JPH0946716A

JPH0946716A - 固体撮像装置の駆動方法

Info

Publication number: JPH0946716A
Application number: JP7197366A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Nagayoshi; 良一永吉; Keijiro Itakura; 啓二郎板倉; Yasuyuki Toyoda; 泰之豊田; Shiyunei Nobusada; 俊英信定
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】通常のビデオカメラ用の固体撮像素子を用い
て複数の映像フォーマットに対応できる固体撮像装置の
駆動方法を提供する。【構成】各光電変換素子１の縦方向に隣接する複数の
光電変換素子１を一つの単位光電変換素子群２１とし、
その単位光電変換素子群２１の中の１個以上の光電変換
素子１の信号電荷を選択的に垂直転送部２に読出すステ
ップと、信号電荷を垂直転送部２内で混合し画素混合信
号を形成するステップと、画素混合信号を垂直転送部２
内で垂直転送するステップと、画素混合信号を垂直転送
部２から水平転送部３へ読出し水平転送するステップか
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は通常のビデオカメラ用の
固体撮像素子を用いて複数の映像フォーマットに対応で
きる固体撮像装置の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子は、小型軽量、長寿命、低
消費電力、耐振性などの特徴を有しており、ビデオカメ
ラ用として民生用は勿論放送などの業務用にも広く用い
られるようになってきた。また近年のマルチメディア分
野の進展にともなってデジタルスチルカメラの開発が活
発になってきており、複数の映像フォーマットに対応可
能な単板カラー化固体撮像装置の開発が強く要望される
ようになってきている。

【０００３】以下従来の固体撮像装置について説明す
る。図６は一般的な固体撮像素子の構成平面図である。
図６に示すように、固体撮像素子は、基本的には、光電
変換素子１、ＣＣＤなどの電荷転送素子を用いた垂直転
送部２、ＣＣＤなどの電荷転送素子を用いた水平転送部
３、および出力部４で構成されている。光電変換素子１
に入射した光は光電変換されて信号電荷を形成し、この
信号電荷は光電変換素子１に蓄積される。光電変換素子
１から読み出された信号電荷は垂直転送部２を図面の下
方向に垂直転送され、次に水平１列ごとに信号電荷が水
平転送部３に読み出され、水平転送された後出力部４か
ら出力される。

【０００４】図７は多映像フォーマットに対応する従来
の固体撮像装置のブロック図である。

【０００５】まず、映像が固体撮像素子１１に取り込ま
れる。１２は固体撮像素子１１の制御部である。固体撮
像素子１１から出力された映像信号はアナログ処理部１
３で信号処理される。通常のビデオカメラ用の映像信号
はこの段階で出力される。

【０００６】一方、通常のビデオカメラ用以外の映像フ
ォーマットに対応する映像信号を得ようとする場合、ア
ナログ処理部１３から出力されたアナログ信号はＡ／Ｄ
変換器１４でデジタル信号に変換された後映像メモリ１
５に蓄積される。異なる映像フォーマットに対応する映
像信号を得るためには、映像フォーマット変換部１６か
らの制御信号で指定した方法によって映像メモリから信
号を読み出し、Ｄ／Ａ変換器１７でアナログ信号に変換
した後出力する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、通常のビデオカメラ用映像信号を得ると
きは図７に示すアナログ処理部１３から映像信号を取り
出せばよいが、それ以外の映像フォーマットに対応する
映像信号を得るためには、Ａ／Ｄ変換器１４を初めとす
る複雑な回路を必要とし、さらに大容量の映像メモリを
必要とするなどの課題を有していた。

【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、複雑な回路を付加することなく、複数の映像フォー
マットに対応しカラー化処理が容易な色差順次信号を出
力できる固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の固体撮像装置の駆動方法は、各光電変換素子
の縦方向に隣接する複数の光電変換素子を一つの単位光
電変換素子群とし、その単位光電変換素子群の中の１個
以上の光電変換素子の信号電荷を選択的に垂直転送部へ
読み出すステップと、信号電荷を垂直転送部内で混合し
画素混合信号を形成するステップと、この画素混合信号
を垂直転送部内で垂直転送するステップと、画素混合信
号を水平転送部へ読み出し水平転送するステップとから
なる構成を有している。

【００１０】

【作用】この構成によって、映像メモリおよびそれに関
連する複雑な回路を付加することなく、複数の映像フォ
ーマットに対応可能な映像信号を出力できる固体撮像装
置の駆動方法を実現できるものである。

【００１１】すなわち、通常のビデオカメラ用に映像信
号を出力するときは全走査線を出力するようにし、少な
い走査線を出力する場合は画素混合により走査線を加算
して結果的に走査線を減ずる（これを以下走査線加算方
式という）かまたは走査線１本おきに光電変換素子から
信号電荷を半導体基板へ掃出し走査線を減ずる（これを
以下走査線間引き方式という）ようにしたものである。

【００１２】このような駆動方法は現在広く使用されて
いるビデオカメラ用の固体撮像素子に適用することがで
き、従来方式に比較して大幅に回路を簡略化でき、Ｓ／
Ｎ比、消費電力、小型化の面で有利な固体撮像装置の駆
動方法を実現できる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００１４】（実施例１）図１（ａ）は本発明の第１の
実施例における固体撮像装置の駆動方法を説明するため
の固体撮像素子の概略平面図、（ｂ）は同固体撮像装置
のブロック図である。なお、図１（ａ）において、光電
変換素子１を４列×８行で示したが、実際には９４８列
×４８６行を一例とするように数多くの光電変換素子が
配置されている。これらの光電変換素子の上部にはカラ
ーフィルタが形成されており、本実施例では黄色（Ｙ
ｅ）、マゼンタ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）、緑（Ｇ）が
図に示すように配列された例について示した。また本実
施例では、垂直方向に並んだ４個の光電変換素子１を単
位光電変換素子群２１として駆動を行う。

【００１５】このような固体撮像素子を用いて、通常の
ビデオカメラ用の映像信号を得る場合には、単位光電変
換素子群２１には関係なく、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の
くくりで２個の光電変換素子１から垂直転送部２へ信号
電荷を読み出し、垂直転送部２で混合して画素混合信号
を形成する。この画素混合信号は垂直転送部２内を垂直
転送され、次に水平転送部３へ読み出され水平転送部３
内を水平転送され、出力部４から出力されてＡフィール
ド映像信号を形成する。次にＡ１〜Ａ４のくくりとは異
なる、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４のくくりで２個の光電変
換素子１から信号電荷を垂直転送部２へ読み出し、上述
と同様にして出力部４から出力されてＢフィールド映像
信号を形成する。

【００１６】次に図１に示す固体撮像素子を用い、走査
線間引き方式により走査線を１／２にする駆動方法につ
いて説明する。まずＡ１、Ａ３でくくった２個の光電変
換素子１から垂直転送部２へ信号電荷を読み出し、混合
して得られた画素混合信号を垂直転送し、水平転送部３
内を水平転送して出力部４からＡフィールド信号を出力
する。この過程で、光電変換素子１内に残された信号電
荷（Ａ２、Ａ４で示す光電変換素子１内に残された信号
電荷）はＡ１、Ａ２の光電変換素子１から垂直転送部２
へ信号電荷を読み出した直後または垂直転送部２内で信
号電荷を混合した後に半導体基板（図示せず）へ掃き捨
てる。

【００１７】次に同様にして、Ｂ１、Ｂ３のくくりで垂
直転送部２へ信号電荷を読み出し、混合して画素混合信
号を作成し、垂直転送、水平転送して出力部４からＢフ
ィールド信号を出力する。この場合も、上記Ａフィール
ド信号を作成する場合と同様に、Ｂ２、Ｂ４の光電変換
素子１内の信号電荷はＢ１，Ｂ３の信号電荷を読み出し
た直後またはこれらの信号電荷を混合した後で半導体基
板へ掃き捨てられる。

【００１８】すなわち、図１（ｂ）に示すように、固体
撮像素子２２から出力される信号はアナログ処理部２４
で処理されて映像出力される。制御部２３は固体撮像素
子２２の駆動回路を含む回路で構成される。本実施例で
は、図１（ｂ）に示す構成で、標準の走査線を有する映
像フォーマットに対応する映像信号を出力できるし、ま
た制御部２３に走査線間引き用の回路を付加しておくこ
とにより、走査線の数を減じた映像フォーマット用の映
像信号を出力できる。

【００１９】本実施例の駆動方法で固体撮像素子から出
力される色差順次信号の一例を図２に示した。まずＡフ
ィールドのｎ本目に対応してＡ３のくくりで左側の列か
ら順にＹｅ＋Ｇ、Ｃｙ＋Ｍｇ、Ｙｅ＋Ｇ、Ｃｙ＋Ｍｇの
色差順次信号が固体撮像素子から出力される。同様にし
て（ｎ＋１）本目に対応してＹｅ＋Ｍｇ、Ｃｙ＋Ｇ、Ｙ
ｅ＋Ｍｇ、Ｃｙ＋Ｇの色差順次信号が出力される。同様
にしてＢフィールドの色差順次信号が出力される。

【００２０】以上のような駆動方法により走査線を容易
に間引くことができ、図１（ｂ）に示すように、固体撮
像素子２２、制御部２３およびアナログ処理部２４のみ
で固体撮像装置を構成することができる。また固体撮像
素子としては、通常のビデオカメラ用の固体撮像素子を
用いることができ、図１（ｂ）に示す制御部２３の回路
を改造するのみで走査線間引き方式を実現できる。

【００２１】（実施例２）次に本発明の第２の実施例に
おける固体撮像装置の駆動方法について、図３を参照し
ながら説明する。本実施例は走査線加算方式により、走
査線の数を減ずるものである。

【００２２】図３において、３３は光電変換素子であ
り、図１（ａ）で縦方向に並べたものを説明の都合上横
方向に並べたものである。３４は８個の光電変換素子３
３をまとめて単位光電変換素子群としたものであり、３
５は垂直転送部の転送電極を２個で代表させて示し、各
転送電極Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ_3-1、Ｖ_3-2、Ｖ₄、……、Ｖ₈等に
はそれぞれ独立に電圧が印加できるように構成されてい
る。また（１）〜（１１）は垂直転送の状況を時系列的
に並べたものである。なお本実施例では、単位光電変換
素子群がＣｙ₁、Ｇ₁、Ｃｙ₂、Ｍｇ₁、Ｃｙ₃、Ｇ₂、Ｃｙ
₄、Ｍｇ₂のカラーフィルタを形成した光電変換素子から
なる例を示しており、また垂直転送部に読み出した信号
電荷は元のカラーフィルタの名称を付して示している。

【００２３】まず（１）で示すように、単位光電変換素
子群３４中から光電変換素子Ｇ₂を選択し、垂直転送部
へ信号電荷Ｇ₂を読み出す。次に（２）で示すように、
信号電荷Ｇ₂を左方向へ移動させて信号電荷Ｇ₁を読み込
む位置まで持ってくる。次に（３）で示すように、信号
電荷Ｇ₁を読み込んで信号電荷Ｇ₁と信号電荷Ｇ₂とを混
合し（この混合した信号を混合信号電荷という）、
（４）に示すように混合信号電荷（Ｇ₁＋Ｇ₂）を左の方
に移動させる。次に（５）に示すように、信号電荷Ｍｇ
₁を読み込み、（６）に示すように信号電荷Ｍｇ₂を読み
込む位置まで全体を右方向へ移動させる。そこで信号電
荷Ｍｇ₂を読み込み、混合して混合信号電荷（Ｍｇ₁＋Ｍ
ｇ₂）を形成する。

【００２４】以下同様にして（７）以降のステップを進
め、最終的に（１１）で示すように、２（Ｃｙ＋Ｇ）お
よび２（Ｃｙ＋Ｍｇ）の混合信号電荷が垂直転送部内に
形成されることになる。この混合信号電荷を水平転送部
へ送り、水平転送部内を水平転送して出力部から出力す
ることにより、走査線が通常のビデオカメラ用の走査線
の半分になった映像信号が得られる。

【００２５】図４は本実施例の固体撮像装置の駆動方法
における垂直転送部に印加される駆動電圧のタイミング
図である。図４において、３３は光電変換素子、３５は
垂直転送部の転送電極を２個で代表させたものであり、
４個でもよい。３６は光電変換素子から垂直転送部へ信
号電荷を読み出すために印加される電圧、３７はポテン
シャルの井戸すなわち信号電荷を転送するためのバケッ
トを形成する電圧である。

【００２６】まず（１）で示すように、転送電極Ｖ_3-2
に読み出し電圧３６を印加して信号電荷Ｇ₂を垂直転送
部に読み込み、次に各転送電極３５に駆動パルスを印加
して信号電荷Ｇ₂を図の上方向へ移動させ、Ｇ₁を読み出
す位置まで持ってくる。ここで転送電極Ｖ_3-1に読み出
し電圧３６を印加して信号電荷Ｇ₂を垂直転送部へ読み
出す。この段階で信号電荷Ｇ₁、Ｇ₂が混合される。

【００２７】次に信号電荷Ｍｇ₁を読み出し、信号電荷
Ｇ₂を移動させたのとは逆の方向へ移動させて信号電荷
Ｍｇ₂を読み出し、混合する。図３のタイミング図に示
すように、信号電荷を図の上で上方、下方に移動させな
がら混合信号電荷を形成し、色差順次信号を形成する。

【００２８】次に本実施例の駆動方法により得られる色
差順次信号について、図面を参照しながら説明する。

【００２９】図５（ａ）は本実施例の駆動方法を説明す
るための固体撮像素子の上のカラーフィルタ構成図、図
５（ｂ）は同駆動方法により得られた色差順次信号を説
明する図である。図５（ａ）に示すように、第１列の単
位光電変換素子群は縦方向にカラーフィルタＹｅ、Ｍ
ｇ、Ｙｅ、Ｇ、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇが形成された８個
の光電変換素子から構成され、また第２列の単位光電変
換素子群は第１の単位光電変換素子群に隣接してカラー
フィルタＣｙ、Ｇ、Ｃｙ、Ｍｇ、Ｃｙ、Ｇ、Ｃｙ、Ｍｇ
が形成された８個の光電変換素子から構成されている。
固体撮像素子の上には、このような第１、第２の単位光
電変換素子が繰り返して構成されている。

【００３０】まず図５（ａ）における左から１列目の単
位光電変換素子群に着目すると、Ａ１のくくりで信号電
荷Ｙｅ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｍｇをそれぞれのステップに従っ
て光電変換素子から垂直転送部へ読み出し、混合して２
（Ｙｅ＋Ｍｇ）の混合信号電荷が得られる。また２列目
の単位光電変換素子群に着目すると、Ａ１のくくりで信
号電荷Ｃｙ、Ｇ、Ｃｙ、Ｇをそれぞれのステップに従っ
て光電変換素子から垂直転送部へ読み出し、混合して２
（Ｃｙ+Ｇ）の混合信号電荷が得られる。このようにし
て図５（ｂ）のＡフィールドのｍ本目の走査線に相当す
る映像信号が得られ、同様にＡ２のくくりでそれぞれの
ステップに従って光電変換素子から垂直転送部へ信号電
荷を読み出し、混合して（ｍ＋１）本目の走査線に相当
する映像信号が得られる。

【００３１】またＢフィールドに関しては、図５（ａ）
の右側に示すＢ₁、Ｂ₂のくくりで光電変換素子から信号
電荷を垂直転送部へそれぞれのステップに従って読み出
し、混合することにより、図５（ｂ）のＢフィールドで
示す映像信号が得られる。

【００３２】以上のように本実施例では、走査線を加算
することにより走査線数を減じるようにしたものであ
り、通常のビデオカメラ用の固体撮像素子を用い駆動方
法を変更するだけで異なる映像フォーマットに対応する
映像信号を形成することができる。また本実施例の方法
では、感度を低下させることなく走査線の数を１／２に
減じた色差順次信号を得ることができる。

【００３３】なお上記第１、第２の実施例において、フ
ィルタを黄色（Ｙｅ）、マゼンタ（Ｍｇ）、シアン（Ｃ
ｙ）、緑（Ｇ）の組み合わせを用いた例について説明し
たが、本発明はこの組み合わせに限定されるものではな
く、駆動パルスの印加順序をフィルタの色の組み合わせ
に応じて決めることにより同様の効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、各光電変換素子の縦方向に隣
接する複数の光電変換素子を一つの単位光電変換素子群
とし、その単位光電変換素子群の中の１個以上の光電変
換素子の信号電荷を選択的に垂直転送部に読み出すステ
ップと、信号電荷を垂直転送部内で混合し画素混合信号
を形成するステップと、画素混合信号を垂直転送部内で
垂直転送するステップと、画素混合信号を垂直転送部か
ら水平転送部へ読み出し水平転送するステップからなる
構成を有しており、通常のビデオカメラに使用される単
板カラー固体撮像素子を用いて複数の映像フォーマット
に対応可能で、従来に比較して大幅に回路を簡略化で
き、Ｓ／Ｎ、消費電力および小型化の面で優れた固体撮
像装置の駆動方法を実現できるものである。

【００３５】また、垂直転送部へ読み出した信号電荷を
垂直転送部内で通常の転送方向に対して順方向また逆方
向へ転送し混合すべき信号電荷を蓄積した光電変換素子
位置へ移動させることにより、よりさらに感度を低下さ
せることなく走査線を通常の１／２にした映像信号を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例における固体撮
像装置の駆動方法を説明するための固体撮像素子の概略
平面図（ｂ）は同固体撮像装置のブロック図

【図２】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
駆動方法により得られた色差順次信号を説明する図

【図３】本発明の第２の実施例における固体撮像装置の
駆動方法を説明する図

【図４】同駆動方法における垂直転送部に印加される駆
動電圧のタイミング図

【図５】（ａ）は同駆動方法を説明するための固体撮像
素子の上のカラーフィルタ構成図（ｂ）は同駆動方法により得られた色差順次信号を説明
する図

【図６】一般的な固体撮像素子の概略構成図

【図７】多映像フォーマットに対応する従来の固体撮像
装置のブロック図

【符号の説明】

１光電変換素子２垂直転送部３水平転送部２１単位光電変換素子群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者信定俊英大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、２次元的に配置された
複数個の光電変換素子と、前記光電変換素子に隣接し光
電変換素子から読み出した信号電荷を垂直転送する垂直
転送部と、前記垂直転送部から読み出した信号電荷を水
平転送する水平転送部とを有する固体撮像装置を駆動す
る方法であって、各光電変換素子の縦方向に隣接する複
数の光電変換素子を一つの単位光電変換素子群とし前記
単位光電変換素子群の中の１個以上の光電変換素子の信
号電荷を選択的に垂直転送部に読み出すステップと、前
記信号電荷を垂直転送部内で混合し画素混合信号を形成
するステップと、前記画素混合信号を垂直転送部内で垂
直転送するステップと、前記画素混合信号を前記垂直転
送部から水平転送部へ読み出し水平転送するステップと
を有する固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】単位光電変換素子群が４個の光電変換素
子からなり、前記単位光電変換素子群から任意の２個の
光電変換素子を選択しその信号電荷を垂直転送部へ読み
出すことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の駆
動方法。
【請求項３】単位光電変換素子群が４個の光電変換素
子からなり、前記単位光電変換素子群から任意の２個の
光電変換素子を選択し、その信号電荷を垂直転送部へ読
み出し混合して第１の画素混合信号とし、次に前記２個
以外の残りの２個の光電変換素子から信号電荷を垂直転
送部へ読み出し混合して第２の画素混合信号とする請求
項１または２記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】単位光電変換素子群から選択した光電変
換素子から垂直転送部へ信号電荷を読み出した後または
信号電荷を読み出し混合した後、単位光電変換素子群を
構成する光電変換素子から半導体基板へ電荷を掃出すス
テップを付加した請求項１、２または３記載の固体撮像
装置の駆動方法。
【請求項５】光電変換素子の上部に形成されるカラー
フィルタの配色が、縦２個および横２個の互いに隣接す
る合計４個を１組とし、４個がそれぞれ異なるものであ
る請求項２、３または４記載の固体撮像装置の駆動方
法。
【請求項６】カラーフィルタの配色が、黄、シアン、
マゼンタおよび緑からなる請求項４記載の固体撮像装置
の駆動方法。
【請求項７】各単位光電変換素子群の中の任意の複数
の光電変換素子から垂直転送部へ読み出した信号電荷を
混合し画素混合信号を形成するステップが、光電変換素
子から垂直転送部へ第１の信号電荷を読み出すステップ
と、前記第１の信号電荷を垂直転送部内で順方向または
逆方向へ移動させて次に混合すべき第２の信号電荷を蓄
積している光電変換素子の近傍位置まで持ってくるステ
ップと、第２の信号電荷を読み出すステップとからなる
請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】単位光電変換素子群が８個の光電変換素
子からなり、前記単位光電変換素子群から任意の４個の
光電変換素子を選択しその信号電荷を垂直転送部へ読み
出すことを特徴とする請求項１または７記載の固体撮像
装置の駆動方法。
【請求項９】単位光電変換素子群が８個の光電変換素
子からなり、前記単位光電変換素子群から任意の４個の
光電変換素子を選択し、その信号電荷を垂直転送部へ読
み出し混合して第１の画素混合信号とし、次に前記４個
以外の残りの４個の光電変換素子から信号電荷を垂直転
送部へ読み出し混合して第２の画素混合信号とする請求
項１、７または８記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】縦方向に隣接する８個の光電変換素子
で構成される第１の単位光電変換素子群の上に形成され
るカラーフィルタが第１の色４個、第２の色２個および
第３の色２個で構成されかつ第１の色が第２または第３
の色を介在させることにより互いに隣接することなく配
置され、さらに前記第１の単位光電変換素子群の横方向
に隣接する第２の単位光電変換素子群の上に形成される
カラーフィルタが第４の色４個、第２の色２個および第
３の色２個で構成され第４の色が第２または第３の色を
介在させることにより互いに隣接することなく配置され
ていることを特徴とする請求項８または９記載の固体撮
像装置の駆動方法。
【請求項１１】第１の色が黄、第２の色がマゼンタ、
第３の色が緑、第４の色がシアンである請求項１０記載
の固体撮像装置の駆動方法。