JPH03117985A

JPH03117985A - 固体撮像素子の駆動方式

Info

Publication number: JPH03117985A
Application number: JP1255464A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Egawa; 佳孝江川; Yukio Endo; 幸雄遠藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-30
Filing date: 1989-09-30
Publication date: 1991-05-20
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JP2799003B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ＣＯＤ等の固体１１ｉ２１１１素子の駆動方
式に関し、特に、電子ズームを実現することができる固
体撮像素子の駆動方式に関する。

（従来の技術）現在の家庭用ビデオカメラは、画素数が３０万から４０
万画素のＣＣＤ型固体撮像素子が主流となり、電子シャ
ッター付の高機能製品が良く売れている。固体１１１１
＠素子は、ｍ像管に比べて小型、軽聞及び高信頼性とい
った特徴を有するため、次世代の高精細（）−１０）Ｔ
Ｖカメラ用として開発が准められている。画素数も１３
０万から２００万画素と多画素化されている。

（発明が解決しようとする課題）上述の如き固体撮像素子において、画面の一部分を拡大
するズーム機能を実現するためには、従来は、固体ｌ１
ｉｉ像素子よりの画像信号を拡大処理するしかなく、上
記画像信号を拡大する処理する装置が必要となってしま
うものであった。

また、固体Ｗａ像素子自体に電子ズーム機能を付加しよ
うとした場合、電子ズームを行なわない時の駆動方法や
、電子ズーム時の拡大エリアの読み出し方、拡大エリア
の処理のやり方等、具体的な方法がなかった。

本発明の目的は多画素化固体１１４１素子を用いて電子
ズームを実現することのできる固体＃Ｍ＠素子の駆動方
法を提供することである。

［発明の構成Ｊ（課題を解決するための手段）本発明の特徴は、半導体基板に光電変換して得られた信
号電荷を蓄える複数の信号電荷蓄積部、各信号電荷蓄積
部の信号電荷を読み出す複数列の垂直転送部、これら垂
直転送部の信号電荷を読み出ず水平転送部を有する固体
撮像素子の駆動において、次の様な複数のモードを有す
る駆動方式を提供することである。すなわち、一つのモ
ードは高感度又は標準モードであり、垂直転送部の信号
電荷を映像信号の水平ブランキング期間内に水平転送部
に２画素以上読み出す。そして、水平転送部で加算した
信号電荷は、水平転送部の最終電極もしくは、信号電荷
検出部で水平方向に２画素以上加算して読み出す。

又、別のモードは高解像度又は拡大モードであり、拡大
エリアを素子の中心とし垂直転送部の信号電荷を映像信
号の水平ブランキング期間に水平転送部へ読み出す画素
数を、前記標準モードより少なくする。この時、映像信
号の垂直有効期間で転送しない拡大エリアの前と後の信
号電荷は、垂直ブランキング期間に高速転送パルスで前
と後を重ねて読み出す。また、水平転送部の信号電荷の
読出しは、前記標準モードより少ない画素数の信号電荷
を信号電荷検出部で検出できるようにする。

この時、水平有効期間で転送できない拡大エリアの前と
後の信号電荷は、水平ブランキング期間に速い水平転送
パルスを印加することで、曲と後を重ねて読み出ず。こ
れらのモードを適宜選択して用いることによって、ズー
ム機能が実現される。

（作用）本発明の固体撮像素子の駆動方式によれば、特別なメモ
リを用いた演算処理によるズームとも異り、又レンズを
用いた光学的ズームとも異る、新規のズーム機能が実現
する。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、インターライン転送型Ｃ０Ｄ（ＩＴ−ＣＯＤ
＞１ｌｉｉｌ像素子を示し、本発明による第１の駆動モ
ードを説明する為の図である。

図において、１１は垂直９８２画索１水平１３ＯＯ０画
素インターライン転送型ＣＣＤ撮像素子であり、１３０
０ｘ９８２のマトリクス状に形成された光電変換部１２
、夫々の列毎に設けられた垂直ＣＣＤ１３、この垂直Ｃ
ＣＤ１３の夫々の最終端に接続した水平ＣＣＤ１４、リ
セットランジスタ１５、及び出力アンプ１６を有する。

これらはシリコンチップ上に一体形成されている。

この素子の駆動は、垂直ＣＣＤ１３には、４相のクロッ
クパルスφＶ＋　、φＶ２　、φＶ３　、φＶ４を用い
て為される。水平ＣＣＤ１４は、２相のクロックパルス
φＨ＋　、φＨ２で駆動し、最終電極φＨ１は独立駆動
となっている。

この第１の駆動モードでは、光電変換部１２で１フイ一
ルド期間光電変換された信号電荷がＡフィールドで垂直
ＣＣＤ１３に転送される。転送された信号電荷は、水平
ブランキング期間にＳ　１ａＡ１とＳ　ｉｇＡ　２の２
画素分の信号電荷を水平ＣＣＤ１４へ転送し、Ｓ　ｉａ
Ａ　１　＋　Ｓ　ｉｇＡ　２の信号とする。

次の水平ブランキング期間にＳ　ｉａＡ　３　＋　Ｓ　
ｉａＡ　４として信号電荷を読み出す。以下同様にして
、Ａフィールド全体の読み出しが行なわれる。次のＢフ
ィールド期間でも同様の信号読み出しが行なわれるがイ
ンタレース動作によって垂直解像度を増加させるために
、信号加締の組合せがＡフィールドとはずれている。例
えば水平ブランキング期間にＳ　ｉｇＢ　２　＋　Ｓ　
ｏｂＢ　３の加算を行ない水平ＣＣＤ１４で読み出す。

水平ＣＧＤ１４の転送は、２４ＭＨｚで行ない、最終電
極φＨ１と、リセット電極Ｒ８は１／２の１４ＭＨｚ駆
動とする。従って隣接するＡフィールド又はＢフィール
ドから転送されてきた電荷はφＨ’で加舜される。すな
わち図に示した様に２４ＭＨｚで転送されてきた信号５
ｉ（ｌＨ＋　とＳ　１ａＨ２は、最終電極で加算されＳ
　ｉｇＨ＋　＋　Ｓ　１ｏｌ−１２となり、出力アンプ
１６によって電圧として出力される。この第１の駆動モ
ードを用いることによって、実質的に垂直４９１画素、
水平６５０画素の約３２万画素の撮像素子となる。第２
図、第３図にタイミングチャート図を示す。垂直ブラン
キング期間にφＶｌ　、φＶ３にＶＦＳを印加すること
で、光電変換部１２の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３へ読み
出す。垂直ＣＣＤ１３の信号電荷は、水平ブランキング
期間に、ラインシフトを２回行なうことで、２画素分の
信号電荷を水平ＣＣＤ１４へ転送する。第３図の水平の
有効期間にφ（（１，φＨ２を２４ＭＨｚ　ｔ″駆動、
φＨ”　、Ｒ８は、その１／２の１２ＭＨｚで駆動する
。水平ブランキング期間に垂直ＣＣＤ１３のφＶ＋、φ
Ｖ２　、φＶ３　、φＶ４は２回のラインシフト動作を
行なう。

尚、第２図で、φＨ＋　、φＨ２、φＨ”、Ｒ３はｌ！
ｇ単のため信号の存在する区間のみをハツチングで示し
た。夫々の区間の信号の詳細は第３図から明らかである
。

第４図は、この実施例の第２の駆動モードを説明する為
の図である。

このモードでは、拡大エリア垂直４９１画素、水平６５
０画素のみを有効期間で読み出し、それ以外の高速ライ
ンシフト（ＬＳ）エリア１とエリア２は、垂直のブラン
キング期間に読出し、高速水平転送エリア１とエリア２
は、水平のブランキング期間に読み出す。垂直ブランキ
ング期間に光電変換部１２で光電変換された信号電荷が
垂直ＣＣＤ１３に読み出される。そして、高速のライン
シフトパルスでφ■瞥、φＶ２　、φＶ３　、φＶ４を
駆動し、高速ＬＳＩリア１の２４６画素分の信号電荷を
水平ＣＯＤで読み出寸。そして、有効期間に拡大エリア
４９１画素の信号電荷を読み出す。

Ａフィールドでは、水平ブランキング期間に例えば５ｉ
ｏＡＩの１画素分が水平ＣＣＤ１４へ転送される。Ｂフ
ィールドでは、水平ブランキング期間にＳ　ｉｇＢ　１
の１画素分が水平ＣＣＤ１４へ転送される。水平ＣＣＤ
１４へ転送されｌζ信号電荷は、まず水平ブランキング
期間内に高速転送エリア１の３２５画素の信号を３０Ｍ
Ｈｚ　〜６０ＭＨｚの高速ｔ−読み出す。この不要な電
荷は適宜リセットトランジスタＲ８を経て廃山される。

次に有効期間に拡大エリア６５０画素を夫々水平転送パ
ルス１２ＭＨｚでφＨ＋　、φＨ２、φＨ”　、Ｒ８を
駆動し読み出す。この時水平方向の加算は行なわない。

有効期間に拡大エリアが読み出されると、高速水平転送
エリア２は、エリア１と重なり、次の高速水平転送エリ
ア１と正ねて読み出す。垂直の有効期間に拡大エリア４
９１画素が読み出されると高速ＬＳＩリア２は、高速Ｌ
ＳＩリア１と同じ場所となり、次の高速ＬＳＩリア１と
同時に信号電荷を垂直ブランキング期間内に読み出す。

この第２の駆動方式を用いることによって画面の中心エ
リアが２倍に拡大できる。また解像度も垂直４９１画素
水平６５０画素の約３２万画素と、第１の駆動方式と変
わらない。

第５図、第６図にタイミングチャート図を示す。

垂直ブランキング期間にφＶ＋　、φＶ３にＶＦＳを印
加して、光電変換部１２の信号電荷を垂直ＣＣＤ１３へ
読み出す。そして、高速ＬＳＩリア１と一周期前の高速
ＬＳＩリア２の重なった信号電荷２４６画素をラインシ
フト１２３回を連続で行ない、水平ＣＣＤ１４で読み出
す。第６図の水平ブランキング期間では、まずラインシ
フト動作φＶｌ　、φＶ２　、φＶ３　、φＶ４　＠　
１０ｏ行１：ｔイ、水平ＣＣＤ１４へ１ライン分の信号
電荷を転送する。

次に水平転送パルスφＨ１φＨ２を４０〜６０ＭＨ２で
駆動し、高速水平転送エリア１＋エリア２の重なった信
号電荷を読み出す。次に拡大エリア６５０画素を１２Ｍ
Ｈｚで読み出す。

第７図に高精細（１−ＩＤ）ＴＶ用の約２００万画素Ｉ
Ｔ−ＣＯＤを用いた第２の実施例を示す。この素子には
、垂直ＣＯＤの最終電極に、１水平期間蓄積ゲート８Ｇ
があり、２水平ＣＯＤ読出し、水平分割ゲートＨＧが設
けである。

ＨＤ−ＴＶ用素子は、アスペクト比が垂直二水平＝９：
１６で垂直の走査線が少し多いため、ＮＴＳＣ方式で使
う場合は、アスペクト比３：４にするために、垂直９８
２画素、水平１５００５００画素５０万画素を用いる。

余分な５０万画索は垂直・水平のブランキング期間に読
み出す。第１の駆動モードでは光電変換部１２で光電変
換された信号電荷は、垂直ブランキング期間に垂直ＣＣ
Ｄ１３に転送され、高速ＬＳＩリア１の３５画素が水平
ＣＣＤ１４＋　、１４２へ転送され読み出される。水平
のブランキング１９１間にＡフィールドの■信号がライ
ンシフト２回動作によってＢＧゲートで加算され、１水
平期間蓄積後に水平ＣＯＤ　１４１．１４２で読み出さ
れる。次に■信号が同じ様にＢＧゲートを経て水平Ｃ，
ＣＤ１４ｔ　　　１４２で読み出される。また、Ｂフィ
ールドでは、インタレース動作を行なうために■信号が
読み出される。垂直方向は、２画素加算の４９１画素相
当になる。水平ＣＣＤ１４＋　、１４２の転送は、水平
ブランキング期間にラインシフト動作後、高速水平転送
エリア１を２８ＭＨｚ〜６０ＭＨｚで読出し水平有効期
間に通常転送エリア１５００画素を１４Ｍｆ−１ｚで転
送し、最終電極φＦ１１．φＨ２Ｒ８Ａ、Ｒ８Ｂを７Ｍ
Ｈｚ駆動とし、水平方向２画素を最終電極φＨ＋　　、
φＨ２ｍで加算して読み出す。高速水平転送エリア２は
、次の水平転送時に高速転送エリア１と重ねて読み出す
。

第８図に）−ＩＤ−ＴＶ様素子の第２の駆動モードを示
す。

第２の駆動モードでは、拡大エリア垂直４９１画素、水
平７５０画素のみを有効期間で読出し、垂直のブランキ
ング期間に高速ＬＳＩリア１とエリア２を重ねて高速の
ラインシフト動作を読み出づ。また、水平のブランキン
グ期間に高速水平転送エリア１とエリア２を重ねて、水
平転送パルスφＨ＋　、φＨ２を２８ＭＨｚ〜６０ＭＨ
２で駆動して読み出１゜その後、水平の４効期間に拡大
エリア７５０画素を７ＭＨ２で読み出１゜第９図に、第
３の実施例を示す。

図において、１１は、垂直７３８画素、水平１３０２３
０２画素ターライン転送型ＣＣＤｌ１ｉａ像素子であり
、垂直ＣＯＤは１画素１段の独立読出しを行なうことが
できる撮像素子である。

第１の駆動モードは、光電変換部１２で光電変換された
信号電荷が垂直ブランキング期間に垂直ＣＣＤ１３に読
出される。転送された信号電荷は、Ａフィールド期間の
水平ブランキング期間内に５ｉｏＡ　１と３　ｉｇＡ　
２、更にＳ　ｉａＡ　３を水平ＣＣＤ　１４に転送する
。またＢフィールド期間では、インターレース動作を行
なうために、Ｓｉ＋ＪＢ２，５１ｇＢ５．８ｉａＢ４を
水平ＣＣＤ１４へ転送し、垂直３画素を加篩する。また
、水平ＣＣＤ１４の最終電極φＨ１で水平方向３画素分
を加算して読み出す。づなわら、φＨ１とＲ８は、φＨ
ｊ　、φＨ２２４ＭＨｚの１／３の周波数８ＭＨ７で駆
動する。

第１０図に、第２の駆動モードである２倍（２２５倍）
ズームの実施例を示す。拡大エリア垂直４９２画素、水
平８６８画素のみを有効期間で読出し、高速ＬＳＩリア
１の１２３画素とエリア２の１２３画素を重ねて、垂直
ブランキング期間に読み出す。また高速水平転送エリア
１（２１７画素）とエリア２（２１７画素）を１ねて水
平ブランキング期間に３０〜６０ＭＨｚで読み出す。

拡大エリアの垂直Ｃ０Ｄ１３の信号電荷は、水平ブラン
キング期間にＡフィールドでは５１ｇＡ１とＳ　ｉｇＡ
　２を転送し、水平ＣＣＤ１４でＳ　ｉａＡ　１　＋Ｓ
　＋ａＡ　２として読み出す。Ｂフィールドでは、イン
タレース動作を行なうために、Ｓ　ｉｏＢ　２と５１ｇ
Ｂ５を水平ＣＣ［）１４へ転送して読み出す。水平ＣＣ
Ｄ１４の転送は、１６ＭＨｚで行ない、最終電極φＨ′
を８ＭＨｚ駆動として、水平方向２画素をφＨ０で加算
し読み出す。この駆動によって２倍ズームが行なえる。

第１１図に、第３の駆動モードである９倍ズームの実施
例を示す。拡大エリア垂直２４６画素、水平４３２画素
のみを有効期間で読出し、高速ＬＳＩリア１（２４６ｉ
ｉ１ｉｉ素〉とエリア２　（２４６画素）を車ねて、垂
直ブランキング期間に読み出す。

また高速水平転送エリア１　（４３２画素）とエリア２
　（４３２画素）を臣ねて、水平ブランキング期間に３
〜６０ＭＨｚで読み出す。拡大エリアの垂直ＣＣＤ１３
の信号電荷は、水平ブランキング期間にＡフィールドで
はＳ　ｉｏＡ　１のみを水平ＣＣ０１４へ転送する。ま
たＢフィールドも同じ信号Ｓ　ｉｇＢ　１を水平ＣＣＤ
へ転送する。水平ＣＣＤ１４の転送は、８ＭＨｚで行な
う。また最終電極のφ）−１’とＲ８も８ＭＨｚで行な
い、水平方向の加算は行なわない。この駆動によって９
倍ズームが行なえる。

以上好ましい実施例のいくつかを説明したが、この他の
多くの実施例、変形例が考えられる。その一部を以下に
記す。

■実施例では、インターライン転送型ｃｃｏｍ像素子で
説明したが、フレーム転送部ＣＯＤでも、積層型でも、
二次元の転送部を有する固体撮像素子であれば、本発明
を適用することができる。

■実施例では、垂直と水平の双方についてズームを設定
し、しかもそのズーム比を同じにしたが、垂直方向だけ
のズーム、水平方向のズーム、或いは夫々のズーム比を
変えて行なうこともできる。

■ＨＤ　−Ｔ　Ｖ用素子を用いて、アスペクト比を３：
４に圧縮して、全信号をＮＴＳＣ方式で出画させること
もできる。

■実施例では、拡大エリア以外は、ブランキング期間で
読出したが、有効期間の一部を使ってもよい。この時、
有効期間に読出した信号は、幅の広いブランキングを作
り、モニタ上に出画しないようにする。

［発明の効果］以上述べたように、本発明の駆動方式を用いることによ
って、固体１１ｉ１像素子において高機能の電子ズーム
が実現できる。従って本発明により、被写体によって画
素加締による高感度モードと高解像度モードが選択でき
る。また、ズームレンズで拡大し更に電子ズームで拡大
することもできる。

また、画像処理によるズームと違い、実時間で実行でき
、ズームを行なっても解像度の低下が無く、メモリ等を
処理装置を使用せずに実行できる。そのため、計測、監
視用として安価なカメラができる。また、レンズのズー
ムと違い、見たい方向だけアスペクト比を変化させ、拡
大することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の駆動方式を説明するためのデ
バイス構成図、第２図、第３図は第１の駆動モードを説明するだめのタ
イミングヂャート図、第４図は、本発明の第２の駆動モードを説明するための
デバイス構成図、第５図、第６図は、第２の駆動モードを説明するための
タイミングチセート図、第７図、第８図は、本発明をＨＤ−ＴＶ素子に実施した
例を示す図、第９図、第１０図、第１１図は、本発明の第３の実施例
の説明図である。１１・・・ＣＣＤ１ｉｌ像素子　１２・・・光電変換部
１３・・・垂直ＣＣＤ　　　　１４・・・水平Ｃ０Ｄ１
５・・・リセットトランジスタ１６・・・出力アンプ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マトリックス状に形成された光電変換素子と、夫
々の列について前記光電変換素子で形成された電荷を蓄
積しこれを列方向に転送する複数の第一の電荷転送素子
と、これら第一の電荷転送素子のそれぞれの端部に接続
し転送されてきた電荷を蓄積しこれを行方向に転送する
第二の電荷転送素子と、この第２の電荷転送素子の端部
に接続し転送されてきた電荷を蓄積しこれを画像信号と
して出力する装置とからなる固体撮像素子を二種類以上
のモードで駆動する方法であって、第１のモードにおいては、夫々の列について前記第一の
電荷転送素子に蓄積された電荷を複数画素分転送して、
これらの和を前記第二の電荷転送素子に蓄積してから順
次列方向転送を行うことによって一行分の画像信号を得
、この動作を繰り返して一枚分の画像信号の形成が為さ
れ、第２のモードにおいては、予め決められた一部の連続す
る行に関して、夫々の行について前記第一の電荷転送素
子に蓄積された電荷を、前記光電変換装置の行全体の長
さと全体連続列の長さの比に対応して、前記複数画素分
よりも少ない画素分転送し前記第二の電荷転送素子に蓄
積してから順次行方向転送を行うことによって一行分の
画像信号を得、この動作を前記連続行分繰り返して一枚
分の画像信号の形成が為されることを特徴とする固体撮
像素子の駆動方法。
（２）マトリックス状に形成された光電変換素子と、夫
々の列について前記光電変換素子で形成された電荷を蓄
積しこれを行方向に転送する複数の第一の電荷転送素子
と、これら第一の電荷転送素子の夫々の端部に接続し転
送されてきた電荷を蓄積しこれを行方向に転送する第二
の電荷転送素子と、この第二の電荷転送素子の端部に接
続し転送されてきた電荷を蓄積しこれを検出し画像信号
として出力する装置とからなる固体撮像素子を二種類以
上のモードで駆動する方法であって、第１のモードでは、前記第二の電荷転送素子で隣接して
蓄積された電荷が前記出力装置で加算された後検出され
る様に、前記第二の電荷転送素子の電荷転送周期を前記
出力装置における蓄積電荷検出の周期の整数倍とし、第２のモードにおいては、第二の電荷転送素子の電荷転
送周期を前記出力装置における蓄積電荷検出の周期の前
記第１のモードよりも小さい整数倍としたことを特徴と
する固体撮像素子の駆動方法。