JPS6262689A - 固体撮像素子 - 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〕 本発明はビデオカメラ等に用いられる固体撮像素子に関
し、特に、カラー信号を時分割して伝送する方式のカラ
ービデオカメラに好適な固体撮像素子に関する。

〔発明の背景〕

近年、撮像装置におけるカラー信号伝送方式としては、
ＮＴＳＣ方式等の周波数多重信号処理ではなく、時間分
割多重によるものが画質向上の観点から注目されている
。

この、時分割多重方式の公知例としては、例えばビデオ
コム誌、　ＦＪｎ２２．１９８５年の１１４頁に記載の
ものがある。上記ｉｔの公知例に用いられる撮像信号の
処理方法としては、メモリ回路を用いて、１水平走査編
の撮像走査によって得た２つの色差信号Ｒ−ＹとＢ−Ｙ
とに、それぞれ時間軸圧縮および所定の時間遅延を施し
て、１水平走査期間（ＩＨ期間）内に納まる時分割多重
信号を生成する方法を採用するのが一般的である。なお
、前記几、ＢおよびＹは、それぞれ赤色信号、青色信号
および輝度信号を示す。

上記第１の公知例では、メモリ回路が必要であることか
ら１回路規模、したがって装置が大形化し、またコスト
的にも高価になるという欠点があった０ 上記した時間軸圧縮用のメモリ回路が不要となる方法と
しては、特開昭６０−４２９９８　　号公報に記載のも
のがある。この第２の公知例では、撮像素子自体で時間
軸圧縮を行なうので、前述のメモリ回路が不要となる。

ただし、第２の公知例記載の時分割信号多重方式は、色
差信号几−ＹとＢ−Ｙとが水平走査線毎に交互に一方ず
つ伝送されるいわゆる色差線順次方式である。したがっ
て、この第２の公知例のような場合には、公知例記載の
ように２つの撮像管を用いても、前記第１の公知列のよ
うな同一水平走査期間にＲ−Ｙ　、　Ｂ−Ｙの両色差信
号を時分割多電の形で得ることはできないという欠点が
ありだ。

その理由は、テレビジ目ン信号規格の１フレ一ム期間蓄
積されていた映像信号を１回目の水平走査で撮像管から
読み出し、例えば色差信号Ｒ−Ｙを作成すると、同一水
平走査線を連続して２回目の走査を行ない、向えば色差
信号Ｂ−Ｙを得ようとしても、光１を変換信号の蓄積期
間がテレビジ３ン信号規格の１水平走査期間以下である
ことから、信号量が１回目の走査時に比べて数百分の−
となり、実際上２回目の走査では色差信号Ｂ−Ｙが得ら
れないからである。

すなわち、従来の撮１象素子における水平走査方法は、
１回の水平走査で同一水平走査線の映（Ｉｊ！信号の全
てを読み出す為に、２回目の読み出し時には、有効な映
１象信号が得られないという欠点があった０ このような事情は、前記した撮像管に限らず、例んば特
開昭５９−１４４２７８号公報に記載された従来の固体
撮１象素子を用いた場合も同じである＠〔発明の目的〕 本発明の目的は、前記した従来技術の欠点をなくして、
カラー信号の時分割多重による信号処理方式を採用する
装置において、メモリ回路が不要となるように、同−水
平走査線を複数回連続走査しても、その走査の度ごとに
有効な映像信号を読み出すことができる固体撮像素子を
提供することにある。

〔発明の概要〕

前記した目的を達成する為に、本発明では、光電変換素
子（画素）が水平方向に列状に配置されてなる画素列を
有する固体撮像素子の水平走査において、同−水平走査
線の複数回連続走査に関し、各短資毎に、予定の画素信
号のみを読み出す画素選択手段を設けるようにした点に
特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の固体撮像素子の一実施例を示す構成図
である。

Ｒ，Ｇ、Ｂの記号を付して四角で示す部分は、それぞれ
その灸面部に赤色（Ｒ）元、緑色ＣＧ）光、宵色（Ｂ）
光を選択的に透過する色フィルタが形成された光電変換
素子（画素）部である。

垂直走査回路１、インクレーススイッチ２による水平画
素列選択動作、および垂直ＭＯ８トランジスタ３、垂直
信号線４、水平Ｍ０．９　１−ランジスタ５を介する画
素信号の読出し動作は、前記特開昭５９−１４４２７８
　　号公報の第１図に関するものと同一である。

この第１図の実ｍ例の特徴、すなわち前記特開昭５９−
１４４２７８　　号公報第１図の固体撮１象素子との相
違点は、水平走査回路６の出力を、水平ＭＯ８トランジ
スタ５のゲート端子に導ひく経路に％画素選択手段とし
て画素選択ＭＯ８トランジスタ７．８を新たに設けたこ
とである。

第１図において１画素選択制御パルスｐ、、ｐ。

により、画素選択ＭＯ８ｌ−ランジスタフを導通、四８
を非導通状態として水平走査回路６を動作させると、ま
ず、座標（１１１）、（２１１−）の画素信号が同時に
読み出され、つづいて座標（１゜２）％（２１２）の画
素信号が同時に読み出される。すなわち、座標（１！１
）、（１，２）、（２１１）％　（２１２）で示す几、
Ｇ、Ｇ、Ｂの画素ブロックがまず読み出される。また、
この走査期間においては、図示を省略しているが第１図
右方に同一の繰り返えし構成で続く画素列のなかから、
上記と同様な画素ブロックが、１ブロツクおきに撮像素
子出力信号ｇｌ＋ｇ２＋ｒ＋ｂとして読み出される。な
お、この時、読み出されなかった画素の信号電荷は、垂
直信号線４上に残留するＯ 次に、インタレーススイッチ２を同一としたまま、すな
わち垂直方向の転送動作を行なわずに、水平走査回路６
を再度動作させる。ただし、この時には、画素選択制御
パルスＰ、　Ｉ　Ｐ、により、画素選択ＭＯ８トランジ
スタ８を導通、同７を非導通とする。この場合は、水平
走査回路６の出力パルスにより、座標（１１３）、（１
１４）、（２１３）、（２１４）で示す几、Ｇ、Ｇ、Ｂ
等の先の水平走査時に読み出されなかった画素ブロック
が、順次読み出される。

上記した最初の水平走査で得られた几、Ｇ、８画素から
の信号は、テレビジョン技術分野で公知のマトリックス
回路等によって演算、合成されることにより、列えば色
差信号Ｒ−Ｙに生成される。

また、２回目の水平走査で得られたＲ、Ｇ、８画素から
の信号は、同様の処理によって色差信号Ｂ−Ｙに生成さ
れる。

第１図の実施例では、水平走査回路６の出力部に画素選
択手段として画素選択ＭＯ８トランジスタ７．８を設け
た例であるが、これとは異なり。

垂直走査回路ｌの出力部に画素選択手段を設けるように
してもよい。第２図はこの場合の一実施例を示す構成図
である。なお、同図において、第１図と同一符号は同一
あるいは同等部分をあられす〇第２図の実施列では、垂
直走査回路１の出力を垂直ＭＯ８トランジスタ３のゲー
ト端子に導ひく経路に画素選択ＭＯ８１−ランジスタフ
、８を挿入している。

この実施例では１画素選択制御パルスＰ、　、　Ｐ。

で画素選択ＭＯ８Ｉ−ランジスタフ、８を、前記第１図
と同様に交互に導通させることにより、垂直ＭＯ３ｌ−
ランジスタ３の選択的導通制御を行なっている。したが
って、本実施例においても、前記画素選択ＭＯ８１−ラ
ンジスタフ、８の切換えの度ごとに水平走査回路６を動
作させれば、第１図の実施例と全く同様の！ｆ＆１象素
子出力信号を得ることができる。故に、各水平走査毎に
得られるＲ、Ｇ。

８画素からの信号に対して、第１図での説明と同様の信
号処理を施すことによって、時分割の色差信号几−Ｙ、
Ｂ−Ｙが生成される。

以上の説明は、２水平画素列からなる１水干走査線の出
力信号から、時分割で２種の色差信号を得る場合であっ
た。ところで、周知のように、カラー画像を再生するに
は、前記２種の色差信号の外に輝度信号が必要である。

この２種の色差信号と同時に輝度信号を得る手段の一的
としては次のものがある。

すなわち、例えば前記した第２の公知例に記載された様
な２分光光学系と２つの撮像素子を用い、一方の撮ｆ象
素子を公知の撮像管あるいは固体撮像素子として、該撮
像素子出力からビデオカメラで一般に採用されている方
法により輝度信号Ｙを生成する。同時に、もう一方の撮
ＩＩｌ素子に前記第１゜図あるいは第２図で示したよう
な本発明に係る固体撮１象素子を用い、水平走査回路の
動作クロック局波数および同回路のスタートタイミング
を適宜設定する。このようにすれば、前記した第１の公
知例に示すような輝度信号Ｙおよび時分割色差信号を、
メモリ等を必要とせずに容易に得ることができる。なお
、第１の公知例に示されるように、輝ｉ信号Ｙに対する
色差信号の水平方向の遅砥が必要な場合には、前記光学
系に対する固体撮ｍ素子の取付は位置の設定、あるいは
固体撮像素子の垂直走査回路のスタートタイミング設定
等により、容易に対志可能である。

また、以上の実施例では、色差信号を生成する画素ブロ
ックが、几、Ｇ、Ｇ、Ｂの４画素で構成される場合であ
ったが、本発明はこのような画素ブロックに限られるも
のではない。例えば金色透過（Ｗ）、黄色（Ｙｅ）、シ
アン（Ｃｙ）、Ｇの４種のフィルタで形成されるＷ　ｒ
　Ｙｅ　＋　Ｃｙ　＋　Ｇの４画素からなるブロックで
あっても良い。さらに画素ブロックはＲ，Ｇ、Ｂあるい
はＷ　、　Ｙｅ　、　Ｃｙ等の３画素で構成しても良い
。このように３画素で１ブロツクを構成できるものとし
ては、日立ＨＨＥ９８２２５型固体撮像素子がある。た
だし、この場合にも、同−水平走査縁の２回連続走査を
行なう際に、１回目の走査では画素ブロックを１ブロツ
クおきに読み出し、２回目の走査では先の水平走食時に
読み出されなかった画素ブロックを順次読み出すように
構成すべきことは勿論である。

また、本発明は、前述した固体撮像素子の画素構成ある
いは画素ブロックの信号読み出し形式に限定されるもの
ではない。Ｗ２Ｂ図は、既述のものとは異なる画素ブロ
ックの読み出し形式を採用した本発明の一実施例の構成
図である。同図において、第１図および第２図と同一符
号は同一または同等部分をあられしている。

この第３図の実施列の特僅は、水平走査回路６の出力を
、水平ＭＯ８１−ランジスタ５のゲート端子に導びく経
路に、Ｒ，Ｇ、Ｂの各色画素それぞれを選択可能なよう
に、画素選択ＭＯ！３１−ランジスタフ、８．９が設け
られている点である＠したがって、本実施列では、画素
選択制御パルスＰ、。

ｐ２．　ｐｓによつて１例えば画素選択ＭＯ８トランジ
スタ８，９．７の順序でｇ　ＭＯＳ　ｌ−ランジスタが
導通されると、１回目の水平走査ではＲ，２回目ではＢ
、３回目ではＧの画素が選択されるので当該画素信号が
読み出される。

すなわち１本実施例では、２水平画素列からなる１水平
走査線のＲ，Ｇ、Ｂそれぞれが画素ブロックを構成して
おり、連続してなされる水平走査ごとに同種の画素ブロ
ックが読み出されるのである。

ところで、周知のように、カラーテレビジョンの再生画
像は、赤、青、緑の３原色信号の合成からなる。したが
って、第３図の固体撮像素子から時分割で得られたＲ、
Ｇ、８画素からの信号を、例えば磁気テープ等に記録し
、その後、再生回路で再配列、時間軸伸張および合成等
の１６号処理を施こせば、単一の撮像素子で、撮ｆ象画
１′＃！をテレビモニタの画面上等にカラー再生できる
。前記第３図のｍｆ＆素子の出力を、記録せずに、その
まま伝送してもカラー再生画像が得られることも明らか
であろう。

なお、この第３図の実施例におけるＲ、Ｇ、Ｂ画素信号
のそれぞれの１水平走査線の読み出し時間は、各選択読
み出し時の水平走査回路６の動作クロック周波数を変え
ることによって、任意に設定可能である。

また、この第３図の実施例では、水平走査回路６の出力
部に画素選択手段としての画素選択ＭＯＳトランジスタ
７．８．９を設け、これらを３種類の画素選択制御パル
スＰＩ　ｒ　Ｐｔ　＋　Ｐ８で制御して、前述したよう
に几、Ｇ、Ｂの各画素信号を選択的に読み出している。

ところで、Ｒ，Ｇ、Ｂ各画素の選択的読み出しは、前記
した第１図および第２図の説明から容易に推測できるよ
うに、画素選択ＭＯ８ｌ−ランジスタフ、８．９を垂直
走査回路１の出力部に設けても第３図と同”−の画素読
み出しが可能であるー ただし、この場合には、第１図および第２図の対比から
明らかなように、撮像素子の受光部すなわち画素配列部
分の面積が、画素選択Ｍｏ５ｔ−？ンジスタと各垂直Ｍ
Ｏ８トランジスタ３のベースとを結ぶ経路の増加によっ
て減じることになる。

この状態は、第３図のような画素ブロックの読み出し形
式の場合には、より一層顕著となる。そこで、入射光に
対する撮像素子の感度劣化の恐れを避ける為には、第３
図に示すように、画素選択ＭＯ８トランジスタ？、８．
９を水平走査回路６の出力部に設けるようにした方が望
ましいといえるＯ なお５以上の第１図ないし第３図の実施列の固体撮像素
子は、前記特開昭５９−１４４２７８　号公報に記載の
ものと同様、垂直走査回路１およびインタレーススイッ
チ２の動作によって、２水平画素列が同時期に読み出さ
れるインタレース走査が行なわれる。

すなわち、奇フィールドでは、１行目・２行目の水平画
素列、３行目・４行目の水平画素列・・・・・・という
ように％　２水平画素列が同時期に読み出され、また偶
フィールドでは、２行目・３行目の水平画素列、４行目
・５行目の水平画素列・・・・・・というように、２水
平画素列が同時期に読み出される〇ただし、偶フィール
ドでは１回路構成上、１行目の水平画素列も読み出され
るが、当該画素信号は後の処理において便用されない。

したがって、テレビモニタ等の画面上の一水平走査線の
映１象信号は、垂直方向に隣接した２水平画素列からの
信号で構成される。

この為に１例えば第３図において、Ｒ画素とＧ画素とを
垂直方向上下で入れ替え、ＲおよびＢ画素信号を水平方
向の一画素列から読み出し、またＧ画素信号を上記画素
列と垂直方向に隣接した所定の一画素列から読み出すよ
うにしても差し支えない。そして、このような°画素構
成とした場合の上記した画素信号の読み出しは、画素選
択ＭＯＳトランジスタ７．８．９のゲート端子に供給す
る画素選択制御パルスの配線を適当に変更することで可
能である。

第４図は、前記第１図ないし第３図の実施例と異なる画
素構成および画素信号の読み出し回路構成を有する本発
明の一実施例の構成図である。同図において、第１図な
いし第３図と同一符号は同一または同等部分をあられし
ている。

この第４図の実施例における垂直ＭＯ’３　１−ランジ
スタ１０、水平ＭＯ８トランジスタ１１および垂直スイ
ッチＭＯ８１−ランジスタ１２からなる画素信号の読み
出し回路構成および眼目路の信号読み出し方法は、前記
特開昭５９−１４４２７８　号公報に示された実施例（
同公報の第５図に関するもの）と同様である・ただし１
本実施例は、前記公報記載の実施的が隣接する画素列の
二行同時読み出しによるインタレース走査であるのに対
して。

垂直走査回路ｌの出力部に設けられたインタレーススイ
ッチ２０によって１画素列の一行おき読み出しインクレ
ース走査が行なわれるようになっている。なお、本実施
例を、前記公報記載の実施例と同様に、二行同時読み出
しの構成としても、後述する画素信号の選択的読み出し
は可能である。

第４図の実施例において、本発明の特偵である画素選択
手段は、画素選択スイッチ１４である。

この画素選択スイッチ１４は、水平走査回路６の各出力
端子毎に配設されて、該水平走査回路６の出力を、２つ
の水平ゲート線１３のいずれか一方に切替えて導ひくよ
うに構成されでいる。

前記スイッチ１４が図示の接続状態では、ある１行の水
平画素列の１回目の走査では、３画素のみが選択的に読
み出される。また、画素選択スイッチ１４が切り換わり
図示と反対の接続状態となって２回目の水平走査が行な
われると、この時には、８画素のみが読み出されること
になる。

この故に、第４図の撮慄素子と、録画素信号用のもう一
つの撮像素子とを用いれば、第３図に関して説明した３
原色信号の撮像が容易に実現できる。

なお、この第４図の実施例においても、第１図に示す画
素選択ＭＯ８１−ランジスタを介して、各水平ゲート線
１３と水平走査回路６の各出力端子とを１対ｌに結合し
、上記と同様の画素読み出しを実現することも考えられ
る。しかし、このようにして画素信号の読み出しを行な
う場合よりも、第４図に示す画素選択スイッチ１４の切
り換え動作によって水平走査回路６の出力を２つの水平
ゲート線１３に振分ける方式の方が、水平走査回路６を
構成する例えばシフトレジスタ等の段数を低減でき、ま
た画素列の水平走査を予定時間内に実行する際に、水平
走査回路６の駆動クロック周波数を低く設定することか
き有利である・以上説明した各実施例では、ＭＯＳ形と
よばれる固体撮像素子に本発明の特徴である画素選択手
段を設けた場合であった。しかし、水平方向の画素信号
読み出しに電荷転送素子（例えばＣＯＤ等）を用いた固
体撮像素子に、前記画素選択手段を設けるようにしても
、前述した画素信号の選択的な読み出しは実現可能であ
る。

例えば％第４図の実施例と同様な画素信号の選択的読み
出しを実現するには、Ｂ画素用およびＢ画素用として、
それぞれ独立した水平転送用ＣＯＤを設け、これら２種
のＣＯＤのうち各水平走査ごとにいずれか一方のＣＯＤ
が画素選択スイッチ１４によって選択されクロックパル
スが供給されて動作するように構成すればよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明では。

単一または複数の水平画素列からなる１水平走査線を複
数回連続走査しても、その走査毎に画素信号を有効に読
み出すことができる。この結果、本発明の固体撮像素子
を用いれば、カラー信号の時分割多重による信号処理方
式を採用した装置において、メモリ回路等が不要となり
、装置の小形化および低コスト化を図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、それぞれ本発明の固体撮１象素
子の一実施例を示す構成図である。 １・・・垂直走査回路、６・・・水平走査回路ｂ　７１
８＋９・・・画素選択ＭＯ８１−ランジスタ、１４・・
・画素選択スイッチ 代理人弁理士　　平　　木　　道　　人第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の画素を水平方向に１列に配置した画素列
   を複数行有する固体撮像素子において、所定の１画素列
   あるいは垂直方向に隣接する複数の画素列の信号を選択
   的に読み出し可能にする手段と、 前記所定の１画素列あるいは垂直方向に隣接する複数の
   画素列を連続的に複数回繰り返して走査（以下、複数回
   連続走査という）する手段と、前記複数回連続走査にお
   いて各走査毎に予定の色画素の信号のみを選択的に読み
   出す画素選択手段と を具備し、前記複数回通続走査により時分割で読み出さ
   れる映像信号がカラーテレビジョンの１水平走査線画像
   を形成する信号であることを特徴とする固体撮像素子。
2. （２）前記複数回連続走査が３回連続走査であり、各走
   査によって赤、青、緑の３原色信号が時分割で得られる
   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
   素子。