JPS6033343B2

JPS6033343B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS6033343B2
Application number: JP54072026A
Authority: JP
Inventors: 敬訓田中; 政信森下
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-06-08
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1985-08-02
Also published as: JPS55163959A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電荷転送撮像素子（以下ＣＣＤ撮像素子と略記
する。

）を用いた固体撮像装置に関するものである。ＣＣＤ撮
像素子における基本動作は情報電荷の蓄積とその電荷の
転送および読み出しよりなっている。光情報を光電変換
し、その電荷を蓄積するための受光素子と、その電荷を
転送する転送部を二次元方向に配設して構成したＣＣＤ
撮像素子の一例の原理的な模式図を第１図に示す。図に
おいて、マトリクス状に配列したそれぞれ１絵素として
動作する多数の受光素子１と、受光素子１に蓄積された
光情報に基ず〈電荷を垂直方向に転送する垂直転送部２
と、更に出力部６へ電荷を転送する水平転送部４および
受光素子１から垂直転送部２への電荷の転送を制御する
転送ゲート電極３とでＣＣＤ撮像素子が構成されている
。また遮光体６は水平走査方向における少くとも一端の
受光素子群７に光が入射しないように設けられているも
のである。この受光素子群７から光学的な黒の信号が得
られ、これを映像の黒信号として用いることによりＣＣ
Ｄ綾像素子の階電流の影響を除去することができる。こ
のＣＣＤ撮像素子を用いた岡体撮像装置の一例を第２図
に示す。

被写体８はしンズ９によってＣＣＤ撮像素子１０上に結
像される。ＣＣＤ撮像素子１川ま駆動回路１１からの駆
動信号１２によって駆動されて出力信号１３を出力する
。出力信号１３を前置増幅器１４で増幅した後ローパス
フイルタ−１５を通して映像信号を得る。この映像信号
をクランプ回路１６で、前記した遮光体を設けた受光素
子群から得られる光学的な黒の信号をクランブパルス１
７で黒レベルに固定する。黒レベルを固定された映像信
号はプロセスアンプ１８でｙ補正、白クリップ、黒クリ
ップなどの処理を受け、プランキング信号や同期信号１
９を加えられて出力端子２川こ出力される。次にＣＣＤ
撮像素子の駆動信号と得られる映像信号の波形を第３図
に示す。２１は垂直プランキング信号を示す。

垂直プランキング期間内に転送ゲート電極に転送ゲート
パルス２２を印加し各受光ェレメントに蓄積された光情
報に基ずく電荷を−旦垂直ライン毎に垂直転送部に転送
する。次いで垂直転送部に垂直転送信号２３を加え、１
水平走査期間（以後ＩＨと略記する。）毎の垂直転送パ
ルス２４によって電荷を垂直転送部から水平転送部へ転
送する。水平転送部は水平転送パルス２５によって電荷
を出力部へ転送する。このようにして出力部から目的の
映像出力を得る。なおこの図では垂直転送部、水平転送
部共に２相駆動のＣＣＤとして説明した。一般にＣＣＤ
撮像素子は製造工程における良品歩止りを良くするため
にそのチップサイズをできる限り小さくする努力がはら
われており受光素子を垂直走査方向，水平走査方向共に
必要最少限の数に抑えている。このうち垂直方向の受光
素子数は、前記の第３図に示した垂直プランキング期間
（通常垂直プランキング期間は約２０日程度である。）
に相当する数だけ少なく、例えば標準テレビジョン方式
の標準の走査線数５２５本に対し４９０本程度の走査線
に相当する受光素子数となっている。従来このようなＣ
ＣＤ撮像素子の駆動は第３図に示したように垂直転送パ
ルス２６で１フィールドの最後の受光素子からの電荷を
水平転送部へ転送した後直ちに、あるいは電荷の取り残
しをなくすため１〜２回の空転送をした後垂直転送パル
スを止めこの垂直転送パルスを止めている期間内に転送
ゲート電極に転送ゲートパルス２２を加え受光素子から
垂直転送部への転送を行うようににしていた。

このような駆動方法によってＣＣＤ撮像素子から得られ
る映像出力を増幅しローパスフィルターを通して得られ
る映像信号を第３図の２７に又その一部を拡大した図を
３１に示す。２８は垂直転送パルス２６で転送された１
フィールドの最後の受光素子からの映像信号を示してい
る。

２９は垂直転送を行なわない期間に得られる信号で、こ
れは水平転送部の僅かな階電流によるものである。

光学的な黒を与える信号３２は第１図に示した光学的な
黒を与える受光素子群に対応するもので、これは受光素
子の階電流と１フィールドの垂直転送期間中に垂直転送
部に生じた階電流の合計に対応する出力である。このう
ち受光素子の階電流に対して垂直転送部の時電流が大き
く、３２は大部分が垂直転送部の階電流によるものであ
る。また３０‘ま転送ゲートパルス２２が出力に干渉す
るために出るノイズにぐるものである。なお３３は水平
プランキング期間に対応している。このようにして得ら
れた映像信号を第２図に示したクランプ回路１６で光学
的な黒を与える信号３２を黒レベルに固定しＣＣＤ撮像
素子の暗電流の影響を除いた映像信号を得る。しかしな
がらこのような駆動方法による従釆の固体撮像装置では
階電流による出力３２と垂直転送していない期間の出力
２９とのレベル差が大きい場合にはクランプされた映像
の黒レベルが大きく変化する。

またこのほかに転送ゲートパルスの干渉によるノイズが
大きく現われる場合にはこの転送ゲートパルスの干渉に
よるノイズをクランプする事にぐよりクランプされた映
像の黒レベルが大きく変化する現象が起こる。そしてこ
の変化が有効画面内にまで現われた画面の上部が黒く沈
み込んだり、また逆に白く浮き上がったりする現象が起
きた。またインターレース走査を行なった場合には奇フ
ィールドと隅フィールドで１／がだけ画像のスタートが
ずれるため上記の黒レベルの変化の影響がフィールド毎
に異なり画面の上部がちらつく現象が起こる欠点があっ
た。本発明は前記の欠点をなくすためになされたもので
その目的は画面上部のちらつきや黒沈みや白く浮き上る
現象のない固体撮像装置を提供することにある。

本発明によれば、同一結像面内に水平走査方向と垂直走
査方向にそれぞれ所定のピッチを持って設けられた複数
の受光素子と垂直走査方向に延びる複数の垂直転送部と
前記受光素子から垂直転送部への電荷の転送を制御する
転送ゲート電極とを持ち、水平走査方向の少くとも一端
の受光素子群に光が入射しないように遮光体が設けられ
た電荷転送撮像素子を用いた固体撮像装置において前記
受光素子から得られる映像信号に補正信号を加えるよう
にしたことを特徴とする固体撮像装置が得られる。以下
本発明について図面を用いて詳述する。

第４図は本発明の第一の実施例を示す模式図、第５図は
その動作を説明するための波形図である。第４図と第５
図においてそれぞれ第２図および第３図と同一の構成要
素は同一符号を付している。図において、ＣＣＤ撮像素
子は垂直転送部、水平転送部共に２相のＣＣＤで構成さ
れている場合について示している。受光素子は垂直転送
部の２相の転送電極のうち一方の相の転送電極に対応す
るものと、もう一方の相の転送電極に対応するものの２
群で構成されている。この２群の受光素子に蓄積された
光情報に基ず〈電荷は、あるフィールド‘こおいて２相
の転送電極のうち一方の相の転送電極に対応する受光素
子に蓄積された電荷を垂直転送部へ転送して読み出し、
次にもう一方のフィールドにおいて他方の相の転送電極
に対応する受光素子に蓄積された電荷を読み出すことに
よってインターレースを行う。第５図は偶フィールド‘
こおける動作波形を示す図である。

第４図と第５図において、駆動回路３４からの補正信号
３５をミックス回路３６で映像信号２７に加え合せる。
補正信号３５は第５図に示すように垂直プランキング期
間内の垂直転送が行なわれていない部分の補正信号３７
と転送ゲートパルスのノイズの補正信号３８を含んでい
る。補正信号３５は第３図における、光学的な黒を与え
る信号３２と水平転送部の階電流による出力２９とのレ
ベル差を補正し、補正信号３８は同様に信号３２と転送
ゲートパルスのノイズによる信号３０とのレベル差を補
正する。この補正信号３５が加えられ、垂直プランキン
グ期間内の信号しべルを一様に揃えられた後の映像信号
３９はクランプ回路１６でクランプしてもその黒レベル
が変動することがない。なお第５図では隅フィールドの
垂直プランキング期間での波形と動作を示したが奇フィ
ールド‘こおいてもその動作を全く同じであるので説明
を省略する。第６図は本発明の第２の実施例の偶フィー
ルドにおける動作を示す波形図である。

図において２１は垂直プランキング期間を示している。
偶フィールド‘こおける最後の受光素子からの電荷を垂
直転送パルス４０で転送した後４１で次のフィールドの
最初の受光素子からの電荷の転送が始まるまでの期間垂
直転送パルスを止めることなく印加し続け垂直転送部を
空転送する。そして各フィールドの最初の垂直転送パル
ス４１からその１つ前の垂直転送パルス４２までの期間
内であり、かつ各フィールド‘こおいて水平転送部が前
記遮光体の設けられた受光素子群からの電荷を出力部へ
転送して送り出す時間に相当する時間をさげた時亥』ｔ
，において転送ゲートパルス４３を印加し受光素子に蓄
積されている電荷を垂直転送部に転送する。次いで２相
の垂直転送パルス２３によってＩＨ毎にこの電荷を水平
転送部へ転送した水平転送パルス２５で水平転送し得ら
れる緑像出力を境軸寓してローパスフィルタ−を通せば
４４に示す映像信号が得られる。映像信号４４中に含ま
れる転送ゲートパルス４３によるノイズ成分４５は前述
したように光学的な与える受光素子群の電荷を出力する
時間に相当する時間をさけているため通常の映像信号と
同等のものであり前述したクランプ回路での黒レベルの
変動は起こさない。ところで前述したように光学的な黒
を与える信号は大部分が垂直転送部の階電流によるもの
であるから垂直転送部が空転送されている期間に対応す
る出力４６は光学的な黒を与える信号４７とほぼ同一の
大きさを持っている、ところが受光素子の暗電流が無視
できないほど大きい場合、あるいは周囲温度が高くなっ
て受光素子の８音電流が増加した場合などにおいてはこ
の受光素子の階電流分を補正する必要がある。

そこでこの第２の実施例では受光素子の階電流分を補正
する補正信号４９を映像信号４４に加え合わせている。

補正信号４９は受光素子の階電流分に相当する、垂直転
送部の時電流による出力４６と光学的な黒を与える信号
４７との菱Ｖを補正する。・補正信号４９
を加え合せて補正した後の動作は第１の実施例の動作と
同様である。

なお階電流は温度によってその大きさが変化するので第
１の実施例、第２の実施例共にその値を検出し補正信号
の大きさを脂電流の大きさに応じて変えるとより完全な
補正を行うことができる。

以上詳述したように本発明は光学的な黒を与える受光素
子群を備え、かつ規定の走査線よりも少し・数の受光素
子数のＣＣＤ撮像素子を用いた固体撮像装置において生
ずる画面のうらつきや黒沈みや白く浮き上がる現像を映
像信号に補正を加えることによって映像の黒レベルを安
定にししてとり除き、画像の劣化を防ぐものである。な
お以上の説明においてはＣＣＤ撮像素子は２相駆動とし
、固体撮像装置は単板の標準方式のモノクロ滋像装置と
して説明したがこれらはそれぞれこれにとらわれること
なく２相駆動以外のＣＣＤ撮像素子の場合あるいは間体
撮像装置は単板あるいは複数のＣＣＤ撮像素子を用いた
モノクロおよびカラーの撮像装置の場合、また撮像方式
も標準方式以外の方式の場合においても同様に本発明を
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＣＤ撮像素子の１例を示す模式図、第２図は
従来の固体撮像装置を示す模式図、第３図は従来の固体
撮像装置の動作を説明するための波形図、第４図は本発
明の第１の実施例を示す模式図、第５図は第１の実施例
の動作を説明するための波形図、第６図は第２の実施例
の動作を説明するための波形図である。なお図において、１・・・・・・受光素子、２・・・・
・・垂直転送部、３・・・・・・転送ゲート電極、４・
・・・・・水平転送部、５・・・・・・出力部、６・・
・・・・遮光体、７・・・・・・光学的な黒信号を得る
ための受光素子部群、８・・・・・・被写体、９…・・
・レンズ、１０・・…・ＣＣＤ撮像素子、１１駆動回路
、１２・・・・・・駆動パルス、１３・・・・・・出力
信号、１４・・・・・・前直増幅器、１５・・・・・・
ローパスフィルタ−、１６・・・・・・クランプ回路、
１７……クランプパルス、１８……プロセスアンプ、１
９……プランキング信号と同期信号、２０・・・・・・
出力端子、２１・・・・・・垂直プランキング信号、２
２，４３・・・・・・転送ゲートパルス、２３，２４，
２６，４０，４１，４２……垂直転送パルス、２５……
水平転送パルス、２７，３１，３９，４４・・・・・・
映像信号、２８，４８・・・・・・１フィールドの最後
の受光素子からの映像信号、２９・・・…水平転送部の
階電流による出力、３０，４５・・・・・・転送ゲート
パルスのノイズによる出力、３２・・・・・・光学的な
黒を与える信号、３３・・・・・・水平プランキング期
間、３４・・・・・・駆動回路、３５・・・・・・補正
信号、３６・・・・・・ミックス回路、３７…・・・垂
直転送を行なわない期間の補正信号、３８・・・・・・
転送ゲートパルスのノイズを補正する信号、４６・・・
・・・垂直転送部の階電流による出力、４７・・・・・
・受光素子と垂直転送部の階電流による出力、４９・・
・・・・受光素子の階電流を補正する信号である。弟’
図多２図多３図券４図多ｓ図劣る図

Claims

【特許請求の範囲】１同一結像面内に水平走査方向と垂直走査方向にそれ
ぞれ所定のピツチを持つて設けられた複数の受光素子と
垂直走査方向に延びる複数の垂直転送部と前記受光素子
から垂直転送部への電荷の転送を制御する転送ゲート電
極とを持ち、水平走査方向の少くも一端の受光素子群に
光が入射しないように遮光体が設けられた電荷送撮像素
子を用いた固体撮像装置において、各フイールドにおけ
る最後の受光素子からの電荷を転送する垂直転送から次
のフイールドの最初の受光素子からの電荷を転送する垂
直転送が行なわれるまでの期間に対応して前記電荷転送
撮像素子から得られる映像信号に、前記遮光体が設けら
れた受光素子群に対応する出力信号と、前記期間に対応
する出力信号との大きさを一致させる補正信号を加える
ことを特徴とする固体撮像装置。２前記補正信号は垂直転送部の暗電流分を補正する信
号である特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。３前記の各フイールドにおける最後の受光素子からの
電荷を転送する垂直転送から次のフイールドの最初の受
光素子からの電荷を転送する垂直転送が行なわれるまで
の期間垂直転送部が空転送され、前記補正信号はこの垂
直転送部が空転送されている期間において前記受光素子
の暗電流を補正する信号である特許請求の範囲第１項記
載の固体撮像装置。４前記補正信号は受光素子と垂直転送部の双方の暗電
流分を補正する信号である特許請求の範囲第１項記載の
固体撮像装置。５前記補正信号が前記転送ゲート電極に加えられた転
送ゲートパルスのノイズ分を補正する補正信号を含む特
許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。