(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子において、
前記領域の境界近傍の垂直方向の画素列および／または水平ライン方向の画素列から互いに重複して映像信号の読み出しを行うそれぞれ複数個の水平走査回路および／または垂直走査回路を具えてなることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子において、前記複数個の水平走査回路および／または垂直走査回路によって読み出した映像信号のうち互いに重複する部分の一部を２次元画像処理のためののりしろ映像に形成したことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
各領域の境界近傍の垂直方向の画素列および／または水平ライン方向の画素列から互いに重複して映像信号の読み出しを行うそれぞれ複数個の水平走査回路および／または垂直走査回路を具えてなり各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子から映像信号を出力する映像信号出力装置であって、前記重複して映像信号の読み出しを行う領域に関して、重複の回数に応じた平均化処理を行って映像信号を出力するための平均化処理回路を具えてなることを特徴とする固体撮像素子用の映像信号出力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子において、特に、各領域の境界が目立たないようにした固体撮像素子およびそれ用の映像信号出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のこの種類のＭＯＳ増幅型固体撮像素子の構成例を示している。
図５において、画素ｐ11から画素ｐaaまで（分割領域１）は水平走査回路（シフトレジスタおよび選択スイッチによって構成される）１および垂直走査回路（シフトレジスタによって構成される）１によって、画素ｐ1bから画素ｐanまで（分割領域２）は水平走査回路２および垂直走査回路１によって、画素ｐb1から画素ｐnaまで（分割領域３）は水平走査回路３および垂直走査回路２によって、そして画素ｐbbから画素ｐnnまで（分割領域４）は水平走査回路４および垂直走査回路２によって画素の走査を行いそれぞれ撮像された映像信号を読み出している。
【０００３】
上述のようにして、分割領域１乃至４から同時並列に読み出された各映像信号はそれぞれ図示の読み出し回路（増幅器およびＡ−Ｄ変換器からなる回路）１乃至４を介して出力され、いったん画像メモリ（図示しない）に記憶される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のこの種類の固体撮像素子においては、各分割領域から得られた映像信号をモニター画面上に合成するとき読み出し回路の特性の違いにより、各領域の境界が固定パターンノイズとなって目立ち、表示画像の品質が劣化する。
【０００５】
また、映像信号をデジタル信号として任意の画素に対しその周囲の画素値を用いて演算処理（以下、２次元画像処理という）を行う場合には、画面端部においても画面中央部と同等の演算結果が得られるようにするために、最終的な有効画素領域を構成する演算結果である出力画像に対して撮影時には１次元的または２次元的により広い領域の映像信号（以下、のりしろ映像と言う）を必要とするが、従来の固体撮像素子では、各分割領域からの映像信号から直接領域境界部分ののりしろ映像を得ることができず、並列読み出し出力を一度フレームメモリ等に取り込んでから他の分割領域の映像信号も使ってのりしろ映像を作る必要があった。
【０００６】
本発明の第１の目的は、従来、各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子から得られた映像信号をモニタ画面上に合成するとき、各領域の境界が固定パターンノイズとなって目立っていたのを目立たないようにすることにある。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、固体撮像素子から得られた映像信号をデジタル信号にして２次元画像処理を行うに際して、分割領域ごとの画面端部においても画面中央部と同等の演算処理が行えるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明固体撮像素子は、各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子において、前記領域の境界近傍の垂直方向の画素列および／または水平ライン方向の画素列から互いに重複して映像信号の読み出しを行うそれぞれ複数個の水平走査回路および／または垂直走査回路を具えてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明固体撮像素子は、前記複数個の水平走査回路および／または垂直走査回路によって読み出した映像信号のうち互いに重複する部分の一部を２次元画像処理のためののりしろ映像に形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明固体撮像素子用の映像信号出力装置は、各領域の境界近傍の垂直方向の画素列および／または水平ライン方向の画素列から互いに重複して映像信号の読み出しを行うそれぞれ複数個の水平走査回路および／または垂直走査回路を具えてなり各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子から映像信号を出力する映像信号出力装置であって、前記重複して映像信号の読み出しを行う領域に関して、重複の回数に応じた平均化処理を行って映像信号を出力するための平均化処理回路を具えてなることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、ＭＯＳ増幅型固体撮像素子に本発明を適用した固体撮像素子の一実施形態を示している。
図１において、水平走査回路１，２，３，４は同時にスタートする水平スタートパルスで駆動され、垂直走査回路１，２も同時にスタートする垂直スタートパルスで駆動され、これによって読み出された映像信号は読み出し回路１乃至４から同時並列的に出力される。
【００１２】
以上のことをより詳細に説明する。
水平走査線を構成する画素ｐ11から画素ｐ1bまでの画素値は垂直走査回路１と水平走査回路１によって選択的に読み出され、読み出し回路１を通って順次に出力される。これと同時に同じく水平走査線を構成する画素ｐ1aから画素ｐ1nまでの画素値は垂直走査回路１と水平走査回路２によって選択的に読み出され、読み出し回路２を通って順次に出力される。以下、同様に別（より下方）の水平走査線を構成する画素ｐb1から画素ｐbb、および画素ｐbaから画素ｐbnの画素値も、それぞれ垂直走査回路１と水平走査回路１および垂直走査回路１と水平走査回路２によって選択的に読み出されるため、１フレームの期間に画素ｐ11から画素ｐbbまでの画素値が読み出し回路１から順次に出力されるときは、それと同時に１フレームの期間に画素ｐ1aから画素ｐbnまでの画素値が読み出し回路２から順次に出力される。
【００１３】
このように、本発明固体撮像素子は、各領域の境界近傍の水平方向の画素から互いに重複して映像信号の読み出しを行う水平走査回路１と水平走査回路２を具えている。上記において、重複している部分は、画素ｐ1aから画素ｐbbまでである。
【００１４】
同じことが水平走査回路３と水平走査回路４についても言える。この場合の重複している部分は、画素ｐaaから画素ｐnbまでである。
垂直走査回路１および２についても、画素ｐa1から画素ｐbnまでの重複を有している。
【００１５】
再び、水平走査回路１と水平走査回路２について言及する。水平走査回路１は、第１列目の画素ｐ11、----- 、画素ｐa1、画素ｐb1に接続される線（以下、垂直読み出し線という）から始めて、最後に第ｂ列目の画素ｐ1b、----- 、画素ｐab、画素ｐbbに接続される垂直読み出し線から映像信号を選択的に順次読み出すように走査を行う。
【００１６】
これに対して、水平走査回路２は、水平走査回路１と同時に走査を開始し、最初に読み出す垂直読み出し線に接続される画素は画素ｐ1a、----- 、画素ｐaa、画素ｐbaであるから、これら画素から映像信号を読み出した後も、画素に読み出し前と同量の電荷が残っていないと後で水平走査回路１による映像信号の読み出しができなくなる。以上から、本発明固体撮像素子は非破壊読み出し型であることが前提となる。
【００１７】
非破壊読み出し（すなわち、蓄積電荷はそれがリセットされるまで減少しない）であることに加え、フレーム周期に比して水平走査期間が短いので、重複して読み出される画素の水平走査回路１で読み出された時刻における光電変換による蓄積電荷量と水平走査回路２で読み出された時刻における蓄積電荷量とは殆んど変わらないため、重複して読み出されるそれぞれの画素から複数回の読み出しにおいて殆んど同じ値の出力電流が得られることになる。水平走査回路３と水平走査回路４についても同じことが言える。
【００１８】
なお、垂直走査回路１および２によって選択された水平ラインは、１フレーム期間に１回読み出しを行った後に水平ラインごとに一斉に画素の蓄積電荷のリセット動作を行う（ラインリセット動作）ものとする。具体的には、画素ｐa1から画素ｐbnまでの画素は垂直走査回路１および２によって複数回読み出されるが、これら重複して読み出される水平ラインは垂直走査回路１による読み出し後にはラインリセット動作を行わず、垂直走査回路１による読み出しの直後に行われる次のフレームの垂直走査回路２による読み出し後にのみラインリセット動作を行う。そのため重複して読み出される水平ラインについては、垂直走査回路１で読み出された時刻における画素の蓄積時間ｔ１は垂直走査回路２で読み出された時刻における画素の蓄積時間ｔ２に比べて短くなるが、この蓄積時間の差（ｔ２−ｔ１）は、重複水平ライン数の走査時間に等しいので、各垂直走査回路に接続されている水平ライン数（本例では、互いに同一数であるｂ−１本およびｎ−ａ本）が十分多いときにはフレーム周期に比して蓄積時間の差が十分に小さくなる。この様子を図２（ａ），（ｂ）に示している。
【００１９】
以上説明したように、図１の画素構成において画素ｐ1aから画素ｐbbまでの画素は読み出し回路１および２によって、画素ｐaaから画素ｐnbまでの画素は読み出し回路３および４によって、画素ｐa1から画素ｐbbまでの画素は読み出し回路１および３によって、そして画素ｐaaから画素ｐbnまでの画素は読み出し回路２および４によってそれぞれ一部の画素が重複して読み出されることになる。
【００２０】
次に、読み出し信号をディジタル信号にしたうえで、２次元画像処理を行う例について説明する。
本例としては、本発明による固体撮像素子からの並列出力信号がアナログ−デジタル変換され画像メモリに保存されたうえで２次元画像処理を行う場合を想定する。
【００２１】
図３は、本例による２次元画像処理を示している。
図３において、縦、横の点線で分割され、その左上部分の分割領域１に含まれる画素は画素ｐ11から画素ｐaaまでであるが、読み出し回路１からは画素ｐ11から画素ｐbbまでの画素が読み出され、デジタルデータＭ11からＭbbとしてメモリ１に保存され、このメモリ１に保存されたデータに対して周囲の画素値を用いた２次元画像処理が行われる。例えば、空間エンハンスフィルタを実現する場合、各画素データに対する計算式の一例は次式で示される。
Ｏvw＝２・Ｍvw−（Ｍ(v-1)w＋Ｍv(w-1)＋Ｍv(w+1)＋Ｍ(v+1)w）／４
ただし、Ｏvwは計算結果、Ｍvwは被計算画像データ、およびｖ，ｗは空間座標（ｖは画面上から下方に増加、ｗは画面左から右方に増加）である。
【００２２】
このように、画素データＭvwに対する２次元画像処理を行う場合、画素ｐvwの周りの画素データＭ(v-1)w、Ｍv(w-1)、Ｍv(w+1)、Ｍ(v+1)w（それぞれ、画素ｐvwに対して上、左、右、下の各画素データ）などが必要となる。メモリに保存されたデータは分割領域１に対して周辺に各１画素分ののりしろ映像データを含むため、２次元画像処理を行った結果はのりしろ映像データに相当する記憶領域が不要となり、データＯ22からＯaaとしてメモリ５に保存され（図３のメモリ１に示す画素データＭ2aに対してこの２次元画像処理を行うと、結果は、Ｏ2a＝２・Ｍ2a−（Ｍ1a＋Ｍ2a′＋Ｍ2b＋Ｍ3a）／４となって保存される）分割領域１の処理結果として直接出力することが可能となる。
【００２３】
なお、上述例（図１から図３に示される例）では重複して読み出される画素を２行、２列として説明したが、これは２行、２列に限られるわけでなく、１行および／または１列、あるいは３行および／または３列、さらにそれ以上でもよいことはいうまでもない。また、分割領域の分割数も上述例の４に限られるわけではなく、任意の複数の分割に対して本発明を適用することができる。
【００２４】
最後に、本発明固体撮像素子用の映像信号出力装置について説明する。
ここでは、各領域１から４までのそれぞれから同時並列に得られる映像信号を１つにまとめて合成信号を形成する本発明装置について説明する。
図４は、本発明装置の一構成例を示している。
図４において、分割領域１から読み出される信号はメモリ１のａ，ｂ，ｃ，ｄの各領域に保存される。同様に、分割領域２から読み出された信号はメモリ２のｅ，ｆ，ｇ，ｈの各領域に、分割領域３から読み出された信号はメモリ３のｉ，ｊ，ｋ，ｌの各領域に、分割領域４から読み出された信号はメモリ４のｍ，ｎ，ｏ，ｐの各領域にそれぞれ保存される。
【００２５】
いま、各分割領域１，２，３，４から同時並列に読み出しを開始するものとするとメモリ３，４の領域ｉ，ｊ，ｍ，ｎに保存される信号はメモリ１，２の領域ｃ，ｄ，ｇ，ｈに保存される信号に対して（各分割領域の垂直走査時間）−（分割領域間の重複水平ラインの走査時間）だけ早い読み出し信号になるため、図４では読み出し回路１，２の後に１フレーム分の遅延回路を入れて時間的連続性の整合をとっている。また、メモリ１，２の領域ｂとｅに保存される信号は撮像素子の同じ画素に対応する信号であるので、平均化処理後にメモリ６の領域ｑの信号として保存する。同様に、メモリ１，３の領域ｃとｉに保存される信号は平均化処理後にメモリ６の領域ｒの、メモリ２，４の領域ｈとｎは平均化処理後にメモリ６の領域ｓの、メモリ３，４の領域ｌとｏは平均化処理後にメモリ６の領域ｔの、そしてメモリ１から４のすべてに重複する領域ｄ，ｇ，ｊ，ｍも同じ画素の信号なので平均化処理後にメモリ６の領域ｕの信号としてそれぞれ保存する。メモリ６のそれぞれの領域に保存された信号は本発明映像信号出力装置による合成信号として出力される。上記における平均化処理は、領域ｄ，ｇ，ｊ，ｍについては４つの分割領域に重複するので１／４にし、他はすべて１／２である。
【００２６】
なお、図４に示す例では読み出し回路１乃至４の出力（デジタル信号出力）をいったんメモリ１乃至４に保存した後、重複部分について平均化処理を行って再度メモリ６に保存するものとしたが、読み出し回路１乃至４の出力を直接メモリ６に書き込み、重複部分についてはすでに書き込まれたデータとの平均化処理を行ってメモリ内容を更新するようにしてもよく、また、メモリ１乃至４から直接的に合成信号を得てもよい。以上、いずれにしても読み出し回路の違いによる出力信号特性の違いは平均化され、各領域間の固定パターンノイズが低減される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子において、分割領域ごとに隣り合う領域の一部の映像を互いに重複して出力するようにしているため、分割領域ごとに設けられた信号読み出し回路の特性が平均化処理回路により平均化され、従来のように、領域間の境界部分が固定パターンノイズとして目立つということがなくなる。
【００２８】
また、本発明によってのりしろ映像を含む映像を出力することにより、同時並列読み出し信号をそのままデジタル化して２次元画像処理することが可能となり、これにより、画像処理の高速化や処理回路の小規模化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＭＯＳ増幅型固体撮像素子に本発明を適用した固体撮像素子の一実施形態を示している。
【図２】  図１中の垂直走査回路１および２によって読み出される映像信号の蓄積時間を比較して示している。
【図３】  本発明固体撮像素子からの並列出力信号に対して行われる２次元画像処理の例を示している。
【図４】  本発明固体撮像素子用の映像信号出力装置の一構成例を示している。
【図５】  従来の領域分割並列読み出し固体撮像素子の構成例を示している。
【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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