(57)【要約】【課題】異なる色の画素間の出力値の差分を小さくすることで周期的な画素間段差を軽減させることができる撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の撮像装置は、垂直電荷転送部６０２と平電荷転送部６０３とを有する撮像素子１０５を備える。全体制御演算部１１０は、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、撮像素子１０５の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて撮像素子を駆動させる。【選択図】図１
2009017372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ周期的な画素間段差の発生量が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記全体制御演算手段は、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて駆動させるか否かを決定する閾値を出力信号の色の比率に応じて切り替えることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ周期的な画素間段差の発生量が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ周期的な画素間段差の発生量が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】
他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて駆動させるか否かを決定する閾値を出力信号の色の比率に応じて切り替えることを特徴とする請求項１０記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ周期的な画素間段差の発生量が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１４】
２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、
２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を有する撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像素子が知られており、この固体撮像素子から得た映像信号を静止画像として表示するディジタルスチルカメラ等のカメラが知られている。近年では、このような固体撮像素子を用いたカメラは、画質及び機能のさらなる向上が要望され、画素の高密度化が進んでいる。
【０００３】
このような固体撮像素子において、映像信号の出力スピードを向上させるために、信号電荷を読み出す画素を間引くことにより出力映像信号中の画素数を減らす駆動方法が、従来から提案されている。
【０００４】
例えば、少なくとも水平方向の画素数を削減することにより、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力する技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
以下において、従来例の撮像装置構成及びその駆動方法をとして特許文献１に開示された技術を図６〜図２１、図２３を用いて説明する。
【０００６】
図６に、従来例に係る固体撮像素子の概略図である。
【０００７】
フォトダイオード６０１、垂直電荷転送部６０２、水平電荷転送路６０３、出力部６０４、信号出力端子６０５、撮像領域６０６、ＳＵＢＣＯＮＴ端子６０７が示される。フォトダイオード６０１で光電変換された信号電荷は、読み出しパルスにより垂直電荷転送部６０２に送られる。そして、駆動パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６、φＶ１Ｃ、φＶ２Ｃ、φＶ３Ｃ、φＶ４Ｃにより水平電荷転送路６０３の方向へ順に転送される。
【０００８】
水平電荷転送路６０３は、垂直電荷転送部６０２から転送されて来た１行分の信号電荷を２相駆動パルスφＨ１及びφＨ２により出力部６０４に転送し、出力部６０４で、その信号電荷は電圧に変換され、信号出力端子６０５から出力される。また、ＳＵＢＣＯＮＴ端子６０７をＯＮまたはＯＦＦすることにより、ＣＣＤの基板電圧を制御し、ＣＣＤの飽和信号量のコントロールを行う。
【０００９】
図７は、図６の固体撮像素子で使用した色フィルタアレイの一部を示す図である。
【００１０】
第１の色フィルタを赤（Ｒ）、第２の色フィルタを緑（Ｇ）、第３の色フィルタを緑（Ｇ）、第４の色フィルタを青（Ｂ）とした場合を示している。この色フィルタアレイの配列は、原色の色フィルタ配列のなかでも、とくに、ベイヤ配列と呼ばれるもので、高い解像度と優れた色再現性を備えた色フィルタ配列である。
【００１１】
図８は、図６の固体撮像素子の電極構造の一例を示す図である。
【００１２】
垂直電荷転送部８０１は、図６の垂直電荷転送部６０２の各段を、それぞれ、駆動パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６の加わる転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６で構成したものである。
【００１３】
水平電荷転送路８０２は、図６における水平電荷転送路６０３を、それぞれ、２相駆動パルスφＨ１及びφＨ２の加わる転送電極である電極Ｈ１及びＨ２にて構成している。但し、垂直電荷転送部の最終段のみは、他の垂直電荷転送部と電極構造が異なっている。
【００１４】
即ち、垂直電荷転送部の最終段第２列は、他の垂直電荷転送部並びに垂直電荷転送部の最終段における他の列（第１列及び第３列）のいずれとも独立して転送動作を行わせるようになっている。そのために、第３相及び第５相が、前述の共通電極とは異なる独立電極（Ｖ１Ｃ、Ｖ２Ｃ）により構成されている。
【００１５】
また、垂直電荷転送部の最終段第３列は、他の垂直電荷転送部並びに垂直電荷転送部の最終段における他の列（第１列及び第２列）のいずれとも独立して転送動作を行わせるようになっている。そのために、第３相及び第５相が、前述の共通電極並びに第２列の独立電極のいずれとも異なる独立電極（Ｖ３Ｃ、Ｖ４Ｃ）により構成されている。尚、垂直電荷転送部の最終段第１列は、他の垂直電荷転送部と同様に、Ｖ１〜Ｖ６の共通電極により構成されている。
【００１６】
また、本従来例では垂直電荷転送部６０２は、垂直方向におけるフォトダイオード６０１の３行分を、１つの転送段としており、このような構成とすることにより、垂直電荷転送部６０２内で、１画素おきの３行分の画素を加算できるようになっている。
【００１７】
ここで、図６の固体撮像素子における水平方向の画素混合動作について説明する。
【００１８】
固体撮像素子は、制御部（図示せず）が垂直電荷転送部６０２及び水平電荷転送部６０３の転送動作を制御することにより、水平方向における１画素おきの３画素ごとの信号電荷を混合し、水平方向の画素数を１／３に削減する。
【００１９】
図９に、信号電荷を混合する画素の組み合わせを示す。尚、混合される画素の組み合わせを、以下、混合画素群と称する。図９において、Ｒｘｙのように示した記号において、Ｒ、Ｇ、Ｂは当該画素のフィルタの色を表す。ｘは当該画素の垂直位置（水平電荷転送部６０３に近い方から第１段，第２段，・・・とする）、ｙは混合画素群における当該画素の位置（水平電荷転送部６０３の出力側に近い方から第１番目、第２番目、・・・とする）をそれぞれ表すものとする。
【００２０】
図９に示すように、固体撮像素子は、例えば、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３のように、１画素おきに３つずつの緑の画素を、第１の混合画素群とする。さらに、この第１の混合画素群によって生成される混合画素の重心と等間隔になるように、青の画素による混合画素群が決定されている。
【００２１】
即ち、第１の混合画素群のＧ１２とＧ１３との間のＢ１１と、このＧ１３と隣りの混合画素群のＧ１１との間の画素であるＢ１２と、隣の混合画素群のＧ１１とＧ１２との間の画素であるＢ１３との３つの画素を、第２の混合画素群とする。このように、水平方向において交互に配置された２色の画素を、１画素おきに３つずつ組み合わせて混合することにより、混合後の各色の画素重心が等間隔となるので、モワレや偽信号が生じない。
【００２２】
次に、図９に示す組み合わせで画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順について、図１０〜図２０の状態遷移を用いて説明する。
【００２３】
固体撮像素子の垂直電荷転送部６０２は、３列単位に構成されている。図１０〜図２０では、水平電荷転送部６０３の信号電荷は向かって左側に出力されるものとし、この３列単位の垂直電荷転送部６０２のそれぞれを、水平電荷転送部６０３の出力側に近い方から順に、第１列、第２列、第３列とする。尚、図中では、１列、２列、３列と表記する。また、垂直電荷転送部６０２において、水平電荷転送部６０３に最も近い転送段を、以下、垂直最終段と称する。
【００２４】
上記３列単位に構成された垂直電荷転送部６０２の垂直最終段のうち、第２列及び第３列の垂直最終段は、同じ列の他の転送段並びに他の列の垂直最終段のいずれとも別個に独立して転送を行えるようにそれぞれ構成されている。
【００２５】
即ち、第１列及び第３列の垂直最終段に信号電荷を保持したままで、第２列の垂直最終段の信号電荷のみを水平電荷転送部６０３へ転送することができる。また、第１列及び第２列の垂直最終段に信号電荷を保持したままで、第３列の垂直最終段の信号電荷のみを水平電荷転送部６０３へ転送することができる。
【００２６】
まず、図１０に示すように、３列単位の垂直最終段のうち、第２列の垂直最終段のみを駆動することにより、図１０中に矢印で表したように、この第２列の垂直最終段のみの信号電荷を、水平電荷転送部６０３へ転送する。
【００２７】
次に、図１１に示すように、水平電荷転送部６０３の信号電荷を、順方向へ２画素分だけ転送する。
【００２８】
次に、図１２に示すように、３列単位の垂直最終段のうち、第３列の垂直最終段のみを駆動することにより、図１２中に矢印で表したように、この第３列の垂直最終段のみの信号電荷を、水平電荷転送部６０３へ転送する。
【００２９】
これにより、図１３に示すように、Ｇ１２とＧ１３、及び、Ｂ１２とＢ１３の２画素ずつの信号電荷が、水平電荷転送部６０３内でそれぞれ混合されることとなる。そして、さらに、図１３に示すように、水平電荷転送部６０３の信号電荷を、順方向へ２画素分だけ転送する。
【００３０】
次に、図１４に示すように、全ての垂直電荷転送部６０２に１段分の垂直転送を行わせることにより、図１５に示すように、Ｇ１１とＧ１２とＧ１３の３画素の信号電荷、及び、Ｂ１１とＢ１２とＢ１３の信号電荷が、水平電荷転送部６０３内でそれぞれ混合される。
【００３１】
このように、同じ段における２色の画素が、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで混合されるので、水平方向における画素数が１／３に削減されることとなる。また、図１５から分かるように、緑の混合画素と青の混合画素が等間隔になるので、モワレや偽信号が生じない。
【００３２】
さらに、図１５に示した状態から、図１０〜図１４に示した動作と同じ転送動作を繰り返す。このことにより、図１５に示した状態において垂直最終段にあった信号電荷が、図１６に示すように、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで、水平電荷転送部６０３内で混合される。
【００３３】
さらに、図１６に示した状態から、図１０〜図１４に示した動作と同じ転送動作を繰り返す。このことにより、図１６に示した状態において垂直最終段にあった信号電荷が、図１７に示すように、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで、水平電荷転送部６０３内で混合される。これにより、図９にａで示した３段分の全画素の信号電荷が、水平電荷転送部６０３へ転送されたこととなる。
【００３４】
次に、図１８に示すように、水平電荷転送部６０３内の信号電荷を順次出力することにより、固体撮像素子から、３行分の信号電荷が、水平方向の画素数が１／３に削減された状態で出力される。
【００３５】
この後、上述と同様の転送動作を繰り返すことにより、図９にｂで示した３段分の全画素の信号電荷が、図１９に示すような状態で水平電荷転送部６０３へ転送され、図２０に示すように、水平電荷転送部６０３から順次出力される。
【００３６】
上述のように、固体撮像素子の水平電荷転送部６０３から出力される画像信号は、画素が１次元に配置されたものである。この信号を元の２次元配列に戻すために、固体撮像素子の外部の画像処理装置において、水平電荷転送部６０３からの出力信号を２次元的に再配置する処理が行われる。
【００３７】
例えば、図９にａ及びｂで示した３段分の画素が、それぞれ、図２１に示すような順序で水平電荷転送部６０３から出力されるものとする。読出し順にａ１〜ａ１８、ｂ１〜ｂ１８と番号を振っている。図２３は、図２１のように読み出された画素を元の２次元配置に戻したものを示す。
【特許文献１】特開２００４−１８０２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
しかしながら、上記の駆動方法において、３ラインおきに横縞が発生することがある。このメカニズムを、図２２、２３を用いて説明する。図２２は、図２１に対し、下方向を信号出力方向として、信号出力レベルを追加したものである。図２２では、緑一様面の被写体を撮影した場合を示している。
【００３９】
上記の方法では、読出し方法の都合上、ａ４、ａ５、ａ６、ａ１０やａ１１、ａ１２のように同じ色の画素（この場合は緑の画素）が周期的に連続して読み出される。このとき、ａ４、ａ１０、のように隣接画素との出力値の差分が大きい画素は隣接画素の影響を受ける場合がある。
【００４０】
図２２では（  ）のついているａ４、ａ１０、ａ１６、ｂ７、ｂ１３が直前の画素の影響を受けている画素になる。これらの画像は２次元に並び替えられた結果、図２３においては第１行目、第４行目、第７行目・・・のみに表れる。このため、３ラインおきに出力レベルが異なってしまい横縞となって表れる。この現象は、異なる色の画素間の出力値の差分が大きいほど顕著になる傾向がある。
【００４１】
ここでは、読出し時に緑の画素が３画素連続して読み出される駆動方法を例に示したが、他の色の画素であっても、２画素以上の画素が連続して読み出される駆動方法においては、同様に周期的な出力レベル差が発生する可能性がある。
【００４２】
本発明の目的は、異なる色の画素間の出力値の差分を小さくすることで周期的な画素間段差を軽減させることができる撮像装置及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする。
【００４４】
請求項２記載の撮像装置は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ周期的な画素間段差の発生量が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする。
【００４５】
請求項３記載の撮像装置は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする。
【００４６】
請求項５記載の撮像装置は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする。
【００４７】
請求項６記載の撮像装置は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ周期的な画素間段差の発生量が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする。
【００４８】
請求項７記載の撮像装置は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させる全体制御演算手段を備えることを特徴とする。
【００４９】
請求項８記載の撮像装置の駆動方法は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする。
【００５０】
請求項９記載の撮像装置の駆動方法は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ周期的な画素間段差の発生量が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする。
【００５１】
請求項１０記載の撮像装置の駆動方法は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする。
【００５２】
請求項１２記載の撮像装置の駆動方法は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用いる場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする。
【００５３】
請求項１３記載の撮像装置の駆動方法は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ周期的な画素間段差の発生量が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする。
【００５４】
請求項１４記載の撮像装置の駆動方法は、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを有する撮像素子を備える撮像装置の駆動方法において、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、前記撮像素子の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて飽和信号レベルを下げた設定にて前記撮像素子を駆動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５５】
本発明の撮像装置によれば、異なる色の画素間の出力値の差分を小さくすることで周期的な画素間段差を軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５７】
図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置のシステム構成図である。
【００５８】
尚、撮像素子の構成は、従来例にて図６〜図８に示したものと同様であり、また、その駆動方法も従来例にて図９〜図２１、図２３にて説明したものと同様であるためここでは省略する。
【００５９】
本撮像装置の撮像素子１０５は、上記した構造を有する。即ち、２次元配列された画素から読み出された信号電荷を垂直方向へ転送するために画素の各列に対応して設けられた垂直電荷転送部６０２と、垂直電荷転送部６０２から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部６０３とを有する。
【００６０】
図１において、本撮像装置は、レンズ部１０１、レンズ駆動部１０２、メカニカルシャッタ（メカシャッタと表記）１０３、メカニカルシャッタ駆動部（シャッタ駆動部と表記）１０４、撮像素子１０５を備える。
【００６１】
また、本撮像装置は、相関２重サンプリング、ゲイン調整、Ａ／Ｄ変換を行う回路（ＣＤＳ・Ａ／Ｄと表記）１０６、撮像信号処理回路１０７、タイミング発生部１０８、メモリ部１０９、全体制御演算部１１０を備える。
【００６２】
また、本撮像装置は、記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部と表記）１１１、表示部１１２、記録媒体１１３、外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部と表記）１１４、測光部１１５、測距部１１６を備える。
【００６３】
レンズ部１０１を通った被写体像を撮像素子１０５に結像させる。撮像素子１０５に結合した被写体像は、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ１０６にて相関２重サンプリング、ゲイン調整、アナログ信号からデジタル信号への変換を行うＡ／Ｄ変換が行われ、Ｒ、Ｇ１、Ｇ２、Ｂの信号として取り込まれ、撮像信号処理回路１０７に送られる。撮像信号処理回路１０７では、各種の画像信号処理、さらに各種の補正、画像データの圧縮等を行う。
【００６４】
レンズ部１０１は、レンズ駆動部１０２によってズーム、フォーカス、絞り等が駆動制御される。メカシャッタ１０３は、一眼レフカメラに使用されるフォーカルプレーン型のシャッタの後幕に相当する幕のみを有するシャッタ機構である。このレンズ部１０１はシャッタ駆動部１０４によって駆動制御される。
【００６５】
タイミング発生部１０８は、撮像素子１０５、撮像信号処理回路１０７に各種タイミング信号を出力する。全体制御演算部１１０は、撮像装置全体の制御と各種演算を行う。メモリ部１０９は画像データを一時的に記憶する。
【００６６】
記録媒体制御インターフェース部１１１では、記録媒体に画像データの記録または読み出しを行う。表示部１１２は画像データの表示を行う。記録媒体１１３は、半導体メモリ等の着脱可能記憶媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。
【００６７】
外部インターフェース部１１４は、外部コンピュータ等と通信を行うためのインターフェースである。測光部１１５は被写体の明るさ情報の検出を行い、測距部１１６は被写体までの距離情報を検出する。
【００６８】
尚、フォーカス、絞り値、露出時間を決める露出制御は、撮像装置に搭載された、シャッタスイッチ（図示せず）のＯＮをトリガーとして行う。シャッタスイッチは、２段階にＯＮ、ＯＦＦを行うことができ、１段目のシャッタスイッチをＳＷ１、２段目のシャッタスイッチをＳＷ２とする。ＳＷ１、ＳＷ２のＯＮ、ＯＦＦに関わる露出時間制御の詳細は後述する。
【００６９】
図２は、図１の撮像装置によって実行される、第１の実施の形態に係る撮像処理（撮像シーケンス）の手順を示すフローチャートである。
【００７０】
本処理は、図１における全体制御演算部１１０によって実行される。ここでは動画記録モードでの動作例を示す。
【００７１】
図２において、ステップＳ２０１で、フラグや制御変数等を初期化し、撮像信号処理回路１０７の各部において必要な所定の初期設定を行う。ステップＳ２０２で、シャッタスイッチＳＷ１がＯＮであるならば、ステップＳ２０３にて測距処理を行って撮影（撮像）し、レンズ駆動部１０２を制御して、レンズ部１０１のレンズの焦点を被写体に合わせる。
【００７２】
ステップＳ２０２でシャッタスイッチＳＷ１がＯＦＦであれば、再びステップＳ２０２に戻る。また、測光部１１５及び、測距部１１６を用いて、絞り値及びシャッタ時間を決定するために測光・測距処理を行い、全体制御演算部１１０の内部メモリに測光データあるいは設定パラメータを記憶する。
【００７３】
ステップＳ２０４では、記憶した測光データあるいは設定パラメータと設定されている撮影モードに基づいて、絞り値（Ａｖ値）、シャッタ速度（Ｔｖ値）を決定し、そのシャッタ速度に応じて、蓄積時間を決定し、全体制御演算部１１０の内部メモリに記憶する。
【００７４】
ステップＳ２０５で、シャッタスイッチＳＷ２がＯＮであるならば、ステップＳ２０７にて、撮影して所定時間蓄積した撮像信号を撮像素子１０５から読み出し、その撮像信号は、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ１０６を経て、撮像信号処理回路１０７に送られる。ステップＳ２０５で、シャッタスイッチＳＷ２がＯＦＦであれば、再びステップＳ２０２に戻る。
【００７５】
ステップＳ２０８において、シェーディング補正処理、点キズ補正処理、ホワイトバランス積分演算処理、オプティカルブラック積分演算処理を行い、演算結果を全体制御演算部１１０の内部メモリに格納する。
【００７６】
さらに、ステップＳ２０９にて横縞の有無について解析を行い、解析結果を全体制御演算部１１０の内部メモリに格納する。画像信号はメモリ部１０９に書き込まれる。さらにステップＳ２１０にて、全体制御演算部１１０によりメモリ部１０９に書き込まれた画像信号を読み出して、撮像信号処理回路１０７にて圧縮・伸張処理を行い、メモリ部１０９に格納する。
【００７７】
ステップＳ２１１では、全体制御演算部１１０によりメモリ部１０９に書き込まれた画像信号を読み出して、記録媒体１１３への書き込みを行う記録処理を開始する。ステップＳ２１２で終了であれば、このまま本処理を終了する。終了でなければ次の処理ステップＳ２１３へ向かう。
【００７８】
ステップＳ２１３では、全体制御演算部１１０の内部メモリに記憶されているモード情報や横縞解析結果を読出し、それらに基づいて横縞の有無を判定する。横縞有りと判断されればステップＳ２１４へ進む。ステップＳ２１３にて横縞なしと判断すれば、ステップＳ２０６に進む。
【００７９】
ステップＳ２１４では、飽和信号レベルが通常時と比べて低くなるよう全体制御演算部１１０からタイミング発生部１０８を通してＳＵＢＣＯＮＴ端子６０７（図６）を制御する。そして飽和信号量を下げた分だけ、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ１０６内のゲインアンプのゲイン設定値を上げる。
【００８０】
図３は、図２のステップＳ２０９で実行される横縞解析処理の手順を示すフローチャートである。
【００８１】
図３において、ステップＳ３０１では、全体制御演算部１１０の内部メモリから現在の駆動モードについての情報を読出し、現在のモードが、同色画素が連続して読み出されるモードであればステップＳ３０２に進む。そうでなければ横縞は出ないと判断し、ステップＳ３０５にて、結果を全体制御演算部１１０の内部メモリに記録する。
【００８２】
ステップＳ３０２では、画像信号において最も高輝度な場所の輝度値Ｙｍａｘを算出し、Ｙｍａｘ＞α（αは正の定数）であれば、ステップＳ３０３に進む。そうでなければ横縞は出ないと判断し、ステップＳ３０５にて結果を全体制御演算部１１０の内部メモリに記録する。
【００８３】
ステップＳ３０３では、周期的な画素間段差の発生量を検出し、ステップＳ３０４で、閾値以上であれば横縞発生と判断し、ステップＳ３０５にて、結果を全体制御演算部１１０の内部メモリに記録する。周期的な画素間段差の検出方法は後述する。そうでなければ横縞は出ないと判断し、ステップＳ３０５にて結果を全体制御演算部５１０の内部メモリに記録する。
【００８４】
上記実施の形態において、全体制御演算部１１０は、２つ以上の同色画素を連続して読み出す、撮像素子１０５の駆動方法を用い、かつ被写体の輝度が所定の値以上の場合には、他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて撮像素子１０５を駆動させる他の駆動方法と比べて高いゲイン設定にて駆動させるか否かを決定する閾値を出力信号の色の比率に応じて切り替える。
【００８５】
図４は、図１の撮像装置における周期的な画素間段差検出手段を示すブロック図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）におけるライン段差検出手段の詳細図である。
【００８６】
この周期的な画素間段差検出手段は、積算手段４０１と、積算手段４０１の出力が入力される記憶手段４０２と、積算手段４０１の出力及び記憶手段４０２の出力が入力される平均化手段４０３とを備える。また、平均化手段４０３の出力が入力されるライン段差検出手段４０４を備える。ここで、積算手段４０１、平均化手段４０３、及びライン段差検出手段４０４は、ハードロジック、ＤＳＰ、またはコンピュータによるソフト処理のいずれを用いて実現してもよい。
【００８７】
積算手段４０１には、撮像素子１０５で撮像された映像信号が入力される。積算手段４０１は、１フレームの有効走査期間の映像信号の画素をライン毎に加算または平均化する。第ｉラインの画素レベルをライン毎に加算または平均化した結果をＳＵＭｉと記述する。従って、映像信号の１フレームが４８０ラインで構成されている場合には、ｉ＝１〜４８０について、ＳＵＭ１〜ＳＵＭ４８０を演算する。
【００８８】
横筋が発生するラインはモード駆動方法により決まっている。本実施の形態の場合はａライン目で発生する（ａ＝１，４，７，１０・・・ｎ・・・４７８）。そこで、すべてのＳＵＭｎに対し下記の計算を行う。
【００８９】
記憶手段４０２は、積算手段４０１の出力を一時的に予め定められたフレーム分記憶する。平均化手段４０３は、積算手段４０１から出力されたＳＵＭniと、ＳＵＭniが出力される以前に積算手段４０１から出力され、記憶手段４０２に記憶されていたＳＵＭn-1i、ＳＵＭn-2i、ＳＵＭn-3,iとの加算または平均化を行う。
【００９０】
ここで、ＳＵＭn-1,i、ＳＵＭn-2,i、ＳＵＭn-3,iは、それぞれ第ｎ−１フレーム、第ｎ−２フレーム、第ｎ−３フレームの第ｉラインにおける画素レベルを加算または平均化したものである。この場合、記憶手段４０２は積算手段４０１の出力を３フレーム分蓄積している。
【００９１】
ここで、ＳＵＭniと、ＳＵＭn-1iと、ＳＵＭn-2,iと、ＳＵＭn-3,iとを加算または平均化した値をＡＶＥniと記述する。尚、ここでは過去の３フレーム分との加算または平均化を行ったが、１フレーム分以上であればよい。
【００９２】
ライン段差検出手段４０４は、平均化手段４０３の出力を用いて周期的な画素間段差の有無を判定する。図４（ｂ）にライン段差検出手段４０４の構成例を示す。このライン段差検出手段４０４は、平均化手段４０３の出力が入力されるＤＦＴ（Discrete Fourier Transform：離散フーリエ変換）手段４０５と、その出力を閾値処理して周期的な画素間段差の有無を判定する閾値処理手段４０６とから構成されている。
【００９３】
閾値処理手段４０６では、ＤＦＴ手段４０５の出力Ｆに対して、この実施の形態の場合、３ラインおきに出力値が異なる周波数成分をｔｈとし、マージンをγ（γは正の定数）としたとき、ｔｈ+γ＞Ｆ  かつ  ｔｈ-γ＞Ｆ  であれば周期的な画素間段差ありとする。それ以外は周期的な画素間段差なしと判断する。
【００９４】
このように第１の実施の形態によれば、撮像装置の駆動モードに応じて周期的な画素間段差が発生する場合であっても、異なる色の画素間の出力値の差分を小さくするよう飽和レベルを下げた設定にて駆動させる。このことにより、周期的な画素間段差の影響を軽減させることができ、画質を向上させることができる。
【００９５】
図５は、図１の撮像装置によって実行される、第２の実施の形態に係る撮像処理（撮像シーケンス）の手順を示すフローチャートである。
【００９６】
本処理は、図１における全体制御演算部１１０によって実行される。ここでは動画記録モードでの動作例を示す。
【００９７】
図５において、ステップＳ５０１で、フラグや制御変数等を初期化し、撮像信号処理回路１０７の各部において必要な所定の初期設定を行う。ステツプＳ５０２でシャッタスイッチＳＷ１がＯＮであるならば、ステップＳ５０３にて測距処理を行って撮影し、レンズ駆動部１０２を制御して、レンズ部１０１のレンズの焦点を被写体に合わせる。ステップＳ５０２でシャッタスイッチＳＷ１がＯＦＦであれば、再びステップＳ５０２に戻る。
【００９８】
また、測光部１１５及び、測距部１１６を用いて、絞り値及びシャッタ時間を決定するために測光・測距処理を行い、全体制御演算部１１０の内部メモリに測光データあるいは設定パラメータを記憶する。
【００９９】
ステップＳ５０４では、記憶した測光データあるいは設定パラメータと設定されている撮影モードに基づいて、絞り値（Ａｖ値）、シャッタ速度（Ｔｖ値）を決定し、そのシャッタ速度に応じて、蓄積時間を決定し、全体制御演算部１１０の内部メモリに記憶する。
【０１００】
ステップＳ５０５で、シャッタスイッチＳＷ２がＯＮであるならば、ステップＳ５０７にて撮影して所定時間蓄積した撮像信号を撮像素子１０５から読み出し、その撮像信号はＣＤＳ・Ａ／Ｄ１０６を経て、撮像信号処理回路１０７に送られる。ステップＳ５０５でシャッタスイッチＳＷ２がＯＦＦであれば、再びステップＳ５０２に戻る。
【０１０１】
ステップＳ５０８において、シェーディング補正処理、点キズ補正処理、ホワイトバランス積分演算処理、オプティカルブラック積分演算処理を行い、演算結果を全体制御演算部１１０の内部メモリに格納する。
【０１０２】
さらに、ステップＳ５０９にて、横縞の有無について解析を行い、解析結果を全体制御演算部１１０の内部メモリに格納する。画像信号はメモリ部５０９に書き込まれる。さらに、ステップＳ５１０にて、全体制御演算部１１０によりメモリ部１０９に書き込まれた画像信号を読み出して撮像信号処理回路１０７にて圧縮・伸張処理を行い、メモリ部５０９に格納する。
【０１０３】
ステップＳ５１１では、全体制御演算部５１０によりメモリ部５０９に書き込まれた画像信号を読み出して記録媒体１１３への書き込みを行う記録処理を開始する。ステップＳ５１２で終了であれば、このまま本処理を終了する。終了でなければ次の処理ステップＳ５１３へ向かう。
【０１０４】
ステップＳ５１３では、全体制御演算部１１０においてその内部メモリに記憶されているモード情報や横縞解析結果を読出し、それらに基づいて横縞の有無を判定する。横縞有りと判断されればステップＳ５１４へ進む。ステップＳ５１３にて横縞なしと判断すれば、ステップＳ５０６に進む。
【０１０５】
ステップＳ５１４では、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ１０６内のゲインアンプのゲイン設定値を上げる。このとき同時に、露光時間Ｔｖを短くする、または、絞り値Ａｖをより絞る方向に変更する、または、露光時間Ｔｖを短くしかつ絞り値Ａｖをより絞る。尚、横縞の有無の判定方法は本発明の第１の実施の形態と同様である。
【０１０６】
このように第２の実施の形態によれば、撮像装置の駆動モードに応じて周期的な画素間段差が発生する場合であっても、異なる色の画素間の出力値の差分を小さくするようＣＤＳのゲイン設定を上げた設定にて駆動させる。このことにより、周期的な画素間段差の影響を軽減させることができ、画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置のシステム構成図である。
【図２】図１の撮像装置によって実行される、第１の実施の形態に係る撮像処理（撮像シーケンス）の手順を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ２０９で実行される横縞解析処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図１の撮像装置における周期的な画素間段差検出手段を示すブロック図である。
【図５】図１の撮像装置によって実行される、第２の実施の形態に係る撮像処理（撮像シーケンス）の手順を示すフローチャートである。
【図６】撮像装置に用いられる固体撮像素子の概略図である。
【図７】図６の固体撮像素子で使用した色フィルタアレイの一部を示す図である。
【図８】図６の固体撮像素子の電極構造の一例を示す図である。
【図９】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（１）。
【図１０】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（２）。
【図１１】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（３）。
【図１２】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（４）。
【図１３】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（５）。
【図１４】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（６）。
【図１５】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（７）。
【図１６】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（８）。
【図１７】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（９）。
【図１８】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（１０）。
【図１９】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（１１）。
【図２０】図６の固体撮像素子にて画素混合を行うための固体撮像素子の駆動手順を示す図である（１２）。
【図２１】図９乃至図２０で示された駆動手順により読み出される画素信号の出力順を示す図である。
【図２２】従来例の問題点を示す図である。
【図２３】図２１に示す画素を元の２次元配置に戻した状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１  レンズ部
１０２  レンズ駆動部
１０３  メカニカルシャッタ
１０４  メカニカルシャッタ駆動部
１０５  撮像素子
１０６  ＣＤＳ・Ａ／Ｄ
１０７  撮像信号処理回路
１０８  タイミング発生部
１０９  メモリ部
１１０  全体制御演算部
１１１  記録媒体制御インターフェース部
１１２  表示部
１１３  記録媒体
１１４  外部インターフェース部
１１５  測光部
１１６  測距部
４０１  積算手段
４０２  記憶手段
４０３  平均化手段
４０４  ライン段差検出手段
６０１  フォトダイオード
６０２  垂直電荷転送部
６０３  水平電荷転送部
６０４  出力部
６０５  信号出力端子
６０６  撮像領域
６０７  ＳＵＢＣＯＮＴ端子
８０１  垂直電荷転送部
８０２  水平電荷転送部
【図１】
2009017372.tif 000003
【図２】
2009017372.tif 000004
【図３】
2009017372.tif 000005
【図４】
2009017372.tif 000006
【図５】
2009017372.tif 000007
【図６】
2009017372.tif 000008
【図７】
2009017372.tif 000009
【図８】
2009017372.tif 000010
【図９】
2009017372.tif 000011
【図１０】
2009017372.tif 000012
【図１１】
2009017372.tif 000013
【図１２】
2009017372.tif 000014
【図１３】
2009017372.tif 000015
【図１４】
2009017372.tif 000016
【図１５】
2009017372.tif 000017
【図１６】
2009017372.tif 000018
【図１７】
2009017372.tif 000019
【図１８】
2009017372.tif 000020
【図１９】
2009017372.tif 000021
【図２０】
2009017372.tif 000022
【図２１】
2009017372.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
2009017372.tif 000025