(57)【要約】【課題】ＣＣＤ型固体撮像素子の駆動モードの種類数が増加した場合でも、撮像素子検査工程や撮像素子アプリケーションの調整工程の負荷を減らし、コスト低減を図る。【解決手段】全画素の個々から個別に検出信号が読み出される全画素駆動と複数画素の検出信号が画素加算されて読み出される画素加算駆動とが行われるＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置の画素欠陥補正方法であって、固体撮像素子を画素加算駆動するときの垂直転送待機電極Ｖ１〜Ｖ４を該固体撮像素子を全画素駆動するときの垂直転送待機電極Ｖ１〜Ｖ４と同じ電極にすると共に、画素加算駆動で得られる撮像画像データの画素欠陥補正を全画素駆動で得られる撮像画像データの画素欠陥補正と同じ画素欠陥出現位置情報を用いて行う。【選択図】図４
2010004252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全画素の個々から個別に検出信号が読み出される全画素駆動と複数画素の検出信号が画素加算されて読み出される画素加算駆動とが行われるＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置の画素欠陥補正方法であって、前記ＣＣＤ型固体撮像素子を前記画素加算駆動するときの垂直転送待機電極を該ＣＣＤ型固体撮像素子を前記全画素駆動するときの垂直転送待機電極と同じ電極にすると共に、前記画素加算駆動で得られる撮像画像データの画素欠陥補正を前記全画素駆動で得られる撮像画像データの画素欠陥補正と同じ画素欠陥出現位置情報を用いて行うことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置の画素欠陥補正方法。
【請求項２】
前記画素加算は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送路上で行われることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置の画素欠陥補正方法。
【請求項３】
前記画素欠陥補正は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の垂直転送路の欠陥に起因する画素欠陥を補正するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置の画素欠陥補正方法。
【請求項４】
ＩＳＯ感度設定毎に前記垂直転送待機電極の数を可変制御する場合、前記画素加算駆動するときの前記画素欠陥補正で用いる補正データとして、同一の垂直転送待機電極数となる前記全画素駆動でのＩＳＯ感度用の補正データを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置の画素欠陥補正方法。
【請求項５】
全画素の個々から個別に検出信号が読み出される全画素駆動と複数画素の検出信号が画素加算されて読み出される画素加算駆動とが行われるＣＣＤ型固体撮像素子と、該ＣＣＤ型固体撮像素子を前記画素加算駆動するときの垂直転送待機電極を該ＣＣＤ型固体撮像素子を前記全画素駆動するときの垂直転送待機電極と同じ電極にすると共に前記画素加算駆動で得られる撮像画像データの画素欠陥補正を前記全画素駆動で得られる撮像画像データの画素欠陥補正と同じ画素欠陥出現位置情報を用いて行う制御手段とを備えることを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置。
【請求項６】
前記画素加算は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送路上で行われることを特徴とする請求項５に記載のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置。
【請求項７】
前記画素欠陥補正は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の垂直転送路の欠陥に起因する画素欠陥を補正するものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置。
【請求項８】
ＩＳＯ感度設定毎に前記垂直転送待機電極の数を可変制御する場合、前記画素加算駆動するときの前記画素欠陥補正で用いる補正データとして、同一の垂直転送待機電極数となる前記全画素駆動でのＩＳＯ感度用の補正データを用いることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその画素欠陥補正方法に係り、特に、低コスト化を図るのに好適なＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその画素欠陥補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の固体撮像素子は多画素化が進展し、数百万画素以上を搭載するのが普通になってきている。この多画素化が図られた撮像素子のメリットを生かすために、下記の特許文献１記載の固体撮像装置では、検出した信号電荷の画素加算駆動を行うことで、フレームレートの高い画像を生成し、動画性能を向上させている。また、信号電荷の画素加算を行うことで、暗いシーンを撮影した場合でも、品質の高い画像を生成し、感度特性を上げている。
【０００３】
下記の特許文献２には、撮像素子の画素加算駆動における画素欠陥補正方法に関する記載があり、画素欠陥による画質劣化を、加算モードにおいて抑えようとする試みがなされている。
【０００４】
しかしながら、ＣＣＤ型固体撮像素子においては、画素欠陥のみならず、垂直転送路における欠陥に起因する画質劣化が存在する。この垂直転送路に欠陥があると、撮像した画像上に縦線ノイズが生じ、撮像画像の品質を落としてしまう。
【０００５】
このような欠陥のある撮像素子を全て不良品として除外すると、撮像素子の製造歩留まりが低下して製造コストを増大させることになる。そこで、欠陥数の少ない撮像素子では、上記の縦線ノイズ部分の画像データを、近傍の画素が検出した画像データで置き換えるなど、撮像素子を駆動制御するアプリケーション（カメラが組み上がった後に光を撮像素子に当てて撮影を行い、そこで縦線欠陥を検出し、欠陥アドレスをカメラのＲＯＭに書き込むという一連の画質調整工程及びソフトウェア）で補正処理を行い、撮像素子の製造歩留まりを高めている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６―１５７６２４号公報
【特許文献２】特開２００１―４５３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
デジタルカメラ等に搭載される撮像素子を駆動するアプリケーションは、多機能化及び高性能化が進み、１つの撮像素子アプリケーション内での撮像素子駆動モードの種類数が増加する傾向にある。
【０００８】
例えば、１２００万画素の撮像素子であれば、水平２画素混合駆動をすることで、６００万画素で感度が２倍の画像を手に入れることができる。この場合には、水平加算駆動モードが撮像素子アプリケーション内に追加される。
【０００９】
また、同じ画素数でも、ゲインを上げて高感度にする場合には、画質を向上させるため、撮像素子のノイズを極力減らすべく、垂直転送時の待機電極数を減らしてノイズを減らす駆動モードが撮像素子アプリケーション内に追加される。この場合には、その感度設定等に応じて駆動モードの種類数が増加することになる。
【００１０】
しかしながら、このように撮像素子の駆動モードの種類数が増加すると、垂直転送路の欠陥に起因して縦線ノイズの発現場所が撮像素子の駆動モードによって変わってきてしまう。このため、駆動モード毎に、異なる縦線ノイズの補正処理を用意しなければならなくなってしまう。
【００１１】
これは、その縦線ノイズを検知し補正を行う工程、例えばＣＣＤ型固体撮像素子の検査工程やデジタルカメラの画質調整工程などにおいて、歩留まり低下や工程コスト増加の原因になってしまう。
【００１２】
本発明の目的は、ＣＣＤ型固体撮像素子の駆動モードの種類数が増加した場合でも、撮像素子検査工程や撮像素子アプリケーションの調整工程の負荷を減らし、コスト低減を図ることが可能なＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその画素欠陥補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその画素欠陥補正方法は、全画素の個々から個別に検出信号が読み出される全画素駆動と複数画素の検出信号が画素加算されて読み出される画素加算駆動とが行われるＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置の画素欠陥補正方法であって、前記ＣＣＤ型固体撮像素子を前記画素加算駆動するときの垂直転送待機電極を該ＣＣＤ型固体撮像素子を前記全画素駆動するときの垂直転送待機電極と同じ電極にすると共に、前記画素加算駆動で得られる撮像画像データの画素欠陥補正を前記全画素駆動で得られる撮像画像データの画素欠陥補正と同じ画素欠陥出現位置情報を用いて行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその画素欠陥補正方法における前記画素加算は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の水平転送路上で行われることを特徴とする。
【００１５】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその画素欠陥補正方法における前記画素欠陥補正は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の垂直転送路の欠陥に起因する画素欠陥を補正するものであることを特徴とする。
【００１６】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその画素欠陥補正方法は、ＩＳＯ感度設定毎に前記垂直転送待機電極の数を可変制御する場合、前記画素加算駆動するときの前記画素欠陥補正で用いる補正データとして、同一の垂直転送待機電極数となる前記全画素駆動でのＩＳＯ感度用の補正データを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＣＣＤ型固体撮像素子の駆動モードの種類数が増加した場合でも、画素欠陥の発現位置が駆動モードによらず一定となるため、全画素駆動モードで用いる欠陥情報や補正データを用いることができ、撮像素子検査工程や撮像素子アプリケーションの調整工程の負荷が減り、コスト低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラのブロック構成図である。このデジタルカメラ１０は、デジタルカメラ１０の全体を統括制御するＣＰＵ１１と、ＣＣＤ型固体撮像素子１２と、ＣＣＤ型固体撮像素子１２の駆動パルスを発生するタイミングジェネレータ１３とを備え、タイミングジェネレータ１３は、バス１４を介し、ＣＰＵ１１からの指令に基づいて駆動パルスを発生する。
【００２０】
更に、バス１４には、ＣＣＤ型固体撮像素子１２から出力されるアナログの撮像画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１５と、撮像素子の駆動モードを制御したり欠陥補正処理を行うアプリケーションを格納すると共にワークメモリとしても動作するメモリ１６と、メモリカード１７との間のインタフェース処理を行う外部インタフェース１８と、カメラ背面等に取り付けられる液晶表示部１９との間のインタフェース処理を行うＬＣＤインタフェース２０と、フレームメモリ２１と、画像信号処理を行う信号処理ＩＣ２２と、ユーザからの指示入力を取り込むスイッチ類２３とが接続される。
【００２１】
ＣＰＵ１１は、上記のアプリケーションに従ってデジタルカメラの制御を行い、タイミングジェネレータ１３を介して、詳細は後述するようにして、ＣＣＤ型固体撮像素子１２を全画素モードで駆動したり画素加算モードで駆動し、また、垂直転送路の転送電極不良に起因する縦線ノイズの補正を信号処理ＩＣ２２等に指示する。
【００２２】
ここで、全画素モードとは、ＣＣＤ型固体撮像素子１２を構成する個々の１画素の検出信号を、該固体撮像素子１２による撮像画像の個々の１ピクセルデータとする駆動モードである。画素加算モードとは、ＣＣＤ型固体撮像素子１２を構成する隣接する複数画素の検出信号を加算し撮像画像の１ピクセルデータとする駆動モードである。
【００２３】
図２は、ＣＣＤ型固体撮像素子１１の表面模式図である。ＣＣＤ型固体撮像素子１１は、矩形の画素部１１ａと、画素部１１ａの下辺に沿って設けられた水平転送路１１ｂと、水平転送路１１ｂの転送方向端部に設けられたアンプ部１１ｃとを備える。画素部１１ａには、図示しない多数の画素（フォトダイオード：受光素子）が二次元アレイ状に配列形成されており、各画素列毎に、該画素列に沿って垂直転送路が水平転送路１１ｂまで設けられている。
【００２４】
ＣＣＤ型固体撮像素子１１における画素欠陥には、フォトダイオードの欠陥の他に、垂直転送路の欠陥がある。垂直転送路は、埋め込みチャネルと、その上に絶縁層を介して積層された複数の連続する転送電極膜とで構成されるが、転送電極膜のいずれかに欠陥があると（例えば欠陥電極のある位置を、図２の画素部１１ａ中に×印で示す。）この欠陥電極から、ノイズとなる電子が、垂直転送路上の信号パケット内に入り込んでしまう。
【００２５】
これを図示したのが図３である。垂直転送路は、水平転送路が転送駆動されている間は停止状態となっており、このとき、垂直転送路上の信号電荷３１は、待機電極（図示する例では電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）に印加された電圧ＶＭによって形成された信号パケット３２内に保持されている。
【００２６】
欠陥電極が図２の×印で示す電極Ｖ５であったとすると、この欠陥電極Ｖ５から、信号パケット３２内にノイズ電荷３３が注入されてしまう。この信号パケットより下流側にある信号パケット３５は、欠陥電極Ｖ５を通過しないため、信号パケット３５内にはノイズ電荷の注入はない。
【００２７】
垂直転送路によって転送されてくる信号電荷は、各画素が検出した電子であるが、図２に示す欠陥電極×より上流側から転送されてくる信号パケットは、常に欠陥電極×を通過するため、図２に示す欠陥電極×より上流位置範囲Ａ，Ｂから転送されてくる信号パケットには、全てノイズ電荷が重畳されてしまい、これが被写体画像中に縦線ノイズとして現れる。
【００２８】
この縦線ノイズは、欠陥電極に起因するため発生場所が固定であり、補正することが可能である。従って、全画素から信号電荷を読み出して被写体の静止画像を生成する全画素モードでの駆動では、欠陥画素位置の情報の他、転送電極の欠陥情報を事前に把握してメモリ１６に保存しておき、これらの欠陥情報を用いることで、画像データの補正を行っている。例えば、近隣のノイズの無い画素データでノイズデータを置き換える等して補正を行う。
【００２９】
デジタルカメラにおける撮像素子駆動モードは、近年では多彩になって来ており、例えば、図２の画素部１１ａに設けられた隣接する２つの垂直転送路で転送されてきた信号電荷を、水平転送路１１ｂ上で画素加算する２画素加算する駆動モードがある。また、４つの垂直転送路で転送されてきた信号電荷を水平転送路１１ｂ上で４画素加算する駆動モードもある。
【００３０】
これら加算駆動モードは、動画撮影や高感度撮影のため等に行われるが、特に動画撮影時には、静止画像撮影時と異なり、撮像画像の読み出し毎に行われる垂直転送路の高速掃き出し駆動がないため、縦線ノイズが顕著になる。
【００３１】
加算駆動モードで固体撮像素子１１を動作させる場合、上記の縦線ノイズの画像上の位置が異なってくるため、ノイズ発生位置即ち欠陥情報を加算駆動モード毎に事前に把握し、画像補正の方法を用意しておく必要がある。しかし、これは、固体撮像素子の製造後の検査工程等におけるコスト増となり、また、撮像装置の画質調整工程でのコスト増になってしまう。
【００３２】
そこで本実施形態では、コスト低減を図るために、固体撮像素子の駆動モードが全画素モードと異なった場合でも、全画素モードで使用する欠陥情報をそのまま利用できるように、加算駆動モードの動作に制限を加える。
【００３３】
図４は、全画素モードと加算駆動モードにおける垂直転送路の待機時駆動方法の説明図である。全画素モード時の垂直転送路の待機時には、電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に電圧ＶＭを印加し、電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８に電圧ＶＬを印加して、待機時の信号パケットを電極Ｖ１〜Ｖ４下に形成し、この中に信号電荷を保持する。
【００３４】
加算駆動モードで固体撮像素子を駆動する場合にも、垂直転送路の待機時には、全画素モード時と全く同様に、電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に電圧ＶＭを印加し、電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８に電圧ＶＬを印加して、待機時の信号パケットを電極Ｖ１〜Ｖ４下に形成し、この中に信号電荷を保持する。
【００３５】
この様に、垂直転送の待機時には、転送電極への電圧印加パターンを全画素モードと加算駆動モードとで全く同一パターンにする。これにより、垂直転送電極のどの電極に欠陥が存在しても、全画素モードと加算駆動モードとで縦線ノイズの発生場所が同じとなり、全画素モードで用いる欠陥情報をそのまま加算駆動モードでも使用可能となる。
【００３６】
上述した実施形態の説明では、縦線ノイズの「発生場所」についての情報を、全画素モードと加算駆動モードとで共用することについて述べたが、縦線ノイズを補正する補正量は、撮像装置に設定されるＩＳＯ感度に応じた値とする必要があり、ＩＳＯ感度に応じて、縦線ノイズの補正データつまり欠陥補正データを用いる必要がある。
【００３７】
図５は、ＩＳＯ感度設定毎に垂直転送駆動を変える撮像装置において、加算駆動モード時の欠陥補正データとして全画素モードの欠陥補正データを用いることを可能とする駆動方法の説明図である。
【００３８】
図５（ａ）は、全画素モードでの垂直転送待機時の電圧印加状態を示す図である。全画素モードでは、ＩＳＯ１００のとき、電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の４電極を待機電極とし、ＩＳＯ２００のとき、電極Ｖ１，Ｖ２の２電極を待機電極とし、ＩＳＯ４００のときは電極Ｖ１の１電極を待機電極としている。
【００３９】
全画素モードでの欠陥補正データとして、図５（ａ）に示すＩＳＯ１００のときの補正データと、ＩＳＯ２００のときの補正データと、ＩＳＯ４００のときの補正データとが予めメモリ１６内に用意されているものとする。
【００４０】
図５（ｂ）は、水平転送路で２画素加算する駆動モードの垂直転送待機時の電圧印加状態を示す図である。ＩＳＯ１００のときの信号電荷量は、２画素加算するため、全画素モードにおけるＩＳＯ１００の半分でよく、このため、待機時電極数は２電極となる。図示する例では、電極Ｖ１，Ｖ２の２電極を待機電極としている。このため、２画素加算モードでのＩＳＯ１００における欠陥補正データとして、全画素モードで待機電極数が２電極となるＩＳＯ２００における欠陥補正データを用いることができる。
【００４１】
２画素加算モードのＩＳＯ２００のときの信号電荷量は、全画素モードにおけるＩＳＯ２００の半分で良いため、待機電極数は１電極となる。図示する例では、電極Ｖ１の１電極を待機電極としており、２画素加算モードでのＩＳＯ２００における欠陥補正データとして、全画素モードで待機電極数が１電極となるＩＳＯ４００における欠陥補正データを用いることができる。
【００４２】
２画素加算モードのＩＳＯ４００のときの信号電荷量は、全画素モードにおけるＩＳＯ４００の半分で良いが、待機電極数を０．５電極とすることはできないため、待機電極数は１電極となる。このため、２画素加算モードのＩＳＯ４００のときの欠陥補正データとして、全画素モードにおけるＩＳＯ４００の欠陥補正データを用いる。
【００４３】
図５（ｃ）は、水平転送路で４画素加算する駆動モードの垂直転送待機時の電極印加状態を示す図である。４画素加算であるため、ＩＳＯ１００での待機電極数は１電極となり、電極Ｖ１を待機電極としている。ＩＳＯ２００での待機電極数も、１電極以下にできないため１電極すなわち電極Ｖ１を待機電極とし、ＩＳＯ４００での待機電極数も１電極すなわち電極Ｖ１を待機電極としている。
【００４４】
このため、４画素加算モードでは、ＩＳＯ１００，２００，４００共に、全画素モードでの待機電極数が１電極となるＩＳＯ４００の欠陥補正データを用いることができる。
【００４５】
図４で説明した実施形態では、電極Ｖ１〜Ｖ４を常に待機電極とし、図５で説明した実施形態では、電極Ｖ１を常に待機電極としている。信号パケットには、信号パケットの両サイドの電極から、ノイズ電荷が信号パケット内に混入される。どの程度のノイズ電荷量が混入するかは、両サイドの電極の形成状態によって異なるため、どの電極を待機電極とするかを、待機毎に常時変更して混入するノイズ電荷量をばらつかせ、ノイズが固定パターンにならないようにして目立たなくする方法もある。
【００４６】
しかし、図４の実施形態では、待機電極を駆動モードが変更されても常に固定電極とすることで、ノイズを常に固定パターンとして発生させ、その位置を全画素モードにおける欠陥情報から特定できる様にしてコスト削減を図っている。
【００４７】
また、図５の実施形態では、待機電極数が変化するため信号パケットの片側の電極は変動するが、もう一方の片側の電極を常に固定電極とすることで、混入するノイズ電荷量の変化が抑制され、精度の高い欠陥補正ができるようにしている。
【００４８】
以上述べた様に、上述した実施形態によれば、加算駆動モード時に全画素モード時と同じ箇所に縦線ノイズが発生する駆動方法を採用し、撮像素子の製造歩留まりを向上させ、撮像装置の補正工程や画像調整工程の短縮化によるコストダウンを図ることが可能となる。
【００４９】
また、ＩＳＯ感度設定毎に信号パケットの待機電極数を可変制御する撮像装置において、加算駆動モード時の補正データとして、全画素モード時の補正データを利用可能としたため、更なるコストダウンを図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る画素欠陥補正方法は、固体撮像素子の製造歩留まりを向上させ、補正工程等の短縮化による低コスト化を実現できるため、撮像素子の駆動モード数を多く持つデジタルカメラ等に適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラのブロック構成図である。
【図２】ＣＣＤ型固体撮像素子における縦線ノイズの説明図である。
【図３】ＣＣＤ型固体撮像素子の垂直転送待機時に発生するノイズの説明図である。
【図４】本発明の一実施形態における加算駆動モード時の駆動方法説明図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるＩＳＯ感度毎の垂直転送待機時の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  デジタルカメラ
１１  ＣＰＵ
１２  ＣＣＤ型固体撮像素子
１３  タイミングジェネレータ
１６  メモリ
２２  信号処理ＩＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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