JPS5833371A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、動きのある被写体をｔＭ儂した場合の再生画
像のぶれをなくして該画面の一部分を鮮明に再生するよ
５Ｋｔ、た固体撮像装置に関する。

テレビジ１ン用の撮像装置としては、従来、ビジコン、
イメージオルシコンなどの、いわゆる撮像管が主に使用
されていたが、近年、半導体技術の進歩忙伴ってビデオ
信号の読出しに電子ビームを用いないでワイヤによる読
出しを可能にした、いわゆる固体撮像装置が実用化され
、その性能改善が急ピッチで進められるようＫなってき
た。

この固体撮像装置の一例を第１区内及び■に示す。

ここで第１区内は二次元配列の固体撮像装置の原理的な
構成の一例で、同図β）は水平及び垂直の走査パルスの
タイミングチャートの一例を示したものである。

図において、１，２はそれぞれ水平、垂直用の走査回路
、３は２次元状忙配列された複数の光電変換素子、４は
ビデオ信号出力端子、５゜６はスイッチング素子、７は
垂直読出線、８は水平読出線、９はビデオバイアス電圧
源、１０は負荷抵抗である。

走査回路１．２には例えば２相のクロックツくルｘ　Ｃ
Ｐｘ　、ＣＰｙが供給され、入力パルスＶｓｘ、Ｖｇｙ
を入力信号として、各出力０χ１）　、　兜２）−０％
）、及び０Ｙ（１）、　０Ｙ（２）・・”０Ｙ（ｎ）Ｋ
、　ＶＩＮをスタート信号として、それぞれ入力パルス
■ａｘと■３．がクロックＣＰ　　とＣＰｙのタイミン
グで順次位相のシフトしたパルス列、ｖｏ　ｘ（１）、
　Ｖｏ　ｘ（２）　・・・””ｏ　ｘ（ｎ）、Ｖｏ　ｙ
（１）。

Ｖｏｙ（２）・・・　ｏ　ｙ（ｎ）を出力する。これら
のパルス・・・■ 列の関係は第１図（ロ）に示されている。

そこで、これらのパルス列Ｖ。ｘ（１）　−、ｖｏｙ（
１）・・・Ｋよってスイッチング素子５．６が順次開閉
し、２次元的に配列されたそれぞれの光電変換素子３か
らの信号を続出線７から読出線８に読出して出力端子４
に取り出す、光電変換素子５からの信号はその面上に投
影された光学像に対応しているので、上記動作によりビ
デオ信号を出力端子４に取り出すことができる。

ところで、この種の固体撮像装置では、必要な解像度を
得るために、例えばｓｏｏ　ｘ　ｓｏｏ個租度の光電変
換素子３と、それらとベアになったスイッチング素子５
，６、さらに走査用の単位回路で構成する必要があり、
そのため、通常は高集積化が比較的容易でしかも光電変
換素子とスイッチング素子を一体化して構成できるＭ兇
−ＬＳＩ技術によるものかはとんとであり、その−例を
第２図に示す。

この第２図はＭ：）８−　ＬＳＩ技術により作られた固
体撮像装置用ＩＣの光電変換素子５とスイッチング素子
５，６の構成を示したもので、１１は一導電形の半導体
基板、１２，１３．１４は基板１１とは反対の導電形の
拡散層、１５は絶縁酸化膜、１６゜１７は導電体膜から
なるゲート電極である。なお、８は拡散層１４に対する
リード用導電体膜で水平読出線を構成しているものであ
る。

そして、拡散層１２はフォトダイオードを基板１１との
間に形成して光電変換素子３となり、ゲート電極１６は
拡散７ｆｉ１２をソース、拡散層１３をドレインとする
ＭＯＳ　）ランジスタを形成してスイッチング素子６と
なり、さらに、ゲート電極１７は拡散層１３をソース、
拡散層１４をドレインとするＭＯＳトランジスタを形成
してスイッチング素子５を構成している。

また、図示してないが走査回路１．２もＭＯＳトランジ
スタからなるシフトレジスタなどを利用して作られる。

そこで、走査回路１，２からノ（ルスＶ。廟）。

ｖｏｙ（ｎ）が出力線０ｘ（ＩＮ）　、０Ｙ６１）’現
われたとき、スイッチング素子６と５が同時に導通し、
その位置にある光電変換素子３にビデオノくイアスミ圧
源９から充電電流が流れるが、このときの充電電流の大
きさは、その光電変換素子３に入射していた光量に比例
して放電していた電荷の量に対応したものとなるから、
結局、負荷抵抗１０にはその光電変換素子３０入射光量
に応じた電圧が現われ、ビデオ信号として出力端子４か
ら取り出されることになる。

次に第５図（イ）は水平及び垂直の走査回路１゜２の一
例で、１８はインバータ、１９は厭トランジスタ、２０
は入力パルス端子である。この回路はインバータと転送
ゲートからなる周知のシフトレジスタで、第３図０に示
すような２相のクロックパルスＣＰ１とＣＦ２を印加し
ておき、端子２０に入力パルスｖ８が供給されるとパル
ス列ｖｏ（１）、Ｖ。（２）・・・・・・ｖｏ（ｎ）が
クロック周期で順次位相シフトして得られるから、クロ
ックパルスとしてＣＰｘ、入力パルスをｖ８ｘとすれば
出力にパルス列Ｖ。ｘ（１）・・・・・・・・・を発生
して水平走査回路１としテ使用でき、クロックパルスに
ＣＰ１１人カバ人力にＶ　を印加すれば出力にパルス列
Ｖ。式１）・・・・・・ｙ が得られるから垂直走査回路２として動作させることが
できる。

なお、第３区内では２相のクロックパルスＣＰ１とＣＦ
２を用いたシフトレジスタの例を示したが、クロックパ
ルスとしては２相に限らす３相、或いは４相のもので動
作させることもでき、そのようなシフトレジスタも周知
でありて、いずれを用いても走査回路を構成することが
可能である。

さて、以上の説明から明らかなように、固体撮像装置を
動作させるためＫは、周波数や位相に一定の関係をもっ
た穐々のパルス（クロックパルス及び入力パルス）を必
要とする。

即ち、第１図〜第３図から理解されるように、クロック
パルスＣＰ、ＣＰ　　人力パルス■、ｘｌｘ　　　　　
　ｙ　ゝ ■３．が必要になり、このうち、クロックパルスＣＰｘ
は水平方向に設けられ【いる光電変換素子３の素子数に
応じて、例えば６〜７■ｚの高周波信号が使用され、入
力パルスＶｓｘとクロックパルスＣＰｙＫはテレビジ璽
ン信号の水平周波数の信号が、そして入力パルスｖ８ｆ
はテレビジ曹ン信号の垂直周波数の信号がそれぞれ使用
される。またスタート信号ＷＩＮは垂直周波数の信号が
使用される。

そこで、従来の、例えばＮＴＳＣ規格のカラー用固体撮
像装置においては、基準となる高周波信号渠を設け、そ
れから例えば１４．３１８ＭＨ！の基準周波数信号を分
周回路、カウンタ回路、デコーダ回路などによって処理
し、上記各種のパルスを得るように構成していた。

これらの信号を使って、動いている被写体を撮像すると
、＃Ｉ４図に示したように、同区内の被写体が１垂直周
期後には同図（ロ）のごとく変化したものを撮像すると
とＫなる。

したがって、との撮像出力を再生すると、同図００よう
にぶれた画面となってしまう。

この欠点を克服する手段とし【、従来、画面は半分にな
るが、垂直周期を１／２倍にするという方法があるが、
単に垂直周波数駆動パルス発生回路の入力パルスを１垂
直周期に２度発生さぞても、前の画面と後の画面が−し
よになってしまい、依然として再生画面のぶれは残る。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除去し、動
きのある被写体を撮像したときの再生画面のぶれを低減
させて、と＜　Ｉｃ　ＶＴＲを用いたスローやスチル再
生圧おいてその一部分の再生画面を鮮明に観察できるよ
うにした固体撮像装置を提供することＫある。

本発明は、上記目的を達成するために、鮮明画傷を得た
い時には、固体撮像装置からの垂直方向の読み出し周期
を早めて、ぶれ発生の原因である走査時間を短かくした
ことを特徴とする。

以下、本発明による撮像装置の一実施例を第５図、第６
図および第７図を用いて説明する。

第５図は本発明の一実施例を示すブロック図で、２１は
基準周波数発振器、２２は水晶発振子、２３は同期信号
回路、２４は信号処理回路、２５は水平走査回路用クロ
ックパルス発生回路、２６は分周回路、２７は位相・パ
ルス幅設定回路、２８は水平周波数駆動パルス発生回路
、２９は分周回路、３０はカウンタ回路、３１はデコー
ダ回路、３２は固体撮像装置、３３は動作制御回路、５
４は垂直周波数駆動パルス発生回路、３５は分周回路、
３６はカウンタ回路、３７はデコーダ回路、３８は動作
制御回路、３９は論理和回路、４０は動作制御回路、４
１はスイッチ回路、４２は基準周波数発振器、４６は水
晶発振子、４４はデコーダ回路、４５はアナログスイッ
チである。なお、その他の数字で示した部分は第１図と
同様の部分である。

次に１第５図に示した装置の動作を第６図の波形図を参
照して説明する。

基準周波数発振器２１は基準高周波信号ａを発生し同期
信号回路２５に供給する。このとき、基準高周波信号ａ
の周波数としては、既に説明したように、　ＮＴＳＣ方
式の撮像装置では１４．５１８朧に選ばれている。

同期信号回路２５は基準周波数号息から鍼テレビジ四ン
信号の生成に必要な各種の同期信号（水平・垂直同期信
号、クランプパルス、水平・垂直ブランキングパルス等
）ｂｔ作成し、これを信号処理回路２４に供給してテレ
ビジ譜ン信号の合成を行なわせる。

このような６糧の同期信号ｂｔ発生する同期信号回路２
３としては、　ＬＳＩとして種々のものが知られている
。

また、水平走査回路用クロックパルス発生回路２５に供
給された基準高周波信号１は、分周回路２６で１７２に
分周されて７１４ＭＨ２の信号となり。

位相・パルス幅設定回路２７で所定の位相関係を有し所
定のパルス幅をもったクロックパルスＣＰｘに整形され
、水平走査回路１に供給される。

ここまでは従来の装置と特に変りはない。

水平周波数駆動パルス発生回路２８の分周回路２９は分
周回路２６の出力信号をさらに分周し、入力パルスｖ、
ｘ、クロックパルスＣＰｙ＃ｃ要求されル位相、パルス
幅が得られるような出力信号Ｃを得る。

この出力信号Ｃをカウンタ回路、デコーダ回路３１を介
して水平走査回路１の入力パルスＶｓ　ｘ生成し固体撮
像素子５２に人力する。

前述の説明の如く、分周回路２９の出力信号Ｃから、カ
ウンタ回路３ｏ、デコーダ回路３１を介して、図示の例
では２相のクロックパルスｃＰｙおよびリセットパルス
ｄを生成する。このようなカウンタ回路３０およびデコ
ーダ回路５１は公知である。

またデコーダ回路５１において、上記リセットパルスｄ
と出力信号Ｃとの論理積をとり、水平走査回路入力パル
スｖ、ｘを得ることも公知のデジタルｌ絡技術で容易に
冥現できる。なお、図示の例ではクロックパルス０は２
相であるがより多相のクロックパルスでも容易に実現で
きる。

次に、上配り＋ットパルスｄを動作制御回路５３に入力
する。また同期回路２３から１水平期間の頭に出力され
る水平周波数の水平ドライブパルス即を動作制御回路５
３に入力する。なお通常重版されている同期回路ＬＳＩ
からは水平ドライブパルス通が容易に得られる。また図
示の例では、水平ドライブパルスＨＤヲ用いているが、
類似した信号であればこれに限らない。公知の技術で水
平ドライブパルスＨＤｋ類似した信号は容易に生成でき
るから、それを用いてもよい。

水平ドライブパルス冊およびリセットパルスｄとから動
作制御パルスｅを生成する回路が動作制御回路３ｓであ
る。分周回路２９、カウンタ回路５０は、動作制御パル
スｅが＠１″レベルの時動作し、°０”レベルの時停止
する６以上のような動作をする動作制御回路３５．分局
回路２９、およびカウンタ回路３０も公知の技術で容易
に構成し得る。

次に、垂直周波数態動パルス発生回路３４九ついて説明
する。分周回路３５は、分周回路２６の出力信号をさら
に分周し、入力パルスＶｓ、に要求される位相およびパ
ルス幅が得られるような出力信号ｆを得る。この出力信
号ｆｉカウンタ回路３６．デコーダ回路３７．論理和回
路５９を介して垂直走査回路２の入力パルスｖＳ、とし
て、第６図のｖ、１１のように１フイ一ルド期閣に整数
回、例えば２回、パルスを生成させて用いる。

この入力パルスＶｓ、を生成するためのデコーダ回路出
力３７の２つのパルスのうち１つのパルスを動作制御回
路３８に入力する。

また、同期回路２３から１垂直期間の１ｌｌＫ出力され
る垂直周波数の垂直ドライブパルスＶＤを動作制御回路
３８１Ｃ入力する。垂直ドライブパルスＶＤは先に説明
した水平ドライブパルスｍｌ同様市販され【いる同期回
路ＬＳＩから得られるが。

垂直ドライブパルスＶＤと類似した他のパルスを用いて
もよいことは水平ドライブパルス即の場合と同様である
。

基準周波数発振器ζは、第６図のｖＢＬＭＫ示す切換制
御パルスが“１″レベルの時Ｋ　Ｃ，ｙを十分高い周波
数に切り換えゐための回路であり、デコーダ回路４４を
介して通常時よりも十分に高い周波数の２相のクロック
パルスＣｐｙを生成し、スイッチ回路４１に入力する。

動作制御回路４０は、第６図のＶＢＬＭの切換制衛パル
スでもって通常の周波数と十分高い周波数のＣｐｙとを
切り換えるスイッチ回路４１を制御するものである。な
お、とのＶＢＬＭのパルスは、デコーダ回路３７の出力
から、容易に公知のデジタル技術によって実現できる。

−！た。上記■ＢＬＭのパルスで周波数の異なった第１
と第２のクロックパルスＣｐｙを切り換えることも公知
の技術で達成される。

こうして、第６図で示すような２相のＣ２，。

（ＣｐｌＭ、Ｃｐ２Ｍ）、および７８Ｍが得られるので
、固体撮像装置３２は、パルス波形■め）Ｍ　＋■ｏ（
２％、・・・”’　ｓ　ｖｏ（ｎ／２）Ｍ　　　ｏ（ｎ
／２＋１　）Ｍ　＋・・・・・・ｖｏ（ｎ）Ｍノ、■ 様に、ＶＢＬＭのパルスが存在していないときは通常の
周波数で駆動され、ＶＢＬＭが存在する期間では高い周
波数で駆動される。

なお、ここで言う高い周波数とは、ＶＢＬＭの期間が終
るまでに第１図に示した■。蜘）までのパルスが全てシ
フトされ出力されてしまうような周波数を意味する。

したがって、上記実施側圧よれば、第７図に示したよ５
ｋ、通常の周波数で駆動される部分の画像は鮮明に再生
され、高い周波数で駆動される部分は、真中の細い横線
となって見える。

この線の幅は、ＶＢＬＭを狭い区間忙設定し、それに合
わせてｖＢＬＭ期間のＣ２ｘの周波数を高くすれば、は
とんど目立たなくなる。

なお、以上の説明では、１フイ一ルド期間に（Ｖ、Ｍ）
が２個のパルスを含んでいる場合、すなわち画面の上半
分が二つ積み重なった第７図に示したような再生画面が
出力される場合につ〜・てであるが、１フイ一ルド期間
ＫＶ８Ｍ　カ２　個以上のパルスを含んでいても本発明
が適用できることは明らかである。

また、ＶＴＲにおいて、再生画面を静止させて観察する
スチル再生を行う場合は、第５図に示したアナログスイ
ッチ４５を設け、ビデオ信号民力端子４の信号を同期信
号回路２３からの１フレ一ム周波数のフレームパルスＦ
Ａで、このアナログスイッチ４５をオン・オフすればよ
く、画面フリッカは生じるが、より鮮明なスチル画面を
得ることができる。フレームパルスＦＡは、１フレ一ム
期間の１垂直走査期間の間、”１″レベルになっている
信号で、市販の同期信号ＬＳＩを用いて容易に構成でき
るし、また、任意のディジタル回路技術により、これと
類似のパルスを作成してもよい。

以上説明したように、本発明は、固体撮偉装ｆｌｌにお
いて、１垂直走査期間の最初と、１垂直走査期間の約半
分の期間後に、垂直走査駆動回路に入力パルスを与え、
該入力パルスを与える直前の走査期間とそれ以外の走査
期間とで垂直駆動用のクロックパルスを切り換えること
により、再生画面のぶれを低減することができるので、
スロー再生やスチル再生などの鮮明度を要求される再生
時には、とくに品質の良好な画面を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ハ）、＠は固体撮像装置のＷ、ＢＩ的構成とそ
の駆動パルスの波形を示す説明図、第２図は固体撮像装
置を構成する光電変換素子とスイッチング素子を説明す
るための断面図、第３図（４゜０は走査回路の一例を示
すブロック図とその動作波形図、第４図は従来技術によ
る撮偉出力の再生画面を説明するための概略説明図、第
５図は本発明の固体撮像装置の１実施例を示すブロック
図、第６図は第５図の動作説明用波形図。 第７図は本発明の固体撮像装置の出力の再生画面を説明
するための概略説明図である。 ２１・・・基準周波数発撮器 ２５・・・同期信号回路 ２４・・・信号処理回路 ２５・・・水平走査回路用クロックパルス発生回路３２
・・・固体撮像装置 ３４・・・垂直走査周波数駆動パルス発生回路４１・・
・スイッチ回路 ４５・・・アナログスイッチ 代理人弁理士　薄　１）利　、−〇、。 才１０ ！ η （Ｂ） 寸　２　口 才３回 （Ａ） （８） Ｄ オー４−図 （△）　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）第　′７　
図 ｉ５　　図 ２２ オ　６　図 ＢＬＭ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （り　　シフトレジスタからなる垂直走査駆動回路を備
   えた固体撮像装置において、水平走査周波数に等しい周
   波数の第１のクロックパルスとそれよりはるかに高い周
   波数の第２のクロックパルスとを発生する手段と、フィ
   ールド周波数の整数倍の周波数の切換制御パルスを発生
   する手段と、同じくフィールド周波数の整数倍の周波数
   を有し且つ上記切換制御）くルスの後縁部に同期した入
   力パルスを発生する手段とを設け、上記垂直走査駆動回
   路のシフトレジスタに上記入力パルスと上記第１のクロ
   ックパルスを供給して垂直走査を行なわせ、且つ上記切
   換制御パルスか存在する期間中だけ上記シフトレジスタ
   に供給されている第１のクロックパルスに代えて上記第
   ２のクロックパルスを供給すること忙より撮像装置の特
   定の部分だけを走査して画像信号の読取りを行なうよう
   に構成したことを特徴とする固体撮像装置。 （２、特許請求の範囲第１項において、上記撮像装置か
   ら読取った画像信号を一垂直走査期間ごとに抜出す手段
   を設けたことを特徴とする固体撮像装置。