JPS612476A

JPS612476A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS612476A
Application number: JP59123109A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sasaki; 実佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-06-15
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1986-01-08

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】［発明の技術分野］この発明は固体撮像装置に係り、特に１フレーム／２フ
イールドの画像信号出力を得る固体撮像装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］最近、ＩＣ技術の進歩により撮像管に替えて固体Ｉｌｌ
＠素子を使用したビデオカメラが実用化され始め、また
静止画専用装置としてのいわゆる電子カメラの研究・開
発も盛んになされてきている。

このような固体撮像装置は、一般に用いられているイン
ターレース走査方式のテレビ受像機での表示を前提とす
る場合、出力される画像信号は１フレームが２フイール
ドで構成されていることが必要である。第４図は従来の
固体撮像装置における撮像素子部の構成を模式的に示す
もので、１は２次元配列された多数の画素領域によって
構成される感光面、２は垂直転送レジスタ、３は水平転
送レジスタ、４は出力増幅器である。１フレーム／２フ
イールドの画像信号出力を得るため、第１フイールドで
は奇数行の画素領域の電荷が垂直転送レジスタ２に読出
され、垂直転送シフトパルスφＶにより転送されて水平
転送レジスタ３に移される。垂直転送レジスタ２より水
平転送レジスタ３に移された電荷は水平転送パルスφＨ
により転送され、出力増幅器４を介して画像信号出力と
して取出される。−・第１フイールドでは偶数行の画素
領域の電荷が垂直転送レジスタ２に読出された後、第１
フイールドの場合と同様にして画像信号出力として取出
される。

この動作から明らかなように、従来の固体撮像装置では
第１フイールドで得られる画像と第２フイールドで得ら
れる画像とはフィールド周期分の時間（通常１／６０秒
）の時間差が生じる。この時間差は通常の動画を゛撮影
する場合は特に問題はないが、静止画を撮影し表示する
場合は、この時間差分だけずれた２枚の画像が１枚の画
像として合成されて表示されることになり、画像のブレ
を生じることになる。また、動画撮影の場合でも動きの
速い画像を撮影するとブレやフリッカが生じる。

このため、静止画撮影や高速撮影の場合は光学的シャッ
タを用いて感光面に一定時間だけ被写体からの光を入射
し、シャッタを閉じて光を遮蔽した後、第１フイールド
の画像信号を取出し、続いて第２フイールドの画像信号
を取出すという方法が従来とられている。しかしながら
、光学的シャッタは一般に機械的に開閉する方式のもの
が用いられており、複雑で形状的にも大きく、高価なも
のとなる。また、機械的動作のためシャッタスピードの
高速化を図ることも困難であり、特に動きの速い画像を
撮影するには不向きであるなどの問題があった。

［発明の目的］この発明の目的は、シャッタを用いることなくブレやフ
リッカのない高品質の１フレーム／２フイールド構成の
画像信号出力を得ることを可能とした固体撮像装置を提
供することである。

［発明の概要］この発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた電荷を蓄
積する画素領域を２次元に配列して構成された感光面と
、この感光面の各画素領域から読出された電荷を垂直方
向に転送する垂直転送レジスタと、これらの垂直転送レ
ジスタにより転送された電荷を水平方向に転送して画像
信号出力を１８ろ水平転送レジスタと、これら感光面と
垂直および水平転送レジスタを駆動する駆動回路とから
なる固体撮像装置において、前記駆動回路は奇数行の画
素領域の電荷を奇数列（または偶数列）の垂直転送レジ
スタに一斉に読出すと同時に偶数行の画素領域の電荷を
偶数列（または奇数列）の垂直転送レジスタに一斉に読
出す手段と、第１フィールド期門に奇数行の画素領域の
電荷が読出された奇数列（または偶数列）の垂直転送レ
ジスタと水平転送レジスタとにシフトパルスを供給して
奇数行の画素領域の電荷を画像信号出力として取出し、
第２フィールド期間に偶数行の画素領域の電荷が読出さ
れた偶数列（または奇数列）の垂直転送レジスタと水平
転送レジスタとにシフトパルスを供給して偶数行の画素
領域の電荷を画像信号出力として取出す手段とを有する
ことを特徴としている。

すなわち、画素領域の奇数行を垂直転送レジス夕の奇数
列（または偶数列）に対応させ、画素領域の偶数行を垂
直転送レジスタの偶数列（または奇数列）に対応させて
、第１フイールドの画像信号と第２フイールドの画像信
号がそれぞれ異なる列の垂直レジスタを通して取出され
るようにしたものである。このように画素領域の行と垂
直レジスタの列とを対応させるには、例えば奇数行の画
素領域の電荷のうち奇数列の画素領域の電荷は奇数列（
または偶数列）の垂直転送レジスタの偶数行（または奇
数行）に、偶数列の画素領域の電荷は同じ垂直転送レジ
スタの奇数行くまたは偶数行）にそれぞれ読出し、また
偶数行の画素領域の電荷のうち奇数列の画素領域の電荷
は偶数列（または奇数列）の垂直転送レジスタの奇数行
（または偶数行）に、偶数列の画素領域の電荷は同じ垂
直転送レジスタの偶数行（または奇数行）にそれぞれ読
出すようにすればよい。

［発明の効果］この発明によれば、感光面を構成する全ての画素領域の
電荷、つまり第１フイールドおよび第２フイールドの画
像信号に対応する画素領域の電荷が、同時に垂直転送レ
ジスタに読出された後、垂直転送レジスタおよび水平転
送レジスタを介して転送される過程で第１フイールドの
成分と第２フイールドの成分とに分割され、フィールド
毎にそれぞれ整列されて画像信号として出力されるため
、第１フイールドの画像と第２フイールドの画像との間
の時間的なずれは原理的に存在しない。従って、静止画
を撮影する場合、時間的な異なる画像の成分が混在する
ことに起因するブレのない高品質の画像を得ることがで
きる。また、動画の撮影においても動きの速い被写体に
対しブレやフリッカのない画像が得られる。

さらに、この発明では従来のように光学的シャッタを用
いずにブレやフリッカのない画像を得ることができるた
め、装置の小型化、低コスト化に有利であるとともに、
画素領域の電荷を垂直転送レジスタに転送するタイミン
グ、すなわち画素領域への電荷蓄積時間を調節すること
で任意のシャッタ速度を実現することができ、光学的シ
ャッタでは実現できないような高速撮影も可能となる。

［発明の実施例コ第１図はこの発明の一実施例に係る固体撮像装置におけ
る撮像素子部の構成を概略的に示すもので、いわゆるイ
ンターライン転送型ＣＣＤ撮像素子を示している。

第１図においてＰｉｊはフォトダイオードのような光電
変換素子からなる画素領域であり、２次元状に配列され
て感光面１１を構成している。この感光面１１のサイズ
は、例えば水平方向の画素数が例えば４００画素、垂直
方向の画素数が５００画素である。画素領域Ｐｉｊのそ
れぞれには斜線で示す掃出し用ゲートＧが設けられてい
る。また、画素領域Ｐｉｊの各列の間にＣＯＤにより構
成される垂直転送レジスタ１２１〜１２ｉがそれぞれ設
けられている。さらに、垂直転送レジスタ１２ｒ〜１２
１の終端部に隣接して、やはりＣＯＤにより構成される
水平転送レジスタ１３が設けられている。この水平転送
レジスタ１３の終端部に出力増幅器１４が設けられ、こ
の出力増幅器１４の出力が出力端子１５に導かれている
。

この撮像素子を含んで構成される固体撮像装置の概略的
な構成を第２図に示す。第２図において、被写体からの
光２１は撮像レンズ２２および必要に応じて設けられる
絞り２３を介して第１図に示した撮像素子２５に導かれ
る。カラー画像を得る場合、撮像素子２５の全面にカラ
ーフィルタアレイ２４が配置される。撮像素子２５は制
御回路２６によって制御される駆動回路２７から各種の
信号を受けて動作し、画像出力を発生する。この画像信
号出力は信号処理回路２８により公知のようにして処理
され、例えばＮＴＳＣビデオ信号として出力端子２９に
取出される。こうして取出されたビデオ信号は例えば静
止画撮影用である電子カメラの場合、磁気ディスクや半
導体メモリ等のメモリに導かれ、動画撮影用のビデオカ
メラの場合はＶＴＲのような録画部に供給される。

駆動回路２７は第３図に示すタイムチャートに従って、
第１図に示した撮像素子２５を駆動する。

以下、この動作を説明する。

まず、撮像に当っては掃出し用ゲートＧに掃出しパルス
φＣが１個与えられ、これにより全ての画素領域Ｐｉｊ
に蓄積されている電荷が掃出される。

次に、予め設定された任意の時間τ経過後、全ての画素
領域Ｐｉｊに対してフィールドシフトパルスφＦが与え
られ、画素領域Ｐ；ｊに時間τの間蓄積された被写体か
らの光２１に対応した電荷が垂直転送レジスタ１２１〜
１２＋　に読出−される。

この場合、画素領域Ｐｉｊのそれぞれに蓄積されている
電荷のうち、奇数行Ｌｌ、Ｌ３．・・・の画素領域の電
荷は奇数列の垂直転送レジスタ１２１゜１２３、・・・
に読出され、また偶数行Ｌ２．Ｌ４゜・・・の画素領域
の電荷は偶数列の垂直転送レジスタ１２２．１２４．・
・・に続出される。その後、掃出し用ゲートＧに２個目
の掃出しパルスφＣが供給されることにより、各画素領
域Ｐｉｊに以後蓄積される電荷が、垂直転送レジスタ１
２１〜１２１に雑音電荷として漏れ込まないように掃出
し用ゲートＧを介して掃出される。

次に、奇数列の垂直転送レジスタ１２＋、１２３、・・
・に第１のフィールドシフトパルスφν１が供給される
とともに、水平シフトパルスφＨが供給されることによ
り、奇数列の垂直転送レジスタ１２１．１２３．・・・
に蓄積されている奇数行ｍ１゜Ｌ２．・・・の画素領域
の電荷が、水平転送レジスタ１３および出力増幅器１４
を介して出力端子１５に第１フイールドの画像信号とし
て出力される。

この場合、第１のフィールドシフトパルスφｖ１は一対
のパルス３１．３２の列からなっており、１個目のパル
ス３１により奇数列の垂直転送レジスタ１２１，１２３
．・・・の１行目Ａ１１．　Ａ１３．　Ａ１５、・・・
の内容が水平転送レジスタ１３の１，３゜５、・・・段
目Ｃ工、Ｃ：ｉ’、Ｃｓ　、・・・にそれぞれ移される
。この状態では画素領域Ｐ１１の電荷は垂直転送レジス
タ１２１の２行目Ａ２１から１行目Ａ１１に、画素領域
Ｐ１２の電荷は水平転送レジスタ１３の３段目Ｃ３に、
画素領域Ｐ１３の電荷は垂直転送レジスタ１２３の１行
目Ａ１３に、画素領ｔｉｌｉＰ１４の電荷は垂直転送レ
ジスタ１２５の１行目Ａ１５から水平転送レジスタ１３
の５段目Ｃ５に、それぞれ移っている。

そして、この１個目のフィールドシフトパルス３１の直
後に水平シフトパルスφＨがまず１個発生され、水平転
送レジスタ１３が１段シフトする。

この状態では水平転送レジスタ１３の２，４，・・・段
目Ｃ２　、　Ｃ４　、・・・に、それぞれ画素領域Ｐ１
２。

ＰＩ３，・・・の電荷が移っている。この後、第１のフ
ィールドシフトパルスφｖ１の２個目のパルス３２が発
生されることにより、水平転送レジスタ１３（７）１．
３．５，　用段目Ｃｔ　、　Ｃ３　、　Ｃｓ　、−Ｉニ
、垂直転送レジスタ１．２ｒ　、１２Ｂ　、１２ｓ　、
・・・の１行目にそれぞれ移されていた画素領域Ｐ１１
，　ＰＩ３、　ＰＩ３，・・・の電荷が移される。

この結果、水平転送レジスタ１３の各段ＣＩ。

Ｃ２　、　Ｃ３　、　Ｃ４　、　Ｃｓ　、・・・には、
１行目の画素領域Ｐ１１，　ＰＩ３，　ＰＩ３，　ＰＩ
３．、　ＰＩ３，・・・の電荷が整列される。この後、
水平転送レジスタ１３に水平シフトパルスφＨが連続的
に供給されることによって、画素領域Ｐ　１１，　Ｐ　
１２，　Ｐ　１３，　Ｐ　１４，　Ｐ　１５。

・・・の電荷が出力端子１５に画像信号として取出され
る。以下、第１のフィールドシフトパルスφＶ１および
水平シフ１〜パルスφＨが発生される毎に同様の動作が
行なわれ、３，５，・・・行目、つまり奇数行の画素領
域の電荷が奇数列の垂直転送レジスタ１２１，１２３，
・・・、水平転送レジスタ１３および出力増幅器１４を
介して出力端子に取出され、第１フイールドの画像信号
が得られる。

次に、偶数列の垂直転送レジスタ１２２，１２４、・・
・に第２のフィールドシフトパルスφｖ２が供給される
とともに、水平シフトパルスφＨが供給されることによ
り、これらの垂直転送レジスタ１２２、１２４．・・・
に蓄積されている偶数行Ｌ２。

Ｌ４．・・・の画素領域め電荷が水平転送レジスタ１３
および出力増幅器１４を介して出力端子１５に第２フイ
ールドの画像信号として出力される。この場合、第２の
フィールドシフトパルスφｖ２も一対のパルス３１．３
２の列がらなっており、１個目のパルス３１により偶数
列の垂直転送レジスタ１２２，１２４．川の１行目Ｂ１
２，　Ｂ１４，・・・の内容が水平転送レジスタ１３の
２．４，・・・段目Ｃ２　、　Ｃ４、・・・にそれぞれ
移される。この状態では、画素領［ｐ２１の電荷は水平
転送レジスタ１３の２段目Ｃ２に、画素領域Ｐ２２の電
荷は垂直転送レジスタ１２２の２行目Ｂ２２から１行目
３２１に、画素領ｂＸｐ２３の電荷は水平転送レジスタ
１３の４段目Ｃ４に、画素領域Ｐ２４の電荷は垂直転送
レジスタ１２４の２行目Ｂ２４から１行目８１４に、そ
れぞれ移される。

そして、この直後に発生される１個目の水平シフトパル
スφＨによって水平転送レジスタ１３が１段シフトする
ことにより水平転送レジスタ１３の１，３．・・・段目
Ｃｔ　、　Ｃ３、・・・に、それぞれ画素領域Ｐ２１．
　Ｐ２，３．・・・の電荷が移っている。この後、第２
のフィールドシフトパルスφｖ２の２個目のパルス３２
が発生され、水平転送レジスタ１３の２，４．・・・段
目Ｃ２、Ｃ４、・・・に、垂直転送レジスタ１２２，１
２４．・・・の１行目Ｂ１２．　Ｂ１４゜・・・に移さ
れていた画素領域Ｐ２１．　Ｐ２２．　Ｐ２３．・・・
の電荷が移されることにより、水平転送レジスタ１３の
各段Ｃｔ、Ｃ２，Ｃ＋、Ｃ４，Ｃｓ、・・・には、結局
、２行目の画素領域Ｐ２１．　Ｐ２２．　Ｐ２３゜Ｐ２
４．　Ｐ２５．・・・の電荷が整列されることになる。

従って、この状態で水平転送レジスタ１３に水平シフト
パルスφＨを連続的に供給することにより、画素領域Ｐ
２１．　Ｐ２２．　Ｐ２３．　Ｐ２４．　Ｐ２５．・・
・の電荷が出力端子１５に画像信号として取出される。

そして、第２のフィールドシフトパルスφν２および水
平シフトパルスφＨが発生される毎に同様の動作が行な
われることにより、偶数行の画素領域の電荷が偶数列の
垂直転送レジスタ１２２゜１２４、・・・、水平転送レ
ジスタ１３および出力増幅器１４を介して出力端子１５
に取出され、第２フイールドの画像信号が得られる。

以上説明したように、この発明によれば従来のように光
学的シャッタを用いることなく、感光面を構成する全て
の画素に同一時間帯に蓄積された電荷を第１フイールド
と第２フイールドの画像信号に分割して取出すことがで
きる。従って、光学的シャッタを用いない簡単でかつ小
型な構成によって、ブレのない静止画撮影が可能となる
。また、第３図にτで示す電荷蓄積時間によってシャッ
タ速度を任意に変えることができ、例えば１１５００秒
、　　１．／１０００秒というような高速撮影も可能で
あり、動きの特に速い動画の撮影にも効果的である。

この発明は上記した実施例に限定されるものではなく、
例えば実施例では奇数行の画素領域の電荷を奇数列の垂
直転送レジスタに読出し、偶数行の画素領域の電荷を偶
数列の垂直転送レジスタに読出したが、これと逆に奇数
行の画素領域の電荷を偶数列の垂直転送レジスタに読出
し、偶数行の画素領域の電荷を奇数列の垂直転送レジス
タに読出しても全く同じ結果を得ることができる。その
場合、例えば奇数行の画素領域のうち奇数列の電荷は偶
数列の垂直転送レジスタの奇数行に、偶数列の画素領域
の電荷は同じ垂直転送レジスタの偶数行にそれぞれ読出
し、また偶数行の画素領域のうち奇数列の画素領域の電
荷は奇数列の垂直転送レジスタの偶数行に、偶数列の画
素領域の電荷は同じ垂直転送レジスタの奇数行に読出す
ようにすればよい。その他、この発明は要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形実施が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における撮像素子部の構成
を模式的に示す図、第２図は同実施例の固体撮像装置の
構成図、第３図は同実施例の動作を説明するためのタイ
ムチャート、第４図は従来の固体Ｒ像装置で１フレーム
／２フイールドの画像信号出力を得る動作を説明するた
めの撮像素子部の模式的構成を示す図である。１１・・・感光面、ＰｉＪ・・・画素領域、１２１〜１
２１・・・垂直転送レジスタ、１３・・・水平転送レジ
スタ。１４・・・出力増幅器、１５・・・出力端子、２１・・
・被写体光、２２・・・撮像レンズ、２３・・・絞り、
２４・・・カラーフィルタアレイ、２５・・・撮像素子
、２７・・・駆動回路。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入射光量に応じた電荷を蓄積する画素領域を２次
元に配列して構成された感光面と、この感光面の各画素
領域から読出された電荷を垂直方向に転送する垂直転送
レジスタと、これらの垂直転送レジスタにより転送され
た電荷を水平方向に転送して画像信号出力を得る水平転
送レジスタと、これら感光面と垂直および水平転送レジ
スタを駆動する駆動回路とからなる固体撮像装置におい
て、前記駆動回路は奇数行の画素領域の電荷を奇数列（
または偶数列）の垂直転送レジスタに一斉に読出すと同
時に偶数行の画素領域の電荷を偶数列（または奇数列）
の垂直転送レジスタに一斉に読出す手段と、第１フィー
ルド期間に奇数行の画素領域の電荷が読出された奇数列
（または偶数列）の垂直転送レジスタと水平転送レジス
タとにシフトパルスを供給して奇数行の画素領域の電荷
を画像信号出力として取出し、第２フィールド期間に偶
数行の画素領域の電荷が読出された偶数列（または奇数
列）の垂直転送レジスタと水平転送レジスタとにシフト
パルスを供給して偶数行の画素領域の電荷を画像信号出
力として取出す手段とを有することを特徴とする固体撮
像装置。
（２）駆動回路は奇数行の画素領域の電荷のうち奇数列
の画素領域の電荷は奇数列（または偶数列）の垂直転送
レジスタの偶数行（または奇数行）に、偶数列の画素領
域の電荷は同じ垂直転送レジスタの奇数行（または偶数
行）にそれぞれ読出し、また偶数行の画素領域の電荷の
うち奇数列の画素領域の電荷は偶数列（または奇数列）
の垂直転送レジスタの奇数行（または偶数行）に、偶数
列の画素領域の電荷は同じ垂直転送レジスタの偶数行（
または奇数行）にそれぞれ読出すものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。