JP2697696B2 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置の駆動方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラに使
用して好適な固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、CCD等の固体撮像装置の駆動方
法として、フィールド蓄積やフレーム蓄積が知られてい
る。また、各フィールドまたはフレーム内において信号
電荷の蓄積時間をシャッタ速度に対応した時間に設定す
ることによって露光制御を行うことができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像装置の
駆動方法では1フィールドの期間には蓄積期間は一回だ
けであり、1フィールドの期間に時間的に1つの情報し
か得ることができず、撮像情報の欠落や撮像における時
間的な自由度が低いという不都合があった。
【0004】本発明にかかる点に鑑み、例えば1フィー
ルドの期間に時間的な異なる複数の撮像情報を簡単に得
ることのできる固定撮像装置の駆動方法を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
駆動方法は、マトリクス状に配置された受光素子と、垂
直方向の各受光素子の配列に対応して設けられた垂直転
送レジスタとを有し、該垂直転送レジスタは複数の転送
部からなる固体撮像装置の駆動方法において、第1の蓄
積期間に上記受光素子に蓄積された第1の信号電荷を上
記垂直転送レジスタに読み出してとびとびの上記転送部
に蓄積し、上記第1の蓄積期間と異なる第2の蓄積期間
に上記受光素子に蓄積された第2の信号電荷を、上記垂
直転送レジスタに読み出して上記第1の信号電荷が蓄積
されていないとびとびの上記蓄積部に蓄積し、上記垂直
転送レジスタに蓄積された第1及び第2の信号電荷を転
送して上記垂直転送レジスタより出力するようにしたも
のである。
【0006】また本発明の固体撮像装置の駆動方法は、
マトリクス状に配置された受光素子と、垂直方向の各受
光素子の配列に対応して設けられた垂直転送レジスタと
を有し、該垂直転送レジスタは複数の転送部からなる固
体撮像装置の駆動方法において、第1のタイミングで上
記受光素子に蓄積された第1の信号電荷を上記垂直転送
レジスタに読み出してとびとびの上記転送部に蓄積し、
上記第1のタイミング以後に上記受光素子に蓄積された
第2の信号電荷を、上記第1のタイミングと異なる第2
のタイミングで上記垂直転送レジスタに読み出して、上
記転送レジスタに上記第1及び第2の信号電荷が交互に
位置するように上記転送部に蓄積し、上記交互に蓄積さ
れた第1及び第2の信号電荷を転送して上記垂直転送レ
ジスタより出力するようにしたものである。
【0007】本発明によると、例えば1フィールドの期
間中に複数のタイミングで撮像した撮像信号が得られ
る。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の固体撮像装置の駆
動方法の一実施例を、図1〜図15を参照して説明しよ
う。
【0009】図1において、10はCCD型の固体撮像
装置の全体を示し、この撮像装置10はインターライン
転送型のもので、感光部としての受光素子11が所定個
マトリクス状に配置してある。そして、垂直方向の各受
光素子11の配列毎に、CCDよりなる垂直転送レジス
タ12が設けてある。そしてこの撮像装置10は、所謂
4相駆動方式としたもので、転送用電極V1,V2,V
3,V4が接続してある。この場合、本例においては電
極V1及びV3は、夫々電極V1A とV1B 及びV3A
とV3B の2系統に分けてある。即ち、各垂直転送レジ
スタ12は、各転送部121A,121B,122 ,1
3A,123B,124 が夫々電極V1A ,V1B ,V
2,V3A ,V3B ,V4と接続してあり、1個の受光
素子11毎に2個の転送部が割り当ててある。この配列
順序は、転送部124 ,121A,122,123A,12
4 ,121B,122 ,123B,124 ,121A,122
‥‥としてあり、系統分けされた転送部121A,123A
と121B,123Bとは交互に配してあり、例えば受光素
子111 が転送部124 ,121Aに対応し、受光素子1
2 が転送部122 ,123Aに対応し、受光素子113
が転送部124 ,121Bに対応し、受光素子114 が転
送部122 ,123Bに対応している。また、図示はしい
ないが各受光素子11には蓄積した不要電荷を捨てるた
めのドレインが接続してある。
【0010】そして、この撮像装置10の各電極V1A
〜V4に加える本例のパルス信号を図2に示す。この図
2において、図2A,B,C,D,E,及びFは夫々電
極V1A ,V1B ,V2,V3A ,V3B 及びV4に供
給されるパルス信号を示し、夫々の電極V1A 〜V4に
は所定周期で転送用パルス信号P0 が供給され、この転
送用パルス信号P0 の各転送部121A〜124 への供給
で、信号電荷の垂直転送作業が行われる。そして、電極
V1A 及びV3A には、1/60秒毎に読出し用パルス
信号P1 が同じタイミングで供給され、電極V1B 及び
V3B には読出し用パルス信号P1 と1/120秒ずれ
たタイミングで読出し用パルス信号P2が供給される。
なお、この図2A,B,C,D,E及びFに示したパル
ス信号の詳細な信号状態を図3A,B,C,D,E及び
Fに示す。
【0011】次に、このようにしてパルス信号が供給さ
れる撮像装置10の信号読出し状態を図4を参照して説
明する。この図4の場合には、説明のため受光素子11
と垂直転送レジスタ12とを1列だけ示す。まず、図4
Aに示す如く所定のタイミングで各受光素子11が受光
による信号電荷をシャッタ速度に相当する所定時間(例
えば1/1000秒)蓄積しているとする。この信号電
荷を蓄積している箇所をハッチングを付して示す。この
とき、電極V1A 及びV3A から転送部121A及び12
3Aに読出しパルス信号P1 が供給され、図4Bに示す如
く、受光素子111 及び112 に蓄積された信号電荷
が、転送部121A及び123Aに読出され、転送部1
1A,122 及び123Aで混合されて1単位の信号とさ
れる。そして、転送用パルス信号P0 の供給により、図
4Cに示す如く、順次この1単位の信号電荷が垂直転送
レジスタ12内で垂直に転送される。そして次に、電極
V1B 及びV3B から読出し用パルス信号P2 が供給さ
れる直前になると、各受光素子11に蓄積された信号電
荷を一旦ドレインに捨てた後、シャッタ速度に相当する
時間だけ再び受光による信号電荷の蓄積を行う。
【0012】このときの蓄積電荷を、図4Dにダブルハ
ッチングを付して示す。そして、この蓄積した信号電荷
を、電極V1B 及びV3B から転送部121B及び123B
への読出しパルス信号P2 の供給で、図4Eに示す如く
読出す。このときには、1/120秒前に受光素子11
1 及び112 から読出された信号電荷の転送領域と重な
らないタイミングとする。このようにして、異なるタイ
ミングで読出した信号が1単位の信号毎に交互に得られ
るようになる。
【0013】ここで、この垂直転送レジスタ12内の信
号電荷の動きを、図5に断面で示す。即ち、図5Aに示
す如く各電極V1A 〜V4が各転送部121A〜124
接続してあるとすると、図5Bに示す如く、受光素子1
1 及び112 から転送部121A及び123Aに読出され
る。そしてこの読出された信号電荷は、図5C,図5D
及び図5Eに示す順序で順次転送されて行く。そして所
定量だけ転送された後、図5Fに示す如く、この受光素
子113 及び114 から読出された信号電荷が、転送部
121B及び123Bに読出され、図5Gに示す如く、以下
順に転送されて行く。
【0014】次に、この撮像装置が備える読出し信号の
処理回路の構成について説明する。図6はこの回路構成
を示す図で、撮像装置10から読出された信号電荷を、
CDS回路13に供給し、CDS回路13から信号電荷
に応じて順次出力される撮像信号を、切換スイッチ14
の可動接点14mに供給する。そして、この切換スイッ
チ14の第1の固定接点14aに得られる信号を、遅延
回路15を介して加算器16の第1の加算信号入力端子
に供給し、第2の固定接点14bに得られる信号を、加
算器16の第2の加算信号入力端子に供給する。この場
合、遅延回路15は、上述した電極V1A 及びV3A
ら供給される読出しパルス信号P1 と、電極V1B 及び
V3B から供給される読出しパルス信号P2 との供給タ
イミングのずれに対応した時間(約1/120秒)だけ
遅延させる回路である。
【0015】そして、加算器16で第1及び第2の入力
端子に得られる撮像信号を加算してライン相関回路17
に供給し、このライン相関回路17から読出された撮像
信号を、出力端子18を介してビデオテープレコーダ、
モニタテレビジョン受像機等のビデオ機器に供給する。
【0016】ここで、CDS回路13から出力される撮
像信号について説明すると、この撮像信号は上述した如
く2種類のタイミングで読出した信号が1単位の信号毎
に交互に得られる信号である。このタイミング状態を図
7に示すと、読出し用パルス信号P1 で読出された撮像
信号FA が1フィールド毎に図7Aに示すタイミングで
得られるとすると、読出し用パルス信号P2 で読出され
た撮像信号FB は図7Bに示す如く1/2フィールド
(0.5V)だけ遅れて得られ、撮像信号FA とFB
で読出し期間が重なる区間Wが生じる。
【0017】ここで、図6の回路構成に戻ると、撮像信
号が得られる切換スイッチ14の可動接点14mを1単
位の撮像信号毎に切換えさせることで、撮像信号FA
第1の固定接点14aに得られ、撮像信号FB は第2の
固定接点14bに得られる。そして、遅延回路15によ
り第1の固定接点14aに得られる撮像信号FA は1/
2フィールドだけ遅延されるので、加算回路16で撮像
信号FA と撮像信号F B とのタイミングが一致した状態
で加算される。そして、この加算信号がライン相関回路
17に供給される。このとき、このライン相関回路17
に供給される信号のうち、撮像装置10の受光素子11
1 ,112 からの信号電荷による1単位の撮像信号は、
1水平ライン毎に画像情報の無いラインが存在する信号
となる。同様に受光信号113 ,114 からの信号電荷
による1単位の撮像信号も1水平ライン毎に画像情報の
無いラインが存在する信号になる。このため、ライン相
関回路17で供給される撮像信号の画像情報の無い水平
ラインを、直前(又は直後)の水平ラインの信号より補
間し、全ての水平ラインで撮像した画像情報が得られる
撮像信号とし、この補間した撮像信号を出力端子18か
ら出力させる。なお、この水平ライン毎の補間を行うこ
とで、撮像信号の垂直解像度は半分に低下する。
【0018】次に、この出力端子18から出力される信
号が、実際にどのような画像の信号になるのかを図8以
降を参照して説明する。まず、撮像装置10が静止した
三角形状のものと高速で水平方向に移動する四角形状の
ものを撮影しているとする。このときの或るタイミング
での所定期間(例えば1/1000秒間)受光素子11
が蓄積した信号電荷を、図8にハッチングを付して示
す。この信号電荷は図9に示す如く、2画素おきに垂直
転送レジスタ12に読出す。そして、1/120秒過程
して次の撮影タイミングになる直前に、残りの信号電荷
を図10に示す如くドレインに捨てた後、図11に示す
如く受光素子11が所定期間(例えば1/1000秒
間)信号電荷の蓄積を行う。このとき、三角形状のもの
は静止しているので図8に示した撮影とは同一位置に信
号電荷が蓄積されるが、四角形状のものは高速で移動し
ているので、異なる位置に信号電荷が蓄積される。そし
て、このときの信号電荷が図12に示す如く垂直転送レ
ジスタ12に読出され、図9に示したタイミングで読出
した信号電荷と交互に図13に示す如く転送される。
【0019】このようにして撮像装置10から読出され
た信号を上述した処理回路(図6)に供給することで、
例えばゴルフのスイング中を撮影しているときには、図
14中に示す如く、1/120秒ずれた異なるタイミン
グでの画像が合成されて表示されるようになり、クラブ
1及びボール2が2重に表示される。このため、従来の
ものに比べ1/2の間隔で画像情報が得られ、特殊な撮
像装置及びビデオ機器を使用することなく簡単に、ボー
ル2の軌跡等の判別が従来の撮影画像より正確にでき
る。なお、1フィールドに1回信号読出しを行う通常の
撮影時には、2系統に分けた電極V1A とV1B 及びV
A とV3B とに同じ信号を供給するようにすればよ
い。
【0020】なお、上述実施例においては、1フィール
ド内の異なるタイミングで読出す画素(受光素子11)
を、夫々のタイミングで変えていたが、夫々のタイミン
グで同じ画素から読出したり、或いは別の画素の組合せ
としても良い。即ち、本例の如き2ライン同時読出しを
行う場合の組合せの例を図15に示すと、通常の1フィ
ールドで1回の読出しのときは、この図15の左側の欄
に示す如く偶数フィールドで1ラインと2ラインの画
素、3ラインと4ラインの画素、5ラインと6ラインの
画素‥‥と読出し、奇数フィールドで2ラインと3ライ
ンの画素、4ラインと5ラインの画素‥‥と読出す。そ
して、高速シャッタモードの使用で1フィールドで2回
の読出を行うとき、上述した実施例の場合には組合せ1
の欄に示す如く、各フィールドの最初の読出しで1ライ
ンと2ラインの画素、5ラインと6ラインの画素‥‥と
読出し、2回目の読出しで3ラインと4ラインの画素、
7ラインと8ラインの画素‥‥と読出すようにした。こ
れに対し、組合せ2の欄に示す如く、全ての読出しのと
き同じ画素から読出すようにしたり、組合せ3又は4の
欄に示す如く、奇数フィールドのとき1画素又は2画素
だけずらしたり、組合せ5の欄に示す如く、偶数フィー
ルドの1回目と2回目及び奇数フィールドの1回目と2
回目とで全て読出す画素の組合せを変えるようにしても
よい。
【0021】また、上述実施例においては1フィールド
毎に2画素同時読出しを行う4相駆動方式の撮像装置に
適用した場合について説明したが、2相駆動方式のも
の、全画素読出しを行うもの、フレーム読出しを行うも
の等種々の固体撮像装置に本発明が適用できることは勿
論である。さらに、1フィールドで2回読出しを行うよ
うにしたが、3回以上読出しを行うようにしてもよい。
但しこの場合には、読出し電極を3系統以上に分ける必
要がある。さらにまた、本発明は上述実施例に限らず、
本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が
取り得ることは勿論である。
【0022】
【発明の効果】本発明の固体撮像装置によると、例えば
1フィールドの期間中に複数のタイミングで撮像した撮
像信号を極めて簡単に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像装置の一実施例を示す構成図
である。
【図2】図1の説明に供する線図である。
【図3】図1の説明に供する線図である。
【図4】図1の説明に供する線図である。
【図5】図1の説明に供する線図である。
【図6】図1例の固体撮像装置が備える回路構成図であ
る。
【図7】図1の説明に供する線図である。
【図8】図1の説明に供する線図である。
【図9】図1の説明に供する線図である。
【図10】図1の説明に供する線図である。
【図11】図1の説明に供する線図である。
【図12】図1の説明に供する線図である。
【図13】図1の説明に供する線図である。
【図14】図1の説明に供する線図である。
【図15】図1の説明に供する線図である。
【符号の説明】
10 固体撮像装置 11 受光素子 12 垂直転送レジスタ V1A ,V1B ,V2,V3A ,V3B ,V4 電極

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マトリクス状に配置された受光素子と、
    垂直方向の各受光素子の配列に対応して設けられた垂直
    転送レジスタとを有し、該垂直転送レジスタは複数の転
    送部からなる固体撮像装置の駆動方法において、 第1の蓄積期間に上記受光素子に蓄積された第1の信号
    電荷を上記垂直転送レジスタに読み出してとびとびの上
    記転送部に蓄積し、 上記第1の蓄積期間と異なる第2の蓄積期間に上記受光
    素子に蓄積された第2の信号電荷を、上記垂直転送レジ
    スタに読み出して上記第1の信号電荷が蓄積されていな
    いとびとびの上記転送部に蓄積し、 上記垂直転送レジスタに蓄積された第1及び第2の信号
    電荷を転送して上記垂直転送レジスタより出力すること
    を特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
  2. 【請求項2】 上記第1の信号電荷と上記第2の信号電
    荷とは同じ受光素子から得られることを特徴とする請求
    項1記載の固体撮像装置の駆動方法。
  3. 【請求項3】 上記第1のタイミングの後、上記第2の
    タイミングの前に上記垂直転送レジスタに蓄積された上
    記第1の信号電荷の転送を行うことを特徴とする請求項
    1記載の固体撮像装置の駆動方法。
  4. 【請求項4】 マトリクス状に配置された受光素子と、
    垂直方向の各受光素子の配列に対応して設けられた垂直
    転送レジスタとを有し、該垂直転送レジスタは複数の転
    送部からなる固体撮像装置の駆動方法において、 第1のタイミングで上記受光素子に蓄積された第1の信
    号電荷を上記垂直転送レジスタに読み出してとびとびの
    上記転送部に蓄積し、 上記第1のタイミング以後に上記受光素子に蓄積された
    第2の信号電荷を、上記第1のタイミングと異なる第2
    のタイミングで上記垂直転送レジスタに読み出して、上
    記垂直転送レジスタに上記第1及び第2の信号電荷が交
    互に位置するように上記転送部に蓄積し、 上記交互に蓄積された第1及び第2の信号電荷を転送し
    て上記垂直転送レジスタより出力することを特徴とする
    固体撮像装置の駆動方法。
  5. 【請求項5】 上記第1の信号電荷と上記第2の信号電
    荷とは同じ受光素子から得られることを特徴とする請求
    項4記載の固体撮像装置の駆動方法。
  6. 【請求項6】 上記第1のタイミングの後、上記第2の
    タイミングの前に上記垂直転送レジスタに蓄積された上
    記第1の信号電荷の転送を行うことを特徴とする請求項
    4記載の固体撮像装置の駆動方法。
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