JPH118801A

JPH118801A - 撮像素子

Info

Publication number: JPH118801A
Application number: JP9162302A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Iura; 則行井浦; Toshiro Kinugasa; 敏郎衣笠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度の静止画を撮像するため、高画素のＣ
ＣＤ撮像素子を用いたとき、信号読み出しに時間がかか
る。この時、動画像を撮影する場合、リアルタイムで動
画を撮像することができない。【解決手段】（１）水平ＣＣＤに不要な電荷を掃き捨て
る機能を持たせる。（２）複数の水平ＣＣＤを持ち、不
要電荷の掃き捨て用と信号出力用に使い分ける。（３）
垂直ＣＣＤの最終段に電荷を掃き捨てる機能を持たせ
る。以上の機能を撮像素子に持たせて、効率良く不要な
電荷を撮像素子から捨て、水平ＣＣＤの駆動周波数の低
減をはかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に係り、特
に動画と静止画の撮像素子の構成と、その駆動方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像圧縮技術の進歩と、記録媒体
の大容量化が進み、画像情報をディジタル信号で記録す
るいわゆる電子カメラが多数製品化されている。現在、
電子カメラは、撮像画像の解像度に応じて民生用と業務
用に大別されている。現在一般的に民生用と位置づけら
れている電子カメラは画像解像度が水平６４０画素、垂
直４８０画素程度のいわゆるＶＧＡサイズであり、業務
用と位置づけられている電子カメラは、例えばＨＤ用の
１００万画素以上の撮像素子を用いて水平１２００画
素、垂直１０００画素程度の画像解像度を有している。
現在、民生用の画像解像度は上記した物が一般的である
が、更なる高解像度化のニーズは高い。

【０００３】また、電子カメラは、いわゆる銀塩フィル
ムを用いた写真と違い、撮像したらすぐにディジタルの
画像データを生成する事が出来る。民生用の電子カメラ
においては、上記特徴を生かして液晶ディスプレイ等の
表示手段を有して撮像画像の表示を行う機能を有した物
の市場ニーズが高い。

【０００４】さらに、上記液晶ディスプレイは、撮像時
におけるビューファインダとしての機能も兼用されるこ
とが多い。

【０００５】上記した市場ニーズを実現するために、民
生用の電子カメラにおいても撮像素子の高画素化が進ん
でおり、Ｈｉ８方式等のいわゆるビデオカメラが一般的
に有している撮像素子の画素数よりも多い画素を持った
電子カメラも市販されるにいたっている。

【０００６】また、もう一方の市場ニーズである液晶デ
ィスプレイを用いたビューファインダを実現するため
に、撮像素子で撮像された信号を例えば標準ＴＶ方式で
あるＮＴＳＣ方式の映像信号として液晶ディスプレイに
供給し、表示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、市場
ニーズ等を考えると、電子カメラは、（１）高解像度化（撮像素子の高画素化）（２）撮像静止画をすぐに再生するために液晶ディスプ
レイを装備（３）液晶ディスプレイをビューファインダとして兼用上記３点の機能を有していることが望ましい。

【０００８】しかし、上記機能を実現するに当たり、撮
像素子の高画素化に伴う信号電荷読み出し時間の増加、
という問題がある。ビデオカメラや電子カメラにおい
て、撮像素子は一般的にＣＣＤ撮像素子を用いている。
ＣＣＤ撮像素子の構成、および動作は今更説明するまで
もないので省略するが、ホトダイオードで光電変換され
た電荷は、撮像素子から出力する場合、全部の画素を読
み出さなければならない。つまり、垂直ＣＣＤで垂直方
向に転送されてきた電荷は、水平ＣＣＤに供給され、水
平ＣＣＤに供給された電荷は、水平ＣＣＤを駆動して撮
像素子から出力しなければならないが、水平方向の画素
数が増えると、１ライン分の信号を撮像素子から出力す
る時間が増大し、ビューファインダに供給できる信号
（例えばＮＴＳＣ方式に準拠した走査タイミングの映像
信号）を得ようとすると、水平ＣＣＤの駆動周波数が高
くなり、従来の水平ＣＣＤでは、電荷の転送が間に合わ
ない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記した問
題を解決する為に、（１）水平ＣＣＤの電荷を掃き捨て
る機能を持たせる。水平ＣＣＤに供給された電荷は、従
来水平ＣＣＤを駆動して撮像素子から出力していたが、
本発明では水平ＣＣＤ内の電荷を捨てる機能を持たせる
ことで、不要な電荷を高速に捨てることが出来る。つま
り、撮像素子の全有効画素の内、不要な信号部分を一括
して捨てる。

【００１０】また、（２）水平ＣＣＤを２本持つ。従来
複数の水平ＣＣＤを持った撮像素子は、時分割で電荷の
転送を行うことで、１本当たりの水平ＣＣＤの駆動周波
数を低減していたが、本発明では、一方を不要電荷の掃
き捨てに用い、他方を信号の出力用に用いる。

【００１１】また、（３）垂直ＣＣＤの最終段に電荷掃
き捨て機能を持たせる。垂直ＣＣＤの最終段に電荷掃き
捨て機能を持たせることで、水平ＣＣＤへの電荷供給を
阻止し、不要な電荷を捨てる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて説明す
る。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子
の構成を模式的に表した図である。同図において、１０
１は一般的に画素と呼ばれているホトダイオード、１０
２は垂直ＣＣＤ、１０３は水平ＣＣＤ、１０４は水平Ｃ
ＣＤドレインゲート、１０５は水平ＣＣＤドレインであ
る。また、図２は従来の一般的な撮像素子の構成を模式
的に表した図である。

【００１３】従来の撮像素子において、連続した画像、
つまり動画像を得るためにはホトダイオード１０１で光
電変換されて垂直ＣＣＤ１０２に転送された電荷は、そ
のフィールド期間中に全て水平ＣＣＤ１０３に転送しな
ければならない。また、水平ＣＣＤ１０３に転送された
１ライン分の信号は、１水平期間内に撮像素子から出力
しなければならない。なお、本実施の形態においては、
ＮＴＳＣに準拠した水平、垂直走査タイミングの動画像
を得る事を前提に説明するが、走査タイミングは、これ
に限定される物ではない。

【００１４】図３は、撮像素子表面の受光面を上から見
た状態を表している。同図において、白抜きの部分は撮
像素子の有効画素が配されている部分であり、斜線部分
は所望の画像切り出し領域である。ＣＣＤ撮像素子は、
ホトダイオード１０１で光電変換された信号を読み出す
に当たって、図３に示すような所望の切り出し画像領域
のみの信号を撮像素子から出力することは出来ない。つ
まり、ホトダイオード１０１によって光電変換された電
荷は、上記所望の画像切り出し領域のみを選択して撮像
素子から出力することは出来ない。そこで、下記の方法
で所望の画像切り出し領域以外の信号を撮像素子から出
力する。

【００１５】まず、図３のＡ、Ｂに示す垂直方向の電荷
の捨て方について説明する。図４は、垂直ＣＣＤ１０２
における垂直方向の電荷の転送を行うための駆動パルス
を簡略化した図である。なお、一般的なＣＣＤ撮像素子
においては、４つの垂直転送パルスでいわゆるバケツリ
レーのような方法で電荷を垂直方向に転送するが、電荷
の転送方法は公知であるので説明を省略する。図４中の
ＡおよびＢに示す部分は、垂直方向の転送を、高速に行
っている部分を示す。また、ホトダイオード１０１から
垂直ＣＣＤ１０２への電荷の転送は、垂直ＣＣＤ１０２
に、電荷転送パルスよりも高い電圧をかけることで行わ
れる。垂直方向の転送は、通常１水平期間につき１回の
割合で行われるが、本実施の形態においては、少なくと
も垂直ブランキング期間（垂直帰線期間）中に図３中の
Ａで示したライン数に応じた数だけ垂直方向に電荷を転
送出来るように高速に駆動パルスを動かす。上記動作で
垂直ＣＣＤ１０２内の画面上部に相当する不要な電荷は
垂直ＣＣＤ１０２から捨てることが出来る。なお、画面
上部の不要な電荷を捨てるのは、図４のＡ部分で行われ
る。また、図３のＢに示す画面下部に相当する不要な電
荷も上記方法と同様に垂直ＣＣＤ１０２内から捨てる。
この時の不要電荷を捨てるのは、図４のＢに示す部分で
行われる。

【００１６】ところで、上記動作によって垂直ＣＣＤ１
０２から捨てられた不要な電荷は、消えて無くなるわけ
ではなく、水平ＣＣＤ１０３に蓄えられる。水平ＣＣＤ
１０３に蓄えられた不要な電荷は、従来垂直ブランキン
グ期間中に水平ＣＣＤ１０３を高速で駆動し撮像素子か
ら出力していた。しかし、垂直ブランキング期間は、そ
の時間に限りがあり、撮像素子の垂直方向の画素数が増
加した場合や、図３に示すＡとＢの長さが極端に異なる
場合（所望の画像切り出し領域が撮像素子の有効な画素
が配されている領域の上または下に極端に寄っている場
合）、垂直ＣＣＤ１０２における垂直方向の電荷転送を
より高速に行わなければならない。しかし、電荷の転送
速度には限界がある。

【００１７】本実施の形態においては、限られた時間内
により多くの垂直ＣＣＤ１０２内の不要な電荷を捨てる
事を可能とするため、図１に示すように水平ＣＣＤ１０
３の傍らに水平ＣＣＤドレインゲート１０４と水平ＣＣ
Ｄドレイン１０５を配した。

【００１８】次に水平ＣＣＤドレインゲート１０４と水
平ＣＣＤドレイン１０５の動作を説明する。

【００１９】上記動作によって水平ＣＣＤ１０３に蓄え
られた不要な電荷は、従来の一般的なＣＣＤ撮像素子の
場合、水平ＣＣＤを駆動して水平ＣＣＤ１０３内の不要
な電荷を撮像素子から出力していた。しかし、水平ＣＣ
Ｄ１０３の駆動速度は、ＣＣＤの転送効率の問題から、
駆動動作速度に限界がある。そこで、図１に示すよう
に、水平ＣＣＤ１０３の傍らに水平ＣＣＤドレインゲー
ト１０４を配した。図５および６に、垂直ＣＣＤ１０２
と、水平ＣＣＤ１０３と、水平ＣＣＤドレインゲート１
０４のポテンシャルの関係を模式的に示す。また、両図
中の水平ＣＣＤ１０３上部の斜線部分は、電荷を表す。
なおポテンシャルは、与えられる電圧が高くなると低く
なる。図５の状態は、水平ＣＣＤドレインゲート１０４
のポテンシャルが高い状態であり、図６の状態は水平Ｃ
ＣＤドレインゲートのポテンシャルが低い状態である。
電荷は、ポテンシャルの高い所から低い所へ移動するの
で、図５に示す状態の時は、水平ＣＣＤ１０３内の電荷
は水平ＣＣＤドレインゲート１０４を越えて水平ＣＣＤ
ドレインに移動することはない。しかし、図６の状態
は、水平ＣＣＤドレインゲート１０４のポテンシャルが
低いので、水平ＣＣＤ１０３内の電荷が水平ＣＣＤドレ
インゲート１０４を越えて水平ＣＣＤドレイン１０５に
流れ込む。水平ＣＣＤドレイン１０５は、流れ込む電荷
を基板内に捨てる機能を持つ。上記垂直ＣＣＤ１０２を
高速で駆動している期間に図６に示す状態にすると、垂
直ＣＣＤ１０２から供給される不要な電荷を全て水平Ｃ
ＣＤ１０３から捨てることが出来る。つまり水平ＣＣＤ
１０３内の電荷を読み出す時間も垂直ＣＣＤ１０２の高
速動作に割り当てることが可能となり、より多くの垂直
方向の不要画素の信号を捨てることが出来る。上記垂直
ＣＣＤ１０２の高速動作中の水平ＣＣＤドレインゲート
１０４の駆動波形の１例を図７に示す。

【００２０】次に、図３のＣ、Ｄに示す部分（水平方
向）の不要電荷の捨て方を説明する。上記したように、
撮像素子の読み出しの速度は、水平、垂直共にＮＴＳＣ
方式のタイミングに準拠して行わなければならない。Ｎ
ＴＳＣ方式の１水平期間は略６３．５μＳ（マイクロ
秒）であり、その内の帰線期間を除いた有効期間は略５
３μＳであるので、水平ＣＣＤ１０４は、下記式で求ま
る周波数で駆動しなければならない。

【００２１】水平ＣＣＤ駆動周波数＝１／（５３μＳ／１２８０）＝約２４ＭＨｚところが、従来の撮像素子における水平ＣＣＤの駆動周
波数は、上記略２４ＭＨｚという高速で動作させると、
電荷の転送が間に合わない。以上の点を鑑み、水平ＣＣ
Ｄ１０３の駆動周波数を下げなければならない。そこ
で、まず、図８（ａ）に示すように、水平ＣＣＤ１０３
内に１ライン分の信号を垂直ＣＣＤ１０２から読み込
む。水平ＣＣＤ１０３内の電荷を水平ＣＣＤ１０３を駆
動して撮像素子から出力する。図４のＣと、所望の画素
切り出し領域の部分の電荷の転送しが終わった状態を図
８（ｂ）に示す。この時、水平ＣＣＤ１０３には、図４
のＤの部分の電荷が残っているので上記した水平ＣＣＤ
ドレインゲート１０４の動作で水平ＣＣＤドレイン１０
５に捨てる。つまり、水平ＣＣＤ１０３の電荷転送回数
を、図４のＤで示した部分に相当する画素数個だけ少な
くすることが出来る。この時、ＣとＤの画素数が等し
く、所望の画像切り出し部分の水平方向の画素数が７２
０画素だったとすると、水平ＣＣＤ１０３の駆動周波数
は下記式の通りになる。（上記条件から、Ｃ、Ｄ各々の
数は２８０となる。）水平ＣＣＤ駆動周波数＝１／（５３μＳ／（１２８０−２８０））＝約１９ＭＨｚ上記動作によって、撮像素子からは、Ｃ部分の電荷と所
望の画像切り出し領域部分の電荷が出力される。なお、
Ｃ部分の電荷は、例えばラインメモリを用いて、内挿補
間の手法によって信号を電気的に拡大するいわゆるディ
ジタルズームを用いてＣ部分を除いた信号で画像信号を
生成すればよい。上記手法は、撮像素子の水平方向の画
素数が、従来ビデオカメラ等に用いられていた撮像素子
の水平方向の画素数よりも多い場合において、連続した
画像、つまり動画像を撮像するのに有効である。

【００２２】次に、静止画像を撮像する動作を説明す
る。静止画像の場合は、連続した撮像の必要がないの
で、撮像素子の仕様で定められたタイミングで、水平、
垂直方向の画素の転送（読み出し）を行うことが出来
る。そこで、撮像素子の電荷の読み出しは、従来一般的
に用いられている手法で撮像素子の全有効画素分の信号
を読み出すことが出来、高解像度の静止画像が得られ
る。

【００２３】上記動作で得られた動画像を液晶ディスプ
レイに表示しておき、ビューファインダにとして用い、
使用者の撮影画像の目安に用いることが出来る。

【００２４】次に、本発明の第２の実施の形態を図を用
いて説明する。図９は、本発明の実施の形態に係る撮像
素子の構成を模式的に示した図である。なお、図９の各
部は、図１に示す各部と共通点があり、動作が同一の物
に関しては、その説明を省略する。図９において、９０
１は水平ＣＣＤドレインゲート、９０２は水平ＣＣＤド
レインであり、図１の各部と異なっている点は、水平Ｃ
ＣＤドレインゲート９０１と、水平ＣＣＤドレイン９０
２の長さが異なっている点である。

【００２５】本実施の形態は、上記第１の実施の形態と
同様に、図３に示された、斜線部分の信号を効率よく読
み出す方法を説明する。まず、図３のＡ、Ｂに示す垂直
方向の電荷の捨て方について説明する。本実施の形態に
おいては、上記図３のＡ、Ｂ部分の電荷を上記第１の実
施の形態と同様に垂直ＣＣＤ１０２から水平ＣＣＤ１０
３に高速で転送する。この時、上記第１の実施の形態と
異なり、水平ＣＣＤ１０３内の電荷を全て捨てることが
出来ないので、上記垂直方向の高速転送が終了したら水
平ＣＣＤ１０３を駆動して電荷を撮像素子から出力す
る。上記動作は、全て垂直ブランキング期間中に行う。
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態で可能
であった垂直高速転送の時間は、上記水平ＣＣＤ１０３
の電荷掃き捨て時間を必要とするため、画面上部、下部
各々１水平期間だけ短くなる。

【００２６】次に、所望の画像切り出し領域であるライ
ンに相当する部分の図３のＣ、Ｄ部分の電荷の捨て方を
説明する。まず、図８（ａ）に示すように、水平ＣＣＤ
１０３内に１ライン分の信号を垂直ＣＣＤ１０２から読
み込む。水平ＣＣＤ１０３内の電荷を水平ＣＣＤ１０３
を駆動して撮像素子から出力する。図３のＣ部分と、所
望の画素切り出し領域の部分の電荷の転送しが終わった
状態を図８（ｂ）に示す。この時、水平ＣＣＤ１０３に
は、図３のＤの部分の電荷が残っているので上記した水
平ＣＣＤドレインゲート９０１の動作で水平ＣＣＤドレ
イン９０２に捨てる。つまり、上記第１の実施の形態と
同様に、水平ＣＣＤ１０３の電荷転送回数を、図３のＤ
で示した部分に相当する画素数個だけ少なくすることが
出来る。すなわち、上記第１の実施の形態と同様に、水
平ＣＣＤ１０３の駆動周波数を遅くすることが出来る。

【００２７】以下、本実施の形態においても、上記第１
の実施の形態と同様に、図３のＣ部分の電荷は、例えば
ラインメモリを用いて、内挿補間の手法によって信号を
電気的に拡大するいわゆるディジタルズームを用いてＣ
部分を除いた信号で画像信号を生成すればよい。

【００２８】また、図１０に示すように、水平ＣＣＤド
レインゲート９０１と水平ＣＣＤドレイン９０２を配置
して、水平ＣＣＤ１０３に垂直ＣＣＤ１０２から１ライ
ン分の電荷が供給された直後に水平ＣＣＤドレインゲー
ト９０１を操作して電荷を水平ＣＣＤドレイン９０２に
捨てても良い。

【００２９】ところで、上記第１および第２の実施の形
態に示した方法では、ビューファインダに表示された動
画像の画角と、撮像した静止画像の画角が異なってしま
う。そこで、ホトダイオード１０１に蓄えられた電荷の
内、特定ラインの電荷のみを選択して、垂直ＣＣＤ１０
２に、電荷を転送できるような機能を垂直ＣＣＤ１０２
に持たせて、静止画像を撮像しようとする前に予備走査
を行い画角決定が容易に行えるようにしてもよい。

【００３０】なお、予備走査とは、撮像素子の全有効画
素中の所定のラインを間引き、垂直ＣＣＤ１０２に電荷
を転送し、撮像素子からは所定のライン数のみしか出力
しない撮像素子の駆動方法である。なお、この時水平Ｃ
ＣＤ１０３は、上記理由から、全画素をＮＴＳＣ方式の
１水平期間中の有効画像領域中に出力することが出来な
いので、ＮＴＳＣ方式の１水平期間中の有効画像領域の
時間よりも遅い時間をかけて電荷を出力する。このまま
ではＮＴＳＣ方式のモニタには表示できないが、例えば
表示に用いている液晶ディスプレイは、残像時間が長い
ので、液晶ディスプレイの水平垂直の駆動タイミングを
上記撮像素子の駆動タイミングに合わせることで、画面
表示が可能となる。また、メモリを用いて、１画面全部
を記録し、次の表示できる画像が生成されるまで、同一
の画像を複数回表示して、ＮＴＳＣ方式に準拠したタイ
ミングの映像信号を生成しても良い。

【００３１】次に、本発明の第３の実施の形態を図を用
いて説明する。図１１は、本発明の第３の実施の形態に
係る撮像素子の構成を模式的に示す図である。同図にお
いて、１１０１は水平ＣＣＤ（１）、１１０２は水平Ｃ
ＣＤゲート、１１０３は水平ＣＣＤ（２）、１１０４は
水平ＣＣＤドレインゲート、１１０５は水平ＣＣＤドレ
インであり、上記図１の各部と動作が共通の部分は、図
１と同じ番号をつけ、説明を省略する。なお、本実施の
形態においても、上記第１の実施の形態と同様に、ＮＴ
ＳＣに準拠した水平、垂直走査タイミングの動画像を得
る事を前提に説明するが、走査タイミングは、これに限
定される物ではない。また、撮像素子全体の有効画素
と、所望の画像切り出し領域の関係も上記第１の実施の
形態と同じ物として説明する。

【００３２】まず、動画像を撮像する動作を説明する。
動画を撮像するに当たり、上記第１の実施例と同様に、
図３に示す所望の画像切り出し領域以外の電荷を捨て、
所望の画像切り出し領域の信号を撮像素子から出力す
る。まず、図３のＡ、Ｂ部分であるが、垂直方向の不要
な電荷については、上記第１の実施の形態と同様に垂直
ＣＣＤ１０２を高速で駆動する。垂直ＣＣＤ１０２で垂
直方向に転送された不要な電荷は、水平ＣＣＤ（１）１
１０１に転送される。この時、水平ＣＣＤゲート１１０
２と、水平ＣＣＤドレインゲート１１０４のポテンシャ
ルを下げ、水平ＣＣＤ（２）１１０３を介して図１２に
示すように電荷を水平ＣＣＤドレイン１１０５に捨て
る。

【００３３】次に、所望の画像切り出し領域であるライ
ンに相当する部分の図３のＣ、Ｄ部分の電荷の捨て方を
説明する。まず、図８（ａ）に示すように、水平ＣＣＤ
（１）１１０１内に１ライン分の信号を垂直ＣＣＤ１０
２から読み込む。水平ＣＣＤ（１）１１０１内の電荷を
水平ＣＣＤ（１）１１０１を駆動して電荷をシフトす
る。Ｃ部分に相当する電荷の転送が終わった状態を図１
３に示す。なお、図３のＣ部分の電荷は、撮像素子から
出力しても良いし、撮像素子内で捨ててもかまわない。
上記図１３に示す状態になったら、電荷を水平ＣＣＤ
（２）１１０３に転送する。この状態を図１４に示す。
上記図１４に示す状態つまり、水平ＣＣＤ（１）１１０
１内の電荷が空になったら、再び水平ＣＣＤ（１）１１
０１に垂直ＣＣＤ１０２から１ライン分の信号電荷を読
み込む。上記状態を図１５に示す。水平ＣＣＤ（２）１
１０３に転送された信号電荷は、所定の速度つまりＮＴ
ＳＣの走査タイミングに準拠するのであれば略５０μＳ
で撮像素子から出力する。この時、水平ＣＣＤ（１）１
１０１内の信号電荷中の図３に示すＣに相当する部分の
信号電荷は、上記水平ＣＣＤ（２）１１０３を転送して
いる最中に済ませておく。また、水平ＣＣＤ（２）１１
０３内の不要な電荷は、水平ＣＣＤドレインゲート１１
０４を操作して水平ＣＣＤドレイン１１０５に捨てる。
上記動作を行うための駆動の１例を図１６に示す。同図
において、ＶＣＣＤ波形は、垂直転送パルスであり、パ
ルスがＨＩレベルになることで、垂直ＣＣＤ１０２内の
信号電荷を水平ＣＣＤ（１）１１０１に転送し、Ｈ１波
形は、ＨＩレベルになることで水平ＣＣＤ（１）１１０
１内の信号電荷を１個分シフトし、Ｈ２波形は、ＨＩレ
ベルになることで水平ＣＣＤ（２）１１０３内の信号電
荷を１個分シフトし、ＨＤ１波形は、ＨＩレベルになる
ことで水平ＣＣＤゲート１１０２のポテンシャルを下
げ、水平ＣＣＤ（１）１１０１内の信号電荷を全て水平
ＣＣＤ（２）へ転送することを表し、ＨＤ２波形は、Ｈ
Ｉレベルになることで水平ＣＣＤ（２）１１０３内の信
号電荷を全て水平ＣＣＤドレイン（２）１７０２に捨て
ることを表す。

【００３４】なお、上記図３に示すＣ、Ｄ部分の長さが
予めわかっている場合は、図１７に示すように水平ＣＣ
Ｄゲート１１０２、水平ＣＣＤ（２）１１０３、水平Ｃ
ＣＤドレインゲート１１０４、水平ＣＣＤドレイン１１
０５、水平ＣＣＤドレインゲート１１０６（２）、水平
ＣＣＤドレイン（２）１７０２を配置して、水平ＣＣＤ
（２）１１０３を所望の画像切り出し領域の長さ分だけ
持ち、水平ＣＣＤ（２）１１０３は、水平ＣＣＤ（１）
１１０１から所望の画像切り出し部分のみの電荷を受け
取り、所望の画像切り出し領域の電荷転送が終了した
ら、水平ＣＣＤドレインゲート（２）１７０１のポテン
シャルを下げて水平ＣＣＤ（２）１１０３内に残った図
３のＤ部分の電荷を水平ＣＣＤドレイン（２）１７０２
に捨てることで、水平ＣＣＤ（２）１１０３内部の不要
電荷の掃き出しを省略することが出来、水平ＣＣＤ
（２）１１０３の駆動速度に更なる余裕が出来る。

【００３５】次に、静止画像を撮像する動作を説明す
る。静止画像の場合は、連続した撮像の必要がないの
で、本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と
同様に、撮像素子の仕様で定められたタイミングで、水
平、垂直方向の画素の転送（読み出し）を行うことが出
来る。そこで、撮像素子の電荷の読み出しは、水平ＣＣ
Ｄ（２）１１０３を介さずに水平ＣＣＤ（１）１１０１
から従来一般的に用いられている手法で撮像素子の全有
効画素分の信号を読み出すことが出来、高解像度の静止
画像が得られる。上記動作で得られた動画像を液晶ディ
スプレイに表示しておき、ビューファインダとして用
い、使用者の撮影画像の目安に用いることが出来る。

【００３６】また、上記方法では、ビューファインダに
表示する画角と、撮像した静止画の画角が異なってしま
う。上記問題は、動画を表示する場合でも、撮像素子の
全画素をゆっくりした速度で読み、メモリに画像を記録
し、フィールドのレートを落としてビューファインダに
表示する。なお、ビューファインダに表示する画像は、
上記の他に上記第２の実施の形態で示した予備走査の手
法を取り、静止画像の画角と、静止画像撮像前にビュー
ファインダに表示する画角を一致させても良い。

【００３７】次に、本発明の第４の実施の形態を図を用
いて説明する。図１８は、本発明の第４の実施の形態に
係る撮像素子の構成を模式的に表した図である。同図に
おいて、１８０１は垂直ＣＣＤドレインゲート、１８０
２は垂直ＣＣＤドレインであり、上記した実施の形態と
共通の動作をする部分に関しては、共通の番号をつけ、
説明を省略する。また、上記垂直ＣＣＤドレインゲート
１８０１、および垂直ＣＣＤドレイン１８０２は、撮像
素子が有する全ての垂直ＣＣＤ１０２に設けられてお
り、垂直ＣＣＤ１０２の最終段、つまり電荷を水平ＣＣ
Ｄ１０３に送り出す最後の垂直ＣＣＤ１０２に配され
る。

【００３８】まず、動画像を撮影する動作を説明する。
本実施例においても、上記第１の実施の形態と同様に図
３に示す所望の画像切り出し領域を動画像として撮像素
子から出力し、その動画像はＮＴＳＣ方式に準拠した水
平垂直走査タイミングを持ち、静止画像は、撮像素子が
有する全ての有効な画素情報から生成する物とする。上
記第１の実施の形態と同様に、垂直ＣＣＤ１０２に転送
された電荷の内、図３のＡに示す部分に相当するライン
数だけを垂直ＣＣＤ１０２を高速で駆動する。この時、
垂直ＣＣＤドレインゲートを操作し、電荷を垂直ＣＣＤ
ドレイン１８０１に捨てる。

【００３９】次に、垂直ＣＣＤドレインゲート１８０１
の動作を説明する。図１９および図２０は、垂直ＣＣＤ
１０２と、垂直ＣＣＤドレインゲート１８０１、垂直Ｃ
ＣＤドレイン１８０２のポテンシャルの関係を模式的に
示す。また、両図中の垂直ＣＣＤ１０２上部の斜線部分
は、電荷を表す。なおポテンシャルは、与えられる電圧
が高くなると低くなる。図１９の状態は、垂直ＣＣＤド
レインゲート１８０１のポテンシャルが高い状態であ
り、図２０の状態は、垂直ＣＣＤドレインゲート１８０
１のポテンシャルが低い状態である。電荷は、ポテンシ
ャルの高い所から低い所へ移動するので、図１９に示す
状態の時は、垂直ＣＣＤ１０２内の電荷は垂直ＣＣＤド
レインゲート１８０１を越えて垂直ＣＣＤドレイン１６
０２に移動することはない。しかし、図２０の状態は、
垂直ＣＣＤドレインゲート１８０１のポテンシャルが低
いので、垂直ＣＣＤ１０２内の電荷が垂直ＣＣＤドレイ
ンゲート１８０１を越えて垂直ＣＣＤドレイン１８０２
に流れ込む。垂直ＣＣＤドレイン１８０２は、流れ込む
電荷を基板内に捨てる機能を持つ。上記垂直ＣＣＤ１０
２を高速で駆動している期間に図２０に示す状態にする
と、垂直ＣＣＤ１０２の最終段に供給される不要な電荷
を全て垂直ＣＣＤ１０２から捨てることが出来る。つま
り水平ＣＣＤ１０３への電荷の供給が阻止されるので、
水平ＣＣＤ１０３内の電荷を読み出す時間も垂直ＣＣＤ
１０２の高速動作に割り当てることが可能となり、より
多くの垂直方向の不要画素の信号を捨てることが出来
る。上記垂直ＣＣＤ１０２の高速動作中の垂直ＣＣＤド
レインゲート１８０１の駆動波形の１例を図２１に示
す。なお、図３のＢに示す部分においても、上記動作と
同様に電荷を捨てる。

【００４０】次に、図３のＣ、Ｄに示す部分（水平方
向）の不要電荷の捨て方を説明する。上記したように、
撮像素子の読み出しの速度は、水平、垂直共にＮＴＳＣ
方式のタイミングに準拠して行わなければならないが、
上記第１の実施の形態にも説明したように、ＮＴＳＣ方
式の１水平期間中に読み出すことが出来る１ライン分の
信号には限りがある。そこで、上記した垂直ＣＣＤドレ
インゲート１８０１の内、図３のＤに示す部分の画素に
相当する部分が供給される垂直ＣＣＤドレインゲート１
８０１のみのポテンシャルを下げて、図２０に示す状態
にし、図３のＤに示す部分の電荷を垂直ＣＣＤドレイン
１８０２に捨てる。上記動作によって、水平ＣＣＤ１０
３には、図２２に示すように電荷が供給される。図２２
に示す状態になったら、水平ＣＣＤ１０３を駆動し、撮
像素子から図３のＣに示す部分と、所望の画像切りだし
領域に相当する部分の電荷を出力する。上記動作によっ
て、上記第１の実施の形態と同様に、水平ＣＣＤ１０３
の電荷転送回数を、図４のＤで示した部分に相当する画
素数個だけ少なくすることが出来る。なお、Ｃ部分の電
荷は、上記第１の実施の形態と同様に、例えばラインメ
モリを用いて、内挿補間の手法によって信号を電気的に
拡大するいわゆるディジタルズームを用いてＣ部分を除
いた信号で画像信号を生成すればよい。上記手法は、撮
像素子の水平方向の画素数が、従来ビデオカメラ等に用
いられていた撮像素子の水平方向の画素数よりも多い場
合において、連続した画像、つまり動画像を撮像するの
に有効である。

【００４１】次に、静止画像を撮像する動作を説明す
る。静止画像の場合は、連続した撮像の必要がないの
で、撮像素子の仕様で定められたタイミングで、水平、
垂直方向の画素の転送（読み出し）を行うことが出来
る。そこで、撮像素子の電荷の読み出しは、従来一般的
に用いられている手法で撮像素子の全有効画素分の信号
を読み出すことが出来、高解像度の静止画像が得られ
る。上記動作で得られた動画像を液晶ディスプレイに表
示しておき、ビューファインダにとして用い、使用者の
撮影画像の目安に用いることが出来る。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、画素数
の多いＣＣＤ撮像素子を用いても、高解像度の静止画撮
像と、動画像の撮影を行うことが出来る安価な撮像素
子、および電子カメラを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の構
成を模式的に示す図である。

【図２】従来の撮像素子の一般的な構成を模式的に示す
図である。

【図３】本発明の第１、２、３および４の実施の形態に
係る撮像素子の有効画素および所望の画像切り出し領域
を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の駆
動タイミングチャートの１例である。

【図５】本発明の第１、２および３の実施の形態に係る
撮像素子のポテンシャルを表す図である。

【図６】本発明の第１、２および３の実施の形態に係る
撮像素子のポテンシャルを表す図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の駆
動タイミングチャートの１例である。

【図８】本発明の第１、２および３の実施の形態に係る
水平ＣＣＤ内の電荷の状態を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子の構
成を模式的に示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子の
構成を模式的に示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る撮像素子の
構成を模式的に示す図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る撮像素子の
ポテンシャルを表す図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る水平ＣＣＤ
内の電荷の状態を示す図である。

【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る水平ＣＣＤ
内の電荷の状態を示す図である。

【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る水平ＣＣＤ
内の電荷の状態を示す図である。

【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る撮像素子の
駆動タイミングチャートの１例である。

【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る撮像素子の
構成を模式的に示す図である。

【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る撮像素子の
構成を模式的に示す図である。

【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る撮像素子の
ポテンシャルを表す図である。

【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る撮像素子の
ポテンシャルを表す図である。

【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る撮像素子の
駆動タイミングチャートの１例である。

【図２２】本発明の第４の実施の形態に係る水平ＣＣＤ
内の電荷の状態を示す図である。

【符号の説明】

１０１・・・ホトダイオード１０２・・・垂直ＣＣＤ１０３・・・水平ＣＣＤ１０４・・・水平ＣＣＤドレインゲート１０５・・・水平ＣＣＤドレイン９０１・・・水平ＣＣＤドレインゲート９０２・・・水平ＣＣＤドレイン１１０１・・・水平ＣＣＤ（１）１１０２・・・水平ＣＣＤゲート１１０３・・・水平ＣＣＤ（２）１１０４・・・水平ＣＣＤドレインゲート１１０５・・・水平ＣＣＤドレイン１７０１・・・水平ＣＣＤドレインゲート（２）１７０６・・・水平ＣＣＤドレイン（２）１８０１・・・垂直ＣＣＤドレインゲート１８０２・・・垂直ＣＣＤドレイン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射した光を光電変換する光電変換素子
と、該光電変換素子で光電変換された電荷を垂直方向に
転送する垂直転送手段と、該垂直転送手段から供給され
る電荷を水平方向に転送する水平転送手段と、該水平転
送手段に供給された電荷を捨てる信号掃き捨て手段とを
有する撮像素子において、上記信号掃き捨て手段は、上記水平転送手段に供給され
た電荷を掃き捨てる事を特徴とする撮像素子。
【請求項２】上記信号掃き捨て手段は、上記水平転送手
段に供給される電荷が不要な時、該水平転送手段に供給
された電荷を掃き捨て続けることを特徴とする請求項１
に記載の撮像素子。
【請求項３】上記信号掃き捨て手段は、上記水平転送手
段の全部、若しくは所定の一部の電荷を掃き捨てること
を特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】上記信号掃き捨て手段は、上記水平転送手
段において所望の電荷の水平転送が終了したら、該水平
転送手段に残った電荷を掃き捨てる事を特徴とする請求
項１乃至３何れかに記載の撮像素子。
【請求項５】入射した光を光電変換する光電変換素子
と、該光電変換素子で光電変換された信号を垂直方向に転送
する垂直転送手段と、該垂直転送手段から供給される信号を水平方向に転送す
る第１の水平転送手段と、該第１の水平転送手段から供給される信号を水平方向に
転送する第２の水平転送手段と、上記第１の水平転送手段に供給された信号を捨てる第１
の信号掃き捨て手段と、上記第２の水平転送手段に供給
された信号を捨てる第２の信号掃き捨て手段とを有する
事を特徴とする撮像素子。
【請求項６】入射した光を光電変換する光電変換素子
と、該光電変換素子で光電変換された信号を垂直方向に
転送する垂直転送手段と、該垂直転送手段から供給され
る信号を水平方向に転送する第１の水平転送手段と、該
第１の水平転送手段から供給される信号を水平方向に転
送する第２の水平転送手段と、上記第１の水平転送手段
に供給された信号を捨てる信号掃き捨て手段とを有する
撮像素子において、上記第１の水平転送手段は、上記垂直転送手段から供給
される数の電荷を転送することが出来るだけの機能を有
し、上記第２の水平転送手段は、少なくとも上記第１の
水平転送手段が有する電荷の転送可能数よりも少ない数
の電荷の転送機能を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項７】入射した光を光電変換する光電変換素子
と、該光電変換素子で光電変換された信号を垂直方向に
転送する垂直転送手段と、該垂直転送手段から供給され
る信号を水平方向に転送する第１の水平転送手段と、該
第１の水平転送手段から供給される信号を水平方向に転
送する第２の水平転送手段と、上記第１の水平転送手段
に供給された信号を捨てる信号掃き捨て手段とを有する
撮像素子において、静止画を撮像する場合は該第１の水平転送手段で転送し
た電荷を撮像素子から出力し、動画を撮像する場合は、
該第１の水平転送手段で所定量水平方向に転送した電荷
を該第２の水平転送手段に出力し、該第２の水平転送手
段で転送した電荷を撮像素子から出力することを特徴と
する撮像素子。
【請求項８】入射した光を光電変換する光電変換素子
と、該光電変換素子で光電変換された信号を垂直方向に
転送する垂直転送手段と、該垂直転送手段から供給され
る信号を水平方向に転送する第１の水平転送手段と、該
第１の水平転送手段から供給される信号を水平方向に転
送する第２の水平転送手段と、上記第１の水平転送手段
に供給された信号を捨てる第１の信号掃き捨て手段と、
上記第２の水平転送手段に供給された電荷を捨てる第２
の信号掃き捨て手段とを有する撮像素子において、上記第１の水平転送手段と上記第２の水平転送手段の電
荷を独立して転送することを特徴とする撮像素子。
【請求項９】上記第１の水平転送手段を所定段数転送し
た後、上記第１の水平転送手段内の電荷を上記第２の水
平転送手段に転送することを特徴とする請求項８に記載
の撮像素子。
【請求項１０】上記信号掃き捨て手段は、上記第１の水
平転送手段に供給される電荷が不要な時、該第１の水平
転送手段に供給された電荷を掃き捨て続けることを特徴
とする請求項５または６に記載の撮像素子。
【請求項１１】上記信号掃き捨て手段は、上記第１の水
平転送手段の全部、若しくは所定の一部の電荷を掃き捨
てることを特徴とする請求項５または６に記載の撮像素
子。
【請求項１２】上記信号掃き捨て手段は、上記第１の水
平転送手段において所望の電荷の水平転送が終了した
ら、該第１水平転送手段に残った電荷を掃き捨てる事を
特徴とする請求項５または６に記載の撮像素子。
【請求項１３】動画を撮像する場合でも、上記第１の水
平転送手段で転送した電荷を撮像素子から出力する事が
可能であり、上記第１の水平転送手段か、若しくは上記
第２の水平転送手段のいづれかの切替が可能なことを特
徴とする請求項６に記載の撮像素子。
【請求項１４】入射した光を光電変換する光電変換素子
と、該光電変換素子で光電変換された信号を垂直方向に
転送する垂直転送手段と、該垂直転送手段から供給され
る信号を水平方向に転送する水平転送手段と、該垂直転
送手段から該水平転送手段に転送される信号を捨てる信
号掃き捨て手段とを有する撮像素子において、該信号掃き捨て手段は、垂直転送手段から水平転送手段
に供給される信号のうち、一度に転送される信号を全部
捨てることを特徴とする撮像素子。
【請求項１５】上記信号掃き捨て手段は、垂直転送手段
から水平転送手段に転送される一部の信号のみを捨てる
ことを特徴とする請求項１４に記載の撮像素子。