(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光ビットが行方向及び列方向に配置された固体撮像素子で、所定の期間に各受光ビットに蓄積される情報電荷を一定の周期で列方向に転送すると共に、１行ずつ行方向に転送して出力する際、各受光ビットに蓄積された情報電荷を列方向に転送する過程で混入するスミア電荷の量を、各受光ビットに蓄積された情報電荷量から情報電荷の蓄積時間と情報電荷の列方向への転送時の１受光ビットを通過する時間との比に基づいて各受光ビット毎に推定し、この推定値を情報電荷の転送経路にある受光ビット数分累加算してスミア電荷量の合計を算出することを特徴とする固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法。
【請求項２】
上記固体撮像素子は、複数の受光ビットに蓄積される情報電荷を受光ビット列に直列に接続される垂直転送部へ列単位でシリアルに転送するフレーム転送方式であり、情報電荷を各受光ビットから垂直転送部へ転送する過程で発生するスミア電荷量を算出することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法。
【請求項３】
上記固体撮像素子は、複数の受光ビットに蓄積される情報電荷を受光ビット列に並列に接続される垂直転送部へ列単位でパラレルに転送するインターライン方式であり、垂直転送部へ転送された情報電荷を垂直転送部から１行単位で取り出しながら１行ずつ垂直方向へ転送する過程で発生するスミア電荷の量を算出することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法。
【請求項４】
固体撮像素子の撮像部にマトリクス配置された複数の受光ビットにそれぞれ蓄積される情報電荷を転送出力して得られる出力電荷量を表し、１行単位で連続する第１の画像データからスミアデータを減算して第２の画像データを生成する減算回路と、この減算回路から出力される上記第２の画像データを各列毎に第１行目から順次累加算して１行分の累加算データを記憶するラインメモリと、このラインメモリから読み出される上記累加算データに上記固体撮像素子の各受光ビットでの情報電荷の蓄積時間及び情報電荷の列方向への転送時の１受光ビットを通過する時間との比に応じて決定される係数を乗算して上記スミアデータを生成する乗算回路と、を備えたことを特徴とするスミア除去回路。
【請求項５】
上記固体撮像素子の各受光ビットでの情報電荷の蓄積時間を決定する露光データに基づいて所定の上記係数を発生するスミア係数発生回路を備えたことを特徴とする請求項４に記載のスミア除去回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子の垂直転送に起因して発生する垂直スミアの電荷量の算出方法及びこの算出方法を採用して画像信号の垂直スミア成分を除去するようにしたスミア除去回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子を用いた撮像装置においては、固体撮像素子の露光状態を最適に保つように露光制御手段が設けられる。この露光制御手段としては、固体撮像素子に入射する光量を被写体の輝度に応じて制御する機械的な絞り機構や、固体撮像素子の電荷の蓄積時間を被写体の輝度に応じて制御する、いわゆる電子シャッタなどが知られてる。
【０００３】
図６は、フレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子を用いた撮像装置の構成を示すブロック図で、図７は、その動作を説明するタイミング図である。
固体撮像素子１は、撮像部１ｉ、蓄積部１ｓ、水平転送部１ｈ及び出力部１ｄより構成される。撮像部１ｉは、互いに平行に配列される垂直方向に連続する複数のシフトレジスタからなり、これらのシフトレジスタの各ビットが複数の受光ビットを形成し、各受光ビットに被写体映像に対応して発生する情報電荷を蓄積する。蓄積部１ｓは、撮像部１ｉの各シフトレジスタに連続し、且つ、ビット数が一致する複数のシフトレジスタからなり、シフトレジスタの各ビットが蓄積ビットを形成し、各蓄積ビットに撮像部１ｉから転送される１画面分の情報電荷を一時的に蓄積する。水平転送部１ｈは、蓄積部１ｓの複数のシフトレジスタの各出力がそれぞれ各ビットに接続される単一のシフトレジスタからなり、蓄積部１ｓに蓄積される１画面分の情報電荷を１行単位で受け取り、順次水平方向に転送して出力する。そして、出力部１ｄは、電気的に独立した容量及びその容量の電位変化を取り出すアンプからなり、水平転送部１ｈから出力される情報電荷を１ビット単位で容量に受けて電圧値に変換し、画像信号Ｙ０（ｔ）として出力する。
【０００４】
クロック発生回路２は、フレーム転送クロック発生部２ｆ、垂直転送クロック発生部２ｖ、水平転送クロック発生部２ｈ及び基板クロック発生部２ｂより構成される。フレーム転送クロック発生部２ｆは、垂直同期信号ＶＤに同期し、垂直走査のブランキング期間内に撮像部１ｉの情報電荷を素早く蓄積部１ｓへ転送するフレーム転送クロックφｆを撮像部１ｉに供給する。垂直転送クロック発生部２ｓは、フレーム転送クロックφｆによって転送される情報電荷を蓄積部１ｓに取り込むと共に、取り込んだ１画面分の情報電荷を水平同期信号ＨＤに同期し、水平走査のブランキング期間内に１行ずつ水平転送部１ｈへ転送する垂直転送クロックφｖを蓄積部１ｓに供給する。水平転送クロック発生部２ｈは、水平同期信号ＨＤに同期し、垂直転送クロックφｖに応答して１行毎に取り込まれる情報電荷を順次出力部１ｄ側へ転送する水平転送クロックφｈを水平転送部１ｈに供給する。また、水平転送クロック発生部２ｈでは、出力部１ｄの容量に１ビット単位で蓄積される情報電荷を水平転送クロックφｈに同期して排出するリセットクロックφｒが生成され、出力部１ｄに供給される。そして、基板クロック発生部２ｂは、垂直走査期間の途中で所定の期間立ち上げられる基板クロックφｂを固体撮像素子１の基板側印加する。この基板クロックφｂは、撮像部１ｉに蓄積される情報電荷を排出するためのものであり、基板クロックφｂによる情報電荷の排出動作が完了してからフレーム転送クロックφｆによる情報電荷の転送動作が開始されるまでの期間Ｌが情報電荷の蓄積時間となる。尚、基板クロックφｂが立ち上げられる期間には、フレーム転送クロックφｆが撮像部１ｉのゲート電極をクロッキングし、撮像部１ｉの情報電荷を効率よく排出させるようにしている。
【０００５】
タイミング制御回路３は、垂直同期信号ＶＤ及び水平同期信号ＨＤに基づいて、垂直走査に同期したフレーム転送タイミング信号ＦＴ、垂直走査及び水平走査に同期した垂直転送タイミング信号ＶＴ及び水平走査に同期した水平転送タイミング信号ＨＴを生成し、クロック発生回路２の各部２ｆ、２ｖ、２ｈに供給する。また、後述するデジタル信号処理回路６から供給される積分データに基づいて、排出タイミング信号ＢＴを生成し、クロック発生回路２の基板クロック発生部２ｂに供給する。この排出タイミング信号ＢＴは、画像データＤ１（ｎ）の１画面毎の積分値を表す積分データが適正値より大きくなった場合にはタイミングを遅らせて情報電荷の蓄積時間Ｌを短くし、逆に、適正値より小さくなった場合にはタイミングを早めて情報電荷の蓄積時間を長くするように生成される。これにより、固体撮像素子１の露光状態が常に適正になるようにフィードバック制御が行われる。
【０００６】
アナログ信号処理回路４は、固体撮像素子１から出力される画像信号Ｙ０（ｔ）を取り込み、サンプルホールド、ＡＧＣ（自動利得制御）等の処理を施し、所定のフォーマットに従う画像信号Ｙ１（ｔ）として出力する。例えば、サンプルホールド処理においては、基準レベルと信号レベルとが一定の周期で交互に繰り返される画像信号Ｙ０（ｔ）から、各レベルの差のみが取り出され、ＡＧＣ処理では、画像信号Ｙ１（ｔ）の１画面内の平均レベルを適正な範囲に納めるように画像信号Ｙ０（ｔ）に対する利得が調整される。Ａ／Ｄ変換回路５は、アナログ信号処理回路４から出力される画像信号Ｙ１（ｔ）をアナログ信号処理回路４の処理動作（固体撮像素子１の出力動作）に同期してデジタルデータに変換し、固体撮像素子１の各受光ビットに対応した画像データＤ１（ｎ）を生成する。そして、デジタル信号処理回路６は、画像データＤ１（ｎ）を取り込み、輪郭補正や１画面単位での積分処理、さらに、カラー撮像の場合には、色バランスの制御やフィルタリング等の処理を施し、新たな画像データＤ２（ｎ）として出力する。この画像データＤ２（ｎ）は、Ｄ／Ａ変換回路によりアナログ値に変換されて表示装置に転送されるか、あるいは、そのまま記録媒体に記録される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
フレーム転送方式の固体撮像素子１においては、撮像部１ｉの各受光ビットに蓄積される情報電荷を蓄積部１ｓの蓄積ビットまで転送する際、光を受けて常に電荷を発生している受光ビットを通過させている。このため、受光ビット内を転送される過程で、不要な電荷、即ち、スミア電荷が情報電荷に混入し、再生画面上にスミアを発生させている。例えば、図８に示すように、撮像部１ｉの一部に明るいスポット光があたっている場合、各受光ビットに蓄積される情報電荷を蓄積部１ｓの蓄積ビットへ転送する際、スポット光のあたってる部分を通過して転送される情報電荷に多量のスミア電荷が混入することになる。これによって、固体撮像素子１から得られる画像情報を表示する再生画面上では、明るい被写体の下の位置にスミアが発生し易くなる。
【０００８】
このようなスミアを抑圧する方法としては、本出願人による特願平１−１２０９０８号（特開平２−３０１２７０号）に示されるように、１行分のスミア情報をラインメモリに記憶し、そのスミア情報を画像信号の各行毎に差し引くことが考えられている。しかしながら、フレーム転送方式の固体撮像素子１の場合、撮像部１ｉの最初の行の読み出しから最後の行の読み出しまでの間に時間差があるため、画像信号に含まれるスミア成分は１行毎に段階的に増加する。従って、ラインメモリに記憶されたスミア情報を各行毎に画像信号から差し引いたとしても、情報電荷の読み出しの時間差に起因するスミア成分が残される。特に、固体撮像素子１にモザイク型のカラーフィルタが装着された場合には、１行毎に増加するスミア成分が画像信号の信号処理での色演算の演算誤差を招き、再生画面上で色むらを発生させることになる。
【０００９】
そこで本発明は、固体撮像素子から情報電荷を読み出す際、読み出し時間の差に起因して生じるスミア成分を検出し、除去することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために成されたもので、固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法において、複数の受光ビットが行方向及び列方向に配置された固体撮像素子で、所定の期間に各受光ビットに蓄積される情報電荷を一定の周期で列方向に転送すると共に、１行ずつ行方向に転送して出力する際、各受光ビットに蓄積された情報電荷を列方向に転送する過程で混入するスミア電荷の量を、各受光ビットに蓄積された情報電荷量から情報電荷の蓄積時間と情報電荷の列方向への転送周期との比に基づいて各受光ビット毎に推定し、この推定値を情報電荷の転送経路にある受光ビット数分累加算してスミア電荷量の合計を算出することを特徴とする。
【００１１】
これにより、情報電荷が垂直方向に１行だけ転送される間に、各受光ビットに混入するスミア電荷量が各行毎にそれぞれ算出される。各受光ビットでの情報電荷の蓄積から転送出力までの期間が短く、各受光ビットに照射される光の強度が大きく変化することは少ないため、所定の蓄積期間で各受光ビットに蓄積される情報電荷量からほぼ正確なスミア電荷量を推定することができる。そして、その推定値を情報電荷の転送経路にある受光ビットの数だけ加算することにより、最終的に取り出される出力電荷量に含まれるスミア電荷量を算出することができる。
【００１２】
さらに本発明は、スミア除去回路において、固体撮像素子の撮像部にマトリクス配置された複数の受光ビットにそれぞれ蓄積される情報電荷の量を表し、１行単位で連続する第１の画像データからスミアデータを減算して第２の画像データを生成する減算回路と、この減算回路から出力される上記第２の画像データを各列毎に第１行目から順次累加算して１行分の累加算データを記憶するラインメモリと、このラインメモリから読み出される上記累加算データに上記固体撮像素子の各受光ビットでの情報電荷の蓄積時間に応じて決定される係数を乗算して上記スミアデータを生成する乗算回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
スミア成分が差し引かれた第２の画像データを累加算し、その累加算データに所定の係数を掛けることによって各列毎のスミア電荷量が推定される。そして、そのスミア電荷量を示すスミアデータを第１の画像データから差し引くことによって、垂直転送の時間差に起因するスミア成分が除去された第２の画像データをえることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のスミア電荷量の算出方法の原理を説明する図で、受光ビットの各行毎の出力電荷量Ｖｉ，ｊを示す。尚、この図においては、各受光ビットが受ける光の量が全て均一である場合を示している。
フレーム転送方式の固体撮像素子の場合、ｉ行ｊ列の受光ビットから得られる出力電荷量Ｖｉ，ｊは、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量をＥｉ，ｊ（ｔ）とすると、式１によって与えられる。
【００１５】
【数１】
0003545118.tif 000002
【００１６】
ここで、ｔ１及びｔ２は、各受光ビットにおける情報電荷の蓄積開始時刻及び蓄積終了時刻であり、Δｔは、各受光ビットに蓄積された情報電荷がフレーム転送時に１つの受光ビットを通過するのに要する時間である。この式１で、右辺の第１項は、所定の蓄積時間（ｔ２−ｔ１）中に１つの受光ビットに蓄積される情報電荷の量を示し、第２項は、１つの受光ビットに蓄積された情報電荷が撮像部から蓄積部までフレーム転送される過程で混入するスミア電荷の量を示している。即ち、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅｉ，ｊ（ｔ）を時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積分した値によって各受光ビットに蓄積される情報電荷量が表される。そして、単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅｉ，ｊ（ｔ）をΔｔの分だけ積分した値によってフレーム転送時に情報電荷が１つの受光ビットを通過する間にその受光ビットで発生する情報電荷量が表され、この積分値を転送経路にある受光ビットの分だけ加算した値によってスミア電荷量が表される。
【００１７】
ここで、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、さらには、時刻ｔ２＋ｎΔｔまでの時間が短く、その間の入射光量が変化しないと仮定すると、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅｉ，ｊ（ｔ）を一定値（この値をＥｉ，ｊとする）とすることができ、式１の計算結果は式２となる。
【００１８】
【数２】
0003545118.tif 000003
【００１９】
さらに、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に各受光ビットに蓄積される情報電荷量、即ち、（ｔ１−ｔ２）・Ｅｉ，ｊをＳｉ，ｊに置き換えると、式２は式３に変形される。
【００２０】
【数３】
0003545118.tif 000004
【００２１】
従って、各受光ビットに真に蓄積される情報電荷量Ｓｉ，ｊは、式４によって与えられることになる。
【００２２】
【数４】
0003545118.tif 000005
【００２３】
即ち、固体撮像素子の各受光ビットから得られる出力電荷量Ｖｉ，ｊからスミア電荷量を差し引いた値が各受光ビットに蓄積される情報電荷量Ｓｉ，ｊとなる。
ここで、ＮＴＳＣ方式に対応した場合、フレーム転送の周波数をサブキャリア信号の周波数とすると、Δｔは０．２８μｓｅｃとなり、１水平走査期間（６３．６μｓｅｃ）の約１／２２８となる。これにより、受光ビットでの情報電荷の蓄積時間が１水平走査期間のときに、各受光ビットに蓄積される情報電荷量の１／２２８がスミア電荷量となる。そして、情報電荷の蓄積時間がｎ倍になれば、スミア電荷量の割合は１／ｎとなる。
【００２４】
以上のような計算式に基づいて、本発明の固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法を、図２に示すような４行４列に受光ビットが配置されたフレーム転送方式の固体撮像素子を例に挙げて説明する。
撮像部は、４ビットに分割された４本のシフトレジスタからなり、４行４列の受光ビットＰ１１〜Ｐ４４を構成する。蓄積部は、受光部と同様に、４ビットに分割された４本のシフトレジスタからなり、各シフトレジスタが撮像部の各シフトレジスタに直列に接続されて４行４列の蓄積ビットＱ１１〜Ｑ４４を構成する。水平転送部は、４ビットに分割された１本のシフトレジスタからなり、各ビットが蓄積部の４本のシフトレジスタの出力を受けて水平方向へ転送出力するように構成される。
【００２５】
所定の蓄積期間を経過して各受光ビットＰ１１〜Ｐ４４に蓄積される情報電荷は、各シフトレジスタ内を撮像部から蓄積部までフレーム転送され、対応する蓄積ビットＱ１１〜Ｑ４４にそれぞれ蓄積される。１行目の蓄積ビットＱ１１〜Ｑ１４から取り出される出力電荷量Ｖ１，１〜Ｖ１，４は、１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４に蓄積された情報電荷をフレーム転送の開始直後に遮光された蓄積部内へ転送して取り出したものであるため、スミア電荷がほとんど含まれておらず、１行目の各受光ビットに蓄積された情報電荷量Ｓ１，１〜Ｓ１，４に一致する。２行目の蓄積ビットＱ２１〜Ｑ２４から取り出される出力電荷量Ｖ２，１〜Ｖ２，４は、２行目の受光ビットＰ２１〜Ｐ２４に蓄積された情報電荷を１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４を通過して蓄積部へ転送したものであるため、２行目の受光ビットＰ２１〜Ｐ２４に蓄積された情報電荷量Ｓ２，１〜Ｓ２，４と１行目の受光ビットで発生するスミア電荷量とを加算した量に一致する。ここで、２行目の受光ビットに蓄積された情報電荷が１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４を通過する間に混入するスミア電荷量は、所定の蓄積時間〔ｔ２−ｔ１〕に１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４に蓄積される情報電荷量Ｓ１，１〜Ｓ１，４に、その蓄積時間と通過時間〔Δｔ〕との比〔ｋ〕を掛けた値で表される。即ち、ｔ２−ｔ１の時間に１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４に蓄積される情報電荷量がＳ１，１〜Ｓ１，４であれば、同じ受光ビットＰ１１〜Ｐ１４においてΔｔの間に発生するスミア電荷量は、ｋ・Ｓ１，１〜ｋ・Ｓ１，４〔ｋ＝Δｔ／（ｔ２−ｔ１）〕となる。この場合にも、式２の計算と同様に、情報電荷の蓄積開始からフレーム転送の完了までの間で各受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅｉ，ｊ（ｔ）は変化しないものと仮定している。このようなスミア電荷量の算出方法は、全ての行の受光ビットＰ１１〜Ｐ４４に対して適用することができる。
【００２６】
３行目の蓄積ビットＱ３１〜Ｑ３４から取り出される出力電荷量Ｖ３，１〜Ｖ３，４は、３行目の受光ビットＰ３１〜Ｐ３４に蓄積された情報電荷を２行目及び１行目の受光ビットＰ２１〜Ｐ２４、Ｐ１１〜Ｐ１４を通過して蓄積部へ転送したものである。このため、３行目の受光ビットＰ３１〜Ｐ３４に蓄積される情報電荷量Ｓ３，１〜Ｓ３，４と２行目及び１行目の受光ビットＰ２１〜Ｐ２４、Ｐ１１〜Ｐ１４で発生するスミア電荷量とを加算した量に一致する。各受光ビットＰ２１〜Ｐ２４、Ｐ１１〜Ｐ１４で発生するスミア電荷の量は、上述の算出方法により、それぞれｋ・Ｓ２，１〜ｋ・Ｓ２，４及びｋ・Ｓ１，４〜ｋ・Ｓ１，４となり、これらを加算したｋ・（Ｓ２，１＋Ｓ１，１）〜ｋ・（Ｓ１，１＋Ｓ１，４）が出力電荷量Ｖ３，１〜Ｖ３，４に含まれるスミア電荷量となる。この加算処理の際には、先に算出された、２行目の蓄積ビットＱ２１〜Ｑ２４から取り出される出力電荷量Ｖ２，１〜Ｖ２，４に含まれるスミア電荷量ｋ・Ｓ１，１〜ｋ・Ｓ１，４に２行目の受光ビットＰ２１〜Ｐ２４で発生するスミア電荷量ｋ・Ｓ２，１〜ｋ・Ｓ２，４を加算して得るようにすればよい。そして、４行目の蓄積ビットＱ４１〜Ｑ４４から読み出される出力電荷量Ｖ４，１〜Ｖ４，４は、４行目の受光ビットＰ４１〜Ｐ４４に蓄積された情報電荷を第３行目、２行目及び１行目の受光ビットＰ３１〜Ｐ３４、Ｐ２１〜Ｐ２４、Ｐ１１〜Ｐ１４を通過して蓄積部へ転送したものである。このため、４行目の受光ビットＰ４１〜Ｐ４４に蓄積される情報電荷量Ｓ４，１〜Ｓ４，４と３行目、２行目及び１行目の受光ビットＰ３１〜Ｐ３４、Ｐ２１〜Ｐ２４、Ｐ１１〜Ｐ１４で発生するスミア電荷とを加算した量に一致する。各受光ビットＰ３１〜Ｐ３４、Ｐ２１〜Ｐ２４、Ｐ１１〜Ｐ１４で発生するスミア電荷の量は、上述の算出方法により、それぞれｋ・Ｓ３，１〜ｋ・Ｓ３，４、ｋ・Ｓ２，１〜ｋ・Ｓ２，４及びｋ・Ｓ１，１〜ｋ・Ｓ１，４となり、これらを全て加算したｋ・（Ｓ３，１＋Ｓ２，１＋Ｓ１，１）〜ｋ・（Ｓ３，４＋Ｓ２，４＋Ｓ１，４）が出力電荷量Ｖ４，１〜Ｖ４，４に含まれるスミア電荷量となる。この加算処理の際には、先に算出された、３行目の蓄積ビットＱ３１〜Ｑ３４から取り出される出力電荷量Ｖ３，１〜Ｖ３，４に含まれるスミア電荷量ｋ・（Ｓ２，１＋Ｓ１，１）〜ｋ・（Ｓ２，４＋Ｓ１，４）に３行目の受光ビットＰ３１〜Ｐ３４で発生するスミア電荷量ｋ・Ｓ３，１〜ｋ・Ｓ３，４を加算して得るようにすればよい。
【００２７】
受光ビットの数が４以上である場合でも、１行進む毎にスミア電荷量を１ビット分ずつ加算するようにすれば、スミア電荷量を順次算出することが可能になる。例えば、ｉ行目の蓄積ビットから取り出される出力電荷量Ｖｉ，ｊに含まれるスミア電荷量を算出する際には、１行前の蓄積ビットから取り出される出力電荷量Ｖｉ−１，ｊに含まれるスミア電荷量に対して、ｉ−１行目の受光ビットで発生するスミア電荷量を加算すればよい。即ち、同一列に配置された受光ビットに蓄積される情報電荷は、同一の転送経路を経て蓄積部まで転送されるため、短い期間内においては、その転送経路で発生するスミア電荷の量も同じとなる。そこで、転送経路にある受光ビットの数が１行多くなる度に、その１行分の受光ビットで発生するスミア電荷量を順次加算すれば、全ての行でスミア電荷量を容易に算出することができる。
【００２８】
以上のような固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法は、フレーム転送方式の固体撮像素子の他、情報電荷読み出し用のシフトレジスタが各受光ビットに隣接して配置されるインターライン方式の固体撮像素子にも適用することができる。インターライン方式の固体撮像素子の場合、ｉ行ｊ列の受光ビットから得られる出力電荷量Ｖｉ，ｊは、フレーム転送方式の固体撮像素子の場合と同様にして、式５によって与えられる。
【００２９】
【数５】
0003545118.tif 000006
【００３０】
ここでａは、各受光ビットからシフトレジスタ部への電荷の漏れ込みの割合を表す係数であり、１未満の定数で表される。
インターライン方式の固体撮像素子の場合、各受光ビットに蓄積された情報電荷は、遮光されたシフトレジスタ内へ直接転送されるため、フレーム転送方式の固体撮像素子のように、各受光ビットに発生する電荷がそのままスミア電荷となることはない。しかしながら、受光ビットに隣接して配置されるシフトレジスタに、各受光ビットから転送された情報電荷を一時的に蓄積するようにしているため、次画面の情報電荷を蓄積している受光ビットから漏れ出した情報電荷の一部がスミア電荷となって情報電荷に混入する。この混入の度合いは、各受光ビットに入射される光の強度に比例しており、その比例係数をａとして表している。この係数ａの値は、固体撮像素子の構造や受光ビットに入射する光の波長によって異なるため、実際の撮像によって得られる出力をモニタしながら最適値を決定することが好ましい。
【００３１】
式５は、式１と同様に、右辺の第１項が所定の蓄積時間（ｔ２−ｔ１）中に１つの受光ビットに蓄積される情報電荷の量を示し、第２項が１つの受光ビットに蓄積された情報電荷がシフトレジスタ内を垂直方向に転送されて出力される過程で混入するスミア電荷の量を示している。即ち、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅｉ，ｊ（ｔ）を時刻ｔ１から時刻ｔ２まで積分した値によって各受光ビットに蓄積される情報電荷量が表される。そして、単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅｉ，ｊ（ｔ）をΔｔの分だけ積分した値に上述の係数ａを掛けて情報電荷が１つの受光ビットの横を通過する間にその受光ビットから混入する電荷量が表される。さらに、その電荷量を転送経路にある受光ビットの分だけ加算した値によってスミア電荷量が表される。
【００３２】
インターライン方式の固体撮像素子においても、フレーム転送方式の固体撮像素子の場合と同様に、ｔ１からｔ２、さらにはｔ２＋ｎΔｔまで各受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ｅｉｊ（ｔ）が一定であると仮定すると、各受光ビットに蓄積される情報電荷量Ｓｉ，ｊは、式６によって表される。
【００３３】
【数６】
0003545118.tif 000007
【００３４】
以上のような計算式に基づいて、本発明の固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法を、図３に示すような４行４列に受光ビットが配置されたインターライン方式の固体撮像素子を例に挙げて説明する。
４行４列に配置されたフォトダイオードは、それぞれ受光ビットＰ１１〜Ｐ４４を構成する。これらの受光ビットＰ１１〜Ｐ４４の各列毎に、４ビットに分割されたシフトレジスタが並列に接続され、各受光ビットＰ１１〜Ｐ４４にそれぞれ蓄積ビットＱ１１〜Ｑ４４が対応付けられる。水平転送部は、４ビットに分割された１本のシフトレジスタからなり、各ビットが４本のシフトレジスタの出力を受けて水平方向へ転送出力するように構成される。
【００３５】
所定の蓄積期間を経過して各受光ビットＰ１１〜Ｐ４４に蓄積される情報電荷は、それぞれ対応する蓄積ビットＱ１１〜Ｑ４４に転送されて一時的に蓄積される。１行目の蓄積ビットＱ１１〜Ｑ１４から取り出される出力電荷量Ｖ１，１〜Ｖ１，４は、各蓄積ビットＱ１１〜Ｑ４４に蓄積される情報電荷をすぐに水平転送部へ転送して取り出したものであるため、スミア電荷をほとんど含んでおらず、１行目の受光ビットに蓄積された情報電荷量Ｓ１，１〜Ｓ１，４に一致する。２行目の蓄積ビットＱ２１〜Ｑ２４から取り出される出力電荷量Ｖ２，１〜Ｖ２，４は、１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４に隣接する１行目の蓄積ビットＱ１１〜Ｑ１４を通過して水平転送部へ転送して取り出したものである。このため、２行目の受光ビットＰ２１〜Ｐ２４に蓄積される情報電荷量Ｓ２，１〜Ｓ２，４と１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４から漏れ込むスミア電荷量とを加算した量に一致する。１行目の蓄積ビットＱ１１〜Ｑ１４を通過する間に混入するスミア電荷量は、所定の蓄積時間〔ｔ２−ｔ１〕に１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４に蓄積される情報電荷量Ｓ１，１〜Ｓ１，４に、その蓄積時間と通過時間〔Δｔ〕との比〔ｋ〕を掛け、さらに、受光ビットＰ１１〜Ｐ１４から蓄積ビットＱ１１〜Ｑ１４への電荷の漏れ込み係数〔ａ〕を掛けた値で表される。即ち、ｔ２−ｔ１の時間に１行目の受光ビットＰ１１〜Ｐ１４に蓄積される情報電荷量がＳ１，１〜Ｓ１，４であれば、同じ受光ビットＰ１１〜Ｐ１４においてΔｔの間に発生する電荷量は、Ｓ１，１・Δｔ／（ｔ２−ｔ１）〜Ｓ１，４・Δｔ／（ｔ２−ｔ１）となり、この電荷量のａ倍がスミア電荷量となる。このようなスミア電荷量の算出方法は、全ての行の受光ビットＰ１１〜Ｐ４４に対して適用することができる。
【００３６】
３行目の蓄積ビットＱ３１〜Ｑ３４から取り出される出力電荷量Ｖ３，１〜Ｖ３，４は、３行目の蓄積ビットＱ３１〜Ｑ３４に蓄積された情報電荷を２行目及び１行目の受光ビットＰ２１〜Ｐ２４、Ｐ１１〜Ｐ１４に隣接する２行目及び１行目の蓄積ビットＱ２１〜Ｑ２４、Ｑ１１〜Ｑ１４を通過して水平転送部へ転送して取り出したものである。このため、３行目の受光ビットＰ３１〜Ｐ３４に蓄積される情報電荷量Ｓ３，１〜Ｓ３，４と２行目及び１行目の蓄積ビットＱ２１〜Ｑ２４、Ｑ１１〜Ｑ１４で混入するスミア電荷量とを加算した量に一致する。各蓄積ビットＱ２１〜Ｑ２４、Ｑ１１〜Ｑ１４で発生するスミア電荷量は、上述の算出方法により、それぞれａｋ・Ｓ２，１〜ａｋ・Ｓ２，４及びａｋ・Ｓ１，１〜ａｋ・Ｓ１，４となり、これらを加算したａｋ・（Ｓ２，１＋Ｓ１，１）〜ａｋ・（Ｓ２，４＋Ｓ１，４）が出力電荷量Ｖ３，１〜Ｖ３，４に含まれるスミア電荷量となる。この加算処理の際には、先に算出された、２行目の蓄積ビットＱ２１〜Ｑ２４から取り出される出力電荷量Ｖ２，１〜Ｖ２，４に含まれるスミア電荷量ａｋ・Ｓ１，１〜ａｋ・Ｓ１，４に２行目の受光ビットＰ２１〜Ｐ２４で発生するスミア電荷量ａｋ・Ｓ２，１〜ａｋ・Ｓ２，４を加算して得るようにすればよい。そして、４行目の蓄積ビットＱ４１〜Ｑ４４から読み出される出力電荷量Ｖ４，１〜Ｖ４，４は、４行目の蓄積ビットＱ４１〜Ｑ４４に蓄積された情報電荷を第３行目、２行目及び１行目の蓄積Ｑ３１〜Ｑ３４、Ｑ２１〜Ｑ２４、Ｑ１１〜Ｑ１４を通過して水平転送部へ転送して取り出したものである。このため、４行目の受光ビットＰ４１〜Ｐ４４に蓄積される情報電荷量Ｓ４，１〜Ｓ４，４と３行目、２行目及び１行目の蓄積ビットＱ３１〜Ｑ３４、Ｑ２１〜Ｑ２４、Ｑ１１〜Ｑ１４で発生するスミア電荷とを加算した量に一致する。各蓄積ビットＱ３１〜Ｑ３４、Ｑ２１〜Ｑ２４、Ｑ１１〜Ｑ１４で発生するスミア電荷の量は、上述の算出方法により、それぞれａｋ・Ｓ３，１〜ａｋ・Ｓ３，４、ａｋ・Ｓ２，１〜ａｋ・Ｓ２，４及びａｋ・Ｓ１，１〜ａｋ・Ｓ１，４となり、これらを全て加算した量ａｋ・（Ｓ３，１＋Ｓ２，１＋Ｓ１，１）〜ａｋ・（Ｓ３，４＋Ｓ２，４＋Ｓ１，４）が出力電荷量Ｖ４，１〜Ｖ４，４に含まれるスミア電荷量となる。この加算処理の際には、先に算出された、３行目の蓄積ビットＱ３１〜Ｑ３４から取り出される出力電荷量Ｖ３，１〜Ｖ３，４に含まれるスミア電荷量ａｋ・（Ｓ２，１＋Ｓ１，１）〜ａｋ・（Ｓ２，４＋Ｓ１，４）に３行目の蓄積ビットＱ３１〜Ｑ３４で発生するスミア電荷量ａｋ・Ｓ３，１〜ａｋ・Ｓ３，４を加算して得るようにすればよい。
【００３７】
受光ビットの数が４以上である場合でも、フレーム転送方式の固体撮像素子の場合と同様に、１行進む毎にスミア電荷量を１ビット分ずつ加算するようにすれば、全ての行でスミア電荷量を容易に算出することができる。
図４は、本発明のスミア除去回路の構成を示すブロック図である。尚、このスミア除去回路は、出力電荷量Ｖｉ，ｊをデジタルの画像データとして演算処理するものであり、図６に示す撮像装置に対しては、デジタル信号処理回路６の入力側に付加される。
【００３８】
減算回路１１は、１行単位で連続して入力される画像データからスミアデータを減算し、スミア成分を含まない画像データとして出力する。加算回路１２は、減算回路１１から出力される画像データと後述するラインメモリ１３から読み出される累加算データとを加算し、加算データをラインメモリ１３に供給する。ラインメモリ１３は、１画面分の画像データの入力が完了する毎にリセットされ、加算回路１２から入力される加算データを１行ずつ記憶する。これにより、加算回路１２では１画面の画像データが各列で累加算され、ラインメモリ１３には累加算データが記憶されることになる。乗算回路１４は、ラインメモリ１３から読み出される累加算データに対し、露光データによって決定される所定の係数を乗算してスミア成分を表すスミアデータを生成する。ビットシフト回路１５は、乗算回路１４から入力されるスミアデータを下位ビット側へシフトし、スミアデータと累加算データとの桁合わせを行う。ラインメモリ１３に記憶された累加算データから実際のスミア量を算出するには、累加算データに対して１以下の小さい係数を乗算する必要があり、この乗算処理をそのまま実行すれば演算誤差が生じやすくなる。そこで、演算誤差を少なくするため、本来スミア量を算出するために累加算データに乗算すべき係数を２＾ｎ倍して乗算用の係数を設定し、その係数をラインメモリ１３から読み出される累加算データに乗算した後、ビットシフトによって１／２＾ｎとすることで、スミアデータを算出するようにしている。そして、係数発生回路１６は、固体撮像素子の露光状態を表す露光データに対応した係数を発生し、乗算回路１４に供給する。
【００３９】
ここで、減算回路１１に入力される画像データは、図６に示す撮像装置によって得られるものであり、複数の受光ビットが行列配置された固体撮像素子から得られる出力電荷量Ｖｉ，ｊに対応している。従って、このスミア除去回路では、上述の式４あるいは式６と同等の演算が行われることになり、固体撮像素子での垂直転送によって生じるスミア成分が除去される。
【００４０】
図５は、係数発生回路１６に与えられる露光データを取り出すようにした露光制御回路の構成を示すブロック図である。この露光制御回路は、固体撮像素子の１画面毎の受光時間を設定するものであり、図６に示す撮像装置においては、タイミング制御回路３に含まれる。
露光判定回路１７は、画像データを１画面単位で積分した積分値を受けて、その積分値が適正範囲内にあるか否かを垂直走査期間毎に判定する。この判定の結果、積分値が適正範囲より大きくなったときには露光抑制指示を発生し、適正範囲より小さくなったときには露光促進指示を発生する。この露光判定回路１７での画像データの判定は、垂直走査期間毎に行われる。アップダウンカウンタ１８は、露光判定回路１７の露光抑制指示を受けてカウントアップされ、露光促進指示を受けてカウントダウンされることにより、固体撮像素子での電荷の排出タイミングを水平走査番号として保持する。ステップカウンタ１９は、垂直同期信号ＶＤでリセットされて水平同期信号ＨＤでカウントアップされ、各垂直走査期間に水平走査番号を計時する。そして、比較回路２０は、ステップカウンタ１９のカウント値がアップダウンカウンタ１８のカウント値に一致するタイミングで排出タイミング信号ＢＴを立ち上げる。この排出タイミング信号ＢＴに基づいた固体撮像素子の露光制御は、図６に示すとおりである。
【００４１】
以上の露光制御回路では、固体撮像素子の露光期間、即ち、電荷の排出タイミングが水平走査番号としてアップダウンカウンタ１８に保持されており、このアップダウンカウンタ１８に保持された値が露光データとして取り出される。例えば、ＮＴＳＣ方式に対応した場合、アップダウンカウンタ１８は、「１」から「２６２」の間でカウントアップあるいはカウントダウンされ、その間の値の１つが露光データとしてスミア除去回路に与えられる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、固体撮像素子の各受光ビットに蓄積される情報電荷を垂直方向に転送する過程で発生するスミア電荷量を容易に算出することができる。そして、算出したスミア電荷量を出力電荷量から順次差し引くようにすることで、スミア成分を効率よく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法の原理を説明する図である。
【図２】フレーム転送方式の固体撮像素子の模式的平面図である。
【図３】インターライン方式の固体撮像素子の模式的平面図である。
【図４】本発明のスミア除去回路の構成を示すブロック図である。
【図５】スミア除去回路に露光データを供給する露光制御回路の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図７】撮像装置の動作を説明するタイミング図である。
【図８】フレーム転送方式の固体撮像素子に発生するスミアの状態を表す図である。
【符号の説明】
１  固体撮像素子
１ｉ  撮像部
１ｓ  蓄積部
１ｈ  水平転送部
１ｄ  出力部
２  クロック発生回路
２ｆ  フレーム転送クロック発生部
２ｖ  垂直転送クロック発生部
２ｈ  水平転送クロック発生部
２ｂ  基板クロック発生部
３  タイミング制御回路
４  アナログ信号処理回路
５  Ａ／Ｄ変換回路
６  デジタル信号処理回路
１１  減算回路
１２  加算回路
１３  ラインメモリ
１４  乗算回路
１５  ビットシフト回路
１６  係数発生回路
１７  露光判定回路
１８  アップダウンカウンタ
１９  ステップカウンタ
２０  比較回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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