JPH08107523A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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Publication number
JPH08107523A
JPH08107523A JP6242951A JP24295194A JPH08107523A JP H08107523 A JPH08107523 A JP H08107523A JP 6242951 A JP6242951 A JP 6242951A JP 24295194 A JP24295194 A JP 24295194A JP H08107523 A JPH08107523 A JP H08107523A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
odd
transfer gate
picture element
solid
Prior art date
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Pending
Application number
JP6242951A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sukemasa Kumada
▲祐▼昌 熊田
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP6242951A priority Critical patent/JPH08107523A/en
Publication of JPH08107523A publication Critical patent/JPH08107523A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a solid-state image pickup device, with which the aperture of a picture element can be secured higher than the conventional device, concerning the solid-state image pickup device equipped with an IL-CCD type photodetector. CONSTITUTION: Between adjacent odd-number picture element train 13 and even-number picture element train 14 of a photodetector 1, one line of VCCD 3 is provided while commonly connecting the picture elements in both the trains and transfer gate control circuits 15 and 16 are separately provided to electrically connect the respective odd- number picture element trains 13 and even-number picture element trains 14 with the VCCD 3. Further, this device is equipped with a picture element selector 19 for selecting any picture element while receiving control signals 17 and 18 inputted to the control circuits 15 and 16 and a frame memory 20 for storing and outputting an inputted digital image signal under the control of the picture element selector 19. Thus, since the respective oddnumber picture element trains 13 and even-number picture element trains 14 use the VCCD 3 provided between them alternately for each field period, the ratio of the VCCD 3 to be occupied per picture element is reduced, device sensitivity is improved by improving the aperture and further, the S/N is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、インターライン型電
荷結合素子を光検出素子とする固体撮像装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device using an interline charge coupled device as a photodetector.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像装置の従来例として、赤外線撮
像装置をもとに説明する。図8は従来の赤外線撮像装置
の一例を示したブロック図であり、1は光検出素子、2
は垂直画素列、3は垂直電荷結合素子(Vertica
l Charge Coupled Device、以
下VCCDと称する)、4は画素列2とVCCD3を電
気的に接続させるための転送ゲート制御回路、5は転送
ゲート制御回路4に入力する転送ゲート制御信号(φ
T)、6は水平電荷結合素子(Horizontal
Charge Coupled Device、以下H
CCDと称する)、7はフローティングディフュージョ
ンアンプ(以下、FDAと称する)、8はプリアンプ、
9はA/Dコンバータ、10は画像補正処理部、11は
ビデオD/Aコンバータ、12は表示モニタである。
2. Description of the Related Art An infrared imaging device will be described as a conventional example of a solid-state imaging device. FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional infrared imaging device, where 1 is a photodetector and 2
Is a vertical pixel column, 3 is a vertical charge-coupled device (Vertica).
l Charge Coupled Device (hereinafter referred to as VCCD), 4 is a transfer gate control circuit for electrically connecting the pixel column 2 and VCCD 3, and 5 is a transfer gate control signal (φ) input to the transfer gate control circuit 4.
T) and 6 are horizontal charge-coupled devices (Horizontal)
Charge Coupled Device, H
CCD, 7 is a floating diffusion amplifier (hereinafter referred to as FDA), 8 is a preamplifier,
Reference numeral 9 is an A / D converter, 10 is an image correction processing unit, 11 is a video D / A converter, and 12 is a display monitor.

【0003】次に、従来の赤外線撮像装置の動作の一例
について図8をもとに説明する。まず光検出素子1であ
るが、入射した赤外線は各画素列2の光電変換部で光電
変換され一定時間蓄積される。その後、転送ゲート制御
信号5により転送ゲート制御回路4が作用し、各画素列
2に蓄積された信号電荷は一斉にVCCD3に転送され
る。その後、VCCD3およびHCCD6の動作により
転送された信号電荷はFDA7の動作により電圧として
出力され、プリアンプ8にて増幅された後、A/Dコン
バータ9にてデジタル画像信号に変換される。さらに補
正処理部10において種々の画像補正処理を受けた後、
ビデオD/Aコンバータ11を通してモニタ12に表示
される。
Next, an example of the operation of the conventional infrared image pickup device will be described with reference to FIG. First, in the photodetector 1, the incident infrared rays are photoelectrically converted by the photoelectric converters of each pixel column 2 and accumulated for a certain period of time. After that, the transfer gate control circuit 4 operates by the transfer gate control signal 5, and the signal charges accumulated in each pixel column 2 are transferred to the VCCD 3 all at once. After that, the signal charges transferred by the operations of the VCCD 3 and the HCCD 6 are output as a voltage by the operation of the FDA 7, amplified by the preamplifier 8, and then converted into a digital image signal by the A / D converter 9. Further, after undergoing various image correction processes in the correction processing unit 10,
It is displayed on the monitor 12 through the video D / A converter 11.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線撮像装置
は以上のように構成されているが、各垂直画素列2に対
し1列のVCCD3を必要とするため、各画素の中にV
CCD3を含む構造となる。VCCD3は光電変換を行
わない領域(不感領域)であるため、この領域が大きい
と1画素面積の中に占める光電変換部の割合(開口率)
が小さくなり、撮像装置の感度低下につながるという問
題点があった。
The conventional infrared image pickup device is constructed as described above, but since one column of VCCDs 3 is required for each vertical pixel column 2, V CCDs are formed in each pixel.
The structure includes the CCD 3. Since the VCCD 3 is a region (insensitive region) where photoelectric conversion is not performed, if this region is large, the ratio of the photoelectric conversion portion in one pixel area (aperture ratio).
However, there is a problem in that the sensitivity of the image pickup device is reduced.

【0005】また、HCCD6は各画素列2に対して1
段分の処理を行うように構成されているので、画素列2
の数とHCCD6の段数が等しくなる。ここで、外部機
器との適合性を考えると信号の読み出し方式はNTSC
(National Television Syst
em Committee)やHDTV(HighDe
finition Television)等の規格に
準拠することが適当で、このときのフレームレートは3
0Hzとなる。従って画素列2の数を増やすためにはH
CCDの転送クロック(以下、CLKと称する)周波数
を高速化しなければならばいが、高速な読み出しCLK
ではHCCDの転送効率が低下し、画像分解能の劣化に
つながる。すなわち、光検出素子1の多画素化がHCC
Dの転送効率によって制限を受けるという問題点があっ
た。
Further, the HCCD 6 has one for each pixel column 2.
Since it is configured to perform the processing for the steps,
And the number of stages of the HCCD 6 are equal. Here, considering compatibility with external equipment, the signal readout method is NTSC.
(National Television System
em Commitee) and HDTV (HighDe)
It is appropriate to comply with the standards such as the definition television (Finish Television), and the frame rate at this time is 3
It becomes 0 Hz. Therefore, in order to increase the number of pixel rows 2, H
It is necessary to speed up the CCD transfer clock (hereinafter referred to as CLK) frequency, but high-speed read CLK
Then, the transfer efficiency of the HCCD is reduced, which leads to deterioration of the image resolution. That is, the increase in the number of pixels of the light detection element 1 is
There is a problem in that the transfer efficiency of D limits the operation.

【0006】また従来の赤外線撮像装置にて必要以上の
信号電荷発生を抑制する手段として電子シャッタ方式が
あるが、この場合には各画素の中に電荷排出用ドレイン
部を設けなくてはならず、前述したのと同じ理由で1画
素の開口率が減少し、装置感度の低下につながるという
問題点があった。
Further, there is an electronic shutter system as a means for suppressing the generation of signal charge more than necessary in the conventional infrared image pickup device, but in this case, a charge discharging drain section must be provided in each pixel. However, for the same reason as described above, there is a problem that the aperture ratio of one pixel is reduced and the device sensitivity is reduced.

【0007】更に従来の赤外線撮像装置にて必要以上の
信号電荷転送を抑制する手段としてスキミング方式があ
るが、この場合には、画素の中のスキミング用のゲート
を設けなければならず、回路の複雑化、開口率の減少に
よる装置感度の低下などの問題点があった。
Further, there is a skimming method as a means for suppressing unnecessary signal charge transfer in the conventional infrared image pickup device. In this case, however, a skimming gate in the pixel must be provided and the There are problems such as complication and a decrease in device sensitivity due to a decrease in aperture ratio.

【0008】この発明はこのような問題点を解消するた
めになされたもので、インターライン型電荷結合素子
(Interline Charge Coupled
Device、以下、IL−CCDと称する)を採用
していながら画素の開口率を従来よりも高くとることが
でき、また光検出素子の多画素化に伴うHCCD転送C
LKの高速化を抑制することができ、また電子シャッタ
方式の採用に伴う画素開口率の低下を抑制することがで
き、更にスキミング用のゲートを画素内に設けずにスキ
ミング動作を可能にするような固体撮像装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and is an interline charge coupled device (Interline Charge Coupled).
Device, hereinafter referred to as an IL-CCD), but the aperture ratio of the pixel can be made higher than before, and HCCD transfer C accompanying the increase in the number of pixels of the photodetector
It is possible to suppress the increase in the speed of LK, suppress the decrease in the pixel aperture ratio due to the adoption of the electronic shutter system, and further enable the skimming operation without providing the gate for skimming in the pixel. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明に係る固体撮像
装置は、光検出素子の隣り合う奇数画素列と偶数画素列
の間に両列の画素が共通に接続する1列のVCCDを設
け、各奇数画素列と各偶数画素列が上記VCCDと電気
的に接続するための転送ゲート制御回路を分離して設
け、さらに上記制御回路に入力する転送ゲート制御信号
を受け画素選択を行う画素セレクタ、および上記画素セ
レクタの制御により入力されたデジタル画像信号を格
納、出力するフレームメモリを設けたものである。
A solid-state image pickup device according to the present invention is provided with one row of VCCDs in which pixels of both rows are commonly connected between adjacent odd-numbered pixel rows and even-numbered pixel rows of a photodetector. A pixel selector that separates transfer gate control circuits for electrically connecting the odd-numbered pixel columns and the even-numbered pixel columns to the VCCD, and further receives a transfer gate control signal input to the control circuit to perform pixel selection, And a frame memory for storing and outputting a digital image signal input under the control of the pixel selector.

【0010】またこの発明に係る固体撮像装置は、光検
出素子の隣り合う一組の奇数画素列と隅数画素列を共通
に処理するHCCDを設けたものである。
Further, the solid-state image pickup device according to the present invention is provided with an HCCD for commonly processing a pair of adjacent odd-numbered pixel rows and corner-number pixel rows of the photodetector.

【0011】またこの発明に係る固体撮像装置は、光検
出素子の隣り合う偶数画素列と奇数画素列の間に両列の
画素が共通に接続する1列の電荷排出用ドレイン部を設
け、各奇数画素列と各偶数画素列が上記ドレイン部と電
気的に接続するための排出ゲート制御回路を分離して設
けたものである。
Further, in the solid-state image pickup device according to the present invention, between the even-numbered pixel columns and the odd-numbered pixel columns adjacent to each other of the photodetecting element, one column of the charge discharging drain portion to which the pixels of both columns are connected in common is provided, and The discharge gate control circuit for electrically connecting the odd-numbered pixel column and each even-numbered pixel column to the drain portion is separately provided.

【0012】またこの発明に係る固体撮像装置は、光検
出素子の各奇数画素列と各偶数画素列がVCCDと電気
的に接続するための各転送ゲートに印加されるCLK電
圧レベルを任意に設定するための転送ゲートレベル設定
部を設けたものである。
Further, in the solid-state image pickup device according to the present invention, the CLK voltage level applied to each transfer gate for electrically connecting each odd pixel column and each even pixel column of the photodetector to the VCCD is arbitrarily set. A transfer gate level setting unit is provided for this purpose.

【0013】さらにこの発明に係る固体撮像装置は、入
力するデジタル画像信号を受けその信号レベルに応じて
所定の出力を上記転送ゲートレベル設定部に与えるため
の信号レベル判断部を設けたものである。
Further, the solid-state image pickup device according to the present invention is provided with a signal level judgment unit for receiving an input digital image signal and giving a predetermined output to the transfer gate level setting unit according to the signal level thereof. .

【0014】[0014]

【作用】この発明においては、各奇数画素列、偶数画素
列に独立に設けられた転送ゲート制御回路に入力する転
送ゲート制御信号の動作により奇数画素列、偶数画素列
のどちらか一方の画素列が選択されて信号電荷をVCC
Dに転送する。また、A/Dされた画像信号は、画素セ
レクタの制御によりフレームメモリに格納され、同じく
画素セレクタの制御によりフレームメモリから出力され
る。
According to the present invention, either the odd pixel column or the even pixel column is operated by the operation of the transfer gate control signal input to the transfer gate control circuit provided independently for each odd pixel column and even pixel column. Is selected to set the signal charge to VCC
Transfer to D. The A / D image signal is stored in the frame memory under the control of the pixel selector, and is also output from the frame memory under the control of the pixel selector.

【0015】また、VCCDから送られてきた信号電荷
は光検出素子の持つ画素列総数の半分の転送段数を持つ
HCCDの動作によりFDAに送られる。
Further, the signal charge sent from the VCCD is sent to the FDA by the operation of the HCCD having a transfer stage number which is half of the total number of pixel columns of the photodetector.

【0016】また、各奇数画素列と偶数画素列は、共通
に設けられた電荷排出用ドレイン部に排出ゲート制御回
路の動作により一定時間だけ発生電荷を排出し、その後
制御回路の動作によりドレイン部との接続をOFFして
発生電荷の蓄積を行う。
In each of the odd-numbered pixel column and the even-numbered pixel column, the charge discharging drain section provided in common discharges the generated charge for a predetermined time by the operation of the discharge gate control circuit, and then the drain section is operated by the control circuit. The connection with is turned off and the generated charge is accumulated.

【0017】また、転送ゲート制御信号に関する転送ゲ
ートレベル設定部は、転送ゲート制御信号のCLKレベ
ルを任意に設定し、転送ゲートが開くときのポテンシャ
ルレベルを変化させ、転送される画素内の信号電荷の量
を制御する。
Further, the transfer gate level setting section concerning the transfer gate control signal arbitrarily sets the CLK level of the transfer gate control signal, changes the potential level when the transfer gate is opened, and transfers the signal charge in the pixel. Control the amount of.

【0018】更に、信号レベル判断部は各画素からの出
力信号レベルを受けて、その出力信号レベルに応じて所
定の出力を転送ゲートレベル設定部に与える。
Further, the signal level judging section receives the output signal level from each pixel and gives a predetermined output to the transfer gate level setting section according to the output signal level.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

実施例1.図1はこの発明の一実施例を示す赤外線撮像
装置のブロック図であって、13は奇数画素列、14は
偶数画素列、15は奇数画素列13とVCCD3を電気
的に接続させるための奇数画素列用転送ゲート制御回
路、16は偶数画素列14とVCCD3を電気的に接続
させるための偶数画素列用転送ゲート制御回路、17は
奇数画素列用転送ゲート制御回路15に入力する奇数画
素列用転送ゲート制御信号(φTA)、18は偶数画素
列用転送ゲート制御回路16に入力する偶数画素列用転
送ゲート制御信号(φTB)、19は画素セレクタ、2
0はフレームメモリである。
Example 1. FIG. 1 is a block diagram of an infrared imaging device showing an embodiment of the present invention, in which 13 is an odd pixel column, 14 is an even pixel column, and 15 is an odd pixel column 13 and an odd number for electrically connecting the VCCD 3 Pixel column transfer gate control circuit, 16 is an even pixel column transfer gate control circuit for electrically connecting the even pixel column 14 and the VCCD 3, and 17 is an odd pixel column input to the odd pixel column transfer gate control circuit 15. Transfer gate control signal (φTA), 18 is an even pixel column transfer gate control signal (φTB) input to the even pixel column transfer gate control circuit 16, 19 is a pixel selector, 2
0 is a frame memory.

【0020】次に上記実施例1における赤外線撮像装置
の動作を図1をもとに説明する。例えば上記実施例1に
おける赤外線撮像装置のフレームレートが30Hzであ
った場合、1フレームの始め1/60秒を奇数画素列用
フィールド、残り1/60秒を偶数画素列用フィールド
とする。奇数画素列用フィールドの時間内に、奇数画素
列用転送ゲート制御信号17により奇数画素列用転送ゲ
ート制御回路15が作用し、奇数画素列13に蓄積され
ていた信号電荷は一斉にVCCD3に転送される。その
後、VCCD3およびHCCD6の動作により転送され
た信号電荷はFDA7の動作により電圧として出力さ
れ、プリアンプ8にて増幅された後、A/Dコンバータ
9にてデジタル画像信号に変換される。さらに奇数画素
列用転送ゲート制御信号17を受けた画素セレクタ19
により、A/D変換されたデジタル画像信号は、フレー
ムメモリ20の奇数画素列に対応するアドレスに順次格
納される。ここまでの処理を奇数画素列用フィールド期
間中に行うと、次に偶数画素列用フィールド期間となり
偶数画素列用転送ゲート制御信号18により偶数画素列
用転送ゲート制御回路16が作用し、偶数画素列14に
蓄積されていた信号電荷は一斉にVCCD3に転送され
る。その後、VCCD3およびHCCD6の動作により
転送された信号電荷はFDA7の動作により電圧として
出力され、プリアンプ8にて増幅された後、A/Dコン
バータ9にてデジタル画像信号に変換される。さらに偶
数画素列用転送ゲート制御信号18を受けた画素セレク
タ19により、A/D変換されたデジタル画像信号は、
フレームメモリ20の偶数画素列に対応するアドレスに
順次格納される。こうして1フレーム分の画像信号がフ
レームメモリ20に格納されると、画素セレクタ19の
動作によりモニタ12の表示規格に則ってフレームメモ
リ20から画像信号を出力し、補正処理部10において
種々の画像補正処理を受けた後、ビデオD/A11を通
してモニタ12に表示する。
Next, the operation of the infrared image pickup device in the first embodiment will be described with reference to FIG. For example, when the frame rate of the infrared imaging device in the first embodiment is 30 Hz, 1/60 seconds at the beginning of one frame is an odd pixel column field and the remaining 1/60 seconds is an even pixel column field. Within the time of the field for odd pixel columns, the transfer gate control circuit 15 for odd pixel columns operates by the transfer gate control signal 17 for odd pixel columns, and the signal charges accumulated in the odd pixel columns 13 are transferred to the VCCD 3 all at once. To be done. After that, the signal charges transferred by the operations of the VCCD 3 and the HCCD 6 are output as a voltage by the operation of the FDA 7, amplified by the preamplifier 8, and then converted into a digital image signal by the A / D converter 9. Further, the pixel selector 19 which receives the transfer gate control signal 17 for odd pixel columns
Thus, the A / D-converted digital image signal is sequentially stored in the address corresponding to the odd pixel column of the frame memory 20. If the processing up to this point is performed during the odd pixel column field period, then the even pixel column field period starts, and the even pixel column transfer gate control signal 18 causes the even pixel column transfer gate control circuit 16 to operate and The signal charges accumulated in the column 14 are simultaneously transferred to the VCCD 3. After that, the signal charges transferred by the operations of the VCCD 3 and the HCCD 6 are output as a voltage by the operation of the FDA 7, amplified by the preamplifier 8, and then converted into a digital image signal by the A / D converter 9. Further, the digital image signal A / D converted by the pixel selector 19 which has received the transfer gate control signal 18 for even pixel columns is
The data are sequentially stored in the addresses corresponding to the even pixel columns of the frame memory 20. When the image signal for one frame is stored in the frame memory 20 in this way, the image signal is output from the frame memory 20 according to the display standard of the monitor 12 by the operation of the pixel selector 19, and the correction processing unit 10 performs various image corrections. After receiving the processing, it is displayed on the monitor 12 through the video D / A 11.

【0021】このように上記実施例1では1列のVCC
D3を奇数画素列13と偶数画素列14が共有するた
め、1画素の面積に占めるVCCD3の割合が小さくな
る。これを示したのが図2である。図2において、21
は1画素の中の光電変換領域、22はVCCD3の領域
である。(a)は上記実施例1の画素構造、(b)は従
来の画素構造であるが、上記実施例1の方が、開口率に
おいて従来例より優っていることは明らかである。
As described above, in the first embodiment, one column of VCC
Since D3 is shared by the odd-numbered pixel column 13 and the even-numbered pixel column 14, the proportion of the VCCD3 in the area of one pixel is small. This is shown in FIG. In FIG. 2, 21
Is a photoelectric conversion area in one pixel, and 22 is an area of the VCCD 3. Although (a) shows the pixel structure of the first embodiment and (b) shows the conventional pixel structure, it is clear that the first embodiment is superior in aperture ratio to the conventional example.

【0022】また、図1においてHCCD6は隣り合う
奇数画素列13、偶数画素列14の一組を共通に処理す
る構成となっている。従って、HCCD6の段数は、光
検出素子1の画素列総数の半分となり、従来の光検出素
子1の転送CLKに対しCLK周波数を半分に低速化さ
せることができる。
Further, in FIG. 1, the HCCD 6 is configured to commonly process a set of adjacent odd pixel rows 13 and even pixel rows 14. Therefore, the number of stages of the HCCD 6 is half the total number of pixel rows of the photodetector 1, and the CLK frequency can be reduced to half the transfer CLK of the conventional photodetector 1.

【0023】実施例2.一方、この発明による赤外線撮
像装置にて電子シャッタ、或いはスキミング動作を行う
場合には、VCCD3の設けられていない、隣り合う偶
数画素列14と奇数画素列13の間に電荷排出用ドレイ
ン部を設けることで動作が可能である。図3はこのとき
の赤外線撮像装置のブロック図であって、23は奇数画
素用排出ゲート制御回路、24は偶数画素用排出ゲート
制御回路、25は奇数画素用排出ゲート制御信号(φD
A)、26は偶数画素用排出ゲート制御信号(φD
B)、27は電荷排出用ドレイン部、28は転送ゲート
レベル設定部を示す。また、図4は電子シャッタ動作を
示す1画素当たりのポテンシャル図である。さらに、図
5はスキミング動作を示す1画素当たりのポテンシャル
図である。
Embodiment 2 FIG. On the other hand, when an electronic shutter or skimming operation is performed in the infrared imaging device according to the present invention, a charge discharging drain portion is provided between adjacent even pixel rows 14 and odd pixel rows 13 where the VCCD 3 is not provided. It is possible to operate. FIG. 3 is a block diagram of the infrared imaging device at this time, in which 23 is an odd pixel discharge gate control circuit, 24 is an even pixel discharge gate control circuit, and 25 is an odd pixel discharge gate control signal (φD).
A) and 26 are discharge gate control signals (φD for even pixels)
B) and 27 are charge discharging drain parts, and 28 is a transfer gate level setting part. Further, FIG. 4 is a potential diagram per pixel showing an electronic shutter operation. Further, FIG. 5 is a potential diagram per pixel showing a skimming operation.

【0024】次に上記実施例2における赤外線撮像装置
の電子シャッタ動作を図3および図4をもとに説明す
る。例えば図4における画素が奇数画素列13のもので
あった場合、偶数画素列用フィールド期間中は始めのう
ち奇数画素用排出ゲート制御信号25により奇数画素用
排出ゲート制御回路23が作用し、奇数画素列13に蓄
積されている電荷はすべて排出用ドレイン部27に排出
される(図4−a)。ある一定期間の後、奇数画素用排
出ゲート制御信号25により奇数画素用排出ゲート制御
回路23が作用し、奇数画素列13は電荷の蓄積を開始
する(図4−b)。そして偶数画素列用フィールド期間
が終了し、奇数画素列用フィールド期間になると、奇数
画素列用転送ゲート制御信号17により奇数画素列用転
送ゲート制御回路15が作用し、それまで奇数画素列1
3に蓄積されていた信号電荷は一斉にVCCD3に転送
される(図4−c)。転送終了後には、奇数画素用排出
ゲート制御信号25により奇数画素用排出ゲート制御回
路23が作用し、奇数画素列13に蓄積される電荷はす
べて排出用ドレイン部27に排出される(図4−d)。
この状態は、次の偶数画素列用フィールド期間まで続
く。従って、奇数画素列13に信号電荷が蓄積される時
間は、排出ゲートが閉じてから転送ゲートが開くまでの
時間であり、電子シャッタ動作が行われたことになる。
なお、偶数画素列14に対しては、奇数画素列13に対
し1/60秒の時間的遅れを保ちながら上記と同様の動
作を行うことになる。
Next, the electronic shutter operation of the infrared imaging device in the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. For example, when the pixel in FIG. 4 is of the odd pixel column 13, the odd pixel discharge gate control circuit 23 is initially operated by the odd pixel discharge gate control signal 25 during the field period for the even pixel column, so that the odd pixel All the charges accumulated in the pixel column 13 are discharged to the discharging drain section 27 (FIG. 4-a). After a certain period of time, the odd pixel discharge gate control signal 23 causes the odd pixel discharge gate control circuit 25 to operate, and the odd pixel column 13 starts to accumulate charges (FIG. 4-b). Then, when the even pixel column field period ends and the odd pixel column field period starts, the odd pixel column transfer gate control signal 17 causes the odd pixel column transfer gate control circuit 15 to operate, and the odd pixel column 1
The signal charges accumulated in 3 are simultaneously transferred to the VCCD 3 (FIG. 4-c). After the transfer is completed, the discharge gate control signal 23 for odd pixels is operated by the discharge gate control signal 25 for odd pixels, and all the charges accumulated in the odd pixel columns 13 are discharged to the drain portion 27 for discharging (FIG. 4-). d).
This state continues until the next even pixel column field period. Therefore, the time for the signal charges to be accumulated in the odd-numbered pixel column 13 is the time from the closing of the discharge gate to the opening of the transfer gate, which means that the electronic shutter operation has been performed.
Note that the same operation as described above is performed for the even-numbered pixel column 14 while maintaining a time delay of 1/60 seconds with respect to the odd-numbered pixel column 13.

【0025】このように、上記実施例2では一列の電荷
排出用ドレイン部27を偶数画素列14と奇数画素列1
3の一組が共有するため、1画素面積に占める電荷排出
用ドレイン部27の割合を小さくすることができる。従
って、各画素列に排出用ドレイン部を設けていた従来構
造に比べ、開口率を落とさずに電子シャッタ動作を付加
することができる。
As described above, in the second embodiment, the drain portions 27 for discharging electric charges in one column are arranged in the even pixel column 14 and the odd pixel column 1.
Since the three sets are shared, the ratio of the charge discharging drain portion 27 in one pixel area can be reduced. Therefore, the electronic shutter operation can be added without reducing the aperture ratio, as compared with the conventional structure in which each pixel column is provided with the drain portion for discharge.

【0026】次に上記実施例2における赤外線撮像装置
のスキミング動作を図3および図5をもとに説明する。
転送ゲートレベル設定部28では転送ゲートに印加され
るゲート電圧のレベルを零レベルからゲートが完全にo
nする電圧までの範囲で任意に設定することができる。
設定されたゲート電圧が転送ゲートに印加されると、転
送ゲートポテンシャルはそのゲート電圧に応じて変化
し、その結果ある一定量の蓄積電荷を残した状態でVC
CD3に電荷を転送する(図5−a〜b)。転送終了後
には、排出ゲート制御信号25又は26により排出ゲー
ト制御回路23又は24が作用して蓄積部内の残留電荷
を排出し(図5−c)、その後通常の蓄積動作に戻る
(図5−d)。このように転送ゲートをスキミング用ゲ
ートとして使用することにより、従来のように専用のス
キミング用ゲートを必要としないスキミング動作が可能
となる。
Next, the skimming operation of the infrared imaging device in the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 5.
In the transfer gate level setting unit 28, the level of the gate voltage applied to the transfer gate is changed from 0 level to 0
It can be set arbitrarily within a range up to the voltage to be applied.
When the set gate voltage is applied to the transfer gate, the transfer gate potential changes according to the gate voltage, and as a result, VC with a certain amount of accumulated charge remaining.
The charge is transferred to CD3 (FIGS. 5A and 5B). After the transfer is completed, the discharge gate control signal 25 or 26 causes the discharge gate control circuit 23 or 24 to operate to discharge the residual charge in the storage portion (FIG. 5-c), and then return to the normal storage operation (FIG. 5-). d). By using the transfer gate as a skimming gate in this manner, a skimming operation that does not require a dedicated skimming gate as in the conventional case can be performed.

【0027】実施例3.さらに、転送ゲートへの印加電
圧を信号レベル判断部によって制御させることにより、
適切なスキミングレベルを自動で設定することが可能と
なる。図6はこのときの赤外線撮像装置の一実施例であ
って、29は信号レベル判断部を示す。また、図7は転
送ゲートレベル設定部28及び信号レベル判断部のブロ
ック図であって、30は加算回路、31は除算回路、3
2はあらかじめメモリに格納してあるVCCD飽和レベ
ル、33はあらかじめメモリに格納してある最適差分レ
ベル、34は電圧設定部である。
Embodiment 3 FIG. Furthermore, by controlling the voltage applied to the transfer gate by the signal level determination unit,
It is possible to automatically set an appropriate skimming level. FIG. 6 shows an example of the infrared image pickup device at this time, and 29 indicates a signal level determination unit. Further, FIG. 7 is a block diagram of the transfer gate level setting unit 28 and the signal level judging unit, in which 30 is an adding circuit, 31 is a dividing circuit, and 3 is a dividing circuit.
Reference numeral 2 is a VCCD saturation level stored in the memory in advance, 33 is an optimum difference level stored in the memory in advance, and 34 is a voltage setting unit.

【0028】次に上記実施例3における赤外線撮像装置
のスキミング動作を図6及び図7をもとに説明する。A
/Dコンバータ9によりデジタル化された画像信号は信
号レベル判断部29に入力する。信号レベル判断部29
では、入力する画像信号を1画面分取り込み、その信号
レベルを加算回路30にてN画素分順次加算する。ここ
でNは1画面の画素数である。次に除算回路31にて1
画素当たりの平均値を計算しVCCD飽和レベル32か
ら減算する。ここでVCCD飽和レベルとはVCCDが
最大転送できる電荷量に対応した出力信号レベルであ
り、あらかじめメモリに格納されているものである。そ
してその差分信号を転送ゲートレベル設定部28に向け
て出力する。転送ゲートレベル設定部28では入力した
差分信号から最適差分レベル33を減算する。ここで最
適差分レベルとはVCCD飽和レベルとスキミング後の
転送信号レベルの差が画像上最適になるレベルでありあ
らかじめメモリに格納されているものである。減算後の
信号は次に電圧設定部34に入力する。ここでは入力す
る信号レベルをゼロにするように転送ゲートへの電圧レ
ベルを設定する。この処理を数回繰り返すことで、フィ
ードバック処理により電圧設定部34に入力する信号は
ゼロに抑さえられ、一定の電圧を転送ゲートに印加する
ことができる。従って、これら一連の処理を行うことで
最適なスキミングレベルを自動的に設定することが可能
となる。
Next, the skimming operation of the infrared imaging device in the third embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. A
The image signal digitized by the / D converter 9 is input to the signal level determination unit 29. Signal level determination unit 29
Then, the input image signal for one screen is taken in, and the signal level is sequentially added by the addition circuit 30 for N pixels. Here, N is the number of pixels in one screen. Then, in the division circuit 31,
The average value per pixel is calculated and subtracted from the VCCD saturation level 32. Here, the VCCD saturation level is an output signal level corresponding to the maximum charge amount that can be transferred by the VCCD, and is stored in advance in the memory. Then, the difference signal is output to the transfer gate level setting unit 28. The transfer gate level setting unit 28 subtracts the optimum difference level 33 from the input difference signal. Here, the optimum difference level is a level at which the difference between the VCCD saturation level and the transfer signal level after skimming becomes optimum on the image, and is stored in advance in the memory. The signal after the subtraction is input to the voltage setting unit 34 next. Here, the voltage level to the transfer gate is set so that the input signal level becomes zero. By repeating this process several times, the signal input to the voltage setting unit 34 is suppressed to zero by the feedback process, and a constant voltage can be applied to the transfer gate. Therefore, the optimum skimming level can be automatically set by performing the series of processes.

【0029】なお、上記実施例では赤外線撮像装置を用
いているが、例えば可視撮像装置などでも同様の効果を
奏する。
Although the infrared image pickup device is used in the above embodiment, a similar effect can be obtained by a visible image pickup device.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、光検出
素子の隣り合う奇数画素列と偶数画素列の間に両列の画
素が共通に接続する1列のVCCDを設けたので、1画
素面積に占めるVCCDの割合が小さくなり、装置感度
の向上、ひいてはS/N比の向上につながる。
As described above, according to the present invention, one row of VCCDs in which the pixels of both rows are commonly connected is provided between the adjacent odd-numbered pixel rows and even-numbered pixel rows of the photodetector. The proportion of VCCD in the pixel area is reduced, which leads to improvement in device sensitivity and eventually S / N ratio.

【0031】また、光検出素子の隣り合う一組の奇数画
素列と偶数画素列を共通に処理するHCCDを設けたの
で、水平転送段数を画素列総数の半分にすることがで
き、多画素化に伴うHCCD転送CLKの高速化を抑さ
え、転送効率の向上、ひいては画像分解能の向上につな
がる。
Further, since the HCCD that commonly processes a pair of adjacent odd-numbered pixel rows and even-numbered pixel rows of the photodetector is provided, the number of horizontal transfer stages can be reduced to half of the total number of pixel rows, and the number of pixels is increased. Suppressing the increase in the speed of the HCCD transfer CLK associated with the above leads to an improvement in the transfer efficiency and an improvement in the image resolution.

【0032】また、光検出素子の隣り合う偶数画素列と
奇数画素列の間に両列の画素が共通に接続する1列の電
荷排出用ドレイン部を設けたので、1画素面積に占める
ドレイン部の割合が小さくなり、装置感度を犠牲にする
ことなく、電子シャッタ動作を付加することが可能とな
る。
Further, since the drain portion for discharging electric charges is provided between the adjacent even and odd pixel columns of the photodetector, the columns of the pixels are commonly connected to each other, so that the drain portion occupies one pixel area. Ratio becomes smaller, and the electronic shutter operation can be added without sacrificing the device sensitivity.

【0033】また、光検出素子の転送ゲートへの印加電
圧を任意に設定できる転送ゲートレベル設定部を設けた
ので、転送ゲートをスキミング用ゲートに流用すること
が可能となり、画素内に複雑な回路を必要とせずにスキ
ミング動作を行うことができる。
Further, since the transfer gate level setting section capable of arbitrarily setting the voltage applied to the transfer gate of the photodetector is provided, the transfer gate can be diverted to the skimming gate, and a complicated circuit in the pixel can be used. The skimming operation can be performed without requiring.

【0034】さらに、入力するデジタル画像信号を受
け、その信号レベルに応じて所定の出力を転送ゲートレ
ベル設定部に与えるための信号レベル判断部を設けたの
で、適切なスキミングレベルの設定を自動で行うことが
可能となる。
Further, since a signal level judging section for receiving an input digital image signal and giving a predetermined output to the transfer gate level setting section according to the signal level is provided, an appropriate skimming level can be automatically set. It becomes possible to do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施例1を示す赤外線撮像装置の
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an infrared imaging device showing a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施例1を示す赤外線撮像装置の
画素構造と従来の赤外線撮像装置の画素構造の一例を比
較した図である。
FIG. 2 is a diagram comparing an example of a pixel structure of an infrared imaging device according to a first embodiment of the present invention with an example of a pixel structure of a conventional infrared imaging device.

【図3】 この発明の実施例2を示す赤外線撮像装置の
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of an infrared imaging device showing a second embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施例2を示す赤外線撮像装置の
電子シャッタ動作を示す1画素当たりのポテンシャル図
である。
FIG. 4 is a potential diagram per pixel showing an electronic shutter operation of the infrared imaging device showing the second embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の実施例2を示す赤外線撮像装置の
スキミング動作を示す1画素当たりのポテンシャル図で
ある。
FIG. 5 is a potential diagram per pixel showing a skimming operation of the infrared imaging device according to the second embodiment of the present invention.

【図6】 この発明の実施例3を示す赤外線撮像装置の
ブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram of an infrared imaging device showing a third embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実施例3を示す赤外線撮像装置の
転送ゲートレベル設定部と信号レベル判定部のブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram of a transfer gate level setting unit and a signal level determination unit of an infrared imaging device showing Embodiment 3 of the present invention.

【図8】 従来の赤外線撮像装置の一例を示すブロック
図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional infrared imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光検出素子、2 垂直画素列、3 垂直方向CC
D、4 転送ゲート制御回路、5 転送ゲート制御信
号、6 水平方向CCD(HCCD)、7 フローティ
ングディフュージョンアンプ、8 プリアンプ、9 A
/Dコンバータ、10 画像補正処理部、11 ビデオ
D/Aコンバータ、12 表示モニタ、13奇数画素
列、14 偶数画素列、15 奇数画素列用転送ゲート
制御回路、16 偶数画素列用転送ゲート制御回路、1
7 奇数画素列用転送ゲート制御信号、18 偶数画素
列用転送ゲート制御信号、19 画素セレクタ、20
フレームメモリ、21 1画素のなかの光電変換領域、
22 VCCDの領域、23奇数画素用排出ゲート制御
回路、24 偶数画素用排出ゲート制御回路、25奇数
画素用排出ゲート制御信号、26 偶数画素用排出ゲー
ト制御信号、27電荷排出用ドレイン部、28 転送ゲ
ートレベル設定部、29 転送レベル判定部、30 加
算回路、31 除算回路、32 VCCD飽和レベル、
33 最適差分レベル、34 電圧設定部。
1 Photodetector, 2 Vertical Pixel Row, 3 Vertical CC
D, 4 transfer gate control circuit, 5 transfer gate control signal, 6 horizontal CCD (HCCD), 7 floating diffusion amplifier, 8 preamplifier, 9 A
/ D converter, 10 image correction processing section, 11 video D / A converter, 12 display monitor, 13 odd pixel row, 14 even pixel row, 15 odd pixel row transfer gate control circuit, 16 even pixel row transfer gate control circuit 1
7 transfer gate control signal for odd pixel columns, 18 transfer gate control signal for even pixel columns, 19 pixel selector, 20
Frame memory, photoelectric conversion area in 211 pixels,
22 VCCD area, 23 odd pixel discharge gate control circuit, 24 even pixel discharge gate control circuit, 25 odd pixel discharge gate control signal, 26 even pixel discharge gate control signal, 27 charge discharge drain part, 28 transfer Gate level setting unit, 29 transfer level determining unit, 30 adding circuit, 31 dividing circuit, 32 VCCD saturation level,
33 optimum difference level, 34 voltage setting section.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インターライン型電荷結合素子を光検出
素子とする固体撮像装置において、光検出素子の隣り合
う奇数画素列と偶数画素列の間に両列の画素が共通に接
続する1列の垂直電荷結合素子と、各奇数画素列と各偶
数画素列が上記垂直電荷結合素子と電気的に接続するた
めに分離して設けた転送ゲート制御回路と、上記転送ゲ
ート制御回路に入力する転送ゲート制御信号を受け画素
選択を行う画素セレクタと、上記画素セレクタの制御に
より入力されたデジタル画像信号を格納、出力するフレ
ームメモリとを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
1. A solid-state imaging device using an interline charge-coupled device as a photodetecting element, wherein a pixel of both columns is commonly connected between adjacent odd-numbered pixel rows and even-numbered pixel rows of the photodetection elements. A vertical charge coupled device, a transfer gate control circuit in which each odd pixel column and each even pixel column are separately provided to electrically connect to the vertical charge coupled device, and a transfer gate input to the transfer gate control circuit. A solid-state imaging device comprising: a pixel selector that receives a control signal to select a pixel; and a frame memory that stores and outputs a digital image signal input under the control of the pixel selector.
【請求項2】 光検出素子の隣り合う一組の奇数画素列
と隅数画素列を共通に処理する水平電荷結合素子を備え
たことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
2. The solid-state image pickup device according to claim 1, further comprising a horizontal charge-coupled device for commonly processing a set of adjacent odd-numbered pixel rows and corner-numbered pixel rows of the photodetecting elements.
【請求項3】 光検出素子の隣り合う偶数画素列と奇数
画素列の間に両列の画素が共通に接続する1列の電荷排
出用ドレイン部を備え、各奇数画素列と各偶数画素列が
上記電荷排出用ドレイン部と電気的に接続するための排
出ゲート制御回路を分離して備えたことを特徴とする請
求項1記載の固体撮像装置。
3. An odd-numbered pixel column and an even-numbered pixel column, each of which is provided with a drain portion for discharging electric charge, in which pixels of both columns are commonly connected between adjacent even-numbered pixel columns and odd-numbered pixel columns of the photodetector. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a discharge gate control circuit for electrically connecting to the charge discharging drain portion.
【請求項4】 光検出素子の各奇数画素列と各偶数画素
列が垂直電荷結合素子と電気的に接続するための各転送
ゲートに印加されるクロック電圧レベルを任意に設定す
るための転送ゲートレベル設定部を備えたことを特徴と
する請求項3記載の固体撮像装置。
4. A transfer gate for arbitrarily setting a clock voltage level applied to each transfer gate for electrically connecting each odd-numbered pixel column and each even-numbered pixel column of the photodetector to the vertical charge-coupled device. The solid-state imaging device according to claim 3, further comprising a level setting unit.
【請求項5】 入力するデジタル画像信号を受け、その
信号レベルに応じて所定の出力を上記転送ゲートレベル
設定部に与えるための信号レベル判断部を備えたことを
特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。
5. A signal level judgment section for receiving an input digital image signal and giving a predetermined output to the transfer gate level setting section in accordance with the signal level thereof. Solid-state imaging device.
JP6242951A 1994-10-06 1994-10-06 Solid-state image pickup device Pending JPH08107523A (en)

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