JPH0461587A - Solid-state color image pickup device - Google Patents
Solid-state color image pickup deviceInfo
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- JPH0461587A JPH0461587A JP2173069A JP17306990A JPH0461587A JP H0461587 A JPH0461587 A JP H0461587A JP 2173069 A JP2173069 A JP 2173069A JP 17306990 A JP17306990 A JP 17306990A JP H0461587 A JPH0461587 A JP H0461587A
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- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Abstract
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、限られた画素数の固体撮像素子を用いて解像
度の高い良質のカラー画像を得るカラー固体撮像装置に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a color solid-state imaging device that obtains high-resolution, high-quality color images using a solid-state imaging device with a limited number of pixels.
(従来の技術)
近年、画像を撮像する装置として、従来の撮像管に代わ
りCCD等を用いた固体撮像装置が開発されている。第
5図はインターライン転送型CCD撮像素子の概略構成
を示している。(Prior Art) In recent years, solid-state imaging devices that use a CCD or the like instead of a conventional image pickup tube have been developed as devices for capturing images. FIG. 5 shows a schematic configuration of an interline transfer type CCD image sensor.
CIl+ C2+・・・は二次元配列された画素の感
光部(光電変換部)であり、VT、、VT2・・・は各
感光部で蓄積された信号電荷を垂直方向に読出すための
垂直読出L CCDであり、HTはこれらの垂直読出し
CCD−VT、、VT2、・・・により読出された信号
電荷を一水平列ずつ直列に読出す水平読出しCCDであ
る。この種の固体撮像素子の解像度は一般に画素数によ
って決まるため、構造上の改良のみで高解像度化をはか
るには限界がある。CIl+ C2+... are photosensitive parts (photoelectric conversion parts) of two-dimensionally arranged pixels, and VT,, VT2... are vertical readout units for vertically reading out the signal charges accumulated in each photosensitive part. HT is a horizontal readout CCD that serially reads out the signal charges read out by these vertical readout CCDs VT, VT2, . . . one horizontal column at a time. Since the resolution of this type of solid-state image sensor is generally determined by the number of pixels, there is a limit to how high resolution can be achieved through structural improvements alone.
限られた画素数の固体撮像素子を用いて従来より高解像
度化をはかった装置として、第6図に示すように固体撮
像素子チップを振動させる方式が提案されている。図に
おいて、1は固体撮像素子のチップ基板であり、便宜上
二次元配列された画素のうち一水平列分を示している。As a device that uses a solid-state image sensor with a limited number of pixels to achieve higher resolution than the conventional one, a method has been proposed in which the solid-state image sensor chip is vibrated as shown in FIG. In the figure, numeral 1 is a chip substrate of a solid-state image sensor, and for convenience, one horizontal column of pixels arranged two-dimensionally is shown.
水平方向(X方向)の画素ピッチはPHである。The pixel pitch in the horizontal direction (X direction) is PH.
このチップ基板1を、図に振動波形を示したように、水
平方向にP H/ 2の振幅をもって入射光像に対して
相対的に振動させる。この振動の時間変化は、固体撮像
素子の撮像動作の1フレーム期間を1周期として台形状
となるようにする。このとき、チップ基板1の画素の開
口部2は、第1のフィールド(Aフィールド)では実線
の位置にあり、第2のフィールドCBフィールド)では
破線3の位置にくる。この結果、A。The chip substrate 1 is vibrated in the horizontal direction with an amplitude of P H/2 relative to the incident light image, as shown in the vibration waveform in the figure. The temporal change of this vibration is made to have a trapezoidal shape, with one frame period of the imaging operation of the solid-state imaging device as one period. At this time, the aperture 2 of the pixel of the chip substrate 1 is at the position indicated by the solid line in the first field (field A), and at the position indicated by the broken line 3 in the second field (CB field). As a result, A.
Bフィールドの位置にそれぞれ対応した像を得るべく撮
像信号の処理を行うことにより、固体撮像素子自体が有
する解像度の2倍の解像度を得ることができる。By processing the imaging signals to obtain images corresponding to the positions of the B field, it is possible to obtain a resolution twice that of the solid-state imaging device itself.
一方、1個の固体撮像素子を用いてカラー画像信号を得
るには、固体撮像素子の画素配列に合わせて所定の波長
透過率特性を組合せた色フィルタを用いるのが一般的で
ある。第7図は、フィールド蓄積モードに適した周波数
インターリーブ方式の色フィルタ配置を示している。図
中、Cはシアン色、Wは全透過、Yは黄色である。この
ような色フィルタ配置を用いた場合、フィールド蓄積モ
ードでの信号読出しは、Aフィールドではn+(n+1
)、 (n+2)+(n+3) 、 (n+4)+
(n+5) 、・・・となり、Bフィールトドでは (
n+1)”(n+2)、 (n+3)+(n+4)
、・・・となる。こうして得られた出力信号をIH遅延
線を通した信号と加減算することにより、カラー信号処
理に必要な赤(R)、青(B)及び緑(G)の原色信号
を得ることができる。On the other hand, in order to obtain a color image signal using one solid-state image sensor, it is common to use a color filter that combines predetermined wavelength transmittance characteristics in accordance with the pixel arrangement of the solid-state image sensor. FIG. 7 shows a frequency interleaved color filter arrangement suitable for field accumulation mode. In the figure, C is cyan, W is total transmission, and Y is yellow. When such a color filter arrangement is used, signal readout in field accumulation mode is n+(n+1
), (n+2)+(n+3), (n+4)+
(n+5),..., and in B field (
n+1)”(n+2), (n+3)+(n+4)
,... becomes. By adding and subtracting the output signal thus obtained with the signal passed through the IH delay line, the red (R), blue (B), and green (G) primary color signals necessary for color signal processing can be obtained.
この場合に得られるR、B及びG信号は、第8図に模式
的に示したように入射光学像に対してサンプリングされ
た状態で電気信号に変換される。即ち、第8図(a)は
R信号の場合であり、ハツチング部分は入射光学像に対
して無効部分となって、R信号が得られるのは画素ピッ
チPHの2倍の2PH周期である。第8図(b)はB信
号の場合であり、R信号と同様、2PH周期の信号とな
る。G信号は第8図(C)に示すように、画素ピッチP
H周期でサンプリングされた信号となる。G信号におけ
るサンプリング周波数をfcとした場合、各画素を水平
方向に走査することによって得られる出力信号の周波数
スペクトルは第9図に示すようになる。即ちR1B信号
成分は、第9図(a)に示すように、G信号4とサンプ
リング周波数fCの1/2をキャリア周波数とする変調
成分5を含む。また、G信号成分は第9図(b)に示す
ように、G信号4の他にサンプリング周波数fcをキャ
リア周波数とする変調成分6を含む。そして、変調成分
5゜6は、サンプリング周波数fc又はf c / 2
を中心として上下に側波帯を有する。従って、解像度の
劣化を防止すべくG信号4の帯域を十分に取ると、図に
ハツチング部で示したように変調成分の側波帯がG信号
と重なる。これは折返し歪(以下、モアレと呼ぶ)とな
って画質劣化をもたらす。The R, B, and G signals obtained in this case are converted into electrical signals while being sampled with respect to the incident optical image, as schematically shown in FIG. That is, FIG. 8(a) shows the case of the R signal, where the hatched portion becomes an invalid portion with respect to the incident optical image, and the R signal is obtained in a 2PH period, which is twice the pixel pitch PH. FIG. 8(b) shows the case of the B signal, which, like the R signal, has a 2PH period. As shown in FIG. 8(C), the G signal has a pixel pitch P
This is a signal sampled at H cycles. When the sampling frequency of the G signal is fc, the frequency spectrum of the output signal obtained by scanning each pixel in the horizontal direction is as shown in FIG. That is, the R1B signal component includes a G signal 4 and a modulation component 5 whose carrier frequency is 1/2 of the sampling frequency fC, as shown in FIG. 9(a). Further, as shown in FIG. 9(b), the G signal component includes, in addition to the G signal 4, a modulation component 6 whose carrier frequency is the sampling frequency fc. The modulation component 5°6 has a sampling frequency fc or fc/2
It has sidebands above and below the center. Therefore, if a sufficient band is provided for the G signal 4 to prevent resolution deterioration, the sidebands of the modulation component overlap with the G signal as shown by the hatched area in the figure. This results in aliasing distortion (hereinafter referred to as moiré) and causes deterioration in image quality.
モアレは上述のように、G信号4と変調成分5.6との
周波数の重なりにより生ずるから、これを防ぐには、原
理的にはサンプリング周波数fCを高くとればよい。し
かしこれは固体撮像素子では画素数の増加を意味するか
ら、製造プロセス上困難がある。As described above, moire is caused by the frequency overlap of the G signal 4 and the modulation component 5.6, so in principle, the sampling frequency fC should be set high to prevent this. However, this means an increase in the number of pixels in a solid-state image sensor, which poses difficulties in the manufacturing process.
前述した固体撮像素子のチップ基板を振動させる方式は
、G信号のサンプリング周波数fcを実質的に2倍にす
ることができるので、このモアレ対策としても有用であ
る。ところが、この方式によっても、R及びB信号につ
いてはサンプリング周波数か変らず、モアレが発生する
。The above-described method of vibrating the chip substrate of the solid-state image sensor can substantially double the sampling frequency fc of the G signal, so it is also useful as a countermeasure against moiré. However, even with this method, moiré occurs in the R and B signals without changing the sampling frequency.
また、実際の入射光学像ではfcより低い周波数である
f c / 2付近のレスポンスが大きく、これがモア
レを目立ち易くする原因となっている。そして、このモ
アレを減少するにはG信号の帯域をf c / 2以下
の周波数に制限することか必要であるが、そうするとG
信号のサンプリング周波数を2倍にして高解像度化した
ことによる効果が期待できなくなる。Furthermore, in an actual incident optical image, the response near f c /2, which is a frequency lower than f c, is large, which causes moiré to be noticeable. In order to reduce this moiré, it is necessary to limit the G signal band to a frequency below f c /2, but if this is done, the G
The effect of increasing the resolution by doubling the signal sampling frequency cannot be expected.
そこで本発明者らは、第10図及び第11図に示す方法
を既に提案している(特開昭59−174085号公報
)。第10図において、撮像素子チップ基板1は、例え
ば第5図に示したようなインターライン転送型CCD撮
像素子の一水平画素配列分を示している。この撮像素子
チップ基板1を、図に振動波形を併せ示したように入射
光学像に対して相対的に振動させる。Therefore, the present inventors have already proposed the method shown in FIGS. 10 and 11 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 174085/1985). In FIG. 10, the image sensor chip substrate 1 shows, for example, one horizontal pixel array of an interline transfer type CCD image sensor as shown in FIG. The image sensor chip substrate 1 is vibrated relative to the incident optical image as shown in the figure with a vibration waveform.
即ち、A、Bフィールド期間を1周期とした1フレーム
期間に、振幅PH/2(PHは画素ピッチ)相当で4つ
の階段状に振動させる。いま、画素の開口部2の中心が
移動している期間、即ち図の振動波形中、tlからT2
、*2がらt3、j3からt4への各期間が1フレーム
期間より十分短ければ、各画素の開口部は、Aフィール
ドでXl及びX2の位置、BフィールドてX、及びX4
の位置にそれぞれ静止していると見做すことができる。That is, in one frame period in which the A and B field periods are one period, it is vibrated in four steps with an amplitude equivalent to PH/2 (PH is the pixel pitch). Now, during the period when the center of the pixel aperture 2 is moving, that is, during the vibration waveform shown in the figure, from tl to T2
, *2 to t3, if each period from j3 to t4 is sufficiently shorter than one frame period, the aperture of each pixel will be at the positions of Xl and X2 in the A field, and at the positions of X and X4 in the B field.
They can be considered to be stationary at the respective positions.
つまり、第11図に示すように、1フレーム期間で水平
方向での空間サンプリング領域かP1〜P4の4箇所と
なる。そこで、このような振動を与えた撮像素子に第7
図に示した色フィルタ配置を用いて、第11図に示すよ
うに、期間t1とt2で得られたR、B及びG信号を出
力してこれをAフィールドとし、期間t3とt4て得ら
れたこれらと位相が180°ずれたR2B及びG信号を
出力してこれをBフィールドとして、再生画像上でA、
Bフィールドの画素信号を水平方向で空間上、前述の実
際のサンプリング点に合うようにずらして表示すること
で、水平解像度を2倍に向上すると同時に、色モアレを
減少することができる。なお、第11図で、白抜きは期
間tl+i2或いは13+1.の全期間で信号が得られ
るサンプリング位置、実線のハツチング部は信号が得ら
れない位置を示し、破線のハツチング部は期間t1或い
はt4のみて撮像されて低レベルの信号が得られる位置
を示している。That is, as shown in FIG. 11, there are four spatial sampling areas P1 to P4 in the horizontal direction in one frame period. Therefore, a seventh
Using the color filter arrangement shown in the figure, as shown in Figure 11, the R, B, and G signals obtained during periods t1 and t2 are outputted as the A field, and the signals obtained during periods t3 and t4 are output. The R2B and G signals, which are out of phase with these by 180 degrees, are output, and this is used as the B field to display A, G, and A signals on the reproduced image.
By displaying the B-field pixel signals while spatially shifting them in the horizontal direction to match the actual sampling points described above, it is possible to double the horizontal resolution and reduce color moiré. Note that in FIG. 11, the white areas indicate periods tl+i2 or 13+1. The solid line hatching indicates the sampling position where a signal is obtained during the entire period, the solid line hatching indicates a position where no signal is obtained, and the broken line hatching indicates a position where a low level signal is obtained only during period t1 or t4. There is.
そして、この提案によれば、G信号について事実上サン
プリング周波数を高くすることができて解像度の向上が
はかられる。また、R,B信号については、変調信号の
側波帯成分が隣接フィールドで逆相となって相殺される
結果、色モアレの少ない良質のカラー画像を得ることが
可能となる。According to this proposal, it is possible to actually increase the sampling frequency of the G signal, thereby improving the resolution. Furthermore, as for the R and B signals, the sideband components of the modulation signal have opposite phases in adjacent fields and are canceled out, making it possible to obtain a high-quality color image with less color moiré.
しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、Aフィールド終了時点でt、とt2て
蓄積された信号電荷を加算して読出し、Bフィールド終
了時点でt3とt4て蓄積された信号電荷を加算して読
出している。解像度を向上してかっ色モアレを減少させ
るにはtlとt2またはt4とt3の比を一定に保つ必
要がある。発明者の実験ではこの比をt+ :t2
(t4 :t3)〜2:3付近が良いことが明らか
になっている。However, this type of device has the following problems. That is, at the end of field A, the signal charges accumulated at t and t2 are added and read out, and at the end of field B, the signal charges accumulated at t3 and t4 are added and read out. In order to improve resolution and reduce brown moiré, it is necessary to keep the ratio of tl and t2 or t4 and t3 constant. In the inventor's experiments, this ratio was t+ :t2
(t4:t3) to around 2:3 has been found to be good.
ここで、解像度を向上するにはt2 (t3)の蓄積時
間を長くした方が良いが、この場合は色モアレは増加し
てしまう。一方、色モアレを減少するにはt+ (t
4)とt2 (ti)をに1にするのが最も良いが、こ
の場合は解像度はそれ程向上できない。これは、第11
図に示すように、1.とt2で蓄積された信号電荷を加
算して読出していることがら、第11図に示すように破
線のハツチング部が存在するためである。即ち、R,B
出力において破線のハツチング部をなくし白抜きにする
ためには、tlとt2又はt3とt4の比を1:1にす
ればよいが、この場合、G出力において破線のハツチン
グ部も白抜きとなり、解像度向上という効果が得られな
くなる。Here, in order to improve the resolution, it is better to lengthen the accumulation time of t2 (t3), but in this case, color moiré will increase. On the other hand, to reduce color moiré, t+ (t
It is best to set 4) and t2 (ti) to 1, but in this case the resolution cannot be improved that much. This is the 11th
As shown in the figure, 1. This is because the signal charges accumulated at t2 and t2 are added and read out, and therefore there is a hatched portion shown by a broken line as shown in FIG. That is, R, B
In order to eliminate the dashed line hatching and make it white in the output, the ratio of tl and t2 or t3 and t4 should be set to 1:1, but in this case, the dashed line hatching in the G output also becomes white, The effect of improving resolution cannot be obtained.
(発明が解決しようとする課題)
このように従来、特開昭59−174(185号公報に
示す方式では、解像度の向上と色モアレの低減との間に
いわゆるトレードオフの関係があり、これらの双方を満
足させることはできなかった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventionally, in the method shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-174 (185), there is a so-called trade-off relationship between improving resolution and reducing color moiré. It was not possible to satisfy both parties.
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、解像度の向上と共に色モアレの低減を
はかり得るカラー固体撮像装置を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a color solid-state imaging device that can improve resolution and reduce color moiré.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
本発明の骨子は、1フィールド内の蓄積時間(例えばt
l+ t2)に蓄積された信号電荷を加算して読出す
のではなく、独立に読出して、且つ必要に応じて加算す
ることにある。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is that the accumulation time within one field (for example, t
The purpose is not to add and read out the signal charges accumulated in (l+t2), but to read them out independently and add them as necessary.
即ち本発明は、半導体基板上に2次元配列された光電変
換部と、これらの充電変換部に隣接して設けられ、該光
電変換部に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する複
数本の垂直電荷転送部と、これらの垂直電荷転送部の1
チャネルに対してそれぞれ2つのチャネルが設けられ、
該垂直電荷転送部で転送された信号電荷を一時的に記憶
する信号電荷メモリ部と、前記垂直電荷転送部と信号電
荷メモリ部との間にそれぞれ設けられ、垂直電荷転送部
の信号電荷を信号電荷メモリ部のいずれかのチャネルに
転送する切換えゲートと、前記信号電荷メモリ部に接続
され、該信号電荷メモリ部に記憶された信号電荷を水平
方向に転送する水平電荷転送部と、前記光電変換部上に
所定の波長透過率特性を組合せて設けられた色フィルタ
とを備えたカラー固体撮像装置であって、
前記基板に対して水平画素配列方向に下記■〜■の条件
■振動は1フレーム周期と同期し、1フレーム周期内に
複数の振幅を持つ。That is, the present invention includes photoelectric conversion sections two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, and a plurality of charge conversion sections that are provided adjacent to these charge conversion sections and that vertically transfer signal charges accumulated in the photoelectric conversion sections. Vertical charge transfer section and one of these vertical charge transfer sections
Two channels are provided for each channel,
A signal charge memory section that temporarily stores the signal charge transferred by the vertical charge transfer section, and a signal charge memory section provided between the vertical charge transfer section and the signal charge memory section, and a signal charge memory section that stores the signal charge of the vertical charge transfer section as a signal. a switching gate that transfers the signal charge to either channel of the charge memory section; a horizontal charge transfer section that is connected to the signal charge memory section and horizontally transfers the signal charge stored in the signal charge memory section; and the photoelectric conversion section. A color solid-state imaging device is provided with a color filter provided with a combination of predetermined wavelength transmittance characteristics on the substrate, and the vibration is within one frame in the horizontal pixel arrangement direction with respect to the substrate under the following conditions It is synchronized with the period and has multiple amplitudes within one frame period.
■振動波形の振幅変化時刻は光電変換部から垂直電荷転
送部へ信号電荷の読出し動作と一致する。(2) The amplitude change time of the vibration waveform coincides with the readout operation of signal charges from the photoelectric conversion section to the vertical charge transfer section.
■複数の振幅は、その一つが画素ピッチの172又はそ
の近傍に設定され、他の一つが画素ピッチの3/2また
はその近傍に設定される。(2) One of the plurality of amplitudes is set at or near 172 of the pixel pitch, and the other one is set at or near 3/2 of the pixel pitch.
を満たす振動を与える手段と、偶数フィールドで1フレ
ームを構成して、1フィールド内の第1の期間に蓄積さ
れた信号電荷を前記信号電荷メモリ部の一方チャネルに
読出し、第2の期間に蓄積された信号電荷を前記信号電
荷メモリ部の他方のチャネルに読出す手段と、得られた
画像情報信号を1フィールド内で振動毎に加算及び選択
する手段とを具備してなることを特徴としている。one frame is constituted by an even number of fields, the signal charges accumulated in a first period in one field are read out to one channel of the signal charge memory section, and the signal charges are accumulated in a second period. The present invention is characterized by comprising means for reading out the obtained signal charges to the other channel of the signal charge memory section, and means for adding and selecting the obtained image information signals for each vibration within one field. .
(作用)
本発明によれば、固体撮像素子チップの4つの位置での
蓄積電荷を加算(1,+12又はt3+t4)して読出
すのではなく、それぞれを独立に読出し、必要に応じて
加算処理することができる。従って、前記第11図に示
すR1B出力においては破線ハツチング部を白抜きにす
ることができ、G出力においては破線ハツチング部を実
線ハツチングにすることが可能となる。つまり、G信号
は時刻12 (t:l)のみから取り出すことができ
、G信号はサンプリング周波数を2倍にできて解像度の
向上がはかられる。また、R,B信号については、A、
Bフィールドで変調信号の側波帯成分が逆相になる。(Function) According to the present invention, instead of adding and reading accumulated charges at four positions of a solid-state image sensor chip (1, +12 or t3+t4), each is read out independently, and addition processing is performed as necessary. can do. Therefore, in the R1B output shown in FIG. 11, the dashed hatched portion can be made white, and in the G output, the broken line hatched portion can be made solid hatched. That is, the G signal can be extracted only from time 12 (t:l), the sampling frequency of the G signal can be doubled, and the resolution can be improved. Also, regarding R and B signals, A,
In the B field, the sideband components of the modulated signal have opposite phases.
二のため、色モアレは相殺され良質のカラー画像が得ら
れる。Therefore, color moiré is canceled out and a high quality color image is obtained.
(実施例)
第1図は本発明の一実施例に係わるカラー固体撮像装置
の概略構成を示すブロック図、第2図は各部のクロック
パルスを示すタイミングチャートである。第1図に固体
撮像素子チップ内のレイアウトを示すように、ホトダイ
オード(1−1,1−2,〜、1−N、〜、 M−N)
の2次元配列領域10には第1の垂直CCD20(20
,〜20M)が形成され、例えば駆動端子φ11〜φ1
4で4相駆動される。領域10に隣り合う一時メモリ領
域40には互に独立して駆動できる2群の第2の垂直C
CD (信号電荷メモリ部)が形成されている。第2の
垂直CCDは、A群41(411〜4九)と8群42(
42,〜428)からなり、例えばA群4]は駆動端子
φS^1〜φS^4で、また8群42は駆動端子φSB
I〜φsB4て夫々独立に4相駆動される。(Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a color solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a timing chart showing clock pulses of each part. As shown in Fig. 1, the layout inside the solid-state image sensor chip includes photodiodes (1-1, 1-2, ~, 1-N, ~, M-N).
A first vertical CCD 20 (20
, ~20M) are formed, for example, drive terminals φ11 to φ1
4 for 4-phase drive. In the temporary memory area 40 adjacent to the area 10, there are two groups of second vertical Cs that can be driven independently of each other.
A CD (signal charge memory section) is formed. The second vertical CCD has the A group 41 (411-49) and the 8 group 42 (
42, to 428), for example, the A group 4] is the drive terminal φS^1 to φS^4, and the 8th group 42 is the drive terminal φSB
I to φsB4 are each independently driven in four phases.
第1の垂直CCDに読出された信号電荷は、ゲート30
(301〜30M)によって第2の垂直CCDのA群4
1又は8群42に切換えて転送できるようになっている
。第2の垂直CCDに転送された信号電荷は、水平CC
D50で転送され出力部60から出力される。この実施
例では、水平CCD50はCCDレジスタ51.52の
2線式であり、例えばCCDレジスタ51にはA群の信
号が、CCDレジ52スタ52にはB群の信号が読出さ
れ、駆動端子φH1、φH2により出力部61.62か
ら半導体チップ外に読出されるようになっている。なお
、水平CCD50は1線式であってもよいのは勿論であ
る。The signal charge read out to the first vertical CCD is transferred to the gate 30.
A group 4 of the second vertical CCD by (301-30M)
Transfer can be performed by switching to 1 or 8 groups 42. The signal charge transferred to the second vertical CCD is transferred to the horizontal CC
It is transferred at D50 and output from the output section 60. In this embodiment, the horizontal CCD 50 is of a two-wire type with CCD registers 51 and 52. For example, signals of the A group are read out to the CCD register 51, signals of the B group are read out to the CCD register 52 register 52, and the drive terminal φH1 , φH2, the signals are read out from the semiconductor chip from the output portions 61 and 62. Note that, of course, the horizontal CCD 50 may be of a one-wire type.
第1の垂直CCDの垂直方向の転送段数は、対応するホ
トダイオードの個数に半分になっており、ホトダイオー
ド(1−1,〜、M−1,1−3,〜、M−3,・・)
の信号電荷はφ1.に、またホトダイオード(1−2,
〜、M−2,1−4,〜、M−4.・・・)の信号電荷
はφ13に夫々フィールドシフトパルスを与えることに
よって第1の垂直CCDに読出される。一方、第2の垂
直CCD、A、B群の転送段数も夫々、これかつながる
第1の垂直CCDの転送段数と等しくされている。従っ
て、−時メモリ領域40には、時間的に分割して転送さ
れた全信号電荷が一時蓄積可能である。The number of vertical transfer stages of the first vertical CCD is half the number of corresponding photodiodes, and the number of photodiodes (1-1, ~, M-1, 1-3, ~, M-3,...)
The signal charge of φ1. In addition, a photodiode (1-2,
~, M-2, 1-4, ~, M-4. ...) are read out to the first vertical CCD by applying field shift pulses to φ13, respectively. On the other hand, the number of transfer stages of the second vertical CCDs, A and B groups, is also made equal to the number of transfer stages of the first vertical CCD to which they are connected. Therefore, all the signal charges that have been temporally divided and transferred can be temporarily stored in the - time memory area 40.
以上は、固体撮像素子チップに収められ、光学系により
ホトダイオードの2次元配列領域10に画像か形成され
る。そして一般に、ホトダイオードを除いてAl1膜で
遮光されている。また、第1の垂直CCDの垂直方向の
転送段数は、般に、NTSC方式だと512の半分、2
56段である。The above is stored in a solid-state image sensor chip, and an image is formed in a two-dimensional array area 10 of photodiodes by an optical system. Generally, except for the photodiode, the light is shielded by an Al1 film. In addition, the number of vertical transfer stages of the first vertical CCD is generally half of 512 in the NTSC system, or 2
It has 56 steps.
第2図は上記駆動端子φ目〜φ14、φSAI〜φ5A
4、φSBI〜φSB4のうち、フィールドシフトを行
うφ13.φ1.と、φ5A□及びφSBIに印加され
る電圧波形を示している。Figure 2 shows the drive terminals φth to φ14, φSAI to φ5A.
4. Among φSBI to φSB4, φ13. which performs field shift. φ1. and shows the voltage waveforms applied to φ5A□ and φSBI.
ここで、第1のフィールド期間tFlの有効期間tAE
はTV画面上の一垂直走査期間である。Here, the effective period tAE of the first field period tFl
is one vertical scanning period on the TV screen.
tAEの中間点付近で、フィールドシフトパルスφFS
I φ、55を印加してホトダイオード(1−1、〜
、M−1.1−3.〜.M−3,・・・)の信号電荷群
を読出し、第1の垂直CCDへ転送する。次に、垂直ブ
ランキング期間tABてはフィールドシフトパルスφ1
,2、φFS3を印加してホトダイオード’<1−2.
〜.M−2. l−4,〜、ト4.・・・)の信号電荷
を第1の垂直CCDへ読出す。それからφ11〜φ14
と第2の垂直CCD0B群42の端子に4相転送りロッ
クパルス電圧(図中ではφ11にはφ1.2・φ13に
はφ口6・φSB+にはφ513 )を印加して第1の
垂直CCDから第2の垂直CCDの8群42へ前記信号
電荷群を転送する。Near the midpoint of tAE, field shift pulse φFS
Iφ, 55 is applied to the photodiode (1-1, ~
, M-1.1-3. ~. M-3, . . . ) signal charges are read out and transferred to the first vertical CCD. Next, during the vertical blanking period tAB, the field shift pulse φ1
, 2, by applying φFS3, the photodiode'<1-2.
~. M-2. l-4, ~, G4. ...) are read out to the first vertical CCD. Then φ11~φ14
A four-phase transfer lock pulse voltage (in the figure, φ11 is φ1.2, φ13 is φ6, and φSB+ is φ513) is applied to the terminals of the second vertical CCD0B group 42, and the first vertical CCD The signal charge group is transferred from there to the eight groups 42 of the second vertical CCD.
ここで、第1の垂直CCDから第2の垂直CCDのA、
B群への振り分けは、領域10.40間にある端子SG
(単数又は複数の端子を有する)につながった切換えゲ
ート30にパルス電圧を印加して行う。Here, A from the first vertical CCD to the second vertical CCD,
Assignment to group B is made using the terminal SG located between areas 10 and 40.
This is done by applying a pulse voltage to the switching gate 30 (having one or more terminals) connected to the switching gate 30 (having one or more terminals).
一時メモリ領域40に読出された信号は、次にフィール
ド期間tF2での有効期間tBHにおいて、第2の垂直
CCDのA、B群の端子φSAI〜φSA4とφSBI
〜φSB4へ4相転送り口、ツクパルス(図中ではφS
L3 、φSL4 、φSL7、φ5L8、・・・)を
印加して水平方向に一列ずつ信号電荷を読出して水平C
CD50へ転送し、クロックパルスφ旧、φH2により
出力部60より読出す。このとき、A群の信号はCCD
レジスタ51に、B群の信号はCCDレジスタ52に読
出され、同時に出力部61.62より出力される。この
ようにした第1のフィールド期間telにホトダイオー
ドに蓄積された信号電荷が第2のフィールド期間tP2
内で読み出される。The signal read to the temporary memory area 40 is then applied to the terminals φSAI to φSA4 and φSBI of the A and B groups of the second vertical CCD during the valid period tBH of the field period tF2.
~ 4-phase transfer port to φSB4, Tsuk pulse (φS in the figure)
L3, φSL4, φSL7, φ5L8,...) is applied and the signal charges are read out one column at a time in the horizontal direction, and the horizontal C
It is transferred to the CD 50 and read out from the output section 60 using clock pulses φold and φH2. At this time, the signal of group A is CCD
In the register 51, the signals of group B are read out to the CCD register 52, and simultaneously outputted from the output sections 61 and 62. The signal charge accumulated in the photodiode during the first field period tel is transferred to the second field period tP2.
It is read within.
即ち、この動作によって、従来の2倍の画素数の信号が
1フイ一ルド期間内で読出すことができる。That is, by this operation, signals with twice the number of pixels as in the conventional method can be read out within one field period.
そして、期間tBE、tBBに、前と同様のフィールド
シフトパルスφPS3・ φFS71 φPS4 r
φFS8 、さらに転送パルス電圧(図中のφ113゜
φ1,7・ φ口2・ φI、4.φし8・ φS、4
)を印加し、第2のフィールド期間tF2の有効期間t
BEにホトダイオードで蓄積した信号電荷を、独立した
一時メモリ領域40の第2の垂直CODへ第1のフィー
ルド期間tFlで行ったのと同じ順路で転送する。そし
て、次のフィールド期間で同様にして出力する。以下、
この動作を縁り返す。これによって限られた画素数から
高解像度の信号が出力される。なお、第1図の出力部6
1.62に加算回路70を設け、この加算出力をR(B
)出力とし、出力部61の出力を6出力とする。Then, during periods tBE and tBB, the same field shift pulses φPS3, φFS71 φPS4 r as before are applied.
φFS8, and further transfer pulse voltage (φ113° in the figure φ1,7・φmouth 2・φI,4.φshi8・φS,4
), and the valid period t of the second field period tF2
The signal charge accumulated in the BE by the photodiode is transferred to the second vertical COD of the independent temporary memory area 40 in the same route as was done in the first field period tF1. Then, it is output in the same manner in the next field period. below,
Reverse this action. This allows high-resolution signals to be output from a limited number of pixels. Note that the output section 6 in FIG.
An adder circuit 70 is provided at 1.62, and the adder output is R(B
) output, and the output of the output section 61 is set to 6 outputs.
次に、第3図を用いて解像度向上と色モアレ減少の動作
を説明する。Next, the operation of improving resolution and reducing color moiré will be explained using FIG.
第3図(a)は第1図で説明したCCD撮像素子の一水
平画素配列分を示し、1は撮像素子チップ基板、2はそ
の画素の開口部を示している。FIG. 3(a) shows one horizontal pixel array of the CCD image sensor explained in FIG. 1, where 1 indicates the image sensor chip substrate and 2 indicates the aperture of the pixel.
この撮像素子チップ基板1を、第3図(b)に振動波形
を示したように入射光学像に対して相対的に振動させる
。即ち、A、Bフィールド期間を1周期とした1フレー
ム期間に振幅PH72(PHは画素ピッチ)相当で4つ
の階段状に振動させる。いま、画素の開口部2の中心が
移動している期間、即ち図の振動波形中、tlからt2
+t2から”3 + t3からt4への各過度期間が
1フレーム期間より十分短かければ、各画素の開口部は
、AフィールドでXl及びX2の位置、Bフィールドで
X3及びX4の位置にそれぞれ静止していると見做すこ
とかできる。The image sensor chip substrate 1 is vibrated relative to the incident optical image as shown in the vibration waveform in FIG. 3(b). That is, it is vibrated in four steps at an amplitude corresponding to PH72 (PH is a pixel pitch) in one frame period in which the A and B field periods are one period. Now, during the period when the center of the aperture 2 of the pixel is moving, that is, during the vibration waveform shown in the figure, from tl to t2
+ If each transient period from t2 to "3 + t3 to t4 is sufficiently shorter than one frame period, the aperture of each pixel will be stationary at the positions Xl and X2 in the A field, and at the positions X3 and X4 in the B field, respectively. It can be seen as doing so.
つまり、第4図に示すように、1フレーム期間で水平方
向での空間サンプリング領域がP1〜P4の4個所とな
る。ここで、第3 e (b)で示すように各信号電荷
蓄積時間tI+ t2+t3 + i4終了毎に、
信号電荷を読出すフィールドシフトパルスF+ 、F2
、F3 、F4を第1の垂直CCDへ印加する。この
パルスは第2図で説明したフィールドシフトパルスと同
じであり、その関係はF、がφPSI φPS5、F
2がφFS2・φPS6 SF 3がφFS3・φF5
7〜F4がφF54、φl−58と一致する。That is, as shown in FIG. 4, there are four spatial sampling areas P1 to P4 in the horizontal direction in one frame period. Here, as shown in 3rd e (b), each time the signal charge accumulation time tI + t2 + t3 + i4 ends,
Field shift pulses F+, F2 to read signal charges
, F3 and F4 are applied to the first vertical CCD. This pulse is the same as the field shift pulse explained in FIG. 2, and the relationship is that F, is φPSI φPS5, F
2 is φFS2・φPS6 SF 3 is φFS3・φF5
7 to F4 match φF54 and φl-58.
そこで、このような振動を与えた撮像素子に前記第7図
に示した色フィルタ配置を用いて、第4図に示すように
、期間1.+12でR又はB信号、期間t2でG信号を
出力してこれをAフィールドとし、期間t3でG信号、
期間t3+14てR信号を出力してこれをBフィールド
とする。そして、再生画像上でABフィールドの画素信
号を水平方向で空間上、前述の実際のサンプリング点に
合うようにずらして表示することで、水平解像度を2倍
に向上すると同時に色モアレを減少することができる。Therefore, by using the color filter arrangement shown in FIG. 7 on the image sensor subjected to such vibrations, as shown in FIG. 4, period 1. +12 outputs an R or B signal, period t2 outputs a G signal and makes this the A field, and period t3 outputs a G signal,
During the period t3+14, an R signal is output and this is taken as a B field. Then, by displaying the AB field pixel signals on the reproduced image while spatially shifting them in the horizontal direction to match the actual sampling points mentioned above, the horizontal resolution can be doubled and color moire can be reduced at the same time. I can do it.
以上の動作により明らかなように、G信号はAフィール
ドでは期間t2で蓄積された電荷のみ、Bフィールドで
は期間t3て蓄積された電荷のみとなり、最終的にはt
2とt3の空間サンプリング点を加算した再生画像とな
る。従って、解像度は2倍に向上できる。一方、R,B
信号はAフィールドでは1.とt2の空間サンプリング
点を加算し、Bフィールドではt、とt4の空間サンプ
リング点を加算して出力する。As is clear from the above operation, the G signal includes only the charges accumulated during the period t2 in the A field, only the charges accumulated during the period t3 in the B field, and finally reaches t.
The reproduced image is obtained by adding the spatial sampling points 2 and t3. Therefore, the resolution can be doubled. On the other hand, R, B
The signal is 1. The spatial sampling points of t and t2 are added, and in the B field, the spatial sampling points of t and t4 are added and output.
これにより、色モアレはAフィールドとBフィールドで
完全に反転されるので、大幅に減少できる。As a result, color moiré is completely reversed between the A field and the B field, so it can be significantly reduced.
[発明の効果]
以上詳述したように本発明によれば、固体撮像素子チッ
プを振動させると共に、〕フィールドの第1の期間及び
第2の期間に蓄積された信号電荷を加算して読出すので
はなく、独立に読出し必要に応じて加算することにより
、高解像度で色モアレの少ないカラー画像を得ることが
可能となる。[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, the solid-state image sensor chip is vibrated, and the signal charges accumulated in the first period and the second period of the field are added and read out. Instead, by reading out the signals independently and adding them as necessary, it is possible to obtain a color image with high resolution and less color moiré.
第1図は本発明の一実施例に係わるカラー固体撮像装置
の概略構成を示すブロック図、第2図は各部のクロック
を示すタイミングチャート、第3図は一水平画素配列分
及び振動波形を示す図、第4図は色フィルタ配置により
得られるRlG、B信号の入力光学像に対するサンプリ
ング点を示す図、第5図乃至第11図は従来技術を説明
するための図である。
1−1..1.−2.〜.1−N、 〜、 M−N
・・・ホトダイオード、10・・・2次元配列領域、
20 (21,22)・・・第1の垂直CCD(垂直電
荷転送部)、
30・・・切換えゲート、
40・・・−時メモリ領域、
41.42=第2の垂直CCU
(信号電荷メモリ部)
50 (51,52) ・*平CCD
(水平電荷転送部)、
60 (61,82)・・・出力部。Fig. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a color solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a timing chart showing clocks of each part, and Fig. 3 shows one horizontal pixel array and vibration waveform. 4 is a diagram showing sampling points for an input optical image of RlG and B signals obtained by color filter arrangement, and FIGS. 5 to 11 are diagrams for explaining the prior art. 1-1. .. 1. -2. ~. 1-N, ~, M-N
... Photodiode, 10... Two-dimensional array area, 20 (21, 22)... First vertical CCD (vertical charge transfer unit), 30... Switching gate, 40... - time memory area , 41.42=second vertical CCU (signal charge memory section) 50 (51, 52) *Flat CCD (horizontal charge transfer section), 60 (61, 82)...output section.
Claims (1)
らの光電変換部に隣接して設けられ、該光電変換部に蓄
積された信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直電
荷転送部と、これらの垂直電荷転送部の1チャネルに対
してそれぞれ2つのチャネルが設けられ、該垂直電荷転
送部で転送された信号電荷を一時的に記憶する信号電荷
メモリ部と、前記垂直電荷転送部と信号電荷メモリ部と
の間にそれぞれ設けられ、垂直電荷転送部の信号電荷を
信号電荷メモリ部のいずれかのチャネルに転送する切換
えゲートと、前記信号電荷メモリ部に接続され、該信号
電荷メモリ部に記憶された信号電荷を水平方向に転送す
る水平電荷転送部と、前記光電変換部上に所定の波長透
過率特性を組合せて設けられた色フィルタとを備えたカ
ラー固体撮像装置であって、 前記基板に対して水平画素配列方向に、1フレーム周期
と同期し、1フレーム周期内に複数の振幅を持ち、この
振幅はその一つが画素ピッチの1/2またはその近傍に
設定され、他の一つが画素ピッチの3/2またはその近
傍に設定され、振動波形の振幅変化時刻は前記光電変換
部から垂直電荷転送部へ信号電荷の読出し動作と一致す
る振動を与える手段と、偶数フィールドで1フレームを
構成して、1フィールド内の第1の期間に蓄積された信
号電荷を前記信号電荷メモリ部の一方のチャネルに読出
し、第2の期間に蓄積された信号電荷を前記信号電荷メ
モリ部の他方のチャネルに読出す手段と、得られた画像
情報信号を1フィールド内で振動毎に加算及び選択する
手段とを具備してなることを特徴とするカラー固体撮像
装置。[Scope of Claims] Photoelectric conversion units arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate, and a plurality of units provided adjacent to these photoelectric conversion units to vertically transfer signal charges accumulated in the photoelectric conversion units. a vertical charge transfer section, and a signal charge memory section, which is provided with two channels for each channel of these vertical charge transfer sections, and temporarily stores signal charges transferred in the vertical charge transfer section; A switching gate is provided between the vertical charge transfer section and the signal charge memory section to transfer the signal charge of the vertical charge transfer section to either channel of the signal charge memory section, and a switching gate is connected to the signal charge memory section. , a color solid state comprising: a horizontal charge transfer section that horizontally transfers signal charges stored in the signal charge memory section; and a color filter provided on the photoelectric conversion section with a combination of predetermined wavelength transmittance characteristics. An imaging device, which is synchronized with one frame period in a horizontal pixel arrangement direction with respect to the substrate, and has a plurality of amplitudes within one frame period, one of which is 1/2 of the pixel pitch or in the vicinity thereof. and the other one is set at 3/2 of the pixel pitch or its vicinity, and the amplitude change time of the vibration waveform is a means for applying vibration from the photoelectric conversion section to the vertical charge transfer section that coincides with the signal charge readout operation. One frame is composed of even fields, the signal charges accumulated in the first period within one field are read out to one channel of the signal charge memory section, and the signal charges accumulated in the second period are read out. A color solid-state imaging device comprising: means for reading out to the other channel of the signal charge memory section; and means for adding and selecting the obtained image information signals for each vibration within one field.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2173069A JPH0461587A (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Solid-state color image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2173069A JPH0461587A (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Solid-state color image pickup device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0461587A true JPH0461587A (en) | 1992-02-27 |
Family
ID=15953633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2173069A Pending JPH0461587A (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Solid-state color image pickup device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0461587A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005125187A1 (en) * | 2004-06-17 | 2005-12-29 | Advantest Corporation | Signal readout system and test equipment |
-
1990
- 1990-06-29 JP JP2173069A patent/JPH0461587A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005125187A1 (en) * | 2004-06-17 | 2005-12-29 | Advantest Corporation | Signal readout system and test equipment |
US7796164B2 (en) | 2004-06-17 | 2010-09-14 | Advantest Corporation | Signal reading apparatus and test apparatus |
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