JPS6331376A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JPS6331376A
JPS6331376A JP61174981A JP17498186A JPS6331376A JP S6331376 A JPS6331376 A JP S6331376A JP 61174981 A JP61174981 A JP 61174981A JP 17498186 A JP17498186 A JP 17498186A JP S6331376 A JPS6331376 A JP S6331376A
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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】 〔技術分野〕 本発明は、キャパシタを介して電位が制御される光電荷
蓄積領域を有する光電変換素子を用いた撮像装置に関す
る。
本発明による撮像装置は、たとえば画像入力装置、ワー
クスティジョン、デジタル複写機、ワードプロセッサ、
バーコードリーグや、カメラ、ビデアカメラ、8ミリカ
メラ等のオートフォーカス用光電変換被写体検出装置等
にも適用可能である。
〔従来技術〕
近年、光電変換装置、特に固体撮像装置に関する研究が
CCD型およびMOS)!liの2方式を中心に行われ
ている。
CCD型撮像装置は、MO5型キャパシタ電極下にポテ
ンシャル井戸を形成し、光入射により発生した電荷をこ
の井戸に蓄積し、読出し時には、これらのポテンシャル
井戸を、電極にかけるパルスにより順次動かして、蓄積
された電荷を出力アンプまで転送して読出す、という原
理を用いている。したがって、比較的構造が簡単であり
、CCD自体で発生する雑音が小さく、低照度撮影が可
能となる。
一方、MOS型撮像装置は、受光部を構成するpn接合
より成るフォトダイオードの各々に光の入射により発生
した電荷を蓄積し、読出し時にはそれぞれのフォトダイ
オードに接続されたMOSスイッチングトランジスタを
順次ONすることにより蓄積された電荷を出力アンプに
読出す、という原理を用いている。したがって、CCD
型に比較して構造上複雑となるものの、蓄積容量を大き
くとることができ、ダイナミック・レンジを広くするこ
とができる。
しかし、これら従来方式の撮像装置には1次のような欠
点が存在するために、将来的に高解像度化を進めて行く
上で大きな支障となっていた。
CCD型撮像装置では、l)出力アンプとしてMO5型
アンプがオンチップ化されるために、シリコンとシリコ
ン酸化膜の界面から画像上、目につきゃすいl/f雑音
が発生する。2)高解像度化を図るために、セル数を増
加させて高密度化すると、ひとつのポテンシャル井戸に
蓄積できる最大電荷量が減少し、ダイナミックレンジが
取れなくなる。3)蓄積電荷を転送して行く構造である
ために、セルに一つでも欠陥が存在すると、そこで電荷
転送がストップしてしまい、製造歩留りが悪くなる。
MOS型撮像装置では、l)信号読出し時に。
各フォトダイオードに配線容量が接続されているために
、大きな信号電圧ドロップが発生する。
2)配線容量が大きく、これによるランダム雑音の発生
が大きい、3)走査用MOSスイッチングトランジスタ
の寄生容量のバラツキによる固定パターン雑音の混入が
ある。このなめに、低照度撮像が困難となり、また、高
解像度化を図るために各セルを縮小すると、蓄積電荷は
減少するが、配線容量があまり小さくならないために、
S/N比が小さくなる。
このように、CCD型およびMOS型撮像装置は高解像
度化に対して木質的な問題点を有している。これらの撮
像装置に対して、新方式の半導体撮像装置が提案されて
いる(特開昭56−150878号公報、特開昭56−
157073号公報、特開昭56−165473号公報
)、ここで提案されている方式は、光入射によって発生
した電荷を制御電極(例えば、バイポーラトランジスタ
のベース、静電誘導トランジスタSITあるいはMOS
トランジスタのゲート)に蓄積し、蓄積された電荷を各
セルの増幅機能を利用して電荷増幅を行い読出すもので
ある。この方式では、高出力、広ダイナミック・レンジ
、低雑音および非破壊読出しが可能であり、高解像度化
の可能性を有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、非破壊読出しモードで光電変換信号を複
数回読出すと、読出された信号振幅が低下する。これは
光電変換素子の信号電流読出し時において、光電変換素
子のベースに蓄積された電荷が、ベース電流によって放
電される事による。
この様な電荷の減衰とは光電変換素子の電流増幅−Ih
FEと等価ベース容量CBおよびエミッタ負荷容1cv
による下記の近似式で表すことが出来る。
例えばhFE=2000.CB=0.lPF、CV=4
PFとすれば1回の読出しで電荷は2%低下することに
なる。従って非破壊読出しを複数回繰返すと撮像デバイ
スの出力信号は、読出し、回数に応じて、低下してしま
う、従って上述の非破壊読出しモードを利用して、例え
ば撮像デバイスの各水平ラインの組合せを変えて第1回
目の読出し信号を第1フイールド信号、第2回目の読出
し信号を第2フイールド信号として静止画記録を行ない
、これをディスプレイ上に再生すると、フィールド毎の
信号レベルの違いがフリッカとなって。
非常に見ずらい画面となってしまう。
また、従来の撮像記録装置を使って、動く被写体を動画
として記録し、これを再生時、フレームの静止画として
観賞すると各フィールドで記録時刻が1/60秒ずれて
いるためにブした静止画となってしまう欠点があった。
そこで完全な静止画を得るにはシャッタに類する手段を
使って2フイ一ルド分の信号を同時に形成し、これを順
次読出す必要があり、多くの画素数が必要であった。
また動画を記録する際には極力フリッカ−や信号レベル
の変動を防がなければならないという問題があった。
本発明の目的は前記問題点を解決した撮像装置を提供す
る事にある。
又、簡単な構成で高品質の画像を形成し得る撮像装置を
提供する事を目的としている。
〔問題点を解決する為の手段〕
上記目的を達成するために、本発明では非破壊読出し可
能な線数の光電変換セルからなる撮像素子と、該撮像素
子から光電変換された情報信号を非破壊で複数回読出す
駆動手段と、読出し回数に応じて情報信号の利得を変え
る利得制御手段を有する撮像装置を有する。
〔作 用〕
このように構成することにより読み出し出力の劣化を補
正でき、フリッカ−現象を抑制できる。
〔実施例〕
本発明の光電変換装置の一実施例について図面を用いて
説明する。
#述の如き非破壊読出し回走な光センサセル構造を二次
元的に列した光電変換装置の回路構成図を第2図に示す
、尚、上記センサセルの構造は例えば特開昭60−42
764号公報に示されるようなもので良い。
点線でかこまれた基本光センサセル30(尚バイポーラ
トランジスタのコレクタは半導体基板および半導体基板
電極に接続される。読出しパルスおよびリフレッシュパ
ルスを印加するための水平ライン31 、31’ 、 
31 ”−−−−一−−−読出しパルスを発生させるた
めの垂直シフトレジスタ32インタレース回路IL、イ
ンターレース回路ILと水平ライン31 、31’、 
31 ”−−−−−−−一の間のバッファMoSトラン
ジスタ33.33’、33″′−−−−一一−−バッフ
ァMO5)ランシスタ33.33’。
33″−一一一一一一一のゲートにパルスを印加するた
めの端子34.リフレッシュパルスを印加するためのバ
ッファMO5)ランジスター−−−−−−−35。
35’ 、 35 ”、それのゲートにパルスを印加す
るための端子36、リフレッシュパルスを印加するため
の垂直シフトレジスタ52、基本光センサセル30から
蓄積電圧を読出すための垂直ライン38 、38’ 、
 38 ”−−−−−−−一及び51.51’。
51″−一一一一一一一各垂直ラインを選択するための
パルスを発生する水平シフトレジスタ39、各垂直ライ
ンを開閉するためのゲート用MOS)ランシスタ40 
、40’ 、 40″′−一一一一一一一、49 、4
9’ 。
49 ”−−−−−−−−M積電圧をアンプ部に読出す
ための出力ライン41.59読出し後に、出力ラインに
蓄積した電荷をリフレッシュするためのMOSトランジ
スタ42,53.Mo3)ランシスタ42.53ヘリフ
レツシユパルスを印加するための端子43 、54 、
出力信号を増幅するためのバイポーラ、Mo5−FET
、J−FET等のトランジスタ44,55.負荷抵抗4
5.56とトランジスタ44.55を電源に接続するた
めの端子46.57.トランジスタの出力端子47゜5
8、読出し動作において垂直ライン51 、51’ 。
51″に;J積された電荷をリフレッシュするためのM
OSトランジスタ48 、48’ 、 48 ” −−
−−−−50、50’ 、 50 ″およびMOSトラ
ンジスタ48 、48’、 48 ”−一−−−−−−
50、50’ 、 50 ”のゲートにパルスを印加す
るための端子49等によりこの光電変換装置は構成され
ている。
又1本発明の撮像装置では光電変換装置の各部分32,
34,36,39,43,49,52゜IL、54に対
して駆動パルスを供給する為のクロックドライバーCK
D、及びこのクロックドライバーにタイミングパルスを
供給する為のクロックジェネレータCKGを有している
。又、これらクロックドライバーCKD及びクロックジ
ェネレータCKGにより制御手段が構成されている。
次に第3図は制御手段による撮像装置の駆動方法を示す
図で、n l 、 n 2−−−−−−−一は各センサ
ーセルからなる行情報で、奇数フィールドでは図の様に
nlとn2から01ライン、n3とn4から02ライン
の情報を形成し、偶数フィールドでは奇数フィールドと
は行情報の組合せを変えて、n2とn3からe1ライン
、n4とn5からe2ライン情報を形成する。
その為にインターレース回路ILにより、フィールド毎
に第3図のような2ラインずつの組合せで2水平ライン
情報を同時に読出し夫々47゜58の出力端子にこの情
報を出力する。また本実施例では非破壊読み出しモード
で制御をするので上記偶数フィールドの読み出しが終了
するまでは行情報のリフレッシュを行なわないようにす
る。
従って同一情報を奇数フィールドでは1回目として読出
し、偶数フィールドでは2回目として読出すことになる
次に第1図は、第3図で説明した非破壊読出し方式を実
現する為の信号処理ブロック図である。
図において90はシャッター、100はセンサー、CK
Dはドライバー、CKGはクロック発生器、SYSはシ
ステムコントローラである。また200及び300は非
破壊読出しモード時の偶数フィールドでの信号利得を上
げるよう調整する利得調整器、SWIは奇、偶数フィー
ルドでの信号切替スイッチ500は輝度信号を形成する
輝度処理回路、600は色信号を形成する色処理回路、
700は輝度及び色信号を得てガンマ補正、AGCホワ
イトバランス等の処理を行ない輝度信号Y、色差信号R
−Y、B−Y信号を形成するプロセス回路である。
次に800は磁気記録回路でR−Y、B−Yの色差同時
信号を線順次化する色差線順次信号形成器や輝度及び色
差線順次色信号をFM変調するFM変調器、記録増幅器
等から成る。900は記録ヘッドで図示省略のビデオフ
ロッピーに対してFM信号を記録するものである。次1
000はエンコーダでありNTSC信号を形成し、VT
R等へこのNTSと信号を供給する。
また前記NTSC信号はEVFIlooへ入力され、モ
ニターされる。尚、MSWは静止画記録(スチル)モー
ドと動画記録(ムービー)モードとを切換えるモード切
換スイッチRLは撮影及び記録を指示するトリガー用の
レリーズスイッチである。
次に第4図示実線のスチルモードの動作を説明する。M
SWでスチルモードを選択したときにはレリーズスイッ
チ4RLのON (t z)後、−旦シャツタにより所
定時間(t3〜1+)の露光が為され、その後、シャッ
タ閉成状態において第3図の様な読み出し制御がt5〜
L8の2フイ一ルド期間かけて為される。このときセン
サー100の出力端子47.58から読出される信号は
奇数フィールドでは、シスコンSYSによりスイッチS
WIにおいて第4図示実線の如<t5〜t7の間PSW
がローレベルであるのでC端子とC端子が接続される。
従ってセンサーの出力は回路200.300によるレベ
ル調整はなされずに輝度処理回路500.色処理回路6
00.磁気記録回路800.磁気ヘッド900を介して
ビデオフロッピーの第nトラックに記録される。そして
磁気ヘッド900は偶数フィールド信号を記録する為に
、第(n+1)  トラックへ送られる。
偶数フィールドではセンサー100は非破壊モードで読
出されるので、センサー100からの出力信号は数%小
さくなっている。そのため信号利得y4整器200.3
00で上記数%分のロスを補なうようレベルアップ調整
がなされる。即ち第4図示実線の如くスイッチSW1は
シスコンSYSからの制御パルスPSWがt7〜t8の
間ハイレベルとなることによりb端子とC端子が接続さ
れる。従って奇数フィールドとほぼ同一振幅の偶数フィ
ールド信号が、後段の輝度処理回路及び色処理回路へ接
続され第(n+1) トラックに記録される。
そして磁気ヘッドは次の第(n+2)  トラックへ送
られこれで1フレ一ム分の記録が終了し、次の撮影待機
状態となり、次にレリーズスイッチがONとなるのを待
つ。
上述の様に奇数フィールドと偶数フィールドの信号レベ
ルをほぼ同一となる様制御したのでフリッカのない高品
位の画像を得る事が出来た。
次にムービーモードの実施例の説明を第4図示点線を用
いてする。尚、RLとφFはスチルモードと同じである
即ちムービ撮影時はレリーズスイッチRLのON (t
 1〜ta)によりシャッターはこの間開成状態のまま
画像蓄積し、読み出し時は破壊読出しモードになる様読
出し直後に、その行のリフレッシュを行なう、このとき
スイッチSWIは常にa−Cが接続される様にシスコン
SYSによりパルスPSWはローレベルに制御される。
又クロックドライバー及び回路800はt2〜L6の間
だけ動作する。
次に第5図は第1図示実施例のクロックドライバーCK
Dよりセンサー100に供給される各制御パルスの概略
タイミング図である。
図示(A)の水平ブラッキングパルスHBLKを参考に
他のパルスを説明する0図示(B)(φH−RF)及び
(C)(φU−RF)は夫々シフトレジスタ52、端子
149に供給されるリフレッシュパルスで、これらのパ
ルスは水平ブランキングの期間内に供給され、センサー
のベース及び各垂直ラインに蓄積されている電荷を1行
ずつトランジスター−−−−−−−48、48’ 、 
48 ” 。
−−−−−−−−50、50’ 、 50″を介してア
ースにリフレッシュする。
次にパルス(D)(φHS)は水平シフトレジスタ39
の、又(F)(φVS)は垂直シフトレジスタ32のシ
フトパルスである。また(E)(φHS −RF)は端
子43.54に供給されるビットリフレッシュパルスで
ある。
上記の各パルスのうちで、センサー情報を破壊又は非破
壊で読出す各モードの選択に関係するのは、リフレッシ
ュパルス(B)(C)である。即ちリフレッシュパルス
を停止すれば非破壊読出しモードとなる。
従って、シスコンSYSでクロックジェネレータCKG
及びドライバー〇KDを制御し、動画記録、静止画記録
を自由に選定できる。破壊読出しのときは第5図示の如
く水平ブランキング期間の毎にパルスφH−RF、φV
−RFにより読み出し符丁直後の行の情報をリフレッシ
ュし、非破壊読み出しのときにはφH−RF、φV−R
Fを供給しないことにより奇数フィールド、偶数フィー
ルドで同じ行信号を2回続けて読み出すことができる。
次に本発明の第2の実施例を第6図、第7図を参照して
説明する。
第6図はセンサー100からの行情報読出しを3線間時
に行なうようにした時の説明図である。
センサー100の構造は第2図の2線読み出しを3線読
み出しに変更するだけなので詳細は省略する。奇数フィ
ールドでは行情報nl、n2.n3からo1ライン、n
3.n4.n5から02ラインが形成される。この場合
ムービー撮影のときは奇数行の情報は非破壊で読出す。
次に偶数フィールドでは行情報読出しの組合せを変える
。即ち、n2.n3.n4からelライン、n4.n5
.n6からe2ラインが形成される。
このときムービーモードでは偶数行の情報を非破壊で読
出す、尚、スチルモードではすべての行情報を非破壊読
出しする。
従ってムービーモード及びスチルモードの奇数フィール
ドでは各ライン01 、02 、03−−−−−−を構
成する3本の行情報のうち第6図中の一番上の1行(奇
数の行情報)のみが出力低下する。
又、ムービーモードの偶数フィールドについても全く同
様に第6図中の各ラインel、e2゜e 3−−−−−
−を構成する3木の行情報のうち1番上の1行(偶数の
行情報)のみが出力低下する。
一方、スチルモードでほの偶数フィールドでは各ライン
e 1 、 e2 、 e3−−−−−−を構成する3
木の行情報のうち上の2木の行情報が3回目の読み出し
となり出力低下するのに対し、1番下の1本の行情報は
2回目の読み出しとなり出力低下の割合は小さいことが
わかる。
次に第7図は第6図示実施例の信号処理ブロック図であ
る0本実施例は第1図示実施例に以下の処理回路を追加
したものである。
先ず101はマルチプレクサである。このマルチプレク
サは次のような働きをする。
即ち第6図示のn 1− n 7−−−−−−の各行の
出力線は例えばnl 、n4.n7−−−−−−が第1
の出力端子x1に構造的に接続されており、n2゜n 
5 、 n 8−−−−−−が第2の出力端子X2に接
続されており、n 3 、 n 6 、 n9−−−−
−一が第3の出力端子X3に接続されている。
これに対し、マルチプレクサ101では奇数フィールド
の水平ライン出力01を形成する為にセンサ100の読
み出しを制御するときにはxl。
x2 、x3を夫々X4 、X5 、X6に接続し、0
2を形成するときにはx3.xi、x2を夫々x4.x
5.x6に接続し、03を形成するときにはx2.x3
.xiを夫々x4.x5.x6に接続する。以下同様に
して水平ライン毎にX1〜X3とX4〜X5の接続関係
を切換える。
又、偶数フィールドのelを形成するときにはマルチプ
レクサ101はx2 、 x3 、 x 1を夫々x4
 、x5 、x6につなぎ、e2を形成するときにはx
i、x2.x3を夫々x4.x5 、x6につなぎ、e
3を形成するときにはx3.xi。
x2を夫々x4.x5.x6につなぐ。
又、前述の様にムービー、スチル両モードにおいて各水
平ラインを形成する時に、3線出力の中で、必ず1つの
出力だけが他の2つの出力と異なるレベルとなるので、
その時の信号レベルの調整のために信号利得調整器20
0,300を設けている。即ちムービーモードの場合に
は前述のよ′うに奇数フィールドでも、w46図の3本
の出力のうち1番上の出力即ち第7図では出力ラインx
4の出力が低下するのでゲインアップ用の信号利得調整
器200で、x4の出力をx5.x’6の出力レベルに
合わせてやる。
一方、スチルモードではx4 、x5の出力に対し前述
のように1番下のx6の出力だけ出力レベルが高いので
ゲインダウン用の信号利得調整器300でx6の出力を
x4 、x5の出力に合わせてやる。
その為にシスコンSYSはスイッチ400をムービーモ
ードではa−Cを、スチルモードではb−cを接続する
よう制御する。
次に信号利得調整器210,220,230はスチルモ
ードの偶数フィールドでの信号レベルの劣化をゲインア
ップして調整する為のものである。即ち、第6図示の様
にスチルモードの偶数フィールドでは3回目又は2回目
の読出しをすることになるので、信号レベルの低下は大
きく、そのためフリッカは非常に目立つ、前述の利得調
整器300によりx6の出力はx4 、x5の出力即ち
3回目の読み出しレベルに合せられているのでスチルモ
ードでは奇数フィールドと偶数フィールドの出力差が大
きい、しかしこれによるフリッカ成分は信号利得調整器
210,220,230で除去されるので高品位の画像
となる。スイッチ450はムービー撮影時にe−fが接
続され、スチル撮影時にはd−fが接続される選択スイ
ッチである。
以上の様に3線出力力式の採用に問題となるフリッカ問
題を解決出来、3線出力力式の水平φ垂直解像度の向上
及び偽色信号の低減効果をさらに発揮する車が出来た。
次に本発明の第3の実施例を次に説明する。
第8図は信号利得調整器210,220,230を簡略
した実施例図である。即ちフリッカが良く目立つのは輝
度信号Yであるため3線出力x 4’〜x 6’の合成
又は3線出力の点順次化により輝度信号Yを形成後、信
号レベルの調整を信号利得調整器210′で行う様にし
た。SW3はスイッチ450と同様ムービーモードでe
、スチルモードでdにつながる。尚輝度信号を形成する
他の方法としては、複線出力の場合、そのうちの−本の
信号を緑色フィルタに対応する出力となるように構成し
ておき、この出力を低域輝度信号としても良く、その時
は低域輝度信号を形成する信号線のみに信号利得調整器
を挿入すれば良い。
次に第9図はセンサ出力信号をプロセス処理後、信号レ
ベルの調整を行なう第4実施例である。輝度信号Yは磁
気記録回路800の前段で信号利得調整器210“によ
りレベル調整が行なわれる。
また色差信号は信号利得調整器を減らすために色差信号
を色差線順次信号形成回路a o o’で線順次化した
後で信号利得調整器300’によりレベル調整を行う、
SW4 、SW5はスチルモードでの側、ムービーモー
ドでbaにつながるスナツチである。この処理により、
非破壊読出しに起因する輝度信号のフリッカ成分と、ま
た色信号のずれ及びホワイトバランスずれ、色フリッカ
を除去出来る。
と述の様に非破壊読出しを複数回行なった時、この読出
し回数に応じて信号レベルの調整を行ったので輝度成分
のフリッカ及び色成分のずれホワイトバランスずれ及び
色フリッカを除去する事が出来、非破壊センサの特徴を
最大限に生かす車が出来た。
また非破壊読出しモードと破壊読出しモードを切換可能
としたので動画、静旧画を撮影目的に合わせて選らぶ事
が出来た。さらに静止画記録前の撮影チェックも、フリ
ッカがない状態で出来る様になった。
〔効 果〕
本発明によれば非破壊でセンサー出力を複数回読み出す
場合に読み出し回数に応じてゲインを調整しているので
フリッカ−がなくなり画質が大巾に向上した。
【図面の簡単な説明】
第1図は撮像装置の構成側図、第2図は制御手段による
撮像装置の駆動方法を示す図、第3図は第1図の撮像装
置に適した光電変換素子の実施例図、第4図はムービー
及びスチルモードのタイミング図、第5図は第4図実施
例のセンサ駆動タイミング図、第6図は本発明の第2の
実施例の駆3、第4実施例図である。 100はセンサー、200,300,210゜220.
230は信号利得調整器、SWl。 SW3 、SW4.SW5,400.450は切換スイ
ッチ、sysはシステムコントローラー、CKGはクロ
ック発生器、CKDはクロックドライバーである。 Odd      eVen 買Ll−Ω ムー(aυス÷ILf71        ムービ00
δΔ         even(Z斗ル]TS口 ダυ ’K q口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 非破壊読出し可能な該数の光電変換セルからなる撮像素
    子と、該撮像素子から光電変換された情報信号を非破壊
    で複数回読出す駆動手段と、読出し回数に応じて情報信
    号の利得を変える利得制御手段を有する撮像装置。
JP61174981A 1986-04-23 1986-07-25 撮像装置 Expired - Fee Related JPH0642722B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61174981A JPH0642722B2 (ja) 1986-07-25 1986-07-25 撮像装置
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