JPS59231981A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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JPS59231981A
JPS59231981A JP58107098A JP10709883A JPS59231981A JP S59231981 A JPS59231981 A JP S59231981A JP 58107098 A JP58107098 A JP 58107098A JP 10709883 A JP10709883 A JP 10709883A JP S59231981 A JPS59231981 A JP S59231981A
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JP
Japan
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solid
vibration
field
image
period
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JP58107098A
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Japanese (ja)
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JPH0245873B2 (en
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Yukio Endo
幸雄 遠藤
Nozomi Harada
望 原田
Okio Yoshida
吉田 興夫
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/48Increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene

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

Abstract

PURPOSE:To improve twice the horizontal image resolution without changing the vertical image resolution by giving a pulse oscillating waveform taking two- frame period as one period to a substrate of a solid-state image pickup element chip. CONSTITUTION:The solid-state image element chip 10 is fixed on a vibrating base 11 and the image of a light input is formed on the chip 10 through an image pickup lens 12. An oscillating pulse is applied to the vibrating plate 11 from an oscillating pulse generating circuit 13 by an amplitude corresponding to PH/2. This oscillating pulse is a pulse taking the 2-frame period as one period. A timing generating circuit 14 generates required synchronizing pulses such as a timing signal of a PH/2 delay circuit 15 to give a delay of PH/2 to the timing of a horizontal read register in matching with the period of the oscillating pulse and a timing signal of a vertical read register or the like. Then an output signal obtained from the chip driven by a clock driver 16 is outputted through a signal processing circuit 18.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、半導体基板上に二次元配列された感光部を有
する限られた画素数の固体撮像素子を用いて解像度の高
い画像を得る固体撮像装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to solid-state imaging that obtains high-resolution images using a solid-state imaging device having a limited number of pixels and having photosensitive parts arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate. Regarding equipment.

[発明の技術的背景とその問題点] C,CDなどの固体撮像素子は従来の搬像管とくらべ小
型、軽量、高信頼性という特徴を有し、また特性面では
図形歪がなく、残像が小さく、焼付きがないなど多くの
利点を有している。このため工業用テレビカメラ、家庭
用ビデオカメラ、銀塩フィルムを用いない電子カメラな
ど、その応用は広く、今後更に拡大されると考えられる
[Technical background of the invention and its problems] Solid-state imaging devices such as C and CD have the characteristics of being smaller, lighter, and more reliable than conventional image carrier tubes. It has many advantages such as small size and no burn-in. Therefore, its applications are wide-ranging, including industrial television cameras, home video cameras, and electronic cameras that do not use silver halide film, and are expected to expand further in the future.

第1図は代表的なインターライン転送形CODの概略構
成を示している。prj(j=1.2.・・・。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a typical interline transfer type COD. prj (j=1.2...

M、j =1.2.・・・、N)は二次元配列された感
光部、Ciは垂直読み出しCODレジスタ、Hは水平読
み出しCODレジスタである。このような固体撮像素子
を前述したような広い応用分野に適用する場合、限られ
た画素数でいかに高解像度化を図るかが大きな問題とな
る。
M,j=1.2. ..., N) are two-dimensionally arranged photosensitive parts, Ci is a vertical readout COD register, and H is a horizontal readout COD register. When applying such a solid-state image sensor to a wide range of applications as described above, a major problem is how to achieve high resolution with a limited number of pixels.

そこで本発明者らは先に、特願昭56−209381号
において、限られた画素数の固体撮像素子を用いて高解
像度化を図った装置を提案した。
Therefore, the inventors of the present invention previously proposed in Japanese Patent Application No. 56-209381 an apparatus in which high resolution was achieved by using a solid-state image sensor with a limited number of pixels.

この装置は第2図にその原理図を示すように、固1  
  体撮像素子のチップ基板1(−水平列の一部のみ示
す)を、水平方向く×方向)に、水平画素ピッチPl+
の1/2相当であるPH/2の振幅をもって入射光学像
に対して相対的に振動させる。ここで振動の時間変化は
図に示すように、固体撮像素子の第1(A)フィールド
および第2(B)フィールドを1フレ一ム期間とする撮
像動作に同期して台形状にする。このことにより図に示
す画素の開口部はAフィールドでは実線2の位置となり
、Bフィールドでは破線3の位置になる。そして、A、
BフィールドまたはB、Aフィールドの切替え時点でフ
ィールドシフトパルスをオンにすることにより、A、B
フィールドの切替え時点では開口部2の位置での光信号
蓄積電荷を読み出す。そして、B、Aフィールドの切替
え時点では開口部3の位置での光信号蓄積電荷を読み−
出す。そして読み出した信号蓄積電荷はA、Bフィール
ドの空間サンプリング点の位置に対応した像となるよう
駆動のタイミングをずらすか、又は信号処理によってず
らすことを行ない、再生画像上でA、Bフィールドを加
算することにより、固体搬像素子自体が有する水平方向
の空間サンプリング点が2倍になり、水平解像度を2倍
に向上できる。さらに、固体撮像素子の入射光学像に対
する無効部分が減少するので固体@像素子固有のモアレ
が改善される。第3図は再生画像上における空間サンプ
リング点4を示した図である。Aフィールドでは1 H
A、2HA、3HA・・・の走査線における空間サンプ
リング点4aになる。そして、Bフィールドでは1HB
 、2H1・・・の走査線における空間サンプリング点
4bになる。この結果、Aフィールドにおける空間サン
プリング点とBフィールドにおける空間サンプリング点
の位相は水平読み出し周波数fcpの1/2相当である
1 / 2 tcpになる。
The principle of this device is shown in Figure 2.
The chip substrate 1 of the body image sensor (only a part of the -horizontal row is shown) is arranged at a horizontal pixel pitch Pl+ in the horizontal direction (X direction).
is vibrated relative to the incident optical image with an amplitude of PH/2, which is equivalent to 1/2 of PH/2. Here, as shown in the figure, the temporal change of the vibration is trapezoidal in synchronization with the imaging operation in which the first (A) field and the second (B) field of the solid-state imaging device are one frame period. As a result, the aperture of the pixel shown in the figure is at the position indicated by the solid line 2 in the A field, and at the position indicated by the broken line 3 in the B field. And A,
By turning on the field shift pulse at the time of switching between B field or B, A field, A, B
At the time of field switching, the optical signal accumulated charge at the position of the aperture 2 is read out. Then, at the time of switching between the B and A fields, the optical signal accumulated charge at the position of the aperture 3 is read.
put out. Then, the readout signal accumulated charge is shifted by the driving timing or by signal processing so that it becomes an image corresponding to the position of the spatial sampling point of the A and B fields, and the A and B fields are added on the reproduced image. By doing so, the number of horizontal spatial sampling points that the solid-state image carrier itself has is doubled, and the horizontal resolution can be doubled. Furthermore, since the invalid portion of the solid-state imaging device with respect to the incident optical image is reduced, the moiré inherent in the solid-state image device is improved. FIG. 3 is a diagram showing spatial sampling points 4 on the reproduced image. 1 H in A field
This becomes the spatial sampling point 4a in the scanning lines A, 2HA, 3HA, . . . And in the B field, 1HB
, 2H1 . . . is the spatial sampling point 4b in the scanning line. As a result, the phase of the spatial sampling point in the A field and the spatial sampling point in the B field becomes 1/2 tcp, which is equivalent to 1/2 of the horizontal readout frequency fcp.

したがって再生画像上の水平方向の空間サンプリング点
は2倍になる。
Therefore, the number of spatial sampling points in the horizontal direction on the reproduced image is doubled.

しかし、この装置での空間サンプリング点の2倍化はA
フィールドにおける走査線例えばIHAと隣接したBフ
ィールドにおける走査線例えばIH8にて行なっている
。このため、同一走査線上における空間サンプリング点
の2倍化にならず、細かい入射光学像に対しては空間サ
ンプリング点がA、Bフィールドに渡るため誤差が生じ
る。この誤差は再生画像上の白黒境界線においてジグザ
グ状になり画質劣化となる問題があった。また、垂直方
向に対しての空間サンプリング点はA、Bフィールド間
で、同一の垂直線上にないため、前述同様に誤差が生じ
、再生画像上垂直方向の白黒境界線においてジグザグ状
の画質劣化となる問題があった。
However, doubling the spatial sampling points with this device is A
This is performed at a scanning line in the field, for example, IHA, and a scanning line in the B field, for example, IH8, which is adjacent to the scanning line. Therefore, the spatial sampling points on the same scanning line are not doubled, and errors occur because the spatial sampling points extend over the A and B fields for a fine incident optical image. This error causes a zigzag pattern at the black-and-white boundary line on the reproduced image, resulting in a problem of deterioration of image quality. In addition, since the spatial sampling points in the vertical direction are not on the same vertical line between fields A and B, errors occur as described above, resulting in zigzag-like image quality deterioration at the black-and-white boundary line in the vertical direction on the reproduced image. There was a problem.

[発明の目的] 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、一走査線上で
空間サンプリング点を2倍化するように振動モードを改
良した高解像度化固体撮像装置を提供することを目的と
する。
[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a high-resolution solid-state imaging device in which the vibration mode is improved so as to double the spatial sampling points on one scanning line. do.

[発明の概要] 本発明は例えば第1図に示すごときインターライン転送
形CODであって、感光部に蓄積された信号電荷を垂直
ブランキング期間において同時に垂直読み出しレジスタ
に移動し、次のフィールドの有効期間中にこれを読み出
すという撮像動作を有し、Aフィールド、Bフィールド
を1フレ一ム期間とし以後法のフレーム期間へつながる
動作を有した固体撮像素子デツプ基板を、フィールドの
間の無効期間である垂直ブランキング期間の一つおぎに
振動中心を設定して、ある無効期間で入射光学像に対し
て相対的に1/2水平画素ビッヂ相当移動させ、次の無
効期間ではそのままとしておき、そして次の無効期間で
逆方向に入射光学像に対して相対的に1/2水平画素ピ
ッチ相当移動させるという、2フレ一ム期間を1周期と
したパルス状振動を固体撮像素子チップ基板へ与えるこ
とにより高解像度化を図ったものである。
[Summary of the Invention] The present invention is an interline transfer type COD as shown in FIG. The solid-state image sensing device deep substrate has an imaging operation of reading out the image during the effective period, and the A field and B field are one frame period, and the solid-state image sensor deep substrate has an operation that leads to the second frame period. The vibration center is set at one end of the vertical blanking period, and is moved by the equivalent of 1/2 horizontal pixel bit relative to the incident optical image in a certain invalid period, and left as it is in the next invalid period. Then, in the next invalid period, a pulse-like vibration is applied to the solid-state image sensor chip substrate, which moves the solid-state image sensor chip substrate in the opposite direction by the equivalent of 1/2 horizontal pixel pitch relative to the incident optical image, with one cycle being two frame periods. By doing so, higher resolution was achieved.

[発明の効果] 本発明による固体撮像装置は従来の固体撮像装置にくら
べ本質的に高解像度化が達成できる。そして、さらにチ
ップ基板自体の高密度化により本発明と同等な画素数と
した固体撮像装置とくらべても、特性上、例えばダイナ
ミックレンジ、偽信号発生などにおいて良好な画像を得
ることができる。そして、これら装置を動作せしめる駆
動回路製作も高密度固体搬像装置とくらべて容易である
[Effects of the Invention] The solid-state imaging device according to the present invention can essentially achieve higher resolution than conventional solid-state imaging devices. Further, by increasing the density of the chip substrate itself, it is possible to obtain images with better characteristics, such as dynamic range and generation of false signals, than a solid-state imaging device with the same number of pixels as the present invention. The production of drive circuits for operating these devices is also easier than in high-density solid-state image carriers.

また、前述した特願昭56−209381号で見られた
再生画像上の白黒の境界線におけるジグザグ状の画質劣
化は本発明では表われず、良好な高解像度画像が得られ
る。
Furthermore, the zigzag-like image quality deterioration at the black and white boundary line on the reproduced image, which was seen in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 56-209381, does not appear in the present invention, and a good high-resolution image can be obtained.

[発明の実施例] 第4図は本発明の一実施例を説明するための5のである
。この図は固体撮像素子と固体撮像素子を振動させる時
間関係、固体撮像素子の感光部から信号電荷を読み出す
フィールドシフトパルスのタイミングの関係を示す。
[Embodiment of the Invention] FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. This figure shows the relationship between the solid-state image sensor, the time relationship in which the solid-state image sensor is vibrated, and the timing relationship of the field shift pulse that reads signal charges from the photosensitive portion of the solid-state image sensor.

前述の第1図のインターライン転送形CCDチップ基板
1を水平画素配列方向く×方向)に図に示すように振幅
がXIから×2になるように入Ω1光学像に対して相対
的に振動させる。この振動の時間変化はフィールドタイ
ム蓄積モードのインターライン転送形CODの撮像動作
におけるA、Bフィールドを1フレ一ム期間したインタ
ーレース動作において2フレ一ム期間を1周期として、
A。
The interline transfer type CCD chip substrate 1 shown in FIG. let The time change of this vibration is determined by the interlace operation in which the A and B fields are one frame period in the imaging operation of the interline transfer type COD in the field time accumulation mode, with two frame periods as one cycle.
A.

Bフィールド間の無効期間内に振動中心がくるように台
形状にする。そして、×1から×2の振動量は水平画素
ピッチP1□の1/2相当であるP1□7/2にする。
It is shaped into a trapezoid so that the center of vibration is within the invalid period between B fields. The amount of vibration from x1 to x2 is set to P1□7/2, which is equivalent to 1/2 of the horizontal pixel pitch P1□.

次に具体的動作について説明する。まず、第1フレーム
のA1フィールドのtiにおいてCCDデツプ基板1の
開口部2の開口部中心を×1の位置にして光信号蓄積を
行なう。そして、次の第1フレームの81フイールドの
t2ではCCDチップ基板1を図の右方向へ相対的に振
動させ、×2の位置になるように開口部2の開口部中心
を3の位置にもってくる。そしてこの位置で光信号蓄積
を行なう。このときの振動量は水平画素ピッチPHの1
/2相当であるPH/2にする。そして次の第2フレー
ムのA2フィールドの13では開口部中心位置はそのま
まである×2の位置で光信号蓄積を行なう。そして次の
第2フレームの82フイールドのt4ではCCDチップ
基板1を図の左方向へ振動させ×2の位置から×1の位
置にもってくる。そしてこの位置で光信号蓄積を行なう
Next, specific operations will be explained. First, in ti of field A1 of the first frame, the center of the opening 2 of the CCD deep substrate 1 is placed at the x1 position to perform optical signal accumulation. Then, at t2 of the 81 field of the next first frame, the CCD chip substrate 1 is relatively vibrated to the right in the figure, and the opening center of the opening 2 is moved to the position 3 so that it is at the position x2. come. Then, optical signals are accumulated at this position. The amount of vibration at this time is 1 of the horizontal pixel pitch PH.
PH/2, which is equivalent to /2. Then, in field 13 of A2 of the next second frame, the optical signal is accumulated at the x2 position with the aperture center position unchanged. Then, at t4 of the 82nd field of the next second frame, the CCD chip substrate 1 is vibrated to the left in the figure and brought from the x2 position to the x1 position. Then, optical signals are accumulated at this position.

このときの振動量は前述同様PH/2にする。以後第3
フレーム、第4フレーム・・・第nフレームは第1フレ
ーム、第2フレームと同様になる動作をくり返す。
The amount of vibration at this time is set to PH/2 as described above. From now on, the third
frame, fourth frame...The nth frame repeats the same operations as the first and second frames.

以上の動作において開口部2の中心が×1の位置から×
2の位置に移動している期間と×2の位置から×1の位
置に移動している期間が十分短かければA1.Bi 、
A2 、B2各フィールドにおいて各々開口部中心がX
l、X2の位置に静止していると同等と考えてよい。こ
の結果、水平画素配列方向での空間サンプリング点が2
倍になる。
In the above operation, the center of opening 2 moves from the position of ×1 to ×
If the period during which it moves to position 2 and the period during which it moves from position x2 to position x1 are sufficiently short, A1. Bi,
In each field A2 and B2, the center of the aperture is X
It can be considered that it is equivalent to standing still at the position 1, X2. As a result, the number of spatial sampling points in the horizontal pixel array direction is 2.
Double.

そして再生画像上で各フィールドの空間サンプリング点
の位置に対応した像になるよう駆動のタイミングをずら
し、各フィールドを加算して表示することにより、固体
撮像素子自身が有する水平解像度を2倍に向上できる。
Then, by shifting the drive timing so that the image corresponds to the position of the spatial sampling point of each field on the reproduced image and adding each field for display, the horizontal resolution of the solid-state image sensor itself is doubled. can.

第5図は第1図のインターライン形CODチップ基板を
第4図に示した振動モードで振動させた場合の入射光学
像に対した空間サンプリング点の移動を表わした図であ
る。(a )はA1フィールド、(b )はB2フィー
ルド、(c )はA2フィールド、(d )”はB2フ
ィールドでの空間サンプリング点であり、実線で示した
1HA 、2HA 、3HA、・・・、IHAノ、2H
A113HAノ、・・・はフィールドタイム蓄積モード
のインターライン転送形CODの撮像動作におけるAフ
ィールドでの走査線位置を示し、I HB’、 2 H
nl、 ’3 HB/、 I HB/、2H,,3HB
、・・・、はBフィールドでの走査線位置を示しである
。そして各空間サンプリング点に表示しである矢印は次
のフィールドにわたるときの空間サンプリング点の移動
方向を示す。
FIG. 5 is a diagram showing the movement of spatial sampling points with respect to the incident optical image when the interline type COD chip substrate of FIG. 1 is vibrated in the vibration mode shown in FIG. 4. (a) is the A1 field, (b) is the B2 field, (c) is the A2 field, (d) is the spatial sampling point in the B2 field, and the solid lines indicate 1HA, 2HA, 3HA,... IHAno, 2H
A113HAノ, . . . indicate the scanning line position in the A field in the imaging operation of the interline transfer type COD in the field time accumulation mode, and I HB', 2 H
nl, '3 HB/, I HB/, 2H,, 3HB
, . . . indicate the scanning line position in the B field. The arrow displayed at each spatial sampling point indicates the direction of movement of the spatial sampling point when passing over the next field.

へ1フィールドにおける空間サンプリング点は次のB!
フィールドではインターレース撮像と水平画素配列方向
へのPH/2振動の組み合わせによ1り図では斜め右下
方向へ移動する。そして、次のA2フィールドでは振動
は行なわず、インターレース撮像のみになるので図では
上方向へ空間サンプリング点が移動する。モしてB2フ
ィールドではインターレース搬像と振動の組み合わせで
図では左下方向へ空間サンプリング点が移動する。
The spatial sampling point in field 1 is the next B!
In the field, the combination of interlaced imaging and PH/2 vibration in the horizontal pixel arrangement direction moves diagonally downward and to the right in the figure. Then, in the next A2 field, no vibration is performed and only interlaced imaging is performed, so the spatial sampling point moves upward in the figure. Furthermore, in the B2 field, the spatial sampling point moves toward the lower left in the figure due to the combination of the interlaced carrier image and vibration.

以上の動作の結果、空間サンプリング点は第6図に示し
た位置になる。第6図に示した(a)。
As a result of the above operations, the spatial sampling points will be at the positions shown in FIG. Shown in FIG. 6(a).

(、b >、  (c )、  (d )の空間サンプ
リング点は第5図の(a >、  (b )、  (0
)、  ((1)ニス1応じている。この結果、再生画
像上で実際のサンプリング点に合わせて表示するとA、
Bフィールドの走査線における水平方向のサンプリング
点は水平画素ピッチPHの2倍になる。そして垂直方向
のサンプリング点はA、Bフィールドのインターレース
撮像にて垂直画素ピッチPvとなる。ここで水平画素ピ
ッチPHの時間幅は水平読み出しレジスタの駆動周波数
tcpの逆数で決まるため、水平方向の空間サンプリン
グ点のピッチは1./2fcρになる。したがって水平
限界解像度は前記水平読み出しレジスタの駆動周波数で
決まるティキス1〜限界値の2倍に向上できる。
The spatial sampling points of (, b >, (c), (d) are (a >, (b), (0
), ((1) It corresponds to Varnish 1. As a result, when displayed according to the actual sampling point on the reproduced image, A,
The sampling point in the horizontal direction on the scanning line of the B field is twice the horizontal pixel pitch PH. The sampling points in the vertical direction become the vertical pixel pitch Pv in interlaced imaging of the A and B fields. Here, since the time width of the horizontal pixel pitch PH is determined by the reciprocal of the driving frequency tcp of the horizontal read register, the pitch of the spatial sampling points in the horizontal direction is 1. /2fcρ. Therefore, the horizontal limit resolution can be improved to twice the limit value determined by the driving frequency of the horizontal reading register.

また、第3図で説明した従来の動作で問題であった再生
画像上の白黒の境界線におけるジグザグ状の画質劣化は
本実施例では大幅に改善される。
Furthermore, the zigzag-like image quality deterioration at the black and white boundary line on the reproduced image, which was a problem in the conventional operation described in FIG. 3, is significantly improved in this embodiment.

また、本実施例ではA、Bフィールドの垂直インターレ
ース撮像での空間サンプリング点が逆相関係になるので
モワレのフリッカが改善できる。
Furthermore, in this embodiment, the spatial sampling points in the vertical interlaced imaging of the A and B fields have an inverted phase relationship, so that moiré flicker can be improved.

また、本実施例は第2図に示した従来例に対して振動周
期が1/2になる。このことは振動機構に例えばセラミ
ックを用いたバイモルフ圧電素子を用いた場合有効にな
る。バイモルフ圧電素子を振動機構に用いる場合は素子
自身が持つ共振周波数より低い周波数で振動させる。こ
の結果、振動パルスの変化時点でリンギングが発生しや
すい。
Further, in this embodiment, the vibration period is 1/2 that of the conventional example shown in FIG. This becomes effective when a bimorph piezoelectric element using ceramic, for example, is used as the vibration mechanism. When a bimorph piezoelectric element is used as a vibration mechanism, it is vibrated at a frequency lower than the resonance frequency of the element itself. As a result, ringing is likely to occur when the vibration pulse changes.

そして振動周期が低下すればリンギング量も減少させる
ことができるからである。
This is because if the vibration period is reduced, the amount of ringing can also be reduced.

第7図は本実施例の構成図、第8図はその動作波形図で
ある。固体撮像素子チップ10は振動台11上に固定さ
れ、光入力は撮像レンズ12を通り固体搬像素子チップ
10上に結像される。振動台11には振動パルス発生回
路13から第8図に示した振動パルスをP、、/2相当
量の振幅にして加える。この振動パルスは第8図に示す
ように垂直ブランキング期間内に動作するフィールドシ
フトパルスに同期している。そして2フしl−ム期間を
1周期としたパルスである。タイミング発生回路14で
は水平読み出しレジスタのタイミングを振動パルスの周
期に合わせてP  /2遅延させるためのPH/2N延
回路15のタイミング信号とその他事直読み出しレジス
タのタイミング信号などの必要な同期パルスを発生する
。そしてクロックドライバー6で駆動された固体撮像素
子チップ10より得られる出力信号はプリアンプ17お
よび信号処理回路18を通して出力される。即ちこの例
では、固体撮像素子チップ10の振動による空間サンプ
リング点に合わせて出力信号をずらすため、第8図に示
すように水平クロックパルスのタイミングを振動周期に
合わせて1/2クロツク(1/2tcp)ずらすことを
行なっており、これにより実際の空間サンプリング点に
合った出力信号が得られる。そしてAs 、Bt 、A
2.82フイールドで構成される第1フレーム、第2フ
レームを再生画像上で加算することで水平方向の解像度
を2倍に向上できることになる。
FIG. 7 is a configuration diagram of this embodiment, and FIG. 8 is an operating waveform diagram thereof. The solid-state image sensor chip 10 is fixed on a vibration table 11, and input light passes through an imaging lens 12 and is imaged onto the solid-state image sensor chip 10. A vibration pulse shown in FIG. 8 is applied to the vibration table 11 from the vibration pulse generation circuit 13 at an amplitude equivalent to P,./2. This vibration pulse is synchronized with the field shift pulse operating within the vertical blanking period, as shown in FIG. It is a pulse whose period is two frame periods. The timing generation circuit 14 generates the timing signal of the PH/2N delay circuit 15 for delaying the timing of the horizontal readout register by P/2 in accordance with the period of the vibration pulse, and other necessary synchronization pulses such as the timing signal of the direct readout register. Occur. The output signal obtained from the solid-state image sensor chip 10 driven by the clock driver 6 is outputted through the preamplifier 17 and the signal processing circuit 18. That is, in this example, in order to shift the output signal in accordance with the spatial sampling point caused by the vibration of the solid-state image sensor chip 10, the timing of the horizontal clock pulse is changed by 1/2 clock (1/2 clock) in accordance with the vibration period as shown in FIG. 2tcp), thereby obtaining an output signal that matches the actual spatial sampling point. And As , Bt , A
By adding the first frame and the second frame, which are each composed of 2.82 fields, on the reproduced image, the resolution in the horizontal direction can be doubled.

以上説明したように本実施例では、インターライン転送
形CODのごとくフィールドごとに感光部で蓄積した信
号電荷を垂直ブランキング期間に同時に読み出し部であ
る垂直読み出しレジスタに転送せしめる撮′像動作を有
した固体撮像素子チップ基板を、前記ブランキング期間
に振動中心が位置するように水平画素配列方向に2フレ
ーム(4フイールド)の周期をもたせて振動せしめるこ
とによって固体撮像素子自身が持つ空間サンプリング点
を2倍化させ、垂直方向の解像度の劣化なく水平方向解
像度を2倍に向上させた再生画像を得ることができる。
As explained above, this embodiment has an imaging operation in which the signal charge accumulated in the photosensitive section for each field is simultaneously transferred to the vertical readout register, which is the readout section, during the vertical blanking period, like an interline transfer type COD. By vibrating the solid-state image sensor chip substrate with a period of 2 frames (4 fields) in the horizontal pixel arrangement direction so that the center of vibration is located during the blanking period, the spatial sampling points of the solid-state image sensor itself are By doubling the resolution, it is possible to obtain a reproduced image in which the horizontal resolution is doubled without deterioration in the vertical resolution.

本実施例による固体撮像装置は、仮に高密度化技術で水
平方向に2倍の画素数をもった装置が実現されても、こ
の装置とくらへて次の特性上の利点がある。
Even if a device with double the number of pixels in the horizontal direction is realized by high-density technology, the solid-state imaging device according to this embodiment has the following characteristics advantages compared to this device.

(1)高密度装置では水平画素ピッチが1/2になるた
め飽和信号レベルが減少してダイナミックレンジが小さ
くなるが、本実施例では振動しない装置と同等になる。
(1) In a high-density device, the horizontal pixel pitch becomes 1/2, so the saturation signal level decreases and the dynamic range becomes smaller, but in this embodiment, it is equivalent to a device that does not vibrate.

したがって同じ製造技術を用いるとすると本質的に高密
度装置とくらベダイナミックレンジを広くとることがで
きる。
Therefore, if the same manufacturing technology is used, it is essentially possible to obtain a wider dynamic range than a high-density device.

(2)高密度装置では水平読み出しレジスタのクロック
周波数が2倍に高速化され、これによる駆動回路、信号
処理回路の消費電力増加、回路製作の困難が増大するが
、本実施例の装置ではそれはない。
(2) In high-density devices, the clock frequency of the horizontal read register is doubled, which increases the power consumption of the drive circuit and signal processing circuit, and increases the difficulty of circuit fabrication; however, in the device of this embodiment, this is not the case. do not have.

(3)高密度装置では感光部の開口部面積の割合は小さ
くなることがあっても増えることがないので、高密度化
しても感光領域全域における光学情報に対する無効領域
は減少しない。一方、本実施例では従来無効であった領
域からも光学情報を得るため、本質的に入力光学情報収
集に対する有効領域が広い。
(3) In a high-density device, the ratio of the aperture area of the photosensitive section may decrease but never increase, so even if the density is increased, the invalid area for optical information in the entire photosensitive area will not decrease. On the other hand, in this embodiment, since optical information is obtained even from a conventionally ineffective area, the effective area for collecting input optical information is essentially wide.

次に本発明の別の実施例を説明する。第9図は、上記実
施例とは異なる、固体撮像チップ基板に与える振動パル
スの場合である。この場合はAI(tl)、Bt  (
t2)フィールドからなる第1フレーム期間は固体撮像
チップ基板1の開口部2をXIの位置にしておく。そし
てA2(13)。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 shows the case of vibration pulses applied to the solid-state imaging chip substrate, which is different from the above embodiment. In this case, AI(tl), Bt (
t2) During the first frame period consisting of a field, the opening 2 of the solid-state imaging chip substrate 1 is placed at the position XI. And A2 (13).

B2 (t4)゛フィールドからなる第2フレーム期間
では開口部をP n / 2移動させ×2の位置にもっ
できて破線3で示す場所にする。即ち、フレームの間の
無効期間内に振動中心をもってくる。これによって第5
図の実施例で説明した空間サンプリング点の位置は第5
図ではAI−+Bl→A2→B2のフィールド順序で(
a)→(b )→(C)→(d )の空間サンプル点の
位置になり、第9図では第5図と同一のフィールド順序
で(a )→(d )→(C)→(1))の順序で空間
サンプリング点が移動する。この結果、再生画像上では
第6図で説明した場合と同様に水平画素配列方向に2倍
のサンプリング点が得られ、先の実施例と同様なモワレ
の減少した高解像度の画像が得られる。
In the second frame period consisting of field B2 (t4), the aperture is moved by P n /2 to a position of x2, which is indicated by the broken line 3. That is, the center of vibration is brought to the dead period between frames. This allows the fifth
The location of the spatial sampling point explained in the example of the figure is the fifth
In the figure, the field order is AI-+Bl→A2→B2 (
The spatial sample point positions are a) → (b) → (C) → (d), and in Figure 9 the field order is the same as in Figure 5, (a) → (d) → (C) → (1 )) The spatial sampling points move in the order of As a result, twice as many sampling points are obtained on the reproduced image in the horizontal pixel arrangement direction as in the case described with reference to FIG. 6, and a high-resolution image with reduced moire similar to the previous embodiment is obtained.

以上説明した例では、本発明をテレビジョン標準方式に
適用したビデオカメラについて行なったが、例えば銀塩
フィルムを用いない電子カメラやOCR等のシステムに
本発明を適用できる。第10図は電子カメラに本発明を
適用した場合の動作を示す図である゛。この場合には、
通常の光学カメラと同じように光学シャッタの開閉タイ
ミングと陽像素子の動作を合わせることが必要である。
In the example described above, the present invention was applied to a video camera that is applied to a television standard system, but the present invention can be applied to, for example, an electronic camera that does not use a silver halide film, an OCR system, or the like. FIG. 10 is a diagram showing the operation when the present invention is applied to an electronic camera. In this case,
As with a normal optical camera, it is necessary to synchronize the opening/closing timing of the optical shutter with the operation of the positive image element.

A1.Btフィールドからなる第1フレームとA2、B
2フィールドからなる第2フレームの@像動作において
フィールドシフトパルスは各フィールドの切替え時点で
加えられ、各フィールドで蓄積された信号電荷を読み出
す。振動パルスは第1、第2フレームを一周期とする第
4図の場合と同様の波形である。シャッタパルスIでは
第1、第2フレームの期間シャッタONとしてこの期間
に入射光学像の空間サンプリング点の2倍化を行なう。
A1. The first frame consisting of Bt field and A2, B
In the @image operation of the second frame consisting of two fields, a field shift pulse is applied at the switching point of each field, and the signal charge accumulated in each field is read out. The vibration pulse has a waveform similar to that shown in FIG. 4, in which the first and second frames are one cycle. In the shutter pulse I, the shutter is ON during the first and second frames, and the spatial sampling points of the incident optical image are doubled during this period.

また、シャッタパルス■の場合はシャッタのON期間を
短かくした動作である。また、シャッタパルス■の場合
は振動パルスの変化期間はシャッタをOFFさせ、より
確実な空間サンプリング点の2倍化を行なった動作を提
供するものである。
Further, in the case of shutter pulse (2), the ON period of the shutter is shortened. Further, in the case of the shutter pulse (3), the shutter is turned off during the period of change of the vibration pulse, thereby providing a more reliable operation in which the spatial sampling points are doubled.

更に本発明は以下に列記するように種々の変形応用が可
能である。
Furthermore, various modifications and applications of the present invention are possible as listed below.

a 撮像素子はインターライン転送形ccoi像素子に
限らず、例えばフレーム転送形撮(1?素子を用いても
よい。これらの撮像素子に共通する点は、画素領域に蓄
積された信号電荷が垂直ブランキング期間に同時に読み
出される動作をすることである。したがって同様な動作
をする撮@素子であれば本発明を適用することが可能で
ある。
a The image sensor is not limited to the interline transfer type CCoi image element, but for example, a frame transfer type (1?) element may also be used.What these image sensors have in common is that the signal charge accumulated in the pixel area is This means that the reading operations are performed simultaneously during the blanking period. Therefore, the present invention can be applied to any sensor that performs similar operations.

1)撮像素子の画素の開口部形状は矩形に限らないし、
その大きさも特に限定されない。
1) The aperture shape of the pixel of the image sensor is not limited to a rectangle,
Its size is also not particularly limited.

CR像素子の画素配列は、垂直方向に一列に配列された
ものに限らず、ジグザグ配列されたものでもよく、その
方がモワレの減少と解像度向上にとって有利である。
The pixel arrangement of the CR image element is not limited to being arranged in a line in the vertical direction, but may be arranged in a zigzag manner, which is more advantageous for reducing moiré and improving resolution.

d 撮像素子は、光電変換部として通常のCCD1lf
i(I素子の上にアモルファスシリコンなどの光電変換
膜を重ねて、いわゆる二階建センサ構造としたものを用
いることができる。
d The image sensor is a normal CCD1lf as a photoelectric conversion unit.
It is possible to use a so-called two-story sensor structure in which a photoelectric conversion film such as amorphous silicon is layered on the i (I element).

e 光電変換膜を用いる二階建センサの場合、光導電体
の性質によっては紫外像や赤外像を得ることも可能であ
る。また、光導電体膜に代って蛍光体膜を用いてXPA
@を得る場合にも本発明を適用できる。更に二階建セン
サで一画素おきに通常の可視用と赤外、紫外、X線など
不可視用変換膜を配置して、可視像と不可視像を重ねて
再生画像上で観察する装置にも本発明を適用できる。こ
の場合、振動パルスの恒は水平画素ピッチとすることで
可視像、不可視像とも水平解像度の劣化なく再生できる
e In the case of a two-story sensor using a photoelectric conversion film, it is also possible to obtain an ultraviolet image or an infrared image depending on the properties of the photoconductor. In addition, a phosphor film is used instead of a photoconductor film to perform XPA
The present invention can also be applied to obtaining @. Furthermore, it can be used as a device to superimpose visible and invisible images and observe them on the reproduced image by arranging a normal visible conversion film and an invisible conversion film such as infrared, ultraviolet, and X-ray for every other pixel in a two-story sensor. The present invention can be applied. In this case, by setting the vibration pulse constant to the horizontal pixel pitch, both visible and invisible images can be reproduced without deterioration in horizontal resolution.

f 本発明では光学像に対して撮像素子チップを相対的
に振動させるが、同様の思想を電子ビーム衝撃形の固体
撮像素子に適用することができる。
f In the present invention, the image sensor chip is vibrated relative to the optical image, but the same concept can be applied to an electron beam impact type solid-state image sensor.

即ち電子ビーム像を偏向できることを利用してこれをA
1.Bt 、A2 、B2各フィールドに対して所定の
方向に変更させれば同様の効果が得られる。
That is, by using the ability to deflect the electron beam image,
1. A similar effect can be obtained by changing each field of Bt, A2, and B2 in a predetermined direction.

q 本発明は撮像素子を1個、2個もしくは3個用いて
カラー11ii(iを行なうカラーカメラにも適用でき
る。2板、3板式カラーカメラにおいては本発明と絵素
ずらし法を共用することにより更に! 解像度を向上せしめることができる。また、原色を用い
た2板式カラーカメラにおいてはG信号を得る撮像素子
を水平画素ピッチの1/2相当振動させ、R,B信号を
得る撮像素子i水平画素ピッチ振動することでさらに解
像度向上ができる。
q The present invention can also be applied to color cameras that perform color 11ii (i) using one, two, or three image sensors.The present invention and the pixel shifting method can be used in common with two-panel and three-chip color cameras. In addition, in a two-chip color camera that uses primary colors, the image sensor that obtains the G signal is vibrated by half the horizontal pixel pitch, and the image sensor i that obtains the R and B signals is vibrated. The resolution can be further improved by vibrating the horizontal pixel pitch.

h 本発明での振動の手段は第7図で説明した固体撮像
素子自体の振動に限定されるものではない。例えば固体
撮像素子の光入射側に光学的偏向板を設け、この、偏向
板を周期的に振動してもよく、また光学的ミラーによっ
て入射光を振るようにさせてもよい。要するに入射光像
に対して固体撮像素子を相対的に振動させればよい。
h The means of vibration in the present invention is not limited to the vibration of the solid-state image sensor itself as explained in FIG. 7. For example, an optical deflection plate may be provided on the light incident side of the solid-state image sensor, and the deflection plate may be periodically vibrated, or the incident light may be deflected by an optical mirror. In short, it is sufficient to vibrate the solid-state image sensor relative to the incident light image.

i 本発明の振動パルスは台形波で説明したが、この形
状は台形でなくとも矩形、三角形などでも単位画素内の
サンプリング点が増加することにはかわりがないので、
本発明が適用できる。
i The vibration pulse of the present invention has been explained using a trapezoidal wave, but this shape does not have to be trapezoidal, but can also be rectangular or triangular, since the number of sampling points within a unit pixel will still increase.
The present invention is applicable.

j 本発明の説明のほとんどはNTSC標準方式に準じ
たTVIi像方式で行なったが、この方式に限定されな
い。すなわちインターレース撮像を行なっている方式で
あるならば本発明は適用できる。例えばS E ’CA
 M方式、PAL方式そして低速撮像方式、高速撮像方
式などに適用できる。
j Most of the description of the present invention has been made using the TVIi image format based on the NTSC standard format, but the present invention is not limited to this format. That is, the present invention is applicable to any system that performs interlaced imaging. For example S E 'CA
It can be applied to M system, PAL system, low speed imaging system, high speed imaging system, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はインターライン転送形・CCD撮像素子の概略
構成を示す図、第2図は本発明者らが先に提案した固体
搬像装置の原理説明図、第3図は第2図の動作によって
得た再生画像上の空間サンプリング点を示す図、第4図
は本発明の一実施例における撮像素子の振動の様子を示
す図、第5図は同実施例での空間サンプリング点の各フ
ィールドにおける移動を示す図、第6図は第5図の空間
サンプリング点を再生画像上で加算した図、第7図は同
実施例の装置の全体構成を示す図、第8図はその動作を
説明するための波形図、第9図は本発明の他の実施例で
の振動の様子を示す図、第10図は本発明を電子カメラ
に適用した場合の動作を説明するための図である。 1・・・固体搬像素子チ゛ツブ基板、2・・・画素開口
部、10・・・固体撮像素子チップ、11・・・振動台
、12・・・撮像レンズ、13・・・振動パルス発生回
路、14・・・タイミング発生回路、15・・・PM/
2遅延回路、16・・・クロックトライバ、17・・・
プリアンプ、18・・・信号処理回路。 第2図 第4図 諏勤パルス 第9図 第10図
Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an interline transfer type CCD image sensor, Fig. 2 is an explanatory diagram of the principle of the solid-state image pickup device previously proposed by the present inventors, and Fig. 3 is the operation of Fig. 2. FIG. 4 is a diagram showing the state of vibration of the image sensor in an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing each field of the spatial sampling points in the same embodiment. 6 is a diagram showing the spatial sampling points of FIG. 5 added on the reproduced image, FIG. 7 is a diagram showing the overall configuration of the device of the same embodiment, and FIG. 8 is an explanation of its operation. FIG. 9 is a diagram showing the state of vibration in another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram for explaining the operation when the present invention is applied to an electronic camera. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Solid-state image sensor chip board, 2... Pixel aperture, 10... Solid-state image sensor chip, 11... Vibration table, 12... Imaging lens, 13... Vibration pulse generation circuit , 14...timing generation circuit, 15...PM/
2 delay circuit, 16... clock driver, 17...
Preamplifier, 18...signal processing circuit. Figure 2 Figure 4 Sukin Pulse Figure 9 Figure 10

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基゛板上に二次元的に配列された感光部を
有する固体撮像素子を用い、第1、第2のフィールドで
1フレームとなるインターレース撮像により連続的にフ
レーム画像を得る方式で、前記各感光部において光電変
換されて蓄積された信号電荷を読出し部に同時に転送し
、この読出し部の信号電荷を順次出力部に移動させて読
み出す間、前記各感光部が次のフィールドの信号電荷を
蓄積する動作を行う固体撮像装置において、前記固体撮
像素子チップ基板を入射光学像に対して相対的に水平画
素配列方向に振動させる手段を備え、その振動波形は、
連続する2フレームを1周期とするパルス状であり、振
動量が水平画素ピッチの1/2またはその近傍であって
、振動中心が前記感光部から信号電荷を前記読出し部へ
転送する期間内にあるように設定され、かつこの振動に
よる入射光学像の空間サンプリング点のずれを再生画像
上で修正する処理を行うようにしたことを特徴とする固
体撮像装置。
(1) A method that uses a solid-state image sensor that has photosensitive parts arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate to continuously obtain frame images through interlaced imaging in which the first and second fields constitute one frame. , the signal charges photoelectrically converted and accumulated in each of the photosensitive sections are simultaneously transferred to the readout section, and while the signal charges of the readout section are sequentially moved to the output section and read out, each of the photosensitive sections receives the signal of the next field. A solid-state imaging device that performs an operation of accumulating charge includes means for vibrating the solid-state imaging element chip substrate in a horizontal pixel arrangement direction relative to an incident optical image, and the vibration waveform is as follows:
It is pulse-like with one period consisting of two consecutive frames, the amount of vibration is 1/2 of the horizontal pixel pitch or its vicinity, and the center of vibration is within the period during which the signal charge is transferred from the photosensitive section to the readout section. What is claimed is: 1. A solid-state imaging device, characterized in that a process is performed to correct, on a reproduced image, a shift in a spatial sampling point of an incident optical image caused by the vibration.
(2)前記振動波形の振動中心は、第0フレームの第1
フイールドと第2フイールドの間および第(n+1>フ
レームの第1フイールドと第2フイールドの間にある特
許請求の範囲第1項記載の固体撮像装置。
(2) The vibration center of the vibration waveform is the 1st point of the 0th frame.
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is located between the first field and the second field and between the first field and the second field of the (n+1> frame).
(3)前記振動波形の振動中心は、第nフレームと第(
n + 1 >フレームの間にある特許請求の範囲第1
項記載の固体撮像装置。
(3) The vibration center of the vibration waveform is the nth frame and the (
n + 1 > claim 1 between frames
The solid-state imaging device described in .
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DE8484303929T DE3477119D1 (en) 1983-06-15 1984-06-11 Solid state image sensor with high resolution
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