JPS5847377A - フレ−ム・トランスフア−型撮像装置 - 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】 本発明はフレーム・トランス・ファー・タイプの固体撮
像素子（以下ＣＣＤと略す）に関するものであり、特に
高解像静止画と動画の両撮影に共用できる固体撮像素子
構造に関するものである。

従来フレーム転送型の、エリア・センサでは撮像部の縦
方向のセル数はＮＴＳＣ方式の場合走査線本数５２５本
の約半分の２４５セルからなり、またそれぞれの各セル
は感光と転送の機能をもたせている関係上一度に蓄積で
きる絵素数は２４５、すなわち１フイ一ルド分であり、
この１フイ一ルド分の信号電荷を読み出したあと各セル
の有効な感光領域を移動して撮像し、この１フイ一ルド
分を次に読み出すという、インクレース動作をさせて、
１フレ一ム分の画像を得ていた。

この様な方式はＮＴＳＣのテレビジョン方式ときわめて
マツチしたものであり、セル数は少な（・にもかかわら
ず解像力の優れた画質が得られる特徴を有する。

一方近年になってビデオ・スチル・カメラあるいはビデ
オ・フォトグラフィーと呼ばれる従来の銀塩フィルムの
代わりにＣＣＤ等撮像素子を用いて撮像し、それを磁気
記録しようという研究、開発が行なわれる様になった。

この様なシステムに従来のフレーム転送型のエリア・セ
ンサを使用した場合には、高画質を得るために１フレー
ム記録しようとすると時間的に少しずつずれた、テレビ
信号レートで考えると１７６０秒ずれた２つのフィール
ドから構成されることになり動きのある被写体を撮像し
た場合には、見苦しい画像しか得られず、この様な現象
をさげて１フイールド記録にすると、垂直方向の解像度
が約半分に落ちてしまうという欠点を有していた。

本発明は、従来のその様な欠点を改善し、ビデオ・スチ
ル・カメラに適したフレー・ム記録が可能であり、かつ
通常のテレビ動作も可能としたＣＣＤ等撮像装置の構造
を提供するものである。

以下、本発明を図面を用いて実施例と共に説明する。第
１図は、本発明に係るフレーム転送型ＣＣＤの構成を示
す図である。図中の１はフレーム転送型ＣＣＤの撮像部
である。この撮像部は、例えば、ＮＴＳＣ方式の場合、
垂直方向のセル数は、走査線本数とほぼ等しい数、４９
０程度に設定される。すなわち従来のフレーム転送型Ｃ
ＣＤの約倍のセル数を有している。水平方向のセル数は
、通常３９０あるいは５７０程度と、カラーサブキャリ
ア周波数に対応した数が採用される。

第１図では、その内のそれぞれ９素子および４素子だけ
を示している。又、図中２は、この撮像部に、受光、転
送をさせるための電圧を加えるための電極である。３は
蓄積部であり垂直方向のセル数は撮像部の１／２程度よ
りなり、また水平方向のセル数は撮像部と等しくなって
いる。したがってこの蓄積部は従来のフレーム転送型Ｃ
ＯＤと略同等の数より構成されている。４は電荷を転送
するための電圧が印加される電極である。５は水平転部
として構成されている。６はこの水平転送レジスタ５の
電荷を転送するための電圧を印加する電極である。７は
水平転送レジスタ５より転送された電荷を電圧出力に変
換するアンプである。

電荷の転送方法には、従来より、単相駆動、２相駆動、
３相駆勧、４相駆動等い（つかの方法があり、本発明の
ＣＣＤの構成では、そのいずれをも採用し得るものであ
るが、単相駆動方法としては例えば特開昭５５−１１３
９４号公報に記載されている様な方法であれば良い。

第２図は本発明に係る撮像装置の平面模式図で図中２０
は水平方向のセル間の電荷もれを防止するためのチャネ
ル・ストップ、斜線部２１は撮像部のポリ・シリコン電
極を示し、この電極はシリコン中のポテンシャル状態の
異なる第１の領域（１）と第２の領域（ＩＩ）とから成
っている。

２２はシリコン中に形成されている仮想電極であ（［１
）およ偽（ｌＶ）の領域を形成している。

この第１〜第４領域から垂直方向の１セルが構成されて
いる。

２４．２５はそれぞれ撮像部の２１　、、２２と同様に
構成されている。

第３図は、第２図に示した構成のＣＣＤの内部のポテン
シャル状態を示した図である。

３０は、第２図中２１に相当する撮像部のポリシリコン
電極であり、撮像部のポリシリコン′醒極は全て共通に
接続され、電荷転送のための電圧が印加される様になっ
ている。このポリシリコン電極３０の下は第２・図で説
明したごとく第１．第２のポテンシャル領域に分かれて
おり、第１の領域は第２の領域よりポテンシャル状態が
高くなっているＯ 図における実線はポリシリコン電極３０が負電位の高い
状態を示し、点線は、ポリシリコン電極３０の電位がわ
ずかに負または正の状態のポテンシャルをそれぞれ示す
。

第２図の仮想電極部２２のポテンシャルは、第３図に示
すごとく第３の領域の方が第４の領域よりわずかにポテ
ンシャルが高くなっている。またこの部分のポテンシャ
ルは電極３０にかける電圧には依存せず、常に一定に保
たれている。したがってポリシリコン電極に一定の電圧
を印加すれば電荷が蓄積され、パルス状の電圧を印加す
る事によって電荷は順次転送されていく。

第６図中５２は蓄積部のポリシリコン電極を示している
。この蓄積部の内部ポテンシャルは撮像部と略同様に形
成されている。

尚、撮像部のポテンシャルの第１〜第４鎮域に対応して
Ｉ’、ｎ’、■’、ＩＶ’と示す。

第３図中３３は水平転送レジスタを示し、チャネル・ス
トップで片側がと・じられている。

第３図中３４はチャネル・ストップ部のポテンシャル状
態を示している。

次に第１〜第５図に基づき電荷の動きについて説明する
。

撮像部で蓄積された電荷は、ポリシリコン電極３０にパ
ルス電圧を印加することにより転送され第２図中２５の
第４のポテンシャル領域に入る。

このときポリシリコン電極３０にわずかに負または正の
電位が印加されると、第３図の実線で示すポテンシャル
状態となり、第４の領域の電荷は第１の領域を通じて第
２の領域に入る。次いで、この電極３０に負の高い電位
を印加すると、第２の領域にあった電荷はｍ′領領域通
じて■′領領域転送される。このとき蓄積部のポリシリ
コン電極３２に）わずかに負または、正の電位が印加さ
れると、との■′領領域り、１′、ｎ′領領域ポテンシ
ャルが下がり■′領領域あった電荷は■′領領域転送さ
れることになる。これを順次くりかえして蓄積部に転送
された電荷は蓄積部のポリシリコン電極３２にパルス状
の電圧を印加することにより水平転送レジスタまで転送
され、次いで同様な機構で水平転送レジスタを通じて外
部に読み出すことが可能である０ 次いで、実際のカメラとして動作させるときの動作につ
いて、第４図（ａ）　、　（ｂ）を用いて説明する。

第４図（ａ）は、静止画を得る為のビデオスチル・カメ
ラとして動作させるときの動作状態図、第４図（ｂ）は
、従来の連続画を撮る為のビデオ・カメラとして動作さ
せるときの状態図をそれぞれ示す。

第４図（ａ）の（ａ−１）の状態は露光動作直前に暗電
流等により蓄積されていた不要電荷をアンチブルーミン
グ・ドレインを通じて、または、高速でＣＣＤを動作さ
せてクリアするオール・クリアの状仲を示している。次
いで不図示のシャッタが開き、露光状態または撮像部の
蓄積状態（ａ−２）の状態に移る。

シャッタが閉じた後、（ａ−３）の状態に５つり蓄積電
荷は例えば、第１図中（１、１）、（１，２）。

（１，３）、（１，４）に蓄積された信号電荷は［４、
１）。

［４，２）、（４，３）、（４，４）へ、（２，１）、
（２゜２）、（２，３）、（２，４）に蓄積された信号
電荷は（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４
）へ他の絵素に蓄積された信号電荷も同様にシフトされ
る。これを順次（りかえし、水平レジスタより（１，１
）。

（１，２）、（１，３）、（１，４）；（２，１）、（
２，２）。

（２，３）・・・・・、（８，３）、（８，４）；（９
，１）、（９゜２）、（９，３）、（９，４）の順で信
号電荷は時系列信号として出力することができる。この
場合（１゜１）から（４，４）までの信号電荷が（１，
１）から［４，４）へ移動するまでは読み出し周波数と
は異なる周波数で転送することも可能である。

以上のような動作により、同一の蓄積時点での１フレ一
ム分の静止画像信号を得ることができる。

次いで−この素子を通常の連続撮影用のビデオ・カメラ
として動作させるときの動作について説明する。第４図
（ｂ）の（ｂ−１）の状態は（ａ）の（ａ−１）の動作
に相当するオール・クリア状態を示す。

しかしこの動作は必要不可欠のものではない。

又、この場合はシャッタは必要なく、蓄積と読み出しを
交互に（り返す動作となる。（ｂ−２）　。

（ｂ−２）’・・・は蓄積状態をそれぞれ示し、ダラシ
記号は第２フイールド目を示している。すなわち（ｂ−
２）で蓄積された電荷（ｂ−３）で読み出され、（ｂ−
２）’で蓄積された電荷は（ｂ−３）’でそれぞれ読み
出されるわけである。

（ｂ−４）の状態は、撮像部に蓄積された電荷が蓄積部
へ転送される状態を示す。

この本発明によるフレーム転送型ＣＣＤは撮像部の垂直
方向のセル数が４９０あり、蓄積部のセル数が２４５な
ので通常のフレーム転送型ＣＣｌ）　トはこの撮像部か
ら蓄積部へ移すときの動作およびインターレス方法が、
異なっている。この動作について第１図を用いて説明す
る。

先ず最初のフィールドでは、（１，１）、（１，２）。

（１，３）、（１，４）　　に蓄積された電荷が蓄積部
３の（４，１）、（４，２）、（４，３）、（４，４）
　　へ転送される。次いで（２，１）、（２，２）、（
２，３）、（２゜４）の電荷が同様にして（４，１）、
［４，２］、（４゜３）、（４，４）へ転送される。こ
のとき蓄積部へはパルス電圧位印加せず、前のものがそ
のまま残っている様にすれば、このセルにおいて撮像部
の２列が加算されることになる。次いで蓄積部を一行、
転送してから前述したのと同様、撮像部の２行分を転送
する。この様にして最初のフィールドを読み出したあと
、次のフィールドを読み出す際には、加算するセルを一
行ずらし、（２，１）と（３，１）。

（４，１）と（５，１）　　がそれぞれ加算される様に
動作させれば、前のフィールドとインターレスされた信
号を得ることができるわけである。

以上説明した様に、本発明の撮像装置によれば通常の連
続撮り用のビデオ・カメラとしても従来のものとまった
く同様の動作が可能である。

又本発明のフレーム転送型のＣＯＤは、ビデオ・スチル
・カメラ動作においては１フレ一ム分の画像信号が高品
質で得られるという優れた機能を有している。

また、被写体が動かない様な場合には、従来の様に１つ
のセル内でフィールド毎に絵素を移動させるという動作
をさせれば、２フレ一ム分の信号をとり出すことも可能
である。

又、各画素に対応する画像情報を複数の光電変換部の電
荷を組み合わせる事によって得ているので複数のフィー
ルドによリーフレームを形成する場合に画像の細部迄滑
らかなラインを得る事ができる。従ってインターライン
法による撮像が可能となるので１つの撮像素子によりス
チル画像と連続画像とを共に撮像する事ができる効果を
有する。

尚、本発明の実施例では２つずつの光電変換部の電荷を
単に加算しているが重みを付けて加えても良い。又加算
以外の演算を行なう様にしても良い。

又組み合わされるべき光電変換部は２つに限るものでは
なく複数の隣接したものであっても良い事は言５迄もな
い。

以上説明したように、本発明に係る固体撮像素子構造ｔ
−用いるト、ノン・インターレース・１フレーム出力か
ら成る高品位静止画撮影とインターレース・２フイール
ド出力から成る一般動画撮影のどちらにも対応できると
いう画期的な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１同社本発明の実施例の構成概略図、第２図は本発明
の実施例の構成例を示す模式図、第３図は本発明の実施
例の内部ポテンシャル模式第４図（ａｌ　（ｂ）は本発
明を静止画及び動画撮影に用いた場合のシーケンス例を
示す図で（ａ）社静止画撮影の場合のシーケ／スｌＤ％
（ｂＪｔ′ｉ動画撮影時のシーケンス図である。 １・Φ゛・・・撮像部 ３ｅ・・・・蓄積部 ５１１・・・・水平レジスター 手続補正書（方式） 昭和５７年２８（θ蟻 ・、） 特許庁長官　島　田春　樹　　殿 １、事件の表示 昭和５６年　特許願　　第　１４６５８６　　　号２、
発明の名称 フレーム・トランスファー型撮像装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　特許出願大佐　所　東京都
大田区下丸子３−３０−２６、補正の対象 明細書（全文） ７、補正の内容 明細書の浄書（内容に変更なし）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光電変換部の電荷を組み合わせて蓄積する
   事により一画素分の画像信・号を形成する様ニシタフレ
   ーム・艷ランスファー型撮像装置。
2. （２）前記画素を形成する複数の光電変換部とは少なく
   −とも一部が異なる複数の光電変換部の電荷を組み合わ
   せて蓄積する事により異なる画素の画像信号を得る事を
   特徴とする特許請求の範囲第（１）　項記載のフレーム
   ・トランスファー型撮像装置。
3. （３）複数フィールドの画像情報によリーフレーム分の
   画像を得る様にし、各フィールドによって各画素を形成
   する光電変換部の組み合わせを変える様にした事を特徴
   とする特許請求の範囲第（１）　項記載のフレーム・ト
   ランスファー型撮像装置。