JPH01114174A

JPH01114174A - 固体撮像装置の出力回路

Info

Publication number: JPH01114174A
Application number: JP62270566A
Authority: JP
Inventors: Takashi Asaida; 浅井田　貴
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1989-05-02
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2650275B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、複数個の読み出し用水平レジスタを有する
固体撮像装置の出力回路に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、マトリックス状に配された複数の受光素子
と、受光素子に蓄積される信号電荷を転送する複数の垂
直レジスタ部と、複数の垂直レジスタ部の出力を夫々選
択的に受け、読み出すようにしたＮ個（Ｎは２以上の整
数）の水平レジスタ部を有する固体撮像装置の出力回路
において、Ｎ個の水平レジスタ部の中で、少なくとも（
Ｎ−１）個のレジスタ部の出力に利得制御可能な増幅回
路を設け、白色被写体撮像時に、Ｎ個の水平レジスタ部
から得られる出力信号のレベルが等しくなるように、（
Ｎ−１）個の増幅回路の利得を設定することにより、Ｎ
個の信号チャンネル間の利得のバラツキを補正すること
ができる。

〔従来の技術〕

電荷結合素子（チャージ・カップルド・デイバイス：　
ＣＣＤ）等の電荷転送素子で構成された固体逼像装置は
、光電変換作用を行う受光部と、受光部で得られた信号
電荷を転送する電荷転送部と、転送された信号電荷に基
づく出力信号を取り出すための出力部とを備えている。

例えばインターライン転送方式の場合では、各受光セル
の信号電荷が転送ゲートを通して、遮光した垂直レジス
タに転送され、更に、遮光された水平レジスタに対して
、信号電荷が垂直レジスタから順次送り出され、水平レ
ジスタに接続された信号取り出し回路を介して撮像信号
が取り出される。信号取り出し回路は、フローティング
デイフュージョンアンプの構成とされる。

高品位（ＨＤ）方式のカラーカメラが固体撮像装置によ
り構成される場合、絵素数がＮＴＳＣ方式等に比べて非
常に多くなる。このため、１個の水平レジスタにより信
号電荷を転送しようとすると、転送りロックの周波数が
きわめて高（なる。

この問題に対処するために、Ｎ個の水平レジスタを並列
に設け、Ｎ個毎の垂直レジスタから信号電荷を各水平レ
ジスタが受ける構成が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Ｎ個の水平レジスタに夫々接続された信号取り出し回路
のフローティングディフユージジン領域に形成された容
量が互いに異なるために、Ｎ個の信号チャンネルのゲイ
ンが等しくならず、撮像出力信号中に固定パターンのノ
イズが発生する問題点があった。

従って、この発明の目的は、Ｎ個の水平レジスタを有す
る固体撮像装置において、Ｎ個の信号チャンネルのゲイ
ンを互いに一致させることができ、良好な撮像出力信号
が得られる固体撮像装置の出力回路を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では、マトリックス状に配された複数の受光素
子と、受光素子に蓄積される信号電荷を転送する複数の
垂直レジスタ部と、複数の垂直レジスタ部の出力を夫々
選択的に受け、読み出すようにしたＮ個（Ｎは２以上の
整数）の水平レジスタ部を有する固体撮像装置の出力回
路において、Ｎ個の水平レジスタ部の中で、少なくとも
（Ｎ−１）個のレジスタ部の出力に利得制御可能な増幅
回路が設けられ、白色被写体盪像時に、Ｎ個の水平レジ
スタ部から得られる出力信号のレベルが等しくなるよう
に、（Ｎ−１）個の増幅回路の利得が設定される。

〔作用〕

Ｎ個の水平レジスタの出力信号が（Ｎ−１）個の可変利
得アンプに供給される。可変利得アンプが設けられてい
ないひとつのチャンネルの信号レベルが基準とされる。

全面が白の被写体を撮影した時の各チャンネルの白と対
応するレベルが検出される。検出された基準のチャンネ
ルのレベルに対する他のチャンネルの検出されたレベル
の差（誤差）が検出され、この誤差信号によって（Ｎ−
１）個の可変利得アンプの利得が制御される。

これによって、Ｎ個のチャンネルの利得が互いに等しい
ものとされる。従って、チャンネル間の利得の差によっ
て、撮像出力に固定パターン状のノイズが発生すること
が防止される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。この一実施例では、第２図に示すような複数の例
えば４本の水平レジスタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有す
るインターライン転送方式の固体撮像装置が用いられる
。第２図において、１は、例えばＰ型シリコン基板を示
し、Ｐ型シリコン基板１の表面にフォトダイオードから
なる受光素子２ａ、２ｂ、２ｃ・・・がマトリックス状
に配されている。第２図では、簡略化されているが、受
光素子２ａ、２ｂ、２ｃ・・・は、高品位（）（Ｄ）テ
レビジョン方式のカラーカメラの例では、（２０００Ｘ
　１０００　）のマトリックス状に多数配設されている
。また、受光素子２ａ、２ｂ、２ｃ・・・と近接して遮
光されている垂直レジスタ３ａ。

３ｂ、３ｃ・・・が設けられている。垂直レジスタ３ａ
、３ｂ、３ｃ・・・に接続されて、４本の水平レジスタ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが設けられる。

垂直レジスタ３ａ、３ｂ、３ｃ・・・の４本毎のものが
水平レジスタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに選択的に接続さ
れる。垂直レジスタ３ａ、３ｂ。

３ｃ・・・が簡単のために、８本設けられているとする
と、第１番目の垂直レジスタ３ａ及び第５番目の垂直レ
ジスタ３ｅが水平レジスタ４ａと接続され、第２番目の
垂直レジスタ３ｂ及び第６番目の垂直レジスタ３ｆが水
平レジスタ４ｂと接続され、垂直レジスタ３ｃ及び垂直
レジスタ３ｇが水平レジスタ４ｃと接続され、垂直レジ
スタ３ｄ及び３ｈが水平レジスタ４ｄと接続される。垂
直ブランキング期間で、ゲートパルスφＳＶによって、
受光素子２ａ、２ｂ、２ｃ・・・から垂直レジスタ３ａ
、３ｂ、３ｃ・・・に信号電荷が読み出される。この信
号電荷は、４相のクロックφＶ１、φＶ２．　　φＶ３
．　　φＶ４によって垂直レジスタ３ａ、３ｂ、３ｃ・
・・を転送され１、水平ブランキング期間において、水
平レジスタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに読み出される。水
平レジスタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄには、２相の転送り
ロックφＨ１及びφＨ２が供給され、水平映像期間で水
平レジスタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの信号電荷が読み出
される。

水平レジスタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから取り出された
信号電荷は、出力アンブ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに供給
され、映像信号電圧として出力端子６ａ、６ｂ、６ｃ、
６ｄに取り出される。出力アンブ５ａ、５ｂ、５ｃ、５
ｄは、例えばフローティングデイフュージョンアンプと
ソースホロワトランジスタとから構成されている。

第３図Ａは、出力端子６ａに取り出される信号電圧を模
式的に示し、第３図Ｂ、第３図Ｃ及び第３図りの夫々は
、出力端子６ｂ、６ｃ、６ｄに夫々取り出される信号電
圧を模式的に示している。

第２図における受光素子２ａ〜２ｈの信号電荷と対応し
て、出力端子６ａには、受光素子２ａ及び２ｅと夫々対
応する信号電圧Ｓ２ａ、Ｓ２ｅが取り出される。同様に
、出力端子６ｂには、受光素子２ｂ及び２ｆと対応する
信号電圧Ｓ２ｂ、Ｓ２ｆが取り出され、出力端子６ｃに
は、受光素子２Ｃ及び２ｇと対応する信号電圧Ｓ２ｃ、
３２ｇが取り出され、出力端子６ｄには、受光素子２ｄ
及び２ｈと対応する信号電圧Ｓ２ｄ、Ｓ２ｈが取り出さ
れる。これらの水平レジスタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの
出力信号は、後述するように、非加算混合器により合成
され、第３図已に示すような映像出力信号が得られる。

上述の説明から理解されるように、Ｎ本の水平出力レジ
スタを設けることにより、水平レジスタにおける信号電
荷の転送周波数が１／Ｎとなる。

従って、高品位テレビジボン用のカラーカメラのように
、絵素数が多くなる場合でも、信号電荷の読み出しが１
本の水平レジスタを用いるのと比較して容易となる。

第１図を参照してこの発明の一実施例について更に詳述
する。上述のように、４本の水平レジスタを有する固体
撮像装置の出力端子６ａ、６ｂ。

６ｃ、６ｄに対して、アンプ１０ａ、可変利得アンプ１
６　ｂ、可変利得アンプ１０Ｃ１可変利得アンプ１０ｄ
が夫々接続される。可変利得アンプ１０ｂ、１０ｃ、１
０ｄは、後述するように、出力アンブ５ａ、５ｂ、５ｃ
、５ｄの夫々のフローティングディフユージッン領域の
容量の違いにより生じるゲインのバラツキを補償するた
めに設けられている。

アンプ１０ａの出力信号ＳｖＯが破線で囲んで示すクラ
ンプ回路１１ａに供給される。クランプ回路１１ａは、
信号路に対して直列に挿入されたコンデンサ１２と、コ
ンデンサ１２の一端と接地間に挿入されたスイッチング
素子１３と、クランプ電圧を発生するための固定の電圧
源１４ａとから構成されている。可変利得アンプ１０ｂ
、１０ｃ、１０ｄの出力信号が破線で囲んで示すクラン
プ回路１１ｂ、ｌｌｃ、ｌｉｄに夫々供給される。

これらのクランプ回路１１ｂ、ｌｌｃ、ｌｉｄは、クラ
ンプ回路１１ａと同様に、コンデンサ１２とスイッチン
グ素子１３と可変電圧源１４ｂ、１４Ｃ，１４ｄとによ
り構成されている。可変電圧源１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ
は、後述するように、黒レベルのバラツキを補正するた
めに設けられている。クランプ回路１１ａ〜ｌｉｄのス
イッチング素子１３は、端子１５からのクランプパルス
Ｐｃによって制御される。

クランプ回路１１ａの出力信号ＳＶＩが非加算混合器１
９に供給される。クランプ回路１１ｂの出力信号が遅延
回路１６に供給され、遅延回路１６の出力信号ＳＶ２が
非加算混合器１９に供給される。クランプ回路１１ｃの
出力信号が遅延回路１７に供給され、遅延回路１７の出
力信号ＳＶ３が非加算混合器１９に供給される。クラン
プ回路ｌｉｄの出力信号が遅延回路１８に供給され、遅
延回路１８の出力信号ＳＶ４が非加算混合器１９に供給
される。

遅延回路１６は、固体撮像装置の一つの水平レジスタか
ら得られる出力信号中の情報信号電圧の転送周期をＴと
すると、（Ｔ／４）の遅延量を有している。遅延回路１
７の遅延時間は、（Ｔ／２）とされ、遅延回路１８の遅
延時間は、（３Ｔ／４）とされている。非加算混合器１
９は、４個ノ入力信号ＳＶＩ、ＳＶ２．ＳＶ３及び５Ｖ
４（７）中で、最小レベルを出力するものである。非加
算混合器１９としては、例えば４個のＰＮＰ形トランジ
スタのエミッタが共通に定電流源に接続されると共に、
コレクタが共通接続され、エミッタ共通接続点から出力
が取り出される構成のものを使用できる。非加算混合器
１９からの合成情報信号ＳＶ５がアンプ２０を介して出
力端子２１に取り出される。

フローティングデイフュージョンアンプ５ａ。

５ｂ、５ｃ、５ｄに対して第４図Ａに示すプリチャージ
パルスＰｐが供給される時、例えばフローティングデイ
フュージョンアンプ５ａの出力信号ＳｖＯは、第４図Ｂ
に示すものとなる。即ち、この出力信号は、水平レジス
タ４ａに供給される転送りロックφＨ１及びφＨ２の１
周期（Ｔ）内でプリチャージ期間Ｔｐ、基準電位期間Ｔ
ｏ、転送期間Ｔｔの夫々に対応した電圧波形を有してい
る。

プリチャージパルスＰＰと転送りロックφＨ１゜φＨ２
とのレベル関係によって、各期間’ｒｐ、Ｔｏ、Ｔｔが
規定される。

プリチャージ期間Ｔｐでは、フローティングデイフュー
ジョンアンプを構成する電界効果トランジスタがオン状
態とされ、出力信号のレベルが基準電位とプリチャージ
パルスｐｐの電圧の和となる０次の基準電位期間Ｔｏで
は、プリチャージパルスＰｐがローレベルとなり、電界
効果トランジスタがオフ状態とされる。この時の出力信
号のレベルは、基準レベルとなる。更に、転送期間Ｔｔ
では、水平レジスタ４ａからフローティングディフユー
ジッン領域に信号電荷が転送され、出力信号のレベルが
情報信号電圧Ｓａｌとなる。

フローティングデイフュージョンアンプの電界効果トラ
ンジスタがオン状態からオフ状態になる直前での電荷の
状態が一定とならないために、基準電位期間Ｔｏにおけ
る基準レベルが基準電圧と一致せず、各転送周期の間で
差異を伴うことになり、リセットノイズΔ７．Δ４．．
・・・が生じる。

クランプ回路１１ａ〜ｌｉｄに供給されるクランプパル
スＰｃは、第４図Ｃに示すように、各基準電位期間ＴＯ
内でハイレベルとなり、クランプパルスＰｃがハイレベ
ルの時にスイッチング素子１３がオンとされる。このク
ランプ回路１１ａによって基準電位期間ＴＯにおけるレ
ベル（フィー゛　トスルーレベル）がクランプ電圧にク
ランプされる。従って、第４図りに示すように、クラン
プ回路１１ａの出力信号ＳＶＩは、リセットノイズΔ７
、Δａ、ｌ　　・・・が除去されたものとなる。

上述のリセットノイズの除去動作は、他のクランプ回路
１１ｂ、１１ｃ及びｌｉｄによってもなされる。クラン
プ回路１１ｂの出力信号は、遅延回路１６を介されるこ
とによって、第４図已に示すように、信号Ｓｖ１に対し
て、（Ｔ／４）の時間遅れを持つ信号ＳＶ２とされる。

クランプ回路１１ｃの出力信号は、遅延回路１７を介さ
れることによって、第４図Ｆに示すように、信号ＳＶＩ
に対して、（Ｔ／２）の時間遅れを持つ信号Ｓｖ３とさ
れる。クランプ回路ｌｉｄの出力信号は、遅延回路１８
を介されることによって、第４図Ｇに示すように、信号
ＳＶＩに対して、（３Ｔ／４）の時間遅れを持つ信号Ｓ
Ｖ４とされる。

これらの撮像出力信号ＳＶ１．ＳＶ２．ＳＶ３及びＳＶ
４が非加算混合器１９に供給されるので、非加算混合器
１９の出力信号ＳＶ５は、第４図Ｈに示すように、プリ
チャージ期間Ｔｐの大振幅の部分が除去され、また、（
Ｔ／４）の周期で情報信号電圧Ｓａｔ、Ｓｂｌ、Ｓｃｌ
、Ｓｄｌ・＝が連続する信号となる。従って、非加算混
合器１９によって、４個の水平レジスタ４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｄの出力信号が１チヤンネルの撮像信号に合成さ
れる。

上述の非加算混合器１９の出力信号が供給されるアンプ
２０の出力端子にスイッチ２２を介してサンプルホール
ド回路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ。

２３ｄが接続されている。これらのサンプルホールド回
路２３ａ〜２３ｄには、サンプリングパルスφａ、φｂ
、φＣ９φｄが夫々供給される。一つの信号チャンネル
を基準として、他の３個の信号チャンネルとの間のゲイ
ンの差或いは黒レベルの差を検出するために、比較アン
プ２４，２５゜２６、が設けられている。基準の信号チ
ャンネルとしては、アンプ６ａが含まれる信号チャンネ
ルが選ばれる。従って、サンプルホールド回路２３ａの
出力信号が比較アンプ２４．２５．２６の各々の一方の
入力端子に供給され、また、サンプルホールド回路２３
ｂ、２３ｃ、２３ｄの出力信号が比較アンプ２４，２５
．２６の各々他方の入力端子に供給される。

比較アンプ２４，２５．２６から得られた誤差・信号が
平均化回路２７．２８．２９に供給される。

平均化回路２７．２８．２９は、誤差信号を１フイ一ル
ド期間に亘って平滑するもので、平均化回路２７，２８
．２９に対して、端子３０から垂直同期信号が供給され
る。これらの平均化回路２７゜２８、’２９によって平
均化された誤差信号がメモリ３１に記憶される。第１図
に示す例では、メモＩＪ３１としてアナログメモリが使
用されているが、ディジタルメモリを使用しても良い。

但し、ディジタルメモリの場合には、メモリ３１に書き
込まれる誤差信号をディジタル信号に変換するためのＡ
／Ｄ変換器が必要とされると共に、メモリ３１から読み
出されたディジタル信号をアナログの誤差信号に変換す
るためのＤ／Ａ変換器が必要とされる。

メモリ３１は、平均化回路２７からの誤差信号が格納さ
゛れるメモリ部分３２ｂ及び３３ｂと、平均化回路２８
からの誤差信号が格納されるメモリ部分３２ｃ及び３３
ｃと、平均化回路２９からの誤差信号が格納されるメモ
リ部分３２ｄ及び３３ｄとを有している。また、メモリ
３１と関連してスイッチ３４が設けられてる。メモリ部
分３２ｂ。

３２ｃ及び３２ｄには、ゲインに関する誤差信号が記憶
され、メモリ部分３３ｂ、３３ｃ及び３３ｄには、黒レ
ベルに関する誤差信号が記憶される。

メモリ部分３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄから夫々読み出さ
れた誤差信号が可変利得アンプ１０ｂ。

１０ｃ、１０ｄに利得制御信号として供給され、アンプ
１０ａを含む信号チャンネルのゲインと他の３個の信号
チャンネルのゲインが等しくされる。

メモリ部分３３ｂ、３３ｃ及び３３ｄから夫々読み出さ
れた誤差信号が可変電圧源１４ｂ、１４ｃ。

１４ｄに対して、制御信号として供給される。可変電圧
源１４　ｂ、　　１４　ｃ、　　１４　ｄの夫々によっ
て、クランプ電圧の値が制御され、黒レベルが４個のチ
ャンネル間で等しくなるように制御される。スイッチ３
４は、ゲインの調整時と黒レベルの調整時とを切り替え
るために設けられており、例えば黒レベル調整時にスイ
ッチ３４がオンとされる。

ゲインの調整時には、カラーカメラによって、全面が白
の被写体を撮影し、撮像出力信号がオンされたスイッチ
２２を介してサンプルホールド回路２３ａ〜２３ｄに導
かれる。第５図に示すように、全面白の被写体を撮影し
た時に得られる撮像出力信号のレベルは、ゲインのバラ
ツキによって４個の信号チャンネル間で一致したものと
ならない。サンプルホールド回路２３ａ〜２３ｄには、
第５図Ｂに示すサンプリグパルスφａ、φｂ、φＣ２φ
ｄが夫々供給され、４個の信号チャンネルの夫々の白レ
ベルがサンプルホールド回路２３ａ〜２３ｄにより検出
される。

サンプルホールド回路２３ａ〜２３ｄの出力信号が比較
アンプ２４．２５．２６に供給され、サンプルホールド
回路２３ａの出力信号のレベルに対するサンプルホール
ド回路２３ｂ、２３ｃ、　　２３ｄの夫々の出力信号の
レベルの差が検出される。

比較アンプ２４，２５．２６の出力信号の１フイールド
の平均値がメモリ３１のメモリ部分３２ｂ。

３２ｃ、３２ｄに書き込まれる。設定動作が終了すると
、スイッチ２２がオフされ、また、メモリ部分３２ｂ、
３２ｃ、３２ｄから夫々読み出された誤差信号が可変利
得アンプ１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに制御信号として供給
される。可変利得アンプ１０ｂ、１０ｃ、ｌＯｄによっ
て、チャンネル間のゲインが等しいものに制御される。

従って、設定動作がされた後に、若し、全一が白の被写
体を撮影したとすれば、各チャンネルの出力信号のレベ
ルが等しいものとなる。

黒レベルの調整時は、カラーカメラのアイリスが完全に
閉じられ、スイッチ２２及びスイッチ３４がオンとされ
る。上述のゲイン調整と同様に黒レベルの検出及び比較
がなされ、誤差信号がメモリ３１のメモリ部分３３ｂ、
３３ｃ、３３ｄに書き込まれる。そして、メモリ３１か
ら読み出された誤差信号で可変電圧源１４ｂ、１４ｃ及
び１４ｄが制御され、４個のチャンネルの黒のレベルが
一致したレベルとされる。

なお、ゲイン又は黒レベルのチャンネル間の差を除くよ
うに、−旦設定すれば、その後は、回路の経時変化以外
に殆ど変動が生じない。従って、例えば可変抵抗器をマ
ニュアル調整することによって、利得或いはクランプ電
圧を制御可能とし、出力端子２１に得られる撮像出力信
号を観測しながら各チャンネルのレベルが揃うように調
整しても良い。通常、このようなプリセット調整は、工
場出荷時になされる。

〔発明の効果〕

この発明に依れば、Ｎ個の水平レジスタから信号取り出
し回路を介して出力されるＮチャンネルの信号の利得を
互いに等しいものとできる。従って、チャンネル間のゲ
インのバラツキによる固定パターン状のノイズの発生を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図及び
第３図はこの発明の一実施例における固体撮像装置の構
成を示す路線図及び出力信号処理の説明に用いるタイミ
ングチャート、第４図はこの発明の一実施例の動作説明
に用いる各部波形図、第５図はこの発明の一実施例にお
けるゲイン調整動作の説明に用いる波形図である。図面における主要な符号の説明４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：水平レジスタ、　５ａ５ｂ、
５ｃ、５ｄ：出力アンプ、　　１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ
：可変利得アンプ、　　ｌｌａ、ｌｌｂ。１１ｃ、ｌｌｄ：クランプ回路、　　１６，１７゜１８
：遅延回路、　　１９：非加算混合器、　　２４．２５
．２６：比較アンプ、　３１：メモリ。代理人　　　弁理士　杉　浦　正　知層舒償悉口第４図

Claims

【特許請求の範囲】マトリックス状に配された複数の受光素子と、上記受光
素子に蓄積される信号電荷を転送する複数の垂直レジス
タ部と、上記複数の垂直レジスタ部の出力を夫々選択的
に受け、読み出すようにしたＮ個（Ｎは２以上の整数）
の水平レジスタ部を有する固体撮像装置の出力回路にお
いて、上記Ｎ個の水平レジスタ部の中で、少なくとも（Ｎ−１
）個のレジスタ部の出力に利得制御可能な増幅回路を設
け、白色被写体撮像時に、上記Ｎ個の水平レジスタ部か
ら得られる出力信号のレベルが等しくなるように、上記
（Ｎ−１）個の増幅回路の利得を設定するようにした固
体撮像装置の出力回路。