JPH0779438B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JPH0779438B2
JPH0779438B2 JP63023152A JP2315288A JPH0779438B2 JP H0779438 B2 JPH0779438 B2 JP H0779438B2 JP 63023152 A JP63023152 A JP 63023152A JP 2315288 A JP2315288 A JP 2315288A JP H0779438 B2 JPH0779438 B2 JP H0779438B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学絞り装置を備えた固体撮像装置に関す
る。
The present invention relates to a solid-state imaging device including an optical diaphragm device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図に従来技術による固体撮像装置のブロック図を示
す。
FIG. 2 shows a block diagram of a conventional solid-state image pickup device.

図において、1はレンズ、2は光学絞り装置、3は固体
撮像素子、4はクランプ回路、5はタイミング発生回
路、6は絞り制御装置、9は加算回路、10は出力端子で
ある。
In the figure, 1 is a lens, 2 is an optical diaphragm device, 3 is a solid-state image sensor, 4 is a clamp circuit, 5 is a timing generation circuit, 6 is a diaphragm control device, 9 is an adder circuit, and 10 is an output terminal.

動作の説明の前に、一般に固体撮像素子には、光をまっ
たく当てなくても暗電流と呼ばれる漏れ電流が発生して
おり、この偽信号が多くなると黒い被写体を撮像した場
合に被写体が広く写ってしまうという問題があり、これ
を解決するために固体撮像素子には、光学的に遮光され
た光学黒期間(オプティカルブラック)という画素を持
っている。そして、オプティカルブラックの映像信号レ
ベルをクランプ回路でクランプし、そのレベルを映像信
号の黒レベルとすることによって前述の暗電流の影響を
防いでいる。
Before explaining the operation, a leak current called dark current is generally generated in a solid-state image sensor even if no light is applied to it.If this false signal increases, a large object will be captured when a black object is imaged. In order to solve this, the solid-state image sensor has a pixel called an optical black period (optical black) that is optically shielded. Then, the optical black video signal level is clamped by a clamp circuit, and the level is set as the black level of the video signal, thereby preventing the influence of the dark current.

動作を第3図を用いて説明する。レンズ1によって被写
体の像が、固体撮像素子3の撮像面に結像する。固体撮
像素子3はタイミング発生回路5の駆動信号によって駆
動され、各画素の信号が順に読み出され第3図(a)の
様な映像信号を出力する。(a)の映像信号において、
(A)の期間が、オプティカルブラックに対応する映像
信号期間である。この映像信号は、クランプ回路4に
て、タイミング発生回路5からの第3図(b)のパルス
信号にてクランプされ直流再生される。そして、加算回
路9にて、タイミング発生回路5からの第3図(c)に
示す水平、垂直同期信号と加え合わされて第3図(d)
に示す複合映像信号として、出力端子10から出力され
る。一方、絞り制御装置6は、クランプ回路4にて直流
再生された映像信号のオプティカルブラックのレベル第
3図(ロ)から、映像信号の平均レベル第3図(イ)ま
での電圧レベル差第3図(ニ)と、基準レベルを比較
し、映像信号のレベルが基準レベルよりも低い場合は、
高い電圧を出力し、光学絞り装置2に高い電圧を印加
し、光学絞り装置2を開放の方向へ動作させる。また、
クランプ回路4で直流再生された映像信号の平均電圧レ
ベルが、基準レベルよりも高い場合には、絞り制御装置
6は低い電圧を出力し、光学絞り装置2に低い電圧を印
加し、光学絞り装置2を閉鎖の方向へ動作させる。以上
の様にして、光学絞り装置2を開放から閉鎖までの間を
連続的に変化させることによって、固体撮像素子3に入
射する光量を一定にし、被写体の照度が大きく変化して
も出力端子10から得られる複合映像信号の平均レベルを
一定にするものである。
The operation will be described with reference to FIG. An image of a subject is formed on the image pickup surface of the solid-state image pickup device 3 by the lens 1. The solid-state image sensor 3 is driven by the drive signal of the timing generation circuit 5, the signals of each pixel are sequentially read, and a video signal as shown in FIG. 3A is output. In the video signal of (a),
The period (A) is a video signal period corresponding to optical black. This video signal is clamped by the clamp circuit 4 by the pulse signal of FIG. Then, the addition circuit 9 adds the horizontal and vertical synchronization signals from the timing generation circuit 5 shown in FIG.
The composite video signal shown in is output from the output terminal 10. On the other hand, the aperture control device 6 controls the voltage level difference from the optical black level of the video signal reproduced by the clamp circuit 4 in FIG. 3B to the average level of the video signal in FIG. Compare the figure (d) with the reference level, and if the video signal level is lower than the reference level,
A high voltage is output and a high voltage is applied to the optical diaphragm device 2 to operate the optical diaphragm device 2 in the opening direction. Also,
When the average voltage level of the video signal reproduced by the clamp circuit 4 is higher than the reference level, the aperture control device 6 outputs a low voltage and applies a low voltage to the optical aperture device 2 to output the optical aperture device. 2 is moved in the closing direction. As described above, by continuously changing the optical diaphragm device 2 from the opening to the closing, the amount of light incident on the solid-state imaging device 3 is made constant, and the output terminal 10 does not change even if the illuminance of the subject changes greatly. The average level of the composite video signal obtained from is constant.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかし、前述の従来技術では次の様な課題を有する。固
体撮像素子のオプティカルブラックは、具体的には、通
常の有効画素をアルミ等の薄い金属材料で遮光するもの
であるため、特に波長の長い赤外線等を多く含む光が入
射した場合などには十分な遮光が出来ないというのが現
実であり、光学絞り装置等で、入射光量をある規定値以
下に制限しないと、オプティカルブラックとして動作し
ないものである。
However, the above-mentioned conventional technique has the following problems. The optical black of the solid-state image sensor is, in particular, because it shields ordinary effective pixels with a thin metal material such as aluminum, so it is particularly sufficient when light containing a large amount of infrared rays with a long wavelength is incident. In reality, it is impossible to block light, and optical black does not operate unless the incident light amount is limited to a specified value or less in an optical diaphragm device or the like.

また一方、固体撮像素子の出力は、固体撮像素子に印加
した電圧以上の出力電圧は出ず、固体撮像素子の最大出
力レベルは、入射光量以外の要因でも制限される。
On the other hand, the output of the solid-state image sensor does not exceed the voltage applied to the solid-state image sensor, and the maximum output level of the solid-state image sensor is limited by factors other than the amount of incident light.

ここで、固体撮像装置3に急に強い光があたった場合を
第4図を用いて考える。図において(イ)は固体撮像素
子3の最大出力レベルである。こうした場合には、光学
絞り装置2が固体撮像素子3に入射する光量を規定の光
量に制限する前に、固体撮像装置3のオプティカルブラ
ックの映像信号レベル(ロ)は、第4図(a)の様に上
昇してしまい、オプティカルブラックの映像信号レベル
(ロ)が、固体撮像素子3の最大出力レベル(イ)に近
づいてしまう。すると、オプティカルブラックの映像信
号レベル(ロ)から映像信号の平均レベル(ハ)までの
レベル差(ニ)が小さくなるために、絞り制御装置6
は、映像信号レベルが基準レベルよりも低いと判断し光
学絞り装置2に高い電圧を印加し、光学絞り装置2を開
放の方向へと動作させる。すると、オプティカルブラッ
クにおける映像信号レベル(ロ)は、さらに、第4図
(b)の様に上昇し固体撮像素子3の最大出力レベル
(イ)に近づいてしまう。そして、絞り制御装置6は光
学絞り装置2を、さらに、開放の方向へ動作させる。す
なわち、サーボループが正帰還となってしまい、光学絞
り装置2は開放のままとなってしまう。そして、出力端
子10から得られる映像信号は、第4図(c)に示すよう
に、露出オーバーの映像になってしまうという課題を有
する。
Here, a case where the solid-state imaging device 3 is suddenly exposed to strong light will be considered with reference to FIG. In the figure, (a) is the maximum output level of the solid-state image sensor 3. In such a case, the optical black image signal level (b) of the solid-state image pickup device 3 before the optical diaphragm device 2 limits the amount of light incident on the solid-state image pickup element 3 to a prescribed light amount is shown in FIG. As described above, the optical black video signal level (b) approaches the maximum output level (b) of the solid-state image sensor 3. Then, since the level difference (d) from the optical black image signal level (b) to the average level (c) of the image signal becomes small, the aperture control device 6
Judges that the video signal level is lower than the reference level and applies a high voltage to the optical diaphragm device 2 to operate the optical diaphragm device 2 in the opening direction. Then, the video signal level (b) in optical black further rises as shown in FIG. 4 (b) and approaches the maximum output level (b) of the solid-state image sensor 3. Then, the aperture control device 6 further operates the optical aperture device 2 in the opening direction. That is, the servo loop becomes a positive feedback, and the optical diaphragm device 2 remains open. Then, there is a problem that the video signal obtained from the output terminal 10 becomes an overexposed video as shown in FIG. 4 (c).

本発明は上記課題に鑑み、強い光が入射したときの絞り
制御の正帰還による誤動作を防止する固体撮像素子を提
供することを目的とする。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a solid-state image sensor that prevents malfunction due to positive feedback of aperture control when strong light enters.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明の固体撮像装置は、 光学絞り装置を介して画像データを取り込み、光学的に
遮光された黒画素を有する固体撮像素子と、 該固体撮像素子の映像信号出力をペデスタルクランプ出
力する第1のクランプ回路と、 該第1のクランプ回路によりペデスタルクランプされた
信号をクランプ出力する第2のクランプ回路と、 該第2のクランプ回路の出力によりクランプされた第2
クランプ信号と同期信号とを加算する加算回路と、 前記固体撮像素子と前記第2のクランプ回路に接続さ
れ、前記第2のクランプ回路のクランプタイミングを前
記黒画素の出力を取り込む期間にクランプし、暗電流の
影響を防止するよう制御する第1のタイミング発生回路
と、 前記第1のクランプ回路のクランプタイミングを前記固
体撮像素子の画素出力が存在しない期間にペデスタルク
ランプするよう制御する第2のタイミング発生回路と、 前記画素出力が存在しない期間に、前記第1のクランプ
回路によりクランプされたペデスタルレベルと映像信号
平均レベルとのレベル差と、基準レベルとを比較し、前
記光学絞り装置の絞りを制御する絞り制御装置と、 を備えたことを特徴とする。
A solid-state image pickup device of the present invention is a first solid-state image pickup device which captures image data through an optical diaphragm device and which has a black pixel which is optically shielded, and a pedestal clamp output of a video signal output of the solid-state image pickup device. A clamp circuit, a second clamp circuit that clamps and outputs the signal pedestal clamped by the first clamp circuit, and a second clamp circuit that is clamped by the output of the second clamp circuit.
An adder circuit for adding a clamp signal and a synchronization signal, connected to the solid-state image sensor and the second clamp circuit, and clamps the clamp timing of the second clamp circuit during a period for capturing the output of the black pixel, A first timing generation circuit that controls to prevent the influence of dark current; and a second timing that controls the clamp timing of the first clamp circuit to perform pedestal clamp during a period when the pixel output of the solid-state image sensor does not exist. The level difference between the pedestal level clamped by the first clamp circuit and the video signal average level and a reference level are compared with the generation circuit and the period when the pixel output does not exist, and the aperture of the optical aperture device is adjusted. And a diaphragm control device for controlling.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図は本発明の実施例における固体撮像装置のブロッ
ク図であって、図において、1はレンズ、2は光学絞り
装置、3は固体撮像素子、4は第1のクランプ回路、5
は第1のタイミング発生回路、6は絞り制御装置、7は
第2のクランプ回路、8は第2のタイミング発生回路、
9は加算回路、10は出力端子である。動作を第5図を用
いて説明する。
FIG. 1 is a block diagram of a solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a lens, 2 is an optical diaphragm device, 3 is a solid-state image pickup device, 4 is a first clamp circuit, 5
Is a first timing generation circuit, 6 is a diaphragm control device, 7 is a second clamp circuit, 8 is a second timing generation circuit,
Reference numeral 9 is an adder circuit, and 10 is an output terminal. The operation will be described with reference to FIG.

レンズ1によって被写体の像が、固体撮像素子3の撮像
面に結像する。固体撮像素子3は第1のタイミング発生
回路5の駆動信号によって駆動され、各画素の信号が順
に出力され第5図(a)の映像信号を出力する。固体撮
像素子3からのこの映像信号は、第1のクランプ回路4
にて、第2のタイミング発生回路8の第5図(d)のタ
イミングパルスにてクランプされ、直流再生される。さ
らに第2のクランプ回路7では、第1のタイミング発生
回路のタイミングパルス第5図(b)にて、映像信号を
クランプし、映像信号の直流レベルを再生する。そし
て、加算回路9にて、第1のタイミング発生回路5から
の水平、垂直同期信号第5図(c)と直流再生された映
像信号を加え合わせ、第5図(e)の複合映像信号とし
て、出力端子10から出力される。一方、絞り制御装置6
は第3図の場合と同様に、第1のクランプ回路4でクラ
ンプされた映像信号の平均映像レベルが基準レベルと同
じになるように絞りの開閉動作を行なう。ただし、クラ
ンプを行なうタイミングが第2図の場合と異なり、第5
図(d)のタイミング、すなわち、画素が全く存在して
いないタイミングでサンプリングすることが異なる点で
ある。ここで、固体撮像素子3に強い光があたった場合
を第6図を用いて説明する。固体撮像素子3からの映像
信号は第2図の場合と同じように第6図の様になる。こ
こで第1のクランプ回路4で映像信号は第5図(d)の
タイミングでクランプされることから第1のクランプ回
路4でクランプされるレベル(ロ)から、映像信号の平
均レベル(ハ)までのレベル差(ニ)は、第4図の場合
と異なり増大する方向となる。よって、絞り制御装置6
は光学絞り装置2を閉鎖の方向へと動作させ基準レベル
に等しくなるまで光学絞り装置2を調整する。そして、
第2のクランプ回路7では、第3図と同じタイミングの
クランプパルスで第1のクランプ回路4からの映像信号
をクランプすることにより暗電流による影響を防いでい
る。
An image of a subject is formed on the image pickup surface of the solid-state image pickup device 3 by the lens 1. The solid-state image sensor 3 is driven by the drive signal of the first timing generation circuit 5, and the signals of each pixel are sequentially output to output the video signal of FIG. 5 (a). This video signal from the solid-state image sensor 3 is supplied to the first clamp circuit 4
Then, the second timing generation circuit 8 is clamped by the timing pulse of FIG. Further, in the second clamp circuit 7, the video signal is clamped and the DC level of the video signal is reproduced by the timing pulse of FIG. 5 (b) of the first timing generation circuit. Then, in the adder circuit 9, the horizontal and vertical synchronizing signals from the first timing generating circuit 5 (c) and the video signal reproduced by direct current are added together to form a composite video signal of FIG. 5 (e). , Is output from the output terminal 10. On the other hand, the aperture control device 6
As in the case of FIG. 3, the aperture is opened and closed so that the average video level of the video signal clamped by the first clamp circuit 4 becomes the same as the reference level. However, unlike the case of FIG. 2, the timing of clamping is different from that of FIG.
The difference is that sampling is performed at the timing shown in FIG. 7D, that is, the timing at which no pixel exists. Here, a case where the solid-state image sensor 3 is exposed to strong light will be described with reference to FIG. The video signal from the solid-state image sensor 3 is as shown in FIG. 6 as in the case of FIG. Since the video signal is clamped by the first clamp circuit 4 at the timing shown in FIG. 5 (d), the average level (c) of the video signal is changed from the level (b) clamped by the first clamp circuit 4. The level difference (d) up to 1 tends to increase unlike the case of FIG. Therefore, the aperture control device 6
Operates the optical diaphragm device 2 in the closing direction and adjusts the optical diaphragm device 2 until it becomes equal to the reference level. And
In the second clamp circuit 7, the video signal from the first clamp circuit 4 is clamped by the clamp pulse having the same timing as in FIG. 3 to prevent the influence of the dark current.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、本発明によれば、 絞り制御信号は、画素出力が存在しない期間に、第1の
クランプ回路でクランプされたペデスタルレベルと映像
信号平均レベルとのレベル差と、基準レベルとを比較さ
れるため、急に過剰なレベルが固体撮像素子に入力した
とき、遮光の悪いオプティカルブラックレベルが上昇し
ても悪影響を受けずペデスタルレベルと映像信号平均レ
ベルとのレベル差が大となり、直ちに絞りを絞ることが
できる。
As described above, according to the present invention, the aperture control signal includes the reference level and the level difference between the pedestal level clamped by the first clamp circuit and the video signal average level during the period when no pixel output is present. Therefore, when an excessive level is suddenly input to the solid-state image sensor, even if the optical black level with poor shading rises, it is not adversely affected and the level difference between the pedestal level and the video signal average level becomes large. You can immediately stop down the aperture.

また、映像信号は、第2のクランプ回路でオプティカル
ブラックのタイミングでクランプされるため、暗電流を
防止できコントラストが上昇するという効果を奏する。
Further, since the video signal is clamped at the optical black timing by the second clamp circuit, it is possible to prevent dark current and increase the contrast.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による固体撮像装置のブロック図。 第2図は従来技術による固体撮像装置のブロック図。 第3図(a)〜(d)は固体撮像装置の動作を示す信号
図。 第4図(a)〜(c)は固体撮像装置の動作を示す信号
図。 第5図(a)〜(e)は固体撮像装置の動作を示す信号
図。 第6図は固体撮像装置の動作を示す信号図。
FIG. 1 is a block diagram of a solid-state imaging device according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a conventional solid-state image pickup device. FIGS. 3A to 3D are signal diagrams showing the operation of the solid-state imaging device. FIGS. 4A to 4C are signal diagrams showing the operation of the solid-state imaging device. FIGS. 5A to 5E are signal diagrams showing the operation of the solid-state imaging device. FIG. 6 is a signal diagram showing the operation of the solid-state imaging device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光学絞り装置を介して画像データを取り込
み、光学的に遮光された黒画素を有する固体撮像素子
と、 該固体撮像素子の映像信号出力をペデスタルクランプ出
力する第1のクランプ回路と、 該第1のクランプ回路によりペデスタルクランプされた
信号をクランプ出力する第2のクランプ回路と、 該第2のクランプ回路の出力によりクランプされた第2
クランプ信号と同期信号とを加算する加算回路と、 前記固体撮像素子と前記第2のクランプ回路に接続さ
れ、前記第2のクランプ回路のクランプタイミングを前
記黒画素の出力を取り込む期間にクランプし、暗電流の
影響を防止するよう制御する第1のタイミング発生回路
と、 前記第1のクランプ回路のクランプタイミングを前記固
体撮像素子の画素出力が存在しない期間にペデスタルク
ランプするよう制御する第2のタイミング発生回路と、 前記画素出力が存在しない期間に、前記第1のクランプ
回路によりクランプされたペデスタルレベルと映像信号
平均レベルとのレベル差と、基準レベルとを比較し、前
記光学絞り装置の絞りを制御する絞り制御装置と、 を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
1. A solid-state image pickup device having black pixels that are optically shielded by taking in image data through an optical diaphragm device, and a first clamp circuit for outputting a video signal output of the solid-state image pickup device as a pedestal clamp. A second clamp circuit that clamps and outputs a signal pedestal clamped by the first clamp circuit, and a second clamp circuit that is clamped by the output of the second clamp circuit.
An adder circuit for adding a clamp signal and a synchronization signal, connected to the solid-state image sensor and the second clamp circuit, and clamps the clamp timing of the second clamp circuit during a period for capturing the output of the black pixel, A first timing generation circuit that controls to prevent the influence of dark current; and a second timing that controls the clamp timing of the first clamp circuit to perform pedestal clamp during a period when the pixel output of the solid-state image sensor does not exist. The level difference between the pedestal level clamped by the first clamp circuit and the video signal average level and a reference level are compared with the generation circuit and the period when the pixel output is not present, and the aperture of the optical aperture device is adjusted. A solid-state imaging device comprising: a diaphragm control device for controlling.
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