JP3871194B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像と静止画像とを撮像可能なカメラでの使用に好適な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子は、入来する光情報を電気信号に変換して出力する素子であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等で利用されている。この固体撮像素子で画像を撮影する場合、その画素数を増加させれば、より高解像度の画像を取得することができるが、近年ではビデオカメラにおいても、デジタルスチルカメラ同様に高解像度の静止画像を撮影したいという要望が高まっている。従って、ビデオカメラに搭載する固体撮像素子の画素数は、年々増加している。
【０００３】
図６は、従来の固体撮像素子の一部を示す図であり、３１は入来する光を電気信号に変換して出力する光電変換素子、３２は光電変換素子３１から出力される電荷を垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤ（以下、ＶＣＣＤと記す）、３３はＶＣＣＤ３２から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送ＣＣＤ（以下、ＨＣＣＤと記す）、３４はＨＣＣＤ３３から転送される電荷を増幅して出力するアンプである。
【０００４】
以下、従来の固体撮像素子の動作について簡単に説明すると、まず、外部に設けられるタイミングジェネレータによりテレビジョン信号の１ＶＤ期間に１度読み出しパルスが生成され、この読み出しパルスのタイミングで、各光電変換素子３１に蓄えられていた電荷が全て隣接するＶＣＣＤ３２に転送される。
【０００５】
そして、ＶＣＣＤ３２は、各光電変換素子３１からの電荷をＨＣＣＤ３３に向かって１段ずつ順次シフトさせ、ＨＣＣＤ３３は、ＶＣＣＤ３２から１段分の電荷が転送される毎に、これら転送された電荷を全てアンプ３４を介して出力させる。従って、ＨＣＣＤ３３における電荷シフトの速度は、ＶＣＣＤ３２から１段分の電荷が転送される毎にこれら全ての電荷をアンプ３４から出力することができる速度に設定する必要がある。
【０００６】
以上のように、各光電変換素子３１に蓄積された電荷は、一旦ＶＣＣＤ３２に転送され、ＶＣＣＤ３２からＨＣＣＤ３３に転送した電荷が更に水平方向にシフトされてアンプ３４から出力される。ここで、光電変換素子３１の水平方向及び垂直方向の画素数が増加した場合、ＶＣＣＤ３２及びＨＣＣＤ３３における電荷シフトの段数も増加する。従って、光電変換素子３１の画素数が増加すれば、これに併せて電荷シフトに必要なクロックの周波数を高めなければならない。
【０００７】
しかし、このようなクロックの上昇は、消費電力の増大や発熱、信号のＳ／Ｎ劣化等の問題を引き起こすことが知られている。そこで、特に影響の大きいＨＣＣＤの電荷シフトのクロック周波数を低下させた固体撮像素子として、図７に示す如く方式のものが提案されている。
【０００８】
図７において、４１は水平方向及び垂直方向に光電変換素子が配列されると共に、ＶＣＣＤが設けられる画素領域、４２及び４３は画素領域４１におけるＶＣＣＤから転送される電荷を水平方向にシフトさせるＨＣＣＤ、４４及び４５は、ＨＣＣＤ４２及び４３から出力される電荷の直前に所定レベルの基準信号を注入する電荷注入部、４６及び４７は電荷注入部４４及び４５から出力される基準信号及び電荷を増幅して出力するアンプである。なお、基準信号は、各チャンネルの電荷を合成するまでの間に各チャンネルの特性のばらつきを補正するために利用される。
【０００９】
そして、図７に示す固体撮像素子では、画素領域４１におけるＶＣＣＤから転送される電荷はＨＣＣＤ４２とＨＣＣＤ４３とに分散され、各ＨＣＣＤ４２又は４３によって水平方向にシフトされるため、各ＨＣＣＤ４２及び４３の電荷シフトに必要なクロックは、１つのＨＣＣＤを用いた場合と比べて半分の速度にすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図７で示す如く方式の固体撮像素子の場合、固体撮像素子の画素数が増すにつれて画素サイズが小さくなるのが一般的であり、画素サイズが小さくなると電荷の転送効率が悪化し、画質に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【００１１】
特に、近年のビデオカメラでは、光学系を含む装置の小型化が進められ、１／３インチや１／４インチ等、固体撮像素子も小型化されている。しかし、このような小型の固体撮像素子の中に多数の光電変換素子を配置すると、画素領域４１内のＶＣＣＤからＨＣＣＤ４３に電荷を転送する際の電荷の転送効率を悪化させてしまい、画質に悪影響を及ぼしていた。
【００１２】
以上のような問題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、１００万画素を超えるような多画素の固体撮像素子においても、電荷転送クロックを抑えることができ、且つ良好な画質の撮影を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下に記載の１）〜４）の手段よりなる。
すなわち、
１）水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光電変換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直ＣＣＤ群から転送された電荷を水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と、
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
を備え、
前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と、前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段とを、前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上から互いに向き合う位置に設けると共に、前記第１の電荷注入部と前記第２の電荷注入部と前記第１の増幅部と前記第２の増幅部とを、前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段との間に設けるようにしたことを特徴とする撮像装置。
２）水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光電変換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直転送ＣＣＤ群から転送された電荷を前記２つの領域に分割した領域の境界より互いに乖離するよう夫々斜め方向にシフトさせる第１及び第２の斜めＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の斜めＣＣＤから転送された電荷をそれぞれ前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上に向かい水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と、
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
３）水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光 電変換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直転送ＣＣＤ群から転送された電荷を前記２つの領域に分割した領域の境界より互いに乖離するよう夫々斜め方向にシフトさせる第１及び第２の斜めＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の斜めＣＣＤから転送された電荷を水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
前記第１の増幅部が出力する基準電荷と、前記第２の増幅部が出力する基準電荷との電荷レベルを比較し、両基準電荷の電荷レベルが同一となるよう、前記第１の増幅部の出力又は前記第２の増幅部の出力の少なくとも何れか一方の信号レベルを増幅又は減衰させる出力レベル調整部と、
を備え、
前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と、前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段とを、前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上から互いに向き合う位置に設けると共に、前記第１の電荷注入部と前記第２の電荷注入部と前記第１の増幅部と前記第２の増幅部とを、前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段との間に設け、
前記出力レベル調整部によりレベル調整された前記第１及び第２の出力信号を合成して、１つのライン信号を生成するようにしたことを特徴とする撮像装置。
４）前記第１及び第２の増幅部は、前記第１及び第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１及び第２の出力信号における基準電荷部分を、固定のゲインで増幅又は減衰させる一方、前記基準電荷以外の部分を、信号レベルに応じた可変ゲインで増幅又は減衰させるようにしたことを特徴とする１）乃至３）のいずれかに記載の撮像装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る撮像装置を説明するための図であり、１は固体撮像素子、２ａ及び２ｂは固体撮像素子１から出力される各チャンネルのＣＣＤ信号にノイズ除去及びレベル調整の処理を施すＣＤＳ／ＡＧＣ、３ａ及び３ｂはＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂから出力される各チャンネルのＣＣＤ信号をディジタルの信号形態のＣＣＤ信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【００１８】
また、４はＡ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂから出力される各チャンネルのＣＣＤ信号を比較して、その結果に基づきレベル調整を行う比較調整部、５は比較調整部４の出力する各ＣＣＤ信号を画面同一方向のＣＣＤ信号にして出力するライン変換部、６はライン変換部５の出力するＣＣＤ信号にガンマ補正、アパーチャコントロール等の信号処理を施すＹ／Ｃ処理部、７は固体撮像素子１に駆動パルスを出力するタイミングジェネレータ（ＴＧ）、８は図１で示す各部を制御する制御部である。
【００１９】
また、図２は固体撮像素子１の構成の概略を示す図であり、１１ａ及び１１ｂは水平方向及び垂直方向に光電変換素子がマトリクス状に配列されると共に、ＶＣＣＤが設けられる画素領域、１２ａ及び１２ｂは画素領域１１ａ及び１１ｂのＶＣＣＤから転送される電荷を斜め方向にシフトさせる斜めシフト領域、１３ａ及び１３ｂは斜めシフト領域１２ａ及び１２ｂから転送される電荷を水平方向に転送するＨＣＣＤ、１４ａ及び１４ｂはＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂから出力される電荷の直前に所定レベルの基準信号を注入する電荷注入部、１５ａ及び１５ｂは電荷注入部１４ａ及び１４ｂから出力される基準信号及び電荷を増幅して出力するアンプである。
【００２０】
なお、図２においては、電荷注入部１４ａ及び１４ｂは、夫々別々の構成の如く示してあるが、基準信号発生器を１つ設けると共に、ＨＣＣＤ１３ａとアンプ１４ａとの間に第１の加算器、ＨＣＣＤ１３ｂとアンプ１４ｂとの間に第２の加算器を設け、同一の基準信号発生器が発生する基準信号を一方では、第１の加算器で注入させ、他方では、第２の加算器で注入させれば、両チャンネルに注入される基準信号のレベル差を最小限に抑えることができる。また、その際、基準信号発生器から第１の加算器までの距離と、基準信号発生器から第２の加算器までの距離とがほぼ同一となるよう基準信号発生器を設けることにより、両チャンネルに注入される基準信号のレベル差を最小限に抑えることができる。
【００２１】
また、図３は、固体撮像素子１のＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂの電荷出力段の周辺部分のみを示す図であり、同図において、２１は入来する光を電気信号に変換して出力する光電変換素子、２２は光電変換素子２１から出力される電荷を垂直方向に転送するＶＣＣＤ、２３はＶＣＣＤ２２から転送された電荷を斜め方向にシフトさせる斜め方向ＣＣＤである。なお、図３で示した光電変換素子２１及びＶＣＣＤ２２は、図２で示した画素領域１１ａ及び１１ｂ内に設けられ、図３で示した斜め方向ＣＣＤ２３は、図２で示した斜めシフト領域１２ａ及び１２ｂ内に設けられている。
【００２２】
また、ここで示す撮像装置は、テレビジョン信号の１ＶＤ期間に１フレーム分の信号を出力可能な、いわゆるプログレッシブスキャン方式の固体撮像素子であっても、また、１ＶＤ期間に１フィールド分の信号を出力可能な、いわゆるインターライン方式の固体撮像素子であっても良い。また、本明細書における１ＶＤ期間あるいは１ＨＤ期間とは、夫々ＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号における１フィールド期間あるいは水平走査線信号の１水平走査期間を示しているものとする。
【００２３】
以下、本発明に係る撮像装置の動作について説明する。なお、本発明に係る撮像装置では、静止画像と動画像との撮影が可能であり、以下、動画像を撮影する際の動作について説明する。
【００２４】
まず、図１で示す制御部７がタイミングジェネレータ７を制御し、タイミングジェネレータ７は固体撮像素子１に駆動パルスを出力する。この駆動パルスには、光電変換素子２１からの電荷の読み出しパルス、ＶＣＣＤ２２の垂直転送パルス、ＨＣＣＤ１３ａ、１３ｂの水平転送パルス等が含まれる。
【００２５】
タイミングジェネレータ７が、固体撮像素子１に読み出しパルスを出力すると、全領域の光電変換素子２１に蓄えられていた電荷が一斉に隣接するＶＣＣＤ２２に転送され、その後、タイミングジェネレータ７からの垂直転送パルスのタイミングで、蓄えられた電荷がＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂ方向にシフトされる。
【００２６】
そして、図２で示す画素領域１１ａ内のＶＣＣＤ２２における出力段から出力される電荷は、斜めシフト領域１２ａ内の斜め方向ＣＣＤ２３における入力段に転送され、図２で示す画素領域１１ｂ内のＶＣＣＤ２２における出力段から出力される電荷は、斜めシフト領域１２ｂ内の斜め方向ＣＣＤ２３における入力段に転送される。
【００２７】
また、斜め方向ＣＣＤ２３にも、ＨＣＣＤ２２と同一の垂直転送パルスが供給されており、斜め方向ＣＣＤ２３の入力段に転送された電荷は、垂直転送パルスのタイミングで斜め方向にシフトされる。そして、斜めシフト領域１２ａ内の斜め方向ＣＣＤ２３における出力段から出力される電荷は、ＨＣＣＤ１３ａに転送され、斜めシフト領域１２ｂ内の斜め方向ＣＣＤ２３における出力段から出力される電荷は、ＨＣＣＤ１３ｂに転送される。
【００２８】
このようにして、画素領域１１ａにおける各光電変換素子２１からの電荷は、ＶＣＣＤ２２、斜め方向ＣＣＤ２３を介して、ＨＣＣＤ１３ａに転送され、画素領域１１ｂにおける各光電変換素子２１からの電荷は、ＶＣＣＤ２２、斜め方向ＣＣＤ２３を介して、ＨＣＣＤ１３ｂに転送される。
【００２９】
そして、ＨＣＣＤ１３ａとＨＣＣＤ１３ｂには、夫々水平転送パルスが供給されているが、これら２つの水平転送パルスは、位相が互いに異なるものとなっている。この水平転送パルスにより、ＨＣＣＤ１３ａ内の電荷は右側にシフトされ、ＨＣＣＤ１３ｂ内の電荷は左側にシフトされるが、電荷注入部１４ａ及び１４ｂは、１ライン分の電荷の先頭に所定レベルの基準信号を注入するため、アンプ１５ａ及び１５ｂが出力するＣＣＤ信号は、図４に示す如く波形となる。なお、ここで、電荷注入部１４ａで注入される基準信号と、電荷注入部１４ｂで注入ｓれる基準信号との信号レベルは、同一レベルに設定されているものとする。
【００３０】
図４（ａ）は、アンプ１５ａが出力するＣＣＤ信号の波形、図４（ｂ）は、アンプ１５ｂが出力するＣＣＤ信号の波形を示すものであり、各波形の先頭部分が基準信号である。ここで、画素領域１１ｂの電荷は、画面の左側の画素から右側の画素の順に出力されるが、画素領域１１ａの電荷は、画面の右側の画素から左側の画素の順に出力される。
【００３１】
従って、画素領域１１ａと画素領域１１ｂとでは、電荷の読み出し順序が異なってくるが、図２で示す如く、画面中央で画素領域１１ａと１１ｂとに分割し、画面中央に近い側から順に電荷を読み出すことにより、画素領域１１ａと画素領域１１ｂとの境界部分での水平方向の電荷転送段数を同一にすることができる。
【００３２】
つまり、画素領域１１ａの画面中央に近い側の画素と、画素領域１１ｂの画面中央に近い側の画素とにおける電荷の水平転送段数が同一であるため、画面中央の境界部分における電荷の転送段数の違いによる映像の不連続性が生じてしまうことを防止できる。
【００３３】
そして、アンプ１５ａ及び１５ｂが出力するＣＣＤ信号は、その後ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂで、ノイズ除去及びレベル調整がなされ、ＡＤ変換器３ａ及び３ｂでアナログの信号形態のＣＣＤ信号がディジタルの信号形態に変換されて、比較調整部４に供給される。
【００３４】
比較調整部４は、Ａ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂから出力されるＣＣＤ信号を比較し、両チャンネルにおけるＣＣＤ信号の基準信号のレベルが同一となるようにＣＣＤ信号のレベル調整を行う。より具体的には、予め定められた一方のチャンネルの基準信号を固定しておき、他方のチャンネルの基準信号がこれと同一のレベルとなるようＣＣＤ信号のレベル調整が行われる。なお、これに限らず、両チャンネルの基準信号が所定のレベルとなるようＣＣＤ信号のレベル調整を行っても良いことは言うまでもない。
【００３５】
比較調整部４で、各チャンネルのＣＣＤ信号のレベルが調整されると、これがライン変換部５に供給され、画素領域１１ａから出力されたＣＣＤ信号に関してはライン方向に左右反転される。そして図４（ｃ）に示す如く各チャンネルのＣＣＤ信号を合成したＣＣＤ信号がＹ／Ｃ処理部６に供給されて、ガンマ処理や
アパーチャコントロール等の処理が行われる。
【００３６】
なお、本発明に係る撮像装置では、前述の如く、電荷注入部１４ａ及び１４ｂで同一レベルの電荷を注入し、これを比較制御部４で比較することによって、アンプ１５ａ及び１５ｂの特性のばらつき、ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂ間の特性のばらつき、更にはＡ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂ間の特性のばらつきを相殺させている。
【００３７】
しかし、仮に、ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂのゲインが０ｄＢ（１倍）から＋３０ｄＢ（約３２倍）まで設定可能であり、Ａ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂにおけるダイナミックレンジが１Ｖであった場合、電荷注入部１４ａ及び１４ｂにおける電荷注入レベルを、アンプ１５ａ及び１５ｂから出力される基準信号のレベルが１／３２≒３１．２５ｍＶ以下となるよう設定しない限り、比較調整部４におけるレベル調整を効果的に行えなくなる可能性がある。
【００３８】
例えば、左右夫々のチャンネルにおけるＡ／Ｄ変換器の入力が共に１Ｖを超えている場合には、各チャンネルの特性のばらつきとは無関係に各Ａ／Ｄ変換器の出力が１Ｖとなるため、この信号に基づき各チャンネルのレベル調整を行うことはできない。
【００３９】
一方、電荷注入部１４ａ及び１４ｂにおける電荷注入レベルを、アンプ１５ａ及び１５ｂから出力される基準信号のレベルが３１．２５ｍＶ以下となるよう設定すれば、各チャンネルの特性のばらつきは調整可能であるが、電荷注入レベルが微小であるため、ノイズ等の影響を受けやすく、各チャンネル間で正確なレベル調整を行うことができない可能性が高い。
【００４０】
従って、本発明に係る撮像装置では、固体撮像素子１が出力するＣＣＤ信号における基準信号の部分に限っては、ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂのゲインを０ｄＢ（１倍）又は３ｄＢ（約１．４倍）等、比較的倍率の低い固定倍にし、基準信号以外の部分は、ＣＣＤ信号のレベルに応じて例えば１ＶＤ期間毎にゲインを設定することにより、高い精度で両チャンネル間の回路特性のばらつきを調整できる。
【００４１】
また、図５は比較調整部４の構成の一例を示す図であり、９ａはＡ／Ｄ変換器３ａから出力されるＣＣＤ信号を増幅するアンプ、９ｂはＡ／Ｄ変換器３ｂから出力されるＣＣＤ信号を増幅するアンプ、１０ａはアンプ９ａにて増幅されたＣＣＤ信号の値を保持してこれを出力するサンプルホールド部（Ｓ／Ｈ）、１０ｂはアンプ９ｂにて増幅されたＣＣＤ信号の値を保持してこれを出力するサンプルホールド部（Ｓ／Ｈ）である。
【００４２】
ここで、サンプルホールド部１０ａ及び１０ｂは、ＣＣＤ信号の直前に挿入されている基準信号部分のサンプル値をホールドし、これを制御部８に出力する。そして、制御部８は、サンプルホールド部１０ａが出力するサンプル値と、サンプルホールド部１０ｂが出力するサンプル値とが同一となるよう、アンプ９ａ及び９ｂのゲインを調整する。
【００４３】
なお、前述の如く、両チャンネルのＣＣＤ信号のレベルを変化させる場合には、アンプ９ａとアンプ９ｂとの両方を設ける必要があるが、例えば、Ａ／Ｄ変換器３ａから出力されるＣＣＤ信号のレベルは固定にして、Ａ／Ｄ変換器３ｂから出力されるＣＣＤ信号のレベルのみを変化させる場合には、アンプ９ａは必ずしも設ける必要はない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る撮像装置によれば、第１の水平ＣＣＤと第２の水平ＣＣＤとを有し、第１の水平ＣＣＤの出力段と第２の水平ＣＣＤの出力段とが互いに向き合う位置に設けられているため、水平ＣＣＤにおける電荷シフトのためのクロックを低周波数に抑えることができるばかりでなく、各水平ＣＣＤから出力されるＣＣＤ信号に基準信号を注入することができ、各水平ＣＣＤから出力されるＣＣＤ信号のレベル調整を行うことが容易となる。
【００４５】
また、各水平ＣＣＤから出力されるＣＣＤ信号を増幅する際に、基準信号部分はゲインを固定にし、基準信号以外の部分は、ゲインを可変にしているため、注入する基準信号の信号レベルを比較的高くすることが可能となり、各チャンネル間のレベル調整を高精度で行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像装置を説明するための図である。
【図２】固体撮像素子１の構成の概略を示す図である。
【図３】ＨＣＣＤの電荷出力段を示す図である。
【図４】ＣＣＤ信号及び基準信号の一例を示す図である。
【図５】比較調整部４の構成の一例を示す図である。
【図６】従来の固体撮像素子の一部を示す図である。
【図７】従来の固体撮像素子の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１…固体撮像素子
２ａ、２ｂ…ＣＤＳ／ＡＧＣ
３ａ、３ｂ…Ａ／Ｄ変換器
４…比較調整部
５…ライン変換部
６…Ｙ／Ｃ処理部
７…タイミングジェネレータ
８…制御部
９ａ、９ｂ、１５ａ、１５ｂ、３４、４６、４７…アンプ
１０ａ、１０ｂ…サンプルホールド部
１１ａ、１１ｂ、４１…画素領域
１２ａ、１２ｂ…斜めシフト領域
１３ａ、１３ｂ、３３、４２、４３…ＨＣＣＤ
１４ａ、１４ｂ、４４、４５…電荷注入部
２１、３１…光電変換素子
２２、３２…ＶＣＣＤ
２３…斜め方向ＣＣＤ
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像と静止画像とを撮像可能なカメラでの使用に好適な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子は、入来する光情報を電気信号に変換して出力する素子であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等で利用されている。この固体撮像素子で画像を撮影する場合、その画素数を増加させれば、より高解像度の画像を取得することができるが、近年ではビデオカメラにおいても、デジタルスチルカメラ同様に高解像度の静止画像を撮影したいという要望が高まっている。従って、ビデオカメラに搭載する固体撮像素子の画素数は、年々増加している。
【０００３】
図６は、従来の固体撮像素子の一部を示す図であり、３１は入来する光を電気信号に変換して出力する光電変換素子、３２は光電変換素子３１から出力される電荷を垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤ（以下、ＶＣＣＤと記す）、３３はＶＣＣＤ３２から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送ＣＣＤ（以下、ＨＣＣＤと記す）、３４はＨＣＣＤ３３から転送される電荷を増幅して出力するアンプである。
【０００４】
以下、従来の固体撮像素子の動作について簡単に説明すると、まず、外部に設けられるタイミングジェネレータによりテレビジョン信号の１ＶＤ期間に１度読み出しパルスが生成され、この読み出しパルスのタイミングで、各光電変換素子３１に蓄えられていた電荷が全て隣接するＶＣＣＤ３２に転送される。
【０００５】
そして、ＶＣＣＤ３２は、各光電変換素子３１からの電荷をＨＣＣＤ３３に向かって１段ずつ順次シフトさせ、ＨＣＣＤ３３は、ＶＣＣＤ３２から１段分の電荷が転送される毎に、これら転送された電荷を全てアンプ３４を介して出力させる。従って、ＨＣＣＤ３３における電荷シフトの速度は、ＶＣＣＤ３２から１段分の電荷が転送される毎にこれら全ての電荷をアンプ３４から出力することができる速度に設定する必要がある。
【０００６】
以上のように、各光電変換素子３１に蓄積された電荷は、一旦ＶＣＣＤ３２に転送され、ＶＣＣＤ３２からＨＣＣＤ３３に転送した電荷が更に水平方向にシフトされてアンプ３４から出力される。ここで、光電変換素子３１の水平方向及び垂直方向の画素数が増加した場合、ＶＣＣＤ３２及びＨＣＣＤ３３における電荷シフトの段数も増加する。従って、光電変換素子３１の画素数が増加すれば、これに併せて電荷シフトに必要なクロックの周波数を高めなければならない。
【０００７】
しかし、このようなクロックの上昇は、消費電力の増大や発熱、信号のＳ／Ｎ劣化等の問題を引き起こすことが知られている。そこで、特に影響の大きいＨＣＣＤの電荷シフトのクロック周波数を低下させた固体撮像素子として、図７に示す如く方式のものが提案されている。
【０００８】
図７において、４１は水平方向及び垂直方向に光電変換素子が配列されると共に、ＶＣＣＤが設けられる画素領域、４２及び４３は画素領域４１におけるＶＣＣＤから転送される電荷を水平方向にシフトさせるＨＣＣＤ、４４及び４５は、ＨＣＣＤ４２及び４３から出力される電荷の直前に所定レベルの基準信号を注入する電荷注入部、４６及び４７は電荷注入部４４及び４５から出力される基準信号及び電荷を増幅して出力するアンプである。なお、基準信号は、各チャンネルの電荷を合成するまでの間に各チャンネルの特性のばらつきを補正するために利用される。
【０００９】
そして、図７に示す固体撮像素子では、画素領域４１におけるＶＣＣＤから転送される電荷はＨＣＣＤ４２とＨＣＣＤ４３とに分散され、各ＨＣＣＤ４２又は４３によって水平方向にシフトされるため、各ＨＣＣＤ４２及び４３の電荷シフトに必要なクロックは、１つのＨＣＣＤを用いた場合と比べて半分の速度にすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図７で示す如く方式の固体撮像素子の場合、固体撮像素子の画素数が増すにつれて画素サイズが小さくなるのが一般的であり、画素サイズが小さくなると電荷の転送効率が悪化し、画質に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【００１１】
特に、近年のビデオカメラでは、光学系を含む装置の小型化が進められ、１／３インチや１／４インチ等、固体撮像素子も小型化されている。しかし、このような小型の固体撮像素子の中に多数の光電変換素子を配置すると、画素領域４１内のＶＣＣＤからＨＣＣＤ４３に電荷を転送する際の電荷の転送効率を悪化させてしまい、画質に悪影響を及ぼしていた。
【００１２】
以上のような問題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、１００万画素を超えるような多画素の固体撮像素子においても、電荷転送クロックを抑えることができ、且つ良好な画質の撮影を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下に記載の１）〜４）の手段よりなる。
すなわち、
１）水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光電変換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直ＣＣＤ群から転送された電荷を水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と、
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
を備え、
前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と、前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段とを、前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上から互いに向き合う位置に設けると共に、前記第１の電荷注入部と前記第２の電荷注入部と前記第１の増幅部と前記第２の増幅部とを、前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段との間に設けるようにしたことを特徴とする撮像装置。
２）水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光電変換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直転送ＣＣＤ群から転送された電荷を前記２つの領域に分割した領域の境界より互いに乖離するよう夫々斜め方向にシフトさせる第１及び第２の斜めＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の斜めＣＣＤから転送された電荷をそれぞれ前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上に向かい水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と、
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
３）水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光 電変換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直転送ＣＣＤ群から転送された電荷を前記２つの領域に分割した領域の境界より互いに乖離するよう夫々斜め方向にシフトさせる第１及び第２の斜めＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の斜めＣＣＤから転送された電荷を水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
前記第１の増幅部が出力する基準電荷と、前記第２の増幅部が出力する基準電荷との電荷レベルを比較し、両基準電荷の電荷レベルが同一となるよう、前記第１の増幅部の出力又は前記第２の増幅部の出力の少なくとも何れか一方の信号レベルを増幅又は減衰させる出力レベル調整部と、
を備え、
前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と、前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段とを、前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上から互いに向き合う位置に設けると共に、前記第１の電荷注入部と前記第２の電荷注入部と前記第１の増幅部と前記第２の増幅部とを、前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段との間に設け、
前記出力レベル調整部によりレベル調整された前記第１及び第２の出力信号を合成して、１つのライン信号を生成するようにしたことを特徴とする撮像装置。
４）前記第１及び第２の増幅部は、前記第１及び第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１及び第２の出力信号における基準電荷部分を、固定のゲインで増幅又は減衰させる一方、前記基準電荷以外の部分を、信号レベルに応じた可変ゲインで増幅又は減衰させるようにしたことを特徴とする１）乃至３）のいずれかに記載の撮像装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る撮像装置を説明するための図であり、１は固体撮像素子、２ａ及び２ｂは固体撮像素子１から出力される各チャンネルのＣＣＤ信号にノイズ除去及びレベル調整の処理を施すＣＤＳ／ＡＧＣ、３ａ及び３ｂはＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂから出力される各チャンネルのＣＣＤ信号をディジタルの信号形態のＣＣＤ信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【００１８】
また、４はＡ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂから出力される各チャンネルのＣＣＤ信号を比較して、その結果に基づきレベル調整を行う比較調整部、５は比較調整部４の出力する各ＣＣＤ信号を画面同一方向のＣＣＤ信号にして出力するライン変換部、６はライン変換部５の出力するＣＣＤ信号にガンマ補正、アパーチャコントロール等の信号処理を施すＹ／Ｃ処理部、７は固体撮像素子１に駆動パルスを出力するタイミングジェネレータ（ＴＧ）、８は図１で示す各部を制御する制御部である。
【００１９】
また、図２は固体撮像素子１の構成の概略を示す図であり、１１ａ及び１１ｂは水平方向及び垂直方向に光電変換素子がマトリクス状に配列されると共に、ＶＣＣＤが設けられる画素領域、１２ａ及び１２ｂは画素領域１１ａ及び１１ｂのＶＣＣＤから転送される電荷を斜め方向にシフトさせる斜めシフト領域、１３ａ及び１３ｂは斜めシフト領域１２ａ及び１２ｂから転送される電荷を水平方向に転送するＨＣＣＤ、１４ａ及び１４ｂはＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂから出力される電荷の直前に所定レベルの基準信号を注入する電荷注入部、１５ａ及び１５ｂは電荷注入部１４ａ及び１４ｂから出力される基準信号及び電荷を増幅して出力するアンプである。
【００２０】
なお、図２においては、電荷注入部１４ａ及び１４ｂは、夫々別々の構成の如く示してあるが、基準信号発生器を１つ設けると共に、ＨＣＣＤ１３ａとアンプ１４ａとの間に第１の加算器、ＨＣＣＤ１３ｂとアンプ１４ｂとの間に第２の加算器を設け、同一の基準信号発生器が発生する基準信号を一方では、第１の加算器で注入させ、他方では、第２の加算器で注入させれば、両チャンネルに注入される基準信号のレベル差を最小限に抑えることができる。また、その際、基準信号発生器から第１の加算器までの距離と、基準信号発生器から第２の加算器までの距離とがほぼ同一となるよう基準信号発生器を設けることにより、両チャンネルに注入される基準信号のレベル差を最小限に抑えることができる。
【００２１】
また、図３は、固体撮像素子１のＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂの電荷出力段の周辺部分のみを示す図であり、同図において、２１は入来する光を電気信号に変換して出力する光電変換素子、２２は光電変換素子２１から出力される電荷を垂直方向に転送するＶＣＣＤ、２３はＶＣＣＤ２２から転送された電荷を斜め方向にシフトさせる斜め方向ＣＣＤである。なお、図３で示した光電変換素子２１及びＶＣＣＤ２２は、図２で示した画素領域１１ａ及び１１ｂ内に設けられ、図３で示した斜め方向ＣＣＤ２３は、図２で示した斜めシフト領域１２ａ及び１２ｂ内に設けられている。
【００２２】
また、ここで示す撮像装置は、テレビジョン信号の１ＶＤ期間に１フレーム分の信号を出力可能な、いわゆるプログレッシブスキャン方式の固体撮像素子であっても、また、１ＶＤ期間に１フィールド分の信号を出力可能な、いわゆるインターライン方式の固体撮像素子であっても良い。また、本明細書における１ＶＤ期間あるいは１ＨＤ期間とは、夫々ＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号における１フィールド期間あるいは水平走査線信号の１水平走査期間を示しているものとする。
【００２３】
以下、本発明に係る撮像装置の動作について説明する。なお、本発明に係る撮像装置では、静止画像と動画像との撮影が可能であり、以下、動画像を撮影する際の動作について説明する。
【００２４】
まず、図１で示す制御部７がタイミングジェネレータ７を制御し、タイミングジェネレータ７は固体撮像素子１に駆動パルスを出力する。この駆動パルスには、光電変換素子２１からの電荷の読み出しパルス、ＶＣＣＤ２２の垂直転送パルス、ＨＣＣＤ１３ａ、１３ｂの水平転送パルス等が含まれる。
【００２５】
タイミングジェネレータ７が、固体撮像素子１に読み出しパルスを出力すると、全領域の光電変換素子２１に蓄えられていた電荷が一斉に隣接するＶＣＣＤ２２に転送され、その後、タイミングジェネレータ７からの垂直転送パルスのタイミングで、蓄えられた電荷がＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂ方向にシフトされる。
【００２６】
そして、図２で示す画素領域１１ａ内のＶＣＣＤ２２における出力段から出力される電荷は、斜めシフト領域１２ａ内の斜め方向ＣＣＤ２３における入力段に転送され、図２で示す画素領域１１ｂ内のＶＣＣＤ２２における出力段から出力される電荷は、斜めシフト領域１２ｂ内の斜め方向ＣＣＤ２３における入力段に転送される。
【００２７】
また、斜め方向ＣＣＤ２３にも、ＨＣＣＤ２２と同一の垂直転送パルスが供給されており、斜め方向ＣＣＤ２３の入力段に転送された電荷は、垂直転送パルスのタイミングで斜め方向にシフトされる。そして、斜めシフト領域１２ａ内の斜め方向ＣＣＤ２３における出力段から出力される電荷は、ＨＣＣＤ１３ａに転送され、斜めシフト領域１２ｂ内の斜め方向ＣＣＤ２３における出力段から出力される電荷は、ＨＣＣＤ１３ｂに転送される。
【００２８】
このようにして、画素領域１１ａにおける各光電変換素子２１からの電荷は、ＶＣＣＤ２２、斜め方向ＣＣＤ２３を介して、ＨＣＣＤ１３ａに転送され、画素領域１１ｂにおける各光電変換素子２１からの電荷は、ＶＣＣＤ２２、斜め方向ＣＣＤ２３を介して、ＨＣＣＤ１３ｂに転送される。
【００２９】
そして、ＨＣＣＤ１３ａとＨＣＣＤ１３ｂには、夫々水平転送パルスが供給されているが、これら２つの水平転送パルスは、位相が互いに異なるものとなっている。この水平転送パルスにより、ＨＣＣＤ１３ａ内の電荷は右側にシフトされ、ＨＣＣＤ１３ｂ内の電荷は左側にシフトされるが、電荷注入部１４ａ及び１４ｂは、１ライン分の電荷の先頭に所定レベルの基準信号を注入するため、アンプ１５ａ及び１５ｂが出力するＣＣＤ信号は、図４に示す如く波形となる。なお、ここで、電荷注入部１４ａで注入される基準信号と、電荷注入部１４ｂで注入ｓれる基準信号との信号レベルは、同一レベルに設定されているものとする。
【００３０】
図４（ａ）は、アンプ１５ａが出力するＣＣＤ信号の波形、図４（ｂ）は、アンプ１５ｂが出力するＣＣＤ信号の波形を示すものであり、各波形の先頭部分が基準信号である。ここで、画素領域１１ｂの電荷は、画面の左側の画素から右側の画素の順に出力されるが、画素領域１１ａの電荷は、画面の右側の画素から左側の画素の順に出力される。
【００３１】
従って、画素領域１１ａと画素領域１１ｂとでは、電荷の読み出し順序が異なってくるが、図２で示す如く、画面中央で画素領域１１ａと１１ｂとに分割し、画面中央に近い側から順に電荷を読み出すことにより、画素領域１１ａと画素領域１１ｂとの境界部分での水平方向の電荷転送段数を同一にすることができる。
【００３２】
つまり、画素領域１１ａの画面中央に近い側の画素と、画素領域１１ｂの画面中央に近い側の画素とにおける電荷の水平転送段数が同一であるため、画面中央の境界部分における電荷の転送段数の違いによる映像の不連続性が生じてしまうことを防止できる。
【００３３】
そして、アンプ１５ａ及び１５ｂが出力するＣＣＤ信号は、その後ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂで、ノイズ除去及びレベル調整がなされ、ＡＤ変換器３ａ及び３ｂでアナログの信号形態のＣＣＤ信号がディジタルの信号形態に変換されて、比較調整部４に供給される。
【００３４】
比較調整部４は、Ａ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂから出力されるＣＣＤ信号を比較し、両チャンネルにおけるＣＣＤ信号の基準信号のレベルが同一となるようにＣＣＤ信号のレベル調整を行う。より具体的には、予め定められた一方のチャンネルの基準信号を固定しておき、他方のチャンネルの基準信号がこれと同一のレベルとなるようＣＣＤ信号のレベル調整が行われる。なお、これに限らず、両チャンネルの基準信号が所定のレベルとなるようＣＣＤ信号のレベル調整を行っても良いことは言うまでもない。
【００３５】
比較調整部４で、各チャンネルのＣＣＤ信号のレベルが調整されると、これがライン変換部５に供給され、画素領域１１ａから出力されたＣＣＤ信号に関してはライン方向に左右反転される。そして図４（ｃ）に示す如く各チャンネルのＣＣＤ信号を合成したＣＣＤ信号がＹ／Ｃ処理部６に供給されて、ガンマ処理や
アパーチャコントロール等の処理が行われる。
【００３６】
なお、本発明に係る撮像装置では、前述の如く、電荷注入部１４ａ及び１４ｂで同一レベルの電荷を注入し、これを比較制御部４で比較することによって、アンプ１５ａ及び１５ｂの特性のばらつき、ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂ間の特性のばらつき、更にはＡ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂ間の特性のばらつきを相殺させている。
【００３７】
しかし、仮に、ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂのゲインが０ｄＢ（１倍）から＋３０ｄＢ（約３２倍）まで設定可能であり、Ａ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂにおけるダイナミックレンジが１Ｖであった場合、電荷注入部１４ａ及び１４ｂにおける電荷注入レベルを、アンプ１５ａ及び１５ｂから出力される基準信号のレベルが１／３２≒３１．２５ｍＶ以下となるよう設定しない限り、比較調整部４におけるレベル調整を効果的に行えなくなる可能性がある。
【００３８】
例えば、左右夫々のチャンネルにおけるＡ／Ｄ変換器の入力が共に１Ｖを超えている場合には、各チャンネルの特性のばらつきとは無関係に各Ａ／Ｄ変換器の出力が１Ｖとなるため、この信号に基づき各チャンネルのレベル調整を行うことはできない。
【００３９】
一方、電荷注入部１４ａ及び１４ｂにおける電荷注入レベルを、アンプ１５ａ及び１５ｂから出力される基準信号のレベルが３１．２５ｍＶ以下となるよう設定すれば、各チャンネルの特性のばらつきは調整可能であるが、電荷注入レベルが微小であるため、ノイズ等の影響を受けやすく、各チャンネル間で正確なレベル調整を行うことができない可能性が高い。
【００４０】
従って、本発明に係る撮像装置では、固体撮像素子１が出力するＣＣＤ信号における基準信号の部分に限っては、ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂのゲインを０ｄＢ（１倍）又は３ｄＢ（約１．４倍）等、比較的倍率の低い固定倍にし、基準信号以外の部分は、ＣＣＤ信号のレベルに応じて例えば１ＶＤ期間毎にゲインを設定することにより、高い精度で両チャンネル間の回路特性のばらつきを調整できる。
【００４１】
また、図５は比較調整部４の構成の一例を示す図であり、９ａはＡ／Ｄ変換器３ａから出力されるＣＣＤ信号を増幅するアンプ、９ｂはＡ／Ｄ変換器３ｂから出力されるＣＣＤ信号を増幅するアンプ、１０ａはアンプ９ａにて増幅されたＣＣＤ信号の値を保持してこれを出力するサンプルホールド部（Ｓ／Ｈ）、１０ｂはアンプ９ｂにて増幅されたＣＣＤ信号の値を保持してこれを出力するサンプルホールド部（Ｓ／Ｈ）である。
【００４２】
ここで、サンプルホールド部１０ａ及び１０ｂは、ＣＣＤ信号の直前に挿入されている基準信号部分のサンプル値をホールドし、これを制御部８に出力する。そして、制御部８は、サンプルホールド部１０ａが出力するサンプル値と、サンプルホールド部１０ｂが出力するサンプル値とが同一となるよう、アンプ９ａ及び９ｂのゲインを調整する。
【００４３】
なお、前述の如く、両チャンネルのＣＣＤ信号のレベルを変化させる場合には、アンプ９ａとアンプ９ｂとの両方を設ける必要があるが、例えば、Ａ／Ｄ変換器３ａから出力されるＣＣＤ信号のレベルは固定にして、Ａ／Ｄ変換器３ｂから出力されるＣＣＤ信号のレベルのみを変化させる場合には、アンプ９ａは必ずしも設ける必要はない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る撮像装置によれば、第１の水平ＣＣＤと第２の水平ＣＣＤとを有し、第１の水平ＣＣＤの出力段と第２の水平ＣＣＤの出力段とが互いに向き合う位置に設けられているため、水平ＣＣＤにおける電荷シフトのためのクロックを低周波数に抑えることができるばかりでなく、各水平ＣＣＤから出力されるＣＣＤ信号に基準信号を注入することができ、各水平ＣＣＤから出力されるＣＣＤ信号のレベル調整を行うことが容易となる。
【００４５】
また、各水平ＣＣＤから出力されるＣＣＤ信号を増幅する際に、基準信号部分はゲインを固定にし、基準信号以外の部分は、ゲインを可変にしているため、注入する基準信号の信号レベルを比較的高くすることが可能となり、各チャンネル間のレベル調整を高精度で行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像装置を説明するための図である。
【図２】固体撮像素子１の構成の概略を示す図である。
【図３】ＨＣＣＤの電荷出力段を示す図である。
【図４】ＣＣＤ信号及び基準信号の一例を示す図である。
【図５】比較調整部４の構成の一例を示す図である。
【図６】従来の固体撮像素子の一部を示す図である。
【図７】従来の固体撮像素子の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１…固体撮像素子
２ａ、２ｂ…ＣＤＳ／ＡＧＣ
３ａ、３ｂ…Ａ／Ｄ変換器
４…比較調整部
５…ライン変換部
６…Ｙ／Ｃ処理部
７…タイミングジェネレータ
８…制御部
９ａ、９ｂ、１５ａ、１５ｂ、３４、４６、４７…アンプ
１０ａ、１０ｂ…サンプルホールド部
１１ａ、１１ｂ、４１…画素領域
１２ａ、１２ｂ…斜めシフト領域
１３ａ、１３ｂ、３３、４２、４３…ＨＣＣＤ
１４ａ、１４ｂ、４４、４５…電荷注入部
２１、３１…光電変換素子
２２、３２…ＶＣＣＤ
２３…斜め方向ＣＣＤ
Claims (4)
- 水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光電変換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直ＣＣＤ群から転送された電荷を水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と、
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
を備え、
前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と、前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段とを、前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上から互いに向き合う位置に設けると共に、前記第１の電荷注入部と前記第２の電荷注入部と前記第１の増幅部と前記第２の増幅部とを、前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段との間に設けるようにしたことを特徴とする撮像装置。 - 水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光電変換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直転送ＣＣＤ群から転送された電荷を前記２つの領域に分割した領域の境界より互いに乖離するよう夫々斜め方向にシフトさせる第１及び第２の斜めＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の斜めＣＣＤから転送された電荷をそれぞれ前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上に向かい水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と、
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列され２つの領域に分割された複数の光電変 換素子に蓄積される光情報を電気信号として出力する撮像装置であり、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第１の垂直ＣＣＤ群と、
前記２つの領域に分割された内の一方の領域とは異なる他方の領域の前記複数の光電変換素子から読み出される電荷を垂直方向にシフトさせる第２の垂直ＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の垂直転送ＣＣＤ群から転送された電荷を前記２つの領域に分割した領域の境界より互いに乖離するよう夫々斜め方向にシフトさせる第１及び第２の斜めＣＣＤ群と、
前記第１及び第２の斜めＣＣＤから転送された電荷を水平方向にシフトさせて、出力段を介して出力する第１及び第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第１の水平ＣＣＤの出力段から出力される第１の出力信号の直前に所定レベルの基準電荷を注入する第１の電荷注入部と
前記第２の水平ＣＣＤの出力段の後段に接続され、該第２の水平ＣＣＤの出力段から出力される第２の出力信号の直前に前記所定レベルの基準電荷を注入する第２の電荷注入部と、
前記第１の電荷注入部の後段に接続され、該第１の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１の出力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記第２の電荷注入部の後段に接続され、該第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第２の出力信号を増幅する第２の増幅部と、
前記第１の増幅部が出力する基準電荷と、前記第２の増幅部が出力する基準電荷との電荷レベルを比較し、両基準電荷の電荷レベルが同一となるよう、前記第１の増幅部の出力又は前記第２の増幅部の出力の少なくとも何れか一方の信号レベルを増幅又は減衰させる出力レベル調整部と、
を備え、
前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と、前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段とを、前記２つの領域に分割した領域の境界の延長線上から互いに向き合う位置に設けると共に、前記第１の電荷注入部と前記第２の電荷注入部と前記第１の増幅部と前記第２の増幅部とを、前記第１の水平ＣＣＤにおける出力段と前記第２の水平ＣＣＤにおける出力段との間に設け、
前記出力レベル調整部によりレベル調整された前記第１及び第２の出力信号を合成して、１つのライン信号を生成するようにしたことを特徴とする撮像装置。 - 前記第１及び第２の増幅部は、前記第１及び第２の電荷注入部により基準電荷が注入された前記第１及び第２の出力信号における基準電荷部分を、固定のゲインで増幅又は減衰させる一方、前記基準電荷以外の部分を、信号レベルに応じた可変ゲインで増幅又は減衰させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
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