JPH0496480A

JPH0496480A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH0496480A
Application number: JP2213485A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kobayashi; 篤小林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1992-03-27
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2867655B2

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】Ａ、産業上の利用分野Ｂ１発明の概要Ｃ８従米技術［第４図］ａ、構成［第４図］ｂ、動作り１発明が解決しようとする問題点［第５図］Ｅ１問題
点を解決するための手段Ｆ０作用Ｇ、実施例［第１図乃至第３図］ａ、構成［第１図、第２図］ｂ、動作［第３図］Ｈ１発明の効果（Ａ、産業上の利用分野）本発明は固体撮像素子、特に転送先側にダミービットを
備えた水平レジスタを２個有し、各水平レジスタからそ
れぞれ出力部を介して同時に２個の信号を出力する固体
撮像素子に関する。

３、発明の詳細な説明（Ｂ、発明の概要）本発明は、上記の固体撮像素子において、固体撮像素子
の２つの出力部からの信号を処理する２つの回路系のゲ
インを検出するためのパイロット信号を、映像信号中に
信号のタイミングに関するルールの変更を伴うことなく
加えるため、ダミービット出力期間内にパイロット信号
が出力されるようにパイロット信号発生手段から各水平
レジスタへの信号電荷の供給が行われるようにしたもの
である。

（Ｃ，従来技術）［第４図］ＣＣＤ等の固体撮像装置においては、一般にフィールド
読み出し方式で信号の読み出しをするようになっている
が、より解像度を高めるには全画素読み出しを行なうよ
うにする必要がある。そして、全画素読み出しを行なう
にはＩＨ（水平期間）内に２水平ラインの信号を読み出
すことが必要である。

ところで、ＩＨの期間内に２水平ラインの信号を読み出
すようにするには、水平レジスタを駆動する水平転送用
クロックパルスの周波数を従来の２倍の高さにすること
が考えられる。しかし、これは少なくとも現状では略不
可能である。

そこで考えられるのは、水平レジスタを複数設け、奇数
ラインの信号電荷と偶数ラインの信号電荷とを別個の水
平レジスタにより同時に水平転送することである。

（ａ、構成）［第４図コ第４図はそのようにした固体撮像素子を示すものである
。同図において、ａはイメージ部で、マトリックス状に
配置された多数の受光素子と、該受光素子の各垂直列に
対応して設けられたところの信号電荷を垂直方向に転送
する垂直レジスタｂ、ｂ、・・・とからなる。尚、便宜
上受光素子を図示せずイメージ部ａには垂直レジスタｂ
、１〕、・・・のみがあるかのように示した。

Ｃはイメージ部ａの下側に配置された第１の水平レジス
タ、ｄは該第１の水平レジスタＣから稍下側に離間して
それと平行に配置された第２の水平レジスタ、ｅはこの
２つの水平レジスタＣ・６間上に配置された制御ゲー１
−で、その第１及び第２の水平レジスタｃ−ｄ間におけ
る信号電荷の転送を制御する。ｆは半導体基板表面部の
制御ゲートｅの下側にあたる位置に１画素ピッチで配置
されたチャンネルストッパであり、図では塗りつぶして
示しである。

ｇは第１の水平レジスタＣから転送された信号電荷を取
り出して出力する第１の出力部、ｈは第２の水平レジス
タｄから転送された信号電荷を取り出して出力する第２
の出力部である。尚、ｉは第１の出力部ｇからの出力信
号の雑音を低減する第１のＣＤＳ回路（相関二重サンプ
リング回路）、ｊは第２の出力部りからの出力信号の雑
音を低減する第２のＣＤＳ回路、ｋは第１のＣＤＳ回路
ｉの信号を増幅する第１のＡＧＣ，ρは第２のＣＤＳ回
路ｊの信号を増幅する第２のＡＧＣ，ｍはＡＧＣｋ及び
βからの信号より各色信号をサンプリングしたうえで輝
度信号Ｙ及び色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙをつくる信号処理
回路である。

尚、第４図においては省略したが、第１及び第２の水平
レジスタｃ、ｄはイメージ部ａと対応する部分から転送
先側へ何ビットあるいは何十ビットだけ延長せしめられ
てダミービット部分となっている。このようなダミービ
ット部分を設けるのはタイミング調整等のためである。

（ｂ、動作）次に動作説明をする。

各受光素子において信号電荷の蓄積が終わると、イメー
ジ部ａの下から数えて第１番目のラインの信号電荷をパ
ラレルに第１の水平レジスタＣに転送し、更に制御ゲー
トｅによりその第１のラインの信号電荷を第２の水平レ
ジスタｄへ転送する。次に、イメージ部ａの下から数え
て第２番目のラインの信号電荷を第１の水平レジスタＣ
に転送する。その後、第１及び第２のラインの信号電荷
を第１及び第２の水平レジスタｃ、ｄによって同時に転
送し、２つの出力部ｇ及びｈから映像信号を固体撮像素
子外部へ同時に出力する。これ等の動作をＩＨ期間毎に
繰返す。

尚、このように２つの水平レジスタを有し、これから２
つの映像信号を同時に出力するようにした固体撮像装置
に関しては例えば特開昭６２−９２５８７号公報等によ
って研究の成果が紹介されている。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第５図］ところで、第４図に示すような固体撮像装置には、固体
撮像素子が２つの出力部を有し、２つの回路系があるた
め、２つの回路系のゲイン差によって横縞やフリッカ−
が生じるという問題があった。

特に、インターレース読み出しを行う場合、同じ受光素
子（画素）からの信号が奇数フィールドと偶数フィール
ドとで異なる水平レジスタＣ１ｄによって転送されて異
なる出力部ｇ、ｈから出力されるので、２つの水平レジ
スタｃ−ｄ間のゲイン差にあることは無視できないこと
になる。そこで、この同じ受光素子からの信号が奇数フ
ィールドと偶数フィールドとで異なる回路系を通るどい
つ点について、第５図に従って詳細に説明すると次のと
おりである。

同図は、一つの垂直列の受光素子（ＢＯｌＡＯ，Ｂ１、
Ａ１、Ｂ２、Ａ２）において蓄積された信号電荷に着目
し、その信号電荷の奇数フィールドと偶数フィールドに
おける流れを比較して示すものである。

奇数フィールドにおいては、ＢＯとＡＯが、Ｂ１とＡ１
が、Ｂ２とＡ２がペアとなり、ペアとなった信号が２つ
の水平レジスタｃ、ｄによって同時に読み出される。ペ
アとなる２つの水平ラインの信号のうち上側の方ＡＯ，
Ａｌ、Ａ２、・・・は第１の水平レジスタＣによって転
送される。この第１の水平レジスタＣによって転送され
る信号の流れは太い矢印によって示した。一方、ペアと
なる２つの水平ラインの信号のうち下側の方ＢＯ１Ｂ１
、Ｂ２、・・・は第２の水平レジスタｄによって転送さ
れる。この第２水平レジスタｄによって転送される信号
の流れは細い矢印によって示した。

尚、矢印の太い細いは信号電荷量等の違いを示すもので
はない。

それに対して、偶数フィールドにおいてはＡＯとＢ１が
、Ａ１とＢ２がペアとなり、ペアとなった信号が２つの
水平レジスタｃ、ｄによって同時に読み出される。そし
て、ペアとなる２つの水平ラインのうち上側の方Ｂ１、
Ｂ２、・・・は第１の水平レジスタＣによって、下側の
方ＡＯ１Ａ１、・・・は第２の水平レジスタｄによって
転送される。

従って、各受光素子はそれぞれ奇数フィールドか偶数フ
ィールドかで転送される水平レジスタが異なることにな
る。即ち、ＡＯ，ＡＩ、Ａ２、・・・は奇数フィールド
では第１の水平レジスタＣによって転送され、偶数フィ
ールドでは第２の水平レジスタｄによって転送される。

また、ＢＯｌＢｌ、Ｂ２、・・・は奇数フィールドでは
第２の水平レジスタｄによって転送され、偶数フィール
ドでは第１の水平レジスタＣによって転送される。

そのため、同じ信号がフィールドによって異なる回路系
（チャンネル）によって処理されることになる。これは
、２つの回路系の間にゲインの差があると横縞、フリッ
カ−等を生じる原因となる。

勿論、同じ信号がフィールドによって異なる回路系を通
るという問題をなんらかの手段により解決したとしても
２つの回路系にゲイン差があることは好ましいことでは
ない。ゲイン差をなくすようにすることは２つの出力部
を有した固体撮像素子において不可欠といえる。

そこで、本願発明者等は固体撮像素子の２つの出力部か
ら出力された信号を処理する２つの回路系（チャンネル
）のゲインを同一になるように制御することを思いつい
た。しかし、ゲインが互いに同一になるように制御する
にはその２つの回路系のゲインを検出できるようにする
必要がある。

そこで、本願発明者等がその２つの回路系のゲインを検
出する方法を模索したところ２つの水平レジスタに等量
の信号電荷をパイロット信号として注入し、固体撮像素
子外部においてそのパイロット信号のゲイン差を検出し
、そのゲイン差の検出結果に基づいて回路系内のアンプ
のゲインをそのゲイン差がな（なるようにコントロール
するという着想を得た。

しかし、固体撮像素子の出力信号中にパイロット信号を
入れることによって出力信号を規定していたタイミング
に関する今までのルールに変更を生じるものであっては
ならない。そこで、本願発明者は出力信号に関するルー
ルの変更を伴うことなくパイロット信号の挿入をする方
法を模索したところ、固体撮像素子には第４図では示さ
なかったが水平レジスタの転送先側にダミービットが設
けられ、タイミング補正ができるようになっていること
に着目し本発明を為すに至ったのである。

即ち、本発明は、固体撮像素子の２つの出力部からの信
号を処理する２つの回路系のゲインを検出するためのパ
イロット信号を、映像信号中に信号のタイミングに関す
るルールの変更を伴うことな（加えることを目的とする
。

（Ｅ、問題点を解決するための手段）本発明固体撮像素子は上記問題点を解決するため、ダミ
ービット出力期間内にパイロット信号が出力されるよう
にパイロット信号発生手段から各水平レジスタへの信号
電荷の供給が行われるようにすることを特徴とする。

（Ｆ、作用）本発明固体撮像素子によれば、ダミービット出力期間は
単にタイミングの調整をするために設けられているもの
であり、その期間内の信号は映像信号ではなくまた映像
信号としても処理されない。従って、その期間にパイロ
ット信号を出力すれば、固体撮像素子の出力信号につい
てのタイミングに関するルールの変更を伴うことな（パ
イロット信号による２つの回路系のゲイン差を検出する
ことができ、その検出結果に基づくゲイン差をな（すゲ
インコントロールが可能になる。

（Ｇ　実施例）［第１図乃至第３図］以下、本発明固体撮像素子を図示実施例に従って詳細に
説明する。

第１図乃至第３図は本発明固体撮像装置の一つの実施例
を説明するためのもので、第１図は固体撮像装置の構成
図である。

（ａ、構成）［第１図、第２図］図面において、１はイメージ部で、マトリックス上に配
置された多数（数十刃〜数百万）の受光素子と、該受光
素子の各垂直列に対応して設けられた垂直レジスタ２．
２、・・・とからなる。尚、便宜上受光素子を図示せず
イメージ部１には垂直レジスタ２．２、・・・のみがあ
るかのように示した。

３ａはイメージ部ｌの下側に配置された第１の水平レジ
スタ、３ｂは該第１の水平レジスタ３ａの下側にこれと
相離間して平行に配置された第２の水平レジスタ、４は
この２つの水平レジスタ３ａ、３ｂ間上に配置された制
御ゲートで、この２つの水平レジスタ３ａ・３ｂ間にお
ける信号の転送を制御する。５．５、・・・は半導体基
板表面部の制御ゲート４の下側にあたる位置に１画素ピ
ッチで配置されたチャンネルストッパであり、図では塗
りつぶして示しである。

６は水平レジスタ３ａ、３ｂをイメージ部１と対応する
部分から転送先側へ延長せしめてなるダミービット部で
、タイミング補正等のために設けられており、そのビッ
ト数は品種によって異なるが数ビット乃至数十ビットで
ある。

７は水平レジスタ３ａ・３１〕及び制御ゲート４をイメ
ージ部１と対応する部分から反ダミービット部分側へダ
ミービット部６と略同じビット数延長させたパイロット
信号注入部分、８は該パイロット信号注入部分７ヘパイ
ロツト信号となる信号電荷を供給するパイロット信号発
生部で、第２図に示すように、インプットソース領域９
と、第１のインプットゲート１０ａと、第２のインプッ
トゲート１．　Ｏｂとからなる。

上記インプットソース領域９は図面上ではパイロット信
号注入部７と同じビット数分一体に形成されているかの
ように示したが、実際は各ビットが独立し、所定のタイ
ミングで一定量以上、具体的にはパイロット信号として
必要なレベル以上の信号電荷を発生する。インプットゲ
ート１０ａ及び１０ｂは転送用パルスを受けてインプッ
トソース領域９内のパイロット信号となる信号を水平レ
ジスフ３ａ、３ｂへ転送するが、その際、信号電荷の量
を一定量に規定する役割も果す。尚、パイロット信号の
発生タイミングについては後で詳述する。

１１ａ、ｌｌｂは第１及び第２の水平レジスタ３ａ、３
ｂから転送された信号電荷を電圧に変換して出力する第
１及び第２の出力部、１２ａ、１２ｂは第１及び第２の
出力部１１ａ、１．１　ｂの信号からノイズ（リセット
雑音）を取り除く第１及び第２のＣＤＳ　（相関二重サ
ンプリング回路）、１３ａ、１３ｂは第１及び第２のＣ
Ｄ５１２ａ、１２ｂの出力信号を増幅するアンプであり
、少な（ともそのうちの一方のアンプは利得制御可能と
されている。そして、固体撮像素子内の出力部１．　ｌ
　ａ、固体撮像素子外のＣＤ５１２ａ、アンプ１３ａに
よって第１の回路系（第１のチャンネル）が構成され、
固体撮像素子内の出力部１１ｂ、固体撮像素子外のＣＤ
５１２ｂ、アンプ１３ｂによって第２の回路系（第２の
チャンネル）が構成される。

１４はアンプ１３ａ、１３ｂから出力された信号から各
色信号をサンプリングし、更にそのサンプリングした色
信号を処理して輝度信号Ｙ及び色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ
をつくる信号処理回路である。

１５はゲイン補正回路で、第１及び第２のアンプ１３ａ
、１３ｂの出力信号からパイロット信号をサンプリング
する第１及び第２のサンプルホールド回路１６ａ、１６
ｂと、該第１及び第２のサンプルホールド回路を比較す
る比較回路１７からなる。この比較回路１７の出力信号
は−・方のアンプ（利得制御可能なアンプ）、例えばア
ンプ］　５１３ａに利得制御信号として入力される。この利得制御
信号は、第１のアンプ１３ａの出力信号からサンプリン
グしたパイロット信号のレベルが第２のアンプ１３ｂの
出力信号からサンプリングしたパイロット信号のレベル
よりも低いときは例えば高いレベルになって第１のアン
プ１３ａのゲインを上昇せしめ、逆のときは例えば低い
レベルになって第１のアンプ１３ａのゲインを低下せし
める。

比較回路１７から互いに逆相となる２つの出力信号を第
１及び第２のアンプ１３ａ、１３ｂへ利得制御信号を送
出するようにしても良い。この場合、両方のアンプ１３
ａ、１３ｂとも利得制御可能であることが必要である。

そして、第１のアンプ１３ａの出力信号からサンプリン
グしたパイロット信号のレベルが第２のアンプ１３ｂの
出力信号からサンプリングしたパイロット信号のレベル
よりも低いときは２つの利得制御信号によって第１のア
ンプ１３ａのゲインを上昇せしめると共に、第２のアン
プ１３ｂのゲインを低下せしめる。逆のときは第１のア
ンプ１３ａのゲインを低下ぜしぬ、第２のアンプ１３ｂ
のゲインを上昇せしめる。

（ｂ、動作）［第３図］第３図（Ａ）はパイロット信号の発生タイミングの一つ
の例を示すタイムヂャートである。本例は１水平周期毎
にパイロット信号を発生するもので、水平同期信号ＨＤ
と同期して、換言すればブランキング期間中にインプッ
トソース領域９から水平レジスタ３ａ、３ｂへ一定量の
信号電荷をパイロット信号としてインプットゲート１０ｂの働きにより注入する。すると、固体撮像素子の
出力信号（この出力信号は２つあるが便宜上１つのみを
示す）中に注入後１水平期間よりもやや長い期間遅れて
パイロット信号が発生する。

このパイロット信号は第１の出力部１１ａから出力され
る出力信号中のものも第２の出力部１１ｂから出力され
るものもレベルが同一である。なぜならば、インプット
ソース領域９から水平レジスタ３ａ及び３ｂに転送され
る信号電荷の量がインブットゲーｈ　］、　Ｏａ、１０
ｂにより規定されているからである。このパイロット信
号の出力信号中における発生タイミングはダミービット
のそれと合致する（但し、注入から１水平期間遅れては
いる。）ようになっており、しかもパイロット信号発生
期間の長さはダミービット期間の長さと略同じにされて
いる。これは、パイロット信号を出力信号中に入れるこ
とによって固体撮像素子の出力信号についてのルール変
更（出力信号中の各信号のタイミング変更等）が生じな
いようにするためである。尚、パイロット信号の発生期
間の長さ（要するにパイロット信号のパルス幅）はダミ
ービット期間の長さよりも短くても良い。

尚、第３図（Ｂ）に示すようにパイロット信号を１垂直
周期毎に発生するようにしても良い。図中ＶＤは垂直周
期信号である。

このような固体撮像装置によれば、２つの回路系（チャ
ンネル）に、即ち、出力部１１ａ、ＣＤ５１２ａ、アン
プ１３ａからなる回路系と、出力部］、１ｂ、ＣＤ５１
２ｂ、アンプ１３ａからなる回路系との間にゲイン差が
ある場合には、それがアンプ１３ａと１３ｂの出力信号
中のパイロット信号のレベル差となって現われる。そし
て、このレベル差がサンプルホールド回路１、６　ａ、
１．６　ｂの出力信号を比較する比較回路１７によって
検出され、この検出信号がそのレベル差をな（す方向に
アンプ１３ａと１３ｂの一方又は双方のゲインをコント
ロールする、換言すればアンプ１３ａと１３ｂのゲイン
差をな（すようにゲインをコントロールする。従って、
常に２つの回路系にゲイン差が存在しないように回路状
態が保たれる。

依って、２つの回路系にゲイン差が生じることによる弊
害、即ち横縞やフリッカ−の発生がなくなる。

そして、パイロット信号はダミービット出力期間中に出
力されるので、映像信号の処理に悪影響を及ぼす虞れが
なく、従って、出力信号に関してルール変更の必要もな
い。

（Ｈ，発明の効果）以上に述べたように、本発明固体撮像素子は、転送先側
にダミービットを備えた水平レジスタを２個有し、各水
平レジスタからそれぞれ出力部を介して同時に２個の信
号を出力する固体撮像素子において、上記各水平レジス
タに等量の信号電荷をパイロット信号どして供給するパ
イロット信号発生手段を有し、ダミービット出力期間内
にパイロット信号が出力されるようにパイロット信号発
生手段から各水平レジスタへの信号電荷の供給が行われ
るようにしたことを特徴とするものである。

従って、本発明固体撮像素子によれば、ダミービット出
力期間は単にタイミングの調整をするために設けられて
いるものであり、その期間内の信号は映像信号でばな（
また映像信号としても処理されない。従って、その期間
にパイロット信号を出力すれば、固体撮像素子の出力信
号についてのタイミングに関するルールの変更を伴うこ
となくパイロット信号により２つの回路系のゲイン差を
検出することができ、延いてはその検出結果に基づくゲ
イン差をなくすゲインコントロールが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明固体撮像素子の一つの実施例
を説明するためのもので、第１図は固体撮像装置の模式
的構成図、第２図はパイロット信号発生手段の構成図、
第３図（Ａ）、（Ｂ）はパイロット信号の発生タイミン
グの各別の例を示すタイムチャートで、同図（Ａ）は−
水平周期にパイロット信号を発生する例を示し、同図（
Ｂ）は−垂直周期にパイロット信号を発生する例を示し
、第４図は固体撮像装置の従来例を示す模式的構成図、
第５図は発明が解決しようとする問題点を説明するため
の信号の流れ図である。符号の説明２・・・垂直レジスタ、３ａ・・・第１の水平レジスタ、３１〕・・・第２の水平レジスタ、６・・・ダミービット、８・・・パイロット信号発生手段、１１ａ・・・第１の出力部、１１ｂ・・・第２の出力部、１２ａ・・・第１のＣＤＳ、１２ｂ・・・第２のＣＤＳ、１３ａ・・・第１のアンプ、］、　３　ｂ・・・第２のアンプ、１５・・・ゲイン補正回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）転送先側にダミービットを備えた水平レジスタを
２個有し、各水平レジスタからそれぞれ出力部を介して
同時に２個の信号を出力する固体撮像素子において、上
記各水平レジスタに等量の信号電荷をパイロット信号と
して供給するパイロット信号発生手段を有し、ダミービ
ット出力期間内にパイロット信号が出力されるようにパ
イロット信号発生手段から各水平レジスタへの信号電荷
の供給が行われるようにしたことを特徴とする固体撮像
素子