(57)【要約】【課題】全有効画素領域からの画像情報データの有効利用を可能としつつ、任意のアスペクト比の画像信号を得ることができ、より高機能化を実現することができる固体撮像装置およびそれを用いたカメラを提供する。【解決手段】全有効画素領域において、アスペクト領域として複数の有効画素領域１、２を得る場合に不要となる４隅の画素領域を試験領域３、４、５、６として、アスペクト領域と同様に光電変換素子９により構成される開口領域７と、オプティカルブラック領域と同様に入射光を遮る遮光膜により構成される遮光領域８とを、両者、あるいは、どちらか一方を有する領域を、一つあるいは複数個を存在させる。【選択図】図１
2009017319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が二次元配列された全画素領域内に、
任意のアスペクト比に対応する有効画素領域からなる複数のアスペクト領域を含む全有効画素領域が形成され、
前記全画素領域の各画素に対応する位置に光電変換素子が配置され、
前記光電変換素子からの電気信号に基づいて、
前記アスペクト領域への入射光に応じた画像信号を出力する固体撮像装置であって、
前記全有効画素領域内で前記アスペクト領域以外の画素領域に、
前記アスペクト領域と同様に前記入射光を前記光電変換素子に入射させる開口領域と、前記光電変換素子への前記入射光を遮る遮光領域の両者、あるいはどちらか一方を有する試験領域が、
一つあるいは複数個形成された
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記試験領域は、
前記全有効画素領域内で前記複数のアスペクト領域以外にある４隅の画素領域に形成された
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３】
前記複数のアスペクト領域のうち画像表示されるアスペクト領域の前記画像表示ごとに、前記全有効画素領域内で不要となる画素領域を前記試験領域として使用する
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】
前記試験領域は、
前記開口領域が少なくとも１画素に対して形成され、
前記開口領域の上下左右の全方向に前記遮光領域が形成されて、
前記開口領域と前記遮光領域とが格子状に配置された
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記試験領域は、
前記開口領域が少なくとも１画素に対して形成され、
前記開口領域を取り囲むように前記遮光領域が形成された
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記試験領域は、
その全ての画素に対して前記遮光領域が形成された
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記試験領域は、
その全ての画素に対して前記開口領域が形成された
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置を備えたことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば写真撮影において、半導体による光電変換動作を利用して被写体を撮像する固体撮像装置およびそれを用いたカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、写真撮影において、被写体を固体撮像装置により撮像するビデオカメラやデジタルスチルカメラの利用が広く一般化しており、そのようなビデオカメラやデジタルスチルカメラは、その小型、軽量などの使い易さと高画質化を特徴としてさらに成長を続けている。
【０００３】
その中でカメラの高機能化に対する要望が高まっており、特に、テレビ放送のワイド画面（例えば、アスペクト比１６：９）化にともなうディスプレイ装置におけるワイド画面対応の一般化に対して、一つの固体撮像装置から複数のアスペクト比（４：３や１６：９など）の画像を得ることのできる固体撮像装置とその駆動方法の実現が、カメラにおける差別化のキーポイントとなっている。
【０００４】
以上のような固体撮像装置におけるフレームモードの駆動方法について、その従来技術を以下に説明する。
図６は従来の固体撮像装置の構造を示す概略図であり、ＲＧＢベイヤー配列方式の固体撮像装置の構造と駆動方法の概略を示すものである。図６において、９は光電変換素子、１０は垂直転送部、１１は水平転送部、１２は信号電荷検出部をそれぞれ示しており、垂直ブランキング期間内において光電変換素子９で蓄積された信号電荷を垂直転送部１０に読み出した後、ひとつの水平ブランキング期間内に１段ずつ垂直転送部内を水平転送部１１方向へ転送する。さらに、水平ブランキング期間内に水平転送部１１に転送されてきた信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平転送期間内に水平転送部１１内を信号電荷検出部１２の方向へ転送し、信号電荷検出部１２において電圧に変換して固体撮像装置からの画像信号として出力する。
【０００５】
これらの一連の動作を繰り返すことにより、固体撮像装置から画像信号の１フィールド分の信号出力を得ることができ、このように複数フィールドに分割されて固体撮像装置から出力されるフィールド信号を後段の信号処理系で合成することにより、１フレーム単位での連続した画像信号を得ることができる。
【０００６】
ここで、固体撮像装置において、全有効画素領域に対応する全出力信号から任意のアスペクト比における有効画素領域（「アスペクト領域」と略記）に対応する画像信号のみを得るための従来技術（例えば、特許文献１を参照）として、固体撮像装置の後段の画像処理系においてアスペクト領域外の不要画素における画像情報データの消去（削除）を行う手法や、固体撮像装置の駆動方法によって、アスペクト領域外の不要な画素領域に対応する画像信号を、固体撮像装置の無効信号として排出する手法が一般的である。
【特許文献１】特開平６−８６１１４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、上記のように従来技術に示された固体撮像装置では、全有効画素領域から任意のアスペクト比に対応する有効画素領域を当該アスペクト領域として抽出し、複数のアスペクト領域の画像信号を得るようにしており、この場合、各アスペクト領域を含む全有効画素領域の４隅の画素領域が不要な領域として全く利用されずに無駄な領域となってしまっており、その領域の有効利用方法が問題となっている。
【０００８】
すなわち、従来技術に示された固体撮像装置では、電子ズーム動作に代表されるように画角（アスペクト）を変更する場合には、垂直ブランキング期間内の高速掃き出し動作や画像処理などにおいて不要な画素領域のデータを捨てており、これらの画素領域にある画像情報データについては有効利用ができていないという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、アスペクト領域を含む全有効画素領域からの画像情報データの有効利用を可能としつつ、任意のアスペクト比の画像信号を得ることができ、装置においてより高機能化を実現することができる固体撮像装置およびそれを用いたカメラを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の固体撮像装置は、複数の画素が二次元配列された全画素領域内に、任意のアスペクト比に対応する有効画素領域からなる複数のアスペクト領域を含む全有効画素領域が形成され、前記全画素領域の各画素に対応する位置に光電変換素子が配置され、前記光電変換素子からの電気信号に基づいて、前記アスペクト領域への入射光に応じた画像信号を出力する固体撮像装置であって、前記全有効画素領域内で前記アスペクト領域以外の画素領域に、前記アスペクト領域と同様に前記入射光を前記光電変換素子に入射させる開口領域と、前記光電変換素子への前記入射光を遮る遮光領域の両者、あるいはどちらか一方を有する試験領域が、一つあるいは複数個形成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載の固体撮像装置は、請求項１に記載の固体撮像装置であって、前記試験領域は、前記全有効画素領域内で前記複数のアスペクト領域以外にある４隅の画素領域に形成されたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載の固体撮像装置は、請求項１に記載の固体撮像装置であって、前記複数のアスペクト領域のうち画像表示されるアスペクト領域の前記画像表示ごとに、前記全有効画素領域内で不要となる画素領域を前記試験領域として使用することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載の固体撮像装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置であって、前記試験領域は、前記開口領域が少なくとも１画素に対して形成され、前記開口領域の上下左右の全方向に前記遮光領域が形成されて、前記開口領域と前記遮光領域とが格子状に配置されたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載の固体撮像装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置であって、前記試験領域は、前記開口領域が少なくとも１画素に対して形成され、前記開口領域を取り囲むように前記遮光領域が形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項６に記載の固体撮像装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置であって、前記試験領域は、その全ての画素に対して前記遮光領域が形成されたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項７に記載の固体撮像装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置であって、前記試験領域は、その全ての画素に対して前記開口領域が形成されたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項８に記載のカメラは、請求項１から請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、全有効画素領域から任意のアスペクト比の有効画素領域を抽出してその画像信号を得る場合に、全有効画素領域で不要となる４隅の画素領域からの画像情報データについても、その有効利用を可能にする最適な構造を実現することができる。
【００１９】
そのため、アスペクト領域を含む全有効画素領域からの画像情報データの有効利用を可能としつつ、任意のアスペクト比の画像信号を得ることができ、装置においてより高機能化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を示す固体撮像装置およびそれを用いたカメラについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
ここで、本実施の形態の固体撮像装置は、基本的に、複数の画素が二次元配列された全画素領域内に、任意のアスペクト比に対応する有効画素領域からなる複数のアスペクト領域を含む全有効画素領域が形成され、二次元配列された全画素領域の各画素に対応する位置に光電変換素子が配置され、その光電変換素子からの電気信号に基づいて、前記アスペクト領域への入射光に応じた画像信号を出力するように構成されている。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の固体撮像装置およびそれを用いたカメラを、図１、図２を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は本実施の形態１の固体撮像装置の構造を示す概略図である。図２は本実施の形態１の固体撮像装置における試験領域の説明図である。図１において、１はアスペクト比を１６：９とした場合の有効画素領域（アスペクト領域）、２はアスペクト比を４：３とした場合の有効画素領域（アスペクト領域）、３は水平転送部側端の信号電荷検出部方向端に位置する試験領域（１）、４は水平転送部側端の後オプティカルブラック領域方向端に位置する試験領域（２）、５は水平転送部対向側端の信号電荷検出部方向端に位置する試験領域（３）、６は水平転送部対向側端の後オプティカルブラック領域方向端に位置する試験領域（４）である。
【００２２】
また、試験領域（１）３、（２）４、（３）５、及び（４）６には、例えば図２に示すように、アスペクト領域と同様に入射光を光電変換素子９に入射させる開口領域７と、光電変換素子９への入射光を遮る遮光領域８が形成され、各試験領域（１）３、（２）４、（３）５、及び（４）６は、例えば、開口領域７に対して、その上下左右方向の全ての方向に遮光領域８が存在し、開口領域７と遮光領域８とが格子状に形成された構成となっている。
【００２３】
なお、図示はしないが、複数のアスペクト領域１、２のうち現在画像表示されているアスペクト領域の画像表示ごとに、全有効画素領域内で不要となる画素領域を、試験領域（１）３、（２）４、（３）５、及び（４）６として使用するように構成することもできる。
【００２４】
また、本実施の形態１の固体撮像装置の駆動として、フレームモードの駆動方法は、垂直ブランキング期間内において光電変換素子９で蓄積された信号電荷を垂直転送部１０に読み出した後、ひとつの水平ブランキング期間内に１段ずつ垂直転送部内を水平転送部１１方向へ転送する。さらに、水平ブランキング期間内に水平転送部１１に転送されてきた信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平転送期間内に水平転送部１１内を信号電荷検出部１２の方向へ転送し、信号電荷検出部１２において電圧に変換して固体撮像装置からの画像信号として出力する。
【００２５】
これらの一連の動作を繰り返すことにより、固体撮像装置から画像信号の１フィールド分の信号出力を得ることができ、このように複数フィールドに分割されて固体撮像装置から出力されるフィールド信号を後段の信号処理系で合成することにより、１フレーム単位での連続した画像信号を得ることができる。
【００２６】
次に、任意のアスペクト比の有効画素領域を得る場合に、全有効画素領域で不要となる４隅の画素領域を試験領域とし、これらの試験領域からの画像情報データを有効利用する一例として、出力された固体撮像装置の信号出力を基に、それぞれの試験領域で算出した水平転送効率及び垂直転送効率から補正係数を求め、この補正係数を用いて、水平転送効率劣化による水平方向シェーディング（信号出力の不均一性）、及び垂直転送効率劣化による垂直方向シェーディング（信号出力の不均一性）を補正する方法について説明する。
【００２７】
まず第一に、それぞれの試験領域内おいて、開口領域７の出力信号と、該当の開口領域７に対して後オプティカルブラック側（反水平転送方向）に位置する遮光領域８の出力信号とを検出することで、水平方向の転送残り量を算出する。また、同様に、開口領域７の出力信号と、該当の開口領域７に対して水平転送部対向側（反垂直転送方向）に位置する遮光領域８の出力信号とを検出することで、垂直方向の転送残り量を算出する。
【００２８】
第二に、水平転送全段の影響を受けていない試験領域（１）３と、水平転送全段の影響を受けている試験領域（２）４との水平転送方向への転送残り量の差分から、全段の水平転送効率を算出する。同様に、垂直転送全段の影響を受けていない試験領域（１）３と、垂直転送全段の影響を受けている試験領域（３）５、および、垂直転送全段の影響を受けていない試験領域（２）４と、垂直転送全段の影響を受けている試験領域（４）６の垂直転送方向への転送残り量の差分から、全段の垂直転送効率を算出する。
【００２９】
第三に、これらの全段の水平及び垂直転送効率の値から、有効画素領域のある任意の位置の領域での水平及び垂直転送効率を、その任意の位置の信号電荷検出部方向からの水平及び垂直の転送段数から算出する。
【００３０】
第四に、水平及び垂直転送効率の影響を受けていない領域である信号電荷検出部近辺の領域を基準領域とし、その基準領域の信号量に対する任意の位置の出力比率を、その任意の位置の水平及び垂直の転送効率から出力比率を算出する。例えば、任意の位置の水平及び垂直の転送効率がそれぞれ９０％であれば、基準領域に対して、８１％（０．９×０．９）の出力比率となる。
【００３１】
第五に、有効画素領域を細分化してそれぞれの領域での基準領域に対する出力比率を算出し、その値を基に補正係数を算出して信号出力を補正することにより、水平及び垂直転送劣化に起因するシェーディングを高精度に補正することが可能となる。例えば、任意の位置の水平及び垂直の転送効率がそれぞれ９０％であれば、基準領域に対して、８１％（０．９×０．９）の出力比率となり、補正係数は、１．２３（１／０．８１）となる。
【００３２】
以上説明した補正係数を、撮影色温度ごと、撮影照度（低照度など）ごとなど、撮影シーンごとに予め装置内に持つことで、あらゆる撮影シーンに対応したシェーディング特性の補正ができ、その効果は大きなものとなる。
【００３３】
以上のように本実施の形態によれば、全有効画素領域から任意のアスペクト比の有効画素領域を抽出してその画像信号を得る場合に、全有効画素領域で不要となる４隅の画素領域からの画像情報データについても、その有効利用を可能にする最適な構造を実現することができる。
【００３４】
その結果、アスペクト領域を含む全有効画素領域からの画像情報データの有効利用を可能としつつ、任意のアスペクト比の画像信号を得ることができ、装置においてより高機能化を実現することができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の固体撮像装置およびそれを用いたカメラを、図３を参照しながら説明する。
【００３５】
図３は本実施の形態２の固体撮像装置における試験領域の説明図である。本実施の形態２における試験領域（１）、（２）、（３）、及び（４）は、図３に示す試験領域概略図に示す通り、１画素あるいは複数画素から構成される開口領域７を取り囲むその周囲の少なくとも１画素は遮光領域８が存在する構成となっている。
【００３６】
この構成により、本実施の形態の固体撮像装置によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の固体撮像装置およびそれを用いたカメラを、図４を参照しながら説明する。
【００３７】
図４は本実施の形態３の固体撮像装置における試験領域の説明図である。本実施の形態３における試験領域（１）、（２）、（３）、及び（４）は、図４に示す試験領域概略図に示す通り、全ての領域が遮光領域８で構成されている。
【００３８】
この場合、４箇所の領域から得られる暗出力信号から水平方向及び垂直方向の暗出力信号の傾き（暗出力シェーディング）を算出し、その値を基に暗時のシェーディング特性を補正することができる。
【００３９】
この構成により、本実施の形態の固体撮像装置によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の固体撮像装置およびそれを用いたカメラを、図５を参照しながら説明する。
【００４０】
図５は本実施の形態４の固体撮像装置における試験領域の説明図である。本実施の形態４における試験領域（１）、（２）、（３）、及び（４）は、図５に示す試験領域概略図に示す通り、全ての領域が開口領域７で構成されている。
【００４１】
この場合、４箇所の領域から得られる出力信号から水平方向及び垂直方向の出力信号の傾き（輝度シェーディング）を算出し、その値を基に輝度シェーディング特性を補正することができる。
【００４２】
この構成により、本実施の形態の固体撮像装置によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の固体撮像装置およびそれを用いたカメラは、アスペクト領域を含む全有効画素領域からの画像情報データの有効利用を可能としつつ、任意のアスペクト比の画像信号を得ることができ、装置においてより高機能化を実現することができるもので、写真撮影用として特に近年利用が広く一般化しているビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１の固体撮像装置の構造を示す概略図
【図２】同実施の形態１の固体撮像装置における試験領域の説明図
【図３】本発明の実施の形態２の固体撮像装置における試験領域の説明図
【図４】本発明の実施の形態３の固体撮像装置における試験領域の説明図
【図５】本発明の実施の形態４の固体撮像装置における試験領域の説明図
【図６】従来の固体撮像装置の構造を示す概略図
【符号の説明】
【００４５】
１    （アスペクト比を１６：９とした場合の）有効画素領域
２    （アスペクト比を４：３とした場合の）有効画素領域
３    （水平転送部側端の信号電荷検出部方向端に位置する）試験領域（１）
４    （水平転送部側端の後オプティカルブラック領域方向端に位置する）試験領域（２）
５    （水平転送部対向側端の信号電荷検出部方向端に位置する）試験領域（３）
６    （水平転送部対向側端の後オプティカルブラック領域方向端に位置する）試験領域（４）
７    開口領域
８    遮光領域
９    光電変換素子
１０    垂直転送部
１１    水平転送部
１２    信号電荷検出部
【図１】
2009017319.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009017319.tif 000005
【図４】
2009017319.tif 000006
【図５】
2009017319.tif 000007
【図６】
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