JP2009141578A - 固体撮像素子の駆動方法および信号処理方法、ならびに撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換素子1に蓄積される信号電荷を、第1の素子列群(奇数列)3Aからの信号電荷と、第2の素子列群(偶数列)3Bからの信号電荷に分割して転送すると共に、第1の素子列群3Aおよび第2の素子列群3Bからの信号電荷の転送駆動を、一列分の光電変換素子1の1/n(nは2以上の正整数)ずつずらして垂直転送することで、複数フレームの画像信号を電荷転送部3で混在させつつ高速に出力させる。
【選択図】図4
Description
図13に固体撮像素子を駆動するタイミングチャート、図14に垂直電荷転送部における信号電荷の転送の状態(a)〜(d)を示す概念説明図を示した。なお、図14には光電変換素子を省略して垂直電荷転送部および水平電荷転送部のみを示している。
図13に示すように、第1露光期間71において光電変換素子は、受光する受光光量に比例した信号荷電を蓄積する。この信号荷電は第1フレーム73での画像形成データとして使用される。このとき、固体撮像素子の垂直電荷転送部3および水平電荷転送部5は、図14(a)に示すように信号電荷が空の初期状態となっている。ここで、垂直同期信号VD1のタイミングに同期して読出しパルスTG1を各光電変換素子と垂直電荷転送部3との間に設けられた読出しゲート(図示せず)に印加すると、光電変換素子に蓄積されていた信号電荷は、一斉に垂直電荷転送部3に転送されて図14(b)に示す状態となる。ここで、図14の●印は信号電荷を表している。
例えば特許文献1には、間引き読み出しした複数の画素信号を加算してフィールド画像を生成し、得られた2フィールド画像により1フレームの画像を構成することで、感度や解像度の低下を抑える技術が開示されている。また、特許文献2には、画素混合時に色フィルタのパターンと異なるパターンにしてしまう信号電荷を一旦間引きし、画素混合させずにそのまま読み出し、色フィルタのパターンと同じ位置関係の色パターンを得るようにする技術が開示されている。
(1) 行方向およびこれと直交する列方向に沿って複数配列された光電変換素子により光電変換された信号電荷を、前記光電変換素子に隣接して前記列方向に沿って延設された複数の電荷転送部に読み出し、該読み出された信号電荷を出力部に転送して、該転送された信号電荷に応じた画像信号を外部に出力する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子のうち、前記行方向の一端側から所定の列数毎に配列される第1の素子列群に対する信号電荷を、それぞれの光電変換部に対応する前記電荷転送部に選択的に読み出す第1ステップと、
前記電荷転送部に対して、前記列方向に形成されるポテンシャルバリア領域とポテンシャルウェル領域の対からなる電荷転送段の全段のうち所定段数分を電荷転送駆動する第2ステップと、
前記配列された光電変換素子のうち、前記第1の素子列群を除いた残りの第2の素子列群に対する光電変換素子の信号電荷を、それぞれの光電変換部に対応する前記電荷転送部に選択的に読み出す第3ステップと、
前記電荷転送部に対して、前記所定段数分を転送駆動する第4ステップと、
を繰り返す固体撮像素子の駆動方法。
前記第2ステップおよび前記第4ステップで転送駆動される所定段数は、前記光電変換素子の前記列方向一列分の個数の1/n(nは2以上の正整数)である固体撮像素子の駆動方法。
前記第1ステップで前記光電変換素子から読み取る信号電荷と、
前記第3ステップで前記光電変換素子から読み取る信号電荷と、が互いに異なる受光期間の信号電荷である固体撮像素子の駆動方法。
前記第2ステップと前記第4ステップで出力される画像信号を、前記第1の列群からの信号電荷分と前記第2の列群からの信号電荷分とを選択的に振り分けて、前記第1の列群からの信号電荷に基づく画像信号により第1のフレーム画像を生成し、前記第2の列群からの信号電荷に基づく画像信号により第2のフレーム画像を生成する信号処理方法。
前記第1のフレーム画像と前記第2のフレーム画像の座標を、前記第1の列群に対する光電変換素子の空間配置位置と、前記第2の列群に対する光電変換素子の空間配置位置との相対的なずれを維持するにように補正する信号処理方法。
前記光電変換素子の配列は、前記列方向に沿って1つ毎に同色の色成分を検出する光電変換素子が配列された第1の列と、該第1の列に対して配列ピッチの1/2だけ前記行方向及び列方向にずれた位置に配列された第2の列と、を前記行方向に繰り返し配置した配列である信号処理方法。
前記光電変換素子の配列は、前記列方向に沿って同色の色成分を検出する光電変換素子が隣接して複数配置されたブロックが検出色毎に複数ブロック配列された第1の列と、該第1の列と同じ色配列の第2の列と、を前記行方向に繰り返し配置した配列であり、
前記同じ列内の前記同じブロック内をそれぞれ画素混合する信号処理方法。
(1)〜(3)のいずれか1項記載の固体撮像素子の駆動方法に基づいて前記固体撮像素子を駆動制御する制御手段と、
を備えた撮像装置。
(4)〜(7)のいずれか1項記載の信号処理方法を行う信号処理手段を備えた撮像装置。
(第1実施形態)
図1は固体撮像素子の基本構成を示すブロック図である。
本発明に係る固体撮像素子100は、多数の光電変換素子1が平面上に行方向(矢印Xの方向)及び列方向(矢印Yの方向)に沿って二次元配置された撮像部9を有している。各々の光電変換素子1は、半導体で構成されるフォトダイオードからなり、各々の受光面に入射した光の強さと露光時間の長さとで定まる光量に応じた信号電荷を生成する。
このような固体撮像素子100を搭載する本実施形態の撮像装置200は、図2に示すように、撮影レンズ11と、固体撮像素子(CCD固体撮像素子)100と、この両者の間に設けられた絞り13と、赤外線カットフィルタ15と、光学ローパスフィルタ17とを備える。撮像装置200の全体を統括制御するCPU19は、フラッシュ発光部21及び受光部23を制御し、レンズ駆動部25を制御して撮影レンズ11の位置をフォーカス位置に調整し(AF制御)、絞り駆動部27を介して絞り13の開口量を制御(AE制御)して露光量調整を行う。これらの撮影レンズ11、絞り13,赤外線カットフィルタ15,光学ローパスフィルタ17の光学系は、固体撮像素子100の受光領域に光学像を形成する。
図3は本発明の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャート、図4は垂直電荷転送部における信号電荷の転送の状態(a)〜(f)を示す概念説明図、図5はデジタル信号(画像信号)が撮像装置のセレクタによって振り分けられて信号処理される状態(a)〜(e)を示す概念説明図である。なお、図4には光電変換素子を省略して垂直電荷転送部および水平電荷転送部のみを示している。また、便宜上、奇数列の信号電荷を●印で、偶数列の信号電荷を○印で、区別して示している。
次に、カラー画像を撮影可能な固体撮像素子の駆動方法および信号処理方法について図7および図8に基づいて説明する。
図7は各光電変換素子が検出する色成分の一配置例を示す概念平面図、図8は奇数列の光電変換素子(第1の素子列群)が検出する色成分(a)と、偶数列の光電変換素子(第2の素子列群)が検出する色成分(b)を示す説明図である。
次に、光電変換素子が正方格子配列され、カラー画像を撮影可能な固体撮像素子の駆動方法および信号処理方法について、図9〜図12に基づいて説明する。図9は正方格子配列された各光電変換素子が検出する色成分の一配置例を示す概念平面図、図10は奇数列の光電変換素子が検出する色成分(a)と、偶数列の光電変換素子が検出する色成分(b)を示す説明図である。
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
3 垂直電荷転送部(電荷転送部)
3A 奇数列の垂直電荷転送部(電荷転送部)
3B 偶数列の垂直電荷転送部(電荷転送部)
3a 電荷転送段
5 水平電荷転送部(電荷転送部)
19 CPU(制御手段)
37 セレクタ(信号処理手段)
59 座標補正部(信号処理手段)
81,89 奇数列露光期間(受光期間)
85,91 偶数列露光期間(受光期間)
100 固体撮像素子
101 第1のフレーム画像
103 第2のフレーム画像
200 撮像装置
B1 第1ブロック
B2 第2ブロック
B3 第3ブロック
B4 第4ブロック
B 信号電荷
G 信号電荷
R 信号電荷
OUT 出力端子(出力部)
Claims (9)
- 行方向およびこれと直交する列方向に沿って複数配列された光電変換素子により光電変換された信号電荷を、前記光電変換素子に隣接して前記列方向に沿って延設された複数の電荷転送部に読み出し、該読み出された信号電荷を出力部に転送して、該転送された信号電荷に応じた画像信号を外部に出力する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子のうち、前記行方向の一端側から所定の列数毎に配列される第1の素子列群に対する信号電荷を、それぞれの光電変換部に対応する前記電荷転送部に選択的に読み出す第1ステップと、
前記電荷転送部に対して、前記列方向に形成されるポテンシャルバリア領域とポテンシャルウェル領域の対からなる電荷転送段の全段のうち所定段数分を電荷転送駆動する第2ステップと、
前記配列された光電変換素子のうち、前記第1の素子列群を除いた残りの第2の素子列群に対する光電変換素子の信号電荷を、それぞれの光電変換部に対応する前記電荷転送部に選択的に読み出す第3ステップと、
前記電荷転送部に対して、前記所定段数分を転送駆動する第4ステップと、
を繰り返す固体撮像素子の駆動方法。 - 請求項1記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第2ステップおよび前記第4ステップで転送駆動される所定段数は、前記光電変換素子の前記列方向一列分の個数の1/n(nは2以上の正整数)である固体撮像素子の駆動方法。 - 請求項1または請求項2記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第1ステップで前記光電変換素子から読み取る信号電荷と、
前記第3ステップで前記光電変換素子から読み取る信号電荷と、が互いに異なる受光期間の信号電荷である固体撮像素子の駆動方法。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の固体撮像素子の駆動方法により出力される画像信号を処理する信号処理方法であって、
前記第2ステップと前記第4ステップで出力される画像信号を、前記第1の列群からの信号電荷分と前記第2の列群からの信号電荷分とを選択的に振り分けて、前記第1の列群からの信号電荷に基づく画像信号により第1のフレーム画像を生成し、前記第2の列群からの信号電荷に基づく画像信号により第2のフレーム画像を生成する信号処理方法。 - 請求項4記載の信号処理方法であって、
前記第1のフレーム画像と前記第2のフレーム画像の座標を、前記第1の列群に対する光電変換素子の空間配置位置と、前記第2の列群に対する光電変換素子の空間配置位置との相対的なずれを維持するにように補正する信号処理方法。 - 請求項4または請求項5記載の信号処理方法であって、
前記光電変換素子の配列は、前記列方向に沿って1つ毎に同色の色成分を検出する光電変換素子が配列された第1の列と、該第1の列に対して配列ピッチの1/2だけ前記行方向及び列方向にずれた位置に配列された第2の列と、を前記行方向に繰り返し配置した配列である信号処理方法。 - 請求項4または請求項5記載の信号処理方法であって、
前記光電変換素子の配列は、前記列方向に沿って同色の色成分を検出する光電変換素子が隣接して配置されたブロックが検出色毎に複数ブロック配列された第1の列と、該第1の列と同じ色配列の第2の列と、を前記行方向に繰り返し配置した配列であり、
前記同じ列内の前記同じブロック内をそれぞれ画素混合する信号処理方法。 - 行方向およびこれと直交する列方向に沿って複数配列された光電変換素子により光電変換された信号電荷を、前記光電変換素子に隣接して前記列方向に沿って延設された複数の電荷転送部に読み出し、該読み出された信号電荷を出力部に転送して、該転送された信号電荷に応じた画像信号を外部に出力する固体撮像素子と、
請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の固体撮像素子の駆動方法に基づいて前記固体撮像素子を駆動制御する制御手段と、
を備えた撮像装置。 - 請求項8記載の撮像装置であって、
請求項4〜請求項7のいずれか1項記載の信号処理方法を行う信号処理手段を備えた撮像装置。
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