JPH04256364A - 固体撮像装置の信号読み出し方法 - Google Patents

固体撮像装置の信号読み出し方法

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JPH04256364A
JPH04256364A JP9117491A JP1749191A JPH04256364A JP H04256364 A JPH04256364 A JP H04256364A JP 9117491 A JP9117491 A JP 9117491A JP 1749191 A JP1749191 A JP 1749191A JP H04256364 A JPH04256364 A JP H04256364A
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JP
Japan
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pulse
signal
solid
light
signal charges
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JP9117491A
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Tadashi Nagagawa
永川　忠示
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/44—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]

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  • Signal Processing (AREA)
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ビデオカメラや画像
入力装置等に使用される固体撮像装置の信号読み出し方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電荷転送手段を用いた２次元固体撮像装
置は現在広く放送用／家庭用ビデオカメラ等に使用され
ている。この２次元固体撮像装置によってテレビジョン
の走査方式に準じて撮像する場合には、テレビジョンに
用いられるような各フレーム周期を２フィールドで表示
する２：１のインターレース方式に対応して、２次元固
体撮像装置側においても２：１インターレース動作を実
施しなければならない。以下、このような２次元固体撮
像装置における２：１インターレース動作をフィールド
蓄積方式によって実現する固体撮像装置の信号読み出し
方法について説明する。図６は、フィールド蓄積方式に
よって２：１インターレース動作を実現する２次元固体
撮像装置の一例としてのインターライン転送方式ＣＣＤ
（電荷結合デバイス）エリア・イメージセンサの構成模
式図である。テレビジョンの画素に対応して格子状に配
列されたホトダイオードやＭＯＳトランジスタ等で構成
された複数の光電変換部１，１，…によって光の強さに
応じて生成された電荷は、垂直ブランキング期間にトラ
ンスファゲート２へゲートパルスが入力されると、垂直
方向に配列された光電変換部１，１，…の列の間に垂直
方向に配置されたＣＣＤからなる垂直転送部３の対応す
る蓄積部３ａ，３ａ，…に一斉に転送される。その後、
光電変換部１，１，…では再び光電変換が行われて光の
強さに応じた信号電荷が蓄積される。上記垂直転送部３
の各蓄積部３ａ，３ａ，…に転送された各光電変換部１
，１，…からの信号電荷は、水平ブランキング期間に、
ＣＣＤから成る水平転送部４の対応する蓄積部（図示せ
ず）に矢印（Ａ）のように１走査線分ずつ順送りに転送
される。さらに、水平転送部４に転送された１走査線分
の信号電荷は、図８のような駆動タイミングに従って矢
印（Ｂ）のように最終段の転送ゲート６に向かって転送
される。そして、最終転送ゲートからの１フィールド分
の信号電荷が１走査線分ずつ順次電荷検出部５に出力さ
れ、増幅器７によって検出された信号が増幅されて標準
の画像信号が得られるのである。図７は図６における水
平転送部４，転送ゲート６，電荷検出部５の断面図に各
部のポテンシャルを付記した図である。
【０００３】ここで、上記フィールド蓄積方式による信
号の読み出しにおける２：１インターレース動作とは次
のような動作である。すなわち、フィールド蓄積方式に
おいては、１回の走査で１フレームを構成する総ての光
電変換部（以下、受光画素と言う）１，１，…に発生し
た信号電荷を読み出すために、図６に示す垂直方向に隣
接する２個の受光画素１ａ，１ｂの組（以下、単に受光
画素組と言う）からの信号電荷を加算して垂直転送部３
を構成する１つの蓄積部３ａに読み出すのである。その
際に、例えば奇数フィールドの場合には受光画素１ａ１
と受光画素１ｂ１からの信号電荷を加算して垂直転送部
３のある１つの蓄積部３ａ１に転送する（図６における
実線の矢印）一方、偶数フィールドの場合には１受光画
素分だけ垂直方向にずらした受光画素１ｂ１と受光画素
１ａ２からの信号電荷を加算して上記蓄積部３ａ１に転
送する（図６における破線の矢印）のである。このため
、奇数フィールドにおける見掛け上の空間サンプリング
点は、図９において細実線で囲まれた各領域３１におけ
る各受光画素組を構成する垂直方向に隣接する２個の受
光画素１ａ，１ｂの中間点（○の中に“１”と記載）と
なるのである。一方、偶数フィールドにおける見掛け上
の空間サンプリング点は、細破線で囲まれた各領域３２
における各受光画素組を構成する垂直方向に隣接する２
個の受光画素１ｂ，１ａの中間点（□の中に“２”と記
載）となるのである。こうして、総ての空間サンプリン
グ点の配列は、図９に示すように各受光画素１，１，…
の配列と同じ間隔を有する格子状となるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図８に示すように、上
記固体撮像装置の信号読み出し方法においては、最終ゲ
ート転送パルスφＨ１’およびリセットパルスφＲのタ
イミングを水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ１および水平ＣＣ
Ｄ駆動パルスφＨ２と同周期で同期したパルスに設定し
ている。 そのため、総ての空間サンプリング点の配列は各受光画
素組を構成する垂直方向に隣接する２個の受光画素の中
間点となる。すなわち、１空間サンプリング点において
得られる信号電荷は、垂直方向に隣接する２個の受光画
素に係る信号電荷を加算したものである。ところで、近
年、固体撮像装置の多受光画素化および光学系サイズの
縮小化が進んで単位受光画素面積が微細になるに従って
、低照度時における光電変換素子の感度特性が理論上光
電変換に伴うショット雑音が支配的になる限界に近付き
つつある。そこで、上述の固体撮像装置の信号読み出し
方法のように、垂直方向に隣接する２個の受光画素１，
１に係る信号電荷を加算して１空間サンプリング点の信
号電荷を得ていたのでは１空間サンプリング点当たりの
絶対信号電荷量が少なく、低照度時におけるＳ／Ｎ比が
低くなって感度特性が悪くなるという問題がある。
【０００５】そこで、この発明の目的は、固体撮像装置
の構成を変更したり外部装置を付加することなく、低照
度時における感度を容易にかつ安価に高めることができ
る固体撮像装置の信号読み出し方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、第１の発明は、各受光画素を構成する光電変換手段に
よって光電変換して得られた信号電荷を電荷転送手段を
用いて転送して読み出す固体撮像装置の信号読み出し方
法において、上記各受光画素に係る信号電荷を読み出す
際に、水平方向に隣接する複数個の受光画素に係る信号
電荷を加算して読み出すことを特徴としている。また、
第２の発明は、上記第１の発明の固体撮像装置の信号読
み出し方法において、信号電荷を加算する際における水
平方向に隣接する複数個の受光画素の組み合わせを周期
的に変化させることによって、見掛け上の空間サンプリ
ング点の配列を周期的に移動させることを特徴としてい
る。
【０００７】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は図６における水平転送部４の本実施例
における駆動タイミングチャートである。さらに、図１
（Ａ）は奇数フィールドに係る駆動タイミングチャート
であり、図１（Ｂ）は偶数フィールドに係る駆動タイミ
ングチャートである。以下、図１，図６および図７に従
って本実施例における信号読み出し方法について詳細に
説明する。本実施例においては、図１における水平転送
部４の駆動タイミングチャートに示すように、転送ゲー
ト６の最終転送電極１４に印加される最終ゲート転送パ
ルスφＨ１’およびリセットトランジスタ２２に印加さ
れるリセットパルスφＲのタイミングを、水平ＣＣＤ駆
動パルスφＨ１および水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ２の２
倍の周期で同期したパルスに設定するのである。そうす
ると、図１（Ａ）の時点（イ）において、水平ＣＣＤ駆
動パルスφＨ１のレベルが“Ｌ”となる一方水平ＣＣＤ
駆動パルスφＨ２のレベルが“Ｈ”のときに、最終ゲー
ト転送パルスφＨ１’のレベルが“Ｌ”となって領域１
８（図７参照）のポテンシャルが細破線のようになる。 したがって、領域１８に保持されていた直前の受光画素
組に係る信号電荷が電荷検出部５の浮遊拡散層２１に転
送されて電圧変換され、増幅器７を通して出力されるの
である。次に、時点（ロ）において、最終ゲート転送パ
ルスφＨ１’のレベルが“Ｈ”になって細実線で示すよ
うに領域１８のポテンシャルが領域２０のポテンシャル
よりも高くなり、領域１８に転送された信号電荷が浮遊
拡散層２１に転送されないようになる。それと同時に、
水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ１のレベルが“Ｈ”となる一
方水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ２のレベルが“Ｌ”となっ
て、各電極１０，１１，１２，１３の領域のポテンシャ
ルが太実線のようになり、領域１６に保持されていた１
組の受光画素組からの信号電荷と領域１５に保持されて
いた他の１組の受光画素組からの信号電荷とが夫々領域
１８と領域１７に転送される。 こうして、上記１組の受光画素組からの信号電荷が領域
１８に保持されるのである。次に、時点（ハ）において
、水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ１のレベルが“Ｌ”となる
一方水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ２のレベルが“Ｈ”とな
って各電極１０，１１，１２，１３の領域のポテンシャ
ルが太破線のようになり、時点（ロ）のときに領域１７
に保持されていた上記他の１組の受光画素組からの信号
電荷が領域１６に転送される。その際に、最終ゲート転
送パルスφＨ１’のレベルは“Ｈ”のままであるから、
時点（ロ）において領域１８に転送された上記１組の受
光画素組からの信号電荷は領域１８に保持されたままで
ある。次に、時点（ニ）において、再度水平ＣＣＤ駆動
パルスφＨ１のレベルが“Ｈ”となる一方水平ＣＣＤ駆
動パルスφＨ２のレベルが“Ｌ”となって、時点（ハ）
のときに領域１６に保持されていた上記他の１組の受光
画素組からの信号電荷が領域１８に転送される。こうし
て、既に時点（ロ）から領域１８に保持されている上記
１組の受光画素組からの信号電荷に、水平方向に隣接す
る上記他の１組の受光画素組からの信号電荷が加算され
るのである。それと同時に、リセットパルスφＲのレベ
ルが“Ｈ”となって、電荷検出部５における浮遊拡散層
２１の電位が基準電位にリセットされる。その後、時点
（ホ）において、最終ゲート転送パルスφＨ１’のレベ
ルが“Ｌ”となり、領域１８に保持されていた２組の受
光画素組からの信号電荷が加算された信号電荷が、電荷
検出部５の浮遊拡散層２１に転送されて電圧変換される
。そして、４個の受光画素１の信号電荷を合計した信号
電荷に基づく電位と基準電位との電位差を表す出力信号
ＯＳが出力される。それと同時に、水平ＣＣＤ駆動パル
スφＨ１のレベルが“Ｈ”となる一方水平ＣＣＤ駆動パ
ルスφＨ２のレベルが“Ｌ”となって、次の水平方向に
隣接する２組の受光画素組に係る信号電荷の転送動作に
入るのである。
【０００８】その結果、上記受光画素組を水平方向に２
組組み合わせた４個の受光画素１からの信号電荷が加算
されて、１空間サンプリング点に係る信号電荷が得られ
る。つまり、本実施例においては、図２に示すように、
奇数フィールドにおける空間サンプリング点は、細実線
で囲まれた各領域４１における垂直方向および水平方向
に隣接する４個の受光画素１，１，…の中間点（○の中
に“１”と記載）となる。一方、偶数フィールドにおけ
る空間サンプリング点は、細破線で囲まれた各領域４２
における垂直方向および水平方向に隣接する４個の受光
画素１，１，…の中間点（□の中に“２”と記載）とな
るのである。その際に、図１（Ａ）と図１（Ｂ）とを比
較することによって分かるように、偶数フィールド時に
おいて最終ゲート転送パルスφＨ１’のレベルを“Ｌ”
にするタイミングとリセットパルスφＲのレベルを“Ｈ
”にするタイミングとを、奇数フィールドの場合よりも
水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ１，φＨ２における１周期分
だけ遅らせるのである。このように、信号電荷を加算す
る際における水平方向に隣接する２組の受光画素組の組
み合わせを奇数フィールドの場合と偶数フィールドの場
合とで１受光画素分ずつ水平方向にずらすことによって
、見掛け上の空間サンプリング点の配置を図２に示すよ
うに斜方格子状にすることができる。こうすることによ
って、空間サンプリング点の配置を図３に示すように単
純な格子状にするよりも変調用変成機能（ＭＴＦ）特性
の劣化を抑制できるのである。このようにして、４受光
画素分の信号電荷を加算して１空間サンプリング点に係
る信号電荷を得ることによって、１空間サンプリング点
における受光領域が広くなった分だけ信号電荷量を多く
してＳ／Ｎ比を向上できる。すなわち、低照度時の場合
に、画像の解像度をある程度犠牲にすることによって高
い感度を得ることができるのである。
【０００９】図２および図３は同一フィールド内の各走
査線上における各走査毎の空間サンプリング点の配列を
常に同じにした場合の空間サンプリング点配列図である
が、図４および図５は同一フィールド内の各走査線上に
おける空間サンプリング点の配列を各走査毎にずらした
場合の空間サンプリング点配列図である。但し、図中の
番号は走査番号を表す。ここで、図４は同一フィールド
内における空間サンプリング点の配列を同じにした場合
であり、図５は同一フィールド内における空間サンプリ
ング点の配列を隣接する走査線毎に水平方向に１受光画
素分だけずらした場合である。いずれの場合も、１フレ
ームにおける総ての空間サンプリング点の配列は受光画
素１の配列と同じ間隔の格子状となるので、図２や図３
に示す空間サンプリング点の配列の場合に生ずる水平方
向の解像度の劣化を少なくすることができるのである。 ただし、ある一つの空間サンプリング点、例えば奇数フ
ィールドにおける走査番号“１”の空間サンプリング点
４３，４４に係る信号電荷がサンプリングされてから、
同じ空間サンプリング点４３，４４に係る信号電荷がサ
ンプリングされるまで４フィールドに相当する時間を必
要とするので、動きの大きな被写体の場合には解像度が
やや劣化する。
【００１０】上述のように、本実施例においては、２次
元固体撮像装置であるインターライン転送方式ＣＣＤエ
リア・イメージセンサにおける各受光画素組からの信号
電荷をサンプリングする際に、水平転送部４の駆動タイ
ミングチャートにおける最終ゲート転送パルスφＨ１’
およびリセットパルスφＲのタイミングを水平ＣＣＤ駆
動パルスφＨ１および水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ２の２
倍の周期で同期したパルスに設定している。したがって
、出力端子８から出力される出力信号ＯＳは水平方向に
隣接する２組の受光画像組からの信号電荷を加算した信
号電荷に基づく信号となる。このように、２組の受光画
素組からの信号電荷を加算することによって、輝度信号
成分のＳ／Ｎ比を向上（例えば、２組の受光画素組から
の信号電荷を加算すればショット雑音は３ｄＢ改善され
る）して低照度時においても高感度を得ることができる
のである。 但し、この場合、１空間サンプリング点における受光領
域が広くなった分だけ水平解像度は減少するので、解像
度をある程度犠牲にしなければならない。ところが、人
間の眼も低照度時には解像度が低下するという特性を有
するので、この場合は余り問題とはならないのである。 さらに、本実施例においては、上記受光画素組を構成す
る垂直方向に隣接する２個の受光画素１の組み合わせを
奇数フィールドと偶数フィールドとで垂直方向にずらし
て２：１インターレース方式による映像信号を得る際に
、信号電荷を加算する水平方向に隣接する２組の受光画
像組の組み合わせを各フィールド間または各フィールド
内における隣接走査線間で周期的に変化させるようにし
ている。換言すれば、各フィールド間における見掛け上
の空間サンプリング点の配列、あるいは、各フィールド
内の隣接走査線間における見掛け上の空間サンプリング
点の配列を周期的に移動させるようにしている。したが
って、ＭＴＦ特性の劣化を抑制することができる。すな
わち、本実施例によれば、インターライン転送方式ＣＣ
Ｄエリア・イメージセンサの構成を変更したり外部装置
を付加したりすることなく、低照度時における感度を容
易にかつ安価に高めることができると共に、ＭＴＦ特性
の劣化を抑制できるのである。
【００１１】上記実施例においては最終ゲート転送パル
スφＨ’およびリセットパルスφＲのタイミングを水平
ＣＣＤ駆動パルスφＨ１および水平ＣＣＤ駆動パルスφ
Ｈ２の２倍の周期で同期したパルスにして、水平方向に
隣接する２組の受光画素組の信号電荷を図７における領
域１８に蓄積するようにしている。しかしながら、この
発明はこれに限定されるものではなく、リセットパルス
φＲのタイミングのみを水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ１お
よび水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ２の２倍の周期で同期し
たパルスにして、より簡単に感度向上を図ってもよい。 上記実施例においては、最終ゲート転送パルスφＨ１’
およびリセットパルスφＲのタイミングを水平ＣＣＤ駆
動パルスφＨ１および水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ２の２
倍の周期で同期したパルスに設定することによって、水
平方向に隣接する２組の受光画像組からの信号電荷を加
算するようにしている。しかしながら、この発明はこれ
に限定されるものではなく、最終ゲート転送パルスφＨ
１’およびリセットパルスφＲのタイミングを水平ＣＣ
Ｄ駆動パルスφＨ１および水平ＣＣＤ駆動パルスφＨ２
の３倍以上の周期で同期したパルスに設定することによ
って、水平方向に隣接する３組以上の受光画像組からの
信号電荷を加算するようにしても何等差し支えない。上
記実施例においては、水平転送部４を２電極セルＣＣＤ
として説明しているが、この発明はこれに限定されるも
のではない。上記実施例においては、インターライン転
送方式ＣＣＤエリア・イメージセンサを例に説明してい
るが、この発明に係る固体撮像装置はこれに限定される
ものではない。
【００１２】
【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
固体撮像装置の信号読み出し方法は、各受光画素を構成
する光電変換手段によって光電変換して得られた信号電
荷を読み出す際に、水平方向に隣接する複数個の受光画
素に係る信号電荷を加算して読み出すので、固体撮像装
置の構成を変更したり外部装置を付加したりすることな
く、低照度時における感度を容易にかつ安価に高めるこ
とができる。また、第２の発明の固体撮像装置の信号読
み出し方法は、第１の発明の固体撮像装置の信号読み出
し方法において、信号電荷を加算する際における水平方
向に隣接する複数個の受光画素の組み合わせを周期的に
変化させるようにしたので、見掛け上の空間サンプリン
グ点の配列を周期的に移動させることができ、第１の発
明の効果に加えてＭＴＦ特性の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の固体撮像装置の信号読み出し方法に
係る水平転送部の駆動タイミングチャートの一例を示す
図である。
【図２】図１に示す駆動タイミングチャートによって得
られる各フィールドにおける空間サンプリング点の配列
を示す図である。
【図３】図２と異なる空間サンプリング点の配列を示す
図である。
【図４】図２および図３と異なる空間サンプリング点の
配列を示す図である。
【図５】図２，図３および図４と異なる空間サンプリン
グ点の配列を示す図である。
【図６】固体撮像装置の一例としてのインターライン転
送方式ＣＣＤエリア・イメージセンサの構成模式図であ
る。
【図７】図６に示すインターライン転送方式ＣＣＤエリ
ア・イメージセンサにおける水平転送部の転送ゲート付
近の断面図である。
【図８】従来の固体撮像装置の信号読み出し方法に係る
水平転送部の駆動タイミングチャートを示す図である。
【図９】図８に示す駆動タイミングチャートによって得
られる空間サンプリング点の配列を示す図である。
【符号の説明】
１…受光画素（光電変換部）、　　　　　　　　３…垂
直転送部、４…水平転送部、　　　　　　　　　　　　
　　　　　　５…電荷検出部、１０，１１，１２，１３
…電極、　　　　　　　１４…最終転送電極、２１…浮
遊拡散層、　　　　　　　　　　　　　　２２…リセッ
トトランジスタ、４１…奇数フィールド領域、　　　　
　　　　４２…偶数フィールド領域。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　各受光画素を構成する光電変換手段に
    よって光電変換して得られた信号電荷を電荷転送手段を
    用いて転送して読み出す固体撮像装置の信号読み出し方
    法において、上記各受光画素に係る信号電荷を読み出す
    際に、水平方向に隣接する複数個の受光画素に係る信号
    電荷を加算して読み出すことを特徴とする固体撮像装置
    の信号読み出し方法。
  2. 【請求項２】　　請求項１に記載された固体撮像装置の
    信号読み出し方法において、信号電荷を加算する際にお
    ける水平方向に隣接する複数個の受光画素の組み合わせ
    を周期的に変化させることによって、見掛け上の空間サ
    ンプリング点の配列を周期的に移動させることを特徴と
    する固体撮像装置の信号読み出し方法。
JP9117491A 1991-02-08 1991-02-08 固体撮像装置の信号読み出し方法 Pending JPH04256364A (ja)

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DE69218990T DE69218990T2 (de) 1991-02-08 1992-02-07 Ein Verfahren zum Auslesen von Signalen aus einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
KR1019920001807A KR960003207B1 (ko) 1991-02-08 1992-02-08 고체촬상장치의 신호판독방법
US08/439,445 US5592219A (en) 1991-02-08 1995-05-11 Method of reading out signals for a solid-state imaging device

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