(57)【要約】【課題】固体撮像装置の構成を何ら複雑化することなく、画素信号の平均化処理における量子化誤差の影響を最小限化する。【解決手段】電荷混合手段として機能するタイミング発生回路１０は、ラインメモリ（ＬＭ）５２から水平ＣＣＤ５４への転送パルスＳ２を選択的（意図的）に停止する。これによって、ＣＣＤ１４の垂直転送路からラインメモリ（ＬＭ）５２に転送された電荷は、そのまま残留し、その残留電荷に、垂直転送路から転送されてくる他の画素の電荷が混合され、これによって、信号電荷レベルでの信号加算が実施される。その後、混合電荷をＡ／Ｄ変換器２６によってＡ／Ｄ変換し、正規化回路２４において加算行数の逆数を乗算し、平均化された画素データを得て、その画素データを基に、スミア補正信号（ＡＭ）を作成する。【選択図】図２
2007116333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像面に生じるスミアを補正する機能をもつ固体撮像装置であって、
複数行、複数列に亘って行列状に配列された光電変換素子を有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子のオプティカルブラック領域の画素の電荷あるいはダミー画素の電荷を複数行にわたって混合して混合電荷を生成する画素混合手段と、
前記混合電荷を量子化して混合電荷信号を生成する量子化手段と、
前記混合電荷信号に対して前記複数行のうち１行当たりの正規化電荷信号を求める正規化演算手段と、
前記固体撮像素子の有効画素領域の出力信号を前記正規化電荷信号に基づき補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子が、前記光電変換素子がそれぞれ発生する信号電荷を前記光電変換素子の並びの列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向一端側に配置され該垂直転送部から転送されてくる前記信号電荷を一旦蓄積するラインメモリと、前記ラインメモリから選択的に前記信号電荷を読み出して行方向に転送する水平転送部と、前記画素混合手段として機能するタイミング発生部と、を有し、
前記画素混合手段として機能するタイミング発生部は、前記ラインメモリから前記水平転送部への電荷転送を選択的に停止させると共に、その電荷転送が停止されている期間において、前記垂直転送部から転送されてくる前記オプティカルブラック領域の画素の電荷あるいはダミー画素の電荷を前記ラインメモリへ複数行にわたって転送し、これによって前記ラインメモリ内で前記電荷の混合を行わせ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】
前記固体撮像素子が、前記光電変換素子のそれぞれが発生する信号電荷を前記光電変換素子の並びの列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向一端側に配置され、前記垂直転送部から転送される信号電荷を一旦蓄積した後に行方向に転送する水平転送部と、前記画素混合手段として機能するタイミング発生部と、を有し、
前記画素混合手段として機能するタイミング発生部は、前記水平転送部の電荷転送を選択的に停止させると共に、その電荷転送が停止されている期間において、前記垂直転送部から転送されてくる前記オプティカルブラック領域の画素の電荷あるいはダミー画素の電荷を前記水平転送部へ複数行にわたって転送し、これによって、前記水平転送部内で前記電荷の混合を行わせ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４】
前記正規化演算手段が、前記混合電荷信号に対して前記複数行の行数の逆数を乗算して正規化電荷信号を求めることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項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、固体撮像素子（ＣＣＤ等）の撮像面において生じるスミアを補正する機能をもつ固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子（ＣＣＤ等）を用いたカメラの撮像面に、高輝度被写体（例えば、太陽や、夜間の車のライト等）からのスポット光が入った場合、垂直転送電荷が過剰となってスミア（画面上に生じる明るい縦の帯）が生じる。特に、メカニカルシャッタを備えていないデジタルカメラではスミアが発生し易く、また、メカニカルシャッタを備えるデジタルカメラであっても、動画撮影モードではメカニカルシャッタが動作しないため、スミアが発生し易くなる。
【０００３】
このスミアを低減するために、固体撮像素子の撮像面の周囲に設けられたオプティカルブラック（光学的黒)領域における水平画素ラインのレベル（通常は所定範囲の黒レベルとなっている）が局所的に突出する部分を検出してスミアのレベルを特定し、有効画素領域の画素データを補正する技術が提案されている。
【０００４】
オプティカルブラック領域は、黒レベルを規定するための領域であり、光電変換素子（フォトセンサ）を遮光膜で覆った構造をもつ。ただし、有効画素領域においてスミアが発生したときには、そのスミアと同レベルのレベル変動が、そのオプティカルブラック領域の画素にも生じる。この点に着目し、オプティカルブラック領域の水平方向の画素におけるレベルを、スミア検出用のしきい値を比較し、そのしきい値を越えている部分を特定することによってスミア位置を検出することができる。そして、有効画素領域における該当箇所の画素データに、スミアとは逆極性の補正値を加算することによって、スミアを補正することができる。
【０００５】
スミアが生じている位置は、上記のとおり、オプティカルブラック領域の水平方向の画素データにおけるレベルを、スミア検出用のしきい値と比較することによって検出することができるが、画素データには、通常、ランダムノイズが重畳されていることから、スミア位置検出の精度を向上させるためには、ランダムノイズを低減することが重要である。
【０００６】
そこで、下記特許文献１に記載されるスミア補正技術では、隣接する複数の水平行における、同一の水平位置にある画素のデータ同士を加算して平均化し、ランダムノイズを相殺することによって、スミア補正の精度を向上させている。
【特許文献１】特開平７−６７０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、オプティカルブラック領域からの水平方向の各行の信号をＡ／Ｄ変換した後に平均化処理（各行のデータの加算ならびに正規化（加算した行数による除算））を実施し、各行のデータに重畳しているランダムノイズを低減している。したがって、この方式では、Ａ／Ｄ変換に伴って量子化誤差が発生するため、平均化処理の精度が低下するのは否めない。Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号に対して平均化処理を実施することも考えられるが、この場合、複数行のアナログ信号を同時に加算するために、長い遅延線が必要となり、回路構成が複雑となる。
【０００８】
本発明は、このような考察に基づいてなされたものであり、その目的は、固体撮像装置の構成を複雑化することなく、固体撮像素子から出力される信号の平均化処理における量子化誤差の影響を最小限化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）撮像面に生じるスミアを補正する機能をもつ固体撮像装置であって、複数行、複数列に亘って行列状に配列された光電変換素子を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子のオプティカルブラック領域の画素の電荷あるいはダミー画素の電荷を複数行にわたって混合して混合電荷を生成する画素混合手段と、前記混合電荷を量子化して混合電荷信号を生成する量子化手段と、前記混合電荷信号に対して前記複数行のうち１行当たりの正規化電荷信号を求める正規化演算手段と、前記固体撮像素子の有効画素領域の出力信号を前記正規化電荷信号に基づき補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【００１０】
この構成によれば、Ａ／Ｄ変換後の画素信号に平均化処理を施すのではなく、まず、複数行分の信号電荷を混合し、得られた混合電荷を量子化し、その後、正規化処理を行って平均化された画素信号を得ることができるため、信号の加算時に量子化誤差が累積されることがなくなり、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差の影響を最小限に抑えることができる。また、固体撮像素子における転送タイミングの制御によって実現できるため、構成が複雑化しない。
（２）前記固体撮像素子が、前記光電変換素子がそれぞれ発生する信号電荷を前記光電変換素子の並びの列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向一端側に配置され該垂直転送部から転送されてくる前記信号電荷を一旦蓄積するラインメモリと、前記ラインメモリから選択的に前記信号電荷を読み出して行方向に転送する水平転送部と、前記画素混合手段として機能するタイミング発生部と、を有し、前記画素混合手段として機能するタイミング発生部は、前記ラインメモリから前記水平転送部への電荷転送を選択的に停止させると共に、その電荷転送が停止されている期間において、前記垂直転送部から転送されてくる前記オプティカルブラック領域の画素の電荷あるいはダミー画素の電荷を前記ラインメモリへ複数行にわたって転送し、これによって前記ラインメモリ内で前記電荷の混合を行わせることを特徴とする（１）記載の固体撮像装置。
【００１１】
この構成によれば、画素混合手段としてのタイミング発生部が、ラインメモリから水平転送部への電荷転送を選択的に停止するだけで、複数行にわたる電荷の混合が可能である。
（３）前記固体撮像素子が、前記光電変換素子のそれぞれが発生する信号電荷を前記光電変換素子の並びの列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向一端側に配置され、前記垂直転送部から転送される信号電荷を一旦蓄積した後に行方向に転送する水平転送部と、前記画素混合手段として機能するタイミング発生部と、を有し、
【００１２】
前記画素混合手段として機能するタイミング発生部は、前記水平転送部の電荷転送を選択的に停止させると共に、その電荷転送が停止されている期間において、前記垂直転送部から転送されてくる前記オプティカルブラック領域の画素の電荷あるいはダミー画素の電荷を前記水平転送部へ複数行にわたって転送し、これによって、前記水平転送部内で前記電荷の混合を行わせることを特徴とする（１）記載の固体撮像装置。
【００１３】
この構成によれば、画素混合手段としてのタイミング発生部が、水平転送部における電荷の水平転送を選択的に停止するだけで、複数行にわたる電荷の混合が可能である。
（４）前記正規化演算手段が、前記混合電荷信号に対して前記複数行の行数の逆数を乗算して正規化電荷信号を求めることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００１４】
この構成によれば、混合電荷を量子化（Ａ／Ｄ変換）して得られるデータに、加算行数の逆数を乗算することによって、平均化された画素データを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、固体撮像素子から出力される信号の平均化処理において発生する、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差を最小限化することが可能である。また、固体撮像素子における転送タイミングの制御によって実現でき、何ら新規な構成を付加する必要がなく、装置の構成が複雑化しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係る固体撮像装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明のスミア補正機能をもつ固体撮像装置の主要な構成を示すブロック図である。以下の説明では、オプティカルブラック領域を「ＯＢ」と記載する場合があり、また、オプティカルブラック領域の画素データを「ＯＢデータ」と記載する場合がある。
【００１７】
図１の固体撮像装置は、ＯＢデータ、あるいは、スミア検出のために設けられているダミー画素のデータをしきい値と比較し、その画素の信号レベルが突出している部分を検出することによってスミア位置ならびにスミアレベルを特定し、スミアとは逆極性のスミア補正データを生成し、そのスミア補正データを、有効画素領域におけるスミアが生じている画素のデータに加算することによって、スミアを抑制する。
【００１８】
なお、スミアの低減方法は、この方式に限定されるものではなく、例えば、スミアが生じている画素のデータについて、隣接する画素のデータを使用した補間演算処理等のフィルタリング処理を行うことによってもスミアを低減することができる。
【００１９】
また、図１の固体撮像装置では、スミア位置やスミアレベルの検出を行う前に、画素データに重畳されるランダムノイズを相殺して抑制するために、画素信号に対して平均化処理を実施する。
【００２０】
従来の平均化処理は、ＣＣＤの複数行の画素信号をＡ／Ｄ変換し、その後、加算処理ならびに正規化処理を実施して平均化された画素データを得ていたが、この方法では、各行の画素データに生じる量子化誤差（Ａ／Ｄ変換誤差）が、加算処理により累積されるために、誤差が拡大し、平均化処理によって画素データが歪む場合がある。
【００２１】
そこで、本実施形態の固体撮像装置は、平均化処理における加算工程を、固体撮像素子（ＣＣＤ）内部の電荷混合により実施し、電荷が混合された画素信号をＡ／Ｄ変換した後、加算した行数の逆数の係数を画素データに乗算して正規化処理を実施し、これにより、平均化された画素データを得る。この方式の場合、平均化された画素データに対する量子化誤差の影響は、混合電荷のＡ／Ｄ変換時において生じるのみであり、各行の画素データの量子化誤差が累積することはないため、画素データの歪みが抑制され、平均化処理の精度が向上する。
【００２２】
また、図１の固体撮像装置では、画素信号の加算処理は、ＣＣＤにおける電荷転送タイミングの制御によってＣＣＤの内部で行われるため、大規模なアナログ遅延線等の新規な構成は何ら必要なく、したがって、装置構成が複雑化しない。以下、具体的に説明する。
【００２３】
図１に示されるように、本実施形態の固体撮像装置は、実質的に電荷混合手段として機能するタイミング発生回路１０と、駆動回路１２と、ＣＣＤからなる固体撮像素子１４と、Ａ／Ｄ変換器１６と、各部の動作を統括的に制御するＣＰＵ１８と、信号経路を切り換えるスイッチ２０と、正規化処理回路（デジタル的な１／ｍの乗算器：ｍは電荷混合に利用される行数）２４と、スミア補正信号（ＡＭ）を生成し、有効画素領域の該当する画素の画素データに加算してスミアが抑制された画像信号を出力する補正部３２と、を有する。
【００２４】
ここで、補正部３２は、比較器２６と、しきい値に相当する基準電圧を発生させる基準電圧源２７と、水平方向の画素ラインにおけるスミア位置を検出するスミア位置検出部２８と、スミア補正データを生成する補正データ生成部２９と、有効画素領域における画素データにスミア補正データ（ＡＭ）を加算し、スミアが低減された補正後データを出力する加算器３０と、を有する。
【００２５】
また、タイミング発生回路１０は、各部の動作タイミングを決めるタイミング信号を生成し、各部に供給する。このタイミング発生回路１０は、ＯＢデータ（あるいはダミー画素のデータ）について平均化処理を実施するときに、固体撮像素子（ＣＣＤ）１４内部の転送パルスを意図的に止め、これによって、複数の画素の電荷同士を混合させる、という処理を実施する。この点については、図２〜図６を用いて後述する。
【００２６】
スミア検出ならびにスミア補正信号の生成時には、スイッチ２０はａ端子側に切り換えられる。
【００２７】
本実施形態では、固体撮像素子（ＣＣＤ）１４が、垂直転送電荷を一旦、蓄積するためのラインメモリを有しているものとし、以下、この固体撮像素子（ＣＣＤ）１４における電荷混合による画素信号の加算処理、ならびに、この加算方式を利用した平均化処理について、具体的に説明する。
【００２８】
図２は、図１の固体撮像装置（ラインメモリを有するものとする）において、電荷混合による画素信号の加算を利用した平均化処理を実施するための具体的な構成と動作を説明するための図である。図２において、図１と共通する部分には、同じ参照符号を付してある。
【００２９】
図２において、固体撮像素子（ＣＣＤ）１４の撮像面は、有効画素領域５０と、オプティカル領域ＯＢ１，ＯＢ２と、からなる。図示されるように、高輝度のスポット光４２が入射したことによって、撮像面には、スミア４０が生じている。
【００３０】
また、タイミング発生回路１０は、垂直転送パルス（Ｖパルス）Ｓ１，ラインメモリ転送パルス（ＬＭパルス）Ｓ２，水平転送パルス（Ｈパルス）Ｓ３を出力する。図中、これらの転送パルスをまとめて、パルス“Ｐ”と記載している。
【００３１】
ＣＣＤ１４の撮像面の下端には、垂直転送路（図２では不図示：図４を用いて後述する）から、垂直転送パルス（Ｖパルス）Ｓ１に同期して転送されてくる画素データを一時的に蓄積するためのラインメモリ（ＬＭ）５２が設けられている。
【００３２】
このラインメモリ５２は、本来は、垂直転送路と水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５５との間の水平ピッチの差を吸収するために設けられているが、本実施形態の固体撮像素子（ＣＣＤ）１４では、このラインメモリ（ＬＭ）５２を、同一水平位置にある複数行の画素データの電荷混合のために利用し、これによって、ＣＣＤ１４の内部で、平均化処理における「加算処理」を実施する（ラインメモリ５２における転送タイミングの制御については、図３を用いて後述する）。
【００３３】
図２の参照符号５１は、垂直転送路からラインメモリ５２への画素データの転送を制御する転送ゲートであり、この転送ゲートにも、ＶパルスＳ１が供給される。したがって、画素データは、Ｖパルスに同期して、ＣＣＤ１４の垂直転送路を順次、下流に向けて転送され、そして、ラインメモリ５２に到達する。
【００３４】
このラインメモリ５２に一旦、蓄積された画素データは、ラインメモリ転送ゲート５３に与えられるラインメモリ転送パルス（ＬＭパルス）Ｓ２に同期して、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４に転送される。
【００３５】
その後、画素データは、水平パルス（Ｈパルス）Ｓ３によって、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４を左方向に水平転送され、出力アンプ５５から出力される。
【００３６】
画素信号は、Ａ／Ｄ変換器１６によってデジタルデータに変換され、スイッチ２０を経由して正規化回路２４に入力され、ここで、加算行数の逆数（１／ｍ）の係数を乗算されて実質的な除算が行われ、これによって平均化された画素データが得られる。画素データは、比較器２６において、しきい値（基準電圧源２７の基準電圧に相当）と比較され、この比較結果に基づいて、スミアの位置やスミアのレベルが検出され、そして、補正データ生成部２９においてスミア補正信号（ＡＭ）が生成される。
【００３７】
図３は、図２の固体撮像装置（ラインメモリを有する）において電荷混合を実施するための、Ｖパルス、ＬＭパルス、Ｈパルスの発生タイミングを示すタイミング図である。
【００３８】
図３において、時刻ｔ１，ｔ４においてＶパルスＳ１が発生する。また、時刻ｔ３，ｔ６において、ＨパルスＳ３が発生する。これらのパルスの転送タイミングは、通常どおりである。
【００３９】
一方、ＬＭ転送パルスＳ２に関しては、本来、時刻ｔ２，ｔ５において発生するが、本実施形態では、時刻ｔ２において発生するはずのＬＭ転送パルスＳ２は、意図的に停止される。つまり、時刻ｔ２における、ラインメモリ（ＬＭ）５２から水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４への電荷転送が意図的に禁止される。
【００４０】
この結果、ラインメモリ（ＬＭ）５２には、時刻ｔ２以後も、時刻ｔ１のＶパルスＳ１に同期して転送された信号電荷が残留する。次に、時刻ｔ４に、ＶパルスＳ１に同期して、次の信号電荷がラインメモリ（ＬＭ）５２に転送されると、その転送電荷が、残留している先の電荷と混合される。これによって、画素の電荷レベルでの信号加算が行われる。
【００４１】
そして、時刻ｔ５に、ＬＭ転送パルスＳ２が入力されると、混合電荷がラインメモリ（ＬＭ）５２から水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４に転送される。時刻ｔ６にＨパルスが入力されると、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４に転送された混合電荷は、今度は水平方向（左方向）に転送される。
【００４２】
このように、本実施形態では、ＬＭ転送パルスの発生を選択的（意図的）に停止させることによって、ラインメモリ（ＬＭ）５２において、複数行に渡る各画素の電荷を混合し、画素の電荷レベルでの信号加算を実施する。
【００４３】
図４（ａ）〜（ｈ）は、図３に示されるパルスのタイミング制御を用いて、ラインメモリにて電荷混合を実施する際の電荷転送の具体的な態様を示す図である。
【００４４】
図４において、参照符号Ｑ１〜Ｑ４は、水平方向の各行の画素を示し、ＶＴ１，ＶＴ２は垂直転送路を示している。参照符号５２はラインメモリ（ＬＭ）であり、参照符号５４は、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）であり、参照符号５５は、出力アンプである。なお、図中のＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４は各々、信号電荷を示している。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、撮像によって、水平方向の各行の画素Ｑ１〜Ｑ４において、「Ａ４，Ｂ４」，「Ａ３，Ｂ３」，「Ａ２，Ｂ２」，「Ａ１，Ｂ１」の電荷が生じる。各電荷は、（ｂ）のように、読み出し動作によって、垂直転送路ＶＴ１，ＶＴ２に転送される。そして、各電荷は、（ｃ）に示すように垂直転送路ＶＴ１，ＶＴ２において下流に転送され、以降、同様に、下流に順次、転送されていく。上述のとおり、ラインメモリ（ＬＭ）５２から水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４への電荷転送は禁止（停止）されているため、ラインメモリ（ＬＭ）４２には、電荷が残留し続ける。
【００４６】
この結果、図４（ｄ）では、「Ａ１＋Ａ２」，「Ｂ１＋Ｂ２」の電荷混合が行われ、（ｅ）では、「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３」，「Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３」の電荷混合が行われ、（ｆ）では、「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４」，「Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４」の電荷混合（隣接する４行分の電荷の加算）が行われる。
【００４７】
そして、図４（ｇ）では、混合電荷「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４」が、ラインメモリ（ＬＭ）５２から水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４に転送され、（ｈ）では、その混合電荷が、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４を左方向に転送される。以下、同様にして、混合電荷「Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４」が、ラインメモリ（ＬＭ）５２から水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４に転送され、順次、水平方向に転送される。
【００４８】
このように、本実施形態の固体撮像装置によれば、Ａ／Ｄ変換後の画素信号に平均化処理を施すのではなく、まず、ＣＣＤ内のラインメモリを利用して、複数行分の信号電荷を混合し、得られた混合電荷を量子化（Ａ／Ｄ変換）し、その後、正規化処理を行って平均化された画素信号を得ることができる。このため、信号の加算時に量子化誤差が累積されることがなくなり、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差の影響を最小限に抑えることができる。また、固体撮像素子における転送タイミングの制御のみによって実現できるため、固体撮像装置の構成は、何ら複雑化しない。
【００４９】
（第２の実施形態）
図５は、図１の固体撮像装置において、電荷混合による画素信号の加算を利用した平均化処理を実施するための具体的な構成と動作を説明するための図である。図５において、図１，図２と共通する部分には、同じ参照符号を付してある。
【００５０】
図５の構成は、図２の構成から、転送ゲート５１と、ラインメモリ（ＬＭ）５２を除去したものであり、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４が狭ピッチ化された構成となっている。なお、図２に設けたラインメモリ（ＬＭ）５２は、電荷混合を行わないものであれば本固体撮像素子に設けてあってもよいが、本実施形態においては説明を簡単にするためにラインメモリを備えない構成とする。これに伴い、タイミング発生回路１０から発生するのは、ＶパルスＳ１，ＨパルスＳ３だけであり、ＬＭ転送パルスＳ２は説明から削除している。
【００５１】
本実施形態においては、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４における水平転送を停止させ、その間に、その水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４において、各行の画素の電荷を混合する。
図６は、図５の固体撮像装置において電荷混合を実施するための、Ｖパルス、Ｈパルスの発生タイミングを示すタイミング図である。図６において、時刻ｔ１，ｔ３では通常どおりにＶパルスＳ１が発生する。
【００５２】
一方、ＨパルスＳ３は、本来、時刻ｔ２，ｔ４において発生するが、本実施形態では、時刻ｔ２において発生するはずのＨパルスＳ３は、意図的に停止される。つまり、時刻ｔ２における、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４における信号電荷の水平転送が意図的に禁止（停止）される。
【００５３】
この結果、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４には、時刻ｔ２以後も、時刻ｔ１のＶパルスＳ１に同期して転送された信号電荷が残留する。次に、時刻ｔ３に、ＶパルスＳ１に同期して、次の信号電荷が水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４に転送されると、その転送電荷が、残留している先の電荷と混合される。これによって、画素の電荷レベルでの信号加算が行われる。これによって、画素の電荷レベルでの信号加算が行われる。
【００５４】
そして、時刻ｔ４に、ＨパルスＳ３が入力されると、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４に蓄積されている混合電荷は、水平方向に転送される。
【００５５】
このように、本実施形態では、ラインメモリ（ＬＭ）を持たない構造の固体撮像装置において、水平転送パルス（Ｈパルス）の発生を選択的（意図的）に停止させることによって、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４において複数行に渡る各画素の電荷を混合し、画素の電荷レベルでの信号加算を実施する。
【００５６】
図７（ａ）〜（ｈ）は、図６に示されるパルスのタイミング制御を用いて、水平ＣＣＤにて電荷混合を実施する際の電荷転送の具体的な態様を示す図である。
【００５７】
図７において、参照符号Ｑ１〜Ｑ４は、水平方向の各行の画素を示し、ＶＴ１，ＶＴ２は垂直転送路を示している。参照符号５４は、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）であり、参照符号５５は、出力アンプである。なお、図中のＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４は各々、信号電荷を示している。
【００５８】
図７（ａ）に示すように、撮像によって、水平方向の各行の画素Ｑ１〜Ｑ４において、「Ａ４，Ｂ４」，「Ａ３，Ｂ３」，「Ａ２，Ｂ２」，「Ａ１，Ｂ１」の電荷が生じる。各電荷は、（ｂ）のように、読み出し動作によって、垂直転送路ＶＴ１，ＶＴ２に転送される。そして、各電荷は、（ｃ）に示すように垂直転送路ＶＴ１，ＶＴ２において下流に転送され、以降、同様にして信号電荷は下流に順次、転送されていく。
【００５９】
図７（ｄ）では、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４に、「Ａ１，Ｂ１」の各電荷が蓄積されている。本来ならば、この電荷は次のタイミングで水平方向に転送されるのであるが、本実施形態では、水平転送パルス（Ｈパルス）が意図的に停止されるため、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４にはその電荷が残留し続ける。
【００６０】
この結果、図７（ｅ）では、「Ａ１＋Ａ２」，「Ｂ１＋Ｂ２」の電荷混合が行われ、（ｆ）では、「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３」，「Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３」の電荷混合が行われ、（ｇ）では、「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４」，「Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４」の電荷混合（すなわち、隣接する４行分の電荷の加算）が行われる。そして、その混合電荷は、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４を左方向に転送される。
【００６１】
このように、本実施形態の固体撮像装置によれば、Ａ／Ｄ変換後の画素信号に平均化処理を施すのではなく、まず、ＣＣＤ内の水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）５４にて複数行分の信号電荷を混合し、得られた混合電荷を量子化（Ａ／Ｄ変換）し、その後、正規化処理を行って平均化された画素信号を得ることができるため、信号の加算時に量子化誤差が累積されることがなくなり、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差の影響を最小限に抑えることができる。また、固体撮像素子における転送タイミングの制御のみによって実現できるため、固体撮像装置の構成は、何ら複雑化しない。
【００６２】
以上説明したように、本発明によれば、転送タイミングを制御して固体撮像素子内部で電荷を混合し、混同電荷による画素信号を一括してＡ／Ｄ変換した後、正規化演算処理（デジタル処理）を施すことによって平均化された画素データを得ることができる。したがって、電荷転送タイミングの制御のみで、固体撮像装置の構成を何ら複雑化することなく、平均化処理における量子化誤差の影響を最小限化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のスミア補正機能をもつ固体撮像装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の固体撮像装置（ラインメモリを有するものとする）において、電荷混合による画素信号の加算を利用した平均化処理を実施するための具体的な構成と動作を説明するための図である。
【図３】図２の固体撮像装置（ラインメモリを有する）において電荷混合を実施するための、Ｖパルス、ＬＭパルス、Ｈパルスの発生タイミングを示すタイミング図である。
【図４】（ａ）〜（ｈ）は、図３に示されるパルスのタイミング制御を用いて、ラインメモリにて電荷混合を実施する際の電荷転送の具体的な態様を示す図である。
【図５】図１の固体撮像装置（ラインメモリを有さない構造とする）において、電荷混合による画素信号の加算を利用した平均化処理を実施するための具体的な構成と動作を説明するための図である。
【図６】図５の固体撮像装置（ラインメモリを有さない構造）において電荷混合を実施するための、Ｖパルス、Ｈパルスの発生タイミングを示すタイミング図である。
【図７】（ａ）〜（ｈ）は、図６に示されるパルスのタイミング制御を用いて、水平ＣＣＤにて電荷混合を実施する際の電荷転送の具体的な態様を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  タイミング発生回路
１２  駆動回路
１４  固体撮像素子（ＣＣＤ）
１６  Ａ／Ｄ変換器
１８  ＣＰＵ
２０  切り換えスイッチ
２４  正規化回路
２６  比較器
２７  しきい値相当の基準電圧を発生する基準電圧源
２８  スミア位置検出部
２９  補正データ生成部
３０  加算器
３２  補正部
４０  スミア
４２  高輝度被写体のスポット光
５０  有効画素領域
５１  垂直転送路の電荷をラインメモリに転送するための転送ゲート
５２  ラインメモリ（ＬＭ）
５３  ラインメモリの電荷を水平ＣＣＤに転送するための転送ゲート
５４  水平ＣＣＤ
５５  出力アンプ
Ｐ    駆動パルス
Ｓ１  垂直転送パルス（Ｖパルス）
Ｓ２  ラインメモリ転送パルス（ＬＭ転送パルス）
Ｓ３  水平転送パルス（Ｈパルス）
ＯＢ１，ＯＢ２  オプティカルブラック領域
Ｑ１〜Ｑ４  水平方向の画素
ＶＴ１，ＶＴ２  垂直転送路
Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４  撮像により生じる信号電荷
【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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