JPH0440092A - 固体撮像装置の駆動方法および信号処理方法 - 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〕 この発明は、高感度撮影可能な固体撮像素子を有する固
体撮像装置の駆動方法および信号処理方法に関するもの
である。

〔従来の技術） 近年、家庭用カメラ一体型ＶＴＲの普及に伴い、カメラ
一体型ＶＴＲに対して、高感度化への開発が盛んに行わ
れている。このようなカメラ一体型ＶＴＲの高感度化を
実現するため、カメラ一体型ＶＴＲを構成する固体撮像
素子自体のＳ／Ｎの向上が図られている。

またフィールドメモリを利用して、複数フィールドにわ
たり、露光を行うことによりカメラ一体型ＶＴＲの高感
度化が図られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在、カメラ一体型ＶＴＲにおいては、最低被写体照度
が数ルックスのものが市販されているが、例えばインタ
ーライン転送方式の固体撮像素子の出力Ｓ／Ｎ特性を飛
躍的に向上させるには、限度がある。

またフィールドメモリを利用する場合は、部品数および
コストが増大し、出力映像の不自然さを考えるとフィー
ルド数にも限度がある。

この発明の目的は上記問題点に鑑み、高感度かつ出力映
像に不自然さのない固体撮像装置を得ることのできる固
体撮像装置の駆動方法および信号処理方法を捷供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）記載の固体撮像装置の駆動方法は、光電変
換単位配列要素中で列方向に隣あう充電変換素子が光電
変換した信号電荷を前記垂直転送部で混合することによ
り光電変換単位配列要素出力とし、さらに水平転送部を
動作させずに、垂直転送部より複数ライン分の光電変換
単位配列要素出力を水平転送部へ転送し、この水平転送
部で複数ラインの各々の光電変換部単位配列要素出力間
に、相対的な時間のずれを付与し、かつ複数ラインの各
々の光電変換単位配列要素出力を合成した後、この合成
した光電変換配列要素出力を信号電荷検出部に転送する
駆動を行う際に、合成した光電変換配列要素出力の相対
的な時間のずれに対して、反対方向にずれを補正するこ
とを特徴とする請求項（２）記載の固体撮像装置の信号
処理方法は光電変換単位配列要素中で列方向に隣あう光
電変換素子が光電変換した信号電荷を垂直転送部で混合
することにより光電変換単位配列要素出力とし、さらに
水平転送部を動作させずに、垂直転送部より複数ライン
分の光電変換単位配列要素出力を水平転送部へ転送し、
この水平転送部で複数ラインの光電変換部単位配列要素
出力間に、相対的な時間のずれを付与し、かつ複数ライ
ンの各々の光電変換単位配列要素出力の合成を行い、こ
の合成した光電変換配列要素出力を信号電荷検出部に転
送した後、信号電荷検出部の出力信号を処理する際に、
合成した光電変換配列要素出力の相対的な時間のずれに
対して、反対方向にずれを補正することを特徴とする。

〔作用〕

請求項（１）記載の構成によれば、列方向に隣あう光電
変換素子が蓄えた信号電荷を混合した光電変換単位配列
要素出力の複数ライン分を水平転送部に転送し、水平転
送部で複数ラインの各光電変換単位配列要素出力間に相
対的な時間のずれを付与し、この複数ラインの光電変換
単位配列要素出力の合成を行った後に、この合成した光
電変換配列要素出力を水平転送部から信号電荷検出部に
転送する駆動を行う際に、合成した光電変換配列要素出
力のうち、ずれの生している光電変換配列要素出力に相
対的に時間のずれを与え、ずれを補正することにより、
テレビジョンモニタ上の再生画像の異常点の位置を左右
に均等化することができる。

請求項（２）記載の構成によれば、列方向に隣あう光電
変換素子が蓄えた信号電荷を混合した光電変換単位配列
要素出力の複数ライン分を水平転送部に転送し、水平転
送部で複数ラインの各光電変換単位配列要素出力間に相
対的な時間のずれを付与し、この複数ラインの各光電変
換単位配列要素出力の合成を行い、この合成した光電変
換配列要素出力を水平転送部から信号電荷検出部に転送
した後、信号電荷検出部の出力信号を処理する際に、ず
れの生じている出力信号にずれと反対方向に遅延を与え
、ずれを補正することにより、テレビジョンモニタ上の
再生画像の異常点の位置を左右に均等化することができ
る。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて説
明する。

第１図は固体撮像装置を示す構成図である。

第１図に示すように、固体撮像装置は光電変換素子とカ
ラーフィルタとから構成した光電変換部ｌと、この光電
変換部１の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部２
と、この垂直転送部２の信号電荷を水平方向に転送する
水平転送部３と、この水平転送部３の信号電荷を信号電
圧および信号電流に変換する信号電荷検出部４とから構
成したインターライントランスファーＣＣＤである。

光電変換部１上に対向配置したカラーフィルタアレイは
、２列×４行のフィルタ要素の単位配列を２次元的に配
！しており、単位配列の第一列をイエロ（Ｙｅ）、マゼ
ンタ（Ｍｇ）、　イエロ（Ｙｅ）およびグリーン（Ｇ）
の順で繰り返して構成し、第２列をシアン（Ｃｙ）、グ
リーン（Ｇ）シアン（Ｃｙ）およびマゼンタ（Ｍｇ）の
順で繰り返して構成したものである。

第２図（ａ）〜げ）はこの発明の一実施例の固体撮像装
置の信号処理方法を説明するための駆動タイミングを示
す図である。

第２図（ａ）〜（ｆ）において、（ａ）は複合帰線消去
信号、（ｂ）は垂直転送部２の電荷転送用電極に印加す
る４相クロンクのうちのＶ１クロツタ、（Ｃ）は色差信
号認識信号（論理レベルＨの時２　（Ｃｙ−Ｙｅ）、Ｌ
の時２（Ｇ−Ｍｇ）である、）、（ハ）は水平転送部に
印加する２相クロツクのうちのＨｌクロック、（ｅ）は
信号電荷検出部４の出力信号、（ｆ）はテレビ・ヅヨン
信号の電圧波形を示す。

以下第１図および第２図に基づいて、この発明の一実施
例の固体撮像装置の信号処理方法を説明する。

垂直帰線消去期間５中、垂直転送部２にチャージパルス
６を印加することにより、光電変換部１に蓄積した電荷
を垂直転送部２へ転送する。

この際、光電変換部１の光電変換素子のうち列方向に隣
あう２個の光電変換素子の蓄積した信号電荷を垂直転送
部２で混合する。

次に２水平走査期間中の１回の水平帰線消去期間７中、
垂直転送部２に垂直転送パルス８を２個印加することに
より、垂直転送部２から水平転送部３に２ライン分すな
わち４画素分の信号電荷を転送する。

なお１ラインは隣あう２個の各光電変換素子が蓄積した
信号電荷を混合した後の信号電荷の水平方向の集合であ
る。

ここで、垂直転送部２から水平転送部３に第ｎ番目（ｎ
は実数）から第ｎ＋５番目のラインまでの信号電荷を転
送した場合、垂直転送部２から水平転送部３に第ｎ＋２
番目および第ｎ＋３番目のラインの信号電荷を転送する
際には、水平転送部３を１列分余計に動作させることに
より、第ｎ＋３番目のラインに対して、他のラインより
相対的な時間のずれを１列分付与する。その後、この第
ｎ＋２番目および第ｎ＋３番目のラインの信号電荷を合
成する（以下「合成ライン」という）。

このようにして得た信号を処理することにより、以下に
示すような輝度信号Ｙ１色差信号Ｃ１および色差信号Ｃ
２を得る。

輝度信号Ｙ＝２Ｙｅ＋２Ｇ＋２Ｍｇ＋２Ｃｙ＝２　（２
Ｒ＋３Ｇ±２Ｂ） 色差信号ＣＩ＝２Ｙｅ＋Ｇ＋Ｍｇ　　（２Ｃｙ＋Ｇ＋Ｍ
ｇ） ＝２　（Ｙｅ−Ｃｙ） 色差信号Ｃ２＝Ｙｅ＋Ｃｙ＋２Ｍｇ−（Ｙｅ＋Ｃ３１＋
２Ｇ） となり、輝度信号Ｙは通常動作（Ｙ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ
）の２倍の高感度化を達成することができる。

すなわち、列方向に隣あう光電変換素子が蓄えた信号電
荷を混合し、かつＮライン（実施例では２ライン分）分
の信号電荷を水平転送部３に転送し、合成することによ
り、従来の２画素混合によるフィールド蓄積カラ一方式
に比べ、等価的に２×Ｎ画素混合となるため、Ｎ倍の高
感度特性を存する固体撮像装置を得ることができる。

このようにして得た輝度信号Ｙに対し、第ｎ＋２番目の
ラインと第ｎ＋３番目のラインとを合成することにより
得た信号は、他の合成ラインと比較して、１列分のずれ
が付与されているため、テレビジョンモニタ上における
再生映像は、１列分のずれを生じて見えることになる。

次に２水平走査期間に水平転送部３の信号電荷を１水平
走査期間で１回分転送できる周波数の水平転送パルス９
を水平転送部３に印加し、信号電荷検出部４より信号を
出力する。

その後、信号処理回路（図示せず）により信号電荷検出
部４の出力信号に、０．５ビット分の遅延を付加するこ
とにより、ずれと反対方向に０．５列分の補正を行う。

第３図（ａ）〜（Ｃ）はこの発明の一実施例の固体撮像
装置の信号処理方法を適用した固体撮像装置の画素の状
態、第４図はこの発明の一実施例の固体撮像装置の信号
処理方法を適用したテレビジョンモニタ上の再生画像を
示す図である。

第３図（ａ）〜（Ｃ）において、（ａ）は信号電荷を合
成する前の固体撮像装置の画素の状態、俤）は信号電荷
を合成した後の固体撮像装置の画素の状態、（Ｃ）は信
号電荷を合成した後、１列分のずれを補正した固体撮像
装置の画素の状態を示す。

なお第３図（ａ）〜（Ｃ）において、２０は１列分のず
れを付与していない画素の合成ラインおよび２１は１列
分のずれを付与した画素の合成ラインを示す。またＸは
１水平画素ピッチおよびＹは１垂直画素ピッチを示す。

また第４図（ａ）、　（ｂ）において、２９はテレビジ
ョンモニタを示す。

第３図（ｂ）に示す固体撮像装置の画素の状態で、例え
ば縦方向の被写体を撮像した場合、テレビジョンモニタ
２９上の再生画像は、第４図（ａ）に示す再生画像３１
のようになり、異常点が発生し、見苦しいものとなる。

そこで第３図（Ｃ）に示す１列分のずれを付与した第ｎ
＋３番目の合成ライン２１に対し、このずれと反対方向
に０．５列分の遅延を与えることによって、第３図（Ｃ
）に示す第ｎ＋３番目の合成ライン２２のように、１列
分のずれを補正する。その結果、テレビジョンモニタ２
９上の再生画像は、第４図（ｂ）に示す再生画像３１の
ように異常点が左右に均等化し、見易くなる。

さらに、前後ラインの出力信号をもとに、遅延線などの
記憶装置を利用して、１ラインおきに補間処理を行うこ
とにより、テレビジ５ン信号を得る。

なお実施例では、ラインに対する相対的な時間のずれと
して、第ｎ＋３番目のラインの出力信号に１列分の遅延
のずれを付与しているが、第ｎ番目のラインから第ｎ＋
３番目のラインの４つの出力信号のうちの１つの出力信
号に相対的な時間のずれを付与するものであれば、同様
の効果を得ることができる。また第ｎ番目のラインから
第ｎ＋３１１目のうちの３つの出力信号に相対的な時間
のずれを付与しても良い。

また実施例では、信号電荷検出部４の出力信号に対して
、信号処理回路により、１列分のずれと反対方向に０．
５ビット分の遅延を付与することにより、１列分のずれ
の補正を行ったが、他の合成ラインと比較して、１列分
のずれを付与した合成ラインに印加する水平転送部の駆
動パルスのタイミングを時間的に０．５ビット分ずらす
ことにより、１列分のずれを補正しても良い。

また実施例では、水平転送部３における合成ライン数を
２ラインとしたが、輝度信号のみの感度向上を実現しよ
うとすると、２ライン以上であれば、何ラインでも良い
。但し、合成ライン数を増やすほど垂直解像度は低くな
る傾向がある。したかって、合成ライン数は感度重視か
、または垂直解像度重視かで適宜選択することが好まし
い。

また実施例では、１列分のずれの補正は、輝度信号のみ
に対して行ったが、色信号に対して行っても良い。

また画素を合成した後に行う１列分のずれの補正は、間
体操像装置の信号出力の直後からテレビジョンモニタま
での間であればどこで行っても良い。

また実施例では、固体撮像素子としてインターラインＣ
ＣＤを使用したが、各種ＣＣＤまたはＭＯＳ等、特に固
体撮像素子の構造は限定されない。

また実施例では、カラーフィルタの各フィルタ要素の配
列は、２列×４行の単位配列の第一列をイエロ（Ｙｅ）
、マゼンタ（Ｍｇ）、　イエロ（Ｙｅ）およびグリーン
（Ｇ）の順とし、第２列がシアン（Ｃｙ）、グリーン（
Ｇ）、シアン（Ｃｙ）およびマゼンタ（Ｍｇ）の順とし
たが、２列×４行の単位配列の第一列をイエロ（Ｙｅ）
、マゼンタ（Ｍｇ）、　　シアン（Ｃｙ）およびマゼン
タ（Ｍｇ）の順とし、第２列をシアン（Ｃｙ）、　グリ
ーン（Ｇ）、イエロ（Ｙｅ）およびグリーン（Ｇ）の順
としても良い。

〔発明の効果］ この発明の固体撮像装置の駆動方法および信号処理方法
によれば、列方向に隣あう光電変換素子が蓄えた信号電
荷を混合した複数ライン分の光電変換単位配列要素出力
を水平転送部に転送し、かつ合成することにより、例え
ばＮ９４７分の光電変換単位配列要素出力を合成した場
合、従来の２画素混合によるフィールド蓄積カラ一方式
に比べ、等価的に２ＸＮ画素混合となるため、Ｎ倍の高
感度特性を存する固体撮像装置を得ることができる。

また水平転送部で複数ラインの各光電変換単位配列要素
出力間に相対的な時間のずれを付与し、この複数ライン
の各光電変換単位配列要素出力の合成を行った後、この
合成した光電変換配列要素出力のうち、ずれの生してい
る光電変換配列要素出力にずれと反対方向に時間のずれ
を付与して、ずれを補正することにより、テレビジョン
モニタ上の再生画像の異常点の位置を左右に均等化する
ことができる。その結果、高感度化の実現および再生画
像の不自然さを軽減することができ、画質を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体撮像素子を示す構成図、第２図（ａ）〜（
ｆ）はこの発明の一実施例の間体操像装置の信号処理方
法を説明するための駆動タイミングを示す図、第３図（
ａ）〜（Ｃ）はこの発明の一実施例の固体撮像装置の信
号処理方法を適用した固体撮像素子の画素の状態、第４
閲（ａ）、　（ｂ）は同固体邊像装置の信号処理方法を
適用したテレビジョンモニタ上の再生画像を示す図であ
る。 ■・・・光電変換部、２・・・垂直転送部、３・・・水
平転送部、４・・・信号電荷検出部 第３図 （ａ） ｎライン ｎ＋１ライン ｎ”２ライン （ｂ） ＝二 ｎ＋５ライン ｎ＋５ライン １’ｔｌ　　　　ＪＪ　　　　　ＬＪ　　　’Ｏ（Ｌｌ
　　　　’Ｉ−第　４（２Ｉ （ａ） （ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シアン、イエロ、マゼンタおよびグリーンの４個
   のフィルタ要素を２列×２行に配列した第１、第２、第
   ３および第４の各単位配列要素を列方向に配置した２列
   ×８行の単位配列からなるカラーフィルタアレイと、 前記各フィルタ要素に対して、光電変換素子を対向配置
   した２列×２行の第１、第２、第３および第４の各光電
   変換単位配列要素を列方向に配置した２列×８行の光電
   変換要素アレイと、 前記光電変換素子により光電変換した信号電荷を垂直方
   向に転送する垂直転送部と、 この垂直転送部の信号電荷を水平方向に転送する水平転
   送部と、 この水平転送部の信号電荷を信号電圧および信号電流に
   変換する信号電荷検出部とを備えた固体撮像装置の駆動
   方法であって、 前記光電変換単位配列要素中で列方向に隣あう前記光電
   変換素子が光電変換した信号電荷を前記垂直転送部で混
   合することにより光電変換単位配列要素出力とし、さら
   に水平転送部を動作させずに、前記垂直転送部より複数
   ライン分の前記光電変換単位配列要素出力を前記水平転
   送部へ転送し、この水平転送部で複数ラインの各々の前
   記光電変換部単位配列要素出力間に、相対的な時間のず
   れを付与し、かつ前記複数ラインの各々の前記光電変換
   単位配列要素出力の合成した後、この合成した光電変換
   配列要素出力を前記信号電荷検出部に転送する駆動を行
   う際に、前記合成した光電変換配列要素出力の相対的な
   時間のずれに対して、反対方向に前記ずれを補正するこ
   とを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
2. （２）シアン、イエロ、マゼンタおよびグリーンの４個
   のフィルタ要素を２列×２行に配列した第１、第２、第
   ３および第４の各単位配列要素を列方向に配置した２列
   ×８行の単位配列からなるカラーフィルタアレイと、 前記各フィルタ要素に対して、光電変換素子を対向配置
   した２列×２行の第１、第２、第３および第４の各光電
   変換単位配列要素を列方向に配置した２列×８行の光電
   変換要素アレイと、 前記光電変換素子により光電変換した信号電荷を垂直方
   向に転送する垂直転送部と、 この垂直転送部の信号電荷を水平方向に転送する水平転
   送部と、 この水平転送部の信号電荷を信号電圧および信号電流に
   変換する信号電荷検出部とを備えた固体撮像装置の信号
   処理方法であって、 前記光電変換単位配列要素中で列方向に隣あう前記光電
   変換素子が光電変換した信号電荷を前記垂直転送部で混
   合することにより光電変換単位配列要素出力とし、さら
   に水平転送部を動作させずに、前記垂直転送部より複数
   ライン分の前記光電変換単位配列要素出力を前記水平転
   送部へ転送し、この水平転送部で複数ラインの各々の前
   記光電変換部単位配列要素出力間に、相対的な時間のず
   れを付与し、かつ前記複数ラインの各々の前記光電変換
   単位配列要素出力の合成を行い、この合成した光電変換
   配列要素出力を前記信号電荷検出部に転送した後、前記
   信号電荷検出部の出力信号を処理する際に、前記合成し
   た光電変換配列要素出力の相対的な時間のずれに対して
   、反対方向に前記ずれを補正することを特徴とする固体
   撮像装置の信号処理方法。