JPH0570356B2

JPH0570356B2 -

Info

Publication number: JPH0570356B2
Application number: JP59010039A
Authority: JP
Inventors: Iwao Ayusawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-01-25
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1993-10-04
Also published as: JPS60154784A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、高解像度テレビジヨン方式に好適な
固体撮像装置に関する。

〔発明の背景〕

近年、撮像装置の小型，軽量化の一環として、
撮像管に代えて固体撮像素子が用いられるように
なつてきた。固体撮像素子は、２次元的にホトダ
イオードなどからなる光電変換素子（以下、絵素
という）を配置して受光面とし、この受光面に結
像された光学像を各絵素によつて光電変換し、こ
れを水平，垂直走査することによつて光学像に応
じた映像信号を出力するものであつて、単板状を
なし、撮像管に比べて著しく小型に構成されるも
のである。

第１図は従来の固体撮像素子の一例を示す構成
図であつて、１は垂直走査回路、２は水平走査回
路、３₁〜３_nは垂直走査線、４₁〜４_oは垂直信号
線、５₁〜５_oは水平スイツチ、６は出力端子、Ｐ
は絵素、VSは垂直スイツチである。

同図において、矢印Ｘを水平方向、矢印Ｙ方向
を垂直方向とし、水平方向にｎ個のホトダイオー
ド、すなわち、絵素Ｐが配列されてなる絵素列が
垂直方向にｍ個設けられている。すなわち、絵素
Ｐが水平方向にｎ個、垂直方向にｍ個２次元的に
配置されている。第１図においては、このように
配置された各絵素の位置を２次元座標で示し、左
上隅の絵素Ｐの位置を（１，１）とし、右下隅の
絵素Ｐを（ｍ，ｎ）としている。また、水平方向
に配列されたｎ個の絵素の列を水平絵素列、垂直
方向に配列されたｍ個の絵素の列を垂直絵素列と
いう。

図面上左からｉ番目の垂直絵素列ｉの各絵素Ｐ
は、夫々垂直スイツチVSを介して垂直信号線４_i
に共通に接続されている。すなわち、左から１番
目の垂直絵素列の各絵素Ｐは垂直スイツチVSを
介して垂直信号線４₁に共通に接続され、左から
２番目の垂直絵素列の各絵素Ｐは垂直スイツチ
VSを介して垂直信号線４₂に共通に接続され、以
下、同様に、１番右側の垂直絵素列の各絵素Ｐは
垂直スイツチVSを介して垂直信号線４_oに接続さ
れている。各垂直信号線４₁，４₂，…，４_oは、
夫々水平スイツチ５₁，５₂，…，５_oを介して出
力端子６に接続されている。

水平スイツチ５₁，５₂，…，５_oは、水平走査
回路２から供給される水平走査パルスにより、オ
ン，オフ制御される。また、垂直スイツチVSは、
垂直走査回路から供給される垂直走査パルスによ
つてオン，オフ制御されるが、図面上上から１番
目の水平絵素列の各絵素Ｐに接続された各垂直ス
イツチVSには、垂直走査線３₁を介して同時に垂
直走査パルスが供給され、これら垂直スイツチ
VSが同時にオン，オフ制御されるというように、
上からｊ番目の水平絵素列の各絵素Ｐに接続され
た垂直スイツチVSは同時にオン，オフ制御され
る。

垂直走査回路１は垂直走査線３₁，３₂，…，３
_ｎに順番に垂直走査パルスを出力し、また、水平
走査回路２は、垂直走査線３₁，３₂，…，３_nの
１つに垂直走査パルスが供給される毎に、水平ス
イツチ５₁，５₂，…，５_oに順番に水平走査パル
スを供給し、これらを順番にオン状態とする。

次に、この固体撮像素子の動作について説明す
る。

図示しない光学系により、受光面に光学像が結
像されると、この受光面に配列された各絵素Ｐに
光学像の光量に応じた電荷が生ずる。

そこで、まず、垂直走査回路１は垂直走査線３
_１に垂直パルスを出力し、これに応じて上から１
番目の水平絵素列の各絵素Ｐに接続された垂直ス
イツチVSがオン状態となり、これらの絵素Ｐの
電荷が夫々垂直信号線４₁，４₂，…，４_oに転送
される。かかる転送が完了すると、まず、水平走
査回路２は水平スイツチ５₁に水平走査パルスを
供給してそれをオン状態とし、垂直信号線４₁の
電荷（すなわち、位置（１，１）の絵素Ｐに生じ
た電荷）は水平スイツチ５₁を介して出力端子６
に供給される。次に、水平走査回路２は水平スイ
ツチ５₂に水平走査パルスを供給してそれをオン
状態とし垂直信号線４₂の電荷（すなわち、位置
（１，２）の絵素Ｐに生じた電荷）は水平スイツ
チ５₂を介して出力端子６に供給される。このよ
うにして水平走査回路２から水平スイツチ５₁，
５₂…に順次水平走査パルスが供給されて各垂直
信号線４₁，４₂，…の電荷が順次出力端子６に供
給され、最後の水平スイツチ５_oがオン状態とな
つて垂直信号線４_oの電荷が出力端子６に供給さ
れて、１つの水平絵素列の読み出し、すなわち、
１水平走査が完了して出力端子６に１水平走査期
間の映像信号が得られる。

次に、垂直走査回路１は垂直走査線３₂に垂直
走査パルスを出力し、同様にして、上から２番目
の水平絵素列の各絵素Ｐの電荷を垂直信号線４₁，
４₂，…，４_oに夫々転送する。そして、水平走査
回路２は水平スイツチ５₁，５₂，…，５_oに順次
水平走査パルスを供給し、垂直信号線４₁，４₂，
…，４_oの電荷が順次出力端子６に供給され、次
の１水平走査期間の映像信号が得られる。

このようにして、垂直走査回路１から垂直走査
パルスによる絵素の電荷の垂直信号線４₁，４₂，
…，４_oへの転送と、水平走査回路２からの水平
走査パルスによる垂直信号線４₁，４₂，…，４_o
から出力端子６への順次の電荷転送とが各水平絵
素列毎に行なわれ、出力端子６に映像信号が得ら
れる。

さて、かかる固体撮像素子を備えた固体撮像装
置によつて得られる映像信号は、テレビジヨン受
像機（以下、モニタテレビという）に供給され、
画像が再生されるわけであるが、通常、かかる画
像の１水平走査線分に対応する映像信号は、第１
図に示した固体撮像素子の１水平絵素列の各絵素
から読み出された電荷からなる。

そこで、モニタテレビで再生される画像の解像
度を向上させる場合には、固体撮像素子の１水平
絵素列の絵素数を増加させる必要がある。しか
し、その絵素数を増加させると、映像信号の水平
走査期間は一定であるから、水平走査速度、すな
わち、水平走査回路２が水平パルスを発生する速
度および水平スイツチ５₁，５₂，…，５_oの動作
速度を大幅に高めなければならない。

従来の固体撮像装置においては、１水平絵素列
における絵素数は400個程度であり、これを映像
信号の１水平走査期間（約63.5μsec）で順次読み
出しており、このために、水平スイツチ５₁，５
_２，…，５_oは約150nsecの間隔で順次にオン，オ
フ制御され、また、水平走査回路２はシフトレジ
スタで構成されているが、このシフトレジスタは
終６〜7MHzのクロツクパルスによつて駆動され、
いずれも非常に高速に動作している。再生画像の
解像度をさらに高めようとすると、水平走査回路
２や水平スイツチ５₁，５₂，…，５_oに、さらに
これ以上の高速化が要求されることになる。

ところで、近年、現行のテレビジヨン方式に比
べてより高解像度の画像を再生するための、いわ
ゆる高品位テレビジヨン方式が盛んに論議されて
いるが、この方式に応じる固体撮像装置として
は、固体撮像素子の１水平絵素列当りの絵素数
を、従来の固体撮像素子の２倍あるいはそれ以上
にする必要がある。しかし、固体撮像素子を製造
するための現在の半導体技術では、上記のような
絵素数の増加に対応できる高速動作を行なう水平
走査回路を実現することは極めて困難である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる問題点を解消し、水平
走査回路の動作の高速化を回避して高解像度の再
生画像の映像信号を発生可能とした固体撮像装置
を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、固体撮
像素子のＰ（但し、ＰはＱより大きい整数）個の
水平絵素列を同時に水平走査してＰ個の映像信号
を同時に出力し、該Ｐ個の映像信号を複数個ずつ
加算してＱ（但し、Ｑは２以上の整数）個の映像
信号を得、これら映像信号を記憶装置に同時に書
き込んで書き込み速度のＱ倍の読み出し速度で順
番に読み出し、前記固体撮像素子における水平走
査期間の１／Ｑの水平走査期間の映像信号を得る
ようにした点に特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の原理を図面について説明する。

第２図は本発明による固体撮像装置の原理を示
すブロツク図であつて、３₁′，３₂′は垂直走査線、
４₁′，４₂′は垂直信号線、５₁′，５₂′は水平スイツ
チ、６′は出力端子、７は固体撮像素子、８，
８′は記憶装置、９は加算回路であり、第１図に
対応する部分には同一符号をつけている。

第２図において、固体撮像素子７には、第１図
に示した従来の固体撮像素子と同様に、多数の絵
素Ｐが２次元的に配列されているが、説明を簡略
化するために、４つの水平絵素列を示し、しか
も、各水平絵素列について、２つの絵素Ｐのみを
示している。

さて、この実施例においては、以下、水平絵素
列は図面上から、垂直絵素列は図面上左から順番
をつけ、水平，垂直絵素列の絵素の順番も同様と
すると、奇数番目の水平絵素列の左から第１番目
の絵素Ｐ（すなわち、位置（１，１），（３，１）
の絵素Ｐ）は、夫々垂直スイツチVSを介して垂
直信号線４₁に接続され、偶数番目の水平絵素列
の第１番目の絵素Ｐ（すなわち、位置（２，１）
（４，１）の絵素Ｐ）は、夫々垂直スイツチVSを
介して垂直信号線４₁′に接続されている。次に奇
数番目の水平絵素列の第２番目の絵素Ｐは、夫々
垂直スイツチVSを介して垂直信号線４₂に接続さ
れ、偶数番目の水平絵素列の同じく第２番目の絵
素Ｐは、夫々垂直スイツチVSを介して垂直信号
線４₂′に接続されている。このように、各垂直絵
素列毎に２つづつ垂直信号線が設けられ、その一
方の垂直信号線に垂直絵素列の１つおきの絵素が
垂直スイツチを介して共通に接続され、他方の垂
直信号線にその垂直絵素列の残りの１つおきの絵
素が垂直スイツチを介して共通に接続されてい
る。

垂直信号線４₁，４₂，…は水平スイツチ５₁，
５₂，…を介して固体撮像素子７の一方の出力端
子６に接続され、また、垂直信号線４₁′，４₂′，
…は水平スイツチ５₁′，５₂′，…を介して他方の
出力端子６′に接続されている。

水平スイツチ５₁′，５₁′は水平走査回路２から
同一の水平走査パルスが供給され、水平スイツチ
５₂，５₂′には他の同一の水平走査パルスが供給
される。すなわち、同一の垂直絵素列に属する絵
素Ｐが垂直スイツチVSを介して接続される２つ
の垂直信号線は、夫々同一の水平パルスが供給さ
れる異なる水平スイツチを介して別々の出力端子
６，６′に接続されている。

さらに、１番目の水平絵素列の各絵素に接続さ
れた垂直スイツチVSは、垂直走査線３₁を介して
供給される垂直走査パルスによつてオン状態とな
り、２番目の水平絵素列の各絵素に接続された垂
直スイツチVSは、垂直走査線３₁′を介して供給
される垂直走査パルスによつてオン状態となる
が、垂直走査線３₁，３₁′には垂直走査回路１か
ら同一の垂直走査パルスが出力され、したがつ
て、これら２つの水平絵素列の各絵素Ｐに接続さ
れた垂直スイツチVSは全て同時にオン，オフ制
御される。以下同様に、隣り合う２つの水平絵素
列の各絵素Ｐに接続された垂直スイツチVSは全
て同時にオン，オフ制御される。

出力端子６，６′は夫々書き込み速度に対して
読み出し速度が２倍である記憶装置８，８′に接
続されている。

次に、この原理の動作について説明する。

従来技術と同様に、各絵素Ｐに受光量に応じた
電荷が生ずると、まず、垂直走査回路２は垂直走
査線３₁，３₁′に垂直走査パルスを出力し、１番
目の水平絵素列の絵素Ｐに生じた電荷は夫々垂直
信号線４₁，４₂，…に転送され、２番目水平絵素
列の絵素Ｐに生じた電荷は夫々垂直信号線４₁′，
４₂′，…に転送される。

これら電荷の転送が完了すると、まず、水平走
査回路２が水平スイツチ５₁′，５₁′に水平走査パ
ルスを供給してこれらをオン状態にし、垂直信号
線４₁の電荷（すなわち、位置（１，１）の絵素
Ｐに生じた電荷）を水平スイツチ５₁，出力端子
６を介して記憶装置８に供給すると同時に、垂直
信号線４₁′の電荷（すなわち、位置（２，１）の
絵素Ｐに生じた電荷）を水平スイツチ）５₁′、出
力端子６′を介して記憶装置８′に供給する。

次に、水平走査回路２は水平スイツチ５₂，５
₂′に水平走査パルスを供給してこれらをオン状態
とし、垂直信号線４₂の電荷（すなわち、位置
（１，２）の絵素Ｐに生じた電荷）を記憶装置８
に、垂直信号線４₂′の電荷（すなわち、位置
（２，２）の絵素Ｐに生じた電荷）を記憶装置
８′に同時に供給する。以下同様にして、垂直絵
素列毎に、１番目および２番目の水平絵素列の絵
素Ｐに生じた電荷が同時に記憶装置８，８′に供
給される。

このようにして、１番目および２番目の水平絵
素列の絵素に生じた電荷が全て記憶装置８，８′
に供給されて固体撮像素子７の１水平走査が完了
する。すなわち、記憶装置８，８′には、夫々１
水平走査期間の映像信号が供給されたことにな
る。次いで、垂直走査回路２は垂直走査線３₂，
３₂に垂直走査パルスを供給し、３番目の水平絵
素列の各絵素Ｐに生じた電荷を夫々垂直信号線４
_１，４₂，…に、また、４番目の水平絵素列の各絵
素Ｐに生じた電荷を夫々垂直信号線４₁′，４₂′，
…に転送し、水平走査回路２による水平スイツチ
５₁と５₁′，５₂と５₂′，…の順次のオン，オフ制
御にもとづいて、上記のように垂直信号線４₁，
４₂，…の電荷が順次記憶装置８に、垂直信号線
４₁′，４₂′，…の電荷が順次記憶装置８′に供給さ
れて水平走査がなされる。

以下同様にして、隣接せる２つの水平絵素列が
同時に水平走査されるようにして、垂直方向に水
平走査される水平絵素列が移つていく。

かかる動作は、換言すれば、１つおきの水平絵
素列と他の１つおきの水平絵素列とが並列に位相
同期して水平，垂直走査するものである。

記憶装置８，８′は読み出し速度が書き込み速
度の２倍に設定されており、しかも、これら記憶
装置８，８′の読み出しタイミングは、固体撮像
素子７の１水平走査期間の1/2だけづれている。

ここで、記憶装置８，８′の書き込み、読み出
し動作の一例を、第３図を用いてさらに詳しく説
明する。なお、同図において、S₁は固体撮像素子
７の１回目の水平走査時における記憶装置８，
８′の動作を、S₂は同じく２回目の水平走査時に
おける記憶装置８，８′の動作を夫々示し、また、
Ｍは書き込み動作を、Ｒは読み出し動作を夫々示
している。さらに、座標（１，１），（１，２），
…で表わされる部分は、これと同一表示による位
置の絵素から得られる電荷による部分信号（以下
絵素成分という）を表わすものであり、Ｔは固体
撮像素子７の１水平走査期間である。

さて、先に説明したように、固体撮像素子７の
１回目の水平走査期間、第３図S₁のＭに示すよう
に、記憶装置８には、位置（１，１），（１，２），
…の絵素Ｐに生じた電荷による絵素成分が順次供
給されて書き込まれ、これと同時に、記憶装置
８′には、位置（２，１），（２，２），…の絵素Ｐ
に生じた電荷による絵素成分が順次供給されて書
き込まれる。このときの記憶装置８，８′の書き
込みは水平走査回路２の動作に同期している。

記憶装置８，８′が固体撮像素子７の１水平走
査期間Ｔの1/2倍の期間書き込みを行なうと、記
憶装置８は書き込みを続けながら同時に読み出し
を開始する。この読み出し速度は書き込み速度の
２倍であり、このために、記憶装置８からは1/2
倍に時間軸圧縮された映像信号が得られる。この
ようにして、記憶装置８，８′に１水平走査期間
Ｔの映像信号が書き込まれると、第３図S₁のＲで
示すように、これとほぼ同時に、記憶装置８に書
き込まれた映像信号が読み出される。

次に、固体撮像素子７が次の水平走査を開始す
る。これによつて、第３図のS₂のＭに示すよう
に、記憶装置８，８′は固体撮像素子７から映像
信号が供給されて書き込みを開始するが、これと
同時に記憶装置８′は書き込み速度の２倍の読み
出し速度で読み出しを開始する。この読み出し
は、固体撮像素子７の１回目の水平走査時に書き
込まれた映像信号について行なわれ、第３図S₂の
Ｒに示すように、Ｔ／２の期間でこの映像信号が
全て読み出される。

次いで、記憶装置８の読み出しが開始し、固体
撮像素子７の２回目の水平走査の残りのＴ／２期
間に、この２回目の水平走査期間に書き込まれた
映像信号の読み出しが行なわれる。

このように、記憶装置８，８′は、固体撮像素
子７の出力端子６，６′から供給される映像信号
を同時に書き込み、これらを1/2倍に時間軸圧縮
して交互に読み出す。

記憶装置８，８′からの映像信号は、加算回路
９に供給されて加算され、連続した映像信号とな
る。

この映像信号の１水平走査期間は、固体撮像素
子７の１水平走査期間Ｔの1/2倍である。そこで
かかる映像信号の１水平走査期間をモニタテレビ
の１水平走査に要する期間に一致させると、固体
撮像素子７の１水平走査期間は、かかる映像信号
の１水平走査期間の２倍とすればよく、水平走査
回路２の動作を、かかる映像信号を発生させるた
めの従来の固体撮像素子に比べて、1/2に低速化
させることができる。

また、水平走査回路の動作速度すなわち水平走
査パルスのくり返し周波数を従来の固体撮像素子
と同一にすると、固体撮像素子７の水平方向の絵
素数を従来の２倍とすることができ、したがつて
得られる映像信号による再生画像の解像度は大幅
に向上する。

第４図は第２図の記憶装置８，８′の動作の他
の具体例を示すタイミングチヤートであつて、各
符号は第３図に対応している。

この動作は、記憶装置８が記憶開始から固体撮
像素子７の１水平走査期間Ｔだけ遅れて読み出し
を開始し、記憶装置８′は記憶開始から（Ｔ＋
Ｔ／２）だけ遅れて読み出しを開始するものであ
り、他の点については、第３図で示した動作と同
様である。かかる動作においても、固体撮像素子
７の１水平走査期間Ｔは加算回路９から得られる
映像信号の１水平走査期間の２倍となる。

なお、記憶装置８，８′の読み出しタイミング
は、第３図，第４図に示した具体例のみに限定さ
れるものではなく、記憶装置８の読み出しタイミ
ングを記憶装置８′の読み出しタイミングよりも
Ｔ／２だけ進めるという条件のものに、任意に設
定可能であつて、以上説明したのと同様の効果が
得られる。

以上の動作を実現可能な記憶装置８，８′とし
ては、各種の半導体メモリ素子を用いることがで
き、書き込みあるいは読み出し動作を最小50nsec
程度の期間で実行するようなものは、すでに実現
している。かかる半導体メモリ素子を用いること
により、第３図Ｒに示す信号読み出しの繰り返し
周波数を20MHz程度にまで高速化することは容易
に実現できる。また、かかる半導体メモリ素子を
用いて、第３図および第４図に示すように、書き
込み、読み出し速度の変換や書き込み、読み出し
タイミングを任意に設定することができること
は、半導体メモリの技術分野で周知である。

第５図は本発明による固体撮像装置の１実施例
を示すブロツク図であつて、８₁，８₂，８₁′８
₂′は電荷転送素子、９′は加算回路、１０₁，１０
_２，１０₁′，１０₂′は入力端子、１１は切替スイツ
チ、１１ａ，１１ｂは接点であり、第２図に対応
する部分には同一符号をつけて説明を一部省略す
る。

この実施例は、第２図で示した記憶装置８，
８′として、アナログ遅延素子として広く用いら
れているCCD（電荷結合デバイス）やBBD（バケ
ツト・ブリゲード・デバイス）などの電荷転送素
子８₁，８₂，８₁′，８₂′を用いたものであり電荷
転送素子８₁，８₂は第２図の記憶装置８に対応
し、電荷転送素子８₁′，８₂′は同じく記憶装置
８′に対応する。

第５図において、第２図の固体撮像素子７と同
様の動作をなす固体撮像素子７の出力端子６に得
られた映像信号は電荷転送素子８₁，８₂に供給さ
れ、また、出力端子６′に得られた映像信号は電
荷転送素子８₁′，８₂′に供給される。電荷転送素
子８₁，８₂はいずれか一方が書き込みモードのと
き、他の方は読み出しモードにあり、電荷転送素
子８₁′，８₂′について同様である。また、電荷転
送素子８₁と８₁′および電荷転送素子８₂と８₂′と
は夫々同一モードにあり、書き込みモードにある
２つの電荷転送素子は同一タイミングで書き込み
を行ない、読み出しモードにある２つの電荷転送
素子は固体撮像素子７の１水平走査期間Ｔの1/2
倍の期間だけづれて読み出しを開始する。さら
に、電荷転送素子８₁，８₂，８₁′，８₂′の読み出
き速度は書き込み速度の２倍であることは、第２
図の記憶装置８，８′と同様である。

そこで、まず、入力端子１０₁，１０₁′からの
書き込みクロツクパルスが供給されると、電荷転
送素子８₁，８₁′は映像信号の書き込みを開始す
る。電荷転送素子８₁，８₁′に１水平走査期間の
映像信号が記憶されると、電荷転送素子８₁，８
₁′は読み出しモードとなり、電荷転送素子８₂，
８₂′が書き込みモードとなつて映像信号の書き込
みを開始する。読み出しモードとなつた電荷転送
素子８₁，８₁′は、まず、入力端子１０₁から読み
出しクロツクパルスが供給されて電荷転送素子８
_１が書き込み速度の２倍の速度で読み出しを行な
い、記憶された１水平走査期間の映像信号をＴ／
２の期間で読み出す。次のＴ／２の期間に、入力
端子１０₁′から読み出しクロツクパルスが供給さ
れ、電荷転送素子８₁′から１水平走査期間の映像
信号が読み出される。電荷転送素子８₁，８₁′か
ら読み出された映像信号は、加算回路９で加算さ
れ、接点１１ａ側に閉じている切替スイツチ１１
を介して図示しない処理回路に供給される。

電荷転送素子８₁，８₁′の映像信号の読み出し
と電荷転送素子８₂，８₂′の１水平走査期間の映
像信号の書き込みが完了すると、電荷転送素子８
_１，８₁′は再び上記のように映像信号の書き込み
を開始し、電荷転送素子８₂，８₂′は読み出しモ
ードとなる。これとともに、切替スイツチ１１は
接点１１ｂへ切替わる。

そこで、まず、入力端子１０₂に読み出しクロ
ツクパルスが供給され、電荷転送素子８₂は書き
込み速度の２倍の速度で記憶された１水平走査期
間の映像信号の読み出しを行なう。この映像信号
がＴ／２の期間で読み出されてしまうと、次に、
入力端子１０₂′に読み出しクロツクパルスが供給
され電荷転送素子１０₂′からＴ／２の期間に１水
平走査期間の映像信号が読み出される。電荷転送
素子８₂，８₂′から読み出された夫々の映像信号
は、加算回路９′で加算され、切替スイツチ１１
を介して図示しない処理回路に供給される。

以上のように、電荷転送素子８₁，８₁′と電荷
転送素子８₂，８₂′とが交互に書き込みモードと
読み出しモードとに切替えられ、切替スイツチ１
１から、固体撮像素子７の１水平走査期間の1/2
倍の１水平走査期間である映像信号が得られる。
なお電荷転送素子８₁，８₂，８₁′，８₂′のかかる
動作は先に示した第４図の動作に対応するもので
ある。

次に、電荷転送素子の動作を、第６図により、
さらに詳しく説明する。

ここでは、第５図の電荷転送素子８₁，８₁′に
ついて説明し、これら電荷転送素子を第６図ａで
もつて模式的に示す。また、入力端子１０₁，１
０₁′から供給されるクロツクパルスを夫々φ₁，
φ₁′とする。

第６図において、これら電荷転送素子が、最初
のＴの期間書き込みモードにあるとすると、この
Ｔの期間、クロツクパルスφ₁，φ₁′のタイミング
は固体撮像素子７における水平走査回路２（第２
図）の水平走査パルスの発生タイミングに同期し
ている。そこで、クロツクパルスφ₁，φ₁′のパル
スt₁のタイミングで、電荷転送素子の入力端子a_io
から映像信号の絵素成分が取り込まれ、以下順次
パルスt₂，t₃，…のタイミングで映像信号の絵素
成分が取り込まれるとともに、取り込まれた映像
信号の絵素成分は順次転送される。この動作が第
４図S₁のＭに相当する。

このようにしてＴの期間が経過し、パルスt_oの
取り込みが終つて電荷転送素子に１水平走査期間
の映像信号が記憶されると、まず、クロツクパル
スφ₁の繰り返し周波数が２倍となり、パルスt₁′，
t₂′，t₃′…のタイミングで電荷転送素子（この場
合、第５図の電荷転送素子８₁）における絵素成
分の転送が行なわれ、これとともに、絵素成分が
順次出力端子a_putに読み出される。この動作が第
４図S₂のＲの前半に相当する。そしてＴ／２の期
間が経過してパルスt_o′での転送が終ると、電荷
転送素子からの１水平走査期間の映像信号の読み
出しが完了する。

この読み出し動作の間、クロツクパルスφ₁′は
供給されないが、この読み出し動作が完了する
と、書き込み時の２倍の繰り返し周波数のクロツ
クパルスφ₁′が供給され、同様にして、電荷転送
素子（この場合、第５図の電荷転送素子８₁′）で
は、パルスt₁″，t₂″，t₃″…のタイミングで転送が
行なわれて映像信号の読み出しが行なわれる。こ
の動作が第４図S₂のＲの後半に相当する。

以上の動作は、第５図の電荷転送素子８₂，８
₂′についても同様であつて、ただ、入力端子１０
_２，１０₂′に供給されるクロツクパルスは、入力
端子１０₁，１０₁′に供給されるクロツクパルス
より時間Ｔに相当する位置ずれがあり、電荷転送
素子８₂，８₂′の動作が夫々電荷転送素子８₁，８
₁′よりも同じ時間Ｔだけ遅れる。このために、第
４図で示した動作が得られるのである。

ところで、第６図で示した動作から明らかなよ
うに、電荷転送素子から映像信号を読み出す場合
には、記憶されている絵素成分は、たとえば、ク
ロツクパルスφ₁のパルスt₁′，t₂′，…，t_o′のタイ
ミングで順次転送されるわけであるが、第５図か
ら明らかなように、電荷転送素子の入力端子a_io
には、常に固体撮像素子７から映像信号が供給さ
れているから、パルスt₁′，t₂′，…，t_o′により、
同時に、入力端子a_ioから映像信号の取り込みも
行なつている。

そこで、電荷転送素子から１水平走査期間の映
像信号が読み出されてしまつた後にも、パルス
t₁′，t₂′，…，t_o′によつて取り込まれた不要信号
が電荷転送素子に残留することになる。この不要
信号は、電荷転送素子の映像信号の取り込み時、
パルスt₁，t₂，…，t_oによつて転送されて出力端
子a_putから読み出されることになる。

このように、電荷転送素子８₁，８₂，８₁′，８
₂′は、映像信号の書き込み動作時、直前の読み出
し動作時に書き込まれた不要信号を出力する。

切替スイツチ１１はかかる不要信号を除くため
に設けられたものであつて、電荷転送素子８₁，
８₁′の書き込み時には、切替スイツチ１１を接点
１１ｂ側に閉じ、これら電荷転送素子８₁，８
₁′が出力する上記不要信号を除き、また、電荷転
送素子８₂，８₂′の書き込み時には、切替スイツ
チ１１を接点１１ａ側に閉じ、これら電荷転送素
子８₂，８₂′が出力する不要信号を除く。

なお、電荷転送素子８₁，８₂の入力側と電荷転
送素子８₁′，８₂′の入力側とに夫々切替スイツチ
を設け、書き込みモードにある電荷転送素子にの
み固体撮像素子７から映像信号を供給するように
構成しても、同様に上記の不要信号を除くことが
でき、また、この場合、切替スイツチ１１に代え
て加算回路を用いることができる。

以上の実施例では、説明を簡明にするために、
映像信号の１水平走査期間（第３図および第４図
のＴ／２の期間）全体にわたつて固体撮像素子の
１つの水平絵素列からの信号が読み出されるもの
としたが、実際には、映像信号の１水平走査期間
にはブランキング期間が存在し、固体撮像素子に
おいては、このブランキング期間に相当する数だ
け、水平絵素列の絵素数を減じている。このよう
な固体撮像素子に対しては、たとえば、第３図の
Ｍにおいて、（１，１）〜（１，３）は絵素から
の信号ではない雑音成分が記憶されていることに
なる。しかし、読み出される映像信号（第３図の
Ｒ）の（１，１）〜（１，３）をマスクしてしま
うことにより、かかる雑音成分を除くことがで
き、このための手段は従来公知の技術で容易に実
現可能である。かかる雑音成分を除く他の方法と
しては、記憶装置（たとえば、第２図の８，８′）
の容量（すなわち、記憶可能な絵素成分の数）を
上記絵素減少分だけ減じ、映像信号の書き込み、
読み出しのタイミングをその分だけ遅らせればよ
い。かかるタイミングの設定が可能であること
は、半導体メモリの技術分野において周知であ
り、また、第６図の動作説明からも明らかであ
る。

第７図は本発明による固体撮像装置の他の実施
例を示す構成図であつて、３₁，３₁′，３₁″，３₁
は垂直走査線、４_1a，４_1b，４´_1a，…，４_2b
は垂直信号線、５_1a，５_1b，５_1a′，…，５_2bは水
平スイツチ、６_a，６_b，６_a′，…，６_d′は出力端
子、１２₁，１２₁′，１２₂，１２₂′，１３，１
３′は加算回路であり、第２図に対応する部分に
は同一符号をつけている。

この実施例は、単一の固体撮像素子を用いてカ
ラー映像信号を発生させるようにしたものであつ
て、第７図では固体撮像素子７のみを示し、第２
図や第５図で示した実施例と同様に用いる記憶装
置は省略している。

第７図において、固体撮像素子７の各絵素Ｐに
は、夫々所定の光透過特性の色フイルタ（図示せ
ず）が対応して設けられ、入射光はこれら色フイ
ルタを透過した色成分のみが絵素Ｐに照射され
る。絵素Ｐにはその受光量に応じた電荷が生じ
る。色フイルタとしては、通常、３種類あるいは
４種類の異なる色フイルタが用いられるが、この
実施例では、４種類の色フイルタが用いられるも
のとしている。

そこで、奇数番目の水平絵素列の奇数番目の絵
素Ｐ（すなわち、位置（１，１），（１，３），…，
（３，１），（３，３），…の絵素Ｐ）には第１の色
フイルタが対向して設けられ、これら水平絵素列
の偶数番目の絵素Ｐ（すなわち、位置（１，２），
…，（３，２），…の絵素Ｐ）には第２の色フイル
タが対向して設けられ、また、偶数番目の水平絵
素列の奇数番目の絵素Ｐ（すなわち位置（２，
１），（２，３），…，（４，１）（４，３），…の絵
素Ｐ）には第３の色フイルタが対向して設けら
れ、これら水平絵素列の偶数番目の絵素Ｐ（すな
わち、位置（２，２），…，（４，２），…の絵素
Ｐ）には第４のフイルタが対向して設けられてい
る。したがつて、位置（１，１），（１，２），
（２，１），（２，２）の絵素Ｐに対向する各色フ
イルタの配置と、位置（３，１），（３，２），
（４，１），（４，２）の絵素Ｐに対向する各色フ
イルタの配置とは同一である。

各垂直絵素列には４つの垂直信号線が設けら
れ、垂直絵素列の絵素Ｐは４つおき毎に４つのグ
ループ分けられ、同一グループの絵素Ｐは垂直ス
イツチVSを介して共通の垂直信号線に接続され
ているが、異なるグループの絵素Ｐが垂直スイツ
チVSを介して接続される垂直信号線は異なつて
いる。すなわち、１番目の垂直絵素列には、垂直
信号線４₁₀，４_1b，４_1a′，４_1b′が設けられ、２
番目の垂直絵素列には、垂直信号線４_1c，４_1d，
４_1c′，４_1d′が設けられている（以下、同様）。垂
直信号線４_1aには１番目の垂直絵素列における第
１の絵素グループ内の位置（１，１）の絵素Ｐが
垂直スイツチVSを介して接続され、垂直信号線
４_1bには、同じく第２の絵素グループ内の位置
（２，１）の絵素Ｐが接続され、垂直信信号線４
_1a′には、同じく第３の絵素グループ内の位置
（３，１）の絵素Ｐが接続され、さらに、垂直信
号線４_1b′には、同じく第４の絵素グループ内の
位置（４，１）の絵素Ｐが接続されている。他の
垂直絵素列についても、絵素Ｐと垂直信号線との
接続関係はこれと同様である。

垂直信号線４_1a，４_1b，４_1a′，４_1b′は水平走
査回路２から供給される水平走査パルスによつて
同時にオン状態となる水平スイツチ５_1a，５_1b，
５_1a′，５_1b′を介して夫々出力端子６_a，６_b，６
_ａ′，６_b′に接続され、垂直信号４_1c，４_1d，４_1c′
，
４_1d′は同じく水平走査パルスで同時にオン状態
となる水平スイツチ５_1c，５_1d，５_1c′，５_1d′を介
して出力端子６_c，６_d，６_c′，６_d′に接続されて
いる。以下、同様に、奇数番目の垂直絵素列に対
する４つの垂直信号線は、夫々水平走査パルスに
よつて同時にオン状態となる水平スイツチを介
し、出力端子６_a，６_b，６_a′，６_b′に接続され、
偶数番目の垂直絵素列に対する４つの垂直信号線
は、同様にして、夫々出力端子６_c，６_d，６_c′，
６_d′に接続されている。

一方、上から連なる４つの水平絵素列毎に、そ
れらの絵素Ｐに接続された垂直スイツチVSには
同一の垂直走査パルスが供給されて同時にオン状
態となる。

次に、この実施例の動作について説明する。

いま、垂直走査回路１が垂直走査パルスを出力
し、この垂直走査パルスが垂直走査線３₁，３₁′，
３₁，３₁に供給されると、１番目ないし４番
目の水平絵素列の各絵素Ｐに接続された垂直スイ
ツチVSが全てオン状態となり、位置（１，１）
の絵素Ｐに生じた電荷は垂直信号線４_1aに転送さ
れ、位置（１，２）の絵素Ｐに生じた電荷は垂直
信号線４_1cに転送されるというように、夫々の絵
素Ｐに生じた電荷は対応する所定の垂直信号線に
転送される。

これら絵素Ｐから垂直信号線４_1a，４_1b，４
_1a′，…への電荷の転送が終ると、次に、水平走
査回路２は水平走査パルスの発生を開始し、ま
ず、水平スイツチ５_1a，５_1b，５_1a′，５_1b′に水
平走査パルスを供給してこれらをオン状態にす
る。このために、垂直信号線４_1a，４_1b，４_1a′，
４_1b′の電荷は、夫々同時に、水平スイツチ５_1a，
５_1b，５_1a′，５_1b′を介して出力端子６_a，６_b，
６_a′，６_b′に供給される。

次に、水平走査回路２は水平スイツチ５_1c，５
_1d，５_1c′，５_1d′に水平走査パルスを供給し、こ
れらをオン状態にする。このために、垂直信号線
４_1c，４_1d，４_1c′，４_1d′の電荷は、夫々同時に、
水平スイツチ５_1c，５_1d，５_1c′，５_1d′を介して出
力端子６_c，６_d，６_c′，６_d′に供給される。

このようにして、１番目ないし４番目の水平絵
素列に属する奇数番目の垂直絵素列の各絵素Ｐに
生じた夫々の電荷が出力端子６_a，６_b，６_a′，６
_ｂ′に、同じく偶数番目の垂直絵素列の各絵素Ｐに
生じた夫々の電荷が出力端子６_c，６_d，６_c′，６
_ｄ′に交互に供給される。この場合、出力端子６_a
では、上記第１の色フイルタに対向した絵素Ｐか
らの電荷が時系列に得られ、これが色信号S₁とな
り、同様に、出力端子６_b，６_a′，６_b′では夫々
上記第３，第１，第３の色フイルタに対向した絵
素Ｐからの電荷が時系列に得られ、これらが夫々
色信号S₃，S₁′，S₃′となる。また、出力端子６_c，
６_d，６_c′，６_d′では、夫々上記第２，第４，第
２，第４の色フイルタに対向した絵素Ｐからの電
荷が時系列に得られ、これらが色信号S₂，S₄，
S₂′，S₄′となる。なお、かかる色信号を表わす符
号の添数字は絵素Ｐに対向する色フイルタの種類
を表わし、同一添数字の符号で表わされる色信号
は同種の色信号である。

以上の水平絵素列の全ての絵素に生じた電荷が
出力端子６_a，６_b，…，６_d′に供給されると、固
体撮像素子７は１水平走査を完了し、次いで、垂
直走査回路１は垂直走査パルスを発生し、次に続
く４つの水平絵素列について同様の動作をなして
水平走査を行ない、以下、順次４つの水平絵素列
毎に水平走査を行なう。したがつて、出力端子６
_ａ，６_b，…，６_d′には、固体撮像素子７の１水平
走査を要する期間に等しい水平走査期間の色信号
が得られる。

出力端子６_aからの色信号S₁と出力端子６_bから
の色信号S₃とは加算回路１２₁で加算され、出力
端子６_a′からの色信号S₁′と出力端子６_b′からの
色信号S₃′とは加算回路１２₁′で加算され、出力端
子６_cからの色信号S₂と出力端子６_dからの色信号
S₄とは加算回路１２₂で加算され、出力端子６_c′
からの色信号S₂′と出力端子６_d′からの色信号
S₄′とは加算回路１２₂′で加算される。また、加算
回路１２₁，１２₂の出力信号は加算回路１３で加
算され、加算回路１２₁′，１２₂′の出力信号は加
算回路１３′で加算される。

以上が固体撮像素子７の動作であるが、第７図
で示される４つの水平絵素列の水平走査の期間に
ついてみると、加算回路１３からの出力信号Ｓ
は、１番目および２番目の水平絵素列について、
従来の固体撮像素子における水平走査と同様の水
平走査によつて得られたものであり、また、加算
回路１３′から得られる出力信号S′は、３番目お
よび４番目の水平絵素列について、同じく従来の
固体撮像素子と同様の水平走査によつて得られた
ものである。しかも、１番目および２番目の水平
絵素列と３番目および４番目の水平絵素列の色フ
イルタの配置関係は同一であるから、かかる固体
撮像素子７は、１回の水平走査で同時に２つの水
平走査線を走査していることになる。したがつ
て、加算回路１３，１３′から得られる信号Ｓ，
S′は、第２図の実施例における出力端子６，６′
から得られる信号に対応し、固体撮像素子７にお
ける２つの連なる走査線を同時に走査することに
よつて得られる信号である。

そこで、加算回路１３，１３′の出力信号Ｓ，
S′は第２図あるいは第５図に示した実施例と同様
に、1/2の時間軸圧縮や加算などの処理がなされ、
固体撮像素子７の水平走査期間の1/2倍の水平走
査期間の映像信号が得られる。この映像信号は周
知の信号処理がなされてカラー映像信号が形成さ
れる。

この実施例においても、先に説明した実施例と
同様に、固体撮像素子７の水平走査期間を、得ら
れるカラー映像信号の水平走査期間の1/2倍とす
ることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、こ
れら実施例において、説明を簡潔にするために、
本発明の要旨に関係しない回路は省いている。た
とえば、記憶装置の前段には、回路素子の特性に
応じて増幅器や不要雑音成分を除去するためのフ
イルタなどが設けられたり、また、第７図の実施
例では、適切な色再現性を得るために各色信号の
加算比を調整するための回路が設けられたり、さ
らには記憶装置８，８′として、半導体デジタル
メモリ回路を用いた場合のアナログ−デジタル変
換器やデジタル−アナログ変換器などが設けられ
たりするが、これらのものは省略した。

また、第３図，第４図および第６図の説明で
は、記憶容量（記憶される絵素成分の数）と固体
撮像素子の１水平絵素列当りの絵素数とが一対一
の関係にある場合であつたが、必ずしもこれに限
るものではない。つまり、固体撮像素子の各絵素
による映像信号のサンプリング数と記憶装置によ
る映像信号のサンプリング数とが同一でなくとも
よい。

さらに、以上の実施例では、固体撮像素子はそ
の１回の水平走査で２水平走査期間の映像信号を
同時に出力するものであつたが、一般に、固体撮
像素子が１回の水平走査でｋ（但し、ｋは２以上
の整数）水平走査期間の映像信号を同時に出力す
るようにし、記憶装置で時間軸圧縮して一連の映
像信号を得るように構成することができる。但
し、これら水平走査期間の映像信号毎に第２図あ
るいは第５図の準じて記憶装置を設け、これら記
憶装置は供給される映像信号を１／ｋに時間軸圧
縮するとともに、これら記憶装置の読み出しタイ
ミングを固体撮像素子の１水平走査期間Ｔの１／
ｋ倍つつ順次づらしていかなければならない。

さらにまた、上記実施例では、１個の固体撮像
素子を用いた場合について説明したが、複数の固
体撮像素子を用い、かかる固体撮像素子を光学的
に適切につらして配置するとともに、同一の水平
絵素列を同一タイミングで走査するようにして
も、本発明は実現可能であることは容易に類推で
きる。

さらにまた、従来の固体撮像素子では、たとえ
ば、第１図において、奇数番目の水平絵素列を順
次走査して奇フイールドの映像信号が出力され、
次に、偶数番目の水平絵素列を順次走査して偶フ
イールドの映像信号が出力される、いわゆるイン
ターレース走査を行なうことができるように、垂
直走査回路１を作動させるものも多いが、本発明
においても、同様に、インターレース走査を行な
うように構成することができる。たとえば、第２
図に示した実施例において、１番目と３番目の水
平絵素列を同時に水平走査し、次に、５番目と７
番目の水平絵素列を同時に水平走査し、以下、奇
数番目の水平絵素列を２つづつ同時に水平走査す
ることによつて奇フイールドの映像信号を発生
し、それから、２番目と４番目の水平絵素列を同
時に水平走査し、次に、６番目と８番目の水平絵
素列を同時に水平走査し、以下、偶数番目の水平
絵素列を２つづつ同時に水平走査することによつ
て偶フイールドの映像信号を発生するように、各
水平絵素列に対する垂直走査線を設け、垂直走査
回路１の垂直走査パルス発生タイミングを設定す
ればよい。つまり、インターレース走査方式を採
用する場合には、一般に、固体撮像素子のＡ個お
きのＢ個の水平絵素列を同時に水平走査して水平
走査する水平絵素列を順次（Ａ＋１）Ｂだけ順次
づらしていくことにより、１フイールドの映像信
号を得るようにし、さらに、１フイールドの映像
信号が得られる毎に、水平走査する水平絵素列を
１つづつづらすことにより、次のフイールドの映
像信号が得られるようにし、このようにして得ら
れた映像信号は、１水平走査期間が固体撮像素子
の１水平走査期間Ｔは１／Ｂであり、（Ａ＋１）：
１のインタレース走査方式となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、固体撮
像素子の水平走査に要する期間を、映像信号の１
水平走査期間の２倍あるいはそれ以上とすること
ができ、該固体撮像素子の水平走査回路の動作速
度を高めることなく、水平方向の絵素数が増加し
て再生画像の解像度を大幅に向上させ、上記従来
技術の欠点を除いて優れた機能の固体撮像装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像素子の一例を示す構成
図、第２図は本発明による固体撮像装置の原理を
示すブロツク図、第３図および第４図は第２図の
記憶装置の動作例を示すタイミングチヤート、第
５図は本発明による固体撮像装置の実施例を示す
ブロツク図、第６図は第５図の記憶装置の動作例
を示すタイミングチヤート、第７図は本発明によ
る固体撮像装置の他の実施例を示す要部構成図で
ある。７…固体撮像素子、８，８′，８₁，８₂，８₁′，
８₂′…記憶装置。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の絵素が２次元的に配列されてなり、Ｐ
（ただし、ＰはＰ＞Ｑなる整数）個の水平絵素列
を同時に水平走査してＰ個の映像信号を同時に出
力する固体撮像素子と、該Ｐ個の映像信号を複数個ずつ加算してＱ（た
だし、Ｑは２以上の整数）個の映像信号を生成す
る信号加算手段と、該Ｑ個の映像信号が夫々書き込まれ書込み速度
のＱ倍の速度で順番に読み出される記憶装置とを
有し、該固体撮像素子の１水平走査に要する期間の
１／Ｑの水平期間の映像信号を得ることができる
ように構成したことを特徴とする固体撮像装置。