JPH02244882A

JPH02244882A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH02244882A
Application number: JP1065512A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Higashitsutsumi; 良仁東堤; Kazuo Ishimoto; 一男石本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1990-09-28
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JP2798693B2

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、受光した映像からデジタル化された映像信号
を得るデジタルカメラの如き固体撮像装置に関する。

（ロ）従来の技術固体撮像装置に搭載されるＣＣＤ固体撮像素子に於いて
は、ＣＯＤの水平レジスタから一画素毎に転送出力され
る映像情報がコンデンサに蓄積されて電圧値に変換され
、映像情報レベルとプリチャージレベルとを交互に繰り
返す映像信号が得られる。即ち、映像情報として電子を
蓄積する場合、水平レジスタの出力部に設けたコンデン
サを水平レジスタの駆動クロックに同期して予め所定の
レベルにまでプリチャージし、このコンデンサを映像情
報に応じて放電させることによりコンデンサの両端に映
像情報に応じた電圧が得られるように構成されている。

ところが、上述の如きプリチャージ動作の際、プリチャ
ージパルスに混入する雑音や、を源自体の雑音等に依っ
て基準プリチャージレベルが変動し、映像情報レベルが
変動する場合があるため、それらの雑音を除去する必要
が生ずる。

このプリチャージ動作時の雑音の除去方法は、例えば特
公昭６２−５５３４９号公報に開示されている。

第６図は、プリチャージ動作時の雑音を除去する手段を
備えた固体撮像装置の構成を示すブロック図であり、第
７図はその動作を示すタイミング図である。ＣＯＤ　（
１）は、光電変換によって発生する光電荷を映像情報と
して受光部に一定期間蓄積し、この映像情報を垂直方向
に転送して水平レジスタに導入して一水平ライン毎に出
力するもので、水平レジスタの出力端には、映像情報で
ある電荷の量を電圧値に変換するコンデンサ及びこのコ
ンデンサをプリチャージするためのスイッチングトラン
ジスタからなる出力部が設けられている。この出力部で
はプリチャージ期間Ｔ、でコンデンサが基準レベルＥ０
までプリチャージされ、放電期間Ｔ、で映像情報がコン
デンサに取り込まれることでコンデンサが放電されるこ
とになり、コンデンサの電位が映像情報レベルＥとなる
。

従って、ＣＣＤ（１＞は第７図の如き映像信号Ｘ　（ｔ
）を出力する。

映像信号Ｘ　（ｔ）は、サンプルホールド回路（２）に
入力され、映像信号Ｘ　（ｔ＞と同一周期でパルス幅が
周期ＴｐのサンプリングパルスＳ　Ｐ　ｒで映像信号レ
ベルＥがサンプルホールドされる。そして、そのホール
ド出力Ｙ、（ｔ）が差動アンプ（３）の反転入力に供給
される。

また、映像信号Ｘ（ｔ）は、サンプルホールド回路（４
）に入力され、サンプリングパルスＳ　Ｐ　＋と同一で
位相が期間Ｔ。たけずれたサンプリングパルスＳＰ、で
基準レベルＥ０がサンプルホールドされる。モして、そ
のホールド出力Ｙ＋（ｔ）は、さらにサンプルホールド
回路（５）に供給されてサンプリングパルスＳＰ１でサ
ンプルホールドされ、そのホールド出力’ｙａ（ｔ）が
差動アンプ（３）の非反転入力に供給される。

ここで、各ホールド出力Ｙ　＝（ｔ）　、　Ｙ　ｔ　（
ｔ＞及びＹｔ（１＞に現われるパルス４１口及びハは、
サンプリング信号ＳＰ、、ＳＰ、に起因して各サンプル
ホールド回路（２）（４＞及び（５）でホールド値に重
畳する誤差寛圧分であり、各パルス４２口及びハは夫々
同一のパルス幅及び波高値を有している。

サンプルホールド回路（２）のホールド出力Ｙ０（１）
は、放電期間Ｔｏのサンプル値であるため、本来の映像
信号成分と雑音成分との和となっている一方、サンプル
ホールド回路（４）のホールド出力ｙ＋（ｔ）はプリチ
ャージ期間Ｔ、のサンプル値であるため雑音成分のみと
なっていることから、両者の差をとれば雑音成分を除去
することができる。

そこで、両ホールド出力Ｙ、（ｔ）及びＹ＋（ｔ）の位
相を同期させてバルスイ及び口のタイミングを一致きせ
るために、ホールド出力Ｙ、（ｔ）をサンプルホールド
回路（５）でサンプリングパルスＳＰＩに依ってサンプ
ルホールドしている。従って、差動アンプ（３）の出力
Ｚ　（ｔ）は、サンプリングパルスＳＰ、、ＳＰ□に依
る誤差成分及び雑音成分が除去されたものが得られる。

そして、この出力Ｚ　（ｔ）は信号処理回路（６）でガ
ンマ補正、ゲイン調整等の処理が施きれた後に、Ａ／Ｄ
変換回路（７）でデジタル信号りに変換されて外部機器
に出力きれる。

（ハ）発明が解決しようとする課題上述の如き固体撮像装置に於いては、プリチャージレベ
ルと映像情報レベルとを交互に繰り返す映像信号かも映
像情報レベルのみを取り出してビデオ信号を作成し、こ
のビデオ信号をデジタルデータに変換するように構成さ
れており、画像信号に対して複雑な信号処理が施されて
いる。このため、信号処理部分の回路構成が複雑となり
、これらをアナログスイッチやコンデンサ等を用いてブ
ノント基盤上に構成することは、小型化に不利であると
共に、装置のコスト高を招くことになる。

そこで本発明は、信号処理部分の性能を損なうことなく
回路構成を簡略化し、安価で高性能の固体撮像装置を提
供することを目的とするものである。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は上述の課題を解決するためのもので、光電変換
により受光部に発生する光電荷が映像情報として垂直方
向に転送されて水平レジスタに導入きれると共に水平ラ
イン毎に水平方向に転送され、映像情報レベルと基準レ
ベルとを交互に繰り返す映像信号を得る固体撮像素子、
上記水平レジスタの駆動クロックに同期して上記映像信
号の基準レベルを第１のレベルに固定せしめる第１のク
ランプ回路、上記映像信号の黒レベルを示す特定の期間
映像情報レベルを第２のレベルに固定せしめる第２のク
ランプ回路、基準レベルと特定期間の映像情報レベルと
が夫々所定レベルに固定された上記映像信号を上記水平
レジスタの駆動クロックに同期してデジタル信号に変換
するアナログ・デジタル変換回路、を備え、上記固体撮
像素子で受光した映像からデジタル化された映像信号を
得ることを特徴とするものである。

（ホ）作用本発明に依れば、固体撮像素子から得られる基準レベル
と映像信号レベルとを交互に繰り返す映像信号に対して
、第１のクランプ回路で基準レベルを固定し、第２のク
ランプ回路で黒レベルを表わす映像信号レベルを固定し
た後に、この映像信号をデジタル信号に変換するように
構成したことで、映像信号の処理が簡単になり構成が簡
略化きれる。

また、アナログ・デジタル変換回路の参照電圧を映像信
号の黒レベルと最大レベルとの間に設定することで、ア
ナログ・デジタル変換回路での映像信号の変換範囲を有
効に利用できると共に、映像信号のゲイン調整を自動的
に行うことができる。

（へ）実施例本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明固体撮像装置の構成を示すブロック図で
あり、第２図はその動作を示すタイミング図である。Ｃ
ＣＤ（１１）は、第６図と同様にプリチャージ期間Ｔ、
で基準レベルＥ０５放電期間ＴＤで映像情報レベルＥと
なる映像信号Ｘ　（ｔ）を出力し、この映像信号Ｘ　（
ｔ）が第１クランプ回路（１２）に供給される。第１ク
ランプ回路（１２）には、映像信号Ｘ　（ｔ）に同期し
、プリチャージ期間Ｔ、のパルス幅を有するクロックＣ
Ｋがクランプパルスとして入力され、プリチャージ期間
Ｔ、の基準レベルＥ、が一定のレベルＥ１に固定される
。この第１クランプ回路（１２）に於けるクランプでは
映像信号Ｘ（１）が基準レベルＥ０と映像情報レベルＥ
との差で映像情報を表わすことから基準レベルＥ６がレ
ベルＥＡにクランプされると映像情報レベルＥもＥ。

−ＥＡ分だけ変動せしめられ、基準レベルＥ０と映像情
報レベルＥとの差がクランプの前後で等しくなるように
構成されている。従って、第１クランフ回路＜１２＞（
’）　’）　ランプ出力Ｙ（ｔ）！ｉ、ＣＣＤ（１１）
の出力部に於ける基準レベルＥ０の変動が補正され、且
つ基準レベルＥ、と映像情報レベルＥとの差がクランプ
前の値に保持されたものとなる。そして、クランプ出力
Ｙ　（ｔ）が反転アンプ（１３）に供給され、反転出力
Ｙ’（ｔ）が第２クランプ回路（１４）に供給される。

第２クランプ回路（１４）には、ＯＦＢ期間に１１ノと
なる信号ＯＢと反転クロックＣＫとが供給され、これら
からクランプパルスＣＬが作成きれ、ＯＰＢ期間の映像
情報レベルが一定しベルＶ、に固定される。このＯＰＢ
期間とは、映像情報の黒レベルを設定するもので、一般
にはＣ０Ｄ（１１）の受光部端部に設けられた遮光領域
から転送出力される映像情報に依って得られる。

従って映像信号Ｘ（ｔ、）は、水平ライン単位で映像情
報が連続し、各水平ライン間、即ち水平走査線の帰線期
間の両端にＯＰＢ期間を有している。そして、第２クラ
ンプ回路（１４）のクランプ出力Ｚ（１）は、Ａ／Ｄ変
換回路（１５）に供給され、デジタル信号ｐ１に変換諮
れる。このＡ／Ｄ変換回路（１５）には、反転クロック
ＣＫが供給され、クロックＣＫの立上りタイミングで出
力Ｚ　（ｔ）がＡ／Ｄ変換回路（１５）に取り込まれる
。また、Ａ／Ｄ変換回路＜１５）の低電圧側のリファレ
ンス電圧ＶＬには第２クランプ回路〈１４）のクランプ
しベルＥ、が与えられ、高電圧側のリファレンス電圧■
８には、一画面分の信号Ｚ　（ｔ、）の映像情報レベル
の最大レベルが与えられる。この最大レベルは、ピーク
ホールド回路（１６）に依って信号Ｚ（ｔ）の最大レベ
ルをホールドすることで得ている。従って、Ａ／Ｄ変換
回路（１５）のリファレンス電圧が信号Ｚ　（ｔ）の黒
レベルから最高レベルまでの間に設定され、Ａ／Ｄ変換
回路（１５）でのアナログ信号の変換範囲を十分に利用
できることになり、Ａ／Ｄ変換回路（１５〉の分解能が
高くなる。

モして、Ａ／Ｄ変換回路（１５）の出力するデジタル信
号Ｄ１は信号処理回路〈１７）でガンマ補正等の処理が
施され、その出力デジタル信号り、が外部機器に出力さ
れる。この信号処理回路（１７）に於けるデジタル信号
Ｄ１のガンマ補正については、末願出願人が特願昭６２
−２６３００９号に提案の１デジタル補正回路」を採用
できる。

次に各部の構成について説明する。

第３図は各ブロックの回路図であり、（ａ）は第１クラ
ンプ回路（１２）、（ｂ）は第２クランプ回路（１４）
、＜（りはピークホールド回路（１６）を夫々示してい
る。

第１クランプ回路（１２）は、２つのコンデンサ（２Ｌ
）（２２）及びスイッチ〈２３）からなり、入力跡れる
信号Ｘ　（ｔ）がコンデンサ（２１）を介して信号Ｙ　
（ｔ）として出力される。このコンデンサ（２１）の出
力側は、スイッチ（２３）及びコンデンサ（２２）を介
して接地され、スイッチ（２３）がクロックＣＫに従っ
てオンしたときに、コンデンサ（２１）の出力側がコン
デンサ（２２）の電位に固定きれるように構成されてい
る。

スイッチ（２３）とコンデンサ（２２）との間には抵抗
（２４）に依って電−ｆｊ、電圧が分割された電位が供
給され、この電位に依ってクランプ電位ＥＡが設定され
る。従って、クロックＣＫがｒｌ」となるとスイッチ（
２３）がオンしてコンデンサ（２１）の出力側が電位Ｅ
Ａに設定され、クロックＣＫが１０」となってスイッチ
（２３）がオフすると信号Ｘ　（ｔ）の変動分がコンデ
ンサ（２１）の出力側の電位変動に現われる。

また、第２のクランプ回路（１４）は、第１のクランプ
回路（１２〉と同一構成であり、２つのコンデンサ（２
５）＜２６）及びスイッチ（２７）で構成されている。

スイッチ（２７）のオン・オフを制御するクランプパル
スＣＬは、ＯＰＢ期間に「１」となる信号ＯＢと反転ク
ロックＣＫとの論理和（２８）に依って与えられ、信号
Ｙ’（セ）のＯＰＢ期間で黒レベルがクランプ電位Ｅ、
に固定きれる。このクランプ電位Ｅｓは、第１クランプ
回路〈１２）と同様に抵抗（２９）に依ってｔ源寛圧が
分割されて与えられるもので、このクランプ電位Ｅ、が
Ａ／Ｄ変換回路（１５）のリファレンス電圧ＶＬ（！：
して出力きれる。従って、スイッチ（２７）がオンして
いる期間コンデンサク２５）の出力側がクランプ電位Ｅ
Ａに固定される。

ピークホールド回路（１６）は、２つのトランジスタ（
３０）（３１）、ダイオード（３２）、抵抗（３３）及
びコンデンサ（３４）からなり、エミッタフォロワ型に
接続されたトランジスタ（３０）に第２クランプ回路（
１４）ツクランフ出力Ｚ　（ｔ）を受け、順方向のダイ
オード（３２）と抵抗（３３）とを並列に介してトラン
ジスタフ３０）のエミッタがコンデンサ（３４）に接続
される。

そして、コンデンサ（３４）の電位をエミッタフォロワ
型に接続されたトランジスタ（３１）に依ってインビー
ダンス変換し、Ａ／Ｄ変換回路（１５）のリファレンス
電圧ｖ８として出力する。即ち、コンデンサ（３４）が
信号Ｚ　（ｔ）のレベルに応じてチャージされ、抵抗（
３３）を高抵抗とすればコンデンサ（３４）が放電きれ
難くなることから、コンデンサ（３４）の電位が信号Ｚ
　（ｔ）の最大レベルに−・致する。従：１て、信号Ｚ
　（ｔ）の最大レベルがホールドされることになり、こ
のホールド値がＡ　／’　Ｄ変換回路（１５）のリファ
レンス電圧ＶＨに与えられる。

第４図は、Ａ／Ｄ変換回路（１５）の構成を示す回路図
であり、第５図はその動作を示すタイミング図である。

Ａ／Ｄ変換回路（１５）は、複数比較回路（Ｃ１）（Ｃ
ｍ　：ｌ”　（Ｃｎ）を備えており、各比較回路（Ｃ８
）（Ｃ８）・・・（Ｃｎ）の出力がデコーダ（４０）で
デコードされてデジタル信号り、を得ている。各比較回
路（Ｃ４）（ｃｔ　）−＜Ｃ（Ｌ）には、信号２　＜１
＞、比較電圧Ｖ　＠　、　ｗ　Ｖ　、　。

及びクロックＣＫが入力されており、クロックＣＫの立
下りタイミングで比較電圧Ｖ□〜ｖ１．が比較回路（ｃ
ｔ）（ｃｍ）・・・（Ｃｎ）に取り込まれ、クロックＣ
Ｋの立上りタイミングで信号Ｚ　（ｔ）の電位が取り込
まれる。比較電圧Ｖ□〜Ｖ□は、リファレンス電圧ｖＬ
からＶ、までの間を抵抗（Ｒ）で均等分割して得るもの
で、比較電圧Ｖ、１〜Ｖ、７まで一定のステップで変化
する。各比較回路（ｃ、　）（ａｎ　）・・・（Ｃｎ）
は、夫々同一構成であり、３つのスイッチ（５１）（５
２）＜５３）、コンデンサ（５４）、インバータ（５５
）及びプリップフロップ（５６）からなる、先ずクロッ
クＣＫの立上りでスイッチ（５２）及び（５３）がオン
して比較電圧Ｖ□〜Ｖえ７が取り込まれてコンデンサ〈
５４）がナヤージされると共１こ、イン・バーク（５５
）とスイッチ（５３）とで比較電圧Ｖ　ＩＩ　Ｉ　”＝
　Ｎ’　Ｐ　ａが記憶され、次に反転クロックＣＫの立
１１″ｌ、即ちクロックＣＫの立下りでスイッチ（５１
）が才、／すると共にスイッチ（５２）がオフして信号
Ｚ　（ｔ）が取り込まれてコンデンサ（５４）がチャー
ジきれると同時にスイッチ（５３）がオフされる。この
とき、イ′ンバータ（５５）とスイッチ＜５３）とに記
憶詐れた電圧よりコンデンサ（５４）にチャージされた
電位が高ければインバータ（５５）の出力が「０．とな
肖、逆に低ければｒｌ、となる、そして、クロックＣＫ
が再び立１．るタイミングでインバータ（５５）の出力
をプリップフロップ〈５６）に取り込んでデコーダ（４
０）に出力させる。ここで、インバータ（５５）の出力
は、インバータ（５５）自体やコンデンサ（５４）の遅
延量に依り、クロ・ンクＣＫに遅れた形となるため、プ
リップフロップ（５６）が出力する比較結果は信号Ｚ＜
ｔ）の立下りより少し早いタイミング、即ち信号Ｚ　（
ｔ）の放電期間Ｔ、に終端部で得られることになる。こ
の信号２（ｔ、）には、第５図に破線で示す如くクラン
プ回路（１２）（１４）でのクランプノイズが重畳する
場合があるが、クランプ回路（１２）＜１４）がコンデ
ンサで構成されることから、クランプ回路（１２）（１
４）のスイッチの切換タイミングに発生するクランプノ
イズは時間経過に従って減衰することになるため、放電
期間ＴＤの終端部ではクランプノイズの影響が少なくな
る。従って、クランプ回路（１２）（１４）で信号Ｙ　
（ｔ）　、　Ｚ　＜ｔ−）に重畳したクランプノイズは
、Ａ、２／Ｄ変換回路（１５）で除去されることになる
。

Ａ、／Ｄ変換回路（１５）に於ける、アナログ信号の変
換範囲はリファレンス電圧ｖＬから■。までの間に設定
Ａれることから、信号Ｚ（ｔ）の黒レベルをｔブアレン
ス電圧ｖＬとし、信号Ｚ　（ｔ）の最大Ｌ２ヘルをリフ
ァレンス電ｒＥ　Ｖ　、ｌとすれば、Ａ／Ｄ変換回路（
１５）を有効に動作させることができる。

また、Ｆ述の如きビークホータレド回路（１６）で信号
Ｚ　（ｔ）の最大レベルをホールドしてリファレンス電
圧ｖ、Ｌに与えることで、Ａ／Ｄ変換回路（１５）に於
いて信号Ｚ　（ｔ）のゲイン調整を自動的にｉ・Ｉう（
ＡＧＣ処理）ことができる。即ち、信号Ｚ（ｔ）のレベ
１しが小さくなると１１ブアレンス電圧ＶＨがノ」−さ
くなり、リファレンス電圧ＶＬとｖ１４との差が小さく
なるために各比較回路（Ｃ，）（Ｃｔ　）・・・（Ｃｎ
）にケλられる比較電Ｈｖ□〜ｙ　＋＋。の変化のステ
ップが小さくなって、信号２　（１）の小さな変化でデ
コーダ（４Ｑ＞−＼の入力が変化することになる。逆に
信号Ｚ　（ｔ）のレベルが大きくなるとリファレンス電
圧ｖＩとＶ６との差が大きくなり、比較電圧■ヮ、〜Ｖ
ｈの変化のステップが大きくなって、信号Ｚ　（ｔ）の
小さな変・化ではデコーダ（４０）への入力が変化１゜
なくなる。

さらに、Ａ／Ｄ変換回路（１５）のリファレンス電圧Ｖ
８を特定のレベルに固定することに依って信号Ｚ　（ｔ
＞に対して白レベル調整（ホワイトクリップ）を施すこ
ともできる。

以上の構成に依れば、Ｃ０Ｄ（１１）から得られる映像
信号Ｘ　（ｔ＞に対して基準レベルや黒レベルの固定、
さらにはゲインの調整等をＡ／Ｄ変換回路（１５）の特
性に合わせて行うように構成されているため、信号処理
回路を極めて簡単な構成にすることが可能である。

（ト）発明の効果本発明に依れば、コンデンサとスイッチとで構成できる
極めてｎ単なりランプ回路を用いて映像信号処理を行う
ことから、信号処理部分の回路構成を性能を損なうこと
なく簡略化でき、安価で且つ高性能な撮像装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に係り、第１図はブロック図
、第２図はタイミング図、第３図は各部の回路図、第４
図はＡ／Ｄ変換回路の回路図、第５図はＡ／Ｄ変換回路
の動作タイミング図である。第６図は従来の固体撮像装
置のブロック図、第７図はタイミング図である。（１）ｍ）・・・ＣＣＤ、　（２）（４）（５）・・・
サンプルホールド回路、　（３）・・・差動アンプ、　
（６）（１７）・・・信号処理回路、　（７）＜１５＞
・・・Ａ／Ｄ変換回路、　（１２）（１４）・・・クラ
ンプ回路、　（１６）ピークボールド回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光電変換により受光部に発生する光電荷が映像情
報として垂直方向に転送されて水平レジスタに導入され
ると共に水平ライン毎に水平方向に転送され、映像情報
レベルと基準レベルとを交互に繰り返す映像信号を得る
固体撮像素子、上記水平レジスタの駆動クロックに同期して上記映像信
号の基準レベルを第１のレベルに固定せしめる第１のク
ランプ回路、上記映像信号の黒レベルを示す特定の期間映像情報レベ
ルを第２のレベルに固定せしめる第２のクランプ回路、基準レベルと特定期間の映像情報レベルとが夫々所定レ
ベルに固定された上記映像信号を上記水平レジスタの駆
動クロックに同期してデジタル信号に変換するアナログ
・デジタル変換回路、を備え、上記固体撮像素子で受光した映像からデジタル化された
映像信号を得ることを特徴とする固体撮像装置。
（２）上記アナログ・デジタル変換回路は、上記第１の
クランプ回路で発生するクランプノイズが重畳する期間
を除くタイミングで上記映像信号の映像情報レベルを回
路に取り込むことを特徴とする請求項第１項記載の固体
撮像装置。
（３）請求項第１項記載の固体撮像装置であって、上記第２のクランプ回路のクランプレベル（第１のレベ
ル）を上記アナログ・デジタル変換回路の参照電圧の低
電圧側に与えることを特徴とする固体撮像装置。
（４）請求項第１項記載の固体撮像装置であって、上記映像信号の映像情報レベルの最大値を少なくとも一
画面毎にホールドし、このホールドレベルを上記アナログ・デジタル変換回路
の参照電圧の高電圧側に与えることを特徴とする固体撮
像装置。