JPH0715666A - 固体撮像素子の信号読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子の信号読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像素子Info
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- JPH0715666A JPH0715666A JP5178557A JP17855793A JPH0715666A JP H0715666 A JPH0715666 A JP H0715666A JP 5178557 A JP5178557 A JP 5178557A JP 17855793 A JP17855793 A JP 17855793A JP H0715666 A JPH0715666 A JP H0715666A
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度変化による暗時ＦＰＮの変化に追従し、
常に暗時ＦＰＮを安定に抑圧できるようにした固体撮像
素子の信号読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像
素子を提供する。 【構成】 第１フレームにおいて、ＣＭＤの画素として
用いた固体撮像素子１の１行目の明時信号を読み出した
後リセットし、その直後の暗時信号を読み出してＦＰＮ
メモリ９に記憶し、次の第２フレームでは２行目の暗時
信号を、更に次の第３フレームでは３行目の暗時信号を
ＦＰＮメモリ９に記憶し、３フレーム毎にＦＰＮメモリ
９に記憶された暗時信号をリフレッシュする。そして減
算器11で明時信号からＦＰＮメモリ９に記憶した暗時信
号をタイミングを合わせて減算し、ＦＰＮを抑圧した映
像信号を出力させる。
常に暗時ＦＰＮを安定に抑圧できるようにした固体撮像
素子の信号読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像
素子を提供する。 【構成】 第１フレームにおいて、ＣＭＤの画素として
用いた固体撮像素子１の１行目の明時信号を読み出した
後リセットし、その直後の暗時信号を読み出してＦＰＮ
メモリ９に記憶し、次の第２フレームでは２行目の暗時
信号を、更に次の第３フレームでは３行目の暗時信号を
ＦＰＮメモリ９に記憶し、３フレーム毎にＦＰＮメモリ
９に記憶された暗時信号をリフレッシュする。そして減
算器11で明時信号からＦＰＮメモリ９に記憶した暗時信
号をタイミングを合わせて減算し、ＦＰＮを抑圧した映
像信号を出力させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像素子の信号
読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像素子に関
し、特に温度変化等による暗時固定パターンノイズの変
化に追従し、常に暗時固定パターンノイズを安定に抑圧
できるようにした動画撮像も可能な固体撮像素子の信号
読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像素子に関す
る。
読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像素子に関
し、特に温度変化等による暗時固定パターンノイズの変
化に追従し、常に暗時固定パターンノイズを安定に抑圧
できるようにした動画撮像も可能な固体撮像素子の信号
読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、光電変換機能と蓄積電荷の増幅，
読み出し及びリセット機能をもつ、例えばＳＩＴ（Stat
ic Induction Transistor ），ＡＭＩ（Amplified MOS
Imager），ＣＭＤ（Charge Modulation Device）で代表
される内部増幅型光電変換素子を単位画素として用いた
固体撮像素子により画像を再生する装置が知られてい
る。かかる画像再生装置においては、固体撮像素子固有
の固定パターンノイズ（以下、ＦＰＮと略称する）をキ
ャンセルするために、フレームメモリ等の記憶手段を設
け、該記憶手段に各画素毎にＦＰＮを記憶し、固体撮像
素子の各画素から得られた画像情報から、各画素に対応
するＦＰＮを減算して画像信号を得るようにしたＦＰＮ
抑圧手段が必要となる。
読み出し及びリセット機能をもつ、例えばＳＩＴ（Stat
ic Induction Transistor ），ＡＭＩ（Amplified MOS
Imager），ＣＭＤ（Charge Modulation Device）で代表
される内部増幅型光電変換素子を単位画素として用いた
固体撮像素子により画像を再生する装置が知られてい
る。かかる画像再生装置においては、固体撮像素子固有
の固定パターンノイズ（以下、ＦＰＮと略称する）をキ
ャンセルするために、フレームメモリ等の記憶手段を設
け、該記憶手段に各画素毎にＦＰＮを記憶し、固体撮像
素子の各画素から得られた画像情報から、各画素に対応
するＦＰＮを減算して画像信号を得るようにしたＦＰＮ
抑圧手段が必要となる。
【０００３】図15は、かかる内部増幅型光電変換素子に
よる画像再生装置において用いられている、例えば特開
昭６４−３９１７１号等に開示されている従来のＦＰＮ
抑圧手段のブロック構成図である。図15において、101
は固体撮像素子、102 は増幅回路、103 はＡ／Ｄ変換
器、104 は切換スイッチ、105 はフレームメモリ等から
なるＦＰＮメモリ、106 は減算器、107 はＤ／Ａ変換器
である。このように構成された画像再生装置において、
固体撮像素子101 から出力される画像信号は増幅回路10
2 で増幅され、Ａ／Ｄ変換器103 によりデジタル信号に
変換される。まず入射光を遮断した状態で固体撮像素子
101 から出力される暗時信号を、切換スイッチ104 をｂ
側に接続して、ＦＰＮメモリ105 に記憶する。この暗時
信号がＦＰＮ信号となる。暗時ＦＰＮ記憶動作の終了
後、切換スイッチ104 をａ側に切り換え接続し、遮光を
解除する。これにより、固体撮像素子101 から出力され
る光生成電荷による明時信号は、Ａ／Ｄ変換器103 でＡ
／Ｄ変換されて、減算器106 において、ＦＰＮメモリ10
5 内に記憶されたＦＰＮ信号と繰り返し減算処理され、
ＦＰＮが抑圧された画像信号となり、次いでＤ／Ａ変換
器107 に入力されＤ／Ａ変換されてビデオ信号として出
力される。なお、ＦＰＮメモリには、通常１フレーム又
は数フレームの平均された暗時信号が記憶される。
よる画像再生装置において用いられている、例えば特開
昭６４−３９１７１号等に開示されている従来のＦＰＮ
抑圧手段のブロック構成図である。図15において、101
は固体撮像素子、102 は増幅回路、103 はＡ／Ｄ変換
器、104 は切換スイッチ、105 はフレームメモリ等から
なるＦＰＮメモリ、106 は減算器、107 はＤ／Ａ変換器
である。このように構成された画像再生装置において、
固体撮像素子101 から出力される画像信号は増幅回路10
2 で増幅され、Ａ／Ｄ変換器103 によりデジタル信号に
変換される。まず入射光を遮断した状態で固体撮像素子
101 から出力される暗時信号を、切換スイッチ104 をｂ
側に接続して、ＦＰＮメモリ105 に記憶する。この暗時
信号がＦＰＮ信号となる。暗時ＦＰＮ記憶動作の終了
後、切換スイッチ104 をａ側に切り換え接続し、遮光を
解除する。これにより、固体撮像素子101 から出力され
る光生成電荷による明時信号は、Ａ／Ｄ変換器103 でＡ
／Ｄ変換されて、減算器106 において、ＦＰＮメモリ10
5 内に記憶されたＦＰＮ信号と繰り返し減算処理され、
ＦＰＮが抑圧された画像信号となり、次いでＤ／Ａ変換
器107 に入力されＤ／Ａ変換されてビデオ信号として出
力される。なお、ＦＰＮメモリには、通常１フレーム又
は数フレームの平均された暗時信号が記憶される。
【０００４】ここで、暗時ＦＰＮ記憶時に、固体撮像素
子を遮光する代わりに、蓄積した光生成電荷をリセット
した直後、あるいはリセットしながら固体撮像素子から
信号を読み出して得られる暗時信号を、暗時ＦＰＮ信号
とすることもできる。
子を遮光する代わりに、蓄積した光生成電荷をリセット
した直後、あるいはリセットしながら固体撮像素子から
信号を読み出して得られる暗時信号を、暗時ＦＰＮ信号
とすることもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図15に示し
た従来のＦＰＮ抑圧手段は、暗時のＦＰＮ信号を予めＦ
ＰＮメモリ105 に記憶させておいて、光生成電荷に応じ
た画像信号から前記暗時ＦＰＮ信号を減算してビデオ信
号を出力させるものであるため、温度変化等により暗時
ＦＰＮが変化した場合、この変化に追従できず、常に安
定してＦＰＮを抑圧することができないという問題点が
ある。
た従来のＦＰＮ抑圧手段は、暗時のＦＰＮ信号を予めＦ
ＰＮメモリ105 に記憶させておいて、光生成電荷に応じ
た画像信号から前記暗時ＦＰＮ信号を減算してビデオ信
号を出力させるものであるため、温度変化等により暗時
ＦＰＮが変化した場合、この変化に追従できず、常に安
定してＦＰＮを抑圧することができないという問題点が
ある。
【０００６】また上記温度変化対策のため、撮像途中で
固体撮像素子を間欠的に遮光して暗時ＦＰＮ信号を取り
込む方法が知られている。この方法により、連続撮像動
作中に、例えば１フレーム分の暗時信号をＦＰＮメモリ
に記憶させるためには、固体撮像素子からは図16の
（Ａ）に示すような出力が必要となり、時刻ｔd におい
て、固体撮像素子からは、光生成電荷の蓄積されていな
い暗時信号が出力される。この固体撮像素子の出力をそ
のまま映像出力とすると、図16の（Ｂ）に示すように、
時刻ｔd において、映像出力が得られず、モニタには時
刻ｔd のタイミングで、何も映らない画面のとぎれた状
態となる。この画面のとぎれを、図16の（Ｃ）に示すよ
うに、直前の撮像画面を繰り返し出力して補間しても、
動画に対しては動きが不自然になり、大きな問題とな
る。
固体撮像素子を間欠的に遮光して暗時ＦＰＮ信号を取り
込む方法が知られている。この方法により、連続撮像動
作中に、例えば１フレーム分の暗時信号をＦＰＮメモリ
に記憶させるためには、固体撮像素子からは図16の
（Ａ）に示すような出力が必要となり、時刻ｔd におい
て、固体撮像素子からは、光生成電荷の蓄積されていな
い暗時信号が出力される。この固体撮像素子の出力をそ
のまま映像出力とすると、図16の（Ｂ）に示すように、
時刻ｔd において、映像出力が得られず、モニタには時
刻ｔd のタイミングで、何も映らない画面のとぎれた状
態となる。この画面のとぎれを、図16の（Ｃ）に示すよ
うに、直前の撮像画面を繰り返し出力して補間しても、
動画に対しては動きが不自然になり、大きな問題とな
る。
【０００７】本発明は、従来の内部増幅型光電変換素子
のＦＰＮ抑圧手段の上記問題点を解消するためになされ
たもので、温度変化による暗時ＦＰＮの変化に追従し、
常に暗時ＦＰＮを安定に抑圧できるようにした動画撮像
にも対応可能な固体撮像素子の信号読み出し処理方式及
びそれに用いる固体撮像素子を提供することを目的とす
る。
のＦＰＮ抑圧手段の上記問題点を解消するためになされ
たもので、温度変化による暗時ＦＰＮの変化に追従し、
常に暗時ＦＰＮを安定に抑圧できるようにした動画撮像
にも対応可能な固体撮像素子の信号読み出し処理方式及
びそれに用いる固体撮像素子を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、内部増幅型光電変換素子を単位
画素とし該単位画素をマトリクス状に配列してなるＸＹ
アドレス型の固体撮像素子の信号読み出し処理方式にお
いて、一垂直走査期間のある特定の行の各画素の光生成
電荷による明時信号を読み出した後、前記特定行の各画
素の光生成電荷をリセットした直後又はリセットしなが
ら光生成電荷のない状態の暗時信号を読み出して前記特
定行の各画素の暗時信号を外部メモリに記憶する第１の
ステップと、前記特定行を一垂直走査期間毎又は複数垂
直走査期間毎に変化させながら、前記特定行の各画素の
暗時信号を外部メモリに記憶する第１のステップを各特
定行に対して順次実行し、複数垂直走査期間で全有効行
の各画素の暗時信号を前記外部メモリへ記憶させる第２
のステップと、全有効行の各画素の暗時信号を外部メモ
リへ記憶させる前記複数垂直走査期間毎に、外部メモリ
へ記憶された全有効行の各画素の暗時信号をリフレッシ
ュさせるか、または前回の記憶ステップで記憶された暗
時信号と新たに読み出された暗時信号を所定の比で加算
して記憶させる第３のステップと、前記外部メモリに記
憶した各行の画素の暗時信号を読み出し、タイミングを
合わせて対応する各行の画素の明時信号から減算処理す
る第４のステップとを備えて、固体撮像素子の信号読み
出し処理を行うものである。
決するため、本発明は、内部増幅型光電変換素子を単位
画素とし該単位画素をマトリクス状に配列してなるＸＹ
アドレス型の固体撮像素子の信号読み出し処理方式にお
いて、一垂直走査期間のある特定の行の各画素の光生成
電荷による明時信号を読み出した後、前記特定行の各画
素の光生成電荷をリセットした直後又はリセットしなが
ら光生成電荷のない状態の暗時信号を読み出して前記特
定行の各画素の暗時信号を外部メモリに記憶する第１の
ステップと、前記特定行を一垂直走査期間毎又は複数垂
直走査期間毎に変化させながら、前記特定行の各画素の
暗時信号を外部メモリに記憶する第１のステップを各特
定行に対して順次実行し、複数垂直走査期間で全有効行
の各画素の暗時信号を前記外部メモリへ記憶させる第２
のステップと、全有効行の各画素の暗時信号を外部メモ
リへ記憶させる前記複数垂直走査期間毎に、外部メモリ
へ記憶された全有効行の各画素の暗時信号をリフレッシ
ュさせるか、または前回の記憶ステップで記憶された暗
時信号と新たに読み出された暗時信号を所定の比で加算
して記憶させる第３のステップと、前記外部メモリに記
憶した各行の画素の暗時信号を読み出し、タイミングを
合わせて対応する各行の画素の明時信号から減算処理す
る第４のステップとを備えて、固体撮像素子の信号読み
出し処理を行うものである。
【０００９】このように構成した信号読み出し処理方式
においては、外部メモリに記憶された暗時信号は複数垂
直走査期間毎の短時間毎にリフレッシュ又は所定の比で
加算されるので、温度変化等により暗時ＦＰＮが変化し
た場合でも、その変化に十分に追従し常に安定に暗時Ｆ
ＰＮを抑圧した画像信号が得られる。また撮像途中にお
いて暗時信号を読み出す期間は、一垂直走査期間中僅か
１〜数ライン期間であり、撮像の連続性が損なわれるこ
とはなく、動画に対しても何ら問題を生ぜず、十分に対
応させることができる。
においては、外部メモリに記憶された暗時信号は複数垂
直走査期間毎の短時間毎にリフレッシュ又は所定の比で
加算されるので、温度変化等により暗時ＦＰＮが変化し
た場合でも、その変化に十分に追従し常に安定に暗時Ｆ
ＰＮを抑圧した画像信号が得られる。また撮像途中にお
いて暗時信号を読み出す期間は、一垂直走査期間中僅か
１〜数ライン期間であり、撮像の連続性が損なわれるこ
とはなく、動画に対しても何ら問題を生ぜず、十分に対
応させることができる。
【００１０】
【実施例】次に、実施例について説明する。図１は、本
発明に係る固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第１
実施例を説明するための信号読み出し処理装置のブロッ
ク構成図である。図１において、１は内部増幅型光電変
換素子を画素として用い、該画素をマトリクス状に配置
した受光部２を備えた固体撮像素子で、この実施例では
内部増幅型光電変換素子としてＣＭＤを用いたものを示
している。受光部２は説明を簡単にするため、３行×Ｌ
列の構成としている。３は垂直走査回路で、読み出す行
を選択する走査信号を送出するものである。４は水平走
査回路で、読み出し状態にある行のＬ個のＣＭＤ画素を
順次読み出す走査信号を送出するものである。５は増幅
器で、固体撮像素子１の画素出力信号を増幅するもので
あり、該増幅器５で増幅された出力信号は、Ａ／Ｄ変換
器６でＡ／Ｄ変換されて、１Ｈデレイライン７と、切換
スイッチ８の入力端子ｂと、ＦＰＮメモリ９へそれぞれ
入力されるようになっている。切換スイッチ８は、制御
信号入力端子10より入力される制御信号により、入力端
子ａに入力される１Ｈデレイライン７の出力信号、入力
端子ｂに入力される１Ｈデレイライン７の入力信号（Ａ
／Ｄ変換器６の出力信号）、入力端子ｃに入力されるＧ
ＮＤすなわちデジタル００ ・・・・ ０信号のいずれかを選
択出力するようになっている。11は減算器で、切換スイ
ッチ８で選択された信号から、ＦＰＮメモリ９の出力信
号を減算するものであり、減算器11の出力信号はＤ／Ａ
変換器12でＤ／Ａ変換され、ビデオ信号が出力されるよ
うになっている。
発明に係る固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第１
実施例を説明するための信号読み出し処理装置のブロッ
ク構成図である。図１において、１は内部増幅型光電変
換素子を画素として用い、該画素をマトリクス状に配置
した受光部２を備えた固体撮像素子で、この実施例では
内部増幅型光電変換素子としてＣＭＤを用いたものを示
している。受光部２は説明を簡単にするため、３行×Ｌ
列の構成としている。３は垂直走査回路で、読み出す行
を選択する走査信号を送出するものである。４は水平走
査回路で、読み出し状態にある行のＬ個のＣＭＤ画素を
順次読み出す走査信号を送出するものである。５は増幅
器で、固体撮像素子１の画素出力信号を増幅するもので
あり、該増幅器５で増幅された出力信号は、Ａ／Ｄ変換
器６でＡ／Ｄ変換されて、１Ｈデレイライン７と、切換
スイッチ８の入力端子ｂと、ＦＰＮメモリ９へそれぞれ
入力されるようになっている。切換スイッチ８は、制御
信号入力端子10より入力される制御信号により、入力端
子ａに入力される１Ｈデレイライン７の出力信号、入力
端子ｂに入力される１Ｈデレイライン７の入力信号（Ａ
／Ｄ変換器６の出力信号）、入力端子ｃに入力されるＧ
ＮＤすなわちデジタル００ ・・・・ ０信号のいずれかを選
択出力するようになっている。11は減算器で、切換スイ
ッチ８で選択された信号から、ＦＰＮメモリ９の出力信
号を減算するものであり、減算器11の出力信号はＤ／Ａ
変換器12でＤ／Ａ変換され、ビデオ信号が出力されるよ
うになっている。
【００１１】次に、このように構成されている信号読み
出し処理装置の動作について説明する。図２及び図３
は、この動作を説明するための各部の信号波形を示すタ
イミングチャートである。まず固体撮像素子１におい
て、垂直走査回路３を駆動して読み出す選択行のＣＭＤ
画素を読み出し状態にして、水平走査回路４により読み
出し状態にある行のＣＭＤ画素の信号を順番に読み出
す。垂直走査回路３により選択した行のＣＭＤ画素の読
み出し状態は、選択した行のＣＭＤ画素の共通ゲートラ
イン電位を読み出し電位ＶRDにすることで可能になる。
このとき非選択行の共通ゲートライン電位は蓄積電位Ｖ
STにしている。また、１行分の各画素の蓄積した光生成
電荷による信号を読み出した後、蓄積電荷をリセットす
るために、水平ブランキング期間に共通ゲートライン電
位をリセット電位ＶRST にする。なお、画素としてＣＭ
Ｄを用いた場合は、ブルーミング抑制のため水平ブラン
キング期間で、ゲート電位を蓄積電位ＶSTより高いオー
バーフロー電位ＶOFとして、過剰蓄積電荷の掃き出しを
行うオーバーフロー動作も行っている。
出し処理装置の動作について説明する。図２及び図３
は、この動作を説明するための各部の信号波形を示すタ
イミングチャートである。まず固体撮像素子１におい
て、垂直走査回路３を駆動して読み出す選択行のＣＭＤ
画素を読み出し状態にして、水平走査回路４により読み
出し状態にある行のＣＭＤ画素の信号を順番に読み出
す。垂直走査回路３により選択した行のＣＭＤ画素の読
み出し状態は、選択した行のＣＭＤ画素の共通ゲートラ
イン電位を読み出し電位ＶRDにすることで可能になる。
このとき非選択行の共通ゲートライン電位は蓄積電位Ｖ
STにしている。また、１行分の各画素の蓄積した光生成
電荷による信号を読み出した後、蓄積電荷をリセットす
るために、水平ブランキング期間に共通ゲートライン電
位をリセット電位ＶRST にする。なお、画素としてＣＭ
Ｄを用いた場合は、ブルーミング抑制のため水平ブラン
キング期間で、ゲート電位を蓄積電位ＶSTより高いオー
バーフロー電位ＶOFとして、過剰蓄積電荷の掃き出しを
行うオーバーフロー動作も行っている。
【００１２】図２においては、固体撮像素子１の１〜３
行の共通ゲートライン電位波形を、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ
で示している。このゲートライン電位波形Ａ，Ｂ，Ｃか
らわかるように、本実施例においては、第１フレームで
は、１行目の光生成電荷を蓄積した状態の明時信号を、
ｔ＝０〜１の期間に読み出して、ｔ＝１の時点で、蓄積
電荷をリセットしたのち、再びｔ＝１〜２の期間で１行
目の画素の信号を読み出すようにゲートライン電位を制
御している。これは、ｔ＝１〜２の期間では光生成電荷
の蓄積していない状態の暗時信号を読み出していること
に相当する。
行の共通ゲートライン電位波形を、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ
で示している。このゲートライン電位波形Ａ，Ｂ，Ｃか
らわかるように、本実施例においては、第１フレームで
は、１行目の光生成電荷を蓄積した状態の明時信号を、
ｔ＝０〜１の期間に読み出して、ｔ＝１の時点で、蓄積
電荷をリセットしたのち、再びｔ＝１〜２の期間で１行
目の画素の信号を読み出すようにゲートライン電位を制
御している。これは、ｔ＝１〜２の期間では光生成電荷
の蓄積していない状態の暗時信号を読み出していること
に相当する。
【００１３】内部増幅型光電変換素子は、蓄積電荷を増
幅するトランジスタの特性ばらつきによるＦＰＮを発生
するが、上記暗時信号の読み出しは暗電流をゼロとした
場合の暗時ＦＰＮ（以下、この意味で用いる）を読み出
していることになる。暗電流は最近非常に小さく抑えら
れており、通常の固体撮像素子の使用条件下では無視で
きるようになっているため、暗時ＦＰＮはほぼトランジ
スタの特性のばらつきにより発生しているものを意味す
る。暗時ＦＰＮは光量に無関係に一定レベル存在し、最
初に読み出した光生成電荷に応じた明時信号にオフセッ
ト的に重畳されている。
幅するトランジスタの特性ばらつきによるＦＰＮを発生
するが、上記暗時信号の読み出しは暗電流をゼロとした
場合の暗時ＦＰＮ（以下、この意味で用いる）を読み出
していることになる。暗電流は最近非常に小さく抑えら
れており、通常の固体撮像素子の使用条件下では無視で
きるようになっているため、暗時ＦＰＮはほぼトランジ
スタの特性のばらつきにより発生しているものを意味す
る。暗時ＦＰＮは光量に無関係に一定レベル存在し、最
初に読み出した光生成電荷に応じた明時信号にオフセッ
ト的に重畳されている。
【００１４】次いで、同様にして第２フレームでは２行
目の暗時信号を、第３フレームでは３行目の暗時信号を
読み出し、第４フレームでは再び１行目の暗時信号を読
み出すようにしている。なお、通常は各フレーム間には
垂直ブランキング期間が存在するが、図２において
は、。各フレームのうち５ラインが垂直ブランキング期
間に相当する。垂直走査回路３から出力されるこのよう
なゲートライン電位を印加することにより読み出され
た、明るさが一様な被写体を撮像した場合の信号波形、
及び増幅されＡ／Ｄ変換された信号波形を、図２のＤ，
Ｅで示す。なお、上記信号波形Ｅ及び次に述べる信号波
形Ｆ〜Ｌは、デジタル信号であるが、わかり易いように
アナログ信号として波形を示している。
目の暗時信号を、第３フレームでは３行目の暗時信号を
読み出し、第４フレームでは再び１行目の暗時信号を読
み出すようにしている。なお、通常は各フレーム間には
垂直ブランキング期間が存在するが、図２において
は、。各フレームのうち５ラインが垂直ブランキング期
間に相当する。垂直走査回路３から出力されるこのよう
なゲートライン電位を印加することにより読み出され
た、明るさが一様な被写体を撮像した場合の信号波形、
及び増幅されＡ／Ｄ変換された信号波形を、図２のＤ，
Ｅで示す。なお、上記信号波形Ｅ及び次に述べる信号波
形Ｆ〜Ｌは、デジタル信号であるが、わかり易いように
アナログ信号として波形を示している。
【００１５】上記出力信号波形Ｄ，Ｅからわかるよう
に、第１フレームでは、１行目明時信号１Ｓに次いで、
１行目暗時信号１Ｆが読み出され、１Ｓ，１Ｆ，２Ｓ，
３Ｓの順番で固体撮像素子１から信号が読み出される。
なお、１〜３行目の明時信号は１Ｓ，２Ｓ，３Ｓで表
し、暗時信号は１Ｆ，２Ｆ，３Ｆで表すことにする。同
様に第２フレームでは、１Ｓ，２Ｓ，２Ｆ，３Ｓの順
番、第３フレームでは１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，３Ｆの順番と
なり、第４フレームでは再び第１フレームと同一の信号
読み出し順番に戻る。
に、第１フレームでは、１行目明時信号１Ｓに次いで、
１行目暗時信号１Ｆが読み出され、１Ｓ，１Ｆ，２Ｓ，
３Ｓの順番で固体撮像素子１から信号が読み出される。
なお、１〜３行目の明時信号は１Ｓ，２Ｓ，３Ｓで表
し、暗時信号は１Ｆ，２Ｆ，３Ｆで表すことにする。同
様に第２フレームでは、１Ｓ，２Ｓ，２Ｆ，３Ｓの順
番、第３フレームでは１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，３Ｆの順番と
なり、第４フレームでは再び第１フレームと同一の信号
読み出し順番に戻る。
【００１６】これらの出力信号Ｅを１Ｈデレイライン７
で１ライン遅延した出力信号を図２のＦで示し、各行の
明時信号及び暗時信号にはダッシュを付して示してい
る。
で１ライン遅延した出力信号を図２のＦで示し、各行の
明時信号及び暗時信号にはダッシュを付して示してい
る。
【００１７】切換スイッチ８は、入力端子10に印加する
制御信号Ｇの制御電圧Ｖa ，Ｖb ，Ｖc によって、それ
ぞれ入力端子ａ，ｂ，ｃへの入力信号を選択し出力する
ようになっており、図３においてＧで示す制御信号波形
を与えることにより、切換スイッチ８の出力端子から
は、図３における信号波形Ｈで示すように、暗時信号の
抜けた連続した明時信号が得られる。
制御信号Ｇの制御電圧Ｖa ，Ｖb ，Ｖc によって、それ
ぞれ入力端子ａ，ｂ，ｃへの入力信号を選択し出力する
ようになっており、図３においてＧで示す制御信号波形
を与えることにより、切換スイッチ８の出力端子から
は、図３における信号波形Ｈで示すように、暗時信号の
抜けた連続した明時信号が得られる。
【００１８】一方、ＦＰＮメモリ９は、固体撮像素子１
から暗時信号が出力される期間のみライトイネーブルと
し、暗時信号を書き込み記憶するようになっている。す
なわち、第１フレームでは１行目の暗時信号１Ｆを、第
２，第３の各フレームでは、それぞれ２，３行目の暗時
信号２Ｆ，３Ｆを書き込むことになり、したがって第
１，第２，第３フレームの期間で全有効行の暗時信号の
書き込み記憶動作が完了する。そしてＦＰＮメモリ９か
らは、切換スイッチ８の出力信号Ｈに、タイミングを一
致させて、暗時信号が連続して読み出されるようになっ
ており、このＦＰＮメモリ９から読み出され暗時信号を
図３のＩに示す。減算器11では、切換スイッチ８の出力
信号ＨからＦＰＮメモリ９からの暗時信号Ｉを減算し、
これにより、暗時ＦＰＮが抑圧されたビデオ信号Ｊが得
られる。
から暗時信号が出力される期間のみライトイネーブルと
し、暗時信号を書き込み記憶するようになっている。す
なわち、第１フレームでは１行目の暗時信号１Ｆを、第
２，第３の各フレームでは、それぞれ２，３行目の暗時
信号２Ｆ，３Ｆを書き込むことになり、したがって第
１，第２，第３フレームの期間で全有効行の暗時信号の
書き込み記憶動作が完了する。そしてＦＰＮメモリ９か
らは、切換スイッチ８の出力信号Ｈに、タイミングを一
致させて、暗時信号が連続して読み出されるようになっ
ており、このＦＰＮメモリ９から読み出され暗時信号を
図３のＩに示す。減算器11では、切換スイッチ８の出力
信号ＨからＦＰＮメモリ９からの暗時信号Ｉを減算し、
これにより、暗時ＦＰＮが抑圧されたビデオ信号Ｊが得
られる。
【００１９】図１に示した実施例では、３フレーム毎に
ＦＰＮメモリ９に記憶した暗時ＦＰＮがリフレッシュさ
れるが、ＮＴＳＣ方式に対応した行数をもつ通常の固体
撮像素子について考えると、暗時ＦＰＮは１フィールド
に１行ずつ書き込まれ、525フィールドで全行の暗時信
号の記憶が完了するから、暗時信号リフレッシュ周期は
525 フィールドとなり、１／60（秒）×525 ≒９秒であ
る。このリフレッシュ周期は周囲温度変化の時間に比べ
て十分小さい時間であり、周囲温度変化に対しての暗時
ＦＰＮの変化に完全に追従できる。なお、９秒毎に完全
にＦＰＮメモリに記憶されている信号をリフレッシュせ
ずに、一般的なノイズリデュースの方法を用いて、記憶
している信号と新たに読み出した信号を適当な比で加算
し、ランダムノイズを抑圧して再記憶する方法が有効で
あることは言うまでもない。
ＦＰＮメモリ９に記憶した暗時ＦＰＮがリフレッシュさ
れるが、ＮＴＳＣ方式に対応した行数をもつ通常の固体
撮像素子について考えると、暗時ＦＰＮは１フィールド
に１行ずつ書き込まれ、525フィールドで全行の暗時信
号の記憶が完了するから、暗時信号リフレッシュ周期は
525 フィールドとなり、１／60（秒）×525 ≒９秒であ
る。このリフレッシュ周期は周囲温度変化の時間に比べ
て十分小さい時間であり、周囲温度変化に対しての暗時
ＦＰＮの変化に完全に追従できる。なお、９秒毎に完全
にＦＰＮメモリに記憶されている信号をリフレッシュせ
ずに、一般的なノイズリデュースの方法を用いて、記憶
している信号と新たに読み出した信号を適当な比で加算
し、ランダムノイズを抑圧して再記憶する方法が有効で
あることは言うまでもない。
【００２０】また、全行の暗時ＦＰＮを取り込むまでに
９秒かかるので、電源投入後、暗時ＦＰＮの抑圧された
画像信号が出力されるまで９秒かかることになる。この
時間は、通常は装置の立ち上げ時間として許容できる範
囲であるが、例えば電源投入時にはオーバーフロー電位
ＶOFをリセット電位ＶRST に等しくして、水平ブランキ
ング毎にリセット動作を行い、全行の暗時信号が出力す
る状態にして、連続して暗時信号をＦＰＮメモリに書き
込むことによって、最低１フレーム期間（１／30秒）
で、全行の暗時ＦＰＮをＦＰＮメモリに記憶する方法を
用いることにより、立ち上げ時間の短縮化を図ることが
可能である。
９秒かかるので、電源投入後、暗時ＦＰＮの抑圧された
画像信号が出力されるまで９秒かかることになる。この
時間は、通常は装置の立ち上げ時間として許容できる範
囲であるが、例えば電源投入時にはオーバーフロー電位
ＶOFをリセット電位ＶRST に等しくして、水平ブランキ
ング毎にリセット動作を行い、全行の暗時信号が出力す
る状態にして、連続して暗時信号をＦＰＮメモリに書き
込むことによって、最低１フレーム期間（１／30秒）
で、全行の暗時ＦＰＮをＦＰＮメモリに記憶する方法を
用いることにより、立ち上げ時間の短縮化を図ることが
可能である。
【００２１】図１に示した第１実施例においては、デジ
タル信号間で明時信号から暗時ＦＰＮの減算処理を行っ
ているが、暗時信号のみデジタル化してＦＰＮメモリに
記憶し、ＦＰＮメモリの出力を再度アナログ信号に変換
したのち、アナログ信号の明時信号から減算するように
構成しても問題はない。図４は、このようにアナログ信
号間で減算処理を行うようにした第２実施例を説明する
ためのブロック構成図で、図１に示した第１実施例と同
一又は対応する部材には同一符号を付して示している。
図４において、13はアナログ信号の明時信号を１ライン
遅延させるための１Ｈデレイライン、14は切換スイッ
チ、16はアナログ信号間の減算処理を行う減算器であ
る。
タル信号間で明時信号から暗時ＦＰＮの減算処理を行っ
ているが、暗時信号のみデジタル化してＦＰＮメモリに
記憶し、ＦＰＮメモリの出力を再度アナログ信号に変換
したのち、アナログ信号の明時信号から減算するように
構成しても問題はない。図４は、このようにアナログ信
号間で減算処理を行うようにした第２実施例を説明する
ためのブロック構成図で、図１に示した第１実施例と同
一又は対応する部材には同一符号を付して示している。
図４において、13はアナログ信号の明時信号を１ライン
遅延させるための１Ｈデレイライン、14は切換スイッ
チ、16はアナログ信号間の減算処理を行う減算器であ
る。
【００２２】図１に示した第１実施例は、暗時ＦＰＮの
減算処理をデジタル方式で行うためＦＰＮ減算の精度が
良いが、映像信号をデジタル化するため多ビットのＡ／
Ｄ変換器を使用しないとＳ／Ｎが劣化するので、高価で
あるという問題点がある。これに対し、上記第２実施例
は、暗時ＦＰＮの減算処理をアナログ方式で行うため、
ＦＰＮ減算精度は第１実施例に比べて劣るが、Ａ／Ｄ変
換器のビット数は第１実施例に比べて小さくて済み、経
済的に有利であるという利点がある。
減算処理をデジタル方式で行うためＦＰＮ減算の精度が
良いが、映像信号をデジタル化するため多ビットのＡ／
Ｄ変換器を使用しないとＳ／Ｎが劣化するので、高価で
あるという問題点がある。これに対し、上記第２実施例
は、暗時ＦＰＮの減算処理をアナログ方式で行うため、
ＦＰＮ減算精度は第１実施例に比べて劣るが、Ａ／Ｄ変
換器のビット数は第１実施例に比べて小さくて済み、経
済的に有利であるという利点がある。
【００２３】上記第１及び第２実施例においては、明時
信号読み出しの途中で暗時信号を読み出すために、暗時
信号を読み出す行の前後で蓄積時間が１ライン期間分異
なる現象が生ずる。すなわち図２に示したタイミングチ
ャートからわかるように、第２フレームにおいて１行目
で読み出す生成電荷の蓄積期間は、ｔ＝２〜５の３ライ
ン、２行目についてはｔ＝３〜６の３ライン、３行目に
ついてはｔ＝４〜８の４ラインとなる。以下同様に第３
フレームの１，２，３行目は、それぞれ４，３，３ライ
ンとなり、第４フレームの１，２，３行目は、それぞれ
４，５，４ラインとなる。
信号読み出しの途中で暗時信号を読み出すために、暗時
信号を読み出す行の前後で蓄積時間が１ライン期間分異
なる現象が生ずる。すなわち図２に示したタイミングチ
ャートからわかるように、第２フレームにおいて１行目
で読み出す生成電荷の蓄積期間は、ｔ＝２〜５の３ライ
ン、２行目についてはｔ＝３〜６の３ライン、３行目に
ついてはｔ＝４〜８の４ラインとなる。以下同様に第３
フレームの１，２，３行目は、それぞれ４，３，３ライ
ンとなり、第４フレームの１，２，３行目は、それぞれ
４，５，４ラインとなる。
【００２４】この蓄積時間の差は、３行の固体撮像素子
で１フレームに１行の暗時信号を読み出す場合は、４ラ
インを中心として±１ライン期間分である。Ｎ行の固体
撮像素子で１フレームに１行の暗時信号を読み出す場合
は、正確には垂直ブランキング期間によるが、Ｎライン
を中心として±１ライン期間となる。走査線525 ライン
のＮＴＳＣ方式に対応した一般の固体撮像素子において
は、１ラインの蓄積時間差による蓄積電荷量の差は、フ
ィールド蓄積読み出しの場合、１／（ 525／２）×100
≒0.４％に過ぎず、通常は実用上問題がない。
で１フレームに１行の暗時信号を読み出す場合は、４ラ
インを中心として±１ライン期間分である。Ｎ行の固体
撮像素子で１フレームに１行の暗時信号を読み出す場合
は、正確には垂直ブランキング期間によるが、Ｎライン
を中心として±１ライン期間となる。走査線525 ライン
のＮＴＳＣ方式に対応した一般の固体撮像素子において
は、１ラインの蓄積時間差による蓄積電荷量の差は、フ
ィールド蓄積読み出しの場合、１／（ 525／２）×100
≒0.４％に過ぎず、通常は実用上問題がない。
【００２５】しかし、用途によっては問題となる場合が
あるので、この蓄積時間差の問題を解消できるようにし
た第３実施例について説明する。図５は第３実施例を説
明するための信号読み出し処理装置のブロック構成図で
ある。この実施例においては、図１に示した実施例にお
けるＤ／Ａ変換器12の前段に乗算器17を設け、信号レベ
ル補正を加えるようにするものである。乗算器17は、係
数入力端子18から入力された乗算器係数を、入力信号に
乗算する。図３のタイミングチャートに、係数波形をＫ
で示す。ここでＫ1 ：Ｋ0 ：Ｋ2 ＝１／３：１／４：１
／５に設定すれば、信号レベル差を補正することができ
る。補正後の信号波形をＬで示す。
あるので、この蓄積時間差の問題を解消できるようにし
た第３実施例について説明する。図５は第３実施例を説
明するための信号読み出し処理装置のブロック構成図で
ある。この実施例においては、図１に示した実施例にお
けるＤ／Ａ変換器12の前段に乗算器17を設け、信号レベ
ル補正を加えるようにするものである。乗算器17は、係
数入力端子18から入力された乗算器係数を、入力信号に
乗算する。図３のタイミングチャートに、係数波形をＫ
で示す。ここでＫ1 ：Ｋ0 ：Ｋ2 ＝１／３：１／４：１
／５に設定すれば、信号レベル差を補正することができ
る。補正後の信号波形をＬで示す。
【００２６】なお、上記第１〜第３実施例においては、
１フレーム期間に１行の暗時信号を読み出すために、明
時信号の読み出しの連続性が、１行読み出し期間とぎれ
ることになる。しかし、走査線525 ラインのＮＴＳＣ方
式に対応した一般の固体撮像素子においては、１行の読
み出し期間は約64μsec であり、この期間に行間の読み
出しの連続性が損なわれても、視覚的には検知されず問
題とならない。すなわち動画撮像上も問題とならない。
１フレーム期間に１行の暗時信号を読み出すために、明
時信号の読み出しの連続性が、１行読み出し期間とぎれ
ることになる。しかし、走査線525 ラインのＮＴＳＣ方
式に対応した一般の固体撮像素子においては、１行の読
み出し期間は約64μsec であり、この期間に行間の読み
出しの連続性が損なわれても、視覚的には検知されず問
題とならない。すなわち動画撮像上も問題とならない。
【００２７】また、上記各実施例では、１フレームに１
行ずつ暗時信号を読み出す場合について説明を行った
が、１フレームに数行ずつ連続して、あるいは間隔をあ
けて暗時信号を読み出すようにしても構わない。例え
ば、Ｎ行の受光部をもつ固体撮像素子で１フレームに２
行ずつ連続して読み出す場合は、次のように固体撮像素
子から信号が読み出される。 第１フレームでは、１Ｓ，１Ｆ，２Ｓ，２Ｆ，３Ｓ，４
Ｓ，５Ｓ，・・・ ＮＳ 第２フレームでは、１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，３Ｆ，４Ｓ，４
Ｆ，５Ｓ，・・・ ＮＳ また、１フレームに２行ずつ２行の間隔をあけて読み出
す場合は、次のように信号が読み出される。 第１フレームでは、１Ｓ，１Ｆ，２Ｓ，３Ｓ，４Ｓ，４
Ｆ，５Ｓ，・・・ ＮＳ 第２フレームでは、１Ｓ，２Ｓ，２Ｆ，３Ｓ，４Ｓ，５
Ｓ，５Ｆ，・・・ ＮＳ
行ずつ暗時信号を読み出す場合について説明を行った
が、１フレームに数行ずつ連続して、あるいは間隔をあ
けて暗時信号を読み出すようにしても構わない。例え
ば、Ｎ行の受光部をもつ固体撮像素子で１フレームに２
行ずつ連続して読み出す場合は、次のように固体撮像素
子から信号が読み出される。 第１フレームでは、１Ｓ，１Ｆ，２Ｓ，２Ｆ，３Ｓ，４
Ｓ，５Ｓ，・・・ ＮＳ 第２フレームでは、１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，３Ｆ，４Ｓ，４
Ｆ，５Ｓ，・・・ ＮＳ また、１フレームに２行ずつ２行の間隔をあけて読み出
す場合は、次のように信号が読み出される。 第１フレームでは、１Ｓ，１Ｆ，２Ｓ，３Ｓ，４Ｓ，４
Ｆ，５Ｓ，・・・ ＮＳ 第２フレームでは、１Ｓ，２Ｓ，２Ｆ，３Ｓ，４Ｓ，５
Ｓ，５Ｆ，・・・ ＮＳ
【００２８】このような１フレームに２行ずつの暗時信
号を読み出す場合は、蓄積時間は最大±２ライン増減す
ることになり、また読み出しの連続性も最大２ライン期
間とぎれることになるが、ＮＴＳＣ方式対応の固体撮像
素子においては、それぞれ信号レベル差は0.８％、とぎ
れる時間は約128 μsec であり、実用上問題とならな
い。また信号レベル差については、図５に示した第３実
施例の方法を用いることにより補正可能である。
号を読み出す場合は、蓄積時間は最大±２ライン増減す
ることになり、また読み出しの連続性も最大２ライン期
間とぎれることになるが、ＮＴＳＣ方式対応の固体撮像
素子においては、それぞれ信号レベル差は0.８％、とぎ
れる時間は約128 μsec であり、実用上問題とならな
い。また信号レベル差については、図５に示した第３実
施例の方法を用いることにより補正可能である。
【００２９】また、上記各実施例では、フレーム毎に暗
時信号を読み出す行を変化させるようにしたものを示し
たが、暗時信号を読み出す行は、複数フレーム毎に変化
させるようにしても、同様に本発明による効果が得られ
る。
時信号を読み出す行を変化させるようにしたものを示し
たが、暗時信号を読み出す行は、複数フレーム毎に変化
させるようにしても、同様に本発明による効果が得られ
る。
【００３０】上記固体撮像素子の信号読み出し処理方式
に関する発明は、暗時信号を記憶したＦＰＮメモリの内
容の更新を例えば１フレーム期間に、１行又は数行分ず
つ行う方式であるが、この方式を従来の内部増幅型光電
変換素子を用いたＸＹアドレス型の固体撮像素子に、そ
のまま適用することは困難である。次に、上記固体撮像
素子の信号読み出し処理方式を実施するために用いる固
体撮像素子について説明する。
に関する発明は、暗時信号を記憶したＦＰＮメモリの内
容の更新を例えば１フレーム期間に、１行又は数行分ず
つ行う方式であるが、この方式を従来の内部増幅型光電
変換素子を用いたＸＹアドレス型の固体撮像素子に、そ
のまま適用することは困難である。次に、上記固体撮像
素子の信号読み出し処理方式を実施するために用いる固
体撮像素子について説明する。
【００３１】まず、本発明に係る内部増幅型光電変換素
子を用いたＸＹアドレス型の固体撮像素子の概要を、図
６の概念図に基づいて説明する。図６において、21は水
平走査回路、22は垂直走査回路、23はＣＭＤ画素を３行
３列に並べて構成した受光部、24は水平走査回路21に入
力されるクロック群、25は垂直走査回路22に入力される
クロック群、26は信号出力端子、27はＣＭＤのドレイン
電源である。なおＣＭＤの動作を制御するために必要な
蓄積，読み出し，リセット，オーバーフロー電源は図示
を省略している。
子を用いたＸＹアドレス型の固体撮像素子の概要を、図
６の概念図に基づいて説明する。図６において、21は水
平走査回路、22は垂直走査回路、23はＣＭＤ画素を３行
３列に並べて構成した受光部、24は水平走査回路21に入
力されるクロック群、25は垂直走査回路22に入力される
クロック群、26は信号出力端子、27はＣＭＤのドレイン
電源である。なおＣＭＤの動作を制御するために必要な
蓄積，読み出し，リセット，オーバーフロー電源は図示
を省略している。
【００３２】ＣＭＤを用いたＸＹアドレス型の固体撮像
素子では、垂直走査回路22により選択され読み出し状態
にある行の信号を、水平走査回路21により順番に読み出
すようになっており、垂直走査回路22はシフトレジスタ
とＣＭＤの動作を制御する４値のゲート電位を発生する
レベルミックス回路からなり、水平走査回路21はシフト
レジスタと信号選択スイッチとで構成されている。垂直
及び水平走査回路22，21に含まれるシフトレジスタは、
入力されるクロックに従い信号を順次シフトさせていく
ものである。図７に、図６に示した固体撮像素子におけ
る信号出力の態様と、垂直走査回路22から各行のゲート
ラインに出力されるゲート電位を示す。本発明における
固体撮像素子においては、第１フレームでは、第１行の
画素の光生成電荷による入射光情報をもった明時信号１
Ｓの読み出しに続いて、第１行の入射光情報をリセット
した後、第１行の入射光情報をもたない暗時信号１Ｆを
読み出す。次に、第２行，第３行の入射光情報をもった
明時信号２Ｓ，３Ｓを読み出す。第２フレームでは、第
１行の入射光情報をもった明時信号１Ｓを読み出した
後、第２行の入射光情報をもった明時信号２Ｓの読み出
しに続いて、第２行の入射光情報をリセットした後、第
２行の入射光情報をもたない暗時信号２Ｆを読み出す。
次に、第３行の入射光情報をもった明時信号３Ｓを読み
出す。このように、連続するフレームにおいて、入射光
情報をもった明時信号に続き、入射光情報をもたない信
号すなわち暗時信号を読み出す行を変化させ、一定のフ
レーム期間で、１フレーム分の暗時信号を更新させるこ
とができるように、垂直及び水平走査回路が構成されて
いる。
素子では、垂直走査回路22により選択され読み出し状態
にある行の信号を、水平走査回路21により順番に読み出
すようになっており、垂直走査回路22はシフトレジスタ
とＣＭＤの動作を制御する４値のゲート電位を発生する
レベルミックス回路からなり、水平走査回路21はシフト
レジスタと信号選択スイッチとで構成されている。垂直
及び水平走査回路22，21に含まれるシフトレジスタは、
入力されるクロックに従い信号を順次シフトさせていく
ものである。図７に、図６に示した固体撮像素子におけ
る信号出力の態様と、垂直走査回路22から各行のゲート
ラインに出力されるゲート電位を示す。本発明における
固体撮像素子においては、第１フレームでは、第１行の
画素の光生成電荷による入射光情報をもった明時信号１
Ｓの読み出しに続いて、第１行の入射光情報をリセット
した後、第１行の入射光情報をもたない暗時信号１Ｆを
読み出す。次に、第２行，第３行の入射光情報をもった
明時信号２Ｓ，３Ｓを読み出す。第２フレームでは、第
１行の入射光情報をもった明時信号１Ｓを読み出した
後、第２行の入射光情報をもった明時信号２Ｓの読み出
しに続いて、第２行の入射光情報をリセットした後、第
２行の入射光情報をもたない暗時信号２Ｆを読み出す。
次に、第３行の入射光情報をもった明時信号３Ｓを読み
出す。このように、連続するフレームにおいて、入射光
情報をもった明時信号に続き、入射光情報をもたない信
号すなわち暗時信号を読み出す行を変化させ、一定のフ
レーム期間で、１フレーム分の暗時信号を更新させるこ
とができるように、垂直及び水平走査回路が構成されて
いる。
【００３３】次に、本発明に係る固体撮像素子の具体的
な実施例について説明する。ＣＭＤを用いた固体撮像素
子においては、垂直走査回路に含まれるレベルミックス
回路から出力される４値のパルスにより、ＣＭＤ画素の
蓄積，読み出し，リセット，オーバーフローの各動作が
制御される。また、水平走査回路は垂直走査回路により
読み出し状態に選択された行の画素の出力を順次読み出
す働きをする。したがって、本発明による固体撮像素子
は、従来のＣＭＤを用いた固体撮像素子の垂直走査回路
を変更することにより実現可能である。図８は、ＣＭＤ
を用いた固体撮像素子の第１の実施例の垂直走査回路を
示す回路構成図であり、本実施例では３行３列の受光部
に対応させて３段の垂直走査回路を示している。
な実施例について説明する。ＣＭＤを用いた固体撮像素
子においては、垂直走査回路に含まれるレベルミックス
回路から出力される４値のパルスにより、ＣＭＤ画素の
蓄積，読み出し，リセット，オーバーフローの各動作が
制御される。また、水平走査回路は垂直走査回路により
読み出し状態に選択された行の画素の出力を順次読み出
す働きをする。したがって、本発明による固体撮像素子
は、従来のＣＭＤを用いた固体撮像素子の垂直走査回路
を変更することにより実現可能である。図８は、ＣＭＤ
を用いた固体撮像素子の第１の実施例の垂直走査回路を
示す回路構成図であり、本実施例では３行３列の受光部
に対応させて３段の垂直走査回路を示している。
【００３４】図８において、31は２個のクロックドイン
バータからなるシフトレジスタユニットを縦続接続して
なるシフトレジスタで、32はシフトレジスタユニット、
33-1はシフトレジスタユニットを構成する第１のクロッ
クドインバータ、33-2はシフトレジスタユニットを構成
する第２のクロックドインバータを示している。34はレ
ベルミックス回路で、本件出願人が特願平４−５６０７
６号で提案したものを用いており、35はレベルミックス
回路を構成するレベルミックス回路ユニットである。ま
た36はリセット電源、37は読み出し電源、38はオーバー
フロー電源、39は蓄積電源である。そして、シフトレジ
スタ31の第１のクロックドインバータ33-1には、クロッ
クφV2とその反転クロック／φV2及びスタートパルスφ
VST を入力し、第２のクロックドインバータ33-2には、
クロックφV1とその反転クロック／φV1を入力してい
る。またレベルミックス回路34のレベルミックス回路ユ
ニット35を構成しているトランジスタＱofには、クロッ
ク／φV1を、同じくトランジスタＱacにはクロックφV1
を入力し、またリセット電源36に接続されたトランジス
タＱrsにはクロック／φV3（クロックφV3の反転クロッ
ク）を、読み出し電源37に接続されているトランジスタ
Ｑrdには、クロックφV3を入力している。そして、シフ
トレジスタ31を構成する各シフトレジスタユニット32の
出力である選択信号Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 は、インバータを
介してレベルミックス回路34の各ユニット35へ入力さ
れ、各レベルミックス回路ユニット35から各行のゲート
ラインにゲート電位Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 が出力されるよう
になっている。
バータからなるシフトレジスタユニットを縦続接続して
なるシフトレジスタで、32はシフトレジスタユニット、
33-1はシフトレジスタユニットを構成する第１のクロッ
クドインバータ、33-2はシフトレジスタユニットを構成
する第２のクロックドインバータを示している。34はレ
ベルミックス回路で、本件出願人が特願平４−５６０７
６号で提案したものを用いており、35はレベルミックス
回路を構成するレベルミックス回路ユニットである。ま
た36はリセット電源、37は読み出し電源、38はオーバー
フロー電源、39は蓄積電源である。そして、シフトレジ
スタ31の第１のクロックドインバータ33-1には、クロッ
クφV2とその反転クロック／φV2及びスタートパルスφ
VST を入力し、第２のクロックドインバータ33-2には、
クロックφV1とその反転クロック／φV1を入力してい
る。またレベルミックス回路34のレベルミックス回路ユ
ニット35を構成しているトランジスタＱofには、クロッ
ク／φV1を、同じくトランジスタＱacにはクロックφV1
を入力し、またリセット電源36に接続されたトランジス
タＱrsにはクロック／φV3（クロックφV3の反転クロッ
ク）を、読み出し電源37に接続されているトランジスタ
Ｑrdには、クロックφV3を入力している。そして、シフ
トレジスタ31を構成する各シフトレジスタユニット32の
出力である選択信号Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 は、インバータを
介してレベルミックス回路34の各ユニット35へ入力さ
れ、各レベルミックス回路ユニット35から各行のゲート
ラインにゲート電位Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 が出力されるよう
になっている。
【００３５】次に、このように構成された垂直走査回路
の動作を、図９に示した選択信号Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 及び
ゲート電位Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 のタイミングチャートを参
照しながら説明する。図９に示すように、第１フレーム
においては時刻ｔ1 で、クロックφV2のハイレベルを出
力しないようにしている。したがって第１段目のシフト
レジスタユニットからは選択信号Ｓ1 が出力され、時刻
ｔ1 の直前で選択状態にある行、すなわち第１行がクロ
ックφV1の２周期分にわたり選択状態となる。また選択
行に対して、リセット電位を供給するタイミングを決め
るクロックφV3は、時刻ｔ1 においてもハイレベルが失
われないようにしており、したがって第１行は選択状態
の前半は、入射光情報をもった明時信号が読み出され、
入射光情報をリセットし、選択状態の後半に、入射光情
報をもたない信号すなわち暗時信号が連続して読み出さ
れる。次の第２フレームでは、時刻ｔ2 で、クロックφ
V2のハイレベルが失われるようにしている。したがって
時刻ｔ2 の直前では、第２行が選択状態であるので、こ
のフレームでは第２行がクロックφV1の２周期分にわた
り選択状態となる。そして、先のフレームにおける第１
行と同様の読み出しが第２行に対して行われる。
の動作を、図９に示した選択信号Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 及び
ゲート電位Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 のタイミングチャートを参
照しながら説明する。図９に示すように、第１フレーム
においては時刻ｔ1 で、クロックφV2のハイレベルを出
力しないようにしている。したがって第１段目のシフト
レジスタユニットからは選択信号Ｓ1 が出力され、時刻
ｔ1 の直前で選択状態にある行、すなわち第１行がクロ
ックφV1の２周期分にわたり選択状態となる。また選択
行に対して、リセット電位を供給するタイミングを決め
るクロックφV3は、時刻ｔ1 においてもハイレベルが失
われないようにしており、したがって第１行は選択状態
の前半は、入射光情報をもった明時信号が読み出され、
入射光情報をリセットし、選択状態の後半に、入射光情
報をもたない信号すなわち暗時信号が連続して読み出さ
れる。次の第２フレームでは、時刻ｔ2 で、クロックφ
V2のハイレベルが失われるようにしている。したがって
時刻ｔ2 の直前では、第２行が選択状態であるので、こ
のフレームでは第２行がクロックφV1の２周期分にわた
り選択状態となる。そして、先のフレームにおける第１
行と同様の読み出しが第２行に対して行われる。
【００３６】このように、本実施例によれば、１フレー
ムの中、特定の１行に対して、入射光情報をもった明時
信号を読み出した後、入射光情報をリセットし、暗時信
号を読み出すことができるようになっている。また、連
続するフレームで、この特定の行を変化させることによ
り、有限のフレーム期間で、１フレーム分の暗時信号を
得ることができる。フレームメモリからなるＦＰＮメモ
リの内容の中、暗時信号を得る画素に対応する内容につ
いてメモリの内容を更新していくことにより、順次ＦＰ
Ｎメモリに記憶した暗時信号を更新することができる。
ムの中、特定の１行に対して、入射光情報をもった明時
信号を読み出した後、入射光情報をリセットし、暗時信
号を読み出すことができるようになっている。また、連
続するフレームで、この特定の行を変化させることによ
り、有限のフレーム期間で、１フレーム分の暗時信号を
得ることができる。フレームメモリからなるＦＰＮメモ
リの内容の中、暗時信号を得る画素に対応する内容につ
いてメモリの内容を更新していくことにより、順次ＦＰ
Ｎメモリに記憶した暗時信号を更新することができる。
【００３７】上記第１実施例においては、図10に示す各
行のゲート電位Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 のタイミングチャート
からわかるように、各行の蓄積時間が不揃いになるとい
う問題がある。すなわち、第２フレームでの各行の蓄積
時間は、第１行及び第２行が３Ｈ（１Ｈは１水平走査期
間）、第３行が４Ｈ、第３フレームでは、第１行が４
Ｈ、第２行及び第３行が３Ｈ、第４フレームでは、第１
行及び第３行が４Ｈ、第２行が５Ｈとなる。このような
蓄積時間の不揃いは、ＮＴＳＣ方式を考えた場合、走査
線数に対して、±１Ｈであるので、先に述べたように約
0.４％となり、殆どの場合には問題とならない。しか
し、１フレーム分の画像を静止画としてみる場合は、フ
レーム内に蓄積時間の違った部分の境界があると、その
部分が無視できない場合がある。
行のゲート電位Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 のタイミングチャート
からわかるように、各行の蓄積時間が不揃いになるとい
う問題がある。すなわち、第２フレームでの各行の蓄積
時間は、第１行及び第２行が３Ｈ（１Ｈは１水平走査期
間）、第３行が４Ｈ、第３フレームでは、第１行が４
Ｈ、第２行及び第３行が３Ｈ、第４フレームでは、第１
行及び第３行が４Ｈ、第２行が５Ｈとなる。このような
蓄積時間の不揃いは、ＮＴＳＣ方式を考えた場合、走査
線数に対して、±１Ｈであるので、先に述べたように約
0.４％となり、殆どの場合には問題とならない。しか
し、１フレーム分の画像を静止画としてみる場合は、フ
レーム内に蓄積時間の違った部分の境界があると、その
部分が無視できない場合がある。
【００３８】この問題は、ある垂直走査期間内の特定の
行（明時信号を読み出した後リセットし、暗時信号を読
み出す行）に先行して走査される行、及び、次の垂直走
査期間で特定の行となる行より後に走査される行に対し
て、信号読み出し期間中又は信号読み出し期間直後の光
生成電荷のリセットに加え、一水平走査期間後に光生成
電荷のリセット動作を行うことで解決できる。
行（明時信号を読み出した後リセットし、暗時信号を読
み出す行）に先行して走査される行、及び、次の垂直走
査期間で特定の行となる行より後に走査される行に対し
て、信号読み出し期間中又は信号読み出し期間直後の光
生成電荷のリセットに加え、一水平走査期間後に光生成
電荷のリセット動作を行うことで解決できる。
【００３９】上記の垂直走査期間内の蓄積時間を揃える
ためのリセット動作を行う行を、図10に基づいて更に詳
細に説明する。前者の行は、図10の第３フレームに着目
すると、特定の行は第３行であるので、これに先行して
走査される第１，第２行に相当し、後者の行は、第１フ
レームに着目すると、次フレームすなわち第２フレーム
では第２行が特定の行となるので、第２行より後の行す
なわち第３行に相当する。第４フレームにて読み出され
る各行については、第１，第２行は第３フレームでの特
定の行が第３行であるので、信号読み出し中又は信号読
み出し直後のリセットに加え、一水平走査期間後にリセ
ット動作を行う。更に第４フレームの特定の行は第１行
であるので、第２，第３行に対しても信号読み出し中又
は信号読み出し直後のリセットに加え、一水平走査期間
後にリセット動作を行う。ここで、第２行に対して、前
者と後者による信号読み出し期間の一水平走査期間後の
リセット動作が重複することになるが、このような場合
は信号読み出し期間後に、二水平走査期間後にまでリセ
ット動作を行うことで、全ての行の蓄積時間を３Ｈに統
一することができる。また上述においては、光生成電荷
のリセット動作が、ある行に対して、一垂直走査期間内
に複数回行われるように説明をしたが、一垂直走査期間
内の時間的に最後のリセット動作以外を省略しても、機
能的には問題はない。
ためのリセット動作を行う行を、図10に基づいて更に詳
細に説明する。前者の行は、図10の第３フレームに着目
すると、特定の行は第３行であるので、これに先行して
走査される第１，第２行に相当し、後者の行は、第１フ
レームに着目すると、次フレームすなわち第２フレーム
では第２行が特定の行となるので、第２行より後の行す
なわち第３行に相当する。第４フレームにて読み出され
る各行については、第１，第２行は第３フレームでの特
定の行が第３行であるので、信号読み出し中又は信号読
み出し直後のリセットに加え、一水平走査期間後にリセ
ット動作を行う。更に第４フレームの特定の行は第１行
であるので、第２，第３行に対しても信号読み出し中又
は信号読み出し直後のリセットに加え、一水平走査期間
後にリセット動作を行う。ここで、第２行に対して、前
者と後者による信号読み出し期間の一水平走査期間後の
リセット動作が重複することになるが、このような場合
は信号読み出し期間後に、二水平走査期間後にまでリセ
ット動作を行うことで、全ての行の蓄積時間を３Ｈに統
一することができる。また上述においては、光生成電荷
のリセット動作が、ある行に対して、一垂直走査期間内
に複数回行われるように説明をしたが、一垂直走査期間
内の時間的に最後のリセット動作以外を省略しても、機
能的には問題はない。
【００４０】次に、図８に示した第１実施例の上記の問
題を解決できるようにした第２実施例の垂直走査回路の
回路構成図を図11に示す。なお図11においては、図８に
示した第１実施例と同一又は同一機能を有する構成要素
には同一符号を付して示している。図11において、40は
選択信号制御回路で、シフトレジスタ31とレベルミック
ス回路34との間に設けられており、この実施例では、第
１行の選択信号Ｓ1 は、２段目のシフトレジスタユニッ
トからの出力信号ＳＲ2 とコントロールクロックφcnt
のＡＮＤ出力と、１段目のシフトレジスタユニットから
の出力信号ＳＲ1 のＯＲ出力で得られるように構成して
いる。
題を解決できるようにした第２実施例の垂直走査回路の
回路構成図を図11に示す。なお図11においては、図８に
示した第１実施例と同一又は同一機能を有する構成要素
には同一符号を付して示している。図11において、40は
選択信号制御回路で、シフトレジスタ31とレベルミック
ス回路34との間に設けられており、この実施例では、第
１行の選択信号Ｓ1 は、２段目のシフトレジスタユニッ
トからの出力信号ＳＲ2 とコントロールクロックφcnt
のＡＮＤ出力と、１段目のシフトレジスタユニットから
の出力信号ＳＲ1 のＯＲ出力で得られるように構成して
いる。
【００４１】次に、このように構成した第２実施例の動
作を図12に示したタイミングチャートに基づいて説明す
る。選択信号制御回路40を用いることにより、第ｎ行
は、第ｎ行が選択状態であるときに加えて、第ｎ＋１行
が選択状態で、コントロールクロックφcnt がハイレベ
ルのときも選択状態となる。この実施例では第２フレー
ム及び第３フレームでは、全ての行の蓄積時間は３Ｈと
なる。しかし、第４フレームでは、第１行の蓄積時間が
３Ｈ、第２行及び第３行の蓄積時間が４Ｈとなり、第２
及び第３フレームと蓄積時間の不揃いが残る。本実施例
では、受光部が３行からなる固体撮像素子について述べ
ているが、一般に固体撮像素子はより多くの行で構成さ
れており、有効画素部の周辺には映像信号に関係しない
画素を配置している。本実施例の第４フレームの場合に
ついて考えると、第４フレーム内で蓄積時間の揃ってい
ないのは第１行であり、この行は実際には映像信号には
関係しないようにすることができる。したがって、第４
フレーム内の蓄積時間は実質的に揃っていると考えるこ
とができる。この場合、第２及び第３フレームと第４フ
レームの間では、蓄積時間が１Ｈ揃わないことになる
が、これはＮＴＳＣ方式においては約500 フレームに１
回もしくは数回のことであり、問題となることは殆どな
い。また、１フレーム内の蓄積時間は揃っているので、
１フレームの画像を静止画として出力しても、特に異常
は生じない。また、蓄積時間が異なることによる信号レ
ベル差は、図５に示した信号読み出し処理方式の実施例
で説明した信号レベル差を補正する乗算器を用いること
により、１フレーム単位で補正することができる。
作を図12に示したタイミングチャートに基づいて説明す
る。選択信号制御回路40を用いることにより、第ｎ行
は、第ｎ行が選択状態であるときに加えて、第ｎ＋１行
が選択状態で、コントロールクロックφcnt がハイレベ
ルのときも選択状態となる。この実施例では第２フレー
ム及び第３フレームでは、全ての行の蓄積時間は３Ｈと
なる。しかし、第４フレームでは、第１行の蓄積時間が
３Ｈ、第２行及び第３行の蓄積時間が４Ｈとなり、第２
及び第３フレームと蓄積時間の不揃いが残る。本実施例
では、受光部が３行からなる固体撮像素子について述べ
ているが、一般に固体撮像素子はより多くの行で構成さ
れており、有効画素部の周辺には映像信号に関係しない
画素を配置している。本実施例の第４フレームの場合に
ついて考えると、第４フレーム内で蓄積時間の揃ってい
ないのは第１行であり、この行は実際には映像信号には
関係しないようにすることができる。したがって、第４
フレーム内の蓄積時間は実質的に揃っていると考えるこ
とができる。この場合、第２及び第３フレームと第４フ
レームの間では、蓄積時間が１Ｈ揃わないことになる
が、これはＮＴＳＣ方式においては約500 フレームに１
回もしくは数回のことであり、問題となることは殆どな
い。また、１フレーム内の蓄積時間は揃っているので、
１フレームの画像を静止画として出力しても、特に異常
は生じない。また、蓄積時間が異なることによる信号レ
ベル差は、図５に示した信号読み出し処理方式の実施例
で説明した信号レベル差を補正する乗算器を用いること
により、１フレーム単位で補正することができる。
【００４２】上記第１実施例におけるクロックφV2及び
第２実施例の選択信号制御回路40で用いるコントロール
信号φcnt は、簡単な論理回路により、他のクロック信
号等により発生させることができる。例えば、図13に示
す構成の回路により、クロックφV1，φV3，スタートパ
ルスφVST 及びコントロール信号φcnt1を用いることに
より、図14に示すようなタイミングでクロックφV2及び
コントロール信号φcnt を発生させることができる。
第２実施例の選択信号制御回路40で用いるコントロール
信号φcnt は、簡単な論理回路により、他のクロック信
号等により発生させることができる。例えば、図13に示
す構成の回路により、クロックφV1，φV3，スタートパ
ルスφVST 及びコントロール信号φcnt1を用いることに
より、図14に示すようなタイミングでクロックφV2及び
コントロール信号φcnt を発生させることができる。
【００４３】すなわち、図13において、ＦＦ１はＤタイ
プフリップフロップであり、ＦＦ２〜ＦＦ４はＲ端子に
“Ｈ”レベルを加えるとＱ端子が“Ｌ”レベルとなるリ
セット付Ｄタイプフリップフロップである。そしてＦＦ
１〜ＦＦ４のクロック端子にはクロックφV1を、ＦＦ２
〜ＦＦ４のＲ端子にはコントロール信号φcnt1とスター
トパルスφVST を入力したＡＮＤ１の出力端子を接続す
る。また、ＦＦ１のＤ端子にはコントロール信号φcnt1
を入力し、ＦＦ２〜ＦＦ４のＤ端子には前段のＤタイプ
フリップフロップのＱ出力を入力するように接続する。
これにより、ＦＦ２〜ＦＦ４のＱ出力を入力したＮＯＲ
の出力と、クロックφV1をインバータＮＯＴを介して反
転した出力を入力したＡＮＤ２の出力により、コントロ
ール信号φcnt を形成することができる。またクロック
φV2はＦＦ１の／Ｑ出力（Ｑ出力の反転出力）とクロッ
クφV3を入力したＡＮＤ３の出力により形成することが
できる。
プフリップフロップであり、ＦＦ２〜ＦＦ４はＲ端子に
“Ｈ”レベルを加えるとＱ端子が“Ｌ”レベルとなるリ
セット付Ｄタイプフリップフロップである。そしてＦＦ
１〜ＦＦ４のクロック端子にはクロックφV1を、ＦＦ２
〜ＦＦ４のＲ端子にはコントロール信号φcnt1とスター
トパルスφVST を入力したＡＮＤ１の出力端子を接続す
る。また、ＦＦ１のＤ端子にはコントロール信号φcnt1
を入力し、ＦＦ２〜ＦＦ４のＤ端子には前段のＤタイプ
フリップフロップのＱ出力を入力するように接続する。
これにより、ＦＦ２〜ＦＦ４のＱ出力を入力したＮＯＲ
の出力と、クロックφV1をインバータＮＯＴを介して反
転した出力を入力したＡＮＤ２の出力により、コントロ
ール信号φcnt を形成することができる。またクロック
φV2はＦＦ１の／Ｑ出力（Ｑ出力の反転出力）とクロッ
クφV3を入力したＡＮＤ３の出力により形成することが
できる。
【００４４】このようなクロックあるいはコントロール
信号を発生する回路は、固体撮像素子と同一基板上に殆
ど面積の増大なしに構成することが可能で、この回路を
固体撮像素子と同一基板上に構成することによって、入
出力端子を低減することができる。
信号を発生する回路は、固体撮像素子と同一基板上に殆
ど面積の増大なしに構成することが可能で、この回路を
固体撮像素子と同一基板上に構成することによって、入
出力端子を低減することができる。
【００４５】以上説明した実施例においては、入射光情
報をもった明時信号に続いて入射光情報をもたない暗時
信号を読み出す行（特定行）は、１フレーム当たり１行
とした例を示したが、この特定行は、先の信号読み出し
処理方式の実施例において述べたように、１フレーム当
たり１行である必要はなく、１フレーム当たり連続する
複数の行、又は１フレーム当たり間隔をあけた複数の行
とするように垂直走査回路を構成しても構わない。な
お、図11に示した第２実施例において、特定行を１フレ
ーム当たり複数の行とする場合には、信号読み出し期間
直後のリセット動作に加える一水平走査期間後のリセッ
ト動作は、複数水平走査期間後に加えるように構成すれ
ばよい。
報をもった明時信号に続いて入射光情報をもたない暗時
信号を読み出す行（特定行）は、１フレーム当たり１行
とした例を示したが、この特定行は、先の信号読み出し
処理方式の実施例において述べたように、１フレーム当
たり１行である必要はなく、１フレーム当たり連続する
複数の行、又は１フレーム当たり間隔をあけた複数の行
とするように垂直走査回路を構成しても構わない。な
お、図11に示した第２実施例において、特定行を１フレ
ーム当たり複数の行とする場合には、信号読み出し期間
直後のリセット動作に加える一水平走査期間後のリセッ
ト動作は、複数水平走査期間後に加えるように構成すれ
ばよい。
【００４６】また、上記実施例では、受光部を構成する
画素としてＣＭＤを用いたものを示したが、画素はＣＭ
Ｄに限られるものではなく、ＳＩＴやＡＭＩ等のＸＹア
ドレス型の固体撮像素子を構成できるものであれば、何
れでも用いることができる。また、上記実施例において
は、垂直走査回路をクロックドインバータを縦続接続し
たシフトレジスタを用いて構成したものを示したが、他
のダイナミック型シフトレジスタあるいはスタティック
型シフトレジスタを用いて構成しても、同様な効果が得
られる。
画素としてＣＭＤを用いたものを示したが、画素はＣＭ
Ｄに限られるものではなく、ＳＩＴやＡＭＩ等のＸＹア
ドレス型の固体撮像素子を構成できるものであれば、何
れでも用いることができる。また、上記実施例において
は、垂直走査回路をクロックドインバータを縦続接続し
たシフトレジスタを用いて構成したものを示したが、他
のダイナミック型シフトレジスタあるいはスタティック
型シフトレジスタを用いて構成しても、同様な効果が得
られる。
【００４７】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明に係る固体撮像素子の信号読み出し処理方式によ
れば、動画及び静止画のいずれに対してもリアルタイム
に暗時ＦＰＮが抑圧され、温度変化等により暗時ＦＰＮ
が変化した場合でも直ちにその変化に追従し、常に安定
に暗時ＦＰＮを抑圧した画像信号を得ることができる。
また、本発明に係る固体撮像素子によれば、上記信号読
み出し処理方式に容易に適用できる固体撮像素子を実現
することができる。
本発明に係る固体撮像素子の信号読み出し処理方式によ
れば、動画及び静止画のいずれに対してもリアルタイム
に暗時ＦＰＮが抑圧され、温度変化等により暗時ＦＰＮ
が変化した場合でも直ちにその変化に追従し、常に安定
に暗時ＦＰＮを抑圧した画像信号を得ることができる。
また、本発明に係る固体撮像素子によれば、上記信号読
み出し処理方式に容易に適用できる固体撮像素子を実現
することができる。
【図１】本発明に係る固体撮像素子の信号読み出し処理
方式の第１実施例を説明するための信号読み出し処理装
置を示すブロック構成図である。
方式の第１実施例を説明するための信号読み出し処理装
置を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示した装置の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。
ミングチャートである。
【図３】図１に示した装置の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。
ミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施例を説明するための信号読み
出し処理装置を示すブロック構成図である。
出し処理装置を示すブロック構成図である。
【図５】本発明の第３実施例を説明するための信号読み
出し処理装置を示すブロック構成図である。
出し処理装置を示すブロック構成図である。
【図６】本発明の固体撮像素子を説明するための概念図
である。
である。
【図７】図６に示した固体撮像素子の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。
めのタイミングチャートである。
【図８】本発明の固体撮像素子の具体的な第１実施例の
垂直走査回路を示す回路構成図である。
垂直走査回路を示す回路構成図である。
【図９】図８に示した垂直走査回路の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。
めのタイミングチャートである。
【図10】図８に示した第１実施例の問題点を説明するた
めのタイミングチャートである。
めのタイミングチャートである。
【図11】固体撮像素子の第２実施例の垂直走査回路を示
す回路構成図である。
す回路構成図である。
【図12】図11に示した第２実施例の動作を説明するため
のタイミングチャートである。
のタイミングチャートである。
【図13】制御信号及びシフトレジスタクロックの発生回
路を示す回路構成図である。
路を示す回路構成図である。
【図14】図13に示した制御信号及びクロック発生回路の
動作を説明するためのタイミングチャートである。
動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図15】従来のＦＰＮ抑圧手段を示すブロック構成図で
ある。
ある。
【図16】従来のＦＰＮ抑圧手段を備えた固体撮像素子の
出力態様を示す図である。
出力態様を示す図である。
１ 固体撮像素子 ２ 受光部 ３ 垂直走査回路 ４ 水平走査回路 ５ 増幅器 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ １Ｈデレイライン ８ 切換スイッチ ９ ＦＰＮメモリ 11 減算器 12 Ｄ／Ａ変換器 13 １Ｈデレイライン 14 切換スイッチ 16 減算器 17 乗算器 21 水平走査回路 22 垂直走査回路 23 受光部 24 水平走査回路用クロック群 25 垂直走査回路用クロック群 26 信号出力端子 27 ドレイン電源 31 シフトレジスタ 32 シフトレジスタユニット 33-1 第１のクロックドインバータ 33-2 第２のクロックドインバータ 34 レベルミックス回路 35 レベルミックス回路ユニット 40 選択信号制御回路
Claims (15)
- 【請求項１】 内部増幅型光電変換素子を単位画素とし
該単位画素をマトリクス状に配列してなるＸＹアドレス
型の固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、一
垂直走査期間のある特定の行の各画素の光生成電荷によ
る明時信号を読み出した後、前記特定行の各画素の光生
成電荷をリセットした直後又はリセットしながら光生成
電荷のない状態の暗時信号を読み出して前記特定行の各
画素の暗時信号を外部メモリに記憶する第１のステップ
と、前記特定行を一垂直走査期間毎又は複数垂直走査期
間毎に変化させながら、前記特定行の各画素の暗時信号
を外部メモリに記憶する第１のステップを各特定行に対
して順次実行し、複数垂直走査期間で全有効行の各画素
の暗時信号を前記外部メモリへ記憶させる第２のステッ
プと、全有効行の各画素の暗時信号を外部メモリへ記憶
させる前記複数垂直走査期間毎に、外部メモリへ記憶さ
れた全有効行の各画素の暗時信号をリフレッシュさせる
か、または前回の記憶ステップで記憶された暗時信号と
新たに読み出された暗時信号を所定の比で加算して記憶
させる第３のステップと、前記外部メモリに記憶した各
行の画素の暗時信号を読み出し、タイミングを合わせて
対応する各行の画素の明時信号から減算処理する第４の
ステップとを備えていることを特徴とする固体撮像素子
の信号読み出し処理方式。 - 【請求項２】 内部増幅型光電変換素子を単位画素とし
該単位画素をマトリクス状に配列してなるＸＹアドレス
型の固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、一
垂直走査期間のある特定の行の各画素の光生成電荷によ
る明時信号を読み出した後、前記特定行の各画素の光生
成電荷をリセットした直後又はリセットしながら光生成
電荷のない状態の暗時信号を読み出して前記特定行の各
画素の暗時信号を外部メモリに記憶する第１のステップ
と、前記特定行を一垂直走査期間毎又は複数垂直走査期
間毎に変化させながら、前記特定行の各画素の暗時信号
を外部メモリに記憶する第１のステップを各特定行に対
して順次実行し、複数垂直走査期間で全有効行の各画素
の暗時信号を前記外部メモリへ記憶させる第２のステッ
プと、前記外部メモリへ記憶された全有効行の各画素の
暗時信号をリフレッシュさせるか、または前回の記憶ス
テップで記憶された暗時信号と新たに読み出された暗時
信号を所定の比で加算して記憶させる第３のステップ
と、前記外部メモリに記憶した各行の画素の暗時信号を
読み出し、タイミングを合わせて対応する各行の画素の
明時信号から減算処理する第４のステップと、前記第
１，第２及び第３のステップを、明時信号のみの読み出
しを行う１又は複数の垂直走査期間を挟んで間欠的に行
う第５のステップとを備えていることを特徴とする固体
撮像素子の信号読み出し処理方式。 - 【請求項３】 前記特定行は単一の行であることを特徴
とする請求項１又は２記載の固体撮像素子の信号読み出
し処理方式。 - 【請求項４】 前記特定行は連続した複数の行であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子の信
号読み出し処理方式。 - 【請求項５】 前記特定行は間隔をおいた複数の行であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子
の信号読み出し処理方式。 - 【請求項６】 前記減算処理を行う第４のステップで得
られた出力信号を、各行の出力信号に対する回路利得を
制御して補正するステップを加え、行間の光生成電荷蓄
積時間の差によって生じる行間の信号レベル差を補正す
るようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。 - 【請求項７】 内部増幅型光電変換素子を単位画素とし
該単位画素をマトリクス状に配列した受光部と、受光部
の行方向に配列された画素行を順次選択して読み出す垂
直走査回路と、選択して読み出された各画素行の画素信
号を順次出力させる水平走査回路とを備えたＸＹアドレ
ス型の固体撮像素子において、前記垂直走査回路は、一
垂直走査期間の選択されたある特定の行の各画素の光生
成電荷による明時信号を読み出した後、前記特定行の各
画素の光生成電荷をリセットした直後又はリセットしな
がら光生成電荷のない状態の暗時信号を読み出し、前記
特定行を一垂直走査期間毎又は複数垂直走査期間毎に変
化させ、複数垂直走査期間で全有効行の画素の暗時信号
が得られるように、行選択信号を出力する如く構成した
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項８】 前記垂直走査回路は、クロックに従って
情報を伝達するシフトレジスタを備え、該シフトレジス
タに加えるクロックを、前記特定行が選択された状態の
とき１クロック分シフトレジスタがアクティブにならな
いように形成して、前記特定行が通常のクロック２周期
分連続して選択された状態になるようにし、２周期分の
選択状態の中、前半の１周期で明時信号を読み出し、後
半の１周期で暗時信号を読み出すように構成したことを
特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。 - 【請求項９】 前記特定行は、一垂直走査期間当たり１
行とすることを特徴とする請求項７又は８記載の固体撮
像素子。 - 【請求項10】 前記特定行は、一垂直走査期間当たり連
続する複数行であることを特徴とする請求項７又は８記
載の固体撮像素子。 - 【請求項11】 前記特定行は、一垂直走査期間当たり間
隔をおいた複数行であることを特徴とする請求項７又は
８記載の固体撮像素子。 - 【請求項12】 前記垂直走査回路は、外部から加えられ
る制御信号により、信号読み出し期間中又は信号読み出
し期間直後の光生成電荷のリセットに加え、一又は複数
水平走査期間後に光生成電荷のリセット動作を行わせる
選択信号制御回路を備え、一垂直走査期間内の全ての行
の光生成電荷の蓄積時間を揃えるように構成したことを
特徴とする請求項７〜11のいずれか１項に記載の固体撮
像素子。 - 【請求項13】 前記選択信号制御回路に加える制御信号
及び又は前記シフトレジスタに加えるクロックを、他の
クロックを用いて発生させる回路を、固体撮像素子の他
の構成要素と同一基板上に構成したことを特徴とする請
求項12記載の固体撮像素子。 - 【請求項14】 前記シフトレジスタとしてダイナミック
型シフトレジスタを用いたことを特徴とする請求項７〜
13のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 - 【請求項15】 前記シフトレジスタとしてスタティック
型シフトレジスタを用いたことを特徴とする請求項７〜
13のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
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|---|---|---|---|
| JP17855793A JP3540341B2 (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 固体撮像素子の信号読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像素子 |
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| JP17855793A JP3540341B2 (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 固体撮像素子の信号読み出し処理方式及びそれに用いる固体撮像素子 |
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| JPH0715666A true JPH0715666A (ja) | 1995-01-17 |
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ID=16050574
Family Applications (1)
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6700608B1 (en) | 1997-12-25 | 2004-03-02 | Olympus Optical Co., Ltd. | Image pickup apparatus |
| JP2007511303A (ja) * | 2003-11-21 | 2007-05-10 | トロフィー ラジオロジー | 歯科用放射線装置及びそれと共に使用される信号処理方法 |
-
1993
- 1993-06-28 JP JP17855793A patent/JP3540341B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
| US6700608B1 (en) | 1997-12-25 | 2004-03-02 | Olympus Optical Co., Ltd. | Image pickup apparatus |
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| US8008628B2 (en) | 2003-11-21 | 2011-08-30 | Carestream Health, Inc. | Dental radiology apparatus and signal processing method used therewith |
| JP2011255192A (ja) * | 2003-11-21 | 2011-12-22 | Trophy Radiologie | 歯科用放射線装置及びそれと共に使用される信号処理方法 |
| US8319190B2 (en) | 2003-11-21 | 2012-11-27 | Carestream Health, Inc. | Dental radiology apparatus and signal processing method used therewith |
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| US8481954B2 (en) | 2003-11-21 | 2013-07-09 | Carestream Health, Inc. | Dental radiology apparatus and signal processing method used therewith |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3540341B2 (ja) | 2004-07-07 |
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