JPS585082A - 固体撮像装置 - Google Patents

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】 本発明は撮儂装置に関し、さらに詳しくは固体撮偉素子
の暗電流変化・垂直スメアに起因した黒レベルの変動の
抑圧に関するものである。

１ｉｉｉ儂を電気信号に変換する撮儂装置において、最
近では光電変換装置として半導体集積回路技術により得
られる固体撮偉素子が用いられてきている。固体撮偉素
子を用いることによって撮偉管式のものよりも撮偉装置
の小型化・高信頼性化・長寿命化がはかれる。

ところで、一般に光電変換装置では温度に依存して増減
する暗電流が発生するが、これが信号電流に重畳するこ
とによってビデオ信号の黒レベルが変動してしまうこと
がある。

これを抑圧するために従来、光電変換部の一部をおおっ
て光の入射をさまたげる第１図に示すような黒マスクが
用いられている。図において１は光電変換部のうちビデ
オ信号の映倫期間に走査する部分であり、光学的に露出
している。また２は光電変換部のうちビデオ信号の水平
ブランキング期間の一部に走査する部分であり、光学的
にマスクされでいる。このような光電変換部を走査した
とき得られる信号の一例を第２図に示す。図において３
で示す期間はビデオ信号の１水平走査期間、４で示す期
間は水平ブランキング期間、５で示す期間は黒マスクで
おおわれた光電変換部を走査する期間、６で示す期間は
光学的に露出した通常の光電変換部を走査する映像期間
、７で示す期間は光電変換部を走査しない期間である。

５．６で示す期間は共に光電変換部を走査するので、こ
こで得られる信号には光電変換部で発生する暗電流が含
まれるが、−万、７で示す期間で得られる信号には含ま
れない。すなわち光電変換部で発生する暗電流をＩ４％
被写体儂に対応した信号電流を■、とおくと、７，５．
６で示される各期間で得られる信号Ｉｔ　、Ｉｓ　−Ｉ
ｓはそれぞれ次のとおりである。

■、＝０　　　　　　　　　・・・・・・・・・１１）
ＩＢ＝Ｉａ　　　　　　　　　・・・・・・・・・（２
）Ｉ＠＝Ｉａ＋１．　　　　　　・・・・・・・・・（
３）映倫信号は周知のように直流分を持っており、これ
を再生しなければ明暗の正しい再生画が得られない。通
常、直流分を再生するためにパルスクランプ回路が用＾
られる。パルスクランプ回路は広く一般に用いられてい
るので詳細な説明は省略するが、パルスが入力した期間
の映倫信号の直流レベルを基準値忙固定することＫよっ
て直流再生を行なっている。通常、パルスの位置は水平
ブランキング期間内におくが、これを第２図の５で示す
期間忙選べば暗電／ｊｆＥ　Ｉ　ａが基準の直流レベル
に固定される。この結果、映像期間の基準忙対する直流
レベルは信号電流■、だけで決まるので１．ビデオ信号
の黒レベルは暗電流の影響を受けることはない。

固体撮儂素子においても従来、水平の絵素列のうち走査
の始めに対応した位置にある数絵素を黒マスクによって
光学的におおうことにより、同様の効果を得ている。黒
マスクを付けた固体撮儂素子の構成の一例を、ＭＯＳ形
を例にとって第３図１１Ｃ示＋ａ　因にお匹て垂直走査
回路（シフトレジスタ）９から信号線１６に出方された
垂直走査パルスによってＭＯＳ）ランジスタ１２が開閉
され、フォトダイオード１１に蓄積された光電荷１．と
フォトダイオードで発生する暗電流ｒａｙは垂直信号４
１３に移される。これに垂直信号線で発生する暗電流Ｉ
ａｖが加わり、水平走査回路（シフトレジスタ）８から
出力された水平走査パルスでＭＯＳトランジスタ１４が
開閉されることによって順次水平出力線１５に送り出さ
れ、ここで水平出力線で発生する暗電流Ｉａｍが加えら
れて出力端子１７から出力される。１０で示した部分は
光学的におおわれた黒マスクの部分を示す。出力端子１
７から得られる信号の一例を第４図に示す。第２図と同
様、３は１水平走査期間、４は水平ブランキング期間、
５は黒マスクでおおわれた絵素を走査する期間、６は通
常の絵素を走査する期間１．７は絵素を走査しない期間
である。？、５．６の各期間に得られる信号Ｉ、’、Ｉ
。′、Ｉ６′はそれぞれ次のとおりである。

Ｉ？　’　＝　Ｉａｍ　　　　　　　　　　””００．
（４）Ｉｓ　’　”　Ｉｄｍ　＋　Ｉａｖ　＋　Ｉａｐ
　　　”・・・・・（５）Ｘ＠　’　＝　Ｌｍ　＋　Ｉ
ａｖ　＋　Ｉａｐ　＋　Ｉ−””（６）ここでパルスク
ランプ回路のパルス位置ヲ第４図中５で示す期間に選べ
ば、暗電流Ｉａｘ＋Ｉａマ＋Ｉ−νが基準の直流レベル
に固定される。これ忙よって基準に対する映倫期間の直
流レベルは（５）、　（６）式の比較で容易にわかると
おり信号電流１．だけで決まり、ビデオ信号の黒レベル
は暗電流の影響を受けることはない。

然るに固体撮偉素子では暗電流の他に、ビデオ信号の黙
レベルを変動させる要因が存在することがある。次にこ
れについて説明する。

固体撮儂素子では感光性を持つ部分が第３図に示すフォ
トダイオード１１０部分のみであることが望ましいが、
実際にはフォトダイオードの周辺部、たとえばＭＯＳ）
ランジスタ１２のドレインも感光性を待つことがある。

ドレインで発生した光電荷はＭＯＳ）ランジスタのオン
、オフにかかわりなく垂直信号線１３に移されるが、垂
直信号線には上下に並んだ数百のＭＯＳ）ランジスタの
すべてのドレインが接続されているので、各々のトラン
ジスタ上に投影された光情報は垂直信号線に混合加算さ
れて蓄積される。すなわち、各垂直信号線には投影され
た被写体像の垂直方向の積分光量に対応した信号電流が
蓄積することになる。

この信号は各水平走査期間ごとに通常の信号電流に重畳
して出てくるので例えば第５図（ａ）に示すような明る
い部分のある被写体儂を撮偉すると、再生画面上では第
５図（ｂ）に示すように、上下方向に尾引き状のにせ信
号が発生する。このような固体撮儂素子に特有のノイズ
成分を垂直スメアと呼んでいる。垂直スメアの存在によ
ってもビデオ信号の黒レベルは被写体の垂直方向の積分
光量につれて縦線状の変化をする。

垂直スメアを除去するために考案された当社の先願（実
開昭５６−１１９６８）では、垂直スメアが発生過程か
ら明らかなように各水平走査期間で等しいので、垂直プ
ラン中ング期関内に１水平走査期間分の垂直スメアに対
応する信号をＩＨメモリ（１水平走査期間の信号を記録
できるメモリ）に書き込んでおき、これを各水平走査期
間に得られた映倫信号から減算して除去することを提案
した。先願考案の実施例を第６図に示す。図において固
体撮儂素子１Ｂから出力された信号はプリアンプ１９．
低域ろ波器２０を経て減算回路２３゜メモリ２１に加え
られる。このときメモリには同期回路２２からの制御信
号によって垂直ブランキング期間に１水平走査期間の垂
直スメアが記録される。記録された信号は通常の水平走
査期間に読み出されて減算回路２３に加えられ、低域ろ
波器からの信号よりさし引かれる。ここで第３図に示す
垂直信号線１３に蓄積された垂直スメアに対応する信号
を得るにあたり、第３図に示すＭＯＳ）ランジスタ１２
をオフにしておけばフォトダイオードの信号電流が混入
することはないが、フォトダイオードで発生する暗電流
Ｉ４Ｆも含まれない。

この結果メモリｒｌｃ４き込まれる水平ブランキング期
間および垂直信号線を走査する期間に得られる信号Ｉｍ
４　、　Ｉ誠、はそれぞれ ＩＭ４　＝　Ｉ４１［””・・・（７）ＩＭＩＩ　＝　
Ｉ　ａｍ　＋　Ｉ　ａｖ　＋　Ｉ　ｖｌ　　ｍｍｅｅｅ
（８）となる。ここでＩｖＩは垂直スメアに対応した信
号である。一方、通常の走査を行なう水平走査期間に得
られる信号の一例を第７図に示す。図中、３で示す期間
は水平走査期間、４で示す期間は水平ブランキング期間
、６で示す期間は絵素を走査する期間である。４．６で
示す各期間で得られる信号１．　／／　、　■６／／は
次のとおりである。

Ｉ、”＝Ｉ−厘　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・・・・（９）１１”　＝　Ｉａｉ　＋Ｉａｖ　＋
Ｉａｐ　＋Ｉｖｓ　＋Ｌ・・・・・・・・・（２） したがってＩ、　／／　、　Ｉ６／／より■誠４　、　
ＩＭ６をさし引いた出力電流Ｉ０いｌ０ＩＩは次のとお
りである。

Ｔｏ、＝Ｏ・・・・・・・・・α９ Ｉｏｓ”　Ｉ４Ｆ　＋１．　　　　　　、−・・・・・
・・α２この結果、上式から明らかなように垂直スメア
に対応した信号は出力電流から除去される。ここでパル
スクランプ回路のパルス位置を第７図中４で示す期間に
選べば、零レベルが基準の直流レベルに固定されるが、
絵素を走査する期間にフォトダイオードで発生する暗電
流工４νが混入するのでビデオ信号の黒レベルが影響を
受ける欠点がある。

本発明の目的は、固体撮儂素子を用いたときにも黒レベ
ルが暗電流の変化・垂直スメアに影響されない撮偉装置
を提供することである。

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

本発明の実施例を第８図に示す。図において固体撮儂素
子２４は第９図に示す水平走査の始めに対応した位置に
ある垂直方向の数絵素列と、垂直走査の始めに対応した
位置にある水平方向の数絵素列を黒マスク１０によって
光学的にじゃへいしたものである。固体撮儂素子から得
られた信号はプリアンプ１９．低域ろ波器２０を経てメ
モリ２１および減算器２３に加えられる。このとき、同
期回路より出力された制御信号によって、メモリへ加え
られた信号のうち垂直走査の始めに走査する黒マスクで
おおわれた水平方向絵素列より得られる信号が１７に平
走査期間分、メモリへ記録される。ここで第６図に示す
従来例のものと異なる点は第９図に示すＭＯＳトランジ
スタ１２をオンにしてフォトダイオード１１の信号を読
み出すことである。このときフオ・トダイオードからの
信号は、黒マスクによって信号電流の発生がおさえられ
ているので暗電流Ｉ４Ｆのみとなる。メモリへ記録され
た信号の一例を第１０図に示す。図において３で示す期
間は水平走査期間、４で示す期間は水平ブランキング期
間、５で示す期間は黒マスクの付いた部分の垂直信号線
を走査する期間、６で示す期間は露出した部分の垂直信
号線を走査する期間である。７，５．６の各期間に得ら
れる信号１菖？’＋　Ｉｗｓ’　ｌ　ＩＭ＠１’は次の
とおりである。

Ｉ輩丁　’　　＝　　Ｉａｍ　　　　　　　　　　　　
　　　　””４：ＩＩＭＳ　’　＝　Ｉａａ　＋Ｉａｖ
　＋Ｉａｐ　　・旧・・・・・α４ＩＭ６　　’　　＝
　　Ｉａｍ　　＋Ｉ４Ｖ　　＋Ｉａｐ　　＋Ｉｖｇ　・
・・ＣＬ！９メモリへ記録された信号は通常の走査期間
に読み出されて減算回路へ加えられる。

−万、通常の走査期間に低域ろ波器から得られる信号は
第１１図に示すとおりであり、７，５゜６の各期間に得
られる信号１．／Ｉｆ、　■、　＃Ｆ、　１６／／ｌは
Ｉ、’＝Ｉ纏■　　　　　　　　・・・・・・・・・ａ
ｅｌｌ　’＝　Ｉａｉｒ　＋Ｉａｖ　＋Ｉａｐ　　　・
・・・・・・・・ａηＴ、　’＝　Ｚ−π＋■−マ＋Ｉ
ａｐ＋Ｉ−＋■、ｔＩ・・・ｉ・・・・・舖 となる。この結果城算回路から７．５．６の期間に得ら
れる信号ＩＯ？　’　ｅ　Ｉｏｓ　’　ｅ　Ｉ。６′は
　■。、′＝０　　　　　　　・・・叫・・翰■。、′
＝０　　　　　　　　　　・・・・・・・・イ題）■。

、’＝＝７．　　　　　　　　　　　・・・・・・・・
−（２１）となり、これがパルスクランプ回路２５に加
えられる。ここでパルスの位置を第１０図中、７あるい
は５で示す期間（水平ブランキング期間）に選べば零レ
ベルが基準レベルに固定されるので、映倫期間にパルス
クランプ回路から得られる信号は信号電流１．のみで決
まる。このように映倫期間の信号には暗電流・垂直スメ
アが含まれないのでビデオ信号の黒レベルが変動するこ
とは表い。

以上説明したごとく、本発明によれば固体撮像素子を用
いた素子装置においても暗電流の変化や垂直スメアの発
生によってビデオ信号の黒レベルが影響を受けることは
ない。

また本発明の他の実権例を第１２図に示す。第１２図の
構成が第８図の構成と異なる点は、パルスクランプ回＠
２５が低域ろ波器２０とメモリ２１の間に位置する点で
ある。このときパルスクランプ回路に入力される黒マス
クの付いた水平方向の絵素列を走査する期間に得られる
信号は０３〜０９式のとおりである。ここでパルスクラ
ンプ回路のパルス位置を第１０図中７で示す期間に選べ
ば、暗電流Ｉ４ｍが基準レベルに固定されるので、メモ
リに記録される映倫期間の信号はＩａｖ＋Ｌｔ＋Ｉ−ｓ
となる。−万、通常の走査期間にパルスクランプ回路に
入力される信号はα０〜Ｕ式のとおりであるから、パル
スクランプ回路では暗電流Ｉａ菫が基準レベルに固定さ
れ、映像期間の信号は１．ｙ−ｓ４．、＋Ｌｓ＋Ｉａと
なる。この結果減算回路から得られる信号は信号電流１
．のみとなり、第８図に示す従来例と同様に暗電流の変
化・垂直スメアの発生によってビデオ信号の黒レベルが
影響を受けることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は黒マスクを示す図、第２図は黒マスクを付けた
光電変換部から得られる信号の一例を示す図、第３図は
ＭＯ８型固体撮儂素子の構成の一例を示す図、第４図は
黒マスクを付けた固体撮像素子から得られる信号の一例
を示す図、第５図は垂直スメアの一例を示す図、第６因
は垂直スメアを除去する先願特許の実施例を示す図、第
７図は固体撮像素子から得られる信号の一例を示す図、
第８図は本発明の実施例を示すブロック図、ｇ９図は本
発明に用いる黒マスクを付けた固体撮像素子の構成の一
例を示す図、第１０図は本発明の実施例においてメモリ
に記録される信号の一例を示す図、第１１図は本発明の
実施例において通常の水平走査期間に得られる信号の一
例を示す図、第１２図は本発明の他の実施例を示す図で
ある。 ′！１Ｐｉｌ　　国 ２ 第　３　口 δ ￥Ｊ　４　口 ’３１ｉ’）５［Ｄ （αン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ
）￥！１６　口 第　δ　　目 ２２ 、ｖ５９　　固 第　１０　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水平および垂直方向に感光絵素列をアレイ状に配列した
   固体撮儂素子を用いる固体撮儂装置において、上記固体
   撮倫素子の垂直方向絵素列のうちの複数列および水平方
   向絵素列のうちの少なくとも１列を光学的にじゃへいす
   る手段と、上記固体撮儂素子の上記光学的にじゃへいし
   た水平方向絵素列より得られる信号を１水平走査期間分
   記憶するメモリ手段と、撮儂期間に上記固体撮倫素子よ
   り得られる信号から上記メモリ手段より出力される信号
   を差し引くための手段を設けたことを特徴とする固体撮
   倫装置。