JP2988095B2

JP2988095B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2988095B2
Application number: JP3353787A
Authority: JP
Inventors: 有二小久保
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH05167932A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光情報を画素単位で光
電変換し、その光電変換によって得られる複数の画素情
報を所定時間に亘り蓄積して出力する光電変換部から全
画素の画像情報が１フィールド毎に読み出される２ライ
ン同時読み出し型の固体イメージセンサを用いた固体撮
像装置に関し、特に、標準テレビジョン方式のフィール
ド周波数の２倍のフィールド周波数を有する撮像信号を
出力する固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ
Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）イメージセンサなどの
固体イメージセンサは、撮像管と比較して焼き付きや
残像がない、耐衝撃性が高い、カメラの小型化が容
易である、など優れた特徴を有している。通常、インタ
ーレス走査が採用されたＮＴＳＣ方式などの標準テレビ
ジョン方式に準拠するビデオカメラでは、奇数フィール
ド画像の各画素からの撮像信号と偶数フィールド画像の
各画素からの撮像信号を１フィールド期間（ＮＴＳＣ方
式では１／６０秒）毎に交互に読み出すようにしたＣＣ
Ｄイメージセンサが用いられている。また、２ライン分
の水平転送レジスタを設けて、奇数フィールド画像の各
画素からの撮像信号及び偶数フィールド画像の各画素か
らの撮像信号を１フィールド期間内に全て読み出すよう
にした２ライン同時読み出し型の所謂Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ｉｎｇＳｃａｎＣＣＤ（以下、単にＰ．Ｓ．ＣＣＤ
という）イメージセンサが、高解像度ビデオカメラ用に
提供されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のＮＴ
ＳＣ方式などの標準テレビジョン方式に準拠するビデオ
カメラでは、６０フィールド／秒すなわちフィールド周
波数が６０Ｈｚとなっているが、産業用や画像処理用な
どでは、例えば、印刷物のチェックや高速で移送される
物体の検査を行う場合に、高速処理が必要となる。そし
て、上記ＣＣＤイメージセンサなどの固体イメージセン
サは、容量性負荷であるために、駆動周波数が２倍にな
ると負荷も２倍となる。従って、高速処理を行うために
フィールド周波数を高くすると、駆動回路の能力が不足
する虞れがあり、全駆動システムを見直す必要が生じ
る。特に、高解像度ビデオカメラ用のＰ．Ｓ．ＣＣＤで
は、１本の水平転送レジスタで全画素からの撮像信号を
１フィールド期間内に全て読み出すの困難であるために
２本の水平転送レジスタを設けるようにしているのであ
るから、２倍の速度で駆動することは極めて困難であ
る。

【０００４】そこで、本発明は上述の如き従来の固体イ
メージセンサを使用した固体撮像装置における問題点に
鑑み、産業用や画像処理用に最適な高いフィールド周波
数を有する撮像信号を確実に出力することのできる固体
撮像装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像装
置は、上述の課題を解決するために、光情報を画素単位
で光電変換し、その光電変換によって得られる複数の画
素情報を所定時間に亘り蓄積して出力する光電変換部か
ら全画素の画像情報が２本の水平転送レジスタを介して
１フィールド毎に読み出される２ライン同時読み出し型
の固体イメージセンサと、上記固体イメージセンサから
一方の水平転送レジスタを介して読み出される撮像情報
を少なくとも１ライン分記憶する第１のメモリと、上記
イメージセンサから他方の水平転送レジスタを介して読
み出される画像情報を少なくとも１ライン分記憶する第
２のメモリと、上記第１及び第２のメモリから読み出さ
れる各画像情報を交互に切り換えて出力する情報切換手
段と、上記固体イメージセンサから２ライン同時に読み
出される各画像情報を上記第１及び第２のメモリに書き
込み、その書き込み速度の２倍の読み出し速度で読み出
して、上記情報切換手段を介して各画像情報を交互に出
力させる制御を行う制御手段とを有することを特徴とす
るものである。

【０００６】

【作用】発明に係る固体撮像装置では、２ライン同時読
み出し型の固体イメージセンサから各水平転送レジスタ
を介して読み出される各画像情報を第１及び第２のメモ
リに書き込み、その書き込み速度の２倍の読み出し速度
で読み出して、情報切換手段を介して各画像情報を交互
に出力する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に係る固体撮像装置の一実施例
について図面に従い詳細に説明する。本発明に係る固体
撮像装置は、例えば図１のブロック図に示すように構成
される。

【０００８】この図１に示す固体撮像装置は、２ライン
同時読み出し型のＣＣＤイメージセンサ１、このＣＣＤ
イメージセンサ１から２ライン同時に読み出された各撮
像信号がそれぞれ相関二重サンプリング回路２Ａ，２Ｂ
を介して供給される各プロセス処理回路３Ａ，３Ｂ、こ
れらのプロセス処理回路３Ａ，３Ｂによりプロセス処理
が施された各撮像信号がそれぞれＡ／Ｄ変換器４Ａ，４
Ｂを介して供給される各フィールドメモリ５Ａ，５Ｂ、
これらのフィールドメモリ５Ａ，５Ｂから読み出された
各撮像信号が供給されるデマルチプレクサ６、このデマ
ルチプレクサ６から出力された撮像信号がＤ／Ａ変換器
７を介して供給されるエンコーダ８、このエンコーダ８
によるエンコード出力として得られるビデオ信号を出力
端子１０から出力する出力バッファ９、上記ＣＣＤイメ
ージセンサ１を駆動するＣＣＤ駆動回路１１、このＣＣ
Ｄ駆動回路１１などに各種クロック信号などを与えて動
作制御を行う制御部１２などから成る。

【０００９】上記ＣＣＤイメージセンサ１は、図２に示
すように、それぞれ撮像面に奇数フィールド画像および
偶数フィールドの画像の各画素に対応するホトダイオー
ドなどの感光素子ＳＯ，ＳＥがマトリックス状に配列さ
れた撮像部ＩＭと、この撮像部ＩＭの各感光素子ＳＯ，
ＳＥにより得られる蓄積電荷が垂直転送レジスタを介し
て転送される蓄積部ＳＴとを有する所謂フレーム・イン
ターライン・トランスファ（ＦＩＴ）型のＣＣＤイメー
ジセンサであって、上記各感光素子ＳＯ，ＳＥにより得
られた蓄積電荷を上記蓄積部ＳＴから２本の水平転送レ
ジスタＨＯ_REG，ＨＥ_REGを介して２ライン同時に読み
出すことにより、１フィールド毎に全画素すなわち１フ
レーム（２フィールド）分の蓄積電荷を撮像信号として
出力するようにした２ライン同時読み出し型のＰ．Ｓ．
ＣＣＤイメージセンサが使用されている。

【００１０】このＣＣＤイメージセンサ１は、上記ＣＣ
Ｄ駆動回路１１により次のように駆動される。

【００１１】すなわち、上記蓄積部ＳＴに転送された蓄
積電荷は、その垂直転送レジスタＶＯ_REG，ＶＥ_REGか
ら先ず第１の水平転送レジスタＨＯ_REGに転送される。
その際、図３のＡに示すように、奇数垂直転送レジスタ
ＶＯ_REGの電荷は上記第１の水平転送レジスタＨＯ_REG
のＨ₁相へ、また、偶数垂直転送レジスタＶＯ_REGの電
荷は上記第１の水平転送レジスタＨＯ_REGのＨ₂相に入
る。ここで、同図中の「Ｏ₁」，「Ｏ₂」・・・は、奇
数垂直転送レジスタＶＯ_REGから転送された電荷を示
し、また、「Ｅ₁」，「Ｅ₂」・・・は、偶数垂直転送
レジスタＶＥ_REGから転送された電荷を示している。

【００１２】なお、上記第１の水平転送レジスタＨＯ
_REGと第２の水平転送レジスタＨＯ_REGは、同じ駆動パ
ルスφＨ₁，φＨ₂でＨ₁，Ｈ₂相が動作する。上記駆
動パルスφＨ₁，φＨ₂がともに「Ｈ」で、Ｈ₁，Ｈ₂
相に電荷が蓄積される状態となっている。また、上記第
１の水平転送レジスタＨＯ_REGと第２の水平転送レジス
タＨＯ_REGとの間の転送ゲートは、駆動パルスφＨＨＧ
が「Ｈ」となっていることにより、開成されている。

【００１３】そして、この状態で駆動パルスφＨ₂を
「Ｈ」から「Ｌ」に変化させることにより、図３のＢに
示すように、上記偶数垂直転送レジスタＶＯ_REGからの
電荷「Ｅ₁」，「Ｅ₂」・・・が、上記第１の水平転送
レジスタＨＯ_REGのφＨ₂相からφＨＨＧを経て、上記
第２の水平転送レジスタＨＥ_REGのＨ₁相へ転送され
る。これにより、上記第１の水平転送レジスタＨＯ_REG
のＨ₁相には奇数垂直転送レジスタＶＯ_REGの電荷「Ｏ
₁」，「Ｏ₂」・・・が入り、また、上記第２の水平転
送レジスタＨＥ_REGのＨ₁相には偶数垂直転送レジスタ
ＶＯ_REGの電荷「Ｅ₁」，「Ｅ₂」・・・が入る。

【００１４】次に、上記駆動パルスφＨＨＧを「Ｌ」に
することにより、転送ゲートを閉成して上記第１の水平
転送レジスタＨＯ_REGと上記第２の水平転送レジスタＨ
Ｅ_REGとの間の転送を禁止し、この状態で上記駆動パル
スφＨ₁を「Ｈ」から「Ｌ」にするとともに、上記駆動
パルスφＨ₂を「Ｌ」から「Ｈ」に変化することによ
り、図３のＣに示すように、各水平転送レジスタＨＯ
_REG，ＨＥ_REG，中の電荷をＨ₁相からＨ₂相へ転送す
る。

【００１５】そして、上記駆動パルスφＨＨＧを「Ｌ」
にして上記転送ゲートを開成した状態で、上記駆動パル
スφＨ₁を「Ｌ」から「Ｈ」にするとともに、上記駆動
パルスφＨ₂を「Ｈ」から「Ｌ」に変化することによ
り、図３のＤに示すように、上記第１の水平転送レジス
タＨＯ_REGのＨ₂相の電荷「Ｏ₂」，「Ｏ₃」・・・を
上記第２の水平転送レジスタＨＥ_REGのＨ₁相へ転送す
るとともに、該第２の水平転送レジスタＨＥ_REGのＨ₂
相の電荷「Ｅ₂」，「Ｅ₃」・・・をＨ₁相へ転送す
る。これにより、上記第１の水平転送レジスタＨＯ_REG
には電荷が無く、全ての電荷が上記第２の水平転送レジ
スタＨＥ_REGに転送され、この第２の水平転送レジスタ
ＨＥ_REGのＨ₁相に上記奇数垂直転送レジスタＶＯ_REG
の電荷「Ｏ₁」，「Ｏ₂」・・・と偶数垂直転送レジス
タＶＯ_REGの電荷「Ｅ₁」，「Ｅ₂」・・・が加算され
た状態で入ることになる。以上の動作で上記第２の水平
転送レジスタＨＥ_REGに１走査線分の撮像電荷が転送さ
れる。

【００１６】さらに、上記駆動パルスφＨＨＧを「Ｌ」
にして上記転送ゲートを開成した状態で、上記駆動パル
スφＨ₁，φＨ₂をともに「Ｈ」にして、上記垂直転送
レジスタＶＯ_REG，ＶＥ_REGから電荷の転送を受け、図
３のＥに示すように、奇数垂直転送レジスタＶＯ_REGの
電荷を上記第１の水平転送レジスタＨＯ_REGのＨ₁相
に、また、偶数垂直転送レジスタＶＯ_REGの電荷を上記
第１の水平転送レジスタＨＯ_REGのＨ₂相に入れる。

【００１７】そして、上記駆動パルスφＨ₁は「Ｈ」の
まま上記駆動パルスφＨ₂を「Ｈ」から「Ｌ」にするこ
とにより、図３のＦに示すように、上記第１の水平転送
レジスタＨＯ_REGのＨ₂相の電荷「Ｏ₂」，「Ｏ₃」・
・・をＨ₁相へ転送する。これにより、この第１の水平
転送レジスタＨＯ_REGのＨ₁相に上記奇数垂直転送レジ
スタＶＯ_REGの電荷「Ｏ₁」，「Ｏ₂」・・・と偶数垂
直転送レジスタＶＯ_REGの電荷「Ｅ₁」，「Ｅ₂」・・
・が加算された状態で入ることになる。なお、上記第２
の水平転送レジスタＨＥ_REGでは、Ｈ₂相からＨ₁相へ
空転送されるだけで変化はない。

【００１８】以上の動作により、上記各水平転送レジス
タＨＯ_REG，ＨＥ_REGにそれぞれ１走査線分の撮像電荷
が入ることになる。

【００１９】そして、上記駆動パルスφＨ₁を「Ｈ」か
ら「Ｌ」にするとともに、上記駆動パルスφＨ₂を
「Ｌ」から「Ｈ」に変化することにより、Ｈ₁相からＨ
₂相へ転送し、次に再び上記駆動パルスφＨ₁を「Ｌ」
から「Ｈ」にするとともに、上記駆動パルスφＨ₂を
「Ｈ」から「Ｌ」に変化することにより、Ｈ₂相からＨ
₁相へ転送する動作を繰り返すことにより、２ライン同
時読み出しを行う。なお、上記ＣＣＤイメージセンサ１
から２ライン同時に読み出される各撮像信号は、図３の
Ｇに示すように、上記第２の水平転送レジスタＨＥ_REG
を介して読み出される撮像信号が上記第１の水平転送レ
ジスタＨＯ_REGを介して読み出される撮像信号よりも１
画素分遅れている。

【００２０】このＣＣＤイメージセンサ１から２ライン
同時に読み出された各撮像信号は、それぞれ相関二重サ
ンプリング回路２Ａ，２Ｂによりノイズ低減処理が施さ
れてから各プロセス処理回路３Ａ，３Ｂに供給される。
上記プロセス処理回路３Ａ，３Ｂは、上記相関二重サン
プリング回路２Ａ，２Ｂを介して供給される各撮像信号
にビデオカメラとして必要なガンマ補正，クランプ，ホ
ワイトクリップなどのプロセス処理を施す。

【００２１】ここで、上記第２の水平転送レジスタＨＥ
_REGを介して読み出された撮像信号が供給される上記相
関二重サンプリング回路２Ｂと上記プロセス処理回路３
Ｂとの間には、遅延回路１３が設けれている。この遅延
回路１３は、上記第２の水平転送レジスタＨＥ_REGを介
して読み出された撮像信号に１画素ピッチに相当する遅
延量を与える。これにより、上記プロセス処理回路３
Ａ，３Ｂには、上記ＣＣＤイメージセンサ１から２ライ
ン同時に読み出された各撮像信号が位相を一致させた状
態で供給される。

【００２２】そして、上記各プロセス処理回路３Ａ，３
Ｂによりプロセス処理が施された各撮像信号は、それぞ
れＡ／Ｄ変換器４Ａ，４Ｂにより１画素ピッチに対応す
るサンプリング周波数ｆ_SPでサンプリングされてディジ
タル化されて上記第１及び第２のフィールドメモリ５
Ａ，５Ｂに供給される。

【００２３】上記第１及び第２のフィールドメモリ５
Ａ，５Ｂには、上記Ａ／Ｄ変換器４Ａ，４Ｂによりディ
ジタル化された各撮像信号が上記サンプリング周波数ｆ
_SPに等しいクロックレートの書き込みクロックにより書
き込まれ、図４に示すように、上記ＣＣＤイメージセン
１の１フィールド走査毎に全画素分の撮像信号が書き込
まれる。そして、これらのフィールドメモリ５Ａ，５Ｂ
に書き込まれた各撮像信号は、次の１フィールド走査期
間中に上記書き込みクロックの２倍のクロックレートの
読み出しクロックにより読み出される。すなわち、上記
第１及び第２のフィールドメモリ５Ａ，５Ｂからは、上
記ＣＣＤイメージセン１の１フィールド走査毎に書き込
まれた全画素分の撮像信号がその書き込み速度の２倍の
読み出し速度で読み出される。ここで、上記第１及び第
２のフィールドメモリ５Ａ，５Ｂは、上記制御部１２か
ら供給されるリードイネーブル信号によって制御され、
一方が１フィールド査期間の前半だけ読み出し動作が行
われ、他方が１フィールド走査期間の後半だけ読み出し
動作が行われる。

【００２４】そして、これらのフィールドメモリ５Ａ，
５Ｂから読み出された２倍速の各撮像信号は、上記デマ
ルチプレクサ６を介して上記Ｄ／Ａ変換器７に供給され
る。

【００２５】上記デマルチプレクサ６は、上記制御部１
２から供給される制御信号により制御され、１フィール
ド走査期間の前半は上記第１のフィールドメモリ５Ａか
ら読み出された撮像信号を選択し、１フィールド走査期
間の後半は上記第２のフィールドメモリ５Ｂから読み出
された撮像信号を選択することにより、図４に示すよう
に１チャンネルの撮像信号を形成する。すなわち、上記
ＣＣＤイメージセン１の１フィールド走査毎に読み出さ
れた２チャンネルの撮像信号が２倍速の１チャンネルの
撮像信号に変換される。

【００２６】このデマルチプレクサ６により得られる２
倍速の撮像信号は、上記Ｄ／Ａ変換器７によりアナログ
化されてから、上記エンコーダ８に供給される。このエ
ンコーダ８は、アナログ化された２倍速の撮像信号にブ
ランキングや同期信号などを付加して、所望の形式のビ
デオを形成する。そして、上記エンコーダ８によるエン
コード出力として得られるビデオ信号は、上記出力バッ
ファ９を介して出力端子１０から特性インーダンスが７
５Ωの伝送ラインに出力される。

【００２７】さらに、上記ＣＣＤ駆動回路１１などに各
種クロック信号などを与えて動作制御を行う上記制御部
１２は、同期信号発生器１４，クロック発生器１５及び
タイミング信号発生器１６などを備えてなる。

【００２８】上記同期信号発生器１４は、上記タイミン
グ信号発生器１６に垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号Ｈ
Ｄを供給しているとともに、上記エンコーダ８にブラン
キングパルスＢＬＫや同期信号ＳＹＮＣを供給してい
る。また、上記クロック発生器１５は、上述のサンプリ
ング周波数ｆ_SPの２倍の周波数２ｆ_SPのクロックパルス
を上記Ｄ／Ａ変換器７や上記タイミング信号発生器１６
に供給しているとともに、上記第１及び第２のフィール
ドメモリ５Ａ，５Ｂに読み出しクロックとして供給して
いる。さらに、上記タイミング信号発生器１６は、上記
垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号ＨＤ及びクロックパル
スに基づいて、上記ＣＣＤイメージセン１の駆動に必要
な各種クロック信号を形成して上記ＣＣＤ駆動回路１１
に供給している。また、上記サンプリング周波数ｆ_SP
のクロックパルスを形成し、このクロックパルスを上記
Ａ／Ｄ変換器３Ａ，３Ｂに供給しているとともに、上記
第１及び第２のフィールドメモリ５Ａ，５Ｂに書き込み
クロックとして供給している。さらに、１フィールド走
査期間の前半は上記第１のフィールドメモリ５Ａから読
み出された撮像信号を選択し、１フィールド走査期間の
後半は上記第２のフィールドメモリ５Ｂから読み出され
た撮像信号を選択するための制御信号を形成し、この制
御信号を上記デマルチプレクサ６に供給している。

【００２９】このような構成の固体撮像装置では、２ラ
イン同時読み出し型の固体イメージセンサ１から各水平
転送レジスタＨＯ_REG，ＨＥ_REGを介して読み出される
各画像信号を第１及び第２のフィールドメモリ５Ａ，５
Ｂに書き込み、その書き込み速度の２倍の読み出し速度
で読み出して、上記デマルチプレクサ６を介して１チャ
ンネルの映像信号として出力することができる。この映
像信号は、上記固体イメージセンサ１により得られる全
画素分の撮像信号から形成した２倍速の映像信号であっ
て、動解像度が高く、動きの速い被写体の撮影に適して
いる。また、上記固体イメージセンサ１を高速で駆動す
る必要がないので、確実に撮像動作を行うことができ
る。

【００３０】なお、上述の実施例では、２ライン同時読
み出し型の固体イメージセンサ１から読み出される各画
像信号を第１及び第２のフィールドメモリ５Ａ，５Ｂに
書き込み、各フィールドメモリ５Ａ，５Ｂから各映像信
号を１フィールド走査期間の前半と後半とに分けて高速
で読み出すようにしたが、各フィールドメモリ５Ａ，５
Ｂに代えて、ラインメモリを用いるようにしても良い。
この場合には、固体イメージセンサ１から２ライン同時
読み出される各画像信号を各ラインメモリに書き込み、
１ライン走査期間の前半と後半とに分けて高速で読み出
すことにより、上記固体イメージセンサ１から１フィー
ルド走査期間中に読み出される全画素分の映像信号を１
チャンネルの映像信号とした所謂ノンインターレースの
ビデオ信号を２倍速で得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、発明
に係る固体撮像装置では、２ライン同時読み出し型の固
体イメージセンサから各水平転送レジスタを介して読み
出される各画像情報を第１及び第２のメモリに書き込
み、その書き込み速度の２倍の読み出し速度で読み出し
て、情報切換手段を介して各画像情報を交互に出力する
ことにより、産業用や画像処理用に最適な高いフィール
ド周波数を有する撮像信号を確実に得ることができる。

【００３２】従って、本発明によれば、動解像度が高
く、動きの速い被写体の撮影に適した固体撮像装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】上記固体撮像装置に用いた２ライン同時読み出
し型のＣＣＤイメージセンサの構成を示す模式的な平面
図である。

【図３】上記ＣＣＤイメージセンサにおける撮像電荷の
各水平転送レジスタによる転送状態を示す図である。

【図４】上記固体撮像装置の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・・ＣＣＤイメージセンサ４Ａ，４Ｂ・・・・・・Ａ／Ｄ変換器５Ａ，５Ｂ・・・・・・フィールドメモリ６・・・・・・・・・・デマルチプレクサ７・・・・・・・・・・Ｄ／Ａ変換器８・・・・・・・・・・エンコーダ１１・・・・・・・・・・ＣＣＤ駆動回路１２・・・・・・・・・・制御部ＳＯ，ＳＥ・・・・・・・感光素子ＩＭ・・・・・・・・・・撮像部ＳＴ・・・・・・・・・・蓄積部ＨＯ_REG，ＨＥ_REG・・・水平転送レジスタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光情報を画素単位で光電変換し、その光
電変換によって得られる複数の画素情報を所定時間に亘
り蓄積して出力する光電変換部から全画素の画像情報が
２本の水平転送レジスタを介して１フィールド毎に読み
出される２ライン同時読み出し型の固体イメージセンサ
と、上記固体イメージセンサから一方の水平転送レジスタを
介して読み出される撮像情報を少なくとも１ライン分記
憶する第１のメモリと、上記イメージセンサから他方の水平転送レジスタを介し
て読み出される画像情報を少なくとも１ライン分記憶す
る第２のメモリと、上記第１及び第２のメモリから読み出される各画像情報
を交互に切り換えて出力する情報切換手段と、上記固体イメージセンサから２ライン同時に読み出され
る各画像情報を上記第１及び第２のメモリに書き込み、
その書き込み速度の２倍の読み出し速度で読み出して、
上記情報切換手段を介して各画像情報を交互に出力させ
る制御を行う制御手段とを有することを特徴とする固体
撮像装置。