JP2004112723A - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents

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JP2004112723A
JP2004112723A JP2002276131A JP2002276131A JP2004112723A JP 2004112723 A JP2004112723 A JP 2004112723A JP 2002276131 A JP2002276131 A JP 2002276131A JP 2002276131 A JP2002276131 A JP 2002276131A JP 2004112723 A JP2004112723 A JP 2004112723A
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Masao Kobayashi
小林 正夫
Hideo Nakamura
中村 秀夫
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Kodak Digital Product Center Japan Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device and an imaging apparatus in which picture quality is improved while suppressing an increase in cost. <P>SOLUTION: Horizontal transfer paths H1 and H2 are provided on the upside and the downside of a vertical transfer path V. The vertical transfer path V is capable of vertically transferring signal charges and further transfers the signal charges mutually oppositely in even-numbered streams and odd-numbered streams. The transfer direction is inverted at the interval of one field and the vertical transfer direction is inverted between odd-numbered fields and even-numbered fields. The occurrence of smear caused by a high luminance part is fixed upward or downward for the high luminance part. In a portion without smear, signals on the upper and lower horizontal transfer paths H1 and H2 are composed to constitute an image. In a portion where smear occurs, between the signals on the upper and lower horizontal transfer paths H1 and H2, only the signal on the side which is not affected by smear is used to complement data such that the image is constituted. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷結合素子を用いた撮像素子及び撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置のイメージセンサとして、CCD固体撮像素子(以下、CCDと称する)が一般的に用いられている。このCCDは、コストと性能とのバランスに優れるため、広く用いられている。
【0003】
そして、CCDの受光面上には、格子状に配置され光の強弱に応じて信号電荷を蓄積する多数の受光素子部としての画素と、これら画素から信号電荷を読み出して転送する複数の垂直転送路と、各垂直転送路から転送された信号電荷を出力部へと転送する水平転送路とを備えている。
【0004】
ここで、垂直転送路も光に対して感応するため、極めて強い光が結像している受光領域では、遮光構造を通り抜けた光により垂直転送路でノイズ電荷であるスミア電荷が発生する。そして、信号電荷が出力部まで転送されていく過程で、転送中の信号電荷にスミア電荷が加算され、出力される画像について、垂直転送路に沿った位置に高輝度部分が帯状に広がるスミア(smear)と呼ばれる現象が発生する問題を有している。
【0005】
この点、2個のCCDを互いに天地逆に配置し、同じ光学系を通った結像光をプリズムなどで2分割してそれぞれのCCDに結像させ、水平転送路とは逆方向に設けられたドレインにスミアを掃き出す動作を加えて、これら2枚の画像からスミアを除去した1枚の画像を得る方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
しかしながら、このように2個のCCDを用いる構成では、各CCDの面積及び構造は通常のCCDとは製造コスト上は大きな差がないが、2個のCCDを用いるため、コストが増加する問題を有している。また、2個のCCDを用いる撮像装置は、電力消費が増加する。さらに、2個のCCD間で全く同じ受光画角を得るための多軸位置調整は高い精度を必要とし、結果的に著しいコストの上昇を招く。また、入射光を2つに分割するため、感度が半分に低下してしまい、特に、暗い状況でのシグナルノイズ比(S/N比)が悪化し、画質の劣化を招く。また、2個のCCD間の感度、カラーの場合には、さらに分光透過特性などの特性差を補償するための調整工程が必要となり、コストの上昇を招く問題を有している。
【0007】
この点、このスミアを防ぐ目的で、受光面とは別に全面が完全に遮光された画面1枚分の遮光蓄積部を備え、受光面上の遮光転送部の信号電荷を高速にこの遮光蓄積部に転送する構成を有する、フレームインターライントランスファ方式と呼ばれるCCDが提案されている。
【0008】
しかしながら、このようにフレームインターライントランスファ方式のCCDでは、2画面分のチップ面積が必要な上、複雑な構造と特殊な高速駆動動作が必要になり、素子の製造コストの低減が困難である問題を有している。また、光学系の絞り機構と組み合わせることで、スミアを大幅に抑制できるものの、光の強さなどによっては、必ずしも十分にスミアを除去できない問題を有している。
【0009】
【特許文献1】
特許第3108702号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、2個のCCDを用いる構成では、電力消費の上昇、感度の低下などを招くとともに、高精度の調整が必要になり、コストの大幅な上昇を招く問題を有している。また、フレームインターライントランスファ方式のCCDを用いる構成では、素子の製造コストの低減が困難であるとともに、必ずしも十分にスミアを除去できない問題を有している。
【0011】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、コストの上昇を抑制しつつ画質を向上できる撮像素子及び撮像装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の撮像素子は、それぞれ光電変換して信号電荷を蓄積する複数の画素と、これら画素から信号電荷を読み出し、これら読み出した信号電荷を正方向及び逆方向に転送する電荷結合素子を備え、互いに反対方向に信号電荷を転送する複数グループにグループ化された複数の垂直転送路と、前記各垂直転送路の一端部から信号電荷が転送され、これら転送された信号電荷を転送して第1の出力部に出力する第1の水平転送路と、前記各垂直転送路の他端部から信号電荷が転送され、これら転送された信号電荷を転送して第2の出力部に出力する第2の水平転送路とを具備したものである。
【0013】
そして、この構成では、画素から各垂直転送路に読み出された信号電荷を、各垂直転送路により正方向及び逆方向に交互に転送することにより、これら信号電荷は、第1の水平転送路及び第2の水平転送路から各出力部を介して出力される。そこで、これら出力された信号を処理することにより、画像が得られる。そして、画素から読み出された信号電荷は、各垂直転送路を正方向及び逆方向に交互に転送され、第1の水平転送路と第2の水平転送路とを利用することにより、信号電荷の転送量が容易に向上するとともに、垂直転送路の一部分で転送中の信号電荷に他の信号が加わるスミアが生じる場合にも、このスミアの発生方向が制御され、この垂直転送路で転送する全ての信号電荷にスミアが生じることが防止される。そこで、出力された信号を処理することにより、スミアを抑制し、画質の向上が可能になる。
【0014】
請求項2記載の撮像素子は、請求項1記載の撮像素子において、垂直転送路は、1列毎に反対方向に信号電荷を転送するものである。
【0015】
そして、この構成では、1列毎に反対方向に信号電荷を転送することにより、スミアのある信号を精度良く補完して画質の向上が可能になる。
【0016】
請求項3記載の撮像素子は、請求項1記載の撮像素子において、垂直転送路は、複数列ずつグループ化され、これらグループ毎に同方向に信号電荷を転送するものである。
【0017】
そして、この構成では、複数列ずつグループ化した垂直転送路で信号電荷を転送することにより、複数列の信号をグループとして処理することが可能になる。
【0018】
請求項4記載の撮像素子は、請求項1ないし3いずれか一記載の撮像素子において、画素は、受光領域に配置された感光画素と、光が遮光された遮光画素とを備えたものである。
【0019】
そして、この構成では、遮光画素の信号を測定することにより、信号電荷に他の信号が加わるスミアが生じたか否かが容易に判定される。
【0020】
請求項5記載の撮像装置は、請求項1ないし4いずれか一記載の撮像素子と、この撮像素子を制御して、各垂直転送路の転送方向を一画面毎に逆方向とするとともに、前記撮像素子の各出力部から出力された信号を処理して画像を構成する制御手段とを具備するものである。
【0021】
そして、この構成では、請求項1ないし4いずれか一記載の撮像素子を用いたため、撮像素子の画素から各垂直転送路に読み出された信号電荷を、各垂直転送路により正方向及び逆方向に交互に転送することにより、これら信号電荷は、第1の水平転送路及び第2の水平転送路から各出力部を介して出力される。そこで、これら出力された信号を制御手段で処理することにより、画像が得られる。そして、画素から読み出された信号電荷は、各垂直転送路を正方向及び逆方向に交互に転送されるため、垂直転送路の一部分で転送中の信号電荷に他の信号が加わるスミアが生じる場合にも、このスミアの発生方向が制御され、この垂直転送路で転送する全ての信号電荷にスミアが生じることが防止される。そこで、出力された信号を処理することにより、スミアを抑制し画質の向上が可能になる。
【0022】
請求項6記載の撮像装置は、請求項5記載の撮像装置において、制御手段は、画素から読み出された信号電荷以外の信号が加えられたスミアのある信号を判定し、スミアのある信号を、他の画素の信号から補完するものである。
【0023】
そして、この構成では、画素から読み出された信号電荷以外の信号が加えられたスミアの抑制が可能になる。
【0024】
請求項7記載の撮像装置は、請求項6記載の撮像装置において、画素は、受光領域に配置された感光画素と、光が遮光された遮光画素とを備え、制御手段は、遮光画素の信号電荷を監視して、画素から読み出された信号電荷以外の信号が加えられたスミアのある信号を判定するものである。
【0025】
そして、この構成では、制御手段は、遮光画素の信号を監視し測定することにより、信号電荷に他の信号が加わるスミアが生じたか否かが容易に判定される。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像素子及び撮像装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【0027】
図2において、1は撮像装置で、この撮像装置1は、例えば、デジタルビデオカメラで、動画像である画像を撮影、記録し、また、表示するものである。そして、この撮像装置1は、撮像素子としてのCCD10と、このCCD10を駆動する制御手段を構成するCCD駆動回路11、CCD10の出力が入力される画像処理手段を構成する一対のアナログ処理回路12,13、これらアナログ処理回路12,13の出力が入力されるアナログデジタル(A/D)変換器14,15、これらアナログデジタル変換器14,15の出力が入力されるメモリコントローラ18を備えている。さらに、このメモリコントローラ18には、画像データなどを一時的に保存するメモリ19、画像データを処理する制御手段を構成する画像処理回路20、記録部インターフェース22が接続され、画像データが入出力される。また、このメモリコントローラ18には、このメモリコントローラ18の出力が入力される表示部インターフェース23が接続される。さらに、記録部インターフェース22には、画像データを記録再生する画像記録部25が接続され、表示部インターフェース23には、画像データや設定状態などを表示する画像表示部26が接続されている。さらに、CCD駆動回路11、アナログ処理回路12,13、メモリコントローラ18、及び画像処理回路20などには、これらを制御する制御手段を構成するCPU21が接続されている。さらに、この撮像装置1には、図示しないが、レリーズボタンや切替スイッチなどの操作手段、電源装置、入出力装置、レンズや絞り機構などの光学系、及び筐体などを備えている。
【0028】
そして、CCD10は、電荷転送型の固体撮像素子であり、電荷結合素子(charge coupled device)を用いたCCDイメージセンサであって、図1に示すように、受光面上に、2次元の格子状に配置された受光素子部でありそれぞれ光の強弱に応じて信号電荷を蓄積する多数の画素eを備えている。そして、これら画素eの列同士の間には、これら画素eから信号電荷を読み出し、所定方向(以下、垂直方向あるいは上下方向と称する)に転送する複数の垂直転送路(垂直CCD)Vすなわち第1ないし第8(n)の垂直転送路V1〜V8(n)と、これら垂直転送路Vの上下の端部に接続され、すなわち受光面の下部と上部とに配置され、所定方向と直交する方向(以下、水平方向と称する)に信号電荷を転送する上下一対の水平転送路(水平CCD)Hすなわち第1の水平転送路としての下部水平転送路H1及び第2の水平転送路としての上部水平転送路H2とを備えている。
【0029】
また、画素eは、多くが光の当たる感光画素e1であるが、各列の上下の端部に位置して、遮光構造により光の当たらない遮光画素(水平遮光ライン)e2が設けられている。さらに、各水平転送路H1,H2の一端部である下流側の端部には、それぞれ第1の出力部としての下部出力部OP1と第2の出力部としての上部出力部OP2が設けられ、画像信号を構成するアナログの信号が同時に出力される。なお、図1においては、説明を容易にするため、画素eの数を極端に少なく記載しているが、実際には、画素eの数は、例えば数万個から数百万個に設定される。さらに、画素eの数は、これらに限定されるものではなく、適宜設定される。
【0030】
さらに、図示しないが、CCD10は、垂直転送路Vを駆動させ、また、電荷読出動作を伴う配線部としてのゲート配線を備えている。このゲート配線は、垂直転送路V1,V3,V5,V7で示される奇数列のグループと、垂直転送路V2,V4,V6,V8で示される偶数列のグループとで互いに独立しているとともに、それぞれ、正方向及び逆方向に信号電荷を自在に搬送できるように必要な系統数が備えられている。すなわち、本実施の形態では、例えば図1に矢印で示すように、CCD駆動回路11からの駆動信号により、奇数列の垂直転送路V1,V3,V5,V7のグループは一斉に正方向(下方向)に駆動されるとともに、偶数列の垂直転送路V2,V4,V6,V8のグループは一斉に逆方向(上方向)に駆動され、奇数列の垂直転送路V1,V3,V5,V7と偶数列の垂直転送路V2,V4,V6,V8とで、垂直方向の転送方向を互いに逆方向とすることができるようになっている。また、CCD駆動回路11からの駆動信号により、図1の矢印とは逆方向に、奇数列のグループを逆方向に、偶数列のグループを正方向に転送することもできるようになっている。
【0031】
なお、このゲート配線は、奇数列と偶数列との一列ごとに交互に独立して制御する構成に限られず、例えば、2列ごとの繰り返し(V1,V2,V5,V6と、V3,V4,V7,V8とがそれぞれグループとして同じ方向に搬送される)や、あるいは、3列ごとの繰り返しとし、あるいは、1列2列の繰り返し(V1,V4,V7と、V2,V3,V5,V6,V8とがそれぞれ同じ方向に搬送される)などとすることもできる。また、ゲート配線の構成については、画素のカラーフィルタ配列、及びインターレース処理かプログレッシブ処理かなどに応じて設定されている。
【0032】
そして、この撮像装置1では、CCD10の下部出力部OP1から出力された信号は、アナログ処理回路12に入力され、相関2重サンプリングやアンプによる信号増幅などのアナログ処理が行われる。次いで、この信号は、アナログデジタル変換器14に入力され、アナログの信号からデジタルの信号(以後、デジタル画像データあるいは単に画像データと称する。)に変換される。次いで、この画像データは、メモリコントローラ18により、メモリ19に一時保存される。また、同様に、CCD10の上部出力部OP2から出力された信号は、アナログ処理回路13及びアナログデジタル変換器15を経て、メモリコントローラ18により、メモリ19に一時保存される。
【0033】
そして、本実施の形態では、動画像の撮影において、各画素eから垂直転送路Vに一斉に読み出される信号電荷のうち、例えば、一画面としての第1フィールドでは、奇数列の垂直転送路V1,V3,V5,V7の信号電荷は下側に転送され、下部水平転送路H1を経て下部出力部OP1から出力される。同時に、偶数列の垂直転送路V2,V4,V6,V8の信号電荷は上側に転送され、上部水平転送路H2を経て上部出力部OP2から出力される。そして、引き続く一画面としての第2フィールドでは、第1フィールドとは逆に、奇数列の垂直転送路V1,V3,V5,V7の信号電荷は上側に転送され、上部水平転送路H2を経て上部出力部OP2から出力されるとともに、偶数列の垂直転送路V2,V4,V6,V8の信号電荷は下側に転送され、下部水平転送路H1を経て下部出力部OP1から出力される。続いて、以後、第3フィールドは第1フィールドと同様、第4フィールドは第2フィールドと同様、というように、奇数フィールドと偶数フィールドとで、垂直転送路Vの転送方向がフィールド毎に上下逆方向に交互に往復する動作を繰り返す。
【0034】
ここで、例えば図3に示す画像データP0を本来の画像をとすると、メモリ19に一時保存された1フィールド分のデジタル画像データは、奇数フィールドを例にとると、図4(a)に示す奇数列の画像データP1と、図4(b)に示す偶数列の画像データP2との2個のグループに分割して保存される。そして、画像処理回路20は、従来の撮像装置が行うようないわゆる一般的な画像処理(以下、画像処理と称する)を行う前に、これら2個のグループの画像データP1,P2をメモリ19から読み出し、これら画像データP1,P2から完成した1画面のフィールド再構成し、すなわち、CCD10本来の画素eの配列の通りに、図3に示す画像データP0を再現する。なお、この画像処理は、上記のように画像データP0の再構成を完成させた後に行う方法の他、部分的に画像データP0を再構成しながら、同時に画像処理を行うこともできる。
【0035】
なお、図4(a)及び図4(b)においては、奇数列の画像データP1と偶数列の画像データP2とを明確に表現するため、縦縞状に空白のデータ領域があるように表現したが、メモリ19の内部においては、有効な画像データが隙間なく連続して記録されており、このような空白のデータ領域は存在しない。
【0036】
また、偶数列の画像データP2は、特に対処をせずにデータの出力順そのままにメモリ19に記録すると、本来、図5に示す画像データP2aのように、図4(b)に示す画像データP2に対して天地が逆の状態になるが、メモリコントローラ18がメモリ19への記録時あるいは読み出し時にメモリ19に与えるアドレスを上下が逆になるように配慮することにより、図4(b)に示す画像データP2と同じ状態、すなわち、奇数列の画像データP1と同じ方向の画像データとして取り扱うことが可能になっている。以下、説明を容易にするため、これらの処理については特に言及しない。
【0037】
そして、上記のように再構成され、画像処理を施された処理済の画像データは、メモリ19の一部をビデオメモリとして利用し再び一時記録された後、あるいは、上記の画像処理が終わった画素単位のデータから順次直ちに、表示部インターフェース23に送られ、画像表示部26により映像として表示される。また、場合によっては、使用者の操作などに従い、画像データ圧縮処理などを施された後、記録用の画像データとして、記録部インターフェース22を経由し、画像記録部25に記録される。ここで、画像記録部25は、磁気テープ、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどの不揮発性の記録媒体で構成され、また、これら記録媒体は、必要に応じて機器本体から着脱されるようになっている。
【0038】
次に、本実施の形態によるスミアの出現形態及びその原理について説明する。
【0039】
まず、図6に示す画像P10の撮影条件(シーン)のように、太陽など、画面内に著しく明るい輝点である高輝度部BSが存在するシーンを撮影する場合、すなわち、CCD10の受光面に極めて強い光が結像している受光領域(輝点)が存在する場合、従来の一般的なCCDにおける一方向のみの転送方法では、図8に示すように、欠陥であるスミアSは高輝度部BSの上下両方に広がる。
【0040】
一方、本実施の形態では、各垂直転送路Vについて、図1のCCD10の説明図における下部水平転送路H1と上部水平転送路H2とが交互に選択され、各垂直転送路Vの転送方向が1フィールド毎に上下逆転するため、図6に示す画像P10の撮影条件(シーン)のように、太陽など、画面内に著しく明るい輝点である高輝度部BSが存在するシーンを撮影する場合、すなわち、CCD10の受光面に極めて強い光が結像している受光領域が存在する場合、得られる画像データは、例えば奇数フィールドの場合、図7(a)に示す奇数列の画像データP11と、図7(b)に示す偶数列の画像データP12とで、画面内の高輝度部BSに対してスミアSの発生する方向が上下いずれか一方に固定される。例えば、図7に示すように、奇数フィールドの場合、スミアS発生の方向は、奇数列では高輝度部BSから画面下方向へ向かい、偶数列では高輝度部BSから画面上方向へ向かう。また、偶数フィールドでは、これらの関係が逆になり、奇数列では高輝度部BSから画面上方向へ向かい、偶数列では高輝度部BSから画面下方向へ向かってスミアSが発生する。このように、垂直転送路Vの転送方向をフィールド毎に交互に逆方向とすることにより、画面上の高輝度部BSに対するスミアSの発生方向を、上下いずれか一方に固定できる。
【0041】
ここで、本実施の形態の垂直転送路Vの動作によりスミアSの発生方向を固定できる理由について説明する。
【0042】
図9及び図11のAないしNは、図1に示すCCD10の内部構造のうち、画素e及び垂直転送路Vのいずれか一つの奇数列を抜き出して描いたものである。また、画素eの信号電荷の転送状況をわかりやすくするために、下から順に1から14の番号を付している。すなわち、ここでは、上下の端部の1と14とが遮光画素e2であり、他の2から13の画素が感光画素e1である。さらに、円により、スミアSを発生するのに十分な光量を有する高輝度部BSを示しており、ここでは、9番の画素e付近に高輝度の像が結像している状況を表している。
【0043】
図9は、垂直転送路Vを常に一方向すなわち下側に転送する従来の一般的な動作についての説明である。
【0044】
まず、図9(A)の状態から、電荷読出パルスにより、図9(B)に示すように、各画素eの信号電荷が一斉に垂直転送路Vに読み出される。次いで、図9(C)に示すように、垂直転送路V上を信号電荷が1段下側に転送され、さらに、図9(D)に示すように、垂直転送路V上を信号電荷が1段下側に転送される。ここで、10番の画素eの信号電荷は、垂直転送路Vに読み出された時点では高輝度部BSの影響を受けていなかったものが、図9(C)及び(D)に示すように垂直転送路V内を移動する過程で高輝度部BSを通過する際に、本来の信号電荷にスミア(スミア電荷)Sが加わった状態に変化していることを示している。なお、スミアSの混合した信号電荷は斜線で示している。さらに、図9(E),(F),(G)に示すように、垂直転送を進めていくと、本来遮光されており図9(B)に示す垂直転送路Vに読み出された直後では黒色で示すように信号電荷がほぼ0であった14番の画素eの信号電荷も含めて、最初に高輝度部BSよりも上側にあった画素信号は、全て転送の過程でスミアSが加算された状態になる。さらに、垂直転送を進めていくと、図9(H)及び(I)に示すように垂直転送路Vの空の部分、すなわち、各画素eの信号電荷の転送が終わった領域にもスミアSによる電荷が蓄積されていき、全ての画素eの信号電荷の読み出しが終了した時点では、図9(J)に示すように高輝度部BSに対して下側の垂直転送路VにはスミアSが蓄積された状態になる。
【0045】
なお、上記の図9を用いた説明で、高輝度部BSの上側あるいは下側とは、図の描画方向、すなわち、光学系に対して配置されたCCD10の上下方向に対しての表現である。従って、光学系を通した被写体像は天地が逆となった状態でCCD10に結像されるため、実際に撮影される画像の画面の天地とは、上下関係が逆になっている。例えば、図9のAないしJでは、高輝度部BSの上方向の9番から14番の画素eにスミアSが発生する状況を示したが、この時に得られる画像では、図10のF1に示すように、画面の下方向にスミアSの発生が見られることになる。以上、上記の図9のAないしJでは、動画像を撮影した最初の1フィールド目である図10のF1が得られるまでの状況を示した。
【0046】
次に、図9(J)の状態、すなわち、1フィールド目の全画素eの信号電荷の出力が終わった状態から、2フィールド目の各画素eの信号電荷の出力が行われる状況を説明する。すなわち、図9(J)では、先に説明した動作により、垂直転送路Vの高輝度部BSの下側の領域には既にスミアSによる電荷が存在している。ここで、図9(K)に示すように、2フィールド目の各画素eの信号電荷が一斉に垂直転送路Vに読み出される。すると、1番から9番の画素eの信号電荷は、ここで既にスミアSの影響を受けている状態になる。この状態から、図9(L),(M)ないし(N)に示すように、1フィールド目と同様に垂直転送を行い画素eの信号電荷を出力していくと、図10のF2に示すように、全ての画素eの信号電荷がスミアSの影響を受ける。以後は、図9(N)の状態で読み出しが行われるため、3フィールド目以降も、同様の結果となる。
【0047】
このように、従来の動作による動画の撮影では、垂直転送路Vのいずれか1点にでもスミアSの発生源となる高輝度部BSが存在すると、その垂直転送路Vを通る全ての信号電荷がスミアSの影響を受けることになる。このようにして、図8に示すように、高輝度部BSの上下に、スミアSが広がってしまう。
【0048】
次に、奇数フィールドと偶数フィールドとで垂直転送の方向を逆転させる本実施の形態の動作を図11及び図12を参照して説明する。ここで、図11のAは、図9のJの状態、すなわち、1フィールド目を出力した後、既に、図12のF1に示す画像が得られた直後の状態を示している。そして、この図11(A)に示す状態から、図11(B)に示すように、2フィールド目の各画素eの信号電荷を一斉に垂直転送路Vに読み出し、図11(C)ないし(J)に示すように、今度は、1フィールド目とは逆方向に垂直転送を行っていく。このとき、高輝度部BSの上側に位置する10番から14番の画素eの信号電荷は、スミアSの影響を全く受けることなく出力される。この時、図12のF2に示すように、先のF1とは逆方向にスミアSが発生した画像が得られる。さらに、3フィールド目では、図11(K)ないし(N)に示すように、再び1フィールド目と同じ方向に垂直転送を行い、図12のF3に示すように、先のF1と同方向にスミアSが発生した画像が得られる。そして、このような動作を繰り返すことにより、奇数番目のフィールドと、偶数番目のフィールドとで、スミアSの発生する方向を固定、すなわち上下のいずれか1方向に導くことができる。そして、以上の奇数列の説明と同様に、偶数列でも同様の動作でスミアSの発生する方向を固定できる。なお、奇数列と偶数列とでは常に垂直転送の転送方向が逆転しているため、得られる画像上に発生するスミアSの方向も逆になる。
【0049】
続いて、本実施の形態によるスミア抑制動作について図13及び図14を参照して説明する。
【0050】
図13は、スミアSの発生した奇数フィールドの奇数列の画像データP11に、後述する遮光画素(水平遮光ライン)e2によるスミア検出状況の値e2Lと、スミアSが発生した列の垂直転送路Vに沿った輝度状況を示す値eLのグラフとを組み合わせたものである。また、図14は、スミアSの発生した奇数フィールドの偶数列の画像データP12に、スミアSが発生した列の垂直転送路Vに沿った輝度状況を示す値eLのグラフとを組み合わせたものである。
【0051】
すなわち、下部水平転送路H1から出力された信号電荷がアナログデジタル変換器14によりデジタル信号に変換された値である画像信号のうち、図1のCCD10の遮光画素(水平遮光ライン)e2に相当する部分の画素eの画像信号は、上記のメモリ19の特定領域に記録される。ここで水平遮光ラインとは、CCD10の受光面の上部及び下部に設けられたライン単位の遮光画素である。そして、これら水平遮光ラインは、本来は遮光されているため、この部分の信号レベルは暗黒に等しいが、CCD10がスミアSを発生している場合には、遮光部であっても先に説明した動作原理によりスミア電荷の影響を受け、スミアSが発生した水平位置に等しい部分に、明るい信号出力e2Laが表れる。なお、このスミアSの発生位置の検出は、上部水平転送路H2が選択されている時、すなわち、奇数フィールドの偶数列、あるいは、偶数フィールドの奇数列の画像で行う場合も、画面の上下関係を考慮すれば同様である。また、この図13において、VcはスミアSの水平方向の中心線、e2Lは画面下側の、すなわち、CCD10上側の水平遮光ラインによるスミア検出状況、eLは、スミアSの水平方向の中心線Vc上を垂直方向に走査した画面上の輝度状況を示している。さらに、Wsは水平遮光ライン上に検出されたスミアSの水平方向の幅、SLは左側のスミア境界、SRは右側のスミア境界、Dsはスミア基準レベルである。
【0052】
そして、CPU21は、水平遮光ラインの値e2Lと、予め定められたスミア基準レベルDsとを比較し、水平遮光ラインのデータのうち、スミア基準レベルDsを超えた領域をスミアSと判断し、このスミアSの領域の水平方向の境界の位置SL,SRと幅Wsとから、発生しているスミアSの水平方向の中心線Vcを求める。次に、メモリ19に記録されている画像データから、上記の水平方向の中心線Vc上で、画面の垂直方向に沿って画面下側から画像データP11を走査して輝度状況を示す値eLを得る。このスミアSの水平方向の中心線Vc上の値eLのうち、最もレベルの高い領域eLaを検知すると、そこから画面上側で画像データのレベルの落ち込む部分eLbの位置をスミア発生源である高輝度部BSの上端Ysoと認識する。また、レベルの高い領域eLaが画面の上端に接している場合は、高輝度部BSの上端Ysoは画面最上部と判断する。そして、CPU21は、これら上端Ysoと、左右のスミア境界SL,SRとで囲まれた領域を、奇数フィールドの奇数列がスミアSにより影響を受けている領域Soと判断する。
【0053】
次に、CPU21は、図14に示すように、奇数フィールドの偶数列の画像データP12について、先に得られたスミアSの水平方向の中心線Vcを画面の上側から走査して、奇数列と同様の処理で、スミア発生源である高輝度部BSの下端Yseを検出し、さらに、この下端Yseと、左右のスミア境界SL,SRとで囲まれた領域を、奇数フィールドの偶数列がスミアSにより影響を受けている領域S1と判断する。
【0054】
次いで、CPU21は、高輝度部BSの上端Ysoと下端Yseとから互いに等しい距離にある縦方向の位置を求め、高輝度部BSの垂直方向の中心線Hcとする。そして、このようにして得られたスミアSの発生状況は、画像処理回路20に通知される。
【0055】
そして、この画像処理回路20は、スミアSの発生が検知されるまでは、通常の処理、すなわち、図4(a)に示す奇数列の画像データP1と、図4(b)に示す偶数列の画像データP2とを用いて、画面の全ての領域について単純に互いを内挿する方法で図3に示す画像データP0の画像を再現する。一方、CPU21によりスミアSの発生と発生状況とが知らされると、画像処理回路20は、通常処理から以下に説明するスミア抑制画像処理へと処理手法を切り替える。
【0056】
すなわち、画面内の領域は、CPU21からの通知により、スミアSの発生のない領域、奇数列にスミアSの発生している領域、及び偶数列にスミアSの発生している領域に分類される。例えば、図13及び図14に示す例では、図15に示すように、スミアSの発生のない領域I,IIと、奇数列にスミアSの発生している領域IIIと、偶数列にスミアSの発生している領域IVとに分類される。なお、これら領域IIIと領域IVとの境界は、先に求めた高輝度部BSの垂直方向の中心線Hcである。そして、画像処理回路20は、スミアSの発生のない領域I,IIについては、通常の処理により奇数列と偶数列とから画像の再現を行うが、奇数列にスミアSの発生している領域IIIについては、偶数列のみから画像の再現を行い、偶数列にスミアSの発生している領域IVについては、奇数列のみから画像の再現を行う。
【0057】
すなわち、領域IIIは、奇数列のみにスミアSが発生しており、偶数列の画像はスミアSの影響を受けていない。そこで、この領域IIIでは、奇数列のデータを破棄して、偶数列のみから、例えば、線形補完法などの補間処理により、空白の奇数列データを演算により求め使用する。同様に、領域IVは、偶数列のみにスミアSが発生しており、奇数列の画像はスミアSの影響を受けていない。そこで、この領域IVでは、偶数列のデータを破棄して、奇数列のみから、例えば、線形補完法などの補間処理により、空白の偶数列データを演算により求め使用する。このようにして、奇数列の画像データと偶数列の画像データとからスミアSの発生状況を考慮しつつ、画像再現を行うことにより、図16に示す画像P20のように、通常ではスミアSが発生する撮影条件においても、スミアSのない奇数フィールド画像を得ることができ、図6に示す画像P10を再現することができる。
【0058】
そして、上記の奇数フィールドの説明と同様に、偶数フィールドにおいても、奇数列と偶数列との垂直転送方向が逆になることを考慮すれば、奇数フィールドと同じ手法により、スミア抑制処理の施された偶数フィールド画像を得ることができる。
【0059】
このように、本実施の形態の撮像素子の駆動方法によれば、CCD10の、列毎に例えば奇数列と偶数列とで転送方向を反転可能な電極配線と、上部と下部とに出力部を2個設けた構造と、フィールド毎にすなわち奇数フィールドと偶数フィールドとで垂直転送方向を交互に逆転させる転送方法と、これらに応じた画像処理とにより、スミアSを高輝度部BSの反対側に交互に発生させ、スミアSの発生していない部分を利用して画像を構成することにより、従来の構成では画面の高輝度部BSから発生したスミアSが主要被写体上に重なり被写体の判別を困難にするほどの撮影条件であっても、確実にスミアSを除去することができ、すなわち効果的にスミアSを抑制でき、容易に画質を向上できる。
【0060】
すなわち、(1)受光領域の上下に2系統の水平転送路H1,H2を設け、受光部の画素eは2組の垂直転送路Vの縦列、例えば偶数列と奇数列とに分けられていて、互いに同時に逆方向に、上部水平転送路H2と下部水平転送路H1とへ向けて信号電荷を転送できる垂直転送路Vを備えたCCD10を用い、(2)フィールド毎に各縦列の垂直転送路Vの垂直転送方向を前のフィールドとは逆方向にすることで、スミアSの発生方向を高輝度部BSに対して上下いずれか一方向に固定でき、すなわち、偶数列の画像と奇数列の画像とで、スミアSの発生位置を互いに排他的にできる。そして、(3)フィールドごとに、偶数列、奇数列の画像、いわば列画像上のスミアSの発生状況を判別して、双方にスミアSの無い領域では、上下の水平転送路H1,H2から出力された列画像を合成し、すなわち互いを内挿し、片方のみにスミアSの発生している領域では、スミアSが発生していない側の列画像のみを用いて補完処理を行い、1枚のフィールド画像を完成させる。そして、この(3)の動作を繰り返すことにより、スミアSのない良好な連続したフィールド画像を得ることができる。
【0061】
また、スミアSの発生状況の判別については、受光面の上部あるいは下部に遮光画素(水平遮光ライン)e2を設けたため、この遮光画素e2の信号状況から、スミアSの水平座標及び幅を容易に特定できるとともに、このスミアS上を垂直方向に走査することにより、明るさの変化からスミアSの垂直座標上の発生基準位置を特定し、すなわち、最も輝度の高い部分から落ち込む部分をスミアSの境界として、垂直座標及び幅を容易に特定でき、画面上のスミアSの発生領域を正確に判断できる。
【0062】
さらに、このように、CCD10に水平転送路H1,H2すなわち出力部を2個設けた構成を採ることにより、副次的に、1画素e当たりの信号電荷の読み出し速度、すなわち、垂直転送路Vの転送速度、あるいは水平転送路H1,H2の転送速度を上げることなく、従来の2倍のフレームレート、すなわち、信号電荷の読み出し時間を従来の半分とすることができ、1秒あたりのコマ数を2倍にすることも容易に可能になる。さらに、この構成は、1秒あたりのコマ数を2倍にして動きの速い被写体を高い時間解像度で撮影できるほか、フレームレートは従来のままとした場合、1画素あたりの読み出し速度は従来のままにとどめても、従来の倍の画素数のCCDまで扱うことができる。すなわち、より画素数の多い、空間解像度の高い高精細画像を容易に得ることにもつながり、スミアSの抑制を含め、総合的に極めて高い画質を実現することができる。
【0063】
また、本実施の形態では、構造の複雑化を最小限に抑制し、製造コストなどコストの上昇を抑制できる。
【0064】
すなわち、チップ面積が倍になるフレームインターライントランスファ方式のCCDに較べて、チップ面積は従来のままなので、コストの上昇を抑制できるとともに、スミアSをより効果的に、ほぼ完全に除去できる。
【0065】
また、CCDを2個使用する構成に較べ、CCD10は1個であるため、単純にコストを低減でき、また、CCDを2個使用する構成で必要な多軸調整による画角合わせ、及び2個のCCDの特性差補償のための調整を不要にして、コストを削減できるとともに、2個目のCCDによる消費電力の増加を抑制でき、さらに、入射光を分割することによる感度の低下も防止できる。
【0066】
さらに、スミアSのない、高いフレームレートの動画像を得られるため、従来になく高速、高精度の自動露出制御や、オートフォーカスなどの機能動作を実現することも可能になる。
【0067】
なお、上記の実施の形態では、撮像装置1は、動画を撮影するデジタルビデオカメラについて説明したが、この構成に限られず、CCDを用いる機器に広く適用することができる。例えば、静止画を撮影可能なデジタルカメラについても、メカニカルシャッタなどを用いずに、スミアSを低減できる。
【0068】
また、上記の実施の形態では、高輝度部BSを原因とするスミアSの除去について説明したが、この構成に限られず、垂直転送路上の1点などに発生した障害により、この障害部分を超える信号電荷の転送に障害が生じている場合にも、この障害部分を除き、画像を取得することが可能になる。
【0069】
【発明の効果】
請求項1記載の撮像素子によれば、画素から各垂直転送路に読み出された信号電荷を、各垂直転送路により正方向及び逆方向に交互に転送することにより、これら信号電荷は、第1の水平転送路及び第2の水平転送路から各出力部を介して出力される。そこで、これら出力された信号を処理することにより、画像が得られる。そして、画素から読み出された信号電荷は、各垂直転送路を正方向及び逆方向に交互に転送され、第1の水平転送路と第2の水平転送路とを利用することにより、信号電荷の転送量を容易に向上できるとともに、垂直転送路の一部分で転送中の信号電荷に他の信号が加わるスミアが生じる場合にも、このスミアの発生方向を制御でき、この垂直転送路で転送する全ての信号電荷にスミアが生じることを防止できる。そこで、出力された信号を処理することにより、スミアを抑制し、画質を向上することが可能になる。
【0070】
請求項2記載の撮像素子によれば、請求項1記載の効果に加え、1列毎に反対方向に信号電荷を転送することにより、スミアのある信号を精度良く補完して画質を向上できる。
【0071】
請求項3記載の撮像素子によれば、請求項1記載の効果に加え、複数列ずつグループ化した垂直転送路で信号電荷を転送することにより、複数列の信号をグループとして処理することが可能になる。
【0072】
請求項4記載の撮像素子によれば、請求項1ないし3いずれか一記載の効果に加え、画素は、受光領域に配置された感光画素と、光が遮光された遮光画素とを備えたため、遮光画素の信号を測定することにより、信号電荷に他の信号が加わるスミアが生じたか否かを容易に判定できる。
【0073】
請求項5記載の撮像装置によれば、請求項1ないし4いずれか一記載の撮像素子を用いたため、撮像素子の画素から各垂直転送路に読み出された信号電荷を、各垂直転送路により正方向及び逆方向に交互に転送することにより、これら信号電荷は、第1の水平転送路及び第2の水平転送路から各出力部を介して出力される。そこで、これら出力された信号を制御手段で処理することにより、画像を得ることができる。そして、画素から読み出された信号電荷は、各垂直転送路を正方向及び逆方向に交互に転送されるため、垂直転送路の一部分で転送中の信号電荷に他の信号が加わるスミアが生じる場合にも、このスミアの発生方向を制御でき、この垂直転送路で転送する全ての信号電荷にスミアが生じることを防止できる。そこで、出力された信号を処理することにより、スミアを抑制し、画質を向上できる。
【0074】
請求項6記載の撮像装置によれば、請求項5記載の効果に加え、制御手段は、画素から読み出された信号電荷以外の信号が加えられたスミアのある信号を判定し、スミアのある信号を、他の画素の信号から補完するため、画素から読み出された信号電荷以外の信号が加えられたスミアの抑制が可能になる。
【0075】
請求項7記載の撮像装置によれば、請求項6記載の効果に加え、画素は、受光領域に配置された感光画素と、光が遮光された遮光画素とを備え、制御手段は、遮光画素の信号電荷を監視して、画素から読み出された信号電荷以外の信号が加えられたスミアのある信号を判定するため、信号電荷に他の信号が加わるスミアが生じたか否かを容易に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撮像素子の一実施の形態を示す説明図である。
【図2】同上撮像素子を備えた撮像装置の構成図である。
【図3】同上撮像装置により撮像する画像の説明図である。
【図4】同上撮像装置により撮像した画像データの説明図である。(a)は奇数フィールドの奇数列の画像データ(b)は奇数フィールドの偶数列の画像データ
【図5】同上撮像装置により撮像した奇数フィールドの偶数列の画像データの説明図である。
【図6】同上撮像装置により撮像する画像の説明図である。
【図7】同上撮像装置により撮像した画像データの説明図である。
(a)は奇数フィールドの奇数列の画像データ
(b)は奇数フィールドの偶数列の画像データ
【図8】スミアが発生した画像データの説明図である。
【図9】スミアが発生する過程を示す説明図である。
【図10】同上スミアが発生する過程を示す説明図である。
【図11】本発明の撮像素子の動作を示す説明図である。
【図12】同上撮像素子の動作を示す説明図である。
【図13】同上撮像素子の動作を示す説明図である。
【図14】同上撮像素子の動作を示す説明図である。
【図15】同上撮像素子の動作を示す説明図である。
【図16】同上撮像素子によりスミアが除去された画像データの説明図である。
【符号の説明】
1  撮像装置
10  撮像素子としてのCCD
11  制御手段を構成するCCD駆動回路
20  制御手段を構成する画像処理回路
21  制御手段を構成するCPU
e  画素
e1  感光画素
e2  遮光画素
H1  第1の水平転送路としての下部水平転送路
H2  第2の水平転送路としての上部水平転送路
OP1  第1の出力部としての下部出力部
OP2  第2の出力部としての上部出力部
S  スミア
V  垂直転送路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging device and an imaging device using a charge-coupled device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a CCD solid-state imaging device (hereinafter, referred to as a CCD) is generally used as an image sensor of an imaging device such as a video camera or a digital still camera. This CCD is widely used because of its excellent balance between cost and performance.
[0003]
On the light-receiving surface of the CCD, there are provided a number of pixels as light-receiving elements that are arranged in a grid and accumulate signal charges according to the intensity of light, and a plurality of vertical transfer units that read and transfer signal charges from these pixels. And a horizontal transfer path for transferring the signal charge transferred from each vertical transfer path to the output unit.
[0004]
Here, since the vertical transfer path is also sensitive to light, smear charges, which are noise charges, are generated in the vertical transfer path by light passing through the light shielding structure in a light receiving region where an extremely strong light is imaged. Then, in the process of transferring the signal charges to the output section, the smear charges are added to the signal charges being transferred, and the smear (a high-luminance portion spreads in a band shape at a position along the vertical transfer path in the output image). There is a problem that a phenomenon called “smear) occurs.
[0005]
In this regard, the two CCDs are arranged upside down with respect to each other, and the image-forming light passing through the same optical system is divided into two by a prism or the like to form an image on each CCD, and is provided in the direction opposite to the horizontal transfer path. There is known a method of adding an operation of sweeping smear to a drain, and obtaining one image from which smear is removed from these two images (for example, see Patent Document 1).
[0006]
However, in such a configuration using two CCDs, although the area and structure of each CCD do not greatly differ from those of a normal CCD in terms of manufacturing cost, there is a problem that the cost increases because two CCDs are used. Have. Further, the power consumption of an imaging device using two CCDs increases. Furthermore, multi-axis position adjustment for obtaining exactly the same light receiving angle of view between two CCDs requires high precision, and as a result, causes a significant increase in cost. Further, since the incident light is divided into two, the sensitivity is reduced by half, and particularly, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) in a dark condition is deteriorated, and the image quality is deteriorated. In addition, in the case of sensitivity and color between two CCDs, an adjustment process for compensating for a characteristic difference such as a spectral transmission characteristic is required, which causes a problem of increasing costs.
[0007]
In this regard, in order to prevent this smear, a light-shielding storage unit for one screen whose entire surface is completely shielded from light is provided separately from the light-receiving surface. There has been proposed a CCD called a frame interline transfer system having a configuration for transferring data to a CCD.
[0008]
However, such a frame interline transfer type CCD requires a chip area for two screens, requires a complicated structure and a special high-speed driving operation, and it is difficult to reduce the manufacturing cost of the element. have. In addition, although the smear can be largely suppressed by combining with the aperture mechanism of the optical system, there is a problem that the smear cannot always be sufficiently removed depending on the intensity of light.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3108702
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the configuration using two CCDs causes problems such as an increase in power consumption, a decrease in sensitivity, and a need for high-precision adjustment, resulting in a significant increase in cost. Further, in the configuration using the frame interline transfer type CCD, it is difficult to reduce the manufacturing cost of the element, and there is a problem that smear cannot always be sufficiently removed.
[0011]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide an imaging device and an imaging device that can improve image quality while suppressing an increase in cost.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The image pickup device according to claim 1 includes a plurality of pixels each of which photoelectrically converts and accumulates a signal charge, and a charge-coupled device that reads the signal charge from these pixels and transfers the read signal charge in a forward direction and a reverse direction. A plurality of vertical transfer paths grouped into a plurality of groups that transfer signal charges in opposite directions, and signal charges are transferred from one end of each of the vertical transfer paths, and the transferred signal charges are transferred. Signal charges are transferred from the first horizontal transfer path to be output to the first output section and the other end of each of the vertical transfer paths. The transferred signal charges are transferred and output to the second output section. And a second horizontal transfer path.
[0013]
In this configuration, the signal charges read from the pixels to the respective vertical transfer paths are alternately transferred in the forward and reverse directions by the respective vertical transfer paths, whereby the signal charges are transferred to the first horizontal transfer path. And output from the second horizontal transfer path via each output unit. Thus, an image is obtained by processing these output signals. Then, the signal charges read from the pixels are alternately transferred in each of the vertical transfer paths in the forward direction and the reverse direction, and the signal charges are transferred by using the first horizontal transfer path and the second horizontal transfer path. In the case where the amount of transfer is easily improved and the smear in which another signal is added to the signal charge being transferred in a part of the vertical transfer path, the direction in which the smear is generated is controlled, and the transfer is performed through the vertical transfer path. Smear is prevented from occurring in all signal charges. Therefore, by processing the output signal, smear can be suppressed and image quality can be improved.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the image sensor of the first aspect, the vertical transfer path transfers signal charges in the opposite direction for each column.
[0015]
In this configuration, by transferring the signal charges in the opposite direction for each column, it is possible to accurately complement a smeared signal and improve the image quality.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the image sensor of the first aspect, the vertical transfer paths are grouped by a plurality of columns, and each group transfers signal charges in the same direction.
[0017]
In this configuration, by transferring the signal charges through the vertical transfer paths grouped by a plurality of columns, it becomes possible to process a plurality of columns of signals as a group.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the image sensor according to any one of the first to third aspects, the pixels include a photosensitive pixel arranged in a light receiving region and a light-shielded pixel that blocks light. .
[0019]
Then, in this configuration, by measuring the signal of the light-shielded pixel, it is easily determined whether or not a smear in which another signal is added to the signal charge has occurred.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an imaging device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the imaging device is controlled to reverse the transfer direction of each vertical transfer path for each screen, and A control unit configured to process a signal output from each output unit of the imaging element to form an image.
[0021]
In this configuration, since the image pickup device according to any one of claims 1 to 4 is used, the signal charges read out from the pixels of the image pickup device to the respective vertical transfer paths are transferred in the forward and reverse directions by the respective vertical transfer paths. , The signal charges are output from the first horizontal transfer path and the second horizontal transfer path via the respective output units. Then, an image is obtained by processing these output signals by the control means. Then, the signal charges read from the pixels are alternately transferred in each of the vertical transfer paths in the forward direction and the reverse direction, so that a smear occurs in which a signal is being transferred and another signal is added to a part of the vertical transfer paths. Also in this case, the direction in which the smear is generated is controlled, so that the smear is prevented from being generated in all the signal charges transferred in the vertical transfer path. Thus, by processing the output signal, smear can be suppressed and image quality can be improved.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in the imaging apparatus according to the fifth aspect, the control unit determines a smeared signal to which a signal other than the signal charge read from the pixel is added, and determines the smeared signal. , From the signals of other pixels.
[0023]
In this configuration, it is possible to suppress smear to which a signal other than the signal charge read from the pixel is added.
[0024]
According to a seventh aspect of the present invention, in the imaging device according to the sixth aspect, the pixel includes a photosensitive pixel disposed in the light receiving region and a light-shielded pixel whose light is shielded, and the control unit controls a signal of the light-shielded pixel. The charge is monitored to determine a smeared signal to which a signal other than the signal charge read from the pixel is added.
[0025]
In this configuration, the control unit monitors and measures the signal of the light-shielded pixel, so that it is easy to determine whether or not a smear in which another signal is added to the signal charge has occurred.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an imaging device and an imaging device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an imaging device, which is, for example, a digital video camera that captures, records, and displays a moving image. The image pickup apparatus 1 includes a CCD 10 as an image pickup device, a CCD drive circuit 11 constituting control means for driving the CCD 10, a pair of analog processing circuits 12 constituting image processing means to which an output of the CCD 10 is inputted, 13, analog-digital (A / D) converters 14 and 15 to which the outputs of the analog processing circuits 12 and 13 are input, and a memory controller 18 to which the outputs of the analog-digital converters 14 and 15 are input. Further, the memory controller 18 is connected with a memory 19 for temporarily storing image data and the like, an image processing circuit 20 constituting a control means for processing the image data, and a recording unit interface 22 for inputting and outputting image data. You. Further, a display interface 23 to which an output of the memory controller 18 is input is connected to the memory controller 18. Further, an image recording unit 25 for recording and reproducing image data is connected to the recording unit interface 22, and an image display unit 26 for displaying image data and setting status is connected to the display unit interface 23. Further, a CPU 21 constituting control means for controlling these components is connected to the CCD driving circuit 11, the analog processing circuits 12, 13, the memory controller 18, the image processing circuit 20, and the like. Further, although not shown, the imaging device 1 includes operation means such as a release button and a changeover switch, a power supply device, an input / output device, an optical system such as a lens and an aperture mechanism, and a housing.
[0028]
The CCD 10 is a charge transfer type solid-state imaging device and a CCD image sensor using a charge coupled device. As shown in FIG. 1, the CCD 10 has a two-dimensional grid on a light receiving surface. And a plurality of pixels e each of which accumulates signal charges according to the intensity of light. Between the columns of the pixels e, a plurality of vertical transfer paths (vertical CCDs) V, that is, a plurality of vertical transfer paths (vertical CCDs) for reading signal charges from the pixels e and transferring the signal charges in a predetermined direction (hereinafter, referred to as a vertical direction or a vertical direction). The first to eighth (n) th vertical transfer paths V1 to V8 (n) are connected to the upper and lower ends of these vertical transfer paths V, that is, disposed at the lower part and upper part of the light receiving surface and orthogonal to a predetermined direction. A pair of upper and lower horizontal transfer paths (horizontal CCDs) H for transferring signal charges in a direction (hereinafter referred to as a horizontal direction), that is, a lower horizontal transfer path H1 as a first horizontal transfer path and an upper part as a second horizontal transfer path. And a horizontal transfer path H2.
[0029]
The pixels e are mostly light-sensitive pixels e1 that are exposed to light, but light-shielded pixels (horizontal light-shielded lines) e2 that are not exposed to light due to a light-shielding structure are provided at upper and lower ends of each column. . Further, a lower output section OP1 as a first output section and an upper output section OP2 as a second output section are provided at the downstream end, which is one end of each of the horizontal transfer paths H1 and H2, respectively. Analog signals constituting the image signal are output simultaneously. Although the number of pixels e is extremely small in FIG. 1 for ease of explanation, the number of pixels e is actually set, for example, from tens of thousands to several millions. You. Further, the number of pixels e is not limited to these, and is set as appropriate.
[0030]
Further, although not shown, the CCD 10 drives the vertical transfer path V, and includes a gate wiring as a wiring unit accompanied by a charge reading operation. The gate lines are independent of each other in a group of odd columns indicated by vertical transfer paths V1, V3, V5 and V7 and a group of even columns indicated by vertical transfer paths V2, V4, V6 and V8. Each system is provided with a necessary number of systems so that signal charges can be freely transported in the forward and reverse directions. That is, in the present embodiment, as shown by an arrow in FIG. 1, for example, the groups of the odd-numbered vertical transfer paths V1, V3, V5, and V7 are simultaneously moved in the forward direction (downward) by the drive signal from the CCD drive circuit 11. ), And the group of the even-numbered vertical transfer paths V2, V4, V6, and V8 are simultaneously driven in the opposite direction (upward), and the odd-numbered vertical transfer paths V1, V3, V5, and V7 are simultaneously driven. The vertical transfer directions of the even-numbered vertical transfer paths V2, V4, V6, and V8 can be opposite to each other. In addition, a group of odd-numbered columns can be transferred in a reverse direction, and a group of even-numbered columns can be transferred in a normal direction in a direction opposite to the arrow in FIG. 1 by a drive signal from the CCD drive circuit 11.
[0031]
Note that the gate wiring is not limited to a configuration in which the odd lines and the even lines are alternately and independently controlled for each column. For example, the gate lines are repeated every two columns (V1, V2, V5, V6, and V3, V4, V7 and V8 are conveyed in the same direction as a group), or repeated every three rows, or repeated one row and two rows (V1, V4, V7 and V2, V3, V5, V6, V8 are conveyed in the same direction). Further, the configuration of the gate wiring is set according to the color filter array of the pixels and whether the processing is interlace processing or progressive processing.
[0032]
In the imaging device 1, a signal output from the lower output unit OP1 of the CCD 10 is input to an analog processing circuit 12, where analog processing such as correlated double sampling and signal amplification by an amplifier is performed. Next, this signal is input to the analog-to-digital converter 14 and converted from an analog signal to a digital signal (hereinafter, referred to as digital image data or simply image data). Next, the image data is temporarily stored in the memory 19 by the memory controller 18. Similarly, the signal output from the upper output unit OP2 of the CCD 10 passes through the analog processing circuit 13 and the analog-to-digital converter 15, and is temporarily stored in the memory 19 by the memory controller 18.
[0033]
In the present embodiment, in capturing a moving image, of the signal charges that are simultaneously read from the pixels e to the vertical transfer path V, for example, in the first field as one screen, the odd-numbered column vertical transfer path V1 is used. , V3, V5, and V7 are transferred to the lower side and output from the lower output unit OP1 via the lower horizontal transfer path H1. At the same time, the signal charges of the vertical transfer paths V2, V4, V6, and V8 in the even columns are transferred upward and output from the upper output unit OP2 via the upper horizontal transfer path H2. In the subsequent second field as one screen, the signal charges of the odd-numbered vertical transfer paths V1, V3, V5, and V7 are transferred to the upper side, and conversely to the first field, and are transferred through the upper horizontal transfer path H2. In addition to being output from the output unit OP2, the signal charges of the even-numbered vertical transfer paths V2, V4, V6, and V8 are transferred to the lower side, and output from the lower output unit OP1 via the lower horizontal transfer path H1. Subsequently, the third field is the same as the first field, the fourth field is the same as the second field, and so on. The operation of alternately reciprocating in the direction is repeated.
[0034]
Here, for example, assuming that the image data P0 shown in FIG. 3 is an original image, the digital image data for one field temporarily stored in the memory 19 is shown in FIG. The image data is divided into two groups, i.e., odd-numbered image data P1 and even-numbered image data P2 shown in FIG. The image processing circuit 20 stores the two groups of image data P1 and P2 from the memory 19 before performing so-called general image processing (hereinafter, referred to as image processing) as performed by a conventional imaging apparatus. The image data P0 shown in FIG. 3 is read out and the field of one completed screen is reconstructed from the image data P1 and P2, that is, the image data P0 shown in FIG. The image processing may be performed after the reconstruction of the image data P0 is completed as described above, or the image processing may be performed simultaneously while partially reconstructing the image data P0.
[0035]
In FIG. 4A and FIG. 4B, in order to clearly represent the odd-numbered row image data P1 and the even-numbered row image data P2, a blank stripe-shaped blank data area is shown. However, in the memory 19, valid image data is continuously recorded without gaps, and such a blank data area does not exist.
[0036]
Further, if the image data P2 in the even-numbered column is recorded in the memory 19 as it is in the output order of the data without any special treatment, the image data P2a shown in FIG. Although the top and bottom are in a state opposite to that of P2, the memory controller 18 considers the address given to the memory 19 at the time of recording or reading to the memory 19 so as to be upside down. It can be handled as image data in the same state as the image data P2 shown, ie, in the same direction as the image data P1 in the odd-numbered columns. Hereinafter, these processes will not be particularly described for ease of explanation.
[0037]
The processed image data that has been reconstructed and subjected to image processing as described above is temporarily recorded again using a part of the memory 19 as a video memory, or the above-described image processing is completed. The data is sent to the display interface 23 immediately and sequentially from the pixel unit data, and is displayed as an image by the image display unit 26. Further, in some cases, the image data is subjected to image data compression processing or the like in accordance with a user operation or the like, and then is recorded as image data for recording in the image recording unit 25 via the recording unit interface 22. Here, the image recording unit 25 is constituted by a non-volatile recording medium such as a magnetic tape, a magnetic disk, a magneto-optical disk, an optical disk, and a flash memory. It has become so.
[0038]
Next, the appearance of smear according to the present embodiment and the principle thereof will be described.
[0039]
First, as in the shooting condition (scene) of the image P10 shown in FIG. 6, when shooting a scene such as the sun in which a high-brightness portion BS which is a very bright luminescent spot exists in the screen, that is, on the light receiving surface of the CCD 10, In the case where there is a light receiving area (bright point) where an extremely strong light is imaged, the smear S which is a defect has a high luminance as shown in FIG. Spread both above and below the part BS.
[0040]
On the other hand, in the present embodiment, for each vertical transfer path V, the lower horizontal transfer path H1 and the upper horizontal transfer path H2 in the explanatory diagram of the CCD 10 in FIG. 1 are alternately selected, and the transfer direction of each vertical transfer path V is changed. Since the image is turned upside down for each field, when shooting a scene such as the sun where the high-brightness portion BS which is a remarkably bright luminescent spot exists, such as the sun, as in the shooting condition (scene) of the image P10 shown in FIG. That is, when there is a light receiving area where extremely intense light forms an image on the light receiving surface of the CCD 10, the obtained image data is, for example, in the case of an odd field, image data P11 of an odd column shown in FIG. With the even-numbered image data P12 shown in FIG. 7B, the direction in which the smear S occurs with respect to the high luminance portion BS in the screen is fixed to one of the upper and lower directions. For example, as shown in FIG. 7, in the case of an odd-numbered field, the smear S is generated in the odd-numbered row from the high-luminance part BS to the lower side of the screen, and in the even-numbered row, from the high-luminance part BS to the upper side of the screen. In an even-numbered field, these relations are reversed. In an odd-numbered row, smear S is generated from the high-brightness part BS toward the upper side of the screen, and in an even-numbered row, a smear S is generated from the high-brightness part BS toward the lower side of the screen. In this way, by setting the transfer direction of the vertical transfer path V alternately in the opposite direction for each field, the direction in which the smear S is generated with respect to the high luminance portion BS on the screen can be fixed to one of the upper and lower directions.
[0041]
Here, the reason why the generation direction of the smear S can be fixed by the operation of the vertical transfer path V of the present embodiment will be described.
[0042]
FIGS. 9A to 11A to 11N illustrate one of the internal structure of the CCD 10 shown in FIG. 1 in which an odd column of the pixel e and the vertical transfer path V is extracted. Also, numbers 1 to 14 are assigned in order from the bottom to make it easier to understand the transfer state of the signal charges of the pixel e. That is, here, the upper and lower ends 1 and 14 are light-shielded pixels e2, and the other 2 to 13 pixels are photosensitive pixels e1. Further, a circle indicates a high-brightness portion BS having a light amount sufficient to generate smear S. Here, a high-brightness image is formed in the vicinity of the ninth pixel e. I have.
[0043]
FIG. 9 is an explanation of a conventional general operation in which the vertical transfer path V is always transferred in one direction, that is, downward.
[0044]
First, from the state of FIG. 9A, the signal charges of the respective pixels e are simultaneously read out to the vertical transfer path V by the charge readout pulse as shown in FIG. 9B. Next, as shown in FIG. 9C, the signal charges are transferred to the lower side by one stage on the vertical transfer path V, and further, as shown in FIG. 9D, the signal charges are transferred on the vertical transfer path V. It is transferred one step down. Here, as shown in FIGS. 9C and 9D, the signal charge of the tenth pixel e was not affected by the high-luminance part BS at the time of being read out to the vertical transfer path V. 5 shows that when the light passes through the high-luminance portion BS in the process of moving in the vertical transfer path V, the state changes to a state in which smear (smear charge) S is added to the original signal charge. Note that the mixed signal charges of smear S are indicated by oblique lines. Further, as shown in FIGS. 9 (E), 9 (F), and 9 (G), when the vertical transfer is advanced, the light is originally shielded and immediately after readout to the vertical transfer path V shown in FIG. 9 (B). Then, as shown in black, the pixel signals that were initially above the high-brightness portion BS, including the signal charges of the 14th pixel e whose signal charges were almost 0, were all smear S during the transfer process. The state is added. Further, as the vertical transfer proceeds, as shown in FIGS. 9 (H) and 9 (I), the smear S is also formed in the empty portion of the vertical transfer path V, that is, in the area where the transfer of the signal charge of each pixel e has been completed. When the reading of the signal charges of all the pixels e is completed, the smear S is provided on the lower vertical transfer path V with respect to the high-brightness part BS as shown in FIG. Is stored.
[0045]
In the description with reference to FIG. 9, the upper side or the lower side of the high-brightness portion BS is an expression in the drawing direction of the drawing, that is, the vertical direction of the CCD 10 arranged with respect to the optical system. . Therefore, since the subject image passing through the optical system is formed on the CCD 10 in a state where the top and bottom are reversed, the top and bottom relation of the screen of the image actually shot is reversed. For example, FIGS. 9A to 9J show a situation in which smear S occurs in the 9th to 14th pixels e in the upward direction of the high-brightness portion BS. In the image obtained at this time, F1 in FIG. As shown, the occurrence of smear S is seen in the lower direction of the screen. As described above, FIGS. 9A to 9J show the situation until F1 in FIG. 10 which is the first field in which a moving image is captured is obtained.
[0046]
Next, a state in which the signal charges of the respective pixels e in the second field are output from the state of FIG. 9J, that is, the state in which the output of the signal charges of all the pixels e in the first field is completed. . That is, in FIG. 9 (J), due to the above-described operation, the electric charges due to the smear S already exist in the region below the high luminance portion BS of the vertical transfer path V. Here, as shown in FIG. 9 (K), the signal charges of the respective pixels e in the second field are simultaneously read out to the vertical transfer path V. Then, the signal charges of the first to ninth pixels e are already affected by the smear S here. From this state, as shown in FIGS. 9 (L), 9 (M) to 9 (N), vertical transfer is performed in the same manner as in the first field, and the signal charge of the pixel e is output. As described above, the signal charges of all the pixels e are affected by the smear S. Thereafter, reading is performed in the state of FIG. 9 (N), so that the same result is obtained in the third and subsequent fields.
[0047]
As described above, when a moving image is photographed by the conventional operation, if the high-brightness portion BS that is the source of the smear S exists at any one point of the vertical transfer path V, all signal charges passing through the vertical transfer path V Will be affected by smear S. In this way, as shown in FIG. 8, the smear S spreads above and below the high luminance portion BS.
[0048]
Next, the operation of the present embodiment for reversing the direction of the vertical transfer between the odd field and the even field will be described with reference to FIGS. Here, A in FIG. 11 shows the state of J in FIG. 9, that is, the state immediately after the image shown in F1 in FIG. 12 has already been obtained after outputting the first field. Then, from the state shown in FIG. 11A, as shown in FIG. 11B, the signal charges of the pixels e in the second field are simultaneously read out to the vertical transfer path V, and the state shown in FIGS. As shown in J), vertical transfer is performed in the direction opposite to the first field. At this time, the signal charges of the tenth to fourteenth pixels e located above the high luminance portion BS are output without being affected by the smear S at all. At this time, as shown by F2 in FIG. 12, an image in which smear S has occurred in the direction opposite to the previous F1 is obtained. Further, in the third field, as shown in FIGS. 11 (K) to 11 (N), vertical transfer is performed again in the same direction as in the first field, and as shown in F3 in FIG. An image in which smear S has occurred is obtained. By repeating such an operation, the direction in which the smear S is generated can be fixed in the odd-numbered field and the even-numbered field, that is, guided in one of the upper and lower directions. Then, similarly to the description of the odd-numbered column, the direction in which the smear S occurs can be fixed by the same operation in the even-numbered column. Since the transfer direction of the vertical transfer is always reversed between the odd columns and the even columns, the direction of the smear S generated on the obtained image is also reversed.
[0049]
Subsequently, the smear suppressing operation according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0050]
FIG. 13 shows a value e2L of a smear detection state by a light-shielded pixel (horizontal light-shielded line) e2 described later and a vertical transfer path V of a column in which the smear S has occurred, in image data P11 of an odd-numbered column of an odd field in which smear S has occurred. Is combined with a graph of a value eL indicating a luminance situation along the line. FIG. 14 is a combination of image data P12 of an even-numbered column of an odd field in which smear S has occurred and a graph of a value eL indicating a luminance situation along the vertical transfer path V of the column in which smear S has occurred. is there.
[0051]
That is, among the image signals whose signal charges output from the lower horizontal transfer path H1 are converted into digital signals by the analog-to-digital converter 14, they correspond to the light-shielded pixels (horizontal light-shielded lines) e2 of the CCD 10 in FIG. The image signal of the partial pixel e is recorded in the specific area of the memory 19 described above. Here, the horizontal light-shielding lines are light-shielded pixels in line units provided above and below the light receiving surface of the CCD 10. Since these horizontal light-shielding lines are originally light-shielded, the signal level of this part is equal to dark. However, when the CCD 10 generates smear S, the light-shielding part is described above. A bright signal output e2La appears at a portion equal to the horizontal position where the smear S is generated due to the influence of the smear charge due to the operation principle. The detection of the occurrence position of the smear S is performed when the upper horizontal transfer path H2 is selected, that is, when the image is of an even column of an odd field or an odd column of an even field. Is the same as above. In FIG. 13, Vc is the center line of smear S in the horizontal direction, e2L is the smear detection state by the horizontal light-shielding line on the lower side of the screen, that is, the upper side of CCD 10, and eL is the center line Vc of smear S in the horizontal direction. It shows the luminance situation on the screen that has been scanned vertically in the upper direction. Further, Ws is the horizontal width of the smear S detected on the horizontal light shielding line, SL is the left smear boundary, SR is the right smear boundary, and Ds is the smear reference level.
[0052]
Then, the CPU 21 compares the value e2L of the horizontal light-shielded line with a predetermined smear reference level Ds, and determines the area of the data of the horizontal light-shielded line that exceeds the smear reference level Ds as smear S. The horizontal center line Vc of the generated smear S is determined from the horizontal boundaries SL and SR of the smear S region and the width Ws. Next, from the image data recorded in the memory 19, the image data P11 is scanned from the lower side of the screen along the vertical direction of the screen on the horizontal center line Vc to obtain a value eL indicating the luminance situation. obtain. When the region eLa having the highest level is detected from the value eL of the smear S on the center line Vc in the horizontal direction, the position of the portion eLb where the level of the image data falls on the upper side of the screen therefrom is determined as the high luminance which is the smear generating source. It is recognized as the upper end Yso of the unit BS. When the high-level area eLa is in contact with the upper end of the screen, the upper end Yso of the high-luminance part BS is determined to be the uppermost part of the screen. Then, the CPU 21 determines that the area surrounded by the upper end Yso and the left and right smear boundaries SL and SR is the area So in which the odd columns of the odd field are affected by the smear S.
[0053]
Next, as shown in FIG. 14, the CPU 21 scans the horizontal center line Vc of the smear S obtained earlier from the upper side of the screen with respect to the image data P12 of the even-numbered column of the odd-numbered field, and In a similar process, the lower end Yse of the high-luminance portion BS, which is the smear generating source, is detected. Further, an area surrounded by the lower end Yse and the left and right smear boundaries SL and SR is represented by an even-numbered column of an odd field. It is determined that the area S1 is affected by S.
[0054]
Next, the CPU 21 obtains a vertical position at an equal distance from the upper end Yso and the lower end Yse of the high luminance portion BS, and sets the vertical position as the vertical center line Hc of the high luminance portion BS. Then, the occurrence state of the smear S obtained in this way is notified to the image processing circuit 20.
[0055]
Until the occurrence of smear S is detected, the image processing circuit 20 performs normal processing, that is, odd-numbered image data P1 shown in FIG. 4A and even-numbered image data P1 shown in FIG. The image of the image data P0 shown in FIG. 3 is reproduced by a method of simply interpolating all the regions of the screen using the image data P2 of FIG. On the other hand, when the occurrence and the occurrence state of the smear S are notified by the CPU 21, the image processing circuit 20 switches the processing method from the normal processing to the smear suppression image processing described below.
[0056]
That is, the areas in the screen are classified into areas where no smear S occurs, areas where smear S occurs in odd rows, and areas where smear S occurs in even rows, based on notification from the CPU 21. . For example, in the examples shown in FIGS. 13 and 14, as shown in FIG. 15, regions I and II where smear S does not occur, region III where smear S occurs in odd columns, and smear S in even columns. Are classified into the region IV in which The boundary between the region III and the region IV is the vertical center line Hc of the high-brightness portion BS previously obtained. Then, the image processing circuit 20 reproduces an image from the odd-numbered columns and the even-numbered columns in the areas I and II where no smear S is generated by the normal processing. For III, the image is reproduced only from the even columns, and for the region IV where the smear S occurs in the even columns, the image is reproduced only from the odd columns.
[0057]
That is, in the region III, the smear S occurs only in the odd-numbered columns, and the image in the even-numbered columns is not affected by the smear S. Therefore, in this area III, the odd-numbered column data is discarded, and blank odd-numbered column data is calculated and used only from the even-numbered columns by, for example, an interpolation process such as a linear interpolation method. Similarly, in the region IV, smear S occurs only in the even-numbered columns, and the image in the odd-numbered columns is not affected by the smear S. Therefore, in this region IV, the data of the even-numbered columns is discarded, and blank even-numbered column data is calculated and used only from the odd-numbered columns by, for example, an interpolation process such as a linear interpolation method. In this manner, by performing image reproduction from the odd-numbered column image data and the even-numbered column image data while considering the occurrence state of the smear S, the smear S is normally not generated as in the image P20 shown in FIG. Odd field images without smear S can be obtained even under the shooting conditions that occur, and the image P10 shown in FIG. 6 can be reproduced.
[0058]
Then, similarly to the description of the odd field, in the even field, the smear suppression process is performed by the same method as that of the odd field, considering that the vertical transfer directions of the odd column and the even column are reversed. Can be obtained.
[0059]
As described above, according to the driving method of the image pickup device of the present embodiment, the CCD 10 has the electrode wiring capable of reversing the transfer direction for each column, for example, the odd column and the even column, and the output unit at the upper and lower parts. A smear S is placed on the opposite side of the high-brightness portion BS by a structure in which two are provided, a transfer method for alternately reversing the vertical transfer direction for each field, that is, an odd field and an even field, and image processing according to these. By generating the image alternately and using an area where no smear S is generated, in the conventional configuration, the smear S generated from the high-brightness portion BS of the screen overlaps with the main subject, making it difficult to determine the subject. Thus, even under the photographing conditions such as, the smear S can be reliably removed, that is, the smear S can be effectively suppressed, and the image quality can be easily improved.
[0060]
That is, (1) two horizontal transfer paths H1 and H2 are provided above and below the light receiving region, and the pixels e of the light receiving section are divided into two columns of vertical transfer paths V, for example, an even column and an odd column. A CCD 10 provided with a vertical transfer path V capable of transferring signal charges toward the upper horizontal transfer path H2 and the lower horizontal transfer path H1 simultaneously in the opposite directions, and (2) vertical transfer paths in each column for each field. By making the vertical transfer direction of V the opposite direction to the previous field, the smear S generation direction can be fixed in one of the upper and lower directions with respect to the high-brightness portion BS. The occurrence position of the smear S can be mutually exclusive with the image. (3) For each field, the generation state of the smear S on the even-numbered row, odd-numbered row image, so-called column image, is determined. The output column images are combined, that is, interpolated, and in an area where only one of the smears S is generated, a complementation process is performed using only the column image on the side where no smear S is generated, and one image is obtained. Complete the field image of Then, by repeating the operation (3), a good continuous field image without smear S can be obtained.
[0061]
Further, regarding the determination of the occurrence state of the smear S, since the light shielding pixel (horizontal light shielding line) e2 is provided above or below the light receiving surface, the horizontal coordinate and the width of the smear S can be easily obtained from the signal state of the light shielding pixel e2. By scanning the smear S in the vertical direction, the generation reference position on the vertical coordinate of the smear S is specified from the change in brightness, that is, the portion falling from the portion having the highest luminance is determined by the smear S. As the boundary, the vertical coordinate and the width can be easily specified, and the occurrence area of the smear S on the screen can be accurately determined.
[0062]
Further, by adopting a configuration in which the CCD 10 is provided with two horizontal transfer paths H1 and H2, that is, two output units, the reading speed of signal charges per pixel e, that is, the vertical transfer path V Without increasing the transfer speed of the horizontal transfer paths H1 and H2, the frame rate that is twice the conventional rate, that is, the signal charge read time can be reduced to half of the conventional rate, and the number of frames per second can be reduced. Can easily be doubled. In addition, this configuration can double the number of frames per second to photograph a fast-moving subject with high time resolution, and if the frame rate is unchanged, the readout speed per pixel remains unchanged. However, even a CCD having twice as many pixels as a conventional CCD can be handled. In other words, it is possible to easily obtain a high-definition image having a larger number of pixels and a high spatial resolution, and it is possible to realize extremely high overall image quality including suppression of smear S.
[0063]
Further, in the present embodiment, it is possible to minimize the complexity of the structure and suppress an increase in cost such as manufacturing cost.
[0064]
That is, as compared with the frame interline transfer type CCD in which the chip area is doubled, the chip area remains the same, so that it is possible to suppress an increase in cost and to remove smear S more effectively and almost completely.
[0065]
Further, as compared with the configuration using two CCDs, the number of CCDs 10 is one, so that the cost can be simply reduced. This eliminates the need for adjustment for compensating for the characteristic difference between the CCDs, thereby reducing costs, suppressing an increase in power consumption by the second CCD, and preventing a decrease in sensitivity due to splitting of incident light. .
[0066]
Furthermore, since a moving image with a high frame rate without smear S can be obtained, it is possible to realize functional operations such as high-speed and high-precision automatic exposure control and auto-focusing, which have not been achieved in the past.
[0067]
In the above-described embodiment, the imaging device 1 is described as a digital video camera that shoots a moving image. However, the present invention is not limited to this configuration, and can be widely applied to devices using a CCD. For example, the smear S can be reduced without using a mechanical shutter or the like for a digital camera capable of shooting a still image.
[0068]
Further, in the above-described embodiment, the removal of the smear S caused by the high-brightness portion BS has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. Even when the transfer of the signal charge has a failure, an image can be obtained except for the failure portion.
[0069]
【The invention's effect】
According to the image pickup device of the first aspect, the signal charges read from the pixels to the respective vertical transfer paths are alternately transferred in the forward direction and the reverse direction by the respective vertical transfer paths. The signals are output from the first horizontal transfer path and the second horizontal transfer path via each output unit. Thus, an image is obtained by processing these output signals. Then, the signal charges read from the pixels are alternately transferred in each of the vertical transfer paths in the forward direction and the reverse direction, and the signal charges are transferred by using the first horizontal transfer path and the second horizontal transfer path. The transfer amount can be easily improved, and even when a smear in which a signal charge being transferred is added to another signal occurs in a part of the vertical transfer path, the direction in which the smear is generated can be controlled, and the transfer is performed using the vertical transfer path. Smear can be prevented from occurring in all signal charges. Therefore, by processing the output signal, it is possible to suppress smear and improve image quality.
[0070]
According to the imaging element of the second aspect, in addition to the effect of the first aspect, by transferring the signal charges in the opposite direction for each column, it is possible to accurately complement the smeared signal and improve the image quality.
[0071]
According to the image pickup device of the third aspect, in addition to the effect of the first aspect, by transferring the signal charges through the vertical transfer paths grouped by a plurality of columns, it is possible to process the signals of the plurality of columns as a group. become.
[0072]
According to the imaging device of the fourth aspect, in addition to the effect of any one of the first to third aspects, since the pixel includes the photosensitive pixel disposed in the light receiving area and the light-shielded pixel that blocks light, By measuring the signal of the light-shielded pixel, it is possible to easily determine whether or not smear in which another signal is added to the signal charge has occurred.
[0073]
According to the imaging device of the fifth aspect, since the imaging device of any one of the first to fourth aspects is used, the signal charges read from the pixels of the imaging device to the respective vertical transfer paths are transferred by the respective vertical transfer paths. By alternately transferring the signal charges in the forward direction and the reverse direction, these signal charges are output from the first horizontal transfer path and the second horizontal transfer path via each output unit. Then, an image can be obtained by processing these output signals by the control means. Then, the signal charges read from the pixels are alternately transferred in each of the vertical transfer paths in the forward direction and the reverse direction, so that a smear occurs in which a signal is being transferred and another signal is added to a part of the vertical transfer paths. Also in this case, the direction in which the smear is generated can be controlled, and it is possible to prevent the smear from being generated in all the signal charges transferred through the vertical transfer path. Therefore, by processing the output signal, smear can be suppressed and image quality can be improved.
[0074]
According to the imaging device of the sixth aspect, in addition to the effect of the fifth aspect, the control means determines a smeared signal to which a signal other than the signal charge read from the pixel is added, and determines that there is a smear. Since the signal is complemented from the signal of another pixel, smear to which a signal other than the signal charge read from the pixel is added can be suppressed.
[0075]
According to the imaging device of the seventh aspect, in addition to the effect of the sixth aspect, the pixel includes a photosensitive pixel disposed in the light receiving area and a light shielding pixel of which light is shielded, and the control unit controls the light shielding pixel. Monitor the signal charge of the pixel and determine the smeared signal to which a signal other than the signal charge read from the pixel has been added. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of an image sensor of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an imaging device including the imaging element according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an image captured by the image capturing device.
FIG. 4 is an explanatory diagram of image data imaged by the imaging device according to the first embodiment. (A) is image data of an odd-numbered column of an odd field, and (b) is image data of an even-numbered column of an odd field.
FIG. 5 is an explanatory diagram of image data of an even-numbered column of an odd-numbered field captured by the imaging device.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an image captured by the imaging device.
FIG. 7 is an explanatory diagram of image data captured by the image capturing device.
(A) is image data of an odd column of an odd field
(B) Image data of an even column of an odd field
FIG. 8 is an explanatory diagram of image data in which smear has occurred.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a process in which smear occurs.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a process in which a smear occurs.
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an operation of the imaging device of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an operation of the imaging element.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an operation of the imaging device of the above.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an operation of the imaging device in Embodiment 1;
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an operation of the imaging device.
FIG. 16 is an explanatory diagram of image data from which smear has been removed by the image pickup device;
[Explanation of symbols]
1 Imaging device
10 CCD as image sensor
11 CCD drive circuit constituting control means
20 Image processing circuit constituting control means
21 CPU constituting control means
e pixel
e1 photosensitive pixel
e2 Shading pixel
H1 Lower horizontal transfer path as first horizontal transfer path
H2 Upper horizontal transfer path as second horizontal transfer path
OP1 Lower output section as first output section
OP2 Upper output section as second output section
S smear
V Vertical transfer path

Claims (7)

それぞれ光電変換して信号電荷を蓄積する複数の画素と、
これら画素から信号電荷を読み出し、これら読み出した信号電荷を正方向及び逆方向に転送する電荷結合素子を備え、互いに反対方向に信号電荷を転送する複数グループにグループ化された複数の垂直転送路と、
前記各垂直転送路の一端部から信号電荷が転送され、これら転送された信号電荷を転送して第1の出力部に出力する第1の水平転送路と、
前記各垂直転送路の他端部から信号電荷が転送され、これら転送された信号電荷を転送して第2の出力部に出力する第2の水平転送路と
を具備した
ことを特徴とする撮像素子。
A plurality of pixels each of which photoelectrically converts and accumulates signal charges,
A plurality of vertical transfer paths which are provided with a charge-coupled device for reading signal charges from these pixels and transferring the read signal charges in a forward direction and a reverse direction, and which are grouped into a plurality of groups for transferring the signal charges in opposite directions; ,
A first horizontal transfer path for transferring signal charges from one end of each of the vertical transfer paths, transferring the transferred signal charges, and outputting the transferred signal charges to a first output unit;
A second horizontal transfer path for transferring signal charges from the other end of each of the vertical transfer paths, transferring the transferred signal charges and outputting the transferred signal charges to a second output section. element.
垂直転送路は、1列毎に反対方向に信号電荷を転送する
ことを特徴とする請求項1記載の撮像素子。
2. The image sensor according to claim 1, wherein the vertical transfer path transfers the signal charges in the opposite direction for each column.
垂直転送路は、複数列ずつグループ化され、これらグループ毎に同方向に信号電荷を転送する
ことを特徴とする請求項1記載の撮像素子。
2. The image sensor according to claim 1, wherein the vertical transfer paths are grouped by a plurality of columns, and transfer signal charges in the same direction for each of the groups.
画素は、
受光領域に配置された感光画素と、
光が遮光された遮光画素とを備えた
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一記載の撮像素子。
Pixels are
A photosensitive pixel arranged in the light receiving area,
The image pickup device according to claim 1, further comprising a light-shielded pixel that blocks light.
請求項1ないし4いずれか一記載の撮像素子と、
この撮像素子を制御して、各垂直転送路の転送方向を一画面毎に逆方向とするとともに、前記撮像素子の各出力部から出力された信号を処理して画像を構成する制御手段と
を具備することを特徴とする撮像装置。
An image sensor according to any one of claims 1 to 4,
A control unit configured to control the image pickup device so that the transfer direction of each vertical transfer path is set to the opposite direction for each screen, and to process a signal output from each output unit of the image pickup device to form an image. An imaging device, comprising:
制御手段は、画素から読み出された信号電荷以外の信号が加えられたスミアのある信号を判定し、スミアのある信号を、他の画素の信号から補完する
ことを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
6. The control unit according to claim 5, wherein the control unit determines a smeared signal to which a signal other than the signal charge read from the pixel is added, and complements the smeared signal from a signal of another pixel. Imaging device.
画素は、受光領域に配置された感光画素と、光が遮光された遮光画素とを備え、
制御手段は、遮光画素の信号電荷を監視して、画素から読み出された信号電荷以外の信号が加えられたスミアのある信号を判定する
ことを特徴とする請求項6記載の撮像装置。
The pixel includes a photosensitive pixel arranged in the light receiving area, and a light-shielded pixel in which light is shielded,
7. The imaging apparatus according to claim 6, wherein the control unit monitors the signal charge of the light-shielded pixel and determines a smeared signal to which a signal other than the signal charge read from the pixel is added.
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US7830427B2 (en) 2005-04-21 2010-11-09 Fujifilm Corporation Solid-state image pickup element and image pickup device

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