(57)【要約】  【課題】    被写体が動いても的確なスミア補正ができるようにする。  【解決手段】ＣＣＤ型固体撮像素子２を ノンインターレースで各画素からの画像信号を各々独立して読み出して転送ができ、更に、受光素子水平行に所定の割合で間引き水平行１０を設定し、間引き水平行１０１、１０２、１０３・・・については受光素子４から垂直転送レジスタ８への信号電荷の読み出しを禁止する態様で読み出す読み出し駆動するように制御する。  そして、固体撮像素子２の間引き水平行１０１、１０２、１０３・・・の各受光素子４から出力された画像信号を少なくとも１水平行分記憶し、その水平行分の画像信号を加算し、その加算値に、予め設定されたスミア係数を乗算してスミア補正値を求め、普通の受光素子水平行１１１、１１２、１１３・・・の各受光素子４からの画像信号から、上記スミア補正値を減算してスミア補正をする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向及び垂直方向に受光素子を配設した撮像領域内に、各受光素子垂直列に対応してその受光素子垂直列の各受光素子からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタを設け、上記撮像領域の上下のいずれか一方の側に水平転送レジスタを設け、その信号電荷を画像信号に変換して出力する固体撮像素子を撮像手段として備えた固体撮像装置において、
上記固体撮像素子に、ノンインターレースで各画素からの画像信号を各々独立して読み出して垂直転送及び水平転送をさせ、受光素子水平行に対して所定の割合で間引き水平行を設定し、間引き水平行については受光素子から垂直転送レジスタへの信号電荷の読み出しを禁止する態様で読み出す読み出し駆動をさせることができる固体撮像素子駆動手段と、
上記固体撮像素子の上記間引き水平行の各受光素子に対応する信号を少なくとも１水平行分記憶し、その水平行分の信号を加算する画像信号記憶加算手段と、
上記画像信号記憶加算手段の出力に、予め設定されたスミア係数を乗算してスミア補正値を求めるスミア補正値算出手段と、
上記固体撮像素子の普通の受光素子水平行の各受光素子からの画像信号から、上記スミア補正値算出手段から出力されたスミア補正値を減算する減算手段と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
上記間引き水平行が複数行連続して存在し、
上記連続する複数の間引き水平行の信号を上記水平転送レジスタ内において加算（混合）して転送するようにし、
加算する行数に応じて上記スミア係数をその行数の逆数倍に切り換えるようにしてなる
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
上記減算手段の後段に、間引き水平行の読み出しに要する時間分時間軸を伸張し、補間する時間軸伸張・補間手段を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像手段としてＣＣＤ型固体撮像素子を用いた、スミアを除去できる固体撮像撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ固体撮像素子は、一般に、水平方向及び垂直方向にマトリックス状に受光素子を配設し、受光素子の各受光素子垂直列と対応して、その受光素子垂直列の各受光素子からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタを設けた撮像領域の上下いずれか一方の側、例えば下側に、水平転送レジスタを設け、上記各受光素子垂直列の各受光素子の信号電荷を上記各垂直転送レジスタに読み出し、更に該垂直転送レジスタにより上記水平転送レジスタに垂直転送し、該水平転送レジスタにより水平転送して信号電荷を取り出すようにされていた（例えば特開平８−１９１４１７号公報）。
【０００３】
ところで、上述した一般のＣＣＤ固体撮像素子にはスミアが生じるという問題があった。
そこで、撮像領域の下部乃至上部にオプチカルブラック部分を設けたり、撮像領域の左乃至右側に垂直ダミー画素部分を設けたりして受光量が無い受光素子の信号電荷量を求め、その信号電荷量を以てスミア量とし、各受光素子垂直列毎にその画素列の受光素子の信号電荷量からそのスミア量減算したものを各受光素子からの信号電荷量とするということが一般的に行われている（特開２００１−８６４１３号公開公報、特開２０００−５０１６５号公報）。
このようにするのは、スミア成分が固体撮像素子の垂直オプチカルブラック部分或いは垂直ダミー画素部分に現れるからである。
【特許文献１】特開平８−１９１４１７号公報
【特許文献２】特開２００１−８６４１３号公報
【特許文献３】特開２０００−５０１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の従来の各スミア除去技術には、被写体が静止しているときはスミアを的確に補正することができるけれども、被写体が動くと的確なスミアの補正ができず、補正が不自然になり、却って画質が低くなるという問題があった。
というのは、このスミア除去技術は、例えば受光素子垂直列（画素列）の例えば最初の一つの画素について遮光し、その画素の信号電荷量を以てその画素列全部の画素についてのスミア量としてしまうものであり、被写体が動くとスミア補正に補正誤差が生じるからである。つまり、オプチカルブラック部分以外の画素の信号電荷量はスミア量には全く参酌されないのである。
【０００５】
また、そのスミア除去技術には、オプチカルブラック部分や垂直ダミー画素部分のない固体撮像素子を用いた固体撮像装置にこの技術を適用することができないという問題もあった。
本発明はこのような問題を解決すべく為されたもので、被写体が動いても的確なスミア補正ができる新規な固体撮像装置及び画像信号処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像素子と、全受光素子水平行に対して所定の割合で設定した間引き水平行については受光画素から垂直転送レジスタへの信号電荷の読み出しを禁止して読み出す間引き読み出し駆動を行うことができる固体撮像素子駆動手段と、固体撮像素子の間引き水平行の各受光素子から出力された画像信号を少なくとも１水平行分記憶する記憶し、その水平行分の画像信号を加算する画像信号記憶加算手段と、該画像信号記憶加算手段の出力に、予め設定されたスミア係数を乗算してスミア補正値を求めるスミア補正値算出手段と、固体撮像素子の読み出しをする普通の受光素子水平行の各受光素子からの画像信号から、上記スミア補正値算出手段から出力されたスミア補正値を減算する減算手段を有することを特徴とする。
【０００７】
従って、請求項１の固体撮像装置によれば、普通の受光素子水平行毎に、その水平行に隣接乃至近接する間引き水平行を設定し、その間引き水平行の各受光素子に対応する信号（スミア成分）をその水平行分加算（積分）し、その加算値（積分値）にスミア係数を乗算することによりスミア補正値を算出し、それをスミア補正に用いて上記普通の受光素子水平行の受光素子からの画像信号から減算するので、被写体が動く場合にも的確なスミア補正ができる。
即ち、従来においては、各画素毎にスミア補正量が算出され、一つのオプチカルブラックとなった画素からの画像信号を以て一律にスミア補正量を決定してその受光素子垂直列の他の画素からの画像信号からそのスミア補正量を減算するようにしていたが、そのような従来の技術に比較して本発明によれば、動画に対する位置ずれによる補正誤差を顕著に低減できる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の固体撮像装置によれば、各受光素子水平行毎にその受光素子からの画像信号をその水平行分加算（積分）し、その加算値（積分値）にスミア係数を乗算することによりスミア補正値を算出してそれをスミア補正に用いるので、被写体が動く場合にも的確なスミア補正ができる。
又、本発明はオプチカルブラック部分或いは垂直ダミー画素部のない固体撮像素子を撮像手段として用いたものにも適用することができる。
【０００９】
請求項２の固体撮像装置によれば、請求項１の固体撮像装置において、間引き水平行が複数行連続して存在し、上記連続する複数の間引き水平行の信号を上記水平転送レジスタ内において加算（混合）して転送するようにし、加算する行数に応じて上記スミア係数をその行数の逆数倍に切り換えるようにしてなるので、本発明を全画素読み出しモード及び高速ドラフトモードを有する固体撮像装置にも適用することができ、その高速ドラフトモード下でスミア補正ができる。
請求項３の画像信号処理装置によれば、間引き水平行の読み出しに要する時間分時間軸を伸張し及び補間する時間軸伸張・補間手段を設けたので、画像信号が読み出されない間引き水平行の読み出し時間分の時間余りを解消し、補間し得る。
依って、通常の撮像と同様に連続した所定の順序での画像信号の出力が為し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、基本的に、通常のＣＣＤ型固体撮像素子を撮像手段として用いるが、その固体撮像素子は白黒であってもカラーであっても構わない。
その固体撮像素子を読み出し、垂直転送及び水平転送駆動する固体撮像素子駆動手段は、全画素読み出しをし、その読み出した各受光素子からの信号電荷を独立して垂直転送及び水平転送する全画素読み出し駆動が可能であり、また、受光素子水平行に所定の割合で間引き水平行を設定し、間引き水平行については受光素子から垂直転送レジスタへの信号電荷の読み出しを禁止する態様での読み出しをして垂直転送及び水平転送を行う間引き読み出し駆動を行うこともできるものであることが好ましい。
【００１１】
具体例は、フレーム読み出し駆動ができるものが挙げられる。この場合、一つの受光素子水平行が普通に画像信号が読み出される普通の水平行となり、その次の受光素子水平行が読み出しを禁止された間引き水平行となり、普通の水平行と間引き水平行とが交互に配置されることになる。この場合、間引き率は５０％ということになる。
しかし、必ずしもそれに限定されるものではなく、例えば間引き率が７５％というように、間引き率を高くし、高速ドラフトモードを有するようにするものにも本発明を適用し、その間引きされた水平行のうちの一部の水平行をスミア成分の抽出に用いるというようにしても良い。
尚、一つの受光素子水平行を読み出しをする水平行とした場合、それよりも１行水平転送レジスタ側寄りの受光素子水平行を以てスミア補正に用いる間引き水平行とするようにしても良いし、それとは逆に、１行反水平転送レジスタ側寄りの受光素子水平行を以てスミア補正に用いる間引き水平行とするようにしても良く、その間引き水平行からのその受光素子と対応する信号電荷からスミア成分を抽出するようにすると良い。また、一つの読み出しをする水平行の上下両側の二つの間引き水平行からの信号の平均値からスミア成分を抽出するようにしても良い。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。
図１、図２は本発明固体撮像装置の第１の実施例を説明するためのもので、図１は固体撮像素子の概略構成を示す平面図、図２は固体撮像装置の概略構成を示す回路ブロック図である。
先ず、図１を参照して固体撮像素子について説明する。
２は撮像手段たるＣＣＤ型固体撮像素子である。即ち、水平方向及び垂直方向に受光素子（画素）４、４、・・・を配設した矩形の撮像領域６内に、各受光素子垂直列に対応してその受光素子垂直列の各受光素子４、４、・・・からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタ８、８、・・・を設け、上記撮像領域６の上下の少なくとも一方（例えば下側）に水平転送レジスタ１２を設け、その信号電荷を画像信号に変換して出力するようにしたタイプの普通のＣＣＤ固体撮像素子である。
【００１３】
尚、ＣＣＤ固体撮像素子にはオプチカルブラック部分或いは垂直ダミー画素部を有するものが多いが、本発明固体撮像装置に用いるＣＣＤ固体撮像素子には、オプチカルブラック部分或いは垂直ダミー画素部は必要ではない。しかし、オプチカルブラック部分或いは垂直ダミー画素部を有していても良い。
１０１、１１１、１０２、１１２、１０３、１１３、・・・は受光素子水平行である。尚、後で明らかになるが、本実施例では、１０１、１０２、１０３、・・・は読み出しが禁止される間引き水平行となり、１１１、１１２、１１３、・・・は読み出しが行われる受光素子水平行となる。
１４は水平転送レジスタ１２の水平転送側に設けられた電荷・電圧変換部、１６は該電荷・電圧変換部１４の出力端子である。
【００１４】
次に、図２を参照して固体撮像装置の回路構成について説明する。
２は図１に示したＣＣＤ型固体撮像素子、２２は該固体撮像素子２を駆動するタイミング発生器であり、フレーム読み出しをし、読み出しをした受光素子水平行の各受光素子からの信号電荷のみならず、読み出ししなかった受光素子と対応するビットの信号電荷（スミア電荷）をもそれぞれ独立した信号電荷として垂直転送及び水平転送をすることのできる駆動パルス（例えば４相垂直転送パルス、２相水平転送パルス及び読み出しパルス）を固体撮像素子２へ送出する。また、後述するように、該タイミング発生器２２はライン加算メモリ（２８）及び係数掛算器３０に対する駆動タイミングの制御をも行う。
【００１５】
２４はＣＣＤ固体撮像素子２から出力された画像信号を相関二重サンプリング（ＣＤＳ）し、更に増幅をするＣＤＳ及び増幅回路、２６は該回路２４の出力信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、２８はライン加算メモリで、Ａ／Ｄ変換器２６からの出力されたディジタル信号を１水平行（１ライン）分記憶すると共に、その１水平行分の画像信号を加算する。
【００１６】
３０は係数掛算器で、上記ライン加算メモリ２８の出力（画像信号の１水平行ライン分の加算値）に、予め設定されたスミア係数を乗算することによりスミア補正値を得る。
上記ライン加算メモリ２８及び係数掛算器３０は上記タイミング発生器２２により駆動タイミングの制御を受ける。
というのは、例えば、先ず、間引き水平行１１１からの画像信号（スミア成分）をライン加算メモリ２８に取り込んでそのそのスミア成分を１ライン分加算し、係数掛算器３０によってその加算値にスミア係数を乗算してスミア補正値を得るという動作をし、次に、普通の読み出しを行う受光素子水平行１１１からの画像信号からそのスミア補正値を減算するという動作をしなければならず、固体撮像素子２の動作タイミングと合致した動作タイミングで動作する必要があるからである。
【００１７】
３２は減算器で、Ａ／Ｄ変換器２６でディジタル信号に変換されたところの普通の読み出しを行う受光素子水平行１１１、１１２、１１３、・・・からの画像信号から係数掛算器３０の出力スミア補正値を減算することによりスミア補正をし、そのスミア補正をした画像信号を出力する。
３４は時間軸伸張・補間回路で、時間軸を２倍に伸張し、且つ間引き水平行についての補間を行う。即ち、本固体撮像装置は、フレーム読み出しつつ読み出しをした水平行のみならず読み出しをしなかった水平行についてもスミア成分として信号電荷を転送し、読み出しをしなかった水平行に関しては画像信号をつくらないので、画像信号は２水平行に対して１水平行しか出力されないことになる。そこで、２倍に時間軸を伸張する時間軸伸張が必要となるのである。その時間軸伸張・補間には例えばライン相関性を活かして一つの水平行の画像信号（スミア補正済み画像信号）を連続する２水平行について２回繰り返して出力するという態様があり得る。
【００１８】
次に動作を説明する。
本実施例において、受光素子水平行は、最も下（最も水平転送レジスタ１２寄り）の受光素子水平行１０１が読み出しを禁止された間引き水平行、その一つ上の水平行１１１が普通の読み出しをする水平行、その更に一つ上の水平行１０２が間引き水平行、その更に一つ上の水平行１１２が普通の水平行というように、間引き水平行と普通の水平行とが交互に存在するようにタイミング発生器２２により固体撮像素子２が駆動制御される。図１においては、黒の三角の頭を有する実線による矢印で間引き読み出しを表し、点線の矢印で普通の読み出しを表した。
【００１９】
読み出しが行われると、次いで垂直転送が行われる。すると、先ず、間引き水平行１０１の信号電荷（といっても受光素子からの信号電荷の読み出しは行われないのでスミア成分となる。）が水平転送され、ＣＤＳ及び増幅回路２４にて相関二重サンプリング及び増幅され、Ａ／Ｄ変換器２６でディジタル信号に変換され、それがライン加算メモリ２８に送られる。
そのライン加算メモリ２８はその水平行１０１の信号電荷を加算（積分）し、その加算値を係数掛算器３０へ送る。該係数掛算器３０は予め設定されたスミア係数にそのライン加算メモリ２８からの加算値を乗算し、以て、その間引き水平行１０１についてのスミア補正値を得る。
【００２０】
次に、普通の受光素子水平行１１１の信号電荷が水平転送され、相関二重サンプリング及び増幅され、Ａ／Ｄ変換器２６でディジタル信号に変換され、減算器２２に送られる。減算器２２はその受光素子水平行１１１の各受光素子からの画像信号を順次受けるが、そのつど、その受けた画像信号から上記係数掛算器３０の出力スミア補正値を減算して出力する。
即ち、受光素子水平行１１１からの画像信号を、間引き水平行１０２からのスミア情報を処理したスミア補正値によりスミア補正をするのである。
【００２１】
減算器３２の出力は時間軸伸張・補間回路３４に送られ、該回路３４において、その減算器３２からのスミア補正済み画像信号に対して時間軸を２倍に伸張し、補間する時間軸伸張及び補間することが行われる。これは、上述したように２水平行に対して１水平行分のスミア補正済み画像信号しか得られないから必要となるのである。
以後、このような動作を順次繰り返す。すると、スミア補正した画像信号を連続的に出力することができるのである。
【００２２】
このような固体撮像装置によれば、一つの受光素子水平行、例えば水平行１１１からの画像信号を、その水平行１１１と時間的にも位置的にも隣接した水平行１０１からのスミア成分を示す信号を処理して得たスミア補正値によりスミア補正することができる。
従って、被写体が動いても精度の高いスミア補正ができる。
【実施例２】
【００２３】
図３は本発明固体撮像装置の第２の実施例の説明図である。本固体撮像装置は、図１、図２に示した第１の実施例とは、カラータイプであることと、高速ドラフトモードを有するという点で異なっているが、それ以外の点では共通する。
本固体撮像装置は、図３に示すように、全画素読み出しモードと、高速ドラフトモードを有する。全画素読み出しモードとは、図３の左部に示すように、全画素について一斉に信号を読み出し、その読み出した全画素の画像信号について互いに独立してノンインターレースで転送するモードである。
【００２４】
それに対して、高速ドラフトモードは、画面全体に渡って出力する水平ライン数を減らすことにより１秒間に得られる画像の枚数（フレームレート）を増加させる動作モードであり、それには種々の態様があるが、図３（右部分参照）の例は８水平ラインに対して２水平ラインのみを読み出し、全画素読み出しモードに比べて４倍のフレームレートを得ようとするものである。
この図３に示す例では、下から１番目、４番目、９番目、１２番目の受光素子水平行について読み出しを行い、他の受光素子水平行については読み出しを行わない。この読み出しを行わない受光素子水平行が間引き水平行となる。
【００２５】
ここで、水平ブランキング期間に４水平行ずつ垂直転送を行い、水平転送レジスタ１２において、第３番目、第４番目、第５番目、第６番目の水平行の加算をし、水平転送することにより第４番目の水平行の信号電荷が得られる。
次の水平ブランキング期間にも４水平行ずつ垂直転送を行い、水平転送レジスタ１２において、第７番目、第８番目、第９番目、第１０番目の水平行の加算をし、水平転送することにより第９番目の水平行の信号電荷が得られる。
そのようなことを繰り返すことにより連続した画像信号が得られるのである。
【００２６】
ところで、上述した第４番目、第９番目等の水平行の画像信号は、４水平行分の画像信号を加算したものであるので、必然的にその４水平行分のスミア成分が含まれ、スミア成分が４倍になる。特に、電子シャッター使用時は更にスミアが増加し、見苦しい画像になる。
そこで、読み出しをする第４番目、第９番目等の受光素子水平行については他の間引き水平行の信号電荷の水平転送レジスタ１２での加算を行わず、単独で転送するようにするすることが考えられ得る。というのは、そのようなスミアの増加がないからである。しかし、そのように単独で転送するようにしたとしてもその信号電荷中にも当然にスミア成分が存在する。
【００２７】
従って、間引き水平行第５番目、第６番目、第７番目、第８番目の信号を加算して読み出せばスミア成分を４倍した信号が得られるので、それを４分の１倍してスミア補正値とし、これを読み出しをする例えば第４番目の、或いは第９番目の水平行の画像信号から減算すれば正確なスミア補正をした画像信号が得られる。
尚、間引き水平行第１０番目、第１１番目と２水平行続く場合には、その２水平行分を水平転送レジスタ１２内で加算（混合）し、それを２分の１倍してスミア補正値とする。このように、間引き水平行が続く行数によりスミア係数を切り換える。続く水平行数が２行の場合には、スミア係数を１行の場合の２分の１倍に、４行の場合には、４分の１倍にというように行数の逆数倍というようにスミア係数を切り換える。
【００２８】
このようなスミア補正は、上記第１の実施例の図２に示す回路と略同じ構成の回路で行うことができるが、ライン加算メモリ２８の機能は図２の場合と異なり、係数掛算器３０がライン加算メモリ２８の出力（加算値）に掛けるスミア係数が切り換わるようにしなければならない点が異なる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ＣＣＤ型固体撮像素子を用いた全画素読み出しモードと、フレーム読み出しモード或いは高速ドラフトモードを有する固体撮像装置一般に適用することができ、また、カラーのものにも、白黒にもついても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明固体撮像装置の第１の実施例のＣＣＤ型固体撮像素子を示す平面図である。
【図２】上記第１の実施例の回路構成を示す回路ブロック図である。
【図３】本発明固体撮像装置の第２の実施例の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
２・・・ＣＣＤ型固体撮像素子、４・・・受光素子、６・・・撮像領域、８・・・垂直転送レジスタ、１０・・・間引き水平行、１１・・・普通に読み出す受光素子水平行、１２・・・水平転送レジスタ、２２・・・固体撮像素子駆動手段（タイミング発生器）、２４・・・ＣＤＳ及び増幅回路、２６・・・Ａ／Ｄ変換器、２８・・・画像信号記憶加算手段、３０・・・係数掛算器、３２・・・減算回路、３４・・時間軸伸張・補間回路。
【図１】
2005039727.tif 000003
【図２】
2005039727.tif 000004
【図３】
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