JPS61128681A - 撮像システム - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は撮像システム、特に半導体撮像デバイスを使用
した固体撮像カメラシステムに関する。

〔発明の背景〕

画像を電気信号に変換する撮像装置において、最、近で
は光電変換装置として半導体集積回路技術によ）得られ
る固体撮像素子が用いられてきている。固体撮像素子を
用いることによって撮像管式のものよ）も撮像装置の小
型化、高信頼化、長寿命化がはかれる。このような固体
撮像システムは例えば特開昭５６−１５２３８２号で知
られており、その−例を第３図に示す。

第３図に示すような固体撮像素子では、感光性を持つ部
分がフォトダイオード１０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、例えばＭＯ
Ｓトランジスタ２の垂直信号線３側に接続されｔドレイ
ンも感光性を持つことがある。垂直信号線には上下に並
んだ数百のＭＯＳト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ｔ
光情報による電荷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ｔ信号電流が蓄積される
ことになる。この信号は各水平走査期間ごとに通常の信
号に重畳されて出てくるので、例えば第２図（ａｔに示
すように暗い背景に明るい部分Ｈ１，Ｈ，のある被写体
像を撮像すると、再生画面上では第２図（ｂ）に示すよ
うに、上下方向に尾引き状で視覚されてしまうに十分な
にせ信号部分）ｉ１／　、　Ｈ，１が発生する。このよ
うな固体撮像素子に特有のノイズ成分を垂直スメアと呼
んでお）、号 これは例えば特開昭５７−１７２７６−でも説明さ。

れている。

〔発明の目的〕

本発明の１つの目的はスメア抑制回路を有丁撮像システ
ムを提供することである。

本発明の他の目的は正常な撮像信号に悪影響を与えるこ
と無くスメアを抑制することのできる撮像システムを提
供することである。

本発明の更に他の目的はカメラの絞シを月光、室内のよ
うな暗視野に訃ける被写体に合わせ、一方では同じ視野
内に電灯、ヘッドライト等の明るい光がある場合に好適
な撮像システムを提供することである。

〔発明の概要〕

本発明の一実施例によれば、呼び出し又は走査されｔフ
ォトダイオードが結合されていない奇数（又は偶数）垂
直信号線に総和されて現われるスメア成分に応答する電
圧を、垂直走査シフトパルスによって呼び出し又は走査
され几７オトダイオードが結合されている偶数（又は奇
数）垂直信号線に現われる信号成分と総和スメア成分と
の和に応答する電圧から、減算を行なう演算増幅器が提
供される。

このシステムは更に、撮像信号成分と総和スメア成分の
和が所定値を越え九か否か検出する回路を含む。そして
その和が所定値を越え几場合は減算動作をやめるか、戒
は減算出力を無視することによって、スメア成分の引き
過ぎに起因する副作用が抑制される。

本発明および本発明の更に他の目的は図面を参照し比以
下の発明から明らかとなるであろう。

〔発明の実施例〕

本発明を説明する前に、本発明が適用されるＭＯ８形固
体撮像素子のインタレース動作について述べておく。

′　　第３図に示すＭＯ８形固体撮儂素子では垂直シフ
トレジスタ４の出力ＩＩ　５ｔ　、　５ｇ　、・・・・
・・、５ｍに１＠ゑ 次送られ九出力パルスはインタレース回路に加えられる
。インタレース回路６とその出力線７１１７１１・・・
・・・、７１ｆｆｉの間にはゲート回路１２１　＋　１
２ｚ、・・・・・・。

１２２ｍが挿入されており、ゲート回路の制御入力はひ
とつおきに別々の制御端子１３１，１３ｓに接続されて
いる。

ここで奇数フィールドでは、制御端子１３１にオン信号
を加え、制御端子１３ｚにオフ信号を加えれば、例えば
、最初の水平走査期間にインタレース回路からゲート回
路１２１および１２ｍに出力パルスが加えられても出力
パルスは出力線７１　　のみに伝えられる。この結果、
第１行目のフォトダイオード１ｔ−ｔｌ　Ｉｔ−鵞１・
・・・・・、Ｉｔ−ａの光信号のみが垂直信号線３２＋
３４＋・・・・・・、３２ａ　に移される。一方、垂直
スメア信号はＭＯＳトランジスタ２のオン・オフにかか
わりなく垂直信号線３に蓄積される。

この結果、奇数フィールドの各水平走査期間には、信号
出力線１１＞からは奇数行目のフォトダイオードの光信
号Ｓｏと垂直信号１ｊＡ３ｚ　、　３４．・・・・・・
　、３！ｎに蓄積されｔ垂直スメア信号Ｖｅ　とが得ら
れ、信号出力Ｍ　１１　ｍからは垂直信号線３１　＊　
３３　＋・・・・・、３□ｎ−１に蓄積され次画直スメ
ア信号Ｖｏのみが得られる。

ｆ７’ｅ、同様に偶数フィールドでは、制御端子１３Ｋ
にオフ信号を加え、制御端子１３．にオン信号を加えれ
ば、例えば最初の水平走査期間には出力パルスは出力線
７！たけに伝えられ、フォトダイオード１１ｆｔ　ｌ　
’ｈ−富’　＋・・・・・・、Ｆ３−Ｅｌの元信号のみ
が垂直信号線３ｔ　、　３ｓ　、・・・・・・Ｈ３２ト
４に移される。この結果、偶数フィールドの各水平走査
期間には、信号出力綜目２か４は偶数行目のフォトダイ
オードの光信−号Ｓｅと垂直信号線３ｔ　、　３１　、
・・・・・・ｒ　３ｍ！１−１に蓄積され次垂直スメア
信号ｖｏ　　とが得られ、信号出力線ｌ亀ｌからは垂直
信号線３！　＋　３４　＋・・・・・・、３２ｎに蓄積
された垂直スメア信号Ｖｅのみが得られる。

ここで、垂直信号線１０！とｌｏｇ、１０４と１０５・
・・・・・、ｌ０ｔｎ−２とｌ０ｚｎ−ｔのような空間
的位置関係が近い２本の垂直信号線の垂直スメアがほぼ
等しいので Ｖｏ＝Ｖｅ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（１）となる。

上記等式を利用し几スメア減少又は抑制回路を号 第４図に示す（特開昭５９−５２９７４＝）。同図から
明らかなように、奇数フィールドでは、信号出力１ｉ１
１ｔよシ得られる信号（Ｓｏ＋Ｖｅ）から信号出力線＋
ｈよ）得られる垂直スメア信号（Ｖｏ　）を引けば、（
１）式よプ　　・ ５ｏｕＴ１　＝　（Ｓｏ　＋Ｖｅ　）　−Ｖ。

＝Ｓｏ　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・（２）となシ、垂直スメアを含′！ない信号
ｓ　ｏｕｔｌを得ることができる。−万、偶数フィール
ドでは、イサ号出力ｍ１１１虞よ）得られる信号（８ｅ
＋Ｖｏ）から信号出力線＋１１よシ得られる垂直スメア
信号（Ｖｅ）を引けば、（１）式よシ ５ｏｕｒｓ　＝　（Ｓｅ　＋　Ｖｏ　）　−Ｍｅ＝８ｅ
　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（３）となり、垂直スメアを含まない信号８Ｑｕ丁
２を得ることができる。

以上説明し九ように第４図に示すスメア抑制回路を用い
ると、垂直スメアの発生を防止することが可能となるが
、高照度時には信号成分から垂直スメア信号成分を引き
すぎるという問題がおつ九次に前述しｔ垂直スメア信号
成分の引きすぎの問題について第５図ｔ−参照して説明
する。

第５図は撮像特性の照度依存性を表わすグラフである。

フォトダイオード２には撮像情報が、又各垂直信号８３
にはスメアの雑音取分がいずれも被写体の照度に応じｅ
！荷量をもって蓄積されるが、これらの電荷はアクセス
時すなわち走査時放出されることになり、その電荷の移
動量は電流で表わされる。又、ブリ・アンプはそのとき
の検出電流に応じ比信号を出力するので、ｇ５図では、
Δ 信号並びに雑音成分、ブリ・アンプの出力レベル、及び
減算器の動作等をまとめて縦軸で電流値の次元で表現す
る。

同図から理解できるように、信号成分Ｂはフォトダイオ
ードの特性によりある照度Ｂｓで飽和するが、雑音成分
Ａは飽和点Ｂｓの数十種以上の領域でも照度に厄じて増
え続ける。ま几、ブリ・アンプ１５もその宿命として飽
和点（Ｂｏ）をもっている。従って、被写体の照度がブ
リ・アンプの飽和点Ｂｏを越える照度Ｂ１　　である場
合、例えば奇数フィールドにおいてはブリ・アンプｌ　
５１　　から出力される信号成分とスメア成分の和Ｃは
Ｉ。

（＝ＩＳ＋ＩＮ）に抑制されるが、ブリ・アンプ１５２
から出力されるスメア成分人は抑制されないでＩＮより
大きい１１　　となシ、そのまま両アンプの出力信−号
の差をとると、本来の飽和信号量Ｉｓ　よりも低い値と
なってしまう。

このような引き過ぎの現象は、案内や夜間の野外のよう
な暗視野における被写体に撮像カメラの絞りを広い開口
となるように合わせ、被写体が飽和点Ｂ３迄の領域で目
一杯写せるようにし定場合で、同視野に照度Ｂｓをはる
かに越える照度Ｂ１の照明が入つ几場合に起こり易く、
このような場合照明は前述の引き過ぎによシ、真暗か或
は他の被写体よりも暗く撮影されてしまう。

以下、実施例に従って本発明を説明する。

第７図は本発明による固体撮像システムの一例を示す回
路図であシ、前述の図と同一部分は同一符号を付す。同
図において、ブリ・アンプ１５１および１５ｍと減算回
路１６との間には、パルス発生回路１９から固体撮像素
子１４の制御端子１３ｓおよびｔ３ｔに入力される奇数
及び偶数フィールド切換えパルス信号にそれぞれ同期し
てオン・オフするアナログ・スイッチ回路４７ｔ　＊　
４７２　ｔ　４７ｓ　＋４７４および各アナログ・スイ
ッチ回路４７１＊　＋７＊＋４７３　、４７４　　の出
力信号から不要な垂直スメア信号をカットするスライス
回路４９１　＊　４９＊　＋　４９ｓｙ４９４がそれぞ
れ対応して直列接続されている。ま友、これらの各スラ
イス回路４９１ｅ４９ｘ　＋　４９ｓ　＋４９４には垂
直スメア信号を一定のレベルでカットするスライスレベ
ルＬ１　　及び（信号十垂直スメア信号）をある一定レ
ベルでカットするスライスレベルＬ２　　が設けられて
いる。

このような構成において、固体撮像素子１４の信号出力
ｍ　ｌ　Ｉ　ｔおよ−び１１２から出力される出力信号
は、ブリ・アンプ１５．および１５！で増巾式れｔ彼、
スイッチ回路４７ｓ　、　４７ｚ　、　４７ｓ　、　＋
７４にそれぞれ入力される。

スライスレベルＬ、　、　Ｌ、はブリ・アンプ１５１゜
１５１から受は比出力信号をおる特定電圧レベルに制限
する機能を持ってお）、本来は電圧の次元を持っている
のであるが、ここでも説明の便宜上第５図に示すように
、対応する′ｗＬ１５１！値で表わす。同図から判るよ
うにスライスレベルＬｓ　Ｂブリ・アンプ１５１，１５
．の飽和レベルＩｏよシも小さく、信号成分の光電変換
飽和レベルＩｓ　とスメアのスライスレベルＬｌ　　と
の和にほぼ等しく設定される。

前述しｔように第１フイールド（奇数フィールド）にブ
リ・アンプ１５１から出力される信号は垂直スメア信号
Ｍｅ’および光信号Ｓｏ、ブリ・アンプ１５ｚから出力
きれる信号は垂直スメア信号Ｖｏのみである。そして第
２フイールド（偶数フィールド）ではその関係は逆とな
る。一方、第４図に示す先願の撮像装置ではブリ・アン
プ１５１および１５ｚの出力を減算回路１６に入力して
い九が、高照度下において（元信号中垂直スメア信号）
Ｉｏ）の入力に対しソリ・アンプ１５１又は１５２が飽
和領域動作となつ几場合、（垂直スメア信号Ｍｅ’十元
信号５ｏ＝Ｉｏ）から垂直スメア信号Ｖｏ　　（＝　Ｉ
ｔ）　ｋ引くと、垂直ヌメア信号分の引き過ぎとなる（
Ｉｔ＞ＩＮであるので）。そこで、本発明は、（垂直ス
メア信号Ｖｅ’十元信号Ｓｏ　）と垂直スメア信号Ｖｏ
のみの場合とを各スイッチ回路４７１＋　４７！　＋４
７３．４７４で分離しｔ後、一定のスライスレベルＬｌ
　　を有するスライス回路４９！および４９３によりス
メア信号Ｖ−ｅ　＞よびＶｏのレベルＬ１　以上をカッ
トし、これによって垂直スメア信号ｆｔ（元信号＋スメ
ア信号）対応信号から引き過ぎる操作を防止することが
可能となる。なお、垂直スメア信号を伜な５光信号にも
スライス回路４９．および４９４を設けているのはブリ
・アンプ１５１および１５□の間の飽和特性の差異等の
影響を除去するｔめであり、スライス回路４９１および
４９４は省略することも可能である。その場合、スライ
スレベルＬＩＢブリ・アンプの飽和レベルＩｏからフォ
トダイオードの飽和レペルエ３を引い比値ＩＮにほぼ等
しくさせる必要がある。

また、このような構成によれば、被写体の明暗に対応し
てブリ・アンプ１５里および！５．の出力信号のピーク
値を検出し、このピーク値に対応して五スライスレベル
Ｌ１　およびＬ２に自動的に設定することもできる。

第８図は本発明による固体撮像システムの他の実施例を
示す回路図で６６、前述の図におけると同一な部分は同
一符号を付す。同図においては、第４図の構成に加えて
、ブリ・アンプ１５１および１５ｚの信号振幅を、ある
基準を位２０と比較するコンパレーター２９１および２
９１が設けられ、かつスイッチ回路１７ｔ、１７ｚの出
力の所定レベルを越えｔ部分をカットするスライス回路
４９が設けられている。

固体撮像素子１４の信号出力線１１１および１１鵞から
出力される出力信号は、第４図の先願の例と同じく、ブ
リ・アンプ１５＋および１５冨で増巾され几後、減算回
路１６にそれぞれ入力される。本実施例ではブリ・アン
プ１５１，１５２の出力信号振幅ｔ−（−れぞれコンパ
レーター１９ｔ、ＩＳｈによシ検出し信号！Ｍ幅が基準
レベル２０（第５図の工０又はＬｚ　　）を越えて飽和
している場合には上記減算を行なわない構成とし比。こ
の場合、飽和している期間は垂直スメアを含んだままの
信号が減算回路１６から出力されるので飽和レベルＩｓ
以上の信号は元来不要である九めスライス回路２１で除
去すれば信号成分のみが得られる。

８１図は本発明による固体撮像システムの他の実施例で
あり、本出願の出願時点においては全実施例の中では最
も優れていると総合的な評価をしｔ具体例である。

同図において、５１と５２はＭＯ８形固体撮像デバイス
１４に特有な雑音成分である固定パターン雑音をキャン
セルさせる友めの積分回路である。

積分回路５１　、５２からの信号は第７図の例と同様ア
ナログ・スイッチ４７【〜４７４　によって奇数、偶数
の各フィールド毎に、減算器１６の正負入力端子に切換
えられて供給される。減算器１６は前述し友ように信号
成分とスメア成分の和からスメア成分を減算し、そこで
得られ友信号成分は、通常はアナログ・スイッチ５３を
通して低域濾過フィルター５５に伝達され、増幅器５６
によって増幅されｔ後、この場合はスライｆ−４９で制
限されること無しに映像信号処理回路に伝達される。

しかし、被写体の層間が大きい場合は、コンパレータ２
９の出力が反転し、スメアと信号成分の和に相当する撮
像情報は減算器１６のプラス入力端子の入口からアナロ
グ・スイッチ５４を通してそのままローパス・フィルタ
５５ヘバイパスされる。このとき、減算器１６はスメア
の引き過ぎ動作を行なっているが、その出力信号はアナ
ログ・スイッチ５３によって断九れる。アナログ・スイ
ッチ５４を通る信号は信号成分とスメア成分の和となっ
ている几め、フォトダイオード１の飽和レベルＩｓを越
えるスメア成分はスライサ４９によって除去される。こ
のスライサ４９のスライスレベルは第５図のＩｓ相当に
すれば理想的であるが、実際の固体撮像デバイス１４や
ブリ・アンプ１５には必ず製造バラツキが伴なうので、
それらを考慮して、真の撮像信号レベルの最大値を一定
にしておく必要或は少しのスメアも残さない必要がある
場合は、標準のＩＳよ）も低く設定すれば良く、まｔ少
しの撮像信号を犠牲にしたく無い場合は標準のＩｓよプ
も高めに設定しておけば良い。

二 ５７は電圧フオワで６７、その高入力インピーダンス特
性を活かし、後段のローパス・フィルタ５８が減算器の
入力端子やローパス・フィルタ５５の信号ラインに影響
するのを防止している。

５９はローパス・フィルタ５８からの出力信号の直流レ
ベルを再生するクランク回路でめシ、その直流レベルは
撮像（ｌｉｔ号の影響が出ないブランキング期間に（ブ
ランキング同期パルス６０ｔ−利用ン、コンパレータ２
９のマイナス入力端子に接続され九基準電圧＠Ｖｒｅｆ
に関連付けをされる。

まｔ、本発明は、ＭＯ８形固体撮像素子だけでなく、イ
ンタレース動作において、奇数行目の画素の信号を外部
へ出力する定めの経路と、偶数行目の画素の信号を外部
へ出力する友めの経路とが区別されておシ、両方の経路
からの信号を同時に出力できるすべての固体撮像素子に
適用できる。

九とえば、第６図に示すインターライン形ＣＣＤでは、
奇数行目のフォトダイオード２１１−ｘｔ２１１−＊・
・・・・・、　２１ｓ−１，２１ｇ−＊　ｔ・・・・・
・の光信号と偶数行目のフォトダイオード２１ｚ−１、
２１＊−ｓ　。

・・・・・・２１４−１．２１４−ｔ・・・・・・の光
信号を垂直ＣＣＤ２２１．２２２・・・・・・および水
平Ｃ０Ｄ２３上で分離して移送することができる。ここ
で、駆動回路２４よシ垂直転送ゲート２３ｔ　、　２３
ｓｉに加えるパルスを、制御入力端子２５１，２５２に
よって制御し、奇数フィールドには奇数行目のフォトダ
イオードの信号のみが垂直ＣＯＤに移され、偶数フィー
ルドには偶数行目のフォトダイオードの信号のみが垂直
ＣＯＤに移されるようにする。このとき、フォトダイオ
ードの信号が移されなかつ次垂直ＣＣＤの部分には垂直
スメアのみが蓄積されるので、水平ＣＯＤからは、九と
えは奇数フィールドでは奇数行目のフォトダイオードの
光信号と垂直スメアの和信号、あるいは垂直スメア信号
のみが交互に得られる。これを分離回路２６１，２６ｔ
によって交互に分離すれば、第３図に示すＭＯ８形固体
撮像素子の出力信号線１１１．Ｉｆ！から得られる信号
と同様の信号が得られる。

〔発明の効果〕

本実施例によれば、スメア成分を除去できるだけでなく
、スメア成分の引き過ぎも防止でき、簡単な構成でそれ
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスメア抑制回路を有する固体撮像
システムの一実施例を示す図、第２図は垂直スメアの現
象を説明するｔめの図、第３図は従来のＭＯ８型固体撮
像デバイスを示し、まｔ本発明が適用されるデバイスを
示す図、第４図は本発明の先願に係るスメア除去回路、
第５図は本発明全説明する之めの図であって、電荷量或
は検出電流で表わされる電気量に変換され几撮像信号お
よびスメアの照度依存性を示す図、第６図は本発明を適
用することか可能なインタレース、ＣＣＤ型固体撮像デ
バイス金示す図、第７図、第８図は本発明による固体撮
像システムの他の実施例を示す図である。 凰・・・・フォトダイオード、２・・・・スイッチング
用ＭＯ８ＦＥＴ、３・・・・垂直信号線、Ｉｌｌ・・・
・奇数フィールド出力線、ｌ１２・・・・偶数フィール
ド出力線、Ｈ１′。 Ｈ，ｌ・・・・垂直スメア、Ｌｌ・・・・スメア・スラ
イスレベＡ／、Ｌｌ・・・・　（スメア＋［２（ｉＪ号
）スライスレベル、工３・・・・フォトダイオードの光
電変換飽和レベル、Ｉｏ・・・・ブリ・アンプの飽和レ
ベル。 第５図 照度（ｌｕｘ） 第６図 補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名　称　　（Ｓｌｏｔ株式会辻　日　立　製　作　折代
　　　理　　　人 居　所　　〒ｔｏｏ東京都千代田区丸の内−丁目５番１
号株式会社日立製作所内　電話ＩＩ睨２１２−１１１１
（大代表）補正の対象図面 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被写体の光情報量を電気量に変換する光電変換器と
   、該光電変換器から導き出される雑音成分並びに信号成
   分の和と雑音成分との間で引き算を行なう減算器と、上
   記和が所定の値を越えた場合と越えない場合とでそれぞ
   れ第１及び第２の出力状態を示す比較器と、上記第２の
   出力状態の場合は上記減算器の出力信号を導き、上記第
   １の出力状態の場合は上記和の信号を導く切換回路と、
   上記和信号を制限したレベルの出力信号に変換するスラ
   イス回路とを具備して成ることを特徴とする撮像システ
   ム。