JP3879987B2 - 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被写体像を撮影する場合、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。デジタルスチルカメラでは、高解像度の静止画像を取得するために、ビデオカメラよりも画素数の多い固体撮像素子を使用するのが一般的であるが、近年ではビデオカメラでありながらもデジタルスチルカメラの静止画撮像機能を搭載したものが増えており、このようなビデオカメラでは、使用する固体撮像素子の画素数が年々増加している。
【０００３】
図５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１フィールド期間に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を介して出力する。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から出力できる速度に設定されている。
【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６に示す如く方式のものが提案されている。
【０００８】
図６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、その後の処理において、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６に示す固体撮像素子では、ＶＣＣＤから転送される電荷はＨＣＣＤ４２とＨＣＣＤ４３とに分散され、ＨＣＣＤ４２又は４３によって水平方向にシフトされる。従って、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約半分の周波数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、固体撮像素子は、そ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ＶＣＣＤからＨＣＣＤ４３への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る。
【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が悪化してしまい、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、且つ画面全域を通じて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）〜３）の手段よりなる。
すなわち、
１）入来する光情報を電荷に変換して出力する第１の光電変換素子と、前記第１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する第１の垂直ＣＣＤとを夫々複数有する撮像領域と、
前記撮像領域の両端に設けられ、光学的黒レベルの電荷を生成する第２の光電変換素子と、前記第２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する第２の垂直ＣＣＤとを夫々複数有する光学的黒領域と、
前記第１又は第２の垂直ＣＣＤから転送される電荷を水平方向にシフトする第１及び第２の水平ＣＣＤを有する水平シフト領域と、
前記第１及び第２の垂直ＣＣＤに基準信号を供給する基準信号注入部と、
前記第１及び第２の水平ＣＣＤから出力される電荷のレベルを調整するレベル調整部とを備え、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段と、前記第２の水平ＣＣＤの出力段とは互いに向き合う位置に設けられ、前記撮像領域及び光学的黒領域は、前記第１の水平ＣＣＤに電荷を転送する左側チャンネル部と、前記第２の水平ＣＣＤに電荷を転送する右側チャンネル部とに夫々分割されており、前記レベル調整部は、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを、前記基準信号に基づき調整すると共に、前記左チャンネル部及び右チャンネル部から出力される電荷におけるスミア発生の有無を検出し、スミアが発生していなかったと検出された際に、前記レベル調整部は、少なくとも前記左側チャンネル部と右側チャンネル部との境界部分から出力される前記基準信号を用いて、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを調整するようにしたことを特徴とする撮像装置。
２）前記左チャンネル部から出力される電荷を斜め方向にシフトし、前記第１の水平ＣＣＤに転送する第１の斜めＣＣＤを複数有する第１の斜めシフト領域と、前記右チャンネル部から出力される電荷を斜め方向にシフトし、前記第２の水平ＣＣＤに転送する第２の斜めＣＣＤを複数有する第２の斜めシフト領域とを備えることを特徴とする１）記載の撮像装置。
３）前記左チャンネル部及び右チャンネル部から出力される電荷におけるスミア発生の有無を検出し、スミアが発生していると検出された際に、前記レベル調整部は、前記第１の垂直ＣＣＤから出力される前記基準信号を使用せずに、前記第２の垂直ＣＣＤから出力される前記基準信号により、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを調整するようにしたことを特徴とする１）又は２）記載の撮像装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、本発明の実施例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信号をクランプした上で、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。
【００１９】
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の出力する各信号を画面同一方向のＣＣＤ信号に変換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。
【００２０】
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、光電変換素子から転送される電荷を垂直方向にシフトする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方向ＣＣＤが複数設けられる斜めシフト領域、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シフトするＨＣＣＤ、１４ａ及び１４ｂはＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂから出力される電荷を増幅して出力するアンプである。
【００２１】
また、１５ａ及び１５ｂは、光学的黒レベルの電荷（以下、ＯＢ情報とも記す）を出力する光電変換素子が水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列される水平ＯＢ部、１６は光学的黒レベルの電荷を出力する光電変換素子が水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列される垂直ＯＢ部、１７は垂直ＯＢ部１６に所定レベルの電荷（以下、垂直基準信号とも記す）を注入する垂直電荷注入部である。
【００２２】
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する斜め方向ＣＣＤである。
【００２３】
ここで、図２に示す構成と図３に示す構成との対応関係をより具体的に説明すると、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に夫々設けられ、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。
【００２４】
また、光電変換素子２１及びＶＣＣＤ２２は、水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂ、垂直ＯＢ部１７にも同様にして設けられるが、光学的黒レベルの電荷を出力するよう、光電変換素子２１に光を入射させないようマスキング等の処理が施されている点が異なる。そして、垂直電荷注入部１７が出力する電荷は垂直ＯＢ部１６におけるＶＣＣＤの電荷シフト初段に注入されるよう構成されるものとする。
【００２５】
以下、本発明の実施例に係る撮像装置の動作について説明する。本発明に係る撮像装置では、前述の如く静止画像と動画像との撮影が可能であるが、静止画像の撮像時には原則として図２に示す画素領域１１ａ及び１１ｂにおける全ての画素を利用して画像の撮像を行う一方、動画像の撮像時には、１枚の画像の構成に必要となる画素領域１１ａ及び１１ｂにおける中央部分のみの画素を利用して画像の撮像が行われる。なお、水平ＯＢ情報、垂直ＯＢ情報、垂直基準信号は、静止画像の撮像時であっても、動画像の撮像時であっても出力される。
【００２６】
また、静止画像の撮像時には、画素領域１１ａ及び１１ｂにおける全ての画素が１回だけ出力されるものの、動画像の撮像時には、画素領域１１ａ及び１１ｂにおける中央部分の画素が所定期間毎に１回ずつ出力される。
【００２７】
本発明に係る撮像装置は、固体撮像素子１から出力される水平基準信号及び垂直基準信号、更には水平ＯＢ情報及び垂直ＯＢ情報に基づき、そのＣＣＤ信号の調整を行うことを主な特徴とするものであるが、このような信号の調整は、静止画像撮像時であっても、また、動画像撮像時であっても同様に行える。
【００２８】
以下、その詳細を説明すると、まず図１で示す制御部８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の垂直駆動パルス、斜め方向ＣＣＤ２３の駆動パルス、ＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂの水平駆動パルス等が含まれる。
【００２９】
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、水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂ、垂直ＯＢ部１６を含む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に転送される。そして、タイミングジェネレータ７からの垂直駆動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が、これらの電荷に続き、垂直電荷注入部１７からＶＣＣＤ２２に転送された電荷も同様にしてＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂ方向にシフトされる。
【００３０】
そして、図２で示す画素領域１１ａ及び水平ＯＢ部１５ａにおけるＶＣＣＤ２２の出力段から出力される電荷は、斜めシフト領域１２ａにおける斜め方向ＣＣＤ２３の電荷シフト初段に転送され、図２で示す画素領域１１ｂ及び水平ＯＢ部１５ｂにおけるＶＣＣＤ２２の出力段から出力される電荷は、斜めシフト領域１２ｂにおける斜め方向ＣＣＤ２３の電荷シフト初段に転送される。
【００３１】
また、斜め方向ＣＣＤ２３にも、ＨＣＣＤ２２と同一の駆動パルスが供給されており、斜め方向ＣＣＤ２３の電荷シフト初段に転送された電荷は、この駆動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における斜め方向ＣＣＤ２３の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における斜め方向ＣＣＤ２３の出力段から出力される電荷は、ＨＣＣＤ１３ｂに転送される。
【００３２】
このようにして、画素領域１１ａにおける各光電変換素子２１からの電荷及び水平ＯＢ部１５ａにおける各光電変換素子２１からの電荷（水平ＯＢ情報）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からの電荷及び水平ＯＢ部１５ｂ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。
【００３３】
また、垂直ＯＢ部１６における各光電変換素子２１からの電荷及び垂直電荷注入部１７からの電荷は、ＶＣＣＤ２２を介して一段ずつ斜め方向ＣＣＤ２３に向かってシフトされる。その際、画面中央部分では画素領域１１ａ又は１１ｂを介して斜め方向ＣＣＤ２３に転送され、画面両端部では水平ＯＢ部１５ａ又は１５ｂを介して斜め方向ＣＣＤ２３に転送される。
【００３４】
このようにして、ＶＣＣＤ２２からの電荷がＨＣＣＤ１３ａ又はＨＣＣＤ１３ｂに転送されると、次に、ＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂによる電荷の水平シフトが行われる。ここで、ＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂには、夫々水平駆動パルスが供給されているが、これら２つの水平駆動パルスは、位相が互いに異なるため、ＨＣＣＤ１３ａ内の電荷と、ＨＣＣＤ１３ｂ内の電荷は夫々反対方向にシフトされる。
【００３５】
ここでは、ＨＣＣＤ１３ａ内の電荷は、右方向にシフトされる一方、ＨＣＣＤ１３ｂ内の電荷は左方向にシフトされ、アンプ１４ａ及び１４ｂが出力するＣＣＤ信号は、１ライン分では例えば図４に示す如く波形となる。図４（ａ）は、アンプ１４ａが出力する１ライン分のＣＣＤ信号の波形、図４（ｂ）は、アンプ１４ｂが出力する１ライン分のＣＣＤ信号の波形を示すものである。
【００３６】
前述の如く、ＨＣＣＤ１３ａ内の電荷は右側にシフトされる一方、ＨＣＣＤ１３ｂ内の電荷は左側にシフトされるため、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ているが、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。
【００３７】
このように、画素領域１１ａと画素領域１１ｂとでは、電荷の読み出し方向が異なるが、図２で示す如く、画面中央で画素領域１１ａと画素領域１１ｂとに分割し、画面中央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。
【００３８】
つまり、画素領域１１ａと画素領域１１ｂとの境界線を基準にして線対称の位置にある画素領域１１ａの画素と画素領域１１ｂの画素とでは、電荷の水平転送段数が同一となるため、この境界線を境として映像レベルが不自然に変化してしまう事態を防止できる。
【００３９】
また、図４（ｃ）は、垂直電荷注入部１７から出力され、垂直ＯＢ部１６、画素領域１１ａ、斜めシフト領域１２ａ、ＨＣＣＤ１３ａを介して転送される１ライン分の垂直基準信号を示しており、図４（ｄ）は、電荷注入部１７から出力され、垂直ＯＢ部１６、画素領域１１ｂ、斜めシフト領域１２ｂ、ＨＣＣＤ１３ｂを介して転送される１ライン分の垂直基準信号を示している。
【００４０】
このように、図２に示す画素領域１１ａ及び１１ｂ、水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂにおける電荷が画面下側のラインから順に画面上側のラインまで出力され、垂直基準信号を最後に１画面分の画像情報の出力を終える。また、前述の如く、動画像撮像時には、これまでの処理が所定期間毎に１回ずつ行われる。
【００４１】
ここで、固体撮像素子１から出力される信号は、画面左側に属し、ＨＣＣＤ１３ａを介して出力される左側チャンネルと、画面右側に属し、ＨＣＣＤ１３ｂを介して出力される右側チャンネルとに分けられるが、両チャンネルから出力される信号には、次のような誤差が生じている。
【００４２】
まず、本願発明の実施例の如く静止画像の出力にも対応している固体撮像素子の場合、画素数が多いことが原因となり、画面中央部分におけるＶＣＣＤの電荷のシフト効率と画面両端部におけるＶＣＣＤの電荷のシフト効率との間に差が生じ易い。これは、画素数の多い固体撮像素子の場合、ＶＣＣＤに供給される垂直駆動パルスによる駆動条件が画面中央部と画面両端部と異なることに起因している。
【００４３】
また、図３に示す斜め方向ＣＣＤ２３を利用して電荷の転送を行う場合、ＶＣＣＤ２２からの電荷の転送及びＨＣＣＤ１３ａ又は１３ｂへの電荷の転送に関して、その連結角度の誤差等が影響して両チャンネル間で誤差が生じ易い。更に、斜め方向ＣＣＤ２３自体、ＶＣＣＤ２２に比べて若干電荷のシフト効率が劣るため、その分両チャンネル間で誤差が生じ易い。
【００４４】
本発明の実施例に係る撮像装置では、このような誤差の発生を考慮しつつ、両チャンネル間における信号の誤差を調整している。そのために、固体撮像素子１から出力される両チャンネルの信号を、夫々ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂでクランプし、クランプを終えた信号にノイズ除去及びレベル調整の処理を施し、ＡＤ変換器３ａ及び３ｂでディジタルの信号形態に変換した後に比較調整部４に供給する。
【００４５】
比較調整部４では、Ａ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂから出力される信号のうち、垂直ＯＢ情報に基づきスミアの検出が行われる。スミアが発生している場合、一般的に、通常レベルの電荷よりも高いレベルの電荷が検出されるため、入来する垂直ＯＢ情報と所定の閾値とを比較することによりスミアの有無を検出する。なお、垂直ＯＢ情報は、複数ライン分存在するため、これら複数ライン分の垂直ＯＢ情報を用いてスミアの有無を検出することにより、その精度をより高めることができる。
【００４６】
ここで、スミアが検出された場合、少なくともこのスミアが発生している水平位置に存在する垂直基準信号に関しても、そのスミアの影響が及んでいる可能性が高い。つまり、注入された電荷のレベルが変動してしまっている可能性が高く、その近辺の垂直基準信号をそのまま利用するのは不適切である。
【００４７】
例えば、画素領域１１ａ内にスミアが発生しており、画素領域１１ｂ内にスミアが発生していない場合、垂直基準信号の信号レベルは、画素領域１１ｂを介して出力されるものよりも、画素領域１１ａを介して出力されるものの方が大きくなるものと考えられる。
【００４８】
このような理由により、本発明に係る撮像装置では、スミアが検出された場合に、このスミアの影響を受ける可能性が極めて少ない水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂを介して出力された垂直基準信号のみを用いてレベル調整を行う。つまり、画面両端部分における垂直基準信号のみを使用して、これらの垂直基準信号の信号レベルが同一となるようＨＣＣＤ１３ａから出力される信号とＨＣＣＤ１３ｂから出力される信号とのレベル調整を行う。これにより、斜め方向ＣＣＤ２３のシフト効率のばらつき、ＨＣＣＤ１３ａ及びＨＣＣＤ１３ｂのシフト効率のばらつきを吸収することができる。
【００４９】
一方、スミアが検出されなかった場合には、図２に示す垂直電荷注入部１７の中央部から出力された垂直基準信号を用い、これらの垂直基準信号の信号レベルが同一となるよう各チャンネルの信号のレベル調整を行う。つまり、ＶＣＣＤ２２による電荷の垂直シフト効率にばらつきが生じやすい画面中央部における垂直基準信号を用いて各チャンネルのレベル調整を行う。これにより、目に付き易い画素領域１１ａと画素領域１１ｂとの境界付近におけるＶＣＣＤ２２による電荷シフト効率のばらつき、斜め方向ＣＣＤ２３のシフト効率のばらつきを吸収することができる。
【００５０】
なお、スミアが検出された場合であっても、また、スミアが検出されなかった場合であっても、各チャンネルのレベル調整のために用いられる垂直基準信号と水平方向に同一となる位置から出力される垂直ＯＢ情報を用いてＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂでクランプ処理を行うことでレベル調整の精度をより高めることができる。
【００５１】
つまり、スミアが検出された場合には、水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂを介して転送される垂直ＯＢ情報、スミアが検出されなかった場合には、画素領域１５ａと画素領域１５ｂとの境界付近から出力される垂直ＯＢ情報を用いてＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂでクランプ処理を行うことで、良好なレベル調整を行うことができる。
【００５２】
また、スミアが検出されなかった場合には、画面中央部における垂直基準信号と水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂを介して出力された垂直基準信号とを併用して、各チャンネルのレベル調整を行っても良い。この場合、画素領域１５ａと画素領域１５ｂとの境界付近のみならず、画面両端部分から出力される垂直基準信号を用いたレベル調整が行えるため、電荷のシフト段数に応じて電荷レベルが減少してしまう所謂シェーディングを補正することも可能となる。
【００５３】
また、スミアが検出されなかった場合には、画面中央部における垂直基準信号と水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂを介して出力された垂直基準信号のみを用いるのでなく、出力される垂直基準信号を全て用い、その平均値を算出することにより両チャンネルのレベルを調整しても良い。
【００５４】
そして、以上の如く、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（ｅ）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。
【００５５】
なお、以上の実施例では、垂直電荷注入部１７により注入された垂直基準信号のみを用いて各チャンネルのレベルを調整させた例を示したが、例えば、ＨＣＣＤ１３ａとアンプ１４ａとの間、ＨＣＣＤ１３ｂとアンプ１４ｂとの間に夫々水平電荷注入部を設け、各ラインの信号の先頭に水平基準信号を注入させて、この水平基準信号も併用して各チャンネルのレベルを調整させても良い。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係る撮像装置によれば、第１及び第２の垂直ＣＣＤに基準信号が注入され、この基準信号に基づき、左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを調整するようにしたため、各チャンネルの特性のばらつきを良好に補正できる。
【００５７】
また、斜めシフト領域が設けられる場合、左側チャンネル部と右側チャンネル部とのばらつきが大きくなるのが一般的であるが、このような場合であっても、良好な補正を行うことができる。
【００５８】
また、スミアの検出を行い、スミアが発生していないと検出された場合には、各チャンネルの境界部分から出力される基準信号を使用して各チャンネルのレベル補正を行うため、より精度の高い補正を行うことができる。
【００５９】
また、スミアの検出を行い、スミアが発生していると検出された場合には、スミアの影響を受けていると思われる基準信号を使用せずに各チャンネルのレベル補正を行うため、スミア発生時であっても良好な補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例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信号及び垂直基準信号の一例を示す図である。
【図５】従来の固体撮像素子の一部を示す図である。
【図６】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
１１ａ、１１ｂ、４１…画素領域
１２ａ、１２ｂ…斜めシフト領域
１３ａ、１３ｂ、３３、４２、４３…ＨＣＣＤ
１４ａ、１４ｂ、３４、４６、４７…アンプ
１５ａ、１５ｂ…水平ＯＢ部
１６…垂直ＯＢ部
１７…垂直電荷注入部
２１、３１…光電変換素子
２２、３２…ＶＣＣＤ
２３…斜め方向ＣＣＤ
４４、４５…電荷注入部
【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被写体像を撮影する場合、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。デジタルスチルカメラでは、高解像度の静止画像を取得するために、ビデオカメラよりも画素数の多い固体撮像素子を使用するのが一般的であるが、近年ではビデオカメラでありながらもデジタルスチルカメラの静止画撮像機能を搭載したものが増えており、このようなビデオカメラでは、使用する固体撮像素子の画素数が年々増加している。
【０００３】
図５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１フィールド期間に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を介して出力する。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から出力できる速度に設定されている。
【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６に示す如く方式のものが提案されている。
【０００８】
図６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、その後の処理において、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６に示す固体撮像素子では、ＶＣＣＤから転送される電荷はＨＣＣＤ４２とＨＣＣＤ４３とに分散され、ＨＣＣＤ４２又は４３によって水平方向にシフトされる。従って、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約半分の周波数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、固体撮像素子は、そ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ＶＣＣＤからＨＣＣＤ４３への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る。
【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が悪化してしまい、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、且つ画面全域を通じて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）〜３）の手段よりなる。
すなわち、
１）入来する光情報を電荷に変換して出力する第１の光電変換素子と、前記第１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する第１の垂直ＣＣＤとを夫々複数有する撮像領域と、
前記撮像領域の両端に設けられ、光学的黒レベルの電荷を生成する第２の光電変換素子と、前記第２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する第２の垂直ＣＣＤとを夫々複数有する光学的黒領域と、
前記第１又は第２の垂直ＣＣＤから転送される電荷を水平方向にシフトする第１及び第２の水平ＣＣＤを有する水平シフト領域と、
前記第１及び第２の垂直ＣＣＤに基準信号を供給する基準信号注入部と、
前記第１及び第２の水平ＣＣＤから出力される電荷のレベルを調整するレベル調整部とを備え、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段と、前記第２の水平ＣＣＤの出力段とは互いに向き合う位置に設けられ、前記撮像領域及び光学的黒領域は、前記第１の水平ＣＣＤに電荷を転送する左側チャンネル部と、前記第２の水平ＣＣＤに電荷を転送する右側チャンネル部とに夫々分割されており、前記レベル調整部は、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを、前記基準信号に基づき調整すると共に、前記左チャンネル部及び右チャンネル部から出力される電荷におけるスミア発生の有無を検出し、スミアが発生していなかったと検出された際に、前記レベル調整部は、少なくとも前記左側チャンネル部と右側チャンネル部との境界部分から出力される前記基準信号を用いて、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを調整するようにしたことを特徴とする撮像装置。
２）前記左チャンネル部から出力される電荷を斜め方向にシフトし、前記第１の水平ＣＣＤに転送する第１の斜めＣＣＤを複数有する第１の斜めシフト領域と、前記右チャンネル部から出力される電荷を斜め方向にシフトし、前記第２の水平ＣＣＤに転送する第２の斜めＣＣＤを複数有する第２の斜めシフト領域とを備えることを特徴とする１）記載の撮像装置。
３）前記左チャンネル部及び右チャンネル部から出力される電荷におけるスミア発生の有無を検出し、スミアが発生していると検出された際に、前記レベル調整部は、前記第１の垂直ＣＣＤから出力される前記基準信号を使用せずに、前記第２の垂直ＣＣＤから出力される前記基準信号により、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを調整するようにしたことを特徴とする１）又は２）記載の撮像装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、本発明の実施例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信号をクランプした上で、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。
【００１９】
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の出力する各信号を画面同一方向のＣＣＤ信号に変換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。
【００２０】
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、光電変換素子から転送される電荷を垂直方向にシフトする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方向ＣＣＤが複数設けられる斜めシフト領域、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シフトするＨＣＣＤ、１４ａ及び１４ｂはＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂから出力される電荷を増幅して出力するアンプである。
【００２１】
また、１５ａ及び１５ｂは、光学的黒レベルの電荷（以下、ＯＢ情報とも記す）を出力する光電変換素子が水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列される水平ＯＢ部、１６は光学的黒レベルの電荷を出力する光電変換素子が水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列される垂直ＯＢ部、１７は垂直ＯＢ部１６に所定レベルの電荷（以下、垂直基準信号とも記す）を注入する垂直電荷注入部である。
【００２２】
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する斜め方向ＣＣＤである。
【００２３】
ここで、図２に示す構成と図３に示す構成との対応関係をより具体的に説明すると、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に夫々設けられ、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。
【００２４】
また、光電変換素子２１及びＶＣＣＤ２２は、水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂ、垂直ＯＢ部１７にも同様にして設けられるが、光学的黒レベルの電荷を出力するよう、光電変換素子２１に光を入射させないようマスキング等の処理が施されている点が異なる。そして、垂直電荷注入部１７が出力する電荷は垂直ＯＢ部１６におけるＶＣＣＤの電荷シフト初段に注入されるよう構成されるものとする。
【００２５】
以下、本発明の実施例に係る撮像装置の動作について説明する。本発明に係る撮像装置では、前述の如く静止画像と動画像との撮影が可能であるが、静止画像の撮像時には原則として図２に示す画素領域１１ａ及び１１ｂにおける全ての画素を利用して画像の撮像を行う一方、動画像の撮像時には、１枚の画像の構成に必要となる画素領域１１ａ及び１１ｂにおける中央部分のみの画素を利用して画像の撮像が行われる。なお、水平ＯＢ情報、垂直ＯＢ情報、垂直基準信号は、静止画像の撮像時であっても、動画像の撮像時であっても出力される。
【００２６】
また、静止画像の撮像時には、画素領域１１ａ及び１１ｂにおける全ての画素が１回だけ出力されるものの、動画像の撮像時には、画素領域１１ａ及び１１ｂにおける中央部分の画素が所定期間毎に１回ずつ出力される。
【００２７】
本発明に係る撮像装置は、固体撮像素子１から出力される水平基準信号及び垂直基準信号、更には水平ＯＢ情報及び垂直ＯＢ情報に基づき、そのＣＣＤ信号の調整を行うことを主な特徴とするものであるが、このような信号の調整は、静止画像撮像時であっても、また、動画像撮像時であっても同様に行える。
【００２８】
以下、その詳細を説明すると、まず図１で示す制御部８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の垂直駆動パルス、斜め方向ＣＣＤ２３の駆動パルス、ＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂの水平駆動パルス等が含まれる。
【００２９】
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、水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂ、垂直ＯＢ部１６を含む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に転送される。そして、タイミングジェネレータ７からの垂直駆動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が、これらの電荷に続き、垂直電荷注入部１７からＶＣＣＤ２２に転送された電荷も同様にしてＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂ方向にシフトされる。
【００３０】
そして、図２で示す画素領域１１ａ及び水平ＯＢ部１５ａにおけるＶＣＣＤ２２の出力段から出力される電荷は、斜めシフト領域１２ａにおける斜め方向ＣＣＤ２３の電荷シフト初段に転送され、図２で示す画素領域１１ｂ及び水平ＯＢ部１５ｂにおけるＶＣＣＤ２２の出力段から出力される電荷は、斜めシフト領域１２ｂにおける斜め方向ＣＣＤ２３の電荷シフト初段に転送される。
【００３１】
また、斜め方向ＣＣＤ２３にも、ＨＣＣＤ２２と同一の駆動パルスが供給されており、斜め方向ＣＣＤ２３の電荷シフト初段に転送された電荷は、この駆動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における斜め方向ＣＣＤ２３の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における斜め方向ＣＣＤ２３の出力段から出力される電荷は、ＨＣＣＤ１３ｂに転送される。
【００３２】
このようにして、画素領域１１ａにおける各光電変換素子２１からの電荷及び水平ＯＢ部１５ａにおける各光電変換素子２１からの電荷（水平ＯＢ情報）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からの電荷及び水平ＯＢ部１５ｂ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。
【００３３】
また、垂直ＯＢ部１６における各光電変換素子２１からの電荷及び垂直電荷注入部１７からの電荷は、ＶＣＣＤ２２を介して一段ずつ斜め方向ＣＣＤ２３に向かってシフトされる。その際、画面中央部分では画素領域１１ａ又は１１ｂを介して斜め方向ＣＣＤ２３に転送され、画面両端部では水平ＯＢ部１５ａ又は１５ｂを介して斜め方向ＣＣＤ２３に転送される。
【００３４】
このようにして、ＶＣＣＤ２２からの電荷がＨＣＣＤ１３ａ又はＨＣＣＤ１３ｂに転送されると、次に、ＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂによる電荷の水平シフトが行われる。ここで、ＨＣＣＤ１３ａ及び１３ｂには、夫々水平駆動パルスが供給されているが、これら２つの水平駆動パルスは、位相が互いに異なるため、ＨＣＣＤ１３ａ内の電荷と、ＨＣＣＤ１３ｂ内の電荷は夫々反対方向にシフトされる。
【００３５】
ここでは、ＨＣＣＤ１３ａ内の電荷は、右方向にシフトされる一方、ＨＣＣＤ１３ｂ内の電荷は左方向にシフトされ、アンプ１４ａ及び１４ｂが出力するＣＣＤ信号は、１ライン分では例えば図４に示す如く波形となる。図４（ａ）は、アンプ１４ａが出力する１ライン分のＣＣＤ信号の波形、図４（ｂ）は、アンプ１４ｂが出力する１ライン分のＣＣＤ信号の波形を示すものである。
【００３６】
前述の如く、ＨＣＣＤ１３ａ内の電荷は右側にシフトされる一方、ＨＣＣＤ１３ｂ内の電荷は左側にシフトされるため、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ているが、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。
【００３７】
このように、画素領域１１ａと画素領域１１ｂとでは、電荷の読み出し方向が異なるが、図２で示す如く、画面中央で画素領域１１ａと画素領域１１ｂとに分割し、画面中央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。
【００３８】
つまり、画素領域１１ａと画素領域１１ｂとの境界線を基準にして線対称の位置にある画素領域１１ａの画素と画素領域１１ｂの画素とでは、電荷の水平転送段数が同一となるため、この境界線を境として映像レベルが不自然に変化してしまう事態を防止できる。
【００３９】
また、図４（ｃ）は、垂直電荷注入部１７から出力され、垂直ＯＢ部１６、画素領域１１ａ、斜めシフト領域１２ａ、ＨＣＣＤ１３ａを介して転送される１ライン分の垂直基準信号を示しており、図４（ｄ）は、電荷注入部１７から出力され、垂直ＯＢ部１６、画素領域１１ｂ、斜めシフト領域１２ｂ、ＨＣＣＤ１３ｂを介して転送される１ライン分の垂直基準信号を示している。
【００４０】
このように、図２に示す画素領域１１ａ及び１１ｂ、水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂにおける電荷が画面下側のラインから順に画面上側のラインまで出力され、垂直基準信号を最後に１画面分の画像情報の出力を終える。また、前述の如く、動画像撮像時には、これまでの処理が所定期間毎に１回ずつ行われる。
【００４１】
ここで、固体撮像素子１から出力される信号は、画面左側に属し、ＨＣＣＤ１３ａを介して出力される左側チャンネルと、画面右側に属し、ＨＣＣＤ１３ｂを介して出力される右側チャンネルとに分けられるが、両チャンネルから出力される信号には、次のような誤差が生じている。
【００４２】
まず、本願発明の実施例の如く静止画像の出力にも対応している固体撮像素子の場合、画素数が多いことが原因となり、画面中央部分におけるＶＣＣＤの電荷のシフト効率と画面両端部におけるＶＣＣＤの電荷のシフト効率との間に差が生じ易い。これは、画素数の多い固体撮像素子の場合、ＶＣＣＤに供給される垂直駆動パルスによる駆動条件が画面中央部と画面両端部と異なることに起因している。
【００４３】
また、図３に示す斜め方向ＣＣＤ２３を利用して電荷の転送を行う場合、ＶＣＣＤ２２からの電荷の転送及びＨＣＣＤ１３ａ又は１３ｂへの電荷の転送に関して、その連結角度の誤差等が影響して両チャンネル間で誤差が生じ易い。更に、斜め方向ＣＣＤ２３自体、ＶＣＣＤ２２に比べて若干電荷のシフト効率が劣るため、その分両チャンネル間で誤差が生じ易い。
【００４４】
本発明の実施例に係る撮像装置では、このような誤差の発生を考慮しつつ、両チャンネル間における信号の誤差を調整している。そのために、固体撮像素子１から出力される両チャンネルの信号を、夫々ＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂでクランプし、クランプを終えた信号にノイズ除去及びレベル調整の処理を施し、ＡＤ変換器３ａ及び３ｂでディジタルの信号形態に変換した後に比較調整部４に供給する。
【００４５】
比較調整部４では、Ａ／Ｄ変換器３ａ及び３ｂから出力される信号のうち、垂直ＯＢ情報に基づきスミアの検出が行われる。スミアが発生している場合、一般的に、通常レベルの電荷よりも高いレベルの電荷が検出されるため、入来する垂直ＯＢ情報と所定の閾値とを比較することによりスミアの有無を検出する。なお、垂直ＯＢ情報は、複数ライン分存在するため、これら複数ライン分の垂直ＯＢ情報を用いてスミアの有無を検出することにより、その精度をより高めることができる。
【００４６】
ここで、スミアが検出された場合、少なくともこのスミアが発生している水平位置に存在する垂直基準信号に関しても、そのスミアの影響が及んでいる可能性が高い。つまり、注入された電荷のレベルが変動してしまっている可能性が高く、その近辺の垂直基準信号をそのまま利用するのは不適切である。
【００４７】
例えば、画素領域１１ａ内にスミアが発生しており、画素領域１１ｂ内にスミアが発生していない場合、垂直基準信号の信号レベルは、画素領域１１ｂを介して出力されるものよりも、画素領域１１ａを介して出力されるものの方が大きくなるものと考えられる。
【００４８】
このような理由により、本発明に係る撮像装置では、スミアが検出された場合に、このスミアの影響を受ける可能性が極めて少ない水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂを介して出力された垂直基準信号のみを用いてレベル調整を行う。つまり、画面両端部分における垂直基準信号のみを使用して、これらの垂直基準信号の信号レベルが同一となるようＨＣＣＤ１３ａから出力される信号とＨＣＣＤ１３ｂから出力される信号とのレベル調整を行う。これにより、斜め方向ＣＣＤ２３のシフト効率のばらつき、ＨＣＣＤ１３ａ及びＨＣＣＤ１３ｂのシフト効率のばらつきを吸収することができる。
【００４９】
一方、スミアが検出されなかった場合には、図２に示す垂直電荷注入部１７の中央部から出力された垂直基準信号を用い、これらの垂直基準信号の信号レベルが同一となるよう各チャンネルの信号のレベル調整を行う。つまり、ＶＣＣＤ２２による電荷の垂直シフト効率にばらつきが生じやすい画面中央部における垂直基準信号を用いて各チャンネルのレベル調整を行う。これにより、目に付き易い画素領域１１ａと画素領域１１ｂとの境界付近におけるＶＣＣＤ２２による電荷シフト効率のばらつき、斜め方向ＣＣＤ２３のシフト効率のばらつきを吸収することができる。
【００５０】
なお、スミアが検出された場合であっても、また、スミアが検出されなかった場合であっても、各チャンネルのレベル調整のために用いられる垂直基準信号と水平方向に同一となる位置から出力される垂直ＯＢ情報を用いてＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂでクランプ処理を行うことでレベル調整の精度をより高めることができる。
【００５１】
つまり、スミアが検出された場合には、水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂを介して転送される垂直ＯＢ情報、スミアが検出されなかった場合には、画素領域１５ａと画素領域１５ｂとの境界付近から出力される垂直ＯＢ情報を用いてＣＤＳ／ＡＧＣ２ａ及び２ｂでクランプ処理を行うことで、良好なレベル調整を行うことができる。
【００５２】
また、スミアが検出されなかった場合には、画面中央部における垂直基準信号と水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂを介して出力された垂直基準信号とを併用して、各チャンネルのレベル調整を行っても良い。この場合、画素領域１５ａと画素領域１５ｂとの境界付近のみならず、画面両端部分から出力される垂直基準信号を用いたレベル調整が行えるため、電荷のシフト段数に応じて電荷レベルが減少してしまう所謂シェーディングを補正することも可能となる。
【００５３】
また、スミアが検出されなかった場合には、画面中央部における垂直基準信号と水平ＯＢ部１５ａ及び１５ｂを介して出力された垂直基準信号のみを用いるのでなく、出力される垂直基準信号を全て用い、その平均値を算出することにより両チャンネルのレベルを調整しても良い。
【００５４】
そして、以上の如く、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（ｅ）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。
【００５５】
なお、以上の実施例では、垂直電荷注入部１７により注入された垂直基準信号のみを用いて各チャンネルのレベルを調整させた例を示したが、例えば、ＨＣＣＤ１３ａとアンプ１４ａとの間、ＨＣＣＤ１３ｂとアンプ１４ｂとの間に夫々水平電荷注入部を設け、各ラインの信号の先頭に水平基準信号を注入させて、この水平基準信号も併用して各チャンネルのレベルを調整させても良い。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係る撮像装置によれば、第１及び第２の垂直ＣＣＤに基準信号が注入され、この基準信号に基づき、左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを調整するようにしたため、各チャンネルの特性のばらつきを良好に補正できる。
【００５７】
また、斜めシフト領域が設けられる場合、左側チャンネル部と右側チャンネル部とのばらつきが大きくなるのが一般的であるが、このような場合であっても、良好な補正を行うことができる。
【００５８】
また、スミアの検出を行い、スミアが発生していないと検出された場合には、各チャンネルの境界部分から出力される基準信号を使用して各チャンネルのレベル補正を行うため、より精度の高い補正を行うことができる。
【００５９】
また、スミアの検出を行い、スミアが発生していると検出された場合には、スミアの影響を受けていると思われる基準信号を使用せずに各チャンネルのレベル補正を行うため、スミア発生時であっても良好な補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例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信号及び垂直基準信号の一例を示す図である。
【図５】従来の固体撮像素子の一部を示す図である。
【図６】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
１１ａ、１１ｂ、４１…画素領域
１２ａ、１２ｂ…斜めシフト領域
１３ａ、１３ｂ、３３、４２、４３…ＨＣＣＤ
１４ａ、１４ｂ、３４、４６、４７…アンプ
１５ａ、１５ｂ…水平ＯＢ部
１６…垂直ＯＢ部
１７…垂直電荷注入部
２１、３１…光電変換素子
２２、３２…ＶＣＣＤ
２３…斜め方向ＣＣＤ
４４、４５…電荷注入部
Claims (3)
- 入来する光情報を電荷に変換して出力する第１の光電変換素子と、前記第１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する第１の垂直ＣＣＤとを夫々複数有する撮像領域と、
前記撮像領域の両端に設けられ、光学的黒レベルの電荷を生成する第２の光電変換素子と、前記第２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する第２の垂直ＣＣＤとを夫々複数有する光学的黒領域と、
前記第１又は第２の垂直ＣＣＤから転送される電荷を水平方向にシフトする第１及び第２の水平ＣＣＤを有する水平シフト領域と、
前記第１及び第２の垂直ＣＣＤに基準信号を供給する基準信号注入部と、
前記第１及び第２の水平ＣＣＤから出力される電荷のレベルを調整するレベル調整部とを備え、
前記第１の水平ＣＣＤの出力段と、前記第２の水平ＣＣＤの出力段とは互いに向き合う位置に設けられ、前記撮像領域及び光学的黒領域は、前記第１の水平ＣＣＤに電荷を転送する左側チャンネル部と、前記第２の水平ＣＣＤに電荷を転送する右側チャンネル部とに夫々分割されており、前記レベル調整部は、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを、前記基準信号に基づき調整すると共に、前記左チャンネル部及び右チャンネル部から出力される電荷におけるスミア発生の有無を検出し、スミアが発生していなかったと検出された際に、前記レベル調整部は、少なくとも前記左側チャンネル部と右側チャンネル部との境界部分から出力される前記基準信号を用いて、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを調整するようにしたことを特徴とする撮像装置。 - 前記左チャンネル部から出力される電荷を斜め方向にシフトし、前記第１の水平ＣＣＤに転送する第１の斜めＣＣＤを複数有する第１の斜めシフト領域と、前記右チャンネル部から出力される電荷を斜め方向にシフトし、前記第２の水平ＣＣＤに転送する第２の斜めＣＣＤを複数有する第２の斜めシフト領域とを備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記左チャンネル部及び右チャンネル部から出力される電荷におけるスミア発生の有無を検出し、スミアが発生していると検出された際に、前記レベル調整部は、前記第１の垂直ＣＣＤから出力される前記基準信号を使用せずに、前記第２の垂直ＣＣＤから出力される前記基準信号により、前記左側チャンネル部から出力される電荷のレベルと前記右側チャンネル部から出力される電荷のレベルとを調整するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
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