JPS5946154B2 - 固体撮像装置の雑音除去回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＣＣＤなどのように、半導体を用いた固体撮像装置が提
案されている。

ＣＣＤの場合には、構造としては、シリコンの半導体基
体の一面にＳｉＯ２層を形成し、その上に電極を一定間
隔に形成し、この電極被着側或いはこれとは反対側より
像を光学的に投影して半導体基体の各電極下の部分に電
荷を蓄積し、この蓄積された信号を電極に与えるクロッ
クパルスによつて順次転送して読み出すようになつてい
る。このような半導体を用いた固体撮像装置では、半導
体の結晶を一定の面積にわたつて均一に形成することが
難しく、局部的に結晶欠陥が生じ、この結晶欠陥がある
部分で熱的な原因によつて電荷が発生しやすくなるので
、暗電流がこの部分で他の部分に比べて異常に大きくな
る傾向がある。

このため、像を投影して上述のように信号を読み出した
とき、暗電流が異常に大きいところではノイズが発生す
る。このノイズは白レベルよりも高いレベルとなつて撮
像出力中に混入し、そのため再生画面上に映し出したと
きにはこのノイズが目につきやすいものとなる。従来に
おいてはこのノイズＮを除去するため、第１図で示され
るような雑音除去回路１０が設けられている。

すなわち、ＣＣＤＩより取出された被写体像に基づく撮
像信号Ｓｓ（第２図Ａ）を比較回路２に供給し、白レベ
ルビ２よりも高いレベル、例えばＥｓを基準レベルに設
定することによつて、この基準レベルＥｓよりも高い撮
像信号のとき第２図Ｃで示すような比較出力Ｐｃを得、
この比較出力ＰｃでＣＣＤＩの出力段に設けられたサン
プリングホールド回路３を制御している。例えば、図の
ようにアンド回路よりなるゲート回路４を設け、これに
サンプリング信号Ｐｓ（第２図Ｂ）と共に上述した比較
出力Ｐｃをゲート信号として供給すれば、ノイズＮが得
られる区間ＴＮはゲートされないため、この区間ＴＮだ
けサンプリングパルスの欠除した第２図Ｄのサンプリン
グ信号Ｐｓｏが得られるから、区間ＴＮでの撮像信号Ｓ
ｓはサンスプリングされず、その前の状態がホールドさ
れることになる。従つて、第２図Ｅのようなサンプリン
グ出力（映像信号となる）５０が得られる。ノイズＮが
存在するときサップリングすると、点線の如き出力とな
り、これがもとで画質を劣化させる。このように構成さ
れた雑音除去回路１０にあつて、ＣＣＤｌの水平シフト
レジスタから出力される撮像信号Ｓｓは第２図Ａの如く
台形波状である。

！水平シフトレジスタに印加されるクロツクパルスの周
期をＴとしたとき、期間ＴＴが電荷の転送期間となり、
被写体像に応じた出力が得られる。期間Ｔｐはプリチヤ
ージ期間である。撮像信号Ｓｓをサンプリングする時点
は転送期１間ＴＴのうちでも、電荷が完全に転送されて
いなければならないので、通常はプリチヤージ開始時期
に近い。

ノイズＮを検出する時点もブリチヤージ開始の時点に非
常に近い。ここで、上述した比較回路２は周知のように
瞬時に応答するものではなく、回路設計によつて定まる
応答時間が存在するから、ノイズＮを検出してからプリ
チヤージ開始するまでの時間、すなわち期間ＴＮが短か
いと、正しい雑音除去動作を達成し得ない。

そのため一般にはサンプリングホールド回路３の前段に
、応答時間相当の遅延時間τに選ばれた遅延回路５が設
けられ、タイミングの調整を行なつている。なお、第２
図においては応答時間を零として記載してある。遅延回
路を介在させると撮像信号Ｓｓの波形がなまり、忠実性
に欠ける欠点を有すると共に、価格が上昇する欠点があ
る。

ノイズＮを検出し、サンプリングホールド回路３を制御
するまでの期間（検出制御期間という）ＴＮが比較的長
ければこのような問題は生じない。そこで、本発明はこ
のような点を考慮し検出制御期間１゛、を従来よりも十
分長くして上述の諸欠点を一掃したもので、本発明回路
は２個のサンプリングホールド回路を設けたことに特徴
がある。

次に本発明回路の一例を詳細に説明するも、本発明では
第３図で示すように、第１及び第２のサンプリングホー
ルド回路３Ａ，３Ｂが直列接続される。第１のサンプリ
ングホールド回路３Ａには発振器６で得た第１のサンプ
リング信号Ｐｓ，（第４図Ｂ）が供給され、ノイズＮの
有無にかかわりなく撮像信号Ｓ８がサンプリングされる
。そのため、撮像信号Ｓｓに対応した第１のサンプリン
グ出力ＳＨ（第４図Ｃ）が得られる。ノイズＮが存在す
るときはそれに応じたサンプリング出力が得られる。第
１のサンプリング出力ＳＨは第２のサンプリングホール
ド回路３Ｂに供給され、サンプリング動作が行なわれる
も、本発明では、この第２のサンプリングホールド回路
３Ｂ！ＩＣ対し、ノイズＮに対応した制御を行なうもの
で、第１のサンプリング出力ＳＨは欠陥ノイズ検出回路
２に供給されるも、これは図の如く比較回路として構成
される。

従つてこの比較回路を含む制御系の動作は前述したと同
様であるから省略する。但し、比較動作は第１のサンプ
リング出力ＳＨに対してであるから、白レベルに対応し
たサンプリング出力よりも高い所定のレベルＥＨがこの
場合の基準レベルとして設定される（第４図Ｃ）。

第２のサンプリングホールド回路３Ｂに供給される第２
のサンプリング信号Ｐ，２は第４図Ｅで示すように、第
１のサンプリング信号Ｐｓ，を所定量だけ移相させたも
のが用いられる。７がその移相器であつて、移相量すな
わち遅延時間は例えばサンプリング周期の一に相当する
時間Δｔ！１ｃ選ぶことができる。

欠陥ノイズの検出出力である比較出力Ｐｃは第４図Ｄの
如くなるから、同図Ｆに示すサンプリング信号ＰｓＯが
最終的に供給され、その結果欠陥ノイズＮの部分のサン
プリング出力ＳＨはサンプリングされず、第４図Ｃの点
線で示す出力Ｓ。

が第２のサンプリング出力として得られ、ノイズが除去
されると共に、その部分の信号が補償される。ここで、
第４図ＤＶＣ示す比較出力Ｐ。にあつて、検出制御期間
ＴＮ′はサンプリング周期そのものとなり、従来よりも
その期間を格段と長くすることができ、しかもこの期間
ＴＮ′においてサンプリングすべき信号はサンプリング
周期の間だけホールドされている第１のサンプリング出
力ＳＨであるから、ノイズＮを検出してから時間τ後に
得られる比較出力Ｐ。にても第１のサンプリング出力Ｓ
Ｈを、十分な余裕をもつて確実に制御できる。そのため
、第１のサンプリング出力ＳＨの伝送路上には遅延回路
などを介在させる必要は全くない。ＣＣＤｌを３個用い
てカラーの固体撮像装置を構成する場合においては第３
図に示した雑音除去回路１０を夫々の信号伝送系に設け
れば上述したと同様に夫々のＣＣＤにおけるノイズを有
効に除去することができる。勿論、斯種雑音除去回路を
共用する構成でもよい。カラーでも白黒でもその型式は
問わないが、上述したように３個のＣＣＤを用いた固体
撮像装置にあつて、被写体像を夫々所定の距離だけずら
して投影して折り返し歪を除去する方法がある。

例えば第５図で示すように、ＣＣＤに形成された絵素１
１の水平走査方向における配列ピツチをτ。としたとき
、ＣＣＤｌＲに対し、他の２個のＣＣＤ１Ｇ，１Ｂを一
τ．だけずらし、その伏態で被写体像を投影するように
した場合である。このように被写体像をずらしたときに
は、夫々のＣＣＤｌＲ〜１Ｂから得られる側波帯成分の
キヤリヤ周波数Ｆ。（水平シフトレジスタに印加される
クロツクパルスの周波数）の位相は第６図の如く１２０
０だけ相互にずれる。従つて、白黒像の場合には夫々の
側波帯成分（点線図示）は相殺され、撮像出力は変調成
分（実線図示）のみとなるので、変調成分中への側波帯
成分の混入に伴なう折返し歪を除去できる。このように
折り返し歪を除去するためにＣＣＤｌＲ〜１Ｂを夫々一
τ．だけずらす撮像装置にあつては、第５図のずれを正
確に得ることは困難である。その場合の正規な位置に対
する若干のずれ△ｔは通常電気的に補償していた。例え
ば夫々の伝送系にこのずれ△ｔを補償するための遅延回
路を設けていたものである。しかし、第３図に示す本発
明回路１０を利用する場合、ずれ△ｔに応じて第２のサ
ンプリング時点を変更するだけでよいから、ずれ△ｔを
補償するために新たな回路を付加する必要はない。その
ため、回路構成の簡略化を図ることができる。以上説明
したように本発明では結晶欠陥などに起因するノイズＮ
を確実に除去できるから、良質の画像を再現できると共
に、結晶欠陥が若干ある比較的品質の悪い半導体をも利
用できるから、斯種撮像装置を安価に提供できる特徴を
有する。そして、本発明ではダブルサンプリング動作に
てノイズＮを検出してから撮像信号Ｓｓを制御するまで
の期間が第４図で示した検出制御期間ＴＮ′となるため
、従来の如く、信号伝送系に撮像信号の遅延手段を設け
る必要がなくなり、遅延手段の挿入に基づく信号の劣化
などを防止できる。勿論、第２のサンプリングホールド
系の存在によりタイミング系を厳密に調整したりする必
要はない。第７図は１個のＣＣＤでカラー固体撮像装置
を構成した場合に適用した例である。ＣＣＤｌの前面に
配される色フイルタはＲ，Ｇ，Ｂの縦型ストライプフイ
ルタであるものとする。ＣＣＤｌで得られる撮像信号Ｓ
ｓはＲ，Ｇ，Ｂの点順次信号であるから、カラー映像信
号とするためにはこの点順次信号Ｓｓを同時化しなけれ
ばならない。

そのため、同時化用のサンプリングホールド回路１２Ｒ
〜１２Ｂが並列に設けられるも、本例ではこのサンプリ
ングホールド回路１２Ｒ〜１２Ｂが第２のサンプリング
ホールド回路と共用構成になつている。

夫々のサンプリングホールド回路１２Ｒ〜１２Ｂにはゲ
ート回路４Ｒ〜４Ｂが設けられ、夫々には比較出力Ｐ。
が共通に供給されると共に、位相の異なるサンプリング
信号ＰＳＲ〜ＰＳＢが供給される。第１のサンプリング
ホールド回路３Ａには所定のサンプリング信号ＰｓＯ（
第８図Ａ）が供給されるのに対し、同時化用のサンプリ
ングホールド回路１２Ｒ〜１２Ｂには一に逓降されたサ
ップリング信号ＰＳＲ−ＰＳＢ（第８図Ｃ−Ｅ）が供給
される。

夫々は一πの位相差を有する。１５は逓降回路、１６Ｒ
〜１６Ｂは移相器である。

次に、その動作を説明するも、点順次信号Ｓｓとしては
第８図Ｂの如き波形を考える。

ＳＮＲ，ＳＮＧがノイズである。ノイズＳＮＲ，Ｓゃに
対応したサンプリング信号Ｐ８ＯＲ，ＰＳＯＧが欠除す
る結果、端子１７Ｒ〜１７Ｂには同時化され、かつノイ
ズが除去されたサンプリング出力Ｓ。Ｒ−ＳＯＢが得ら
れ、前述したと同様の効果を奏しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の雑音除去回路の一例を示す系統図、第２
図はその動作説明に供する波形図、第３図は本発明によ
る雑音除去回路の一例を示す系統図、第４図はその動作
説明に供する波形図、第５図及び第６図は装置の説明図
、第７図は本発明回路の他の例を示す系統図、第８図は
その動作説明用の波形図である。 １は固体撮像体、２は検出回路、３Ａ，３Ｂは第１及び
第２のサンプリングホールド回路、４はゲート回路であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固体撮像体で得た撮像信号を第１のサンプリングホ
   ールド回路に供給して、第１のサンプリングパルスでサ
   ンプリングホールドされた第１のサンプリングホールド
   出力を得、この第１のサンプリングホールド出力を更に
   第２のサンプリングホールド回路に供給して、上記第１
   のサンプリングパルスとは位相の異なる第２のサンプリ
   ングパルスでサンプリングホールドされた第２のサンプ
   リングホールド出力を得ると共に、上記第１のサンプリ
   ングホールド出力を欠陥ノイズ検出回路に供給し、上記
   固体撮像体にある結晶欠陥などに起因する欠陥ノイズを
   上記検出回路にて検出すると共に、この検出出力で上記
   第２のサンプリングパルスを制御するようにしたことを
   特徴とする固体撮像装置の雑音除去回路。