JP4688766B2 - 固体撮像装置、その駆動方法およびカメラ - Google Patents
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Description
本実施の形態では固体撮像装置における動画撮像モードにおいて、静止画における3×3画素を1画素に間引く動作を例に説明する。垂直方向の間引きは垂直転送部(垂直CCD)に受光素子3画素から1画素を間引き読み出しにより行われる。水平方向の間引きは水平転送部(水平CCD)において同色の水平3画素を混合することにより行われる。本発明の固体撮像装置は、この水平3画素が混合された水平転送部の転送段の信号を第1混合パケットとして生成する。この第1混合パケットは、同一行内の同色の直近の列に属する複数の信号パケットと、当該信号パケットと同じ列に属するダミーパケットとを含む。また、本発明の固体撮像装置は、水平転送部の転送段に、信号パケットを含まず、第1混合パケット内の複数の信号パケットと同じ列内の複数のダミーパケットを含む第2混合パケットを生成する。ここで、信号パケットは、複数の受光素子から間引き読み出された信号電荷を含む垂直転送段の信号をいう。ダミーパケットは、受光素子から信号電荷を読み出されないで本来空きの垂直転送段の信号をいう。
SS1=S1−(4/5)N1
SS2=S2−(4/5)N1−N2
第2タイプであると判定された場合、画像処理部33は、その第1混合パケットに対応する第2混合パケットN1の信号レベルを検出し(S66)、さらに、その第1混合パケットに対応する第2混合パケットN2の信号レベルを検出し(S67)、次式に従って第1混合パケットからノイズ成分をほぼ削除し(S68)、メモリに保存する(S69)。
また、第1混合パケットの信号レベルとしきい値との比較において、第1混合パケットの信号レベルがしきい値以上である場合には、画像処理部33は、第1混合パケットの信号レベルを、そのままメモリに保存する(S69)。
本実施の形態では、第1混合パケットと第2混合パケットとの列関係の相関性を向上させることにより、第1混合パケットのノイズ成分と第2混合パケットのノイズ成分の比を整数倍にし、ノイズ低減の精度を向上させた固体撮像装置について説明する。同時に、垂直転送部の転送チャネルや受光素子からの読み出しゲートに欠陥がある場合に生じる、垂直転送部の転送不良に起因する縦線ノイズを低減する固体撮像装置について説明する。
SS4=S4−2N4
SS3=S3−N3−2N4
図9は、画像処理部33におけるノイズ低減処理を示すフローチャート図である。同図のノイズ減算処理は、図8のステップS42における1行分の水平転送により出力される全ての第1混合パケットを対象になされる。図9は、図6と比べて、ほぼ同じ流れであるが、主としてステップS65、S68の計算の代わりにステップS115、S118の計算を用いる点が異なっている。同じ点は説明を省略して、異なる点を中心に説明する。
また、ステップS118において、画像処理部33は、次式に従って第1混合パケットからノイズ成分をほぼ削除する。
これらノイズ低減では、信号パケットに含まれるノイズ成分がノイズパケットのノイズ成分のちょうど整数倍になっているので、ノイズ低減の精度を向上させることができる。
本実施の形態における固体撮像装置は、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列の各最終段にも上流からの垂直転送とは独立に、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合、保持および垂直転送可能な保持部を備える。つまり、全ての列の垂直最終段が独立転送可能な電極構造を備える。このように、全列の垂直最終段で垂直混合が可能になるので駆動部(タイミング発生回路20)による転送の自由度が増す。これにより、第2混合パケット内のダミーパケットを、第1混合パケットの信号パケットが属する列に容易に一致させることができる。その結果、ノイズ低減の精度を向上させることができる。
SS5=S5−2N5
SS6=S6−2N5−N6
図13は、画像処理部33におけるノイズ低減処理を示すフローチャート図である。同図のノイズ減算処理は、同図は、図6、9と比べて、基本的に同じ流れであるので、異なる点を中心に説明する。
また、ステップS158において、画像処理部33は、次式に従って第1混合パケットからノイズ成分をほぼ削除する。
これらノイズ低減では、信号パケットに含まれるノイズ成分がノイズパケットのノイズ成分のちょうど整数倍になっているので、ノイズ低減の精度が向上させることができる。
本実施の形態における固体撮像装置は、垂直転送部13の最終段が何れも独立した転送電極を持たず、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の、垂直転送部と水平転送部の間に設けられ、N列離れた列毎に独立して信号電荷を保持および転送するホールド部を、上記の保持部として備える構成について説明する。
以上のように構成された本実施の形態における固体撮像装置について、その動作を説明する。
SS7=S7−2N7
SS8=S8−3N7
図18は、画像処理部33におけるノイズ低減処理を示すフローチャート図である。同図のノイズ減算処理は、同図は、図6、図9と比べて、基本的に同じ流れであるので、異なる点を中心に説明する。
また、ステップS207において、画像処理部33は、次式に従って第1混合パケットからノイズ成分をほぼ削除する。
以上のように本位実施の形態における固体撮像装置では、信号パケットとノイズパケットパケットの列関係の相関性が向上し、第1混合パケットに含まれるノイズ成分が第2混合パケットのノイズ成分のちょうど整数倍なので、ノイズ低減の計算精度を向上させることができる。また、全列に必ずダミーパケットのバックアップがあるので、縦線ノイズの発生を防止することができる。ホールド部から水平転送部へ転送するため、駆動タイミングが簡単になる。
12 受光素子
13 垂直転送部
14 水平転送部
15 電荷検出部
16 出力ゲート
17 FD(フローティングディフュージョン)部
18 RD(リセットドレイン)部
19 RG(リセットゲート)部
20 タイミング発生回路
21 画素最終段
21a ホールド部
31 レンズ
32 制御部
33 画像処理部
Claims (16)
- 行列状に配列された複数の受光素子と、
前記受光素子の列に対応して設けられ、動画撮像モードにおいて前記複数の受光素子から間引き読み出された信号電荷を含む複数の信号パケットと、信号パケット以外のダミーパケットとを垂直転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の最終段に位置し、上流からの垂直転送とは独立に、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合、保持および垂直転送可能な複数の保持部と、
前記複数の保持部または前記M列に対応する垂直転送部から転送される信号電荷を混合、保持および水平転送する水平転送部と、
前記垂直転送部、前記保持部および前記水平転送部を駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記動画撮像モードにおいて、前記水平転送部において第1混合パケットおよび第2混合パケットを生成するように、前記複数の保持部および前記水平転送部を駆動し、
前記第1混合パケットは、同一行内の同色の直近の列に属する複数の信号パケットと、当該信号パケットと同じ列に属するダミーパケットとを含み、
前記第2混合パケットは、信号パケットを含まず、第1混合パケット内の複数の信号パケットと同じ列内の複数のダミーパケットを含む
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記駆動部は、同じ列に属するダミーパケット同士を、前記保持部で混合し、さらに保持部から前記水平転送部への転送により水平転送部で異なる列に属するダミーパケットに混合することによって前記第2混合パケットを生成する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記第1混合パケットには、第1タイプと第2タイプとが存在し、
第1タイプの第1混合パケットは、同一行内の同色の直近の列に属するi(iは2以上)個の信号パケットと、当該信号パケットと同じ列に属するi個以下のダミーパケットとを含み、
第2タイプの第1混合パケットは、同一行内の同色の直近の列に属するi個の信号パケットと、当該信号パケットと同じ列に属するj個のダミーパケットと、当該信号パケットと同じ列に属さないk(j+k>i)個のダミーパケットとを含み、
前記第2混合パケットは、第1混合パケットの信号パケットおよびダミーパケットと同じ列に属するダミーパケットを含み、
前記固体撮像装置は、さらに、
第2混合パケットを用いて第1タイプの第1混合パケットのノイズを低減する第1ノイズ低減手段と、
複数の第2混合パケットを用いて第2タイプの第1混合パケットのノイズを低減する第2ノイズ低減手段とを備える
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記複数の保持部は、さらに、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列の各最終段にも上流からの垂直転送とは独立に、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合、保持および垂直転送可能な保持部を備える
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、さらに、前記第1タイプおよび第2タイプの第1混合パケットの信号レベルとしきい値とを比較する比較手段を備え、
前記第1ノイズ低減手段および第2ノイズ低減手段は、前記第1混合パケットの信号レベルが前記しきい値よりも大きい場合には、当該第1混合パケットに対してノイズを低減する処理をしない
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記しきい値は、前記第1混合パケットの飽和信号量に相当する値である
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記複数の受光素子は、光学的黒画素を含み、
前記固体撮像装置は、さらに、第1ノイズ低減手段および第2のノイズ低減手段におけるノイズ低減処理の前に前記第2混合パケットから光学的黒画素の信号レベルを減算処理する前処理手段を備える
ことを特徴とする請求項3から6の何れかに記載の固体撮像装置。 - 前記駆動部は、同じ列に属する信号パケットとダミーパケットとを前記保持部で混合し、さらに、前記保持部から前記水平転送部への転送により、前記水平転送部で異なる列に属する信号パケットに混合することによって前記第1混合パケットを生成する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記第1混合パケットには、第1タイプと第2タイプとが存在し、
前記駆動部は、
信号パケットと、前記信号パケットの後方から連続で垂直転送される複数の同じ列の属する連続ダミーパケットの内少なくとも1つのダミーパケットとを、前記保持部で混合し、更に前記保持部から前記水平転送部への転送により、前記水平転送部で異なる列に属する信号パケットを含む混合パケットに混合することによって前記第1混合パケットを生成し、
前記連続ダミーパケットの内、残りのパケットを前記保持部で混合し、更に前記保持部から前記水平転送部への転送により、前記水平転送部で異なる列に属するダミーパケットを含む混合パケットに混合することによって前記第2混合パケットを生成する
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 - 前記駆動部は、
同じ列に属するパケットを前記保持部で混合する垂直混合と、前記保持部からまたは前記M列に対応する垂直転送部から前記水平転送部へのパケットの転送により、前記水平転送部で異なる列に属するパケットに混合する水平混合とによって前記第1又は第2混合パケットを生成し、
前記毎N列中のM列以外の列の保持部において垂直混合を駆動すると同時に、前記毎N列中の少なくとも1列に対応する保持部から、および前記M列に対応する垂直転送部から前記水平転送部に水平混合を駆動する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記複数の保持部は、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の、垂直転送部の最終転送段であり、N列離れた列毎に独立した転送電極を有する
ことを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の固体撮像装置。 - 前記複数の保持部は、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の、垂直転送部と水平転送部の間に設けられ、N列離れた列毎に独立して信号電荷を保持および転送する
ことを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の固体撮像装置。 - 行列状に配列された複数の受光素子と、
前記受光素子の列に対応して設けられ、動画撮像モードにおいて前記複数の受光素子から間引き読み出された信号電荷を含む複数の信号パケットと、信号パケット以外のダミーパケットとを垂直転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の最終段に位置し、上流からの垂直転送とは独立に、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合、保持および垂直転送可能な複数の保持部と、
前記複数の保持部または前記M列に対応する垂直転送部から転送される信号電荷を混合、保持および水平転送する水平転送部と、
前記垂直転送部、前記保持部および前記水平転送部を駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部は、
前記動画撮像モードにおいて、前記水平転送部において第1混合パケットおよび第2混合パケットを生成するように、前記複数の保持部および前記水平転送部を駆動し、
前記第1混合パケットは、同一行内の同色の直近の列に属する複数の信号パケットと、当該信号パケットと同じ列に属するダミーパケットとを含み、
前記第2混合パケットは、信号パケットを含まず、第1混合パケット内の複数の信号パケットと同じ列内の複数のダミーパケットを含み、
前記固体撮像装置は、さらに、
第1混合パケットの信号レベルとしきい値とを比較する比較手段と、
前記第1混合パケットの信号レベルが前記しきい値よりも小さい場合に、第2混合パケットを用いて当該第1混合パケットに対してノイズを低減するノイズ低減手段と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第1、第2ノイズ低減部または前記ノイズ低減手段は、
前記水平転送部から出力される複数行の出力から、同一列に属する複数の第2混合パケットの平均値を用いて、当該第1混合パケットに対してノイズを低減する
ことを特徴とする請求項3、5、6および13の何れかに記載の固体撮像装置。 - 請求項1記載の固体撮像装置の駆動方法であって、
同じ列に属するダミーパケット同士を、前記保持部で混合し、さらに保持部から前記水平転送部への転送により水平転送部で異なる列に属するダミーパケットに混合することによって前記第2混合パケットを生成する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 請求項1から13の何れかに記載の固体撮像装置を備えるカメラ。
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