JPH0946599A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２チャンネルのＣＣＤ４０内に新たな回路構
成を付加するといった複雑な対策を施すこと無く、単に
ＣＣＤ４０外の外付回路４１側にて必要な回路を付加す
ることで、２チャンネルの出力を夫々処理する２個の回
路系のゲイン差をなくし、ゲイン差に起因する横縞、フ
リッカーの発生を防止する。 【構成】 ＣＣＤ４０の２個の出力部７、８から同時に
出力され、第１及び第２信号処理回路系３１、３２にて
信号処理された第１及び第２撮像信号の夫々を第１及び
第２積分回路２５、２６にて積分し、該両積分出力を比
較して両積分出力レベルが等しくなるように前記両信号
処理回路系のゲインを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置、特に出
力部を２個有し、この２個の出力部から同時に撮像信号
を出力する固体撮像素子と、これらの出力部から同時に
出力された２信号を処理する信号処理回路からなる固体
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ等の固体撮像装置においては、一
般にフィールド読み出し方式で信号の読み出しを行うよ
うになっているが、より高い解像度を得るためには、全
画素読み出しを行うように構成する必要がある。そし
て、この全画素読み出しを行うには、ＣＣＤの駆動クロ
ックの周波数を通常の２倍にして、通常の２倍の速度で
電荷の読み出しを実行するか、あるいは１Ｈ（水平期
間）内に２水平ラインの信号を同時に読み出すかのいず
れかの方法が有効となるが、前者の方法は現行のＩＣプ
ロセスでは実現が難しく、後者が最良な方法と言える。

【０００３】ところで、１Ｈの期間内に２水平ラインの
信号を読み出すようにするには、水平レジスタを複数設
け、奇数ラインの信号電荷と偶数ラインの信号電荷とを
別個の水平レジスタにより同時に水平転送することが必
要である。

【０００４】このような２ライン同時読み出しの固体撮
像素子を有した装置に関しては、特開昭６２−９２５８
７号公報に一例が開示されている。図２はこの一例を示
している。同図において、１はイメージ部で、マトリッ
クス状に配置された多数の受光素子と、該受光素子の各
垂直列に対応して設けられたところの信号電荷を垂直方
向に転送する垂直レジスタ２、２・・・とから構成され
る。尚、便宜上受光素子を図示せずイメージ部１には垂
直レジスタ２、２・・・のみがあるかのように開示し
た。

【０００５】３はイメージ部１の下側に配置された第１
水平レジスタ、４は該第１水平レジスタ３から下側に平
行に配置された第２水平レジスタ、５はこれらの２個の
水平レジスタ３、４間上に配置された制御ゲートで、そ
の第１及び第２水平レジスタ３、４間における信号電荷
の転送を制御する。６は半導体基板表面部の制御ゲート
５の下側にあたる位置に１画素ピッチで配置されたチャ
ンネルストッパであり、図ではハッチングにより示して
いる。７は第１水平レジスタ３から転送された信号電荷
を取り出して出力する第１出力部、８はの水平レジスタ
３から転送された信号電荷を取り出して出力する第２出
力部である。尚、９は第１出力部７からの出力信号の雑
音を低減する第１ＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回
路）、１０は第２出力部８からの出力信号の雑音を低減
する第２ＣＤＳ回路、１１は第１ＣＤＳ回路９の信号を
増幅する第１ＡＧＣ回路、１２は第２ＣＤＳ回路１０の
信号を増幅する第２ＡＧＣ回路、１３は両ＡＧＣ回路１
１及び１２を経た信号より各色信号をサンプリングした
上で輝度信号及び色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙを作成出力す
る信号処理回路である。

【０００６】次に図２の回路動作を説明する。各受光素
子において信号電荷の蓄積が終了すると、イメージ部１
の下から数えて第１番目のラインの信号電荷をパラレル
に第１水平レジスタ３に転送し、更に制御ゲートにより
その第１番目のラインの信号電荷を第２水平レジスタ４
へ転送させる。次にイメージ部１の下から数えて第２番
目のラインの信号電荷を第１水平レジスタ３に転送す
る。その後、第１及び第２番目のラインの信号電荷を第
１及び第２水平レジスタ３、４によって同時に転送し、
２個の出力部から映像信号を固体撮像素子外部へ同時に
出力する。これらの動作を１Ｈ期間（水平走査期間）毎
に繰り返す。

【０００７】このような構成の固体撮像装置では、２個
の出力部の夫々に通常トランジスタを有する出力アンプ
が内蔵され、また、これらの２個の出力部の後段にも夫
々独立した回路群があるため、第１水平レジスタ３から
信号処理回路１３に至る回路系と第２水平レジスタ４か
ら信号処理回路１４に至る回路系にはゲイン差が生じ、
このゲイン差によって横縞やフリッカ−が生じるという
問題点が生じる。

【０００８】そこで、このようなチャンネル間のゲイン
差を軽減し、横縞やフリッカーの発生を防止するための
対策として、特開平４−９６４８１号公報（Ｈ０４Ｎ５
／３３５）に一例が提案されている。この対策とは、固
体撮像素子内部に同一レベルのパイロット信号を２個の
出力部から出力させるために、２個の水平レジスタの後
段にパイロット信号発生回路を付加し、所定のタイミン
グ、例えば水平ブランキング期間にてパイロット信号を
水平レジスタの出力に印加して出力部より出力し、更に
外部に２個の回路系を通過したパイロット信号のレベル
を比較しレベル差があればそのレベル差がなくなるよう
に回路系のゲインを補正するゲイン補正回路を配するこ
とで、チャンネル間の信号のゲイン差を軽減しようとし
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなゲイン差
の軽減方法では、固体撮像素子内部にパイロット信号発
生回路を追加しなければならず、固体撮像素子内部での
回路構成が複雑になる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、固体撮像素子
の２個の出力部から同時に出力され、第１及び第２信号
処理回路系にて信号処理された第１及び第２撮像信号の
夫々を第１及び第２積分手段にて積分し、該両積分出力
を比較して両積分出力レベルが等しくなるように前記両
信号処理回路系のゲインを制御することを特徴とする。

【００１１】更に別の手段として、固体撮像素子の複数
の受光素子の中で、同一色の色フィルタを経た入射光を
受光する受光素子からの受光出力のみを第１及び第２撮
像信号から取り出して、これらの信号を互いに積分して
得られる積分値が互いに等しくなるように前記両信号処
理回路系のゲインを制御することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明は、上述のように構成したので、固体撮
像素子内に複雑な回路構成を付加することなしに、容易
に両信号処理回路系のゲイン差を軽減できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に従い本発明の一実施例について
説明する。図１は本実施例装置のブロック図である。
尚、図２の従来例と同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。

【００１４】ここで、イメージ部１の多数の受光素子の
各々には、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかの色の色フィルタが１
対１に対応するように配置されており、このＲ（赤）、
Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色フィルタの配列は、例えば図
３に示すようなベ−ヤ配列とする。

【００１５】また、図２では図示省略したが、ＣＣＤ４
０の受光素子での受光出力を１フレーム毎に垂直レジス
タ２に転送し、垂直レジスタ２にて信号電荷を１Ｈ（水
平期間）毎に２ラインずつ垂直方向に転送するタイミン
グ制御を実行する垂直転送パルス、更に垂直レジスタ２
から転送されてきた電荷を第１、第２水平レジスタ３、
４にて第１及び第２出力部７、８に転送するタイミング
制御を実行する水平転送パルスは全てタイミング信号発
生回路７０から供給される。

【００１６】第２水平レジスタ４に転送されたイメージ
部１の下から第１番目のラインの信号電荷は、第２の撮
像信号として第２出力部８より、同時に第１水平レジス
タ３に転送されたイメージ部１の下から第２番目のライ
ンの信号電荷は、第１の撮像信号として第１出力部７よ
り固体撮像素子（ＣＣＤ）４０から外部に出力され、こ
れらの２ライン分の信号電荷の出力が完了すると、同様
に次の２ライン分の両水平レジスタへの転送が為され、
各水平レジスタからの信号電荷の外部への出力が繰り返
される。

【００１７】第１の撮像信号は従来例と同様に第１ＣＤ
Ｓ回路９にて雑音が除去された上で第１ＡＧＣ回路２１
に入力され、後述のように設定されたゲインにより増幅
された後に、Ａ／Ｄ変換器２３にてディジタル信号に変
換されて後段の信号処理回路３０及び第１スイッチ回路
５１に入力される。

【００１８】第１スイッチ５１は第１の撮像信号の中で
Ｇの色フィルタを経た光を光電変換する受光素子からの
信号のみを取り出すためのもので、後述のタイミング制
御回路６０から発せられる第１ゲート信号により開閉が
制御され、この第１ゲート信号がＨ（ハイ）レベルの期
間に第１の撮像信号の通過を許容し、第１の撮像信号中
のＧ成分のみが取り出され第１積分回路２５に入力され
る。

【００１９】第１積分回路２５は、ディジタル化された
第１の撮像信号のＧ成分を１フレーム期間にわたってデ
ィジタル積分し、この積分出力を第１積分値としてマイ
コン２７に供給する。

【００２０】同様に、第２の撮像信号は第２ＣＤＳ回路
１０にて雑音が除去された上で第２ＡＧＣ回路２２に入
力され、後述のように設定されたゲインにより増幅され
た後に、Ａ／Ｄ変換器２４にてディジタル信号に変換さ
れて、信号処理回路３０及び第２スイッチ回路５２に入
力される。

【００２１】第２スイッチ５２は第２の撮像信号の中で
Ｇの色フィルタを経た光を光電変換する受光素子からの
信号のみを取り出すためのもので、タイミング制御回路
６０から発せられる第２ゲート信号により開閉が制御さ
れ、この第２ゲート信号のＨレベルの期間において第２
の撮像信号の通過を許容し、第２の撮像信号中のＧ成分
のみが取り出され第２積分回路２６に入力される。

【００２２】第２積分回路２６は第１積分回路２５と全
く同一の構成を有し、ディジタル化された第２の撮像信
号のＧ成分を１フレーム期間にわたってディジタル積分
し、この積分出力を第２積分値としてマイコン２７に供
給する。

【００２３】尚、両積分回路２５、２６は、１フレーム
期間の積分が完了すると、リセットがかかるように構成
されている。

【００２４】信号処理回路３０は、同時に入力された第
１及び第２の撮像信号を受けて所定のディジタル信号処
理により、ディジタルＲ、Ｇ、Ｂ信号若しくはディジタ
ル輝度信号及びディジタル色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙを出
力する。

【００２５】タイミング制御回路６０はＣＣＤ４０を駆
動制御を行うタイミング信号、特に両水平レジスタ３、
４での電荷転送のトリガとなる水平転送パルスを基に、
第１出力部７及び第２出力部８から出力される第１及び
第２の撮像信号の夫々がＲ、Ｇ、Ｂのいずれの色フィル
タを経て受光されたものであるかを判断して、Ｇの色フ
ィルタを経た撮像信号がＡ／Ｄ変換器２３、２４から出
力されるタイミングでＨレベルの第１及び第２ゲート信
号の夫々を出力するものである。例えば、仮に、第１出
力部７からＡ／Ｄ変換器２３に至る一連の回路群である
第１信号処理回路系３１での信号処理に要する時間Ｔ、
若しくは第１出力部８からＡ／Ｄ変換器２４に至る一連
の回路群である第２信号処理回路系３２での信号処理に
要する時間（時間Ｔに等しい）が共に零と仮定すると、
色フィルタが予め１水平ライン毎に図３の様にＲ、Ｇ、
Ｒ、Ｇ・・・とＲ及びＧの色フィルタが交互に配列され
てパターンと、Ｇ、Ｂ、Ｇ、Ｂ・・・とＧ及びＢの色フ
ィルタが交互に配列されているパターンの繰り返しであ
る点に注目し、しかもこれらの２ラインが常に各水平レ
ジスタから同時に出力されるので、各水平レジスタの電
荷転送を制御する水平転送パルスを分周し、垂直転送パ
ルスに同期して垂直レジスタの２ライン分の垂直転送が
完了して各水平レジスタから各ラインの撮像信号の出力
が開始される時点で、Ｈレベルから始まる第１ゲート信
号と、Ｌ（ロ−）レベルから始まる第２ゲート信号を出
力する。ここで、一対の２水平ラインにおいて、Ｇの色
フィルタは水平方向において常に交互に配されているの
で、図４に示すように第１及び第２ゲート信号の夫々は
常に逆極性となり、共に水平転送パルス周期で極性が変
化する信号となる。

【００２６】尚、図４では第１若しくは第２信号処理回
路系３１、３２での信号処理に要する時間を零として考
慮しなかったが、実際には図４に示した第１及び第２ゲ
ート信号より実際には時間Ｔだけ遅延した信号となる。

【００２７】マイコン２７は第１及び第２積分値を比較
し、比較結果に応じてＰＷＭの第１及び第２制御信号を
同時に出力し、第１制御信号はＬＰＦ２８にて平滑され
た上で第１ＡＧＣ回路２１に利得制御信号として供給さ
れ、第２制御信号はＬＰＦ２９にて平滑された上で第２
ＡＧＣ回路２２に利得制御信号として供給される。

【００２８】ここで、第１積分回路２５の出力である第
１積分値の方が、第２積分回路２６からの出力である第
２積分値より大きい場合には、両者の差に連動して第１
制御信号のパルス幅を第２制御信号のそれよりも短くし
て、結果的に第１ＡＧＣ回路２１のゲインを第２ＡＧＣ
回路２２のゲインよりも小さくして、逆に第１積分値の
方が第２積分値より小さい場合には、両者の差に連動し
て第１制御信号のパルス幅を第２制御信号のそれよりも
長くして、結果的に第１ＡＧＣ回路２１のゲインを第２
ＡＧＣ回路２２のゲインよりも大きくする。また、両積
分値が等しい場合には、第１及び第２制御信号のパルス
幅を等しくして両ＡＧＣ回路のゲインを等しくする。

【００２９】このように第１ＣＤＳ回路９、第１ＡＧＣ
回路２１、Ａ／Ｄ変換器２３から成る第１チャンネル側
の第１信号処理回路系３１を経た信号のＧ成分の積分値
と、第２ＣＤＳ回路１０、第２ＡＧＣ回路２２、Ａ／Ｄ
変換器２４から成る第２チャンネル側の第２信号処理回
路系３２を経た信号のＧ成分の積分値とが、常に等しく
なるように両ＡＧＣ回路２１、２２のゲインを制御する
ことにより、結果的に両回路系のゲインを等しくでき、
最終的に信号処理回路３０に入力される両撮像信号のゲ
インが等しくなり、両チャンネル間でのゲイン差に起因
する横縞及びフリッカーの発生を抑えることが可能にな
る。

【００３０】しかも、従来例のようにゲイン差を軽減す
るために固体撮像素子内にパイロット信号を発生させる
パイロット信号発生手段を設けるといった固体撮像素子
を製造する者にしか施せない対策を必要とせず、一般の
２チャンネルの固体撮像素子をそのまま使用し、外付の
外部回路４１側のみでゲイン差を軽減する回路を追加で
き、容易な対策で同様の効果を得ることが可能になる。

【００３１】尚、前記実施例では、撮像信号をディジタ
ル化して信号処理回路３０での信号処理もディジタルで
実行する所謂ディジタルカメラを前提に説明したが、こ
れに限定されるものではなく、両ＡＧＣ回路２１、２２
の出力を直接に信号処理回路３０にアナログのままで入
力して、アナログ信号処理にてアナログのＲ、Ｇ、Ｂ若
しくは輝度及び色差信号を作成してもよいことは言うま
でもない。

【００３２】また、上述した２回路系でのゲイン差の検
出動作を常時実行するようにすればゲイン差の軽減を高
精度に実行できるが、数フィールド（例えば３フィール
ド）に１回実行するようにしても十分にゲイン差の軽減
は可能であり、この場合、積分回路２５、２６は３フィ
ールド中の１フィールドでのみ使用され、残りの２フィ
ールドでは未使用となるので、この未使用期間では他の
機能に使用することが可能になる。この他の機能として
は、例えば映像信号の輝度信号の高周波成分を１フィー
ルド毎にディジタル積分して、この積分値を焦点評価値
とし、レンズを光軸方向で移動させつつこの焦点評価値
が最大値となる位置までレンズを移動させる、所謂山登
りオートフォーカスの焦点評価値作成用のディジタル積
分回路に使用できる。この場合、積分回路への入力信号
を撮像信号からＨＰＦを通過した輝度信号に切り替える
スイッチ手段が不可欠である。また、これ以外にもオー
トアイリス用の輝度信号や白バランス用の色差信号を積
分する積分回路に兼用することも可能である。

【００３３】また、前記実施例では、２チャンネル間の
ゲイン差の軽減方法を、水平レジスタが２個ある固体撮
像素子に採用したが、これ以外にも多板式の固体撮像装
置にも採用することができる。例えば、３板式に使用す
る場合には、回路系３１に相当する回路系をＲ、Ｇ、Ｂ
用の３個のＣＣＤの各出力部に結合する必要があるが、
この場合に各Ａ／Ｄ変換出力を３個の積分回路にて積分
し、各積分回路のいずれかを基準にして各回路系のゲイ
ンが等しくなるように回路系のゲインを制御することで
対応できる。但し、この３板式の場合、各ＣＣＤからは
３種類の色信号が同時に出力され、これらの３色信号は
必ずしも常時同一レベルとはならず、単純には比較でき
ない。そこで、イメージ部の所定位置にある数画素分だ
け夫々Ｒ、Ｇ、Ｂの各色フィルタを削除して、この削除
部分でのみ積分回路で積分して比較するようにする工夫
が必要である。

【００３４】また、前記実施例では、イメージ部１の各
受光素子にはＲ、Ｇ、Ｂのベ−ア配列となった原色の色
フィルタが配備されたものについて説明したが、これに
代えてシアン、マジェンダのような補色の色フィルタが
マトリックス状に配置されたものにも適用できる。但
し、この場合、スイッチ５１、５２により撮像信号から
Ｇ成分を取り出す必要はなく、Ａ／Ｄ変換器２３、２４
から各積分回路の間に第１及び第２スイッチ５１、５２
に代えてＬＰＦを配し、撮像信号をＬＰＦに通過させる
ことで輝度信号を生成し、これらの各チャンネルの輝度
信号を積分回路にてデジタル積分して、Ｇ成分を置換す
ることで、両チャンネル間のゲイン差を除去することが
可能である。また、色フィルタを有しない白黒のカメラ
を対象とする場合には、Ａ／Ｄ変換器出力をそのまま積
分器に入力して撮像信号の全てを積分したものをＧ成分
に置換することで対処可能である。

【００３５】更に、前記実施例では、積分対象としてＧ
信号のみに着目したが、これは色フィルタの配列におい
て、いずれの水平ラインにもＧの色フィルタが存在する
ことに起因しており、色フィルタの配列により、例え
ば、ＲあるいはＢの色フィルタがいずれの水平ラインに
も存在するような配列の色フィルタを用いる場合には、
ＲあるいはＢの成分をスイッチ５１、５２により取り出
すように構成してもよいことは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、固体撮像素
子内に新たな回路構成を付加するといった複雑な対策を
施すこと無く、単に固体撮像素子外の外付回路側に積分
器及びゲイン補正部を配するといった容易な対策によ
り、固体撮像素子から同時に出力される撮像信号の夫々
の回路系でのゲイン差をなくすことができ、ゲイン差に
起因する横縞、フリッカーの発生を防止する可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置のブロック図である。

【図２】従来例のブロック図である。

【図３】本発明の一実施例の色フィルタの配列を説明す
る図である。

【図４】本発明の一実施例に係わり、両ゲート信号を説
明する図である。

【符号の説明】

７ 第１出力部 ８ 第２出力部 ４０ ＣＣＤ ３１ 第１信号処理回路系 ３２ 第２信号処理回路系 ４１ 外部回路 ２５ 第１積分回路 ２６ 第２積分回路 ２７ マイコン ２１ 第１ＡＧＣ回路 ２２ 第２ＡＧＣ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 治彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１出力部から第１撮像信号を出力し、
   同時に第２出力部から第２撮像信号を出力する固体撮像
   素子と、該第１撮像信号を処理する第１信号処理回路系
   と該第２撮像信号を処理する第２信号処理回路系を有し
   た外部回路から成る固体撮像装置において、 前記第１信号処理回路系を経た第１撮像信号を積分する
   第１積分手段と、 前記第２信号処理回路系を経た第２撮像信号を積分する
   第２積分手段と、 該両積分手段出力を比較して両積分手段出力レベルが等
   しくなるように前記両信号処理回路系のゲインを制御す
   るゲイン補正手段と、 を具備したことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルタのいずれかが配
   備された複数の受光素子を備え、該受光素子の１ライン
   分を第１出力部から第１の撮像信号として出力し、同時
   に該受光素子の他の１ライン分を第２出力部から第２の
   撮像信号として出力する固体撮像素子と、該第１の撮像
   信号を処理する第１信号処理回路系と該第２の撮像信号
   を処理する第２信号処理回路系を有した外部回路から成
   る固体撮像装置において、 該第１ライン中の所定色の色フィルタが配備された受光
   素子出力を前記第１の撮像信号より取り出す第１ゲート
   手段と、 該第２ライン中の前記所定色の色フィルタが配備された
   受光素子出力を前記第２の撮像信号より取り出す第２ゲ
   ート手段と、 前記第１ゲート手段出力を積分する第１積分手段と、 前記第２ゲート手段出力を積分する第２積分手段と、 該両積分手段出力を比較して両積分手段出力レベルが等
   しくなるように前記両信号処理回路系のゲインを制御す
   るゲイン補正手段と、 を具備したことを特徴とする固体撮像装置。