(57)【要約】【課題】高ISO感度で撮影された画像で目立つ水平転送効率の劣化を補正する固体撮像装置および方法の提供。【解決手段】固体撮像装置1は、操作部3、制御部5、HCCD 電圧制御部7、タイミング発生部9、光学系駆動部11、光学系13、撮像駆動部15、撮像部17、前処理部19、信号処理部21、表示部23、および記録メディア部25を含み、前処理部17に設けられたノイズ除去部で、１つの画素のデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドする。その後、得られた少なくとも２つの信号の差分を検出し、この差分から転送効率の劣化の有無を判断する。劣化が発生している場合は、タイミング発生部9によって駆動信号の周波数を下げたり、HCCD 電圧制御部7によって駆動電圧を上げる等の補正を行う。よって転送効率を常にモニタリングし、劣化が発生した際はすぐに補正することが可能である。【選択図】図１
2007259058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写界からの入射光から信号電荷を生成する受光素子がマトリックス状に配置され、該信号電荷を該マトリックスにおける列方向に転送する垂直転送路、該垂直転送路から転送された前記信号電荷を前記マトリックスにおける行方向に転送する水平転送路、および該水平転送路から転送された前記信号電荷を電気信号に変換する出力回路が配置された撮像面を含み、該電気信号を画素毎に読み出す撮像手段と、
前記電気信号をアナログ信号処理、およびアナログ・ディジタル変換処理してディジタル画像信号を生成し、さらに該ディジタル画像信号をディジタル画像処理する信号処理手段とを含む固体撮像装置において、
前記信号処理手段は、前記電気信号におけるデータレベルをサンプルホールドするサンプルホールド手段を含み、
該サンプルホールド手段は、１つの画素の該データレベルを少なくとも２回、位相を変えてサンプルホールドし、
該固体撮像装置は、該サンプルホールドすることにより得られた少なくとも２つの信号の電位を比較して前記水平転送路における転送効率の劣化を検出する検出手段と、
該劣化が検出された場合に、該劣化を補正する補正手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記信号処理手段は、前記サンプルホールド手段を少なくとも２つ含み、該少なくとも２つのサンプルホールド手段によって、前記１つの画素のデータレベルを少なくとも２回、位相を変えてサンプルホールドすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、前記サンプルホールド手段は、前記撮像面における非有効画素またはオプティカルブラックのデータレベルをサンプルホールドすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において、前記補正手段は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像手段を駆動する駆動信号の周波数を下げて該劣化を補正することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において、前記補正手段は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像手段に供給する電圧を上げて該劣化を補正することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
被写界からの入射光から信号電荷を生成する受光素子がマトリックス状に配置され、該信号電荷を該マトリックスにおける列方向に転送する垂直転送路、該垂直転送路から転送された前記信号電荷を前記マトリックスにおける行方向に転送する水平転送路、および該水平転送路から転送された前記信号電荷を電気信号に変換する出力回路が配置された撮像面を含み、該電気信号を画素毎に読み出す撮像手段と、
前記電気信号をアナログ信号処理、およびアナログ・ディジタル変換処理してディジタル画像信号を生成し、さらに該ディジタル画像信号をディジタル画像処理する信号処理手段とを含む固体撮像装置において、
前記撮像手段は、前記電気信号を前記画素毎に読み出すために前記信号電荷を該画素毎に蓄積する際に行うリセット動作を、１つの画素に対して少なくとも２回行い、
前記固体撮像装置は、該少なくとも２回のリセット動作のうち、２回目以降のリセット動作によってリセットドレインに流れる電流を検知する電流検知手段と、
該電流検知手段が検知した該電流によって、前記水平転送路に転送効率の劣化が発生しているか否かを判断する判断手段と、
該判断手段により該劣化が発生していると判断された場合に、該劣化を補正する補正手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記信号処理手段は、相関二重サンプリング方式により前記電気信号におけるノイズを除去するノイズ除去手段を含み、
前記撮像手段は、前記少なくとも２回のリセット動作のうちの１回を、該相関二重サンプリング方式でデータレベルをサンプルホールドするタイミングと実質的に同じタイミングで行うことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の装置において、前記少なくとも２回のリセット動作が行われる画素は、非有効画素、またはオプティカルブラックであることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれかに記載の装置において、前記補正手段は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像手段を駆動する駆動信号の周波数を下げて該劣化を補正することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項６ないし８のいずれかに記載の装置において、前記補正手段は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像手段に供給する電圧を上げて該劣化を補正することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
被写界からの入射光から信号電荷を生成する受光素子がマトリックス状に配置され、該信号電荷を該マトリックスにおける列方向に転送する垂直転送路、該垂直転送路から転送された前記信号電荷を前記マトリックスにおける行方向に転送する水平転送路、および該水平転送路から転送された前記信号電荷を電気信号に変換する出力回路が配置された撮像面を含み、該電気信号を画素毎に読み出す撮像手段と、
前記電気信号をアナログ信号処理、およびアナログ・ディジタル変換処理してディジタル画像信号を生成し、さらに該ディジタル画像信号をディジタル画像処理する信号処理手段とを含む固体撮像装置において、該装置は、
予め設定された、前記撮像面における前記出力回路が設けられた側と対向する側に位置するオプティカルブラックの信号レベル値、および該オプティカルブラック以外の画素の信号レベル値を記憶する記憶手段と、
前記信号処理手段により該オプティカルブラックの信号レベル値、および該オプティカルブラック以外の画素の信号レベル値が得られると、該レベル値、および前記記憶手段に記憶されているレベル値を比較して転送効率の劣化が発生しているか否かを判断する判断手段と、
該劣化が発生している場合に、該劣化を補正する補正手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記オプティカルブラック、およびオプティカルブラック以外の画素は、前記水平転送路と平行に隣り合う画素であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の装置において、前記記憶手段に記憶される信号レベル値は、前記撮像手段を有する撮像素子の出荷時や該装置の撮像調整時等に設定された値であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれかに記載の装置において、前記補正手段は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像手段を駆動する駆動信号の周波数を下げて該劣化を補正することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１５】
請求項１１ないし１３のいずれかに記載の装置において、前記補正手段は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像手段に供給する電圧を上げて該劣化を補正することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１６】
複数の受光素子をマトリックス状に配置した撮像面で被写界からの入射光を光電変換して該受光素子ごとに信号電荷を生成し、該信号電荷を垂直転送路によって該マトリックスにおける列方向に転送し、該垂直転送路で転送された前記信号電荷を水平転送路によって前記マトリックスにおける行方向に転送し、該水平転送路で転送された前記信号電荷を出力回路で電気信号に変換して画素毎に読み出す撮像工程と、
前記電気信号をアナログ信号処理、およびアナログ・ディジタル変換処理してディジタル画像信号を生成し、さらに該ディジタル画像信号をディジタル信号処理する信号処理工程とを含む転送劣化補正方法において、該方法は、
前記電気信号における１つの画素のデータレベルを、少なくとも２回、位相を変えてサンプルホールドするサンプルホールド工程と、
該サンプルホールドにより得られた少なくとも２つの信号の電位を比較して前記水平転送路における転送効率の劣化を検出する検出工程と、
該劣化が検出された場合に、該劣化を補正する補正工程とを含むことを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記サンプルホールド工程は少なくとも２つのサンプルホールド回路を用いて前記１つの画素のデータレベルをサンプルホールドすることを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の方法において、前記サンプルホールド工程は、前記撮像面における非有効画素またはオプティカルブラックのデータレベルをサンプルホールドすることを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項１９】
請求項１６ないし１８のいずれかに記載の方法において、前記補正工程は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像工程を含む撮像素子に供給される駆動信号の周波数を下げて該劣化を補正することを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２０】
請求項１６ないし１８のいずれかに記載の方法において、前記補正工程は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像工程を含む撮像素子に供給される電圧を上げて該劣化を補正することを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２１】
複数の受光素子をマトリックス状に配置した撮像面で被写界からの入射光を光電変換して該受光素子ごとに信号電荷を生成し、該信号電荷を垂直転送路によって該マトリックスにおける列方向に転送し、該垂直転送路で転送された前記信号電荷を水平転送路によって前記マトリックスにおける行方向に転送し、該水平転送路で転送された前記信号電荷を出力回路で電気信号に変換して画素毎に読み出す撮像工程と、
前記電気信号をアナログ信号処理、およびアナログ・ディジタル変換処理してディジタル画像信号を生成し、さらに該ディジタル画像信号をディジタル信号処理する信号処理工程とを含む転送劣化補正方法において、
前記撮像工程は、前記電気信号を前記画素毎に読み出すために前記信号電荷を該画素毎に蓄積する際に行うリセット動作を、１つの画素に対して少なくとも２回行い、
前記方法は、該少なくとも２回のリセット動作のうち、２回目以降のリセット動作によってリセットドレインに流れる電流を検知する電流検知工程と、
該電流検知工程で検知された該電流によって、前記水平転送路に転送効率の劣化が発生しているか否かを判断する判断工程と、
該判断工程により該劣化が発生していると判断された場合に、該劣化を補正する補正工程とを含むことを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記信号処理工程は、相関二重サンプリング方式により前記電気信号におけるノイズを除去し、
前記撮像工程は、前記少なくとも２回のリセット動作のうちの１回を、該相関二重サンプリング方式でデータレベルをサンプルホールドするタイミングと実質的に同じタイミングで行うことを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の方法において、前記少なくとも２回のリセット動作が行われる画素は、非有効画素、またはオプティカルブラックであることを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２４】
請求項２１ないし２３のいずれかに記載の方法において、前記補正工程は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像工程を含む撮像素子に供給される駆動信号の周波数を下げて該劣化を補正することを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２５】
請求項２１ないし２３のいずれかに記載の方法において、前記補正工程は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像工程を含む撮像素子に供給される電圧を上げて該劣化を補正することを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２６】
複数の受光素子をマトリックス状に配置した撮像面で被写界からの入射光を光電変換して該受光素子ごとに信号電荷を生成し、該信号電荷を垂直転送路によって該マトリックスにおける列方向に転送し、該垂直転送路で転送された前記信号電荷を水平転送路によって前記マトリックスにおける行方向に転送し、該水平転送路で転送された前記信号電荷を出力回路で電気信号に変換して画素毎に読み出す撮像工程と、
前記電気信号をアナログ信号処理、およびアナログ・ディジタル変換処理してディジタル画像信号を生成し、さらに該ディジタル画像信号をディジタル信号処理する信号処理工程とを含む転送劣化補正方法において、該方法は、
前記撮像面における前記出力回路が設けられた側と対向する側に位置するオプティカルブラックの信号レベル値、および該オプティカルブラック以外の画素の信号レベル値を記憶する記憶工程と、
前記信号処理工程により該オプティカルブラックの信号レベル値、および該オプティカルブラック以外の画素の信号レベル値が得られると、該信号レベル値と、前記記憶工程で記憶された信号レベル値とを比較し、転送効率の劣化が発生しているか否かを判断する判断工程と、
該劣化が発生している場合に、該劣化を補正する補正工程とを含むことを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、前記オプティカルブラック、およびオプティカルブラック以外の画素は、前記水平転送路と平行に隣り合う画素であることを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２８】
請求項２６または２７に記載の方法において、前記記憶工程で記憶される信号レベル値は、前記撮像工程を含む撮像素子の出荷時や該方法が適用される固体撮像装置の撮像調整時等に設定された値であることを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項２９】
請求項２６ないし２８のいずれかに記載の方法において、前記補正工程は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像工程を含む撮像素子に供給される駆動信号の周波数を下げて該劣化を補正することを特徴とする転送劣化補正方法。
【請求項３０】
請求項２６ないし２８のいずれかに記載の方法において、前記補正工程は、前記劣化が検出された場合に、前記撮像工程を含む撮像素子に供給される電圧を上げて該劣化を補正することを特徴とする転送劣化補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高ISO感度で撮影された画像で目立つ水平転送効率の劣化を補正する固体撮像装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より固体撮像素子の水平転送路において、電荷が完全に転送されない現象、すなわち転送効率の劣化が起こる場合があった。具体的に説明すると、水平転送路では、出力ゲート（OG : Output Gate）からフローティングデフュージョンアンプ（FDA : Floating Diffusion Amplifier）のゲートへ電荷を移動させる。しかし、固体撮像装置を使用するにつれて、出力ゲートからフローティングデフュージョンアンプのゲートへの電子の移動が遅くなって完全に電荷が移動しきれなくなるという局部における転送効率の劣化、すなわち局部転送劣化や、また水平転送路の転送過程において少しずつ電荷を後段に取り残すという転送段数による転送効率の劣化が発生していた。
【０００３】
これらのような転送効率の劣化は、転送する電荷の量が小さければ小さいほど発生しやすく、また転送段数が多いほど発生しやすい。また転送効率の劣化が発生すると、信号的には黒潰れのような現象となってしまう。よってカラー信号の場合、被写体によってR、G、Bの信号比率が異なるようになって、R、G、Bの直線性、すなわちリニアリティがずれて色バランスが崩れる等の影響が出ていた。また転送段数による転送効率の劣化の場合では、出力アンプよりも遠くなるにつれて段数が多くなるため、1画面の片側に影響が大きく出てしまっていた。また取り残した成分が異なる色に影響を与えてしまった結果、混色により色が変化して画質が劣化してしまっていた。
【０００４】
しかし、固体撮像素子の小型化、転送の高速化に伴い、水平転送路での電荷転送効率の特性維持が厳しくなっており、局部転送劣化や段数による転送劣化等の劣化を防ぐことが可能な方法が求められていた。特許文献１には、中央処理回路により、被写体の明るさに応じて撮像素子の水平駆動振幅を制御し、水平転送効率を改善する固体撮像装置が開示されている。また特許文献２には、カラーフィルターを配置するCCDにおいて、単色光を照射して水平方向に変調した信号を得、この信号の差分を比較することで転送効率を求める方法が開示されている。
【特許文献１】特開平５−３２８２２９号公報
【特許文献２】特開平５−１６８０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし特許文献１、および２が開示しているやり方では、転送効率を常にモニタリングするものではなかった。本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、転送効率を常にモニタリングして最適な駆動になるように制御する固体撮像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】
上述の課題を解決するために本発明では、上述した局部転送劣化は、フローティングデフュージョンアンプのゲートへの電子の移動が遅くなることに着目し、電気信号における１つの画素のデータレベルを、位相を変えて少なくとも２回サンプルホールドして少なくとも２つの信号を得、この少なくとも２つの信号の差分を比較することで転送効率が劣化しているか否かを判断し、発生している場合はこれを補正する。
【０００７】
より具体的に説明すると、局部転送劣化が発生している場合は、信号電荷の転送に時間がかかるようになるため、電気信号のデータレベルの波形が水平になる、すなわち電位が一定になるまで時間がかかるようになる。よって、１つの画素のデータレベルを異なるタイミングで少なくとも２回サンプルホールドして少なくとも２つの信号を得、この少なくとも２つの信号の電位を比較すること、すなわち少なくとも２つの信号の電位の差分を求め、この差分が設定した値以下であるか否かを判断することで、転送効率の劣化が生じているか否かを検出することが可能である。
【０００８】
また本発明では、１つの画素においてリセット動作を少なくとも２回行うことで、転送劣化が発生しているか否かを検出し、転送劣化が発生している場合にはこれを補正する。より具体的に説明すると、上述したように局部転送劣化が発生している状況では、電荷の転送に時間がかかるようになっているため、１つの画素においてリセット動作を少なくとも２回行うことで、２回目以降のリセット動作時にリセットドレインに電流が流れるようになる。よってリセット動作を少なくとも２回行い、２回目以降のリセット動作時にリセットドレインに流れる電流を検出することで、局部転送劣化を検出する。
【０００９】
なおデータレベルが少なくとも２回サンプルホールドされる画素や、リセット動作が少なくとも２回行われる画素は、撮像面における有効部以外の部分、すなわちオプティカルブラック部の画素にすることが可能である。
【００１０】
さらに本発明では、撮像面において出力回路と対向する側に位置するオプティカルブラックの生産段階時の信号レベル値、およびこのオプティカルブラック以外の画素の生産段階時の信号レベル値を、予めメモリ等に記憶しておく。その後固体撮像装置の使用中に、メモリ等に記憶したオプティカルブラック以外の画素の信号レベル値が、メモリ等に記憶した値と実質的に同じになった際に、同じフレームにおけるオプティカルブラックの信号レベル値と、メモリに記憶しておいたオプティカルブラックの信号レベル値とを比較し、段数による転送劣化が発生しているか否かを検出し、転送劣化が発生している場合にはこれを補正する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像により形成された信号を用いて転送劣化の有無を判断するため、転送効率を常にモニタリングすることが可能である。よって、劣化が生じた際はすぐに補正することが可能になり、劣化を確実に防ぐことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。図１は、本発明による固体撮像装置の実施例の一例を概念的に示したブロック図である。図１において、固体撮像装置1は、操作部3、制御部5、HCCD電圧制御部7、タイミング発生部9、光学系駆動部11、光学系13、撮像駆動部15、撮像部17、前処理部19、信号処理部21、表示部23、および記録メディア部25を含み、被写界からの入射光を基にしてディジタル画像信号を形成する装置である。
【００１３】
より具体的に説明すると、撮像部17はマトリックス状に配置された複数の図示しない受光素子を含んでおり、受光素子が被写界からの入射光を、光学系13を介して取り込むことで信号電荷を生成する。固体撮像装置1は、操作部3で操作されることにより、制御部5、タイミング発生部9および撮像駆動部15を制御して、受光素子が生成した信号電荷を読み出してアナログ電気信号として取り出す。その後、このアナログ電気信号を前処理部19および信号処理部21で処理してディジタル画像信号を形成する。形成されたディジタル画像信号は表示部23で表示、または記録メディア部25に記録される。なお、本発明の理解に直接関係のない部分は、図示を省略し冗長な説明を避ける。また以下の説明において各信号はその現れる接続線の参照番号で特定する。
【００１４】
操作部3は、操作者の指示が入力される手操作装置であり、操作者の手操作状態、例えば図示しないシャッタボタンのストローク操作に応じて、操作信号31を制御部5に供給する部分である。制御部5は、操作部3から供給される操作信号31に応動して、固体撮像装置1全体の動作を制御、統括する部分であり、本実施例では、光学系駆動部11、HCCD電圧制御部7、タイミング発生部9、信号処理部21、および記録メディア部25と接続し、これらに必要な処理を行わせる制御信号33、35、37、39、41を供給する。
【００１５】
HCCD電圧制御部7は、制御部5により制御されて、後段の撮像駆動部15に供給される電圧41を制御する部分である。具体的にはHCCD電圧制御部7は、水平転送路における転送効率の劣化、すなわち転送劣化が発生した場合に、電子が十分に移動できるように高い電圧を撮像駆動部に供給する。
【００１６】
光学系駆動部15は、制御部5により制御されて後段の光学系13を駆動する駆動信号47を形成する部分である。本実施例では、制御部5は、操作部3からの操作信号31により光学系駆動部11を制御する制御信号33を形成し、これにより光学系駆動部11が光学系13を駆動する駆動信号47を形成する。
【００１７】
光学系13は、具体的な構成を図示しないが、レンズ、絞り調整機構、シャッタ機構、ズーム機構、自動焦点（Automatic Focus : AF）調整機構、および自動露出（Automatic Exposure : AE）調整機構を含んでいる。なお、赤外線‘Infrared Rays : IR）カットフィルタや光学ローパスフィルタ（Low Pass Filter : LPF）を含むことも可能である。また光学系13は、光学系駆動部11からの駆動信号47により制御される。例えば本実施例では、光学系13は、光学駆動部11からの駆動信号47により、レンズ、自動焦点調整機構、自動露出調整機構が駆動して、所望の被写界像を取り込んで撮像部17に入射する。
【００１８】
タイミング発生部9は、制御部5により制御され、制御部5からの制御信号37に応動してタイミング信号51、53、55を形成する部分である。形成されたタイミング信号51、53、55は、撮像駆動部15、前処理部19、信号処理部21へそれぞれ供給される。なお、どのようなタイミング信号を形成し、どこへ供給するかは制御部5の制御信号37により決定される。例えば前処理部53へは、撮像部17から出力されたアナログ電気信号57のフィードスルーレベルとデータレベルを抽出するためのタイミング信号53を供給し、また例えば撮像駆動部15へは、水平転送パルスや垂直転送パルスやリセットパルス等を供給する。またタイミング発生部9は、転送劣化が発生している場合に、出力ゲートとフローティングデフュージョンアンプのゲートとの間で電子が十分に移動できるように周波数を遅くした駆動信号を撮像駆動部へ供給する。
【００１９】
撮像駆動部15は、タイミング発生部9からのタイミング信号51に応動して、タイミング信号51が示す位置の受光素子から信号電荷を読み出すための読み出し信号61を形成する部分である。形成された読み出し信号61は撮像部17へと供給される。撮像部17は、光学系13を介して入射された入射光により受光素子に生成された信号電荷を、撮像駆動部15からの読み出し信号61に応じてアナログ電気信号57に光電変換する、すなわち撮像する部分である。本実施例では撮像部17が含む固体撮像素子に、光電結合素子（Charge Coupled Device : CCD）を採用している。
【００２０】
図２は、図１における撮像部17が含む固体撮像素子において、被写界からの入射光が照射される面、すなわち、撮像面101を概念的に示した図である。本実施例では、撮像面101は、受光素子、トランスファーゲート、垂直転送路、水平転送路59、および出力回路105を含んでいる。受光素子は、図示しないが、被写界からの光により信号電荷を形成するものであり、２次元マトリックス状に配置されている。なお受光素子の配列は公知の配列を採用することが可能である。例えば正方格子配列でもよいし、また例えばハニカム配列であってもよい。なお本発明はこれに限定するわけではない。また、トランスファーゲートは、図示しないが、受光素子で発生した信号電荷の読み出しを制御するものであり、各受光素子の一方の側に、２次元マトリックスの垂直方向、すなわち列と平行するように設けられている。
【００２１】
垂直転送路は、図示しないが、トランスファーゲートから読み出された信号電荷を２次元マトリックスの列方向に転送するものであり、トランスファーゲートの受光素子と対向する側に設けられている。また水平転送路103は、垂直転送路からの信号電荷を受け取り、水平方向に出力回路105まで転送するものであり、２次元マトリックスの水平方向と、すなわち、行と平行するように設けられている。また出力回路105は光電変換を行ってアナログ電気信号57を形成するものであり、水平転送路103の一方の端部、本実施例では左側の端部に設けられている。
【００２２】
これらの受光素子、トランスファーゲート、垂直転送路、水平転送路103、および出力回路105は、公知のものを採用することが可能である。また図示しないが、撮像部17は、色フィルタを含んでもよく、色フィルタを含む場合も公知のものを採用することが可能である。なお本実施例では、撮像面101には水平転送路103が１つだけ設けられているが、本発明はこれに限定するわけではなく、たとえば撮像面101を複数の領域に分割し、領域毎に水平転送路103および出力回路105を設けたものも本発明に含まれる。
【００２３】
このような撮像面101に設けられた受光素子、すなわち画素には、有効画素107、非有効画素109、およびオプティカルブラック111が存在する。有効画素107は、入射光により光被写界像を結像して１枚の画像を形成する受光素子である。非有効部109は、例えばエッジ補調や色補完演算等に用いられる部分である。オプティカルブラック111は、黒レベルを検出するために光学的に遮蔽された受光素子である。本実施例では、撮像面101の外周近傍の受光素子がオプティカルブラック111であり、このオプティカルブラック111の内側の受光素子が非有効画素109、さらにこの非有効画素109の内側が有効画素107である。なお本発明はこれに限定するわけではなく、どの受光素子をオプティカルブラック、非有効画素、および有効画素にするかは撮像部に応じて任意に設定することが可能である。
【００２４】
図１に戻って、撮像部17から読み出されたアナログ電気信号57は前処理部19へ供給される。前処理部19は、タイミング発生部9のタイミング信号53に応動して、アナログ電気信号57におけるノイズを低減し、またアナログ電気信号57のゲインを調整し、さらにアナログ・ディジタル変換を行って、ディジタル画像信号121を形成する部分である。
【００２５】
図３は、図１に示す前処理部19付近を概念的に拡大したものであって、前処理部19の構成例を概念的に示したブロック図である。図３において図１と同じ参照番号は同様の構成要素を示す。図３において前処理部19は、ノイズ除去部123、ゲインコントロール部125、およびアナログ・ディジタル変換部127を含んでいる。
【００２６】
ノイズ除去部123は、撮像部17から読み出されたアナログ電気信号57のノイズを除去する部分である。本実施例では、相関二重サンプリング方式を用いてノイズを除去している。具体的にはタイミング発生部9から供給されるクランプパルスにより、撮像部17から読み出されたアナログ電気信号57のフィードスルーレベルをクランプする。またタイミング発生部9から供給されるサンプルホールドパルスにより、アナログ電気信号57のデータレベルをサンプルホールドする。その後得られたフィードスルーレベルの信号とデータレベルの信号とを減算してノイズを除去する。
【００２７】
なお図１に示す例では、後述するようにデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドして転送劣化を検出するため、ノイズ除去部131は本実施例のように、例えば相関二重サンプリング方式や積分型相関二重サンプリング方式等の、サンプルホールド回路を用いてノイズを除去する方式を採用したほうが、サンプルホールド回路を別途設ける必要がなくなり、余計な素子を用いることなく転送劣化を検出することが可能になるため好ましい。しかし本発明はこれに限定わけではなく、公知の方法を採用してアナログ電気信号57のノイズを除去することが可能である。
【００２８】
ゲインコントロール部125は、ノイズが除去されたアナログ電気信号57のゲインを調整する部分でである。またアナログ・ディジタル変換部127は、アナログ・ディジタル変換を行う部分である。これらのゲインコントロール部125、およびアナログ・ディジタル変換部127は、公知の回路を採用すること可能である。
【００２９】
図１に戻って、以上のような前処理部19で形成されたディジタル画像信号121は信号処理部21へ供給される。信号処理部21は、制御部5の制御信号39、およびタイミング発生部9のタイミング信号55に応動して、ディジタル画像信号121を後段の表示部23に表示するための信号129や、また後段の記録メディア部25で記録するための信号131にする、すなわちディジタル画像信号121をディジタル画像処理する部分である。
【００３０】
表示部23は、例えばディスプレイ等の表示装置を含み、信号処理部21から供給される信号129を表示する。また記録メディア部25は、例えばメモリ等を含み、信号処理部21から供給された信号131をメモリに記憶する。
【００３１】
以上のような構成の固体撮像装置1には、撮像部17を含み被写界像を撮像することが可能な装置が該当し、例えば、電子スチルカメラ、画像入力装置、ムービーカメラ、カメラが設けられた携帯電話、または、被写体を撮像してシールに印刷する装置等が挙げられるが、本発明はこれらに限定するわけではない。また本発明では、各部の構成を本実施例に限定するわけではなく、固体撮像装置1に応じて任意の構成を採用することが可能である。
【００３２】
このような固体撮像装置1において、水平転送路103で転送効率の劣化、例えば局部転送劣化が発生すると、信号的には黒潰れのような現象となったり、また例えば信号量が不足するためR、G、Bの直線性、すなわちリニアリティがずれて色バランスが崩れる等の問題が生じていた。
【００３３】
図４は、図２に示す水平転送路103を奥行き方向に、すなわち面で断裁した際の断面を概念的に示した図であって、水平転送路103の最終段付近における信号電荷の移動を概念的に示した図である。図４において、（a）は、図２に示す水平転送路103を概念的に示した図であり、（b）は、（a）に示す各部のポテンシャル井戸の時間的な変化と、それに伴い信号電荷Qが転送される様子を概念的に示したポテンシャル図である。図（b）において垂直方向は時間を示している。図４において、図（b）は、図（a）と対応しており、例えば図（a）に示す電極133のポテンシャル井戸は、図（b）における最も左、すなわち位置135に示される。他の電極も同様である。
【００３４】
図４を用いて局部転送劣化について説明する前に、水平転送路103における信号電荷の転送処理について説明する。水平転送路103の最終段では、水平転送路103により順に転送されてきた信号電荷が、画素ごとに出力回路105へと供給されて、アナログ電気信号57に変換されて出力されてゆく。
【００３５】
例えば、図４における信号電荷Q1 の移動を説明すると、最初に信号電荷Q1 が図４（a）に点線で示す位置にあったとする。その後信号電荷Q1 は、T1のタイミングで電極137の位置、すなわち図（b）では位置139へ移動し始める。またフローティングデフュージョンアンプのゲートのポテンシャル井戸、すなわち、図（b）では位置141がリセットされる。その後T2のタイミングで、信号電荷Q1の移動が完了すると共に、位置141が基準電圧VFD に充電される。その後T3 のタイミングで、信号電荷Q1 は電極137の位置からアウトプットゲートの位置143を経由して位置141へと移動する。
【００３６】
位置141に信号電荷Q1が移動すると、出力回路105によって撮像部17の外にアナログ電気信号57として出力される。このように信号電荷Q1をアナログ電気信号として出力すると、フローティングデフュージョンアンプのゲートのポテンシャル井戸は次の信号電荷Q2のためにリセットされる。このようにして撮像部17では、画素毎にアナログ電気信号57が読み出される。読み出されたアナログ電気信号57の波形は、例えば図５に示すようになる。
【００３７】
図５は、図１に示す撮像部17から出力されるアナログ電気信号57の波形を概念的に示した図である。図５において、水平方向は時間を示しており、T1、T2、T3は、図４に示すT1、T2、T3と対応している。図５に示す波形145は、局部転送劣化が発生していない状態の出力波形である。局部転送劣化が発生していない状況では、図４に示すタイミングT3 に示す電極137の位置から位置143を経て位置141への信号電荷Q1の移動が円滑に行われるため、データレベル147の電位は、信号電荷Q1が移動を開始した直後から実質的に一定となる。
【００３８】
図４に戻って、水平転送路103において局部転送劣化が生じている状態では、タイミングT3での電極137の位置から位置141への信号電荷の移動が遅くなる。つまり、図４のタイミングT3では、位置139に残っている信号電荷q1の量が、図４に点線で示すように正常なときよりも多くなり、位置141にそれほど電荷が蓄積されていないようになる。その結果、撮像部17から出力されたアナログ電気信号57の波形は、例えば図６に示すようになる。
【００３９】
図６は、局部転送劣化が生じている際の、アナログ電気信号57の波形を概念的に示した図である。図６において、（a）は、局部転送劣化が生じている際の撮像部17からの出力波形149を概念的に示した図であり、（b）は、図６（a）の点線151で囲んだ部分を拡大した概念図である。なお図６において水平方向は時間を示しており、T1、T2、T3は、図４に示すT1、T2、T3と対応している。また図６（b）において図６（a）と同じ参照番号は同様の構成要素を示す。
【００４０】
局部転送劣化により、位置141への電子の移動が遅くなると、図６（a）に示すように、タイミングT3において時間の経過とともにデータレベル153の電位がゆっくりと変化してゆき、データレベル153の電荷が一定の値になるまで、すなわち完全に信号電荷Q1が移動するまでには時間がかかるようになる。
【００４１】
しかし、このようにデータレベル153の電荷が一定になるまで時間がかかるようになると、後段のノイズ除去部131において例えば相関二重サンプリング方式を採用している場合では、パルスAによりフィードスルーレベル155をクランプし、またパルスBによりデータレベル153をサンプルホールドして、得られたフィードスルーレベル155の信号とデータレベル153の信号を用いてノイズを除去するため、例えば図６（b）に示すように、パルスBによって、信号電荷の移動中、すなわちデータレベル153の電位が一定の値になる前にサンプルホールドしまった場合では、電荷157がサンプルホールドされなくなっていた。
【００４２】
その結果、十分な信号量を得ることができなくなり、例えば元の信号量が小さい場合等では黒潰れのような現象となったり、また例えば信号量が不足するためR、G、Bの直線性、すなわちリニアリティがずれて色バランスが崩れる等の問題が生じていた。またノイズ除去部123において、信号電荷が移動途中である部分をサンプルホールドしてしまった結果、ノイズを十分に除去できなくなる等の問題も生じていた。
【００４３】
そこで本実施例では、局部転送劣化を早期に発見してこのような問題が発生するのを防ぐ。具体的には、局部転送劣化が発生するとデータレベルの電位が時間の経過ともに変化することに着目し、前処理部19におけるノイズ除去部123で１つの画素のデータレベルを2回サンプルホールドし、得られた信号を比較すること、具体的には差分を求めることで、転送劣化が生じているか否かを判断する。判断の結果、転送劣化が生じている場合は、差分が小さくなるように、例えば駆動信号の周波数を遅くしたり、駆動電圧を上げて電位差が大きくなるようにし、電子を移動しやすくする。以下、詳細に説明する。
【００４４】
図７は図１に示す固体撮像装置1において、局部転送劣化を検出し、この劣化を補正する処理手順の一例を示した流れ図である。図１、図７において、局部転送劣化が発生しているか否かを検出するために、まず制御部5がタイミング発生部9を制御して、電気信号57のうちの１つの画素のデータレベルを２回サンプルホールドするサンプルホールドパルスを形成させ、ノイズ除去部131に供給させる（ステップS1）。なお制御部5によるこの制御は、任意のタイミングで行うことが可能である。例えば、設定された回数撮像する毎に行うようにすることも可能であるし、また例えば操作部3にユーザーの指示が入力されることで行われるようにすることも可能である。なお本発明はこれらに限定するわけではない。
【００４５】
タイミング発生部9は、制御部5による指示を受けると、図８に示すように、１画素のデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドするサンプルホールドパルスを形成し、ノイズ除去部131に供給する（ステップS2）。
【００４６】
図８は、ノイズ除去部131におけるサンプルホールドの状況を概念的に示した図である。図８において、図６と同じ参照番号は同様の構成要素を示すため説明を省略する。また図８において水平方向は時間を示している。タイミング発生部9は、制御部5からの指示を受けると、それまで40nsecの周期でノイズ除去部131に供給していたパルスBの位相を変化させて、データレベル153を２回、位相を変えてサンプルホールドするサンプルリングパルス161、163を形成する。なお本実施例では、データレベル153を２回サンプルホールドしているが、本発明はこれに限定するわけではない。
【００４７】
このとき、少なくとも２つのサンプルホールドパルスのうちの一方のサンプルホールドパルスを、局部転送劣化が発生していない状況で電位が一定になると考えられる部分をサンプルホールドするようにし、また他方のサンプルホールドパルスを、局部転送劣化が発生している場合であっても電位が一定になると考えられる部分、すなわち、データレベル153の後方をサンプルホールドするようにしたほうが、転送劣化が生じている度合を正確に把握することが可能になるため好ましい。
【００４８】
例えば本実施例では、１回目のサンプルホールドパルス161は、それまでノイズ除去部131に供給されていたサンプルホールドパルスと実質的に同じタイミングでデータレベル153をサンプルホールドするパルスであり、局部転送劣化が発生していない場合に電位が一定になる部分をサンプルホールドする。また２回目のサンプルホールドパルス163は、局部転送劣化が発生した場合にデータレベル153の電位が一定になる部分、すなわちデータレベル153の後方をサンプルホールドするパルスである。なお本発明は本実施例に限定するわけではなく、１つの画像のデータレベルであれば任意のタイミングでサンプルホールドすることが可能である。
【００４９】
また、本実施例のようにノイズ除去部131が相関二重サンプリング方式によりノイズを除去する場合では、少なくとも2回のサンプルホールドのうちの1回を、相関二重サンプリング方式でデータレベルをサンプルホールドするタイミングと実質的に同じタイミングで行い、2回目のサンプルホールドを、1回目よりも後方をサンプルホールドするタイミングで行うようにすると、転送劣化の影響をどの程度受けているかを把握することが可能になるため好ましいが、本発明はこれに限定するわけではない。
【００５０】
なおデータレベル153にサンプルホールドパルスを複数回印加することが時間的に難しい場合や、また例えば局部転送劣化が発生しているためにデータレベルの電位が一定になってからリセットパルスが印加されるまでの時間が短く、電位が一定になった部分にサンプルホールドパルスを印加することが難しい場合では、例えば図９に示すようにリセットパルスを停止させ、データレベル153の期間を長くするとよいが、本発明はこれに限定するわけではない。このようなリセットパルスの停止は、制御部5がタイミング発生部9を制御することで可能である。
【００５１】
以上のようにしてタイミング発生部9は１つの画素のデータレベル153を２回サンプルホールドするサンプルホールドパルス161、163を形成し、ノイズ除去部131へと供給する。タイミング発生部9は、サンプルホールドパルス163を供給後は、通常の相関二重サンプリング方式で用いるサンプルホールドパルス、すなわち、本実施例ではサンプルホールドパルス161と周期が40nsecのサンプルホールドパルス169を形成する。なおタイミング発生部9は、クランプパルスAについては、サンプルホールドパルス161、163が供給されることに伴って変更してもよいし、変更しなくてもよい。例えば、サンプルホールドパルス161、163が供給される画素には、クランプパルス171を停止させてもよいし、本実施例のように供給してもよく、任意に選択すること可能である。
【００５２】
図１、図７に戻って、ノイズ除去部131にデータレベル153を２回サンプルホールドするサンプルホールドパルス161、163が供給されると、ノイズ除去部131では、この供給されたサンプルホールドパルス161、163に応動してデータレベル153が２回サンプルホールドされる（ステップS3）。サンプルホールドは図示しない公知のサンプルホールド回路で行うことが可能であり、例えば本実施例のように相関二重サンプリング方式によりノイズ除去を行う場合では、相関二重サンプリング方式で用いるサンプルホールド回路をそのまま試用することが可能である。
【００５３】
このようにして１つの画素のデータレベル153を少なくとも２回サンプルホールドして少なくとも２つの信号を得ると、これらの信号は、信号処理部121へと送られる。なお信号処理部121へは、図３に点線173で示すようにノイズ除去部131から直接送られるようにしてもよいし、データレベル153を複数回サンプルホールドした場合のみ、ゲインコントロール部133およびAD 変換部135を停止させ、ゲインコントロール部133およびAD 変換部135を経由して送られるようにしてもよく、任意のやり方を採用することが可能である。
【００５４】
信号処理部121では、サンプルホールドされた少なくとも２つの信号が送られてくると、これらの信号の差分を求め、この差分が所定の値以下であるか否かを判断する（ステップS4、ステップS5）。例えば本実施例ではデータレベル153を２回サンプルホールドしているため、信号処理部21は、サンプルホールドすることにより得られた２つの信号の差分を求め、この差分が設定された値以下であるか否かを判断する。
【００５５】
なお本発明は本実施例に限定するわけではなく、例えば、データレベル153を３回サンプルホールドして３つの信号を得た場合では、２つずつ差分を計算し、差分の最大値から転送劣化が生じているか否かを判断してもよいし、または最初のサンプルホールドにより得られた信号と、最後のサンプルホールドにより得られた信号から差分を求め、転送劣化が生じているか否かを判断してもよく、任意のやり方を採用して転送劣化を検出することが可能である。差分の算出、および算出された差分と設定値との比較は公知のやり方を採用することが可能である。
【００５６】
ステップS5における判断の結果、差分が所定の値以下である場合は、転送劣化が生じていないと判断し、固体撮像装置1は劣化を補正する処理を終了する。一方差分が所定の値よりも大きい場合は、転送劣化が生じていると判断して、制御部5にその旨を伝える。
【００５７】
制御部5は、信号処理部121から差分が一定値よりも大きい旨、すなわち転送劣化が生じている旨が伝えられると、タイミング発生部9や電圧制御部7を制御して劣化を補正する補正処理を行う（ステップS6）。具体的には、例えばタイミング発生部9に、撮像駆動部15に供給する駆動信号の周波数を下げるよう指示を出したり、また例えばHCCD電圧制御部7に、撮像駆動部15に供給する電圧を上げるよう指示を出す。指示を受けたタイミング発生部9は、撮像駆動部15に周波数を下げた駆動信号を供給して電子を移動しやすくする。また指示を受けたHCCD電圧制御部7は、高い電圧を撮像駆動部15に供給し、電位差を付加して勾配を変化させることにより電子を移動しやすくする。
【００５８】
補正処理が行われると、本実施例では補正により転送劣化が解消されたか否かを判断するためにステップS1へと戻り、制御部5によって、補正後に読み出されたアナログ電気信号57における１つ画素のデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドするよう、タイミング発生部9に指示が出され、転送劣化が解消されるまで検出、および補正を繰り返し行う。
【００５９】
以上のようにして本実施例ではアナログ電気信号57の１つの画素におけるデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドすることで局部転送劣化を検出し、この劣化を補正する。本実施例では撮像により得られた１つの画素のデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドすることで劣化を検出するため、使用状況に応じてリアルタイムで電荷の転送状況を検知すること、すなわち転送効率を常にモニタリングすることが可能になり、転送劣化が発生した際はすぐに補正することが可能になって、転送劣化による画質の劣化を確実に防止することが可能になる。
【００６０】
このように、データレベルを少なくとも２回サンプルホールドすることによる転送劣化の補正は、任意のタイミングで行うことが可能であるが、例えば撮影を行う前の予備的な撮像時に行うことで、撮影時により画質の良い画像を得ることが可能になるため好ましい。
【００６１】
具体的に説明すると、固体撮像装置1には、撮影モードと、予備的モードが存在する。撮影モードとは、撮像により作成されたディジタル画像信号143を操作部3からの操作信号31により記録メディア部25に記録するモードである。また、予備的モードとは、ディジタル画像信号143を記録メディア部25に記録せず、例えば表示部23に表示するためや、光学系13を制御するために用いるモードである。予備的モードには、例えば、被写界像を動画として表示部23に表示する動画表示モードや、自動的に焦点を合わせる自動焦点調整モードや、自動的に露出する自動露出調整モード等が挙げられる。
【００６２】
この予備的モードでの駆動時に転送劣化を検出し、これを補正することによって、撮像時により画質の良い画像を得ることが可能になる。なお本発明はこれに限定するわけではない。またデータレベルが少なくとも２回サンプルホールドされる画素も、1画面における任意の画素を採用することが可能であるが、図２に示す非有効画素109やオプティカルブラック111にしたほうが、検出による影響を及ぼすことを防ぐことが可能になるため好ましい。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【００６３】
なお図１に示す例では、ノイズ除去部131にデータレベルを２回サンプルホールドするサンプルホールドパルスを印加することにより２つの信号を得ているが、本発明はこれに限定するわけではなく、任意のやり方を採用して同じ画素のデータレベルから、位相の異なる少なくとも２つの信号を得ることが可能である。例えば、図１０に示すように複数のノイズ除去部を用い、各ノイズ除去部に同じ画素のアナログ電気信号を供給することにより、位相の異なる少なくとも２つの信号を得るようにすることも可能である。
【００６４】
図１０は、固体撮像装置1における前処理部の別の一例を示したブロック図である。図１０において、図１、図３と同じ参照番号は同様の構成要素を示すため説明を省略する。図１０では、相関二重サンプリング方式によりノイズを除去するノイズ除去部205、207を２つ含み、同じ画素のデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドする場合のみ、撮像部209から得られたアナログ電気信号211を分岐して各ノイズ除去部205、207に供給する。その後ノイズ除去部205、207毎に位相を変えたサンプルホールドパルスを供給し、同じ画素のデータレベルを異なるタイミングでサンプルホールドして、２つの信号を得る。
【００６５】
図１０において、前処理部203は、２つのノイズ除去部205、207を含んでいる。各ノイズ除去部205、207は、それぞれ図１と同様、相関二重サンプリング方式によりノイズを除去する。このように２つのノイズ除去部205、207を含んでいるのは、図示しないが、撮像部209の撮像面が、受光素子、垂直転送路、水平転送路を含んだ２つの領域に分割され、この分割された領域毎にアナログ電気信号211、213が読み出されるためである。
【００６６】
具体的に説明すると、本実施例では、撮像面が２つに分割されているため、領域毎にアナログ電気信号が読み出される。よって読み出されるアナログ電気信号の数分ノイズ除去部が必要となり、本実施例では２つのノイズ除去部205、207が存在する。ノイズ除去部205には、一方の領域から読み出されたアナログ電気信号211が供給され、またノイズ除去部207には、他方の領域からアナログ電気信号213が供給され、ノイズの除去が行われる。なお図１０に示す例では、撮像部209の撮像面が複数に分割されているだけであって、撮像部209は、図１に示す撮像部17と同様のものである。またノイズ除去部205、207、ゲインコントロール部221、223、およびAD 変換部225も、図３に示すノイズ除去部131、ゲインコントロール部133、およびAD 変換部135と同様のものである。
【００６７】
また図１０に示す例では撮像部209の撮像面が複数の領域に分割されて領域毎にアナログ電気信号211、213が読み出されるため、固体撮像装置1は、図示しない入力画像調整部、および対応配列処理部を含み、この入力画像調整部で領域毎に得られる２つの信号から１つの出力データ、すなわちディジタル画像データを形成する。また対応配列処理部で、入力されたディジタル画像データに含まれる画素データの配列を補正して1枚の画像に合成する。このように合成された1枚の画像は信号処理部121で処理され、図１と同様に表示部129に表示されたり、記録メディア131に記録される。なお入力画像調整部、および対応配列処理部は公知のものを採用することが可能である。
【００６８】
図１０に示す例では、ある１つの画素のデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドするために、撮像部209と前処理部203との間に切り換え部231が設けられている。切り換え部231は、撮像部209と前処理部203の両方と接続し、前処理部203のノイズ除去部207に供給するアナログ電気信号211、213を切り換える部分である。切り換え部231にはアナログ電気信号211、213を切り換えることが可能であれば公知のものを採用することが可能であり、本実施例では、３つの端子a、b、cを含む切り換え回路を採用している。
【００６９】
端子a は、撮像面の一方の領域から読み出されたアナログ電気信号211が供給される端子である。端子bは、撮像面の他方の領域から読み出されたアナログ電気信号213が供給される端子である。端子cは、通常では端子bと接続し、アナログ電気信号213が供給される端子であって、転送劣化を検出する際に切り換えられて端子aと接続し、アナログ電気信号211が供給される端子である。端子cに供給されたアナログ電気信号211またはアナログ電気信号213は、前処理部203のノイズ除去部207へと供給される。
【００７０】
端子cが、端子a、またはbのどちらと接続するかは、タイミング発生部9で形成される切り換えパルス235によって切り換えられる。例えば、タイミング発生部9により切り換えパルス235が切り替え部に供給されると、図１０に点線で示すように端子cが端子aと接続するようになり、ノイズ除去部207には、それまで供給されていたアナログ電気信号213に換えて、アナログ電気信号211が供給されるようになる。
【００７１】
図１１は各ノイズ除去部205、207に供給されるアナログ電気信号211、213の波形を概念的に示した図である。図１１において、図５と同じ参照番号は同様の構成要素を示す。図１１において、（a）は、ノイズ除去部205に供給されるアナログ電気信号211の波形215を概念的に示した図であり、（b）は、ノイズ除去部207に供給されるアナログ電気信号211、213の波形217を概念的に示した図である。また図１１において、パルスA1、およびパルスA2は、図５に示すパルスAと同様、相関二重サンプリング方式によりノイズを除去するために、フィードスルー部をクランプするクランプパルスである。また、パルスB1、およびパルスB2は、図４のパルスBと同様、相関二重サンプリング方式によりデータレベルをサンプルホールドするサンプルホールドパルスである。
【００７２】
図１１において、制御部5からの制御によって切り替えパルス235が、タイミング発生部9から切り換え部211に供給されると、この切り換えパルス235により端子cと端子aとが接続するようになり、ノイズ除去部207には、それまで供給されていたアナログ電気信号213に替えて、アナログ電気信号211が供給されるようになる。なお分かりやすくするために、本実施例では、図１１（b）において、矢印241で示す部分でアナログ電気信号213からアナログ電気信号211に切り替わるとする。
【００７３】
なお切り換え部213は、アナログ電気信号211を分岐しているだけであるので、ノイズ除去部205にも、ノイズ除去部207に供給されたのと同じアナログ電気信号211が供給される。このようにノイズ除去部205、207に同じ領域のアナログ電気信号211が供給されるようになると、制御部5からタイミング発生部9に、同じ画素のデータレベルを異なるタイミングでサンプルホールドするサンプルホールドパルスを作成してノイズ除去部205、207へ供給するよう指示が出る。
【００７４】
タイミング発生部9はこの制御部5からの指示によって、図１１（b）に矢印で示すように、これまでノイズ除去部207に供給していたサンプルホールドパルスB2の位相を時間t だけ変えて、電位が一定になった部分をサンプルホールドするパルス251を形成し、ノイズ除去部207へと供給する。なおノイズ除去部205へはこれまでと同じ、周期が40nsecのサンプルホールドパルス253を供給する。なお本発明はこれに限定するわけではなく、ノイズ除去部205へ供給するパルスの位相を変えてもよい。
【００７５】
ノイズ除去部205、207では、タイミング発生部9からこのようなサンプルホールドパルス251、253が供給されると、供給されたサンプルホールドパルス251、253に応動して、それぞれのタイミングでアナログ電気信号211のデータレベルがサンプルホールドされる。具体的にはノイズ除去部205ではサンプルホールドパルス253によりデータレベル255の前方がサンプルホールドされ、またノイズ除去部207ではサンプルホールドパルス251により、データレベル257のうち、ノイズ除去部205でサンプルホールドされた部分よりも後ろの部分、すなわち、データレベル257の電位が一定になった部分がサンプルホールドされる。なおデータレベル255、257は、同じ画素のデータレベルである。このようにして、ノイズ除去部を複数用いて、同じ画素のデータレベルを、位相を変えて複数回サンプルホールドし、少なくとも２つの信号を得ることが可能である。
【００７６】
２つの信号を得た後は、図７に示す処理と同様に、信号処理部21で差分が求められ、その結果、転送劣化が発生していた場合は制御部5によりタイミング発生部9やHCCD電圧制御部7が制御されて転送劣化が補正される。また２つの信号を得た後は、タイミング発生部9から切り換えパルス235が切り換え部231に供給されて端子cが端子bと接続するようになり、ノイズ除去部207へアナログ電気信号213が供給されるようになる。例えば本実施例では、図１１に矢印255で示すタイミングでノイズ除去部207へ供給されるアナログ電気信号がアナログ電気信号211からアナログ電気信号213へ切り替わって、通常の処理が行われるようになる。
【００７７】
なお図１０、図１１に示す例では、一方の領域から読み出されたアナログ電気信号211を用いて局部転送劣化を検出しているため、一方の領域の水平転送路103における転送劣化が検出される。よって他方の領域の水平転送路において転送劣化が発生しているか否かを判断していないが、他方の領域についても任意のやり方を採用して転送劣化を検出することが可能である。
【００７８】
例えば切り換え部231によってノイズ除去部205に供給するアナログ電気信号も切り替え可能にし、他方のアナログ電気信号213をノイズ除去部205、207の両方に供給し、異なる位相になるようにサンプルホールドパルスを供給し、他方の領域における転送劣化を検出するようにしてもよい。また例えば、一方の領域で転送劣化が発生している場合には、他方の領域も発生していると判断するようにしてもよい。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【００７９】
以上のようにして図１０、図１１に示す例では、複数のノイズ除去部205、207を用いて、一つのアナログ電気信号211をこれら複数のノイズ除去部205、207へとそれぞれ供給し、ノイズ除去部毎に異なるタイミングのサンプルホールドパルスを供給することで、同じ画素のデータレベルを、位相を変えてサンプルホールドした少なくとも２つの信号を得ることが可能である。
【００８０】
なお図１０、図１１に示す例では、撮像面が２つの領域に分割されているため、２つのノイズ除去部205、207を用いているが、本発明は２つのノイズ除去部を用いることに限定するわけではなく、任意の数用いることが可能であり、また用いるノイズ除去部の数、および１つの画素のデータレベルを何回サンプルホールドするかにより、１つのアナログ電気信号を任意の数に分岐することが可能である。
【００８１】
また本発明は図１に示す例、および図１０に示す例に限定するわけではなく、任意のやり方を採用して同じ画素のデータレベルを、位相を変えてサンプルホールドすることが可能である。例えば、図１０に示すように固体撮像装置に複数のノイズ除去部が存在する場合であっても、ノイズ除去部205、207それぞれに、データレベルを少なくとも2回サンプルホールドするパルスを供給し、転送劣化が発生しているか否かを領域毎に判断するようにしてもよい。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【００８２】
図１２は本発明による固体撮像装置の別の実施例の一例を概念的に示したブロック図である。図１２において、図１と同じ参照番号は同様の構成要素を示すため説明を省略する。図１２に示す固体撮像装置301は、電流検出部303を含み、この電流検出部303で電流を検出することにより転送劣化を検出する。よって前処理部19におけるノイズ除去部がサンプルホールド回路を含んでいなくても転送劣化を検出することが可能である。なお本発明はこれに限定するわけではなく、例えばサンプルホールド回路を含むノイズ除去部、および電流検出部303の両方を設け、ノイズ除去部131でデータレベルを少なくとも２回サンプルホールドすることによる転送劣化の検出と、電流検出部303による転送劣化の検出の両方により転送劣化を検出するようにしてもよい。
【００８３】
図１２において、電流検出部303は、撮像部17に接続し、撮像部17におけるリセットドレインに流れる電流を検出する部分である。なお撮像部17は、その撮像面が分割された多線読み出しであってもよいし、その撮像面が分割されていない１線読み出しであってもよい。また電流検出部303には公知のものを採用することが可能であり、本実施例では公知の電流検出回路を用いている。
【００８４】
このように電流検出部303を設けるのは、図１３に示すように、転送劣化が発生して信号電荷の取り残しが発生している状況では、１つの画素において少なくとも２回リセット動作を行うことによって、２回目以降のリセット動作時にリセットドレインに電流が流れるため、転送劣化を検出することが可能になるからである。
【００８５】
図１３は、図１１に示す固体撮像装置301において転送劣化を検出する処理を概念的に示した図である。図１３において、図６と同じ参照番号は同様の区政要素を示す。図１３を用いてより詳細に説明すると、図４に示すように、フローティングデフュージョンアンプのゲートのポテンシャル井戸では、次の信号電荷を受け入れるため、基準電圧にする動作、すなわちリセット動作が行われている。このリセット動作は、タイミング発生部9によって、図１３に示すようなリセットパルスRを撮像部に供給することで行われる。
【００８６】
このとき局部転送劣化が発生していると転送が遅くなるため、図４（b）に示すように、位置141に信号電荷が完全に移動してくるまでに時間がかかる。本実施例ではこのことに着目し、同じ画素の信号電荷に対してリセット動作を少なくとも２回行う。
【００８７】
具体的に図２、および図１３を用いて説明すると、リセットパルス311により位置141が基準電圧にリセットされると次の画素の信号電荷が転送されてくる。通常の動作では、位置141にこの次の信号電荷を蓄積させ、ある一定時間経過後に、その次の信号電荷を位置141に蓄積させるためにリセットパルス313によりリセット動作を行う。
【００８８】
しかし、本実施例では転送劣化を検出するため、図１３にリセットパルスR1で示すようにリセットパルスRの位相を変化させて、リセットパルス311とリセットパルス313の間で、さらにリセットパルス315を印加して、信号電荷が位置141に転送中の段階、すなわち波形317で説明すると、波形317のデータレベルをリセットする。
【００８９】
このように１つの画素の信号電荷に対して２回のリセット動作、具体的にはリセットパルス315による、位置141に信号電荷を転送中に行うリセット動作、およびリセットパルス313による、次の画素の信号電荷を蓄積するためのリセット動作を行うと、転送劣化が生じていない場合では、リセットパルス315によってリセット動作を行った後、さらに位置141に転送されてくる信号電荷がほとんどないため、リセットパルス313による２回目のリセット動作時にリセットドレインに流れる電流はほとんどない。
【００９０】
しかし、転送劣化が生じていた場合では、リセットパルス315によるリセット動作の後に、さらに遅れて転送されてきた信号電荷が位置141に蓄積するため、リセットパルス313によってリセットした際に、リセットドレインに電流が流れるようになる。よってリセットパルス313によりリセット動作を行った際に、リセットドレインに電流が流れたか否かを電流検出部303によって検出することで、局部転送劣化が発生しているか否かを検出することが可能になる。
【００９１】
なお前処理部のノイズ除去部において、例えば相関二重サンプリング方式や積分相関二重サンプリング方式によりノイズを除去する場合では、少なくとも２回行うリセット動作のうちの１回は、データレベルをサンプルホールドするタイミングと実質的に同じタイミングにした方が、転送劣化によるノイズ除去への影響を把握することが可能になるため好ましい。例えば本実施例では位置141に信号電荷が転送されている最中のリセット動作、すなわちリセットパルス315の印加のタイミングを、ノイズ除去部123においてパルスBを印加するタイミングと、実質的に同じにしている。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【００９２】
また図１３に示す例では、リセット動作を２回行っているが、本発明はこれに限定するわけではなく、３回以上リセット動作を行ってもよい。３回以上リセット動作を行う場合であっても、２回目以降のリセット動作によりリセットドレインにどれくらい電流が流れたかを検知することで、転送劣化を検出することが可能である。
【００９３】
図１４は図１２に示す固体撮像装置301において、転送劣化を検出し、劣化を補正する処理の一例を示した流れ図である。図１４において、ステップS7、S8は、図７におけるステップS5、S6とそれぞれ同様の処理であるため説明を省略する。図１４において、制御部5は、転送劣化を検出するため、１つの画素の信号電荷に対してリセット動作を２回行うようタイミング発生部9に指示を出す（ステップS1）。この指示は図７に示す処理と同様に、任意のタイミングで出すことが可能である。
【００９４】
制御部5からの指示によりタイミング発生部9は、図１３に示すように、１つの画素の信号電荷に対してリセット動作を２回行うため、リセットパルス315を形成する（ステップS2）。撮像部17では、作成されたリセットパルス315によって、リセット動作が行われる（ステップS3）。またタイミング発生部9は、リセットパルス315形成後は通常の動作に戻り、次の画素のために位置141をリセットするためのリセットパルス313を形成する。撮像部17では、このリセットパルス313により同じ画素期間においてさらにリセット動作が行われる（ステップS4）。
【００９５】
電流検出部303は、リセットパルス313により位置141がリセットされた際、リセットドレインに電流がどの程度流れたかを検出し、検出した値321を制御部5へと送る（ステップS6）。制御部5では、電流検出部303からの値321がある一定値以下であるか否かを判断し（ステップS7）、一定値よりも大きい場合は、転送劣化が発生していると判断してタイミング発生部9や電圧制御部7を制御して劣化を補正する補正処理を行う（ステップS8）。また、制御部5は、補正により転送劣化が解消されたか否かを判断するためにステップS1へと戻り、補正後にリセット動作を少なくとも２回行うよう、タイミング発生部9に指示を出し、転送劣化が解消されるまで検出、および補正を繰り返し行う。
【００９６】
以上のようにして図１４に示す例では、局部転送劣化を検出し、劣化が生じている場合にはそれを補正する。よって使用状況に応じてリアルタイムで電荷の転送状況を検知することが可能であるため、転送劣化が発生した際はすぐに補正することが可能になり、転送劣化による画質の劣化を防止することが可能になる。
【００９７】
このような２回のリセット動作は、撮影モードでの駆動時に行ってもよいし、また予備的モードでの駆動時に行ってもよく、任意に選択することが可能である。なお図１３、１４に示すように１つの画素期間においてリセットパルスを少なくとも２回印加して局部転送劣化を検出する場合では、少なくとも２回リセット動作を行うため、1画素分のアナログ電気信号が得られなくなる。よって、図２に示す有効画素以外の部分、例えば非有画素やオプティカルブラック等の画素で局部転送劣化を検出することが好ましいが本発明はこれに限定するわけではない。
【００９８】
図１５は本発明による固体撮像装置401の別の実施例の一例を概念的に示したブロック図である。図１５において、図１と同じ参照番号は同様の構成要素を示すため説明を省略する。図１５に示す固体撮像装置では、メモリ403を含み、このメモリ403に基準値を記憶させておき、撮影モードでの駆動や予備的モードでの駆動により得られた信号レベル値とこの基準値とを比較することで、水平転送路103の段数による転送効率の劣化を検出する。なお、本発明は図１５に示す例に限定するわけではなく、任意の構成を採用することが可能である。例えば、図１、図１２に示す固体撮像装置1、301にもメモリ403を設け、このメモリ403に基準値を記憶させて段数による転送効率の劣化を検出するようにしてもよい。
【００９９】
図１５において、メモリ403は、制御部により制御されてデータの書き込み、読み出しが行われる部分である。またメモリ403には基準値が保存されている。この基準値は、段数による転送劣化が発生しているか否かを判断する際に基準として用いられる値であり、本実施例では、出力回路105が設けられた側と対向する側に位置するオプティカルブラック111の信号レベル値、および、このオプティカルブラック111の、水平転送路と平行して隣に位置する非有効画素109の信号レベル値である。本実施例において基準値をこのように設定したのは、段数による転送劣化は、出力回路から最も遠い段ほど影響が出やすいからである。
【０１００】
図２を用いて段数による転送効率の劣化の影響についてより具体的に説明すると、水平転送路103では、垂直転送路から受け取った信号電荷を画素毎に順に出力回路105まで転送してゆくが、このとき、信号電荷を後段に少しずつ取り残してゆく劣化、すなわち段数による転送劣化が発生していた。このような段数による転送劣化が発生すると、取り残した信号電荷によって、他の画素の色に影響を及ぼしてしまうという問題を有していた。とくに段数による転送劣化では、出力回路105から遠い段、すなわち水平転送路103の後段ほど経由する段の数が多くなるため、後ろ側に取り残す信号電荷の量が多くなり、段数による転送劣化の影響が大きくなっていた。
【０１０１】
そこで、出力回路105から遠い段を経由して転送されてくる画素、例えは本実施例のように、オプティカルブラック111のうち、出力回路105が設けられた側と対向する側に位置するオプティカルブラックの信号レベル値、および、このオプティカルブラックの、水平転送路と平行して隣に位置する非有効画素109の信号レベル値を基準値としておけば、固体撮像装置401の使用中に、基準値と、この基準値が記憶されている画素の信号レベル値とを比較することで転送劣化を検出することが可能になる。
【０１０２】
図１６は、図２における円411で囲んだ部分、すなわち、オプティカルブラック111のうち出力回路105が設けられた側と対向する側を拡大した概念図である。図１６において、点線413は、オプティカルブラック111と非有効画素109との境界を示し、この点線413より左側がオプティカルブラック111、右側が非有効画素109である。図１６において、設定値についてより詳細に説明すると、本実施例では、図１６に斜線で示すように、オプティカルブラック111のうち出力回路105が設けられた側と対向する側に位置するオプティカルブラック、具体的には境界413のすぐ隣の列415の任意のオプティカルブラック417の信号レベル値、およびこのオプティカルブラック417と、水平転送路103に対して平行に隣り合う非有効画素419の信号レベル値を基準値としている。
【０１０３】
このように水平転送路103と平行に隣り合う関係にあるオプティカルブラック417、およびオプティカルブラック417以外の画素、すなわち本実施例では非有効画素419を選択することによって、どの程度転送劣化が発生しているかを把握することが可能になり、転送劣化に応じた補正をすることが可能になるため好ましいが本発明はこれに限定するわけではない。例えば非有効画素415以外の画素の信号レベル値を基準値として採用することも可能であるし、また任意のオプティカルブラック111を採用することが可能であるが、経由する段数が多いオプティカルブラックにした方が、転送劣化をより正確に把握することが可能になるため好ましい。
【０１０４】
なお基準値は、どの段階で設定してもよい。例えば本実施例では、撮像部17に含まれている固体撮像素子の出荷時や、固体撮像装置401の撮像調整時等の生産工程時に、所定の被写界像等を撮像することにより得られた値を基準値として記憶している。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【０１０５】
図１７は、図１５に示す固体撮像装置401において、段数による転送劣化を検出し、これを補正するの処理手順の一例を示した流れ図である。図１７において、ステップS5は図７に示すステップS6と同様の処理であるため説明を省略する。図１７において、制御部5は、段数による転送劣化を検出するよう信号処理部21に指示を出す（ステップS1）。このような指示は任意のタイミングで出すことが可能であり、例えば、撮影モードでの駆動時や予備的モードでの駆動時に出すことが可能である。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【０１０６】
指示を受けた信号処理部21は、メモリ403から予め記憶されているオプティカルブラック417の信号レベル値、および非有効画素419の信号レベル値を読み出す。その後、信号処理部21は、撮影モードでの駆動や予備的モードでの駆動により得られた非有効画素419の信号レベル値が、読み出した信号レベル値と同じであるか否かを判断する（ステップS2）。同じ値ではない場合は、同じ値のフレームが得られるまで、ステップS2の処理を繰り返す。
【０１０７】
撮影モードでの駆動や予備的モードでの駆動により得られた非有効画素419の信号レベル値が、メモリに記憶されている値と実質的に同じ信号レベル値である場合には、信号処理部21はステップS3へと進み、同じフレームにおけるオプティカルブラック417の信号レベル値と、メモリから読み出したオプティカルブラック417の信号レベル値とを比較する（ステップS3）。
【０１０８】
具体的には、今回の撮影モードでの駆動や予備的モードでの駆動で得られたオプティカルブラック417の信号レベル値と、生産工程時に設定したオプティカルブラック417の信号レベル値にどれくらい違いがあるのかを検出し、その違いが許容範囲内であるのか否かを判断する。
【０１０９】
その結果、許容範囲内、すなわち差分が一定値以内である場合は、段数による転送劣化が発生していないと判断し、段数による転送劣化の補正を終了する。一方、差分が一定値よりも大きい場合は、段数による転送劣化が発生していると判断してステップS4へ進み、今回の撮影モードでの駆動や予備的モードでの駆動で得られたオプティカルブラック417の信号レベル値、および非有効画素419の信号レベル値を用いて、転送劣化により信号電荷をどの程度後段に取り残しているのかを検出する（ステップS4）。
【０１１０】
その後、この取り残しを解消できるよう補正処理を行う（ステップS5）。例えばタイミング発生部9によって駆動周波数を下げたり、HCCD電圧制御部7によって駆動電圧を上げることで電子を移動し易くする。補正処理を行った後は、段数による転送劣化が解消されたか否かを判断するためにステップS2へ戻り、再び非有効画素419において比率を設定した際の信号レベル値が得られるのを待つ。
【０１１１】
以上のようにして図１５に示す例では、段数による転送劣化を検出し、補正する。よって、容易な構成で、転送効率を常にモニタリングすることが可能であり、また転送効率の劣化を検出した際は直ちに補正することが可能である。なお本発明は図１５に示す例に限定するわけではなく、任意のやり方を採用して段数による転送劣化を補正することが可能である。例えば、本実施例では、水平転送路103に対して隣り合う位置関係にある1組のオプティカルブラックと非有効画素の信号レベル値をメモリに記憶させているが、これを1組ではなく複数組メモリに記憶させておいて、撮影モードでの駆動や予備的モードでの駆動で得られた非有効画素の信号レベル値が、記憶してある信号レベル値と同じになる確率を上げるようにしてもよい。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明による固体撮像装置の実施例の一例を概念的に示したブロック図である。
【図２】図１における撮像部の撮像面を概念的に示した図である。
【図３】図１に示す前処理部の構成例を概念的に示したブロック図である。
【図４】図４（a）は、図２に示す水平転送路を概念的に示した図、図４（b）は、図４（a）に示す各部のポテンシャル井戸の時間的な変化と、それに伴い信号電荷が転送されてゆく様子を概念的に示したポテンシャル図である。
【図５】図１に示す撮像部から出力されるアナログ電気信号の波形を概念的に示した図である。
【図６】局部転送劣化が生じている際の、アナログ電気信号の波形を概念的に示した図である。
【図７】図１に示す固体撮像装置において、局部転送劣化を検出し、この劣化を補正する処理手順の一例を示した流れ図である。
【図８】図３に示すノイズ除去部におけるサンプルホールドの状況を概念的に示した図である。
【図９】図３に示すノイズ除去部におけるサンプルホールドの別の状況を概念的に示した図である。
【図１０】図１に示す固体撮像装置における前処理部の別の一例を示したブロック図である。
【図１１】図１０に示す各ノイズ除去部に供給されるアナログ電気信号の波形を概念的に示した図である。
【図１２】本発明による固体撮像装置の別の実施例の一例を概念的に示したブロック図である。
【図１３】図１１に示す固体撮像装置において転送劣化を検出する処理を概念的に示した図である。
【図１４】図１２に示す固体撮像装置において、転送劣化を検出し、劣化を補正する処理手順の一例を示した流れ図である。
【図１５】本発明による固体撮像装置の別の実施例の一例を概念的に示したブロック図である。
【図１６】図２に示すオプティカルブラックのうち、出力回路が設けられた側と対向する側を拡大した概念図である。
【図１７】図１５に示す固体撮像装置において、段数による転送劣化を検出し、これを補正するの処理手順の一例を示した流れ図である。
【符号の説明】
【０１１３】
1  固体撮像装置
3  操作部
5  制御部
7  HCCD電圧制御部
9  タイミング発生部
【図１】
2007259058.tif 000003
【図２】
2007259058.tif 000004
【図３】
2007259058.tif 000005
【図４】
2007259058.tif 000006
【図５】
2007259058.tif 000007
【図６】
2007259058.tif 000008
【図７】
2007259058.tif 000009
【図８】
2007259058.tif 000010
【図９】
2007259058.tif 000011
【図１０】
2007259058.tif 000012
【図１１】
2007259058.tif 000013
【図１２】
2007259058.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007259058.tif 000017
【図１６】
2007259058.tif 000018
【図１７】
2007259058.tif 000019