KR100281788B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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이데이 노부유끼
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Abstract

본 발명은 동적 해상도를 손상시키는 것 없이도 수직 해상도(MTF)를 변화시킬 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하는 것이다. 촬상부(3)의 CCD 이미지 센서(2)를 구동시키는 CCD 구동 회로(6)는 제어부(7)에 의해 제어되어 우수열의 광전 변환 소자와 기수열의 광전 변환 소자에 대해 CCD 이미지 센서(2)의 각각의 광전 변환 소자의 유효 전하 저장 주기를 독립적으로 변화하여, 매 필드마다 기수 및 우수열의 각각 인접한 광전 변환 소자에 의해 얻어진 촬상 전하를 부가 및 혼합하여 그로부터 판독된다. 촬상부(3)의 CCD 이미지 센서(2)를 구동시키는 CCD 구동 회로(6)는 제어부(7)에 의해 제어되어, CCD 이미지 센서(2)의 전자 셔터 기능 제어를 수행하고, 전자 셔터 기능이 삽입되는 방법으로 각각의 광전 변환 소자의 유효 전하 저장주기를 제어한다.

Description

고체 촬상 장치
제1도는 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 블럭도.
제2도 및 제2a도는 상기 언급된 고체 촬상 장치에 사용되는 프레임 인터라인 전송형의 CCD 이미지 센서의 구성을 나타내는 개략적인 평면도.
제3도는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 상기 언급된 고체 촬상 장치의 동작을 나타내는 타이밍 챠트도.
제4도는 상기 언급된 촬상 장치에 의해 얻어진 촬상 신호의 수직 MTF 특성을 도시하는 특성도.
제5도는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 상기 언급된 고체 촬상 장치의 동작을 도시하는 타이밍 챠트도.
제6도는 필드 판독 모드에서의 동작을 도시하는 타이밍 챠트도.
제7도는 프레임 판독 모드에서의 동작을 도시하는 타이밍 챠트도.
제8도는 셔터 기능을 갖은 필드 판독모드에서의 동작을 도시하는 타이밍 챠트도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
4 : 신호 처리부 5 : 인코더
6 : CCD 구동 회로 7 : 제어부
본 발명은 광전 변환 소자가 매트릭스 형태로 배열되는 고체 이미지 센서에 의해 피사체를 촬상하는데 적합한 고체 촬상 또는 영상 픽업 장치에 관한 것으로써, 비월 주사가 수행되는 NTSC(국제 텔레비젼 시스템 위원회) 시스템, PAL 시스템 등의 표준 텔레비젼 시스템의 텔레비젼 카메라 장치에 적용된다.
NTSC 시스템과 같은 이러한 표준 텔레비젼 시스템은, 기수 필드(odd field)의 주사 라인과 우수 필드(even field)의 주사라인이 번갈아 위치되는 비월 주사를 사용한다.
광전 변환 소자가 매트릭스 형태로 배열되는 CCD(전하 결합 소자)와 같은 고체 이미지 센서를 사용하는 고체 촬상 장치에서는, 필드(field) 판독 모드로 불리우는 동작 모드, 또는 프레임(frame) 판독 모드로 불리우는 동작 모드에서 상기 센서가 동작하도록 하며, 비월 주사 형태의 촬상 출력을 발생한다.
예를들면, 인터라인 전송(interline transfer)형 CCD 이미지 센서에서는, 필드 판독 모드에서의 동작 경우, 제 6 도에 도시된 바와 같이 기수열의 광전변환소자에 의한 촬상 전하, Ai와 우수열(상호 각각 인접한)의 광전 변환 소자에 의한 촬상 전하 Bi는, 수직 블랭킹 주기마다 판독 펄스를 사용함으로써 수직 전송 레지스터에 전송된다. 광전 변환 소자(기수 및 우수)에는 수직으로 인접한 쌍으로부터의 전하가 부가되고, 이러한 쌍은 각 필드(주어진 전하가 한 필드 위로부터의 전하 및 다음 필드 아래의 전하에 부가되도록)에서 교대로 발생되고, 연속 필드에서 촬상 전하(Ai+ Bi) 및 (Bi+ Ai+1)를 선형으로 순차적으로 판독한다. 상기 전하는 영상 주기동안 수직 전송 레지스터로부터 수평 전송 레지스터를 통해 전송되어, 비월 주사에 대응하는 촬상 출력을 얻는다.
프레임 판독 모드 동작의 경우, 제 7 도에 도시된 바와 같이, 매 수직 블랭킹 주기마다 판독 펄스를 사용함으로써 기수열의 광전 변환 소자로부터의 촬상 전하 Ai와 우수열의 광전 변환 소자로부터의 촬상 전하 Bi를 교호적인 인터벌로 수직 전송 레지스터에 전송하는 방법이 사용된다. 그때, 매 필드마다 차례로 각 필드의 촬상 전하 Ai, Bi는 영상 주기동안 수직 전송 레지스터로부터 전송 레지스터를 통해 선형 및 순차적으로 판독되어, 비월 주사에 대응하는 촬상 출력을 얻는다.
부가하여, 상기 언급된 필드 판독 모드에서, 제어 신호가 각각의 광전 변환소자에 의해 얻어진 촬상 전하를 오버플로우 드레인(overflow drain)내로 제거하도록 인가되어 유효 전하 저장 주기 및 유효 셔터 주기를 변화시키는 것을 허용하여 이미지 센서에 전자 셔터 기능을 제공하는 것이 제안되어 왔다.
그러나, 이러한 기술은 여러 단점을 포함한다. 즉, 필드 판독 모드에서, 우수열의 촬상 전하 Bi와 기수열의 촬상 전하 Ai의 부가 및 혼합은 수직 해상도(변조 전송 기능 또는 MTF)를 저하시킨다.
프레임 판독 모드에서, 기수열의 촬상 전하 Ai와 그것에 인접한 우수열의 촬상 전하 Bi가 분리되어 판독될지라도, 수직 해상도(MTF)는 필드 판독 모드와 비교해서는 개선된다. 그러나, 화상을 이동시킬 때 잔상이 증가되고, 동적 범위가 1/2로 되며, 촬상 시간이 증가되는 문제점이 발생하며, 또한, 프레임 판독 모드의 경우 비월 주사에 의해 야기된 플리커(flicker)가 증가되는 경향이 있다.
상기 기술된 바와 같은 종래의 고체 촬상 장치의 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 동적 해상도의 감소 없이 수직 해상도(MTF)를 개선시킬 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가상 해상도상의 전자 셔터 기능의 효과가 감소될 수 있는 촬상 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술된 문제점을 제거하기 위하여, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 있어서, 광전 변환 소자가 매트릭스 형태로 배열되는 고체 이미지 센서와, 상기 고체 이미지 센서의 각각의 기수 및 우수 광전 변환 소자의 유효 저장 주기를 독립적으로 변화시키며, 매 필드마다 다른 특성에 따라 각각 인접한 기수 및 우수열 광전 변환 소자에 의해 얻어진 촬상 전하를 부가 및 혼합시키는데 적합한 이미지 센서 구동 제어 수단을 특징으로 한다.
이것은 현재의 센서 게이트 펄스 사이에서의 부가적인 판독 펄스(센서 게이트 펄스)를 처음 기수 센서 소자에, 다음 필드에서는 우수 센서 소자에 번갈아 제공함으로써 달성될 수도 있다. 그러므로 각 필드에서 센서 소자의 한 세트는, 전하의 부가 및 혼합에 모두 기여하도록 하며, 반면에, 다른 세트는 그들의 유효 전하 저장 시간이 초과 중간 판독 펄스에 의해 감소되기 때문에 감소된다.
부가적인 판독 펄스의 응용에서, 상기 포인트에 저장된 전하는 고속 전송되고, 고속 수평 펄스(FIT 형 CCD의 수평 전송 레지스터에서)에 의해 제거된다.
전자 셔터 기능이 제공되면 부가적인 판독 신호가 셔터 신호에 비례될 수도 있다. 이것은 기수 및 우수열 소자 각각의 혼합 비율이 정상적인 1 : 1로부터 변화가 허용되어 가상 해상도를 개선시키며, 셔터 신호가 수직 해상도에 나쁘게 영향을 미치는 것을 방지한다.
한 실시예에서, 이미지 센서 구동 제어 수단은 제어를 수행하여 프레임 인터라인 형인 고체 이미지 센서의 우수열의 촬상 전하와 기수열의 광전 변환 소자에 의해 얻어진 촬상 전하를 영상주기의 중간 동안 매 필드마다 차레로 촬상부의 수직전송 레지스터로 판독한다. 이것은 셔터 신호를 시간에 비례하여 추적한다. 그때 상기 제어 수단은 매 필드마다 수직 블랭킹 주기 동안 촬상부의 수직 전송 레지스터로부터 제어부의 수직 전송 레지스터로 촬상 전하를 고속 전송한다. 저장부의 수직 전송 레지스터로부터 수평 전송 레지스터를 통해 촬상 전하를 선형 및 순차적으로 고속 전송하여 그것들을 제거한다. 영상 신호를 발생하기 위하여, 구동 제어 수단은 기수열의 광전 변환 소자와 그것에 인접한 우수열의 광전 변환 소자에 의해 얻어진 촬상 전하를 매 필드마다 수직 블랭킹 주기동안 부가 및 혼합하여, 이렇게 부가되고 혼합된 촬상 전하를 촬상부의 수직 전송 레지스터로 판독한다. 상기 구동 제어 수단은 저장부의 수직 전송 레지스터로 이러한 촬상 전하를 고속 전송하고, 저장부의 수직 전송 레지스터로 이러한 촬상 전하를 고속 전송하고 저장부의 수직 전송 레지스터로부터 수평 전송 레지스터를 통해 선형 및 순차적으로 촬상 전하를 판독한다.
인접한 소자로부터의 전하 부가 및 혼합은 전송 전후에 수행될 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 지금부터 상세히 기술하기로 한다. 본 발명에 따른 또한 종래 기술에 따른 고체 촬상 장치의 실시예는 첨부된 도면과 관련하여 지금부터 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 사용하는 고체 촬상 장치는 제 1 도에 도시된 바와 같이 구성된다.
제 1 도에 도시된 고체 촬상 장치는 촬상광 L이 촬상 광학계(1)를 통하여 입사되는 촬상부(3)의 CCD(전하 결합 전자)이미지 센서(2)에 의해 피사체상의 3원색 화상을 촬상하고, NTSC(국제 텔레비젼 시스템 위원회) 시스템에 표준인 텔레비젼 신호를 출력하는 칼라 텔레비젼 카메라 장치에 적용된다. 이러한 고체 촬상 장치는, 촬상부(3)로부터 촬상 신호가 공급되는 신호 처리부(4)와, 상기 신호 처리부(4)에 의해 처리되는 촬상 신호가 공급되는 인코더(5)와, 상기 CCD 이미지 센서(2)를 구동하는 CCD 구동 회로(6)와, 이러한 각종 회로 블럭의 동작을 제어하는 제어부(7)를 구비한다.
이러한 고체 촬상 장치에 있어서, 촬상부(3)를 구성하는 CCD 이미지 센서(2)는, 제 2 도에 도시된 바와 같이, 기수 필드 및 우수 필드의 각 촬상면에 대응하는 광 다이오드 같은 광전 변환 소자 SO, SE가 매트릭스 형태로 촬상면에 배열되는 촬상부 IM와, 상기 촬상부 IM의 각각의 광전 변환 소자 SO, SE에 의해 얻어지는 저장 전하(storge charge)가 수직 전송 레지스터 IMVREG를 통해 전송되는 저장부 ST를 구비하는 이른바 프레임 인터라인 전송(FIT)형 CCD 이미지 센서이다.
상기 CCD 이미지 센서(2)는 CCD 구동 회로(6)에 의해 구동되는데 적합하며, 매트릭스 형태로 배열된 광전 변환 소자 SO, SE에 의해 얻어진 촬상 전하는 매 수직 블랭킹 주기마다 전송 게이트 SG를 통해 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG로부터 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로 전송되며, 영상 주기동안 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG와 수평 전송 레지스터 HREG를 통해 1라인씩 선형으로 순차적으로 판독된다.
전자 셔터 기능이 제 2a 도에 도시된 바와 같은 CCD 이미지 센서(2)에 제공되어, 셔터 펄스 ΦSH가 CCD 구동 회로(6)로부터 센서 본체의 기판 또는 베이스에 인가될 수도 있으며, 그리하여 촬상부 IM의 각각의 광전 변환 소자 SO, SE에 의해 얻어진 촬상 영상에서는 오버플로우 드레인내로 제거된다.
상기 신호 처리부(4)는 감마(γ) 보정과 같은 신호 처리가 CCD 이미지 센서 (2)로부터 판독된 촬상 신호에 대해 시행된 촬상 신호를 형성하고, 상기 처리된 신호를 인코더(5)에 공급한다.
상기 인코더(5)는 상기 신호 처리부(4)로부터 공급되는 촬상 신호로부터 NTSC 시스템과 일치하는 텔레비젼 신호를 형성하여 출력 단자 (8)로부터 출력한다.
CCD의 동작에 대한 상세한 설명에 있어서, 상기 CCD 구동 회로(6)는, 제어부 (7)에 의해 제공된 타이밍 신호를 기초로 하여, 여러가지 제어 펄스(촬상수 IM에서 각각의 광전 변환 소자 SO, SE에 의해 얻어진 촬상 전하를 수직 전송 레지스터 IMVREG에 전송하는 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG중의 신호 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전송 펄스 ΦIM, 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG중의 신호 전하를 수직 방향으로 전송하는 수직 전송 펄스 ΦST, 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로부터 수평 전송 레지스터 HREG로 신호 전하를 전송하는 전송 펄스 ΦVH, 및, 수평 전송 레지스터 HREG중의 신호 전하를 수평으로 전송하는 수평 전송 펄스 ΦH는 물론 셔터 펄스등과 같은 펄스)를 CCD 이미지 센서(2)에 제공한다.
고체 촬상 장치의 시스템 클럭을 기초로 하여, 상기 제어부(7)는 동기 신호 및 블랭킹 신호등을 인코더(5)에 제공하며, 여러 가지 타이밍 신호를 신호 처리부 (4) 및 CCD 구동 회로(6)에 제공한다. 이러한 제어부(7)는 동작 모드가 시스템 제어기(도시되지 않음)에 의해 여러 모드사이에서 스위치되는데 사용된다. 이해를 돕기 위하여, 상기 언급된 바와 같은 필드 및 프레임 판독 모드 및 전자 셔터 동작은, 본 발명의 두 실시예에 따른 동작 모드를 기술하기 전에, 더욱 상세히 기술하기로 한다.
필드 판독 모드는 제 6 도와 관련하여 상세히 기술하기로 한다.
상기 모드에서, CCD 구동 회로(6)는 매 필드마다 수직 블랭킹 주기 TVBLK동안 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2를 촬상부 IM에 동시에 제공하며, 기수열의 광전 변환 소자 SO에 의해 얻어진 촬상 전하 Ai및 우수열의 광전 변환 소자 SE에 의해 얻어진 촬상 전하 Bi를 수직 레지스터 IMVREG로 전달한다. 상기 언급된 바와 같이, 인접한 기수 및 우수열 소자 쌍으로부터의 전하는 매 필드마다 변환되는 조합에 따라 합성되어, 그때, 필드 판독 모드에서 인터라인 주사에 대응하는 촬상 전하 (Ai+ Bi) (Bi+ Ai+1)를 판독한다. 이러한 전하는 수직 전송 레지스터 IMVREG에 전송된다.
상기 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2의 타이밍 직전에, 고속 수직 전송 펄스 ΦIM, ΦST는 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG와 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 전달되어, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG에서의 스미어 성분 (smear component)같은 불필요한 전하를 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 고속 전송한다. 이러한 고속 전송 동작에 의하여, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG내에는 불필요한 전하가 제거된 공백 상태가 된다.
또한, 상기 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2의 타이밍 직전에, CCD 구동 회로 (6)는 고속 수직 전송 펄스 ΦIM를 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG및 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 전송하며, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG로부터 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로 영상 전하 Ai+ Bi, Bi+ Ai+1를 고속 전송한다.
저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로 고속 전송되는 신호 전하 Ai+ Bi, Bi+ Ai+1는 다음 판독 주기(영상 주기)에서 수평 전송 레지스터 HREG를 통해 선형으로 순차적으로 판독된다.
고체 이미지 센서(1)로부터 판독된 촬상 신호는, 신호 처리부(4)를 통해 인코더(5)에 제공되는 NTSC 시스템에 표준인 텔레비젼 신호로 인코드되며, 상기 출력단자(8)로부터 출력된다.
이러한 모드는, CCD 구동 회로(6)가 셔터 펄스 ΦSH를 제 2a 도 및 8 도에 도시된 바와 같이 영상 주기의 중간에서 CCD 이미지 센서(2)의 기판 또는 베이스에 인가하는 전자 셔터 동작을 가질 수도 있다. 그러므로, CCD 이미지 센서(2)에서, 촬상부 IM의 각각의 광전 변환 소자 SO, SE에 의해 얻어진 촬상 전하는 셔터 펄스 ΦSH의 전체 적용에서 오버플로우 드레인 내로 제거된다. 결과적으로 셔터 펄스를 따르는 유효 전하 저장 주기 TEXP는 셔터 펄스의 타이밍을 변화시킴으로써 가변 제어된다.
비-셔터 동작과 유사하게, CCD 구동 회로(6)는, 수직 전송 레지스터 IMVREG가 비워져(고속 수직 전송 펄스 ΦIM, ΦST에 의해) 또다른 매 필드 후에 변화되는 각각의 대응하는 기수 및 우수열의 촬상 전하와 조합하여 촬상부 IM에서 광전변환 소자에 의해 얻어진 촬상 전하 Ai, Bi(또는 Bi+1)를 전송하는 상태에서 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2를 전달한다. 이들은 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 고속으로 전송되어, 다음 판독 주기(영상 주기)에서 수평 전송 레지스터를 HREG를 통해 판독된다.
그러므로 상기 모드에서 전자 셔터 기능에 의해 유효 전하 저장 주기 TEXP를 가변 제어하는 것이 가능하다. 고체 이미지 센서(1)로부터 판독되는 촬상 신호는 신호 처리부(4)를 통해 인코더(5)에 제공되는 소정의 시스템에 표준인 텔레비젼 신호로 인코드되며, 상기 출력 단자(8)로부터 출력된다.
제2동작 모드는 프레임 판독 모드이며, 이것은 제 7 도를 참조하여 기술하기로 한다.
상기 제2동작 모드에서, CCD 구동 회로(6)는 수직 블랭킹 주기 TVBLK동안 매 필드마다 차례로 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2를 촬상부 IM에 제공하여, 수직 전송 레지스터 IMVREG로 하여금 기수열의 광전 변환 소자 SO에 의해 얻어진 영상 전하 Ai와, 매 필드마다 차례로 우수열의 광전 변환 소자 SE에 의해 얻어진 촬상 전하 Bi를 수직 전송 레지스터 IMVREG에 제공하도록 한다. 그때 프레임 판 모드에서 인터라인 주사에 대응하는 촬상 전하 Ai, Bi가 판독된다.
또한, 이러한 제2동작 모드에서, 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2의 타이 밍직전에, 고속 수직 전송 펄스 ΦIM, ΦSM는 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG및 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 각각 제공되어, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG로부터 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로 스미어 성분같은 불필요한 전하를 고속전송한다. 이러한 고속 전송 동작에 의해, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG는 어떠한 불필요한 전하가 제거되는 빈상태로 된다.
그때, CCD 구동 회로(6)는 수직 전송 레지스터 IMVREG가 빈상태에서 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2를 제공한다.
또한 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2의 타이밍 직전에, CCD 구동 회로(6)는 고속 수직 전송 펄스 ΦIM, ΦSM를, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG와 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 제공하여, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG에서의 전하 Ai, Bi를 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로 고속전송한다.
저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 고속 전송되는 신호 전하 Ai, Bi는 다음 판독 주기 동안 수평 전송 레지스터 HREG를 통해 판독된다.
고체 이미지 센서(1)로부터 판독된 촬상 신호는 신호 처리부(4)를 통해 인코더(S)에 제공되며, 소정의 시스템에 표준인 텔레비젼 신호로 인코드되며 그러므로 얻어진 신호는 출력 단자(8)로부터 출력된다.
이러한 모드를 기술하면서, 본 발명에 따른 두 모드 동작은 지금부터 기술하기로 한다.
제 1 실시예에서, 제 3 도에 도시된 바와 같이, CCD 구동 회로(6)는 매 필드마다 수직 블랭킹 주기 TVBSK동안 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2를 촬상부 IM에 제공한다.
상술된 바와 같이, 수직 전송 레지스터 IMVREG로 하여금 매 필드마다 수직 블랭킹 주기 TVBLK동안 기수열의 광전 변환 소자 SO에 의해 얻어진 촬상 전하 Ai와, 우수열의 광선 변환 소자 SE에 의해 얻어진 촬상 전하 Bi를 수직 전송 레지스터 IMVREG에 전송한다. 전과 같이, 인접한 소자 쌍으로부터의 신호는 매 필드마다 차례로 촬상 소자 쌍과 조합되어, 그것에 의해 필드 판독 모드에서 인터라인 주사에 대응하는 촬상 전하 Ai+ Bi및 Bi+ Ai+1를 판독한다.
또한, 상술한 바와 같이, 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2타이밍 직전에, 각각의 전체 수직 블랭킹 주기 TVBLK동안, 고속 수직 전송 펄스 ΦIM, ΦST는 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG와 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 제공되어 레지스터는 빈 상태가된다. 그러므로 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2는 수직 전송 레지스터 IMVREG의 빈 상태에 인가된다.
유사하게, 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2의 타이밍 직후에, CCD 구동 회로 (6)는 고속 수직 전송 펄스 ΦIM, ΦST를 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 STVREG와, 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 제공하며, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG에서의 전하 Ai+ Bi, Bi+ Ai+1를 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 IMVREG에 고속 전송한다.
상기 실시예에서, 제 3 도에 도시된 바와 같이, 수직 전송 레지스터 STVREG에 의한 고속 전송 주기 동안 수평 전송 펄스 ΦH는 고속 펄스가 되어, 수평 전송 레지스터 HREG를 통해 고속 전송에 의해 불필요한 전하를 제거한다. 그러므로, 각 필드의 영상 주기동안 매 필드마다 차례로 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2를 촬상부 IM에 제공함으로써 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG에서 판독되는 기수열의 광전 변환 소자 SO의 촬상 전하 Ai와 우수열의 촬상 전하 Bi는 불필요한 전하로써 제거된다. 그러므로, 다량의 불필요한 전하가 발생될 수 있다. 그러나, 상기 언급된 고속 전송에 의해, 수평 전송 레지스터 HREG를 통해 이러한 다량의 불필요한 전하를 제거하는 것이 가능하다.
즉, 수평 전송 레지스터 HREG는 전송된 전하량이 적다할지라도 고속 전송에 의해 전송수를 증가시킴으로써 다량의 불필요한 전하를 제거할 수 있다.
또한 상기 모드에서, 촬상부 IM에 제공된 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2는 제 3 도에 도시된 바와 같이 한 필드에서 기수열의 광전 변환 소자 SO에 의해 얻어진 촬상 전하 Ai와 다음 필드에서 우수열의 광전 변환 소자 SE에 의해 얻어진 촬상 전하 Bi가 교호적으로 더미판독을 수행하는데 적합하다. 그러므로, 연속적인 센서 게이트 펄스 사이에서 전체 교호 주기 중 각각의 기수 소자 및 우수 소자에 있어서 부가적인 센서 게이트 펄스가 인가된다. 초과 펄스는 기수열 및 우수열 사이에서 번갈아 발생하여 한 필드에서의 기수열은 초과 펄스를 가지며, 다음 필드에서의 우수 열도는 초과 펄스를 가진다. 기수 및 우수 소자로부터의 신호가 쌍으로 될 때, 상기 초과 펄스는 본래의 필드 판독 모드 동안의 부가적인 혼합 비율 1:1로부터 매 필드마다 촬상 전하 Ai+ Bi, Bi+ Ai+1의 부가적인 혼합 비율을 변화시키는 것이 가능하다. 제 3 도에 도시된 장치에서, 상기 언급된 부가적인 혼합비는 초과펄스가 제공되는 소자에 관해 1:2이며, 가속된 전하(Ai, Bi)의 반은 상기 언급된 고속 펄스를 사용함으로써 무시되고 나머지 반은 두배로 가속되는 다른 소자로부터의 전하(Bi, Ai)에 부가된다.
이러한 신호는 영상 주기동안 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로부터 수평 전송 레지스터 HREG를 통해 선형으로 순차적으로 판독되어, 그것에 의해 필드 판독 모드에서 비월주사에 대응하는 촬상 출력을 얻을 수 있을 수 있다. 그때, 고체 이미지 센서(1)로부터 판독된 촬상 신호는 신호 처리부(4)를 통해 인코더(5)에 제공되며, NTSC 시스템에 표준인 텔레비젼 신호가 인코드되며, 상기 인코드된 신호는 출력 단자(8)로부터 출력된다.
기수열의 광전 변환 소자 SO에 의해 얻어진 촬상 전하 Ai와 우수열의 광전변환 소자 SE에 의해 얻어진 촬상 전하 Bi를 변화시킴으로써, 제 4 도에 도시된 바와 같이, 제1동작 모드(즉, 최초의 필드 판독 모드)에서의 수직 해상도와 제2동작 모드(즉, 프레임 판독 모드)에서의 수직 해상도 사이에서 중간 수직 해상도(MIF)를 얻은 것이 가능하다.
상기 언급된 부가적인 혼합비가 예를 들면 1:2라고 가정하면, 필드 판독모드에서의 비월 주사에 대응하는 촬상 출력이 제공되며, 그것에 의해 최초의 필드판독 모드와 비교하여 수직 해상도를 개선시키는 것이 가능하다, 부가하여, 동적범위 및 감도가 약 75% 유지될 수 있으며, 그러므로, 프레임 판독 모드와 비교하여 동작 범위 및 감도가 더 세밀하게 개선시킬 수 있다.
전술한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 장치에서, 기수열의 광전 변환 소자에 의해 얻어진 촬상 전하 및, 프레임 인터라인 전송 형태인 고체 이미지 센서의 우수열의 광전 변환 소자에 의해 얻어진 촬상 전하는, 영상 주기의 중간에서 매 필드마다 차례로 판독되며, 그것에 의해, 조합된 쌍에서 각각의 광전 변환 소자의 유효 전하 저장 주기를 독자적으로 변화시킬 수 있다. 이것은 부가적인 혼합 비율에 따라 수직 해상도의 변화를 허용한다. 매 필드마다 수직 블랭킹 주기 동안, 영상 주기의 중간에서 매 필드마다 차레로 촬상부의 수직 전송 레지스터에서 판독되는 촬상 전하는, 촬상부의 수직 전송 레지스터로부터 저장부의 수직 전송 레지스터에 고속 전송되며, 저장부의 수직 전송 레지스터로 부터 수평 전송 레지스터를 통해 선형 순차적으로 고속 전송된다.
이렇게 전송된 촬상 전하는 불필요한 전하로써 제거된다. 상술된 바와 같이, 수평 전송 레지스터는, 전송된 전하양이 적다할 지라도, 고속 전송에 의해 전송수를 증가시킴으로써 매 필드마다 수직 블랭킹 주기동안 다량의 불필요한 전하를 제거할 수 있다. 이것은 수직 해상도(MTF)를 저하시키는 정도가 필드 판독 모드의 경우보다 적으며, 잔상이 프레임 판독의 경우보다 적으며, 동적 범위가 넓은 촬상 출력을 제공하는 것을 가능케 한다.
지금부터 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 제 2 실시예를 제 5 도를 참조하여 기술하기로 한다.
상기 모드에서, CCD 구동 회로(6)는 셔터 펄스 ΦSH를 영상 주기동안 가변시간점에서 CCD 이미지 센서(2)의 기판에 인가한다. 그러므로, CCD 이미지 센서(2)에서, 촬상부 IM의 각각의 광전 변환 소자 SO, SE에 의해 얻어진 촬상 전하는 전체 셔터 펄스 ΦSH 상에서 오버플로우 드레인내로 제거된다.
결과적으로 유효 전하 저장 주기 TEXP는 가변적으로 제어된다.
그때, CCD 구동 회로(6)는 각 필드의 영상 주기동안 셔터 펄스 ΦSH를 삽입하는 방법으로 각각 필드의 영상 주기 동안 제 1 실시예에서와 같은 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2를 촬상부 IM에 제공한다. 이러한 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2는 매 필드마다 수직 블랭킹 주기 TVBLK동안 제공되어, 수직 전송 레지스터 IMVREG로 하여금 기수열의 광전 변환 소자 SO에 의해 얻어진 촬상 전하 Ai와 쌍으로 우수 열의 광전 변환 소자 SE에 의해 얻어진 촬상 전하 Bi를 전송하고, 기수 및 우수열에 대응하는 각각 촬상 전하의 쌍은 매 필드마다 번갈아 변화되어, 필드 판독 모드에서 인터라인 주사에 대응하는 촬상 전하 Ai+ Bi, Bi+ Ai+1를 수직 전송 레지스터 IMVREG로 판독한다.
아래에 설명되는 바와 같이, 상기 실시예에서, 센서 게이트 펄스는 고정될 인터라인 주사에 대응하는 촬상 전하 Ai+ Bi의 부가적인 혼합 비율을 허용하는데 적합하다.
또한, 전술된 바와 같이, 각각의 수직 블랭킹 주기 TVBLK마다 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2의 타이밍 직전에, 고속 수직 전송 펄스 ΦIM, ΦST는 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 STVREG와 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 각각 제공되어, 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로 하여금 촬상부 IM의 수직전송 레지스터로부터 스미어 성분 같은 불필요한 전하를 고속 전송한다.
더욱이, 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2의 타이밍 직후에, CCD 구동 회로(6)는 고속 수직 전송 펄스 ΦIM, ΦST를, 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG와 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG에 제공하여, 저장부 ST의 수직 전송 레지스터 STVREG로 하여금 촬상부 IM의 수직 전송 레지스터 IMVREG로부터 영상 전하 Ai+ Bi를 고속 전송하도록 한다.
본 발명에 따르면, 유효 전하 저장 주기 TEXP가 전자 셔터 기능의 제어에 의해 변화될 때, 각각의 주기의 영상 주기 동안, 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2는 매 필드마다 차례로 기수열의 광전 변환 소자 SO에 의해 얻어진 촬상 전하 Ai와 우수열의 광전 변환 소자 SE에 의해 얻어진 촬상 전하 Si의 더미 판독을 수행하는 촬상부 IM에 매 필드마다 차례로 제공된다. 이것은 제 5 도에 도시된 바와 같은 시간에 따라 변화하는 초과 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2같은 연속적인 센서 게이트 신호사이에서 교호 주기내 부가적인 응용을 구성한다. 초과펄스는 전과같이 기수 및 우수 소자 사이에서 번갈아 발생하며, 그것에 의해, 최초의 필드 판독 모드내의 부가적인 혼합 비율 1:1로부터 필드마다 촬상 전하 Ai+ Bi의 부가적인 혼합 비율을 변화시킬 수 있다. 상기 언급된 부가적인 혼합 비율은 예를들면 1:2로 변화될 수도 있다.
기수열의 광전 변환 소자 SO에 의해 얻어진 촬상 전하 Ai와 우수열의 광전 변환 소자 SE에 의해 얻어진 촬상 전하 Bi사이에서의 부가적인 혼합 비율을 변화시킴으로써, 제 4 도에 도시된 바와 같이, 제1동작 모드(즉, 최초의 필드 판독모드)에서의 수직 해상도와 제2동작 모드(즉, 프레임 판독 모드)에서의 수직 해상도사이에서 중간 수직 해상도(MTF)를 얻을 수 있다.
더욱이, 동작 범위 및 감도가 75% 유지될 수 있으며, 그러므로 제2동작 모드(즉, 프레임 판독 모드)와 비교하여 동적 범위 및 감도를 더 세밀하게 개선시킬 수 있다.
부가하여, 유효 전하 저장 주기 TEXP가 전자 셔터 기능 제어에 의해 변화되는 경우, 각 필드의 영상 주기동안 매 필드마다 차례로 촬상부 IM에 제공되는 센서 게이트 펄스 ΦSG1, ΦSG2는 셔터 펄스 ΦSH에 삽입(interleave)되며, 그 결과 수직 해상도(MTF)가 상기 언급된 셔터 기능에 의해 변화되는 가능성은 없다. 왜냐하면 부가적인 혼합 비율이 전자 셔터 기능 제어에 상관없이 효과적으로 고정될 수 있기때문이다.
전술한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고체 촬상 장치에서, 수직 해상도(MTF)를 저하시키는 정도가 필드 판독 모드의 경우보다 적으며, 잔상이 프레임 판독 모드의 경우보다 적으며, 그리고, 동적 범위가 넓은 촬상출력을 제공할 수 있다.
더욱이, 이미지 센서 구동 제어 수단을 사용함으로써, 전자 셔터 기능은 촬상 동작을 수행하도록 제어되며, 유효 전하 저장 주기는 수직 해상도(MTF)의 변화 없이 전자 셔터 기능 제어에 의해 변화된다.
그러므로 본 발명에 따라, 수직 해상도가 전자 셔터 기능을 갖은 고체 이미지 센서에 의해 동적 해상도를 손상시키는 것 없이 변화될 수 있는 고체 촬상 장치가 제공된다.

Claims (7)

  1. 내부의 광전 변환 소자(SO, SE)가 기수열 및 우수열을 갖는 매트릭스 형태로 배열되는 고체 이미지 센서(2), 및 광전 변환 소자(SO, SE)에 매 필드마다 판독 펄스 (ΦSG1, ΦSG2)를 인가하며, 인접하는 기수열 및 우수열 각각으로부터 광전 변환 소자를 구비하는 광전 변환 소자 쌍에서 얻어진 이미지 픽업 전하들(Ai+Bi, Ai+Bi+1)을 매 필드마다 부가하며, 이미지 신호를 출력하는데 적합한 이미지 센서 구동 제어 수단(6,7)을 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서, 상기 이미지 센서 구동 제어 수단(6,7)은 유효 이미지 픽업 전하들을 오버플로우 드레인내로 제거하는데 유효한 전자 셔터 신호(ΦSH)를 이미지 센서(2)에 인가하며, 매트릭스에서의 소자들(SO, SE)의 열들에 상기 전자 셔터 신호(ΦSH)에 시간 관계하는 상기 판독 신호들(ΦSG1, ΦSG2)의 중간에 개재하는 부가적인 판독 신호들을 선택적으로 인가하는데 더 적합하며, 상기 이미지 신호로의 소자들(SO, SE)의 기수열 및 우수열 각각의 기여도 (contribution)를 변화시키기 위하여 각각의 기수열 및 우수열내의 상기 광전 변환 소자들의 유효 전자 저장 주기를 독립적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미지 센서 구동 제어 수단(6,7)은 상기 부가적인 판독 펄스를 각 필드에서 교호적으로 상기 광전 변환 소자(SO,SE)의 기수열 및 우수열에 인가하는데 적합한 고체 촬상 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부가적인 판독 펄스에 의해 판독된 전하는 상기 이미지 센서로부터 고속 전송에 의해 제거되는 고체 촬상 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부가적인 판독 펄스는 영상 주기의 중간에서 제공되며, 상기 소자(SO,SE)의 기수열 및 우수열로부터의 신호 혼합 비율은 1:2인 고체 촬상 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이미지 센서 구동 제어 수단(6,7)은 상기 광전 변환 소자의 쌍(SO,SE)을 변화시키는데 적합하며, 상기 광전 변환 소자의 출력은, 제1필드에서 한 열의 소자(SO)에서의 신호(Ai)를 선행 인접 열에서의 대응하는 소자(SE)로부터의 신호에 부가함으로써, 그리고 다음 필드에서 한 열의 소자(SO)에서의 신호(Ai)를 다음 연속열내의 대응 소자(SE)로부터의 신호(Bi+1)에 부가함으로써 부가되는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부가적인 판독 신호는 상기 전자 셔터 신호(ΦSH)에 뒤따르는 고체 촬상 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이미지 센서 구동 제어 수단(6,7)은 광전 변환 소자의 쌍(SO,SE)에서의 상기 소자들(SO,SE)로부터의 신호 비율을 일정하게 유지하는 타이밍에서 상기 부가적인 판독 신호를 발생하는데 적합한 고체 촬상 장치.
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