JPH0217772A - フレームインターライン型固体撮像素子及びその駆動方法 - 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】 ［産業上の利用分野１ 本発明は固体撮像素子及びその駆動方法に関し、特に７
レームインターライン転送（ＦＩＴ）型ＣＣＤ撮像素子
及びその駆動方法に関する。

［従来の技術Ｊ 固体撮像素子として広（用いられているＣＣＤＩ像素子
は受光部における光電変換の結果得られる信号電荷の転
送方式によりａ！米からフレーム転送（ＦＴ）方式とイ
ンターライン転送（ＩＴ）方式に大別されている。　Ｆ
Ｔ方式は受光部と蓄積部を独立に設けており、ＩＴ方式
は受光画素間にストライブ状の信号転送部を有しており
それぞれに長所、短所がある。

ＦＴ方式とＩＴ方式の短所をカバーする構成とじて最近
７レームインターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣＤ撮
像素子が開発され実用されている。　ＦＩＴ方式のＣＣ
Ｄｌ１像素子は例えばテレビジョン学会誌Ｖｏ１．４０
、Ｎｏ、１１（１９８６）のＰ、　１０６２の図６に示
されるように、ＩＴ方式のＣＣＤ１像素子の垂直転送部
を延長しＦＴ方式における７レームメモリと同様な蓄積
部を設けたものであり、主としてスミア対策として開発
されたものである。

これらの各種の方式のＣＣＤ撮像索子はビデオカメラ（
ムービー（登録商標））用としてのみならず電子スチル
カメラ用としても用いられている。電子スチルカメラは
メカニカルシャッタを用いて一回の露光で１フレーム（
２フィールド分）の信号を得るようにしている。一方、
ムービーの場合は速い動きの画像の撮影に電子シャッタ
が用いられているが、これは光電変換された信号電荷を
捨てることで蓄積時間の１１！！を行うものである。

［発明が解決しようとする課題１ ビデオカメラ（ムービー）では動解像度が高くなければ
ならず、一方電子スチルカメラでは垂直解像度が高いこ
とが望ましいが、これらの要件は蓄積時間や信号の読み
出し方式によって定まるため、従来のどの方式ら両者を
満足することはできなかった。

更に従来の電子スチルカメラではメカニカルシャッタを
用いることが必須であったため、その機械部品の消耗、
故障、破損等の問題があり、更にコストが高く、又連続
動作が困難であるという問題もあった。電子スチルカメ
ラのシャッタとして従来のムービーに用いられている電
子シャッタをフィールド毎に働かせると２つのフィール
ド間に６０分の１秒の差があるから二線ボケを生じるの
で動きのある被写体のスチル撮影には不適当である。

上記従来の技術に鑑みて、本出願人は本発明に先立っで
ムービーにも電子スチルカメラにも使用可能であり、特
にメカニカルシャッタを用いなくても電子スチルカメラ
として使用できるような固体撮像素子の駆動力法を■発
し、特許出願している（特願昭６３−６１６６２）。

上記先の特許出願の技術ではＦＩＴ方式のＣＣＤ撮像素
子を用い、一つの垂直ブランキング期間内にＡ。

Ｂ２つのフィールドの信号電荷を短時間の時間差を以っ
てそれぞれ垂直転送部へ転送すると共に、先に転送され
たＡフィールドの信号電荷をこの時間差内に垂直転送部
の延長部にある蓄積部に高速で転送するようにし、垂直
ブランキング期間終了後、Ｍ拭部内のＡフィールドの信
号電荷をＩＨ毎に水平（送部に転送し映像信号の一部と
して読み出すようにしている。電子スチルカメラとして
動作させる場合は、後から垂直転送部へ転送されたＢフ
ィールドの信号電荷は同様にＩＨ毎に蓄積部を介して水
平転送都に転送され次の垂直ブランキング期間の終了後
に映像信号の一部として読み出される。又ムービーカメ
ラとして動作させる場合はＢフィールドの信号電荷は次
の垂直ブランキング期間に高速で掃き出してしまい、出
力信号として用いない、しかしその直後でかつ同じ垂直
ブランキング期間内に今度はＢフィールド、Ａフィール
ドの順番で信号電荷が短時間の時間差を以ってそれぞれ
垂直転送部へ転送される。従って今度はＢフィールドの
信号電荷が高速で蓄積部へ転送され以後光の動作とはＡ
、Ｂフィールドが逆献した状態で信号電荷が読み出され
る。このようにして１７レームの動作が終了し以後これ
が繰り返される。

しかしながら、上記先の特許出願の技術では、垂直転送
部において高速転送されるのは２フイールドの一方のみ
であり、他方は低速で転送されている。従って、低速転
送される信号電荷のフィールドについては、スミア成分
が含まれており、このスミア成分によりモニタ上の再生
画像に７リツカーが発生する。又、数十分の１程度の高
速電子シャッタとしたとき、両フィールドの蓄積時間差
に起因する７リタカーの発生があったゆこの問題を解決
するため、本出願人は本発明に先立って両フィールドの
信号電荷を高速で伝送する駆動方式を更に開発し、特許
出願している（特願昭６３−１２９９８６）、この方法
では垂直ブランキング期間にＡフィールドの信号電荷を
垂直転送部から蓄積部へ高速転送した直後にＢフィール
ドの信号電荷を垂直転送部に読み出しておき、次の垂直
ブランキング期間内に高速で蓄積部へ転送している。し
たがつて特願昭８３−６１６６２の技術より、両フィー
ルドの信号を高速転送している１代では優れているが、
１垂直周期の時間差があるのでスミアの影響が両フィー
ルド間で異り、結果として再生画像上の７９ツカ−の発
生原因となっていた。

従って本発明はムービーにも電子スチルカメラにも使用
可能であり、かつ、スチルモードや高速電子シャッタモ
ードとしたときでもモニター上の７リツカーの発生のな
い固体撮像素子及びその駆動方法を提供することを目的
とする。

すなわち本発明によれば一画面を構成する複数の２次元
配列画素からなる光電変換部と、前記光を変換部の垂直
方向の各ｍ素列毎に設けられた垂直転送部と、前記各画
素に発生した信号電荷を前記垂直転送部の対応する部分
に転送する転送デート部と、前記垂直転送部の各列の一
端の延長部分に設けられ全体として前記垂Ｍｌ送部がら
の電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記Ｎ種部の各列
の端部に接続され前記蓄積部からの信号電荷を映像信号
として出力するための水平転送部と、前記垂直転送部の
各列の他端に設けられたドレインを有するフレームイン
ターライン型固体撮像素子において、前記蓄積部が前記
垂直転送部からの信号電荷を同時に１フレーム分蓄積す
るため、前記垂直転送部に接続され１フィールド分を蓄
積する第１蓄積部分と、前記第１蓄積部分に接続され他
の１フィールド分をＷ積する第２Ｗ積部分を有しており
、前記垂直転送部と前記蓄積部における垂直転送が別個
独立に駆動されるよう構成したことを特徴とする７レ一
ムインタータイン型固体撮像素子が提供される。

この固体撮像素子は、蓄積部分が２つあり、全体として
２フィールド分の信号電荷を同時にＭ積することが可能
であるので、次々と読み出される両フィールドの信号電
荷を次々と高速でこの２つのＩＦ積積分分転送して蓄積
することがでｂるのである。

［実施例１ 以下図面と共に本発明の実施例について説明する。対応
する部分に転送する転送ゲートと、前記垂直転送部の各
列の一端の延長部分に設けられ全体として前記垂直転送
部からの１フィールド分の電荷を一時的に蓄積する蓄積
部と、前記蓄積部の各列の端部に接続され前記蓄積部か
らの信号電荷を映像信号として出力するための水平転送
都と、前記垂直転送部の各列の他端に設けられたドレイ
ンを有するものとする。なお、垂直転送部と蓄積部は駆
動パルスがそれぞれ別個に与えられる構成となっている
。

本発明の固体撮像素子の駆動方法は電子スチルカメラと
してもビデオ（ムービー）カメラとしても同一のカメラ
８！柄を用いることができるものであり、以下これらを
それぞれスチルモード、ムービーモードとして説明する
。

第１図及Ｖ第２図は本発明の実施例中のスチルモードを
説明するための図であり、第１図Ｆｆ丁方式ＣＣＤ素子
の動作の各段階を示す図である。第１図ではＦＩＴ方式
ＣＣＤ撮像素子の多数の垂直画素列の一部分のみを示し
ている。１０〜１５は２次元配列された画素の一垂直配
列の一部の画素であり、これらが光電変換部を構成して
いる６図示の例では一列に６画素のみが示されているが
実際は例えば５００個程度の多数の画素を有している。

又、各垂直列は同一構成である。１８は垂直転送部であ
り、図示しない転送デート部を介して各々の画素１０〜
１５がらの信号電荷が矢印で示されるように垂直転送部
に転送される。２０は垂直転送部１８の延長部に設けら
れた第１蓄積部分であり又２０Ｂは更にその延長部に設
けられた第２蓄積部分であり、これら３者は各垂直列毎
に別個に駆動される３つのＣＣ口から成っている０図で
は第１蓄積部分２０＾及び第２蓄積部分２０Ｂ各列は各
々３つの信号電荷のみを蓄積するように示されているが
実際は撮像素子全体のｍｉ蓄積部分２０＾と第２蓄積部
分２０Ｂは各々１フィールド分の信号電荷をＷ積するこ
とがでさるように一垂直画素列の画素数の半分の蓄積部
分が設けられている。具体的には１列のｇ素数が５００
の場合、垂直転送りＳ１Ｂには２５０段のＣＣ［ｌを、
第１１ｙ積部分２０＾と第２Ｗ積部分２０Ｂも各々２５
０段のＣＣＤを用いて構成され、結果として１列当たり
７５０段の垂直ＣＣＤとなっている。２２は第２Ｗ積部
分２０１１の一端からの信号電荷を受けて水平方向に読
み出す水平転送都であり、水平ＣＣＯからなる。２４は
垂直転送部１８の一端から不要電荷を掃き出すためのド
レインである。

なお、以下の説明では上記第１及び第２蓄積部分２０＾
、２０Ｂを蓄積部２０という。

第２図はスチルモードの動作を説明するためのタイミン
グチャートであり、垂直同期信号Ｖ　５ｙｎｅ。

第１及び第２の転送ゲートパルス信号ＴＣａ％ＴＧｂ、
垂直転送部１８を構成する垂直ＣＣＤを駆動する４相の
第１垂直駆動パルスＶＤＰ　１、蓄積部２０を構成する
垂直ＣＣＤを駆動する４相の第２垂直駆動パルスＶＤＰ
２が示されている。第２図のＶ　５ｙｎｃにおいて垂直
ブランキング期間ＶＢは下方向パルスで示されている。

第２図における記号ａ−３はそれぞれ第１図のａ−ｊの
各々の状態に対応している。転送デーＦパルス信号（：
ＴａはＡフィールドの画素に対応する転送デート（図示
せず）用であり、同じ＜　Ｔ（ｂはＢフィールドの画素
に対応する転送デート（図示せず）用である。

スチルモードでは次のように動作が行なわれる。

まず、＃Ｓ１の転送ゲートパルスＴＣａが転送デート中
のＡフィールドに対応する部分に与え←れる。

その結果Ａフィールドに対応する画素の信号電荷が垂直
転送部１８を構成する第１の垂直ＣＣＤに転送される（
第１図ｇ）、この信号電荷は不要なものであり、次に第
１の垂直駆動パルスＶＤＰ　１として水平同期信号の周
波数より十分高い周波数のパルスが垂直転送部１８へ与
えられ、スミアおよび動解像の低下の原因となる不要電
荷をドレイン２４へ掃き出す（ｔＪ＆１図ｂ）、すなわ
ち第１図では信号電荷が上方向に転送される。

次に第２の転送ゲートパルスＴＣｂが転送デート中のＢ
フィールドに対応する部分に与えられて不要信号電荷を
垂直転送部１８へ転送しく第１図Ｃ）、次に上記同様の
第２の垂直駆動パルスＶＤＰ２を垂直転送部１８にへ与
乏、Ａフィールド同様にＢフィールドの不要電荷をドレ
イン２４へ掃き出す（第１図ｇ）。

なお第１図ではＡフィールドの信号電荷は白丸で、Ｂフ
ィールドの信号電荷はハツチングの入った丸で表示され
ている。

その後、垂直ブランキング期間ＶＢになると、第１の転
送ゲートパルスＴＧａが転送デート中のＡフィールドに
対応する部分に与えられ、Ａフィールドの画素の信号電
荷が垂直転送部１８へ転送される（ｍ１図ｅ）、この信
号電荷は読み出すべき映像の信号電荷であり、次に第１
の垂直駆動パルスＶＤＰ　１及び第２の垂直駆動パルス
ＶＤＰ　２をそれぞれ垂直転送部１８と蓄積部２０へ与
える（第１図ｒ）、このパルスＶＤＰＩ、ＶＤＰ２は共
に高い周波数であり、垂直転送部１８内のＡフィールド
の信号電荷を図中下方向に、すなわち蓄積部２０へ転送
するように与えられる。

なお、垂直転送部１８と＠１蓄積部分２〇への一列当た
りの合計ビット数が５００であり、上記高い周波数とし
てＩＭＨｚを用いたとすると垂直転送部１８から第１Ｍ
積部分２０＾へは約０．２５＋ｍｓで高速転送されるこ
ととなる。この後、垂直ブランキング期間ＶＢ内にＰｔ
５２の転送ゲートパルスＴＣｂがＢフィールドの転送デ
ートに与えられ、第１図ｇに示すようにＢフィールドの
信号電荷が垂直転送部１８へ同時に転送される。第１図
ｆ同様に高い周波数の第１垂直駆動パルスＶＤＰＩ及び
第２の垂直駆動パルスＶＤＰ２が与えられ、垂直転送部
１８内のＢフィールドの信号電荷を第１蓄積部分２０＾
へ高速で転送すると共に、第１蓄積部分２０＾内のＡフ
ィールドの信号電荷を高速で第２蓄積部分２０Ｂへ転送
する（ｍ１図ｈ）。

次に垂直ブランキング期間ＶＢが終了すると蓄積部２０
にのみ水平同期信号周波数の第２の垂直駆動パルスＶＤ
Ｐ　２が与えられＡフィールドの信号電荷ａが水平転送
都２２に一段ずつ転送される。水平転送都２２には水平
駆動パルスが与えられ第１図りに示すようにその全信号
がＩＨ毎に映像信号の一部として読み出される。

映像信号期間が終了して次の垂直ブランキング期間ＶＢ
になると、垂直転送部１８と蓄積部２０への第１の垂直
駆動パルスＶＤＰ　１と第２の垂直駆動パルスＶＤＰ　
２の供給は停止する。

この垂直ブランキング期間ＶＢが終了すると、蓄積部２
０にのみ水平同期信号周波数の第２の垂直駆動パルスＶ
ＤＰ　２が与えられ、蓄・核部に一時畜積されたＢフィ
ールドの信号電荷を水平転送都２２へ転送する。同時に
水平転送都２２には水平駆動パルスが与えられＢフィー
ルドの信号電荷を次の垂直ブランキング期間ＶＢの前に
映像信号の一部として出力する。このようにして１フレ
ーム分の動作が終了し、以後この動作が１７レ一ム周期
で繰り返される。第２図におけるＰａ、ＰｂはＡフィー
ルドとＢフィールドの各画素の蓄積時間である。

水平転送都２２からの出力信号は６０フィールド／秒の
ビデオ信号で通常のコンポジットビデオ信号となるよう
に処理することにより通常のヘリカルスキャン型ＶＴＲ
にてスチル画像を次々に記録することがで終る。

本実施例において、電子シャッタの速度を変化させるた
めには第２図の信号Ｍ積時間ＰＪＩ％Ｐｂを調節すれば
よい、すなわち、第２図のａ％Ｃにおける転送ゲートパ
ルスＴＣａ、　Ｔにｂを与えるタイミングを制御し、任
意のシャッタ速度を設定することがでべろ、従って１７
６０秒〜１／２０００秒、又は更に速いシャッタ速度と
することができる。なお、伝送ゲートパルスＴＧａ％Ｔ
Ｇｂのタイミングに合わせてｔＩＳｌの垂直駆動パルス
ＶＤＰ　１も常時虻送ゲートパルスＴＧａ。

ＴＧｂの直後に位置するように調節される。

なおムービーモードの動作は前記先願（特願昭６３−６
１６６２及び特願昭６３−１２９９８６）と基本的に同
じであるので説明は省略する。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の固体撮像素子の駆動方法によれば、２つのフィールド
の蓄積電荷信号をほぼ同一のタイミングで各画素から転
送しているので、２つのフィールドの信号間に画像上の
動きの影響が現れにくい、従ってフレームスチルの動作
において、再生画像上に二線ボケを生じることがほとん
どないという特長がある。

又、どちらのフィールドの信号も垂直転送部と、これに
続くＷ核部において高速、短時間で転送されるので、ス
ミアを生じにくいという特長があり、特に垂直転送部か
ら蓄積部への転送が、両フィールドの信号電荷について
同一の垂直ブランキング期間内に次々と行われるので、
スミアが発生した場合であっても両フィールドで同一量
となり、再生画像上で７リツカーを生じさせることがな
いという特長がある。更に、電子シャッタの速度を極め
て速くすることがで終るという特長もある。又、７レー
ムスチルとし、各画素から独立して信号を読み出してい
るので垂直エツジの劣化が少ないという特長もある。又
、２つのフィールドの各々の電荷蓄積時間が等しいので
フィールド間の蓄積時間差による７す７カーの発生を防
止することができるという特長もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の補遺とスチルモードの
動作を説明する図、第２図はＮｒＪ１図の動作のタイミ
ングチャートである。 １０〜１５・・・画素、１８・・・垂直転送部、２０・
・・蓄積部、２０＾・・・第１蓄積部分、２０Ｂ・・・
ｆｊＳ２Ｍ積部分、２２・・・水平転送都、２４・・・
ドレイン、Ｐａ％ｐｂ・・・電荷蓄積時間、ＴＧｂ、Ｔ
Ｇｂ・・・転送ゲートパルス、　ＶＢ・・・垂直ブラン
キング期間、ＶＤＰｌ、ＶＤＰ２・・・垂直駆動パルス
、Ｖ　５ｙｎｃ・・・垂直同期信号。 第１図 ｄ 発　　明　　者　　　　　　篠　　崎　　　俊特許出願
人　　日本ビクター株式会社 代　　理　　人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一画面を構成する複数の２次元配列画素からなる
   光電変換部と、前記光電変換部の垂直方向の各画素列毎
   に設けられた垂直転送部と、前記各画素に発生した信号
   電荷を前記垂直転送部の対応する部分に転送する転送ゲ
   ート部と、前記垂直転送部の各列の一端の延長部分に設
   けられ全体として前記垂直転送部からの電荷を一時的に
   蓄積する蓄積部と、前記蓄積部の各列の端部に接続され
   前記蓄積部からの信号電荷を映像信号として出力するた
   めの水平転送部と、前記垂直転送部の各列の他端に設け
   られたドレインを有するフレームインターライン型固体
   撮像素子において、前記蓄積部が前記垂直転送部からの
   信号電荷を同時に１フレーム分蓄積するため、前記垂直
   転送部に接続され１フィールド分を蓄積する第１蓄積部
   分と、前記第１蓄積部分に接続され他の１フィールド分
   を蓄積する第２蓄積部分を有しており、前記垂直転送部
   と前記蓄積部における垂直転送が別個独立に駆動される
   よう構成したことを特徴とするフレームインターライン
   型固体撮像素子。
2. （２）請求項１記載のフレームインターライン型固体撮
   像素子の駆動方法であって、 （ａ）第１の転送ゲートパルスを前記転送ゲート中のＡ
   フィールドに対応する部分に与えてＡフィールドに対応
   する画素から信号電荷を前記垂直転送部に転送し、 （ｂ）その後、記垂直転送部に水平同期信号周波数より
   十分高い周波数の駆動パルスを与えて前記垂直転送部内
   のＡフィールドの信号電荷を短時間で前記ドレインに掃
   出し、 （ｃ）その後、第２の転送ゲートパルスを前記転送デー
   ト中のＢフィールドに対応する部分に与えてＢフィール
   ドに対応する画素から信号電荷を前記垂直転送部へ転送
   し、 （ｄ）その後、前記垂直転送部に水平同期信号周波数よ
   り十分高い周波数の垂直駆動パルスを与えて前記垂直転
   送部内のＢフィールドの信号電荷を短時間で前記ドレイ
   ンに掃出し、 （ｅ）その後の垂直ブランキング期間内に第１の転送ゲ
   ートパルスを前記転送ゲート中のＡフィールドに対応す
   る部分に与えてＡフィールドに対応する画素から信号電
   荷を前記垂直転送部に転送し、 （ｆ）その後、前記垂直転送部と前記蓄積部に水平同期
   信号周波数より十分高い周波数の駆動パルスを与えて前
   記垂直転送部内のＡフィールドの信号電荷を前記垂直ブ
   ランキング期間内に短時間で前記第１蓄積部分に転送し
   、 （ｇ）その後、前記垂直ブランキング期間内に第２の転
   送ゲートパルスを前記転送ゲート中のＢフィールドに対
   応する部分に与えてＢフィールドに対応する画素から信
   号電荷を前記垂直転送部へ転送し、 （ｈ）その後、前記垂直転送部と前記蓄積部に水平同期
   信号周波数より十分高い周波数の垂直駆動パルスを与え
   て前記垂直転送部内のＢフィールドの信号電荷を前記垂
   直ブランキング期間内に短時間で前記第１蓄積部分に転
   送すると共に、同時に前記第１蓄積部分のＡフィールド
   の信号電荷を前記第２蓄積部分へ転送し、 （ｉ）前記垂直ブランキング期間の終了後、前記蓄積部
   に水平同期信号周波数の垂直駆動パルスを与えて前記第
   ２蓄積部分に一時蓄積されたＡフィールドの信号電荷を
   前記水平転送都へ転送し、更に前記第１蓄積部分に一時
   畜積されたＢフィールドの信号電荷を前記第２蓄積部分
   へ転送すると共に、前記水平転送部に水平駆動パルスを
   与え、前記水平転送部に転送された前記Ａフィールドの
   信号電荷を次の垂直ブランキング期間の前に前記映像信
   号の一部として出力し、 （ｊ）前記次の垂直ブランキング期間の終了後、前記第
   ２蓄積部分に水平同期信号周波数の垂直駆動パルスを与
   えて前記第２蓄積部分に一時畜積されたＢフィールドの
   信号電荷を前記水平転送部へ転送すると共に、前記水平
   転送部に水平駆動パルスを与え、前記水平転送部に転送
   された前記Ｂフィールドの信号電荷を次の垂直ブランキ
   ング期間の前に前記映像信号の一部として出力し、 前記各動作を１フレームに１回行うフレームインターラ
   イン型固体撮像素子の駆動方法。