JPH04330876A - 固体撮像装置とその駆動方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スミア抑圧型固体撮像
装置、特に垂直転送レジスタによりスミア成分を含む信
号成分とスミア成分とを分離して垂直転送するようにし
、水平転送レジスタとして信号電荷を水平転送する信号
電荷転送用水平転送レジスタのほかにスミア電荷転送用
水平転送レジスタを有し、上記信号電荷転送用水平転送
レジスタから出力されたスミア成分を含む信号成分から
上記スミア電荷転送用水平転送レジスタから出力された
スミア成分を減算して信号成分を得るスミア抑圧型固体
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置において要求される性能の
一つとしてスミアが小さいことが挙げられる。そして、
スミアを小さくするものとしてスミア成分のみを空転送
して信号とは別に取り出し、そのスミア成分を含んだ信
号成分からスミア成分を差し引くスミア抑圧型の固定撮
像素子がある。このようなスミア抑圧型固体撮像装置は
、垂直転送レジスタとして各ビットを転送方向に２分割
し、その片方に信号成分とスミア成分、即ちスミア成分
を含んだ信号が入り、他方にスミアが入るようにしたも
のを用い、この垂直転送レジスタによりスミア成分を含
む信号成分とスミア成分とを分離して垂直転送するよう
にし、更に水平転送レジスタとして信号電荷を水平転送
する信号電荷転送用水平転送レジスタのほかにスミア電
荷転送用水平転送レジスタを設け、上記信号電荷転送用
水平転送レジスタから出力されたスミア成分を含む信号
成分から上記スミア電荷転送用水平転送レジスタから出
力されたスミア成分を減算して信号成分を得る固体撮像
装置がある（特開昭６３−１１７５７７号公報、特願平
１−１６３７５８）。

【０００３】このようなスミア抑圧型固体撮像装置によ
れば、信号電荷転送用水平転送レジスタから出力された
スミア成分を含む信号成分からスミア電荷転送用水平転
送レジスタから出力されたスミア成分を減算するので、
スミア成分のない、あるいはスミア成分のきわめて少な
い信号を得ることができる。その点で優れているといえ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のスミア抑圧型固体撮像装置には被写体に高輝
度過ぎる部分があるスミア成分の減算量が過剰になると
いう問題があった。この問題について詳しく説明すると
次の通りである。上述したオーバーフロー成分のスミア
抑圧型固体撮像装置は、垂直転送レジスタの各ビットを
転送方向に２つに分割し、一方にスミア成分を含む信号
成分が、他方にスミア成分が入るようにして互いを分離
しながら転送するようになっているので、分割により電
荷が入る各部分の電荷蓄積面積が２分の１になる。従っ
て、垂直転送レジスタの信号電荷の最大取り扱い電荷量
、即ちダイナミックレンジが２分の１になってしまう。

【０００５】その結果、被写体が高輝度になると飽和し
易くなる。そして、飽和した場合、垂直転送レジスタの
スミア成分を含む信号成分が入った部分からそれの前後
、特に後の部分（スミア成分が入った部分）に過剰電荷
が溢れ込みスミア成分にまざってしまう。すると、スミ
ア成分にスミア抑圧が混った電荷がスミア成分として扱
われ、これがスミア成分を含む信号成分から減算される
ことになる。この減算する分は過剰電荷分を含んだもの
なので、当然に減算結果は本当の信号成分よりも小さな
値になる。そして、高輝度になる程逆に信号のレベルが
低くなるという現象が生じる。

【０００６】図３はかかる現象を説明するための光量と
出力信号との関係を示す入出力特性図であり、実線ａは
信号電荷転送用水平転送レジスタの出力信号についての
光量と出力との関係を示し、実線ｂはスミア電荷転送用
水平転送レジスタについての光量と出力との関係を示す
。そして、実線ａと実線ｂとの差の大きさが信号成分と
して出力されるが、その出力される信号成分が真の信号
成分といえるのは、スミア成分を含む信号成分が垂直転
送レジスタの飽和点を越えない限度においてであり、そ
れを越えた場合にはオーバーフロー成分がスミア成分と
併せてスミア成分を含む信号成分から減算されるので高
輝度になる程出力される信号成分のレベルが低くなると
いうことになる。これは、白黒の映像だと本来最も明る
いところがそれよりも暗いところよりも暗くなるという
現象が生じる。また、カラーの固体撮像装置の場合には
色ずれが生じることになる。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、スミア抑圧のスミア抑圧型固体撮像
装置のダイナミックレンジを見掛け上広くすると共に、
スミアの過剰抑圧を防止することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１のスミア抑圧型
固体撮像装置は、信号電荷転送用水平転送レジスタの出
力信号が所定の基準値を越えたときにはその信号にスミ
ア電荷転送用水平転送レジスタの出力信号を加算した信
号を出力するようにしたことを特徴とする。請求項２の
スミア抑圧型固体撮像装置は、請求項１のスミア抑圧型
固体撮像装置において、信号電荷転送用水平転送レジス
タの出力信号が所定の基準値を越えたときにはその信号
にスミア電荷転送用水平転送レジスタの出力信号を加算
した信号からスミア成分を減算した信号を出力するよう
にしたことを特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下、本発明スミア抑圧型固体撮像装置を図
示実施例に従って詳細に説明する。図１は本発明スミア
抑圧型固体撮像装置の一つの実施例を示す回路ブロック
図である。　　図面において、１は垂直転送レジスタで
、その各ビットは受光素子２で発生した信号電荷Ｑｓｉ
ｇ　からの信号を受ける部分３と、スミア成分Ｑｓｍｅ
　を確保する部分４とに転送方向に分割されている。し
かして、該垂直転送レジスタ１は信号電荷Ｑｓｉｇ　と
スミア成分Ｑｓｅｍ　とを加えたところのスミア成分を
含む信号成分Ｑｓｓ（Ｑｓｓ＝Ｑｓｉｇ　＋Ｑｓｍｅ　
）と、スミア成分Ｑｓｍとを分離しながら水平転送レジ
スタの方へ垂直方向に転送するのである。

【００１０】５は普通の、即ちスミア抑圧型でない固体
撮像装置にはすべてある信号電荷転送用水平転送レジス
タであり、スミア成分を含む信号成分Ｑｓｓを転送する
。 ６はスミア電荷転送用水平転送レジスタで、スミア成分
Ｑｓｍｅのみを転送するものであり、スミア成分抑圧を
するために設けられたものであり、普通の固体撮像装置
には設けられていなかったものである。７は上記信号電
荷転送用水平転送レジスタ５の出力信号を受けるＣＤＳ
（相関二重サンプリング回路）、８は上記スミア電荷転
送用水平転送レジスタ６の出力回路を受けるＣＤＳであ
る。９はＣＤＳ７から出力された信号を非反転入力端子
に受け、ＣＤＳ８から出力された信号をアナログスイッ
チ１０を介して反転入力端子を受けてスミア成分を含む
信号成分からスミア成分を差し引いた謂わば真の信号成
分を出力する差動アンプである。

【００１１】アナログスイッチ１０は一方の入力端子に
ＣＤＳ８の出力信号を受け、他方の入力端子にＣＤＳ８
の出力信号を反転増幅回路１１により反転増幅した信号
を受け、そして、切換制御信号により指定された方の信
号を差動アンプ９の反転入力端子へ送出する。

【００１２】１２は差動アンプからなる比較回路であり
、非反転入力端子にＣＤＳ７の出力信号を受け、反転入
力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ　を受ける。該基準電圧Ｖｒ
ｅｆ　は垂直転送レジスタ１の最大取り扱い電荷量の電
荷が転送された場合のＣＤＳ７の出力電圧と略等しい電
圧に設定されている。そして、該比較回路１２は、ＣＤ
Ｓ７の出力信号、即ちスミア成分を含む信号成分が基準
電圧Ｖｒｅｆ　よりも低いときは、アナログスイッチ１
０をＣＤＳ８からの信号を選択して差動アンプ９の反転
入力端子へ送出する切換状態に制御し、スミア成分を含
む信号成分が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いときは、アナ
ログスイッチ１０をＣＤＳ８を反転増幅する反転増幅ア
ンプ１１の出力信号を上記差動アンプ９の反転入力端子
へ送出する切換状態に制御する。

【００１３】１３は１Ｈラインメモリで、ＣＤＳ８から
出力されたスミア成分を１Ｈ（水平期間）分記憶する。 具体的には、ＣＤＳ７の出力信号が基準電圧Ｖｒｅｆ　
よりも低いときは、そのＣＤＳ８の出力信号を即ちスミ
ア成分を記録し、そして、ＣＤＳ７の出力信号が基準電
圧Ｖｒｅｆ　よりも高いときはその記録した信号、より
詳しくはそのビットに相当する列で最後にＣＤＳ７の出
力信号が基準電圧Ｖｒｅｆ　よりも低かったときのＣＤ
Ｓ８の出力信号を出力するという動作をするようになっ
ている。１４はアナログスイッチで、一方の入力端子に
１Ｈラインメモリ１３から出力されたスミア成分を受け
、他方の入力端子に０Ｖの信号を受ける。そして、該ア
ナログスイッチ１４は上記比較回路１２の出力信号によ
り制御され、スミア成分を含む信号成分が基準電圧Ｖｒ
ｅｆ　よりも低いときは０Ｖの信号を出力し、スミア成
分を含む信号成分が基準電圧Ｖｒｅｆ　よりも高いとき
は１Ｈラインメモリ１３からのスミア成分を出力する。

【００１４】１５は差動アンプで、非反転入力端子に前
記差動アンプ９の出力信号を受け、反転入力端子にアナ
ログスイッチ１４からの信号を受け、出力を信号処理回
路１６へ送出する。

【００１５】次に、動作について説明する。先ず、ＣＤ
Ｓ７から出力された信号、即ちスミア成分を含む信号成
分が基準電圧Ｖｒｅｆ　よりも低いときは、アナログス
イッチ１０を経由してＣＤＳ８からのスミア成分が差動
アンプ９の反転入力端子に入力され、これがＣＤＳ７か
ら出力されたスミア成分を含む信号成分から減算される
。即ちスミア成分が除去される。そして、スミア成分を
除去した信号成分が差動アンプ９から差動アンプ１５を
経由して信号処理回路１６に入力される。尚、このとき
アナログスイッチ１４からは０Ｖの信号が出力されるの
で差動アンプ１５は非反転入力端子に受けたところの差
動アンプ９から出力された信号を減じることなくそのま
ま出力する。

【００１６】次に、ＣＤＳ７から出力された信号、即ち
スミア成分を含む信号成分が基準電圧Ｖｒｅｆ　よりも
高いときは、アナログスイッチ９が反転増幅回路１１の
出力を選択する状態に切換えられる。従って、差動アン
プ９の反転入力端子にはスミア成分の反転増幅信号が入
力され、その結果、差動アンプ９からはＣＤＳ７とＣＤ
Ｓ８の出力信号どうしを加算した信号が出力されること
になる。

【００１７】従って、高輝度になって垂直転送レジスタ
１の信号電荷を貯める部分からスミア成分を貯める部分
に溢れるオーバーフロー成分がスミア成分を含む信号成
分に減算されることなく逆に加算され、その加算によっ
て得られた信号をもって信号電荷とすることができ、オ
ーバーフロー成分を無視することなく信号成分に取り込
んで出力することができる。依って、図１のスミア抑圧
型固体撮像装置の光量とスミア抑圧回路の出力信号との
関係は概ね図２において実線で示すようになり、垂直転
送レジスタの構造、形状、大きさが同じでも、即ち、最
大取り扱い電荷量が同じでもスミア抑圧回路の働きによ
りダイナミックレンジが拡がり、また、スミアの抑圧過
剰による画質低下を防止することができる。

【００１８】尚、このようにスミア成分を含む信号成分
が基準電圧Ｖｒｅｆ　よりも高いときは、アナログスイ
ッチ１４が１Ｈラインメモリ１３からの出力信号を受け
て差動アンプ１５の反転入力端子に入力される切換状態
になる。すると、この１Ｈラインメモリ１３から出力さ
れたスミア成分が増幅アンプ９の出力信号から減算され
る。 このようにするのは、ＣＤＳ７の出力信号であるスミア
成分を含む信号成分に加算されるところのＣＤＳ８の出
力信号中にはオーバーフロー成分だけでなくスミア成分
までが含まれているから、そのスミア成分を取り除いて
より光量の出力特性を高める、謂わば信号の誤差を少な
くするためである。

【００１９】尚、１Ｈラインメモリ８は、オーバーフロ
ー成分を含んだスミア成分を転送すると不正確になるの
で、オーバーフロー成分を含んだスミア成分を転送しな
いように次のような動作をするようになっている。即ち
、ＣＤＳ７の出力信号が基準電圧Ｖｒｅｆ　よりも低い
ときは、そのＣＤＳ８の出力信号を即ちスミア成分を記
録する。そして、ＣＤＳ７の出力信号が基準電圧Ｖｒｅ
ｆ　よりも高いときはその記録した信号、より詳しくは
そのビットに相当する列で最後にＣＤＳ７の出力信号が
基準電圧Ｖｒｅｆ　よりも低かったときのＣＤＳ８の出
力信号を出力する。

【００２０】このようなスミア抑圧型固体撮像装置によ
れば、信号電荷、厳密にはスミア成分を含む信号成分が
垂直転送レジスタの最大取り扱い電荷量よりも多くその
ためオーバーフローしたときは、オーバーフローしてス
ミア成分に取り込まれた信号をスミア成分を含む信号成
分に加算するので、オーバーフロー成分を実質的に信号
成分の一部として捕獲することができ、ダイナミックレ
ンジを広くすることができる。そして、スミア抑圧の過
剰を防止することができ、延いてはそれによる画質低下
を防止することができる。

【００２１】そして、スミア成分を含む信号成分にスミ
ア成分を含んだオーバーフロー成分を加算した後、１Ｈ
ラインメモリ１３、差動アンプ１５の働きによりスミア
成分を減算するので、オーバーフロー成分のほかにスミ
ア成分までがスミア成分を含む信号成分に加算されてし
まうことを防止することができ、高輝度時における誤差
を少なくできる。

【００２２】尚、１Ｈラインメモリ１３、アナログスイ
ッチ１４、差動アンプ１５を設けて高輝度時におけるス
ミア成分分の誤差をなくすことは必ずしも不可欠ではな
い。また、スミア抑圧回路は固体撮像素子の外部に設け
ても良いし、内部に設けても良いことはいうまでもない
。このように本発明は種々の態様で実施することができ
る。

【００２３】

【発明の効果】請求項１のスミア抑圧型固体撮像装置は
、垂直転送レジスタによりスミア成分を含む信号成分と
スミア成分とを分離して垂直転送するようにし、水平転
送レジスタとして信号電荷を水平転送する信号電荷転送
用水平転送レジスタのほかにスミア電荷転送用水平転送
レジスタを設け、上記信号電荷転送用水平転送レジスタ
から出力されたスミア成分を含む信号成分から上記スミ
ア電荷転送用水平転送レジスタから出力されたスミア成
分を減算して信号成分を得るスミア抑圧型固体撮像装置
において、上記信号電荷転送用水平転送レジスタから出
力されたスミア成分を含む信号成分が所定基準値を越え
るか否かを判定する判定手段を有し、上記判定手段の判
定結果に応じてスミア成分を含む信号成分が上記基準値
を越えないときのみ上記減算により得た信号成分を出力
し、スミア成分を含む信号成分が上記基準値を越えたと
きは上記信号電荷転送用水平転送レジスタから出力され
た信号に上記スミア電荷転送用水平転送レジスタから出
力された信号を加算して出力するようにしたことを特徴
とするものである。従って、請求項１のスミア抑圧型固
体撮像装置によれば、スミア成分を含む信号成分が垂直
転送レジスタの最大取り扱い電荷量を越えてオーバーフ
ロー成分がスミア成分中に取り込まれたときはスミア成
分を含む信号成分にそのオーバーフロー成分をスミア成
分と共に加算するので、オーバーフロー成分を取り込ん
だ値をもって信号成分とすることができ、ダイナミック
レンジを実質的に広くすることができ、そして、高輝度
時にスミア抑圧が過剰になることを防止し、延いてはス
ミア抑圧過剰による画質低下を防止することができる。 請求項２のスミア抑圧型固体撮像装置は、請求項１のス
ミア抑圧型固体撮像装置において、スミア成分を含む信
号成分が上記基準値を越えたときに、信号電荷転送用水
平転送レジスタから出力された信号に上記スミア電荷転
送用水平転送レジスタから出力された信号を加算した信
号に対してスミア成分を減算して出力するようにしたこ
とを特徴とするものである。従って、請求項２のスミア
抑圧型固体撮像装置によれば、高輝度時にスミア成分を
含む信号成分にスミア成分を含んだオーバーフロー成分
を加算した信号からスミア成分を減算するので、オーバ
ーフロー成分がスミア成分を含んでスミア成分を含む信
号成分に加算されることを防止し、高輝度時における誤
差をより少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明スミア抑圧型固体撮像装置の一つの実施
例を示す回路ブロック図である。

【図２】図１に示す実施例の入出力特性図である。

【図３】発明が解決しようとする課題を説明するための
従来のスミア抑圧型固体撮像装置の入出力特性図である
。

【符号の説明】

１　　垂直転送レジスタ ５　　信号電荷転送用水平転送レジスタ６　　スミア電
荷転送用水平転送レジスタ９　　差動アンプ １２　　判定手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　垂直転送レジスタによりスミア成分を
   含む信号成分とスミア成分とを分離して垂直転送するよ
   うにし、水平転送レジスタとして信号電荷を水平転送す
   る信号電荷転送用水平転送レジスタのほかにスミア電荷
   転送用水平転送レジスタを設け、上記信号電荷転送用水
   平転送レジスタから出力されたスミア成分を含む信号成
   分から上記スミア電荷転送用水平転送レジスタから出力
   されたスミア成分を減算して信号成分を得るスミア抑圧
   型固体撮像装置において、上記信号電荷転送用水平転送
   レジスタから出力されたスミア成分を含む信号成分が所
   定基準値を越えるか否かを判定する判定手段を有し、上
   記判定手段の判定結果に応じてスミア成分を含む信号成
   分が上記基準値を越えないときのみ上記減算により得た
   信号成分を出力し、スミア成分を含む信号成分が上記基
   準値を越えたときは上記信号電荷転送用水平転送レジス
   タから出力された信号に上記スミア電荷転送用水平転送
   レジスタから出力された信号を加算して出力するように
   したことを特徴とするスミア抑圧型固体撮像装置【請求
   項２】　　スミア成分を含む信号成分が上記基準値を越
   えたときに、信号電荷転送用水平転送レジスタから出力
   された信号に上記スミア電荷転送用水平転送レジスタか
   ら出力された信号を加算した信号に対してスミア成分を
   減算して出力するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載のスミア抑圧型固体撮像装置