JPS6118917B2 - - Google Patents

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JPS6118917B2
JPS6118917B2 JP51145117A JP14511776A JPS6118917B2 JP S6118917 B2 JPS6118917 B2 JP S6118917B2 JP 51145117 A JP51145117 A JP 51145117A JP 14511776 A JP14511776 A JP 14511776A JP S6118917 B2 JPS6118917 B2 JP S6118917B2
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JP51145117A
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Hiroshi Yamazaki
Naryuki Ochi
Seisuke Yamanaka
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Sony Corp
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Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPS5383425A publication Critical patent/JPS5383425A/ja
Publication of JPS6118917B2 publication Critical patent/JPS6118917B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はCCD、BBDなどの半導体素子を固体
撮像体として使用した固体撮像装置に関する。
CCDを用いた固体撮像体にあつて被写体に対
応して得たキヤリヤの転送方式のうちにインター
ライントランスフア方式がある。この転送方式を
とるCCD10は第1図で示すように垂直方向
(図では縦方向)に一列に配列形成された複数の
絵素1に対し、夫々1本の垂直シフトレジスタ2
が設けられており、夫々の垂直レジスタ2からの
キヤリヤは水平シフトレジスタ3に1H分づつ送
られ、1H分の情報が端子7より読出されるよう
に構成されている。図中、矢印はキヤリヤの転送
方向を示す。これは、鏡像がCCD上に投影され
る場合であり、正像の場合は、左右反転のCCD
を用いればよい。
キヤリヤを対応する絵素1に誘起させる撮像パ
ルスPSは端子4に供給され、垂直シフトレジス
タ2には端子5を通じて例えば2相の転送パルス
V(PV1,PV2)が供給される。水平シフトレ
ジスタ3には2相のクロツクパルス(サンプリン
グパルス)PHが供給される。6はその供給端子
である。
水平シフトレジスタ3に加えられるクロツクパ
ルスのPHの周波数は、通常4.5MHzかそれ以上
に選ばれているが、このような周波数ではなく標
準方式の色副搬送波周波数、例えば我が国テレビ
ジヨン放送の標準方式であるNTSC方式のカラー
映像信号の色副搬送波周波数に選定した場合に
は、クロツク周波数を色副搬送波周波数に変換す
る必要がないのでカメラ出力をNTSC方式の信号
に変換する際の信号処理回路が簡単になる。しか
し、このようにクロツク周波数を色副搬送波周波
数に設定した場合には次のような問題が惹起す
る。
NTSC方式では周知のように同一フイールド内
でライン毎に色副搬送波周波数fSの位相が反転
し、同一フレーム内でフイールド毎に位相が反転
し、2フレーム間でフレーム毎に位相が反転する
から、結局4フイールドで位相が元に戻ることに
なる。従つて、第1フイールド目の位相の目印を
「〇」で示し、以後第2〜第4フイールド目の各
位相の目印を〓、「□」、〓のようにあらわせば、
色副搬送波周波数fSの位相関係は第2図で示す
ようになる。τSはfSの繰返しピツチである。
CCD10は水平方向における絵素1の配列ピ
ツチをτHに選んだ場合、絵素1と色副搬送波周
波数fSの位相関係は第3図のようになる。絵素
1が全く存在しない垂直シフトレジスタ2からは
信号の読出しを行なうことができないから、垂直
シフトレジスタ2上の絵素に対応した信号は、こ
のレジスタ2の左右に存在する本来の絵素1で得
た信号を1/2τHに相当する時間だけシフトさせた
ものを使用する必要がある。そのため、色副搬送
波周波数fSの位相通りに信号を読出すには、必
ず位相調整回路を設けねばならないので、又、位
相調整用のスイツチング信号形成回路も必要とす
るから、回路構成が複雑になつて、クロツク周波
数を色副搬送波周波数に選定したメリツトを充分
生かすことができない。
位相補正して、正規な位相に合致させても、本
来の絵素を1/2γHだけ移動させる関係上、像の位
置ずれは補正し得ない。ここで、従来は第4図で
示すように、2フイールドの期間内にすべての絵
素1に蓄えられた信号を読出し、CCD出力とし
ている。これに対し、色副搬送波周波数の位相通
りに信号の読出しを行なえば、上述の欠点を一掃
できることが判つた。
本発明はこのような特殊な信号の読出しが行な
われる装置において、上述した信号読出しを構成
簡単にして達成したものである。
以下図面を参照して本発明装置を詳細に説明し
よう。本発明においては第5図に示したような信
号読出しを達成するため、すなわちそのフイール
ドによつて読出すべき絵素を特定するため、複数
の絵素が第1の絵素群と第2の絵素群とに分割さ
れ、第1の絵素群は後述するところにより明らか
なように4フイールドのうち所望とする2フイー
ルドにおいて使用される絵素に選定される。従つ
て残りの2フイールドにおいて使用される絵素が
第2の絵素群に相当する。
NTSC方式においては第6図で示すように第1
及び第2フイールド目に読出すべき絵素(斜線図
示)と、第3及び第4フイールド目に読出すべき
絵素(無印)とに分割され、夫々に所望とする撮
像パルスPS1,PS2(後述する)が供給される。
この特殊な信号読出しを行なうCCD10の構
成を第7図以下を参照して説明するも、第7図は
CCD10の平面的な構成図、第8図以下第11
図まではCCD10の各部の断面図を示す。第7
図において、S1〜S4は絵素を示し、添字「1」〜
「4」はフイールドを示す。垂直方向に配列形成
された一列の絵素群について考察すれば、これら
は信号の転送方向に向つて第1から第4フイール
ド目に対応する絵素が4フイールドを単位周期と
して順次配列され、絵素と絵素との間は斜線図示
のチヤンネルストツパ11が形成される。チヤン
ネルストツパ11は絵素の四周をほぼ囲繞する如
く形成され、垂直方向に延びるチヤンネルストツ
パ11と絵素1との間にはオーバーフロードレイ
ン12が形成される。GDはこのオーバーフロー
ドレイン12に対するコントロールゲートであ
る。
垂直方向に延びるこれら一列の絵素群に対し、
一本の垂直シフトレジスタ2が設けられている。
このレジスタ2は2相の転送パルスPV1,PV2
て駆動されるため、2相用の電極φV1,φV2が形
成される。これら電極φV1,φV2は夫々キヤリヤ
転送時における方向づけをなすため第9図で示す
ように半導体基体13の上面13aに形成された
SiO2等の絶縁層14の厚みを変え、ポテンシヤ
ル15の深さ(実線図示)を異ならせてバリヤを
形成し、厚みの薄い絶縁層14の直下にポテンシ
ヤルのウエル15aが形成されるようにしてい
る。従つて、以後厚みの薄い絶縁層14に設けら
れた電極をストレージ電極とし、φV1(S),φV
(S)で表わす。同様に厚みの厚い絶縁層14
に対応する電極をトランスフア電極とし、φV1
(T),φV2(T)で表わす。
絵素1と夫々のストレージ電極φV1(S),φV
(S)との間には絵素1のキヤリヤをポテンシ
ヤルウエル15aに移すためのゲートφGが設け
られるも、このゲートφSは第8図で示すように
ストレージ電極φV1(S),φV2(S)の一部で
あつて、SiO2層14の厚みだけが異なる。
本発明では絵素1に対して設けられる撮像パル
ス供給用の電極φSが第6図で示したように2つ
に分割され、夫々に所望とする撮像パルスPS1
S2が供給される。すなわち、第1及び第2フイ
ールド目で夫々用いられる絵素S1及びS2(第1の
絵素群)に対し、第1の電極φS1が共通に設けら
れ、同様に第3及び第4フイールドでの絵素S3
びS4(第2の絵素群)に対し第2の電極φS2が設
けられる。これら電極φS1,φS2は夫々の絵素の
領域及びオーバーフロードレイン12の各ゲート
Dをおおうように形成される。なお、電極φS
,φS2はいずれも透明電極が使用されるもので
ある。
ここで、このCCD10は印加電圧が“1”か
ら“0”に変わることによつてポテンシヤルウエ
ルは浅くなるものとする。絵素1及び垂直シフト
レジスタ2には第12図A〜Dに示すパルスが供
給される。第1及び第2の電極φS1,φS2に供給
される撮像パルスPSは従来と同様被写体の光情
報に応じたキヤリヤを誘起させるための蓄積パル
スPSCとこのキヤリヤをレジスタ2に転送するた
めのパルス(以下ゲートパルスという)PSTとか
らなり、4フイールド(4V)を単位周期とす
る。
第1の電極φS1に供給される第1の撮像パルス
S1は第12図Aで示すように第1及び第2フイ
ールド目の各垂直ブランキング期間(V・
BLK)にゲートパルスPSTを有する。これに対
して、第2の電極φS2に供給される第2の撮像パ
ルスPS2は第3及び第4フイールド目にゲートパ
ルスPSTを有する。
一方、各垂直レジスタ2に供給される第1及び
第2の転送パルスPV1,PV2(PV2V1)は第
12図C及びDに夫々示すようにフイールド毎に
その位相が反転するパルスが用いられる。
次にこのようなパルスによるCCD10の読出
動作について第8図及び第9図を参照して説明す
るも、本例では第1フイールド目(第12図1の
期間)の信号読出し動作を述べる。ほぼ1垂直期
間に相当する蓄積期間、CCD10のポテンシヤ
ルは第8図実線で示すようなポテンシヤルとなつ
ているので、被写体像に応じて対応する絵素にキ
ヤリヤが誘起される。ただし、この蓄積期間中、
垂直転送のため、転送パルスPV1,PV2は交互に
印加電圧“1”、“0”が加えられるが、簡単化の
ため第8図は電極φV1直下のポテンシヤルウエル
が深い場合のみを示している。第1の撮像パルス
S1が印加された絵素S1,S2のキヤリヤは蓄積期
間に続く転送期間で垂直シフトレジスタ2に転送
される。ここで、レジスタ2に形成された電極φ
V1,φV2には位相が反転した転送パルスPV1,P
V2が夫々供給されているので、その位相関係を例
えば第12図C及びDの如く選定すれば、転送パ
ルスPV1,PV2の電位関係によつて転送期間中電
極φV1直下のポテンシヤルウエルのみ深くなる。
すなわち、レジスタ2のポテンシヤル関係は第9
図実線図示の如くなるから絵素S1におけるキヤリ
ヤだけがレジスタ2にゲートφGを通じて転送れ
る。従つて、絵素S2に誘起されたキヤリヤは転送
されない。
転送期間が終了したのちは、レジスタ2に第1
2図で示すように1Hを周期とする転送パルスPV
,PV2が供給されるので、水平ブランキング期
間を利用して従来装置と同様キヤリヤは水平シフ
トレジスタ3側に転送される。転送時のポテンシ
ヤル関係は第9図に示す通りである。
水平シフトレジスタ3にパラレル転送されたキ
ヤリヤはこのレジスタ3に印加されるクロツクパ
ルスPHにて1絵素づつ順次読出される。クロツ
クパルスPHの周波数は上述したように色副搬送
波周波数に選ばれている。
転送パルスPV1,PV2は1V毎に位相が反転する
ので、第2フイールド目に至ると、今度は他方の
転送パルスPV2によつて電極φV2直下のポテンシ
ヤルのみ深くなり、その結果絵素S2におけるキヤ
リヤだけがレジスタ2に転送されると共に、1H
間隔でそのキヤリヤが水平シフトレジスタ3に転
送され、これが順次読出される。
以下同様にして後半の2フイールドも第2の撮
像パルスPS2と転送パルスPV1,PV2の組合せに
よつて絵素S3→絵素S4の順でフイールド毎にキヤ
リヤの読出しが行なわれる。各フイールドでの信
号の流れを第13図に示す。実線矢印は第1フイ
ールド、以下同様に点線が第2フイールド、一点
鎖線が第3フイールド、三点鎖線が第4フイール
ドである。
このようなパルスを用いて信号の読出しを行な
えば、色副搬送波周波数fSの位相と等しい信号
の読出しを行なうことができるから、例えば3個
のCCDを用意し、夫々の前面にはR〜Bを透過
光とする単色フイルタを配すると共に、夫々の
CCDで得た出力を合成すれば、各原色信号のキ
ヤリヤ周波数が3.58MHzである目的とするカラ
ー映像信号を得ることができる。
以上説明したように本発明では水平シフトレジ
スタ3に供給されるクロツクパルスPHの周波数
を標準方式、例えば我が国テレビジヨン放送の標
準方式であるNTSC方式における色副搬送波周波
数fSに等しく選ぶと共に、複数の絵素を第1と
第2の絵素群に分割し、その夫々に所望とする撮
像パルスを供給して、色副搬送波周波数fSの位
相通りに信号の読出しを行なうようにしたもので
ある。従つて本発明によれば、まず従来装置のよ
うに原色信号のキヤリヤ周波数を色副搬送波周波
数fSに変換するための信号処理回路を省略でき
ると共に、キヤリヤ周波数を色副搬送波周波数f
Sに選定した場合の位相補正を必要としないか
ら、そのための位相補正回路及びこれを駆動する
に必要な回路系を全く必要としないから、回路構
成を大巾に簡略化できる特徴を有するものであ
る。
上述した位相補正する従来装置では位相補正の
ため空間的な絵素配列と再生された絵素配列とか
一致せず1/2τHだけ左右にずれるので再現像が劣
化する欠点を有するが、本発明では空間的な絵素
配列と再生された絵素配列とが同じになるから、
再現像の劣化がない。
そして、本発明においては複数の絵素を第1及
び第2の絵素群に分割し、その夫々に第12図で
示すような撮像パルスPSを供給して絵素の読出
しを行なうようにしたものであるから、第5図で
示すような複雑な信号の読出しも極めて簡単な構
成で達成できる大きな特徴を有する。
ところで、上述した実施例は夫々1本の絵素列
に対し1本の垂直シフトレジスタが設けられた
CCDについて説明したが、垂直シフトレジスタ
の共用化を図つた、すなわち2本の絵素列に対し
て1本のレジスタが設けられているようなCCD
にも適用することができる。このレジスタ共用の
CCDを便宜的に変形CCDと呼称すれば、この変
形CCDの構成は第14図に示す通り、1本の垂
直シフトレジスタ2に対し、その左右に配列形成
された絵素列を組とし、これが水平走査方向に多
数配例され、組と組との間はオーバーフロードレ
イン12が形成される。斜線領域11は上述した
と同様にチヤンネルストツパの領域を示す。この
ような変形CCDの場合においても、絵素を第1
と第2の絵素群に分け、夫々の共通の電極φS1
φS2を被着形成するのは前述の場合と同様であ
る。信号読出しも同様なため、詳細説明は割愛す
る。
第15図は第8図に対応した断面図で、そのポ
テンシヤル関係は図の通りである。従つて、この
ポテンシヤルは第1フイールド目の蓄積期間(実
線図示)と転送期間(破線図示)のときの関係で
ある。
変形CCDによれば水平方向における2絵素分
の占有領域は従来に比し2/3程度になり、小型化
と高解像度化を達成できる。
第16図以下の実施例はCCDを2個使用して
所望とするカラー映像信号を得る場合の一例であ
る。
NTSC方式のカラー映像信号E0のうち搬送色信
号は周知のように色副搬送波がR及びBの色差信
号R−Y,B−Yで夫々変調されたものとして表
わされているから、2個のCCDを用いてカラー
映像信号を形成する場合、CCDの各カメラ出力
としてこれら色差信号が得られるように構成した
方が信号処理系を簡略化する上で好ましい。次に
そのためのフイルタ及び回路系について説明す
る。
Rの色差信号を得るためのフイルタから説明す
るも、RとYの色情報は180゜の位相差を有する
ので、第5図の読出し関係を満足するR−Yの色
フイルタ20は第16図で示すようになる。今、
RとYが交互に得られるようにフイルタ特性を選
定すると、第1フイールド目と第2フイールド目
のフイルタは図の上段に掲げる色光となる。第3
フイールド目の色副搬送波周波数fSの位相は第
1フイールド目と逆相関係にあり、同様に第2フ
イールドと第4フイールドの位相も逆相になるか
ら、これら後半のフイールドでのフイルタ特性は
前半のフイールドとは逆になる。従つてフイルタ
の色光は下段のようになる。
ここで、1つの絵素の領域に対応したこのフイ
ルタの単位領域から、あるフイールドではRの色
光が透過し、他のフイールドではYの色光が透過
するように、すなわち異つた2つの色光を同一の
単位領域から得られるように構成することは不可
能である。
そこで本例では、2個のCCDを用いて各色差
信号がそれぞれのCCDから一ライン毎交互に得
られる様にフイルタ20を選定し、1つのCCD
においては、R−YとB−Yが第5図に示した順
序で読み出されてくる。このフイルタを第17図
20A,20Bに示す。
一対のCCD10A,10Bに印加されるクロ
ツクパルスPHの周波数は色副搬送波周波数fS
2倍に選定される。後段のサンプリングホールド
回路21A,21Bも同一のクロツクパルスPH
で駆動される。CCD10A,10Bで得た撮像
出力(点順次信号)SA,SBはγ補正回路等を含
むプロセス回路22A,22Bを経て輝度信号及
び色差信号の各処理回路23,24A,24Bに
供給される。
輝度信号Yの処理回路23から説明するも、
夫々の撮像出力SA,SBは例えば第1フイールド
においては第19図A及びBに示すような信号か
ら成り立つていて両出力SA,SBが加算器11に
おいて合成される。合成出力SC(第19図C)
は更にfSをサンプリング周波数とするサンプリ
ングホールド回路25に供給され、合成出力SC
中より輝度信号成分YR,YB(YRはCCD10A
で得た成分、YBは他方のCCD10Bで得た成
分)が抽出され、その出力はローパスフイルタ2
6に供給され、例えば1〜2MHz程度までの低域
成分からなる輝度信号が形成される。
一方、合成出力SCは更に上述のフイルタ特性
と同一に定されたローパスフイルタ27に供給さ
れ、その出力はこのフイルタ27を介さない出力
と共に減算器28に供給されることによつて、合
成出力SC(R及びBの原色信号も含む)のうち
高域成分のみ出力され、この出力は上述した低域
成分と共に加算器29に供給される。その結果、
最終的な輝度信号Yはその低域成分は本来の輝度
信号YR,YBからなり、高域成分は合成出力SC
の高域成分が利用されるものである。
なお、30はフイルタ27の介在によつて生ず
る時間遅れを補償する遅延回路である。
R及びBの色差信号の処理回路24A,24B
は同一に構成されているので、一方だけ説明しよ
う。処理回路24Aはバンドパスアンプ31Aと
2V毎に切換わるスイツチSW2から構成される。
Rの色差信号はクロツク周波数fSを中心とした
側波帯成分が使用されるので、バンドパスアンプ
31Aの帯域巾はクロツク周波数fSを含むよう
に設定される。
このようにして得たR及びBの色差信号と輝度
信号Yは夫々カラーエンコーダ33に供給され、
従つて端子34からは目的とするNTSC方式のカ
ラー映像信号SNTSCが得られることになる。
なお、上述した実施例はいずれもNTSC方式に
おける固体撮像装置に適用した場合であるが、
PAL方式の斯種装置にも適用できるは言うまで
もない。PAL方式の一例について第20図以下
を参照して説明するも、PAL方式ではその色副
搬送波周波数fSの位相は周知のように8フイー
ルド完結であり、位相の繰返し周期をτsとした
とき、各フイールド間には1/4τsだけ位相ずれが
生ずる。
PAL方式のカラー映像信号を構成するU信号
UはBの色差信号B−Yであり、V信号EVはR
の色差信号R−Yであるから、これら色差信号の
位相関係を満たすように夫々原色信号R,Bと輝
度信号Yとに分解し、しかもfSの位相通りとす
るフイルタ構成の概念図は第20図のようにな
る。第20図はV信号の場合であつて、その詳細
な説明は割愛するも、まず第1から第4フイール
ドにおいて必要な色光のみ抽出してフイルタの単
位分割領域に配列したのが第20図Aである。こ
の構成では各分割領域はR又はYのいずれか一方
の色光が対応している。
同様にして第5から第8フイールドについて考
察すると同図Bのような配列関係となり、例えば
第5フイールドでの信号関係をみると、領域5Y
より得られる輝度信号は同図Aの領域1Yより得
られる輝度信号を位相反転したものと全く同じで
ある。他の信号関係も同様で、夫々のフイールド
で得た出力の反転出力を利用すれば、V信号形成
用の色フイルタは1枚でよい。すなわち第21図
に示す色フイルタ8VがV信号形成用の色フイル
タである。
色副搬送波周波数fSの位相通りの信号の読出
し順序は第22図に示す通りである。第23図は
U信号形成用の色フイルタ8Uの一例であつて、
第24図がそのときの読出し順序である。
従つて、PAL方式においても第1と第2の絵
素群に分け、第12図に示す駆動パルスを用いれ
ば所期の目的を達成できる。
以上説明したように本発明では絵素を所望の如
く分割すると共に、標準方式の色副搬送波周波数
Sの位相通りに信号を読出して所期の目的を達
成できるようにしたもので、使用するCCDの数
には何ら制限をうけない。1個でも可能である。
但し、PAL方式で1個のCCDを用いる場合は、
第1及び第4フイールド目に対応した絵素が第1
の絵素群であり、第2及び第3フイールド目の絵
素が第2の絵素群となる。CCDとしては埋込み
チヤンネル型でも勿論よい。
【図面の簡単な説明】
第1図はインターライントランスフア方式によ
る固体撮像体の一例を示す構成図、第2図は
NTSC方式の色副搬送波信号の位相関係を説明す
るための図、第3図は固体撮像体との関係を示す
図、第4図は従来の信号読出しを説明するための
図、第5図は本発明による信号読出しを説明する
ための図、第6図は本発明による信号読出しと電
極の関係を示す図、第7図は本発明による固体撮
像装置に適用して好適な固体撮像体の一例を示す
構成図、第8図〜第11図は各部の断面図、第1
2図は固体撮像体を駆動するに必要なパルス波形
図、第13図はキヤリヤ転送方向を示す図、第1
4図は他の固体撮像体の一例を示す第7図と同様
な構成図、第15図はその−線上断面図、第
16図は2個の固体撮像体を使用したときの色フ
イルタの基本的概念図、第17図は色フイルタの
具体例を示す構成図、第18図は回路系の一例を
示す要部の系統図、第19図はその動作説明に供
する図、第20図〜第23図はPAL方式におけ
る色フイルタと信号読出し順序を説明するための
図である。 10は固体撮像体、PSは撮像パルス、PVは転
送パルス、PHはクロツクパルス、φS1,φS2
第1及び第2の電極、φV1,φV2は転送電極、
1,S1〜S4は絵素、2は垂直シフトレジスタ、3
は水平シフトレジスタである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 インターライントランスフア方式の固体撮像
    体を有し、この固体撮像体には水平及び垂直方向
    に所定のピツチでマトリクス状に配列された複数
    の絵素と、該絵素に蓄積された電荷を転送ゲート
    を介して垂直方向に転送する複数の垂直シフトレ
    ジスタと、該複数のシフトレジスタによつて転送
    された電荷を水平方向に転送する水平シフトレジ
    スタとが具備され、上記複数の絵素を第1及び第
    2の絵素群に分割し、第1の絵素群は連続する4
    フイールドのうちの所望の2フイールドにおいて
    使用される絵素に選定され、第2の絵素群は残り
    の絵素に選定されてなり、上記第1の絵素群の各
    絵素に対応する転送ゲートを上記所望の2フイー
    ルドの所定の期間で導通させる第1の位相の撮像
    パルスを上記転送ゲートに供給し、上記第2の絵
    素群の各絵素に対応する転送ゲートを上記残りの
    2フイールドの所定の期間で導通させる第2の位
    相の撮像パルスを上記転送ゲートに供給し、上記
    固体撮像体の水平シフトレジスタに供給されるク
    ロツクパルスの周波数を上記水平シフトレジスタ
    の出力端で得られる色信号の繰り返し周波数が標
    準方式の色副搬送波周波数と等しくなるよう選定
    したことを特徴とする固体撮像装置。
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