JPH04137888A - 固体撮像素子及びその駆動方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えばカラービデオカメラ等に使用される
単板式の固体撮像素子及びその駆動方法の改良に関する
。

（従来の技術） 周知のように、単板式の固体撮像素子としては、一般に
、フィールド蓄積型の構成で色差順次方式を採用したも
のが広く使用されている。この色差順次方式は、第６図
に示すような配列の色フィルタアレイを用い、その垂直
方向に隣接する２画素の信号を加算する組み合わせを、
奇数フィルトと偶数フィールドとて変えることにより、
インターレース動作か行なわれる。すなわち、１フイー
ルドにおいて、固体撮像素子から、（Ｇ＋Ｃ−２Ｇ＋Ｂ
）、（Ｍ＋Ｙ−２Ｒ＋Ｇ十Ｂ）が交互に得られるライン
と、（Ｍ　＋　Ｃ−Ｒ十Ｇ　＋　２　Ｂ　）　。

（Ｇ＋Ｙ−Ｒ＋２Ｇ）か交互に得られるラインとか交互
に繰り返されることになる。そして、これら４つの信号
（Ｇ＋Ｃ）　　　（Ｍ十Ｙ）（Ｍ＋Ｃ）、（Ｇ＋Ｙ）の
］次結合により、３原色信号（Ｒ，Ｇ、Ｂ）を再現する
ことかでき、カラーテレビンヨン信号を生成する二とか
可能となる。

ところで、この色差順次方式の主たる長所は、全画素の
情報を１フイ一ルド期間内で読み出すために、感度を落
とすことなく時間軸上の解像度を高めることかできるこ
とである。また、この方式の短所としては、垂直方向に
隣接する２画素の信号を加算して取り出すため、垂直方
向のアパーチャか広がりナイキスト限界附近の変調度の
低下、つまり垂直解像度の低下を招くことである。

そこで、上述した長所を損なうことなく、垂直解像度を
向上させる方法として、従来より、全画素独立２線読み
出し型の固体撮像素子が考えられている。この固体撮像
素子は、第７図（ａ）に示すように、垂直及び水平方向
に配列されそれぞれが画素を構成するフルフレーム分の
数を有する光電変換素子１１．１１．　　・・・・と、
この光電変換素子１１．１１．・・・・にそれぞれ対応
して設けられ該光電変換素子１１．１１．・・・・に蓄
積された電荷か転送されるとともに、この転送された電
荷を垂直方向に転送可能な複数の垂直転送素子］２］２
．・・・と、この複数の垂直転送素子］２１２、・・−
て垂直転送された電荷か１ライン分づつ順次転送され、
それぞれかこの転送された電荷を水平方向に転送可能な
２ライン分の水平転送段１Ｂ、１．４と、この水平転送
段１３．１４から出力された各ラインの信号をそれぞれ
増幅する増幅器１５．１６と、この増幅器１５．１６か
ら出力される信号を取り出す出力端子１７．１８とから
構成されている。

そして、偶数フィールドの場合において、第７図（ａ）
に示すように光電変換素子１］、、１．１こ蓄積された
電荷１〜７は、同図（ｂ）に示すように対応する垂直転
送素子１２，１２゜に−斉に転送される。その後、垂直
転送素子１２１２、・・・の電荷は、第７図（Ｃ）に示
すように１ライン分垂直転送されて水平転送段１３に転
送され、引き続き、同図（ｄ）に示すように１ライン分
垂直転送されて水平転送段１３．１４に転送され、この
水平転送段１３．１４に転送された２ラインの信号か、
−斉に増幅器１５．１．６を介して出力端子］、７．１
８に出力される。以下、同様に、垂直転送素子１２　〕
２　・への電荷か２ライン分づつ順次垂直転送されて、
各水平転送段１．３．１４から出力される動作か繰り返
されるものである。

また、奇数フィールドの場合において、第８図（ａ）に
示すように光電変換素子１１．．１．１゜に蓄積された
電荷１〜７は、同図（ｂ）に示すように対応する垂直転
送素子１．２，１．２　　・・・に−斉に転送された後
、垂直方向に１ライン分転送される。その後、垂直転送
素子１２．１．２の電荷は、第８図（ｃ）に示すように
１ライン分垂直転送されて水平転送段１３に転送され、
引き続き、同図（ｄ）に示すように１ライン分垂直転送
されて水平転送段１３．１．４に転送され、この水平転
送段１３．１４に転送された２ラインの信号か、−斉に
増幅器１５．１．６を介して出力端子１７．１８に出力
される。以下、同様に、垂直転送素子１２，１２．　　
・・・・の電荷か２ライン分つつ順次垂直転送されて、
各水平転送段１３〕４から出力される動作か縁り返され
るものである。

しかしながら、上記のような従来の固体撮像素子及びそ
の駆動方法では、第９図に示すような垂直方向に２画素
周期の色フィルタアレイを使用した場合に、奇数フィー
ルドと偶数フィールドとて、出力端子１７．１８から取
り出される信号の色の組み合わせが逆転することになる
。このため、第１０図に示すように、固体撮像素子１９
から得られる２つの出力１．２を、フィールド周期で切
換制御されるスイッチ２０．２１を介して、信号処理回
路２２に導くようにする必要か生しる。さらに、増幅器
５，１６の利得にばらつきかある場合には、例えば一方
の出力２をアッテネータ２３によって利得調整する必要
も生しるものである。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の固体撮像素子及びその駆動方法で
は、垂直方向に２画素周期の色フィルタアレイを使用し
た場合、出力される色の組み占わせかフィールド毎に逆
転するため、それを補正するために、フィールド周期で
切換制御されるスイッチ等を設ける必要かあるという問
題を有している。

そこで、この発明は上記事情を考慮してなされたもので
、垂直方向に２画素周期の色フィルタアレイを使用した
場合でも、２つの出力に表われる色の絹み合わせか、奇
数フィールドと偶数フィールドとにかかわらす一定にな
るようにした極めて良好な全画素２線読み出し型の固体
撮像素子及びその駆動方法を提供することを目的とする
。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） まず、この発明に係る固体撮像素子は、水平及び垂直方
向に配列されそれぞれが画素を構成する複数の光電変換
素子と、この複数の光電変換素子上に形成され垂直方向
に２画素周期の色フィルタアレイと、複数の充電変換素
子から出力される電荷か転送され、全画素の電荷を垂直
方向に転送する複数の垂直転送素子と、この複数の垂直
転送素子から２ライン分の電荷か転送されて２つのライ
ン出力を発生する水平転送段とを備えたものを対象とし
ている。

そして、複数の垂直転送素子と水平転送段との間に、相
互間で巡回式に電荷転送か可能な複数の電荷蓄積部を有
し、垂直転送素子から電荷蓄積部への電荷転送及び該電
荷蓄積部から水平転送段への電荷転送か可能な複数の巡
回型転送段を介在させるように構成したものである。

また、この発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、上述
した構成の固体撮像素子を、第１のフィルトでは、垂直
転送素子から巡回型転送段に転送された電荷を、そのま
まの垂直転送順序で水平転送段に転送し、第２のフィー
ルドでは、垂直転送素子から巡回型転送段に転送された
電荷を巡回させ、その次に垂直転送素子から巡回型転送
段に転送された電荷と垂直転送順序を逆に１７で水平転
送段に転送させるように駆動させている。

（作用） 上記のような手段によれば、複数の垂直転送素子と水平
転送段との間に複数の巡回型転送段を介在させ、第１フ
イールドと第２フイールドとで電荷の垂直転送順序を逆
にして水平転送段に供給するようにしたので、垂直方向
に２画素周期の色フィルタアレイを使用した場合でも、
２つの出力に表われる色の組み合わせを、奇数フィール
ドと偶数フィールドとにかかわらす一定にすることかで
きる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。第１図（ａ）において、第７図（ａ）と同
一部分には同一符号を付して示している。すなわち、垂
直転送素子１２．１２・・・と水平転送段１３との間に
、水平方向の画素数分の巡回型転送段２４，２４．・・
　を設けるようにしたことか、従来と異なる部分である
。この巡回型転送段２４，２４．・・・・・は、その１
つを例にとって説明すると、２つの電荷蓄積部２４ａ。

２４ｂとこれら電荷蓄積部２４ａ、２４ｂ間で電荷の転
送を行なうだめの電荷転送路２４（２４ｄとを有してい
る。

そして、垂直転送素子１．２．１２．・・から垂直転送
された電荷は、電荷転送路２４Ｃを介して電荷蓄積部２
４ａに転送される。また、電荷蓄積部２４ａに転送され
た電荷は、電荷転送路２４ｄを介して水平転送段１３に
転送することと、電荷転送路２４ｄを介して電荷蓄積部
２４ｂに転送することとか選択的に可能である。さらに
、電荷蓄積部２４ｂに転送された電荷は、電荷転送路２
４ｃを介して電荷蓄積部２４ａに転送することか可能で
ある。

ここで、偶数フィールドの場合において、第１図（ａ）
に示すように光電変換素子１１，１１゜・・に蓄積され
た電荷１〜７は、同図（ｂ）に示すように対応する垂直
転送素子１２，１２．・・・・・に−斉に転送される。

その後、垂直転送素子１２〕２．・・の電荷は、第１図
（ｃ）に示すように１ライン分垂直転送されて、その垂
直転送素子１２．１２．・・・・の最下段の電荷１が、
巡回型転送段２４，２４．　　・・の電荷転送路２４ｃ
２４ｃ、・・・・を介して、電荷蓄積部２４ａ２４ａ、
・・・・に転送される。さらに、引き続き、第１図（ｄ
）に示すように１ライン分垂直転送されて、電荷蓄積部
２４ａ、２４ａ、・・・・・・に転送された電荷１か、
電荷転送路２４ｄ、２４ｃｌ、・・・・・を介して水平
転送段１３に転送されるとともに、垂直転送素子１２，
１２．・・の最下段の電荷２か、巡回型転送段２４，２
４．・・・・の電荷転送路２４ｃ、２４ｃ、・・・・・
・を介して、電荷蓄積部２４ａ、２４ａ、　　・・・・
・に転送される。

その後、第１図（ｅ）に示すように水平転送段１３に転
送された電荷１が水平転送段１４に転送されるとともに
、電荷蓄積部２４ａ、２４ａ・・・・・・に転送された
電荷２か、電荷転送路２４ｄ。

２４ｄ、・・・・を介して水平転送段１３に転送される
。なお、この第１図（ｄ）から（ｅ）への移行時には、
垂直転送素子１．２，１２．・・・・・の最下段の電荷
３は、巡回型転送段２４，２４．・・・・に転送されな
い。そして、水平転送段１ｔ、１．４の２ラインの信号
か、−斉に増幅器１．５．１６を介して出力端子１．７
．１８に出力される。以下、同様にして、垂直転送素子
１２．１２．・・・・の電荷が２ライン分づつ順次水平
転送段１３．１４に転送されて、各水平転送段１．３．
１４から出力される動作か繰り返されるものである。

一方、奇数フィールドの場合において、第２図（ａ）に
示すように光電変換素子１１．１１・・・・・・に蓄積
された電荷１〜７は、同図（ｂ）に示すように対応する
垂直転送素子１２．１２．・・・・・に−斉に転送され
るとともに、垂直方向に１ライン分転送され、垂直転送
素子１２，１．２．・・・・・の最下段の電荷１が、巡
回型転送段２４．２４゜・・・の電荷転送路２４ｃ、２
４ｃ、・・・・・を介して、電荷蓄積部２４ａ、２４ａ
、・・・・に転送される。

その後、巡回型転送段２４　２４．・・・・・及び垂直
転送素子１２．１２．　　・・・・・の各電荷は、第２
図（Ｃ）に示すように１ライン分垂直転送されて、電荷
蓄積部２４ａ、２４ａ、・・・・・の電荷１か、電荷転
送路２４ｄ、２４ｄ、・・・・・・を介して水平転送段
１３に転送されるとともに、垂直転送素子１２１２、・
・・・・の最下段の電荷２が、巡回型転送段２４．２４
．・・・・・の電荷転送路２４ｃ、２４ｃ・・を介して
、電荷蓄積部２４ａ、２４ａ、・・・・・に転送される
。

次に、第２図（ｄ）に示すように、電荷蓄積部２４ａ、
２４ａ、　・・・・・の電荷２か、電荷転送路２４ｄ、
２４ｄ、・・・を介して電荷蓄積部２４ｂ２４ｂ１・・
・・に転送されるとともに、垂直転送素子１２．１２．
・・・・・・の電荷が１ライン分垂直転送されて、その
垂直転送素子１２，１２．・・・・・・の最下段の電荷
３が、巡回型転送段２４，２４．・・・・・の電荷転送
路２４ｃ、２４ｃ、・・・・・・を介して、電荷蓄積部
２４１，２４ａ、・・・・・に転送される。その後、第
２図（ｅ）に示すように、水平転送段１３の電荷１が水
平転送段１４に転送され、電荷蓄積部２４ａ、２４ａ、
・・・・・・の電荷３が、電荷転送路２４ｄ、２４ｄ、
・・・・・・を介して水平転送段１３に転送されるとと
もに、電荷蓄積部２４ｂ。

２４ｂ　　・・・・・・の電荷２か、電荷転送路２４ｃ
２４Ｃ１・・・・を介して電荷蓄積部２４ａ、２４ａ・
・・・・に転送される。

そして、第２図（ｆ）に示すように、水平転送段１４の
電荷１がインターレースのために捨てられ、水平転送段
１３の電荷３か水平転送段１４に転送されるとともに、
電荷蓄積部２４ａ、２４ａ・・・・・の電荷２か電荷転
送路２４ｄ、２４ｄ、・・・・・・を介して水平転送段
１３に転送され、水平転送段１３．１４の２ラインの信
号が、−斉に増幅器１５．１６を介して出力端子１７．
１８に出力される。以下、同様にして、垂直転送素子１
２１２、・・・・・・の電荷が２ライン分づつ逆順に水
平転送段１３．１４に転送されて出力される動作か繰り
返されるものである。

したかって、上記実施例によれば、垂直転送素子１２，
１２．　・・・・と水平転送段１Ｂとの間に、水平方向
の画素数分の巡回型転送段２４．２４・・・を設け、奇
数フィールドにおいて、垂直方向に隣接する画素の電荷
を逆順にして水平転送段１３．１４に転送するようにし
たので、水平転送段１３．１４から得られる２つの出力
に表われる色の組み合わせを、奇数フィールドと偶数フ
ィルトとにかかわらす一定にすることかできるものであ
る。

ここで、第３図は、上記実施例における色信号と出力ラ
インとの関係を示している。すなわち、先に第９図に示
した従来例に比して、奇数フィールドの出力順序か逆に
なっていることかわかる。

また、この発明は、第３図に示したような配列の色フィ
ルタアレイを使用する場合たけてなく、例えば第４図（
ａ）〜（Ｃ）に示すような垂直方向に２画素周期を持つ
配列の色フィルタアレイ全てに対して適用できることは
もちろんである。

次に、第５図は、上記実施例の変形例を示しており、充
電変換素子１１．１１．、・・・に重ねて色フィルタア
レイの配色を示している。すなわち、これは、水平方向
に隣接する２画素分の巡回型転送段２４．２４．・・・
に対してそれぞれパラレルシリアル変換部２５，２５．
−　を設け、水平方向に隣接する２画素分の巡回型転送
段２４２４からそれぞれ出力される電荷をシリアル形式
に変換して、４種類の色（Ｙ、Ｃ，Ｇ　　Ｍ）にそれぞ
れ対応させて設けられた４つの水平転送段２６．２７．
２８．２ｇに順次転送していくことにより、１ラインと
色とを］　１に対応さぜるようにしたものである。なお
、各水平転送段２６２７．２８．２９の信号は、増幅器
３Ｃ１，３１３２，３３を介して、出力端子３４．３５
　３６３７からそれぞれ取り出される。

このように構成した場合には、固体撮像素子の４種類の
出力１，２．３．４をマトリクス回路により１結語合さ
せるだけて、原色信号を再現することかでき上述した実
施例に比してさらに有用となるものである。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することかできる。

［発明の効果コ 以上詳述したようにこの発明によれば、垂直方向に２画
素周期の色フィルタアレイを使用した場合でも、２つの
出力に表われる色の組み合わせか、奇数フィールドと偶
数フィールドとにかかわらず一定になるようにした極め
て良好な全画素２線読み出し型の固体撮像素子及びその
駆動方法を提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれこの発明に係る固体撮像素
子及びその駆動方法の同実施例を示す平面図、第３図は
同実施例の色信号と出力ラインとの関係を説明するため
の図、第４図は色フィルタアレイの具体例を示す平面図
、第５図は同実施例の変形例を示す平面図、第６図は色
フィルタアレイの配列と出力ラインの取り出しを説明す
るための図、第７図及び第８図はそれぞれ従来の固体撮
像素子及びその駆動方法を示す平面図、第９図は同従来
素子の色信号と出力ラインとの関係を説明するための図
、第１０図は同従来素子の出力を信号処理に供する場合
のフィールド切換スイッチの必要性を説明するだめのブ
ロック回路構成図である。 〕１　光電変換素子、１２・・垂直転送素子、１３．１
４・水平転送段、１５．１６・増幅器、１７．１．８　
　出力端子、１９　固体撮像素子、２０．２］・・スイ
ッチ、２２−・信号処理回路、２３・・・アッテネータ
、２４−巡回型転送段、２５・・パラレルシリアル変換
部、２６〜２９・水平転送段、３０〜３３・増幅器、３
４〜３７・出力端子。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （ｅ） 第 図 （ｅ） 第 図 第３ 図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第 図 カ） 図 第９ 図 （Ｃ） （ｂ） （ｄ） （ａ） （Ｃ） 第 図 （ｂン （ｄ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水平及び垂直方向に配列されそれぞれが画素を構
   成する複数の光電変換素子と、この複数の光電変換素子
   上に形成され垂直方向に２画素周期の色フィルタアレイ
   と、前記複数の光電変換素子から出力される電荷が転送
   され、全画素の電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転
   送素子と、この複数の垂直転送素子から２ライン分の電
   荷が転送されて２つのライン出力を発生する水平転送段
   とを備えた固体撮像素子において、前記複数の垂直転送
   素子と水平転送段との間に、相互間で巡回式に電荷転送
   が可能な複数の電荷蓄積部を有し、前記垂直転送素子か
   ら前記電荷蓄積部への電荷転送及び該電荷蓄積部から前
   記水平転送段への電荷転送が可能な複数の巡回型転送段
   を介在させてなることを特徴とする固体撮像素子。
2. （２）第１のフィールドでは、前記垂直転送素子から前
   記巡回型転送段に転送された電荷を、そのままの垂直転
   送順序で前記水平転送段に転送し、第２のフィールドで
   は、前記垂直転送素子から前記巡回型転送段に転送され
   た電荷を巡回させ、その次に前記垂直転送素子から前記
   巡回型転送段に転送された電荷と垂直転送順序を逆にし
   て前記水平転送段に転送させるようにしたことを特徴と
   する請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。