JPH03227184A

JPH03227184A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH03227184A
Application number: JP2022390A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Higashitsutsumi; 良仁東堤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-08
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JP2944122B2

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】（イ）産業上の利用分野本発明は高速、高輝度被写体により発生するスミアの除
去が可能な固体撮像素子に関する。

（ロ）従来の技術第４図及至第７図を参照して従来の固体撮像素子を説明
する。

第４図に示すように、フレームトランスファ方式の固体
撮像素子（５０）は光学像を撮像して二次元光電荷を得
る撮像部（５１）と、その周縁部に形成される光学的黒
部（５２）と、前記二次元光電荷を垂直方向に転送する
蓄積部（５３）と、蓄積部（５３）から各行毎に一斉転
送される光電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタ
（５４）と、この水平転送レジスタ（５４）の出力電荷
を電圧もしくは電流に変換する出力部（５５）、電子シ
ャッタあるいは電子アイリス動作のための排出ドレン（
５６）から構成され、タイミング回路（６０）が出力す
る順方向転送りロックφ、により撮像部（５１）から蓄
積部（５３）方向の光電荷転送を行い、逆方向転送りロ
ックφ、により撮像部（５１）の光電荷を排出ドレン（
５６）に排出する。

タイミング回路（６０）はこの他蓄積部（５３）を動作
させるクロック、水平転送レジスタ（５４）を動作させ
るクロックも適宜のタイミングで出力する。さらにまた
、タイミング回路（６０）は出力部（５５）のレベルを
モニタしており、このレベルに応じてクロックφ３のタ
イミングを制御している。なお、図のクロックφＦ、φ
８は便宜的に表現されており、例えば３摺動作の固体撮
像素子ではタロツクφ、は３つの順回転パルス列であり
、クロックφＲは３つの逆回転パルス列である。

続いて、上記構成される固体撮像素子（５０）の動作を
第５図を参照して詳細に説明する。

タイミング回路（６０）は垂直走査信号Ｖ　Ｄのブラン
キング期間毎の所定のタイミングで順方向クロックφ、
を発生し、この順方向転送りロックφ。

により撮像部（５１）の光電荷は垂直走査信号ＶＤのブ
ランキング期間中に蓄積部（５３）に転送される。

固体撮像素子（５０）の出力部（５５）の出力レベルを
モニタする露光量判定回路（６１）は露光量に応じたタ
イミング、即ち出力部（５５）の出力レベルが高いとき
には比較的遅く、出力部（５５）の出力レベルが低いと
きには比較的早いタイミングで排出タイミング信号ＢＴ
をタイミング回路（６０）へ出力する。

タイミング回路（６０）はこの排出タイミング信号ＢＴ
に基づいて逆方向転送りロックφ、を出力し、撮像部（
５１）の光電荷を排出ドレン（５６）に排出する。従っ
て、この光電荷排出動作が終了してから順方向クロック
φ、による蓄積部（５３）への転送動作開始迄の期間Ｔ
が撮像部（５１）の露光時間となり、この露光時間が排
出タイミング信号ＢＴのタイミングにより伸縮制御され
ろっ次に、第６図（Ａ）（Ｂ）を参照して電子シャッタ、電
子アイリスを採用しない固体撮像素子（５０’）のスミ
ア障害を説明する。

固体撮像素子（５０’）の撮像部（５１）に高輝度の被
写体が撮像されると、第６図（Ａ）に示すように、高輝
度であるが故に撮像部（５１）のそれに対応する部分に
は蓄積部（５３）への転送期間において、高輝度被写体
操像部（５７）を通過する度に光電荷が生成される。そ
して、転送期間の各タイミングで生成された光電荷が高
輝度被写体撮像部（５７）と共に蓄積部（５３）へ転送
されてスミア（５８）（５８°）となる。次のフィール
ドでは、前記と同様にスミア（５８）（５８′）が生成
されると共に先のフィールド１こおいて生成されたスミ
ア（５８’）が転送されてスミア（５９）となる。従っ
て、モニタ（７０）に再生される画像には第５図（Ｂ）
に示すように高輝度被写体撮像部（５７）の情報の上下
にスミア（５８）　（５９）が発生する。

このように高輝度被写体操像部（５７）の情報の上下に
発生するスミア（５８０５９）の除去は例えばスミア（
５８）（５９）が発生する列の画像情報からスミア成分
を１フイールドにわたって減算する等して、比較的容易
に行われる。

続いて、第７図（Ａ＞　　（Ｂ）を参照して電子シャッ
タ、電子アイリスを採用する固体撮像素子（５０）のス
ミア障害を説明する。

固体撮像素子（５０）の撮像部（５１）に高輝度の被写
体が撮像されると、前記と同様にしてスミア（５８）（
５８°）が生成される。そして、後続の排出ドレン（５
６）への排出動作によって、撮像部（５１）に生成され
るスミア（５８’）は除去され、これに代わって排出動
作によりスミア（５９）が生成される。このスミア（５
９）は次のフィールドにおいて、高輝度被写体操像部（
５７）の情報の後に転送されるものであって、蓄積部（
５３）への転送期間において同位置に再び生成されるス
ミア（５８）とオーバラップする。

従って、斯る固体撮像素子（５０）の再生画像は第７図
＜　Ｂ　）に示すようなものとなって、モニタ（７０）
上では高輝度被写体操像部（５７）の情報の下のみにス
ミア（５８）が発生する。

（・・）発明が解決しようとする課題電子シャッタ、電子アイリスを採用する固体撮像素ｆの
スミアはモニタ画面上の高輝度被写体撮像部の情報の下
のみに発生するため、スミアが発生する列の画像情報か
らスミア成分を一律に減算する等の方法によりスミア除
去を行う場合には、高輝度被写体撮像部の情報の上部の
画像情報は誤った情報となる。

また、得られるスミア成分は１フイールド前のものであ
り、高速、高輝度被写体の撮像により発生するスミアの
除去は極めて困難である。

本発明は従来の固体撮像素子に存する斯る課題を解決す
ることを目的とし、現フィールドのスミア成分が先に得
られる固体撮像素子を提供することにある。

（ニ）課題を解決するための手段前記した課題は、光学像を撮像して二次元光電荷を生成
する撮像部と、この撮像部に生成される二次元光電荷を
一時的に蓄積する蓄積部と、二の蓄積部と前記撮像部の
間に形成され、蓄積部の光電荷を一水平走査毎に外部に
出力する水平転送レジスタと、撮像部に隣接形成される
排出ドレンから構成される本発明の固体撮像素子により
解決される。

（１）作用水平転送レジスタを撮像部と蓄積部の間に形成すること
により、撮像部から蓄積部への転送方向と蓄積部から水
平転送レジスタへの転送方向が逆方向となり、これによ
り高輝度被写体の撮像により発生する現フィールドのス
ミア成分が先に出力される。

（へ）実施例第１図を参照して本発明の固体撮像素子の平面構造を説
明する。

固体撮像素子（１０）は光学像を撮像して二次元光電荷
を得る撮像部（１１）、撮像部（１１）の周縁に形成さ
れる光学的黒部（１２）、蓄積部（１３）、撮像部（１
１）と蓄積部（１３）間に形成される水平転送レジスタ
（１４）、水平転送レジスタ（１４）から出力される光
電荷を電圧、電流に変換する出力部（１５）、電子シャ
・ブタあるいは電子アイリスのための排出ドレン（１６
）等から構成され、水平転送レジスタ（１４）が撮像部
（１１）と蓄積部（１３）間に形成されるため、撮像部
（１１）から蓄積部（１３）への光電荷転送（以下、フ
レームシフトと称する）は、同図に矢印Ｂで示すように
、図面の下から上へ、水平転送レジスタ（１４）を横断
して行われる。なお、チャネル構造等の断面構造、その
他の構造は従来の固体撮像素子と格別に相違しないので
説明を省略する。

上記のように構成される固体撮像素子（１０）において
ｆＩｊｌ像部（１１）に高輝度の被写体が撮像されると
撮像部（］１）にはそのフレームシフトの期間および排
出ドレン（１６）への電荷排出の短い期間にも露光され
、フレームシフトに伴って縦方向にスミアと称される画
像欠陥が発生する。

第２図（Ａ）は排出ドレン（１６）への電荷排出期間に
生成されるスミア（１７）の形状を示し、一部破線で示
す円彩部（１８）は高輝度の被写体が撮像される位置を
示す。ただし、同図に矢印Ａで示す方向に電荷排出が行
われた直後には高輝度の被写体に吋応する電荷領ｌＩＣ
以下、スポット領域と称するンは存在せず、高輝度の被
写体によるスミア（１７）のみが確認される。

電荷排出後の所定の露光時間の後に、第２図（Ｂ）に矢
印Ｂで示される方向にフレームシフトが行われると、撮
像部（１１）で撮像されたスポット領域（１８）は新た
なスミア（１９）を伴って蓄積部（１３）に転送される
。このとき先のスミア（１７）は新たなスミア（１９）
にオーバラップされている。

さらに、第２図（Ｃ）に示されるように、矢印Ｃの方向
に蓄積部（１３）の電荷が水平転送レジスタ（１４）に
転送されると、スミア（１９）から先に水平転送レジス
タ（１４）、図示しない出力部を介して画像情報が得ら
れる。既に明らかなように、このスミア（１９）は現フ
ィールドのスミアであるため、このスミア成分を使用し
てスミア除去を行うときは、高速で移動する高輝度被写
体のスミア除去も適正に行うことができる。

第３図を参照して本発明の固体撮像素子に好適なスミア
除去回路を説明する。

スミア除去回路は固体撮像素子（１０）の出力ＣＣＤｏ
υ丁をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器（２０）、Ａ／
Ｄ変換器（２０）が出力する光学的黒部の１８分のデー
タを記憶するラインメモリ（２３）、Ａ／Ｄ変換器（２
０）のデータからラインメモリ（２３）のデータを減算
するディジタル減算回路（２６）、ＣＣＤ　ＯＵＴと撮
像部（１１）の飽和レベルに等しい基準値Ｖｔｈとを比
較し、ＣＣＤ　０ＬＩＴ　＞　Ｖ　、　ｈのとき“０”
を出力し、ＣＣＤ　ｏＵｒ＜　Ｖ　、ｈのとき“ｌ”を
出力する比較器（２４）、比較器（２４）の出力レベル
が“１”のときにはラインメモリ（２３）の出力端から
出力されるデータをそのまま入力端に入力し、比較器（
２４）の出力レベルが“Ｏ”のときにはラインメモリ（
２３）の入力端に′０″を入力する複数ビットのゲート
（２５）等から構成される。

光学的黒部のデータをディジタル変換するＡ、／Ｄ変換
器（２０）の出力データは、そのタイミングを教えるク
ロックφｏｐｓにより制御されるゲート（２１を介して
、ＣＣＤ　ｏａｔの出力タイミングと同期動作するライ
ンメモリ（２３）に入力されており、光学的黒部のデー
タ出力が終了するとラインメモリ（２３）には光学的黒
部の１８分のディジタルデータが記憶される。そして、
光学的黒部のデータ出力が終了してＣＣＤ　ｏａｒに画
像情報が出力されると、ラインメモリ（２３）はゲニ）
　（２１）によりＡ　／’　Ｄ変換器（２０）から遮断
される。

本発明の固体撮像素子によれば、画像情報は第２図（Ｃ
）に示すように、スポット領域（１８）のデータの前に
スミア（１９）のデータが出力されるが、このスミア（
１９）のデータは前記したようにラインメモリ（２３）
に記憶されており、ＣＣＤ　ｏ、ニアの出力タイミング
と同期動作するラインメモリ（２３）がゲート（２２）
（２５）を介する右ローテートを行うことによって、ス
ミア成分がディジタル減算回路（２６）に減算入力され
てスミア除去が行われる。

さて、本発明の固体撮像素子（１０）はスポット領域（
１８）のデータ出力の後にはスミアが出力されない。従
って、上記のようなスミア除去を１フイールドの全期間
にわたって行うと、スミアが出力されないスポット領域
（１８）の上部ｒ蓄積部（１３）における上下関係をい
う）では補正誤りが発生する。

これを防止するため、本スミア除去回路は比較器（２４
）を備えている。比較器（２４）は前述したようにＣＣ
ＤｏＵテと撮像部（１１）の飽和レベルに等しい基準Ｖ
１ｖＩｈとを比較し、ＣＣＤ　ｏｖｒ＞　Ｖ　、　、ノ
トキ、即ちスポット領域（１８）のデータ出力を検知す
ると“０”を出力する。そして、この“０”出力により
ゲート（２５）が遮断され、ラインメモリ（２３）には
それまでのデータに代えてディジタルデータとしての“
０”が記憶される。従って、スポット領域（１８）のの
データの後に出力されるスポット領域（１８）の上部の
データからは“０″′が減算され、従ってスミア補正が
行われない。

（ト）発明の効果以上述べたように本発明の（ｉ１体操像素子は撮像部、
水平転送レジスタおよび蓄積部のレイアウトを変更する
のみで構成できると共に、現フィールドのスミアが先に
出力されるため、高速に移動する高輝度被写体のスミア
であっても適正に除去することができる。

また、本発明の固体撮像素子に適合するスミア除去回路
が使用するＡ　、／　Ｄ変換器等は近年の固体撮像素子
の殆どが備えるものであり、格別の素子・を付加するこ
となく構成でき、適正なスミア除去を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の平面構造図、第２図は
本発明の固体撮像素子の光電荷転送方式およびスミア障
害を説明する図、第３図は本発明の固体撮像素子に適合
するスミア除去回路を説明する回路図、第４図は従来の
固体撮像素子を説明するブロック図、第５図は従来の固
体撮像素子の動作を説明するタイミングチャート、第６
図（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ電子アイリス、電子シャッタ
を採用しない固体撮像素子のスミア障害を説明する図、
第７図（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ電子アイリス、電子シャ
ッタを採用する固体撮像素子のスミア障害を説明する図
である。１０・・・固体撮像素子、　　１１・・・撮像部１，１
２・・・光学的黒部、１３・・・蓄積部、４・・・水平転送レジスタ、５・・・出力部、６・・・排出ドレ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学像を撮像して二次元光電荷を生成する撮像部
と、この撮像部に生成される二次元光電荷を一時的に蓄
積する蓄積部と、この蓄積部と前記撮像部の間に形成さ
れ、蓄積部の光電荷を一水平走査毎に外部に出力する水
平転送レジスタと、撮像部に隣接形成される排出ドレン
から構成される固体撮像素子。
（２）撮像部の光電荷が水平転送レジスタを横断して蓄
積部に転送され、この蓄積部の光電荷が前記転送方向と
は逆方向に転送されて、水平転送レジスタに入力される
請求項１記載の固体撮像素子。
（３）固体撮像素子の出力をディジタルデータに変換す
るＡ／Ｄ変換器と、固体撮像素子の出力タイミングと同
期動作し、Ａ／Ｄ変換器の光学的黒部のデータを記憶す
るラインメモリと、前記Ａ／Ｄ変換器のデータからライ
ンメモリのデータを減算するディジタル減算回路から構
成されるスミア除去回路を備える請求項１記載の固体撮
像素子。
（４）前記スミア除去回路が固体撮像素子の出力とその
受光部の飽和レベルに等しい基準値とを比較する比較器
を備え、この比較器出力により前記ラインメモリのデー
タが書き替えられる請求項３記載の固体撮像素子。