JPS63114473A - 電荷結合撮像素子とその駆動方法 - Google Patents

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〕 本発明は順次走査信号を出力とする電荷結合撮像素子、
及びその駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

現行のテレビジョン標準方式に用いられているインター
レース走査方式においては、標本化によって生ずる側帯
波成分を視覚のＭＴＦ特性から有効に除去できないため
にインターラインフリッカ−と呼ばれる画質妨害が生じ
る。そのため、近年、画像の高品質化の要求からインタ
ーラインフリッカ−が生じない順次走査方式への要求が
高まりつつある。しかし、現行のインターレース走査に
対応した電荷結合撮像素子（以後、ＣＣＤ撮像素子と呼
ぶ）自体の読みだし順序を順次走査方式に変えるのはデ
バイス構造上不可能である。このため、従来、ＣＣＤ撮
像素子から得られるインターレース走査信号をフィール
ドメモリ等を用いて走査変換することで順次走査信号を
得ていた。

第６図にこの走査変換を実現するための装置の一例を示
す。第６図において、１０１はインターライン転送方式
〇〇Ｄ撮像素子であり、フォトダイオード群１０２．垂
直シフトレジスタ１０３．垂直シフトレジスタ１０３の
一端に電気的に結合した水平シフトレジスタ１０４．こ
の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、フォト
ダイオード１０２は奇数番目の行（０１）、　　（０２
）のフォトダイオード群と偶数番目の行（Ｅｌ）、　　
（Ｅ２）のフォトダイオード群に分けられている。ＣＣ
Ｄ撮像素子１０１からの映像信号はＡ／Ｄ変換器１０６
によりディジタル信号に変換され、フィールドメモ１月
０７と時間軸変換器１０８に同時に入力される。そして
、時間軸変換器において、ラインメモリ１１５〜１１８
とスイッチ１１０〜１１４の操作によって、時間軸方向
に２倍の比率で圧縮された順次走査信号に変換される。

さらにその出力信号はＤ／Ａ変換器１０９によりアナロ
グ映像信号に変換される。

次に、この走査変換装置の動作を第７図のタイムチャー
トを用いて説明する。ＣＣＤ撮像素子１０１からは、第
１フイールドに奇数番目の行（０１）。

（ｏ２）に対応した映像信号■、■が出力された後、第
２フイールドでは偶数番目の行（Ｅｌ）。

（Ｅ２）に対応した映像信号■′、■′が出力される（
０点の信号）。

この偶数番目の行（Ｅｌ）、　　（Ｅ２）の映像信号■
′、■′はフィールドメモリ１０７に蓄積されると同時
に、直接、時間軸変換部１０８のラインメモ１月１５．
１１６に交互に入力される。これと同時に、フィールド
メモリ１０７からは、ｌフィールドの期間遅延された奇
数番目の行（０１）、　　（０２）の映像信号■、■が
出力され、ラインメモリ１１７．１１８に交互に入力さ
れる（０点の信号）。

時間軸変換部１０８では、スイッチ１１２〜１１４の切
り換えによって、奇数番目の行（Ｏｆ）、　　（０２）
の信号■、■と偶数番目の行（Ｅｌ）、　　（Ｅ２）の
信号■′、■′を行の順番、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。以上の動作を連続的に繰り
返すことによりフレーム周波数６０Ｈ２の順次走査信号
が得られる（０点の信号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、従来の技術では、フィールドメモリ、
ラインメモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を必要と
し回路規模が増大する。また、装置自体も大型化する。

さらに、ＣＣＤ撮像素子はフレーム蓄積モードにおいて
光電変換時間が１／３０秒であり、第１フイールドと第
２フイールドとで光電変換時間が１／６０秒ずれている
。このため、動画像において解像度劣化が生じる。

本発明は、これらの問題を改善したもので、その目的と
するところは、比較的簡単な素子構成で、かつ、大規模
な信号処理回路を必要とせず、蓄積時間１／６０秒の順
次走査信号が得られるＣＣＤ撮像素子を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、このＣＣＤ撮像素子の駆動方法を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電荷結合撮像素子は、半導体基板上にマトリッ
クス状に光電変換素子群を配置し、光電変換素子群の各
列の両側に第１と第２の垂直シフトレジスタを配置し、
第１の垂直シフトレジスタは奇数番目の行の光電変換素
子群と電気的に結合し、第２の垂直シフトレジスタは偶
数番目の行の光電変換素子群と電気的に結合し、また、
第１と第２の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を配置し、さらに水平シフトレ
ジスタの一端に電気的に結合″した出力回路を配置する
ことを特徴としている。

本発明の電荷結合撮像素子の駆動方法は、半導体基板上
にマトリックス状に光電変換素子群を配置し、光電変換
素子群の各列の両側に第１と第２の垂直シフトレジスタ
を配置し、第１の垂直シフトレジスタは奇数番目の行の
光電変換素子群と電気的に結合し、第２の垂直シフトレ
ジスタは偶数番目の行の光電変換素子群と電気的に結合
し、また、第１と第２の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を配置し、さらに水
平シフトレジスタの一端に電気的に結合した出力回路を
配置した電荷結合撮像素子の駆動方法において、水平有
効映像期間内に、奇数番目の行の光電変換素子群に対応
した映像信号を、第１の垂直シフトレジスタより、また
、偶数番目の行の光電変換素子群に対応した映像信号を
第２の垂直シフトレジスタより、１行ごと交互に、水平
シフトレジスタに読み出し、さらに出力回路に水平転送
して、順次走査信号を得ることを特徴とじている。

〔作用〕

半導体基板上にマトリックス状に配置された光電変換素
子群において、奇数番目の行、及び偶数番目の行に対応
する光電変換素子の信号電荷の読み出しを、光電変換素
子の両側に配置されたそれぞれ別々の垂直シフトレジス
タに分担させ、それらの出力信号を水平シフトレジスタ
転送する際、行ごとに多重化することによって、外部の
大規模な信号処理回路を必要とせず、比較的簡単な構成
の回路で順次走査信号を得ることができる。

また、本発明によれば、１／６０秒間同時蓄積された映
像信号が得られるので、動画像に対する解像度劣化を軽
減させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図に、発明によるＣＣＤ撮像素子の全体構成を示す
。第１図において、半導体基板上にマトリックス状に配
置されたフォトダイオード群の内、奇数番目の行１６に
対応するフォトダイオード１２は、各フォトダイオード
列の片側に配置された垂直シフトレジスタ１０と電気的
に結合されている。また、偶数番目の行１７に対応する
フォトダイオード１３は反対側に配置された垂直シフト
レジスタ１１と電気的に結合されている。また、垂直シ
フトレジスタ１０．１１の一端は、水平シフトレジスタ
１４と電気的に結合され、その水平シフトレジスタ１４
の一端は、出力回路１５と接続されている。

第２図にセル部の素子構成を示す。第２図において隣接
する垂直シフトレジスタ１０．１１間及び垂直シフトレ
ジスタとフォトダイオード間は、チャネルストンフ゛令
頁域２７．２８によってフォトダイオード１２．１３は
、それぞれＴＧ領域２５．２６によって垂直シフトレジ
スタ１０．１１　と電気的に結合されている。また、２
１〜２４は、転送電極を示す。

セル部における動作を第２図及び第３図のタイムチャー
トを用いて説明する。垂直シフトレジスタ１０．１１の
駆動は、４相パルスによって行われる。

φ９．〜φｖ４はそれぞれ転送電極２１〜２４に印加さ
れる垂直シフトレジスタの転送パルス（以後、垂直転送
パルスと略す）を示し、φ９４．φＶ□は第１図の奇数
番目の行１６にφＶ３＋　　φｖ４は偶数番目の行エフ
に対応する。第３図のタイムチャートにおいて、垂直ブ
ランキング期間ＴＶＩＩＬの時刻１．で垂直転送パルス
φＶＺ＋　　φｖ４に読み出しパルスが重畳され、フォ
トダイオード１２．１３にＮ積されていた信号電荷が垂
直シフトレジスタ１０．１１に読み出される。

その後、垂直シフトレジスタ１０．１１に読み出された
信号電荷は、垂直転送パルスφｖ１〜φｖ４によって、
１行ごとに平行して水平シフトレジスタ１５に向かって
同時に転送される。なお、垂直シフトレジスタ１０中の
信号電荷は、垂直シフトレジスタ１１中の信号電荷より
、１転送段分遅れて転送される。

第４図に垂直シフトレジスタ１０．１１と水平シフトレ
ジスタ１４との接続部の素子構成を示す。第４図におい
て、４１は垂直シフトレジスタ１０．１１の最終転送電
極、４２．４３は垂直シフトレジスタ１１で垂直転送を
１／２転送段遅らせる転送電極、４４．４５はトランス
ファーゲートを極、４６〜４９は水平シフトレジスタ１
４を覆う転送電極を示す。各フォトダイオード列の両側
に配置された垂直シフトレジスタ１０．１１はトランス
ファーゲート電極４４．４５直下で電気的に結合され、
さらに、水平シフトレジスタ１４とも結合されている。

次に、この接続部における動作を、第４図及び第５図の
タイムチャートを用いて説明する。φ、１゜φＤＴＩは
それぞれ遅延用転送電極４２．４３に印加されるパルス
、φＴＧはトランスファーゲート電極４４．４５に印加
されるパルス、φＨ＋＋　　φ８□はそれぞれ水平転送
電極４６〜４９に印加されるパルスを示す。

垂直ブランキング期間ＴＶＩＬ中に垂直シフトレジスタ
１０．１１に読み出され、垂直転送されて来た信号電荷
が、最終転送電極４１直下に達すると、パルスφ９□が
オフする時刻Ｔ２において、パルスφＴＧｒ　　φ。、
がオンとなり、垂直シフトレジスタ１０．１１の信号電
荷は、それぞれトランスファーゲート電極４４．４５と
遅延用転送電極４２の下へ転送蓄積される。そして、つ
いでφ、。オフ、φＨ，オンとなり、トランスファーゲ
ート電極４４．４５の下に蓄積されていた信号電荷は、
水平転送電極４６．４７へ転送され、さらにφ旧、φ。

の電荷転送動作により、水平有効映像期間ＴＨの半分の
期間に、出力回路へと水平転送される。

次いで、φ、オフ、φＤ２オンとなると、遅延用転送電
極４２下の信号電荷は、転送電極４３の下に転送、゛蓄
積され、さらに時刻Ｔ３においてφＴＧオン。

φ、オフとなって、転送電極４３下の信号電荷は、トラ
ンスファーゲート電極４４．４５の下に転送、蓄積され
る。そして、φア、オフ、φ□オンとなって水平転送電
極４６．４７へ転送され、φ□、φ６，２の電荷転送動
作により、水平有効映像期間Ｔ）ｌの後半の期間に出力
回路へと水平転送される。

以上の動作を繰り返すことにより、垂直転送において、
１転送段進んで転送していた垂直シフトレジスタ１１中
の信号電荷は、全体的に１／２転送段遅延させられ、垂
直シフトレジスタ１０．１１の信号電荷は、水平シフト
レジスタ１４へは行ごとに交互に、かつ順番通りに読み
出されるようになる。

以上の動作で順次走査信号が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明のＣＣＤ撮像素子によると、
奇数番目の行及び偶数番目の行に対応する光電変換素子
の信号電荷の読み出しを、光電変換素子列において、そ
の両側に配置されたそれぞれ別々の垂直シフトレジスタ
に分担させ、それらの出力信号を、水平シフトレジスフ
での転送において、行ごとに多重化させることにより、
比較的簡単な構成の回路による駆動によって、外部の大
規模な信号処理を要さず、直接順次走査信号を得ること
ができ、また、信号処理系も含めた撮像装置自体も大き
さを小型化床ることができる。

また、この順次走査の映像信号により、動画像に対し解
像劣化が少なく、かつ、インターラインフリフカ−の生
じない高品質な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における全体の素子構成を示
す図、 第２図は、第１図実施例のセル部の素子構成を示す図、 第３図は、セル部での動作を示すタイムチャートを示す
図、 第４図は、第１図の実施例の垂直シフトレジスタと水平
シフトレジスタの接続部の素子構成を示す図、 第５図は、水平シフトレジスタの接続部の動作を示すタ
イムチャートを示す図、 第６図は、従来例の装置の全体構成を示す図、第７図は
、第６図の従来例の動作を示すタイムチャートを示す図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上にマトリックス状に光電変換素子群
   を配置し、光電変換素子群の各列の両側に第１と第２の
   垂直シフトレジスタを配置し、第１の垂直シフトレジス
   タは奇数番目の行の光電変換素子群と電気的に結合し、
   第２の垂直シフトレジスタは偶数番目の行の光電変換素
   子群と電気的に結合し、また、第１と第２の垂直シフト
   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
   を配置し、さらに水平シフトレジスタの一端に電気的に
   結合した出力回路を配置することを特徴とする電荷結合
   撮像素子。
2. （２）半導体基板上にマトリックス状に光電変換素子群
   を配置し、光電変換素子群の各列の両側に第１と第２の
   垂直シフトレジスタを配置し、第１の垂直シフトレジス
   タは奇数番目の行の光電変換素子群と電気的に結合し、
   第２の垂直シフトレジスタは偶数番目の行の光電変換素
   子群と電気的に結合し、また、第１と第２の垂直シフト
   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
   を配置し、さらに水平シフトレジスタの一端に電気的に
   結合した出力回路を配置した電荷結合撮像素子の駆動方
   法において、水平有効映像期間内に、奇数番目の行の光
   電変換素子群に対応した映像信号を、第１の垂直シフト
   レジスタより、また、偶数番目の行の光電変換素子群に
   対応した映像信号を第２の垂直シフトレジスタより、１
   行ごと交互に、水平シフトレジスタに読み出し、さらに
   出力回路に水平転送して、順次走査信号を得ることを特
   徴とする電荷結合撮像素子の駆動方法。