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JPH0245873B2 - - Google Patents
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JPH0245873B2 - - Google Patents

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JPH0245873B2
JPH0245873B2 JP58107098A JP10709883A JPH0245873B2 JP H0245873 B2 JPH0245873 B2 JP H0245873B2 JP 58107098 A JP58107098 A JP 58107098A JP 10709883 A JP10709883 A JP 10709883A JP H0245873 B2 JPH0245873 B2 JP H0245873B2
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spatial sampling
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JP58107098A
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Japanese (ja)
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Inventor
Yukio Endo
Nozomi Harada
Okio Yoshida
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/48Increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、半導体基板上に二次元配列された感
光部を有する限られた画素数の固体撮像素子を用
いて解像度の高い画像を得る固体撮像装置に関す
る。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to solid-state imaging that obtains high-resolution images using a solid-state imaging device having a limited number of pixels and having photosensitive parts arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate. Regarding equipment.

[発明の技術的背景とその問題点] CCDなどの固体撮像素子は従来の撮像管とく
らべ小型、軽量、高信頼性という特徴を有し、ま
た特性面では図形歪がなく、残像が小さく、焼付
きがないなど多くの利点を有している。このため
工業用テレビカメラ、家庭用ビデオカメラ、銀塩
フイルムを用いない電子カメラなど、その応用は
広く、今後更に拡大されると考えられる。
[Technical background of the invention and its problems] Solid-state image sensors such as CCDs have the characteristics of being smaller, lighter, and more reliable than conventional image pickup tubes.In terms of characteristics, they also have no shape distortion, small afterimages, and It has many advantages such as no burn-in. Therefore, its applications are wide, including industrial television cameras, home video cameras, and electronic cameras that do not use silver halide film, and are expected to expand further in the future.

第1図は代表的なインターライン転送形CCD
の概略構成を示している。Pij(j=1、2、…、
M、j=1、2、…、N)は二次元配列された感
光部、Ciは垂直読み出しCCDレジスタ、Hは水
平読み出しCCDレジスタである。このような固
体撮像素子を前述したような広い応用利用に適用
する場合、限られた画素数でいかに高解像変化を
図るかが大きな問題となる。
Figure 1 shows a typical interline transfer type CCD.
The schematic configuration of the system is shown. Pij (j=1, 2,...,
M, j=1, 2, . . . , N) are two-dimensionally arranged photosensitive parts, Ci is a vertical readout CCD register, and H is a horizontal readout CCD register. When applying such a solid-state imaging device to the wide range of applications described above, a major problem is how to achieve high resolution changes with a limited number of pixels.

そこで本発明者らは先に、特願昭56−209381号
において、限られた画素数の固体撮像素子を用い
て高解像変化を図つた装置を提案した。この装置
は第2図にその原理図を示すように、固体撮像素
子のチツプ基板1(−水平列の一部のみ示す)を、
水平方向(X方向)に、水平画素ピツチPHの1/2
相当であるPH/2の振幅をもつて入射光学像に
対して相対的に振動させる。ここで振動の時間変
化は図に示すように、固体撮像素子の第1(A)フイ
ールドおよび第2(B)フイールドを1フレーム期間
とする撮像動作に同期して台形状にする。このこ
とにより図に示す画素の開口部はAフイールドで
は実線2の位置となり、Bフイールドでは破線3
の位置になる。そして、A、Bフイールドまたは
B、Aフイールドの切替え時点でフイールドシフ
トパルスをオンにすることにより、A、Bフイー
ルドの切替え時点では開口部2の位置での光信号
蓄積電荷を読み出す。そして、B、Aフイールド
の切替え時点では開口部3の位置での光信号蓄積
電荷を読み出す。そして読み出した信号蓄積電荷
はA、Bフイールドの空間サンプリング点の位置
に対応した像となるよう駆動のタイミングをずら
すか、又は信号処理によつてずらすことを行な
い、再生画像上でA、Bフイールドを加算するこ
とにより、固体撮像素子自体が有する水平方向の
空間サンプリング点が2倍になり、水平解像度を
2倍に向上できる。さらに、固体撮像素子の入射
光学像に対する無効部分が減少するので固体撮像
素子固有のモアレが改善される。第3図は再生画
像上における空間サンプリング点4を示した図で
ある。Aフイールドでは1HA,2HA,3HAの走
査線における空間サンプリング点4aになる。そ
して、Bフイールドでは1HB,2HB…の走査線
における空間サンプリング点4bになる。この結
果、Aフイールドにおける空間サンプリング点と
Bフイールドにおける空間サンプリング点の位相
は水平読み出し周波数fcpの1/2相当である1/2fcp
になる。したがつて再生画像上の水平方向の空間
サンプリング点は2倍になる。
Therefore, the present inventors previously proposed in Japanese Patent Application No. 56-209381 an apparatus in which a solid-state image sensor with a limited number of pixels was used to achieve high resolution changes. As shown in the principle diagram of this device in FIG.
In the horizontal direction (X direction), 1/2 of the horizontal pixel pitch P H
It is oscillated relative to the incident optical image with an amplitude of P H /2, which is equivalent. Here, as shown in the figure, the vibration changes over time into a trapezoidal shape in synchronization with the imaging operation in which the first (A) field and the second (B) field of the solid-state imaging device have one frame period. As a result, the pixel aperture shown in the figure is located at the solid line 2 in the A field, and at the dashed line 3 in the B field.
position. Then, by turning on the field shift pulse at the time of switching between the A and B fields or the B and A fields, the optical signal accumulated charge at the position of the aperture 2 is read out at the time of switching between the A and B fields. Then, at the time of switching between the B and A fields, the optical signal accumulated charge at the position of the aperture 3 is read out. Then, the readout signal accumulated charge is displayed on the reproduced image by shifting the driving timing or by signal processing so that it becomes an image corresponding to the position of the spatial sampling point of the A and B fields. By adding , the number of spatial sampling points in the horizontal direction that the solid-state image sensor itself has is doubled, and the horizontal resolution can be doubled. Furthermore, since the invalid portion of the solid-state image sensor with respect to the incident optical image is reduced, moire inherent to the solid-state image sensor is improved. FIG. 3 is a diagram showing spatial sampling points 4 on the reproduced image. In the A field, this becomes the spatial sampling point 4a on the 1H A , 2H A , and 3H A scanning lines. Then, in the B field, it becomes the spatial sampling point 4b in the scanning lines 1H B , 2H B . . . . As a result, the phase of the spatial sampling point in the A field and the spatial sampling point in the B field is 1/2fcp, which is equivalent to 1/2 of the horizontal readout frequency fcp.
become. Therefore, the number of spatial sampling points in the horizontal direction on the reproduced image is doubled.

しかし、この装置での空間サンプリング点の2
倍化はAフイールドにおける走査線例えば1HA
と隣接したBフイールドにおける走査線例えば1
HBにて行なつている。このため、同一走査線上
における空間サンプリング点の2倍化にならず、
細かい入射光学的に対しては空間サンプリング点
がA、Bフイールドに渡るため誤差が生じる。こ
の誤差は再生画像上の白黒境界線においてジグザ
グ状になり画質劣化となる問題があつた。また、
垂直方向に対しての空間サンプリング点はA、B
フイールド間で、同一の垂直線上にないため、前
述同様に誤差が生じ、再生画像上垂直方向の白黒
境界面においてジグザグ状の画質劣化となる問題
があつた。
However, two of the spatial sampling points in this device
Doubling is the scanning line in the A field, for example 1H A
For example, 1 scan line in the B field adjacent to
It is being held at HB . Therefore, the spatial sampling points on the same scanning line are not doubled,
For fine incident optics, errors occur because the spatial sampling points span the A and B fields. This error causes a zigzag pattern on the black-and-white boundary line on the reproduced image, resulting in a problem of deterioration of image quality. Also,
The spatial sampling points in the vertical direction are A and B.
Since the fields are not on the same vertical line, errors occur as described above, resulting in a zigzag-like image quality deterioration at the black-and-white boundary in the vertical direction on the reproduced image.

[発明の目的] 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、一走
査線上で空間サンプリング点を2倍化するように
振動モードを改良した高解像度化固体撮像装置を
提供することを目的とする。
[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a high-resolution solid-state imaging device in which the vibration mode is improved so as to double the spatial sampling points on one scanning line. do.

[発明の概要] 本発明は例えば第1図に示すごときインターラ
イン転送形CCDであつた。感光部に蓄積された
信号電荷を垂直プランキング期間において同時に
垂直読み出しレジスタに移動し、次のフイールド
の有効期間中にこれを読み出すという撮像動作を
有し、Aフイールド、Bフイールドを1フレーム
期間とし以後次のフレーム期間へつながる動作を
有した固体撮像素子チツプ基板を、フイールドの
間の有効期間である垂直ブランキング期間の一つ
おきに振動中心を設定して、ある無効期間で入射
光学像に対して相対的に1/2水平画像ピツチ相当
移動させ、次の無効期間ではそのままとしてお
き、そして次の無効機間で逆方向に入射光学像に
対して相対的に1/2水平画素ピツチ相当移動させ
るという、2フレーム期間1周期としたパルス状
振動を固体撮像素子チツプ基板へ与えることによ
り高解像変化を図つたものである。
[Summary of the Invention] The present invention is an interline transfer type CCD as shown in FIG. 1, for example. It has an imaging operation in which the signal charges accumulated in the photosensitive section are simultaneously moved to the vertical readout register during the vertical blanking period and read out during the valid period of the next field, and the A field and B field are treated as one frame period. Thereafter, the solid-state image sensor chip substrate, which has a motion leading to the next frame period, is set to have a vibration center at every other vertical blanking period, which is a valid period between fields, and is then turned into an incident optical image in a certain invalid period. 1/2 horizontal image pitch relative to the incident optical image, leave it as it is during the next invalidation period, and then move it in the opposite direction between the next invalidation periods by 1/2 horizontal pixel pitch relative to the incident optical image. A high-resolution change is achieved by applying a pulse-like vibration with one period of two frame periods to the solid-state image sensor chip substrate.

[発明の効果] 本発明による固体撮像装置は従来の固体撮像装
置にくらべ本質的に高解像変化が達成できる。そ
して、さらにチツプ基板自体の高密度化により本
発明と同等な画素数とした固体撮像装置とくらべ
ても、特性上、例えばダイナミツクレンジ、偽信
号発生などにおいて良好な画像を得ることができ
る。そして、これら装置を動作せしめる駆動回路
製作も高密度固体撮像装置とくらべて容易であ
る。また、前述した特願昭56−209381号で見られ
た再生画像上の白黒の境界線におけるジグザグ状
の画質劣化は本発明では表われず、良好な高解像
度画像が得られる。
[Effects of the Invention] The solid-state imaging device according to the present invention can achieve substantially higher resolution changes than conventional solid-state imaging devices. Further, even when compared with a solid-state imaging device having the same number of pixels as the present invention, by increasing the density of the chip substrate itself, it is possible to obtain images with better characteristics such as dynamic range and generation of false signals. Furthermore, manufacturing of drive circuits for operating these devices is also easier than in high-density solid-state imaging devices. Further, the zigzag-like image quality deterioration at the black and white boundary line on the reproduced image, which was observed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 56-209381, does not appear in the present invention, and a good high-resolution image can be obtained.

[発明の実施例] 第4図は本発明の一実施例を説明するためのも
のである。この図は固体撮像素子と固体撮像素子
を振動させる時間関係、固体撮像素子の感光部か
ら信号電荷を読み出すフイールドシフトパルスの
タイミングの関係を示す。
[Embodiment of the Invention] FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. This figure shows the relationship between the solid-state imaging device, the time relationship in which the solid-state imaging device is vibrated, and the timing relationship in the field shift pulse for reading signal charges from the photosensitive portion of the solid-state imaging device.

前述の第1図のインターライン転送形CCDチ
ツプ基板1を水平画素配列方向(X方向)に図に
示すように振幅がX1からX2になるように入射光
学像に対して相対的に振動させる。この振動の時
間変化はフイールドタイム蓄積モードのインター
ライン転送形CCDの撮像動作におけるA、Bフ
イールドを1フレーム期間したインターレース動
作において2フレーム期間を1周期として、A、
Bフイールド間の無効期間内に振動中心がくるよ
うに台形状にする。そして、X1からX2の振動量
は水平画素ピツチPHの1/2相当であるPH/2にす
る。
The interline transfer type CCD chip substrate 1 shown in FIG. let The time change of this vibration is determined by the interlace operation in which the A and B fields are one frame period in the imaging operation of the interline transfer type CCD in the field time accumulation mode, with two frame periods as one cycle.
It is shaped into a trapezoid so that the vibration center is within the invalid period between B fields. The amount of vibration from X 1 to X 2 is set to P H /2, which is equivalent to 1/2 of the horizontal pixel pitch P H.

次に具体的動作について説明する。まず、第1
フレームのA1フイールドのt1においてCCDチツ
プ基板1の開口部2の開口部中心をX1の位置に
して光信号蓄積を行なう。そして、次の第1フレ
ームのB1フイールドのt2ではCCDチツプ基板1
を図の右方向へ相対的に振動させ、X2の位置に
なるように開口部2の開口部中心を3の位置にも
つてくる。そしてこの位置で光信号蓄積を行な
う。このときの振動量は水平画素ピツチPHの1/2
相当であるPH/2にする。そして次の第2フレ
ームのA2フイールドのt3では開口部中心位置はそ
のままであるX2の位置で光信号蓄積を行なう。
そして次の第2フレームのB2フイールドのt4では
CCDチツプ基板1を図の左方向へ振動させX2
位置からX1Aの位置にもつてくる。そしてこの
位置で光信号蓄積を行なう。このときの振動量は
前述同様PH/2にする。以後第3フレーム、第
4フレーム…第nフレームは第1フレーム、第2
フレームと同様になる動作をくり返す。
Next, specific operations will be explained. First, the first
At t1 of the A1 field of the frame, optical signal accumulation is performed with the center of the opening 2 of the CCD chip substrate 1 at the position X1 . Then, at t 2 of B 1 field of the next first frame, CCD chip board 1
vibrate relatively to the right in the figure, and bring the opening center of opening 2 to position 3 so that it is at position X 2 . Then, optical signals are accumulated at this position. The amount of vibration at this time is 1/2 of the horizontal pixel pitch P H
The equivalent value is P H /2. Then, at t 3 of the A 2 field of the next second frame, optical signal accumulation is performed at the position X 2 with the aperture center position unchanged.
And in the next second frame's B 2 field t 4
The CCD chip board 1 is vibrated to the left in the figure and brought from the position X 2 to the position X 1 A. Then, optical signals are accumulated at this position. The amount of vibration at this time is set to P H /2 as described above. Thereafter, the third frame, the fourth frame...the nth frame is the first frame, the second frame, etc.
Repeat the same action as the frame.

以上の動作において開口部2の中心がX1の位
置からX2の位置に移動している期間とX2の位置
からX1の位置に移動している期間が十分短かけ
ればA1,B1,A2,B2各フイールドにおいて各々
開口部中心がX1、X2の位置に静止していると同
等と考えてよい。この結果、水平画素配列方向で
の空間サンプリング点が2倍になる。そして再生
画像上で各フイールドの空間サンプリング点の位
置に対応した像になるよう駆動のタイミングをず
らし、各フイールドを加算して表示することによ
り、固体撮像素子自身が有する水平解像度を2倍
に向上できる。
In the above operation, if the period during which the center of the opening 2 moves from the position X 1 to the position X 2 and the period during which it moves from the position X 2 to the position X 1 is sufficiently short, A 1 , B 1 , A 2 and B 2, it can be considered that the centers of the openings are stationary at the positions of X 1 and X 2 , respectively. As a result, the number of spatial sampling points in the horizontal pixel arrangement direction is doubled. The drive timing is then shifted so that the image corresponds to the position of the spatial sampling point of each field on the reproduced image, and each field is added and displayed, doubling the horizontal resolution of the solid-state image sensor itself. can.

第5図は第1図のインターライン形CCDチツ
プ基板を第4図に示した振動モードで振動させた
場合の入射光学像に対した空間サンプリング点の
移動を表わした図である。aはA1フイールド、
bはB2フイールド、cはA2フイールド、dはB2
フイールドでの空間サンプリング点であり実線で
示した1HA,2HA,3HA,…,1HA′,2HA′,
3HA′,…はフイールドタイム蓄積モードのイン
ターライン転送形CCDの撮像動作におけるAフ
イールドでの走査線位置を示し、1HB′,2HB′,
3HB′、1HB′,2HB,3HB,…,はBフイール
ドでの走査線位置を示してある。そして各空間サ
ンプリング点に表示してある矢印は次のフイール
ドにわたるときの空間サンプリング点の移動方向
を示す。
FIG. 5 is a diagram showing the movement of spatial sampling points with respect to the incident optical image when the interline type CCD chip substrate of FIG. 1 is vibrated in the vibration mode shown in FIG. 4. a is A 1 field,
b is B 2 field, c is A 2 field, d is B 2 field
1H A , 2H A , 3H A ,..., 1H A ′, 2H A ′, which are spatial sampling points in the field and are shown as solid lines
3H A ′, ... indicate the scanning line position in the A field in the imaging operation of the interline transfer type CCD in the field time accumulation mode, and 1H B ′, 2H B ′,
3H B ′, 1H B ′, 2H B , 3H B , . . . indicate scanning line positions in the B field. The arrow displayed at each spatial sampling point indicates the direction of movement of the spatial sampling point when passing over the next field.

A1フイールドにおける空間サンプリング点は
次のB1フイールドではインターレース撮像と水
平画素配列方向へPH/2振動の組み合わせによ
り図では斜め右下方向へ移動する。そして。次の
A2フイールドでは振動は行なわず、インターレ
ース撮像のみになるので図では上方向へ空間サン
プリング点が移動する。そしてB2フイールドで
はインターレース撮像を振動の組み合わせで図で
は左下方向へ空間サンプリング点が移動する。以
上の動作の結果、空間サンプリング点は第6図に
示した位置になる。第6図に示したa,b,c,
dの空間サンプリング点は第5図のa,b,c,
dに対応している。この結果、再生画像上で実際
のサンプリング点に合わせて表示するA、Bフイ
ールドの走査線における水平方向のサンプリング
点は水平画素ピツチPHの2倍になる。そして垂
直方向のサンプリング点はA、Bフイールドのイ
ンターレース撮像にて垂直画像ピツチPVとなる。
ここで水平画像ピツチPHの時間幅は水平読み出
しレジスタの駆動周波数fcpの逆数で決まるため、
水平方向の空間サンプリング点のピツチは1/2fcp
になる。したがつて水平限界像度は前記水平読み
出しレジスタの駆動周波数で決まるナイキスト限
界値の2倍に向上きる。
In the next field B1 , the spatial sampling point in field A1 moves diagonally to the lower right in the figure due to a combination of interlaced imaging and P H /2 vibration in the horizontal pixel arrangement direction. and. next
In the A2 field, no vibration is performed and only interlaced imaging is performed, so the spatial sampling point moves upward in the figure. In field B2 , interlaced imaging is combined with vibration, and the spatial sampling point moves toward the lower left in the figure. As a result of the above operations, the spatial sampling points will be at the positions shown in FIG. a, b, c shown in Figure 6,
The spatial sampling points of d are a, b, c, and
It corresponds to d. As a result, the sampling points in the horizontal direction on the scanning lines of the A and B fields, which are displayed on the reproduced image in accordance with the actual sampling points, are twice the horizontal pixel pitch PH . The sampling point in the vertical direction becomes the vertical image pitch P V in interlaced imaging of the A and B fields.
Here, the time width of the horizontal image pitch P H is determined by the reciprocal of the drive frequency fcp of the horizontal readout register, so
The pitch of spatial sampling points in the horizontal direction is 1/2fcp
become. Therefore, the horizontal limit image resolution can be improved to twice the Nyquist limit determined by the drive frequency of the horizontal readout register.

また、第3図で説明した従来の動作で問題であ
つた再生画像上の白黒の境界面におけるジグザグ
状の画質劣化は本実施例では大幅に改善される。
Furthermore, the zigzag-like image quality deterioration at the black-and-white boundary on the reproduced image, which was a problem in the conventional operation explained in FIG. 3, is greatly improved in this embodiment.

また、本実施例ではA、Bフイールドの垂直イ
ンターレース撮像での空間サンプリング点が逆相
関係になるのでモワレのワリツカが改善できる。
即ち空間サンプリング点が増加することによるモ
ワレの改善に加えて、垂直方向の画素の加算読出
しの組み合わせをフイールド毎に変えることによ
つて、一層のモワレ減少が図られる。
Furthermore, in this embodiment, the spatial sampling points in the vertical interlaced imaging of the A and B fields have an inverse phase relationship, so that the distortion of moiré can be improved.
That is, in addition to improving moire by increasing the number of spatial sampling points, further reduction of moire can be achieved by changing the combination of adding and reading pixels in the vertical direction for each field.

また、本実施例は第2図に示した従来例に対し
て振動周期が1/2になる。このことは振動機構に
例えばセラミツクを用いたバイモルフ圧電素子を
用いた場合有効になる。バイモルフ圧電素子を振
動機構に用いる場合は素子自身が持つ共振周波数
より低い周波数で振動させる。この結果、振動パ
ルスの変化時点でリンギングが発生しやすい。そ
して振動周期が低下すればリンギング量も減少さ
せることができるからである。
Further, in this embodiment, the vibration period is halved compared to the conventional example shown in FIG. This becomes effective when a bimorph piezoelectric element using ceramic, for example, is used as the vibration mechanism. When a bimorph piezoelectric element is used as a vibration mechanism, it is vibrated at a frequency lower than the resonance frequency of the element itself. As a result, ringing is likely to occur when the vibration pulse changes. This is because if the vibration period is reduced, the amount of ringing can also be reduced.

第7図は本実施例の構成図、第8図はその動作
波形図である。固体撮像素子チツプ10は振動台
11上に固定され、光入力は撮像レンズ12を通
り固体撮像素子チツプ10上に結像される。振動
台11には振動パルス発生回路13から第8図に
示した振動パルスをPH/2相当量の振幅にして
加える。この振動パルスは第8図に示すように垂
直ブランキング期間内に動作するフイールドシフ
トパルスに同期している。そして2フレーム期間
を1周期としたパルスである。タイミング発生回
路14では水平読み出しレジスタのタイミングを
振動パルスの周期に合わせてPH/2遅延させる
ためのPH/2遅延回路15のタイミング信号と
その他垂直読み出しレジスタのタイミング信号な
どの必要な同期パルスを発生する。そしてクロツ
クドライバ16で駆動された固体撮像素子チツプ
10より得られる出力信号はプリアンプ17およ
び信号処理回路18を通して出力される。即ちこ
の例では、固体撮像素子チツプ10の振動による
空間サンプリング点に合わせて出力信号をずらす
ため、第8図に示すように水平クロツクパルスの
タイミングを振動周期に合わせて1/2クロツク
(1/2fcp)ずらすことを行なつており、これによ
り実際の空間サンプリング点に合つた出力信号が
得られる。そしてA1、B1、A2、B2フイールドで
構成される第1フレーム、第2フレームを再生画
像上で加算することで水平方向の解像度を2倍に
向上できることになる。
FIG. 7 is a configuration diagram of this embodiment, and FIG. 8 is an operating waveform diagram thereof. A solid-state image sensor chip 10 is fixed on a vibration table 11, and input light passes through an imaging lens 12 and is imaged on the solid-state image sensor chip 10. A vibration pulse shown in FIG. 8 is applied to the vibration table 11 from a vibration pulse generation circuit 13 with an amplitude equivalent to P H /2. This vibration pulse is synchronized with the field shift pulse operating within the vertical blanking period, as shown in FIG. This is a pulse whose period is two frame periods. The timing generation circuit 14 generates a timing signal of a P H /2 delay circuit 15 for delaying the timing of the horizontal read register by P H /2 in accordance with the period of the vibration pulse, and other necessary synchronization pulses such as a timing signal of the vertical read register. occurs. The output signal obtained from the solid-state image sensor chip 10 driven by the clock driver 16 is outputted through the preamplifier 17 and the signal processing circuit 18. That is, in this example, in order to shift the output signal in accordance with the spatial sampling point caused by the vibration of the solid-state image sensor chip 10, the timing of the horizontal clock pulse is adjusted by 1/2 clock (1/2fcp) in accordance with the vibration period as shown in FIG. ), thereby obtaining an output signal that matches the actual spatial sampling point. By adding the first frame and second frame composed of the A 1 , B 1 , A 2 , and B 2 fields on the reproduced image, the resolution in the horizontal direction can be doubled.

以上説明したように本実施例では、インターラ
イン転送形CCDのごとくフイールドごとに感光
部で蓄積した信号電荷を垂直ブランキング期間に
同時に読み出し部である垂直読み出しレジスタに
転送せしめる撮像動作を有した固体撮像素子チツ
プ基板を、前記プランキング期間に振動中心が位
置するように水平画素配列方向に2フレーム(4
フイールド)の周期をもたせて振動せしめること
によつて固体撮像素子自身が持つ空間サンプリン
グ点を2倍化させ、垂直方向の解像度の劣化なく
水平方向解像度を2倍に向上させた再生画像を得
ることができる。
As explained above, in this embodiment, like an interline transfer type CCD, a solid state device having an imaging operation that simultaneously transfers signal charges accumulated in a photosensitive area for each field to a vertical readout register, which is a readout unit, during a vertical blanking period is used. The image sensor chip board is divided into 2 frames (4 frames) in the horizontal pixel arrangement direction so that the vibration center is located during the planking period.
To double the spatial sampling points of the solid-state image pickup device itself by vibrating the solid-state image sensor with a periodicity (field), and to obtain a reproduced image with twice the horizontal resolution without deterioration of the vertical resolution. Can be done.

本実施例による固体撮像装置は、仮に高密度化
技術で水平方向に2倍の画素数をもつた装置が実
現されても、この装置とくらべて次の特性上の利
点がある。
Even if a device with double the number of pixels in the horizontal direction is realized by high-density technology, the solid-state imaging device according to this embodiment has the following characteristics advantages compared to this device.

(1) 高密度装置では水平画素ピツチが1/2になる
ため飽和信号レベルが減少してダイナミツクレ
ンジが小さくなるが、本実施例では振動しない
装置と同等になる。したがつて同じ製造技術を
用いるとすると本質的に高密度装置とくらべダ
イナミツクレンジを広くすることができる。
(1) In a high-density device, the horizontal pixel pitch is halved, so the saturation signal level decreases and the dynamic range becomes smaller, but in this embodiment, it is equivalent to a device that does not vibrate. Therefore, using the same manufacturing technology, the dynamic range can be increased compared to essentially higher density devices.

(2) 高密度装置では水平読み出しレジスタのクロ
ツク周波数が2倍に高速化され、これによる駆
動回路、信号処理回路の消費電力増加、回路製
作の困難が増大するが、本実施例の装置ではそ
れはない。
(2) In high-density devices, the clock frequency of the horizontal read register is doubled, which increases the power consumption of the drive circuit and signal processing circuit, and increases the difficulty of circuit fabrication, but this is not the case with the device of this embodiment. do not have.

(3) 高密度装置では感光部の開口部面積の割合は
小さくなることがあつても増えることがないの
で、高密度化しても感光領域全域における光学
情報に対する無効領域は減少しない。一方、本
実施例では従来無効であつた領域からも光学情
報を得るため、本質的に入力光学情報収集に対
する有効領域が広い。
(3) In a high-density device, the ratio of the aperture area of the photosensitive section may decrease but never increase, so even if the density is increased, the invalid area for optical information in the entire photosensitive area will not decrease. On the other hand, in this embodiment, since optical information is obtained even from a region that was conventionally ineffective, the effective region for collecting input optical information is essentially wide.

第9図は、異なる振動波形を与えるようにした
比較例である。この場合はA1(t1)、B1(t2)フイ
ールドからなる第1フレーム期間は固体撮像チツ
プ基板1の開口部2をX1の位置にしておく。そ
してA2(t3)、B2(t4D)フイールドからなる第2
フレーム期間は開口部をPH/2移動させX2の位
置にもつてきて破線3で示す場合にする。即ち、
フレームの間の無効期間内に振動中心をもつてく
る。これによつて第5図の実施例で説明した空間
サンプリング点の位置は第5図ではA1→B1→A2
→B2のフイールド順序でa→b→c→dの空間
サンプル点の位置になり、第9図では第5図と同
一のフイールド順序でa→b→c→dの順序で空
間サンプリング点が移動する。この結果、再生画
像上では第6図で説明した場合と同様に水平画素
配列方向に2倍のサンプリング点が得られ、先の
実施例と同様な空間サンプリング点の増加による
モワレの減少した高解像度の画像が得られるが、
先の実施例におけるような垂直方向の画素の加算
の組み合めせがジグザグとなることによるモワレ
改善の効果は得られない。
FIG. 9 is a comparative example in which different vibration waveforms are provided. In this case, during the first frame period consisting of fields A 1 (t 1 ) and B 1 (t 2 ), the opening 2 of the solid-state imaging chip substrate 1 is set at the position X 1 . and a second field consisting of A 2 (t 3 ), B 2 (t 4 D) fields.
During the frame period, the aperture is moved by P H /2 and brought to the position X 2 as shown by the broken line 3. That is,
Bring the vibration center within the dead period between frames. As a result, the positions of the spatial sampling points explained in the embodiment of FIG. 5 are A 1 →B 1 →A 2 in FIG.
→B The spatial sampling points are located in the order of a → b → c → d in the field order of 2 , and in Figure 9 the spatial sampling points are in the order of a → b → c → d in the same field order as in Figure 5. Moving. As a result, on the reproduced image, twice as many sampling points are obtained in the horizontal pixel arrangement direction as in the case explained in FIG. An image of
The moiré improvement effect due to the zigzag combination of pixel addition in the vertical direction as in the previous embodiment cannot be obtained.

以上説明した例では、本発明をテレビジヨン標
準方式に適用したビデオカメラについて行なつた
が、例えば銀塩フイルムを用いない電子カメラや
OCR等のシスチムに本発明を適用できる。第1
0図は電子カメラに本発明を適用した場合の動作
を示す図である。この場合には、通常の光学カメ
ラと同じように光学シヤツタの開閉タイミングと
撮像素子の動作を合わせることが必要である。
A1、B1フイールドからなる第1フレームとA2
B2フイールドからなる第2フレームの撮像動作
においてフイールドシフトパルスは各フイールド
の切替え時点で加えられ、各フイールドで蓄積さ
れた信号電荷を読み出す。振動パルスは第1、第
2フレームを一周期とする第4図の場合と同様の
波形である。シヤツタパルスでは第1、第2フ
レームの期間シヤツタONとしてこの期間に入射
光学像の空間サンプリング点の2倍化を行なう。
また、シヤツタパルスの場合はシヤツタのON
期間を短かくした動作である。また、シヤツタパ
ルスの場合は振動パルスの変化期間はシヤツタ
をOFFさせ、より確実な空間サンプリング点の
2倍化に行なつた動作を提供するものである。
In the example explained above, the present invention was applied to a video camera that is applied to the television standard system, but for example, an electronic camera that does not use silver halide film, etc.
The present invention can be applied to systems such as OCR. 1st
FIG. 0 is a diagram showing the operation when the present invention is applied to an electronic camera. In this case, it is necessary to synchronize the opening/closing timing of the optical shutter with the operation of the image sensor, as in a normal optical camera.
The first frame consisting of A 1 and B 1 fields and A 2 ,
B In the imaging operation of the second frame consisting of two fields, a field shift pulse is applied at the time of switching each field, and the signal charge accumulated in each field is read out. The vibration pulse has a waveform similar to that shown in FIG. 4, in which the first and second frames are one period. In the shutter pulse, the shutter is ON during the first and second frames, and the spatial sampling points of the incident optical image are doubled during this period.
In addition, in the case of shutter pulse, turn on the shutter
This is an operation with a shortened period. In addition, in the case of a shutter pulse, the shutter is turned OFF during the period of change of the vibration pulse to provide a more reliable operation for doubling the spatial sampling points.

更に本発明は以下に列記するように種々の変形
応用が可能である。
Furthermore, various modifications and applications of the present invention are possible as listed below.

a 撮像素子はインターライン転送形CCD撮像
子に限らず、例えばフレーム転送形撮像素子を
用いてもよい。これらの撮像素子に共通する点
は、画素領域に蓄積された信号電荷が垂直ブラ
ンキング期間に同時に読み出される動作をする
ことである。したがつて同様な動作をする撮像
素子であれば本発明を適用することが可能であ
る。
a The image sensor is not limited to an interline transfer type CCD image sensor, and for example, a frame transfer type image sensor may be used. What these image sensors have in common is that signal charges accumulated in the pixel region are simultaneously read out during the vertical blanking period. Therefore, the present invention can be applied to any image sensor that operates in a similar manner.

b 撮像素子の画素の開口部形状は矩形に限らな
いし、その大きさも特に限定されない。
b The shape of the aperture of the pixel of the image sensor is not limited to a rectangle, nor is the size particularly limited.

c 撮像素子の画素配列は、垂直方向に一列に配
列されたものに限らず、ジグザグ配列されたも
のでもよく、その方がモワレの減少と解像度向
上にとつて有利である。
c The pixel arrangement of the image sensor is not limited to being arranged in a line in the vertical direction, but may be arranged in a zigzag manner, which is more advantageous for reducing moiré and improving resolution.

d 撮像素子は、光電変換部として通常のCCD
撮像素子の上にアモルフアスシリコンなどの光
電変換膜を重ねて、いわゆる二階建センサ構造
としたものを用いることができる。
d The image sensor is a normal CCD as a photoelectric conversion section.
A so-called two-story sensor structure can be used in which a photoelectric conversion film such as amorphous silicon is layered on the image sensor.

e 光電変換膜を用いる二階建センサの場合、光
導電体の性質によつては紫外像や赤外像を得る
ことも可能である。また、光導電体膜に代つて
蛍光体膜を用いてX線像を得る場合にも本発明
を適用できる。更に二階建センサで一画素おき
に通常の可視用と赤外、紫外、X線など不可視
用変換膜を配置して、可視像と不可視像を重ね
て再生画像上で観察する装置にも本発明を適用
できる。この場合、振動パルスの量は水平画素
ピツチとすることで可視像、不可視像とも水平
解像度の劣化なく再生できる。
e In the case of a two-story sensor using a photoelectric conversion film, it is also possible to obtain an ultraviolet image or an infrared image depending on the properties of the photoconductor. The present invention can also be applied to the case where an X-ray image is obtained using a phosphor film instead of a photoconductor film. Furthermore, it can be used as a device to superimpose visible and invisible images and observe them on the reproduced image by arranging a normal visible conversion film and an invisible conversion film such as infrared, ultraviolet, and X-ray for every other pixel in a two-story sensor. The present invention can be applied. In this case, by setting the amount of vibration pulses to the horizontal pixel pitch, both visible and invisible images can be reproduced without deterioration in horizontal resolution.

f 本発明では光学像に対して撮像素子チツプを
相対的に振動させるが、同様の思想を電子ビー
ム衝撃形の固体撮像素子に適用することができ
る。即ち電子ビーム像を偏向できることを利用
してこれをA1、B1、A2、B2各フイールドに対
して所定の方向に変更させれば同様の効果が得
られる。
f In the present invention, the image sensor chip is vibrated relative to the optical image, but the same idea can be applied to an electron beam impact type solid-state image sensor. That is, the same effect can be obtained by utilizing the fact that the electron beam image can be deflected and changing it in a predetermined direction for each of the fields A 1 , B 1 , A 2 , and B 2 .

g 本発明は撮像組子を1個、2個もしくは3個
用いてカラー撮像を行なうカラーカメラにも適
用できる。2板、3板式カラーカメラにおいて
は本発明と絵素ずらし法を共用することにより
更に解像度を向上せしめることができる。ま
た、原色を用いた2板式カラーカメラにおいて
はG信号を得る撮像素子を水平画素ピツチの1/
2相当振動させ、R、B信号を得る撮像素子を
水平画素ピツチ振動することでさらに解像度向
上ができる。
g The present invention can also be applied to a color camera that performs color imaging using one, two, or three imaging munctures. In a two-panel or three-chip color camera, the resolution can be further improved by using the present invention and the pixel shifting method. In addition, in a two-chip color camera that uses primary colors, the image sensor that obtains the G signal is set to 1/1/2 of the horizontal pixel pitch.
The resolution can be further improved by vibrating the image sensor that obtains the R and B signals by a horizontal pixel pitch.

h 本発明での振動の手段は第7図で説明した固
体撮像素子自体の振動に限定されるものではな
い。例えば固体撮像素子の光入射側に光学的偏
向を設け、この偏向板を周期的に振動してもよ
く、また光学的ミラーによつて入射光を振るよ
うにさせてもよい。要するに入射光像に対して
固体撮像素子を相対的に振動させればよい。
h The means of vibration in the present invention is not limited to the vibration of the solid-state image sensor itself as explained in FIG. 7. For example, an optical deflection plate may be provided on the light incident side of the solid-state image sensor, and this deflection plate may be periodically vibrated, or the incident light may be deflected by an optical mirror. In short, it is sufficient to vibrate the solid-state image sensor relative to the incident light image.

i 本発明の振動パルスは台形波で説明したが、
この形状は台形でなくとも矩形、三角形などで
も単位画素内のサンプリング点が増加すること
にはかわりないので、本発明が適用できる。
i The vibration pulse of the present invention was explained using a trapezoidal wave, but
The present invention is applicable to this shape even if the shape is not a trapezoid, but a rectangle, a triangle, etc., as the number of sampling points within a unit pixel increases.

j 本発明の説明のほとんどはNTSC標準方式に
準じたTV撮像方式で行なつたが、この方式に
限定されない。すなわちインターレース撮像を
行なつている方式であるならば本発明は適用で
きる。例えばSECAM式、PAL方式そして低速
撮像方式、高速撮像方式などに適用できる。
j Most of the description of the present invention has been made using a TV imaging system based on the NTSC standard system, but the invention is not limited to this system. That is, the present invention is applicable to any system that performs interlaced imaging. For example, it can be applied to SECAM format, PAL format, low-speed imaging method, high-speed imaging method, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はインターライン転送形CCD撮像素子
の概略構成を示す図、第2図は本発明者らが先に
提案した固体撮像装置の原理説明図、第3図は第
2図の動作によつて得た再生画像上の空間サンプ
リング点を示す図、第4図は本発明の一実施例に
おける撮像素子の振動の様子を示す図、第5図は
同実施例での空間サンプリング点の各フイールド
における移動を示す図、第6図は第5図の空間サ
ンプリング点を再生画像上で加算した図、第7図
は同実施例の装置の全体構成を示す図、第8図は
その動作を説明するための波形図、第9図は本発
明の他の実施例での振動の様子を示す図、第10
図は本発明を電子カメラに適用した場合の動作を
説明するための図である。 1……固体撮像素子チツプ基板、2……画素開
口部、10……固体撮像素子チツプ、11……振
動台、12……撮像レンズ、13……振動パルス
発生回路、14……タイミング発生回路、15…
…PH/2遅延回路、16……クロツクドライバ、
17……プリアンプ、18……信号処理回路。
Fig. 1 is a diagram showing the schematic configuration of an interline transfer type CCD image sensor, Fig. 2 is a diagram explaining the principle of the solid-state imaging device proposed earlier by the present inventors, and Fig. 3 is a diagram showing the operation of Fig. 2. FIG. 4 is a diagram showing the state of vibration of the image sensor in an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing each field of the spatial sampling points in the same embodiment. 6 is a diagram showing the spatial sampling points of FIG. 5 added on the reproduced image, FIG. 7 is a diagram showing the overall configuration of the device of the same embodiment, and FIG. 8 is an explanation of its operation. FIG. 9 is a diagram showing the state of vibration in another embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a diagram for explaining the operation when the present invention is applied to an electronic camera. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Solid-state imaging device chip board, 2... Pixel aperture, 10... Solid-state imaging device chip, 11... Vibration table, 12... Imaging lens, 13... Vibration pulse generation circuit, 14... Timing generation circuit , 15...
... PH /2 delay circuit, 16...clock driver,
17... preamplifier, 18... signal processing circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基板上に二次元的に配列された感光部を有す
る固体撮像素子を用い、第1、第2のフイールド
で1フレームとなるインターレース撮像により連
続的にフレーム画像を得る方式で、前記各感光部
において光電変換されて蓄積された信号電荷をフ
イールド周期毎に読出し部に同時に転送し、この
読出し部の信号電荷を順次出力部に移動させて読
み出す間、前記各感光部が次のフイールドの信号
電荷を蓄積する動作を行う固体撮像装置におい
て、前記固体撮像素子チツプ基板を入射光学像に
対して相対的に水平画素配列方向に振動させる手
段を備え、その振動波形は、連続する2フレーム
を1周期とするパルス状であり、振動振幅が水平
画素配列ピツチの1/2またはその近傍であつて、
振動波形の振動中心は第nフレームの第1フイー
ルドと第2フイールドの間および第n+1フレー
ムの第1フイールドと第2フイールドの間に設定
され、かつこの振動による入射光学像の空間サン
プルリング点のずれを再生画像上で修正する処理
を行うようにしたことを特徴とする固体撮像装
置。
1. Using a solid-state image sensor having photosensitive parts arranged two-dimensionally on a substrate, each of the photosensitive parts is The signal charges accumulated through photoelectric conversion are transferred simultaneously to the readout section every field period, and while the signal charges in the readout section are sequentially transferred to the output section and read out, each photosensitive section receives the signal charges of the next field. A solid-state imaging device that performs an operation of accumulating images is provided with means for vibrating the solid-state imaging element chip substrate in a horizontal pixel arrangement direction relative to an incident optical image, and the vibration waveform is set such that two consecutive frames constitute one cycle. The vibration amplitude is 1/2 of the horizontal pixel array pitch or its vicinity,
The vibration center of the vibration waveform is set between the first field and the second field of the n-th frame and between the first field and the second field of the n+1-th frame, and the spatial sampling point of the incident optical image due to this vibration is A solid-state imaging device characterized in that a process is performed to correct a shift on a reproduced image.
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