JPH08111517A - 画素信号読み出し方法とこれによる固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 全画素読み出し型の固体撮像装置として用い
ることができると共に簡便にインターレース方式による
モニター装置によって撮像光学像を再生観察することが
できるようにする。 【構成】 それぞれ画素信号を得る複数の受光部１ａが
それぞれ水平および垂直方向に配列されてなるセンサー
部１と、垂直シフトレジスタ２と、水平シフトレジスタ
３とを有する固体撮像素子１０を有し、垂直シフトレジ
スタ２からのセンサー部１の垂直２画素分の画素信号
を、水平シフトレジスタ３で混合して水平転送し、画像
信号出力を取り出す固体撮像装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ（電荷転送素
子）構成による固体撮像素子が用いられる固体撮像装置
における画素信号読み出し方法とこれによる固体撮像装
置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ構成による固体撮像素子が用いら
れる固体撮像装置は、インターレース方式による固体撮
像装置が一般的である。これは、その撮像光学像を再生
観察するモニター装置として用いる通常のＮＴＳＣ方式
によるテレビジョン受像機に対応させていることによ
る。

【０００３】図５は、このインターレース方式による固
体撮像素子２０の構成図で、それぞれ画素信号を得る多
数の受光部２１ａが水平および垂直方向に配列されてな
るセンサー部２１と、それぞれＣＣＤ構成による垂直シ
フトレジスタ２２と、水平シフトレジスタ２３とを有し
てなる。

【０００４】そして、フレーム蓄積モードによるインタ
ーレース方式による固体撮像装置においては、奇数フィ
ールドの垂直ブランキング区間毎に、例えば奇数番目の
水平ライン上の受光部２１ａからの電荷すなわち画素信
号を、対応する垂直シフトレジスタ２２に読み出し、こ
の垂直シフトレジスタ２２によって水平ブランキング区
間毎に各水平ライン上の信号を各水平シフトレジスタ２
３に転送し、この水平シフトレジスタ２３よって各信号
電荷を水平転送して、これを電荷検出増幅器２４によっ
て検出し、出力回路２５から画像信号出力を取り出す。
そして次の偶数フィールドの垂直ブランキング区間毎
に、偶数番目の水平ライン上の受光部２１ａからの電荷
すなわち画素信号を、対応する垂直シフトレジスタ２２
に転送し、水平ブランキング区間毎に各水平ライン上の
信号を各水平シフトレジスタ２３に転送し、この水平シ
フトレジスタ２３によって各信号電荷を水平転送して、
これを電荷検出増幅器２４によって検出し、出力回路２
５から画像信号出力を取り出す。

【０００５】また、フィールド蓄積モードによるインタ
ーレース方式による固体撮像装置においては、各フィー
ルド毎に隣合う垂直２画素の受光部からの信号電荷を各
垂直シフトレジスタ２２で混合して読み出すものであ
り、この場合に奇数フィールドと偶数フィールドで互い
に異なる方向に隣合う垂直２画素の受光部に関する信号
電荷を混合して読み出すものであり、この各垂直２画素
分の信号電荷を、水平ブランキング区間毎に各垂直シフ
トレジスタ２２から水平シフトレジスタ２３に転送し、
この水平シフトレジスタ２３よって各信号電荷を水平転
送して、これを電荷検出増幅器２４によって検出し、出
力回路２５から撮像出力信号を取り出す。

【０００６】図６は、これらインターレース方式による
場合の、モニター装置３１を有する撮像装置のブロック
図を示す。この場合、上述のインターレース方式による
固体撮像素子２０に、集束レンズ系２６を通じて被撮像
光学像を図５で説明したセンサー部２１に導入する。固
体撮像素子２０は、タイミングパルス発生回路２７と、
ドライバー回路２８とを少なくとも有する駆動回路２９
によって、上述したセンサー部２１の受光部２１ａから
の信号電荷の垂直シフトレジスタ２２への読み出し（転
送）、この垂直シフトレジスタ２２の駆動すなわち水平
シフトレジスタ２３への転送、この水平シフトレジスタ
２３の駆動すなわち電荷検出増幅器２４への転送、電荷
検出増幅器２４および出力回路２５の駆動制御等がなさ
れる。このようにして、固体撮像素子２０から得た撮像
信号は、信号処理回路３０により所定の信号処理を行っ
て、インターレース方式によるテレビジョン受像機によ
るモニター装置３１に導入され撮像画像の再生がなされ
る。

【０００７】このように、インターレース方式による固
体撮像装置は、インターレース方式のテレビジョン受像
機によるモニター装置３１を用いる場合その回路構成
は、比較的簡潔な構成となる。

【０００８】しかしながら、このインターレース方式に
よる場合、フレーム蓄積モードによる固体撮像装置にお
いては、各受光部からすなわち各垂直１画素毎に信号電
荷の読み出しがなされることから垂直解像度が高いとい
う利点を有するものの、各受光部においてほぼ１フレー
ム期間（１／３０秒）の受光による信号電荷を読み出す
ものであることから、動解像度が低いという問題があ
る。また、フィールド蓄積モードのインターレースによ
る固体撮像装置は、各受光部においてほぼ１フィールド
期間（１／６０秒）の受光による信号電荷を読み出すも
のであることから、動解像度にすぐれているものの、垂
直シフトレジスタにおいて隣合う垂直２画素分を混合し
て読み出す態様が採られることから垂直解像度に劣ると
いう問題がある。

【０００９】これに対し、全画素読み出し型の固体撮像
装置は、フィールド蓄積モードが採られるものであり、
また、全受光部から個々に信号電荷を読み出すものであ
ることから、動解像度および垂直解像度が共に高いもの
であって、画像計測、画像処理等に有利であり、例えば
ＦＡ（ファクトリ・オートメーション）等に用いられて
好適なものである。

【００１０】このフィールド蓄積モードによる全画素読
み出し型の固体撮像装置においも、図１にその固体撮像
素子１０の構成を示すように、それぞれ画素信号を得る
多数の受光部１ａが水平および垂直方向に配列されてな
るセンサー部１と、垂直シフトレジスタ２と、水平シフ
トレジスタ３とを有してなるものの、画素読み出し態様
は、上述のインターレース方式による場合と異なるもの
であり、したがってその垂直シフトレジスタ２および水
平シフトレジスタ３の、各構成および動作態様を異にす
るものである。

【００１１】すなわちこの全画素読み出し型の固体撮像
素子においては、図２のａ〜ｅにその動作の推移を模式
的に示すように、各フィールドの垂直ブランキング期間
毎に全画素すなわち全受光部１ａの信号電荷（図２にお
いては各１つ置きの水平ラインの信号電荷を白丸印と、
黒丸印で模式的に示している）を各垂直シフトレジスタ
２に同時に転送し（図２−ａ）、各垂直シフトレジスタ
２によって順次各水平ブランキング期間に各垂直１画素
毎の信号電荷を水平シフトレジスタ３に転送し（図２−
ｂ）、この水平シフトレジスタ３によってこの垂直１画
素分、すなわち水平１ライン分の電荷を図１で示した電
荷検出増幅器４に転送（図２−ｃ）する。次に、次の水
平ブランキング期間に、次の垂直１画素分の信号電荷を
水平シフトレジスタ３に転送し（図２−ｄ）、同様にこ
の１ライン分の信号電荷を水平シフトレジスタ３によっ
て電荷検出増幅器４に転送（図２−ｅ）するという態様
が採られる。

【００１２】この全画素読み出し型の固体撮像装置にお
いては、各垂直１画素毎に信号電荷の取出しがなされる
ので、高い垂直解像度が得られると共に、フィールド蓄
積モードによることから、高い動解像度をも有する。す
なわち、上述したフレーム蓄積モードのインターレース
方式による固体撮像装置と、フィールド蓄積モードのイ
ンターレース方式による固体撮像装置の利点を併せもつ
ものであり、前述したように、画像計測、画像処理等に
有利であり、上述したように例えばＦＡ等に用いられて
好適なものである。

【００１３】ところで、この全画素読み出し型の固体撮
像素子を用いる場合、その撮像光学像を再生観察するモ
ニター装置は、インターレース方式によらない全画素読
み出し方式に対応したモニター装置を用いる必要があ
る。しかしながら、この全画素読み出し型の固体撮像素
子を用いる場合においても、そのモニターすなわち再生
画像の観察においては、インターレース方式によるテレ
ビジョン受像機を用いて再生画像のモニターを簡便に行
いたい場合がある。

【００１４】ところが、この全画素読み出し型の固体撮
像装置において、インターレース方式によるモニター装
置を用いる場合、この全画素読み出し型の固体撮像素子
からの読み出し信号をインターレース方式によるモニタ
ー装置に対応させるためのフレームメモリ等を行う大掛
かりなメモリ装置を必要とする。

【００１５】図７は、全画素読み出し型の固体撮像装置
においてインターレース方式によるモニター装置３１を
用いる場合の構成を示すブロック図で、この場合、全画
素読み出し型の固体撮像素子２１に集束レンズ系３６を
通じて被撮像光学像をそのセンサー部に導入する。固体
撮像素子１０は、タイミングパルス発生回路３７と、ド
ライバー回路３８とを少なくとも有する駆動回路３９に
よって、図１および図２で説明した各フィールド毎の各
受光部１ａから垂直シフトレジスタ２への全画素の信号
電荷の読み出し、垂直シフトレジスタ２による水平シフ
トレジスタ３への垂直１画素毎の転送、この水平シフト
レジスタによる電荷検出増幅器４への転送、電荷検出増
幅器４および出力回路５の駆動制御がなされる。このよ
うにして、固体撮像素子１０から得た撮像信号は、信号
処理回路４０により所定の信号処理が行われるが、この
場合においては、データメモリ装置４１が設けられ、こ
れによってフレームメモリがなされて、インターレース
方式の映像信号に変換されてインターレース方式のテレ
ビジョン受像機によるモニター装置３１に導入され撮像
画像の再生がなされる。

【００１６】このように全画素読み出し型の固体撮像素
子１０による撮像装置において、インターレース方式に
よるモニター装置３１によって撮像光学像のモニターを
行う場合、そのフレームメモリを行うデータメモリ装置
４１を必要とし、大掛かりなものとなり、また高価格化
を来たし、簡便にモニターすることができないという問
題がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、全画素読み
出し型の固体撮像装置として用いることができると共に
簡便にインターレース方式によるモニター装置によって
撮像光学像を再生観察することができるようにした画素
信号読み出し方法とこれによる固体撮像装置を提供する
ものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、垂直シ
フトレジスタからの垂直２画素分の画素信号を、水平シ
フトレジスタで混合して水平転送して画像信号出力を取
り出す画素信号読み出し方法による。

【００１９】第２の本発明は、図１にその構成図を示す
ように、それぞれ画素信号を得る複数の受光部１ａがそ
れぞれ水平および垂直方向に配列されてなるセンサー部
１と、垂直シフトレジスタ２と、水平シフトレジスタ３
とを有する固体撮像素子１０を有し、垂直シフトレジス
タ２からのセンサー部１の垂直２画素分の画素信号を、
水平シフトレジスタ３で混合して水平転送し、画像信号
出力を取り出す固体撮像装置を構成する。

【００２０】第３の本発明は、図３にブロック図を示す
ように、それぞれ画素信号を得る多数の受光部１ａが水
平および垂直方向に配列されてなるセンサー部１と、垂
直シフトレジスタ２と、水平シフトレジスタ３とを有す
る固体撮像素子１０と、この固体撮像素子１０の駆動回
路９と、インターレース方式による画像モニター装置３
１とを有してなる。

【００２１】そして、駆動回路９によって、撮像素子１
０において、垂直シフトレジスタ２からのセンサー部１
の垂直２画素分の画素信号を、水平シフトレジスタ３で
混合して水平転送し、画像信号出力を取り出すインター
レース方式対応の第１の動作態様と、図２で説明したよ
うに撮像素子１０において、垂直シフトレジスタ２から
のセンサー部１の各垂直１画素分の画素信号を、順次水
平シフトレジスタ３に転送し、この水平シフトレジスタ
３によって各垂直１画素毎の画素信号を水平転送し、順
次画像信号出力を取り出す通常の全画素読み出し方式対
応の第２の動作態様との少なくとも２つ読み出し動作態
様に切換え駆動させる固体撮像装置を構成する。

【００２２】

【作用】上述したように、本発明による画素信号読み出
し方法においては、垂直シフトレジスタからの垂直２画
素分の画素信号を、水平シフトレジスタで混合して水平
転送して画像信号出力を取り出す画素信号読み出し方法
を採るので、前述した全画素読み出し型の固体撮像素子
において、そのままの構成でフィールド蓄積モードによ
るインターレース方式に相当する信号読み出しの動作態
様（第１の動作態様）をも採ることができるものであ
り、このようにすることによってインターレース方式テ
レビジョン受像機構成のモニター装置によって簡潔な構
成で、その撮像画像をモニターすることができる。

【００２３】

【実施例】本発明による画素信号読み出し方法と、これ
による固体撮像装置の一実施例を説明する。

【００２４】本発明における固体撮像素子は、基本的に
は図１および図２で説明した構成および全画素読み出し
対応の動作態様（第２の動作態様）をとることのできる
構成とする。すなわち、この場合においても、図１に示
すように、それぞれ画素信号を得る多数の受光部１ａが
水平および垂直方向に配列されてなるセンサー部１と、
垂直シフトレジスタ２と、水平シフトレジスタ３とを有
し、水平シフトレジスタ３から転送されて信号電荷を電
荷検出増幅器４によって検出し、出力回路５によって出
力信号を得る。

【００２５】そして、この撮像素子１０において、その
各垂直シフトレジスタ２に、センサー部１の各受光部１
ａの受光量に応じて生じた信号電荷を、各フィールド毎
の垂直ブランキング期間において同時に全受光部１ａか
らの信号電荷を各垂直シフトレジスタ２に読み出し、こ
の信号電荷を各垂直シフトレジスタ２によって水平シフ
トレジスタ３へと転送するものであるが、特にこの場合
にその垂直２画素分の画素信号を、上記水平シフトレジ
スタ３で混合して水平転送し、画像信号出力を取り出す
インターレース方式対応の第１の動作態様と、垂直シフ
トレジスタ２からの各垂直１画素分の画素信号を、順次
上記水平シフトレジスタ３に転送し、この水平シフトレ
ジスタ３によって各垂直１画素毎の画素信号を水平転送
し、順次画像信号出力を取り出す全画素読み出し方式対
応の第２の動作態様との少なくとも２つ読み出し動作態
様をとることができるようにする。

【００２６】この第２の動作態様は、前述の図２で説明
した全画素読み出し型本来の動作態様である。すなわ
ち、前述したように、図２においては各１つ置きの水平
ラインの信号電荷を白丸印と黒丸印とで模式的に示すも
のであるが、各フィールドの垂直ブランキング期間毎に
全画素すなわち全受光部の信号電荷を各垂直シフトレジ
スタ２に同時に転送し（図２−ａ）、各垂直シフトレジ
スタ２によって順次各信号電荷を水平シフトレジスタ３
へと転送する。この場合、各垂直１画素毎の信号電荷を
水平シフトレジスタ３に転送し（図２−ｂ）、水平シフ
トレジスタ３によってこの１ライン分の電荷を電荷検出
増幅器４に転送（図２−ｃ）する。次に、次の垂直１画
素分の信号電荷を水平シフトレジスタ３に転送し（図２
−ｄ）、同様にこの１ライン分の信号電荷を水平シフト
レジスタ３によって電荷検出増幅器４に転送（図２−
ｅ）し、これによって信号電荷の検出を行い、出力回路
５によって信号出力を取り出す。そして、この動作は各
フィールド毎に行われる。

【００２７】そして、第１の動作態様について、図４を
参照して説明する。この場合においても各１つ置きの水
平ラインの信号電荷をそれぞれ白丸印と黒丸印とで模式
的に示す。この場合においても、各フィールドの垂直ブ
ランキング期間毎に全画素すなわち全受光部１ａの信号
電荷を各垂直シフトレジスタ２に読み出す（図４−
ａ）。そして、例えば奇数フィールドにおいて、各垂直
シフトレジスタ２によって順次各信号電荷を水平シフト
レジスタ３へと転送するが、この場合、垂直１画素分す
なわち先ず第１番目の水平方向ライン上の画素信号を水
平シフトレジスタ３に転送して（図４−ｂ）後、この水
平シフトレジスタ３においてこの第１番目のライン上の
各画素信号に加えて次の第２番目の水平方向ライン上の
画素信号を水平シフトレジスタ３に転送し、第１および
第２番目のライン上すなわち垂直２画素分の画素信号を
この水平シフトレジスタ３において混合する（図４−
ｃ）。その後、これら第１および第２番目の画素分の各
信号が混合された信号を水平シフトレジスタ３によって
図１の電荷検出増幅器４へと転送する（図４−ｄ）。次
に、同様にして次の垂直１画素分すなわち第３番目の水
平方向ライン上の画素信号を水平シフトレジスタ３に転
送して（図４−ｅ）後、この水平シフトレジスタ３にお
いて、この第３番目のライン上の各画素信号に加えて次
の第４番目の水平方向ライン上の画素信号を水平シフト
レジスタ３に転送し、第３および第４番目のラインすな
わち垂直２画素分の画素信号をこの水平シフトレジスタ
３において混合する（図４−ｆ）。そして、これら第３
および第４番目の画素分の各信号が混合された信号を水
平シフトレジスタ３によって電荷検出増幅器４へと転送
する（図４−ｇ）。

【００２８】このようにして、奇数フィールドにおい
て、互いに隣り合う垂直２画素分の信号電荷を水平シフ
トレジスタ３で混合して電荷検出増幅器４へと転送し、
その各混合信号電荷の検出を行い、出力回路５から画像
信号出力を得る。

【００２９】そして、次の偶数フィールドにおいては、
同様に各受光部１ａの信号電荷を、各垂直シフトレジス
タ２に読み出し、水平シフトレジスタ３へと転送するも
のであるが、この偶数フィールドにおいては、例えば第
１番目の水平方向のラインに関する電荷はこれを撮像信
号として用いずに棄却する。そして、第２番目のライン
上の画素信号と、第３番目のライン上の画素信号とを図
４−ａ〜ｄで説明した動作をもって水平シフトレジスタ
３で混合し、電荷検出増幅器４へと転送し、その各混合
信号電荷の検出を行い、出力回路５から出力を得る。次
に、第４番目と第５番目のラインにおける隣り合う垂直
２画素の信号電荷を混合し、電荷検出増幅器４へと転送
し、その各混合信号電荷の検出を行い、出力回路５から
画像信号出力を得る。

【００３０】つまり、各フィールド毎に全受光部１ａの
信号電荷の読み出しを行い、各フィールドにおいて、水
平シフトレジスタ３でそれぞれ垂直２画素分の信号電荷
の混合を行うものであるが、奇数フィールドおよび偶数
フィールドとでは、互いに異なる側で隣り合う垂直２画
素の混合を行う。

【００３１】このようにして全画素読み出し型の固体撮
像素子構成をとるものの、この第１の動作態様をとるこ
とによって、フィールド蓄積モードのインターレース方
式的撮像信号出力を得る。

【００３２】このようにして本発明装置においては、図
３にその一例のブロック図を示すように、インターレー
ス方式のテレビジョン受像機構成による画像モニター装
置３１によって撮像画像をモニターできる撮像装置を構
成する。

【００３３】この場合、少なくともタイミングパルス発
生回路７と、ドライバー回路３４とを有する撮像素子１
０の駆動回路９によって、撮像素子１０において、上述
した第１および第２の動作態様を、それぞれ切換えて行
うことができる構成とされる。

【００３４】そして、固体撮像素子１０のセンサー部１
に集束レンズ系７を通じて被撮像光学像を導入する。固
体撮像素子１０は、上述したように駆動回路９によって
第１および第２の動作態様を切換えて駆動するが、モニ
ター装置３１においてその撮像画像のモニターを行う場
合には、上述の第２の動作態様による駆動を行う。すな
わち、インターレース方式による信号として撮像出力を
取り出す。この出力は、信号処理回路１１によって所要
の信号処理がなされて、インターレース方式のモニター
装置３１に映像信号として導入され、これによって撮像
光学像の再生がなされる。

【００３５】すなわち、この構成によれば、全画素読み
出し型の固体撮像素子３１の構成をとるものの、その水
平シフトレジスタ３において、垂直２画素成分を混合す
ることによって、いわばインターレース型の読み出し態
様によって撮像信号出力を取り出す第１の動作態様をと
ることができるようにしたことから、この第１の態様に
よるときは、信号処理回路１１によって信号処理するの
みでインターレース方式モニター装置３１で再生するこ
とができる。つまり、図７で説明したようなフレームメ
モリを行うデータメモリ装置の使用を回避できる。

【００３６】したがって、その回路構成は、全画素読み
出し型の固体撮像素子を用いるにも係わらず、インター
レース方式によるモニターを簡潔な構成で行うことがで
きる。

【００３７】そして、通常の全画素読み出し対応の第２
の動作態様によれば、垂直解像度および動解像度にすぐ
れた撮像画像を得ることができるものである。

【００３８】尚、本発明方法および本発明装置は、上述
した例に限られるものではなく、その具体的構成におい
て種々の変更を行うことができることはいうまでもない
ところである。

【００３９】

【発明の効果】上述したように、本発明は、全画素読み
出し型の固体撮像装置として用いる固体撮像素子によっ
て、いわばインターレース方式による動作態様をも採る
ことができるようにしたことから、全画素読み出し態様
によるときは、高垂直解像度、高動解像度の撮像を行う
ことができ、またインターレース方式として、その画像
再生出力を得るときは簡潔な構成によって、すなわちフ
レームメモリを行うメモリ装置を用いることなくインタ
ーレース方式によるモニター装置によって撮像画像のモ
ニターを簡便に行うことができることから、多目的利用
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮像素子の一例の構成図である。

【図２】全画素読み出しの動作説明図である。

【図３】本発明装置の一例のブロック図である。

【図４】インターレース方式読み出しの動作説明図であ
る。

【図５】従来の撮像素子の構成図である。

【図６】従来構成のブロック図である。

【図７】従来の全画素読み出し型の固体撮像装置のブロ
ック図である。

【符号の説明】

１０ 撮像素子 １ センサー部 １ａ 受光部 ２ 垂直シフトレジスタ ３ 水平シフトレジスタ ８ 駆動回路 ３１ モニター装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直シフトレジスタからの垂直２画素分
   の画素信号を、水平シフトレジスタで混合して水平転送
   して画像信号出力を取り出すことを特徴とする画素信号
   読み出し方法。
2. 【請求項２】 それぞれ画素信号を得る複数の受光部が
   それぞれ水平および垂直方向に配列されてなるセンサー
   部と、垂直シフトレジスタと、水平シフトレジスタとを
   有する固体撮像素子を有し、 上記垂直シフトレジスタからの上記センサー部の垂直２
   画素分の画素信号を、上記水平シフトレジスタで混合し
   て水平転送し、画像信号出力を取り出すことを特徴とす
   る固体撮像装置。
3. 【請求項３】 それぞれ画素信号を得る多数の受光部が
   水平および垂直方向に配列されてなるセンサー部と、垂
   直シフトレジスタと、水平シフトレジスタとを有する固
   体撮像素子と、 該固体撮像素子の駆動回路と、 インターレース方式による画像モニター装置とを有して
   なり、 上記駆動回路によって、 上記撮像素子において、上記垂直シフトレジスタからの
   上記センサー部の垂直２画素分の画素信号を、上記水平
   シフトレジスタで混合して水平転送し、画像信号出力を
   取り出すインターレース方式対応の第１の動作態様と、 上記撮像素子において、上記垂直シフトレジスタからの
   上記センサー部の各垂直１画素分の画素信号を、順次上
   記水平シフトレジスタに転送し、該水平シフトレジスタ
   によって上記各垂直１画素毎の画素信号を水平転送し、
   順次画像信号出力を取り出す全画素読み出し方式対応の
   第２の動作態様との少なくとも２つ読み出し動作態様に
   切換え駆動させることを特徴とする固体撮像装置。