JPS6089176A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、固体撮像装置に関し、特に水平方向に画素を
ずらして配列した撮像素子を用いて、高解像度化を行う
固体撮像装置に関するものである。

〔発明の背景〕

２次元ＭＯ８型ダイオードアレイ、２次元ＣＣＤ等の固
体撮像素子は、半導体集積回路技術の発達に伴って、す
でに実用の段階に入っている。しかし、解像度・感度を
はじめとして、固体撮像素子特有の問題であるプルーミ
ング、垂直スメア、固定パターン雑音等、特性の改善が
望まれている。

それらのうち、特に高解像度化については、従来、次の
ような方法が提案されている。

第１図は、従来提案されている高解像要化を行ったＭＯ
８型固体撮像素子の一例を示す図である。

第１図においては、偶数行目のフォトダイオード（例え
ば、８２−１　＋　８２−２　＋・・・・・・８２−、
　）が奇数行目のフォトダイオード（例えば、８１−１
　＋　８１−２　＋・・・・・・８１−）に対して水平
方向に１／２画素ピッチ分だけずれた配置となっており
、これによりすべての行が同列に配置された撮像素子の
画像に比べて高解像度化を図っている。

第１図のＭＯ８型固体撮像素子の動作を説明する。

垂直シフトレジスタ１から出力線２１　＋　２２　＋・
・・・・・２ｍに順次送出された走査パルスを、イオタ
レース回路３に加え、さらにインタレース回路３から奇
数フィールドに対して出力線４□と４□。

４３と４４．・・・・・・４２ｍ−１と４２□　の各２
本を１組として同時に出力パルスを送出する。同時に、
制御端子５厘にオン信号、５２にオフ信号をそれぞれ加
え、スイッチ６１＋　６３＋・・・・・・６２ニーｌを
オン状態にすると、例えば最初の水平走査期間では、第
１行目のＭＯＳ　）ランジスタフ１−１　＋　７１−２
　＋・・・・・・７１−１がすべてオン状態になる。こ
の結果、第１行目のフォトダイオード８１−１　＋　８
１−２　＋・・・・・・８．１により得られた光信号が
それぞれ垂直信号線９１＋９３　、・・・・・・９２ｍ
−１に移される。

一方、水平クロック入力端子１７．．１７２にクロック
・パルスＨ，，Ｊｈを加えることによって、水平シフト
レジスタ１０から出力線１１１゜１１２、・・・・・・
１１．に順次出力パルスが送出される。水平シフトレジ
スタ１０は、例えば第２図に示すようなＭＯ８ＦＥＴ２
４．２５による多段インバータで構成され、インバータ
の１段おきにクロック・パルスＨ１、Ｈ２によりオン状
態となるＭＯ３ＦＥＴ２２．２３が接続されている。第
３図は、第２図のシフトレジスタ１０の動作タイムチャ
ートである。入力パルスＨｒ　Ｎ　を加えて、クロック
・パルスＨ１とＨ２を交互に加えることにより、２段目
ととの出力端子からシフトパルス０ＵＴＩ。

０ＵＴ２がｊ順次出力される。

第１図において、水平シフトレジスタ１０から送出され
た出力パルスＯＵＴ　１　、　ＯＵＴ　２ｉｄ、同時に
２つの水平スイッチ・トランジスタ１２１と１２２．１
２３と１２４．・旧・・１２２゜−１と１２２＋＋を順
次オン状態にする。この結果、それぞれの水平スイッチ
・トランジスタ１２に接続された垂直信号線９上の信号
が、信号出力線１３．．１３２から出力される。ここで
、垂直信号線９１＋９３＋・・・・・・９２ゎ−１に接
続された水平スイッチ・トランジスタ１２．．１２３．
・・・・・・１２２−１は信号出力線１３ｓに接続され
ており、垂直信号線９２　＋　９４　＋・・・・・・９
２．に接続された水平スイッチ・トランジスタ１２２＊
　１２４１・・・・・・１２２ゎは信号出力線１３２に
接続されている。したがって、第１行目のフォトダイオ
ード８１−１　＋　８１−２　＋・・団・８１−１の信
号（■８）は、第４図（ａ）に示す時間関係で信号出力
線１３１から得られる。第３行目、第５行目・・団・等
の奇数フィールドにおいても、第４図（ａ）の時間関係
が成シ立つ。

次に、偶数フィールドにおいては、垂直シフトレジスタ
１から出力線２１　＋　２２　＃・・・・・・２ｍに順
次走査パルスを送出し、さらにインタレース回路３から
出力線４２と４．、．４．と４５．・・・・・・４２゜
と４＋１＋＋＋１の各２本ずつに同時に出力パルスを送
出する。この場合、インタレース回路３からの出力線４
の組み合わせは、奇数フィールドの組み合わせとずれた
２本ずつが選択される。このとき、制御端子５１にオフ
信号、５２にオン信号を加え、スイッチ’３２１６４１
・・・・・・６２ｍをオン状態にすると、例えば、最初
の水平走査期間には第２行目のフォトダイオード８２−
１　ｍ　８２−２　、・・・・・・８２−ユの光信号が
、それぞれ垂直信号線９２　＋　９４　＋・・・・・・
９２４に移される。この結果、水平スイッチ・トランジ
スタ１２２　＋　１２４　＋　１２ｓ　ｌ・・・・・・
ヱ２２゜のオン状態により、これらのトランジスタに接
続された垂直信号線９２＋９４＋・・・・・・９２．上
の信号が、信号出力線１３２から出力される。

このように、奇数フィールドの各水平走査期間には奇数
行目のフォトダイオード８の光信号Ｉ８１が信号出力線
１３．から得られ、偶数フィールドの各水平走査期間に
は偶数行目のフォトダイオード８の光信号Ｉｓ２が信号
出力線１３□がら得られる。信号出力線１３１１１３２
から得られた第４図（ａ）（ｂ）に示す信号Ｉｓｌ、Ｉ
ｓ□は、プリアンプ１４１＋　１４２を経た後、画素の
配置がずれた信号Ｉｓ２のみ水平シフトレジスタ１ｏの
クロック周期ｔｏの１／２だけディレィ回路１５で遅延
される。これによって、水平走査での時間的関係と空間
的位置関係は、第４図（Ｃ）の信号Ｉｇ２’のように補
正される。信号Ｉｓｓと工８２′を加算回路１６で加算
することにより、第４図（ｄ）に示す時間関係の信号Ｉ
ａｏが得られる。水平方向に１／２画素ピッチ分だけず
れた配置のフォトダイオードの信号は、第４図（ｄ）に
示すように、奇数フィールドと偶数フィールド間で垂直
方向と同じように水平方向にも互いに補間した信号とな
る。この結果、特に静止画においては、実際の２倍の水
平方向画素数を持った撮像素子の信号と近似したものが
得られ、高解像度化されたことになる。

しかし、第１図の固体撮像素子に用いられるディレィ回
路１５は、信号の周波数帯域内で遅延時間が正しく水平
クロック周期の１／２倍にされていること、および平坦
な利得特性を持っていることを必要条件としている。こ
のような条件を満たすディレィ回路部品は、一般に電子
部品としては高価なものであり、固体カメラのコスト低
減のためには取り除くことが望ましい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述のような従来の問題を解決し、デ
ィレィ回路を要しない、安価でかつ高解像度化された固
体撮像装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、第
１の水平方向画素列と、該水平方向画素列とは水平方向
に１７２画素ピッチ分ずれて配置された第２の水平方向
画素列とが、所定の周期で垂直方向に繰シ返し配列され
ている固体撮像素子において、上記第１の水平方向画素
列から信号を信号線群に移す第１のゲート列と、上記第
２の水平方向画素列から信号を上記信号線群に移す第２
のゲート列と、上記信号線群の信号を出力線に移す第３
のゲート列と、該第３のゲート列を上記第１の水平方向
画素列の走査時には第１の位相で開閉し、上記第２の水
平方向画素列の走立時には第２の位相で開閉する制御信
号発生手段とを具備することに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面により説明する。

第５図は、本発明の一実施例を示すＭＯ８型固体撮像素
子の構成図である。

第５図において、第１図と同じ記号は同一のものを表わ
している。第５図の各部の構成と動作は、第１図に示す
回路の構成、動作とほぼ同一であるが、次の点で異なっ
ている。すなわち、第５図では、水平シフトレジスタ１
ｏの水平クロック入力端子１７！と入力端子１９！の間
にゲート回路１８１を、水平クロック入力端子１７２と
入力端子１９２の間にゲート回路１８３を、水平クロッ
ク入力端子１７．と入力端子１９□の間にゲート回路１
８２を、また水平クロック入力端子１７２と入力端子１
９１の間にゲート回路１８４を、それぞれ挿入した点で
ある。

このとき、ゲート回路１８夏および１８３を制御する共
通の制御端子２０．には、制御端子５！への制御信号、
つまり奇数フィールドの走査出力をオン状態にする制御
信号が加えられ、またゲート回路１８２および１８４を
制御する共通の制御端子２０２には、制御端子５２への
制御信号、つまり偶数フィールドの走査出力をオン状態
にする制御信号が加えられる。この結果として、奇数フ
ィールド走査時には、ゲート回路１８１．１８３がオン
状態となり、ゲート回路１８□、１８４がオフ状態とな
るので、入力端子１９１に加えたクロック・パルスＨ１
が水平クロック入力端子１７里に加わり、また入力端子
１９２に加えたクロック・パルスＨ２が水平クロック入
力端子１７２に加わる。一方、偶数フィールド走査時に
は、ゲート回路１８２および１８４がオン状態、ゲート
回路１８１および１８３がオフ状態となるので、入力端
子１９１のクロック・パルスＨｚは水平クロック入力端
子１７２に加わり、また入力端子１９２のクロック・パ
ルスＨ２は水平クロック入力端子１７！に加わる。

第６図は、第５図における出力信号を示す模式第６図に
示すように、クロック・パルスＨ１とＨｚは、１／２周
期だけ位相がずれている。第１図においては、これらの
クロック・パルスＨ１ｌＨ２を交互に信号出力線１３里
と１３２に同時に加えることにより、第４図に示すよう
な同位相の信号１１１ｔ　ｈ　Ｉａｚが両信奇出力線１
３１　＊　１３２から得られたのである。この場合、後
から加えられるクロック・パルス（第１図でハハルスＨ
２）Ｋ同期して、信号出力線１３ｔ、１３２から信号が
得られる。

第５図の回路においては、第６図に示すように、奇数フ
ィールド時にはクロック・ノくルスＨ２がＨｚの後から
シフトレジスタ１０に加えられるので、信号出力線１３
１　より奇数行目のフォトダイオード８の信号Ｉｓ１’
が第６図（ａ）に示す時間関係で得られ、偶数フィール
ド時にはクロック・パルスＨ１がＨｚの後からシフトレ
ジスタ１０に加えられるので、信号出力線１３２より偶
数行目のフォトダイオード８の信号１１１２’が、第６
図（ｂ）に示す時間関係で得られる。信号出力線１３１
．１３２から得られた信号Ｉｓｔ’　＋　Ｌ＋ｚ’は、
プリアンプ１４１ｓ　１４ｇに加えられた後、その両川
力が加算回路１６で加算されて、第６図（Ｃ）に示す信
号Ｉ８０’　となる。この信号工８゜′は、第４図（ｄ
）に示す信号Ｉｓｏ、つまり第１図のディレィ回路１５
を通した信号と等しい。

第５図の回路では、ディレィ回路により時間補正が必要
な信号と、補正が不要な信号とを区別しなくてよいため
、信号出力線を２本に分離する必要がない。

第７図は、本発明の他の実施例を示すＭＯ８型固体撮像
素子の構成図である。

第７図の実施例において、第５図の実施例と異なる点は
、信号出力線１３　ｒ　＋　１３　＊を１本で兼用した
ことである。すなわち、奇数フィールド時における第６
図（ａ）の信号工８１′と、偶数フィールド時における
第６図（ｂ）の信号１１１２’とが、１本の信号出力線
１３で送られるので、プリアンプ１４０入力において第
６図（Ｃ）の信号Ｉ６Ｇ’が得られる。

第８図は、本発明に用いる水平シフトレジスタの他の実
施例を示す図であり、第９図は第８図の動作タイムチャ
ートである。

第５図、第７図に示すＭＯ８型固体撮像素子の水平シフ
トレジスタ１０は、２相の水平クロック・パルスＨＩ　
Ｉ　Ｈ２で駆動するものであるが、第８図に示すように
、１つの水平クロック・パルスＨｃで駆動させることも
可能である。すなわち、第８図の水平シフトレジスタは
、第９図に示すよウニ、水平クロック・パルスＨＣ７＞
ｉハイレベルからローレベルに変化する時点で、入力端
子ＨｘＮに加えられた走査パルスを順次転送していく。

第８図の水平シフトレジスタは、第２図と同じように、
ＭＯ８ＦＥＴ２４．２５による多段インバータから構成
され、それらの間に挿入された結合用ＭＯ８Ｆ　ＥＴ２
２．２３に対して、クロック・パルスＨｅおよびインバ
ータ２６．２７により反転されたクロック・パルス四が
交互に加えられる。これにより、シフトレジスタ１０か
らは、第９図に示すスイッチ用出力信号０ＵＴ１．０Ｕ
Ｔ２が出力される。

第１Ｏ図は、本発明のさらに他の実施例を示すＭＯ８型
固体撮像素子の構成図である。

第１０図においては、第８図に示す水平シフトレジスタ
を用いるために、第５図の一部を改造している。すなわ
ち、入力端子１９と水平クロック・パルス入力端子１７
の間にゲート回路１８！を接続するとともに、これと並
列に反転回路２１とゲート回路１８２を直列に接続する
。ここでは、ゲート回路１８１を制御端子５貫に加える
信号で制御し、ゲート回路１８２を制御端子５ｔに加え
る信号で制御し、ゲート回路１８２を制御端子５２に加
える信号で制御すれば、奇数フィールド時と偶数フィー
ルド時には、水平シフトレジスタ１０から得られる水平
クロック・パルスが水平クロック周期の１／２倍ずれた
関係となる。この結果、第５図に示す実施例と同じよう
に、信号出力線’３ｔ　＊　１３２から得られる信号は
、第６図（→（ｂ）に示すようになるので、ディレィ回
路を用いることなく、水平走査での時間関係と空間的位
置関係を一致させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、１ラインおきに
画素配列が水平方向に半画素ピッチだけずれた固体撮像
素子において、高価なディレィ回路を用いないため、固
体カメラの高解像度化を図ることができるとともに、コ
ストダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来、提案されているＭ　０８　’ＪＩＪ−固
体撮像素子の一例を示す図、第２図は第１図の水平シフ
トレジスタの一例を示す図、第３図は第２図の動作タイ
ムチャート、第４図は第１図における出力信号を示す模
式図、第５図、第７図および第１０図はそれぞれ本発明
の実施例を示すＭＯ８型固体撮像素子の構成図、第６図
は第５図の出力信号を示す模式図、第８図は本発明に用
いる水平シフトレジスタの他の例を示す図、第９図は第
８図の動作タイムチャートである。 １・・・垂直シフトレジスタ、３・・・インタレース回
路、６・・・スイッチ、７・・・垂直スイッチ・トラン
ジスタ、８・・・フォトダイオード、９・・・垂直信号
線、１０・・・水平シフトレジスタ、１２・・・水平ス
イッチ・トランジスタ、１３・・・信号出力線、１４・
・・プリアンプ、１５・・・ディレィ回路、１６・・・
加算回路、１８・・・ゲ第　１　図 ′ｆＪＺ図 第　３　図 Ｏｌ／ＴＺ 慕　４　図 ■　５　図 ■６図 １ 娼　７　図 石　３．図 ｙ　９　図 ＵＴＺ Ｚ　ｌｏ　図 廃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の水平方向画素列と、該水平方向画素列とは水
   平方向に１７２画素ピッチ分ずれて配置された第２の水
   平方向画素列とが、所定の周期で垂直方向に繰シ返し配
   列されている固体撮像素子において、上記第１の水平方
   向画素列から信号を信号線群に移す第１のゲート列と、
   上記第２の水平方向画素列から信号を上記信号線群に移
   す第２のゲート列と、上記信号線群の信号を出力線に移
   す第３のゲート列と、該第３のゲート列を上記第１の水
   平方向画素列の走査時には第１の位相で開閉し、上記第
   ２の水平方向画素列の走査時には第２の位相で開閉する
   制御信号発生手段とを具備することを特徴とする固体撮
   像装置。 ２、前記出力線は、第１の水平方向画素列の信号と、第
   ２の水平方向画素列の信号を独立して転送する２本の信
   号線からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の固体撮像装置。 ３、前記出力線は、第１の水平方向画素列の信号と第２
   の水平方向画素列の信号を同一信号線で転送することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。 ４、前記制御信号発生手段は、第３のゲート列を第１の
   位相で順次開閉する第１の制御手段、第２の位相で順次
   開閉する第２の制御手段、第１のゲート列と上記第１の
   制御手段および第２のゲート列と上記第２の制御手段を
   それぞれ同時に制御する手段を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の固体
   撮像装置。