JPH07162756A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スミアを確実に抑制できるようにする。スミ
アを検出するためのスミアレベルの設定を容易にかつ精
度よく行いうるようにする。 【構成】 固体撮像素子１２上に減光装置として液晶パ
ネル１１を配置する。駆動制御装置１０は、転送クロッ
クを形成して固体撮像素子１２を駆動するとともにその
出力レベルを監視する。駆動制御装置１０は、固体撮像
素子の有効画素データ出力期間中には、出力レベルと第
１の基準レベルとを比較し、これを超えたときにはその
時の光電変換素子１０１の垂直方向の座標を確定し、垂
直ブランキング期間中には出力レベルと第２の基準レベ
ルとを比較し、これを超えたときにはそのときの光電変
換素子１０１の水平方向の座標を確定する。駆動制御装
置１０は、液晶パネルを駆動して検出された座標の入射
光を減衰させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２次元の固体撮像装置
に関し、特に強い光が入射したときに発生するスミアを
低減させることのできる固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置は、フォトダイオードにお
いて入射光を光電変換しその結果生成された光電変換電
荷を信号電荷として蓄積しておき、周期的にこの信号電
荷を電荷転送装置に読み出し、電荷／電圧変換手段を介
して画像データを得るものであり、小型、軽量、低価格
等の特長をもつため、家庭用、産業用あるいは工業用等
の分野において賞用されている。

【０００３】図５（ａ）は、代表的固体撮像素子である
インターライン型固体撮像素子の概略の構成を示す平面
図であり、図５（ｂ）はそのＹ−Ｙ線での断面図であ
る。図５（ａ）に示される従来の固体撮像素子におい
て、フォトダイオードを構成する光電変換素子２０１
は、入射光を光電変換し、生成された信号電荷を蓄積し
ておく。光電変換素子２０１内に蓄積された信号電荷
は、垂直ブランキング期間毎に垂直シフトレジスタ２０
２に読み出され、各垂直シフトレジスタへ転送されてき
た信号電荷は、１フィールド期間を通して１水平周期毎
に１ライン分ずつ水平シフトレジスタ２０３へ転送さ
れ、出力部２０４において電圧信号に変換された後、映
像信号列のデータとして素子外に出力される。

【０００４】図５（ｂ）に示すように、ｎ型半導体基板
２０５上には、ｐウェル２０６が形成されており、ｐウ
ェル２０６の表面領域内には、フォトダイオードの一方
の領域を構成するｎ型拡散層２０７、垂直シフトレジス
タの電荷転送領域を構成するｎ型拡散層２０８および各
領域を分離するための高濃度ｐ型拡散層２０９が形成さ
れている。半導体基板上には、信号電荷読み出しゲート
を兼ねる垂直シフトレジスタの垂直転送電極２１０と、
垂直シフトレジスタへの入射光を遮断する光シールド層
２１１とが形成されている。

【０００５】上述した従来のインターライン型固体撮像
素子では、フォトダイオードを構成するｎ型拡散層２０
７と、垂直シフトレジスタを構成するｎ型拡散層２０８
とが隣接しているため、ある画素に強い光が入射した場
合、光が多重反射により直接垂直シフトレジスタのｎ型
拡散層２０８に入射したり、また、基板内の深い所で多
量の光励起電荷が発生し、その一部が拡散によって電荷
転送領域であるｎ型拡散層２０８の空乏領域に漏れ込ん
だりする。そして、同一の垂直シフトレジスタを使う他
の画素からの信号電荷が、この転送路を移動していく途
中で強い光の入射している光電変換素子２０１の傍を通
過する時に、その転送途中の信号電荷に上記多重反射光
による光電変換電荷および拡散電荷が加わり見掛け上信
号電荷が増加したことになる。同じ垂直方向の画素すべ
てが影響を受けるため、映像は縦方向に尾を引くパター
ンが現れる。この現象をスミアという。

【０００６】この現象を防止するための手法として、特
開昭６３−５１７７５号公報には、過大な光の入射して
いる画素の入射光を液晶によって減光することが提案さ
れている。同公報に記載された方法は、パルスカウンタ
により垂直および水平転送パルスをカウントするととも
に、入力される外部光をモニタし、入射光の輝度が基準
レベルを超えたとき高輝度信号を出力させるようにし
て、高輝度信号が出力されたときの垂直および水平パル
スのカウント値に対応する画素部分の液晶に電圧を印加
して入射光を減衰させるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、垂直
シフトレジスタには、光の多重反射により光が直接入射
したり、フォトダイオードで発生した電荷が拡散により
漏れ込んだりするので、スミア成分となる不要電荷が蓄
積される。このため、画面上に上下に尾を引くスミア成
分が現れ映像品位が著しく低下する。

【０００８】これに対し、上記公報に記載された手段に
よれば、画素毎に入射光を減衰させることが可能である
ため原理的にスミア成分を０とすることができる。しか
し、この方法では、スミアの発生する水平および垂直方
向の座標の確定をともに映像期間の信号出力を利用して
行っているため、上述したように信号電荷にスミアが加
算されるされることになり、基準レベルの設定が困難で
ある。すなわち、固体撮像素子の感度は個々の素子毎に
異なるため、基準レベルの設定を個々の素子毎に行わな
ければならず、調整が難しいという欠点を有していた。
さらに、スミアが重畳される映像信号レベルは常時変化
しているため、明るい被写体を撮像するときにはスミア
であると判定しがちになり、逆に暗い被写体を撮像する
ときにはスミアとは判定しないようになりやすいため、
誤判定を行いやすいという問題点もあった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によれば、水平方向および垂直方向にマトリ
ックス状に配列された複数の受光素子（１０１）を有す
る固体撮像素子（１２）と、前記受光素子のそれぞれに
入射する光量を独立して減光させることのできる減光手
段（１１）と、有効画素電荷転送中に第１の基準レベル
を出力し無効画素電荷転送中に前記第１の基準レベルと
は異なる第２の基準レベルを出力する基準レベル回路
（１７）と、出力レベルを前記第１および第２の基準レ
ベルと比較し、出力レベルが各基準レベルを超えたとき
その超えたタイミングを認識することにより、その出力
の原因となった受光素子の位置を確定する位置確定手段
（１４、１５、１６）と、前記減光手段の、前記位置確
定手段によって位置の確定された受光素子に対応する部
分に入射する光を選択的に減衰させるように該減光手段
を駆動する駆動回路（１３）と、を有することを特徴と
する固体撮像装置が提供される。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例の構成を示
すブロック図である。減光装置としての液晶パネル１１
は、固体撮像素子１２上に配置される。駆動制御装置１
０は、固体撮像素子の出力信号レベルを監視するととも
に固体撮像素子を駆動しまた液晶パネル１１の強い光の
入射個所を特定しそこへの入射光の光量を減光させるよ
うに液晶パネルを駆動する。

【００１１】駆動制御装置１０は、固体撮像素子１２を
駆動するクロックパルスを形成し、液晶パネル１１を駆
動する駆動パルスを形成する駆動制御回路１３と、駆動
制御回路１３の発生する水平同期信号ＨＤおよび水平転
送クロックφＨをカウントするアドレスカウンタ１４
と、アドレスカウンタ１４のカウント値に基づいて映像
期間中（有効画素電荷出力期間中）に第１のスレショル
ド電圧（以下、スレショルドと記す）を出力し、有効
信号電荷の出力されない垂直ブランキング期間（いわゆ
る空打ち期間）中に第２のスレショルド電圧（以下、ス
レショルドと記す）を出力する基準レベル回路１７
と、基準レベル回路１７の出力するスレショルド、
と固体撮像素子１２の出力信号レベルとを比較して出力
信号レベルがスレショルドを超えたときに制御信号を出
力するレベル検出器１５と、レベル検出器１５が制御信
号を発したときのアドレスカウンタ１４のカウント値を
記憶するアドレス記憶回路１６とにより構成されてい
る。アドレスカウンタ１４において、水平同期信号ＨＤ
のカウント値は垂直同期信号ＶＤ毎にクリアされ、水平
転送クロックφＨのカウント値は水平同期信号ＨＤ毎に
クリアされる。

【００１２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施例の概
略構成図であり、図２（ｂ）はそのＸ−Ｘ線の断面図で
ある。図２（ａ）に示されるように、固体撮像素子１２
は、光電変換素子１０１、垂直シフトレジスタ１０２、
水平シフトレジスタ１０３および出力部１０４によって
構成されている。固体撮像素子１２の光電変換領域上に
は減光装置としての液晶パネル１１が配置されている。
駆動制御装置１０は、液晶パネルを駆動して固体撮像素
子１２の光電変換素子１０１毎に入射光を減光させるこ
とができる。

【００１３】図２（ｂ）に示されるように、本実施例に
おいて用いられる固体撮像素子１２は、図５（ｂ）に示
した従来例のものと同様の構成を有するものであり、同
等の部分には下２桁が共通する参照番号が付されている
ので、重複する説明は省略する。固体撮像素子１２上に
配置される液晶パネル１１は、ガラス基板１１２上にＩ
ＴＯのような透明導電膜によりＸ方向導電膜１１４を、
またガラス基板１１５上に透明導電膜によりＹ方向導電
膜１１７を形成し、両基板を狭い間隙を隔てて接着し両
基板間の間隙に液晶１１８を充填し、各ガラス基板の裏
面に偏光板１１３、１１６を配置して構成したものであ
る。液晶パネル１１は、いわゆるノーマリ・ホワイトモ
ードに構成されている。すなわち、Ｘ方向導電膜１１
４、Ｙ方向導電膜１１７間に電圧が印加されていない状
態で最大の光透過性をもち、両導電膜間の印加電圧が高
まるにつれて光吸収量が増加する。

【００１４】次に、図３および図１を参照して本実施例
の動作について説明する。図３（ａ）に示されるよう
に、有効画素電荷出力期間中は基準レベルはスレショル
ドとなっており、垂直同期信号ＶＤがハイとなる垂直
ブランキング期間中には基準レベルはスレショルドと
なって、異なる基準レベルにより固体撮像素子の出力レ
ベルの検出が行われる。例えば、５２５本の走査線の内
４８８が有効走査線であるとするとき、残りの走査線の
走査中には光電変換素子からの読み出し電荷を含まない
電荷、すなわちスミア分および暗電流分のみが転送され
る。本発明においては、有効走査線の走査時外の垂直ブ
ランキング期間において、基準レベルをスレショルド
としてスミアを検出している。

【００１５】いま、図３（ａ）に示されるように、アド
レスカウンタ１４における水平同期信号ＨＤのカウント
値がｎのとき、出力信号レベルがスレショルドを超え
たものとする。図３（ｂ）、図３（ｃ）は、図３（ａ）
の時間軸を拡大して示した図であって、図３（ｂ）は、
有効画素電荷出力中の、また図３（ｃ）は、垂直ブラン
キング期間（いわゆる空打ち期間）での出力状態を示し
ている。図３（ｂ）に示されるように、水平同期信号Ｈ
Ｄのカウント値がｎで、水平転送クロックφＨのカウン
ト値がｍおよびｋであるとき、出力レベルはスレショル
ドを超えている。レベル検出器１５は、スレショルド
を超えたとき制御信号をアドレス記憶回路１６へ伝達
し、アドレス記憶回路１６はこのときの水平同期信号Ｈ
Ｄのカウント値ｎをＹアドレス信号として記憶する。

【００１６】垂直ブランキング期間において、図３
（ｃ）に示されるように、固体撮像素子１２の出力レベ
ルがスレショルドを超えたとき、レベル検出器１５は
制御信号をアドレス記憶回路１６へ出力する。アドレス
記憶回路１６はそのときの水平転送クロックφＨのカウ
ント値ｍをＸアドレス信号として記憶する。駆動制御回
路１３は、アドレス記憶回路１６の記憶したＹアドレス
信号ｎ、Ｘアドレス信号ｍに基づいて液晶パネル１１を
駆動し該当するアドレスの入射光を減光する。これによ
りスミアは消滅する。

【００１７】ここで、基準レベル回路１７では、スレシ
ョルドはスミアが発生する平均的なレベルに設定さ
れ、スレショルドは、排除すべきスミアレベルに直接
設定される。よって、スミアレベルが映像信号レベルや
個々の固体撮像素子の感度のばらつきの影響を受けるこ
とがなくなるので、スレショルドのレベル値の設定は
容易であり、かつ精度よく設定することが可能となる。
また、スミアの誤判定を排除してスミアを確実に抑圧す
ることができるようになる。

【００１８】図４は、本発明の第２の実施例を示すブロ
ック図である。同図において、第１の実施例の部分と同
等の部分には同一の参照番号が付されているので重複す
る説明は省略する。図４に示す第２の実施例の先の第１
の実施例を相違する点は、スミアのレベルを検出したレ
ベル検出器１５がそのスミアレベルを駆動制御回路１３
に転送している点である。駆動制御回路１３は、レベル
検出器１５により伝達されたスミアレベルに従って液晶
パネル１１を駆動する。すなわち、スミアレベルが高い
ときには液晶パネル１１に強く減光させるように高電圧
で駆動しスミアレベルが低いときには弱く減光させるよ
うに低電圧にて駆動する。本実施例によれば、スミアレ
ベルに応じた減光が可能となるためより的確な制御を実
現することができる。

【００１９】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるされるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本願発明の要旨内にお
いて各種の変更が可能である。例えば、実施例では、減
光装置として液晶パネルを用いていたが、同様の機能を
もつものであれば液晶パネルに代えて用いることができ
る。また、本発明はインターライン型固体撮像素子に対
してばかりでなく他のタイプの固体撮像素子にも適用す
ることができるものである。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置は、固体撮像素子の映像信号出力期間には第１の基
準レベルでスミアの検出を行ってＹ方向のアドレスを確
定し、垂直ブランキング期間中に第２の基準レベルにて
スミアの検出を行ってＸ方向のアドレスを確定し、両ア
ドレスが確定されたときに固体撮像素子上に配置された
減光装置のそのアドレスの入射光を減光するようにした
ものであるので、以下の効果を奏することができる。 (1) スミアの誤検出により、減光すべきでないときに減
光してしまったり減光すべきときに減光しなかったりす
る事態を回避することができ、スミアの抑制された良好
な品位の画像データ得ることができる。 (2) スミアレベルの設定を、有効映像信号の存在してい
ない期間の出力に対して行うことができるので、スミア
レベル設定を容易にかつ高い精度において行うことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例の概略平面図と断面図。

【図３】本発明の第１の実施例の動作を示すタイミング
チャート。

【図４】本発明の第２の実施例のブロック図。

【図５】従来例の概略平面図と断面図。

【符号の説明】 １０ 駆動制御装置 １１ 液晶パネル １２ 固体撮像素子 １３ 駆動制御回路 １４ アドレスカウンタ １５ レベル検出器 １６ アドレス記憶回路 １７ 基準レベル回路 １０１、２０１ 光電変換素子 １０２、２０２ 垂直シフトレジスタ １０３、２０３ 水平シフトレジスタ １０４、２０４ 出力部 １０５、２０５ ｎ型半導体基板 １０６、２０６ ｐウェル １０７、１０８、２０７、２０８ ｎ型拡散層 １０９、２０９ 高濃度ｐ型拡散層 １１０、２１０ 垂直転送電極 １１１、２１１ 光シールド層 １１２、１１５ ガラス基板 １１３、１１６ 偏光板 １１４ Ｘ方向導電膜 １１７ Ｙ方向導電膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向および垂直方向にマトリックス
   状に配列された複数の受光素子を有する固体撮像素子
   と、 前記固体撮像素子の前面に配置され、前記受光素子のそ
   れぞれに入射する光量を独立して減光させることのでき
   る減光手段と、 前記固体撮像素子の有効映像信号出力期間中に第１の基
   準レベルを出力し、それ以外の期間中に前記第１の基準
   レベルとは異なる第２の基準レベルを出力する基準レベ
   ル回路と、 前記固体撮像素子の出力レベルを前記第１および第２の
   基準レベルと比較し、出力レベルが各基準レベルを超え
   たときその超えたタイミングを認識することにより、そ
   の出力の原因となった受光素子の位置を確定する位置確
   定手段と、 前記減光手段の、前記位置確定手段によって位置の確定
   された受光素子に対応する部分に入射する光を選択的に
   減衰させるように前記減光手段を駆動する駆動回路と、 を有することを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記位置確定手段が、水平同期信号のパ
   ルス数および水平方向の転送クロック数をカウントする
   アドレスカウンタを含んで構成されていることを特徴と
   する請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記位置確定手段が、水平同期信号のパ
   ルス数および水平方向の転送クロック数をカウントする
   アドレスカウンタと、出力レベルが前記第１の基準レベ
   ルを超えたときの前記アドレスカウンタの垂直方向のク
   ロックのカウント値と出力レベルが前記第２の基準レベ
   ルを超えたときの前記アドレスカウンタの水平方向のク
   ロックのカウント値とを記憶するアドレス記憶回路とを
   含んで構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記駆動回路が、前記固体撮像素子の出
   力レベルが前記第１の基準レベルおよび前記第２の基準
   レベルを超えたときにのみ前記減光手段に減光動作を行
   わせるものであることを特徴とする請求項１記載の固体
   撮像装置。
5. 【請求項５】 前記減光手段が、液晶パネルによって構
   成されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
   装置。
6. 【請求項６】 前記液晶パネルは、液晶を挾んで短冊状
   のＸ方向導電膜とＹ方向導電膜とが形成されたものであ
   ることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記駆動回路が、減衰の対象となる入射
   光のスミアレベルが高いほど前記減光手段により入射光
   を強く減衰させるように駆動するものであることを特徴
   とする請求項１記載の固体撮像装置。