JPS5952974A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は固体撮像装置に係り、特にスメア対策を施した
固体撮像装置に閂するものである。

〔従来技術） 画像を雷、気信号に変換する撮像装置において、最近で
は、光電変換装置として半導体隼積回路技術によりイ（
）られる固体撮像ダく子が川し）られてきている。固体
撮像素子を用いること番こよって、撮像管式のものＪ：
りも撮像装置の小へ（Ｊ化・高（言！偵イヒ・軽量化・
長寿命化がはかれる。

然るに、第１図に示すような固体撮像素子においては、
感光性を持つ部分がフォトダイオード１の部分のみであ
ることが望まししＡが、実際にＧま、フォトダイオード
の周辺部＜い１えばＭＯＳ）ランジスタ２のドレインも
感光性を持つことがある。

ドレインで発生した光雷、荷は、ＭＯＳ）ランジスタの
メン・オフにかかわりなく垂直信−号線３に移されるが
、垂直信号線には」二下しこ並んだ数百のへ４ＯＳトラ
ンジスタのすべてのドレインカ；接続されているので、
垂直信号線３には、すべてのドレインで発生した光電荷
が混合加算されて蓄積される。すなわち、投影された被
写体像の垂直方向の積分光量に対応した信号電荷が各垂
直信号線に蓄積される。

この信号面、荷は、各水平走査期間ごとに、フオトダイ
オード１で発生した通常の信号面前に重畳して出てくる
ので、例えば第２図（ａ）に示すような明るい部分のあ
る被写体像を撮像すると、再ｌ（：画面上では第２図（
ｂ）に示すように、上下方向に尾引き状の、にゼ信号が
発生する。

このような固体撮像才子に特有のノイズ成分を垂直スメ
アと呼んでいる。

〔発明の目的］ 本発明の目的は、−Ｌ配の如き従来の欠点を改善し、垂
直スメアの発生しない固体撮像装置を提供することであ
る。

〔発明のａ斐） 上記目的を搾成するため、本発明は次のような手段を有
する。

水平および乎■α方向に感光画素列をアレイ状に配列し
た固体撮像装置゛を用いる固体撮像装置において、水平
方向の画素列のうち奇数行目の両Ｓ？列から得られる信
号を外部に出力する第１の手段および偶数行目の画素列
から得られる信号を外部に出力する第２の手段と、奇数
行目の信号を第１の手１りに送る動作を制御する第１の
制御手段および偶数行目の信号を笛２の手段に送る動作
をｉｆ！ＩＩ削する第２の制御手段と、第１の手段の出
力から第２の手段の出力を減する第１の減１す月居路お
よび第２の手段の出力から第１の手段の出力を沖する第
２の減算回路と、第１の７１１９算回路の出力と第２の
減算回路の出力を、第１の制御手段と第２の制御手段に
加える制御信壮で切り換えるためのゲート回路を備えて
いることに９゛ｆ徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細な説明するが、その前に、本つ′１
５明を適用づ−るＮ・１０Ｓ形固【ド撮像素子のインタ
レース動作について述べておく。

第１図に示すＭＯ８形同体撮像素子では、垂直シフトレ
ジスタ牛の出力線５□、５３．・・・＋　５ｍに順次送
られた出力パルスは、インタレース回路６に加えられ、
奇数フィールドでは、出力線７□および７２．７８およ
び７．・・・、７　　および７■ｍ−１ の２本ずつに対して同時に順次送られる。こねによって
、例えば最初の水平走査期間では、２行のＭＯＳ）ラン
ジスタ２□−０，２□−２＋２１　６　＋　”２□−７
および２２１．２２２　＋　２２　Ｂ　＋・・・２１．
−ユがずべてメン状態になるので、第１行目のフメト］
　−１１−２１−８’　”　”　１−ｎダイオード１　
　　．１　　　．１ で得られた光＜Ｆｉ号が、それぞれ垂伯信号紳３２゜３
．３　、・・・、３，１１に移され、第２行目のフ第６ トダイオード１　　　．１　　　．１　　　　、・・・
す２−ｆｉ２−１２−２２−３ の光信号がそれぞれ垂直信号線３１　＋　３３　＋　３
５　＋・・・。

３２□−０に移される。

一方、水平走査期間に水平シフトレジスタ８がら出力線
９１＋　９２　＋　９８＋　　・・・、９　に順υ・送
られる出力パルスは、同ｕ：ｒに２つの水平スイッチト
ランジスタ１０１Ｌ　および１．０８．１０３および１
０４゜・・・＋　１０２ｎ　１および１０．。を服（次
オン１人゛β１シにし、それぞれに接続された垂直信号
線」―の信号を信号出力Ｍ　１］、１．　１１．、がら
出力する。ここで、垂直佃号斜！３　　、３　　、３　
　、・・・＋３８．−ｓに投′靭１された１　　　　　
　　１１　　　　　　５ 垂直化号線３ｐ、　＋　３４　＋　３６＋　　・・・、
３２ｏ　　に接続された水平スイッチトランジスター０
，１０．。

］−０，−・・＋　１０２ｎＧ＝を信号出力線］−１□
　　に、接続されている。

この結果、伯−４出力線１１、からけ第１行１−１のフ
ォトダイオードの信号がイｑられ、」・た、信号出力線
１１２　からは岱２行ｌ］のフォトダイオードの信号が
同時に得らノするっ また、４１弔数フイールドでは、垂直シフトレジスタか
ら加えられたパルスで同時に出力パルスが得られるイン
タレース回路の２本の出力線の組み合わ−１をすら−１
−ｏすｔＯＩ゛わち、垂直シフトレジスタ４の出力線５
□、５□、５８．・・・、５　に順次送られた出カッぐ
ルスがインタレース回Ｖ６６に加えられると、出力線７
２　　および７Ｂ　＋　７４　′Ｊ”；−１−ひ７５．
・・・・７２１ｎ−２および７２ｍ−１の２本ずつに対
して同Ｉ＋、デに順次出力パルスが送られる。これによ
って、例えば最初の水平Ａ′査Ｊｔ’１間に６１第２行
目の７オトダイメード１２　］　１１２　ｚ＋　　・・
・、１２□　の光信号が、それぞれ垂直信号線３□、３
８．・・・、３１ｎ−１に移され、第３行目のフォトダ
イオード１８−１１１８−２１・・・・１８−ｎ　　の
光信号がそれぞれ垂直信号Ｗ　３２　＋　３４　＋・・
・１３２１１　　に移される。この結果、水平走査期間
に信号出力線１１．からは第２行目のフォトダイオード
の光信号が得られ、信号出力線１１□からは第３行目の
フォトダイオードの光信号が同時に得られる。

以上述べたｉｌ＋作により、信号出力線ｌｌ工および１
１Ｂ　　から得られる信号を加算した信号は、空間的な
位置の重みがフィールドごどにフォトダイオードの１行
分だけ」−下に移動するのでインタレース動作がすに現
される。

このようなインクレース動作によれば、すべての行のフ
ォトダイオードで得られる光信号が各フィールドごとに
信号出力端子から出力されるので、被写体が動いたとき
フォトダイオードに残る残像の長さはｌフィールド期間
（１／６０秒）に動いた距離に対応した量となる。

ここで、フォトダイオードにのこる残像の長さを、１フ
レ一ム期間（１／３０秒）すなわち、２フイ一ルド期間
に動いた距離に対応した最まで許容ずれは、次に述べる
インクレース動作が可能である。

■フレーｌ−期間分の残像を許容する場合のＭ　Ｏ８形
固体ｔ１１月象素子を竿３図に示す。第１図のＭ　Ｏ８
形固体撮像軍子と異なる点は、インタレース回路６と出
力線７□、７３．・・・、７　の間にゲート回路１２□
、１２２．　　・・・、１２８ｍを設けたことである。

ゲート回路の制御入力は、ひとつおきに別々の制御端子
１３□、１３．に接続されている。

ここで、奇数フィールドで制御９１′Ｍ子１３１にオフ
信号を加え、制御ｆ１１（子］、、：Ｓ、　　にオフ信
号を加えれば、たとえば最初の水平走査期間にインタレ
ース回路からゲート回路１２．および１２．に出力パル
スが加えられても出力パルスは出力Ｍ７□のみに伝えら
れる。この結果、第１行目のフォトダイオード１□−０
，１□−？、・・・、１□−０の光信号のみが垂直信号
線３ｇ　＋　３４　＋・・・、３．□に移される。一方
、垂ｆｆｆスメア信号はＭＯＳ　）ランジスタ２のオン
・オフにかかわりなく垂直信号線３に蓄積される。この
結果、奇数フィールドの各水平走査期間には、信号出力
線１１エ　からは奇数行目のフォトダイオードの光信号
Ｓ。と、垂直信号線３２　＋　３４　＋　　・・・３Ｑ
ｎに蓄積された垂直スメア信号■。とが得られ、信号出
力線１１．からは垂直信号線３１　、３４　＋・・・”
１ｌｎ−１に蓄ｌｔ’Ｊされた垂直スメア信号■。が得
られる。

また同様に、偶数フィールドでは制御端子１３□にオフ
信号を加え制ｇｉｌｌ　’ｆ１“１４子１３２　にオン
信号を加えれば、たとえば最初の水平走査期間には出力
パルスｉ：Ｉ：　／Ｉ（力線７．だけに伝えられＪフォ
トダイオード１４１＋ＩＢ２＋・・・、１２□　の光信
号のみが垂直信号線３１　＋　３Ｂ　＋・・・＋３２ｎ
１に移される。この結果、偶数フィールドの各水平走査
期間には、イバ号出力線１１２からは偶数行目のフォト
ダイオードの光信号Ｓ。と垂直信号線３□、３８．・・
・３２□−１に蓄積された垂直スメア信号■。とが得ら
れ、信号出力線１１エ　からは垂直信号線−１３４１”
’３２゜に蓄積された垂直スメア信号■。が得られる。

次に本発明を実施例を用いて説明する。

第４図は本発明の一実１イ１；例を示す。１４は第５図
で示したＭ　ＯＳ固体体撮像素子である。

１４の信号出力端１１□　から得られた信号は、プリア
ンプ１５、を通して減算回路１６□　の正（１ｍ入力端
子とｉｔ算回路１６２　　の負（ｌｉ１１入力端子に加
えられる。一方、信号出力９ｉ＋ｔｔ子１１．から得ら
れた信号番９■、プリアンプ１５．を通して減算回路１
Ｇ□の負側入力端子と減算回路１６．　　の正側入力端
子に加えられる。減算回路１６□、１６．の出力信号は
それぞれゲート回路１７１，１７２に加えられてゲー・
トされた後、加算回路１８に加えられる。

ここで、ゲート回路１７□け、同１ｊＪ１回路１９より
ＭＯ８形固固体像ゼ１子１４の制御端子１３□　に加え
られる信号に開明して、奇数フィールドにのみ入力信号
を出力へ伝える。またゲート回路１７．は、制御端子１
３．に加えられる信号に同期し７て、偶数フィールドに
のみ入力信号を出力へ伝える。

前述のように、奇数フィールドには信号出力端子１１□
　より奇数行目のフォトダイオードの光信号Ｓ。と垂直
信号線１０２１１０４１−・・、１０．ｎの垂直スメア
■。が７ｊｌられ、信号出力線１１．より垂直信号線１
０工、１０８・・・１０２ｎ−１の垂直スメア■。がイ
ＩＩられる。

ここで、垂直信号線］−〇、と１０８．１０．と１０．
。

・・・、１０２７１−２と１０．。−１のような空間的
位置関係が近い２本の＃ｐ　Ｈ１７信号＃’ｉ！の垂ｉ
（７スメアが（はｔｌ等しいこと・り考えると ＶＯ−Ｖ　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）で
あるので、奇数フィールドに減算回路１６□　からゲー
ト回路１７□　を逆って加算回路１８に加えられる信号
Ｓ。ｕｔ□　は ５ｏｕｔ□＝（Ｓｏ＋■ｅ）−■。・・・ｅ）＝Ｓｏ　
　　　　　　　　・・・（３）となる。

同イ′：Ｉに、偶ン；ンフィールドには信号出力線１１
２より偶数行目のフメトダイオードの光信号Ｓ。と垂狛
イー７号線１０．１０８．・・・、１０□ｎ−０の垂直
スメア■。とが行られ、信号出力線１１．　　より垂直
イ「９路線１０．　、　ｌ　Ｏ，・・・、１ｏ、ｒ＋の
垂直スメア■ｏ　が得られるので、細微フィールドに減
算回路１６２　　からゲート回路１７．　　を通って加
１寒回路１８に加えられるイバ号Ｓ。ｕｔ　Ｑ　　は５
ｏｕｔ　２　＝　（Ｓ６　＋”ｏ）　　Ｖ。・・・（４
）＝Ｓ　　　　　　　　　　　　　・・・（５）となる
。

この結果、奇数フィールド・伊Ｓ数フィールドとも、発
生した垂直スメアが除去されて、加算回路１８からは、
フォトダイオードの光信号のみが得られる。

本発明は第５図に示す実施例においても実現可能である
。第５図の実施例が第４閏の実施例と異なる点は、減算
回路１６□　の出力を反転回路２０に加え、反転回路２
０の出力をゲート回路１７□に加えている点である。反
転回路２０の出力が、第４図に示す実施例の減算回路１
６．の出力と等しいことは明らかであり、第５図の実施
例によれば減算回路１Ｇ□　が省略できる。

また、本発明は、ＭＯ８形固体撮像素子だけでなく、イ
ンタレース動作において、奇数行目の画素の信号を外部
へ出力するための経路と、偶数行目の画素の信号を外部
へ出力するための経路とが区別されており、両方の経路
からの信号を同時に出力できるすべての固体撮像素子に
適用できる。

たとえば、第６図に示すインターライン形ＣＣＤでは、
奇数行目の７メトダイメード２１１１＋２１　　・・・
＋　２１Ｂ　Ｉ、２１４１１・・・の光信号と１−を 偶数行目のフメトダイオード２１８．，２１８．。

・・・２１４−□、２１．．・・・の光信号を垂直ＣＣ
Ｄ２２□、２２２・・・および水平ＣＣＤ２３上で分離
して移送することができる。ここで、駆動回路２４より
垂直転送ゲート２３□、２３８に加えるパルスを、制御
入力端子２５□、２５２によって制御し、奇数フィール
ドには奇数行目のフォトダイオードの信号のみが垂直Ｃ
ＯＤに移され、偶数フィールドには偶数行目のフォトダ
イオードの信号のみが垂’ｒ（ｒ　ＣＣＤに移されるよ
うにする。このとき、フォトダイオードの信号が移され
なかった垂直ＣＣＵの部分には垂直スメアのみが蓄積さ
れるので、水平ＣＯＤからは、たとえば奇数フィールド
では奇数行目の７オトダイ珂−ドの光信号と垂直スメア
の和信号、あるいは垂直スメア信号のみが交互に？■ら
れる。これを分能回路２６□、２６．によって交互に分
離すれば、第３図に示すＭＯ８形固体撮像素子の出力信
号線１１□、１１．から得られる信号と同様の信号が得
られる。

〔発明の効果〕

」二連の如く、本発明によれば、減算回路をｎツＵるこ
とによりスメアの発！１ゴシない固体撮像装置が実現で
き、画質を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭＯ８彫固体撮仰素子の構成を示す図、第２図
は垂直スメアを説明するための図、第３図は本発明が適
用可能なＭＯ８形固体撮像素子の構成の一例を示す図、
第４．第５図は本発明の一実１・Ｏ）例を示す図、第６
図は本発明の適用が可能なインターライン形ＣＣＤのｊ
ｊ・ｆｆ成の一例を示す図である。 １１□、１１．：固体撮像素子の信号出力かハ１３□。 １３！＝ゲ一ト回路制御端子、■４＝固体撮像素子、１
５：プリアンプ、１Ｇ□、　１６．　：減算回路、１７
：減勢回路出力を切り換えるためのゲート回路。 第　　　１　　　図 ８ 第　　　２　　　図 （ａ） 第　　　３　　　図 １３、　１３□ 第　　　４．　　　図 第　　　５　　　図 第　　　６　　　図 ２５．２５２ 第１頁の続き ０発　明　者　佐藤正典 勝田市大字稲田１４１０番地株式会 社日立製作所東海工場内 ０発　明　者　鈴木聡 勝田市大字稲田１４１０番地株式会 社日立製作所東海工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 奇数行目の画素の信号を外部へ出力するためのｆＢｌの
   経路と、偶数行目の画素の信号を外部へ出力するための
   第２の経路が区別されており、該第１の経路の信号およ
   び該第２の経路の信号を同時に出力できる固体撮像装置
   において、前記幀１の経路の出力と前記第２の経路の出
   力との斧を出力する減算回路、前記第１の経路を制御す
   る制御信号および前記１Ｎ２の経路を制御する制御信号
   に同期して、前記減算回路の出力を制御するゲート回路
   を設けたことを特徴とする固体撮像装置。