JPS6013549B2 - 固体撮像装置の雑音除去回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＣＣＤなどのように、半導体を用いた固体糠像装置が提
案されている。

ＣＣＤの場合には、構造としては、シリコンの半導体基
体の一面にＳｉ０２層を形成し、その上に電極を一定間
隔に形成し、この電極被着側或いはこれとは反対側より
像を光学的に投影して半導体基体の各電極下の部分に電
荷を蓄積し、この蓄積された信号を電極に与えるクロッ
クパルスによって順次転送して読み出すようになってい
る。

ところで、このような半導体を用いた固体撮像装置では
、半導体の結晶を一定の面積にわたって均一に形成する
ことが難しく、局部的に結晶欠陥が生じ、この結晶欠陥
がある部分で熱的な原因によって電荷が発生しやすくな
るので、階電流がこの部分で他の部分に比べて異常に大
きくなる傾向がある。このため、像を投影して上述のよ
うに信号を読み出したとき、階電流が異常に大きいとこ
ろでは雑音（欠陥ノイズ）が発生するので、第１図で示
すように映像信号Ｓ＾中に欠陥ノイズＮが濠入し、従っ
て再生画面上に映し出したときにはこの欠陥ノイズが目
につきやすいものとなる。本発明はこのような点を考慮
し、結晶欠陥等に０起因する雑音を確実に除去できるよ
うにしたものである。本発明による雑音除去回路は特殊
な構成をなす不揮発性のメモリ素子を使用して、上述の
結晶欠陥等に基づく雑音発生個所を予め記憶させてお夕
き、このメモリ出力にて被写体像に基づく緑像出力を制
御して雑音成分を除去し、信号の補償を行なうようにし
たものである。

以下図面を参照して本発明回路を詳細に説明するも、そ
の説明に先立ち本発明回路において使用０される新規な
不揮発性半導体メモリ素子について説明する。

この半導体メモリ素子はＣＣＤが使用され、従って構造
的には従来周知のＣＣＤメモリ素子と同様に半導体基体
の一の面に絶縁層を介して電極がタ所定のピッチで被着
形成され、これら電極にて多数の記憶部が形成された半
導体素子を有するが、この半導体素子への記憶すべき情
報はすべて光学的に与えられる。

そして本発明ではこのメモＩＪ素子を不揮発性とすべく
半導体基体の一方の面には記憶すべき情報に対応した光
学像の形成手段が設けられ、この形成手段を介して半導
体基体に光を照射することにより、光学像に基づく記憶
情報を対応する記憶部に記憶させるようにしたものであ
る。更に詳細に説明しよう。第３図で示すように半導体
基体２の上面２ａ上にはＳｉ０２等の絶縁層３が被着形
成されると共に、その上面には所定のピッチを以つて多
数の電極４が被着形成されている。

これら多数の電極４に所定の電圧を印加することによっ
てその印加された電極の直下には所望とするポテンシャ
ルウェル（破線図示）が形成され、従ってこの電極によ
って記憶部が形成されるものである。９はチャンネルス
トッパの領域を示す。

記憶部の配列パターンを第２図に示す。

図の例はインターライントランスフア方式と同様の構造
をなすものであって、垂直方向には一列に多数の記憶部
５が形成されると共に、これら記憶部５に対しそのメモ
リ内容を一時記憶するためのレジス夕６が設けられてい
る。７は水平シフトレジスタである。

又８はメモリ出力が取り出される出力端子を示す。記憶
部５には対応する記憶部にメモリ内容を記憶させるため
のメモリパルスＪｍが供給される。

垂直シフトレジスタ６には同様に転送パルス（２相又は
３相）？ｖが、水平シフトレジスタ７には読み出しパル
ス？日が供給されるものである。従って夫々の記憶部５
に記憶されたメモリ内容（蟹荷）は垂直シフトレジスタ
６に同時に転送された後、転送パルス◇ｖの供給により
１ビットずつ順次水平シフトレジスタ７に転送されると
共に、読み出しパルスぐ日によってその内容が順次読み
出されるものである。この半導体素子１川こは記憶すべ
き情報を光学的に与える手段が設けられる。

すなわち、このメモリ素子１‘ま記憶すべき情報に対応
した光学像（信号パターン）を予め形成しておき、この
光学像を記憶部５の形成された半導体基体２上に投影す
ることによって、情報の書込みを行なうものである。光
学像の形成手段としては光学マスクが有効である。それ
がため、本例においては第４図で示すように記憶部６の
上面に記憶すべき情報に対応した信号パターンを有する
マスク２０が被着形成される。

以下説明する例は記憶すべき情報としてデジタル情報を
便宜的に示す。所望とするデジタル情報の記憶は記憶部
５に光が照射されるか否かによって定められ、従って、
情報に合わせて光透過部をマスク２０に形成すれば照射
された記憶部の直下には光エネルギーに対応した電荷が
蓄えられる。従って第４図で示すようなマスク２０を用
意しこのマスク２川こ形成された信号パターンに基づく
光学像を投影しながら半導体素子１０を駆動する。第５
図は不揮発性メモリ素子１の駆動系の一例であって、２
１は光源、２２は拡散板である。

一方、２３はメモリ素子の駆動回路であってこれは端子
２５に供給される読み出し指令パルスに基いて制御され
るが、この読み出し指令パルスは更に光源２１に対する
制御回路２４にも供給され、指令パルスが供給された時
のみ光源２１が作動するようになっている。駆動回路２
３では上述したように半導体素子１０を駆動するに必要
なパルス郎ち、メモリパルスぐｍ、転送パルス０ｖ及び
読み出しパルス？日が夫々形成され、対応する端子に供
給される。このようなパルスにて駆動されたメモリ素子
１からの出力はサンプリングホールド回路２６を介して
波形整形回路２７に供給され、従って端子２８には情報
に対応したメモリ出力が得られる。ここで、光源１から
の光１がマスク２０を通じて半導体素子１０‘こ照射さ
れている場合には上述した〆モリ読出動作を何度繰り返
しても同様のメモリ出力が得られるものであるから、こ
のメモリ素子１は不揮発性のメモリ素子として構成され
たことになる。

マスク２川こ所望とする信号パターンを形成するには例
えば第６図で示すようにゼラチン等のベース２９を用意
すると共に、その上面に記憶すべき情報に対応した信号
パターンを有する染色マスク３０を戦直し、しかるのち
染色マスク３川こ形成された窓孔３０ａを通じてベース
２９を染色すれば、窓孔の形成された部分のみ染色され
るから染色部分のみ光不透明部となる。

２０ａは光透過部である。

第４図１一１線上で示すような信号パターンの場合には
、第６図Ａの染色マスク３０となり、染色後は同図Ｂの
如き光学マスク２０となる。以上説明したように、通常
のＣＣＤメモリ素子を有効に利用し、その上面に記憶す
べき情報に合った光学像を投影すべく、記憶情報に合致
したマスク２０を形成し、このマスク２０を通じて光１
を照射し乍らメモリ素子１を駆動するようにした夕ので
、端子２８には常にこのマスク２０に形成された情報内
容と同一の情報が得られることになる。即ち、極めて簡
単な構成により不揮発性メモリ素子として構成すること
ができるものである。又このメモリ素子１に於いて記憶
すべき情報に対Ｚ応した信号パターンを有するマスク２
０の形成は従来周知の方法によって達成できるため、メ
モリ素子自体を極めて安価に構成できる特徴を有するも
のである。本発明はこのメモリ素子１を欠陥ノイズのメ
モＺＩＪ素子として使用するもので、欠陥ノイズの書込
みは光学像の形成によって行なわれる。

従って雑音発生個所に対応する如くマスク２０の信号パ
ターンが形成される。ここで、結晶欠陥等に起因するこ
の欠陥ノイズのレベルは結晶欠陥の大きさな２どによっ
て大きく左右され、白レベルを越えるレベルのもの（第
１図参照）もあれば、灰レベル程度のものもあるため、
良質の画像を得ようとするにはこの灰レベルに相当する
ものも欠陥ノイズとして処理する必要がある。この灰レ
ベルに相当する欠陥ノイズを検出するには、例えば固体
緑像体を遮光し、その状態で撮像したときに得られる特
定出力ＳＦ（第７図Ａ）のうち灰レベルＥｓ以上の出力
Ｓｏ（同図Ｂ）をメモリ用の原信号とし、この原信号に
合致した信号パターンをマスク２０１こ形成すればよい
。

欠陥ノイズの書込みにあっては更に次のような点を考慮
した方がよい。すなわち、メモリ素子１も半導体で構成
されているから、固体綾像体としてのＣＣＤと同様に、
半導体の結晶欠陥が問題となる。

固体撮像体用のＣＣＤはなるべく結晶欠陥の少ない高品
質の半導体基体を使用する必要があるが、メモリ素子と
しても同様の品質の半導体基体を使用すると価格が高く
なり、安価に斯種糠像装置を構成し得なくなるので、な
るべく比較的結晶欠陥の多い半導体基体を使用したメモ
リ素子でも実用に供しうるようにしなければならない。
半導体基体に結晶欠陥があれば、その部分の階電荷は増
加する煩向にあるから、メモリ入力がないとき（光学隊
が投影されていないとき）でも、メモリ素子１を駆動す
ると結晶欠陥のある部分に対応した出力レベルは当然高
くなる。

従って、メモリ入力として、ＣＣＤの結晶欠陥等に対応
する出力を論理“１”（．，．この記憶部５に対応した
マスク２０は光が透過する）としたのでは、メモリ出力
としてはＣＣＤ自体の結晶欠陥に対応した出力なのか、
メモリ素子自体のものであるかを判別できなくなる。こ
れに対し、結晶欠陥に対応した出力を論理“０”（′．
この記憶部５に対応したマスク２０は光が通過しない）
としてメモリ素子１に書込めば、すなわちそのようにマ
スク２０の信号パターンを形成すれば、両者の判別がで
きる。

第８図は本発明による雑音除去回路の一例であって、被
写体像３２が投影される固体撮像体用のＣＣＤ３５とし
てはメモリ素子１に使用された半導体素子と同機に構成
されたものが使用される。

故に、ＣＣＤ３５の場合には記憶部５が絵素となり、メ
モリパルス０ｍが撮像パルスとなる。３６は駆動パルス
発生回路で、上述したようにＣＣＤ３５及びメモリ素子
１を駆動するに必要なパルスが形成されるも、本例では
ＣＣＤ３５とメモリ素子用の半導体素子は同一に構成さ
れているので、駆動パルスを共用できる。

そのため、ＣＣＤ３５とメモリ素子１との同期は完全で
ある。４１は撮像出力用のサンプリングホールド回路で
あるが、これに供給されるサンプリングパルスＰｓの伝
送路上にはアンド回路よりなるゲート回路３８が設けら
れ、そのゲート信号としてメモリ素子１からのメモリ出
力ＳＭが利用される。

ここで、ＣＣＤ３５の駆動に同期してメモリ秦夕子１の
議出し動作が行なわれるが、結晶欠陥などによる欠陥ノ
イズＮが発生する位置はすでにメモリ素子１に記憶され
ているので、ノイズをサンプリングする時点では論理“
０”のメモリ出力ＳＭ（第９図Ｂ）によってサンプリン
グパルスＰｓ（同０図Ａ）はゲートされず、結局同図Ｃ
のようなサンプリングパルスＰｓｏが供給されるため、
この期間はサンプリング動作は行なわれない。そのため
、ノイズ発生期間はそれ以前の糠像出力がそのままホー
ルドされることになり、ノイズは除去され、信号が補償
されることになる。ノイズのない区間では、メモリ出力
ＳＭの内容は論理“１”であるから、サンプリングホー
ルド回路４１は正常なサンプリング動作が行なわれるこ
とになり、被写体の光情報に基づく撮像出力Ｓ＾そのも
のが得られるは言うまでもない。

以上説明したように本発明ではメモリ素子１を設けて結
晶欠陥部分を記憶させ、その出力でサンプリング動作を
制御するようにしたから、ノイズを確実に除去できる。

そして本発明ではメモリ素子１として特殊な構成をなす
不揮発性のメモリ素子１を使用しているので、メモリ素
子１に対する読出回路のみを付加すればよく、揮発性の
メモリ素子を使用する場合に比し、回路構成の簡略化を
図りうる。ＣＣＤもこのメモリ素子と同一のものを使用
すればその効果は頗る大である。メモリ素子１自体も安
価である。第１０図は本発明の他の実施例である。

この実施例はカラーの固体撮像装置に適用した場合で、
更に光源２１として外光を利用することにより、メモリ
出力で上述のサンプリング制御動作と共に、ホワイトバ
ランスの調整も行なえるようにしたものである。図にお
いて、４０は色フィル夕で、この例ではＲ、Ｇ、Ｂの縦
型ストライプフィル夕として構成され、依ってＣＣＤ３
５からの綾像出力はＲ、Ｇ、Ｂの点順次信号となる。

この点順次信号からカラー映像信号を形成するにはＲ、
Ｇ、Ｂの各原色信号を同時化しなければならない。それ
がため、同時化のためのサンプリングホールド回路４１
Ｒ〜４１Ｂが設けられる。この例では信号をサンプリン
グするための回路と共用している。夫々の回路４１Ｒ〜
４１Ｂに供給されるサンプリングパルスＰｓｏＲ〜Ｐｓ
ｏＢ相互間は１２００の位相差が付与される。４２はパ
ルスＰｓｏＲに対しパルスＰｓ。

Ｂを１２０ｏ遅相させるための移相回路、４３はさらに
１２０ｏ遅相させる移相回路である。なお、４４は基準
の発振器である。サンプリングパルスＰｓ。

Ｒ〜Ｐｓ。Ｂの伝送路上には上述したようにゲート回路
３８Ｒ〜３８Ｂが設けられる。本例においてはメモリ素
子１の光源として外光が使用される。

外光は拡散板２２及び広角レンズ４５を通じてメモリ素
子１に導びかれ、被写体を含む所定範囲の平均光でメモ
リ素子１を照射するようにしている。従って、平均外光
に応じてメモリ出力ＳＮのレベルが変動することになる
。メモリ素子１の半導体基体２の上面にはフィル夕４０
と同様に構成された色フィル夕（特に図示せず）が被着
形成され、その上面にマスク２０が設けられる。メモリ
素子１をこのように構成した場合には、被写体の周囲に
おける平均外光に応じたメモリ出力Ｓｗが得られるから
、メモリ出力ＳＭをサンプリングホ−ルド回路４７Ｒ〜
４７８に供給してＲ、Ｇ、Ｂに対応したメモリ出力ＳＭ
Ｒ〜ＳＭＢを得、これを夫々の制御信号としてゲート回
路３８Ｒ〜３８Ｂに供給すれば、上述したと同様に欠陥
ノイズが供給されるサンプリングホールド回路４１Ｒ〜
４１Ｂを制御でき、欠陥ノイズを除去することができる
。さらに、同時化されたメモリ出力ＳＭＲ〜ＳＭ８はそ
のレベルが平均外光に応じて変動するから、これら出力
のうち、例えばＧのメモリ出力ＳＭＧを基準にし、この
基準出力ＳＭＧに対する他の出力ＳＭＲ，ＳＭＢのレベ
ルを比較し、その比較出力に塞いて出力ＳＭＲ，ＳＭ８
がＳＭｃと等しくなるように比較出力で出力ＳＭＲ及び
ＳＭＢを制御すると共に、この比較出力にてＲ及びＢの
原色信号ＳＲ，ＳＢのレベルを制御してやれば、Ｒ〜Ｂ
の各原色信号ＳＲ〜ＳＢのレベルも一定となるから、こ
れによりホワイトバランスの調整を行なうことができる
。

４８Ｒ，４８Ｂがそのための比較回路であり、４９Ｒ，
４９Ｂ及び５０Ｒ，５０Ｂが利得制御回路である。以上
のように、光源として被写体を含む外光を利用すれば、
欠陥ノイズの除去を図ることができるは勿論のこと、極
めて簡単な構成でホワイトバランスの調整ができる特徴
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は欠陥ノイズを含む映像信号の説明図、第２図は
本発明回路に適用して好適な不揮発性メモリ素子に使用
できる半導体素子の一例を示す構成図、第３図はその縦
断面図、第４図は半導体素子に形成されたマスクの説明
図、第５図は不揮発性メモリ素子の駆動系の一例を示す
系統図、第６図はマスクの形成方法の一例を示す第４図
１−１線上における工程図、第７図はメモリ用の原信号
の説明図、第８図は本発明回路の一例を示す要部の系統
図、第９図はその動作説明に供する波形図、第１０図は
本発明回路の他の実施例である。 １は不揮発性メモリ素子、２は半導体基体、４は電極、
５は記憶部、６は一時記憶用の垂直シフトレジスタ、７
は水平シフトレジスタ、１０は半導体素子、２川まマス
ク、３５は間体撮像体、４１はサンプリングホールド回
路、３８はゲート回賂である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 第６図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固体撮像体と、不揮発性メモリ素子とを具備し、こ
   の不揮発性メモリ素子は半導体基体の一の面に絶縁層を
   介して電極が所定のピツチで被着形成され、これら電極
   にて多数の記憶部が形成された半導体素子を有し、上記
   半導体基体の一方の面には記憶すべき情報に対応した光
   学像を形成するための光学像形成手段が設けられてなり
   、上記固体撮像体を構成する半導体素子の結晶欠陥等に
   基づく雑音発生個所に対応する如く上記光学像が形成さ
   れ、上記半導体基体に上記光学像を投影することにより
   得られるメモリ出力にて被写体像に基づく撮像出力を制
   御して上記欠陥部分に発生する雑音を上記撮像出力中よ
   り除去するようにしたことを特徴とする固体撮像装置の
   雑音除去回路。