JP2583485B2 - 二次元固体撮像装置 - Google Patents

二次元固体撮像装置

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JP2583485B2 JP60155033A JP15503385A JP2583485B2 JP 2583485 B2 JP2583485 B2 JP 2583485B2 JP 60155033 A JP60155033 A JP 60155033A JP 15503385 A JP15503385 A JP 15503385A JP 2583485 B2 JP2583485 B2 JP 2583485B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は二次元固体撮像装置に関する。
〔従来の技術〕
一般に、二次元固体撮像装置において撮像された画像
は電気信号に変換され、一次元的にスキヤンされること
により外部装置に与えられ、画像処理等の信号変換が施
されることが多い。例えば入力された画像信号のノイズ
除去あるいは画像強調等を行う際には、二次元的な局所
領域(ウインドウ)でのコンボルーシヨン演算が行われ
ている。
いま、固体撮像装置でM×N画素から成る画像が撮像
されたとして、その画像にも3×3のコンボルーシヨン
演算を施す場合には、M×Nの画像の濃度値xijに対し
て次のような処理を施し出力yijを得るようにしてい
る。
ここで、wpqは荷重係数であり、例えばノイズ除去の
場合には第10図のような値を、画像強調の場合には第11
図のような値がとられる。また、この荷重係数は一般的
に中心に関して円対称であることが多い。
一方、こうしたウインドウ処理を施す従来の方法とし
ては第12図に示すようなものがある。この従来例におい
ては、二次元固体撮像装置1から得られる一次元データ
を、一行分の日本のデイレイライン2a,2bと3×3のデ
イレイエレメント3a〜3iとで形成した3×3のウインド
ウ処理回路に供給して上記(1)式で表わされる積和演
算することによりウインドウ処理するものである。しか
しこの方式においては、一行分のデイレイラインを二本
必要とするため、構成が複雑になり、高価になるという
問題があつた。
このような問題を解決するものとして、特開昭57−95
768号公報において、非破壊読出し可能な二次元固体撮
像装置を利用して三個の垂直方向の画素の濃度値を同時
に読出すようにしたものが提案された。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記の特開昭57−95768号公報に開示
された二次元固体撮像装置にあつては、第12図における
ような一行分の二本のデイレイラインは不要となるが、
その代わり水平方向の画素走査は、基本クロツクによつ
て画素セルから読出され、データセレクタにより基本ク
ロツクに同期させて信号を切り換えるため、画素セルの
スイツチング特性を高速にすることが必要であるととも
に、データセレクタにおいては三本のデータラインにデ
ータを送出するための特別な回路が必要になるため、装
置の簡略化および減価を図ることが困難であるという問
題がある。また、水平読み出しラインを介して信号を読
み出すようにしているため、水平選択回路は、1列全て
の画素を駆動しながら走査する必要があり、水平選択回
路の負荷容量が大きくなる。このため、画素数を増やし
たり、走査速度を高めた場合には、高速の駆動が要求さ
れる水平走査回路で消費される電力が増大すると共に、
回路設計が困難となり、これがため実現性が乏しくなる
という問題がある。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、簡単かつ安価な構成で、しかも低消費電力
で画像のコンボリューション処理を行い得るよう適切に
構成した二次元固体撮像装置を提供することを目的とす
るものである。
〔問題点を解決するための手段および作用〕
上記目的を達成するため、この発明は、マトリックス
状に配列した非破壊読み出し可能な画素セルを具え、画
像のコンボリューション処理を行う二次元固体撮像装置
において、 各列毎に、当該列の画素セルの出力線を所定の関係で
接続して複数の垂直読み出しラインを設け、垂直方向に
所定の関係にある複数の行を同時に選択して、その選択
された複数の行の画素セルの信号を、前記各列毎の複数
の垂直読み出しラインを介して同時に読み出してコンボ
リューション処理を行うよう構成したことを特徴とする
ものである。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示す回路構成図であ
る。この二次元固体撮像装置は、非破壊読出し可能な画
像セルをマトリツクス状に配置した画素セル部100、画
素セル部100の垂直方向の読出しを制御する垂直走査回
路300、水平方向で読出された信号を選択する信号選択
回路400、この信号選択回路400を制御する水平走査回路
200、信号選択回路400によつて選択された信号に演算を
施す画像処理部500から成る。
画素セル部100は、例えば静電誘導型トランジスタ(S
IT)より成るA11〜AMNまでのM×N個の画素セル101〜1
15を有する。
第2図は各画素セル101〜115を構成する横型チヤネル
を有するMOSゲートSITの構造を示すものである。p型シ
リコン基板10上には1011〜1014cm-3程度の不純物濃度を
もつ高抵抗n-エピタキシヤル層11が積層され、その表面
にはソースn+領域12と、これをとり囲むドレインn+領域
13とが拡散により形成されていると共に、これらソース
12とドレイン13との間にMOSゲート14が形成されてい
る。
第2図において、MOSゲート14に大きい負電圧を与え
ると、ゲート下のエピタキシヤル層11はデプレツシヨン
状態となり、この状態でMOSゲート14に光が入射する
と、光により正孔−電子対が生成され、このうち正孔が
ゲート下に蓄積される。なお、この状態ではゲート14に
大きい負電圧が与えられているため、ソース12とドレイ
ン13との間に電流は流れない。これは、後述するデイス
エーブル状態に対応する。次に、MOSゲート14に先ほど
よりは小さい負電圧を与えると、ソース12とドレイン13
との間に電流が流れはじめる。このときに、ゲート下に
光により生成した正孔が蓄積されていれば、ゲート下の
電位はその正孔数に比例して高くなつているため、ソー
ス・ドレイン間の電流はより大きくなる。このため光量
に対応した電流信号が読出され、リード状態となる。
次に、MOSゲート14に正電圧を与えると、ゲート下は
アキユミユレーシヨン状態となり、これまでに蓄積され
た正孔は全て失われ、これによりリセツトが行われる。
このリセツトを行うまでは、ゲート下に蓄積されている
正孔は保持され続けているから、何回でもリードを行う
ことができ、したがつて非破壊読出しが可能となる。
かかる構成のSITのソース12は垂直読出しラインに接
続され、MOSゲート14には垂直走査回路300から制御信号
が加えられる。
第1図において、縦の画素列毎に二本ずつ設けられた
垂直読出しライン116:117,118:119,120:121は各画素セ
ルで蓄積された信号を信号選択回路400に送出するため
のもので、各画素列の画素セルのソースは対応する二本
の垂直読出しラインに交互に接続されている。また、横
の画素行毎に設けた制御信号ライン301〜305は画素セル
Aij(i=1,2,……,M、j=1,2,……,N)の出力をコン
トロールするためのもので、各画素行の画素セルのゲー
トは対応する制御信号ラインに共通に接続されて垂直走
査回路300から制御信号V1,V2,……,VMが印加される。す
なわち、基本的にはVi=1のときに対応するAijの出力
がイネーブルとなり、Aij内部に蓄積された信号が対応
する垂直読出しラインに送出されるようになつている。
一方、垂直読出しライン116〜121は信号選択回路400
に接続され、水平走査回路200から切換制御信号ライン2
01〜203を介して出力される信号切換制御信号H1,H2,…
…,HNによつて、スイツチ401,402,……,406を介して各
垂直読出しラインの信号が信号線411,412に送出され
る。これら信号線411,412に送出された信号は、セレク
ト信号入力端子413に供給されるセレクト信号によつて
データセレクタ407〜410を介して、画像処理部500に与
えられる。
以下、実際の回路動作について説明する。なお、本実
施例においては、3×3のウインドウ処理において特に
第3図に示されるような対称型の荷重係数をかけるもの
とする。
第4図は垂直走査回路300で生成される制御信号V1,…
…VMの関係を表わしたものである。制御信号Viは、基本
的には3値信号であり、 Vi=0のとき Aijの出力はデイスエーブル Vi=1のとき Aijの出力はイネーブル Vi=2のとき Aijの内容はリセツト されるような値に設定されている。また、φは垂直走
査の基本クロツクを、φSTは走査開始クロツクを表わ
し、基本クロツクφに対応してサイクルT0,T0′,T1,T
1′……をとる。
T1サイクルにおいて、画素セルAijにQijの信号が蓄え
られているとする。このとき、A1i,A2i,A3iが出力イネ
ーブルになり、垂直読出しライン116,117にはそれぞれQ
11+Q31,Q21なる信号が、垂直読出しライン118,119には
それぞれQ12+Q32+Q22が、垂直読出しライン120,121に
はそれぞれQ1N+Q3N,Q2Nが読出される。すなわち、各列
に対して連続する三行が同時に読出され、二本の垂直読
出しラインのうち一本に中央の値が、別の垂直読出しラ
インに両端の値の和が与えられることになる。
ここで、T1サイクルは水平走査により実際には第5図
のような水平走査信号φで細分化され、このφに対
応して水平走査回路200内で信号切換信号H1,H2,H3……
が作られ、スイツチ401〜406に与えられる。いま、第5
図のようにT10〜T1Nのサイクルをφに対応させてとる
と、T11サイクルでは垂直読出しライン116,117の信号が
それぞれ信号線411,412に与えられ、次のT12サイクルで
は垂直読出しライン118,119の信号がそれぞれ信号線41
1,412に与えられる。以下同様のステツプがT1Nサイクル
まで続く。
一方、データセレクタ407〜410では、T1サイクル中は
信号線411,412のデータがそれぞれ信号線414,415に送出
されるようにセレクト信号によつて制御される。
以上のT1サイクルの流れを第1表に示す。
T1サイクルが終了すると、T1′サイクルとなるが、こ
のサイクルでは画素セルA1i(i=1,2,……,N)にリセ
ツトがかかりQ1i=0となる。
次に、T2サイクルになると、A2i,A3i,A4i(i=1,2,
……,N)の出力がイネーブルとなり、その水平走査信号
φのT21,T22,……T2Nのサイクル中に信号線411,412,4
14,415に第2表に示すようにデータが送出される。
このT2サイクルでは、信号線414の内容と信号線415の
内容とがT1サイクルと逆になり、信号線414にQi+1jが、
信号線415に が与えられることになる。
次に画像処理部500について説明する。
第6図は画像処理部500の回路構成を示すもので、基
本的には乗算器502,503,504,505,加算器506,507,511、
水平走査回路200(第1図)の基本クロツクφに同期
して信号を遅延させるデイレイエレメント508,509,51
0、荷重係数α,β,γを与えるための信号線512,513,5
14から成る。乗算器502〜505および加算器506,507の構
成は、信号線414,415にそれぞれデータy,x+zが与えら
れたときに、加算器506,507の出力がそれぞれγx+β
y+γz,βx+αy+βzとなるようになつている。ま
た、デイレイエレメント508,509,510は加算器506,507の
出力結果を遅延させ、第3図の荷重係数をかける演算を
時系列に行わせるためのものである。例えば、第7図で
表わされるコンボルーシヨン計算を行う場合には、各部
の出力は第3表のようになり、2φ分遅れて演算され
るが、時系列に処理を施すことが可能となる。
なお、第8図のような荷重係数をかける場合には、画
像処理部500は第9図のようになる。この場合、δを与
える信号線515が新たに加わつたこと以外は、第6図の
場合とほぼ同じであるので説明は省略する。
以上、3×3のウインドウ処理について説明したが、
各列毎の垂直読出しライン数やそれに対する各画素セル
の出力線の接続方法および垂直方向で同時に読出す連続
する画素セル数を変えることにより、任意のウインドウ
処理を行なうことができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、この発明によれば、垂直方向に複
数の画素セルの信号を複数の垂直読み出しラインを介し
て読み出すようにしたので、水平走査回路は水平選択ス
イッチのみを駆動すればよく、したがって高速駆動が必
要とされる水平走査回路の負荷を軽減できるので、低消
費電力で高速読み出しが可能になると共に、垂直方向の
画素セル数が増えた場合でも、低消費電力、高速性よび
回路設計になんら支障をきたすことがない。
さらに、同時に出力される複数の信号を用いて画像の
コンボリューション処理を行うようにしたので、A/D変
換回路やメモリ回路を用いることなく、高速な画像のコ
ンボリューション処理が可能となり、従来と比較して簡
単かつ安価な構成で画像処理を行うことができる。
また、垂直方向に同時に読み出される複数の画素セル
の信号のうち、所定の関係にある複数の画素セルの信号
を同一の垂直読み出しラインを介して加算して出力する
構成にあっては、垂直読み出しラインの本数を低減で
き、装置のさらなる簡略化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す回路構成図、 第2図は画素セルの一例の構成を示す図、 第3図はウインドウ処理における荷重係数の一例を示す
図、 第4図および第5図は動作を説明するための信号波形
図、 第6図は第1図に示す画像処理部の一例の回路構成図、 第7図はコンボルーシヨン演算の一例を示す図、 第8図はウインドウ処理における荷重係数の他の例を示
す図、 第9図は第8図に示す荷重係数を用いる場合の画像処理
部の回路構成図、 第10図および第11図はノイズ除去処理および画像強調処
理における荷重係数の具体値の一例をそれぞれ示す図、 第12図は従来の技術を示す図である。 100……画素セル部、101〜115……画素セル 116〜121……垂直読出しライン 200……水平走査回路 201〜203……切換制御信号ライン 300……垂直走査回路 301〜305……制御信号ライン 400……信号選択回路、401〜406……スイツチ 407〜410……データセレクタ 411,412,414,415……信号線 413……セレクト信号入力端子 500……画像処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 秀俊 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 太田 好紀 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オ リンパス光学工業株式会社内 審査官 馬場 清 (56)参考文献 特開 昭54−37427(JP,A) 特開 昭57−95768(JP,A) 特開 昭60−12760(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マトリックス状に配列した非破壊読み出し
    可能な画素セルを備え、画像のコンボリューション処理
    を行う二次元固体撮像装置において、 各画素セル列間に複数の垂直読み出しラインを設け、同
    一の荷重係数を有する各列の画素セルの出力線を同一の
    垂直読み出しラインに接続し、処理ウインドウ内にある
    垂直方向の画素行を同時に選択して、同一の荷重係数を
    有する画素セルの信号を加算し、同一の垂直読み出しラ
    インを介して同時に非破壊的に読み出してコンボリュー
    ション処理を行うことを特徴とする二次元固体撮像装
    置。
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JPS5853830B2 (ja) * 1977-07-13 1983-12-01 株式会社日立製作所 カラ−固体撮像装置
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