JPH04142891A - 固体撮像素子の出力電位クランプ装置 - 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、固体撮像装置における固体撮像素子の出力電
位クランプ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、固体撮像装置のブロック図である。

図において、１２２は、システム各部に必要なタイミン
グパルスを供給するクロック回路である。

１０１は、図示しない光学系より導かれた光学像を電気
信号に変換１−る固体撮像素子であり、赤（Ｒ）、緑（
Ｇ）、青（Ｂ）の３チヤンネル出力が１２０度の位相差
を持って出力される構成となっている。１１４は、クロ
ック回路１２２のパルスを固体撮像素子１０１の駆動電
圧に変換するドライブ回路である。１０２，１０３，１
０４は固体撮像素子１０１の出力からクロックノイズを
取り除くためのサンプルホールｌ”（Ｓ／Ｈ）回路であ
る。１０５，１０６，１０７は、サンプルホールド回路
１０２，１０３，１０４より得られた信号のうち遮光部
（オプチカルブラ・ンク部と称する）のイ８号電位が基
準電イへ７になるように電位を固定するクランプ回路で
ある。１０８は、クランプ回路１０５，１０６．１０７
の出力を１２０度の（＋’７相差でリリ昔えるスイッチ
ンク回路で、その出力を輝度信号（Ｙ）として使用する
。、１０９は、不用なりロックノイスを除去し輝度信号
を帯域制限する輝度ローパスフィルタ（ＹＬＰＦ）、１
１０．１１１，１１２は色信号を帯域制限する色ローパ
スフィルタ（ＣＬＰＦ）である。

１１５．１１６，１１７，１１８は、輝度イ昌号および
色信号にカンマ補正を施すカンマ補ｉ１州川路である。

１１９は、カンマ袖１１後の輝度イｉ’＋−ＪおよびＲ
，Ｇ、Ｂ信号から輝度信号および色差イバ号を作るマト
リクス演算回路である。１２０は、マトリクス演算［ｊ
ｊｌ路１１９の出力からＮＴＳＣ，ＰＡＬ等の方式に基
づくコンポジットビデオ信号を作るエンコーダ回路であ
る。１２１は加算器でクロック回路１２２からの同期イ
に号を加算する。

第４図は、第３図の固体撮像装置に用いる固体撮像素子
１０１の構成例を示す。ここてはハーチャルフェーズ方
式の３出カフレームトランスフア型ＣＣＤについてツバ
ず。たたしこのような国体撮像素子はすでに既知のもの
てあり他の文献（Ｔ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　　Ｔｒａｎｓ、ｌ１
ｌｃｃ１．ｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｖｏｌ　ｌ１Ｄ−
３２、Ａｕｇｕｓｌ、　１９８５）に詳細に説明されて
いるので、ここては筒中な説明にととめる３、第４図に
おいて、２０１は、垂直転送ＣＣＤを兼ねた受光部で、
垂直転送パルスφＰＩによって駆動される。

２０２は、遮光された垂直転送ＣＣＤで、メモリ部と称
し、垂直転送パルスφＰｓによって駆動される。２０３
，２０４，２０５は、それぞれ第１．第２．第３の水平
転送ＣＣＤてあり、それぞれ水平転送パ４ルスφＳｔ、
φＳ２．φｓ３によって駆動される。２０６，２０７，
２０８は、それぞれ第１．第２．第３の出力アンプであ
る。

２０９ａ〜２０９ｃは、メモリ部２０２がら第３の水平
転送ＣＣＤ２０５、第３の水平転送ＣＣＤ２０５から第
２の水平転送ＣＣＤ２０４、第２の水平転送ＣＣＤ２０
４から第１の水・１１転送ＣＣＤ２０３へ電荷を転送す
る際に介在するトランスファーゲートてあり、トランス
ファーゲートパルスφＴによって駆動される。第５図は
、第４図の固体撮像素ｒ−を中、板でカラー固体撮像素
子として用いるためのカラーフィルタの配列図であり、
第４図の受光部２０１の１素子にカラーフィルタの１素
ｒ°が対応するように張り合わされる。第５図の例では
Ｒ，Ｇ、Ｂの縦ストライプフィルタによって構成されて
いる。第６図は第４図の固体撮像素ｒの駆動タイミング
を示しており、時刻ｔ１からｔ２は取直ブランキンク期
間であり、この間にＩＥ的転送パルスφＰＩ。

φＰＳ、トランスファーケートパルスφＴか同相で高速
駆動され、ｔｌまてに受光部２０１に蓄積されていた電
荷かすべてメモリ部２０２に転送される。次に時刻ｔ２
からｔ３の間に、１水平走査期間の水平ブランキング期
間に１ライン分の電荷が、メモリ部２０２からトランス
ファーゲート２０９ａ〜２０９Ｃを介して第１の水平転
送ＣＣＤ２０３にＲフィルタに対応した電荷か、第２の
水１１１転送ＣＣＤ２０４にＧフィルタに対応した電荷
が、第３の水平転送ＣＣＤ２０５にＢフィルタに対応し
た電荷が振り分けられるように転送され、振り分けが終
ｒすると、Ｒ，Ｇ、Ｂに対応した電荷か、それぞれ第１
．第２．第３の水平転送ＣＣＤ２０３，２０４，２０５
により水平に高速転送され、出力アンプ２０６，２０７
゜２０８で電圧に変換され出力される。

第７図は、従来例で用いる固体撮像素子１０１の受光部
２０１に設けるオプチカルブラック部の説明図で、垂直
走査期間の走査に先立つ垂直ブランキンク期間に数ライ
ン、水平走査期間に先立つ水平ブランキング期間に数個
の遮光された画素の出力が得られるようにオプチカルブ
ラック部と称する遮光部を設ける。第８図は、従来例に
おける固体撮像素子１０１の水平走査期間の駆動タイミ
ング及びクランプパルスのタイミングを示したものて、
時刻ｔ１で１ライン分の電荷が出力されてから水平ブラ
ンキンク期間となる。水平ブランキンク期間ｔ１からｔ
５の間に重要な動作か行われることを説明する。ｔ２か
らトランスファーゲートパルスφＴと水平転送パルスφ
ｓ１が逆位相で３パルス駆動される。水平転送パルスφ
Ｓ２゜φＳ３も水平転送パルスφｓ１と同相で駆動され
る。この動作によってメモリ部２０２の最終段の１ライ
ン分の電荷が水平転送ＣＣＤ２０３゜２０４．２０５に
振り分けられる。この振り分は動作終了後、垂直転送パ
ルスφｐｓが１パルス駆動され、次のラインの電荷がメ
モリ部２０２の最終段に転送される。次に振り分けられ
た電荷の水平転送か行われる。水平転送開始後数クロッ
クは空転送てあり受光部２０１の′重荷は何も出力され
ない５．これは通常水゛１月トム送ＣＣＤは、出力アン
プ２０６〜２０８まで電イＸ：■を導くため、受光部２
０１の水平画素数よりも転送段数が多く設けられている
ためである。次にｔ４からｔ５までの間に前述したオプ
チカルブラック部の電荷が出力される。以上のｔｌから
ｔ５まての動作を水平ブランキング期間内に行わなけれ
ばならない。

第１の出力アンプ２０６の出力はＶｏｌのようになる。

照射光量に比例した出力が負方向に出力される。ｔ４が
らｔ５は暗電荷の出方を示している。φＳＨはサンプル
ホールド回路１０２に！ノーえるパルスであり、固体撮
像、＋６（１０１の出力に対応した位相でサンプルボー
ルドすることでＳ／Ｈｏｕｔのような出力を得る。

Ｓ／Ｈｏｕｔはサンプルホールド回路１０２に内蔵され
た反転アンプで極性が反転されている。

φＣＬＰはクランプ回路１０５に与えられるクランプパ
ルスで、オプチカルブラック部に対応した幅のパルスと
なっている。第９図は従来例で用いるクランプ回路の回
路例である。３０１はキャパシタ、３０２はクランプス
イッチ、３０３はＪ、Ｌ、準電圧源である。クランプス
イッチ３０２は、クランプパルスφＣＬＰによってオン
、オフされる。

クランプパルスφＣＬＰがハイレベルでオンされる。通
常の動作としては、クランプパルスφＣＬＰがオプチカ
ルブラック部の画素出力がされている期間の内の所定期
間オンされることで、キャパシタ３０１が充放電され、
オプチカルブラック部の出力電位が基準電圧源３０３の
基準電位ＶＣＬＰに固定される。第１０図は、従来例に
おいて、クランプパルスφＣＬＰの幅を変えたときの第
９図に示すクランプ回路の入力Ｖｉｎと出力Ｖｏｕｔの
波形を示した図である。第１０図（ａ）はクランプ回路
の人力Ｖｉｎ、（ｂ）はクランプパルスφＣＬＰの幅が
同図（Ｃ）のように狭い場合の出力Ｖｏｕｔを示してい
る。（ｄ）はクランプパルスφＣＬＰが同図（ｅ）のよ
うに幅が広い場合の出力波形Ｖｏｕｔを示している。ク
ランプパルス幅が（ｅ）のように狭い場合、人力信号振
幅が一定の場合は、オプチカルブラック部の出力電位を
安定にＪａｌｌ、準電位ＶＣＬＰに固定することができ
るが、人力信号振幅が急激に大きくなると、キャパシタ
３０１への充放電の時定数は一定なのて、幅の狭いクラ
ンプパルスではオプチカルブラック部の出力電位を基準
電位ＶＣＬＰにするまてに時間かかかる。クランプパル
スが第１０図（ｅ）のように広い場合は同図（ｄ）のよ
うに早く基準電位ＶＣＬＰにおちつく。クランプパルス
の幅か　定の場合、クランプ回路・ンチ３０２のオン抵
抗が低く、基準電圧源３０３の内部抵抗が小さいほど時
定数が小さくなり’７Ｉ＜　Ｊ、Ｕ準電位ＶＣＬＰにお
ちつく。クランプの時定数を小さく設定することをハー
ドクランプするという。

（発明が解決しようとする課題〕 クランプパルス幅を広くとるためにはオプチカルブラッ
ク部の画素数を多くしなければならない。しかしながら
オプチカルブラック部の画素数を多くすることは、第１
に固体撮像素子の画素数が多くなることを意味し、歩留
りの低下が生じる。第２にオプチカルブラック部の信号
は、水平ブランキング期間に全て出力しなければならな
いため、多線読みだし構造の固体撮像素子では、第８図
のｔ２〜ｔ３間に加えられるべき振り分はパルス、およ
び垂直転送パルスに割り当てられる時間が短くなってし
まう。このことは多線読みだしを行う固体撮像素子では
、縦縞固定ノイズの原因になってしまう。逆にハードク
ランプを行うと第１１図に小ずような欠点か生じる。す
なわち画素欠陥による異常出力かオプチカルブラック部
にあった場合、その異常出力にクランプ回路か追従して
しまうため、出力型（ｉ’７が所定の：１；Ｌｆｉｌ＋
電（”１７からずれてしまうことにより横縞ノイズが発
生しやずくなる。

本発明は、このような問題を解決１−るためなされたも
ので、＋）ｒｆ述の理由による歩留りの低十、縦縞固定
ノイス、横縞ノイズの発生が抑制できる、固体）最像素
ｒの出力′ｌ’ｊＬ（Ｉ′／、クランプ装置な提供１）
−ることを目的と１）−るものである。

（課題を解決するためのＬ段〕 前記［−１的を達成するため、本発明では固体撮像素子
の出力電位クランプ装置をつぎの（１）のとおりに構成
するものである。

（１）水・１ノ８ブランキンク期間の始めに出力される
１個以上の遮光画素と水平フランキンク期間の終りに出
力される複数個の遮光画素とを４−ｒする固体撮像素ｒ
と、而記１装置−１，の遮光画素の出力をホール］・シ
た時から＋ｉｒｒ記複数個の遮光画素にお４−Ｊる最初
の画素の信号を出力する時まてサンプルホールドパルス
の出力を禁止するサンプルホールドパルス出力手段と、
前記１測置−にの遮光画素の出力がホールドされている
期間中に小さい時定数て出力電位クランプを行い、前記
複数個の遮光画素の各出力をサンプル・ボールドしてい
る期間中に大きい時定数で出力電位クランプを行う出力
電位クランプ手段とを備えた固体撮像素子の出力型（；
ｊクランプ装置。

（作用〕 前記（１）の構成により、固体撮像素子の出力’＋’ｊ
ｊ：　（ｌ’／を、先ず小さい時定数によるクランプて
Ｉ：；１速にＪ、Ｃ準？Ｆ位に固定し、続く大きい時定
数によるクランプて複数個の遮光画素におりる出力のＪ
ｌｌリレベル基準電位に固定する。

〔実施例〕

以ド木発明を実施例により詳しく説明する。

第１図は、本発明の一実施例である“固体撮像素子の出
力電位クランプ装置′°の動作を示すタイミンクチャー
トであり、第２図は同実施例で用５する固体撮像素子の
オプチカルブラ・ンク部の位置を示す図である。第１２
図は同実施例のクランプ回路の回路図てあり、第１３図
は同実施例の動作を説明する図である。

第１２図において、３０４はクランプの時定数を大きく
するために基準電圧源３０３に直列に設けた抵抗である
。３０５は、抵抗３０４を短絡する短絡スイッチてあり
、短絡スイッチ３０５駆動パルスφＨＣＬＰによってオ
ン、オフする。パルスφＨＣＬＰをハイレヘルにすると
短絡スイ・ンチ３０５か抵抗３０４を短絡してクランプ
時定数か小さくなる。、パルスφＨＣＬＰをローレヘル
に））−ると短絡スイッチ３０５か抵抗３０４を開放し
てクランプ時定数が大きくなる。本実施例では、第２図
に示すように、水平ブランキンク期間の始めにもオブチ
カルブラ・ンク部の出力か最低１画素分各チャンネル出
力に得られるよう、受光ｍ５２０１の右端にも数画素の
オブチカルブラ・ンク■へを設けた固体撮像素ｒ１０１
を川し入る。

以ト第１１メ１により本実施例の動作を説明１−る、。

受光部２０１Ｑ）４□端に設りられたぢ一ブチカルフラ
ック部の画素の出力は、水平ブランキンク期間の始め時
刻ｔ１に出力される。この画素の出力をホールトした時
点でクロック回路１２２（サンプルホールドパルス出力
手段）からのサンプルホールドパルスφＳＨを禁１トす
る。次に時刻ｔ４から受光部２０１の左端に設けたオプ
チカルブラック部の画素の出力か開始された時点で、Ｉ
ｒｆびサンプルホールドφＳＨのクロッキングを開始す
る。この動作によって水平ブランキング期間中常にオプ
チカルブラック部の信号かクランプ回路１０５゜１０６
．１０７に人力される。

そして、水゛１１ブランキンク１（１１間前゛ｒの、受
光部２０１の右端に設けたオプチカルブラック部の１偏
置１−の遮光画素の出力がボールドされている期間中に
、クロック回路１２２（出力電位クランプ手段）から供
給されるクランプパルス（クランブスイッヂ３０２駆動
パルス）φＣＬＰ及び短絡スイッチ３０５駆動パルスφ
ＨＣＬＰが、τ１期間ハイレヘルとなり、水）ドブラン
キング期間後半の、受光部２０１の左端に設けたオブチ
カルブラック部の複数個の遮光画素の出力が画素毎にサ
ンプル・ホールドされている期間中に、クランプパルス
φＣＬＰかτ２期間ハイレレベルなるように、クロック
回路１２２が動作する、。

これにより、水平フランキング期間前゛ｒ−において、
抵抗３０４が短絡スイッチ３０５で短絡されてクランプ
時定数が小さい状態で、τ１期間クランプスイッチ３０
２か閉じ、クランプ動作が高速となり、出力信号振幅の
急激な変化の際にも、一応固体撮像素子１０１の出力電
位は、受光部２０１のイイ端の、オプチカルブラック部
の遮光画素の出力レベルで高速に基準電位に固定される
。

水平ブランキング期間後半において、短絡スイッチ３゛
０５が開いていてクランプ時定数が大きい状態で、再び
τ２期間クランプスイッチ３０２が閉じるか、クランプ
時定数が大きくなるためクランプ回路が１画素の異常出
力には追従せず、受光部２０１の左端の、オプチカルブ
ラック部の数画素の平均的なレベルを基準電位に固定す
るように働くため横縞の発生が抑制される。

第１３図はその動作を説明する図である。同図（ａ）は
異常出力を含んだ人力信号、同図（ｂ）は短絡スイッチ
を開かず常にハードクランプを１１つだ場合の出力、（
ｄ）が本実施例のクランプ動作を実施した場合の出力で
ある。

なお、クランプの時定数を大きくする素ｒとして抵抗の
みならず、インダクタンスもしくはインダクタンスと抵
抗の組み合せでもよい。そのようにすればクランプの時
定数に周波数依存性をもたせ、特定の周波数の異常出力
への追従性を低くすることができる。

また、オプチカルブラック部は、全て受光部の右端の設
けて水平転送パルスのタイミングを間欠的にすることで
第２図の固体撮像素子を用いたのと同様の出力を得るこ
ともでき、このようにしても本発明が実施てきるこ仁は
言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、オブチカルブツ
ク部の画素数をほとんと増やすことがないので固体撮像
素子の歩留りを低下させることなく、化け振幅の急激な
変化に対してクランプ動作が高速に追従可能となり、し
かも多線読みだしの固体撮像素子の動作に必要な時間を
削ることがないので縦縞固定ノイズなとの発生な防ぐこ
とがてきる。またオプチカルブラック部に画素欠陥によ
る異常出力があっても複数個の遮光画素の出力の平均的
なレベルを基準電位に固定するように働くため、横縞ノ
イズの発生か抑制される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の動作を説明する図、第２図
は同実施例で用いる固体撮像素子の　“オプチカルブラ
ック部の位置を示す図、第３図は固体撮像装置のブロッ
ク図、第４図は第３図の固体撮像装置に用いる固体撮像
素子の構成図、第５図はカラーフィルタの配列図、第６
図は第４図の固体撮像素子の駆動タイミングを示す図、
第７図は従来例で用いる固体撮像素子のオプチカルブラ
ック部の位置を示す図、第８図は従来例の動作を示すタ
イミングチャート、第９図は従来例のクランプ回路の回
路図、第１０図は従来例のクランプ回路の人・出力波形
図、第１１図はハードクランプの問題点を説明する図、
第１２図は首記実施例のクランプ回路の回路図、第１３
図は同実施例の動作を説明する図である。 １０１・・・・・・固体撮像素子 １２２・・・・・・クロック回路 ３０２・・・・・・クランプスイッチ ３０３・・・・・・基準電位 ３０４・・・・・・抵抗 ３０５・・・・・・短絡スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水平ブランキング期間の始めに出力される１個以
   上の遮光画素と水平ブランキング期間の終りに出力され
   る複数個の遮光画素とを有する固体撮像素子と、前記１
   個以上の遮光画素の出力をホールドした時から前記複数
   個の遮光画素における最初の画素の信号を出力する時ま
   でサンプルホールドパルスの出力を禁止するサンプルホ
   ールドパルス出力手段と、前記１個以上の遮光画素の出
   力がホールドされている期間中に小さい時定数で出力電
   位クランプを行い、前記複数個の遮光画素の各出力をサ
   ンプル・ホールドしている期間中に大きい時定数で出力
   電位クランプを行う出力電位クランプ手段とを備えたこ
   とを特徴とする固体撮像素子の出力電位クランプ装置。