JPS61179679A - 電荷転送型固体撮像装置 - 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】 １１欠！ 本発明は固体撮像装置、とくに２フイールドｌフレーム
の飛越し走査方式にて映像信号を田方する電荷転送型固
体撮像装置に関する。

１１盈ま たとえば、いわゆるインタライン転送型固体撮像デバイ
スは、その受光面に行列状に配列された各受光セルで発
生した光キャリアを電荷結合デバイス（ｃａｎ）構造の
垂直転送路に移して垂直方向に転送し１次に、やはり０
０口構造の水平転送路に順次移して水平方向に転送し、
これを映像信号として田方する。

たとえばＮＴＳＣなどの通常の標準テレビジョン方式で
は％　２フイールド１フレームの飛越し走査方式にてラ
スク走査の映像信号が構成されている。

そこでインタライン転送型固体撮像デバイスを通常の標
準テレビジ曹ン方式に適用する場合、いわゆるフレーム
蓄積方式とフィールド蓄積方式が適用可能である。

たとえば、インタライン転送方式にフレーム蓄積方式を
適用すると、１／３０秒のフレーム期間において受光セ
ルで受光し発生した光電荷が垂直転送路に移される。ま
たフィールド蓄積方式の場合は、　１／８０秒のフィー
ルド期間において受光セルで受光し発生した光電荷が垂
直転送路に移される。

そこで飛越し走査方式をとる場合、フレーム蓄積方式で
は各フィールドごとに奇数の水平走査行と偶数の水平走
査行の映像信号を交互に読み出している。つまりこの方
式による映像信号には、ＡフィールドとＢフィールドで
は同じ画像の異なった部分が含まれているので、フィー
ルドフリッカ雑音が含まれることになる。これはとくに
、動きの激しい画像の映像信号を静止画として再生する
場合に著しい。

またフィールド蓄積方式では、各フィールドごとに奇数
行と偶数行の映像信号を交互に加算して読み出している
。この加算の仕方は、一方のフィールドではｎ行とｎ＋
１行の和をとり、他方のフィールドではｎ−１行とｎ行
の和をとっている。

したがって、隣接する水平行の間で画情報が平均化され
るため、画像の垂直方向の解像度が低いという欠点があ
る。

目　　　的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、フィール
ドフリッカＩＩ音が少なく、しかも比較的高い解像度が
維持される電荷転送型固体撮像装置を提供することを目
的とする。

１１立皿ｊ 本発明によれば、複数の受光セルが行列状に配列された
受光セルアレイを有する固体撮像デバイスと、固体撮像
デバイスをクロック駆動して飛越し走査された２つのフ
ィールドの映像信号を出力させる第１の制御手段とを含
む電荷転送型固体撮像装置において、固体撮像デバイス
は、１水平行の受光セルで発生した電荷を順次量は電荷
を画素ごとに２つに分離する電荷分離手段と１分離され
た電荷のうちの一方を排出する電荷排出手段と。

第１の制御手段に応動し１分離手段から電荷を受けてｌ
水平行の映像信号を順次形成し、出力する出力手段とを
含み、固体撮像装置は、電荷分離手段および電荷排出手
段を制御する第２の制御手段を含み、Ｔ！ＪＪｌの制御
手段は、クロック駆動によって順次受光セルから電荷分
離手段に電荷を転送させ、これとともに第２の制御手段
は、電荷分離手段および電荷排出手段を制御して、飛越
し走査された２つのフィールドのうち一方のフィールド
では、奇数番目の水平行の受光セルで発生した電荷は出
力手段に転送させ、奇数番目の水平行に隣接する偶数番
目の水平行の電荷のうち分離された一方を電荷排出手段
によって排出させ、これによって出力手段は、前記奇数
番目の水平行の受光セルからの電荷に前記偶数番目の水
平行の受光セルからの電荷を重み付け加算して奇数番目
の水平行の映像信号を形成し、他方のフィールドでは、
偶数番目の水平行の受゛光セルで発生した電荷は出力手
段に転送させ、偶数番目の水平行に隣接する奇数番目の
水平行の電荷のうち分離された一方を電荷排出手段によ
って排出させ、これによって出力手段は、前記偶数番目
の水平行の受光セルからの電荷に前記奇数番目の水平行
の受光セルからの電荷を重み付け加算して偶数番目の水
平行の映像信号を形成する。

及１鼠立盈」 次に添付図面を参照して本発明による電荷転送型固体撮
像装置の実施例を詳細に説明する。

第１図を参照すると、本実施例における固体撮像デバイ
ス１００は電荷結合型固体撮像デバイスであり、本発明
を理解しやすいようにその電荷転送領域が概念的に示さ
れている。したがって、本発明の理解に直接関係ない一
部の転送ゲートなどの電極は図示を省略しである。

固体撮像デバイス１００は、半導体チップ１００の主表
面に多数の受光セル１０４が行列状に配列され、Ｎ水平
行、Ｍ垂直列の受光セルアレイ１０Ｂを構成している。

ただしＭ、　Ｎは自然数である。受光セル１０４は００
口構造をとり、アレイ１０８に入射する光に応じた光電
荷を発生し、一時蓄積する機能を有する。同図では図の
複雑化を避けるため、左から第１列、第２列および第Ｍ
列と、第１行、第８行、および第３行を中心とした前後
の２行のセル１０４シか示されていない、ただしｎはＮ
ｉ：、ｆｆｌえない自然数である。

各垂直列の左側には、ＣＣＤ構造の垂直転送路（ＶＣＣ
Ｄ）１０８　カ配’ｆＺサレ、コレハ、受光セル１０４
トの間に配設された転送ゲート（図示せず）の制御によ
り、受光セル１０４の光電荷を受は取って垂直方向、本
実施例では同図の下方に転送するａｍ！能を有する。

これらの転送ゲートの制御や、垂直転送路１０８の駆動
は、デバイス１００に接続された転送制御回路２００か
ら供給されるゲート駆動信号、および多相の転送りロッ
クによって行なわれる。そのための制御タイミングは、
転送制御回路２００に接続された基準発振器２０２から
供給される基準クロックから転送制御回路２００で形成
される。

図かられかるように垂直転送路１０８の下端は電荷分雌
部１１０に接続され、分離部１１０は２つの転送路すな
わち岐路１１２および１１４を有する０両岐路１１２お
よび１１４の下端は、やはりＣＯＤ構造の水平転送路（
Ｈ（ＣＤ）　１１Ｂに接＃！されている。岐路１１４は
１図示のようにその中間に分岐路１１８が設けられ、こ
れに対峠して掃出しドレーン１２０が配設されている。

分岐路ｌ１８と掃出しドレーン１２０の間には掃出しゲ
ート１２２がチップ１０２の上に配設され、これによっ
て分岐路１１８から掃出しドレーン１２２への電荷の掃
出しないしは排出が制御される。また。

岐路１１４の下端と水平転送路１１Ｂの間には接続ゲー
ト１２４がチップ１０２の上に配設され、これによって
岐路１１４から水平転送路１１Ｂへの電荷の転送が制御
される。

２つのゲート１２２および１２４はゲート制御回路２０
４にて制御される。ゲート制御回路２０４は、転送制御
回路２００と同期して２つのゲート１２２および１２４
を交互に、それぞれ制御線２０Ｂおよび２０８を通して
付勢する。これについては後に詳述する。

水平転送路１１６は、各垂直列の電荷分離部１１０から
順次転送された電荷を受け、水平方向、本実施例では同
図の右方に順次転送するＣＯＤである。

その転送動作は転送制御回路２００によって制御され、
順次転送された電荷は、出力部から前置増幅器２１０を
通して出力端子２１２に映像信号として出力される。

ところで周知のように、単一の電荷転送路から複数の分
岐路に分岐される電荷の量は、分岐路の容量に比例する
。この容量は、　ＭＯＳ構造の分岐路を構成する空乏層
の材料の不純物濃度、その上の絶縁層の厚さ、さらにそ
の上の電極層に印加する電圧に依存する。したがって、
複数の分岐路についてこれらが同じであれば、各分岐路
に分岐される電荷の量は、その分岐路の断面積に依存す
る。

形成される空乏層の深さが同じてあれば、その幾何字的
輻に比例する。

本実施例では、デバイス１００を設計する際、岐路１１
４の＠旧と岐路１１Ｂの幅誓２を制御して垂直転送路か
ら岐路１１４および１１［１へそれぞれ分岐される電荷
の比を調整している。つまり、ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）の
値、すなわち電荷分離比の値をＷとすれば、垂直転送路
１０８を転送されてきた電荷のＷ倍の量のＦＬ荷が岐路
１１４に分岐される。勿論Ｗは、電荷分離部１１０の設
計によって０から１までの値をとり得る。

ゲート制御回路２０４は、第４図に示すような真理値表
に従って制Ｗ線２０６および２０８を付勢する。転送制
御回路２００は、本実施例では相続くＡフィールドとＢ
フィールドとで飛越し走査を行ない、受光セルアレイ１
０６の各受光セル１０４および垂直転送路１０８を駆動
する。

より詳細には、まずＡフィールドの期間にて各受光セル
１０４の蓄積電荷が各垂直転送路１０８に移される。こ
れがその受光セル１０４に対応する画素の１２像信号、
すなわち画素信号となる。垂直転送路１０８に移された
電荷は、各水平行ごとに一斉に下方に順次シフトされ、
電荷分離部１１０に入力される。この転送動作に同期し
てゲート制御部２０４は、第４図にＡフィールドについ
て示すように制御線２０Ｂおよび２０８を付勢してゲー
ト１２２および１２４の開閉を行なう、より詳細には、
転送制御回路２００が垂直転送路１０８をクロック駆動
してその電荷を順次電荷分離部１１０に移送する。転送
制御回路２００は、分離部１１Ｇに転送された電荷がど
の行に属するものであるかを行数カウンタによって計数
している。

そこで、第２図（Ａ）　（Ｂ）およびＣＧ）に示すよう
に、偶数番目の水平行の電荷が垂直転送路１０８から分
離部１１０に転送されると、ゲート制御回路２０４は転
送制御回路２００からの信号に基づき、その電荷が偶数
行に属するものであることを識別し、制御９２０Ｂを付
勢して制御縁２０８は付勢しないでおく、シたがって、
ゲー）　１２２が開放され、ゲート１２４は閉成したま
まである。そこで岐路１１４に分岐された電荷は、掃出
しドレーン１２０に転送されて排出される。

同様にして、奇数番目の水平行の電荷が分離部１１０に
転送されると、ゲート制御回路２０４は制御縁２０Ｂは
付勢しないで制御線２０８を付勢する。したがって、ゲ
ー）　１２２が閉成されたままゲート１２４が開放され
る。そこで岐路１１４に分岐された電荷は、岐路１１２
の電荷とともにすべて水平転送路１１Ｂに転送され、一
時蓄積される。これかられかるように、偶数行の電荷の
量は奇数行の電荷の量の（ｌ−り倍である。

ところで第２図ＣＤ）に期間丁１で示すように６電荷分
離部１１０から水平転送路１１６に電荷が転送される際
、転送制御回路２００の制御により、隣接する２水平行
ずつ和をとられる。つまり、Ａフィールドでは、前述の
ようにしてまず偶数行の電荷が水平転送路１１Ｂに転送
され、一時蓄積される０次に、これに続く奇数行の電荷
が水平転送路１１Ｂに転送され、一時蓄積される。これ
によって、後者の電荷は前者の電荷に、１０ｊｉ［され
る。

そこで、このように水平転送路１１Ｂにおいて２行の和
をとられた電荷は、次の水平転送期間〒２において出力
２１４の方向に順次転送され、Ａフィールドにおけるそ
の奇数行の映像信号として出力される。前述のように偶
数行の電荷の量は奇数行のそれの（１−ｗ）倍であるか
ら、こうして出力される奇数行のＰ２２像信は、その奇
数行の１２像信号に、その直上の偶数行の映像信号が（
１−ｗ）の重みで加算されて含まれていることになる。

こうしてＡフィールドのすべての水平行の電荷について
同様の重み付け加算操作が行なわれて奇数行のＰＩｌ像
信号が形成され、出力２１２から順次出力される。

これに続くＢフィールドでは、第３図に示すように、第
４図のＢフィールドについて示す論理に従ってＡフィー
ルドの場合と同様の操作が行なわれる。すなわち、奇数
行の電荷は岐路１１２のもののみが水平転送路１１Ｂに
転送され、これに続く偶数行の電荷は岐路１１２および
１１４の両方から水平転送路１１Ｂに転送される。した
がって、奇数行の電荷のうち岐路１１４に転送されたも
のが掃出しドレーン１２０に転送されて排出されるので
、奇数行の電荷の量は偶数行のそれの（１−ｗ）倍とな
る。そこで、こうして出力されるＢフィールドの偶数行
の映像信号は、その偶数行の映像信号に、その直上の奇
数行の映像信号が（１−ｗ）の重みで加算されて含まれ
ていることになる。このようにしてＢフィールドのすべ
ての水平行の電荷について同様の重み付け加算操作が行
なわれて偶数行の２像信号が形成され、出力２１２から
順次出力される。

通常のフィールド蓄積方式では、相続く２行の各画素に
おける電荷の和は垂直転送路でとられる。しかし本実施
例では、垂直転送路１０８では和をとらず、電荷分離部
１１０で２行ずつの信号について画素ごとにｌ：Ｗの比
で電荷量を調整してから水平転送部１１Ｂで２行分の画
素対応の和をとっている。

これかられかるように、分離比ＷをＯとした場合は岐路
１１４により電荷分離を全く行なわないことを意味し、
通常のフィールド蓄積方式でデバイス１００を扱うこと
ができる。したがって解像度が低いがフリッカ雑音が少
ない、またＷを１とした場合は、１行おきに信号を掃出
しドレーン１２０か瓜ナベー１−棲出ナスごシル音吐瞥
　通當小フし一ノ、蓄積と同じように扱うことができる
。したがって解像度が高いがフリッカ雑音が多い。この
場合は蓄積時間が１７６０秒であるが、通常のフレーム
蓄積では蓄積時間がｌ／３０秒である点が異なる。

この分離比Ｗを０から１の範囲で変化させた場合の撮像
デバイス１００の特性を第５図〜第７図に示す、これか
られかるように、分離比Ｗが、たとえば（１２程度から
０．８程度の範囲であれば、解像度が適度に高く、フリ
ッカ雑音が適度に低い、したがって、両者を考慮した総
合特性指数は、この範囲においてピークを有し、そのほ
ぼ中央で最良となる。つまり、分離比Ｗをこの範囲に設
定して固体撮像デバイス１００を設計することによって
、解像度とフリッカ雑音についてバランスのとれたデバ
イスが得られる。

なお、ここで説明した実施例は本発明を説明するための
ものであって、本発明は必ずしもこれに限定されるもの
ではなく、本発明の精神を逸脱することなく当業者が可
能な変形および修正は本発明の範囲に含まれる。たとえ
ば上述の実施例はインタライン転送型のものであるが、
フレーム転送型のＣＣＤ撮像デバイスにも、１対の水平
行の映像信号のうちの一方を重みを付けて他方に加算し
他方の行の映像信号とする操作をフィールドごとに交互
に切り換えて行なうことで、本発明が有利に適用される
。

効果 本発明によればこのように、飛越し走査された２つのフ
ィールドのうち一方のフィールドでは奇数行の映像信号
に偶数行の映像信号を重み付け加算して奇数行の映像信
号を形成し、他方のフィールドでは偶数行の映像信号に
奇数行の映像信号を重み付け加算して偶数行の映像信号
としている。

したがって、いずれのフィールドの映像信号も残りのフ
ィールドの１２像信号を所定の重みで含むので、解像度
とフリッカ雑音の双方についてバランスのとれたＢ！２
像が再生される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電荷転送型固体撮像装置の実施
例を概念的に示す概略ブロック図。 第２図および第３図は、第１図に示す実施例のそれぞれ
ＡフィールドとＢフィールドにおける動作を説明するた
めのタイミング図、 第４図は、第１図に示すゲート制御回路の動作論理の真
理値表を示す図。 ！＠５図ないし第７図は、第１図に示す実施例における
電荷分離部の電荷分離比Ｗを０から１の範囲で変化させ
た場合の撮像デバイスの特性を示す特性図である。 部　の符号の説 １００１．、電荷結合型固体撮像デバイス１０４、　、
。受光セル １０８、、、受光セルアレイ １０８、、、垂直転送路 １１０、、、電荷分離部 １１２．１１４．岐　路 １１Ｂ、、、水平転送路 １２００．、掃出しドレーン １２２、、、掃出しゲート １２４、、、接続ゲート ２００、、、転送制御回路 ２０４゜８．ゲート制御回路 特許出願人　富士写真フィルム株式会社第２図 （Ａ）ＶＣＣＤＩ０８　　、ｙｐ、　ｇ７．　　　　　
＠Ｉｆ　冒（Ｂ）チ）　＋２２−一几一一−−−−−−
−−−」シー−（Ａ）ｖｃｃｏ“０°　截薊　　　　３
出。呵。 （Ｂ）ケ゛−）１２２　−［］］エーーーーーーー］−
（Ｃ）ケ゛−目２４　−一一一一一一一一「し−ｍ−＋
＋＋　　＋＋＋＋−一一一一一一一二「シー−ＴＩ　　
　　　　　　　　　　　　　　　Ｔｌ第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の受光セルが行列状に配列された受光セルアレ
   イを有する固体撮像デバイスと、 該固体撮像デバイスをクロック駆動して飛越し走査され
   た２つのフィールドの映像信号を出力させる第１の制御
   手段とを含む電荷転送型固体撮像装置において、 前記固体撮像デバイスは、 １水平行の受光セルで発生した電荷を順次受け、該電荷
   を画素ごとに２つに分離する電荷分離手段と、 該分離された電荷のうちの一方を排出する電荷排出手段
   と、 第１の制御手段に応動し、前記分離手段から電荷を受け
   て１水平行の映像信号を順次形成し、出力する出力手段
   とを含み、 該固体撮像装置は、前記電荷分離手段および電荷排出手
   段を制御する第２の制御手段を含み、第１の制御手段は
   、クロック駆動によって順次前記受光セルから前記電荷
   分離手段に電荷を転送させ、 これとともに第２の制御手段は、前記電荷分離手段およ
   び電荷排出手段を制御して、 前記飛越し走査された２つのフィールドのうち一方のフ
   ィールドでは、奇数番目の水平行の受光セルで発生した
   電荷は前記出力手段に転送させ、該奇数番目の水平行に
   隣接する偶数番目の水平行の電荷のうち前記分離された
   一方を前記電荷排出手段によって排出させ、これによっ
   て前記出力手段は、前記奇数番目の水平行の受光セルか
   らの電荷に前記偶数番目の水平行の受光セルからの電荷
   を重み付け加算して奇数番目の水平行の映像信号を形成
   し、 他方のフィールドでは、偶数番目の水平行の受光セルで
   発生した電荷は前記出力手段に転送させ、該偶数番目の
   水平行に隣接する奇数番目の水平行の電荷のうち前記分
   離された一方を前記電荷排出手段によって排出させ、こ
   れによって前記出力手段は、前記偶数番目の水平行の受
   光セルからの電荷に前記奇数番目の水平行の受光セルか
   らの電荷を重み付け加算して偶数番目の水平行の映像信
   号を形成することを特徴とする電荷転送型固体撮像装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、 前記固体撮像デバイスは、第１の制御手段に応動して前
   記受光セルからインタラインにて前記電荷分離手段に電
   荷を転送する垂直転送手段を含み、 前記出力手段は、該電荷分離手段の出力端に配設され第
   １の制御手段に応動してｌ水平行の画素の電荷を順次転
   送する水平転送手段を含み、前記加算は該水平転送手段
   にて行なわれることを特徴とする電荷転送型固体撮像装
   置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の装置において、 前記電荷分離手段は、前記垂直転送手段から受けた電荷
   の一部を転送する第１の転送路と、残りの電荷を分離し
   て転送する第２の転送路とを含み、 第１の転送路の出力端は前記水平転送手段に接続され、 第２の転送路は、前記水平転送手段に接続される第１の
   出力端と、前記電荷排出手段に接続される第２の出力端
   とを有し、 前記電荷分離手段は、第１の出力端と該水平転送手段と
   の間に配設された第１のゲート手段と、第２の出力端と
   該電荷排出手段との間に配設された第２のゲート手段と
   を含み、 第２の制御手段は、第１および第２のゲート手段を開閉
   することによって、前記電荷排出手段による排出および
   水平転送手段への転送を制御することを特徴とする電荷
   転送型固体撮像装置。 ４、特許請求の範囲第３項記載の装置において、第１の
   転送路と第２の転送路に分離される電荷の量の比は、両
   転送路の幅に依存することを特徴とする電荷転送型固体
   撮像装置。