】好ましくは、前記第２の電荷転送手段から
最も遠い位置の第ｎ番目の画素が読み出された後は、前
記第１の電荷転送手段に転送動作のみを行わせるべく前
記駆動手段が複数の駆動信号を発生させるステップ
（５）の動作を更に行う。

【００２５】また、好ましくは、前記第２の電荷転送手
段は、ｑ本の電荷転送チャネルを有する（但し、ｑは１
以上の整数）。

【００２６】また、好ましくは、前記第１の電荷転送手
段はｍ相駆動構造であり、前記駆動手段は、前記信号読
み出しのための読み出しパルスを該第１の電荷転送手段
に順次与える走査回路と、転送のためのｍ相のクロック
を該第１の電荷手段に供給するクロック供給手段とを有
する（但し、ｍは２以上の整数）。

【００２７】また、好ましくは、前記ステップ（１）〜
（３）の繰り返しを、映像信号の水平ブランキング期間
内にｐ＝ｑ・ｋ／（ｋ−１）回行い、水平走査期間には
ｑ本のチャネルからなる前記第２の電荷転送手段から信
号読み出しを行う（但し、ｐが非整数の場合、ＩＮＴ
[ｐ]とＩＮＴ[ｐ＋１]の組み合わせで決定されるｐ
回）。また、好ましくは、前記第１の電荷転送手段と前
記第２の電荷転送手段との間に、前記第１の方向にｎ／
ｋビット以上のビットを有する第３の電荷転送手段を設
け、該第３の電荷転送手段をメモリ部とする。

【００２８】また、好ましくは、前記第３の電荷転送手
段は、前記第１の電荷転送手段と同じ相数駆動構造であ
り、第１の方向への電荷転送時に前記駆動手段が該第１
の電荷転送手段と該第３の電荷転送手段とを同期して駆
動させる。

【００２９】また、好ましくは、前記ステップ（１）〜
（４）までの動作は映像信号の垂直ブランキング期間に
行い、ステップ（５）の動作は信号読み出し期間に行
う。

【００３０】また、好ましくは、前記ステップ（１）〜
（４）の動作を終了した後であって、前記ステップ
（５）の動作の途中に、前記第１の電荷転送手段内の信
号電荷が前記第３の電荷転送手段へ転送された後に、再
度該ステップ（１）〜（４）の動作を行わせ、その後、
再度のステップ（５）動作で出力される信号の有効露光
期間を任意に設定する。

【００３１】また、本発明の固体撮像装置は、入射光を
光電変換し、発生する信号電荷を蓄積する画素を第１の
方向にｎ個配列してなる画素部と、該画素部に接続さ
れ、１ビット当たり該画素がｋ個対応し、該画素部の各
画素のそれぞれから読み出される信号を該第１の方向に
転送する第１の電荷転送手段と、該第１の電荷転送手段
の一端部に接続され、該第１の電荷転送手段によって転
送された信号を受け取り、該受け取った信号を該第１の
方向と実質的に直交する第２の方向に転送する第２の電
荷転送手段と、該第２の電荷転送手段の一端部に接続さ
れ、該第２の電荷転送手段によって転送された信号を受
け取り、該受け取った信号を映像信号に変換して外部装
置に出力する出力手段と、該第１の電荷転送手段を駆動
する駆動手段とを備えた固体撮像装置であって、該駆動
手段は、（１）該画素部に配列された該ｎ個の画素のう
ち、該第２の電荷転送手段に近い側より第ｉ番目及び第
ｉ＋１番目の画素からの信号を、該第１の電荷転送手段
の第ｊビット部に加算して読み出し、（２）該読み出し
た信号を、２（ｋ−１）／ｋビット分該第１の方向に転
送し、（３）ｉ＝ｉ＋２とし、（４）該ステップ（１）
〜（３）を該画素部に配置された画素のうち該第２の電
荷転送手段に最も近い位置の第１番目の画素から最も遠
い位置の画素に至るまで繰り返させ、該ステップ（４）
の途中の第２ｒ＋１番目の画素に至るまで繰り返させた
時刻ｔ_a後からは再度、（５）前記ステップ（１）〜
（３）を該画素部に配置された画素のうち該第２の電荷
転送手段に最も近い位置の第１番目の画素から最も遠い
位置の画素に至るまで繰り返させ、前記時刻ｔ_aより以
降は前記ステップ（４）及び（５）を同時に行うように
該第１の電荷転送手段を駆動する構成 但し、ｋは２以上の整数 ｒは１以上の整数 ｊ＝ＩＮＴ［｛（ｉ−１）／ｋ｝＋１］，ＩＮＴ［ ］
は［ ］の整数部（小数部切り捨て） をとっており、そのことにより上記目的が達成される。

【００３２】好ましくは、前記ステップ（５）におい
て、前記第２の電荷転送手段から最も遠い位置の第ｎ番
目の画素が読み出された後は、前記第１の電荷転送手段
に転送動作のみを行わせるべく前記駆動手段が複数の駆
動信号を発生させるステップ（６）の動作を更に含む。

【００３３】また、好ましくは、前記第２の電荷転送手
段は、ｑ本の電荷転送チャネルを有する。但し、ｑは１
以上の整数。

【００３４】また、好ましくは、前記第１の電荷転送手
段はｍ相駆動構造であり、前記駆動手段は、前記信号読
み出しのため読み出しパルスを該第１の電荷転送手段に
順次与える走査回路手段と、転送のためのｍ相のクロッ
クを該第１の電荷転送手段に供給するクロック供給手段
とを有する。但し、ｍは２以上の整数。

【００３５】また、好ましくは、前記ステップ（１）〜
（３）の繰り返しを、映像信号の水平ブランキング期間
内にｐ＝ｑ・ｋ／［（ｋ−１）・２］回行い、水平走査
期間にはｑ本のチャネルからなる前記第２の電荷転送手
段から信号読み出しを行う。但し、ｐが非整数の場合、
ＩＮＴ［Ｐ］とＩＮＴ［Ｐ＋１］の組み合わせで決定さ
れるｐ回。

【００３６】また、好ましくは、前記ステップ（４）か
ら得られる信号を第１の信号、前記ステップ（５）から
得られる信号を第２の信号とし、該第１の信号をｒＨ
（Ｈは１水平走査期間）だけ遅延する遅延回路を通した
後、該第１の信号と該第２の信号とを白レベルを飽和信
号以下の一定値に規制する２つの白クリップ回路にそれ
ぞれ通し、更に該２つの白クリップ回路からの該第１の
信号及び該第２の信号を加算する。

【００３７】以下作用について説明する。

【００３８】本発明によれば、垂直電荷転送部（第１の
電荷転送手段）を（ｋ−１）／ｋビット転送する毎に、
１画素分の画素信号を水平電荷転送部（第２の電荷転送
手段）に近い側から順に垂直電荷転送部へ読み出すた
め、垂直電荷転送部１ビット当たりｋ個の画素が対応し
ていても、全ての画素信号を順次読み出すことが可能と
なる。このため、垂直電荷転送部１ビット当たり１画素
信号を扱う条件はそのままで、画素密度を従来のｋ倍に
まで高めることが可能となる。

【００３９】この結果、垂直電荷転送部１ビットが画素
ピッチのｋ倍の長さに相当するので、大きな取り扱い信
号量を確保できる。このため、プログレッシブスキャン
動作を行う場合に、上記従来のプログレッシブスキャン
型ＣＣＤが有する問題点を解消できる。

【００４０】しかも、上記構成においては、垂直電荷転
送部に転送のためのクロックを与える駆動手段の駆動方
式を変更するだけで、画素部や垂直電荷転送部の構成を
変更することなく、取り扱い信号量の大きいプログレッ
シブスキャン動作を実現できる。即ち、従来のプログレ
ッシブスキャン型ＣＣＤの構成を大きく変更する必要が
ないので、簡単に製作できる。

【００４１】また、垂直電荷転送部１ビット当たりｋ個
の画素が対応しているため、結果的に垂直転送部の密度
を１／ｋに緩和できる。このため、撮像装置の多画素化
・小型化を図ることができる。更には、高感度化、ワイ
ドダイナミックレンジ化等の高性能化が可能となる。

【００４２】また、垂直電荷転送部が１水平走査期間毎
にｑビット分の転送動作を行う構成によれば、転送動作
が周期的な連続動作によって行われるため、長期間静止
することがない。このため、画素部から読み出した信号
が水平電荷転送部に遠い部分ほど長期間にわたり、垂直
電荷転送部内で静止状態のまま保持されることがなく、
暗電流は各垂直電荷転送部に均等に配分されるので、固
定パターンノイズを発生することがない。

【００４３】また、駆動手段が、（１）画素部に配列さ
れたｎ個の画素のうち、水平電荷転送部（第２の電荷転
送手段）に近い側より第ｉ番目及び第ｉ＋１番目の画素
からの信号を、垂直電荷転送部（第１の電荷転送手段）
の第ｊビット部に加算して読み出し、（２）読み出した
信号を、２（ｋ−１）／ｋビット分第１の方向に転送
し、（３）ｉ＝ｉ＋２とし、（４）ステップ（１）〜
（３）を画素部に配置された画素のうち水平電荷転送部
に最も近い位置の第１番目の画素から最も遠い位置の画
素に至るまで繰り返させ、ステップ（４）の途中の第２
ｒ＋１番目の画素に至るまで繰り返させた時刻ｔ_a後か
らは再度、（５）ステップ（１）〜（３）を画素部に配
置された画素のうち水平電荷転送部に最も近い位置の第
１番目の画素から最も遠い位置の画素に至るまで繰り返
させ、時刻ｔ_aより以降はステップ（４）及び（５）を
同時に行うように垂直電荷転送部を駆動する構成によれ
ば、ワイドダイナミックレンジ化を図ることができる。

【００４４】このため、このような構成によれば、被写
体の中に逆光等の非常に光量の強い光が存在する場合で
あっても、これに起因して画像がつぶれてしまうことが
なく全画面で画像を撮影することができる固体撮像装置
を実現できる。なお、上記構成により、ワイドダイナミ
ックレンジ化が図れる理由については、後述の実施形態
６で詳細に説明されている。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照しながら具体的に説明する。

【００４６】（実施形態１）図１は実施形態１に係る本
発明固体撮像装置の平面構成を電荷転送タイミングと共
に示す。この固体撮像装置は、入射光を光電変換し、信
号電荷を蓄積する複数の画素１を備えている。これら複
数の画素１は垂直方向及び水平方向に沿った縦横のアレ
イに配列されている。

【００４７】画素１の各垂直列の脇（側方）には、垂直
電荷転送部２が設けられている。この垂直電荷転送部２
は、画素１から読み出された信号を垂直方向に転送す
る。また、垂直電荷転送部２のそれぞれの一端部には一
対の水平電荷転送部４、５が設けられている。この水平
電荷転送部４、５は、垂直電荷転送部２から送られて来
た信号を水平方向に転送する。更に、水平電荷転送部
４、５の一端部には出力部７、７がそれぞれ接続されて
いる。この出力部７、７は、水平電荷転送部４、５から
転送されて来る信号を映像信号に変換して外部出力す
る。なお、垂直電荷転送部２の駆動は垂直駆動回路３
（３１）によって行われるが、その詳細については後述
する。

【００４８】本実施形態１の固体撮像装置では、ｋ＝
２、即ち垂直電荷転送部２の１ビット当たり２画素が対
応している。また、本実施形態１では、ｑ＝２、即ち上
記のように水平電荷転送部が２チャネル配設されてい
る。以下では、水平電荷転送部４をＨＣＣＤ１と称し、
水平電荷転送部５をＨＣＣＤ２と称する。

【００４９】各垂直電荷転送部２は、１電極毎に垂直駆
動回路３により駆動される。図１中の（ｂ１）〜（ｂ１
０）はこの駆動タイミング、即ち、転送タイミングを示
している。なお、以下では画素１及び垂直電荷転送部２
は、水平電荷転送部に近い側より順番に数えることとす
る。よって、例えばＨＣＣＤ１に近い側より画素Ｐ１、
Ｐ２…と称する。

【００５０】ＣＣＤ転送部は１ビット当たり１画素信号
しか読み出せないから、（ｂ１）に示すように、まず１
番目の画素Ｐ１の信号を垂直転送部２の１番目のビット
へ読み出す。読み出し動作時、該当する箇所の垂直転送
ゲート（この場合Ｇ11）が高電位とされ、ポテンシャル
が深くなる。（ｂ１）中の破線はその様子を表してい
る。

【００５１】次いで、垂直電荷転送部２は、（ｂ２）に
示すように、（ｋ−１）／ｋ＝（２−１）／２＝１／２
ビット分の信号を垂直方向に転送した後、２番目の画素
Ｐ２の信号を垂直電荷転送部２の１番目のビットに読み
出し、続いて１／２ビット分の信号を垂直方向に転送す
る。ここで（ｋ−１）／ｋビット転送している理由は、
各画素信号を水平電荷転送部側から順次読み出す際、垂
直転送チャネル内に空ビットを生じることなく詰めて読
み出すこと、及び画素／垂直電荷転送部の動作関係を毎
回同一に保つためである。

【００５２】なお、「空ビットを生じることなく」と
は、垂直電荷転送部２は、１ビットを１素子とするアナ
ログメモリ素子が順次連なった構造であると考えること
ができるので、このメモリ素子に１対１で画素データを
順次、隙間なく書き込み、書き込まれないメモリ素子が
存在しないようにすることをいう。

【００５３】以上の（ｂ１）〜（ｂ２）の動作で垂直電
荷転送部２は１ビット転送されるから、水平電荷転送部
の片チャネル、即ちＨＣＣＤ１に１画素分の信号が蓄積
する。ここで、本実施形態１では、水平電荷転送部は２
チャネルであるため、水平電荷転送部の１つの読み出し
動作の間と、次の読み出し動作との間に、垂直電荷転送
部２はｑ＝２ビット分転送する必要がある。このため、
本実施形態１では、ｑ＝２，ｋ＝２であるため、ｑ÷
（ｋ−１）／ｋ＝ｑ・ｋ／（ｋ−１）＝４回、つまり１
／２ビット転送を４回行うことにより、信号をトータル
２ビット分転送している。（ｂ１）〜（ｂ４）はその動
作を示している。

【００５４】こうして（ｂ１）〜（ｂ４）の動作で４画
素分（Ｐ１〜Ｐ４）の画素信号が読み出されると共に、
ＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２の２チャネル分に信号電荷が蓄
積するから、（ｂ５）に示すように、ＨＣＣＤ１、ＨＣ
ＣＤ２を水平方向に転送し、垂直２画素分の出力信号を
得る。

【００５５】上記一連の動作を繰り返し、ｉ番目の画素
Ｐｉの信号を垂直電荷転送部２の（ＩＮＴ[｛（ｉ−
１）／ｋ｝＋１]番目のビットへ読み出した後（ＩＮＴ
[ ]は[ ]内の整数を表す）、(ｋ−１）／ｋ＝１／２ビ
ット垂直方向に転送する。次いで、ｉ＝ｉ＋１として以
上の動作を繰り返す。このようにして、垂直電荷転送部
２が２ビット転送される毎にＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２を
駆動し、垂直２画素分の画素信号を得る。

【００５６】以上の動作で、垂直電荷転送部１ビット当
たり２画素の信号を順次もれなく、また、混合せず読み
出しているにも拘わらず、垂直電荷転送部２の取り扱い
信号量は１ビット分が丸々利用可能であり、大きな値を
確保することができる。また、図１３と比較すればわか
るように、プログレッシブスキャン動作において、従来
比で画素密度を２倍に高めることができる。

【００５７】更に、垂直電荷転送部２は、水平ブランキ
ング斯問毎に１／２ビット転送を４回行い、周期的に常
時動作しており静止することがないから、暗電流は垂直
転送部内で均等に分配される。即ち、図１４に示したア
コーディオン型ＣＣＤで問題になるような固定パターン
ノイズは発生しない。このように本実施形態１の固体撮
像装置においては、図１２に示す固体撮像装置が有する
問題点及び図１４に示す固体撮像装置が有する問題点を
同時に解決することができる。

【００５８】図２は垂直方向の全画素数が１６（Ｐ１〜
Ｐ１６）の場合を例にとって、図１の動作を模式的に示
したものある。１画面分の読み出し動作全体を垂直１ビ
ット分の転送動作を単位として示している。ここで画素
Ｐ１，Ｐ２等の信号をａ，ｂ等のアルファベットで示し
ている。また、画素信号読み出し時は○印を付けてい
る。なお、○印が付いていないものは、単に垂直電荷転
送部２内を信号が移動していることを示す。１水平走査
期間（１Ｈ）中に垂直転送部は２ビット転送し、１ビッ
ト転送中に２画素分読み出すから、１６画素の読み出し
は４Ｈ（２×２×４Ｈ＝１６画素）期間で終了する。

【００５９】この間、水平電荷転送部は２チャネルある
から、垂直８画素分（１６÷２＝８）読み出している。
なお、水平電荷転送部の読み出しは垂直２ビットの転送
（これは水平ブランキング期間中に行う）が終了後、次
の垂直転送が始まる前に行う。全ての画素信号が垂直電
荷転送部２に読み出された後は、転送動作のみが１Ｈ期
間当たり垂直２ビット転送で、４Ｈ期間を要して行われ
る。これで残り垂直８画素分の信号が全て読み出され
る。

【００６０】図３は図１に示す垂直駆動回路３（３１）
の詳細を示す。垂直転送のための４相クロックφv1，φ
v2，φv3，φv4が各ゲートＧｉｊ（ｉ：ビット番号、
ｊ：１〜４）に共通に配線されている。画素信号読み出
しのためのパルスは、垂直走査回路３１により若い番号
の画素側から順番に発生される。垂直転送クロックと画
素信号読み出しパルスとの選択は、反転回路３２、ｐチ
ャネル・トランジスタ３３、ｎチャネル・トランジスタ
３４により行われる。

【００６１】より具体的には、まず垂直走査回路３１か
らの信号線３５がローレベルの時、トランジスタ３３は
OFF、トランジスタ３４はONとなるから、ゲート駆動線
３６にはクロックφv1又はφv3のいずれかの信号が印加
される。一方、垂直走査回路３１からの信号線３５がハ
イレベルの時、トランジスタ３３はON、トランジスタ３
４はOFFになるから、ゲート駆動線３６には垂直走査回
路２１からの画素信号読み出しパルスが印加される。従
って、垂直走査回路３１から画素信号読み出し時のみハ
イレベル、他の時はローレベルとなるパルスを発生すれ
ば、図３の右側に示すような波形のパルスが順次得られ
るから、図１中の（ｂ１）〜（ｂ１０）に示す動作が実
現される。

【００６２】（実施形態２）図４は実施形態２に係る本
発明固体撮像装置の平面構成を電荷転送タイミングと共
に示す。この実施形態２では、ｋ＝２、即ち垂直電荷転
送部２の１ビット当たり２画素が対応している。また、
ｑ＝１、即ち水平電荷転送部が１チャネルの場合の例で
ある。図１と対応する構成部材については同一の符号を
付し、具体的な説明は省略する。以下に転送動作を説明
する。

【００６３】まず、同図中の（ｂ１）に示すように、１
番目の画素Ｐ１の信号を垂直電荷転送部２の１番目のビ
ットへ読み出す。次いで、（ｂ２）に示すように、（ｋ
−１）／ｋ＝１／２ビット垂直方向に転送した後、２番
目の画素Ｐ２の信号を垂直電荷転送部２の１番目のビッ
トに読み出し、続いて１／２ビット垂直方向に転送す
る。

【００６４】以上、ｑ・ｋ／（ｋ−１）＝２／１＝２回
の動作で垂直電荷転送部２はｑ＝１ビット転送されるか
ら、ＨＣＣＤ１に１画素分の信号が蓄積する。そして、
ＨＣＣＤ１を水平方向に転送し、垂直１画素分の出力信
号を得る（ｂ３参照）。

【００６５】上記一連の動作を繰り返し、ｉ番目の画素
Ｐｉの信号を垂直電荷転送部２の（ＩＮＴ[｛（ｉ−
１）／ｋ｝＋１]番目のビットへ読み出した後、（ｋ−
１）／ｋ＝１／２ビット垂直方向に転送する。次いで、
ｉ＝ｉ＋１として以上の動作を繰り返す。垂直転送部が
１ビット転送される毎にＨＣＣＤ１を駆動し、垂直１画
素分の画素信号を得る。

【００６６】図５は、垂直方向の全画素数が１６の場合
を例にとって、図４の動作を模式的に示したもので、１
画面分の読み出し動作全体を垂直１ビット分の転送動作
を単位として示している。ここで画素Ｐ１，Ｐ２，等の
信号をａ，ｂ，等のアルファベットで示している。ま
た、上記同様に画素信号読み出し時は○印を付けてい
る。１水平走査期間中に垂直電荷転送部２は１ビット転
送し、１ビット転送中に２画素分読み出すから、１６画
素の垂直電荷転送部２の読み出しは８Ｈ期間で終了す
る。この間、垂直８画素分読み出している。なお、ＨＣ
ＣＤ１の読み出しは垂直１ビットの転送（これは水平ブ
ランキング期間中に行う）が終了後、次の垂直転送が始
まる前に行う。

【００６７】全ての画素信号が垂直電荷転送部２に読み
出されて後は、転送動作のみが１Ｈ期間当たり垂直１ビ
ット転送で、８Ｈ期間を要して行われる。これで残り垂
直８画素分の信号が全て読み出される。

【００６８】本実施形態２において、全画面の信号読み
出し期間を実施形態１と同じにするには、１Ｈ期間を１
／２、即ち倍のスピードで読み出す必要がある。

【００６９】（実施形態３）図６は実施形態３に係る本
発明固体撮像装置の平面構成を電荷転送タイミングと共
に示す。この実施形態３では、ｋ＝４、即ち垂直電荷転
送部２の１ビット当たり４画素が対応している。また、
ｑ＝３、即ち水平電荷転送部が３チャネル（ＨＣＣＤ
１、ＨＣＣＤ２、ＨＣＣＤ３）の場合の例である。図１
と対応する構成部材については同一の符号を付し、具体
的な説明は省略する。以下に転送動作を説明する。

【００７０】まず、同図中の（ｂ１）に示すように、１
番目の画素Ｐ１の信号を垂直電荷転送部２の１番目のビ
ットへ読み出す。次いで、（ｂ２）に示すように、（ｋ
−１）／ｋ＝３／４ビット垂直方向に転送した後、２番
目の画素Ｐ２の信号を垂直電荷転送部２の１番目のビッ
トに読み出し、続いて３／４ビット垂直方向に転送す
る。次いで、（ｂ３）に示すように、３番目の画素Ｐ３
の信号を垂直電荷転送部２の１番目のビットに読み出
し、（ｋ−１）／ｋ＝３／４ビット垂直方向に転送す
る。次いで（ｂ４）に示すように、４番目の画素Ｐ４の
信号を垂直電荷転送部２の１番目ビットに読み出し、３
／４ビット転送する。

【００７１】以上ｑ・ｋ／（ｋ−１）＝１２／３＝４回
の動作で垂直電荷転送部２はｑ＝３ビット転送されるか
ら、水平転送部３チャネルに３画素分の信号が蓄積す
る。そして、（ｂ５）に示すように水平転送部、即ちＨ
ＣＣＤ１〜３を水平方向に転送し、垂直３画素分の出力
信号を得る。

【００７２】上記一連の動作を繰り返し、ｉ番目の画素
Ｐｉの信号を垂直電荷転送部２の（ＩＮＴ[｛（ｉ−
１）／ｋ｝＋１]番目のビットへ読み出した後、（ｋ−
１）／ｋ＝３／４ビット垂直方向に転送する。次いで、
ｉ＝ｉ＋１として以上の動作を繰り返す。垂直転送部が
３ビット転送される毎に水平転送部を駆動し、垂直３画
素分の画素信号を得る。

【００７３】以上の動作で、垂直転送部１ビット当たり
４画素の信号を順次もれなく、また混合せず読み出して
いるにも拘わらず、垂直転送部の取り扱い信号量は１ビ
ット分が丸々利用可能であり、大きな値を確保すること
ができる。従って、本実施形態３において、上記実施形
態１同様の効果を奏することができる。

【００７４】なお、図６ではｑ＝３の場合について説明
したが、ｑ＝２又はｑ＝１の場合でも、水平転送部の読
み出し動作を図６の場合より頻繁に行い、各水平転送部
に信号電荷が蓄積する度に行うことにより、読み出し動
作は可能である。

【００７５】但し、ｐ＝ｑ・ｋ／（ｋ−１）が整数にな
らないため、繰り返しの回数はＩＮＴ［ｐ]とＩＮＴ[ｐ
＋１]の組み合わせとなり、平均としてＰとなるように
設定する必要がある。

【００７６】（実施形態４）図７は実施形態５に係る本
発明固体撮像装置の平面構成を示す。この実施形態４で
は、垂直電荷転送部２と水平電荷転送部４との間に、第
３の電荷転送部、即ちメモリ部８を設けた構成になって
いる。ここでメモリ部８のビット数は垂直電荷転送部２
のビット数と同じｎである。また、本実施形態４では、
ｋ＝２、ｑ＝１の場合を示しているが、他の組み合わせ
でも以下同様に説明が可能である。ここで、メモリ部８
の駆動は、４相クロックφv1〜φv4により直接駆動され
る。なお、実施形態１と対応する構成部材については同
一の符号を付してある。

【００７７】次に、図８に基づき本実施形態４の固体撮
像装置の動作を説明する。但し、図８は、垂直方向の全
画素数が１６の場合を例示しており、１画面分の読み出
し動作全体を垂直１ビット分の転送動作を単位として示
している。ここで画素Ｐ１，Ｐ２等の信号をａ，ｂ等の
アルファベットで示している。また、上記同様に画素信
号の読み出し時は○印を付けている。

【００７８】まず、同図中に示すように、垂直ブランキ
ング期間において、画素信号の読み出しと、１／２ビッ
ト転送との繰り返しを周期Ｔで連続的に１６回行い、全
１６画素の読み出しを垂直ブランキング期間内で終了す
る。ここで、１Ｔは図２の１Ｈより十分短い期間であ
る。なぜならば、図２の１Ｈ期間内では、同図中に示す
ように、画素信号を水平電荷転送部によって水平方向に
読み出す期間が必要になるため、この時間が加算される
からである。

【００７９】この時、メモリ部８は垂直駆動回路３によ
り垂直電荷転送部２と同期して駆動されるから、垂直８
画素分がメモリ部８に蓄積される。この時、残り８画素
分は垂直電荷転送部２に保持されている。

【００８０】次いで、信号読み出し期間において、メモ
リ部８及び垂直電荷転送部２に保持された全１６画素の
信号を、通常の転送動作により１Ｈ期間当たり垂直１ビ
ット転送で、１６Ｈ期間を要して行われる。以上の動作
を繰り返すことにより、画面全体の読み出しが連続的に
行われる。

【００８１】このため、本実施形態４によれば、最初の
画素Ｐ１の読み出しから最後の画素Ｐ１６の読み出しま
での期間を実施形態１の場合よりも短くできる利点があ
る。以下にその理由を説明する。

【００８２】図２では、ａ〜ｐ（いずれも○付き）まで
の信号を読み込むのに、同図中に示すように８Ｈ時間を
要している。これに対して、図８では同図中に示すよう
に、８Ｔ時間でａ〜ｐ（いずれも○付き）までの信号を
読み込むことができる。ここで、上記のように１Ｔは１
Ｈより十分短い期間である。よって、本実施形態４によ
れば実施形態１よりも信号読み出し期間を大幅に短縮で
きる利点がある。

【００８３】（実施形態５）図９は本発明固体撮像装置
の実施形態５を示す。この実施形態５では実施形態４同
様の装置において、異なる駆動方式を採用したものであ
る。以下にその詳細を図７に示すように、垂直方向の全
画素数が１６の場合を例にとって説明する。本実施形態
５においても、１画面分の読み出し動作を垂直１ビット
分の転送動作を単位として示している。なお、実施形態
４と同一の符号をもって以下に各部の動作を説明する。
また、上記同様に、画素Ｐ１，Ｐ２等の信号をａ，ｂ等
のアルファベットで示しており、画素信号読み出し時は
○印を付けてある。

【００８４】まず、画素信号の読み出しと１／２ビット
転送との繰り返しを、周期Ｔで連続的に１６回行い（本
実施形態５においても、１Ｔは１Ｈより十分短い期間で
ある）、ｔ0〜ｔ1期間内に全１６画素の読み出しを終了
する。この時、メモリ部８は垂直駆動回路３によって垂
直電荷転送部２と同期して駆動されるから、垂直８画素
分がメモリ部８に蓄積される。そして、残り８画素分は
垂直電荷転送部２に保持されている。

【００８５】次いで、メモリ部８及び垂直電荷転送部２
に保持された全１６画素の信号に対し、やはり周期Ｔで
８ビット以上の転送を行い、この時出力される信号を、
ｔ1〜ｔ2期間内に全て排出する。以上の動作により、垂
直電荷転送部２内の信号電荷は読み出され空になるか
ら、次の画素信号の読み出し（この場合は、図中に示す
ように、信号をａ’，ｂ’等とし、１回目信号と区別す
る）が可能となる。次の画素信号の読み出しと１／２ビ
ット転送との繰り返しを、やはり周期Ｔで連続的に１６
回行い、全１６画素の新しい信号ａ’〜ｐ’の読み出し
をｔ2〜ｔ3期間内に終了する。

【００８６】この時、メモリ部８は垂直電荷転送部２と
同期して駆動されるから、垂直８画素分ａ’〜ｈ’がメ
モリ部８に蓄積される。そして、残り８画素分ｉ’〜
ｐ’は垂直転送部２に保持されている。なお、この間出
力される信号は全て排出される。これより後は、信号
ａ’〜ｐ’の読み出しが１Ｈ周期で１個ずつ順次行われ
る。

【００８７】以上の動作により、２回目の信号ａ〜ｐ’
の有効露光期間は１６Ｔ以上の任意に設定可能となる。
このため、Ｔを十分短く設定すれば、高速から低速に至
る広い幅を持つ、電子シャッタ動作が可能となる。即
ち、次の読み出し時間迄の間隔を自由に設定できる電子
シャッタ動作が可能となる。

【００８８】なお、以上の動作では、ｔ0〜ｔ3の間に亙
り１ビット転送当たりの周期を一定値Ｔとしたが、期間
ｔ1〜ｔ2の間は単に電荷を排出するのみであるから、周
期をＴより短いＴ”とすることも可能である。

【００８９】上記の実施形態１では、ｋ＝２，ｍ＝４、
即ち１ビットが２画素に対応し、４相駆動する方式につ
いて説明したが、ｋ，ｍの組み合わせについては種々の
組み合わせを選択することができる。図１０（ａ），
（ｂ），（ｃ）はその一例をそれぞれ示している。

【００９０】即ち、同図（ａ）はｋ＝２，ｍ＝３の場合
を、また同図（ｂ）はｋ＝２，ｍ＝５の場合を，同図
（ｃ）はｋ＝２，ｍ＝２の場合をそれぞれ示している。

【００９１】（実施形態６）図１１〜図１３は本発明固
体撮像装置の実施形態６を示す。本実施形態６の固体撮
像装置は、上記実施形態１の固体撮像装置の駆動方法に
改良を加えてワイドダイナミックレンジ化を図ったもの
である。従って、装置構成の共通する部分については同
一の符号を付してある。

【００９２】ここで、本実施形態６の固体撮像装置は、
図上上下に隣接する２画素の信号を加算して読み出す駆
動方式を採用するため、厳密に言えばプログレッシブス
キャン読み出しとは言えない。但し、説明を容易にする
ため、図１２では１ビットに１画素が対応する様な説明
を行っている。

【００９３】さて、本実施形態６では、上下に隣接する
２画素の信号を加算して読み出すため、Ｐ１＋Ｐ２→Ｐ
１，Ｐ３＋Ｐ４→Ｐ２，…又はａ＋ｂ→ａ，ｃ＋ｄ→ｂ
のように、実施形態１とは符号を変換してある（図１１
参照）。

【００９４】以下にビット数ｋ＝２，電荷転送チャネル
数ｑ＝２の場合を例にとって各部の動作を説明する。

【００９５】まず、図１１（ｂ１）に示すように、１番
目の画素Ｐ１の信号ａを垂直電荷転送部２の１番目のビ
ットへ読み出す。次いで、２（ｋ−１）／ｋ＝１ビット
分の信号を垂直方向に転送した後、２番目の画素Ｐ２の
信号ｂを垂直電荷転送部２の２番目のビットに読み出
し、１ビット分を転送する（同図（ｂ２）参照）。これ
らの動作により、垂直電荷転送部２には信号ａと信号ｂ
の間に１ビット分の空ビットが生じる。

【００９６】また、垂直電荷転送部２は１Ｈ期間中に２
ビット分の転送動作を行うため、２本の水平転送部には
一方のチャネルＨＣＣＤ１に１画素分の信号が蓄積し、
他方のチャネルＨＣＣＤ２には空の信号が蓄積する。

【００９７】以下、同様にして、図１１及び図１２に示
すように、（１）ｉ番目の画素Ｐｉの信号を垂直電荷転
送部２のｉ番目のビットへ読み出した後、（２）１ビッ
ト分の信号電荷を垂直方向に転送し、次いで、（３）ｉ
＝ｉ＋２とする。

【００９８】そして、上記（１）〜（３）の動作を繰り
返す。

【００９９】同時に、（４）垂直電荷転送部２が２ビッ
ト分の信号の転送動作を行う間に水平電荷転送部４，
５、即ちＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２を駆動し、垂直１画素
分の信号と空の信号をパラレルに得る。

【０１００】以上の動作を水平電荷転送部から最も遠い
画素に至る迄行い、ＨＣＣＤ１から信号ａ，ｂ，ｃ，…
を得る。

【０１０１】他方、上記（１）〜（３）の動作が２ｒ＋
１回繰り返される動作の途中、即ち水平電荷転送部より
１番目の画素からｒ番目の画素迄が水平電荷転送部に読
み出される（図１１及び図１２ではｒ＝７）時刻ｔ_a時
点において、再度、水平電荷転送部より１番目の画素か
ら上記（１）〜（３）の動作を繰り返し、ＨＣＣＤ２か
ら信号ａ’，ｂ’，ｃ’，…を得る。

【０１０２】これらの信号ａ’，ｂ’，ｃ’，…は、上
記の信号ａ，ｂ，ｃ，…の間のビットに読み出されるか
ら、時刻ｔ_a以降は垂直転送部は２種類の信号列（ａ，
ｂ，ｃ，…）と（ａ’，ｂ’，ｃ’，…）が１ビット置
きに交互に空ビットなく読み出されることになる。

【０１０３】従って、２本の水平電荷転送部ＨＣＣＤ
１，ＨＣＣＤ２からは、一方の水平転送部ＨＣＣＤ１か
ら信号列（ａ，ｂ，ｃ，…）が、他方の水平転送部ＨＣ
ＣＤ２から信号列（ａ’，ｂ’，ｃ’，…）が得られる
ことになる。但し、ａ−ａ’間、ｂ−ｂ’間等には、ｒ
Ｈだけ時間のずれが生じる。

【０１０４】以上の動作を１Ｖ期間毎に繰り返すと、前
に得られた信号（ａ，ｂ，ｃ，…）列では、露光時間が
１Ｖ−ｒＨであるのに対し、後に得られる信号列
（ａ’，ｂ’，ｃ’，…）では露光時間がｒＨとなる。

【０１０５】ここで、例えば、ＮＴＳＣ規格では１Ｖ＝
２６２．５Ｈであるから、（１Ｖ−ｒＨ）：ｒＨ＝２５
５．５：７となり、同じ画像情報を露光期間が大きく異
なる２種類得られることになる。これはワイドダイナミ
ックレンジ動作に有効なものとなる。以下にその理由を
図１３に従って説明する。

【０１０６】図１３（ａ）は、本実施形態６の固体撮像
装置の信号処理系を示す。また、同図（ｂ）は光量と信
号との関係を示す。この信号処理系は、遅延回路１１、
白レベルを一定値に規制する白クリップ回路１２，１２
及び加算回路１３で構成されており、２本の水平転送部
ＨＣＣＤ１，ＨＣＣＤ２から転送される信号列（ａ，
ｂ，ｃ，…），信号列（ａ’，ｂ’，ｃ’，…）を同時
化するため、前に得られる信号列（ａ，ｂ，ｃ，…）を
ｒＨだけ遅延させるために遅延回路１１に通している。

【０１０７】次いで、同時化された両信号列（ａ，ｂ，
ｃ，…），（ａ’，ｂ’，ｃ’，…）を、それぞれ白ク
リップ回路１２，１２に通す。その後、両信号列（ａ，
ｂ，ｃ，…），（ａ’，ｂ’，ｃ’，…）は加算回路１
３により加算され、これでワイドダイナミックレンジ化
された信号１４が得られる。

【０１０８】なお、図１３（ｂ）において、白クリップ
回路１２，１２を通過した信号列（ａ，ｂ，ｃ，…），
（ａ’，ｂ’，ｃ’，…）は、（１），（２）で示され
る。

【０１０９】上記のように、信号列（ａ，ｂ，ｃ，…）
と信号列（ａ’，ｂ’，ｃ’，…）の露光時間比、即ち
感度比は（１Ｖ−ｒＨ）：ｒＨ＝ｎ：１となるから、飽
和に達する光量はＩ₀：ｎＩ₀となる。

【０１１０】従って、加算回路１３により加算された信
号１４は、同図（ｂ）中に（３）で示すラインとなり、
低い光量では高い感度が維持されたまま、飽和光量をｎ
倍に迄高めることが可能になる。即ち、本実施形態６に
よれば、ワイドダイナミックレンジ化が達成されてい
る。このため、強い光を背景とするような逆光下におい
ても、明るい所での白つぶれや暗い所での黒つぶれのな
い撮影が可能となる。即ち、広い光量範囲にわたって階
調が保持された固体撮像装置を実現できる。

【０１１１】加えて、本実施形態６の固体撮像装置は、
垂直駆動回路３の構成を一部改良し（即ち、電荷転送手
段等は同一の構成で）、それに応じた駆動方式を採用す
るだけで、ワイドダイナミックレンジ化を図ることがで
きるので、種々のオプションを選択でき、使い勝手を向
上できる固体撮像装置を実現できる。

【０１１２】しかも、そのような選択が、垂直駆動回路
部の一部を改良するだけで実現できるので、大幅なコス
トアップを伴うことなく、使い勝手を向上できる固体撮
像装置を実現できる利点がある。

【０１１３】

【発明の効果】以上の本発明によれば、垂直電荷転送部
（第１の電荷転送手段）を（ｋ−１）／ｋビット転送す
る毎に、１画素分の画素信号を水平電荷転送部（第２の
電荷転送手段）に近い側から順に垂直電荷転送部へ読み
出すため、垂直電荷転送部１ビット当たりｋ個の画素が
対応していても、全ての画素信号を順次読み出すことが
可能となる。このため、垂直電荷転送部１ビット当たり
１画素信号を扱う条件はそのままで、画素密度を従来の
ｋ倍にまで高めることが可能となる。

【０１１４】この結果、垂直電荷転送部１ビットが画素
ピッチのｋ倍の長さに相当するので、大きな取り扱い信
号量を確保できる。このため、プログレッシブスキャン
動作を行う場合に、上記従来のプログレッシブスキャン
型ＣＣＤが有する問題点を解消できる。

【０１１５】しかも、上記構成においては、垂直電荷転
送部に転送のためのクロックを与える駆動手段の駆動方
式を変更するだけで、画素部や垂直電荷転送部の構成を
変更することなく、取り扱い信号量の大きいプログレッ
シブスキャン動作を実現できる。即ち、従来のプログレ
ッシブスキャン型ＣＣＤの構成を大きく変更する必要が
ないので、簡単に製作できる。

【０１１６】また、垂直電荷転送部１ビット当たりｋ個
の画素が対応しているため、結果的に垂直転送部の密度
を１／ｋに緩和できる。このため、撮像装置の多画素化
・小型化を図ることができる。更には、高感度化、ワイ
ドダイナミックレンジ化等の高性能化が可能となる。

【０１１７】また、垂直電荷転送部が１水平走査期間毎
にｑビット分の転送動作を行う構成によれば、転送動作
が周期的な連続動作によって行われるため、長期間静止
することがない。このため、画素部から読み出した信号
が水平電荷転送部に遠い部分ほど長期間にわたり、垂直
電荷転送部内で静止状態のまま保持されることがなく、
暗電流は各垂直電荷転送部に均等に配分されるので、固
定パターンノイズを発生することがない。

【０１１８】また、特に請求項６，７記載の固体撮像装
置によれば、読み出し時間を一層短縮できる利点があ
る。

【０１１９】また、特に請求項９記載の固体撮像装置に
よれば、シャッタ時間可変の電子シャッタ動作を行うこ
とができる。

【０１２０】また、特に請求項１０〜請求項１５記載の
固体撮像装置によれば、ワイドダイナミックレンジ化が
図れ、被写体の中に逆光等の非常に光量の強い光が存在
する場合であっても、これに起因して画像がつぶれてし
まうことがなく全画面で画像を撮影することができる固
体撮像装置を実現することができる。

【０１２１】また、僅かな設計変更を行うだけで、種々
のオプションを選択でき、使い勝手を向上できる固体撮
像装置を実現できる。更には、そのような選択が、垂直
駆動回路部の一部を改良するだけで実現できるので、大
幅なコストアップを伴うことなく、使い勝手を向上でき
る固体撮像装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る本発明固体撮像装置の平面構
成を電荷転送のタイミングと共に示す模式図。

【図２】図１に示す固体撮像装置の動作を、垂直方向の
画素数が１６の場合を例にとって示す模式図。

【図３】図１に示す垂直駆動回路の回路構成を波形図と
共に示す模式図。

【図４】実施形態２に係る本発明固体撮像装置の平面構
成を電荷転送のタイミングと共に示す模式図。

【図５】図４に示す固体撮像装置の動作を、垂直方向の
画素数が１６の場合を例にとって示す模式図。

【図６】実施形態３に係る本発明固体撮像装置の平面構
成を電荷転送のタイミングと共に示す模式図。

【図７】実施形態４に係る本発明固体撮像装置の平面構
成を電荷転送のタイミングと共に示す模式図。

【図８】図７に示す固体撮像装置の動作を、垂直方向の
画素数が１６の場合を例にとって示す模式図。

【図９】実施形態５に係る本発明固体撮像装置の動作
を、垂直方向の画素数が１６の場合を例にとって示す模
式図。

【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施形態１の固体
撮像装置の変形例をそれぞれ示す略図。

【図１１】実施形態６に係る本発明固体撮像装置の平面
構成を電荷転送のタイミングと共に示す模式図。

【図１２】実施形態６に係る本発明固体撮像装置の動作
を示す模式図。

【図１３】（ａ）は実施形態６に係る本発明固体撮像装
置の信号処理系を示すブロック図、（ｂ）は光量と信号
との関係を示すグラフ。

【図１４】従来の固体撮像装置の平面構成を電荷転送の
タイミングと共に示す模式図。

【図１５】また、別の従来の固体撮像装置の平面構成を
電荷転送のタイミングと共に示す模式図。

【図１６】更に別の従来の固体撮像装置の平面構成を電
荷転送のタイミングと共に示す模式図。

【符号の説明】

１ 画素 ２ 垂直電荷転送部 ３ 垂直駆動回路 ４，５ 水平電荷転送部 １１ 遅延回路 １２ 白クリップ回路 １３ 加算回路 １４ 信号

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を光電変換し、発生する信号電荷
   を蓄積する画素を第１の方向にｎ個配列してなる画素部
   と、 該画素部に接続され、１ビット当たり該画素がｋ個対応
   し、該画素部の各画素のそれぞれから読み出される信号
   を該第１の方向に転送する第１の電荷転送手段と、 該第１の電荷転送手段の一端部に接続され、該第１の電
   荷転送手段によって転送された信号を受け取り、該受け
   取った信号を該第１の方向と実質的に直交する第２の方
   向に転送する第２の電荷転送手段と、 該第２の電荷転送手段の一端部に接続され、該第２の電
   荷転送手段によって転送された信号を受け取り、該受け
   取った信号を映像信号に変換して外部装置に出力する出
   力手段と、 該第１の電荷転送手段を駆動する駆動手段とを備えた固
   体撮像装置であって、 該駆動手段は、（１）該画素部に配列された該ｎ個の画
   素のうち、該第２の電荷転送手段に近い側より第ｉ番目
   の画素からの信号を、該第１の電荷転送手段の第ｊビッ
   ト部に読み出し、（２）該読み出した信号を、（ｋ−
   １）／ｋビット分該第１の方向に転送し、（３）ｉ＝ｉ
   ＋１とし、（４）該ステップ（１）〜（３）を該画素部
   に配置された画素のうち該第２の電荷転送手段に最も近
   い位置の第１番目の画素から最も遠い位置の画素に至る
   まで繰り返させるように該第１の電荷転送手段を駆動す
   る 但し、ｋは２以上の整数 ｊ＝ＩＮＴ[｛（ｉ−１）／ｋ｝＋１]，ＩＮＴ[]は[]の
   整数部（小数部切り捨て） ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記第２の電荷転送手段から最も遠い位
   置の第ｎ番目の画素が読み出された後は、前記第１の電
   荷転送手段に転送動作のみを行わせるべく前記駆動手段
   が複数の駆動信号を発生させるステップ（５）の動作を
   更に含むことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
   置。
3. 【請求項３】 前記第２の電荷転送手段は、ｑ本の電荷
   転送チャネルを有する 但し、ｑは１以上の整数 ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の固体撮像
   装置。
4. 【請求項４】 前記第１の電荷転送手段はｍ相駆動構造
   であり、前記駆動手段は、前記信号読み出しのための読
   み出しパルスを該第１の電荷転送手段に順次与える走査
   回路と、転送のためのｍ相のクロックを該第１の電荷手
   段に供給するクロック供給手段とを有する 但し、ｍは２以上の整数 ことを特徴とする請求項１〜請求項３記載の固体撮像装
   置。
5. 【請求項５】 前記ステップ（１）〜（３）の繰り返し
   を、映像信号の水平ブランキング期間内にｐ＝ｑ・ｋ／
   （ｋ−１）回行い、水平走査期間にはｑ本のチャネルか
   らなる前記第２の電荷転送手段から信号読み出しを行う 但し、ｐが非整数の場合、ＩＮＴ[ｐ]とＩＮＴ[ｐ＋１]
   の組み合わせで決定されるｐ回 ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】 前記第１の電荷転送手段と前記第２の電
   荷転送手段との間に、前記第１の方向にｎ／ｋビット以
   上のビットを有する第３の電荷転送手段を備え、該第３
   の電荷転送手段がメモリ部となることを特徴とする請求
   項１記載の固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記第３の電荷転送手段は、前記第１の
   電荷転送手段と同じ相数駆動構造であり、第１の方向へ
   の電荷転送時に前記駆動手段が該第１の電荷転送手段と
   該第３の電荷転送手段とを同期して駆動させることを特
   徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
8. 【請求項８】 前記ステップ（１）〜（４）までの動作
   は映像信号の垂直ブランキング期間に行い、ステップ
   （５）の動作は信号読み出し期間に行うことを特徴とす
   る請求項６又は請求項７に記載の固体撮像装置。
9. 【請求項９】 前記ステップ（１）〜（４）の動作を終
   了した後であって、前記ステップ（５）の動作の途中
   に、前記第１の電荷転送手段内の信号電荷が前記第３の
   電荷転送手段へ転送された後に、再度該ステップ（１）
   〜（４）の動作を行わせ、その後、再度のステップ
   （５）動作で出力される信号の有効露光期間を任意に設
   定することを特徴とする請求項６又は７記載の固体撮像
   装置。
10. 【請求項１０】 入射光を光電変換し、発生する信号電
    荷を蓄積する画素を第１の方向にｎ個配列してなる画素
    部と、 該画素部に接続され、１ビット当たり該画素がｋ個対応
    し、該画素部の各画素のそれぞれから読み出される信号
    を該第１の方向に転送する第１の電荷転送手段と、 該第１の電荷転送手段の一端部に接続され、該第１の電
    荷転送手段によって転送された信号を受け取り、該受け
    取った信号を該第１の方向と実質的に直交する第２の方
    向に転送する第２の電荷転送手段と、 該第２の電荷転送手段の一端部に接続され、該第２の電
    荷転送手段によって転送された信号を受け取り、該受け
    取った信号を映像信号に変換して外部装置に出力する出
    力手段と、 該第１の電荷転送手段を駆動する駆動手段とを備えた固
    体撮像装置であって、 該駆動手段は、（１）該画素部に配列された該ｎ個の画
    素のうち、該第２の電荷転送手段に近い側より第ｉ番目
    及び第ｉ＋１番目の画素からの信号を、該第１の電荷転
    送手段の第ｊビット部に加算して読み出し、（２）該読
    み出した信号を、２（ｋ−１）／ｋビット分該第１の方
    向に転送し、（３）ｉ＝ｉ＋２とし、（４）該ステップ
    （１）〜（３）を該画素部に配置された画素のうち該第
    ２の電荷転送手段に最も近い位置の第１番目の画素から
    最も遠い位置の画素に至るまで繰り返させ、 該ステップ（４）の途中の第２ｒ＋１番目の画素に至る
    まで繰り返させた時刻ｔ_a後からは再度、（５）前記ス
    テップ（１）〜（３）を該画素部に配置された画素のう
    ち該第２の電荷転送手段に最も近い位置の第１番目の画
    素から最も遠い位置の画素に至るまで繰り返させ、 前記時刻ｔ_aより以降は前記ステップ（４）及び（５）
    を同時に行うように該第１の電荷転送手段を駆動する 但し、ｋは２以上の整数 ｒは１以上の整数 ｊ＝ＩＮＴ［｛（ｉ−１）／ｋ｝＋１］，ＩＮＴ［ ］
    は［ ］の整数部（小数部切り捨て） ことを特徴とする固体撮像装置。
11. 【請求項１１】 前記ステップ（５）において、前記第
    ２の電荷転送手段から最も遠い位置の第ｎ番目の画素が
    読み出された後は、前記第１の電荷転送手段に転送動作
    のみを行わせるべく前記駆動手段が複数の駆動信号を発
    生させるステップ（６）の動作を更に含むことを特徴と
    する請求項１０記載の固体撮像装置。
12. 【請求項１２】 前記第２の電荷転送手段は、ｑ本の電
    荷転送チャネルを有する 但し、ｑは１以上の整数 ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の固体
    撮像装置。
13. 【請求項１３】 前記第１の電荷転送手段はｍ相駆動構
    造であり、前記駆動手段は、前記信号読み出しのため読
    み出しパルスを該第１の電荷転送手段に順次与える走査
    回路手段と、転送のためのｍ相のクロックを該第１の電
    荷転送手段に供給するクロック供給手段とを有する 但し、ｍは２以上の整数 ことを特徴とする請求項１０〜請求項１２記載の固体撮
    像装置。
14. 【請求項１４】 前記ステップ（１）〜（３）の繰り返
    しを、映像信号の水平ブランキング期間内にｐ＝ｑ・ｋ
    ／［（ｋ−１）・２］回行い、水平走査期間にはｑ本の
    チャネルからなる前記第２の電荷転送手段から信号読み
    出しを行う 但し、ｐが非整数の場合、ＩＮＴ［Ｐ］とＩＮＴ［Ｐ＋
    １］の組み合わせで決定されるｐ回 ことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像装置。
15. 【請求項１５】 前記ステップ（４）から得られる信号
    を第１の信号、前記ステップ（５）から得られる信号を
    第２の信号とし、該第１の信号をｒＨ（Ｈは１水平走査
    期間）だけ遅延する遅延回路を通した後、該第１の信号
    と該第２の信号とを白レベルを飽和信号以下の一定値に
    規制する２つの白クリップ回路にそれぞれ通し、更に該
    ２つの白クリップ回路からの該第１の信号及び該第２の
    信号を加算することを特徴とする請求項１０〜請求項１
    ４記載の固体撮像装置。