JP3142239B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/63—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current
- H04N25/633—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current by using optical black pixels
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/618—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise for random or high-frequency noise
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
-
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
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- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Facsimile Heads (AREA)
- Facsimile Image Signal Circuits (AREA)
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は複写機、ファクシミ
リ等の画像読み取り部に用いられる固体撮像装置に関す
るものである。
リ等の画像読み取り部に用いられる固体撮像装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体撮像装置には、固体撮像素子
又は光電変換素子として、ＣＣＤ型、フォトダイオード
型、バイポーラトランジスタ型、ＭＯＳ型等、種々の素
子が開発、採用されつつあり、これらの素子を半導体チ
ップ上に１ラインに多数個配列するラインセンサとし
て、２次元状に配列したエリアセンサとして活用され、
前者は、原稿を移動したり又はセンサ系を移動して、原
稿画像を読み取って感光体に画像信号を転写してコピー
したり、原稿画像を１ライン毎に読み取って該原稿画像
信号を被転写紙に書き込んだりして、イメージセンサ、
複写機、ファクシミリなどに用いられている。また、エ
リアセンサとしては、ビデオカメラや拡大カメラ、ビデ
オ顕微鏡など、今後もマルチメディアの時代に向けて、
多彩な活用が期待されている。
又は光電変換素子として、ＣＣＤ型、フォトダイオード
型、バイポーラトランジスタ型、ＭＯＳ型等、種々の素
子が開発、採用されつつあり、これらの素子を半導体チ
ップ上に１ラインに多数個配列するラインセンサとし
て、２次元状に配列したエリアセンサとして活用され、
前者は、原稿を移動したり又はセンサ系を移動して、原
稿画像を読み取って感光体に画像信号を転写してコピー
したり、原稿画像を１ライン毎に読み取って該原稿画像
信号を被転写紙に書き込んだりして、イメージセンサ、
複写機、ファクシミリなどに用いられている。また、エ
リアセンサとしては、ビデオカメラや拡大カメラ、ビデ
オ顕微鏡など、今後もマルチメディアの時代に向けて、
多彩な活用が期待されている。
【０００３】このような固体撮像装置は、光電変換して
画素電荷を生成する上記固体撮像素子と、この画素電荷
を１ライン分一括して、各画素毎に一時蓄積するキャパ
シタ（容量）等の蓄積手段と、この画素電荷を水平走査
回路からのタイミング信号により時系列的に順次出力す
る転送手段とから構成される例がある。
画素電荷を生成する上記固体撮像素子と、この画素電荷
を１ライン分一括して、各画素毎に一時蓄積するキャパ
シタ（容量）等の蓄積手段と、この画素電荷を水平走査
回路からのタイミング信号により時系列的に順次出力す
る転送手段とから構成される例がある。
【０００４】このような複数の光電変換素子をそれぞれ
画素とするラインセンサ，エリアセンサ等の固体撮像装
置では、多数の画素のうち一部の画素を遮光し、これら
遮光された画素をオプティカルブラック画素（以下、
「ＯＢ画素」と称する）として、ＯＢ画素信号を基準出
力とし、他の遮光されていない画素信号からこの基準出
力の差をとり、正規のセンサ信号として用いることが一
般的に行われている。このＯＢ画素からの信号を基準出
力として用いる方法として、例えば図２の（ａ）に示
す、クランプ回路が上げられる。図において、２１はク
ランプ容量、２２はスイッチトランジスタである。本図
において、光電変換素子の画素電荷のセンサ出力が入力
され、この画素電荷がクランプ容量２１に一時蓄積さ
れ、その後水平走査回路等からのタイミング信号として
クランプパルスφCLPにローパルスが印加され、スイッ
チトランジスタ２２がオフとなって、クランプ容量２１
の電荷がクランプ出力される。
画素とするラインセンサ，エリアセンサ等の固体撮像装
置では、多数の画素のうち一部の画素を遮光し、これら
遮光された画素をオプティカルブラック画素（以下、
「ＯＢ画素」と称する）として、ＯＢ画素信号を基準出
力とし、他の遮光されていない画素信号からこの基準出
力の差をとり、正規のセンサ信号として用いることが一
般的に行われている。このＯＢ画素からの信号を基準出
力として用いる方法として、例えば図２の（ａ）に示
す、クランプ回路が上げられる。図において、２１はク
ランプ容量、２２はスイッチトランジスタである。本図
において、光電変換素子の画素電荷のセンサ出力が入力
され、この画素電荷がクランプ容量２１に一時蓄積さ
れ、その後水平走査回路等からのタイミング信号として
クランプパルスφCLPにローパルスが印加され、スイッ
チトランジスタ２２がオフとなって、クランプ容量２１
の電荷がクランプ出力される。
【０００５】このクランプ回路に図２の（ｂ）に示され
るセンサ出力を入力し、同図に示されるようにＯＢ出力
期間中にφCLPを加えると、ＯＢ画素のセンサ出力が基
準信号となり、正規のセンサ出力Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3など
と、同図に斜線で示される成分が有効信号出力成分とし
て取り出される。
るセンサ出力を入力し、同図に示されるようにＯＢ出力
期間中にφCLPを加えると、ＯＢ画素のセンサ出力が基
準信号となり、正規のセンサ出力Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3など
と、同図に斜線で示される成分が有効信号出力成分とし
て取り出される。
【０００６】ところで、従来、複数のＯＢ画素を有する
場合、これらＯＢ画素からの信号は各画素ごとにそのま
ま順次出力されていた。
場合、これらＯＢ画素からの信号は各画素ごとにそのま
ま順次出力されていた。
【０００７】このため、前記クランプ回路を用いる場
合、ＯＢ画素の基準出力が確定するのはクランプパルス
φCLPがＨｉｇｈからＬｏｗに変化した時の出力による
ため、図２の（ｃ）に示されるような複数のＯＢ画素か
らの出力に対して、同図に示される３つのＯＢ画素か
ら、クランプパルスφCLPの印加時間を加えたとして
も、基準出力として用いられるのは、単一の画素（この
場合、０Ｂ画素ＯＢ3）からの出力となっていた。
合、ＯＢ画素の基準出力が確定するのはクランプパルス
φCLPがＨｉｇｈからＬｏｗに変化した時の出力による
ため、図２の（ｃ）に示されるような複数のＯＢ画素か
らの出力に対して、同図に示される３つのＯＢ画素か
ら、クランプパルスφCLPの印加時間を加えたとして
も、基準出力として用いられるのは、単一の画素（この
場合、０Ｂ画素ＯＢ3）からの出力となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、遮光された
ＯＢ画素の出力には、ランダムノイズが含まれている。
したがって、この様に単一のＯＢ画素からの出力を基準
出力とすると、特定のＯＢ画素が発生するランダムノイ
ズがそのまま基準出力に反映されるという欠点があっ
た。基準出力におけるランダムノイズは、例えばライン
センサにおいて、１ライン読み出すごとに基準出力がラ
ンダムに変化することに相当し、出力画像がセンサの走
査方向に各ライン毎に濃度むらを生ずる原因となる。そ
こで本発明の目的は、複数の画素を有するラインセン
サ，エリアセンサ等の固体撮像装置において、ＯＢ画素
の出力を基準出力として用いる場合、ＯＢ画素の発生す
るランダムノイズが基準出力に与える影響を小さくする
ことにより、濃度むらの少ない出力画像を得ることにあ
る。また、各ＯＢ画素においてもノイズ成分と信号成分
との差動信号を得た上で基準出力を得ることにより、固
定パターンノイズ及び濃度ムラのない有効画素の画像信
号をえることを目的とする。
ＯＢ画素の出力には、ランダムノイズが含まれている。
したがって、この様に単一のＯＢ画素からの出力を基準
出力とすると、特定のＯＢ画素が発生するランダムノイ
ズがそのまま基準出力に反映されるという欠点があっ
た。基準出力におけるランダムノイズは、例えばライン
センサにおいて、１ライン読み出すごとに基準出力がラ
ンダムに変化することに相当し、出力画像がセンサの走
査方向に各ライン毎に濃度むらを生ずる原因となる。そ
こで本発明の目的は、複数の画素を有するラインセン
サ，エリアセンサ等の固体撮像装置において、ＯＢ画素
の出力を基準出力として用いる場合、ＯＢ画素の発生す
るランダムノイズが基準出力に与える影響を小さくする
ことにより、濃度むらの少ない出力画像を得ることにあ
る。また、各ＯＢ画素においてもノイズ成分と信号成分
との差動信号を得た上で基準出力を得ることにより、固
定パターンノイズ及び濃度ムラのない有効画素の画像信
号をえることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、遮光されていない複数の光電変換素子
と、遮光された複数の光電変換素子と、前記遮光されて
いない複数の光電変換素子及び前記遮光された複数の光
電変換素子からの信号を蓄積する複数の蓄積手段と、導
通時に、前記蓄積手段内で、前記遮光された複数の光電
変換素子からの信号を混合することによって加算平均化
処理を行う平均化スイッチトランジスタと、前記複数の
蓄積手段に蓄積された、前記遮光されていない複数の光
電変換素子からの信号及び前記平均化スイッチトランジ
スタによって加算平均化処理された信号が読み出される
読み出し線と、前記複数の蓄積手段に蓄積された、前記
遮光されていない複数の光電変換素子からの信号及び前
記平均化スイッチトランジスタによって加算平均化処理
された信号を、前記読み出し線に読み出すための複数の
読み出しスイッチトランジスタと、を同一半導体基板上
に形成したものである。
め、本発明は、遮光されていない複数の光電変換素子
と、遮光された複数の光電変換素子と、前記遮光されて
いない複数の光電変換素子及び前記遮光された複数の光
電変換素子からの信号を蓄積する複数の蓄積手段と、導
通時に、前記蓄積手段内で、前記遮光された複数の光電
変換素子からの信号を混合することによって加算平均化
処理を行う平均化スイッチトランジスタと、前記複数の
蓄積手段に蓄積された、前記遮光されていない複数の光
電変換素子からの信号及び前記平均化スイッチトランジ
スタによって加算平均化処理された信号が読み出される
読み出し線と、前記複数の蓄積手段に蓄積された、前記
遮光されていない複数の光電変換素子からの信号及び前
記平均化スイッチトランジスタによって加算平均化処理
された信号を、前記読み出し線に読み出すための複数の
読み出しスイッチトランジスタと、を同一半導体基板上
に形成したものである。
【００１０】こうして、個々のＯＢ画素の発生するラン
ダムノイズをＶ〔Ｖr.m.s：実効電圧〕とすると、平均
化処理を行うことにより、ランダムノイズは自乗平均さ
れるので、平均化後のランダムノイズ、すなわち前記基
準出力のランダムノイズは、Ｖ／√Ｎ〔Ｖr.m.s〕（Ｎ
は平均化を行なったＯＢ画素の数）となり１／√Ｎに減
少する。この結果、前記出力画像の濃度むらが改善され
る。
ダムノイズをＶ〔Ｖr.m.s：実効電圧〕とすると、平均
化処理を行うことにより、ランダムノイズは自乗平均さ
れるので、平均化後のランダムノイズ、すなわち前記基
準出力のランダムノイズは、Ｖ／√Ｎ〔Ｖr.m.s〕（Ｎ
は平均化を行なったＯＢ画素の数）となり１／√Ｎに減
少する。この結果、前記出力画像の濃度むらが改善され
る。
【００１１】
【００１２】
（第１の実施形態）本発明による第１の実施形態につい
て図面を参照しつつ説明する。図１に本発明の第１の実
施形態を示す。同図において、１は遮光された複数の光
電変換素子（ＯＢ画素）、２は光電変換素子からの信号
を蓄積容量に読み出すためのスイッチトランジスタ、３
は蓄積容量としてのクランプ容量（ＣＴ）、４はクラン
プ容量ＣＴ３をリセットするためのリセットスイッチト
ランジスタ、５はクランプ容量ＣＴ３上の信号を加算平
均化するための平均化スイッチトランジスタ、６はクラ
ンプ容量ＣＴ３上の信号を共通読み出し線７に読み出す
ための読み出しスイッチトランジスタ、７はＯＵＴ端子
に接続された共通読み出し線、８はスイッチトランジス
タ６を順次開閉するための水平走査回路としてのシフト
レジスタ、９は共通読み出し線７をリセットするための
リセットスイッチトランジスタ、１１はライン上に多数
配列された光電変換素子中遮光されていない光電変換素
子（有効画素）である。
て図面を参照しつつ説明する。図１に本発明の第１の実
施形態を示す。同図において、１は遮光された複数の光
電変換素子（ＯＢ画素）、２は光電変換素子からの信号
を蓄積容量に読み出すためのスイッチトランジスタ、３
は蓄積容量としてのクランプ容量（ＣＴ）、４はクラン
プ容量ＣＴ３をリセットするためのリセットスイッチト
ランジスタ、５はクランプ容量ＣＴ３上の信号を加算平
均化するための平均化スイッチトランジスタ、６はクラ
ンプ容量ＣＴ３上の信号を共通読み出し線７に読み出す
ための読み出しスイッチトランジスタ、７はＯＵＴ端子
に接続された共通読み出し線、８はスイッチトランジス
タ６を順次開閉するための水平走査回路としてのシフト
レジスタ、９は共通読み出し線７をリセットするための
リセットスイッチトランジスタ、１１はライン上に多数
配列された光電変換素子中遮光されていない光電変換素
子（有効画素）である。
【００１３】かかる構成において、光電変換素子１，１
１を不図示のリセット回路によってリセットし初期化し
た後、一定の時間を経て、これら光電変換素子に蓄積さ
れた画素信号は転送制御パルスφＴにハイパルスを加
え、スイッチトランジスタ２を導通させることにより一
括して各光電変換素子に接続されたクランプ容量ＣＴ３
に読み出し画素信号が蓄積される。次にスイッチトラン
ジスタ２を非導通とした後、平均化制御パルスφＡＤＤ
にハイパルスを加え、平均化スイッチトランジスタ５を
導通させることにより、ＯＢ画素１からクランプ容量Ｃ
Ｔ３に読み出された画素信号は加算平均化される。この
結果、画素信号をクランプ容量ＣＴ３に読み出すまでに
発生したランダムノイズは、ＯＢ画素１に対応したクラ
ンプ容量ＣＴ３の各画像信号は同一レベルの電荷を蓄積
して平均化されることとなる。
１を不図示のリセット回路によってリセットし初期化し
た後、一定の時間を経て、これら光電変換素子に蓄積さ
れた画素信号は転送制御パルスφＴにハイパルスを加
え、スイッチトランジスタ２を導通させることにより一
括して各光電変換素子に接続されたクランプ容量ＣＴ３
に読み出し画素信号が蓄積される。次にスイッチトラン
ジスタ２を非導通とした後、平均化制御パルスφＡＤＤ
にハイパルスを加え、平均化スイッチトランジスタ５を
導通させることにより、ＯＢ画素１からクランプ容量Ｃ
Ｔ３に読み出された画素信号は加算平均化される。この
結果、画素信号をクランプ容量ＣＴ３に読み出すまでに
発生したランダムノイズは、ＯＢ画素１に対応したクラ
ンプ容量ＣＴ３の各画像信号は同一レベルの電荷を蓄積
して平均化されることとなる。
【００１４】この後、スイッチトランジスタ５を非導通
とし、シフトレジスタ８により読み出しスイッチトラン
ジスタ６をＯＢ画素１及び遮光されていない有効画素１
１に対してそれぞれハイパルスを印加して走査すること
により、クランプ容量ＣＴ３上の画像信号は、共通読み
出し線７を通じてＯＵＴ端子に順次出力される。なお、
共通読み出し線７は、各クランプ容量ＣＴ３上の画像信
号を読み出した後毎にリセットパルスφＨＣにパルスを
加えることにより、スイッチトランジスタ９を通じてリ
セットされる。１ライン上の全画素の信号を読み出した
後、制御パルスφＣＲにハイパルスを加え、スイッチト
ランジスタ４を導通させ、クランプ容量ＣＴ３をリセッ
トすることにより一連の動作を終了する。この一連の動
作を一周期とし、上記一連の動作が順次繰り返される。
とし、シフトレジスタ８により読み出しスイッチトラン
ジスタ６をＯＢ画素１及び遮光されていない有効画素１
１に対してそれぞれハイパルスを印加して走査すること
により、クランプ容量ＣＴ３上の画像信号は、共通読み
出し線７を通じてＯＵＴ端子に順次出力される。なお、
共通読み出し線７は、各クランプ容量ＣＴ３上の画像信
号を読み出した後毎にリセットパルスφＨＣにパルスを
加えることにより、スイッチトランジスタ９を通じてリ
セットされる。１ライン上の全画素の信号を読み出した
後、制御パルスφＣＲにハイパルスを加え、スイッチト
ランジスタ４を導通させ、クランプ容量ＣＴ３をリセッ
トすることにより一連の動作を終了する。この一連の動
作を一周期とし、上記一連の動作が順次繰り返される。
【００１５】本実施形態によれば、複数のＯＢ画素１に
よるランダムノイズが平均化、すなわちランダムノイズ
が低減された平均化されたＯＢ画素出力が得られること
となり、これを基準出力に用いれば、濃度むらの少ない
出力画像が得られることとなる。上記実施形態では、３
個のＯＢ画素の例を示したが、２個でもｎ個の複数のＯ
Ｂ画素でもよく、その際、（ｎ−１）個の平均化スイッ
チトランジスタ５を各出力線相互に設け、平均化制御パ
ルスφＡＤＤを印加することで、よりランダムノイズの
平均された画像信号を得ることができ、この画像信号を
基準出力として、他の遮光されていない有効画素１１の
画素信号から基準出力との差を取り出すことにより、い
わゆる暗信号を含む画像信号中、対象画像に対応した画
像信号を得ることができる。
よるランダムノイズが平均化、すなわちランダムノイズ
が低減された平均化されたＯＢ画素出力が得られること
となり、これを基準出力に用いれば、濃度むらの少ない
出力画像が得られることとなる。上記実施形態では、３
個のＯＢ画素の例を示したが、２個でもｎ個の複数のＯ
Ｂ画素でもよく、その際、（ｎ−１）個の平均化スイッ
チトランジスタ５を各出力線相互に設け、平均化制御パ
ルスφＡＤＤを印加することで、よりランダムノイズの
平均された画像信号を得ることができ、この画像信号を
基準出力として、他の遮光されていない有効画素１１の
画素信号から基準出力との差を取り出すことにより、い
わゆる暗信号を含む画像信号中、対象画像に対応した画
像信号を得ることができる。
【００１６】（第２の実施形態）図３に本発明の第２の
実施形態を示す。同図において、１０はＣＴ加算用スイ
ッチトランジスタ５同士を接続する共通線である。図１
と同一構成部材については同一符号を付し、詳細な説明
を省略する。
実施形態を示す。同図において、１０はＣＴ加算用スイ
ッチトランジスタ５同士を接続する共通線である。図１
と同一構成部材については同一符号を付し、詳細な説明
を省略する。
【００１７】また、本実施形態の動作は第１の実施形態
の動作と同様であるが、ＯＢ画素１の画像信号をクラン
プ容量ＣＴ３上で加算する際に、共通線１０を通じて行
なわれる点で異なる。即ち、スイッチトランジスタ２を
非導通とした後、平均化制御パルスφＡＤＤにハイパル
スを加え、各ＣＴ加算用スイッチトランジスタ５を同時
に導通させることにより、ＯＢ画素１から対応するクラ
ンプ容量ＣＴ３に読み出された画素信号は加算平均化さ
れ、この加算平均化された画像信号に対応する画像電荷
がそれらのクランプ容量ＣＴ３に蓄積しなおされる。そ
の後、シフトレジスタ８からのタイミング信号により、
時系列で各読み出しスイッチトランジスタ６を導通し
て、共通読み出し線７にクランプ容量ＣＴ３の電荷が端
子ＯＵＴに出力される。
の動作と同様であるが、ＯＢ画素１の画像信号をクラン
プ容量ＣＴ３上で加算する際に、共通線１０を通じて行
なわれる点で異なる。即ち、スイッチトランジスタ２を
非導通とした後、平均化制御パルスφＡＤＤにハイパル
スを加え、各ＣＴ加算用スイッチトランジスタ５を同時
に導通させることにより、ＯＢ画素１から対応するクラ
ンプ容量ＣＴ３に読み出された画素信号は加算平均化さ
れ、この加算平均化された画像信号に対応する画像電荷
がそれらのクランプ容量ＣＴ３に蓄積しなおされる。そ
の後、シフトレジスタ８からのタイミング信号により、
時系列で各読み出しスイッチトランジスタ６を導通し
て、共通読み出し線７にクランプ容量ＣＴ３の電荷が端
子ＯＵＴに出力される。
【００１８】こうして、本実施形態においても、ＯＢ画
素のランダムノイズが低減された平均化されたＯＢ画素
出力が得られることとなり、これを基準出力に用いて、
濃度むらの少ない出力画像が得られ、第１の実施形態と
同様の効果が得られる。
素のランダムノイズが低減された平均化されたＯＢ画素
出力が得られることとなり、これを基準出力に用いて、
濃度むらの少ない出力画像が得られ、第１の実施形態と
同様の効果が得られる。
【００１９】（第３の実施形態）図４に本発明の第３の
実施形態を示す。同図は、図１の光電変換素子以降の回
路を、各光電変換素子毎に２系統配列し、各系統の出力
の差分を取る構成にしたものである。図中、各番号に付
せられたＡ，Ｂの符号は各系統の区別を示し、図１と同
一番号を付せられたものは同一構成部材を示す。なお、
２１は共通読み出し線７Ａ，７Ｂに接続されその差信号
を得る差動回路を示す。かかる構成は固定パターンノイ
ズ（ＦＰＮ）を除去する際に特に有効に用いられ、以下
のように動作する。
実施形態を示す。同図は、図１の光電変換素子以降の回
路を、各光電変換素子毎に２系統配列し、各系統の出力
の差分を取る構成にしたものである。図中、各番号に付
せられたＡ，Ｂの符号は各系統の区別を示し、図１と同
一番号を付せられたものは同一構成部材を示す。なお、
２１は共通読み出し線７Ａ，７Ｂに接続されその差信号
を得る差動回路を示す。かかる構成は固定パターンノイ
ズ（ＦＰＮ）を除去する際に特に有効に用いられ、以下
のように動作する。
【００２０】図４において、光電変換素子１，１１を初
期化した後、直ちにノイズ転送パルスφＴＮにハイパル
スを加え、スイッチトランジスタ２Ｂを導通させること
により一括してクランプ容量ＣＴＮ３Ｂに初期化直後の
信号を読み出す。この際読み出された画像信号は固定パ
ターンノイズそのものとなりこれをＮ成分画像信号とし
てクランプ容量３Ｂに蓄積する。その後、スイッチトラ
ンジスタ２Ｂを非導通とした後、再度光電変換素子１，
１１を初期化し、一定時間の後これら光電変換素子１，
１１に蓄積された信号を信号転送パルスφＴＳにハイパ
ルスを加え、スイッチトランジスタ２Ａを導通させるこ
とにより、一括してクランプ容量ＣＴＳ３Ａに読み出
す。この際読み出された信号は、各光電変換素子に蓄積
された信号成分にＦＰＮを加えたものとなり、これをＳ
＋Ｎ成分画像信号とする。なお、非破壊読み出しが可能
な光電変換素子の場合には、Ｎ成分を読み出した後、再
度光電変換素子を初期化する必要はない。次にスイッチ
トランジスタ２Ａを非導通とした後、平均化制御パルス
φＡＤＤにハイパルスを加え、スイッチトランジスタ５
Ａ，５Ｂを導通させることにより、ＯＢ画素からクラン
プ容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂに読み出された画像信号
はそれぞれ加算平均化される。
期化した後、直ちにノイズ転送パルスφＴＮにハイパル
スを加え、スイッチトランジスタ２Ｂを導通させること
により一括してクランプ容量ＣＴＮ３Ｂに初期化直後の
信号を読み出す。この際読み出された画像信号は固定パ
ターンノイズそのものとなりこれをＮ成分画像信号とし
てクランプ容量３Ｂに蓄積する。その後、スイッチトラ
ンジスタ２Ｂを非導通とした後、再度光電変換素子１，
１１を初期化し、一定時間の後これら光電変換素子１，
１１に蓄積された信号を信号転送パルスφＴＳにハイパ
ルスを加え、スイッチトランジスタ２Ａを導通させるこ
とにより、一括してクランプ容量ＣＴＳ３Ａに読み出
す。この際読み出された信号は、各光電変換素子に蓄積
された信号成分にＦＰＮを加えたものとなり、これをＳ
＋Ｎ成分画像信号とする。なお、非破壊読み出しが可能
な光電変換素子の場合には、Ｎ成分を読み出した後、再
度光電変換素子を初期化する必要はない。次にスイッチ
トランジスタ２Ａを非導通とした後、平均化制御パルス
φＡＤＤにハイパルスを加え、スイッチトランジスタ５
Ａ，５Ｂを導通させることにより、ＯＢ画素からクラン
プ容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂに読み出された画像信号
はそれぞれ加算平均化される。
【００２１】この後、スイッチトランジスタ５Ａ，５Ｂ
を非導通とし、シフトレジスタ８によりスイッチトラン
ジスタ６Ａ，６Ｂを導通走査することにより、クランプ
容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂ上の画像信号はそれぞれ共
通読み出し線７Ａ，７Ｂを通じて順次出力される。ＯＢ
画素及び有効画素ともに、これらの画像信号すなわちＳ
＋Ｎ成分画像信号とＮ成分画像信号は、差動回路２１を
通して出力されることにより、（Ｓ＋Ｎ）−Ｎ＝Ｓとな
り、Ｓ成分のみが出力され、ＦＰＮが取り除かれる。
を非導通とし、シフトレジスタ８によりスイッチトラン
ジスタ６Ａ，６Ｂを導通走査することにより、クランプ
容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂ上の画像信号はそれぞれ共
通読み出し線７Ａ，７Ｂを通じて順次出力される。ＯＢ
画素及び有効画素ともに、これらの画像信号すなわちＳ
＋Ｎ成分画像信号とＮ成分画像信号は、差動回路２１を
通して出力されることにより、（Ｓ＋Ｎ）−Ｎ＝Ｓとな
り、Ｓ成分のみが出力され、ＦＰＮが取り除かれる。
【００２２】なお、共通読み出し線７Ａ，７Ｂは、各ク
ランプ容量ＣＴＳ，ＣＴＮ上の画像信号を読み出した後
毎にリセットパルスφＨＣにパルスを加えることによ
り、スイッチトランジスタ９Ａ，９Ｂを通じてリセット
される。こうして、全画素の信号を読み出した後、リセ
ット制御パルスφＣＲにハイパルスを加えることによ
り、スイッチトランジスタ４Ａ，４Ｂを導通させ、各ク
ランプ容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂの電荷をリセットす
ることにより一連の動作を終了する。この一連の動作を
一周期とし、これが順次繰り返される。
ランプ容量ＣＴＳ，ＣＴＮ上の画像信号を読み出した後
毎にリセットパルスφＨＣにパルスを加えることによ
り、スイッチトランジスタ９Ａ，９Ｂを通じてリセット
される。こうして、全画素の信号を読み出した後、リセ
ット制御パルスφＣＲにハイパルスを加えることによ
り、スイッチトランジスタ４Ａ，４Ｂを導通させ、各ク
ランプ容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂの電荷をリセットす
ることにより一連の動作を終了する。この一連の動作を
一周期とし、これが順次繰り返される。
【００２３】本実施形態によれば、ランダムノイズが平
均化、すなわちランダムノイズが低減されたＯＢ画素出
力が得られることとなり、これを基準出力に用いれば、
濃度むらの少ない出力画像が得られると共に、固定パタ
ーンノイズ（ＦＰＮ）も除去することができる。
均化、すなわちランダムノイズが低減されたＯＢ画素出
力が得られることとなり、これを基準出力に用いれば、
濃度むらの少ない出力画像が得られると共に、固定パタ
ーンノイズ（ＦＰＮ）も除去することができる。
【００２４】（第４の実施形態）図５に本発明の第４の
実施形態を示す。同図は図３の光電変換素子以降の回路
を各光電変換素子毎に２系統配し、各系統の出力の差分
を取る構成にしたものである。図中、各番号に付せられ
たＡ，Ｂの符号は各系統の区別を示し、図３と同一番号
を付せられたものは同一構成部材を示し、詳細な説明を
省略する。なお、２１は共通読み出し線７Ａ，７Ｂに接
続され、その差信号を得る差動回路を示す。また、本実
施形態の動作は、各系統の出力について、第３の実施形
態の動作と同様であるが、ＯＢ画素の信号をクランプ容
量ＣＴＳ，ＣＴＮ上でそれぞれ加算する際にそれぞれ共
通線１０Ａ，１０Ｂを通じて行なわれる点で異なる。
実施形態を示す。同図は図３の光電変換素子以降の回路
を各光電変換素子毎に２系統配し、各系統の出力の差分
を取る構成にしたものである。図中、各番号に付せられ
たＡ，Ｂの符号は各系統の区別を示し、図３と同一番号
を付せられたものは同一構成部材を示し、詳細な説明を
省略する。なお、２１は共通読み出し線７Ａ，７Ｂに接
続され、その差信号を得る差動回路を示す。また、本実
施形態の動作は、各系統の出力について、第３の実施形
態の動作と同様であるが、ＯＢ画素の信号をクランプ容
量ＣＴＳ，ＣＴＮ上でそれぞれ加算する際にそれぞれ共
通線１０Ａ，１０Ｂを通じて行なわれる点で異なる。
【００２５】即ち、まず各クランプ容量にＯＢ画素及び
有効画素の画素信号を蓄積した後、スイッチトランジス
タ２Ａ，２Ｂを非導通とした後、平均化制御パルスφＡ
ＤＤにハイパルスを加え、各ＣＴ加算用スイッチトラン
ジスタ５Ａ，５Ｂを同時に導通させることにより、ＯＢ
画素１から対応するクランプ容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３
Ｂに読み出された画素信号は加算平均化され、この加算
平均化された画像信号に対応する画像電荷がそれらのク
ランプ容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂに蓄積しなおされ
る。その後、シフトレジスタ８からのタイミング信号に
より、時系列で各読み出しスイッチトランジスタ６Ａ，
６Ｂを導通して、共通読み出し線７Ａ．７Ｂにクランプ
容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂの電荷が出力され、各共通
読み出し線７Ａ．７Ｂの画素信号は差動回路２１によっ
て差動増幅されて、端子ＯＵＴに出力される。
有効画素の画素信号を蓄積した後、スイッチトランジス
タ２Ａ，２Ｂを非導通とした後、平均化制御パルスφＡ
ＤＤにハイパルスを加え、各ＣＴ加算用スイッチトラン
ジスタ５Ａ，５Ｂを同時に導通させることにより、ＯＢ
画素１から対応するクランプ容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３
Ｂに読み出された画素信号は加算平均化され、この加算
平均化された画像信号に対応する画像電荷がそれらのク
ランプ容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂに蓄積しなおされ
る。その後、シフトレジスタ８からのタイミング信号に
より、時系列で各読み出しスイッチトランジスタ６Ａ，
６Ｂを導通して、共通読み出し線７Ａ．７Ｂにクランプ
容量ＣＴＳ３Ａ，ＣＴＮ３Ｂの電荷が出力され、各共通
読み出し線７Ａ．７Ｂの画素信号は差動回路２１によっ
て差動増幅されて、端子ＯＵＴに出力される。
【００２６】本実施形態においても、第３の実施形態と
同様に、ランダムノイズが平均化された基準出力が得ら
れ、これを基準として、基準信号を越える各画素の画素
信号を出力することにより、濃度むらの少ない出力画像
が得られると共に、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）も除
去することができる。
同様に、ランダムノイズが平均化された基準出力が得ら
れ、これを基準として、基準信号を越える各画素の画素
信号を出力することにより、濃度むらの少ない出力画像
が得られると共に、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）も除
去することができる。
【００２７】なお、上記実施形態により得られた画像信
号は、基準信号を本固体撮像装置の出力後段のクランプ
回路に入力され、基準信号をクランプ回路のクランプ電
圧として、このクランプ電圧を越える画像信号を容易に
得ることができる。
号は、基準信号を本固体撮像装置の出力後段のクランプ
回路に入力され、基準信号をクランプ回路のクランプ電
圧として、このクランプ電圧を越える画像信号を容易に
得ることができる。
【００２８】また、上記実施形態においては、特にライ
ンセンサを例に説明したが、エリアセンサについても応
用できる。即ち、同一工程で製作された２次元状に配列
された光電変換素子搭載のチップ中、行列にＯＢ画素と
有効画素とに区分けし、ＯＢ画素部分には遮光板、又は
遮光膜を施し、１水平走査期間中のＯＢ画素読み出し毎
にクランプ回路の基準信号を切り換えて、続く有効画素
の画素信号から有効成分を出力し、１垂直期間の１フィ
ールド信号を得ることができる。また、各フィールド信
号を比較すれば、１ライン中の各列方向の差異が生じる
ので、この列方向の濃度ムラを削減するため、当初の複
数ラインをＯＢ画素として、垂直方向のＯＢ画素を加算
平均化して基準信号とし、後段に接続されたフィールド
用クランプ回路に該基準信号を供給して、各フィールド
毎に発生する濃度ムラを防止することができる。
ンセンサを例に説明したが、エリアセンサについても応
用できる。即ち、同一工程で製作された２次元状に配列
された光電変換素子搭載のチップ中、行列にＯＢ画素と
有効画素とに区分けし、ＯＢ画素部分には遮光板、又は
遮光膜を施し、１水平走査期間中のＯＢ画素読み出し毎
にクランプ回路の基準信号を切り換えて、続く有効画素
の画素信号から有効成分を出力し、１垂直期間の１フィ
ールド信号を得ることができる。また、各フィールド信
号を比較すれば、１ライン中の各列方向の差異が生じる
ので、この列方向の濃度ムラを削減するため、当初の複
数ラインをＯＢ画素として、垂直方向のＯＢ画素を加算
平均化して基準信号とし、後段に接続されたフィールド
用クランプ回路に該基準信号を供給して、各フィールド
毎に発生する濃度ムラを防止することができる。
【００２９】また、以上の説明では、すべてのＯＢ画素
の出力を加算平均化の対象としているが、もちろん一部
のＯＢ画素の出力のみを加算平均化に用いてもよい。た
とえば有効画素に隣接するＯＢ画素あるいは最も端にあ
るＯＢ画素等が有効で、他のＯＢ画素と周囲の状況が異
なるＯＢ画素の出力は、有効画素との関係が希薄なの
で、加算平均化の対象としないほうがより好ましい。
の出力を加算平均化の対象としているが、もちろん一部
のＯＢ画素の出力のみを加算平均化に用いてもよい。た
とえば有効画素に隣接するＯＢ画素あるいは最も端にあ
るＯＢ画素等が有効で、他のＯＢ画素と周囲の状況が異
なるＯＢ画素の出力は、有効画素との関係が希薄なの
で、加算平均化の対象としないほうがより好ましい。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による固体
撮像装置によれば、ランダムノイズが平均化すなわちラ
ンダムノイズが低減されたＯＢ画素出力が得られること
となり、これを基準出力に用いれば、濃度むらの少ない
出力画像が得られることとなる。また、各画素から暗出
力と明出力とをそれぞれ出力して、当該基準出力を得る
ことで、固定パターンノイズを削減し且つ濃度むらの少
ない画素信号を得ることができる。
撮像装置によれば、ランダムノイズが平均化すなわちラ
ンダムノイズが低減されたＯＢ画素出力が得られること
となり、これを基準出力に用いれば、濃度むらの少ない
出力画像が得られることとなる。また、各画素から暗出
力と明出力とをそれぞれ出力して、当該基準出力を得る
ことで、固定パターンノイズを削減し且つ濃度むらの少
ない画素信号を得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＯＢ画素出力の
加算平均法を説明する図である。
加算平均法を説明する図である。
【図２】ＯＢ画素出力を基準出力として用いる方法を説
明する図である。
明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＯＢ画素出力の
加算平均法を説明する図である。
加算平均法を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るＯＢ画素出力の
加算平均法を説明する図である。
加算平均法を説明する図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るＯＢ画素出力の
加算平均法の説明する図である。
加算平均法の説明する図である。
１ 遮光された光電変換素子 ２ 信号読み出し用スイッチトランジスタ ３ 蓄積容量ＣＴ ４ ＣＴリセット用スイッチトランジスタ ５ 加算平均化用スイッチトランジスタ ６ 信号転送用スイッチトランジスタ ７ 共通読み出し線 ８ シフトレジスタ ９ 共通読み出し線リセットスイッチトランジスタ １０ 加算用共通線 １１ 遮光されていない光電変換素子 ２１ 差動回路
Claims (2)
- 【請求項１】 遮光されていない複数の光電変換素子
と、 遮光された複数の光電変換素子と、 前記遮光されていない複数の光電変換素子及び前記遮光
された複数の光電変換素子からの信号を蓄積する複数の
蓄積手段と、導通時に、 前記蓄積手段内で、前記遮光された複数の光
電変換素子からの信号を混合することによって加算平均
化処理を行う平均化スイッチトランジスタと、 前記複数の蓄積手段に蓄積された、前記遮光されていな
い複数の光電変換素子からの信号及び前記平均化スイッ
チトランジスタによって加算平均化処理された信号が読
み出される読み出し線と、 前記複数の蓄積手段に蓄積された、前記遮光されていな
い複数の光電変換素子からの信号及び前記平均化スイッ
チトランジスタによって加算平均化処理された信号を、
前記読み出し線に読み出すための複数の読み出しスイッ
チトランジスタと、 を同一半導体基板上に形成した固体撮像装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の固体撮像装置におい
て、前記複数の蓄積手段のそれぞれは、前記光電変換素
子からのノイズ成分用と信号成分用の容量を備え、 前記平均化スイッチトランジスタを導通させ、前記遮光
された複数の光電変換素子からのノイズ成分同士及び信
号成分同士をそれぞれ前記蓄積手段内で混合することに
よって、それぞれ加算平均化処理し、 さらに、加算平均化されたノイズ成分及び信号成分の差
動出力を得るための差動回路を有し、 前記差動回路の出力によって基準出力を得ることを特徴
とする固体撮像装置。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08149141A JP3142239B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 固体撮像装置 |
| US08/868,996 US6130712A (en) | 1996-06-11 | 1997-06-04 | Eliminating the influence of random noise produced by an optical black pixel on a reference output |
| TW086107836A TW340979B (en) | 1996-06-11 | 1997-06-06 | Solid-state image pickup device |
| DE69720598T DE69720598T2 (de) | 1996-06-11 | 1997-06-10 | Festkörperbildaufnahmevorrichtung |
| ES97304011T ES2192249T3 (es) | 1996-06-11 | 1997-06-10 | Dispositivo captador de imagenes de estado solido. |
| EP97304011A EP0813339B1 (en) | 1996-06-11 | 1997-06-10 | Solid-state image pickup device |
| CN97105573A CN1096787C (zh) | 1996-06-11 | 1997-06-11 | 固态图像拾取设备 |
| KR1019970024076A KR100304159B1 (ko) | 1996-06-11 | 1997-06-11 | 고체촬상장치 |
| HK98104386.7A HK1005120B (en) | 1996-06-11 | 1998-05-21 | Solid-state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08149141A JP3142239B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09331420A JPH09331420A (ja) | 1997-12-22 |
| JP3142239B2 true JP3142239B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=15468664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08149141A Expired - Fee Related JP3142239B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 固体撮像装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6130712A (ja) |
| EP (1) | EP0813339B1 (ja) |
| JP (1) | JP3142239B2 (ja) |
| KR (1) | KR100304159B1 (ja) |
| CN (1) | CN1096787C (ja) |
| DE (1) | DE69720598T2 (ja) |
| ES (1) | ES2192249T3 (ja) |
| TW (1) | TW340979B (ja) |
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| JPH11307756A (ja) * | 1998-02-20 | 1999-11-05 | Canon Inc | 光電変換装置および放射線読取装置 |
| JP3571924B2 (ja) | 1998-07-09 | 2004-09-29 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
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| JP3761725B2 (ja) | 1998-10-02 | 2006-03-29 | 株式会社リコー | 画像読取装置 |
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