JPS613575A

JPS613575A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS613575A
Application number: JP59124808A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ueda; 和彦上田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd; Nippon Victor KK
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd; Nippon Victor KK
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1984-06-18
Publication date: 1986-01-09

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】産業上の利用分野本発明は固体撮像装置に係り、固体撮像素子の各画素よ
り信号を順次読み出して画像信号を得る固体撮像装置に
関する。

従来の技術及びその問題点従来より複数の画素夫々で光電変換して得た光電荷を蓄
積し、この光電荷を順次読み出すことにより映像信号を
得る固体撮像素子がある。

この固体撮像素子は数ＩＩ四方の受光面に複数の画素が
形成される。例えば従来のフレーム蓄積形インターライ
ン転送方式ＣＯＤ　（チャージ・カップルド・ディバイ
ス）撮像素子は第４図に示す如く、各画素３ａ、３ｂ夫
々は光電変換部（フォト′ダイオード又はフォトトラン
ジスタ）　２ａ　、　２ｂと、斜線で示す垂直転送ＣＣ
Ｄ１ａ、１ｂとより構成され、各画素３ａ　、３ｂ等は
総て現在のＩＣ技術では例えば縦１３．５μｍ×横２３
μｍ程度の面積を有している。このため受光面に形成さ
れる画素数が不足し、垂直及び水平解像度、特に水平解
像度が不充分であるという問題点があった。

そこで、本発明は、ａｍ素子を光学系に対して傾け、隣
接する水平走査線夫々の信号より１水平走査線分の画像
信号を合成することにより、上記問題点を解決した撮像
素子を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段及び作用本発明は、撮像素子を光学系の光軸を中心として回転さ
せ光学系に対して傾け、撮像素子の各画素より得られる
信号を光学系を基準とする水平走査線に沿って順次読み
出して隣接する水平走査線の空間的サンプル点の位相を
ずらし、隣接する水平走査線夫々より読み出される信号
より１水平走査線分の画像信号を合成する構成としたも
のであり、第１図以下と共にその各実施例につき説明す
る。

実施例第１図は本発明になる撮像装置の第１実施例のブロック
系統図を示す。同図中、５はフレーム蓄積形インターラ
イン転送方式ＣＣＤ撮像素子であり、搬像部５ａと垂直
転送部５ｂと水平転送部５Ｃとより大略構成されている
。この撮像部５ａは′第１図においては奇数ラインの画
素ａ１〜ａ４２゜偶数ラインのｂ１〜ｂ３５を示してい
る。なお、第１図では１フイ一ルド分の画素のみを示し
、次フィールドの画素は画素ａ＋　−ａ４２．　　ｂ＋
　〜ｔ）３５夫々の間に位置している。撮像素子５は光
学系に対して光軸を中心として、例えば４５度回転した
状態で配置されており、撮像部５ａの各画素の画素信号
を光学系を基準として水平方向（ａ＋〜ａＢ　。

ｂ＋　−ｂ７・・・）に読み出す場合には、奇数ライン
の空・間約サンプル点（画素ａ１〜ａ７．ａＢ〜ａ、　
、・・・の夫々の位置）と、偶数ラインの空間的サンプ
ル点く画素ｂ１〜ｂ７．ｂｇ〜ｂ１４．・・・の夫々の
位置）との位相は略１８０度ずれるよう設定されている
。即ち、奇数（又は偶数）フィールド夫々の属する奇数
ラインの画素が偶数ラインの画素の間に入り込むような
配列をとっている。従って、撮像部５ａ及び垂直転送部
５ｂとにパルス信号発生器６よりの奇数フィールド転送
用（又は偶数フィールド転送用）の垂直転送パルスφｖ
Ｏ（又はφＶε）が供給されると、画素ａ１の蓄積電荷
である画素信号は画素ｂｌ　、ａ９　＋　　ｂ９　＋ａ
＋７．　　ｂａ７．　　ａＸ５．　　ｂｓ、　　ａ３３
．　　ｂ３３．　　ａａの順に転送され、同様にして画
素ａ７の画素信号は画素ｂ７及び垂直転送部５ｂの段の
０１．（ｊｚ。

Ｃ４、０６、Ｃｇ　、　　Ｏ１２，０１６，０に、Ｃ２
５の順に転送される。また、画素ａ田〜ａ４１夫々の画
素信号はパルス信号発生器６よりのブロックゲートパル
スφＢＧ＋が供給されると水平転送部５Ｃの水平転送Ｃ
ＣＤ　５ｃ、の各段ｄ１〜ｄ６に移送され、水平転送Ｃ
ＣＤ　５ｃ、はパルス信号発生器６よりの水平転送パル
スφＨ１の供給により第１段ｄ１から第６段ｄ６方向に
画素信号を順次転送し、第６段ｄ６より画素信号が出力
される。同様にして画素ａ４２及び垂直転送部５ｂの最
終段０２１〜ａ７５夫々の画素信号はブロックゲートパ
ルスφ８Ｇ２の供給により水平転送ＣＣ，Ｄ　５Ｃ２の
各段ｅｌ　−８６に移送され、この画素信号は水平転送
パルスφＨ２の供給により第１段ｅ１から第６段ｅ６方
向に順次転送されて第６段ｅ６より出力される。

水平転送ＣＣＤ　５ｃ、より出力された画素信号は出力
回路７を通してスイッチ９の端子９ａに供給され、水平
転送ＣＣＤ５Ｃ２よりの画素信号は出力回路８を通して
端子９ｂに供給される。スイッチ９はパルス発生器６よ
りのスイッチングパルスφｓ１がＬレベルのとき端子９
ａよりの画素信号を端子９Ｃより取り出し、Ｈレベルの
とき端子９ｂよりの画素信号を取り出す。スイッチ９の
端子９Ｃより取出された画素信号は遅延回路５１０によ
って水平転送パルスφＨ１，φＨ２の周期　、ＴφＨの
半分の時間（１／２ＴφＨ）遅延されてスイッチ１１の
端子１１ａに供給されると共に、そのままスイッチ１１
の端子１１ｂに供給される。

スイッチ１１はパルス信号発生器６より供給されるスイ
ッチングパルスφＳ２がＨレベル（又はＬレベル）のと
き端子１１ａ　（又は１１ｂ）よりの画素信号を端子１
１ｃより取り出すにのスイッチングパルスφＳ２は垂直
転送パルスφＶＯ又はφＶεを１／２分周したものであ
り、例えば奇数ライン（画素ａ１〜ａ７，８８〜ａＩ４
等）で得られた画素信号が水平転送ＣＣＤ　５（ｊ＋　
、　５’０２より出力されているときＨレベルとなる信
号である。

スイッチ１１より取り出された画素信号は遅延回路１２
で垂直転送パルスφｖＯ１φＶεの周期ＴＨ’（＝１水
平走査期間）だけ遅延されてスイッチ１３の端子１３ａ
に供給されると共に、そのままスイッチ１３の端子１３
ｂに供給される。スイッチ１３にはパルス信号発生器６
よりスイッチングパルスφＳ３が供給されている。スイ
ッチングパルスφＳ３は水平転送パルスφＨ１，φＨ２
と同一周波数でデユーティ比５０％のパルスである。

スイッチ１３は上記スイッチングパルスφＳ３のＨレベ
ル期間に端子１３ａよりの画素信号、を端子１３０より
取り出し、Ｌレベル期間に端子１３ｂよりの画素信号を
端子１３ｃより取り出す。

スイッチ１３の端子１３０より取り出された画素信号は
遅延回路１７で時間１／４ＴφＨＭ延されてスイッチ１
８の端子１８ａに供給されると共に、そのままスイッチ
１８の端子１８ｂに供給される。スイッチ１８にはパル
ス信号発生器６よりスイッチングパルスφＳ４が供給さ
れている。このスイッチングパルスφｓ４は例えば奇数
フィールドの走査時にＨレベルとなり偶数フィールドの
走査時にＬレベルとなる如く１フィールド毎に反転する
パルスであり、スイッチ１８はそのＨレベル期間に端子
１８ａよりの画素信号を端子１８Ｇより取り出し、Ｌレ
ベル期間に端子１８ｂよりの画素信号を端子１８ｃより
取り出す。これによってフィールド毎に生じる時間１／
４ＴφＨのオフセットを補正する。この端子１８ｃより
の画素信号は端子１４を介して出力される。

なお、スイッチ１３の代わりに単なる加算器を用いても
同様の効果が期待できる。

ここで、例えばグレースケール撮像時の奇数フィールド
の読出しについて説明する。パルス信号発生器６は第２
図（Ａ）に示す如ぎ、その周波数ＦφＶ９周期ＴφＶがＦφｖ　＝　１　／Ｔφｖ　　　　　　　　　　＝　（
１）Ｔφｖ　＝Ｔ＋　−（ＴＳ　／ＮＨ）　　　　　・
・・■　　　　　　　）但しＴＨは水平走査期間、Ｔｓ
は水平映像期間、ＮＨは１ライン当りの光電変換素子数で表わされる垂直転送パルスφＶＯと、パルスφＶＯと
同一周期でこれより位相が遅れた第２図（Ｂ）に示すブ
ロックゲートパルスφ８Ｇ２と、パルスφＶＯと同一周
期でこれより位相が進んだブロックゲートパルスφ８Ｇ
＋を発生する。つまりパルスφＶＯ，φＢＧ＋、φＢＱ
ｚは相互の位相関係が一定で水平走査期間に対して１画
素分に相当する時間だけ周期が短かいパルスである。ま
た、パルス信号発生器６はブロックゲートパルスφＢＧ
２の発生より微小時間後からパルスφＶＯの立上がり直
前までの所定期間に第２図（Ｄ）に示す水平転送パルス
φＨ２を発生し、またブロックゲートパルスφＢＧ＋の
発生より微小時間後（パルスφＶＯの立上がり直後）か
ら次のブロックゲートパルスφ８Ｇ＋の発生に先行する
所定期間に水平転送パルスφＨ１を発生する。上記ブロ
ックゲートパルスφ８Ｇ２　（又はφｅｃ＋）より水平
転送パルスφＨ２″（又はφＨ１）の発生開始までの微
小時間は、水平転送ＣＣＤ’５Ｃ２、５ｃ、夫々で画素
信号の電荷に影響がでない程度に短かいＩＩ間である。

この水平転送パルスφ１−１１．φＨ２夫々の発生期間
における周期ＴφＨは次式の如く表わされる。

ＴφＨ＝Ｔｓ／ＮＨ・・・■ 但しＮＨは１ラインの対画素数（この場合ＮＨ＝８）、
φＨ１，φＨ２の発生期間は常に一定であり、その発生
期間は水平映像期間より大である。

更に、パルス信号発生器６は、水平転送部５Ｃに隣接す
るラインａ３６〜ａ４！の画素信号の転送時において、
水平転送パルスφＨ２の発生開始よりＴφＨ遅れて立上
がり、かつパルスφＨ２の発生終了と同時に立下がり、
次のラインｂ２９〜ｂ３５の画素信号の転送時ではパル
スφＨ２の発生開始より２ＴφＨ遅れて立上がり同様に
してライン毎に立上がりがＴφＨずつ順次遅れていくス
イッチングパルスφＳｌを発生する。つまりスイッチン
グパルスφｓ＋は、周期がφＶＯ，φ８Ｇ１゜φＢＧ２
夫々と同一でデユーティ比がライン毎に変化するもので
、ラインａ３１１〜ａ４２近傍のラインの読み出し時に
は第２図（Ｆ）に示す如き波形であり、ラインｌ１ｌｓ
〜ｂ２＋近傍のラインでは第２図（Ｇ）に示す如くなり
、ライン８１〜−ａ８近傍のラインでは第２図（Ｈ）に
示す如くなる。

ライン８３８〜ａ４２の画素信号については、ブロック
ゲートパルスφＢＧ２のパルスＰ１により画素ａ４２の
画素信号がＣＣＤ　５Ｃ２の段ｅＩに垂直転送され、こ
の後第２図（Ｆ）のスイッチングパルスφｓ１がＬレベ
ルの期間に供給される水平転送パルスφＨ２によって画
素ａ４２の画素信号は段ｅ６まで転送（空送り）される
。この後パルスφＳｌがＨレベルとなると共にこの画素
ａ４２の画素信号はＣＣＤ　５Ｃ２より出力されスイッ
チ９より出力される。また、ブロックゲートパルスφＢ
ＣＩのパルスＰ２によって画素８３６〜ａ４１夫々の画
素信号はＣ，ＣＤ　５Ｃ＋の各段に移相され、水平転送
パルスφＨ１の発生開始と同時にスイッチングパルスφ
Ｓ１がＬレベルとなることにより、画素ａ４１．ａａ、
・・・ａ３７．ａ３３夫々の画素信号が順次スイッチ９
より出力される。つまり、ライン８３Ｂ”−’ａ４２近
傍のラインの画素信号の波形が第２図（Ｉ）に示す如き
ものとすると、期間Ｔ＋はＣ０Ｄ５Ｃ２より出力された
信号であり、期ｍＴ２はＣＣＤ　５ｃ、より出力された
ものである。

同様にしてラインｂｌｓ〜ｂ２１の画素信号はＣＣＤ５
ｃ、　、　５ｃ２の段ｄ４〜ｄ６　、　　ｅ＋　〜ｅ４
に移送されるが、この場合にはスイッチング信号φＳｔ
は第２図（、Ｇ　）に示す如くなり、これによって画素
ｂ２１．ｂ２０．・・・、　　ｂｕ６．　　ｂｌ４で得
られた画素信号が順次スイッチ９より出力される。この
。

ときの画素信号波形が第２図（１）の如き場合、期間Ｔ
３はＣＣＤ　５Ｃ２より出力され期間Ｔ４はＣ（、Ｄ５
ｃ、より出力される。またラインａ、〜ａ８の画素信号
はＣＣＤ　５ｃＩ、　５Ｃ２の段ｄａ　。

８１〜ｅ６に移送されるが、この場合にはスイッチング
信号φＳ１は第２図（Ｈ）に示１如くなり、これによっ
て画素ａＢ、ａｙ、・・・、ａｌ、ａ＋で得られた画素
信号が順次ス゛イツチ９より出力される。このときの画
素信号波形が第２図（Ｉ）の如　　　　□き場合、期間
Ｔ５はＣＣＤ　５ｃ２より画素信号が出力され、期間Ｔ
６はＣＣＤ　５ｃ、より出力される。

この後、偶数ライン（ｂｌ”−ｆｌｙ、ｂ６〜ｂ１４等
）の画素信号は遅延回路１０で１／２ＴφＨだけ遅延せ
しめられる。更に、スイッチ１１よりの画素信号とこの
信号をＴφＶだけ遅延した画像信号とが画面の垂直相関
性を仮定しスイッチング信号φｓ３によって交互に切換
出力される。これによって、ラインｂ２］〜ｂｆｆｉの
画像情報として画素ｂ５．　　ａｕ、　　ｂ３４．　　
ａ４１．　　ｂ３３．　　ａ＠、　　ｂ３２゜ａｎ、’
ｂ３ｔ、　　ａ３Ｂ、　　ｂａ）、　　ａ：＋７．　　
ｂｓ、　　ａａａの画素信号が順次出力され、またライ
ンａ１〜ａ７の画像信号として画素ｂｙ　、　　ａｙ　
＋’　　ｂａ、＋　　ａｓ　。

ｂｓ、　　ａｓ、　　ｂａ、　　ａ４．　　ｂａ、　　
ａ３．　　ｂｌ。

ａｌ、ｂ、、ａｌの画素信号が順次出力される。

このように撮像素子５を光軸より回転させることによっ
て１ライン当りの画素の数は略１４７となるが、隣接す
るラインの各画素の位置は互いに１８０度ずれるため隣
接する２ラインの画素によって画面の垂直相関性を仮定
することにより１ライン分の画像情報を得ることができ
る。つまり１ラインの画素の数を２倍化でき、従って従
来に比して１ラインの画素の数は見掛上１．４倍程度と
なり、水平解像度は従来の１．４倍程度に・向上する。

第３図は本発明装置の第２実施例のブロック系統図を示
す。同図中、第１図と同一部分には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。第３図中、１５はフィールド蓄積形
インターライン転送方式ＣＣＤ撮像素子であり、画素ｆ
＋　％　ｆ３５．　０ｔ〜＜１３５で構成される撮像部
１５ａと、垂直転送部１５ｂと、水平転送ＣＯＤ　１５
Ｇ＋　、　１５Ｃ２よりなる水平転送部１５ｃとより構
成されている。この撮像素子１５は光学系に対して光軸
を中心に略４５度回転せしめられている。即ち一方のフ
ィールドに属する画素が他方のフィールドに属する画素
の間に入り込むような配列である。この撮像素子１５は
垂直転送パルスφＶＯが供給されると奇数フィールドで
は画素ｆ１　とＯ＋、ｆｚとＩＪ２　。

・・・ｆｙ＋とｇＩ夫々の蓄積電荷が加算されて転送さ
れる。上記画素ｔ１　とｇｌの加算画素信号はパルスφ
ｖｏによって画素Ｉ９．　　ｆｙ、　　ｆ２１１．　　
ｆ３３゜［４１と順次転送され、画素ｆ７と０７の加算
画素信号は垂直転送部１５ｂの段ＣＩ、Ｃ３，Ｃ５゜Ｃ
ＩＯの順に転送される。また、偶数フィールドでは垂直
転送パルスφＶＥが供給されると、画素ｇ１とｆｓ、　
’（１２とｆ＋ｏ　、　−、ｇａとｆＩ４，０°。

（＋２７とｆ３５夫々の蓄積電荷が加算されてＱｙ　。

ｇ鋳、　　ｇ２＋、　　０２Ｂ、　　０２９〜（＋３５
とともに転送される。画素ｇ１　とｆｓの加算画素信号
はパルスφＶＥによって０９　、　　（ＪＩ７．　　（
１２５，０３３と転送される。水平転送部１５ｃは第１
図示の水平転送部５Ｃと同様に動作する。つまり、奇数
フィールドの各ラインの空間的サンプル点（例えば画素
ｆ１とＯ＋、ｆ２と（１２、・・・の中心位置）と偶数
フィールドの各ラインの空間的サンプル点（例えば画素
Ｑ＋　トｆａ、　　０２と　ｆｓ、・・・の中心位置）
との位相は略１８０痕ずれるよう設定されている。

パルス信号発生器６は例えば垂直転送パルスφＶＯを発
生している奇数フィールドの走査時にＨレベルとなり偶
数フィールドの走査時にＬレベルとなるスイッチング信
号φｓ４を発生してスイッチ１１に供給し、そのスイッ
チングを制御する。

これによってスイッチ１１からは奇数フィールドの画素
信号が偶数フィールドの画素信号に比して１／２ＴφＨ
だけ遅延された画素信号が取り出される。このスイッチ
１１より取り出された画素信号は例えばフィールドメモ
リ等を用いた遅延回路１６において１フイ一ルド期間だ
け遅延された後スイッチ１３の端子１３ａに供給される
と共に、そのままスイッチ１３の端子１３ｂに供給され
る。

スイッチ１３はスイッチングパルスφｓ３によってＴＨ
毎に端子１３ａ、１３ｂとを切換接続する。

これによって例えば偶数フィールドの第１ライン（画素
ｇ１とｆｓ、Ｌ；ｈとｆ＋ｏ、Ｑｓとｆｌ＋。

ｇ４とｆ１２＋Ｑｓとｆ＋３．Ｑｓとｆ＋＋、ｇｌ）の
画像信号として画素ｏ７．ｏ７とｆ７．ｆ１４と＋１６
．０６とｆ６．ｆ１３と！ｌｓ、ｇｓとｆｓ　。

ｆ１２と（１４，（１４とｆ４．ｆｎとＱｓ、Ｑｓとｆ
ｓ、　　ｈ　Ｊニー　０２　、　（１２トｆ２．　　ｆ
ｓ　トＱ＋　＋　　　　　　。

ｇｌ　とｆ１夫々の加算画素信号が順・次取り出され端
子１４より出力される。なお、遅延回路１６及びスイッ
チ１３を省略しても、人間の目で積分され同様の効果を
期待・できる。

この場合、第１実施例と同様に杢平解像度が従来のフィ
ールド蓄積形の撮像素子のものに比して１．４倍程度向
上することになる。また、例えば画素ｆ１とｇｌの如く
、光学系に対して斜めに配置された隣接する２つの画素
の加算画素信号が取り出されるため、水平方向のアパー
チャ効果が大となり、フィールド遅延回路１６等を用い
ない場合の限界水平解像度付近でのフィールドフリッカ
が減少する。また、第１実施例では同一フィールド内の
隣接２ラインによって１ライン分の画像情報を得るのに
対し、第２実施例では１フレーム内の隣接２ラインによ
って１ライン分の画像情報を得るため垂直解像度が若干
低下するが、限界水平解像度付近でのフィールドフリッ
カは低減され、また偽信号の発生も少ない。

なお、本発明はインタニライン転送方式ＣＯＤ拠像素子
に限らず、他のどのような固体撮像素子を用いた装置に
も適用できる。例えばＭＯ８形撮像素子を用いた場合に
は水平及び垂直走査信号の発生を所定の順序とするだけ
で上記実施例に示す如き処理を行なう必要はない。

発明の効果上述の如く、本発明になる固体撮像装置は、撮像素子を
光学系の光軸を中心として回転させ光学系に対して傾け
、撮像素子の各画素より得られる信号を光学系を基準と
する水平走査線に沿って順次読み出して隣接する水平走
査線の空間的サンプル点の位相をずらし、隣接する水平
走査線夫々より読み出される信号より１水平走査線分の
画像信号を合成するため、１水平走査線の画素数を見掛
上従来の１．４倍程度増加させ、水平解像度を１．４倍
程度向上されることができ、また、上記隣接する水平走
査線が１フレーム内で隣接するものとした場合５、つま
りフィールドメモリのものにおいては水平力つのアバニ
チャ効果が大となり、フィールド遅延回路・を省略した
場合でも限界水平解像度付近でのフィールドフリッカの
発生する割合禄少ない等の特長を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は本発明装置の各実施例のブロック系
統図、第２図は第１図示の装置の各部の信号波形図、第
４図は撮像素子の一例の構造を示す図である。２ａ、２ｂ・・・光電変換素子、３ａ、３ｂ・・・画素
、５．１５・・・撮像素子、５ａ、１５ａ・・・撮像部
、５ｂ、１５ｂ・・・垂直転送部、５０，１５０・・・
水平転送部、６・・・パルス発生器、７，８・・・増幅
器、９゜１１．１３．１８・・・スイッチ、１０．１２
．１６゜１７・・・遅延回路、１４・・・端子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）撮像素子を光学系の光軸を中心として回転させ該
光学系に対して傾け、該撮像素子の各画素より得られる
信号を該光学系を基準とする水平走査線に沿って順次読
み出して隣接する水平走査線の空間的サンプル点の位相
をずらし、該隣接する水平走査線夫々より読み出される
信号より１水平走査線分の画像信号を合成することを特
徴とする固体撮像装置。
（２）該隣接する水平走査線は、１フィールド内で隣接
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体
撮像装置。
（３）該隣接する水平走査線は、１フレーム内で隣接す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮
像装置。