JPH11146280A

JPH11146280A - 画像信号処理装置及び画像信号処理方法

Info

Publication number: JPH11146280A
Application number: JP9309037A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Toma; 哲夫笘; Tetsuo Yamada; 哲生山田; Masashi Kantani; 正史乾谷
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】固体撮像素子上に撮像される画像信号を高速
に読み出すことができる画像信号処理装置又は画像信号
処理方法を提供することを課題とする。【解決手段】複数の１次転送路と１つの２次転送路
（３）を有し２次元の画像を撮像することができる固体
撮像素子（１）であって、複数の１次転送路は複数の転
送段を有し第１の方向に電荷を転送することができ、１
つの２次転送路は複数の転送段を有し複数の１次転送路
上の電荷を受けて第２の方向に電荷を転送することがで
きる固体撮像素子と、固体撮像素子上の２次元画像にお
いて第２の方向を主走査方向（ＭＤ）とし第１の方向を
副走査方向（ＳＤ）として２次転送路から電荷を画像信
号として読み出す読み出し手段と、読み出した画像信号
を主走査方向と副走査方向を交換してモニタ（１４）に
出力する出力手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号処理技術
に関し、特に固体撮像素子により撮像される画像信号を
処理する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１８は、従来技術による画像信号処理
装置の構成を示す図である。

【０００３】固体撮像素子５１は、画素部５２と水平転
送路５３とアンプ５４を有する。画素部５２は、２次元
に配列されたフォトダイオードと垂直方向に延びる複数
列の垂直転送路を有する。

【０００４】画像５５は、画素部５２上に撮像される。
フォトダイオードは、撮像された画像５５の光信号を電
荷に変換する。その電荷は、フォトダイオードから垂直
転送路に移される。垂直転送路は、電荷を図中垂直方向
に転送する。

【０００５】水平転送路５３は、複数の垂直転送路から
１行（水平方向の画素の並び）分の電荷を受け取り、そ
の電荷を水平方向に転送する。アンプ５４は、水平転送
路５３により転送された電荷を増幅して処理部６１に出
力する。続いて、水平転送路５３は、複数の垂直転送路
から次の１行分の電荷を受け取り、水平方向に転送す
る。以下、同様の処理を行い、２次元の画像信号を処理
部６１に出力する。

【０００６】画像情報を表す電荷の流れとしては、フォ
トダイオードから読み出された電荷を、まず第１の方向
に転送する１次転送路である垂直転送路に移し、第１の
方向である垂直方向に転送する。次に、第２の方向に電
荷を転送する２次転送路である水平転送路に移し、第２
の方向である水平方向に転送する。

【０００７】上記の電荷転送は、ラスタスキャンと同様
な画像走査を行ったことになる。すなわち、まず、主走
査方向ＭＤとして水平方向に走査する。次に、副走査方
向ＳＤとして垂直方向に走査し、次の行について再び主
走査方向（水平方向）ＭＤに走査する。この走査を繰り
返し、２次元画像５５の走査を行う。

【０００８】アンプ５４は、処理部６１にアナログ形式
の電気信号を出力する。処理部６１は、Ａ／Ｄ変換器等
を有し、電気信号をアナログ形式からデジタル形式に変
換し、モニタ６４に出力する。

【０００９】モニタ６４には、ラスタスキャンにより画
像６５を表示する。すなわち、まず、主走査方向ＭＤと
して画像水平方向に走査する。次に、副走査方向ＳＤと
して画像垂直方向に走査し、次のラインについて再び主
走査方向（画像水平方向）ＭＤに走査する。この走査を
繰り返し、２次元画像６５をモニタ６４に表示する。

【００１０】固体撮像素子５１上の主走査方向ＭＤと副
走査方向ＳＤは、モニタ６４上の主走査方向ＭＤと副走
査方向ＳＤと同じである。

【００１１】図１９（Ａ）、（Ｂ）は、従来技術による
インタレース方式の画像信号処理を説明するための図で
ある。インタレース方式は、ＡフィールドＦＡとＢフィ
ールドＦＢとの２つのフィールドにより１フレームを構
成する。

【００１２】図１９（Ａ）は、固体撮像素子５１上のイ
ンタレース走査を示す図である。固体撮像素子５１上で
は、まず、奇数番目の行の集まりからなるＡフィールド
ＦＡの転送を行い、次に、偶数番目の行の集まりからな
るＢフィールドＦＢの転送を行う。１つの行は、主走査
方向（画像水平方向）ＭＤに走査される画素の並びであ
る。副走査方向（画像垂直方向）ＳＤの位置により、Ａ
フィールドＦＡ又はＢフィールドＦＢのいずれかが決ま
る。

【００１３】図１９（Ｂ）は、モニタ５４上のインタレ
ース走査を示す図である。モニタ５４上において、ま
ず、奇数番目の行の集まりからなるＡフィールドＦＡの
走査を行い、次に、偶数番目の行の集まりからなるＢフ
ィールドＦＢの走査を行う。固体撮像素子５１と同様
に、１つの行は、主走査方向（画像水平方向）ＭＤに走
査される画素の並びであり、副走査方向（画像垂直方
向）ＳＤの位置により、ＡフィールドＦＡ又はＢフィー
ルドＦＢのいずれかが決まる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、固体
撮像素子上に撮像される画像信号を高速に読み出すこと
ができる画像信号処理装置又は画像信号処理方法を提供
することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、複数の１次転送路と１つの２次転送路を有し２次元
の画像を撮像することができる固体撮像素子であって、
該複数の１次転送路は各々が光電変換部に対応して電荷
を蓄積可能な複数の転送段を有し第１の方向に電荷を転
送することができ、該１つの２次転送路は各々が電荷を
蓄積可能な複数の転送段を有し該複数の１次転送路上の
電荷を受けて第２の方向に電荷を転送することができる
固体撮像素子と、前記固体撮像素子上の２次元画像にお
いて第２の方向を主走査方向とし第１の方向を副走査方
向として前記２次転送路から電荷を画像信号として読み
出す読み出し手段と、前記読み出した画像信号を主走査
方向と副走査方向を交換してモニタに出力する出力手段
とを有する画像信号処理装置が提供される。

【００１６】固体撮像素子は、１次転送路数（水平画素
数）が少ないほど高速に電荷を１次方向に転送すること
ができる。例えばＮＴＳＣフォーマットに代表される横
長の２次元画像では、一般的に水平方向の画素数が垂直
方向の画素数よりも多い。従来技術による固体撮像素子
は、ＮＴＳＣフォーマット等に従い、水平画素数を垂直
画素数よりも多くしている。本発明によれば、固体撮像
素子の水平画素数を垂直画素数よりも少なくすることに
より、解像度を落とさずに高速に固体撮像素子上に蓄積
される電荷を読み出すことができる。また、モニタに出
力する際には、画像信号の主走査方向と副走査方向を交
換することにより、モニタには水平画素数が垂直画素数
よりも多いＮＴＳＣフォーマット等の横長画像を表示す
ることができる。

【００１７】本発明の他の観点によれば、（ａ）第１の
方向に電荷を転送する１次転送路及び該１次転送路から
電荷を受けて第２の方向に転送する２次転送路を有する
固体撮像素子上に撮像される２次元画像において、第２
の方向を主走査方向とし第１の方向を副走査方向として
画像信号を読み出す工程と、（ｂ）前記読み出した画像
信号を主走査方向と副走査方向を交換してモニタに出力
する工程とを含む画像信号処理方法が提供される。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例による画
像信号処理装置の構成を示す図である。

【００１９】固体撮像素子１は、図１８の固体撮像素子
５１と比べ、主走査方向ＭＤと副走査方向ＳＤを９０°
回転させた位置に置かれる。これにより、図１８に示す
固体撮像素子５１に比べ、固体撮像素子１から高速に電
荷を読み出すことができる。その理由は、後に説明す
る。

【００２０】固体撮像素子１は、９０°回転した位置に
置かれているので、この状態でモニタに画像を表示させ
ると、９０°回転した画像が表示されてしまう。そこ
で、画像の水平方向と垂直方向とを逆にするための画素
位置変換が必要になる。以下、その詳細を説明する。

【００２１】固体撮像素子１は、画素部２と水平転送路
３とアンプ４を有する。画素部２は、２次元に配列され
たフォトダイオードと垂直方向に延びる複数列の垂直転
送路を有する。なお、固体撮像素子１では、垂直転送路
及び水平転送路の名称が一般的に用いられているので、
本明細書では、固体撮像素子１において、垂直転送路が
電荷を転送する方向（図の水平方向）を垂直方向と呼
び、水平転送路３が電荷を転送する方向（図の垂直方
向）を水平方向と呼ぶ。

【００２２】固体撮像素子１は、垂直方向の画素数が水
平方向の画素数よりも多い。画像５は、画素部２上に撮
像される。画像水平方向（図の水平方向）は固体撮像素
子１の垂直方向に相当し、画像垂直方向（図の垂直方
向）は固体撮像素子１の水平方向に相当する。

【００２３】フォトダイオードは、撮像された画像５の
光信号を電荷に変換する。その電荷は、フォトダイオー
ドから垂直転送路に移される。垂直転送路は、電荷を垂
直方向に転送する。フォトダイオード及び垂直転送路
は、後に図３を参照しながら詳細に説明する。

【００２４】水平転送路３は、複数の垂直転送路から１
列（図の垂直方向の画素の並び）分の電荷を受け取り、
その電荷を水平方向（図の垂直方向）に転送する。アン
プ４は、水平転送路３上で転送された電荷を増幅してＡ
／Ｄ変換器１１に出力する。続いて、水平転送路３は、
複数の垂直転送路から次の１列分の電荷を受け取り、水
平方向に転送する。以下、同様の処理を行い、２次元の
画像信号をＡ／Ｄ変換器１１に出力する。

【００２５】上記の電荷転送は、ラスタスキャンに対し
て主走査方向ＭＤ及び副走査方向ＳＤが異なる。すなわ
ち、まず、主走査方向ＭＤとして画像垂直方向（図の垂
直方向）に走査する。次に、副走査方向ＳＤとして画像
水平方向（図の水平方向）に走査し、次の列について再
び主走査方向ＭＤに走査する。この走査を繰り返し、２
次元画像５の走査を行う。

【００２６】ここで、主走査方向ＭＤは短周期で走査す
る方向を言い、副走査方向ＳＤは長周期で走査する方向
を言う。

【００２７】アンプ４は、Ａ／Ｄ変換器１１にアナログ
形式の電気信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器１１は、電気
信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、信号処
理部１２に出力する。デジタル形式の画像信号は、信号
処理部１２においてホワイトバランス等の処理が行わ
れ、フレームメモリ１３に記憶される。

【００２８】モニタ１４には、フレームメモリ１３上の
画像信号がラスタスキャンにより走査され、画像１５が
モニタ１４上に表示される。モニタ１４は、水平方向の
画素数が垂直方向の画素数よりも多い。ラスタスキャン
は、まず、主走査方向ＭＤとして画像水平方向に走査す
る。次に、副走査方向ＳＤとして画像垂直方向に走査
し、次の行（図の水平方向）について再び主走査方向
（画像水平方向）ＭＤに走査する。この走査を繰り返
し、２次元画像５をモニタ１４に表示する。

【００２９】固体撮像素子１上の主走査方向ＭＤと副走
査方向ＳＤは、モニタ１４上の主走査方向ＭＤと副走査
方向ＳＤと異なる。固体撮像素子１上の主走査方向ＭＤ
はモニタ１４上の副走査方向ＳＤに相当し、固体撮像素
子１上の副走査方向ＳＤはモニタ１４上の主走査方向Ｍ
Ｄに相当する。

【００３０】したがって、固体撮像素子１から読み出し
た画像信号を、主走査方向ＭＤと副走査方向ＳＤを逆に
してモニタ１４に表示する必要がある。具体的には、上
記の走査方向の違いに基づく画素位置変換を行って、モ
ニタ１４上に画像を表示する。この画素位置変換は、画
像を９０°回転させる処理に相当する。この処理の詳細
は、後に詳細に説明する。

【００３１】図２（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例によるイ
ンタレース方式の画像信号処理を説明するための図であ
る。インタレース方式は、ＡフィールドＦＡとＢフィー
ルドＦＢとの２つのフィールドにより１フレームを構成
する。

【００３２】図２（Ａ）は、固体撮像素子１上のインタ
レース走査を示す図である。図２（Ａ）では、図１の固
体撮像素子１を９０°回転させて記載している。固体撮
像素子１上では、まず、奇数番目の列（垂直方向の画素
の並び）の集まりからなるＡフィールドＦＡの転送を行
い、次に、偶数番目の列の集まりからなるＢフィールド
ＦＢの転送を行う。１つの列は、副走査方向（画像水平
方向）ＳＤに走査される画素の並びである。主走査方向
（画像垂直方向）ＭＤの位置を変えることにより、Ａフ
ィールドＦＡ又はＢフィールドＦＢのいずれかが決ま
る。

【００３３】図２（Ｂ）は、モニタ１４上のインタレー
ス走査を示す図である。モニタ１４上において、まず、
奇数番目の行（画像水平方向）の集まりからなるＡフィ
ールドＦＡの走査を行い、次に、偶数番目の行の集まり
からなるＢフィールドＦＢの走査を行う。固体撮像素子
１と異なり、１つの行は、主走査方向（画像水平方向）
ＭＤに走査される画素の並びであり、副走査方向（画像
垂直方向）ＳＤの位置により、ＡフィールドＦＡ又はＢ
フィールドＦＢのいずれかが決まる。

【００３４】図２（Ａ）において、画素部２は、２次元
に配列された複数の単位画素部２０を有する。単位画素
部２０は１画素に相当する。

【００３５】図３は、図２（Ａ）に示す単位画素部２０
の構成を示す図である。単位画素部２０は、フォトダイ
オードＰＤと垂直転送路ＶＲを有する。フォトダイオー
ドＰＤは、受光した光を電荷に変換し、ゲートを介して
その電荷を垂直転送路ＶＲに転送する。垂直転送路ＶＲ
は、４電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４により４相駆動さ
れ、電荷を垂直方向２１へ転送する。垂直転送路ＶＲ上
の電荷は、水平転送路３上に転送される。水平転送路３
は、電荷を水平方向２２に転送する。

【００３６】図４は、上記の電極Ｖ１〜Ｖ４に印加する
パルス信号を示すタイミングチャートである。ある電極
のパルス信号と他の電極のパルス信号の重なり時間をｔ
１としたとき、そのｔ１を単位時間として横軸の時間ｔ
を示す。

【００３７】図５は、上記の時間ｔを縦軸にとったとき
の垂直転送路のポテンシャル遷移図である。縦軸は図５
の時間ｔを示し、横軸は垂直転送路上の垂直位置を示
す。例えば８つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８は、
垂直方向に配列され１つの垂直転送路に接続される。垂
直転送路上には、１つのフォトダイオードＰＤ毎に４つ
の電極Ｖ１〜Ｖ４が配置される。ポテンシャルの低いと
ころに、電荷が蓄積される。ポテンシャルの遷移に従
い、電荷が垂直転送路上を転送する様子がわかる。

【００３８】次に、本実施例による固体撮像素子１（図
１）が従来技術による固体撮像素子５１（図１８）に比
べ、高速に電荷を転送できる理由を説明する。

【００３９】図６（Ａ）は、電極Ｖ１〜Ｖ４，Ｈ１，Ｈ
２が接続された固体撮像素子１の構成を示す。電極Ｖ１
〜Ｖ４は、上記のように垂直転送路を駆動するための電
極であり、画素部２の水平方向の両端に端子が設けられ
る。電極Ｈ１，Ｈ２は、水平転送路４を駆動するための
電極であり、水平転送路４に接続される。

【００４０】図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の電極Ｖ１の左
端の端子と右端の端子との間の電極配線部２５の電気的
等価回路図を示す。抵抗Ｒ０は１画素当たりの抵抗であ
り、容量Ｃ０は１画素当たりの容量である。水平方向の
画素数をＮｈとすると、配線部２５には、Ｎｈ個の抵抗
Ｒ０が直列に接続され、Ｎｈ個の容量Ｃ０が並列に接続
される。

【００４１】配線部２５の全容量Ｃｔと全抵抗Ｒｔは、
次のようになる。Ｃｔ＝Ｎｈ×Ｃ０・・・（１）Ｒｔ＝Ｎｈ×Ｒ０・・・（２）

【００４２】配線部２５のＣＲ時定数τは、次のように
なる。 τ＝Ｃｔ×Ｒｔ＝Ｎｈ²×Ｃ０×Ｒ０・・・（３）

【００４３】配線部２５の時定数τは、水平画素数Ｎｈ
の２乗に比例する。水平画素数Ｎｈが少ないほど、ＣＲ
時定数が小さくなり、高速で垂直転送路を駆動させるこ
とができる。

【００４４】図６（Ｃ）は、配線部２５中のクロック波
形Ｓ１とＳ２を示す図である。クロック波形Ｓ１は、図
６（Ｂ）に示す配線部２５の端部における波形である。
クロック波形Ｓ２は、図６（Ｂ）に示す配線部２５の中
央部における波形である。クロック周期を上記のＣＲ時
定数に対して短くすると、中央部の波形Ｓ２がなまり、
転送可能な電荷量の減少、及び転送効率の劣化を起こ
す。

【００４５】次に、従来技術による固体撮像素子５１
（図１８）と本実施例の固体撮像素子１（図１）につい
て、ＣＲ時定数を比較する。１５３０×１０２４画素
（アスペクト比３：２）の画素部を有する固体撮像素子
を例に、ＣＲ時定数を計算する。

【００４６】固体撮像素子１と５１とでは、水平方向の
画素数と垂直方向の画素数とが逆である。固体撮像素子
５１では、水平画素数が１５３０であり、垂直画素数が
１０２４である。固体撮像素子１では、水平画素数が１
０２４であり、垂直画素数が１５３０である。

【００４７】まず、従来技術による固体撮像素子５１の
時定数を求める。固体撮像素子５１の水平画素数Ｎｈ
は、１５３０である。ＣＲ時定数τ１は、式（３）を用
いて次のようになる。

【００４８】 τ１＝Ｎｈ²×Ｃ０×Ｒ０＝１５３０²×Ｃ０×Ｒ０

【００４９】次に、本実施例による固体撮像素子１の時
定数を求める。固体撮像素子１の水平画素数Ｎｈは、１
０２４である。ＣＲ時定数τ２は、式（３）を用いて次
のようになる。

【００５０】 τ２＝Ｎｈ²×Ｃ０×Ｒ０＝１０２４²×Ｃ０×Ｒ０

【００５１】２つの時定数の比τ２／τ１は、次のよう
になる。 τ２／τ１＝１０２４²／１５３０² ≒１／２．２３

【００５２】固体撮像素子１の時定数τ２は、固体撮像
素子５１の時定数τ１に比べ約１／２．２３になる。固
体撮像素子１は、固体撮像素子５１に対して垂直転送速
度が約２．２３倍速くなる。

【００５３】固体撮像素子１と５１は、共に同じ大きさ
（例えば１５３０×１０２４）の画像を撮像することが
できるが、固体撮像素子１は固体撮像素子５１よりも水
平画素数が少ないので、高速に垂直転送を行うことがで
きる。

【００５４】本実施例による固体撮像素子１は、水平画
素数Ｎｈを垂直画素数Ｎｖよりも少ない構成にすること
ができる。２次元方向（垂直方向と水平方向）の画素数
のうち少ない方の画素数を水平画素数Ｎｈとすることに
より、高速な電荷転送を行うことができる。Ｎｈ／Ｎｖ
は１よりも小さいことが好ましく、２／３よりも小さい
ことがより好ましい。

【００５５】固体撮像素子１は、２つの読み出しモード
を有する。第１のモードは、全画素読み出しモードであ
り、１５３０×１０２４画素の全画素を読み出す。第１
のモードは、例えば、プリンタに高精細な画像を印刷す
る際に用いられる。

【００５６】第２のモードは、間引き読み出しモードで
あり、１５３０×１０２４画素の画像を間引いて３８４
×５１２画素の画像を読み出す。水平方向は１５３０画
素を４画素毎に３画素を間引いて３８４画素とし、垂直
方向は１０２４画素を４画素毎に３画素を間引いて１フ
ィールド当たり２５６画素（１フレーム当たり５１２画
素）とする。第２のモードは、例えば、画角を合わせる
ためにカメラに搭載された小型液晶表示器に画像を表示
する際、又はオートフォーカス（自動焦点）を行うため
に画像を読み出す際に用いられる。

【００５７】第１及び第２のモードのうち、第２のモー
ドを例に説明する。図７は、固体撮像素子からＡフィー
ルドの画像信号を読み出す動作を示し、図８は、同じ固
体撮像素子からＢフィールドの画像信号を読み出す動作
を示す図である。図７と図８は、それぞれ固体撮像素子
の一部を示す。

【００５８】垂直電荷転送路ＶＲ１〜ＶＲ９は、垂直方
向に電荷を転送する。水平電荷転送路３は、複数の転送
段Ｈ１〜Ｈ１２を有し、水平方向に電荷を転送する。ア
ンプ４は、水平転送路３から転送される電荷を増幅して
出力する。

【００５９】垂直転送路ＶＲ１〜ＶＲ９上の電荷は、そ
れぞれドレインＤ１〜Ｄ９を介して、水平転送段Ｈ４〜
Ｈ１２に転送される。水平転送段Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ
４には、対応する垂直転送路ＶＲが設けられない。

【００６０】以下、ドレインＤ１〜Ｄ９、水平転送段Ｈ
１〜Ｈ１２、垂直転送路ＶＲ１〜ＶＲ９中の任意の１つ
又は全てを、それぞれドレインＤ、水平転送段Ｈ、垂直
転送路ＶＲと呼ぶ。

【００６１】ドレインＤは、垂直転送路ＶＲと水平転送
段Ｈの間に設けられる。ドレインＤをオンにすると、垂
直転送路ＶＲから転送される電荷はドレインＤに排出さ
れ、水平転送段Ｈに電荷が転送されない。ドレインＤを
オフにすると、垂直転送路ＶＲから転送される電荷はド
レインＤ上を通過して水平転送段Ｈに到達する。

【００６２】まず、図７を参照しながら、Ａフィールド
ＦＡの読み出し動作を説明する。画素部２は、２次元に
配列された複数のフォトダイオードを有する。そのフォ
トダイオードには、受光した光に応じた電荷が蓄積され
る。蓄積された電荷は、垂直転送路ＶＲ１，ＶＲ５，Ｖ
Ｒ９に、対応するフォトダイオードからそれぞれ転送さ
れる。図７は、その時の状態を示す。

【００６３】垂直転送路ＶＲは、垂直方向に並ぶ複数の
垂直転送段を有する。画素部２は、２次元に配列された
その垂直転送段上の電荷を示す。図９（Ａ）に、それら
の電荷の配列を示す。実線で囲まれた電荷１０１、１０
５等は読み出される電荷を示し、破線で囲まれた電荷１
０２、１０３等は間引かれる電荷を示す。

【００６４】ドレインＤ１，Ｄ５，Ｄ９をオフにし、ド
レインＤ２〜Ｄ４，Ｄ６〜Ｄ８をオンにすることによ
り、垂直転送路ＶＲ１，ＶＲ５，ＶＲ９上の電荷のみを
水平転送路３に転送することができる。すなわち、水平
方向において４画素毎に１画素を読み出して３画素を間
引くことができる。

【００６５】垂直方向においても、４画素毎に１画素を
読み出して３画素を間引く。電荷領域２ａは、水平転送
路３上の第１回目の転送で同時に転送される電荷を示
し、電荷領域２ｂは、水平転送路３上の第２回目の転送
で同時に転送される電荷を示す。それらの方法は、後に
図１０〜図１３を参照しながら説明する。

【００６６】次に、図８を参照しながら、Ｂフィールド
ＦＢの読み出し動作を説明する。上記のＡフィールドＦ
Ａの読み出しが終了した後に、ＢフィールドＦＢの読み
出しを行う。垂直転送路ＶＲ３，ＶＲ７に、フォトダイ
オードから電荷が転送される。図８は、その時の状態を
示す。

【００６７】画素部２は、２次元に配列された垂直転送
段上の電荷を示し、図９（Ａ）に、それらの電荷の配列
を示す。実線で示した電荷３０１、３０５等は読み出さ
れる電荷を示し、破線で示した電荷３０２、３０３等は
間引かれる電荷を示す。

【００６８】ドレインＤ３，Ｄ７をオフにし、ドレイン
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ４〜Ｄ６，Ｄ８，Ｄ９をオンにすること
により、垂直転送路ＶＲ３，ＶＲ７上の電荷のみを水平
転送路３に転送することができる。すなわち、水平方向
において４画素毎に１画素を読み出して３画素を間引く
ことができる。

【００６９】垂直方向においても、４画素毎に１画素を
読み出して３画素を間引く。電荷領域２ａは、水平転送
路３上の第１回目の転送で同時に転送される電荷を示
し、電荷領域２ｂは、水平転送路３上の第２回目の転送
で同時に転送される電荷を示す。

【００７０】次に、図１０〜図１３を参照しながら、Ａ
フィールドＦＡの読み出し手順を説明する。まず、図７
に示したように、フォトダイオードから垂直転送路ＶＲ
に電荷が読み出される。その後、垂直転送路ＶＲ上の電
荷を垂直方向（図の下方向）に１段転送する。

【００７１】図１０に示すように、電荷１０１は、オフ
であるドレインＤ１を介して、垂直転送路ＶＲ１から水
平転送段Ｈ４に転送される。電荷５０１は、オフである
ドレインＤ５を介して、垂直転送路ＶＲ５から水平転送
段Ｈ８に転送される。ドレインＤ２〜Ｄ４，Ｄ５〜Ｄ８
はオンであるので、水平転送段Ｈ５〜Ｈ７，Ｈ９〜Ｈ１
１には電荷が流れ込まない。

【００７２】次に、全てのドレインＤ１〜Ｄ８をオンに
して、垂直転送路ＶＲ上の電荷を垂直方向に３段転送
し、３段分の電荷をドレインＤ１〜Ｄ８に排出する。電
荷１０２〜１０４と５０２〜５０４は、それぞれドレイ
ンＤ１とＤ５に排出される。

【００７３】水平転送路３上の電荷を水平方向に１段転
送する。その後、上記と同様に、ドレインＤ１とＤ５を
オフにして、垂直転送路ＶＲ上の電荷を垂直方向に１段
転送する。

【００７４】図１１に示すように、電荷１０１は水平転
送段Ｈ３に蓄積され、電荷１０５は水平転送段Ｈ４に蓄
積される。電荷５０１と５０５は、それぞれ水平転送段
Ｈ７とＨ８に蓄積される。電荷９０１は水平転送段Ｈ１
１に蓄積される。

【００７５】次に、上記と同様に、全てのドレインＤ１
〜Ｄ８をオンにして、垂直転送路ＶＲ上の電荷を垂直方
向に３段転送し、３段分の電荷をドレインＤ１〜Ｄ８に
排出する。そして、水平転送路３上の電荷を水平方向に
１段転送した後、ドレインＤ１とＤ５をオフにして、垂
直転送路ＶＲ上の電荷を垂直方向に１段転送する。

【００７６】図１２に示すように、電荷１０１，１０
５，１０９は水平転送段Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４に蓄積され、
電荷５０１，５０５，５０９は水平転送段Ｈ６，Ｈ７，
Ｈ８に蓄積され、電荷９０１，９０５は水平転送段Ｈ１
０，Ｈ１１に蓄積される。

【００７７】次に、再び、全てのドレインＤ１〜Ｄ８を
オンにして、垂直転送路ＶＲ上の電荷を垂直方向に３段
転送し、３段分の電荷をドレインＤ１〜Ｄ８に排出す
る。そして、水平転送路３上の電荷を水平方向に１段転
送した後、ドレインＤ１とＤ５をオフにして、垂直転送
路ＶＲ上の電荷を垂直方向に１段転送する。

【００７８】図１３に示すように、水平転送段Ｈ１〜Ｈ
１１には、電荷１０１，１０５，１０９，１１３，５０
１，５０５，５０９，５１３，９０１，９０５，９０９
が蓄積される。全ての水平転送段Ｈ１〜Ｈ１１は、上記
の画素電荷で埋められる。この状態を図１４に示す。１
つの水平転送段Ｈは、２つの電荷蓄積可能な領域（パケ
ット）を有する。そのうちの１つの領域に電荷が蓄積さ
れた場合には、残りの１つの領域は必ず空の領域にな
る。このように、少なくとも２つの領域を有さなけれ
ば、電荷を水平方向に転送することができない。

【００７９】次に、水平転送路３を駆動し、水平転送路
３上の全ての電荷を順次アンプ４から出力し、フレーム
メモリ１３（図１）に書き込む。全ての水平転送段Ｈが
埋まった状態で、水平転送路３上の電荷を出力すること
により、効率的な水平転送を行うことができる。

【００８０】図９（Ｂ）の第１行に示すように、フレー
ムメモリ１３には、上記の電荷の配列が画素値として書
き込まれる。この画素値の配列は、図７又は図９（Ａ）
に示す領域２ａの電荷に相当する。

【００８１】次に、上記と同様な手順を繰り返し、領域
２ｂの電荷に応じた画素値をフレームメモリ１３に書き
込む。図９（Ｂ）の第２行に示すように、フレームメモ
リ１３には、領域２ｂの電荷１１７，１２１，１２５・
・・に応じた画素値が書き込まれる。

【００８２】以下、同様な手順を繰り返し、垂直転送路
ＶＲ上のＡフィールドＦＡの電荷に応じた画素値を全て
フレームメモリ１３に書き込む。

【００８３】ＡフィールドＦＡの画素値をフレームメモ
リ１３に書き込んだ後、同様の手順により、Ｂフィール
ドＦＢの画素値をフレームメモリ１３に書き込む。フレ
ームメモリ１３（図９（Ｂ））中のＢフィールドＦＢの
第１行及び第２行には、領域２ａ及び２ｂの画素値（図
８又は図９（Ａ））が書き込まれる。

【００８４】図９（Ｂ）のフィールドメモリ１３内の画
素値は、画素配列変換されて読み出され、モニタ１４に
供給される。モニタ１４には、図９（Ｃ）に示す画素配
列で画像が表示される。この画素配列変換は、上記の固
体撮像素子１からの読み出し手順と逆の手順を行うこと
に相当する。モニタ１４には、この変換により、正常な
画素配列を有する画像が復元され、モニタ１４に表示さ
れる。

【００８５】図９（Ａ）に示す固体撮像素子１の画素部
２は、実際には図１に示すように９０°時計方向に回転
して置かれるので、固体撮像素子１上の画像の向きとモ
ニタ１４上の画像の向きは一致する。固体撮像素子１上
の画像は、モニタ１３上に縮小されて表示される。

【００８６】図１３に示したように、全ての水平転送段
Ｈが埋まった状態で、水平転送路３上の電荷を出力する
ことにより、効率的な水平転送を行うことができる。仮
に、図１０に示すように、垂直方向に１段転送した状態
（水平転送段Ｈが全て埋まっていない状態）で、水平転
送路３上の電荷を全て出力すると、垂直方向の画素数分
だけ水平転送路３上の電荷の出力動作を繰り返す必要が
ある。本実施例によれば、垂直方向の４画素を同時に水
平転送路３上で転送することができるので、１フィール
ドの読み出し速度を約４倍速くすることができる。

【００８７】なお、本実施例では、垂直方向の４画素を
同時に水平転送する場合を説明したが、４画素以下であ
れば何画素でも転送可能である。ただし、４画素が最も
効率がよい。また、水平方向においてｎ画素毎に１画素
を読み出す場合には、垂直方向のｎ画素を同時に水平転
送することができる。

【００８８】インタレース方式の場合を例に説明した
が、ノンインタレースの場合にも同様な方法により１フ
レームの画像を固体撮像素子から読み出すことができ
る。

【００８９】次に、上記の実施例により、固体撮像素子
１から１フィールドの画像信号を読み出すためにかかる
時間を求める。

【００９０】固体撮像素子１は、水平方向が１０２４画
素、垂直方向が１５３６画素である。すなわち、固体撮
像素子１上に撮像される画像としては水平方向が１５３
６画素、垂直方向が１０２４画素である。モニタ１４
は、水平方向が３８４画素、垂直方向が５１２画素であ
る。

【００９１】固体撮像素子１から読み出す際の垂直方向
の間引き率は、以下のようになる。１５３６画素／３８４画素＝４すなわち、垂直転送路上に並ぶ４画素毎に１画素を読み
出せばよい。

【００９２】固体撮像素子１から読み出す際の水平方向
の間引き率は、以下のようになる。１０２４画素／５１２画素＝２この値は、１フレームにおける間引き率である。１フィ
ールドにおける間引き率は２×２＝４になる。すなわ
ち、４画素（４垂直転送路）毎に１画素を読み出せばよ
い。

【００９３】電荷転送周波数を１４ＭＨｚとすると、転
送パルス周期１ｆＨは、次のようになる。１ｆＨ＝１／１４ＭＨｚ≒７０ｎｓ転送パルスの重なり時間ｔ１（図４）＝１０ｆＨとす
る。

【００９４】垂直転送路１段当たりの転送時間Ｔ１は、
ｔ１×８回である。垂直転送路上で４段（４画素分）転
送するには、図５に示すように、１６サイクル必要であ
る。その転送時間Ｔ２は、Ｔ１×１６サイクル×７０ｎ
ｓである。

【００９５】水平転送路上の全画素転送時間Ｔ３は、１
０２４画素×１ｆＨ×７０ｎｓである。

【００９６】１水平期間（１Ｈ）は、Ｔ２＋Ｔ３＝１６
１．３μｓである。垂直方向では３８４画素を４画素単
位で転送するので、１フィールドの読み出し時間は、１
６１．３μｓ×３８４／４＝１５ｍｓである。

【００９７】１フィールドの読み出し時間が１５ｍｓで
あれば、１／６０秒（約１６．７ｍｓ）よりも短いの
で、ＮＴＳＣフォーマットでモニタに表示することがで
きる。

【００９８】図７では、ドレインＤを垂直転送路ＶＲと
水平転送段Ｈの間に設けたが、図１５に示すように、ド
レインＤと垂直転送路ＶＲの間に水平転送段Ｈが位置す
るように、ドレインＤを設けてもよい。その際、図１４
において、水平転送段Ｈ内の空パケットを介して垂直転
送路ＶＲ上の電荷をドレインＤに排出させる必要があ
る。

【００９９】図１６は、ドレインを用いない固体撮像素
子の例を示す。水平転送路３は、水平転送段Ｈ１〜Ｈ９
を有する。垂直転送路Ｖ１，ＶＲ２，ＶＲ３，ＶＲ４
は、偶数番目の水平転送段Ｈ２，Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８に接
続される。すなわち、１つの垂直転送路ＶＲ当たり２つ
の水平転送段Ｈが割り当てられる。

【０１００】次に、ノンインタレース方式の読み出し方
法を例に説明する。垂直転送路ＶＲ上の電荷を垂直方向
に１段転送し、電荷１０１，２０１，３０１，４０１を
水平転送段Ｈ２，Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８に転送する。次に、
水平転送路３上の電荷を水平方向に１段転送する。次
に、垂直転送路ＶＲ上の電荷を垂直方向に１段転送し、
電荷１０２，２０２，３０２，４０２を水平転送段Ｈ
２，Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８に転送する。

【０１０１】図１７に示すように、水平転送段Ｈ１〜Ｈ
９には、電荷１０１，１０２，２０１，２０２，３０
１，３０２，４０１，４０２，５０１が蓄積される。こ
の状態で、水平転送路３を駆動し、水平転送路３上の全
ての電荷をアンプ４から出力する。その後、上記と同じ
手順を繰り返すことにより、１フレームの画像を読み出
すことができる。

【０１０２】固体撮像素子において、１個の垂直転送路
ＶＲ当たりｎ個の水平転送段Ｈを割り当てる。ｎは２以
上の整数である。水平転送路３上では、ｎ個の電荷を同
時に水平方向に転送することができるので、効率的に電
荷を水平転送することができる。

【０１０３】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像素子の１次転送路数（水平画素数）を垂直画素
数よりも少なくすることにより、解像度を落とさずに高
速に固体撮像素子上に蓄積される電荷を読み出すことが
できる。また、モニタに出力する際には、画像信号の主
走査方向と副走査方向を交換することにより、モニタに
は水平画素数が垂直画素数よりも多いＮＴＳＣフォーマ
ット等の横長画像を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による画像信号処理装置の構成
を示す図である。

【図２】図２（Ａ）は図１の固体撮像素子上のインタレ
ース走査を示し、図２（Ｂ）は図１のモニタ上のインタ
レース走査を示す図である。

【図３】固体撮像素子の単位画素部の構成を示す平面図
である。

【図４】電極Ｖ１〜Ｖ４に印加するパルス信号を示すタ
イミングチャートである。

【図５】垂直転送路のポテンシャル遷移図である。

【図６】図６（Ａ）は電極が接続された固体撮像素子の
構成を示す平面図であり、図６（Ｂ）は電極配線の電気
的等価回路図であり、図６（Ｃ）は電極クロック信号の
波形図である。

【図７】固体撮像素子からＡフィールドの画像信号を読
み出す際の固体撮像素子の平面図である。

【図８】固体撮像素子からＢフィールドの画像信号を読
み出す際の固体撮像素子の平面図である。

【図９】図９（Ａ）は固体撮像素子上の画素配列を示
し、図９（Ｂ）はフレームメモリ上の画素配列を示し、
図９（Ｃ）はモニタ上の画素配列を示す図表である。

【図１０】図７に続く読み出し動作を示す固体撮像素子
の平面図である。

【図１１】図１０に続く読み出し動作を示す固体撮像素
子の平面図である。

【図１２】図１１に続く読み出し動作を示す固体撮像素
子の平面図である。

【図１３】図１２に続く読み出し動作を示す固体撮像素
子の平面図である。

【図１４】図１３に示す水平転送路の電荷蓄積状態を示
すポテンシャル図である。

【図１５】ドレインの位置が異なる他の固体撮像素子の
平面図である。

【図１６】ドレインの持たない固体撮像素子の平面図で
ある。

【図１７】図１６に続く読み出し動作を示す固体撮像素
子の平面図である。

【図１８】従来技術による画像信号処理装置の構成を示
す図である。

【図１９】図１９（Ａ）は図１８の固体撮像素子上のイ
ンタレース走査を示し、図１９（Ｂ）は図１８のモニタ
上のインタレース走査を示す図である。

【符号の説明】

１，５１固体撮像素子２，５２画素部３，５３水平転送路４，５４アンプ５，５５画像１１Ａ／Ｄ変換器１２信号処理部１３フレームメモリ１４，６４モニタ１５，６５画像２０単位画素部２５電極配線部６１処理部ＰＤフォトダイオードＶＲ垂直転送路Ｖ１〜Ｖ４垂直電極Ｈ１，Ｈ２水平電極ＭＤ主走査方向ＳＤ副走査方向ＦＡＡフィールドＦＢＢフィールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者乾谷正史埼玉県朝霞市泉水３丁目11番46号富士写真フイルム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の１次転送路と１つの２次転送路を有
し２次元の画像を撮像することができる固体撮像素子で
あって、該複数の１次転送路は各々が光電変換部に対応
して電荷を蓄積可能な複数の転送段を有し第１の方向に
電荷を転送することができ、該１つの２次転送路は各々
が電荷を蓄積可能な複数の転送段を有し該複数の１次転
送路上の電荷を受けて第２の方向に電荷を転送すること
ができる固体撮像素子と、前記固体撮像素子上の２次元画像において第２の方向を
主走査方向とし第１の方向を副走査方向として前記２次
転送路から電荷を画像信号として読み出す読み出し手段
と、前記読み出した画像信号を主走査方向と副走査方向を交
換してモニタに出力する出力手段とを有する画像信号処
理装置。
【請求項２】前記１次転送路はｎ個の転送段を有し、前
記２次転送路はｎより小さいｍ個の転送段を有する請求
項１記載の画像信号処理装置。
【請求項３】前記固体撮像素子は、前記第２の方向より
も前記第１の方向に多い２次元に配列され、受光した光
を電荷に変換して該電荷を前記複数の１次転送路に転送
可能な光電変換手段を含む請求項１又は２記載の画像信
号処理装置。
【請求項４】さらに、前記読み出し手段が読み出す画像
信号を記憶する記憶手段を有し、前記出力手段は該記憶
手段に記憶される画像信号を読み出して出力する請求項
１〜３のいずれかに記載の画像信号処理装置。
【請求項５】第２の方向よりも第１の方向に多い２次元
に配列され、受光した光を電荷に変換する光電変換手段
と、ｎ個の転送段を有し前記光電変換手段により変換される
電荷を前記第１の方向に転送可能な複数の１次転送路
と、ｎより小さいｍ個の転送段を有し前記複数の１次転送路
上の電荷を受けて前記第２の方向に電荷を転送可能な２
次転送路とを有する固体撮像素子。
【請求項６】（ａ）第１の方向に電荷を転送する１次転
送路及び該１次転送路から電荷を受けて第２の方向に転
送する２次転送路を有する固体撮像素子上に撮像される
２次元画像において、第２の方向を主走査方向とし第１
の方向を副走査方向として画像信号を読み出す工程と、（ｂ）前記読み出した画像信号を主走査方向と副走査方
向を交換してモニタに出力する工程とを含む画像信号処
理方法。