(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の出力部からそれぞれ撮像信号を出力する固体撮像素子と、
複数の測定点において測定された前記撮像信号間のレベル差に基づいて、前記固体撮像素子の信号レベルとゲイン差の乗数特性を求め、前記乗数特性を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記乗数特性に基づいて各撮像信号のレベルが実質的に等しくなるように前記撮像信号のそれぞれに対するゲインを決定した後に、該各ゲインで前記各撮像信号のレベルをそれぞれ調整するゲイン補正手段と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子は、複数の出力部が２個である２チャンネル出力ＣＣＤであること
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記記憶手段は、所定の時期に１度だけ記憶動作を行うことを
特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
個体撮像素子の複数の出力部からそれぞれ撮像信号を出力する出力ステップと、
複数の測定点において測定された前記撮像信号間のレベル差に基づいて、前記固体撮像素子の信号レベルとゲイン差の乗数特性を求め、前記乗数特性を記憶手段に記憶する記憶ステップと、
前記記憶手段に記憶されている前記乗数特性に基づいて各撮像信号のレベルが実質的に等しくなるように前記撮像信号のそれぞれに対するゲインを決定した後に、該各ゲインで前記各撮像信号のレベルをそれぞれ調整するゲイン補正ステップと
を備えることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１ラインを複数のチャンネルで出力する固体撮像素子を備える固体撮像装置において、各チャンネルの信号レベルが略均等になるように各チャンネル信号を増幅する場合のゲインを補正する固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子であるＣＣＤ（charge coupled devices）は、受光部と垂直転送部と水平転送部とを備えて構成される。ＣＣＤは、受光部で光学画像に応じた光電変換が行われると、生じた電荷を垂直転送部に転送する。垂直転送部に転送された電荷は、最初の１行から水平転送部へ転送され、水平転送部は、１走査線に相当する画像信号として、電荷を出力する。水平転送部から電荷が転送されると、次の１行分が垂直転送部から転送される。この動作が、垂直転送部の全行について行われるまで順次に繰り返される。
【０００３】
こうしてＣＣＤは、所定の期間内にすべての転送を終了し、１フレーム分（１フィールド分）の信号を出力する。
【０００４】
ＣＣＤから出力された信号は、所定の信号レベルまで増幅され、必要な画像処理が諸回路で行われる。
【０００５】
ＣＣＤがビデオカメラなど動画を記録する記録装置における撮像部に使用される場合には、例えば、１フレーム分の画像信号は、１／３０秒以下の期間内に終了する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のＣＣＤの多画素化に伴い、所定の期間内にすべての転送を終了することができないという事態が生じた。これに対応するために、受光部を左右の２チャンネルに分割し、これに応じて水平転送部も左右の２チャンネルに分割することによって、１ライン信号を左チャンネル信号と右チャンネル信号とに分割して出力する２チャンネル出力ＣＣＤが考えられた。この２チャンネル出力ＣＣＤは、画素数が同数の１チャンネルＣＣＤ（受光部および水平転送部が２分割されていないＣＣＤ）に較べ、略半分の時間で転送を終了することができる。
【０００７】
しかし、この２チャンネル出力ＣＣＤにおいて、左右のチャンネル間にレベル差が生じるという問題がある。このため、画像信号を再生・表示した場合に、１画像中の左画像と右画像とにおいて輝度が異なり、画質が劣化するという問題となる。
【０００８】
そこで、本発明では、左チャンネル信号と右チャンネル信号とをそれぞれ増幅する増幅部のゲインを補正することによって、左右チャンネル信号間に生じるレベル差を補償する固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、複数の出力部からそれぞれ撮像信号を出力する固体撮像素子と、
複数の測定点において測定された撮像信号間のレベル差に基づいて、固体撮像素子の信号レベルとゲイン差の乗数特性を求め、乗数特性を記憶する記憶手段と、
記憶手段に記憶されている乗数特性に基づいて各撮像信号のレベルが実質的に等しくなるように撮像信号のそれぞれに対するゲインを決定した後に、該各ゲインで各撮像信号のレベルをそれぞれ調整するゲイン補正手段と
を備えることを特徴とする固体撮像装置である。
【００１０】
このように固体撮像素子の各撮像信号間に生じるレベル差を実際に測定し、この測定結果に基づいて各チャンネル信号間のレベルが実質的に等しくなるように調整するので、再生画像の画質は、向上する。すなわち、レベル差を調整しなければ再生画像の左半分と右半分の境界で明るさの差が生じるが、レベル差を調整することによりこの明るさの差が無くなるかまたは視覚的に違和感を感じない程度に実質的に画質が改善される。
【００１１】
そして、調整値は、各撮像信号のレベルに依存するが、検出手段が複数のレベルでレベル差を測定するので、この依存性を補償することができる。さらに、固体撮像装置ごとに実測されるので、チップ間のバラツキも確実に補償される。
【００１２】
また、本発明の固体撮像装置は、前記固体撮像素子から出力される各撮像信号をそれぞれ処理する複数の信号処理回路系をさらに備え、前記検出手段は、前記各信号処理回路系を経た後に、前記レベル差を検出するように構成してもよい。
【００１３】
このように構成することにより、固体撮像素子で生じるレベル差だけでなく、周辺回路、特に信号をアナログ処理する周辺回路によって生じるレベル差も含めて、依存性を補償することができる。
【００１４】
本発明の固体撮像装置の検出手段は、所定の時期に１度だけ動作するようにしてもよい。
【００１５】
依存性が経年変化することが少ないことから、このように構成することにより、固体撮像装置を使用する度ごとに調整する煩わしさから解放され、しかも確実に依存性を補償することができる。
【００１６】
なお、必要に応じて依存性を検出するようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】
本実施形態の固体撮像装置は、２チャンネル出力ＣＣＤ１０、アナログ／ディジタル変換回路（以下、「Ａ／Ｄ回路」と略記する。）１４、複数ラインゲイン検波回路１５、黒レベル検波回路１６、画素並替回路１７、黒レベル補正回路１８、ゲイン補正回路１９、遅延回路２０、ＣＣＤ信号処理回路２１、Ｙ信号処理回路２２-Y、Ｃ信号処理回路２２-C、制御マイコン２３およびメモリ２４を備えて構成される。
【００２０】
２チャンネル出力ＣＣＤ１０は、受光画素および垂直レジスタ１１、水平レジスタＬ１２-L、水平レジスタＲ１２-R、アンプ１３-Lおよびアンプ１３-Rを備えて構成される。
【００２１】
受光画素および垂直レジスタ１１は、フォトダイオードなどの光電変換素子である複数の受光画素がマトリクス状に配置され、垂直方向の受光画素間に垂直レジスタが配置されて構成される。
【００２２】
光学系を介した被写体の撮像光は、各受光画素で受光されて光電変換される。各受光画素は、受光した光の強度に従う電荷量の電荷を生成する。生成された電荷は、所定のタイミングで垂直レジスタに転送される。
【００２３】
受光画素および垂直レジスタ１１は、垂直方向で左右に２分割されている。転送された電荷を１行ずつ所定のタイミングで、左半分の垂直レジスタは、水平レジスタＬ１２-Lに転送し、一方、右半分の垂直レジスタは、水平レジスタＲ１２-Rに転送する。
【００２４】
水平レジスタＬ１２-Lは、転送された電荷列を左チャンネル信号としてアンプ１３-Lに出力し、水平レジスタＬ１２-Rは、転送された電荷列を右チャンネル信号としてアンプ１３-Rに出力する。
アンプ１３-Lは、水平レジスタ１２-Lの出力を電流値から電圧値に変換し、Ａ／Ｄ回路１４-Lに出力する。アンプ１３-Rは、水平レジスタ１２-Rの出力を電流値から電圧値に変換し、Ａ／Ｄ回路１４-Rに出力する。
【００２５】
Ａ／Ｄ回路１４-L、１４-Rは、アナログ信号をディジタル信号に変換する回路であり、入力された各電圧値をそれぞれ変換した後に複数ラインゲイン検波回路１５に出力する。
【００２６】
ここで、１ラインを分けた左右２チャンネル信号間に生じるレベル差は、信号をアナログで扱う、２チャンネル出力ＣＣＤ１０およびＡ／Ｄ回路１４で主に生じることが実験により認められた。そして、レベル差は、受光画素の出力レベル（すなわち、受光光量、被写体の明暗）に依存することが認められた。したがって、各チャンネル信号を増幅する場合のゲインは、このレベル差を補償するために差が生じ、このゲイン差も受光画素の出力レベルに依存することになる。この出力レベル−ゲイン差の依存性を示す特性曲線を乗数特性曲線と呼称することにする。さらに、この乗数特性曲線は、２チャンネル出力ＣＣＤ１０のチップごとやＡ／Ｄ回路１４の部品ごとに異なることも認められた。
【００２７】
複数ラインゲイン検波回路１５は、同一ラインの各チャンネルにおいて、右チャンネル信号のレベルと左チャンネル信号のレベルとの差を所定の測定点ごとに検出し、ゲイン差を検出する。例えば、右チャンネル信号に対するゲインを基準にゲイン差を検出する。あるいは、左チャンネル信号に対するゲインを基準にゲイン差を検出する。
【００２８】
測定は、画素信号レベルにおいて所定の間隔で測定される。所定の間隔は、各測定点に対し等間隔でもよいし、明暗によってゲイン差の変化の割合が変わる場合には、ゲイン差が急激に変化する範囲については間隔を狭め、ゲイン差が緩やかに変化する範囲については間隔を広げるように、間隔を調整してもよい。
【００２９】
本実施形態では、例えば、Ｌｅｖ0、Ｌｅｖ1、Ｌｅｖ2およびＬｅｖ3についてゲイン差がそれぞれ測定され、それに対して測定結果がＧａ0、Ｇａ1、Ｇａ2およびＧａ3としてそれぞれ得られた。
【００３０】
また、測定点の個数は、乗数特性のプロファイルに基づいて決定される。各画素信号レベルに対する乗数特性の各微分係数がほとんど同じ場合には、測定点数は少なくし、異なる場合には測定点数はより多くする。
【００３１】
複数ラインゲイン検波回路１５は、この測定結果を測定点とともに制御マイコン２３に出力する。すなわち、複数ラインゲイン検波回路１５は、測定点ａ（Ｌｅｖ0、Ｇａ0）、測定点ｂ（Ｌｅｖ1、Ｇａ1）、測定点ｃ（Ｌｅｖ2、Ｇａ2）および測定点ｄ（Ｌｅｖ3、Ｇａ3）を制御マイコン２３に出力する。
【００３２】
制御マイコン２３は、測定結果をＥＥＰ−ＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）などの書き換え可能な不揮発性のメモリ２４に格納する。
【００３３】
複数ラインゲイン検波回路１５は、このような乗数特性の測定は、明るさに分布のある被写体に対して、固体撮像装置の初期設定の際、例えば、工場出荷の際やユーザが固体撮像装置を備えたカメラを初めて使用開始する際などに測定される。このため、各固体撮像装置ごとに乗数特性がばらついたとしても、該装置に対する測定結果がメモリ２４に格納されるので、的確に装置ごとの特性を反映することができる。
【００３４】
複数ラインゲイン検波回路１５は、乗数特性の測定を行う場合を除き、左右チャンネルの各信号をそのまま黒レベル検波回路１６に出力する。
【００３５】
黒レベル検波回路１６は、各チャンネル信号に対して、画像の黒色とディジタルコードの０との差を検出する。黒レベル検波回路１６は、左右チャンネルの各信号をそのまま画素並替回路１７に出力するとともに、検出した結果を黒レベル補正回路１８に出力する。
【００３６】
画素並替回路１７は、２チャンネル出力ＣＣＤ１０が１ラインを左右２チャンネルに分割して出力したため、これらを１ラインに再構成する。すなわち、第１ラインの右チャンネル信号に第１ラインの左チャンネル信号を続ける。第２ラインの右チャンネル信号に第２ラインの左チャンネル信号を続ける。そして、第３ラインの右チャンネル信号に第３ラインの左チャンネル信号を続ける。以下、同様に各信号を続け、１フレーム（またはフィールド）分の信号を構成する。これら再構成された１ライン分の各ライン信号は、画素並替回路１７から黒レベル補正回路１８に順次に出力される。
【００３７】
黒レベル補正回路１８は、黒レベル検波回路１６の出力に基づいて、画像の黒色とディジタルコードの０とを一致させた後に、ゲイン補正回路１９に出力する。
【００３８】
Ａ／Ｄ回路１４において、画像の黒色とディジタルコードの０とを一致させると、仮にノイズなどでＡ／Ｄ回路１４に負電圧が入力された場合に、該負電圧に対応する画素が、本来黒色となるべきにも拘わらず欠落してしまう。このため、Ａ／Ｄ回路１４でオフセット電圧が予め印加された後に、Ａ／Ｄ変換されているため、黒レベル検波回路１６で上述の差を検出し、黒レベル補正回路１８でこのオフセット電圧分を除去する。
【００３９】
ゲイン補正回路１９は、制御マイコン２３を介してメモリ２４に格納されている乗数特性を参照し、入力されたライン信号のレベルに応じたゲイン差を算出する。そして、ゲイン補正回路１９は、左チャンネル信号を増幅すべき左ゲインおよび右チャンネル信号を増幅すべき右ゲインをゲイン差に応じてそれぞれ決定する。ゲイン補正回路１９は、各ライン信号において、決定された各ゲインによって各チャンネルごとにそれぞれ増幅した後に、遅延回路２０に出力する。すなわち、ゲイン補正回路１９は、ライン信号中における左チャンネル信号に相当する部分に対しては左ゲインで増幅し、ライン信号中における右チャンネル信号に相当する部分に対しては右ゲインで増幅する。これによって、各チャンネル信号に対して適正なゲインでそれぞれ増幅されるため、２チャンネル出力ＣＣＤからレベル差を以て各チャンネル信号が出力されたとしても、確実にレベル差を補正することができる。
【００４０】
ここで、ゲイン補正回路１９について、より詳細に説明する。
【００４１】
図２は、ゲイン補正回路の構成を示す図である。
【００４２】
ゲイン補正回路１９は、加算器３１、乗算器３２および乗数算出回路３３を備えて構成される。
【００４３】
黒レベル補正回路１８から出力された各ライン信号は、加算器３１、乗算器３２および乗数算出回路３３にそれぞれ入力される。
【００４４】
乗数算出回路３３は、制御マイコン２３を介してメモリ２４に格納されている乗数特性を参照して、入力された入力ライン信号からゲイン差を算出し、ゲイン差からライン信号中の各チャンネルごとに各ゲインを決定する。入力された入力ライン信号が、各測定点の間である場合には、隣接する２測定点における乗数特性から線形補完することによって、当該入力ライン信号におけるゲイン差を算出する。
【００４５】
上述の乗数特性から各測定点間を線形補完することによって得られた乗数特性曲線を図３に示す。図３の横軸は、受光画素の信号レベルを示し、図３の縦軸は、ゲイン差を示す。
【００４６】
例えば、図３において、Ｌｅｖ1とＬｅｖ2との間におけるＬｅｖXが入力された場合、測定点ｂ（Ｌｅｖ1，Ｇａ1）と測定点ｃ（Ｌｅｖ2，Ｇａ2）とによって線形補完された関係でＧａXが算出される。すなわち、
GaX={(Lev2-LevX)×Ga1+( LevX-Lev1)×Ga2}／(Lev2-Lev1)
によって、ＧａXは、算出される。
【００４７】
乗算器３２は、入力ライン信号を各チャンネルごとに各チャンネルに対応するゲインで増幅した後に、増幅した増幅ライン信号を加算器３１に出力する。
【００４８】
加算器３１は、入力ライン信号に増幅ライン信号を加算した後に出力する。
【００４９】
したがって、ゲイン補正回路１９の出力＜Ｓig＞は、入力ライン信号中における左チャンネル信号Ｓig-L、左チャンネル信号に対して決定されたゲインＧa-L、入力ライン信号中における右チャンネル信号Ｓig-R、右チャンネル信号に対して決定されたゲインＧa-R、右チャンネル信号に対するゲインＧabasを基準としゲイン差をＧasubとすると、画面右においては、
0003948218.tif 000002
となり、画面左においては、
0003948218.tif 000003
となる。
【００５０】
図１に戻って、遅延回路２０は、垂直方向（Ｖ方向）にエッジを取って輪郭をより明瞭にするために必要な回路であり、入力信号を所定時間遅らせてＣＣＤ信号処理回路２１に出力する。
【００５１】
ＣＣＤ信号処理回路２１は、黄、緑、シアンおよびマゼンダの各信号から輝度信号（Ｙ信号）およびクロマ信号（Ｃ信号）を生成するために必要な前処理を行い、Ｙ信号処理回路２２-YおよびＣ信号処理回路２２-Cに出力する。
【００５２】
Ｙ信号処理回路２２-Yは、入力された信号からＹ信号を生成して出力し、Ｃ信号処理回路２２-Cは、入力された信号からＲＧＢ信号を生成し後にＣ信号を生成して出力する。
【００５３】
なお、図４は、乗数が一定の場合におけるゲイン補正回路の構成を示す図であり、乗数が一定の場合では、乗数特性曲線は、図３で破線で示すように、Ｇa0の一定の直線となる。
【００５４】
このため、このようなゲイン補正回路の場合では、受光画素の出力レベルに応じて変化するゲイン差に対応することができない。
【００５５】
なお、本実施形態では、所定の時期に実測した乗数特性を制御マイコン２３を介してメモリ２４に蓄積し、ゲイン補正回路１９は、必要に応じて制御マイコン２３を介してメモリ２４から取得するようにしたが、ゲイン補正回路１９内にメモリを備え、複数ラインゲイン検波回路１５から直接ゲイン補正回路１９内のメモリに乗数特性を格納するようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、２チャンネルＣＣＤにおけるゲイン差を受光画素の出力レベルに応じて調整することができるので、２チャンネル出力ＣＣＤ１０およびＡ／Ｄ回路１４で各チャンネル信号間に生じるレベル差を実質的に無くすことができる。
【００５７】
さらに、本発明は、乗数特性を所定の時期に実測してメモリに格納するので、各チャンネル信号間に生じるレベル差を装置ごとに的確な乗数特性で補償することができる。
【００５８】
したがって、本発明では、乗数特性曲線を装置ごとにプログラマブルに設定することができる。
【００５９】
このため、２チャンネル出力ＣＣＤで撮像された画像を再生・表示する場合に、画像の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ゲイン補正回路の構成を示す図である。
【図３】乗数特性の一例を示す図である。
【図４】乗数が一定の場合におけるゲイン補正回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  ２チャンネル出力ＣＣＤ
１１  受光画素および垂直レジスタ
１２  水平レジスタ
１３  アンプ
１４  Ａ／Ｄ回路
１５  複数ラインゲイン検波回路
１９  ゲイン補正回路
２３  制御マイコン
２４  メモリ
【図１】
0003948218.tif 000004
【図２】
0003948218.tif 000005
【図３】
0003948218.tif 000006
【図４】
0003948218.tif 000007