JPH0673979U - イメージセンサ及び撮像装置 - Google Patents

イメージセンサ及び撮像装置

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JPH0673979U
JPH0673979U JP020287U JP2028793U JPH0673979U JP H0673979 U JPH0673979 U JP H0673979U JP 020287 U JP020287 U JP 020287U JP 2028793 U JP2028793 U JP 2028793U JP H0673979 U JPH0673979 U JP H0673979U
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JP
Japan
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pixels
pixel
horizontal
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image sensor
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JP020287U
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English (en)
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昭平 河合
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Victor Company of Japan Ltd
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Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来提供されているハイビジョン用のイメー
ジセンサを利用して、簡便な手法で安価に高感度を得
る。 【構成】 各画素Pijにフィルタによって選択された光
が入射すると対応して電荷が蓄積され、この電荷信号は
垂直転送路RVjに読み出される。そして、垂直転送路
RVjの電荷信号は、垂直転送クロック出力部10のク
ロック信号に基づいて1画素分ずつ水平転送路RHに転
送される。水平転送クロック出力部12からは、本来の
1/2の周波数のクロック信号が出力される。これによ
り、水平方向に隣接する同色の2画素分の電荷信号が同
時に出力されるようになり、感度が2倍になる。

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本考案は、CCDなどによるイメージセンサ及び撮像装置にかかり、特に、ハ イビジョンの分野において高感度が要求される場合に好適なイメージセンサ及び 撮像装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術と考案が解決しようとする課題】
近年、高精細な画像を楽しむことができるハイビジョンが普及しつつあり、ビ デオカメラにおいてもハイビジョン対応のものが要求されるに至っている。とこ ろが、ハイビジョン用に開発されたCCDイメージセンサは、高い解像度を得る 必要性から構造的に1つのピクセル(画素)当りの受光面積が小さくなり、感度 の向上を図ることは非常に困難である。また、このような感度の関係から、セン サ自体の小型化を図ることも困難である。
【0003】 他方、例えば水中撮影,医学関係,あるいは結婚式などのイベント関係などの 業務用の分野では、撮像対象が暗い場合があり、高解像度よりもむしろ高感度が 要求されることがある。また、小型化,軽量化の要求も強い。 本考案は、これらの点に着目したもので、従来提供されているハイビジョン用 のイメージセンサを利用して、簡便な手法で安価に高感度を得ることができ、小 型化,軽量化も図ることができるイメージセンサ及び撮像装置を提供することを 、その目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第1の考案は、複数の光電変換を行う画素が2次元 状に多数配列されており、カラー撮像を行うための必要な色フィルタが、各画素 に対して一定の順序で形成されているイメージセンサにおいて、水平方向に連続 して配列された複数個の画素に対して同一の色フィルタを形成したことを特徴と する。
【0005】 第2の考案は、複数の光電変換を行う画素が2次元状に多数配列されており、 これらの画素から出力された電荷信号を垂直方向及び水平方向に順次転送して、 時系列の撮像信号を得る撮像装置において、水平方向に配列された同一色の複数 の画素の電荷信号を同時に出力する第1水平転送手段を備えたことを特徴とする 。
【0006】 第3の考案は、前記撮像装置において、水平方向に配列された画素の電荷信号 を各画素毎に出力する第2水平転送手段と、第1及び第2水平転送手段のいずれ か一方を選択するための切換手段とを備えたことを特徴とする。 本考案の主要な態様によれば、前記いずれかの撮像装置において、同時に電荷 信号が出力される画素には、前記フィルタが形成されていることを特徴とする。
【0007】
【作用】
本考案によれば、水平方向に配列された複数の画素の電荷信号が同時に読み出 されるので、感度が向上する。 また、このような複数画素の同時読出しを行う場合の他に、各画素毎に電荷信 号を読み出すようにし、それらが切り換えられる構成となっているので、必要に 応じて高感度と高解像度とを選択することができる。 なお、単板式のカラー撮像においては、複数画素同時読出しを行うため、隣接 する画素に同一の色フィルタを形成するようにする。
【0008】
【実施例】
以下、本考案によるイメージセンサ及び撮像装置の実施例について、添付図面 を参照しながら詳細に説明する。 <第1実施例> 図1には、第1実施例にかかる撮像装置のイメージセンサにおけるフィルタ構 成が示されている。同図において、垂直方向の画素数,すなわち水平走査線数は ハイビジョンの規格に相当する1035ドットとなっており、水平方向の画素数 は1920ドットとなっている。図中、「H1,H2,H3,……」は水平方向 画素列の順序を示しており、「V1,V2,V3,……」は垂直方向の画素列の 順序を示している。各画素には、入射光から特定の色の成分を取り出すため、Y e(イエロー),G(グリーン),Cy(シアン), Mg(マゼンタ)などのフィ ルタが設けられている。本実施例では、水平方向に隣接する2画素に同色のフィ ルタが形成されている。
【0009】 まず、同図(A)に示す例はストライプフィルタの例で、垂直方向の画素列に 対して同一の色のフィルタが形成されている。例えば、最も左のV1の垂直方向 画素列には、Yeのフィルタが形成されている。また、左から3番目のV3の垂 直方向画素列には、Gのフィルタが形成されている。
【0010】 更に、水平方向の2画素については、同一の色のフィルタが形成されている。 例えば、左から2番目のV2の垂直方向画素列には、その左側に隣接するV1の 画素列と同様のYeのフィルタが形成されている。左から4番目のV4の垂直方 向画素列には、その左側に隣接するV3の画素列と同様のGのフィルタが形成さ れている。他も同様である。すなわち、同図(A)の例では、同一の色のフィル タが垂直方向に2ラインずつ形成されている。
【0011】 次に、同図(B)に示す例は、モザイクフィルタの例で、同一色のフィルタが モザイク状に形成されている。例えば、上から1番目のH1の水平方向画素列で は、左からMg,Mg,G,G,Mg,Mg,G,……の順に、すなわち同一色のフ ィルタが2画素ずつ、順に形成されている。上から2番目のH2の水平方向画素 列では、左からCy,Cy,Ye,Ye,Cy,Cy,Ye,……の順にフィルタが形 成されている。以下、図示の通りである。このように、同図(B)の例でも、水 平方向に隣接する2画素に同一の色のフィルタが形成されている。
【0012】 このように、本実施例によれば、ストライプ状又はモザイク状に、水平方向に 2画素ずつ同色のフィルタが形成された単板式カラー用CCDが用いられる。 次に、以上のようなフィルタが形成されているイメージセンサを有する撮像装 置について、図2を参照しながら説明する。同図には、図1(A)の場合のフィ ルタ構成となっているイメージセンサを用いた例が示されている。同図中、Pij (i,j=1,2,3,……)はそれぞれ画素(フォトセル)を示している。そし て、画素Pi1は垂直転送路RV1にそれぞれ接続されており、画素Pi2は垂直転 送路RV2にそれぞれ接続されている。他の画素Pijについても、同様に垂直転 送路RVjにそれぞれ接続されている。
【0013】 更に、各垂直転送路RVjは水平転送路RHにそれぞれ接続されている。そし て、これら垂直,水平の転送路RVj,RHには、それぞれ転送クロック出力部 10,12から電荷信号転送用のクロック信号が供給されている。これらのうち 、垂直転送クロック出力部10は、各画素Pijから垂直転送路RVjに読み出さ れた電荷信号を順次水平転送路RHに1画素分ずつ転送するためのクロック信号 を生成出力する機能を有している。これに対し、水平転送クロック出力部12は 、垂直転送路RVjから転送された電荷信号を2画素分ずつ転送出力するための クロック信号を生成出力する機能を有している。また、水平転送路RHの出力側 には、ビデオアンプ14が接続されており、これによって電荷信号の増幅が行わ れるようになっている。
【0014】 次に、上述した撮像装置の動作について説明する。各画素Pijにフィルタによ って選択された光が入射すると対応して電荷が蓄積され、この電荷信号は垂直転 送路RVjに読み出される(矢印F1参照)。そして、垂直転送路RVjに読み出 された電荷信号は、垂直転送クロック出力部10から供給されるクロック信号に 基づいて、1画素分ずつ水平転送路RHに転送される(矢印F2参照)。
【0015】 例えば、上から1番目のH1の水平方向画素列の電荷信号が水平転送路RHに 転送されたとすると、水平転送路内は図3(A)に示す状態となる。なお、同図 中のYeやGなどに付された数字は、同一のフィルタの電荷信号を区別するため のものである。ここで、水平転送クロック出力部12からは、同図(B)に示す ように、同色の2画素ずつ電荷信号を転送出力するように、すなわち本来の1/ 2の周波数のクロック信号が水平転送路RHに供給される。これにより、水平転 送路RHの電荷信号出力は、同図(C)に示すように、水平方向に隣接した2画 素分ずつ同時に行われるようになる。同時に転送された電荷信号は、更にビデオ アンプ14で増幅されて、映像信号の信号処理回路(図示せず)に供給される。
【0016】 なお、図1(B)のモザイク状のフィルタ構成の場合も同様である。例えば、 上から1番目のH1の水平方向画素列の電荷信号が水平転送路RHに転送された とすると、水平転送路内は図3(D)に示す状態となる。従って、水平転送路R Hの電荷信号出力は同図(E)に示すようになり、同様に水平方向に隣接した2 画素分ずつ同時に行われるようになる。
【0017】 このように、第1実施例によれば、2画素ずつ同色の色フィルタを設けた単板 カラーCCDを使用し、同色の画素の電荷信号が同時にサンプリングされて読み 出される。これにより、次のような効果が得られる。 (1)水平方向の解像度は半分に落ちるものの、S/Nを損なうことなく2倍( +6dB)に感度を向上させることができる。従って、夜間や水中における撮影 など高感度が要求される場合に極めて有効である。 (2)ハイビジョン用CCDが、フィルタ部分を変更するのみで基本的にはその まま使用できるので、新たに設計し直すという必要がなく、コスト低減を図るこ とができる。
【0018】 (3)感度が2倍となるので、各画素の受光面積を狭くすることが可能となる。 従って、CCDの小型化(例えば1インチ→2/3インチ→1/2インチという 具合に),軽量化,低消費電力化,コスト低減に有利となる。 (4)水平方向の電荷転送クロックの周波数を1/2にすることができるので、 設計上余裕ができ、コスト的にも有利となる。 (5)水平解像度をあまり必要とされないようなビデオシステム,特に一般家庭 用のハイビジョンVTRに対応できるハイコストパフォーマンスのビデオカメラ を提供することができる。
【0019】 <第2実施例> 次に、図4を参照しながら本考案の第2実施例について説明する。この第2実 施例は、高感度撮像と高解像度撮像との切換えを行うことができるようにしたも のである。なお、フィルタの構成は第1実施例と同様であり、前記第1実施例と 同様の構成部分又は対応する構成部分には、同一の符号を用いることとする。
【0020】 同図において、垂直転送路RVjは、切換スイッチSjを介して水平転送路RH A,RHBにそれぞれ接続されている。ここで、水平転送路RHAに対しては、 水平方向に隣接する同一フィルタのものが共通に接続されている。切換スイッチ Sjは、連動して端子A,B側にそれぞれ切り換えられるように構成されており 、その切換えは外部切換スイッチ20の操作によって行われるようになっている 。なお、切換スイッチSjは、半導体スイッチの他、機械的なスイッチでもよい 。
【0021】 また、水平転送路RHA,RHBには、水平転送クロック出力部22がそれぞ れ接続されており、切換スイッチSjの切換えに対応してクロックCKA又はC KBが出力されるようになっている。なお、クロックCKAはクロックCKBの 1/2の周波数となっている。
【0022】 次に、以上のように構成された第2実施例の動作を説明すると、撮像装置の使 用者は、必要に応じて外部切換スイッチ20を操作する。例えば、高感度の撮影 を行うときは、外部切換スイッチ20をA側に切り換える。すると、切換スイッ チSjは、いずれもA側に切り換えられるようになり、垂直転送路RVjは、同一 フィルタ構成のものが共通するように、水平転送路RHAに接続されるようにな る。
【0023】 このような状態で、上述した第1実施例と同様に各画素Pijから電荷信号を読 み出して転送を行うと、垂直転送路RVjから水平転送路RHAに転送される際 に同一フィルタのものが加算されるようになる。たとえば、画素P11,P12は、 同じYeのフィルタとなっている。これらP11,P12の電荷信号は、切換スイッ チS1を介して水平転送路RHAに転送される際に加算されてYe1+Ye2となり 、これが水平転送路RHAに格納されることになる。他の画素についても同様で ある。
【0024】 次に、水平転送路RHAに転送された各電荷信号は、水平転送クロック出力部 22から出力されるクロック信号CKAに基づいて、2画素分ずつ出力されるよ うになる。この出力の様子は、前記図3(C)に示した通りである。以上の動作 は、基本的に前記第1実施例と同様であり、解像度は低下するものの感度がほぼ 2倍となる。
【0025】 次に、高解像度の撮影を行うときは、使用者は外部切換スイッチ20をB側に 切り換える。すると、切換スイッチSjは、いずれもB側に切り換えられるよう になり、垂直転送路RVjは、各転送路毎に独立して水平転送路RHBに接続さ れるようになる。
【0026】 このような状態で、同様に各画素Pijから電荷信号を読み出して転送を行うと 、垂直転送路RVjから出力された電荷信号は、各画素毎に水平転送路RHBに 転送される。水平転送路RHBに転送された各電荷信号は、今度は水平転送クロ ック出力部22から出力されるクロック信号CKBに基づいて、1画素分ずつ出 力されるようになる。すなわち、この場合は、通常のハイビジョンの場合と同様 の電荷転送動作が行われることになり、感度は低下するものの解像度は前記の場 合に対して2倍となる。
【0027】 このように、第2実施例によれば、第1実施例の効果に加えて次のような効果 が得られる。 (1)スイッチ切換えにより、高解像度モードと高感度モードの撮影を必要に応 じて選択することができ、非常に便利である。 (2)従来のハイビジョン用CCDをベースとして、切換スイッチ部分と水平転 送路部分のみを変更すればよく、新たにイメージセンサ全体を設計し直す必要が ないので、低コストで実現できる。
【0028】 <他の実施例> なお、本考案は、何ら上記実施例に限定されるものではなく、例えば次のよう なものも含まれる。 (1)前記実施例は、単板カラー方式のイメージセンサに本考案を適用したもの であるが、白黒や3板方式のイメージセンサにも適用可能である。この場合、以 下のような種々の態様がある。 白黒あるいは3板方式のハイビジョン用イメージセンサに、図1に示した構成 の色フィルタを設けるようにして、単板カラー撮像用のイメージセンサを構成す る。
【0029】 3板方式の場合、R(赤),G(緑),B(青)の各イメージセンサにおいて 、水平方向に複数画素の電荷信号の同時読出しを行う。この場合、例えばRのイ メージセンサには、被写体からの入射光からRの光のみが色分解光学系(図示せ ず)によって入射する。従って、各画素に入射する光は、いずれもRの光である から、図1に示したようなフィルタ配列を考慮する必要はない。G,Bについて も同様である。従って、水平方向の複数の画素,例えば3画素の電荷信号を同時 に読み出すようにすれば、感度を3倍にすることができる。4画素以上について も同様に可能である。 3画素以上の電荷信号の同時読出しを前記単板カラー撮像の場合に実現するに は、図1に示したフィルタ構成を、水平方向に同一色のフィルタが3画素以上連 続するように予め設定する。
【0030】 (2)前記第2実施例では、高感度モードと高解像度モードの2つのモードを切 り換えることができるようにしたが、3画素同時読出しや4画素同時読出しなど 、複数の高感度モードを備えるようにしてもよい。この手法は、フィルタ構成の 関係から、白黒や3板方式の場合に好適である。 (3)前記実施例は、主としてハイビジョン用のイメージセンサに本考案を適用 したものであるが、その他のテレビジョン方式のイメージセンサに適用すること を妨げるものではない。 (4)その他、使用するフィルタやその組み合わせ,配列順序も必要に応じて適 宜変更してよく、回路構成も同様の作用を奏するように種々設計変更が可能であ る。
【0031】
【考案の効果】
以上説明したように、本考案によるイメージセンサ及び撮像装置によれば次の ような効果がある。 (1)水平方向に配列された複数の画素の電荷信号を同時に読み出すこととした ので、簡便な手法で安価に感度の向上を図ることができる。 (2)水平方向の電荷信号読出しを、複数の画素ずつ行う場合と、画素毎に行う 場合を切り換えることができるようにしたので、高解像度撮像と高感度撮像を必 要に応じて選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案によるイメージセンサのフィルタ構成例
を示す説明図である。
【図2】本考案による撮像装置の第1実施例を示す構成
図である。
【図3】前記第1実施例の動作を示す説明図である。
【図4】本考案による撮像装置の第2実施例を示す構成
図である。
【符号の説明】
10…垂直転送クロック出力部、12,22…水平転送
クロック出力部(水平転送手段)、14…ビデオアン
プ、20,Sj…切換スイッチ(切換手段)、A,B…
スイッチの切換方向、Cy,G,Mg,Ye…色フィル
タ、CKA,CKB…水平クロック信号、F,F2…電
荷信号の転送方向、Pij…画素、RH,RHA,RHB
…水平転送路(水平転送手段)、RVj…垂直転送路。

Claims (4)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の光電変換を行う画素が2次元状に
    多数配列されており、カラー撮像を行うための必要な色
    フィルタが各画素に対して一定の順序で形成されている
    イメージセンサにおいて、水平方向に連続して配列され
    た複数個の画素に対して同一の色フィルタを形成したこ
    とを特徴とするイメージセンサ。
  2. 【請求項2】 複数の光電変換を行う画素が2次元状に
    多数配列されており、これらの画素から出力された電荷
    信号を垂直方向及び水平方向に順次転送して、時系列の
    撮像信号を得る撮像装置において、水平方向に配列され
    た同一色の複数の画素の電荷信号を同時に出力する第1
    水平転送手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の撮像装置において、水平
    方向に配列された画素の電荷信号を各画素毎に出力する
    第2水平転送手段と、第1及び第2水平転送手段のいず
    れか一方を選択するための切換手段とを備えたことを特
    徴とする撮像装置。
  4. 【請求項4】 請求項2又は3に記載の撮像装置におい
    て、同時に電荷信号が出力される画素には、請求項1記
    載のフィルタが形成されていることを特徴とする撮像装
    置。
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