JPS61234178A - 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】 産業上の利用分野 本発明は固体撮像素子を用いた固体撮像装置のスミア補
正に関するものである。

従来の技術 従来のスミア補正に関する固体撮像装置としては、例え
ば特開昭５８−１５６２７２号公報に示されている。

第７図はこの従来のスミア補正に関する固体撮像装置の
概略図を示すものであり、１はフレームトランスファ形
の固体撮像素子、２は光電変換を行うフォトセンサ一部
である。３は電荷を蓄積するストレージ部である。４は
蓄積電荷を直列信号に変換し出力する出力レジスタであ
る。５は切換えスイッチ、６は１ラインメモリ、７はオ
ンオフスイッチ、８は差動増幅器であシ、９は出力端子
である。また１ｏは遮光された上端のフォトセンサ一部
である。第７図で斜線部は光が当たらないようにされた
遮光部である。

以上のように構成された従来のスミア補正に関する固体
撮像装置の動作について説明する。

第７図のフレームトランスファ形固体撮像素子では、フ
ォトセンサ一部２で入射した光に応じた電荷の像が形成
され、１フィールド期間、即ち１／６０秒立つとフォト
センサ一部２の電荷像はストレージ部３に転送される。

更に、このストレージ部３の電荷像は出力レジスタ４に
転送されて、ここで直列信号に変換され、撮像出力とし
て取出される。

第７図のフォトセンサ一部２の一部に比較的明るい光の
部分りが入射し、そこに電荷像が形成された場合を考え
ると、入射光りによって励起され。　　　　　　　た電
子が過剰に発生するため、フォトセンサ一部２からスト
レージ部３へ転送される毎に、入射光りの部分のフォト
センサ一部と同じ転送ライン上にあるフォトセンサ一部
の各信号には、この過剰電子が加えられるのでこの撮像
出力をテレビジ冒ン受像機の陰極性管で再生した、場合
は、第８図に示すように第７図の入射光の部分りに対応
した明るい保工が映出されると共に、その像Ｉの幅をも
った垂直方向の明るい帯状の像Ｓが形成される。

この像Ｓの明るさは保工の明るさより低くなっている。

この像Ｓに対応する固体撮像装置１上の電荷像を一般に
スミアと呼んでいる。

第７図で遮光されたフォトセンサ一部１０以外の信号出
力は、出力レジスタ４から切換えスイッチ６のａ−Ｃ接
続を介して差動増幅器８の非反転入力端子に供給される
。また遮光されたフォトセンサ一部１ｏの信号出力の時
には、切換スイッチ６の可動接点＆が固定接点すに切換
えられ、メモリ６に供給される。遮光されたフォトセン
サ一部では撮像信号は得られないので結局スミア成分の
みのスミア信号がメモリ６に記憶される。また、この時
オンオフスイッチ７は各１フィールド期間オンにされる
ので、スミア信号は各１フィールド期間メモリ６に循環
保持される。そして、切換スイッチ６の可動接点ａは、
上記の遮光部１ｏのスミア信号が供給される１ライン期
間を除いて固定接点Ｃ側に切換えられているので、差動
増幅器８で、撮像信号からスミア信号が差し引かれ、出
力端子９にはスミア成分の除去された撮像信号が出力さ
れる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような方法では、静止像などのスミ
ア成分が各フィールドで変化しない場合はよいがフィー
ルド毎、あるいはフィールドの途中で変化すると前フィ
ールドで検出したスミア成分で次フィールドの信号を補
正するため、例えば１／６０秒の間に生じるスミア変化
に対しては補正不可能であり当然スミア補正に過不足が
生じ映像に支障を与えて補正の意味がなくなるという問
題点を有していた。

本発明はかかる点に鑑み、被写体の急激な動きや入射光
量の急変に対しても正確なスミア補正を行うことができ
る固体撮像装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、２次元的に配列さ
れた光電変換部の全画素信号を１フィールド期間内に読
み出しかつ各垂直列に遮光された複数の画素をもつ固体
撮像素子と、前記固体撮像素子のフィールド切換え信号
と同期して前記固体撮像素子の垂直列と同一方向に、前
記固体撮像素子を一画素分の距離に相当する振幅で振動
させる駆動系と、前記固体撮像素子より得られる遮光さ
れた画素の信号と遮光されていない画素の信号を演算す
る回路系とを備え次固体撮像装置である。

作用 本発明は前記した構成により、各垂直列の画素信号につ
いて遮光されていない画素の信号と、その画素の存在す
る水平行から１水平行上が下、あるいは数水平桁上か下
の位置にある遮光された画素の信号とにより演算が行わ
れ遮光されてない画素の信号のスミア成分が補正される
ため、１水平読み出し期間（１水平行の信号を読み出す
期間）あるいはそれの数倍の期間内に過大なスミア成分
の変化がなければ正確にスミア補正ができる。故に被写
体の急激な動きや入射光量の急変にでも十分に正確なス
ミア補正ができる。

実施例 第１図は本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
簡単な構成図を示す。第１図で１１は２次元的に配列さ
れた光電変換部をもち、第２図に示すごとく遮光部を施
し、１水平行毎に遮光された画素行と遮光されてない画
素行が交互に位置しているインターライン型ＣＣＤの固
体撮像素子で、従来の１水平読み出し期間内に２水平行
分の信号を読み出す。１２はその出力端子、１３は固体
撮像素子１１をその垂直列と同一方向にフィールド切換
え信号と同期して１画素分の距離の振幅で振動させる駆
動器、１４は出力信号を取り出すゲート回路、１５，１
８，２１．２４，２５は切換えスイッチ、１６は１水干
読み出し時間の半分の時間遅延を与える遅延回路、１７
は減算器、１９゜２２は固体撮像素子１１の１水平行の
画素数と同数のメモリを持つ１ＨメモＩＪ、２０は１Ｈ
メモリ１９　、２２の書き込み時の駆動回路、２３は１
Ｈメモ１Ｊ１９，２２の読み出し時の駆動回路、２６は
出力端子、２７は各回路にタイミングパルスを与える同
期回路である。また第２図は第１図の固体撮像素子１１
の出力端子１２付近の拡大図で、２８は光電変換部、２
９は転送ゲート電極、３０は垂直転送ライン、３１は垂
直転送方向、３２は水平転送ライン、３３は水平転送方
向、３４は遮光部であり、３６は一画素分の距離である
。

第１図のように構成された第１の実施例の固体撮像装置
について、以下その動作を第３図（ａ）〜（１）を用い
て説明する。

第３１図（ａ）〜（１）は第１図の（，１〜（１）の各
部の信号波形及びタイミングパルスを示し、Ｈは従来の
水平読み出し期間、ＨＲは従来の実効水平読み出し期間
、ＨＢは従来の水平ブランキング期間、ＲＰは従来のリ
セット期間°であシ水平読み出し３回分である。またＳ
ｌ　ｔ　Ｓ２　ｊ　Ｓ３　Ｆ　Ｓ４　、”””５ｎ−２
＋５ｎ−１，Ｓｎは各画素の信号成分で、その時のスミ
ア成分は各画素とも一定のＭとしている。さらにＳｌ　
　　Ｓｌ　　　Ｓｌ　は１回目の実効水平転送路ｎ−２
＋ｎ−１少　　ｎ ７後に入射光量の急変等の結果生じた信号としその時の
スミア成分をＭ′としている。

第１図の固体撮像素子１１には第３図（Ｃ）に示す垂直
転送パルスと第３図（ｂ）に示す水平転送パルスが印加
される。これによシ従来の１水平読み出し期間Ｈに２水
平行分の信号を読み出す。故にゲート回路１４にも水平
転送パルス（ｂ）と同じパルスが印加される。ゲート回
路１４によシ得られる信号は、切換えスイッチ１５に、
印加される第３図（ｊ）に示す切換えパルスにより水平
読み出しの半分の時間Ｈ／２毎に切換えられ、遅延回路
１６及び減算器１７にそれぞれ第３図（ｄ）及び（ｅ）
に示す信号として入力される。ここで第３図（ｄ）及び
（ｅ）の信号については、固体撮像素子１１が第２図に
示す様に１水平行毎に遮光された画素行と遮光されてな
い画素行が交互に位置しているため、信号（ｄ）は信号
成分とスミア成分の和で、信号（ｅ）はスミア成分のみ
となる。さらに信号（ｄ）は遅延回路１６によりＨ／２
遅延され第３図（ｆ）の様になシ、減算器１アでスミア
成分のみの信号（ｅ）が差し引かれ第３図（ｑ）に示す
様になる。また切換えスイッチ１８．２１は、第３図ｆ
ｋ）に示す切換えパルスにより１Ｈ毎に連動して１Ｈメ
モリ１９か１Ｈメモリ２２のどちらかにスイッチする。

一方切換えスイッチ２４．２５は、第３図（１）に示す
切換えパルスによシ、１Ｈ毎に切換えスイッチ１８．２
１と逆相で、やはり連動して１Ｈメモリ１９か１Ｈメモ
リ２２のどちらかにスイッチする。駆動回路２ｏは書き
込み時用であるため第３図（ｂ）のパルスと同じ周波数
のパルスで駆動され、駆動回路２３は読み出し時用であ
るため第３図（ａ）のパルスと同じ周波数のパルスで駆
動される。

第１図で切換えスイッチ１８，２１，２４゜２５は切換
えパルスがハイレベルで上側にスイッチするとする。こ
の時第３図の切換えパルス（ｋ）。

（１）の信号波形より、第３図での最初の減算器１７の
出力信号（ｑ）は１Ｈメモリ１９に逐次記憶される。

次に切換えパルス（ｋ）　、　（１１が反転すると切換
えスイッチ１８．２１は下側に、切換えスイッチ２４゜
２５は上側にスイッチして１Ｈメモリ１９は第３図（ａ
）に示す波形のパルスと同じ周波数のパルスで読み出さ
れるため、第３図（ｈ）に示す信号出力が出方端子２６
よシ得られる。またその時１Ｈメモリ２２は信号書き込
み状態となっているため、減算器１７の出力信号が出力
され次第第３図（ｑ）の２番目に示す出力信号を逐次記
憶していく。

この記憶動作終了後再び切換えパルス（ｋ）　、　ＴＩ
）の反転により、今度は１Ｈメモリ２２の記憶信号が第
３図（ａ）に示す波形のパルスと同じ周波数のパルスで
読み出されるため、第３図（ｉ）に示す出力信号が出力
端子２６よシ得られる。この時１Ｈメモリ１９は信号書
き込み状態となっている。以上説明した動作をくシ返す
ことによりスミア補正された信号が１Ｈ毎に得られる。

但しこの場合１Ｈの間に遮光されていない画素行と遮光
されている画素行の２行を読み出してスミア補正し、遮
光されていない画素行の信号を出力するため１フイール
ドの間に全画素信号が読み出され１水平行おきの信号が
出力されることになる。

次に、次フィールドでは、前フィールドの読み出し開始
と同時につまりフィールド切換え時に、駆動器１３によ
り固体撮像素子１１はその垂直列と同一方・向に一画素
分の距離相当動かされ、前フィールドの読み出し開始前
の遮光された画素行の存在していた空間的位置に遮光さ
れてない画素行が位置し、前フィールドの読み出し期間
中信号を蓄積し、次のフィールドで前フィールドと同様
な読み出し動作をすることにより、前フィールドで遮光
された画素行の存在していた位置の信号が得られ、前フ
ィールドの信号の間をうめる１水平行おきの信号が出力
される。さらに、このフィールドの読み出し開始と同時
に固体撮像素子１１は、駆動器１３によシもとの位置に
もどされ同様な動作をくり返す。以上の動作により通常
のインターレース読み出しと同等となる。

以上のように本実施例によれば２次元的に配列され九光
電変換部の全画素信号を、１フィールド期間内に読み出
す固体撮像素子に対して、各垂直列毎に複数の画素を遮
光し１水平行毎に遮光された画素行と遮光されていない
画素行が交互になるようにして、前記固体撮像素子をフ
ィールド切換え毎に垂直列と同一方向に一画素分の距離
相当動かしフレーム周期でもとの位置にもどるように振
動させスミア補正することにより、１水平読み出し時間
内（この実施例の場合、従来の１水平読み出し時間の半
分の時間、約６２．５７２μｓｅａ内）でのスミア成分
変化を除いては完全にスミア補正ができるので、被写体
の急激な動きや入射光量の急帳　　　　　　　変による
スミア成分の変化に対しても十分にスミア補正が可能で
ある。しかも遮光されている画素数が全画素数の半分で
あるにもかかわらず、垂直解像度が全画素遮光されてな
い場合と同等であるという効果も兼ね備えている。

第４図は本発明の第２の実施例を示す固体撮像装置の簡
単な構成図を示すものである。第４図で３６は第１の実
施例と同様に第５図に示すごとく遮光部を施し、１水平
行毎に遮光された画素行と遮光されていない画素行が交
互に位置しているインターライン型ＣＣＤの固体撮像素
子で、３７はその出力端子である。３Ｂ　、３９は出力
信号を取り出すゲート回路、４０は減算器、４１は出力
端子、４３は同期回路である。４２は駆動器で第１の実
施例と同様なものである。また第６図は第４図の固体撮
像素子３６の出力端子３７付近の拡大図であり、４３は
光電変換部、４４は転送ゲート電極、４６は垂直転送ラ
イン、４６は垂直転送方向、４７は水平転送ライン、４
８は水平転送方向、４９はフィルターによる遮光部、５
０は一画素分の距離である。第１の実施例と異なるのは
水平転送ラインが２段、出力端子が２つ設けられている
ことである。この２組の水平転送ラインと出力端子は両
方とも同等の機能を有し、各水平転送ラインは同一の水
平転送パルスマ同様な転送をする。

また上段の水平転送ラインから下段の水平転送ラインに
は、１つの垂直転送パルスで１水平行の画素信号が同時
に転送される。

第４図の様に構成された第２の実施例の固体撮像装置に
ついて第６図（ａ）〜（ｅＪを用いて説明する。

第６図（ａ）〜（ｅ）は第４５図（ａ）〜（４１１の各
部の信号波形及びタイミングパルスを示し、Ｈは従来の
水平読み出し期間、ＨＲは従来の実効水平読み出し期間
、ＨＢは従来の水平ブランキング期間、ＲＰは従来のリ
セット期間である。またｓｌ、ｓ２．ｓ３．ｓ４は任意
の水平読み出し期間の４つの画素信号で、Ｍはスミア成
分で各画素とも一定としている。

第４図の固体撮像素子３６には第６図（ａ）に示す水平
転送パルスと第６図価）に示す垂直転送パルスが同期回
路４３より印加される０、第６図（ｂ）の垂直転送パル
スにより従来の１水平ブランキング期間ＨＢ内に２回垂
直転送を行い、第５図に示す２つの水平転送ライン４７
に２水平行分の画素が転送され、第６図（ａ）の水平転
送パルスにより２つの出力端子３７からゲート回路３８
及び３９を経て信号が得られる。この実施例の場合、下
段の出力端子３７から信号成分とスミア成分の和の信号
が、上段の出力端子３７からスミア成分のみが出力され
るので、ゲート回路３８の出力信号（Ｃ）は第６図（Ｃ
）の様になり１．ゲート回路３９の出力信号（ｄ）は第
６図（ｄ）の様になる。上記２つの信号より減算器りで
スミア成分のみ差し引かれ出力端子４１には第６図ｆｅ
）に示すスミア補正された信号が出力される。

この動作が各フィールド毎に行われるが、第１の実施例
と同様にして駆動器４２により固体撮像素子３６がフィ
ールド切換え毎にその垂直列と同一方向に一画素分の距
離相当動かされ、フレーム周期で元の位置にもどるため
通常のインターレース読み出しと同等となる。

以上のように本実施例によれば、２次元的に配列された
光電変換部の全画素信号を１フィールド期間内に読み出
し、水平転送ライン及び出力端子を２組もつ固体撮像素
子に対して、各垂直列毎に複数の画素を遮光して１水平
行毎に遮光された画素行と遮光されていない画素行が交
互になるようにして、フィールド切換え毎に垂直列と同
一方向に一画素分の距離相当動かしフレーム周期でもと
の位置にもどるように振動させスミア補正することによ
り、簡単な構成で第１の実施例と同様な効果をもつこと
ができる。

なお第１．第２の実施例とも１水平行毎に遮光された画
素行と遮光されていない画素行が交互になるようにした
が、この遮光部と非遮光部が入れ替わるようにしてもよ
い。

また本実施例は、インターライン型ＣＣＤの固体撮像素
子についてのみ説明しているが、垂直転送がＭＯＳ型で
水平転送がＣＣＤ型の固体撮像素子等も、例えば遮光さ
れる画素専用の垂直転送線を１本追加すれば本発明によ
シ同様な効果が得られることは明白である。なお複数の
固体撮像素子を有する固体撮像装置についても適用でき
ることは言うまでもない。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、１水平読み出し期間
（１水平行の信号を読み出す期間）、あるいはそれの数
倍の期間内に過大なスミア成分の変化がなければ正確に
スミア補正ができるので被写体の急激な動きや入射光量
の急変にでも十分に正確なスミア補正ができ、しかも固
体撮像素子の各垂直列毎に複数の画素を遮光しているに
もかかわらず全画素遮光していない場合の垂直解像度と
同等の解像度を与えることができる特徴も持ち、その効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の固体撮像装置のブロ
ック図、第２図は同実施例の固体撮像素子１１の出力端
子１２付近の拡大図、第３図は同実施例の各部の信号及
びタイミングパルスを示す波形図、第４図は本発明の他
の実施例の固体撮像装置のブロック図、第５図は同実施
例の固体撮像素子３６の出力端子３７付近の拡大図、第
６図は同実施例の各部の信号及びタイミングパルスを示
す波形図、第７図は従来の固体撮像装置のブロック図、
第８図はスミア現象の生じた時のモニターの画面図であ
る。 １１．３６・・・・・・固体撮像素子、１２，３７゜２
６．４１・・・・・・出力端子、１３，４２・・・・・
・駆動器、１４　、３８　、３９・・・・・・ゲート回
路、１５．１８゜２１．２４．２５・・・・・・切換え
スイッチ、１６・・・・・・遅延回路、１７　、４０・
・・・・・減算器、１９　、２２・・・・・・１Ｈメモ
リ、２０，２３・・・・・・駆動回路、２７゜４３・・
・・・・同期回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第４
図 ｒＲゝ 第　６　図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次元的に配列された光電変換部の全画素信号を
   １フィールド期間内に読み出しかつ各垂直列に遮光され
   た複数の画素をもつ固体撮像素子と、前記固体撮像素子
   のフィールド切換え信号と同期して前記固体撮像素子の
   垂直列と同一方向に前記固体撮像素子を一画素分の距離
   に相当する振幅で振動させる駆動系と、前記固体撮像素
   子より得られる遮光された画素の信号と遮光されていな
   い画素の信号を演算する回路系とを備えたことを特徴と
   する固体撮像装置。
2. （２）固体撮像素子の各垂直列の遮光された複数の画素
   を、各垂直列で遮光された画素が１画素おきに位置し、
   １水平行毎に遮光された画素行と遮光されていない画素
   行が交互になるように配置した特許請求の範囲第１項に
   記載の固体撮像装置。