JPH06284348A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Abstract
た同期性ノイズを抑圧,低減することができ、高解像度
で高感度の固体撮像装置を提供すること。 【構成】 2次元配列された信号電荷蓄積部PDと、こ
れらの信号電荷蓄積部PDに蓄積された信号電荷を垂直
方向に転送して読出す複数列の垂直CCD(VCCD)
と、VCCDから読出された信号電荷を水平方向に転送
して読出す2行の水平CCD(HCCDA ,HCC
DB )と、水平CCDから読出された信号電荷を合わせ
て1ライン分の画像信号を得る加算器16とを備えた固
体撮像装置において、VCCDから得られる1行分の画
素信号のうち、奇数番目の垂直CCDの画素信号をHC
CDA に入力し、偶数番目の垂直転送部の画素信号をH
CCDBに入力し、かつ行が変わる毎に奇数番目の画素
信号と偶数番目の画素信号を入力する水平転送部HCC
Dを切換えることを特徴とする。
Description
り、特に被撮像体の再生像に生じる同期性ノイズを抑圧
低減するようにした固体撮像装置に関する。
は、素子の画素数を増加することが必要である。この画
素数を増加することによって、画素信号読出し速度の高
速化が要求される。例えば、200万画素の高精細用撮
像素子では、水平画素数が2000個、垂直画素数が1
000個となる。そして、水平読出し速度は約74MH
zとなる。このように高速になると、消費電力,回路の
高速化等の問題が生じてくる。
Dを従来の1線方式から2線方式にする方法が知られて
いる。この方法では、水平読出し速度が従来の1/2の
約37MHzと半減でき、消費電力,回路の高速化の問
題を軽減できる。しかし、クロックパルスに重畳した同
期性ノイズが再生画像に混入して画質劣化となる問題が
生じる。
撮像装置の構成図である。光電変換部PDで得られた信
号電荷Qは、垂直CCD(VCCD)によってφV1,
φV2,φV3,φV4の4相駆動で水平CCD(HC
CD)側へ転送される。そして、HCCDA ,HCCD
B で構成された2線水平CCDで受けた信号電荷Qは、
出力部OSA ,OSB を通して加算回路80により加算
された後、ローパスフィルタ(LPF)81でクロック
ノイズ成分が除去される。
は水平分離ゲートHGで分離され、奇数番目の画素信号
P1,P3,P5はHCCDA 側へ、偶数番目の画素信
号P2,P4はHCCDB 側へ転送される。それぞれの
HCCDは、φH1,φH2の2相のクロックパルスで
駆動される。HCCDB 側では、画素信号を半画素をず
らす転送部82を通してから出力される。
性ノイズと信号帯域の関係を、図9に示す。このCCD
撮像装置の信号帯域は水平クロック周波数F1の1/2
の所のF2になる。この点が信号ナイキスト限界とな
る。2線水平CCDの構成を取った場合、2線間でクロ
ックパルスの漏れ込み量が異なったり、リセットパルス
の漏れ込み量が異なったり、或いは2線間でのアンプの
利得に差が生じると、2線の信号出力を加算回路80で
加算してもその差成分が同期性ノイズとしてF2の場所
に現れる。
めローパスフィルタ(LPF)を使うが、画像信号用L
PFは位相特性を十分考慮しないと信号にリンギングが
生じるので急峻な減衰特性が得られず、図の破線に示す
ような形となる。このため、LPFで同期性ノイズNc
を除去しても、未だかなりのノイズNcが残ることにな
る。これが、再生画像上で目立つことになる。
形図を用いて、さらに詳しく説明する。φH1,φH2
は2線水平CCDのクロックパルス波形、OSA ,OS
B はは信号出力OSA とOSB の波形、OSA +OSB
は加算回路80の出力波形を示す。P1,P2,〜,P
9は画素信号、NA はHCCDA の信号出力、SB はH
CCDB の信号出力、NcはOSA とOSB を加算した
ときのクロックノイズ成分(同期性ノイズ)を示す。
して、OSA 出力ではP1,P3,…となり、OSB で
はP2,P4,…となる。ここで、OSA とOSB に含
まれるクロックノイズが異なると、両者の信号を加算
(OSA +OSB )しても、ノイズの差がNcとなって
信号波形に現れてくる。加算の利得を変えればこのノイ
ズNcは低減できるが、このときは信号出力に差が出て
しまい使えない。そして、このノイズNcが再生画像上
では同期性ノイズとなって現れる。
水平CCD方式の固体撮像装置では、ナイキスト限界に
おいてクロックパルスやリセットパルスによる同期性ノ
イズが現れる。このノイズを除去するためにLPFを用
いると、解像度の低下を招くことになる。また、ノイズ
低減のためにCCDの出力信号を上げて出力画像を得る
と、感度の低下を招くことになる。このため、高解像度
で高感度の固体撮像装置は実現できないという問題があ
った。
ので、その目的とするところは、クロックパルス,リセ
ットパルス等で発生した同期性ノイズを抑圧,低減する
ことができ、高解像度で高感度の固体撮像装置を提供す
ることにある。
平CCDの画素信号の転送をnライン目では奇数画素を
Aレジスタへ、偶数画素をBレジスタへ行い、n+1ラ
イン目では奇数画素をBレジスタへ、偶数画素をAレジ
スタへ行うことで、クロックノイズ(同期性ノイズ)が
ライン毎に反転するようにして、信号は同相で出力する
ようにする。さらに、得た信号出力を1H(1水平走査
期間)遅延線を用いて、クロックノイズを除去してしま
うことにある。
荷蓄積部と、これらの信号電荷蓄積部に蓄積された信号
電荷を垂直方向に転送して読出す複数列の垂直転送部
と、これらの垂直転送部から読出された信号電荷を水平
方向に転送して読出す2行の水平転送部と、水平転送部
から読出された信号電荷を加算して1ライン分の画像信
号を得る手段とを備えた固体撮像装置において、垂直転
送部から得られる1行分の画素信号のうち、奇数番目の
垂直転送部の画素信号を水平転送部の一方に入力し、偶
数番目の垂直転送部の画素信号を水平転送部の他方に入
力し、かつ行が変わる毎に奇数番目及び偶数番目の画素
信号を入力する水平転送部を切換えることを特徴とす
る。また、本発明の望ましい実施態様としては、次のも
のが上げられる。
とリセットパルスに同期して信号電荷を転送するもので
あり、水平CCDの切換えに同期して水平転送クロック
パルスとリセットパルスのパルス位相を180°交互に
ずらすこと。
遅延させる手段と、遅延された1ライン分の信号と遅延
されない次の1ライン分の信号を加算して出力信号を得
る手段を設けたこと。
遅延させ、かつノイズ以外の信号成分を除去する手段
と、遅延された1ライン分の信号と遅延されない次の1
ライン分の信号を加算して出力信号を得る手段を設けた
こと。 (4) 1ライン分の画像信号を1ライン時間遅延させる際
に、アナログ出力信号をA/D変換してデジタルで行う
こと。 (5) 画素信号の切換えは、垂直CCD最終段と水平CC
Dの間に設けたボトムゲートを行うこと。 (6) 画素信号の切換えは、信号電荷蓄積部から信号電荷
を垂直転送垂直転送部へ読出すフィールドシフトゲート
を制御して行うこと。 (7) 画素信号の切換えは、2行の水平転送部の間に設け
た2個の水平分割ゲートを制御して行うこと。
換えにより、クロックパルス,リセットパルス等による
同期性ノイズが走査線毎に反転して出力されるので、再
生画像上では同期性ノイズが見えにくくなる。そしてこ
の場合、従来方法とは異なり解像度の低下や感度の低下
を招くこともない。
間遅延させ(かつノイズ以外の信号成分を除去したの
ち)、この遅延させた1ライン分の信号と遅延されない
次の1ライン分の信号を加算して出力信号を得ることに
より、同期性ノイズのみを抑圧,低減することができ、
高解像度化,高感度化が実現可能となる。
説明する。図1は、本発明の第1の実施例に係わる2線
水平CCD方式の固体撮像装置を示す概略構成図であ
る。
は、垂直CCD(VCCD)で4相駆動φV1,φV
2,φV3,φV4され、ボトムゲートBG1へ転送さ
れる。そして、本発明の特徴であるボトムゲートBG2
とボトムゲートGB3で、PDの水平方向の奇数番目の
画素と偶数番目の画素を2つの水平CCD(HCCD)
にライン毎に切換える。2つのHCCDA ,HCCDB
は、水平分離ゲートHGで分離している。HCCDB 側
には、画素信号を半画素分遅延するレジスタHPが設け
てある。そして、それぞれリセットゲートを通してリセ
ットドレインRDへ接続している。
発生回路10で得たパルスをもとに行う。即ち、R
SA ,RSB ドライバ11でリセット電極RSA ,RS
B を駆動する。一方、水平CCDはφH1,φH2ドラ
イバ12で、水平分離ゲートHGはHGドライバ13
で、ボトムゲートBG2,BG3はBG2,GB3ドラ
イバ14で、ボトムゲートBG1はBG1ドライバ15
で駆動している。
(AMP1,AMP2)を通してOSA 端子,OSB 端
子より取り出す。そして、それぞれの信号は加算回路1
6で加算し、信号を2系統に分割する。分割した一方の
信号は、バンドパスフィルタ(BPF)17を通した
後、1走査期間遅延する遅延回路(1HDL)18を通
して加算回路19へ入力する。分割した他方の信号は、
そまのので加算回路19へ入力する。そして、加算回路
19により、1走査期間遅延した1ラインの画素信号と
遅延しない次のラインの画素信号とを加算して出力信号
20を得る。
とn+1ラインの画素の動作について、図2を用いて説
明する。図2(a)はnラインの画素の場合で、図2
(b)はn+1ラインの画素の場合を示す。P1,P
2,P3,…は、水平方向の画素配列を示す。ここで
は、HCCDA をAレジスタ、HCCDB をBレジスタ
と呼ぶ。
場合は、P1,P3,P5の画素をAレジスタへ、B
2,P4の画素をBレジスタへ転送する。そして、図2
(b)に示すようにn+1ラインの画素の場合は、P
1,P2,P4の画素をAレジスタへP3,P5の画素
をBレジスタへ転送する。このA,Bレジスタへの画像
信号の切換えは図1で説明したボトムゲートBG1,B
G3の高,低レベルの制御で行う。この動作を各垂直ラ
インで交互に行う。
がnライン、右側がn+1ラインの場合である。R
SA ,RSB は水平レジスタの最後にあるリセットパル
ス、OSA ,OSB は信号出力、OSA +OSB は加算
出力、NA1,NB1,NA2,NB2,NC1,NC2はクロック
ノイズ、SA1,SB1,SA2,SB2,SC1,SC2は信号成
分を示す。
相で出力され、クロックノイズは逆相で出力される。従
って、nラインの出力をBPFを通すとクロックノイズ
だけとなり、この信号を1Hライン遅延し、n+1ライ
ンのクロックノイズと信号成分が含まれた信号で加算す
ると、クロックノイズ成分は相殺され、信号成分SC2だ
けが得られる。
で現した図である。クロックノイズNは反転したクロッ
クノイズN′で除去され、再生信号S(OSA +O
SB )の信号周波数帯域は画素数で決まるナイキストの
限界まで伸びる。この結果、2本の水平CCDを用いて
も高解像度が得られる。また、クロックノイズで発生す
る同期性ノイズも再生画像上には殆ど出てこないので、
高感度CCDカメラの実現も可能になる。
ためのもので、(a)は信号波形を示し、(b)は回路
構成を示す。ここでは1HDL回路の動作をデジタル信
号で行っている。デジタル信号にすることにより高精度
で、高安定に1Hの遅延が可能となり、同期性ノイズの
抑圧がより効果的に実現できる。
ン),OSB (n+1ライン)は加算回路51で加算さ
れ、図5(a)に示す波形になる。そして、A/Dコン
バータ52でアナログ信号をデジタル信号に変換し、1
HDL53で1ライン期間遅延する。さらに、D/Aコ
ンバータ54で再びアナログ信号に戻して、加算回路5
5で元の信号と加算する。得られた出力信号56は、図
5(a)の加算出力に示すように、信号成分(SC1,S
C2)を加算し、同期性ノイズ(NC1,NC2)を相殺した
信号となる。
線水平CCD方式の固体撮像装置を示す概略構成図であ
る。この実施例は、画素信号の選択を2つの水平CCD
の間に設けた水平分割ゲートHG1,HG2で行った例
である。各種記号は、これまで説明してきた信号と名称
が一致する。
を閉じてHG2を開くことにより、図中実線矢印で示す
ようにP1,P3,P5の画素をAレジスタへ、P2,
P4の画素をBレジスタへ転送する。n+1ラインの場
合はHG1を開いてHG2を閉じることにより、図中破
線矢印で示すようにP1,P3,P5の画素をBレジス
タへ、P2,P4の画素をAレジスタへ転送する。これ
により、第1の実施例と同様に1行分の画素信号のう
ち、奇数番目と偶数番目の画素信号を異なるレジスタに
転送することができ、さらにライン毎にレジスタを入れ
替えることができる。従って、第1の実施例と同様の効
果が得られる。
線水平CCD方式の固体撮像装置を示す概略構成図であ
る。この実施例は、選択する画素番号を光電変換部PD
の信号読出しゲートをライン(n,n+1,…)毎にP
Dの左右に設けた垂直CCDに交互に読出せるようにし
たものである。各種記号は、これまで説明してきた信号
と名称が一致する。
割ゲートHGが設けられ、このHGは水平方向の1つお
きに開いている。そして、垂直CCDの奇数番目の画素
信号はAレジスタに転送され、偶数番目の画素信号はB
レジスタに転送されるものとなっている。
読出されるので、P1,P3,P5の画素はAレジスタ
に転送され、P2,P4の画素はBレジスタに転送され
る。n+1ラインは右側の垂直CCDに読出されるの
で、P1,P3,P5の画素はBレジスタに転送され、
P2,P4の画素はAレジスタに転送される。
素信号のうち、奇数番目と偶数番目の画素信号を異なる
レジスタに転送することができ、さらにライン毎にレジ
スタを入れ替えることができ、第1の実施例と同様の効
果が得られる。
れるものではない。実施例では1HDLを使用して説明
したが、1HDLを用いなくても、同期性ノイズは各ラ
インで逆相関係にあるので、再生画像上では市松状に見
え分かりにくくなる効果を生じる。従って、1HDLを
省略することも可能である。
一方を半クロック分CCD内で遅延しているが、同相で
出力して外部で一方を半クロック分遅延しても同様の効
果が得られる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
線水平CCDの画素信号の転送をnライン目では奇数画
素を第1の水平CCDへ、偶数画素を第2の水平CCD
へ行い、n+1ライン目では奇数画素を第2の水平CC
Dへ、偶数画素を第1の水平CCDへ行うことで、クロ
ックノイズ(同期性ノイズ)がライン毎に反転するよう
にして、信号は同相で出力する。さらに、得られた信号
出力を1H(1水平走査期間)遅延線を用いて、クロッ
クノイズを除去するようにしている。従って、2線水平
CCD構成で同期性ノイズを抑圧するために使用してい
たLPFによる解像度低下を防ぐことが可能となり、高
解像度で高感度の固体撮像装置を実現することが可能と
なる。
構成図。
するための図。
数関係を示す図。
の図。
構成図。
構成図。
す図。
Claims (2)
- 【請求項1】2次元配列された信号電荷蓄積部と、 これらの信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を垂直方
向に転送して読出す複数列の垂直転送部と、 これらの垂直転送部から読出された信号電荷を水平方向
に転送して読出す2行の水平転送部と、 前記垂直転送部から得られる1行分の画素信号のうち、
奇数番目の垂直転送部の画素信号を前記水平転送部の一
方に入力し、偶数番目の垂直転送部の画素信号を前記水
平転送部の他方に入力し、かつ行が変わる毎に奇数番目
及び偶数番目の画素信号を入力する水平転送部を切換え
る手段と、 前記水平転送部から読出された信号電荷を加算して1ラ
イン分の画像信号を得る手段、 を具備してなることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】2次元配列された信号電荷蓄積部と、 これらの信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を垂直方
向に転送して読出す複数列の垂直転送部と、 これらの垂直転送部から読出された信号電荷を水平方向
に転送して読出す2行の水平転送部と、 前記垂直転送部から得られる1行分の画素信号のうち、
奇数番目の垂直転送部の画素信号を前記水平転送部の一
方に入力し、偶数番目の垂直転送部の画素信号を前記水
平転送部の他方に入力し、かつ行が変わる毎に奇数番目
及び偶数番目の画素信号を入力する水平転送部を切換え
る手段と、 前記水平転送部から読出された信号電荷を加算して1ラ
イン分の画像信号を得る手段と、 1ライン分の画像信号を1ライン時間遅延させる手段
と、 前記遅延された1ライン分の信号と遅延されない次の1
ライン分の信号とを加算して出力信号を得る手段、 を具備してなることを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5069680A JP2983406B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5069680A JP2983406B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06284348A true JPH06284348A (ja) | 1994-10-07 |
JP2983406B2 JP2983406B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=13409823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5069680A Expired - Lifetime JP2983406B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2983406B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1303823C (zh) * | 2003-04-03 | 2007-03-07 | 松下电器产业株式会社 | 彩色固体摄像装置 |
-
1993
- 1993-03-29 JP JP5069680A patent/JP2983406B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1303823C (zh) * | 2003-04-03 | 2007-03-07 | 松下电器产业株式会社 | 彩色固体摄像装置 |
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JP2983406B2 (ja) | 1999-11-29 |
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