JP2007235889A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像するときの最初の第１フレーム期間の最後に読み出したオプティカルブラック部やダミー画素部から読み出したデータを用いてデータ補正を行うことができる様にする。
【解決手段】フォトセンサの検出電荷が読み出され転送パルスに従って転送する電荷転送路１１を備えると共に電荷転送路１１の電荷転送方向の前端部１６及び後端部１７にオプティカルブラック部およびダミー画素部の少なくとも一方が設けられる固体撮像素子１０と、固体撮像素子１０に転送パルスφＶを印加して電荷転送路１１を転送駆動する駆動手段３０とを有する固体撮像装置において、駆動手段３０は、固体撮像素子１０からデータを読み出す第１フレーム期間の当初に後端部１７の不定ノイズを掃き出す空転送を行いその後に電荷転送路１１の全段数の転送を行う転送パルスφＶを固体撮像素子１０に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明はＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Devices）型の固体撮像装置に係り、特に、有効撮像領域外のオプティカルブラック部（光学黒部）等の読み出しデータを用いて有効撮像領域の画像データを補正するＣＣＤ型固体撮像装置に関する。

図３は、一般的なＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。半導体基板の表面部には図示しない多数のフォトセンサ（画素）や垂直転送路（ＶＣＣＤ）が設けられており、その中央部分が有効撮像領域１となり、周辺部にオプティカルブラック（ＯＢ）部２が設けられる。

半導体基板の下辺部には水平転送路（ＨＣＣＤ）３が設けられ、垂直転送路に沿って転送されてきたフォトセンサの検出電荷が水平転送路３で出力端まで転送され、出力端に設けられた出力アンプ４により、信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号が画像データとして出力される。

オプティカルブラック（ＯＢ）部２の水平転送路側の帯状部分が前垂直ＯＢ部５となり、水平転送路から離れた帯状部分が後垂直ＯＢ部６となる。

図４は、図３に示したＣＣＤ型固体撮像素子からデータを読み出す時間経過を示す図である。この固体撮像素子からデータを読み出す場合には、垂直同期信号（ＶＤ信号）に同期して読み出しパルスが印加され、その後に垂直転送路，水平転送路が転送駆動されることで、先ず、前垂直ＯＢ部５のデータ５ａが読み出され、次に、有効撮像領域１のデータ１ａが読み出され、次に後垂直ＯＢ部６のデータ６ａが読み出される。

今、高輝度被写体の画像８が撮像面を高速に移動したとすると、これに応じて帯状９にスミア電荷が発生する。このスミア電荷分だけ、画像データ（有効撮像領域１から読み出したデータ１ａ）を補正することで、スミアのない良好な画像データを再生することが可能となる。

そこで、オプティカルブラック部５，６から読み出したデータからスミア電荷成分を求め、データ補正を行うことが行われている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開平７―６７０３８号公報

オプティカルブラック（ＯＢ）部２から読み出したデータを用いて各種データ補正を行う場合、オプティカルブラック（ＯＢ）部２にノイズ電荷が重畳されていると、データ補正精度を上げることができない。

撮像するとき最初に読み出したフレーム期間（第１フレーム）のデータ５ａ，１ａ，６ａには、フォトセンサ，垂直転送路，水平転送路のいずれにも不定電荷によるノイズが乗っている可能性が高い。

このため、従来は、第１フレーム期間のデータ５ａ，１ａ，６ａは不定データ期間として全て破棄し、次フレーム（第２フレーム）以後に読み出した前垂直ＯＢ部データ，後垂直ＯＢ部データを用いてデータ補正を行う様にしている。

図４には図示しない第３フレーム期間の有効撮像領域１から読み出した画像データを補正する場合、第３フレーム期間の最初に読み出された前垂直ＯＢ部データの他に、第２フレーム期間の最後に読み出された後垂直ＯＢ部データ６ｂも利用できるため、データ補正精度を上げることができる。

しかし、第２フレーム期間の有効撮像領域１から読み出した画像データを補正する場合、第１フレーム期間の最後に読み出した後垂直ＯＢ部データ６ａはノイズ重畳により利用できず、第２フレーム期間の最初に読み出した前垂直ＯＢ部データ５ｂしか利用できないため、データ補正精度を上げることができないという問題がある。

尚、オプティカルブラック部のデータを用いてデータ補正する例について述べたが、オプティカルブラック部ではなく、前垂直部分や後垂直部分に設けたダミー画素のダミーデータを用いてデータ補正する場合も上記と同様である。

本発明の目的は、第１フレーム期間の最後に読み出したオプティカルブラック部やダミー画素部から読み出したデータを用いてデータ補正を行うことができる固体撮像装置を提供することにある。

本発明の固体撮像装置は、フォトセンサの検出電荷が読み出され転送パルスに従って転送する電荷転送路を備えると共に該電荷転送路の電荷転送方向の前端部及び後端部にオプティカルブラック部およびダミー画素部の少なくとも一方が設けられる固体撮像素子と、該固体撮像素子に前記転送パルスを印加して前記電荷転送路を転送駆動する駆動手段とを有する固体撮像装置において、前記駆動手段は、前記固体撮像素子からデータを読み出す第１フレーム期間の当初に前記後端部の不定ノイズを掃き出す空転送を行いその後に前記電荷転送路の全段数の転送を行う転送パルスを前記固体撮像素子に印加する手段を備えることを特徴とする。

本発明の固体撮像装置は、前記空転送を前記後端部の電荷転送段数分だけ行うことを特徴とする。

本発明の固体撮像装置は、前記第１フレーム期間の最後に読み出される前記後端部のデータと該第１フレーム期間の次の第２フレーム期間の最初に読み出される前記前端部のデータとにより前記固体撮像素子から読み出した画像データの補正を行う信号処理手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１フレーム期間の最後に読み出されるオプティカルブラック部等のデータをデータ補正に使用することができるため、精度の高いデータ補正を実現可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラ（ＣＣＤ型固体撮像装置）の要部構成図である。このデジタルカメラは、図３で説明したのと同じＣＣＤ型固体撮像素子１０と、デジタルカメラを統括制御するＣＰＵ２０と、ＣＰＵ２０からの指示によりＣＣＤ型固体撮像素子１０を駆動する撮像素子駆動部３０と、固体撮像素子１０から読み出されたデータを受け取り信号処理して画像出力を行う信号処理手段４０とを備える。撮像素子駆動部３０は、ＣＣＤ型固体撮像素子１０に対して、読み出しパルスや、垂直転送パルスφＶ，水平転送パルスφＨを出力する。

ＣＣＤ型固体撮像素子１０には、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された多数の図示しないフォトセンサ（画素）と、各フォトセンサ列の側部に形成された垂直転送路（ＶＣＣＤ）１１とが設けられている。半導体基板受光面の周辺部は遮光膜に覆われ、遮光膜に覆われない中央領域が有効撮像領域１２となり、遮光膜に覆われた部分がオプティカルブラック（ＯＢ）部１３になっている。

半導体基板の下辺部には水平転送路（ＨＣＣＤ）１４が設けられ、垂直転送路１１に沿って転送されてきたフォトセンサの検出電荷が水平転送路１４で出力端まで転送され、出力端に設けられた出力アンプ１５により、信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号が画像データとして出力される。

オプティカルブラック（ＯＢ）部１３には、図３で説明したのと同様に、前垂直ＯＢ部１６と、後垂直ＯＢ部１７とがある。信号処理手段４０は、前垂直ＯＢ部１６や後垂直ＯＢ部１７から読み出したデータを用いて、有効撮像領域１２から読み出した画像データのデータ補正（例えばスミア補正）を行い、補正後の画像データを出力し、図示しない記録メディア等に格納する。

尚、本実施形態の固体撮像装置では、オプティカルブラック部のデータを用いてデータ補正するが、オプティカルブラック部ではなく、前垂直部分１６や後垂直部分１７に設けたダミー画素部のダミーデータを用いてデータ補正しても良いことは前述の通りである。

図２は、図１に示したＣＣＤ型固体撮像素子からデータを読み出す時間経過を示す図である。本実施形態でも、図４と同様に、垂直同期信号（ＶＤ信号）に同期する読み出しパルスが撮像素子駆動部３０からＣＣＤ型固体撮像素子１０に印加され、撮像素子駆動部３０からＣＣＤ型固体撮像素子１０に転送パルスφＶ，φＨが印加されて垂直転送路１１，水平転送路１４が転送駆動される。

このとき、本実施形態のデジタルカメラでは、撮像初期の最初の第１フレーム期間の読み出しパルス印加前に、撮像素子駆動部３０が垂直転送パルスφＶを所定数だけＣＣＤ型固体撮像素子１０に印加する。これにより、読み出しパルス前に、ＣＣＤ型固体撮像素子１０の垂直転送路１１が空転送される。

即ち、図１において、この空転送により、不定ノイズが重畳したデータ（前垂直ＯＢ部１６のデータ１６ａ，有効撮像領域１２の画像データ１２ａ，後垂直ＯＢ部１７のデータ１７ａ）が空転送のパルス数だけ水平転送路１４の方向に送られることになる。

空転送を行う垂直転送パルスφＶのパルス数を、後垂直ＯＢ部１７の段数分にすると、この空転送により、後垂直ＯＢ部１７のデータは、「空」状態すなわち不定電荷によるノイズが掃き出され無くなった状態になる。

その後に、撮像素子駆動部３０がＣＣＤ型固体撮像素子１０に対して読み出しパルスを印加すると共にＣＣＤ型固体撮像素子１０の垂直方向の全段数分の垂直転送パルスφＶを印加することで、第１フレーム期間が終了する。次に、再び読み出しパルスが印加され垂直転送路１１，水平転送路１４が転送駆動されることで、第２フレーム期間が終了する。

本実施形態によれば、第１フレーム期間の当初に垂直転送路１１の空転送を行うため、好適には後垂直ＯＢ部１７の垂直方向段数分だけ或いはダミー画素行の垂直方向行数分を加えた段数の空転送を行うため、第１フレーム期間の最後に読み出される後垂直ＯＢ部１７のデータ１７ａは、不定電荷によるノイズが空転送で掃き出されたデータになっている。

従って、第２フレーム期間に有効撮像領域１２から読み出される画像データ１２ｂを、第１フレーム期間最後の後垂直ＯＢ部データ１７ａと、第２フレーム期間最初の前垂直ＯＢ部データ１６ｂとを用いてデータ補正することができ、補正精度を向上させることが可能となる。

尚、垂直ＯＢ部１６，１７のデータの代わりにダミー画素部のデータを使用する場合は、空転送後の読み出しパルス印加は特に必要ではない。また、垂直ＯＢ部１６，１７の画素（遮光膜に覆われたフォトセンサ）に不要電荷の蓄積がある場合には、空転送前に読み出しパルスを追加することで、垂直ＯＢ部画素内の不定電荷を掃き出すことができる。更に、読み出し前に、電子シャッタ電圧をＣＣＤ型固体撮像素子１０に印加することで、同様の効果を得ることもできる。

本発明に係る固体撮像装置は、有効撮像領域から読み出した画像データのデータ補正を撮像初期から高精度に行うことができ、デジタルカメラ等に搭載すると有用である。

本発明の一実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置の要部構成図である。 図１に示すＣＣＤ型固体撮像装置の動作を時間経過に従って説明する図である。 一般的なＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。 図３に示すＣＣＤ型固体撮像素子の動作を時間経過に従って説明する図である。

符号の説明

１０ ＣＣＤ型固体撮像素子
１１ 垂直転送路
１２ 有効撮像領域
１２ａ，１２ｂ 有効撮像領域から読み出されたデータ
１３ オプティカルブラック（ＯＢ）部
１４ 水平転送路
１５ 出力アンプ
１６ 前垂直ＯＢ部
１６ａ，１６ｂ 前垂直ＯＢ部から読み出されたデータ
１７ 後垂直ＯＢ部
１７ａ，１７ｂ 後垂直ＯＢ部から読み出されたデータ
２０ ＣＰＵ
３０ 撮像素子駆動部
４０ 信号処理手段
φＶ 垂直転送パルス（空転送用の垂直転送パルスを含む）

Claims (3)

1. フォトセンサの検出電荷が読み出され転送パルスに従って転送する電荷転送路を備えると共に該電荷転送路の電荷転送方向の前端部及び後端部にオプティカルブラック部およびダミー画素部の少なくとも一方が設けられる固体撮像素子と、該固体撮像素子に前記転送パルスを印加して前記電荷転送路を転送駆動する駆動手段とを有する固体撮像装置において、前記駆動手段は、前記固体撮像素子からデータを読み出す第１フレーム期間の当初に前記後端部の不定ノイズを掃き出す空転送を行いその後に前記電荷転送路の全段数の転送を行う転送パルスを前記固体撮像素子に印加する手段を備えることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記空転送を前記後端部の電荷転送段数分だけ行うことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記第１フレーム期間の最後に読み出される前記後端部のデータと該第１フレーム期間の次の第２フレーム期間の最初に読み出される前記前端部のデータとにより前記固体撮像素子から読み出した画像データの補正を行う信号処理手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。

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