JP2755691B2

JP2755691B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2755691B2
Application number: JP1152109A
Authority: JP
Inventors: 菜穂子能見; 幸雄遠藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: US5191424A; JPH0319479A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明はインタライン型の固体撮像装置に関し、被
撮像体の再生画像に生じる同期性ノイズを抑圧低減する
ようにした固体撮像装置に関する。

（従来の技術）インタライン型のCCDイメージセンサでは、垂直ブラ
ンキング期間の間に垂直転送用CCDに移された各画素に
対応した信号電荷を、１フィールド期間の各水平ブラン
キング期間に同期して１ラインずつ水平転送用CCDに転
送して読出し、撮像された画像信号を得ている。

このような信号電荷の読出しにあって、各ブランキン
グ期間は、それぞれ一定の時間に予め設定されているた
め、読出される信号電荷に対応した画素数が増加する
と、一定時間内に読出そうとする信号電荷が増加するこ
とになる。このため、多画素化にともなって読出し動作
の高速化が要求され、特に、水平転送用CCDを転送駆動
するための駆動信号となる水平転送クロック信号の周波
数を高くする必要がある。

そこで、現在では本来の水平転送クロック信号におけ
る周波数の1/2の低い周波数の水平転送クロック信号で
信号電荷を読出す２線読出し方法を採用しているものが
ある。

この２線読出し方法は、例えば第６図に示すように、
各々の画素に対応する信号電荷蓄積部１に蓄積された信
号電荷を垂直方向に読出す複数列の垂直CCD2に対して、
２本の水平CCD3a,3bを設け、それぞれの垂直CCD2の出力
信号電荷を１列置きにそれぞれの水平CCD3a,3bに振り分
けて与え、それぞれの水平CCD3a,3bを水平転送クロック
信号の周波数（例えば74.25MHz）の1/2の周波数（37.12
5MHz）の水平転送クロック信号で転送駆動する。そし
て、それぞれの水平CCD3a,3bから出力アンプ４を介して
位相が180゜ずれて出力されるそれぞれの画像信号を、
外部回路（図示せず）により交互に読込むことによっ
て、本来の周波数（74.25MHz）の水平転送クロック信号
で１本の水平CCDを転送駆動して得られると同様の出力
信号を得るという方法である。

なお、水平転送クロック信号は、原発振器５から発振
された信号がクロック設定回路６により分周率が可変制
御される1/nカウンタ７によって37.125MHzに分周され
て、ゲート回路８及びそれぞれの出力アンプ９を介して
それぞれの水平CCD3a,3bに供給される。

このような２線方式の読出し方法にあって、信号電荷
が読出される周波数を例えば74.25MHzとすると、信号帯
域となるナイキスト限界は、第７図に示すように、上記
周波数（74.25MHz）の1/2の37.125MHzとなる。これは、
２線方式における水平転送クロック信号の周波数（37.1
25MHz）と一致する。このため、出力画像信号の信号帯
域内にクロック信号の高周波成分が含まれることにな
る。これが、第７図に示すように、同期性ノイズとなっ
て、モニタ画面上に一定間隔のストライプ状のノイズを
発生させていた。

そこで、このような高周波の同期性ノイズを抑圧する
ために、従来にあっては、出力画像信号をしゃ断周波数
を例えば30MHzとする低域フィルタ（LPF）に通して、高
周波成分を除去しようとしていた。

しかしながら、このような方法にあっては、クロック
信号とともに画像信号の高周波成分が除去されることに
なる。したがって、信号帯域が本来の80％程度にまで制
限され、解像度の低下を招いていた。また、信号帯域の
縮小をなるべく少なくするために、低減フィルタのしゃ
断周波数を高周波側に設定した場合には、クロック信号
の高周波成分を十分に除去することは困難となるため、
やはりストライプ状のノイズが再生画面上に発生するこ
とになる。

一方、第６図に示すような構成にあっては、水平転送
クロック信号の他に、出力画像信号の信号帯域内に含ま
れる垂直CCD2の転送クロック信号や１水平期間パルス信
号等の低周波の信号を、クロック設定回路６の制御の下
に原発振器５の発振周波数の1/nカウンタ７での分周率
を変えることで生成している。

このため、カウンタノイズに起因する同期性ノイズが
出力画像信号に生じ、これが第７図に示すように、モニ
タ画面上に不規則な間隔でストライプ状のノイズとなっ
て現われる。

そこで、このような低周波の同期性ノイズを除去する
ために、従来にあっては、２本の水平CCD3a,3bのそれぞ
れの出力画像信号に含まれるノイズ成分が逆相となり互
いにキャンセルするように、それぞれの出力画像信号の
位相を調整して交互に読込むといった方法が用いられて
いた。

しかしながら、このような方法にあっても、低周波の
クロック信号の周波数が多種にわたっているため、低周
波の同期性ノイズを完全に除去することは極めて困難で
あった。したがって、不規則な間隔のストライプ状の同
期性ノイズが、モニタ画面上に発生していた。

（発明が解決しようとする課題）以上説明したように、従来の２線方式における信号電
荷の読出し時に生じる高周波の同期性ノイズを低減フィ
ルタを用いて完全に除去しようとすると、信号帯域が狭
められて解像度が低下してしまうとい不具合を招いてい
た。そこで、低域フィルタのしゃ断周波数を高周波側に
設定して除去される信号帯域を少なくしようとすると、
同期性ノイズを十分に抑圧することができず、モニタ画
面上にストライプ上のノイズが発生していた。

このように、いずれにあっても解像度の低下を招くこ
となく同期性ノイズを抑圧除去することはできなかっ
た。

また、低周波の同期性ノイズにあっても、従来のキャ
ンセル法では完全に除去することは極めて困難であり、
モニタ画面上にストライプ状の同期性のノイズが発生し
ていた。

このように、従来の２線方式の読出し方法では、再生
画像上に同期性ノイズによるストライプ状のノイズが現
われ、再生画像を見づらくしていた。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、解像度を損なうことな
く、同期性ノイズを抑圧低減して、視覚的にノイズが低
減された再生画像を得ることができる固体撮像装置を提
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）上記目的を達成するために、２次元配列された信号電
荷蓄積手段と、前記信号電荷蓄積部に蓄積された信号電
荷を順次読出す複数列の垂直転送手段と、前記垂直転送
手段から読出された信号電荷を水平転送クロック信号に
同期してそれぞれ読出す複数の水平転送手段と、前記そ
れぞれの水平転送手段から読出された信号電荷を合せて
１ライン分の画像信号を得る出力手段とを備えた固体撮
像装置において、第１の発明は、前記水平転送クロック
信号の周波数を含む水平転送クロック信号の近傍の周波
数帯域の、前記出力手段から得られる画像信号を選択す
る選択手段と、前記選択手段によって選択された画像信
号を遅延させる遅延手段と、前記出力手段から得られる
画像信号から前記選択手段によって選択され、遅延手段
により遅延された異なる水平期間の画像信号を差し引い
て出力信号を得る差引手段とから構成される。

一方、２次元配列された信号電荷蓄積手段と、前記信
号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を順次読出す複数列
の垂直転送手段と、前記垂直転送手段から読出された信
号電荷を水平転送クロック信号に同期してそれぞれ読出
す複数の水平転送手段と、前記それぞれの水平転送手段
から読出された信号電荷を合せて１ライン分の画像信号
を得る出力手段とを備えた固体撮像装置において、第２
の発明は、相互に1/4周期ずれた２つの水平転送クロッ
ク信号をフィールド周期あるいは水平走査期間毎に交互
に用いて前記水平転送手段を転送制御する駆動制御手段
から構成される。

さらに、２次元配列された信号電荷蓄積手段と、前記
信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を順次読出す複数
列の垂直転送手段と、前記垂直転送手段から読出された
信号電荷を水平転送クロック信号に周期してそれぞれ読
出す複数の水平転送手段と、前記それぞれの水平転送手
段から読出された信号電荷を合せて１ライン分の画像信
号を得る出力手段とを備えた固体撮像装置において、第
３の発明は、第１の発明に記載された選択手段、遅延手
段及び差引手段と、第２の発明に記載された駆動制御手
段とから構成される。

（作用）第１の発明は、画像信号の信号帯域から、前のライン
の画像信号の水平転送クロック信号の周波数を含む帯域
を差し引くようにしている。

一方、第２の発明は、水平転送クロック信号のタイミ
ングをライン毎あるいはフィールド毎に1/4周期ずらし
て、それぞれの水平転送手段を駆動制御するようにして
いる。

第３の発明は、上記作用を組合せて機能させるように
している。

（実施例）以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る固体撮像装置の構
成を示す図である。同図に示す固体撮像装置は、第６図
に示したと同様のインタライン転送型CCDイメージセン
サにおける２線読出し方式の撮像部11と、この撮像部11
から得られた画像信号から高周波の同期性ノイズを除去
する除去部12と、撮像部11に必要とされる各種のクロッ
ク信号を供給する駆動制御部13とから構成され、撮像部
11の２本の水平CCDにおけるそれぞれの転送タイミング
をずらすとともに、画像信号成分から高周波の同期性ノ
イズを含む信号帯域を差し引くことにより、再生画像上
にストライプ状に生じる同期性ノイズを抑圧除去するよ
うにしたものである。

第１図において、撮像部11は、第６図に示したと同様
に、信号電荷蓄積部１、垂直CCD2、２つの水平CCD3a,3
b、出力アンプ４及びそれぞれの出力アンプ４から180゜
の位相差で出力されるそれぞれの画像信号を、１ライン
分の画像信号に再構成する合成回路14とから構成されて
いる。合成回路14はオンチップ上又は外部回路上につく
られる。この合成回路14によって合成された１ライン分
の画像信号は、除去部12に与えられる。

除去部12は、帯域通過フィルタ（BPF）15と遅延メモ
リ16及び差引回路17とから構成されている。

帯域通過フィルタ15は、合成部14から出力される画像
信号の信号帯域のうち、水平CCD3a,3bを転送駆動する水
平転送クロック信号の周波数を含む数MHz程度の帯域幅
の画像信号を通過させるフィルタである。例えば、読出
し周波数を74.25MHzとすると、帯域通過フィルタ15は、
水平転送クロック信号の周波数となる37.125MHzを含む
数MHz程度の帯域幅の画像信号のみを通過させる。した
がって、合成回路14の出力（第１図中ａ点）の画像信号
における周波数特性が第２図のａで示す帯域特性である
と、帯域通過フィルタ15の出力（第１図中ｂ点）の帯域
は、第２図のｂで示すようになる。このような帯域幅で
帯域通過フィルタ15を通過した画像信号は遅延メモリ16
に与えられる。

遅延メモリ（DL）16は、帯域通過フィルタ15から与え
られる１ライン分の画像信号を１水平走査期間の間保持
して出力するものである。すなわち、遅延メモリ16は、
１ライン分の信号電荷蓄積部１に蓄積された信号電荷か
らなる帯域通過フィルタ15を通過した画像信号を、次の
１ライン分の画像信号が合成回路14から除去部12に与え
られるまでの間保持することによって、画像信号を１水
平走査期間遅延させる。遅延メモリ16で遅延された画像
信号は差引回路17に与えられる。

差引回路17は、合成回路14から出力される１ライン分
の信号帯域幅すべての画像信号と、遅延メモリ16から出
力される１水平走査期間遅延された信号帯域の上限近傍
の１ライン分の画像信号を受けて、信号帯域幅すべての
画像信号から信号帯域の上限近傍の画像信号を差引く回
路である。

このような構成において、撮像部11で撮像されて合成
回路14から出力されたｎライン目の画像信号のうち、帯
域通過フィルタ15を通過した帯域の画像信号が、第３図
ので示すような水平転送クロック信号の高周波ノイズ
成分を含む信号であるとすると、この画像信号は遅延メ
モリ16に与えられて、１水平走査期間保持される。

そして、次の水平走査期間にはいり、（ｎ＋１）ライ
ン目の画像信号が合成回路14から除去部12に与えられる
と、この（ｎ＋１）ライン目の画像信号は、差引回路17
に与えられるとともに帯域通過フィルタ15に与えられ
る。帯域通過フィルタ15に与えられた（ｎ＋１）ライン
目の画像信号は、第３図ので示す高周波側の画像信号
だけが通過する。帯域通過フィルタ15を通過した第３図
のに示す波形の（ｎ＋１）ライン目の画像信号は、合
成回路14から差引回路17に与えられる（ｎ＋１）ライン
目の画像信号の信号帯域（第２図中にａで示す）の高周
波側の帯域成分（第２図中にｂで示す）である。

合成回路14から差引回路17に与えられた（ｎ＋１）ラ
イン目の画像信号は、遅延メモリ16で１水平走査期間の
間遅延されたｎライン目の帯域通過フィルタ15を通過し
た画像信号が差引回路17によって差し引かれる。すなわ
ち、第３図ので示した波形の画像信号から第３図の
で示した波形の画像信号が差し引かれる。ここで、高周
波ノイズはｎライン目の画像信号であっても、（ｎ＋
１）ライン目の画像信号であっても同一である。

これにより、（ｎ＋１）ライン目の画像信号の高周波
ノイズはｎライン目の画像信号の高周波ノイズで差し引
かれて除去され、第３図ので示すような波形の第２図
のｂで示す帯域の画像信号が得られる。したがって、差
引回路17から出力される（ｎ＋１）ライン目の出力画像
信号は、第２図のｃで示すように、水平クロック信号の
周波数成分を含まない帯域の画像信号として得られる。

このように、出力画像信号の高周波ノイズを、この出
力画像信号のラインに対して１ライン前の画像信号の高
周波ノイズでキャンセルする動作を、撮像部11の全ライ
ンにわたって行なうことにより、再生画面上でストライ
プ状に現われる水平転送クロック信号による高周波の同
期性ノイズを抑圧除去することができるようになる。

次に、駆動制御部13の構成及び作用について説明す
る。

駆動制御部13は、クロック信号供給回路18、ゲート回
路19及び出力アンプ20を備えて構成されている。

クロック信号供給回路18は、それぞれの水平CCD3a,3b
を転送駆動するための水平転送クロック信号φ_A,φ_Ｂを
生成する。クロック信号供給回路18は、水平転送クロッ
ク信号φ_A,φ_Ｂをその位相関係が第４図に示すように生
成する。

第４図において、それぞれの水平転送クロック信号φ
_A,φ_Ｂは、その位相が互いに逆相関係にある。これによ
り、それぞれの水平CCD3a,3bは、垂直CCD2から与えられ
た信号電荷を交互に転送駆動する。

また、水平転送クロック信号φ_A,φ_Ｂは、第４図に示
すように、２組のタイミング（X,Y）で生成される。タ
イミングＹの水平転送クロック信号φ_A,φ_Ｂは、この位
相がタイミングＸの水平転送クロック信号φ_A,φ_Ｂに対
して1/4周期ずれている。このような水平転送クロック
信号φ_A,φ_Ｂは、ゲート回路19に与えられ、ゲート回路
19から出力アンプ20を介して水平転送クロック信号φ_Ａ
が水平CCD3aに与えられ、水平転送クロック信号φ_Ｂが
水平CCD3bに与えられる。

水平CCD3a,3bが、第４図に示すタイミングＸの水平転
送クロック信号φ_A,φ_Ｂで転送駆動された場合には、水
平CCD3aから出力される画像信号の出力波形は、第４図
ので示すようになり、信号成分（Ｓ）とノイズ成分
（Ｎ）が同相関係となる。また、水平CCD3bから出力さ
れる画像信号出力波形は、第４図ので示すようにな
り、信号成分とノイズ成分が逆相関係となる。したがっ
て、水平CCD3aと水平CCD3bの出力を合成回路14で交互に
読込むと、その出力波形は第４図ので示すようにな
り、１画素置きに信号成分に含まれるノイズ成分が顕在
化する。

一方、水平CCD3a,3bが、第４図に示すタイミングＹの
水平転送クロック信号φ_A,φ_Ｂで転送駆動されると、水
平CCD3aから出力される画像信号の出力の波形は、第４
図ので示すようになり、第４図ので示す出力波形に
対して1/4周期遅れ、信号成分とノイズ成分が同相関係
となる。また、水平CCD3bから出力される画像信号の出
力波形は、第４図ので示すようになり、第４図ので
示した出力波形に対して1/4周期遅れ、信号成分とノイ
ズ成分が逆相関係となる。したがって、水平CCD3aと水
平CCD3bの出力を合成回路14で交互に読込むと、その出
力波形は第４図ので示すようになり、１画素置きに信
号成分に含まれるノイズ成分が顕在化する。

このように、タイミングＸの水平転送クロック信号で
水平CCD3a,3bを転送駆動した時に得られる画像信号と、
タイミングＹの水平転送クロック信号で水平CCD3a,3bを
転送駆動して得られる画像信号の位相関係は、第４図の
とに示すように、1/4周期ずれることになる。

このように読出される画像信号における位相のずれ
を、１フレームが２フィールドで構成される2:1インタ
レース方式のTVシステムに対応させて、Ａフィールドで
の走査にあってはタイミングＸで水平CCD3a,3bを全ライ
ンにわたって転送駆動し、Ｂフィールドでの走査にあっ
てはタイミングＹで水平CCD3a,3bを全ラインにわたって
転送駆動する。

このような転送駆動を行なうことにより、合成回路14
から出力される１フレーム分の画像信号からなる再生画
面上では、第５図（ａ）に示すように、１ライン毎に1/
2画素分ずれた画像が得られる。このような画面におい
て、低周波及び高周波の同期性ノイズを含む画像信号
は、第４図の斜線部分で示すように、１ライン毎に1/2
画素分ずれることになる。したがって、従来にあって
は、同期性ノイズを含む画像信号が各フィールドの全ラ
インにわたって同位相であるため、垂直方向にストライ
プ状の同期性ノイズが再生画面上に現われていたのに対
して、この実施例では、第５図（ａ）に示すように、斜
線部分で示す同期性ノイズが1/2画素ずれて市松模様状
になる。これにより、同期性ノイズは視覚的に緩和さ
れ、結果的に同期性ノイズを抑圧したと同様の効果を得
ることができるようになる。

なお、各フィールドの１ライン毎にタイミングＸとタ
イミングＹを交互に用いて、それぞれの水平CCD3a,3bを
転送駆動するようにしても良い。この場合には、再生画
面は第５図（ｂ）に示すようになり、第５図（ａ）に示
したものと同様の効果を得ることが可能である。

このように、駆動制御されて得られる撮像部11からの
画像信号は、このような駆動制御方法だけでも上述した
ような効果を得ることができるが、除去部12によって高
周波の同期性ノイズが前述したように除去されるため、
再生画面上では、第５図（ａ）あるいは第５図（ｂ）に
示した市松模様状の同期性ノイズからさらに高周波の同
期性ノイズが除去されることになる。これにより、解像
度を犠牲にすることなく、同期性ノイズが抑圧除去され
た再生画像を得ることができる。

なお、この発明は、上記実施例に限ることはなく、上
述したように、高周波の同期性ノイズをキャンセルする
方法あるいはそれぞれの水平CCD3a,3bの駆動制御方法を
単独で用いても、同期性ノイズの抑圧効果を得ることが
できることは勿論である。

［発明の効果］以上説明したように、この発明を適用した固体装置に
よれば、信号電荷の読出しに係わる各種のクロック信号
に起因する同期性ノイズを抑圧低減することが可能とな
る。これにより、同期性ノイズによる再生画面上でのス
トライプ状のノイズを視覚的に緩和して、見易い再生画
像を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る固体撮像装置の構成
を示す図、第２図乃至第５図は第１図に示す装置の作用
説明図、第６図は従来の固体撮像装置の一構成を示す
図、第７図は第６図に示す装置の作用説明図である。１……信号電荷蓄積部、２……垂直CCD 3a,3b……水平CCD、14……合成回路 15……帯域通過フィルタ 16……遅延メモリ、17……差引回路 18……クロック信号供給回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元配列された信号電荷蓄積手段と、前記信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を順次読出す
複数列の垂直転送手段と、前記垂直転送手段から読出された信号電荷を水平転送ク
ロック信号に同期してそれぞれ読出す複数の水平転送手
段と、前記それぞれの水平転送手段から読出された信号電荷を
合せて１ライン分の画像信号を得る出力手段とを備えた
固体撮像装置において、前記水平転送クロック信号の周波数を含む水平転送クロ
ック信号の近傍の周波数帯域の、前記出力手段から得ら
れる画像信号をBPF（バンドパスフィルタ）で選択する
選択手段と、前記選択手段によって選択された画像信号を１ライン分
遅延させる遅延手段と、前記出力手段から得られる画像
信号から前記選択手段によって選択され、遅延手段によ
り遅延された異なる水平走査期間の画像信号を差し引い
て出力信号を得る差引手段とを有することを特徴とする
固体撮像装置。
【請求項２】２次元配列された信号電荷蓄積手段と、前記信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を順次読出す
複数列の垂直転送手段と、前記垂直転送手段から読出された信号電荷を水平転送ク
ロック信号に同期してそれぞれ読出す複数の水平転送手
段と、前記それぞれの水平転送手段から読出された信号電荷を
合せて１ライン分の画像信号を得る出力手段とを備えた
固体撮像装置において、相互に1/4周期ずれた２つの水平転送クロック信号をフ
ィールド周期あるいは水平走査期間毎に交互に用いて前
記水平転送手段を転送制御する駆動制御手段を有するこ
とを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】２次元配列された信号電荷蓄積手段と、前記信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を順次読出す
複数列の垂直転送手段と、前記垂直転送手段から読出された信号電荷を水平転送ク
ロック信号に同期してそれぞれ読出す複数の水平転送手
段と、前記それぞれの水平転送手段から読出された信号電荷を
合せて１ライン分の画像信号を得る出力手段とを備えた
固体撮像装置において、請求項１記載の選択手段、遅延手段及び差引手段と、請求項２記載の駆動制御手段とを有することを特徴とする固体撮像装置。