JP2961908B2

JP2961908B2 - 固体撮像装置とその駆動方法

Info

Publication number: JP2961908B2
Application number: JP3025529A
Authority: JP
Inventors: 篤小林; 正治浜崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1991-01-25
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: JPH04330876A

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
体撮像装置とその駆動方法に関する。

【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ように
してなる（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、他の条件が同
じならば分割により電荷が入る各部分の電荷蓄積面積が
減少し、例えば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
クレンジが減少し、例えば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
ミア成分に信号電荷の過剰電荷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】本発明の第１のものは、
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、或
いはするようにしてなることを特徴とする。本発明の第
２のものは、第１のものにおいて、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は上記垂直転送レジ
スタの最大取り扱い電荷量よりオーバーフローしたオー
バーフロー成分を含むスミア成分であって上記スミア電
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を加算し
た信号から、上記スミア成分中のオーバーフロー成分を
引いた成分と略等しい成分を減算して出力する、或いは
するように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Ｑsig 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Ｑsm
e 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Ｑsme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Ｖref
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、ＣＤＳ７の
出力信号、即ちスミア成分を含む信号成分が基準電圧Ｖ
ref よりも低いときは、アナログスイッチ１０をＣＤＳ
８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Ｖ
ref 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Ｖref 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１
３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ＣＤＳ８
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】本発明の第１のものは、垂直転送レジス
タとして各ビットを転送方向に２分割しその一方に受光
素子からのスミア成分を含む信号電荷が入力され他方に
スミア成分が入力されるものを設け、該垂直転送レジス
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の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
有し、そ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、或いは
するようにしたことを特徴とするものである。

【００２４】従って、本発明の第１のものによれば、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。

【００２５】本発明の第２のものは、第１のものにおい
て、スミア成分を含む信号成分が上記基準値を越えたと
きには、上記垂直転送レジスタの最大取り扱い電荷量よ
りオーバーフローしたオーバーフロー成分を含むスミア
成分であって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
ら出力された信号を加算した信号から、上記スミア成分
中のオーバーフロー成分を引いた成分と略等しい成分を
減算して出力する、或いはするようにしたことを特徴と
するものである。

【００２６】従って、本発明の第２のものによれば、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そのスミア成
分と略等しい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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335 H01L 27/148

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】垂直転送レジスタとして各ビットを転送
方向に２分割しその一方に受光素子からのスミア信号を
含む信号電荷が入力され他方にスミア成分が入力される
ものを設け、該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
の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
を越えたときには、上記垂直転送レジスタの最大取り扱
い電荷量よりオーバーフローしたオーバーフロー成分を
含むスミア成分であって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を加算した信号から、上記
スミア成分中のオーバーフロー成分を引いた成分と略等
しい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記載の固体撮像装置
【請求項３】垂直転送レジスタとして各ビットを転送
方向に２分割しその一方に受光素子からのスミア信号を
含む信号電荷が入力され他方にスミア成分が入力される
ものを設け、該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固体撮像装置
の駆動方法において、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
判定し、上記判定の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するこ
とを特徴とする固体撮像装置の駆動方法
【請求項４】スミア成分を含む信号成分が上記基準値
を越えたときには、上記垂直転送レジスタの最大取り扱
い電荷量よりオーバーフローしたオーバーフロー成分を
含むスミア成分であって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を加算した信号から、上記
スミア成分中のオーバーフロー成分を引いた成分と略等
しい成分を減算して出力するようにすることを特徴とす
る請求項３記載の固体撮像装置の駆動方法