JP2868942B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に、撮影した画像を走査形表示装置で再現する場合に
好適な固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１１図に従来のインターライン転送形
固体撮像装置の平面図を示す。１は行列状に配設された
感光素子の１列を示し、２は感光素子の電荷を受け取り
列方向（図の上部から下部に向う方向）に転送する複数
の列方向電荷転送部（以下、列方向転送部と称する）、
３は列方向転送部２から一行ずつ電荷を受け取り、行方
向（同図の右から左方向）に転送する行方向電荷転送部
（以下、行方向転送部と称する）を示し、電荷は出力回
路４で電圧に変換されて出力される。この場合各感光素
子に蓄積された電荷（図中○印で示す）は同時に列方向
転送部に移送され、しかる後、図の矢印の方向に従って
周知の電荷転送動作によって列方向に転送され、行方向
転送部３によって一行ずつ行方向に転送され出力回路４
から外部に出力される。この場合、一画面を構成する感
光素子で得られる信号電荷は行列状のどこの場所に位置
するものであっても、同時刻の映像情報を担っている。
一般に、映像信号はテレビジョン受像機の表示装置に入
力され、その画面上に画像が再生される。これらの表示
装置は、電子ビームを時間軸に従って順次走査するの
で、再生画面上に映し出された１フィールドの映像はそ
の面上の位置により出力される時刻が異なる。

【０００３】このために生ずる問題を図１３（Ａ），
（Ｂ），（Ｄ）を用いて説明する。図１３（Ａ）は直立
した縦長の被写体を示し、９の位置から１０の位置に平
行移動している場合を考える。この像を撮像した場合１
フィールドの映像は各時刻における被写体の正確な位置
をとらえている。この１フィールドの映像をテレビジョ
ン受像機で再生すると図１３（Ｂ）に示すような再生画
像が得られる。再生像１１は直立しており、その時刻の
正しい位置が表示されている。同図の１６と１７は夫々
被写体の上端と下端を示し、表示画面上には異なった時
刻に表示されている。この場合には電子ビーム主走査
（同図の左から右への走査）は上部から下部に順次移動
する。従って１７は１６に対し、略3/4 フィールド走査
時間だけ遅れて表示される。常に同一のフィールド映像
が表示される静止画の場合は何の違和感も生じない。し
かし、このような移動被写体を動画として表示する一般
の使用方法においては、時刻の経過に対応したフィール
ド映像が順次表示される。即ち、第１のフィールド映像
における１７が表示された1/4フィールド時間後に１フ
ィールド期間進んだ第２のフィールド映像における被写
体再生像の上端１６′が表示される。この時点から第２
のフィールド映像における被写体の下端が表示される迄
にはなお3/4 フィールド時間を要する。その間は第１の
フィールド再生像が、残像として認識される。このよう
なフィールド映像を順次走査することによって再生画面
上における被写体の動きは、図１３（Ｄ）に示すように
あたかも上端が先に移動し下端が遅れて移動するかのよ
うに認識される。すなわち、再生画面で真実の被写体の
動きを認識することはできない。この現象は、物体を静
止し、撮像カメラを左右に移動した場合にも発生する。
この場合には静止した物体があたかも斜めに傾いたよう
に見える現象として認識される。

【０００４】一方、他の従来技術としてラインアドレス
形撮像装置がある。図１２にその平面図を示す。同図の
５ａ〜５ｈは第１行〜第８行をなす感光素子行を示す。
６は各感光素子行から信号電荷を受けとり行方向転送部
に転送するための列方向転送部で、上記した列方向転送
部２とは必ずしも同一のものではない。７は各感光素子
行の信号電荷を第１行から第８行まで順次読み出すため
のアドレスパルスを供給するシフトレジスタ回路、８ａ
〜８ｈはシフトレジスタ７の各シフト段の出力を感光素
子行５ａ〜５ｈに伝達するためのパルス供給線を示す。
ラインアドレス形の一般的動作方法としてはシフトレジ
スタ回路７からパルス供給線８ａを通じてアドレスパル
スを伝達して第１行の感光素子５ａの信号電荷を列方向
転送部６に読み出し、続いて行方向転送部３に転送し、
第１行の信号電荷を行転送動作によって出力回路４から
順次出力する。次に、第２行の感光素子５ｂの信号電荷
を同様の動作で出力する。かかる動作をくり返し、最後
に第８行の感光素子の信号を出力して１フィールドの全
映像信号を出力する。

【０００５】この場合、第１行の映像信号が出力される
時刻と第８行の映像信号が出力される時刻とは略１フィ
ールド期間異なる。従って、１フィールド期間に図１３
（Ａ）に示すように位置９から位置１０に移動する物体
を撮像した場合の１フィールドの信号は図１３（Ｄ）の
１３に示すように上下の水平位置があたかもズレた映像
をもたらす。これは物体の上端１８の映像信号に対し下
端１９の映像信号が略3/4 フィールド時刻だけ遅れて感
光素子からＣＣＤへ読み出されるためである。

【０００６】次に、順次出力されるフィールド映像信号
を動画として、走査形画像再生装置で順次再生した場合
を考える。この場合には、時刻の経過と共に変化する物
体の位置を読み出される各感光素子行の信号が略同時刻
性をもってとらえることができる。従って、この行映像
信号を再生装置で順次再生すると図１３（Ｅ）の１４に
示す如く、物体が直立して画面上左から右に移動してい
る様子を適確に再現することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように撮
像カメラに対して相対的に移動する被写体を撮像した場
合、従来のインターライン転送方法では動画再生映像に
ゆがみを生じ、ラインアドレス方式では、移動被写体の
瞬間の動きをとらえた１フィールド映像信号を静止画と
して再生した場合にゆがみを生じてしまう。別言する
と、従来の方法では静止画と動画とを共にゆがみのない
正確な画像として再生することは不可能である。

【０００８】よって、本発明は静止画及び動画のいずれ
かに画像のゆがみが生ずるという撮像装置の不具合を解
消した固体撮像装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の固体撮像装置は、行列状に配置されて入射光量
に応じた信号電荷を発生する複数の感光素子と、各列の
前記感光素子に隣接して信号電荷を列方向に転送する複
数の列方向電荷転送手段と、行列状に配置されて上記感
光素子及び上記列方向電荷転送手段間に介在し、アドレ
ス信号に応答して上記感光素子に発生した上記信号電荷
を上記列方向電荷転送手段に移動する複数のゲート手段
と、上記複数の列方向電荷転送手段によって転送された
信号電荷を行方向に転送する行方向電荷転送手段と、少
なくとも上記ゲート手段の全てに上記アドレス信号を略
同時に与える第１動作モード及び上記ゲート手段の一行
毎に順番に上記アドレス信号を与える第２動作モードを
有するアドレス制御手段とを備えることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の固体撮像装置のアドレス制御手段は、
ラインアドレス転送と、インターライン転送動作を選択
的に実現できる。この結果、動画撮像時にはラインアド
レス転送を選択し、静止画撮像時にはインターライン転
送を選択することによっていずれの場合にもゆがみのな
い再生画像を実現することが可能となる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の固体撮像装置の構成を示し
ており、同図の２１は感光素子列であり、〜は第１
行〜第８行の感光素子行に蓄積された信号電荷を示す。
２２は感光素子列２１に蓄積された信号電荷を列方向に
転送するための列方向転送部、２３は、各感光素子の電
荷〜を選択的に列方向転送部２２に読み出すための
アドレスゲートを示す。各アドレスゲートはアドレス信
号線２４〜３１によって、行方向に電気的に共通となる
べく接続されている。各アドレス信号線２４〜３１の一
端はアドレス信号を発生するシフトレジスタ３２の各シ
フト段Ｓ₁ 〜Ｓ₈ の出力端子に夫々接続されている。３
７は列方向の列方向転送部２２によって運ばれた信号電
荷を一旦保持し、一種のバッファメモリとして機能する
蓄積ゲート、３８は蓄積ゲート３７に保持された信号電
荷をゲート信号Φg に応答して行方向転送部３に転送す
る蓄積制御ゲート、３は従来技術と共通の行方向転送
部、４は信号電荷を映像信号に変換する出力回路を示
す。３３〜３６は列方向転送部の各転送電極に、４相の
転送パルスφ₁ 〜φ₄ を供給するための転送パルス供給
線を示す。 本発明の固体撮像装置においては、シフト
レジスタ３２のシフト段Ｓ₁ 〜Ｓ₈ からアドレスパルス
を１ラインずつ選択的に供給することによって選択され
た行のアドレスゲートを全部開放してラインアドレス転
送を行ない、シフト段Ｓ₁ 〜Ｓ₈ の全部から略同時にア
ドレスパルスを供給することによって全てのアドレスゲ
ートを開放してインターライン転送を可能ならしめるも
のである。

【００１２】以下、各転送モードにおける動作を説明す
る。図２は任意の一画素列を取り出して、ラインアドレ
ス動作で信号電荷が転送される様子を示している。図３
は図２の転送動作をするためのシフトレジスタ出力Ｓ₁
〜Ｓ₈ 、転送パルスφ₁ 〜φ₄ を示すパルスのタイミン
グ図である。時刻ｔ₁ においてアドレス信号線２４にア
ドレスパルスＳ1 が供給され、第１行の受光素子に隣接
したアドレスゲートがオン状態になり第１行の信号電荷
１が列方向転送部２２に読み出され蓄積ゲート３７に向
って転送される。最上位行の信号電荷の転送に必要な所
定期間を経た後、例えば映像信号の水平帰線期間に対応
してゲート信号Φg が与えられて蓄積制御ゲート３８が
開放し、１行分の信号電荷は行方向転送部３に転送され
第１行の映像信号として出力回路４に順次転送され、電
圧信号として外部に取り出される。

【００１３】時刻ｔ₂ において、アドレスパルスがシフ
ト段Ｓ₂から供給され、第２行のアドレスゲート２３が
オン状態になり、第２行の信号電荷２が列方向転送部２
２に転送されて蓄積ゲート３７に一旦読み出され、信号
電荷の場合と同様にして外部に取り出される。同様に
して時刻ｔ₃ 〜ｔ₈ にシフト段Ｓ₃ 〜Ｓ₈ からアドレス
パルスが順次供給され、第３〜第８行の信号電荷３〜８
が列方向転送部２２に読み出され、最終的には全ての信
号電荷が出力回路４から外部に取り出される。この場合
各感光素子行は蓄積した電荷が列方向転送部２２に読み
出された後、次のフィールド信号としての電荷の蓄積を
開始する。結局、信号電荷が読み出される時刻と信号
電荷が読み出される時刻とは約１フィールド期間異な
る。従って、従来技術で説明したように移動する被写体
を動画として撮像し走査形再生装置の画面上に再生した
場合は、被写体の動きが正確かつ自然に映し出される。

【００１４】一方、このような動作モードで移動する被
写体の瞬間の像を周知の電子シャッタ動作で静止画とし
て撮像した場合には、１再生画面上の上下で約１フィー
ルド期間の時刻のずれがあるためゆがんだ像として再生
されてしまう。

【００１５】そこで、本発明においては、上記電子シャ
ッタ動作で移動する物体を撮像する場合にはインターラ
イン転送動作を選択することが出来る。

【００１６】図４は、インターライン動作における任意
の１感光素子列の信号電荷が転送される様子を説明する
もので、時刻ｔ₁ 〜ｔ₈ における任意の列方向転送部２
２の電荷の位置と転送状態を示している。この転送を制
御するために供給される転送パルス群のタイミング図を
図５に示す。図５は、レジスタ３２のシフト段Ｓ₁ 〜Ｓ
₈ から供給されるアドレスパルス群、列方向転送部の各
転送電極へ供給される第１相〜第４相の転送パルスφ₁
〜φ₄ を示す。

【００１７】インターライン転送動作においては、時刻
ｔ₁ にシフト段Ｓ₁ 〜Ｓ₈ の全てからアドレスパルスが
供給され、〜で示される全行の信号電荷が略一斉に
列方向転送部２２に転送される。次いで、行方向転送部
３に向って転送され、第１行の信号電荷が蓄積ゲート
３７及び蓄積制御ゲート３８を経由して行方向転送部３
に転送される。続いて、行方向転送動作により順次に出
力回路４に転送され、出力回路４から第１行の映像信号
として出力される。時刻ｔ₂ において、再び列方向転送
部２２に転送パルスが供給され、第２行の信号電荷が
行方向転送部３に転送され、同様の動作によって出力回
路４から第２行の映像信号として出力される。以下、時
刻ｔ₃ 〜ｔ₈ において信号電荷〜が行方向転送部３
に転送され、次の列方向転送が行われる間の期間に出力
回路４から第３行〜第８行の映像信号として出力され、
１フィールド分の全信号が出力される。なお、各列の同
じ行の信号電荷が同時に読み出され、１行ずつ順次に行
方向転送部３に向かって送られるため、蓄積ゲート３７
及び蓄積制御ゲート３８による時間調整は必要ない。

【００１８】この場合、１フィールドの映像信号は全行
において、同一時刻の情報を担うので従来技術において
説明したように、移動する被写体の瞬間の像を周知の電
子シャッタ動作で静止画として撮像し、走査形画像再生
装置で再生しても像の歪みは発生せず正確な位置と動き
の再生画像を得ることができる。

【００１９】本発明を実現する固体撮像装置の構造とし
ては、１感光素子に対して１段ないし1/2 段の列方向転
送部の転送段が対応してなり、列転送段への転送パルス
の供給手段と、アドレスパルスの供給手段が共に備って
いるものであれば良い。上述の実施例においては、アド
レスゲート２３を転送部とは別に設けた構造の固体撮像
装置を用いて説明したが、アドレスゲートと転送電極を
１体に形成した構造（例えばＩＳＳＣＣ１９８７ダイジ
ェストオブテクニカルペーパー１０６頁）であっても良
い。

【００２０】図６及び図７にラインアドレス転送の第２
の実施例を示す。これは、アドレス周期を行単位の映像
信号を出力する周期に対して短縮せしめることによって
比較的低速（低周波）の列方向転送動作によって円滑に
全信号電荷を読み出すことを可能にする技術である。

【００２１】図６は、任意の列方向転送部２２における
信号電荷の蓄積・転送状態を示すもので、図７は、各ア
ドレスパルス、転送制御パルスのタイミング図である。
Ｓ₁ 〜Ｓ₈ はシフトレジスタ３２から供給されるアドレ
スパルスで、φ_n は列方向転送部２２に供給される転送
パルスの１つを示す。Ａ₁ 〜Ａ₈ は、アドレスパルスを
示し、転送パルスφ_n は１行の信号を読み出す期間１Ｈ
の間に５つのパルスとして供給される。これに対し、ア
ドレスパルスの供給される間隔（周期）は０．８Ｈに設
定される。

【００２２】時刻ｔ₁ においてＳ₁ からアドレスパルス
Ａ₁ が供給され、第１行の信号電荷が列方向転送部２
２に読み出され、行方向転送部３に転送される。列方向
転送部に４つの転送パルスが供給され、４段の転送が行
われた後時刻ｔ₂ でＳ₂ からアドレスパルスＡ₂ が供給
され、第２行の信号電荷が列方向転送部２２に読み出
さる。続いて、１つの転送パルスφ_n が供給され、信号
電荷は１段だけ下方に転送され、時刻ｔ₃ で、第１行
の信号電荷の全てが行方向転送部３から出力回路４に転
送され、外部に映像信号として出力される。

【００２３】同様の動作をくり返し、時刻ｔ₄ で信号電
荷が列方向転送部２２に読み出され、時刻ｔ₅ で最終
転送段に転送された状態になり、時刻ｔ₆ で信号電荷
が列方向転送部２２に読み出され、時刻ｔ₇ で最終転送
段に転送された状態になる。時刻ｔ₈ で信号電荷が列
方向転送部２２に読み出され、時刻ｔ₉ においては信号
電荷が最終転送段に転送され、同時に信号電荷が読
み出される。信号電荷は、直ちに、信号電荷の行方
向転送を終了した行方向転送部３に転送される。かかる
動作をくり返すことによって全行の信号電荷〜を１
行／１Ｈのデータレートで円滑に出力することができ
る。図６及び図７に示されるような動作態様にする利点
は、蓄積ゲート３７及び蓄積制御ゲート３８が不要とな
り、同じ回路構成で２つの動作モードを実現できること
である。

【００２４】なお、この場合には再生画像上の上端と下
端は１フィールド期間より短い（この場合4/5 フィール
ド期間）遅延時間を有することになるが、この程度の時
刻のズレは、一見して明白な画像の歪みはもたらさな
い。従って、自然な動きの動画像再生を実現できる。

【００２５】図８は、シフトレジスタ３２の構成例を示
しており、制御部３２ａにはフレーム転送及びライン転
送のいずれかの動作モードを指令するフレーム／ライン
切換指令信号、映像信号の１フレーム（または１フィー
ルド）間隔に対応する１Ｖ信号、映像信号の１走査間隔
に対応する１Ｈ信号が供給される。制御部３２ａの出力
側にはＳＲＴ型フリップフロップ回路Ｓ₁ 〜Ｓ₈ が縦列
接続されている。制御部３２ａは、ライン転送モードに
おいてフリップフロップＳ₁ のセット入力端子に「１」
を与え、１行読み出しに対応してタイミング信号Ｔを与
えて、「１」を順次フリップフロップＳ1 〜Ｓ₈ 上を移
動させる。フリップフロップＳ1 〜Ｓ₈ のＱ出力は、夫
々オアゲート３２ｂ〜３２ｉを経て信号線２４〜３１に
伝送されて、位置行ずつ信号電荷の読み出しを可能とす
る。制御部３２ａは、フレーム転送モードにおいては、
フリップフロップＳ1 〜Ｓ₈ のＱ出力をリセット状態に
し、１Ｖ信号に応じた間隔でＳ出力端子からパルス信号
を出力する。このパルス信号はオアゲート３２ｂ〜３２
ｉを経由して信号線２４に〜３１に伝送されて、全ての
信号電荷の読み出しが可能となる。

【００２６】フレーム／ライン切換信号は手動によって
設定できる他、図９に示されるような画像の動き検出回
路９０によって得ることも可能である。すなわち、ＣＣ
Ｄ撮像装置によって得られた映像信号のうち、例えば図
１０に示されるような画面上のサンプリング領域ａに対
応して発生するゲート信号によってゲート９１を制御
し、サンプリング領域ａの映像信号を抽出する。信号遅
延回路９２及び減算器９３によって、１フレームまたは
１フィールド相当期間で前後する映像信号同士のレベル
差を求め、これを積分器９４によって蓄積する。画面が
動いている場合には前後する画面の相関は小さく、積分
器９４の出力は増大する。この積分値は放電回路９５に
よって徐々に放電される。コンパレータ９６は、積分器
９４の出力が所定基準値よりも小さい、すなわち、前後
する画面の変化が少ないときにはフレーム転送モード選
択を指令する高レベルを出力し、積分器９４の出力が所
定基準値以上になると、ライン転送モード選択を指令す
る低レベルを出力する。シフトレジスタ３２の制御部３
２ａはフレーム／ライン切換信号の指示モードが遷移す
ると１Ｖ信号の供給に合わせて電荷転送モードをフィー
ルド単位で変更する。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像装
置においては、インターライン転送動作及びラインアド
レス転送動作の２つの転送動作を選択することが可能な
構成となされ、動く被写体を動画として撮像するとき
は、ラインアドレス転送が選択され、電子シャッタモー
ドの静止画として撮像するときは、インターライン転送
動作が選択されることによって、動画及び静止画のいず
れであっても、映像の歪みを生じない、正確で自然な画
像を再生することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図。

【図２】実施例のラインアドレス転送動作を説明する説
明図。

【図３】ラインアドレス転送動作における信号を説明す
るタイミング図

【図４】実施例のインターラインアドレス転送動作を説
明する説明図。

【図５】インターラインアドレス転送動作における信号
を説明するタイミング図。

【図６】他の動作態様を説明する説明図。

【図７】他の動作態様における信号を説明するタイミン
グ図。

【図８】シフトレジスタ３２の構成例を示すブロック
図。

【図９】画像の動き検出回路の構成例を示すブロック
図。

【図１０】画面のサンプリング領域例を説明する説明
図。

【図１１】従来のインターライン転送方式の形固体撮像
装置を示すブロック図。

【図１２】従来のラインアドレス方式の固体撮像装置を
示すブロック図。

【図１３】移動する被写体の撮像再生画の例を説明する
説明図。

【符号の説明】

２１ 感光素子列 ２２ 列方向転送装置 ２３ アドレスゲート ２４〜３１ アドレスパルス供給線 ３３〜３６ 列方向転送パルス供給線 ３２ アドレスパルス発生用シフトレジスタ ３７ 蓄積ゲート ３８ 蓄積制御ゲート

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】行列状に配置されて入射光量に応じた信号
   電荷を発生する複数の感光素子と、 各列の前記感光素子に隣接して信号電荷を列方向に転送
   する複数の列方向電荷転送手段と、 行列状に配置されて前記感光素子及び前記列方向電荷転
   送手段間に介在し、アドレス信号に応答して前記感光素
   子に発生した前記信号電荷を前記列方向電荷転送手段に
   移動する複数のゲート手段と、 前記複数の列方向電荷転送手段によって転送された信号
   電荷を行方向に転送する行方向電荷転送手段と、 少なくとも前記ゲート手段の全てに前記アドレス信号を
   略同時に与える第１動作モード及び前記ゲート手段の一
   行毎に順番に前記アドレス信号を与える第２動作モード
   を有するアドレス制御手段と、 を備えることを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】前記アドレス制御手段は、静止画出力の指
   定に応じて前記第１動作モードを選択し、動画出力の指
   定に応じて前記第２動作モードを選択することを特徴と
   する請求項１記載の固体撮像装置。