JPH0529192B2 - - Google Patents

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JPH0529192B2
JPH0529192B2 JP61230766A JP23076686A JPH0529192B2 JP H0529192 B2 JPH0529192 B2 JP H0529192B2 JP 61230766 A JP61230766 A JP 61230766A JP 23076686 A JP23076686 A JP 23076686A JP H0529192 B2 JPH0529192 B2 JP H0529192B2
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Nippon Electric Co Ltd
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/42Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by switching between different modes of operation using different resolutions or aspect ratios, e.g. switching between interlaced and non-interlaced mode
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    • HELECTRICITY
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/73Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/15Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/153Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、順次走査とインターレース走査の両
方が可能な電荷転送撮像素子とその駆動方法に関
する。 (従来の技術) テレビジヨン信号処理分野でのインターレース
走査は、所要映像信号帯域幅が順次走査に比べて
半分になることから、標準テレビをはじめ工業用
テレビなどにも広く用いられている。 しかし、インターレース走査を行つた場合、確
かに映像信号帯域は半分にできるが、インターラ
インフリツカー等の画質劣化が無視できないこと
が指摘されている(NHK技研月報 昭和59、
12、507〜512ページ)。このため、高精細な画像
が要求されるコンピユータ端末機器やEDTV
(Extended Definition TV)用カメラ、受像機
には順次走査が用いられるようとしている。 一方、近年、テレビカメラの目として電荷転送
撮像素子(以後CCD撮像素子と呼ぶ)の台頭が
著しいが、現在生産されているこれらCCD撮像
素子のすべてはインターレース走査が用いられて
いる。この第一の理由は、現在のCCD撮像素子
が家庭用ビデオカメラなど大きな需要が期待でき
る市場のみ狙つて生産されているためである。第
二の理由は、順次走査を行なうには、垂直シフト
レジスタの電極ピツチをインターレース走査の場
合の半分にせねばならず、その実現が技術的によ
り困難となるためである。すなわち、1つの光電
変換素子は、インターレース走査の場合には垂直
シフトレジスタの1転送段の半分に対応して配置
されるが、順次走査の場合には1転送段に対応し
て配置せねばならず、より微細なシリコン・プロ
セス技術が必要とされる。このように、現行の
CCD撮像素子ではインターレース走査、順次走
査のためにそれぞれ異つた構造が要求される。こ
れは従来の撮像管には見られない、CCD撮像素
子の大きな欠点である。 CCD撮像素子からインターレース走査で読み
出された画像を、外部回路を用いて順次走査に変
換する方法もある。第3図にその方法を示す。同
図において101は垂直インターライン転送方式
によるCCD撮像素子であり、マトリツクス状に
配置された光電変換素子群102と、各光電変換
素子からの信号電荷を読み出すために列方向に対
応して節けられた垂直シフトレジスタ群103
と、各垂直シフトレジスタの一端に電気的に結合
した水平シフトレジスタ104と、水平シフトレ
ジスタ104からの信号電荷を検出する出力回路
105とから構成されている。ここで、垂直シフ
トレジスタ群103は垂直転送パルスφV1,φV2
φV3,φV4により4相駆動されるものとする。ま
た、光電変換素子群103のうち実線(破線)で
示されたものは奇数番目の行、(偶数番目の
行、に対応し、そこに蓄積された信号電荷
は、垂直転送パルスφV1(φV3)に読み出しパルス
を重畳することにより、垂直シフトレジスタ群1
03へ読み出されるものとする。CCD撮像素子
101からの映像信号はA/D変換器106によ
りデイジタル信号に変換された後、フイールド・
メモリ107と時間軸変換回路108に同時に入
力される。ここで時間軸変換回路108は4個の
ラインメモリー109〜112と5個の切換スイ
ツチ113〜117により構成され、2つの入力
信号を交互に切換えると同時に、時間軸方向に2
倍の比率で圧縮する。時間軸変換回路108から
の出力信号はD/A変換器118によりアナログ
映像信号に変換される。 このようなインターレース走査→順次走査変換
回路の動作は第4図において、まず、奇数フイー
ルドの垂直ブランキング時間TB1中の時刻t11にお
いて、垂直転送パルスφV1に読み出しパルスが重
畳されるため、奇数番目の行、に対応した光
電変換素子からの信号電荷が垂直シフトレジスタ
群103に読み出される。次に、垂直有効映像期
間TV1において、これら信号電荷は時系列映像信
号としてCCD撮像素子101より出力され、直
ちにフイールドメモリ108内に蓄積される。偶
数フイールドの垂直ブランキング期間TB2中の時
刻t12では、垂直転送パルスφV3に読み出しパルス
が重畳されるため、偶数番目の行、に対応し
た映像信号が垂直有効映像期間TV2中に出力され
る。かかる行、の映像信号は、フイールドメ
モリ107内に蓄積されると同時に、直接、時間
軸変換回路108に入力される。同時に、フイー
ルドメモリ107からは1フイールドの期間遅延
された行、の映像信号が出力される。時間軸
変換回路108では、奇数番目の行、と偶数
番目の行、からの映像信号を交互に切り換え
て、行順次、すなわち、、、の順序に並
び換えると同時に、時間軸方向に2倍の比率で圧
縮する。すなわち出力のクロツク周波数を入力の
クロツク周波数の2倍に選んでいる。このため、
たとえばNTSCテレビ標準方式のフレーム周波数
30Hzと水平走査周波数15.75KHzはそれぞれ60Hz
と31.5KHzに変換され、走査線数525本の順次走
査方式に適合可能となる。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら上述したインターレース走査→順
次走査変換回路では、CCD撮像素子101を、
いわゆるフレーム蓄積モードで動作させているた
め、奇数番目の行、の映像信号と偶数番目の
行、の映像信号に対する光電変換期間は、1
フイールド期間分だけ交互に重なり合つている。
このため、動画に対する解像度(ダイナミツク・
リゾルーシヨン)は著しく劣化する。さらに、上
述した変換回路は、A/D変換器106、フイー
ルドメモリ107、時間軸変換回路108および
D/A変換器118など高価な部分や大規模な装
置を必要とする。このため、製品価格の上昇をも
たらすばかりでなく、装置全体が大型化してしま
う。特に、放送局用ハンデイカメラや家庭用ビデ
オカメラなどに応用する場合に大きな問題とな
る。 本発明は上述した従来の欠点を除去したもの
で、その目的とするところは非常に簡単な外部回
路を付加するだけで順次走査が可能となり、さら
に順次走査とインターレース走査に両用可能な
CCD撮像素子とその駆動方法を提供することに
ある。 (問題点を解決するための手段) 本願の第1の発明によれば、半導体基板上にマ
トリツクス状に配置された光電変換素子群と該光
電変換素子群の列方向に沿つて設けられた双方向
転送可能な電荷転送手段であつて該電荷転送手段
の一転送段の半分が前記光電変換素子群の1つに
対応するように配置された第1の垂直シフトレジ
スタ群とでなる撮像領域部と、該撮像領域部の一
端に位置し前記垂直シフトレジスタ群と電気的に
結合された第1の水平シフトレジスタと、前記撮
像領域部の他の一端に位置し前記垂直シフトレジ
スタ群と電気的に結合された第2の水平シフトレ
ジスタと、該第2の水平シフトレジスタの前記撮
像領域部との結合端とは反対側にやはり電気的に
結合された双方向転送可能な第2の垂直シフトレ
ジスタ群からなる電荷蓄積領域部と、前記第1お
よび第2の水平シフトレジスタのそれぞれの一端
に設けられた出力回路とで構成されたことを特徴
とする電荷転送撮像素子が得られる。 さらに本願の第2の発明によれば、前記本願の
第1の発明による電荷転送撮像素子の駆動におい
て、垂直ブランキング期間の最初で前記光電変換
素子群の奇数番目の行からの信号電荷を前記第1
の垂直シフトレジスタ群に読み出したあと、高速
転送を用いて前記電荷蓄積領域部に転送・蓄積
し、次いで前記ブランキング期間内で前記光電変
換素子群の偶数番目の行からの信号電荷を前記第
1の垂直シフトレジスタ群に読み出し、かかるの
ち水平有効映像期間の前半で前記電荷蓄積領域部
に蓄積されている前記奇数番目の行からの信号電
荷を前記第2の水平シフトレジスタと前記出力回
路を介して読み出し、続く水平有効映像期間の後
半で前記第1の垂直シフトレジスタ群に蓄積され
ている前記偶数番目の行からの信号電荷を前記第
1の水平シフトレジスタと前記出力回路を介して
読み出し、以後上述した動作を繰り返して出力す
ることを特徴とす電荷転送撮像素子の駆動方法が
得られる。 (作用) 第1および第の水平シフトレジタからはそれぞ
れ偶数番目の奇数番目の行に対応した映像信号が
交互に出力される。よつて、これら映像信号を多
重化(マルチプレクス)することにより、順次走
査した映像信号が得られる。また、個々の光電変
換素子に対する光電変換期間はほぼ同一なため、
動画に対する解像度が、従来例のように劣化する
こともない。さらに、第1あるいは第2の水平シ
フトレジスタのみを使えば、インターレース走査
方式のCCD撮像素子として動作させることもで
きる。すなわち、本発明によるCCD撮像素子は
順次走査とインターレース走査に両用可能であ
る。 (実施例) 以下、本願発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 第1図は本願の第1の発明によるCCD撮像素
子の一実施例を示す平面配置図である。以後の説
明では、簡単のため、本実施例ではインターレー
ス走査時にはフレーム周波数30Hz、フイールド周
波数60Hz、走査線数525本、水平走査周波数
15.75KHzのNTSCテレビ標準方式に対応し、順
次走査時にはフレーム周波数60Hz、走査線数525
本、水平走査周波数31.5KHzのテレビ方式に対応
するものとする。第1図において1は光学像を電
気信号に変換する撮像領域部であり、マトリツク
ス状に配置された光電変換素子群2と、各光電変
換素子からの信号電荷を読み出すために列方向に
対応して設けられた双方向転送可能な垂直シフト
レジスタ群3とで構成されている。かかる構造
は、一般に垂直インターライン転送構造と呼ばれ
ている。なお同図には煩雑さを避けるため、4行
3列の光電変換素子とこれに対応した垂直シフト
レジスタのみが描かれている。ここで、垂直シフ
トレジスタ群3は垂直転送パルスφV1,φV2,φV3
φV4により4双駆動されるものとする。また、光
電変換素子群3のうち実線(破線)で示されたも
のは奇数番目の行、(偶数番目の行、に
対応し、そこに蓄積された信号電荷は、垂直転送
パルスφV1(φV3)に読み出しパルス重畳すること
により、垂直シフトレジスタ群3へ読み出される
ものとする。撮像領域部の一端には水平シフト
レジスタ4が接続されている。この水平シフトレ
ジスタ4は垂直シフトレジスタ3中を下側に転送
されて来た信号電荷を行単位に読み出し、その後
これら信号電荷を出力端に向つて直列転送する。
撮像領域部の他の一端には水平シフトレジスタ
5が接続されている。さらに、この水平シフトレ
ジスタ5の上側には電荷蓄積領域部6が接続され
ている。かかる構造では垂直シフトレジスタ群3
中を上側に転送されて来た信号電荷を、水平シフ
トレジスタ5を横断させて、電荷蓄積領域部6に
転送・蓄積させることができる。また、水平シフ
トレジスタ5は、電荷蓄積領域部6に蓄積させて
いる信号電荷を行単位に読み出し、その後これら
信号電荷を出力端に向つて直列転送させることが
可能である。水平シフトレジスタ4および5のそ
れぞれの出力端には信号電荷を検出するために出
力回路7および8が接続されている。さらに、こ
れら出力回路7および8の出力端には信号多重化
のための切換スイツチ9が接続されている。な
お、この切換スイツチ9は、撮像領域部1と水平
シフトレジスタ4,5、電荷蓄積領域部6および
出力回路7,8とで構成されるCCD撮像素子と
同一半導体基板上に集積化することもできるし、
また、CCD撮像素子とは別個のデバイスを使つ
て、デイスクリートに構成してもよい。 次に、第2図のタイムチヤートを用いて第1図
実施例の動作を説明するとともに、本願の第2の
発明の一実施例を説明する。まず、垂直ブランキ
ング期間TB中の時刻t1において、垂直転送パルス
φV1に読み出しパルスが重畳されるため、奇数番
目の行、に対応した光電変換素子からの信号
電荷が垂直シフトレジスタ群3に読み出される。
続く高速転送期間THSにおいて、これら信号電荷
は垂直シフトレジスタ群3を上側に向つて高速転
送され、水平シフトレジスタ5を横切つて、電荷
蓄積領域部6に蓄積される。次いで、ブランキン
グ期間TB中の時刻t2において、垂直転送パルス
φV3に読み出しパルスが重畳されるため、偶数番
目の行、に対応した光電変換素子からの信号
電荷が垂直シフトレジスタ群3に読み出される。
かかるのち垂直有効映像期間TV中に含まれる水
平有効映像期間の前半の期間TH1で、電荷蓄積領
域部6に蓄積されていた奇数番目の行からの信
号電荷が水平シフトレジスタ5と出力回路8を介
して時系列映像信号として外部へ出力される。続
く水平有効映像期間の後半の期間TH2で、垂直シ
フトレジスタ群3に読み出されていた偶数番目の
行からの信号電荷が水平シフトレジスタ4と出
力回路7を介して時系列映像信号として外部へ出
力される。ここで、水平シフトレジスタ4および
5の転送周波数は、1行分の信号電荷を水平有効
映像期間の半分の期間で転送完了させるため、イ
ンターレース走査時の2倍としなければならな
い。たとえば、水平有効画素数が384画素の場合
の転送周波数は、インターレース走査時には7M
Hzであるが、順次走査時にはその2倍の14MHzが
必要となる。ただし、50MHz位までの転送なら、
何んの問題もなく実現できることが実験により確
かめられている。以下同様にして、期間TH3では
奇数番目の行に対応した映像信号が出力され、
また期間TH4では偶数番目の行に対応した映像
信号が出力される。切換スイツチ9では、奇数番
目の行、と偶数番目の行、からの映像信
号を交互に切り換えて、行順次、すなわち、
、、の順序となるように並び換える。以上
に示した一連の動作により、順次走査が実現でき
る。 本実施例の動作において、奇数番目の行、
の映像信号と偶数番目の行、の映像信号に対
するそれぞれの光電変換期間は、第2図からも明
らかなように、時刻t2−t1の期間だけずれている
に過ぎない。この期間のフレーム期間TB+TV
対する比率はわずか7%程度である。このため、
従来例のごとく、動画に対する解像度(ダイナミ
ツク・リゾルーシヨン)が劣化することもない。 さらに、本発明によるCCD撮像素子は、イン
ターレース走査方式としても使うことが出来る。
かかる動作は周知なため、ここでは詳細な説明を
省略するが、撮像領域部と水平シフトレジスタ
4および出力回路7の組み合わせにより、垂直イ
ンターライン転送方式が実現できる。また、撮像
領域部1と水平シフトレジスタ5、電荷蓄積領域
部6および出力回路8の組み合わせにより、イン
ターライン・フレーム転送方式が実現できる。特
に後者の方式は、撮像領域部から電荷蓄積部6
への電荷転送を高速で行なえるため、スミアの少
ない高品質な画像が得られる。 (発明の効果) 以上述べたように、本発明によるCCD撮像素
子とその駆動方法によれば、非常に簡単な外部回
路を付加するだけで順次走査が可能となる。ま
た、順次走査とインターレース走査に両用可能な
ため、非常に経済的である。さらに、フイール
ド・メモリ等を使つたインターレース走査→順次
走査変換方式に比べて、動画に対する解像度が優
れている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願の第1の発明によるCCD撮像素
子の平面配置図、第2図は本願の第2の発明の実
施例により第1図のCCD撮像素子を駆動する方
法を示すタイムチヤート、第3図は従来のCCD
撮像素子からインターレース走査で読み出された
画像を順次走査に変換する回路の回路図、第4図
は第3図に示した変換回路の動作を示すタイムチ
ヤートである。 ……撮像領域部、2,102……光電変素子
群、3,103……垂直シフトレジスタ群、4,
5,104……水平シフトレジスタ、6……電荷
蓄積領域部、7,8,105……出力回路、9…
…切換スイツチ、106……A/D変換器、10
7……フイールド・メモリ、108……時間軸変
換回路、118……D/A変換器。
【特許請求の範囲】
1 半導体基板上に絶縁層を介して形成された複
数の重ね合わせ電極を有する電荷転送装置の駆動
方法において、前記複数の重ね合わせ電極に印加
されるパルス電圧のロウレベルが前記半導体基板
の電位に対して負極性であり、前記複数の重ね合
わせ電極の上層の電極が前記ロウレベルに保持さ
れる時間が前記複数の重ね合せ電極の下層の電極
が前記ロウレベルに保持される時間より短いこと
を特徴とする電荷転送装置の駆動方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、
前記上層の電極が、信号電荷を転送する期間にお
いて前記ロウレベルに保持され、信号電荷を蓄積
保持する期間においてハイレベルに保持されるこ
とを特徴とする電荷転送装置の駆動方法。 3 特許請求の範囲第2項記載の方法において、
前記複数の重ね合わせ電極の下層の電極が、前記
信号電荷を蓄積保持する期間において前記ロウレ
ベルに保持されることを特徴とする電荷転送装置
の駆動方法。

Claims (1)

  1. トレジスタと、前記撮像領域部の他の一端に位置
    し前記垂直シフトレジスタ群と電気的に結合され
    た第2の水平シフトレジスタと、該第2の水平シ
    フトレジスタの前記撮像領域部との結合端とは反
    対側にやはり電気的に結合された双方向転送可能
    な第2の垂直シフトレジスタ群からなる電荷蓄積
    領域部と、前記第1および第2の水平シフトレジ
    スタのそれぞれの一端に設けられた出力回路とで
    構成された電荷転送撮像素子において、垂直ブラ
    ンキング期間の最初で前記光電変換素子群の奇数
    番目の行からの信号電荷を前記第1の垂直シフト
    レジスタ群に読み出したあと、高速転送を用いて
    前記電荷蓄積領域部に転送・蓄積し、次いで前記
    ブランキング期間内で前記光電変換素子群の偶数
    番目の行からの信号電荷を前記第1の垂直シフト
    レジスタ群に読み出し、かかるのち水平有効映像
    期間の前半で前記電荷蓄積領域部に蓄積されてい
    る前記奇数番目の行からの信号電荷を前記第2の
    水平シフトレジスタと前記出力回路を介して読み
    出し、続く水平有効映像期間の後半で前記第1の
    垂直シフトレジスタ群に蓄積されている前記偶数
    番目の行からの信号電荷を前記第1の水平シフト
    レジスタと前記出力回路を介して読み出し、以後
    上述した動作を繰り返して出力することを特徴と
    する電荷転送撮像素子の駆動方法。
JP61230766A 1986-09-30 1986-09-30 電荷転送撮像素子とその駆動方法 Granted JPS6386974A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61230766A JPS6386974A (ja) 1986-09-30 1986-09-30 電荷転送撮像素子とその駆動方法
US07/102,104 US4816916A (en) 1986-09-30 1987-09-29 CCD area image sensor operable in both of line-sequential and interlace scannings and a method for operating the same
EP87114284A EP0262665A3 (en) 1986-09-30 1987-09-30 Ccd area image sensor operable in both of line-sequential and interlace scannings and a method for operating the same

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JP61230766A JPS6386974A (ja) 1986-09-30 1986-09-30 電荷転送撮像素子とその駆動方法

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JPS6386974A JPS6386974A (ja) 1988-04-18
JPH0529192B2 true JPH0529192B2 (ja) 1993-04-28

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ID=16912925

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