JPH04200195A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH04200195A
JPH04200195A JP2335615A JP33561590A JPH04200195A JP H04200195 A JPH04200195 A JP H04200195A JP 2335615 A JP2335615 A JP 2335615A JP 33561590 A JP33561590 A JP 33561590A JP H04200195 A JPH04200195 A JP H04200195A
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JP
Japan
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solid
image sensor
state image
signal
imaging device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2335615A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Kotaki
小滝 弘昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、テレビジョン用カメラ等において用いられる
固体撮像装置に関する。
(従来の技術) 最近、通常のテレビジョン・システムに比べて高画質の
得られる高品位テレビジョン・システムの開発が盛んで
ある。
こうした状況下、固体撮像素子たとえば電荷結合撮像素
子(以下、CCD撮像素子)を用いたテレビジョン用カ
メラが広く実用化されている。この種の固体撮像装置は
、画像歪みや焼付き現象がなく低残像で、しかも小型、
軽量、低消費電力で扱い易い等の利煮を持っている。そ
して超LSI技術の進展とともにCCD撮像素子の性能
は益々向上し、最近では高品位テレビジョン用素子の研
究、開発も着々と進んでいる。またそのCCD撮機素子
を用いた高品位テレビジョン用カメラの開発も同時に行
われている。但し、この高品位テレビジョン用カメラは
高砺格なため放送用途か主であり、一般産業用途として
の開発はほとんと行われていないのが現状である。
(発明か解決しようとする課題) ところで、このような高品位テレビジョン用カメラに上
記のCCD撮像素子を用いようとした場合法のような問
題が生じる。すなわち、高品位テレビジョン・システム
のスタジオ規格の一つとして、1フレーム当りの走査線
数1125本(有効1035本)、水平有効サンプル数
が1920、アスペクト比9(縦):lB(横)、イン
ターレース比2:1、フィールド周波数60Hz、ライ
ン周波数33.75kH’z、映像信号帯域幅30MH
zのものがあるか、これを満足するテレビジョン用カメ
ラをCCD撮像素子を用いて構成しようとした場合、垂
直方向に少なくとも有効走査線数に相当する1035画
素、水平方向に水平有効サンプル数に相当する1920
画素か必要となる。総画素数約200万画素は、たとえ
ば光学サイスとして1インチ以上を採用すれば必すしも
実現不可能なわけてはない。しかし、光学サイズが1イ
ンチで200万画素のCCD撮1象素子を無欠陥で製造
することは非常な困難か伴う。また光学サイズか大きく
なるということは、1枚のウェハから取れるCCD撮像
素子の数も減り、歩留り、量産性の観点からも好ましく
ない。さらにはCCD撮像素子の水平方向の駆動周波数
か74.25MHzと非常に高くなる等の回路技術上の
問題もててくる。
一方、高画質・化とともに低価格化か要求される一般産
業用途では、従来から使用されている273インチ光学
サイズのレンズをそのまま使いたいという要望が強い。
これは2/3インチに比して1インチ光学サイズのレン
ズの価格か約数倍〜数十倍と高価なためである。ところ
か、2/3インチ光学サイズで垂直1035画素を確保
しようとすると、垂直方向の1画素ピッチか約5μmと
なってしまう。
CCD撮像素子において、信号電荷の垂直方向への転送
は4相のパルスで行われることが多いが、撮像素子とし
てのダイナミックレンジ等の性能の劣化を起さずに5μ
謡の間に4電極を設けることは現在の微細化加工技術で
は不可能であるという問題がある。
以上のような理由により、これまで、CCD撮像素子を
用い、かつ低価格で一般産業用途にも使える高品位テレ
ビジョン用カメラは実現されていなかった。しかしなが
らCCD撮像素子の持つ上記のような長所を考えると、
従来の量産レベルの技術により製造したCCD撮像素子
を用いて高品位テレビジョン用カメラを実現することか
強く望まれていた。
本発明はこのような課題を解決するためのもので、従来
の量産レベルの技術により製造した固体撮像素子を用い
て高品位の映像情報を得ることのできる固体撮像装置の
提供を目的としている。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の固体撮像装置は上記した目的を達成するために
、二次元配列された複数の受光素子を有する4つの固体
撮像素子と、入射光から青色光成分及び赤色光成分を抽
出してそれぞれ前記4つの固体撮像素子のうちの第1の
固体撮像素子及び第2の固体撮像素子に導入するととも
に、入射光から緑色光成分を抽出してこれを第3の固体
撮像素子及び第4の固体撮像素子に導入する色分解光学
系とを備え、第3の固体撮像素子及び第4の固体撮像素
子は、互いに垂直方向及び水平方向に画素間隔の半分若
しくはほぼ半分すらして配置されてなる固体撮像装置に
おいて、第3の固体撮像素子及び第4の固体撮像素子か
らの2つの出力信号を1水平走査期間ごとにπ位相の関
係で組合せて1つの合成信号を生成し、かつ隣接するフ
ィニルド間で2つの合成信号を比較した場合、それぞれ
垂直方向にπ位相のずれを持つよう2つの出力信号を組
合せる信号合成手段を具備している。
(作 用) 本発明の固体撮像装置では、出力合成手段が、第3の固
体撮像素子及び第4の固体撮像素子からの各出力信号を
、1水平走査期間ごとにそれぞれπ位相の関係で組合せ
て1つの合成信号とし、しかも隣接するフィールド間で
2つの合成信号を比較した場合、それぞれ垂直方向にπ
位相のずれを持つよう各出力信号を組合せる。
これにより、固体撮像素子の垂直方向の受光素子数の2
倍の走査線数を得ることかでき、従来の量産レベルの技
術により製造した固体撮像素子を用いて高品位の映像情
報を得ることか可能となる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明に係る一実施例の固体撮像装置における
信号処理回路の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、撮像レンズ11を介して入射された
光学像は、近赤外領域の透過率か低い分光特性調整フィ
ルタ12及び光学的低域通過フィルタ13を通過して4
枚のプリズム14〜17から構成される色分解光学系に
入光する。ここで、ますB(青)色光は、色分解光学系
の第1のプリズム14と第2のプリズム15との境界面
で反射し、さらに第1のプリズL、14の表面で再び反
射して第1のCCD撮像素子18の感光面上に結像され
る。次にR(赤)色光は、第2のプリズム15と第3の
プリズム16との境界面で反射し、さらに第2のプリズ
ム15と第1のプリズム14との境界面で反射して第2
のCCD撮像素子19の感光面上に結像される。次いて
G(緑)色光は、その半分が第3のプリズム16と第4
のプリズム17との境界面で反射し、さらに第3のプリ
ズム16と第2のプリズム15との境界面で反射して第
3のCCD撮像素子20の感光面上に結像される。最後
にこれら色分解光学系を透過した0色光の残りの半分は
、第4のCCD撮像素子21の感光面上に結像される。
各CCD撮像素子18〜21は、それぞれ駆動回路22
により駆動され、受光した光情報を電気信号に変換する
。駆動回路22はパルス発生回路23からのパルスによ
り作動している。
ところで、これらCCD撮像素子18〜21のアスペク
ト比は9(縦)二16(i)で、たとえば垂直方向に5
18画素、水平方向に1257257画素してなってい
る。したがって光学サイズが273インチ、5.4mm
  (縦) x9.6μm1m  (横)のとき、1画
素ピッチは約10.4μm (縦) X7.64μm 
(横)となり、現在の量産レベルの微細化加工技術で対
応できる大きさである。
第2図にこのCCD撮像素子18〜21の概略的な構成
を示す。
同図において、51は垂直方向に配列された垂直転送C
CD、52は各垂直転送CCD51と1対1に対応付け
られた受光素子、53は水平転送CCDを示している。
各垂直転送CCD51はそれぞれ3つの電極部51a、
51b、51cに分割されている。
ここで、ある垂直転送CCD51の各電極部51a、5
1b、51cに端子を通じて3相の垂直転送パルスが加
えられると、垂直ブランキング期間を利用して受光素子
52に蓄えられた信号電荷は垂直転送CCD51へ読出
され、さらに水平ブランキング期間を利用して垂直方向
に次々と転送されて行く。そして最終段の垂直転送CC
D51まで転送された信号電荷は、水平ブランキング期
間で水平転送CCD53に移される。その後、この水平
転送CCD 53にZ、7 L 2相の水平転送パルス
が加えられることにより、水平転送CCD53に保持さ
れた信号電荷は高速で水平転送され出力部53aから読
出される。なお、この動作における垂直転送周波数は3
3.75kHz、水平転送周波数は48.6MHzであ
る。
このCCD撮像素子18〜21の垂直方向の受光素子数
(518)は高品位テレビジョンの有効走査線数IO3
5本の約半分であるか、すべての受光素子の信号電荷は
各フィールド走査ごとに読出されることによって必要な
数の信号を得ている。
第3図はG色光成分を受光する第3及び第4のCCD撮
像素子20.21の画素位置の関係を示す図である。
同図において、G1は第3のCCD撮像素子20の画素
位置を示し、G2は第4のCCD撮像素子21の画素位
置を示している。このように第3及び第4のCCDm像
素子20.21の各画素は垂直方向において画素ピッチ
yOの半分たけ互いにずらして配置されており、かつ水
平方向において画素ピッチXOの半分だけ互いにずらし
て配置されている。
第3及び第4のCCD撮像素子20.21より出力され
た信号はそれぞれ前置増幅器24.25で所定のレベル
まで増幅された後、信号合成手段である切換回路28に
入力される。切換回路28は駆動回路22からの駆動パ
ルスに基づいて2つの出力信号を次のように組合わせて
出力する。
すなわち、切換回路28は、Aフィールドではそれぞれ
垂直方向に隣接する(N)GLと(N)G2との組合せ
、(N+1)Glと(N+1)G2との組合せといった
合成信号を生成し、BフィールドではAフィールドの場
合と垂直方向にπ位相異なる(N)Glと(N+1)G
2との組合せ、(N+1)Glと(N+2)G2との組
合せといった合成信号を生成する。
第4図及び第5図はそれぞれ切換回路28の構成及び切
換えタイミングを示す図である。
これらの図に示すように、切換回路28は、第1及び第
2のサンプル・ホールド回路(以下、S/H回路と称す
。)61.62と、ケート回路63とから構成されてい
る。すなわち、第1及び第2の前置増幅器24.25の
出力はそれぞれS/H回路61.62てサンプル・ホー
ルトされた後、ケート回路63に与えられ、このケート
回路63で互いにπ位相の関係で組合せて1つの出力信
号となる。
この結果、第3及び第4のCCD撮像素子20.21の
垂直方向の受光素子数が高品位テレビジョンの有効走査
線数の約半分であるにも拘らず、2:1のインターレー
スを満足することになる。
また水平方向については、第3及び第4のCCD撮像素
子20.21の水平方向の画素ずらし効果により、実効
的に1257X  2−2514画素という2倍相当の
情報が得られることになる。この場合、水平方向のナイ
キスト限界は48.6MHzとなり、水平限界解像度に
換算すると約1400TV本の高解像度となる。
その後、切換回路28から得られたG信号の一部は、遮
断周波数か30MHzの第1のローパスフィルタ(以下
、LPFと称す。)31を介して第1のプロセス回路3
3に供給されて広帯域のGw倍信号なり、減算回路37
及び8力端子4oに出力される。一方、その他の6信号
は遮断周波数が20MHzの第2のLPFB2及び第2
のプロセス回路34を経て狭帯域のGn信号となって減
算回路37に出力される。その後、減算回路37にて広
帯域のGw倍信号狭帯域のGn信号との減算処理が行わ
れ、その結果、広帯域のGw倍信号うち、20M)lz
から30MHzの高域成分だけを残した( G w−G
n)信号を得て、第1及び第2の加算回路38.39に
加えられる。
一方、B色光及びR色晃を受光する第1及び第2のCC
D撮像素子18.19の空間的配置は第4のCCD撮像
素子21と同しであり、また転送周波数についても第3
及び第4のCCD撮像素子20.21と同様、垂直方向
は3’3.75’kHz、水平方向は48.6MHzで
ある。なお、これらのCCD撮像素子18.19の垂直
方向の受光素子数は、高品位テレビジョンの規格の有効
走査線数の半分であるため、各CCD撮像素子18.1
9がらはA。
B両フィールドでインターレースされていない同一の信
号を得るようにしている。これらR,B信号は、それぞ
れ第3及び第4の前置増幅器26.27にて所定のレベ
ルに増幅された後、遮断周波数が20MHzの第3及び
第4のLPF29.3oを介して第3及び第4のプロセ
ス回路35.36に入力されて、狭帯域のRn信号及び
Bn信号となる。
このようにして得られたRn信号及びBn信号は、垂直
、水平解像度の双方に関して前述のGw倍信号それらよ
り劣っているが、これらRn信号、Bn信号は最終的な
広帯域のRw倍信号Bw倍信号うちの20MHz以下の
成分てあり、人間の視覚の分解能特性よりG信号に比較
するとR,B信号は幾分帯域が狭くてもよいので、実際
にはほとんど問題とはならない。
この後、Rn信号、Bn信号は、第1及び第2の加算回
路38.39においてそれぞれ20MHz以上の高域成
分のみを持つ(Gw−Gn)信号と加算され、高帯域の
Rw倍信号びBw倍信号なって出力端子41.42に導
出される。
かくしてこの実施例によれば、2/3インチ光学サイズ
で垂直518画素、水平1257画素という従来の量産
レベルの微細化加工技術で製造できるCCD撮像素子を
用いて、垂直方向において高品位テレビジョンの有効走
査線数1035本を満足し、水平方向においても約10
00T V本以上の高解像度を持つ固体撮像装置を実現
できる。
したがって、従来はCCD撮像素子の画素数か非常に多
くなることによる感度等の特性の劣化や歩留りに関する
問題点、またCCD撮像素子の駆動周波数が非常に高く
なる(74.25MH2)という回路上の問題点、さら
には1インチ光学サイズのために光学系全体の形状か大
きくなり、高価なものになるという問題点等により困難
とされていた、2/3インチ光学サイズのCCD撮像素
子を用いた高品位カラーテレビジョン用カメラの実現か
可能となる。
また本実施例の固体撮像装置は、撮像素子としてCCD
撮像素子を採用したので、画像歪みゃ焼付きかなく低残
像であって、さらに低消費電力、小型、軽量で扱い易い
等の利点を持っていることは勿論であり、加えて従来の
撮像管を利用した高品位カラーテレビジョン用カメラで
問題となっていた経時変化によるレジストレーションの
再調整か不必要になるという大きな利点を有している。
なお、上記の実施例では、CCD撮像素子の垂直方向の
受光素子数の不足を、2つのG色光受光用のCCD撮像
素子がらの信号読出しの組合せをフィールドごとに切換
えることで補ったが、本発明はこれに限るものではない
たとえば、第3図において、A、8両フィールドとも信
号読出しの組合せを((N)GL 、(N)G2 )、
((N+1)Gl 、(Nil)G2 )、((N+2
)Gl 、(N+2)G2 )といったように同しにし
て、切換回路28を次のように構成すればよい。すなわ
ち、第6図に示すように、第1の前置増幅器24と第1
のS/H回路61との間に、1水平走査期間遅延線(I
H遅延線として図示)64とスイッチ回路65を介挿し
て、Aフィールドでは遅延されていない信号をS/H回
路61に導入し、BフィールドではIH遅延された信号
をS/H回路61に導入することにより、Bフィールド
で先の実施例と同様、((N)Gl 、 (Nil)G
2>、((N+1)Gl 、(N+2)G2 )、((
N+2)Gl 、(N+3)G2 )といった信号の組
合せを得ることかできる。
[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よれば、固
体撮像素子の垂直方向の受光素子数の2倍の走査線数を
得ることかでき、従来の量産レベルの技術により製造し
た固体撮像素子を用いて高品位の映像情報を得ることが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る一実施例の固体撮像装置における
信号処理回路の構成を示すブロック図、第2図は第1図
におけるCCD撮像素子の構成を示す図、第3図は第1
図においてG色光成分を受光する第3及び第4のCCD
撮像素子の各画素位置の関係を示す図、第4図は第1図
における切換回路の構成を示すブロック図、第5図は第
4図の切換回路の切換えタイミングを示す図、第6図は
本発明の他の実施例を説明するためのブロック図である
。 14〜17・・・色分解光学系(プリズム)18〜21
・・・CCD撮像素子 28・・・切換回路 出願人     株式会社 東芝 代理人 弁理士 須 山 佐 − (@+maヅQQOGW智便g) α汀マーミ! く凶−ミヱ HnS/HMl16+lnl力  (n)に1  (n
+1)に1  (n+2)G1第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 二次元配列された複数の受光素子を有する4つの固体撮
    像素子と、入射光から青色光成分及び赤色光成分を抽出
    してそれぞれ前記4つの固体撮像素子のうちの第1の固
    体撮像素子及び第2の固体撮像素子に導入するとともに
    、入射光から緑色光成分を抽出してこれを第3の固体撮
    像素子及び第4の固体撮像素子に導入する色分解光学系
    とを備え、前記第3の固体撮像素子及び第4の固体撮像
    素子は、互いに垂直方向及び水平方向に画素間隔の半分
    若しくはほぼ半分ずらして配置されてなる固体撮像装置
    において、 前記第3の固体撮像素子及び第4の固体撮像素子からの
    2つの出力信号を1水平走査期間ごとにπ位相の関係で
    組合せて1つの合成信号を生成し、かつ隣接するフィー
    ルド間で2つの合成信号を比較した場合、それぞれ垂直
    方向にπ位相のずれを持つよう前記2つの出力信号を組
    合せる信号合成手段を具備することを特徴とする固体撮
    像装置。
JP2335615A 1990-11-29 1990-11-29 固体撮像装置 Pending JPH04200195A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5640206A (en) * 1994-05-31 1997-06-17 Victor Company Of Japan, Ltd. Imaging apparatus including offset pixels for generating vertical high frequency component

Cited By (2)

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US5640206A (en) * 1994-05-31 1997-06-17 Victor Company Of Japan, Ltd. Imaging apparatus including offset pixels for generating vertical high frequency component
US5726709A (en) * 1994-05-31 1998-03-10 Victor Company Of Japan, Ltd. Imaging apparatus including offset pixels for generating vertical high frequency component

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