JP3157455B2

JP3157455B2 - スミア除去回路

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Publication number: JP3157455B2
Application number: JP07681796A
Authority: JP
Inventors: 俊朗中莖; 良仁東堤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09270957A; TW327265B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子から
取り出される画像信号に対して、固体撮像素子の垂直転
送動作に起因して発生する垂直スミアを除去するように
したスミア除去回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子を用いた撮像装置において
は、固体撮像素子の露光状態を最適に保つように露光制
御手段が設けられる。この露光制御手段としては、固体
撮像素子に入射する光量を被写体の輝度に応じて制御す
る機械的な絞り機構や、固体撮像素子の電荷の蓄積時間
を被写体の輝度に応じて伸縮制御する、いわゆる電子シ
ャッタなどが知られてる。

【０００３】図８は、フレーム転送方式のＣＣＤ固体撮
像素子を用いた撮像装置の構成を示すブロック図で、図
９は、その動作を説明するタイミング図である。固体撮
像素子１は、受光部１ｉ、蓄積部１ｓ、水平転送部１ｈ
及び出力部１ｄより構成される。受光部１ｉは、互いに
平行に配列される垂直方向に連続する複数のシフトレジ
スタからなり、これらのシフトレジスタの各ビットが複
数の受光ビットを形成し、各受光ビットに被写体映像に
対応して発生する情報電荷を蓄積する。蓄積部１ｓは、
受光部１ｉの各シフトレジスタに連続し、且つ、ビット
数が一致する複数のシフトレジスタからなり、シフトレ
ジスタの各ビットが蓄積ビットを形成し、各蓄積ビット
に受光部部１ｉから転送される情報電荷を一時的に蓄積
する。水平転送部１ｈは、蓄積部１ｓの複数のシフトレ
ジスタの各出力がそれぞれ各ビットに接続される単一の
シフトレジスタからなり、蓄積部１ｓに蓄積される１画
面分の情報電荷を１行単位で受け取り、順次水平方向に
転送して出力する。そして、出力部１ｄは、電気的に独
立した容量及びその容量の電位変化を取り出すアンプか
らなり、水平転送部１ｈから出力される情報電荷を１ビ
ット単位で容量に受けて電圧値に変換し、画像信号Ｙ0
(t)として出力する。

【０００４】クロック発生回路２は、フレーム転送クロ
ック発生部２ｆ、垂直転送クロック発生部２ｖ、水平転
送クロック発生部２ｈ及び基板クロック発生部２ｂより
構成される。フレーム転送クロック発生部２ｆは、垂直
同期信号ＶＤに同期し、垂直走査のブランキング期間内
に受光部１ｉの情報電荷を素早く蓄積部１ｓへ転送する
フレーム転送クロックφfを受光部１ｉに供給する。垂
直転送クロック発生部２ｓは、フレーム転送クロックφ
fによって転送される情報電荷を蓄積部１ｓに取り込む
と共に、取り込んだ１画面分の情報電荷を水平同期信号
ＨＤに同期し、水平走査のブランキング期間内に１行ず
つ水平転送部１ｈへ転送する垂直転送クロックφvを蓄
積部１ｓに供給する。水平転送クロック発生部２ｈは、
水平同期信号ＨＤに同期し、垂直転送クロックφvに応
答して１行毎に水平転送部１ｈに取り込まれる情報電荷
を順次出力部１ｄ側へ転送する水平転送クロックφhを
水平転送部１ｈに供給する。また、水平転送クロック発
生部２ｈでは、出力部１ｄの容量に１ビット単位で蓄積
される情報電荷を水平転送クロックφhに同期して排出
するリセットクロックφrが生成され、出力部１ｄに供
給される。そして、基板クロック発生部２ｂは、垂直走
査期間の途中で所定の期間立ち上げられる基板クロック
φbを固体撮像素子１の基板側に印加する。この基板ク
ロックφbは、受光部１ｉに蓄積される情報電荷を排出
するためのものであり、基板クロックφbによる情報電
荷の排出動作が完了してからフレーム転送クロックφf
による情報電荷の転送動作が開始されるまでの期間Ｌが
情報電荷の蓄積時間となる。尚、基板クロックφbが立
ち上げられる期間には、フレーム転送クロックφfが撮
像部１ｉのゲート電極をクロッキングし、撮像部１ｉの
情報電荷を効率よく排出させるようにしている。

【０００５】タイミング制御回路３は、垂直同期信号Ｖ
Ｄ及び水平同期信号ＨＤに基づいて、垂直走査に同期し
たフレーム転送タイミング信号ＦＴ、垂直走査及び水平
走査に同期した垂直転送タイミング信号ＶＴ及び水平走
査に同期した水平転送タイミング信号ＨＴを生成し、ク
ロック発生回路２の各部２ｆ、２ｖ、２ｈに供給する。
また、後述するデジタル信号処理回路６から供給される
積分データに基づいて、排出タイミング信号ＢＴを生成
し、クロック発生回路２の基板クロック発生部２ｂに供
給する。この排出タイミング信号ＢＴは、画像データＤ
1(n)の１画面毎の積分値を表す積分データが適正値より
大きくなった場合にはタイミングを遅らせて情報電荷の
蓄積時間Ｌを短くし、逆に、適正値より小さくなった場
合にはタイミングを早めて情報電荷の蓄積時間を長くす
るように生成される。これにより、固体撮像素子１の露
光状態が常に適正になるようにフィードバック制御が行
われる。

【０００６】アナログ信号処理回路４は、固体撮像素子
１から出力される画像信号Ｙ0(t)を取り込み、サンプル
ホールド、ＡＧＣ（自動利得制御）等の処理を施し、所
定のフォーマットに従う画像信号Ｙ1(t)として出力す
る。例えば、サンプルホールド処理においては、基準レ
ベルと信号レベルとが固体撮像素子１の出力動作に従う
一定の周期で交互に繰り返される画像信号Ｙ0(t)から、
各レベルの差のみが取り出される。また、ＡＧＣ処理で
は、画像信号Ｙ1(t)の１画面内の平均レベルを適正な範
囲に納めるように画像信号Ｙ0(t)に対する利得が調整さ
れる。Ａ／Ｄ変換回路５は、アナログ信号処理回路４か
ら出力される画像信号Ｙ1(t)をアナログ信号処理回路４
の処理動作（固体撮像素子１の出力動作）に同期してデ
ジタルデータに変換し、固体撮像素子１の各受光ビット
に対応した画像データＤ1(n)を生成する。そして、デジ
タル信号処理回路６は、画像データＤ1(n)を取り込み、
輪郭補正や１画面単位での積分処理、さらに、カラー撮
像の場合には、色バランスの制御やフィルタリング等の
処理を施し、新たな画像データＤ2(n)として出力する。
この画像データＤ2(n)は、Ｄ／Ａ変換回路によりアナロ
グ値に変換されて表示装置に転送されるか、あるいは、
そのまま記録媒体に記録される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】フレーム転送方式の固
体撮像素子１においては、受光部１ｉの各受光ビットに
蓄積される情報電荷を蓄積部１ｓの蓄積ビットまで転送
する際、光を受けて常に電荷を発生している受光ビット
を通過させている。このため、受光ビット内を転送され
る過程で、不要な電荷、即ち、スミア電荷が情報電荷に
混入し、再生画面上にスミアを発生させている。例え
ば、図１０に示すように、受光部１ｉの一部に明るいス
ポット光があたっている場合、各受光ビットに蓄積され
る情報電荷を蓄積部１ｓの蓄積ビットへ転送する際、ス
ポット光のあたってる部分を通過して転送される情報電
荷に多量のスミア電荷が混入することになる。これによ
って、固体撮像素子１から得られる画像信号を表示する
再生画面上では、明るい被写体の下の位置にスミアが発
生し易くなる。

【０００８】このようなスミアを抑圧する方法として
は、本出願人による特願平１−１２０９０８号（特開平
２−３０１２７０号）に示されるように、１行分のスミ
ア情報をラインメモリに記憶し、そのスミア情報を画像
信号の各行毎に差し引くことが考えられている。しかし
ながら、フレーム転送方式の固体撮像素子１の場合、受
光部１ｉの最初の行の読み出しから最後の行の読み出し
までの間に時間差があるため、画像信号に含まれるスミ
ア成分は１行毎に段階的に増加する。従って、ラインメ
モリに記憶されたスミア情報を各行毎に画像信号から差
し引いたとしても、情報電荷の読み出しの時間差に起因
するスミア成分は残される。このように残されたスミア
成分は、再生画面のコントラストを大幅に劣化させるも
のではないが、固体撮像素子１にモザイク型のカラーフ
ィルタが装着された場合に、画像信号の信号処理での色
演算において演算誤差を招く。このため、再生画面上で
色むらを発生させることになる。特に、画像信号の処理
がデジタル化されたときには、演算誤差の影響が表れ易
くなる。

【０００９】そこで本発明は、固体撮像素子から情報電
荷を読み出す際、読み出し時間の差を考慮しながら有効
にスミア成分を除去することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、複数の受光ビットが行方向及び列方向に配列された
受光部を有する固体撮像素子から、所定の期間に各受光
ビットに蓄積される情報電荷を一定の周期で列方向に転
送すると共に、１行ずつ順次行方向に転送出力して得ら
れる画像信号に対し、情報電荷の列方向の転送過程で混
入する垂直スミア成分を除去するスミア除去回路におい
て、上記固体撮像素子の各受光ビットに蓄積された情報
電荷量から情報電荷の蓄積時間と情報電荷の列方向への
転送周期との比に基づいて推定した各受光ビット毎のス
ミア電荷量を情報電荷の垂直転送経路にある受光ビット
の分だけ累加算し、上記固体撮像素子の各受光ビットに
蓄積される情報電荷量を表す１行単位で連続する第１の
画像データから上記累加算値を個々に差し引いて第２の
画像データを得る第１の除去回路と、上記固体撮像素子
の受光部を列方向に縦断して転送する過程で蓄積される
電荷量から上記第１の回路で累加算値を差し引いた後に
残留する電荷量を１行単位で保持し、各列の飽和エリア
の検出に応答して上記第２の画像データから上記保持値
を各列毎に選択的に差し引いて第３の画像データを得る
第２の除去回路と、を備えたことにある。

【００１１】第１の回路では、情報電荷が垂直方向に１
行だけ転送される間に、各受光ビットから混入するスミ
ア電荷の量を各行毎に推定でき、その推定量を情報電荷
の転送経路にある受光ビットの数だけ加算して最終的な
出力電荷量に含まれるスミア電荷の総量を算出できる。
そして、このスミア電荷の総量を出力電荷量から差し引
くことで転送経路の差による第１のスミア成分を除去で
きる。

【００１２】第２の回路では、固体撮像素子の受光部を
列方向に縦断する間に蓄積される電荷量の内、第１の回
路で差し引くこととができずに残された電荷量により、
各受光ビットで飽和レベルを越えている分のスミア電荷
の量が検出される。そして、このスミア電荷の量を第１
の回路で第１のスミア成分が除去された出力電荷量から
差し引くことで、受光ビットの飽和による第２のスミア
成分を除去することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のスミア除去回路
の構成を示すブロック図である。尚、このスミア除去回
路は、固体撮像素子の受光部の各受光ビットに蓄積され
る情報電荷の量をデジタルの画像データとして演算処理
するものであり、図８に示す撮像装置において、デジタ
ル信号処理回路６の入力側に付加される。

【００１４】本発明のスミア除去回路は、固体撮像素子
での垂直転送の時間差によって発生するスミア成分を除
去する第１の除去回路１０及び、第１の除去回路１０で
は除去しきれない残留スミア成分を除去する第２の除去
回路２０を有する。即ち、固体撮像素子の各受光ビット
に蓄積される情報電荷の転送経路の差に起因して発生す
る第１のスミア成分を除去するために第１の除去回路が
設けられる。そして、飽和状態の受光ビットがあると
き、飽和レベルを越える分の入射光量によって発生する
第２のスミア成分を第１の除去回路１０で除去できない
ため、この第２のスミア成分を除去するために第２の除
去回路２０が設けられる。

【００１５】第１の除去回路１０は、減算器１１、加算
器１２、ラインメモリ１３、乗算器１４、ビットシフト
部１５及び係数発生部１６により構成される。減算器１
１は、１行単位で連続して入力される画像データＳ1(n)
から第１のスミアデータＤ1(n)を減算し、スミア成分を
含まない画像データＳ２(n)として出力する。加算器１
２は、減算器１１から出力される画像データＳ2(n)とラ
インメモリ１３から読み出される累加算データＴ(n)と
を加算し、その加算データをラインメモリ１３に供給す
る。ラインメモリ１３は、１画面分の画像データＳ1(n)
の入力が完了する毎にリセットされ、加算器１２から入
力される加算データを１行毎に記憶する。これにより、
加算器１２では１画面の画像データＳ2(n)が各列で累加
算され、ラインメモリ１３には累加算データＴ(n)が記
憶されることになる。

【００１６】乗算器１４は、ラインメモリ１３から読み
出される累加算データＴ(n)に対し、露光データＬ(m)に
よって決定される所定の係数ｋを乗算してスミア成分を
表す第１のスミアデータＤ1(n)を生成する。ビットシフ
ト部１５は、乗算器１４から入力されるスミアデータＤ
1(n)を下位ビット側へシフトし、スミアデータＤ1(n)と
画像データＳ1(n)との桁合わせを行う。ラインメモリ１
３に記憶された累加算データＴ(n)から実際のスミア量
を算出するには、累加算データＴ(n)に対して１以下の
小さい係数を乗算する必要があり、この乗算処理をその
まま実行すれば演算誤差が大きくなりやすくなる。そこ
で、演算誤差を小さくするため、本来のスミア量を算出
するために累加算データＴ(n)に乗算すべき係数を２＾k
（＾はべき乗を表す）倍して乗算用の係数ｋを設定し、
その係数ｋをラインメモリ１３から読み出される累加算
データに乗算した後、ビットシフトによって１／２＾n
とすることで、スミアデータＤ1(n)を算出するようにし
ている。そして、係数発生部１６は、固体撮像素子の露
光状態を表す露光データＬ(m)に応答し、固体撮像素子
の各受光ビットでの露光期間に対応した係数を発生し、
乗算器１４に供給する。

【００１７】このような第１の除去回路１０によれば、
固体撮像素子の各受光ビットに蓄積される情報電荷が１
行ずつ垂直方向に転送される毎に各受光ビットから混入
されるスミア電荷の量が順次累加算される。そして、そ
の累加算値によって情報電荷が転送される過程で混入す
る第１のスミア成分が表されるため、この値を画像デー
タＳ1(n)から減算することにより第１のスミア成分を除
去できる。但し、各受光ビットで混入されるスミア電荷
量は、各受光ビットから実際に読み出される情報電荷の
量に基づいて推定しているため、飽和状態となっている
受光ビットに対しては正確なスミア電荷量を推定できな
い。従って、何れかの受光ビットが飽和状態となってい
るときには、飽和レベルを越えて入射される光に起因す
る第２のスミア電荷が残留することになる。

【００１８】第２の除去回路２０は、フレームメモリ２
１、ラインメモリ２２、アドレス発生部２３、減算器２
４及び飽和エリア検出部２５により構成される。フレー
ムメモリ２１は、画像データＳ1(n)に対応して第１の除
去回路１０で生成される画像データＳ2(n)を各受光ビッ
トの行位置及び列位置と対応付けて１画面単位で記憶す
る。ラインメモリ２２は、固体撮像素子の受光部の最終
行付近に設けられる光学的黒領域内の特定行に対応する
画像データＳ2(n)を１行分記憶する。このラインメモリ
２２に記憶される１行分画像データＳ2(n)は、第１の除
去回路１０では除去しきれなかった第２のスミア成分を
表しており、第２のスミアデータＤ2(n)として減算器２
４に供給される。

【００１９】通常、固体撮像素子には、画像信号の基準
レベル（黒レベル）を設定できるように、受光部の周辺
領域が遮光されて光学的黒領域が設けられており、この
光学的黒領域内の受光ビットには光の入射によって発生
する情報電荷は蓄積されない。そこで、受光部の最終行
側（転送出力側と対向する側）の光学的黒領域に位置す
る受光ビットから受光部を縦断して情報電荷を転送出力
すると、スミア成分のみを取り出すことができる。正確
には、暗電流等の影響で発生するノイズ成分も加わる
が、このノイズ電荷は、全ての受光ビットでほぼ均一に
発生するため、電荷量の相対的な変化を取り出すように
している固体撮像素子ではほとんど影響を受けない。従
って、固体撮像素子から得られる画像データＳ1(n)の１
画面の終わりの数行によってスミア成分を検出できる。
第１の除去回路１０から出力される画像データＳ2(n)で
は、各受光ビットから転送出力される情報電荷の量から
推定できる第１のスミア成分が除去されており、飽和状
態となっている受光ビットで飽和レベルを越えて蓄積さ
れる第２のスミア成分のみが残されている。従って、固
体撮像素子の最終行付近の特定行の受光ビットに対応し
た画像データＳ2(n)をラインメモリ２２に記憶させるよ
うにしたことで、ラインメモリ２２には第２のスミア成
分を表す第２のスミアデータＤ2(n)として記憶されるこ
とになる。尚、この第２のスミアデータＤ2(n)について
は、複数行分の画像データＳ2(n)の平均値として取り出
すようにすることで、より正確な値を得ることができ
る。

【００２０】アドレス発生回路２３は、フレームメモリ
２１に対して受光ビットの行位置を示すアドレスと列位
置を示すアドレスとを供給し、フレームメモリ２１に記
憶された１画面分の画像データＳ2(n)を１行単位で読み
出す。このアドレス発生回路２３では、画像データＳ2
(n)を最終行の受光ビットに対応する分から順に１行目
に対応する分まで行位置を指定するようにアドレスを発
生する。これにより、画像データＳ2(n)は、固体撮像素
子からの読み出し順序とは逆の順序で１行毎に読み出さ
れる。同時に、ラインメモリ２２に対してもフレームメ
モリ２１と同一の列位置を示すアドレスを供給し、フレ
ームメモリ２１から読み出される画像データＳ2(n)の列
位置に一致する第２のスミアデータＤ2(n)を読み出す。
減算器２４は、フレームメモリ２１から１行単位で読み
出される画像データＳ2(n)に対してラインメモリ２２か
ら読み出されるスミアデータＤ2(n)を差し引いて第３の
画像データＳ3(n)を生成する。画像データＳ2(n)に含ま
れる第２のスミア成分は、飽和状態となっている受光ビ
ット部分を転送する際に発生するものであるため、各行
毎に均一なレベルとなっており、１行分のスミアデータ
Ｄ2(n)を繰り返し読み出して差し引くようにして除去す
ることができる。

【００２１】飽和エリア検出部２５は、フレームメモリ
２１に記憶される画像データＳ2(n)で、何行目に飽和状
態の受光ビットがあるかを各列毎に検出する。そして、
飽和状態の受光ビットが検出されると、その行位置に対
応する画像データＳ2(n)がフレームメモリ２１から読み
出されるタイミングで検出パルスＤＳを立ち上げる。画
像データＳ2(n)からの飽和状態の判定は、画像データＤ
2(n)が最大値あるいは最大値に近い値を示しているか否
かにより判定可能である。この検出パルスは、ラインメ
モリ２２に供給され、検出パルスが立ち上げられた後に
は対応する列のスミアデータＤ2(n)をリセットして
「０」にする。これにより、減算器２４では、飽和状態
にある受光ビットに対応する画像データＤ2(n)が入力さ
れるまでスミアデータＤ2(n)の減算が繰り返され、入力
後は減算が実質的に停止されることになる。

【００２２】画像データＤ2(n)で飽和状態にある受光ビ
ットから第２のスミア成分が混入するのは、飽和状態に
ある受光ビット部分を通過して転送された情報電荷のみ
である。このため、飽和受光ビットと同一の列に位置す
る受光ビットでも、飽和受光ビットよりも前の行（転送
出力側の行）では、第２のスミア成分は含まれていな
い。そこで、飽和エリア検出部２５の検出パルスＤＳに
よってスミアデータＤ2(n)が減算される範囲を制限する
ようにしている。

【００２３】従って、第１の除去回路１０により除去し
きれなかった第２のスミア成分は、第２の除去回路によ
って除去することができ、全てのスミア成分が除去され
た画像信号Ｓ3(n)を得ることができる。尚、第２の除去
回路２０においては、ラインメモリ２２をフレームメモ
リ２１の一部で代用させ、フレームメモリ２１から読み
出される画像データＳ2(n)の内、第２のスミアデータＤ
2(n)となる分を１データ毎にラッチして減算器２４に供
給するようにしてもよい。あるいは、フレームメモリ２
１をデュアルポート構成とし、画像データＳ2(n)と同時
に第２のスミアデータＤ2(n)を読み出して減算器２４に
供給するようにしてもよい。

【００２４】また、フレームメモリ２１から画像データ
Ｓ2(n)を読み出す順序については、第２の除去回路２０
の回路構成上は最終行から順に１行目まで読み出すこと
が好ましいが、第１の除去回路１０のからの出力順序と
同様に、１行目から順に最終行まで読み出すようにする
ことも可能である。この場合、各列毎に減算器２４での
減算処理を許可するフラグを１行分設定し、飽和エリア
検出部２５からの検出パルスＤＳに応答してフラグをた
てて飽和エリアが検出された以降の行で第２のスミアデ
ータＤ2(n)の減算を実行させるようにする。フレームメ
モリ２１からの画像データＳ2(n)の読み出し順序の設定
は、第２の除去回路２０から画像データＳ3(n)を受ける
側の都合に合わせて設定すればよい。例えば、１画面分
の画像データＳ3(n)を順序を問わずに取り込めばよいコ
ンピュータ機器等に対しては、最終行側から読み出しを
開始し、画像データＳ3(n)を所定の順序で取り込む必要
のあるＮＴＳＣ方式に対応したテレビモニタ等では１行
目から読み出しを開始させるように設定する。

【００２５】図２は、第２の除去回路２０の飽和エリア
検出部２５の構成の一例を示すブロック図である。飽和
エリア検出部２５は、最大値検出部３１、第１〜第３の
フリップフロップ３２〜３４及びＮＡＮＤゲート３５に
より構成される。最大値検出部３１は、フレームメモリ
２１から読み出される画像データＳ2(n)を順次取り込
み、各値が最大値近くに設定される判定値を越えている
か否かを判別し、越えているときに出力を立ち上げる。
第１〜第３のフリップフロップ３２〜３４は、それぞれ
共通のクロックＣＫによって駆動され、互いに直列に接
続されて最大値検出部３１の出力をＣＫに応答して順次
シフトするシフトレジスタを成している。ＮＡＮＤゲー
ト３５は、第１〜第３のフリップフロップ３２〜３４の
各出力を入力に受け、その出力を検出パルスＤＳとす
る。

【００２６】最大値検出部３１に入力される画像信号Ｓ
2(n)は、第２の除去回路２０の減算器２４に入力される
画像データＳ2(n)に対して１データ分先行しており、実
際に減算器２４に入力されている画像データＳ2(n)に対
する判定結果は第２のフリップフロップ３３に保持され
ている。従って、現在減算器２４に入力されている画像
データＳ2(n)に加えて、その前後の画像データＳ2(n+
1)、Ｓ2(n-1)が全て判定値を越えているときに、その画
像データＳ2(n)が飽和レベルであると判定される。

【００２７】実際の回路では、第１の除去回路１０によ
る演算処理が施されているため、画像データＳ2(n)が最
大値を示すことはないため、最大値検出部３１ではある
程度の幅を持たせて判定できるように構成している。こ
のほかの方法としては、第１の除去回路１０での演算処
理が施されていない画像データＳ1(n)から最大値の判定
を行い、飽和エリアを検出するようにしてもよい。

【００２８】尚、この飽和エリア判定部２５は、同一行
内の３列分の受光ビットを基準に判定するようにしたも
のであるが、複数の行で３列以上の受光ビットを基準に
判定するようにしてもよい。例えば、３行×３列の受光
ビットを基準に判定する場合には、図２に示す最大値検
出部３１及び第１〜第３のフリップフロップ３２〜３４
を３組設け、尚かつ、２行分のラインメモリを接続して
画像データＤ2(n)を３行分同時に判定できるように構成
する。そして、全ての行で飽和エリアが同時に検出され
たときに検出パルスＤＳを立ち上げるように設定すれば
よい。

【００２９】図３は、係数発生回路１６に与えられる露
光データを取り出すようにした露光制御回路の構成を示
すブロック図である。この露光制御回路は、固体撮像素
子の１画面毎の受光時間を設定するものであり、図８に
示す撮像装置においては、タイミング制御回路３に含ま
れる。露光制御回路は、露光判定部４１、アップダウン
カウンタ４２、ステップカウンタ４３及び比較器４４に
より構成される。露光判定部４１は、画像データを１画
面単位で積分した積分値を受けて、その積分値が適正範
囲内にあるか否かを垂直走査期間毎に判定する。この判
定の結果、積分値が適正範囲より大きくなったときには
露光抑制指示を発生し、適正範囲より小さくなったとき
には露光促進指示を発生する。アップダウンカウンタ４
２は、露光判定部４１の露光抑制指示を受けてカウント
アップされ、露光促進指示を受けてカウントダウンされ
ることにより、固体撮像素子での電荷の排出タイミング
を水平走査番号として保持する。ステップカウンタ４３
は、垂直同期信号ＶＤでリセットされて水平同期信号Ｈ
Ｄでカウントアップされ、各垂直走査期間に水平走査番
号を計時する。そして、比較器４４は、ステップカウン
タ４３のカウント値がアップダウンカウンタ４２のカウ
ント値に一致するタイミングで排出タイミング信号ＢＴ
を立ち上げる。この排出タイミング信号ＢＴに基づいた
固体撮像素子の露光制御は、図９に示すとおりである。

【００３０】以上の露光制御回路では、固体撮像素子の
露光期間、即ち、電荷の排出タイミングが水平走査番号
としてアップダウンカウンタ４２に保持されており、こ
のアップダウンカウンタ４２に保持された値が露光デー
タＬ(m)として取り出される。例えば、ＮＴＳＣ方式に
対応した場合、アップダウンカウンタ４２は、「１」か
ら「２６２」の間でカウントアップあるいはカウントダ
ウンされ、その間の値の１つが露光データとして第１の
除去回路１０に与えられる。尚、この露光データＬ(m)
は、少なくとも１垂直走査期間の間同一データが保持さ
れ、その間は、同一の係数ｋが設定される。

【００３１】続いて、第１の除去回路１０及び第２の除
去回路２０でのスミア除去の原理を説明する。図４は、
第１の除去回路１０のによるスミア除去の原理を説明す
る図で、固体撮像素子の受光ビットの各行毎の出力電荷
量Ｖi,jを示す。尚、この図においては、各受光ビット
が受ける光の量が全て均一である場合を示している。

【００３２】フレーム転送方式の固体撮像素子の場合、
ｉ行ｊ列の受光ビットから得られる出力電荷量Ｖi,j
は、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量をＥi,j
(t)とすると、式１によって与えられる。

【００３３】

【数１】

【００３４】ここで、ｔ１及びｔ２は、各受光ビットに
おける情報電荷の蓄積開始時刻及び蓄積終了時刻であ
り、Δｔは、各受光ビットに蓄積された情報電荷がフレ
ーム転送時に１つの受光ビットを通過するのに要する時
間である。この式１で、右辺の第１項は、所定の蓄積時
間（ｔ２−ｔ１）中に１つの受光ビットに蓄積される情
報電荷の量を示し、第２項は、１つの受光ビットに蓄積
された情報電荷が撮像部から蓄積部までフレーム転送さ
れる過程で混入するスミア電荷の量を示している。即
ち、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅi,j(t)
を時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積分した値によって各受光
ビットに蓄積される情報電荷量が表される。そして、単
位時間あたりの蓄積電荷量Ｅi,j(t)をΔｔの分だけ積分
した値によってフレーム転送時に情報電荷が１つの受光
ビットを通過する間にその受光ビットで発生する情報電
荷量が表され、この積分値を転送経路にある受光ビット
の分だけ加算した値によってスミア電荷量が表される。

【００３５】ここで、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、さら
には、時刻ｔ２＋ｎΔｔまでの時間が短く、その間の入
射光量が変化しないと仮定すると、受光ビットの単位時
間あたりの蓄積電荷量Ｅi,j(t)を一定値（この値をＥi,
jとする）とすることができ、式１の計算結果は式２と
なる。

【００３６】

【数２】

【００３７】さらに、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に
各受光ビットに蓄積される情報電荷量、即ち、（ｔ１−
ｔ２）・Ｅi,jをＳi,jに置き換えると、式２は式３に変
形される。

【００３８】

【数３】

【００３９】従って、各受光ビットに真に蓄積される情
報電荷量Ｓi,jは、式４によって与えられることにな
る。

【００４０】

【数４】

【００４１】即ち、固体撮像素子の各受光ビットから得
られる出力電荷量Ｖi,jからスミア電荷量を差し引いた
値が各受光ビットに蓄積される情報電荷量Ｓi,jとな
る。ここで、ＮＴＳＣ方式に対応した場合、フレーム転
送の周波数をサブキャリア信号の周波数とすると、Δｔ
は０．２８μｓｅｃとなり、１水平走査期間（６３．６
μｓｅｃ）の約１／２２８となる。これにより、受光ビ
ットでの情報電荷の蓄積時間が１水平走査期間のとき
に、各受光ビットに蓄積される情報電荷量の１／２２８
がスミア電荷量となる。そして、情報電荷の蓄積時間が
ｎ倍になれば、スミア電荷量の割合は１／ｎとなる。

【００４２】第１の除去回路１０は、上述の式４の演算
を実行するものであり、加算器１２及びラインメモリ１
３の組み合わせによって右辺第２項のΣ演算が実行さ
れ、乗算器１４及びビットシフト部１５によって右辺第
２項の係数ｋの乗算が実行される。そして、ビットシフ
ト部１５から取り出される演算結果を減算器１１によっ
て右辺第１項に相当する画像データＳ1(n)から減算する
ことにより式４の演算が完了することになる。従って、
固体撮像素子で情報電荷の垂直転送に起因して発生する
スミア成分は、理論上全て除去されることになる。

【００４３】以上のスミア電荷の算出方法については、
実際に各受光ビットに蓄積される情報電荷量を基準に１
つの受光ビット毎のスミア電荷の量を推定しているた
め、飽和状態となった受光ビットでは正確なスミア量を
推定できない。即ち、飽和状態となっている受光ビット
では、実際の入射光量と蓄積される情報電荷量とが比例
しないため、式１が成り立たたず、出力電荷量Ｖi,jか
ら正確なスミア量を推定できない。従って、第１の除去
回路１０では、各受光ビットに入射される光で飽和レベ
ルを越えない分により発生する第１のスミア成分のみが
除去され、飽和レベルを越える分により発生する第２の
スミア成分が画像データＳ2(n)に残される。

【００４４】図５は、第２の除去回路２０の動作原理を
説明する図で、フレーム転送方式の固体撮像素子で発生
する第２のスミア成分の状態を示している。固体撮像素
子の受光部で飽和エリアがある場合、この飽和エリアを
通過して転送される情報電荷に限って第２のスミア成分
が重畳されることになる。この第２のスミア成分が重畳
される範囲は、飽和エリアのある列で飽和エリアよりも
転送方向で下流側の行に位置する部分（図５のハッチン
グ部分）であり、再生画面上では飽和エリアの下側に表
示される。これらの範囲の内、光学的黒領域に対応する
部分には、受光時に情報電荷が発生しないことから、ス
ミア電荷のみが蓄積される。

【００４５】飽和エリアの受光ビットから読み出される
出力電荷量Ｖi,jは、各受光ビットの単位時間あたりの
蓄積電荷量Ｅi,jに関係なく一定となる。このため、式
１が成り立たず、飽和エリアの受光ビットを通過する際
に重畳されるスミア電荷の量の推定値は一定となる。し
かしながら、実際に飽和エリアの受光ビットを通過する
際に重畳されるスミア電荷の量は、単位時間あたりの蓄
積電荷量Ｅi,jに比例しているため、推定値と実際の値
との間に誤差が生じる。この誤差は、飽和エリアの受光
ビットに照射される光によって所定の露光期間に発生す
る電荷量と各受光ビットで蓄積転送可能な電荷量との差
に比例する。しかしながら、飽和エリアの受光ビットに
照射される光によって所定の露光期間に発生する電荷量
を特定する手段がないことから、その誤差を演算によっ
て算出することはできない。

【００４６】そこで、上述の光学的黒領域の受光ビット
に対応する画像データＳ2(n)を取り出せば、飽和エリア
で重畳されるスミア電荷の誤差を表す第２のスミア成分
が検出される。この第２のスミア成分は、同じ飽和領域
を通過して発生するものであり、同一列内では行位置に
関係なく一定である。そして、光学的黒領域の受光ビッ
トに対応する画像データＳ2(n)を第２のスミアデータＤ
2(n)としてラインメモリ２２に記憶し、再生画面の下側
に位置する行の画像データＳ2(n)から順にスミアデータ
Ｄ2(n)を減算すことで全てのスミア成分を除去すること
が可能になる。

【００４７】以上のような処理によるスミア除去につい
て、図６に示すような４行４列に受光ビットが配置され
たフレーム転送方式の固体撮像素子を例に挙げて説明す
る。撮像部は、４ビットに分割された４本のシフトレジ
スタからなり、４行４列の受光ビットＰ11〜Ｐ44を構成
する。蓄積部は、受光部と同様に、４ビットに分割され
た４本のシフトレジスタからなり、各シフトレジスタが
撮像部の各シフトレジスタに直列に接続されて４行４列
の蓄積ビットＱ11〜Ｑ44を構成する。水平転送部は、４
ビットに分割された１本のシフトレジスタからなり、各
ビットが蓄積部の４本のシフトレジスタの出力を受けて
水平方向へ転送出力するように構成される。ここで、各
受光ビットＰ11〜Ｐ44で、２行目の２列目及び３列目の
受光ビットＰ22、Ｐ23が飽和状態となっており、４列目
の受光ビットＰ41〜Ｐ44が光学的黒領域として遮光され
ているものとする。

【００４８】所定の蓄積期間を経過して各受光ビットＰ
11〜Ｐ44に蓄積される情報電荷は、各シフトレジスタ内
を撮像部から蓄積部までフレーム転送され、対応する蓄
積ビットＱ11〜Ｑ44にそれぞれ蓄積される。１行目の蓄
積ビットＱ11〜Ｑ14から取り出される出力電荷量Ｖ1,1
〜Ｖ1,4は、１行目の受光ビットＰ11〜Ｐ14に蓄積され
た情報電荷をフレーム転送の開始直後に遮光された蓄積
部内へ転送して取り出したものであるため、スミア電荷
がほとんど含まれておらず、１行目の各受光ビットに蓄
積された情報電荷量Ｓ1,1〜Ｓ1,4に一致する。２行目の
蓄積ビットＱ21〜Ｑ24から取り出される出力電荷量Ｖ2,
1〜Ｖ2,4は、２行目の受光ビットＰ21〜Ｐ24に蓄積され
た情報電荷を１行目の受光ビットＰ11〜Ｐ14を通過して
蓄積部へ転送したものであるため、２行目の受光ビット
Ｐ21〜Ｐ24に蓄積された情報電荷量Ｓ2,1〜Ｓ2,4と１行
目の受光ビットで発生するスミア電荷量とを加算した量
に一致する。ここで、２行目の受光ビットに蓄積された
情報電荷が１行目の受光ビットＰ11〜Ｐ14を通過する間
に混入するスミア電荷量は、所定の蓄積時間〔ｔ２−ｔ
１〕に１行目の受光ビットＰ11〜Ｐ14に蓄積される情報
電荷量Ｓ1,1〜Ｓ1,4に、その蓄積時間と通過時間〔Δ
ｔ〕との比〔ｋ〕を掛けた値で表される。即ち、ｔ２−
ｔ１の時間に１行目の受光ビットＰ11〜Ｐ14に蓄積され
る情報電荷量がＳ1,1〜Ｓ1,4であれば、同じ受光ビット
Ｐ11〜Ｐ14においてΔｔの間に発生するスミア電荷量
は、ｋ・Ｓ1,1〜ｋ・Ｓ1,4〔ｋ＝Δｔ／（ｔ２−ｔ
１）〕となる。このスミア電荷量は、全て第１のスミア
成分を表すものであり、第１の除去回路１０によって除
去される。尚、ここでも、式２の計算と同様に、情報電
荷の蓄積開始からフレーム転送の完了までの間で各受光
ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅi,j(t)は変化し
ないものと仮定している。

【００４９】３行目の蓄積ビットＱ31〜Ｑ34から取り出
される出力電荷量Ｖ3,1〜Ｖ3,4は、３行目の受光ビット
Ｐ31〜Ｐ34に蓄積された情報電荷を２行目及び１行目の
受光ビットＰ21〜Ｐ24、Ｐ11〜Ｐ14を通過して蓄積部へ
転送したものである。このため、３行目の受光ビットＰ
31〜Ｐ34に蓄積される情報電荷量Ｓ3,1〜Ｓ3,4と２行目
及び１行目の受光ビットＰ21〜Ｐ24、Ｐ11〜Ｐ14で発生
するスミア電荷量とを加算した量に一致する。各受光ビ
ットＰ21〜Ｐ24、Ｐ11〜Ｐ14で発生するスミア電荷の量
は、上述の算出方法により、それぞれｋ・Ｓ2,1〜ｋ・
Ｓ2,4及びｋ・Ｓ1,4〜ｋ・Ｓ1,4となり、これらを加算
したｋ・（Ｓ2,1＋Ｓ1,1）〜ｋ・（Ｓ1,1＋Ｓ1,4）が出
力電荷量Ｖ3,1〜Ｖ3,4に含まれるスミア電荷量となる。
このように表されるスミア電荷量は全て第１のスミア成
分であり、第１の除去回路１０により除去される。この
とき、２列目及び３列目では、２行目の受光ビットＰ22
〜Ｐ23が飽和状態であるため、実際に発生するスミア電
荷の量は、ｋ・（Ｓ2,2＋Ｓ1,2）＋ｓ2,2、ｋ・（Ｓ2,3
＋Ｓ1,3）＋ｓ2,3となる。この内、ｓ2,3、ｓ3,3が第２
のスミア成分となる。

【００５０】そして、４行目の蓄積ビットＱ41〜Ｑ44か
ら読み出される出力電荷量Ｖ4,1〜Ｖ4,4は、４行目の受
光ビットＰ41〜Ｐ44が光学的黒領域として遮光されてい
ることから、３行目、２行目及び１行目の受光ビットＰ
31〜Ｐ34、Ｐ21〜Ｐ24、Ｐ11〜Ｐ14で発生するスミア電
荷を加算した量に一致する。各受光ビットＰ31〜Ｐ34、
Ｐ21〜Ｐ24、Ｐ11〜Ｐ14で発生するスミア電荷の量は、
上述の算出方法により、それぞれｋ・Ｓ3,1〜ｋ・Ｓ3,
4、ｋ・Ｓ2,1〜ｋ・Ｓ2,4及びｋ・Ｓ1,1〜ｋ・Ｓ1,4と
なり、これらを全て加算したｋ・（Ｓ3,1＋Ｓ2,1＋Ｓ1,
1）〜ｋ・（Ｓ3,4＋Ｓ2,4＋Ｓ1,4）が出力電荷量Ｖ4,1
〜Ｖ4,4となる。この出力電荷量は、第１のスミア成分
を表すスミア電荷量そのものであり、第１の除去回路１
０によって除去される。ここでも、２列目及び３列目で
２行目の受光ビットＰ21〜Ｐ24が飽和状態であるため、
３行目の蓄積ビットＱ31〜Ｑ34からの読み出しと同様
に、実際に発生するスミア電荷の量が、ｋ・（Ｓ3,2＋
Ｓ2,2＋Ｓ1,2）＋ｓ2,3、ｋ・（Ｓ3,3＋Ｓ2,3＋Ｓ1,3）
＋ｓ3,3となる。この内、ｓ2,3、ｓ3,3が第２のスミア
成分となる。

【００５１】このようにして得られる第２のスミア成分
については、第２の除去回路２０により、飽和エリアで
ある２行目の２列目及び３列目を通過して転送される情
報電荷が蓄積される蓄積ビットＱ2,3、Ｑ3,3からの出力
電荷量Ｖ2,3、Ｖ3,3からさらに差し引くようにして全て
のスミア成分を除去することができる。受光ビットの数
が４以上である場合でも、１行進む毎にスミア電荷量を
１ビット分ずつ加算するようにすれば、スミア電荷量を
順次算出することが可能になる。

【００５２】以上のような固体撮像素子のスミア電荷量
の算出方法は、フレーム転送方式の固体撮像素子の他、
情報電荷読み出し用のシフトレジスタが各受光ビットに
隣接して配置されるインターライン方式の固体撮像素子
にも適用することができる。インターライン方式の固体
撮像素子の場合、ｉ行ｊ列の受光ビットから得られる出
力電荷量Ｖi,jは、フレーム転送方式の固体撮像素子の
場合と同様にして、式５によって与えられる。

【００５３】

【数５】

【００５４】ここでａは、各受光ビットからシフトレジ
スタ部への電荷の漏れ込みの割合を表す係数であり、１
未満の定数で表される。インターライン方式の固体撮像
素子の場合、各受光ビットに蓄積された情報電荷は、遮
光されたシフトレジスタ内へ直接転送されるため、フレ
ーム転送方式の固体撮像素子のように、各受光ビットに
発生する電荷がそのままスミア電荷となることはない。
しかしながら、受光ビットに隣接して配置されるシフト
レジスタに、各受光ビットから転送された情報電荷を一
時的に蓄積するようにしているため、次画面の情報電荷
を蓄積している受光ビットから漏れ出した情報電荷の一
部がスミア電荷となって情報電荷に混入する。この混入
の度合いは、各受光ビットに入射される光の強度に比例
しており、その比例係数をａとして表している。この係
数ａの値は、固体撮像素子の構造や受光ビットに入射す
る光の波長によって異なるため、実際の撮像によって得
られる出力をモニタしながら最適値を決定することが好
ましい。

【００５５】式５は、式１と同様に、右辺の第１項が所
定の蓄積時間（ｔ２−ｔ１）中に１つの受光ビットに蓄
積される情報電荷の量を示し、第２項が１つの受光ビッ
トに蓄積された情報電荷がシフトレジスタ内を垂直方向
に転送されて出力される過程で混入するスミア電荷の量
を示している。即ち、受光ビットの単位時間あたりの蓄
積電荷量Ｅi,j(t)を時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積分した
値によって各受光ビットに蓄積される情報電荷量が表さ
れる。そして、単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅi,j(t)を
Δｔの分だけ積分した値に上述の係数ａを掛けて情報電
荷が１つの受光ビットの横を通過する間にその受光ビッ
トから混入する電荷量が表される。さらに、その電荷量
を転送経路にある受光ビットの分だけ加算した値によっ
てスミア電荷量が表される。

【００５６】インターライン方式の固体撮像素子におい
ても、フレーム転送方式の固体撮像素子の場合と同様
に、ｔ１からｔ２、さらにはｔ２＋ｎΔｔまで各受光ビ
ットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅij(t)が一定であ
ると仮定すると、各受光ビットに蓄積される情報電荷量
Ｓi,jは、式６によって表される。

【００５７】

【数６】

【００５８】この式６によって得られる出力電荷量は、
フレーム転送方式の固体撮像素子の場合と同様に、第１
のスミア成分のみを除去する際に有効なものであり、第
２のスミア成分については、第２の除去回路２０により
除去される。以上のような計算式に基づいて、本発明の
固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法を、図７に示す
ような４行４列に受光ビットが配置されたインターライ
ン方式の固体撮像素子を例に挙げて説明する。

【００５９】４行４列に配置されたフォトダイオード
は、それぞれ受光ビットＰ11〜Ｐ44を構成する。これら
の受光ビットＰ11〜Ｐ44の各列毎に、４ビットに分割さ
れたシフトレジスタが並列に接続され、各受光ビットＰ
11〜Ｐ44にそれぞれ蓄積ビットＱ11〜Ｑ44が対応付けら
れる。水平転送部は、４ビットに分割された１本のシフ
トレジスタからなり、各ビットが４本のシフトレジスタ
の出力を受けて水平方向へ転送出力するように構成され
る。ここで、２行目の２列目及び３列目の受光ビットＰ
23、Ｐ33が飽和状態であり、４行目の受光ビットＰ41〜
Ｐ44が光学的黒領域として遮光されているものとする。

【００６０】所定の蓄積期間を経過して各受光ビットＰ
11〜Ｐ44に蓄積される情報電荷は、それぞれ対応する蓄
積ビットＱ11〜Ｑ44に転送されて一時的に蓄積される。
１行目の蓄積ビットＱ11〜Ｑ14から取り出される出力電
荷量Ｖ1,1〜Ｖ1,4は、各蓄積ビットＱ11〜Ｑ44に蓄積さ
れる情報電荷をすぐに水平転送部へ転送して取り出した
ものであるため、スミア電荷をほとんど含んでおらず、
１行目の受光ビットに蓄積された情報電荷量Ｓ1,1〜Ｓ
1,4に一致する。２行目の蓄積ビットＱ21〜Ｑ24から取
り出される出力電荷量Ｖ2,1〜Ｖ2,4は、１行目の受光ビ
ットＰ11〜Ｐ14に隣接する１行目の蓄積ビットＱ11〜Ｑ
14を通過して水平転送部へ転送して取り出したものであ
る。このため、２行目の受光ビットＰ21〜Ｐ24に蓄積さ
れる情報電荷量Ｓ2,1〜Ｓ2,4と１行目の受光ビットＰ11
〜Ｐ14から漏れ込むスミア電荷量とを加算した量に一致
する。１行目の蓄積ビットＱ11〜Ｑ14を通過する間に混
入するスミア電荷量は、所定の蓄積時間〔ｔ２−ｔ１〕
に１行目の受光ビットＰ11〜Ｐ14に蓄積される情報電荷
量Ｓ1,1〜Ｓ1,4に、その蓄積時間と通過時間〔Δｔ〕と
の比〔ｋ〕を掛け、さらに、受光ビットＰ11〜Ｐ14から
蓄積ビットＱ11〜Ｑ14への電荷の漏れ込み係数〔ａ〕を
掛けた値で表される。即ち、ｔ２−ｔ１の時間に１行目
の受光ビットＰ11〜Ｐ14に蓄積される情報電荷量がＳ1,
1〜Ｓ1,4であれば、同じ受光ビットＰ11〜Ｐ14において
Δｔの間に発生する電荷量は、Ｓ1,1・Δｔ／（ｔ２−
ｔ１）〜Ｓ1,4・Δｔ／（ｔ２−ｔ１）となり、この電
荷量のａ倍がスミア電荷量となる。このスミア電荷量
は、全てが第１のスミア成分であり、第１の除去回路１
０によって除去される。

【００６１】３行目の蓄積ビットＱ31〜Ｑ34から取り出
される出力電荷量Ｖ3,1〜Ｖ3,4は、３行目の蓄積ビット
Ｑ31〜Ｑ34に蓄積された情報電荷を２行目及び１行目の
受光ビットＰ21〜Ｐ24、Ｐ11〜Ｐ14に隣接する２行目及
び１行目の蓄積ビットＱ21〜Ｑ24、Ｑ11〜Ｑ14を通過し
て水平転送部へ転送して取り出したものである。このた
め、３行目の受光ビットＰ31〜Ｐ34に蓄積される情報電
荷量Ｓ3,1〜Ｓ3,4と２行目及び１行目の蓄積ビットＱ21
〜Ｑ24、Ｑ11〜Ｑ14で混入するスミア電荷量とを加算し
た量に一致する。各蓄積ビットＱ21〜Ｑ24、Ｑ11〜Ｑ14
で発生するスミア電荷量は、上述の算出方法により、そ
れぞれａｋ・Ｓ2,1〜ａｋ・Ｓ2,4及びａｋ・Ｓ1,1〜ａ
ｋ・Ｓ1,4となり、これらを加算したａｋ・（Ｓ2,1＋Ｓ
1,1）〜ａｋ・（Ｓ2,4＋Ｓ1,4）が出力電荷量Ｖ3,1〜Ｖ
3,4に含まれるスミア電荷量となる。このスミア電荷量
は、第１のスミア成分であり、第１の除去回路１０によ
り除去される。このとき、２列目及び３列目では、２行
目の受光ビットＰ22〜Ｐ23が飽和状態であるため、実際
に発生するスミア電荷の量が、ｋ・（Ｓ2,2＋Ｓ1,2）＋
ｓ2,2、ｋ・（Ｓ2,3＋Ｓ1,3）＋ｓ2,3となり、このｓ2,
3、ｓ3,3が第２のスミア成分となる。

【００６２】そして、４行目の蓄積ビットＱ41〜Ｑ44か
ら読み出される出力電荷量Ｖ4,1〜Ｖ4,4は、４行目の受
光ビットＰ41〜Ｐ44が光学的黒領域として遮光されてい
ることから、第３行目、２行目及び１行目の蓄積Ｑ31〜
Ｑ34、Ｑ21〜Ｑ24、Ｑ11〜Ｑ14で発生するスミア電荷を
加算した量に一致する。各蓄積ビットＱ31〜Ｑ34、Ｑ21
〜Ｑ24、Ｑ11〜Ｑ14で発生するスミア電荷の量は、上述
の算出方法により、それぞれａｋ・Ｓ3,1〜ａｋ・Ｓ3,
4、ａｋ・Ｓ2,1〜ａｋ・Ｓ2,4及びａｋ・Ｓ1,1〜ａｋ・
Ｓ1,4となり、これらを全て加算した量ａｋ・（Ｓ3,1＋
Ｓ2,1＋Ｓ1,1）〜ａｋ・（Ｓ3,4＋Ｓ2,4＋Ｓ1,4）が出
力電荷量Ｖ4,1〜Ｖ4,4に含まれるスミア電荷量となる。
この電荷量が第１のスミア成分であり、第１の除去回路
１０により除去される。ここでも、２列目及び３列目で
２行目の受光ビットＰ21〜Ｐ24が飽和状態であるため、
３行目の蓄積ビットＱ31〜Ｑ34からの読み出しと同様
に、実際に発生するスミア電荷の量が、ａｋ・（Ｓ3,2
＋Ｓ2,2＋Ｓ1,2）＋ｓ2,3、ａｋ・（Ｓ3,3＋Ｓ2,3＋Ｓ
1,3）＋ｓ3,3となり、このｓ2,3、ｓ3,3が第２のスミア
成分となる。

【００６３】このようにして得られる第２のスミア成分
については、第２の除去回路２０により、飽和エリアで
ある２行目の２列目及び３列目を通過して転送される情
報電荷が蓄積される蓄積ビットＱ2,3、Ｑ3,3からの出力
電荷量Ｖ2,3、Ｖ3,3からさらに差し引くようにして全て
のスミア成分を除去することができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、固体撮像素子の各受光
ビットに蓄積される情報電荷を垂直方向に転送する過程
で発生する第１のスミア成分を第１の除去回路によって
算出することができ、その算出結果を出力電荷量から順
次差し引くことで、スミア成分を効率よく除去すること
ができる。そして、飽和状態にある受光ビットにより発
生する第２のスミア成分についても、第２の除去回路に
よって除去されるため、全てのスミア成分が除去され
る。従って、固体撮像素子に受光状態に拘わらずスミア
成分の除去が可能になり、あらゆる状況において最適な
映像を再生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスミア除去回路の構成を示すブロック
図である。

【図２】第２の除去回路の飽和エリア検出部の構成の一
例を示すブロック図である。

【図３】第１の除去回路の係数発生部に露光データを供
給する露光制御回路の構成を示すブロック図である。

【図４】第１の除去回路の動作原理を説明する図であ
る。

【図５】第２の除去回路の動作原理を説明する図であ
る。

【図６】フレーム転送方式の固体撮像素子の模式的平面
図である。

【図７】インターライン方式の固体撮像素子の模式的平
面図である。

【図８】従来の撮像装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図９】撮像装置の動作を説明するタイミング図であ
る。

【図１０】フレーム転送方式の固体撮像素子に発生する
スミアの状態を表す図である。

【符号の説明】

１固体撮像素子１ｉ撮像部１ｓ蓄積部１ｈ水平転送部１ｄ出力部２クロック発生回路２ｆフレーム転送クロック発生部２ｖ垂直転送クロック発生部２ｈ水平転送クロック発生部２ｂ基板クロック発生部３タイミング制御回路４アナログ信号処理回路５Ａ／Ｄ変換回路６デジタル信号処理回路１０第１の除去回路１１減算器１２加算器１３ラインメモリ１４乗算器１５ビットシフト部１６係数発生部２０第２の除去回路２１フレームメモリ２２ラインメモリ２３アドレス発生部２４減算器２５飽和エリア検出部３１データ判定器３２〜３３フリップフロップ３４ＮＡＮＤゲート４１露光判定部４２アップダウンカウンタ４３ステップカウンタ４４比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/335 H04N 5/217

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の受光ビットが行方向及び列方向に
配列された受光部を有する固体撮像素子から、所定の期
間に各受光ビットに蓄積される情報電荷を一定の周期で
列方向に転送すると共に、１行ずつ順次行方向に転送出
力して得られる画像信号に対し、情報電荷の列方向の転
送過程で混入する垂直スミア成分を除去するスミア除去
回路において、上記固体撮像素子の各受光ビットに蓄積
された情報電荷量から情報電荷の蓄積時間と情報電荷の
列方向への転送周期との比に基づいて推定した各受光ビ
ット毎のスミア電荷量を情報電荷の垂直転送経路にある
受光ビットの分だけ累加算し、上記固体撮像素子の各受
光ビットに蓄積される情報電荷を転送出力して得られる
出力電荷量を表す１行単位で連続する第１の画像データ
から上記累加算値を個々に差し引いて第２の画像データ
を得る第１の除去回路と、上記固体撮像素子の受光部を
列方向に縦断して転送する過程で蓄積される電荷量から
上記第１の除去回路で累加算値を差し引いた後に残留す
る電荷量を１行単位で保持し、各列の飽和エリアの検出
に応答して上記第２の画像データから上記保持値を各列
毎に選択的に差し引いて第３の画像データを得る第２の
除去回路と、を備えたことを特徴とするスミア除去回
路。
【請求項２】上記第１の除去回路は、上記第１の画像
データから第１のスミアデータを減算して第２の画像デ
ータを生成する減算器と、この減算器から出力される上
記第２の画像データを各列毎に第１行目から順次累加算
しながら１行分の累加算データを記憶するラインメモリ
と、このラインメモリから読み出される上記累加算デー
タに上記固体撮像素子の各受光ビットでの情報電荷の蓄
積時間及び情報電荷の列方向への転送周期に応じて決定
される係数を乗算して上記第１のスミアデータを生成す
る乗算回路と、を含み、上記第２の除去回路は、上記第
２の画像データを１画面単位で記憶するフレームメモリ
と、このフレームメモリに記憶された上記第２の画像デ
ータの飽和エリアを各列毎に検出する検出部と、上記第
２の画像データの最終行付近の特定行の値または適数行
の平均値により第２のスミア成分を得て上記検出部の検
出結果に従う期間で上記第２の画像データから各列毎に
減算する減算器と、を含むことを特徴とする請求項１に
記載のスミア除去回路。
【請求項３】上記第１の除去回路は、上記固体撮像素
子の各受光ビットでの情報電荷の蓄積期間を決定する露
光データに基づいて所定の係数を発生するスミア係数発
生部を含むことを特徴とする請求項２に記載のスミア除
去回路。
【請求項４】上記第２の除去回路は、上記固体撮像素
子の受光部の最終行付近の特定行に対応する上記第２の
画像データまたは適数行に対応する上記第２の画像デー
タの平均値を各列毎に保持するラインメモリを含むこと
を特徴とする請求項２に記載のスミア除去回路。
【請求項５】上記ラインメモリに保持された値を上記
固体撮像素子の受光部の最終行に対応する上記第２の画
像データから１行毎に順次差し引き、上記検出部で飽和
エリアが検出されたときに上記ラインメモリに保持され
た値をリセットすることを特徴とする請求項４に記載の
スミア除去回路。
【請求項６】上記固体撮像素子の受光部の１行目から
順に連続する上記第２の画像データに対し、上記検出部
で飽和エリアが検出された後に上記ラインメモリに保持
された値を１行毎に順次差し引くことを特徴とする請求
項４に記載のスミア除去回路。