(57)【要約】【課題】シャッタタイムラグを犠牲にせずに、スミアを効率よく除去する。【解決手段】ＣＣＤ型固体撮像素子をインターレーススキャン方式で駆動する場合、奇数フィールド期間と偶数フィールド期間とのそれぞれにおいて、読み出し対象となる受光素子３１のうちの半数の受光素子３１から信号電荷の読み出しを禁止する。読み出しが禁止された各受光素子３１と同一画素内の垂直ＣＣＤ３２の部分に存在するスミア成分電荷Ｑ２を、垂直ＣＣＤ３２に読み出された信号電荷Ｑ１とともに転送させ、出力部３５からスミア信号として出力させる。信号電荷Ｑ１に基づいて出力される撮像信号からスミア信号を減算することでスミアの除去を行う。これにより、撮像信号及びスミア信号を同時に取得することが可能となる。【選択図】図５
2009118301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元状に配列され、光電変換により信号電荷を生成する複数の受光素子と、
前記受光素子から信号電荷を読み出し、列方向に転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から信号電荷を受け取り、行方向に転送する水平転送部と、
前記水平転送部から信号電荷を受け取り、電荷電圧変換により撮像信号を生成して出力する出力部とからなる固体撮像素子を備えた撮影装置において、
前記複数の受光素子のうちの半数の受光素子から信号電荷の読み出しを禁止し、読み出しが禁止された各受光素子と同一画素内の前記垂直転送部の部分に存在するスミア成分電荷を、前記垂直転送部に読み出された信号電荷とともに転送させ、前記出力部からスミア信号として出力させる駆動手段と、
前記撮像信号から前記スミア信号を減算するスミア除去手段と、
を設けたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記固体撮像素子をインターレーススキャン方式で駆動し、奇数フィールド期間と偶数フィールド期間とのそれぞれにおいて、読み出し対象となる前記受光素子のうちの半数の受光素子から信号電荷の読み出しを禁止することにより前記スミア信号を出力させることを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
【請求項３】
前記受光素子の光入射側には、特定の色の光を透過させる色フィルタが設けられており、
前記スミア除去手段は、同一の色成分に対応する前記撮像信号及び前記スミア信号について画素単位で減算処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の撮影装置。
【請求項４】
二次元状に配列され、光電変換により信号電荷を生成する複数の受光素子と、
前記受光素子から信号電荷を読み出し、列方向に転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から信号電荷を受け取り、行方向に転送する水平転送部と、
前記水平転送部から信号電荷を受け取り、電荷電圧変換により撮像信号を生成して出力する出力部とからなる固体撮像素子の駆動方法において、
前記複数の受光素子のうちの半数の受光素子から信号電荷の読み出しを禁止し、読み出しが禁止された各受光素子と同一画素内の前記垂直転送部の部分に存在するスミア成分電荷を、前記垂直転送部に読み出された信号電荷とともに転送させ、前記出力部からスミア信号として出力させる
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体光を光電変換し、撮像信号として出力する固体撮像素子を備えた撮影装置、及びその固体撮像素子の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被写体光を光電変換により信号電荷に変換し、信号電荷を電荷電圧変換して撮像信号として出力するＣＣＤ（Charge Coupled Device）型等の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撮像信号を画像データに変換して記録するデジタルスチルカメラ等の撮影装置が知られている。
【０００３】
ＣＣＤ型固体撮像素子を用いた撮影装置によって、太陽やライト等の高輝度被写体を撮影すると、撮影画面の縦方向に帯状の明るい線が現れる。この現象はスミアと呼ばれ、入射光量の大きな部分の受光素子（光電変換素子）の信号電荷が垂直ＣＣＤに溢れ出すことや、入射光自体が垂直ＣＣＤに侵入して垂直ＣＣＤ内で電荷が発生することによって起こる。
【０００４】
従来の撮影装置においては、ＣＣＤ型固体撮像素子を次のように駆動して、スミアの除去を行っている（例えば、特許文献１参照）。まず、受光素子から垂直ＣＣＤへ信号電荷を読み出さずに垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤを駆動し、転送路内のスミア成分電荷のみを転送して、記憶部にスミア成分の信号（スミア信号）を記憶させる。次いで、受光素子から垂直ＣＣＤへ信号電荷を読み出し、垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤを駆動して、転送路内の信号電荷を撮像信号として演算部に入力する。そして、演算部により、撮像信号から記憶部に記憶されたスミア信号を減算し、スミア成分を含まない撮像信号を生成する。
【特許文献１】特開平１１−５５５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来の撮影装置では、実際の撮像動作に先立ち、スミア信号の取得のために１フレーム分の電荷（スミア成分電荷）の転送動作を行うため、シャッタボタンの押下から撮像動作が開始されるまでのタイムラグ（シャッタタイムラグ）が長くなり、動きのある被写体を的確に撮影することができなくなるといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、シャッタタイムラグを犠牲にせずに、スミアを効率よく除去することができる撮影装置及び固体撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の撮影装置は、二次元状に配列され、光電変換により信号電荷を生成する複数の受光素子と、前記受光素子から信号電荷を読み出し、列方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け取り、行方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から信号電荷を受け取り、電荷電圧変換により撮像信号を生成して出力する出力部とからなる固体撮像素子を備えた撮影装置において、前記複数の受光素子のうちの半数の受光素子から信号電荷の読み出しを禁止し、読み出しが禁止された各受光素子と同一画素内の前記垂直転送部の部分に存在するスミア成分電荷を、前記垂直転送部に読み出された信号電荷とともに転送させ、前記出力部からスミア信号として出力させる駆動手段と、前記撮像信号から前記スミア信号を減算するスミア除去手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００８】
なお、前記駆動手段は、前記固体撮像素子をインターレーススキャン方式で駆動し、奇数フィールド期間と偶数フィールド期間とのそれぞれにおいて、読み出し対象となる前記受光素子のうちの半数の受光素子から信号電荷の読み出しを禁止することにより前記スミア信号を出力させることが好ましい。
【０００９】
また、前記受光素子の光入射側には、特定の色の光を透過させる色フィルタが設けられており、前記スミア除去手段は、同一の色成分に対応する前記撮像信号及び前記スミア信号について画素単位で減算処理を行うことが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明の固体撮像素子の駆動方法は、二次元状に配列され、光電変換により信号電荷を生成する複数の受光素子と、前記受光素子から信号電荷を読み出し、列方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け取り、行方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から信号電荷を受け取り、電荷電圧変換により撮像信号を生成して出力する出力部とからなる固体撮像素子の駆動方法において、前記複数の受光素子のうちの半数の受光素子から信号電荷の読み出しを禁止し、読み出しが禁止された各受光素子と同一画素内の前記垂直転送部の部分に存在するスミア成分電荷を、前記垂直転送部に読み出された信号電荷とともに転送させ、前記出力部からスミア信号として出力させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像信号及びスミア信号を同時に取得することが可能となるため、シャッタタイムラグを犠牲にせずに、スミアを効率よく除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１において、本発明に係わる撮影装置１０は、ＣＰＵ（主制御部）１１によって各部が統括的に制御され、ＣＣＤ型固体撮像素子１２から得た撮像信号を画像データに変換して記録するデジタルスチルカメラである。ＣＰＵ１１は、シャッタボタン、メニューボタン、選択キーなどを含む操作部１３から入力される操作信号に応じて各部の動作制御を行う。
【００１３】
ＣＣＤ型固体撮像素子１２の受光面側には、被写体光をＣＣＤ型固体撮像素子１２の受光面に結像する撮像レンズ１４が設けられている。ＣＣＤ型固体撮像素子１２は、詳しくは後述するが、ＣＣＤドライバ１５によって駆動され、撮像信号Ｓ１とともにスミア信号Ｓ２を出力する。
【００１４】
ＣＤＳ（２重相関サンプリング）／ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路１６は、ＣＣＤ型固体撮像素子１２から出力された撮像信号Ｓ１及びスミア信号Ｓ２からリセットノイズを除去するとともに、適切なゲイン調整を行う。Ａ／Ｄ変換器１７は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６から出力された撮像信号Ｓ１及びスミア信号Ｓ２をデジタル化し、スミア除去回路１８に入力する。なお、ＣＣＤドライバ１５、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６、及びＡ／Ｄ変換器１７は、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１９から供給されるパルスにより、同期して動作を行う。なお、本実施形態では、ＣＰＵ１１、ＴＧ１９、及びＣＣＤドライバ１５が特許請求の範囲の駆動手段に対応する。
【００１５】
スミア除去回路（スミア除去手段）１８は、撮像信号Ｓ１からスミア信号Ｓ２を減算する。撮像信号Ｓ１は、受光素子に蓄積された信号電荷量（受光量）に対応した本来の撮像信号Ｓ０にスミア成分が付加されたものであるため、スミア除去回路１８からは、スミア成分が除去された本来の撮像信号Ｓ０が出力される。
【００１６】
ＤＳＰ（デジタル信号処理回路）２０は、スミア除去回路１８から出力された撮像信号Ｓ０に対して、色補間、ＹＣ変換、ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス補正などの所定の画像処理を施し、画像データを生成する。ＤＳＰ２０によって生成された画像データは、画像記録媒体としてのフラッシュメモリ２１に記録されるか、または、画像表示装置としてのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）２２に表示される。
【００１７】
図２は、ＣＣＤ型固体撮像素子１２の構成を示す。撮像部３０には、Ｘ方向（行方向）およびＹ方向（列方向）に沿って、受光素子３１が二次元正方格子状に配列されている。各受光素子３１の光入射側には、赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、青色フィルタ（Ｂ）のいずれかが設けられており、受光素子３１は、Ｒ，Ｇ，Ｂにより対応する色成分の光を受光する。これらの色フィルタの配列は、Ｇが市松状に配列され、かつ、ＧとＢが交互にＸ方向に配列された行と、ＢとＧが交互にＸ方向に配列された行とがＹ方向に交互に配列されてなる、いわゆるベイヤー配列となっている。受光素子３１には、たとえばｐｎ接合型ダイオード（フォトダイオード）が用いられ、光電変換により入射光を信号電荷に変換して蓄積する。
【００１８】
受光素子３１の各列ごとに垂直ＣＣＤ（垂直転送部）３２が設けられており、受光素子３１と垂直ＣＣＤ３２とは読み出しゲート３３を介して接続されている。垂直ＣＣＤ３２は、受光素子３１から読み出しゲート３３を介して読み出した信号電荷を列方向に転送（垂直転送）する。各垂直ＣＣＤ３２の終端には共通に水平ＣＣＤ（水平転送部）３４が接続されており、各垂直ＣＣＤ３２から一行分の信号電荷を順次に受け取り、行方向に電荷転送（水平転送）する。水平ＣＣＤ３４の終端には出力アンプ３５が設けられている。出力アンプ３５は、ＦＤ（フローティングディフュージョン）アンプからなり、水平ＣＣＤ３４から信号電荷を順次に受け取り、電荷電圧変換により信号電荷を電圧信号に変換して出力する。
【００１９】
読み出しゲート３３は、受光素子３１に蓄積された信号電荷が垂直ＣＣＤ３２に漏れ出さないように遮蔽する閉状態と、受光素子３１の信号電荷を垂直ＣＣＤ３２に移動させる開状態とをとり、前述のＣＣＤドライバ１５から読み出しパルスが印加された際には開状態となり、これ以外のときは閉状態となる。
【００２０】
垂直ＣＣＤ３２は、図３に示すように、１つの受光素子３１に対して２つずつ設けられた複数のＣＣＤセル３２ａからなり、各ＣＣＤセル３２ａには、転送電極（図示せず）が形成されている。図３の各ＣＣＤセル３２ａ内には、転送電極の参照符号（Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４）を付している。同一の参照符号が付されたＣＣＤセル３２ａの転送電極は共通に接続され、ＣＣＤドライバ１５から共通の垂直駆動パルスが供給される。転送電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４には、それぞれ垂直駆動パルスφＶ１Ａ，φＶ１Ｂ，φＶ２，φＶ３Ａ，φＶ３Ｂ，φＶ４が供給される。
【００２１】
読み出しゲート３３は、転送電極Ｖ１Ａ，Ｖ３Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ３Ｂによって制御される。転送電極Ｖ１ＡとＶ１Ｂ、ならびに転送電極Ｖ３ＡとＶ３Ｂは、それぞれ読み出しパルスを選択的に一方の垂直駆動パルスに立たせるために分離している。垂直駆動パルスφＶ１ＡとφＶ１Ｂ、ならびに垂直駆動パルスφＶ３ＡとφＶ３Ｂは、それぞれ同じ位相を持つ駆動パルスである。したがって、垂直ＣＣＤ３２には、ＣＣＤドライバ１５から位相のずれた４相垂直駆動パルスが入力され、４相駆動の電荷転送動作を行う。
【００２２】
水平ＣＣＤ３４は、同様に転送電極を備えた２種のＣＣＤセル（図示せず）によって構成されている。水平ＣＣＤ３４には、ＣＣＤドライバ１５から位相のずれた２相水平駆動パルスφＨ１，φＨ２が供給され、２相駆動の電荷転送動作を行う。
【００２３】
また、ＣＣＤドライバ１５からＣＣＤ型固体撮像素子１２には、リセットゲートパルスφＲＧや電子シャッタパルスφＳＵＢが供給される。リセットゲートパルスφＲＧは、出力アンプ３５に入力される。出力アンプ３５は、リセットゲートパルスφＲＧに応じて、電荷電圧変換が終了した信号電荷をリセットドレイン（図示せず）に排出する。電子シャッタパルスφＳＵＢは、ＣＣＤ型固体撮像素子１２が形成された基板（シリコン基板）に入力される。受光素子３１の基板側には、縦型オーバーフロードレイン構造の電子シャッタ機構が形成されており、電子シャッタ機構は、電子シャッタパルスφＳＵＢに応じて、受光素子３１内の露光開始前の不要電荷を基板に排出する。
【００２４】
なお、符号３６は、１つの画素単位を示しており、各画素には、受光素子３１、読み出しゲート３３、及び垂直ＣＣＤ３２の一部が含まれる。
【００２５】
図４は、ＣＰＵ１１の制御に基づいてＣＣＤドライバ１５からＣＣＤ型固体撮像素子１２に供給される垂直駆動パルスのタイミングチャートである。電子シャッタパルスφＳＵＢにより規定された露光期間中に受光素子３１により生成され蓄積された信号電荷は、垂直ブランキング期間に入力される読み出しパルスに応じて受光素子３１から隣接する垂直ＣＣＤ３２に転送される。ＣＣＤ型固体撮像素子１２は、インターレーススキャン方式で駆動され、１フレーム周期を奇数フィールド期間と偶数フィールド期間とに分けて信号電荷の読み出し及び転送を行う。
【００２６】
まず、奇数フィールド期間における垂直ブランキング期間Ｖ−ＢＬＫａには、垂直駆動パルスφＶ１Ａに読み出しパルスＰが立ち、電極Ｖ１Ａにより制御される読み出しゲート３３に接続された受光素子３１内の信号電荷Ｑ１が図５に示すように垂直ＣＣＤ３２に読み出される。このとき、垂直駆動パルスφＶ１Ｂには読み出しパルスが立たず、電極Ｖ１Ｂにより制御される読み出しゲート３３に接続された受光素子３１からは読み出しが禁止される。続く電荷転送動作時には、電極Ｖ１Ａを備えたＣＣＤセル３２ａ（図３参照）に読み出された信号電荷Ｑ１とともに、電極Ｖ１Ｂを備えたＣＣＤセル３２ａ（図３参照）に存在する電荷がスミア成分電荷Ｑ２として垂直及び水平転送され、それぞれ撮像信号Ｓ１、スミア信号Ｓ２として出力アンプ３５から画素単位で出力される。
【００２７】
次いで、偶数フィールド期間における垂直ブランキング期間Ｖ−ＢＬＫｂには、垂直駆動パルスφＶ３Ａに読み出しパルスＰが立ち、電極Ｖ３Ａにより制御される読み出しゲート３３に接続された受光素子３１内の信号電荷Ｑ１が図６に示すように垂直ＣＣＤ３２に読み出される。このとき、垂直駆動パルスφＶ３Ｂには読み出しパルスが立たず、電極Ｖ３Ｂにより制御される読み出しゲート３３に接続された受光素子３１からは読み出しが禁止される。続く電荷転送動作時には、電極Ｖ３Ａを備えたＣＣＤセル３２ａ（図３参照）に読み出された信号電荷Ｑ１とともに、電極Ｖ３Ｂを備えたＣＣＤセル３２ａ（図３参照）に存在する電荷がスミア成分電荷Ｑ２として垂直及び水平転送され、それぞれ撮像信号Ｓ１、スミア信号Ｓ２として出力アンプ３５から画素単位で出力される。
【００２８】
なお、読み出しが禁止されたことにより受光素子３１内の残留した信号電荷は、電子シャッタ動作により、基板へ排出される。
【００２９】
上記の駆動制御により、ＣＣＤ型固体撮像素子１２の出力アンプ３５からスミア信号Ｓ２と撮像信号Ｓ１とが１水平走査期間ごとに交互に出力される。図７は、出力アンプ３５から出力される出力信号（撮像信号Ｓ１，スミア信号Ｓ２）と、各出力信号に対応する画素の色成分と、前述のスミア除去回路１８によってスミア除去が行われた本来の撮像信号Ｓ０との関係を示している。スミア除去回路１８は、水平走査期間内で時系列的に対応し、かつ同一の色成分に対応する撮像信号Ｓ１及びスミア信号Ｓ２について減算処理（Ｓ２−Ｓ１）を行い、撮像信号Ｓ０（＝Ｓ２−Ｓ１）を画素ごとに生成する。
【００３０】
つまり、ＣＣＤ型固体撮像素子１２は、露光により信号電荷が蓄積された受光素子３１のうち、半数の受光素子３１から信号電荷を垂直ＣＣＤ３２読み出して信号電荷Ｑ１として転送し、残りの半数の受光素子３１からは信号電荷の読み出さずに、その受光素子３１と同一画素内の垂直ＣＣＤ３２の部分に存在する電荷をスミア成分電荷Ｑ２として転送を行うように駆動され、撮像信号Ｓ１及びスミア信号Ｓ２を出力する。したがって、撮像信号Ｓ１及びスミア信号Ｓ２は、画素ごとに同一の色成分に対応しており、同数のデータ量であることから、上記の減算処理により、撮像信号Ｓ１内に含まれるスミア成分を精度良く除去することができ、受光量に対応した本来の撮像信号Ｓ０を生成することができる。
【００３１】
このように、本発明に係わる撮影装置１０は、撮像信号Ｓ１及びスミア信号Ｓ２の取得を同一の１フレーム分の撮像期間にて行うものであり、スミア信号の取得動作が別途必要とされないため、シャッタタイムラグを犠牲にせずに、スミアを効率よく除去することができる。これにより、動きのある被写体を的確に撮影することが可能となる。なお、近年の高画素化により、全体の半数の画素からの撮像信号であっても十分に高画質な画像を生成することが可能である。
【００３２】
上記実施形態では、ＣＣＤ型固体撮像素子として、受光素子を正方格子状に配列したものを用いているが、本発明はこれに限定されるものでなく、受光素子の配列をいわゆるハニカム配列としたものを用いても良い。このハニカム配列とは、互いに隣接する受光素子の行同士において、一方の行における受光素子の配列を、他方の行における受光素子の配列に対して配列間隔の１／２だけ相対的にずらした配列方式であり、受光素子の配列密度を向上させることを可能とする。
【００３３】
また、上記各実施形態では、撮影装置としてデジタルスチルカメラを例に挙げているが、本発明はこれに限定されず、デジタルビデオカメラやカメラ付き携帯電話機などの他の撮影装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係わる撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す概略的な構成図である。
【図３】垂直ＣＣＤの詳細を示す概略的な構成図である。
【図４】ＣＣＤ型固体撮像素子に供給される垂直駆動パルスのタイミングチャートである。
【図５】奇数フィールド期間における読み出し動作を説明する図である。
【図６】偶数フィールド期間における読み出し動作を説明する図である。
【図７】出力アンプからの出力信号と、各出力信号に対応する画素の色成分と、スミア除去回路からの出力信号との関係を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  撮影装置
１１  ＣＰＵ
１２  ＣＣＤ型固体撮像素子
１５  ＣＣＤドライバ
１８  スミア除去回路
１９  タイミングジェネレータ
３１  受光素子
３２  垂直ＣＣＤ
３３  読み出しゲート
３４  水平ＣＣＤ
３５  出力アンプ
【図１】
2009118301.tif 000003
【図２】
2009118301.tif 000004
【図３】
2009118301.tif 000005
【図４】
2009118301.tif 000006
【図５】
2009118301.tif 000007
【図６】
2009118301.tif 000008
【図７】
2009118301.tif 000009