JPH01143473A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像装置に係り、特にマルチ画面等の特殊
撮像に好適な固体撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

撮像部に固体撮像素子を用いた固体撮像装置はＶＴＲと
一体化したいわゆるＶＴＲ一体型ビデオカメラとして、
近年、急速に開発、製品化が進んでいる。このような撮
像装置は、撮像素子の受光部に蓄積した信号電荷を走査
回路で読み出し、ガンマ補正処理などの信号処理を施し
てモニタに出力したり、ＶＴＲに記録したりするもので
ある。

撮像素子の動作に関しては、例えば、宮沢他によりｒＴ
　Ｓ　Ｌ固体撮像素子」と提して１９８６年　テレビジ
ョン学会全国大会予稿集に述べられている。

このような固体撮像装置においては、撮像素子において
受光した映像信号を、忠実に再生画面上に再現するのが
一般的であるが、近年ｌどなって特殊効果をねらった再
生画像に対する需要も多い。

その一つとしてマルチ画面がある。これは、同一の画面
上に、同時に複数の画像を多重するものであり、例えば
ゴルフスウィングの１コマ１コマを、コマ数だけ分割し
た１画面に同時再生するものである。

上記のようなマルチ画面を実現するには、従来、大規模
な画像メモリが必要であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、家庭用のＶＴＲ一体型ビデオカメラのように小
型、低価格が要求される固体撮像装置においては、従来
技術のような大規模画像メモリの使用は適さない。

本発明の目的は、画像メモリのような大規模な回路を用
いることなく、マルチ画面撮像を容易に行なえる固体撮
像装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、光電変換を行なう複数の画素の２次元配列
からなる受光部と、受光部に蓄積した信号電？ｆ＋テレ
ビジョン方式に従って読み出すための垂直および水平走
査回路を有する固体撮像装置において、１フイールドの
期間内にＮ回のＮ−１行おきの垂直飛び越し走査を行な
い、かつＮ回の水平飛び越し走査を行なう手段を設ける
ことによって達成できる。なお、ここでＮは正の整数で
ある０ 〔作用〕 受光部に蓄積した信号電荷は１フイールドの間にＮ回の
垂直飛び越し走査によって読み出されるが、例えばＮ＝
２のときについて説明する。

先ず垂直走査回路によって、水平方向に並んだ一行の画
素を選択し、次に水平走査回路によって水平方向に１画
素飛ばしに信号を読み出し、次に同じ行の画素のうちの
残りの画素の信号を読み出す。このように１水平行の信
号を読み出す時に、１画素飛ばしの読み出しによって２
回の水平走査を行なうわけである。こうして１水平行の
走査が終わると、垂直走査回路により一行飛ばして、行
選択を行ない、再び１画素飛ばしの水平走査を行なう。

以下同様の走査方向をくり返し、水平、垂直ともに１画
素、１行飛ばしに走査を行なう。なお上記の動作におい
て、２行の信号を同時に読み出すときには、２行飛ばし
に垂直走査を行ない、水平方向に並んだ２画素の信号を
同時に読み出すときは、２画素飛ばしの水平走査を行な
うことになるが、１フィールド間に２回の垂直および水
平の飛び越し走査を行なうことについては同様である。

以上のようにして読み出された映像信号は、−水平走査
期間に２回の水平走査を行ない、かつ１フィールド期間
に２回の垂直走査を行なったものである。したがってこ
の映像信号をモニタ上で再生すると、ちょうど原画面を
水平、垂直に各１７２に縮少した４枚の画像が同一画面
上に再生されたマルチ画面が得られる。

〔実施例〕

第１図に、本発明の第１の実施例を示す。同図は本実施
例の構成を示すブロック図であり、１０１が撮像素子、
１０２が駆動パルス発生器、１０３が水平走査回路、１
０４が垂直走査回路、１０５が受光面。

１０６がフォトダイオード、１０７がＭＯＳスイッチφ
１〜φｎが水平クロックパルス＋　ＴｉＮ−が垂直クロ
ックパルスである。駆動パルス発生器１０２により生成
された水平、垂直駆動パルスを、撮像素子中の水平、垂
直走査回路１０！ｌ　、　１０４に印加することにより
、φ１〜φｎ、Ｔｌ〜Ｔｍからなるクロックパルスを得
る。このクロックパルスによって受光面１０５内のＭＯ
Ｓスイッチ１０７％ｌ畝次オンすることにより、対応す
るフォトダイオード１０６に蓄積した信号電荷を出力す
る。

第２図に、第１図１０３で示した水平走査回路の構造お
よび、各水平駆動パルスのタイミングチャートを示す。

同図において２０２はＭＯＳスイッチからなるパンファ
回路であり、２０１は既知のシフトレジスタである。こ
れはスタートパルスＨｉＮにより動作を開始し、パルス
Ｌ、Ｈ２によりシフトラ行い、クロックパルスφ１′〜
φｎ’　＋順次生成する。

本実施例においては水平駆動パルスの周波数を標準撮像
時の２倍とすることにより、上記クロックパルスの最終
パルスφｎ′は、ＨｉＮ印加後１／２１（（）１：水平
周期）時に出力される。そこでさらにスタートパルスＨ
ｉＮ’ｉ−印加することζこより、同タイミングチャー
トに示すクロックパルスφ１′〜φｎ′を得る。そして
バッファ回路２０２内でクロツクパにスφ１／〜φｎ’
ｆパルスＨｓ　、　Ｈ４で抜きとることにより、水平ク
ロックパルスφ１〜φｎを得る。これにより最初の１７
２　）１期間ではパルスφ１．φ３．・・・φ。−１（
ｎは偶数）に対応する奇数列目のＭＯＳスイッチ１０７
（第１図）が順次オンをし、続＜　１／２　）（期間に
はパルスφ２．φ４・・・φｎ　に対応する偶数列目の
ＭＯＳスイッチ１０７が順次オンする。

第３図は同様に第１図１０４で示した垂直走査回路の構
造および各駆動パルスのタイミングチャートを示したも
のである。３０２はバッファ回路であり３０１は既知の
シフトレジスタである。これはスタートパルスＶｉＮ　
４こより動作を開始し、パルス■ｌ。

ｖ２によりシフトを行い’Ｉ’１−Ｔ’ｍを順次生成す
る。

本実施例においてはパルスＶ１．　Ｖ２に追加シフ）パ
ルス３０３を加えることにより、シフトレジスタ３０１
に入力するパルスＶ１ｓＶ２を高速化することなく’Ｉ
’１〜’Ｉ’ｍを得ることかでき、上記クロックパルス
の最終パルスＴ′ｍ　はＶｉＮ印加後１／２フィールド
時に出力される。そこでさらにスタートパルスＶｉＮ％
印加し、同タイミングチャートに示すＴ’ｓ〜Ｔ’ｍを
得る。そしてバッファ回路３０２内でＴ′ｌ〜Ｔ’ｍを
、パルスｖ３で抜きとることにより、垂直クロックパル
スＴ　ｌＳ−Ｔｍ　’ｉｔ得る。ここでスタートパルス
ＶｉＮを印加直後のパルスＶ１．Ｖ２の波形を同図（ａ
）。

（ｂ）のように変えることで、最初の１／２フイールド
では、パルスＴ１＋　Ｔａ　＝　ＴＨ−ｌ（ｍは偶数）
に対応する奇数行目のＶｉＯＳスイッチ１０７（第１図
）がオンをし、続＜１／２フィールド期間にはＴ２　ｔ
　Ｔ４・・・−に対応する偶数行目のＭＯＳスイッチ１
０７がオンする。

以上のφｌ〜φｎ、Ｔ１〜Ｔｍからなるクロックパルス
により、図４−）に示すｈ主画面を得ることができる。

同図において４０１は被写体、４０２はレンズ。

１０１は撮像素子、１０５は受光面、　　４０５　、４
０６は受光面に配列された画素を模式的に示したもので
ある。同図（ｂ）は被写体４０１がレンズ４０２により
受光面１０５にに＆している様子であるが、本実施例に
おいて走査開始後最初の１／２フイールドでは、垂直走
査回路で奇数行が選択され、Ａｔ、　ｌ−＋Ａｔ、　ａ
・・・Ａｔ、１−ｓ→Ｂｌ、２→Ｂ１，４°°°→Ｂｌ
、　ｎ→Ａ３．１　”°→Ｂ３，１・・・→Ｂｍ−１．
ｎ　と順次信号が読み出され、画面Ａ。

Ｂを得る。続＜１７２フイールドにおいては、偶数行が
選択され同様に画面Ｃ，Ｄを得ることができる。これら
４画面はともに蓄積時間が標準撮像時と同じ、１フィー
ルド期間（１７６０秒）であるため感度を損なうことな
く、特殊画面を得ることができる。

図５に本発明の第２の実施例を示す。同図は前述した第
１の実施例における撮像素子１０１内に水平、垂直走査
回路、　１０４　、１０４とは別に新たに、垂直リセッ
ト走査回路５０１を設けたところを特徴とする。内因に
おいて、垂直走査回路１０４と、垂直リセット走査回路
５０１は、ある時間差をもってまったく同一の動作を行
う。つまり垂直走査回路１０４より任意の時間先行して
、垂直リセット走査回路５０１によるリセット走査を行
い、不用信号を掃き捨てることで、各フォトダイオード
における蓄積時間を任意に制御することができる。これ
により、第１の実施例によるマルチ画面において、動き
の速い被写体に対してもぶれの少い画面を得ることがで
き、１フィールド期間内にＮ回の垂直飛び越し走査を行
なうとすると、分解能のすぐれた１／Ｎ　　フィールド
おきの８個の連続した画面を得る。なお、本実施例に関
しては、画面横方向に並ぶ映像に関しては時間差はほと
んどなく、縦方向に並ぶ映像のみ１７Ｎ　　フィールド
の時間差をもつマルチ画面となる。

本発明による他の実施例について説明する。本発明は、
フィールドメモリを用いなくてもマルチ画面を実現でき
る利点があるが、一方、フィールドメモリと組み合わせ
ることによって機能向上をはかることも可能である。

第６図は本実施例の構成を示すブロック図であって、６
０１はＡ／Ｄ変換回路、６ｏ２はフィールドメモＩＪ、
６０３はＤ　／　Ａ　変換回路である。５０２は撮像素
子であり、第５図に示したように垂直リセット回路を鳴
し、受光面には第４囚の４０５に示したような画素の配
列を有している。

本実施例において、撮像素子から信号８読み出す方法に
ついて第４図を用いて説明する。同図ζこ示す画素４０
５において、まず、Ａｓｔ　＊　Ａｌｌ　＋　Ａ□。

・・・の順に一画素飛ばしで一行の信号を読み出し、次
に一行飛び越してＡｓ１＋　Ａ３Ｂ　＋　Ａ３５　”・
の順に、−画素飛ばしで読み出す。このように水平方向
には一画素飛ばし、垂直方向には一行飛ばしの信号読み
出しを行なうことによって、フィールド期間中の初めの
１／４フィールド間で、Ａｉｊに対応する画素の信号を
読み出す。続いて、次の１／４フイールドではＢ１２　
＊　Ｂ１４　＊　Ｂｔｓ・・・のＩ［こ−画素飛ばしで
一行の信号を読み出し、次に一行飛び越してＢ３２　ｅ
　Ｂ３４　ｒ　Ｂｓａ・・・の順に一画素飛ばしで読み
出す。以下同様にＢｔｊに対応する画素の信号を読み出
す。

以下、同様の読み出し方によって、Ｃ２１＋　Ｃ２３ｅ
Ｃ２４＝・Ｃ４１＋　Ｃ４３＋　Ｃ４５・・・のように
Ｃｉｊに対応する画素を読み出し、続いてＤ２２　＋　
Ｄ２４　＋　Ｄ２６・・・Ｄ４２　＋　ＤＪ４　＋　Ｄ
４６　＝のようにＤｉｊに対応する画素の信号を読み出
して、１フィールド期間の信号読み出しを終える。

第６図にもどって、以上、説明したような信号の読み出
しを行なうよう、撮像素子５０２を駆動回路６０４によ
って駆動する。このようにして得られる撮像画面を第７
図に示す。第７図（ａ）は、撮像素子上に結像した被写
体を示しており、（ｂ）は、本実施例の信号読み出しに
よって撮像素子５０２（第６図）から出力した映像信号
をそのままモニタに出力した場合の画像を示している。

なお、画像（ｂ）におけるＡ（Ａ’）、　Ｂ（Ｂ’）等
は、画素４０５（第４図）のＡｉｊ　、　Ｂｉｊ等に対
応する画像を示している。

撮像素子５０２から出力した信号をそのまま再生すると
、第７図伽）のように、垂直方向に圧縮されて、画面上
で８分割されたような画像になるが、これ２ｋＡ／Ｄ変
換回路６０１によってＡ／Ｄ変換した後、フィールドメ
モリ６０２に入力して、出力する時に画像の並べ換えを
行なう。画像の並べ換えの順序を、撮像素子からの信号
読み出し方法の説明の際に用いた画素配列を示す記号Ａ
ｔｊ　、　Ｂｔｊ等を用いて示すと以下のようになる。

Ａｌｔ　＋　Ａｌｓ　＋Ａｌ１１　・＝　Ｂｌｚ　＊　
Ｂ１４　ｍ　Ｂ１６　＝の順でフィールドメモリから信
号を読み出して一水千期間の映像信号とし、続いてＡｓ
ｓ　Ｉ　Ａｓｓ　ｌ　Ａ３Ｂ　＋　”’　Ｂ３２　＊　
Ｂ３４　ｌＢｓ５・・・の順に読み出して次の一水千期
間の映像信号とＴる。このようにしてＡＩｊ＋　ＢＩＪ
に対応する信号を読み出した後、Ｃ２１＋　Ｃ２３＋　
Ｃ２５”・Ｄ２３゜Ｄ２４會Ｄ２６“０°続いてＣ４１
ＩＣ４ｍ　、　Ｃ４５°＝　Ｄ４２　＋　Ｄ４４゜Ｄ４
ｇ＝のように読み出す。このようにしてフィールトメ七
り６０２から読み出した信号をＤ／Ａｉ換回路によって
Ｄ／Ａ変換して出力する。こうして得物られる映像信号
を再生した画像を第７図（Ｃ）に示す０ 本実施例において得られる再生画像は、画面を水平、垂
直に各々２分割した、計４画面のマルチ画面となるｏし
かも、各々の４画面は、１／４フイールド毎に撮像した
画像である。したかって本実施例により、１フィールド
期間にも大きく移動するような高速被写体の忠実な再現
が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、一画面に複数の画像を同時に再生する
マルチ画面撮像が可能な、すぐれた機能を有する固体撮
像製置を提供することができる０また、本発明によって
得られるマルチ画面は、各々１７Ｎフィールド期間だけ
時間的にずれた映像を再生しているため、高速の動画を
忠実に再現できる効果がある。しかもフィールトメそり
等の大規模回路が不要であるため小型化に有；！ＩＪで
ある。

ツク図である。慕てづ画〜ｏ４Ｌぼ日でＢ３゜２０２・
・・バッファ回路 φ１〜φｈ・・・水平クロックパルス ３０２・・・バッフ７回路 ＴｉＮ−・・・魚心りロツクバルヌ ５０１−＆　ｉｆｉ、リセット走置回路６０２・・・フ
ィールドメモリ イ慄入　弁理士　小　川　膀　男 第１図 第１図 へ　　　　　　　　　　　　−−＋　　　　　　　　　
　　　−−−ｊ’１−Ｈ４−一＋　　　　　　　　　　
　　　　＋＋−ローｒｍ　　　　　　　　　　　−−−
ｗ 第５図 Ｉθ２ 第６図 ぐｈ２ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光電変換を行なう複数の画素の２次元配列からなる
   受光部と、該受光部に蓄積した信号電荷をテレビジョン
   方式に従つて順次読み出すための垂直および水平走査回
   路を有する固体撮像装置において、テレビジョン方式の
   １フィールド期間内にＮ回（Ｎは整数）の（Ｎ−１）行
   毎の垂直飛び越し走査を行ない、かつ上記画素配列の水
   平走査においてＭ（Ｍは正の整数）回の、Ｍ−１画素お
   きの水平飛び越し走査を行なう手段を設けたことを特徴
   とする固体撮像装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置において
   、上記画素に蓄積した信号電荷を順次リセットするため
   の第２の垂直走査回路を設けたことを特徴とする固体撮
   像装置。