JP2735223B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
- H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]
-
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/745—Circuitry for generating timing or clock signals
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、２次元固体撮像装置に係り、特に少ないフ
ィールド内サンプリングポイント数で高解像度，低偽解
像な信号を得るよう構成した固体撮像装置に関する。
ィールド内サンプリングポイント数で高解像度，低偽解
像な信号を得るよう構成した固体撮像装置に関する。
（従来の技術） 固体撮像装置における解像度は固体撮像装置に集積さ
れた画素数によって決まり、高解像度を得るには画素数
の増加が必要となる。ところが、画素数が多いことは、
画素信号読出し周波数が高くなることを意味している。
このため、画素数が多いと信号帯域が広がり、ノイズが
増加する。また、画素数の増大は１画素サイズの減少に
つながり、さらに１画素に蓄積される信号電荷数の減少
になる。そして、このノイズの増加と最大蓄積信号電荷
数の減少により、ダイナミックレンジが低下する。
れた画素数によって決まり、高解像度を得るには画素数
の増加が必要となる。ところが、画素数が多いことは、
画素信号読出し周波数が高くなることを意味している。
このため、画素数が多いと信号帯域が広がり、ノイズが
増加する。また、画素数の増大は１画素サイズの減少に
つながり、さらに１画素に蓄積される信号電荷数の減少
になる。そして、このノイズの増加と最大蓄積信号電荷
数の減少により、ダイナミックレンジが低下する。
一方、固体撮像装置においては、ナイキスト限界以上
の空間周波数を持つ被写体の撮像では、モアレ等の偽信
号が発生し再生像を劣化させる。この偽信号を減少させ
るため従来、例えば入射面に光導電膜を積層したり、レ
ンチキラーレンズを用いる等して画素開口を等価的に大
きくしていた。しかしながら、画素ピッチより大きな開
口を得ることはできず、この方法では限界があった。ま
た、特公昭62−40910号公報に開示されている駆動法で
は、偶数フィールドと奇数フィールドで垂直CCD転送方
向に２画素の組合わせを変え、その加算信号を出力しイ
ンターレース走査を行っている。この方法は、主として
信号蓄積期間をフレーム周期からフィールド周期にして
残像を低減する目的で用いられているものであり、垂直
方向の偽信号は減少できるものの、水平方向については
従来と変らず偽信号が発生する問題があった。
の空間周波数を持つ被写体の撮像では、モアレ等の偽信
号が発生し再生像を劣化させる。この偽信号を減少させ
るため従来、例えば入射面に光導電膜を積層したり、レ
ンチキラーレンズを用いる等して画素開口を等価的に大
きくしていた。しかしながら、画素ピッチより大きな開
口を得ることはできず、この方法では限界があった。ま
た、特公昭62−40910号公報に開示されている駆動法で
は、偶数フィールドと奇数フィールドで垂直CCD転送方
向に２画素の組合わせを変え、その加算信号を出力しイ
ンターレース走査を行っている。この方法は、主として
信号蓄積期間をフレーム周期からフィールド周期にして
残像を低減する目的で用いられているものであり、垂直
方向の偽信号は減少できるものの、水平方向については
従来と変らず偽信号が発生する問題があった。
これらの問題に対して、特開昭61−133782号公報に開
示されている固体撮像装置では、画素集積度を上げるこ
となく、且つ画素読出し周波数を下げても従来の正方格
子配置画素の固体撮像装置並みの解像度を実現できる。
しかも、解像度を上げてもダイナミックレンジを大きく
できる特徴がある。しかしながら、この装置は１画素に
４個の信号電荷読出しゲートが必要となること、垂直CC
Dの信号電荷転送路がジグザグとなることにより、素子
構成が複雑になるという問題があった。
示されている固体撮像装置では、画素集積度を上げるこ
となく、且つ画素読出し周波数を下げても従来の正方格
子配置画素の固体撮像装置並みの解像度を実現できる。
しかも、解像度を上げてもダイナミックレンジを大きく
できる特徴がある。しかしながら、この装置は１画素に
４個の信号電荷読出しゲートが必要となること、垂直CC
Dの信号電荷転送路がジグザグとなることにより、素子
構成が複雑になるという問題があった。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、高解像度を得るために画素数を増や
すと画素サイズが小さくなり、ノイズの増大及び最大蓄
積信号の減少を招き、ダイナミックレンジが低下する。
さらに、ナイキスト限界以上の空間周波数を持つ被写体
の撮像では、モアレ等の偽信号が発生し再生画像の劣化
を招く。また、これらを解決するために特開昭61−1337
82号公報のような構成を採ると、信号電荷読出しゲート
数が増え、信号電荷転送路がジグザグとなり、素子構成
が複雑になるという問題があった。
すと画素サイズが小さくなり、ノイズの増大及び最大蓄
積信号の減少を招き、ダイナミックレンジが低下する。
さらに、ナイキスト限界以上の空間周波数を持つ被写体
の撮像では、モアレ等の偽信号が発生し再生画像の劣化
を招く。また、これらを解決するために特開昭61−1337
82号公報のような構成を採ると、信号電荷読出しゲート
数が増え、信号電荷転送路がジグザグとなり、素子構成
が複雑になるという問題があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、素子構造の複雑化を招くことな
く、画素数の増加に伴うダイナミックレンジの低下及び
モアレ等の偽信号の発生を防止することができ、高解像
度で簡易な構成の固体撮像装置を提供することにある。
目的とするところは、素子構造の複雑化を招くことな
く、画素数の増加に伴うダイナミックレンジの低下及び
モアレ等の偽信号の発生を防止することができ、高解像
度で簡易な構成の固体撮像装置を提供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、水平方向画素の信号加算を行い、且
つフィールド毎に信号電荷の組合わせを異なるように駆
動することにある。
つフィールド毎に信号電荷の組合わせを異なるように駆
動することにある。
即ち本発明は、複数の受光素子を２次元的に配置し、
複数フィールドで１フレームを構成する固体撮像装置に
おいて、前記各受光素子に接続され該受光素子で検出さ
れた信号電荷を取出し垂直方向に転送する複数本の第１
の信号転送路（垂直CCDレジスタ）と、これらの第１の
信号転送路から転送される信号電荷を入力し、該電荷を
水平方向に転送して読出す第２の信号転送路（水平CCD
レジスタ）と、隣接する第１の信号転送路の信号電荷を
加算する手段とを設け、該加算手段により、ｎ番目（ｎ
は正の整数、以下同）の第１の信号転送路と（ｎ−１）
番目の第１の信号転送路の信号電荷の加算、又はｎ番目
の第１の信号転送路と（ｎ＋１）番目の第１の信号転送
路の信号電荷の加算をフィールド毎に選択して行うよう
にしたものである。
複数フィールドで１フレームを構成する固体撮像装置に
おいて、前記各受光素子に接続され該受光素子で検出さ
れた信号電荷を取出し垂直方向に転送する複数本の第１
の信号転送路（垂直CCDレジスタ）と、これらの第１の
信号転送路から転送される信号電荷を入力し、該電荷を
水平方向に転送して読出す第２の信号転送路（水平CCD
レジスタ）と、隣接する第１の信号転送路の信号電荷を
加算する手段とを設け、該加算手段により、ｎ番目（ｎ
は正の整数、以下同）の第１の信号転送路と（ｎ−１）
番目の第１の信号転送路の信号電荷の加算、又はｎ番目
の第１の信号転送路と（ｎ＋１）番目の第１の信号転送
路の信号電荷の加算をフィールド毎に選択して行うよう
にしたものである。
（作用） 本発明によれば、１画素（受光素子及び電荷蓄積部）
に１個の信号読出しゲートで構成する簡単な装置にも拘
らず、複数（例えば垂直及び水平の４個の）画素の信号
電荷を加算し、さらにフィールド毎に各画素の組合わせ
を異ならせることができる。また、１フィールド内で全
ての信号電荷を読出すことができる。従って、ノイズも
少なく十分大きな信号電荷を得ることができ、ダイナミ
ックレンジの増大をはかると共に、残像の少ない高画質
の再生像を得ることが可能である。
に１個の信号読出しゲートで構成する簡単な装置にも拘
らず、複数（例えば垂直及び水平の４個の）画素の信号
電荷を加算し、さらにフィールド毎に各画素の組合わせ
を異ならせることができる。また、１フィールド内で全
ての信号電荷を読出すことができる。従って、ノイズも
少なく十分大きな信号電荷を得ることができ、ダイナミ
ックレンジの増大をはかると共に、残像の少ない高画質
の再生像を得ることが可能である。
また本発明においては、第２の信号転送路を水平画素
数の少なくとも1/2の段数の水平転送数で構成でき、水
平転送電極を駆動する周波数も少なくとも1/2にでき
る。これにより信号帯域が狭くなり、その分ノイズが減
少してダイナミックレンジを大きくでき、高解像度画像
を得ることができる。さらに、水平方向と垂直方向の画
素信号の加算を行うことにより、画素ピッチよりも大き
な画素開口を持たせることができ、少ない画素数で偽信
号が少なく、解像度，感度が高い再生画像が得られる。
また、従来装置に見られた垂直CCDレジスタ形状の複雑
さがなく、単純な形で構成できる特徴があるので、より
多画素の固体撮像装置を実現することが可能となる。
数の少なくとも1/2の段数の水平転送数で構成でき、水
平転送電極を駆動する周波数も少なくとも1/2にでき
る。これにより信号帯域が狭くなり、その分ノイズが減
少してダイナミックレンジを大きくでき、高解像度画像
を得ることができる。さらに、水平方向と垂直方向の画
素信号の加算を行うことにより、画素ピッチよりも大き
な画素開口を持たせることができ、少ない画素数で偽信
号が少なく、解像度，感度が高い再生画像が得られる。
また、従来装置に見られた垂直CCDレジスタ形状の複雑
さがなく、単純な形で構成できる特徴があるので、より
多画素の固体撮像装置を実現することが可能となる。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例を説明するための模式
図で画素の配列と加算すべき画素の組合わせ例を示して
いる。垂直，水平方向に配列された各画素（P1-1,P1-2,
〜,P1-N、P2-1,P2-2,〜、P2-N、P3-1,P3-2,、〜P3-N、
〜、PM-1,PM-2,〜,PM-N）とこれらの画素から得られる
信号電荷を垂直，水平の各２画素づつ加算して、そのサ
ンプリング中心点を第１フィールド○印（SA1-1,SA1-2,
〜,SA2-1,…）、第２フィールド●印（SB1-1,SB1-2,〜,
SB2-1,…）で示す。再生画像上の走査線を第１フィール
ドをN,N＋1,N＋2,…で示し、第２フィールドをＮ′，
（Ｎ＋１）′，…で示す。
図で画素の配列と加算すべき画素の組合わせ例を示して
いる。垂直，水平方向に配列された各画素（P1-1,P1-2,
〜,P1-N、P2-1,P2-2,〜、P2-N、P3-1,P3-2,、〜P3-N、
〜、PM-1,PM-2,〜,PM-N）とこれらの画素から得られる
信号電荷を垂直，水平の各２画素づつ加算して、そのサ
ンプリング中心点を第１フィールド○印（SA1-1,SA1-2,
〜,SA2-1,…）、第２フィールド●印（SB1-1,SB1-2,〜,
SB2-1,…）で示す。再生画像上の走査線を第１フィール
ドをN,N＋1,N＋2,…で示し、第２フィールドをＮ′，
（Ｎ＋１）′，…で示す。
各画素の信号電荷の加算組み換え順番を説明する。こ
こでは、４画素加算の場合について説明する。第1,第２
フィールドで１フレームを構成する撮像方式において、
第１フィールドのＮ走査線に相当する画素サンプリング
中心点はSA1-1,SA1-2,…となる。このとき、サンプリン
グ中心点SA1-1に対する検出は、画素P1-1,P1-2,P2-1,P
2-2の信号電荷を加算して行う。そして、次のサンプリ
ング中心点SA1-2のときは、画素P1-3,P1-4,P2-3,P2-4の
信号電荷を加算して行う。同様に、Ｎ＋１走査線に相当
する画素サンプリング中心点SA2-1,SA2-2は、それぞれ
画素P3-1,P3-2,P4-1,P4-2及び画素P3-3,P3-4,P4-3,P4-4
を加算して行う。この動作を各走査に応じて行い、次の
第２フィールドのＮ′走査線に相当する画素サンプリン
グ中心点SB1-1,SB1-2は、それぞれ画素P2-2,P2-3,P3-2,
P3-3及び画素P2-4,P2-5,P3-4,P3-5を加算して行う。こ
のとき、第１フィールドと第２フィールドの水平方向と
垂直方向の画素加算は１画素づつずらして行う。この結
果、各フィールドにおけるサンプリング中心点は図に示
すように○印，●印で表示した位置になる。
こでは、４画素加算の場合について説明する。第1,第２
フィールドで１フレームを構成する撮像方式において、
第１フィールドのＮ走査線に相当する画素サンプリング
中心点はSA1-1,SA1-2,…となる。このとき、サンプリン
グ中心点SA1-1に対する検出は、画素P1-1,P1-2,P2-1,P
2-2の信号電荷を加算して行う。そして、次のサンプリ
ング中心点SA1-2のときは、画素P1-3,P1-4,P2-3,P2-4の
信号電荷を加算して行う。同様に、Ｎ＋１走査線に相当
する画素サンプリング中心点SA2-1,SA2-2は、それぞれ
画素P3-1,P3-2,P4-1,P4-2及び画素P3-3,P3-4,P4-3,P4-4
を加算して行う。この動作を各走査に応じて行い、次の
第２フィールドのＮ′走査線に相当する画素サンプリン
グ中心点SB1-1,SB1-2は、それぞれ画素P2-2,P2-3,P3-2,
P3-3及び画素P2-4,P2-5,P3-4,P3-5を加算して行う。こ
のとき、第１フィールドと第２フィールドの水平方向と
垂直方向の画素加算は１画素づつずらして行う。この結
果、各フィールドにおけるサンプリング中心点は図に示
すように○印，●印で表示した位置になる。
上記の動作を行うことにより、各画素より構成される
画素ピッチより大きな開口が得られ、且つ第１フィール
ドと第２フィールド間で開口が重なる効果が生じる。こ
れにより、モアレ等の偽信号が減少できる。第１フィー
ルドと第２フィールドのサンプリング中心点は180゜位
相がずれているので、再生画像上での解像度は素子の水
平画素数で決まる値と同じ高解像度が得られる。また、
この動作ではフィールド内で全画素の信号電荷を読出す
ので残像の少ない再生画像が得られる。さらに、画素信
号電荷を４画素分加算して読出すので、垂直方向の２画
素分加算に対して２倍の信号電荷になる。従って、素子
出力部で混入するノイズの影響を小さくでき、S/Nの向
上をはかることができる。また、本動作では水平転送電
極段数を従来の1/2にでき、且つこの転送周波数も1/2に
できる。このため、従来水平転送電極構成で水平画素ピ
ッチが決まっていたのが、この分作り方が容易になるの
で、より高解像度の固体撮像素子が実現可能になる。
画素ピッチより大きな開口が得られ、且つ第１フィール
ドと第２フィールド間で開口が重なる効果が生じる。こ
れにより、モアレ等の偽信号が減少できる。第１フィー
ルドと第２フィールドのサンプリング中心点は180゜位
相がずれているので、再生画像上での解像度は素子の水
平画素数で決まる値と同じ高解像度が得られる。また、
この動作ではフィールド内で全画素の信号電荷を読出す
ので残像の少ない再生画像が得られる。さらに、画素信
号電荷を４画素分加算して読出すので、垂直方向の２画
素分加算に対して２倍の信号電荷になる。従って、素子
出力部で混入するノイズの影響を小さくでき、S/Nの向
上をはかることができる。また、本動作では水平転送電
極段数を従来の1/2にでき、且つこの転送周波数も1/2に
できる。このため、従来水平転送電極構成で水平画素ピ
ッチが決まっていたのが、この分作り方が容易になるの
で、より高解像度の固体撮像素子が実現可能になる。
次に、第１図で示した動作を実現する具体的素子の一
実施例について説明する。第２図は本発明の一実施例に
係わる固体撮像装置を示す概略構成図、第３図は信号電
荷を加算するための加算電極部を示す要部構成図であ
る。本装置は画素（P1-1,P1-2,〜,PM-N）10、垂直CCDレ
ジスタ（第１の信号転送路）20（201,〜,20N）、加算電
極30、水平CCDレジスタ（第２の信号転送路）40、出力
アンプ50、出力端子60で構成される。垂直CCDレジスタ2
0は４相（φV1,φV2,φV3,φV4）で駆動され、水平CCD
レジスタ40は２相（φH1,φH2）で駆動される場合につ
いて示している。加算電極30は、第１及び第２の加算ゲ
ート31,32と垂直CCDレジスタ20の一部（この図の場合は
φV1,φV2が印加される電極）を使用する。第３図で示
す点線は信号電荷の転送路を示す。
実施例について説明する。第２図は本発明の一実施例に
係わる固体撮像装置を示す概略構成図、第３図は信号電
荷を加算するための加算電極部を示す要部構成図であ
る。本装置は画素（P1-1,P1-2,〜,PM-N）10、垂直CCDレ
ジスタ（第１の信号転送路）20（201,〜,20N）、加算電
極30、水平CCDレジスタ（第２の信号転送路）40、出力
アンプ50、出力端子60で構成される。垂直CCDレジスタ2
0は４相（φV1,φV2,φV3,φV4）で駆動され、水平CCD
レジスタ40は２相（φH1,φH2）で駆動される場合につ
いて示している。加算電極30は、第１及び第２の加算ゲ
ート31,32と垂直CCDレジスタ20の一部（この図の場合は
φV1,φV2が印加される電極）を使用する。第３図で示
す点線は信号電荷の転送路を示す。
画素10からの信号電荷読出しは、垂直CCDレジスタ20
の転送電極のうち、φV1,φV3が印加される転送電極に
フィールドシフトゲート21を設けて行っている。垂直方
向の画素信号加算は垂直CCDレジスタ20のタイミングを
工夫して行っている。そして、本発明の特徴である水平
方向の画素加算は、加算電極30で行う。このとき、例え
ば垂直CCDレジスタ201,202の列の信号電荷を加算するに
は、加算ゲート31を閉じて加算ゲート32を開く。この動
作によりレジスタ201の信号電荷QC1とレジスタ202の信
号電荷QC2との加算が図のＡ点で行える。また、垂直CCD
レジスタ202,203の列の信号電荷を加算するには、加算
ゲート32を閉じて加算ゲート31を開く。この動作により
レジスタ202の信号電荷QC2とレジスタ203の信号電荷QC3
との加算が図のＢ点で行える。
の転送電極のうち、φV1,φV3が印加される転送電極に
フィールドシフトゲート21を設けて行っている。垂直方
向の画素信号加算は垂直CCDレジスタ20のタイミングを
工夫して行っている。そして、本発明の特徴である水平
方向の画素加算は、加算電極30で行う。このとき、例え
ば垂直CCDレジスタ201,202の列の信号電荷を加算するに
は、加算ゲート31を閉じて加算ゲート32を開く。この動
作によりレジスタ201の信号電荷QC1とレジスタ202の信
号電荷QC2との加算が図のＡ点で行える。また、垂直CCD
レジスタ202,203の列の信号電荷を加算するには、加算
ゲート32を閉じて加算ゲート31を開く。この動作により
レジスタ202の信号電荷QC2とレジスタ203の信号電荷QC3
との加算が図のＢ点で行える。
以上の動作を、第４図乃至第８図を参照してより具体
的に説明する。第４図は第１フィールドの動作タイミン
グ、第５図は第２フィールドの動作タイミングを示し、
第６図は垂直画素方向の加算状態を示し、第７図及び第
８図は水平画素方向の加算状態を示す。第４図及び第５
図のV1,V2,V3,V4,V5,V6,V7は所定の電圧を印加すること
を示す。FSは画素から信号電荷を読出すフィールドシフ
ト期間を示す。ADは垂直方向の加算期間を示す。LS1-1,
LS1-2,LS2-1,LS2-2は垂直方向の転送を示すラインシフ
ト期間である。RO1-1,RO1-2,RO2-1,RO2-2は水平CCDレジ
スタ40の読出し動作を示す。
的に説明する。第４図は第１フィールドの動作タイミン
グ、第５図は第２フィールドの動作タイミングを示し、
第６図は垂直画素方向の加算状態を示し、第７図及び第
８図は水平画素方向の加算状態を示す。第４図及び第５
図のV1,V2,V3,V4,V5,V6,V7は所定の電圧を印加すること
を示す。FSは画素から信号電荷を読出すフィールドシフ
ト期間を示す。ADは垂直方向の加算期間を示す。LS1-1,
LS1-2,LS2-1,LS2-2は垂直方向の転送を示すラインシフ
ト期間である。RO1-1,RO1-2,RO2-1,RO2-2は水平CCDレジ
スタ40の読出し動作を示す。
第６図（ａ）は第１フィールドの動作であり、第４図
のタイミングパルスを各電極へ印加した状態を示す。○
印は信号電荷の位置を示す。まず、φV1,φV3が与えら
れる電極にフィールドシフト電圧V1を印加し、この電極
に対応した画素の信号電荷を読出す。そして、ADの期間
で垂直方向の２画素加算を行う。そして、第７図（ａ）
に示す位置までラインシフト動作を行い信号電荷を転送
する。第７図（ａ）では加算ゲート31を閉じて、加算ゲ
ート32を開くことにより垂直CCDレジスタ201を転送して
きた信号電荷と垂直CCDレジスタ202を転送してきた信号
電荷の加算が行える。２つの水平方向画素の信号電荷を
加算後、第７図（ｂ）に示すように水平CCDレジスタ40
へ転送し、その後読出す。
のタイミングパルスを各電極へ印加した状態を示す。○
印は信号電荷の位置を示す。まず、φV1,φV3が与えら
れる電極にフィールドシフト電圧V1を印加し、この電極
に対応した画素の信号電荷を読出す。そして、ADの期間
で垂直方向の２画素加算を行う。そして、第７図（ａ）
に示す位置までラインシフト動作を行い信号電荷を転送
する。第７図（ａ）では加算ゲート31を閉じて、加算ゲ
ート32を開くことにより垂直CCDレジスタ201を転送して
きた信号電荷と垂直CCDレジスタ202を転送してきた信号
電荷の加算が行える。２つの水平方向画素の信号電荷を
加算後、第７図（ｂ）に示すように水平CCDレジスタ40
へ転送し、その後読出す。
第２フィールドでは第５図のタイミングパルスを各電
極へ印加し、第６図（ｂ）の●印の信号電荷の状態とな
る。このとき、第１フィールドとは垂直方向に１画素組
合せをずらす。そして、第８図（ａ）に示すように加算
ゲート32を閉じて、加算ゲート31を開く。このことによ
り、垂直CCDレジスタ202と垂直CCDレジスタ203を転送し
てきた信号電荷の加算が行える。この加算は、第１フィ
ールドに対して水平方向に１画素ずらしている。以上の
動作の全画素について行うと、第１図で説明した４画素
加算のサンプリング点を得た信号を再生することができ
る。
極へ印加し、第６図（ｂ）の●印の信号電荷の状態とな
る。このとき、第１フィールドとは垂直方向に１画素組
合せをずらす。そして、第８図（ａ）に示すように加算
ゲート32を閉じて、加算ゲート31を開く。このことによ
り、垂直CCDレジスタ202と垂直CCDレジスタ203を転送し
てきた信号電荷の加算が行える。この加算は、第１フィ
ールドに対して水平方向に１画素ずらしている。以上の
動作の全画素について行うと、第１図で説明した４画素
加算のサンプリング点を得た信号を再生することができ
る。
このように本実施例によれば、１画素に１個のフィー
ルドシフトゲート21を設けるだけで、垂直及び水平の４
画素の信号電荷を加算することができ、且つフィールド
毎に加算組合わせを異ならせることができる。従って、
ノイズも少なく十分大きな信号電荷を得ることができ、
ダイナミックレンジの増大をはかると共に、解像度の向
上及びモアレの低減をはかることができる。さらに、垂
直CCDレジスタ20が直線状となり、信号転送路を単純な
形で加算が実施できるので、より多画素の固体撮像素子
も提供できる。また、従来素子に比べ同じ解像度を得る
ための水平転送段階を1/2にすることができ、水平転送
の周波数を1/2に下げることができる。このため信号帯
域が下げられ、この分ノイズが減少するのでダイナミッ
クレンジを大きくできる。さらに、フィールド毎に全て
の画素の信号電荷を蓄積，読出すので、残像の少ない高
画質な再生像が得られる利点がある。
ルドシフトゲート21を設けるだけで、垂直及び水平の４
画素の信号電荷を加算することができ、且つフィールド
毎に加算組合わせを異ならせることができる。従って、
ノイズも少なく十分大きな信号電荷を得ることができ、
ダイナミックレンジの増大をはかると共に、解像度の向
上及びモアレの低減をはかることができる。さらに、垂
直CCDレジスタ20が直線状となり、信号転送路を単純な
形で加算が実施できるので、より多画素の固体撮像素子
も提供できる。また、従来素子に比べ同じ解像度を得る
ための水平転送段階を1/2にすることができ、水平転送
の周波数を1/2に下げることができる。このため信号帯
域が下げられ、この分ノイズが減少するのでダイナミッ
クレンジを大きくできる。さらに、フィールド毎に全て
の画素の信号電荷を蓄積，読出すので、残像の少ない高
画質な再生像が得られる利点がある。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。これ
は、先に説明した第１の実施例の加算電極の機能を、水
平CCDレジスタの駆動法で実施した例である。第９図は
本実施例装置の要部構成図であり、第10図は水平CCDレ
ジスタ40の転送電極へ印加する転送パルスφH1,φH2を
示すタイミングチャートであり、第11図はこのときの信
号電荷の状態を示す模式図である。この動作を行うに
は、φH1,φH2が与えられる水平CCDレジスタ40の転送電
極に垂直CCDレジスタ20からの信号電荷が転送できるよ
うな構成としておく。第９図の点線で示したレジスタの
範囲はこの転送路を示している。φV1,φV2,φV3,φV4
は垂直CCDレジスタ20の転送電極に与えられるパルスを
示し、φH1,φH2は水平CCDレジスタ40の転送電極に与え
られるパルスを示す。Q1,Q2,…,Q5は垂直CCDレジスタ20
から流れてくる信号電荷を示す。
は、先に説明した第１の実施例の加算電極の機能を、水
平CCDレジスタの駆動法で実施した例である。第９図は
本実施例装置の要部構成図であり、第10図は水平CCDレ
ジスタ40の転送電極へ印加する転送パルスφH1,φH2を
示すタイミングチャートであり、第11図はこのときの信
号電荷の状態を示す模式図である。この動作を行うに
は、φH1,φH2が与えられる水平CCDレジスタ40の転送電
極に垂直CCDレジスタ20からの信号電荷が転送できるよ
うな構成としておく。第９図の点線で示したレジスタの
範囲はこの転送路を示している。φV1,φV2,φV3,φV4
は垂直CCDレジスタ20の転送電極に与えられるパルスを
示し、φH1,φH2は水平CCDレジスタ40の転送電極に与え
られるパルスを示す。Q1,Q2,…,Q5は垂直CCDレジスタ20
から流れてくる信号電荷を示す。
水平画素の加算は第10図のタイミング図で示すように
水平ブランキングで行う。まず、第１フィールドのt1で
は垂直画素の信号電荷が水平方向に独立に転送されてく
る。このときφH1はＨレベル、φH2はＨレベルであり、
レジスタ40内の電荷の状態は第11図（ｂ）に示す通りで
ある。そして、t2ではφH1をＨレベル、φH2をＬレベル
にする。これにより、第11図（ｃ）に示すようにQ1＋
Q2,Q3＋Q4,…の信号電荷の加算が行える。次の第２フィ
ールドではまず、第１フィールドと同様にφH1,φH2を
Ｈレベルにして垂直CCDレジスタ20からの信号電荷の転
送を行う。このときの信号電荷の状態は、第11図（ｄ）
に示す如く同図（ｂ）と同様である。そして、こんどは
φH1をＬレベル，φH2をＨレベルにする。これにより、
第11図（ｅ）に示すように第１フィールドとは水平方向
に１画素組合せをずらしたQ2＋Q3,Q4＋Q5,…の信号電荷
の加算が行える。以上の動作を行うことにより、水平方
向の画素の加算ができるので第１図で説明したサンプリ
ング点が得られる。
水平ブランキングで行う。まず、第１フィールドのt1で
は垂直画素の信号電荷が水平方向に独立に転送されてく
る。このときφH1はＨレベル、φH2はＨレベルであり、
レジスタ40内の電荷の状態は第11図（ｂ）に示す通りで
ある。そして、t2ではφH1をＨレベル、φH2をＬレベル
にする。これにより、第11図（ｃ）に示すようにQ1＋
Q2,Q3＋Q4,…の信号電荷の加算が行える。次の第２フィ
ールドではまず、第１フィールドと同様にφH1,φH2を
Ｈレベルにして垂直CCDレジスタ20からの信号電荷の転
送を行う。このときの信号電荷の状態は、第11図（ｄ）
に示す如く同図（ｂ）と同様である。そして、こんどは
φH1をＬレベル，φH2をＨレベルにする。これにより、
第11図（ｅ）に示すように第１フィールドとは水平方向
に１画素組合せをずらしたQ2＋Q3,Q4＋Q5,…の信号電荷
の加算が行える。以上の動作を行うことにより、水平方
向の画素の加算ができるので第１図で説明したサンプリ
ング点が得られる。
従って本実施例によれば、先の実施例と同様の効果が
得られるのは勿論のこと、水平方向の信号電荷の加算に
特別に加算電極を設ける必要がなくなり、構成をより簡
略化し得る等の利点がある。
得られるのは勿論のこと、水平方向の信号電荷の加算に
特別に加算電極を設ける必要がなくなり、構成をより簡
略化し得る等の利点がある。
次に、本発明の第３の実施例について説明する。第12
図は感光部にインタライン転送構造のCCDを用いて信号
電荷の蓄積部70を設け、その転送方向に水平CCDレジス
タを有するフレームインターライン転送型CCDに本発明
を適用大した素子構成図である。この構成の特徴は、垂
直CCDレジスタ20と蓄積部70との間に加算電極30を設け
たことである。これにより、蓄積部70と水平CCDレジス
タ40における転送段数を1/2にできる特徴が生じる。具
体的な動作は、第２図で説明した内容とほぼ同じであ
り、ここでは垂直CCDレジスタ20の信号電荷を水平方向
に加算してから蓄積部70へ転送する。
図は感光部にインタライン転送構造のCCDを用いて信号
電荷の蓄積部70を設け、その転送方向に水平CCDレジス
タを有するフレームインターライン転送型CCDに本発明
を適用大した素子構成図である。この構成の特徴は、垂
直CCDレジスタ20と蓄積部70との間に加算電極30を設け
たことである。これにより、蓄積部70と水平CCDレジス
タ40における転送段数を1/2にできる特徴が生じる。具
体的な動作は、第２図で説明した内容とほぼ同じであ
り、ここでは垂直CCDレジスタ20の信号電荷を水平方向
に加算してから蓄積部70へ転送する。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、画素加算の組合せは第１図に説明した
ものに限定されない。第１図では第1,第２の２つのフィ
ールドで１画面を構成した例について説明しているが、
これを第1,第2,第3,第４の４つのフィールドで１画面を
構成した例を第13図及び第14図に示す。４フィールドで
１画面を構成するとモアレをより減少させ、実効的なサ
ンプリングポイント数が増加するので、解像度の更なる
向上を期待できる。第13図及び第14図で矢印は加算組合
せを示し、○印は第１フィールドのサンプリング中心
点、●印は第２フィールドのサンプンリング中心点、△
印は第３フィールドのサンプリング中心点、▲印は第４
フィールドのサンプリング中心点である。このようなサ
ンプリング点を得る動作は、第２図乃至第12図で説明し
た方法と同様にして実施できる。
はない。例えば、画素加算の組合せは第１図に説明した
ものに限定されない。第１図では第1,第２の２つのフィ
ールドで１画面を構成した例について説明しているが、
これを第1,第2,第3,第４の４つのフィールドで１画面を
構成した例を第13図及び第14図に示す。４フィールドで
１画面を構成するとモアレをより減少させ、実効的なサ
ンプリングポイント数が増加するので、解像度の更なる
向上を期待できる。第13図及び第14図で矢印は加算組合
せを示し、○印は第１フィールドのサンプリング中心
点、●印は第２フィールドのサンプンリング中心点、△
印は第３フィールドのサンプリング中心点、▲印は第４
フィールドのサンプリング中心点である。このようなサ
ンプリング点を得る動作は、第２図乃至第12図で説明し
た方法と同様にして実施できる。
また、実施例ではインターライン転送型CCDを中心に
行ったが、本発明はこれに限らず、フレーム転送型CCD,
MOS型固体撮像素子、ラインアドレス型固体撮像素子等
へ適用できる。本発明を適用するには１フィールド内に
全画素の信号電荷を読出す構成であればよい。MOS型固
体撮像素子の場合は、第１及び第２の信号転送路が信号
線となり、信号線と受光素子との間にそれぞれMOSゲー
トが配置される。そして、これらのMOSゲートのオン・
オフタイミングを制御することにより、実施例と同様な
加算処理が行える。また、本発明は例えばアモルファス
シリコン等の光電変換膜を受光面に用いた２階建構造の
固体撮像素子に適用すれば素子自身の開口が大きくなる
のでよりモアレの減少、感度の向上となり、大幅に画質
向上が得られる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
行ったが、本発明はこれに限らず、フレーム転送型CCD,
MOS型固体撮像素子、ラインアドレス型固体撮像素子等
へ適用できる。本発明を適用するには１フィールド内に
全画素の信号電荷を読出す構成であればよい。MOS型固
体撮像素子の場合は、第１及び第２の信号転送路が信号
線となり、信号線と受光素子との間にそれぞれMOSゲー
トが配置される。そして、これらのMOSゲートのオン・
オフタイミングを制御することにより、実施例と同様な
加算処理が行える。また、本発明は例えばアモルファス
シリコン等の光電変換膜を受光面に用いた２階建構造の
固体撮像素子に適用すれば素子自身の開口が大きくなる
のでよりモアレの減少、感度の向上となり、大幅に画質
向上が得られる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、第１の信号転送
路と第２の信号転送路との間に加算電極等を設けること
により、１画素に１個の信号読出しゲートで構成する簡
易な構成にも拘らず、水平方向画素の信号加算を行うこ
とができ、且つフィールド毎に信号電荷の組合せを異な
らせることができる。従って、素子構造の複雑化を招く
ことがなく、画素数の増加に伴うダイナミックレンジの
低下及びモアレ等の偽信号の発生を防止することがで
き、高解像度で簡易な構成の固体撮像装置を実現するこ
とが可能となる。
路と第２の信号転送路との間に加算電極等を設けること
により、１画素に１個の信号読出しゲートで構成する簡
易な構成にも拘らず、水平方向画素の信号加算を行うこ
とができ、且つフィールド毎に信号電荷の組合せを異な
らせることができる。従って、素子構造の複雑化を招く
ことがなく、画素数の増加に伴うダイナミックレンジの
低下及びモアレ等の偽信号の発生を防止することがで
き、高解像度で簡易な構成の固体撮像装置を実現するこ
とが可能となる。
第１図乃至第８図は本発明の第１の実施例を説明するた
めのもので、第１図は画素配置及び加算組合わせ状態を
示す模式図、第２図は固体撮像装置を示す概略構成図、
第３図は同装置を示す要部構成図、第４図及び第５図は
タイミングチャート、第６図乃至第８図は信号電荷の転
送及び加算状態を示す模式図、第９図乃至第11図は本発
明の第２の実施例を説明するためのもので、第９図は要
部構成図、第10図はタイミングチャート、第11図は加算
状態を示す模式図、第12図は本発明の第３の実施例を示
す要部構成図、第13図及び第14図は変形例を説明するた
めの模式図である。 10……画素（P,P1-1,P1-2,〜,PM-N）、20……垂直CCDレ
ジスタ（第１の信号転送路）、21……フィールドシフト
ゲート、30……加算電極、31,32……加算ゲート、40…
…水平CCDレジスタ（第２の信号転送路）、50……アン
プ、60……出力端子、70……蓄積部。
めのもので、第１図は画素配置及び加算組合わせ状態を
示す模式図、第２図は固体撮像装置を示す概略構成図、
第３図は同装置を示す要部構成図、第４図及び第５図は
タイミングチャート、第６図乃至第８図は信号電荷の転
送及び加算状態を示す模式図、第９図乃至第11図は本発
明の第２の実施例を説明するためのもので、第９図は要
部構成図、第10図はタイミングチャート、第11図は加算
状態を示す模式図、第12図は本発明の第３の実施例を示
す要部構成図、第13図及び第14図は変形例を説明するた
めの模式図である。 10……画素（P,P1-1,P1-2,〜,PM-N）、20……垂直CCDレ
ジスタ（第１の信号転送路）、21……フィールドシフト
ゲート、30……加算電極、31,32……加算ゲート、40…
…水平CCDレジスタ（第２の信号転送路）、50……アン
プ、60……出力端子、70……蓄積部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大竹 浩 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 阿部 正英 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 ▲吉▼川 重夫 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 遠藤 幸雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 松長 誠之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 原田 望 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−159579（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】複数の受光素子を２次元的に配置し、複数
フィールドで１フレームを構成する固体撮像装置におい
て、前記各受光素子に接続され該受光素子で検出された
信号電荷を取出し垂直方向に転送する複数本の第１の信
号転送路と、これらの第１の信号転送路から転送される
信号電荷を入力し、該電荷を水平方向に転送して読出す
第２の信号転送路と、隣接する第１の信号転送路の信号
電荷を加算する手段とを具備し、 前記加算手段は、第１及び第２の信号転送路の間に設け
られた加算ゲートからなり、第１の信号転送路から第２
の信号転送路に信号電荷が転送される際に２つの信号電
荷を加算するものであり、かつ第１の信号転送路のｎ番
目（ｎは正の整数）と（ｎ−１）番目の信号電荷の加
算、又はｎ番目と（ｎ＋１）番目の信号電荷の加算をフ
ィールド毎に選択して行うものであることを特徴とする
固体撮像装置。 - 【請求項２】複数の受光素子を２次元的に配置し、複数
フィールドで１フレームを構成する固体撮像装置におい
て、前記各受光素子に接続され該受光素子で検出された
信号電荷を取出し垂直方向に転送する複数本の第１の信
号転送路と、これらの第１の信号転送路から転送される
信号電荷を入力し、該電荷を水平方向に転送して読出す
第２の信号転送路と、隣接する第１の信号転送路の信号
電荷を加算する手段とを具備し、 前記加算手段は、第１の信号転送路のｎ番目（ｎは正の
整数）と（ｎ−１）番目の信号電荷の加算、又はｎ番目
と（ｎ＋１）番目の信号電荷の加算をフィールド毎に選
択して行うものであり、かつ第１の信号転送路から第２
の信号転送路に信号電荷を転送する期間又はその直後
に、第２の信号転送路内で２つの信号電荷を加算するも
のであることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】前記第１及び第２の信号転送路は、CCDレ
ジスタ又は信号線であることを特徴とする請求項１又は
２に記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】前記加算手段は、加算すべき第１の信号転
送路の組合わせを、フィールド毎に異ならせるものであ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装
置。 - 【請求項５】複数の受光素子を２次元的に配置し、複数
フィールドで１フレームを構成する固体撮像装置におい
て、前記各受光素子に接続され該受光素子で検出された
信号電荷を取出し垂直方向に転送する複数本の垂直CCD
レジスタと、これらのレジスタから転送される信号電荷
を入力し、該電荷を水平方向に転送して読出す水平CCD
レジスタと、垂直及び水平CCDレジスタの間にそれぞれ
配置され隣接する垂直CCDレジスタの信号電荷を加算す
る加算ゲートとを具備し、 前記加算ゲートは、垂直CCDレジスタのｎ番目（ｎは正
の整数）と（ｎ−１）番目の信号電荷の加算、及びｎ番
目と（ｎ＋１）番目の信号電荷の加算をフィールド毎に
交互に行うものであることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項６】複数の受光素子を２次元的に配置し、複数
フィールドで１フレームを構成する固体撮像装置におい
て、前記各受光素子に接続され該受光素子で検出された
信号電荷を取出し垂直方向に転送する複数本の垂直CCD
レジスタと、これらのレジスタから転送される信号電荷
を水平方向に転送して読出し、且つ垂直CCDレジスタか
ら信号電荷を転送する期間又はその直後に隣接する垂直
CCDレジスタからの信号電荷を加算する水平CCDレジスタ
とを具備し、 前記水平CCDレジスタは、該レジスタの転送電極に与え
る電圧により、垂直CCDレジスタのｎ番目（ｎは正の整
数）と（ｎ−１）番目の信号電荷の加算、及びｎ番目と
（ｎ＋１）番目の信号電荷の加算をフィールド毎に交互
に行うものであることを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63139519A JP2735223B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 固体撮像装置 |
| DE68923909T DE68923909T2 (de) | 1988-06-08 | 1989-06-07 | Festkörperbildaufnahmegerät. |
| EP89305757A EP0346102B1 (en) | 1988-06-08 | 1989-06-07 | Solid state image sensing device |
| US07/363,085 US4996600A (en) | 1988-06-08 | 1989-06-08 | Two dimensional solid state image sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63139519A JP2735223B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01309579A JPH01309579A (ja) | 1989-12-13 |
| JP2735223B2 true JP2735223B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=15247182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63139519A Expired - Lifetime JP2735223B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 固体撮像装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4996600A (ja) |
| EP (1) | EP0346102B1 (ja) |
| JP (1) | JP2735223B2 (ja) |
| DE (1) | DE68923909T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100549641B1 (ko) * | 1999-10-07 | 2006-02-06 | 후지 샤신 필름 가부시기가이샤 | 고체 촬상 장치 |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5262871A (en) * | 1989-11-13 | 1993-11-16 | Rutgers, The State University | Multiple resolution image sensor |
| JP2662455B2 (ja) * | 1990-09-13 | 1997-10-15 | シャープ株式会社 | 固体撮像装置 |
| JPH04256364A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-11 | Sharp Corp | 固体撮像装置の信号読み出し方法 |
| JP2703416B2 (ja) * | 1991-03-29 | 1998-01-26 | シャープ株式会社 | インターライン転送型ｃｃｄ撮像装置の駆動方法 |
| JPH0514816A (ja) * | 1991-06-28 | 1993-01-22 | Sharp Corp | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
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