JP5094313B2 - 撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子を有する撮像装置及びその駆動方法に関する。

従来、撮像装置である電子スチルカメラでは、固体撮像素子により被写体を撮影する際、垂直転送路やフォトダイオード周辺部などのフォトダイオード以外で発生した電荷が、垂直転送路上で撮像電荷に漏れ込むことによりスミア現象が発生する。

このスミア現象によるスミア成分を除去する手段として、撮像素子の画像信号領域の上側または下側に存在するＯＢ領域から各列ごとのスミア成分を抽出し、抽出したスミア成分を各列の画像信号から減算することによりスミアの影響を除去する方法が知られている。

しかし、上記方法では、スミア発生の原因となる光源が動いた際、画像の同一列上にあってもスミアの発生量が異なるため、画像の各領域のスミア量を適切に検出することができなかった。このため、適切なスミア補正を行うことができず、画像の劣化につながってしまう場合があった。

これに対し、画像上のスミア成分を詳細に検出して補正する方法として、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載されている電子スチルカメラは、測光走査前に測光前走査を１フィールド期間にわたって空走査を行うことによってスミア成分を検出する。次いで、電子スチルカメラは、測光走査を１フィールド期間行うことによって画像信号を取得し、この信号成分からスミア成分を減算することによりスミアによる測光データの誤差を補正している。

また、特許文献２に記載されている固体撮像装置は、奇数フィールドの撮像電荷を水平方向に転送する水平レジスタと、偶数フィールドの撮像電荷を水平方向に転送する水平レジスタとを有する。固体撮像装置は、受光部から撮像電荷を読み出すタイミングを制御することにより、例えば奇数フィールドから画像信号を読み出すときには、同時に他方の偶数フィールドから垂直転送路で混入するスミア成分だけを読み出す。そして、固体撮像装置は、この２つの信号の差を求めることによりスミアの無い画像信号を得ている。

また、特許文献３に記載されている固体撮像装置は、例えば、偶数行目のフォトダイオードから画像信号を読み出し、奇数行目のフォトダイオードから画像信号を読み出さないような駆動パルスを供給する。固体撮像装置は、撮像素子から撮像電荷とスミア成分を含む画像信号とスミア成分のみからなる画像信号とを１行ずつ交互に読み出し、それらを減算することによりスミアの影響を除去した電荷を出力する。
特開平５−７３３５号公報 特開平６−３３９０７７号公報 特開２００１−２２３９４９号公報

しかしながら、上記従来の撮像装置では、以下に掲げる問題があった。特許文献１に記載の電子スチルカメラは、測光前走査により検出したスミア成分と測光走査により取得した画像信号とによりスミア成分を除去するので、測光前走査と測光走査にそれぞれ１フィールドの期間を必要とする。このため、スミア成分を除いた露光データを得るためには、合計２フィールドの期間が必要となり、露光量検出に時間を要し、カメラの動作速度が遅くなるという問題があった。

また、特許文献２に記載の固体撮像装置は、奇数フィールドから読み出した画像信号から、偶数フィールドから同時に読み出したスミア成分を減算してスミア成分を除去するので、１フィールドの期間で正確な露光量を検出することができる。しかし、奇数フィールドの画像信号の電荷を転送する水平レジスタと、偶数フィールドの画像信号の電荷を転送する水平レジスタとを必要とするため、固体撮像装置の構造が複雑になり、歩留まりの低下やコストアップになるという問題があった。

また、特許文献３に記載の固体撮像装置は、撮像電荷とスミア成分を含む画像信号と、スミア成分のみからなる画像信号とを１行ずつ交互に読み出し、それらを減算することによりスミアの影響を除去した電荷量を出力する。従って、この固体撮像装置では、撮像電荷を読み出さない画素を用意しなければならない。このため、読み出さない画素の撮像電荷は無駄になってしまい、解像度が落ちてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、スミア補正のために構造上の変更を加えず、また解像度を落とすことなく、高速にスミア成分を検出し、スミア成分を除いた露光量を短時間で得ることができる撮像装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、固体撮像素子で撮像された画像信号を出力する撮像装置であって、前記固体撮像素子を構成する複数の画素に対し、前記複数の画素の電荷を加算する画素加算を垂直方向に行う加算手段と、前記加算手段により画素加算を行なう第１フィールドの画像信号と、前記加算手段により画素加算を行なわない第２フィールドの画像信号を順次読み出す読出手段と、前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号からスミア量を算出するスミア量算出手段と、前記スミア量算出手段により算出されたスミア量に基づいて前記画像信号のスミア補正を行なって出力する信号出力手段と、を備えたことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、固体撮像素子で撮像された画像信号を出力する撮像装置であって、前記固体撮像素子を構成する複数の画素に対し、前記複数の画素の電荷を加算する画素加算を垂直方向に行う加算手段と、前記加算手段により第１の加算数で画素加算を行なう第１フィールドの画像信号と、前記加算手段により前記第１の加算数と異なる第２の加算数で画素加算を行なう第２フィールドの画像信号を順次読み出す読出手段と、前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号からスミア量を算出するスミア量算出手段と、前記スミア量算出手段により算出されたスミア量に基づいて前記画像信号のスミア補正を行なって出力する信号出力手段と、を備えたことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置の駆動方法は、固体撮像素子で撮像された画像信号を出力する撮像装置の駆動方法であって、前記固体撮像素子を構成する複数の画素に対し、前記複数の画素の電荷を加算する画素加算を垂直方向に行う加算ステップと、前記加算ステップにより画素加算を行なう第１フィールドの画像信号と、前記加算ステップにより画素加算を行わない第２フィールドの画像信号を順次読み出す読出ステップと、前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号からスミア量を算出するスミア量算出ステップと、前記スミア量算出ステップにより算出されたスミア量に基づいて前記画像信号のスミア補正を行なって出力する信号出力ステップとを有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置の駆動方法は、固体撮像素子で撮像された画像信号を出力する撮像装置の駆動方法であって、前記固体撮像素子を構成する複数の画素に対し、前記複数の画素の電荷を加算する画素加算を垂直方向に行う加算ステップと、前記加算ステップにより第１の加算数で画素加算を行なう第１フィールドの画像信号と、前記加算ステップにより前記第１の加算数と異なる第２の加算数で画素加算を行なう第２フィールドの画像信号を順次読み出す読出ステップと、前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号からスミア量を算出するスミア量算出ステップと、前記スミア量算出ステップにより算出されたスミア量に基づいて前記画像信号のスミア補正を行なって出力する信号出力ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、精度の高いスミア補正を実現することができる。さらに、スミア量算出のためにのみ使うフィールドが存在しないので、フレームレートを落とすことなく、スミア補正が行える。このように、スミア補正のために構造上の変更を加えず、また解像度を落とすことなく、高速にスミア成分を検出し、スミア成分を除いた露光量を短時間で得ることができる。

本発明の撮像装置及びその駆動方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態の撮像装置は、動画駆動モードにおいて、３画素加算の信号を出力する固体撮像装置に適用される。図１は第１の実施形態における固体撮像素子の構造を概略的に示す図である。固体撮像素子１５は、複数のフォトダイオード（画素）２０１、複数の垂直電荷転送部２０２、水平電荷転送路２０３、出力部２０４および信号出力端子２０５を有する。図中、符号２０６は撮像領域を表している。

画素２０１で光電変換された信号電荷は、読み出しパルスにより垂直電荷転送部２０２に送られ、駆動パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６により水平電荷転送路２０３の方向へ順に転送される。

水平電荷転送路（部）２０３は、垂直電荷転送部（路）２０２から転送されて来た１行分の信号電荷を２相駆動パルスφＨ１およびφＨ２により出力部２０４に転送する。信号電荷は、出力部２０４で電圧に変換され、信号出力端子２０５から出力される。

図２は固体撮像素子１５に使用された色フィルタアレイの一部を示す図である。第１の色フィルタを赤（Ｒ）、第２の色フィルタを緑（Ｇ）、第３の色フィルタを緑（Ｇ）、第４の色フィルタを青（Ｂ）とした場合を示している。この色フィルタアレイの配列は、原色の色フィルタ配列の中でも、特に、ベイヤ配列と呼ばれるもので、高い解像度と優れた色再現性を備えた色フィルタ配列である。

図３は固体撮像素子１５の電極構造の一例を示す図である。垂直電荷転送部２０２（図１参照）の各段は、それぞれ駆動パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５、φＶ６の加わる転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６で構成される。また、水平電荷転送路２０３（図１参照）の各部は、それぞれ２相駆動パルスφＨ１およびφＨ２の加わる転送電極である電極Ｈ１およびＨ２で構成される。

本実施形態では、垂直電荷転送部２０２は、垂直方向におけるフォトダイオード２０１の３行分を、１つの転送段としている。そして、垂直電荷転送部２０２は、電極Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５に読み出しパルスを加えることで、それぞれフォトダイオードＰ１、Ｐ２、Ｐ３に蓄積された電荷を読み出すように構成されている。このような構成により、垂直電荷転送部２０２内で、３画素の画素加算が行えるようになっている。

図４は固体撮像素子１５を用いた撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置は、レンズ部（図中、レンズと表記）１１、レンズ駆動部１２、メカニカルシャッタ（図中、メカシャッタと表記）１３、メカニカルシャッタ駆動部（図中、シャッタ駆動部と表記）１４、および図１に示す構成を有する固体撮像素子１５を有する。また、撮像装置は、相関２重サンプリング、ゲイン調整およびＡ／Ｄ変換を行う回路（図中、ＣＤＳ・Ａ／Ｄと表記）１６、撮像信号処理回路１７、タイミング発生部（器）１８、メモリ部１９および全体制御演算部２０を有する。また、撮像装置は、記録媒体制御インターフェース部（図中、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部と表記）２１、表示部２２、記録媒体２３、外部インターフェース部（図中、外部Ｉ／Ｆ部と表記）２４、測光部２５および測距部２６を有する。

撮像装置は、レンズ部１１を通った被写体像を固体撮像素子１５に結像させる。固体撮像素子１５に結合した被写体像に対し、ＣＤＳ・ＡＤ１６で、相関２重サンプリング、ゲイン調整、およびアナログ信号からデジタル信号への変換（Ａ／Ｄ変換）が行われると、Ｒ、Ｇ１、Ｇ２、Ｂの信号として取り込まれ、撮像信号処理回路１７に送られる。撮像信号処理回路１７は、後述する演算回路１７ａを有し、各種の画像信号処理、各種の補正、画像データの圧縮等を行う。

レンズ部１１は、レンズ駆動部１２によってズーム、フォーカス、絞り等が駆動・制御される。シャッタ１３は、一眼レフカメラに使用されるフォーカルプレーン型のシャッタの後幕に相当する幕のみを有するシャッタ機構である。レンズ部１１は、シャッタ駆動部１４によって駆動される。タイミング発生部１８は、固体撮像素子１５および撮像信号処理回路１７に各種タイミング信号を出力する。全体制御演算部２０は、撮像装置全体の制御と各種演算を行う。メモリ部１９は画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御インターフェース部２１は、記録媒体２３に対して画像データの記録または読み出しを行う。表示部２２は、画像データの表示を行う。記録媒体２３は、半導体メモリ等の着脱可能な記憶媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。外部インターフェース部２４は、外部コンピュータ等と通信を行うためのインターフェースである。測光部２５は被写体の明るさ情報の検出を行う。測距部２６は被写体までの距離情報を検出する。

本実施形態の撮像装置においては、全体制御演算部２０がタイミング発生器１８を制御することで、垂直電荷転送部２０２および水平電荷転送路２０３の転送動作を制御する。全体制御演算部２０は、垂直方向２画素の信号電荷を混合した第１フィールド、および画素加算を行わない第２フィールドを順次読み出す。そして、画像処理により、２つのフィールドから３画素加算の１つのフレームを作り出し、最終的に垂直方向の画素数を１／３に削減する。

上記構成を有する撮像装置において、固体撮像素子の駆動方法を詳細に示す。ここで、図５〜図１１において、フォトダイオード２０１にたまった電荷をＲｘｙ、Ｇｘｙ、Ｂｘｙと表記する。Ｒｘｙ、Ｇｘｙ、Ｂｘｙの表記の中で、Ｒ、Ｇ、Ｂは各画素のフィルタの色を表す。また、ｘは画素の垂直位置（水平電荷転送部２０３に近い方から第１段，第２段，・・・とする）、ｙは混合画素群における当該画素の位置（水平電荷転送部２０３の出力部２０４に近い方から第１番目、第２番目、・・・とする）をそれぞれ表すものとする。

レンズ部１１を通った被写体像が固体撮像素子１５に結像すると、固体撮像素子１５に結合した被写体像は、フォトダイオード２０１で光電変換され、電荷として蓄積される。図５は電荷が蓄積された固体撮像素子１５の様子を示す図である。

次に、図６に示すように、全体制御演算部２０は、タイミング発生器１８を制御し、Ｖ１電極に読み出しパルスを加えることで、フォトダイオードＰ１に蓄積された電荷を垂直電荷転送部２０２に読み出す。図６はフォトダイオードＰ１に蓄積された電荷を垂直電荷転送部２０２に読み出す際の様子を示す図である。

次に、図７に示すように、全体制御演算部２０は、タイミング発生器１８を制御し、Ｖ１〜Ｖ６電極に駆動パルスφＶ１〜φＶ６を加え、読み出された電荷を垂直電荷転送部２０２上で４行分移動させる（４画素数分垂直方向に移動）。図７は読み出された電荷を垂直電荷転送部２０２上で４行分移動させる際の様子を示す図である。

次に、全体制御演算部２０は、タイミング発生器１８を制御し、Ｖ３電極に読み出しパルスを加え、４画素数分移動先のフォトダイオードＰ２の電荷を垂直電荷転送部２０２に読み出し、垂直電荷転送部２０２上で転送されてきた画素の電荷と加算する（図８参照）。こうして、垂直電荷転送部２０２上で画素間の電荷が加算される。図８は垂直電荷転送部２０２に読み出された電荷と転送されてきた画素の電荷との加算を行う際の様子を示す図である。

次に、図９に示すように、全体制御演算部２０は、タイミング発生器１８を制御し、Ｖ１〜Ｖ６電極に駆動パルスφＶ１〜φＶ６、φＨ１、φＨ２を加えて順次電荷を転送する。順次転送された電荷は、垂直電荷転送部２０２、水平電荷転送路２０３および出力部２０４を経て信号出力端子２０５から出力される。図９は順次電荷を転送して出力する際の様子を示す図である。

次に、図１０に示すように、全体制御演算部２０は、タイミング発生器１８を制御し、Ｖ５電極に読み出しパルスを加えることで、フォトダイオードＰ３に蓄積された電荷を垂直電荷転送部２０２に読み出す。図１０はフォトダイオードＰ３に蓄積された電荷を垂直電荷転送部２０２に読み出す際の様子を示す図である。

次に、図１１に示すように、全体制御演算部２０は、タイミング発生器１８を制御し、Ｖ１〜Ｖ６電極に駆動パルスφＶ１〜φＶ６、φＨ１、φＨ２を加えて順次電荷を転送する。順次転送された電荷は、垂直電荷転送部２０２、水平電荷転送路２０３および出力部２０４を経て信号出力端子２０５から出力される。図１１は順次電荷を転送して出力する際の様子を示す図である。このように、図５〜図１１に示す駆動方法によって、加算有りと加算無しの異なる２つのフィールドの画像信号が読み出される（読出手段に相当）。また、垂直電荷転送路上で色フィルタ配列（Ｂａｙｅｒ配列）の画素加算を容易に行うことができる。

次に、２つのフィールドとして取り込まれた、フィールド間の画像信号からスミア量を算出し、３画素加算の出力信号を算出する方法を示す。図１２は固体撮像素子から読み出された画素加算無しのフィールドと２画素加算のフィールドの信号レベルと入射光量との関係を示す光電特性図である。図１３は画素加算無しのフィールドと２画素加算のフィールドからスミア信号の影響を除いて加算した合成信号の信号レベルと入射光量との関係を示す光電特性図である。

ここで、信号量１と信号量２の差分で示される２画素加算のフィールドのスミア量と、信号量３と信号量４の差分で示される画素加算無し第２フィールドのスミア量とは、同じである。また、信号量２で示される２画素加算のフィールドの信号量は、信号量４で示される画素加算無しのフィールドの信号量の２倍である。

図１４は撮像信号処理回路１７内においてスミア量の算出、補正ならびに３画素加算を行う演算回路１７ａの構成を示す図である。演算回路１７ａは、メモリ部１０１、１０２、スミア量算出部１０３、ゲイン補正部１０４および加減算器１０５を有する。

ここで、図５〜図９に示す駆動方法により読み出されたフィールドのうち、ｎ番目のフィールドの画像信号をＦｉ（ｎ）、ｎ＋１番目のフィールドの画像信号をＦｉ（ｎ＋１）、ｎ＋２番目のフィールドの画像信号をＦｉ（ｎ＋２）とする。

本実施形態においては、奇数番目に読み出されるフィールドは２画素加算であり、偶数番目に読み出されるフィールドは画素加算なしとする。この場合、ｎは奇数である。

順次読み出されてきたフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ）、Ｆｉ（ｎ＋１）は、それぞれ全体制御演算部２０により選択された、メモリ部１０１、メモリ部１０２に保存される。メモリ部１０１、メモリ部１０２に保存された画像信号は、スミア量算出部１０３に読み出されると、スミア量算出部１０３で数式（１）の演算を行うことにより、スミア量Ｓｍ（ｎ）が算出される。

Ｓｍ（ｎ）＝２×Ｆｉ（ｎ＋１）−Ｆｉ（ｎ） ……（１）
さらに、数式（２）に示すように、Ｆｉ（ｎ）とＦｉ（ｎ＋１）を加算し、この加算値から、スミア量Ｓｍ（ｎ）に対しゲイン補正部１０４でゲイン補正を行った結果を減算することで、スミア補正を行った３画素加算の出力信号Ｘ（ｎ）を得る。

Ｘ（ｎ）＝Ｆｉ（ｎ）＋Ｆｉ（ｎ＋１）−２×Ｓｍ（ｎ） ……（２）
算出された出力信号Ｘ（ｎ）は、メモリ部１９に保存される。出力信号Ｘ（ｎ）がメモリ部１９に保存された時点で、メモリ部１０１に保存されたフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ）は消去される。メモリ部１０２のフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋１）はそのまま保持される。

次に読み出されたフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋２）は、全体制御演算部２０により選択されたメモリ部１０１に保存される。保存された画像信号はスミア量算出部１０３に読み出されると、スミア量算出部１０３で数式（３）に従った演算が行われ、スミア量Ｓｍ（ｎ＋１）が算出される。

Ｓｍ（ｎ＋１）＝２×Ｆｉ（ｎ＋１）−Ｆｉ（ｎ＋２） …… （３）
さらに、数式（４）に示すように、Ｆｉ（ｎ＋１）とＦｉ（ｎ＋２）を加算し、この加算値から、スミア量Ｓｍ（ｎ＋１）に対しゲイン補正部１０４でゲイン補正した結果を減算することで、スミア補正を行った３画素加算の出力信号Ｘ（ｎ＋１）を得る。

Ｘ（ｎ＋１）＝Ｆｉ（ｎ＋１）＋Ｆｉ（ｎ＋２）−２×Ｓｍ（ｎ＋１） …… （４）
算出された出力信号Ｘ（ｎ＋１）は、メモリ部１９に保存される。出力信号Ｘ（ｎ＋１）がメモリ部１９に保存された時点で、メモリ部１０２に保存されたフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋１）は消去される。メモリ部１０１のフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋２）はそのまま保持される。

以下、同様に、新たに読み出され、メモリ部１０１またはメモリ部１０２に格納されるフィールド画像信号Ｆｉ（ｋ＋１）（ｋは任意の整数）が画素加算なしである場合、数式（１）、（２）を用いて、出力信号Ｘ（ｋ）が算出される。一方、新たに読み出され、メモリ部１０１またはメモリ部１０２に格納されるフィールド画像信号Ｆｉ（ｋ＋１）が２画素加算である場合、数式（３）、（４）を用いて、出力信号Ｘ（ｋ）が算出される。

このように、第１の実施形態の撮像装置では、１つ後（あと）のフィールド画像信号を用いてスミア量を算出し、出力画像を得るので、スミア量算出のために余分なフィールドを読み出すことがない。従って、フレームレートを落とさずにスミア補正を行うことができる。また、感度アップとスミア補正の双方を同時に実現することができる。また、２画素加算のフィールドと画素加算を行わないフィールドの画素重心は同一であるので、モワレや偽信号が生じない。

［第２の実施形態］
第２の実施形態の撮像装置は、動画駆動モードにおいて、２画素加算の信号を出力する固体撮像装置に適用される。なお、第２の実施形態における固体撮像装置の構成および駆動方法は、前記第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。ここでは、第２の実施形態における出力信号を算出する方法を示す。

図１５は第２の実施形態における撮像信号処理回路１７内においてスミア量の算出、補正ならびにゲイン調整を行う演算回路１７ｂの構成を示す図である。演算回路１７ｂは、メモリ部６０１、６０２、スミア量算出部６０３、ゲイン補正部６０４、６０５、６０６および加減算器６０７を有する。

第１の実施形態と同様、図５〜図１１に示す駆動方法により読み出されたフィールドのうち、ｎ番目のフィールドの画像信号をＦｉ（ｎ）、ｎ＋１番目のフィールドの画像信号をＦｉ（ｎ＋１）、ｎ＋２番目のフィールドの画像信号をＦｉ（ｎ＋２）とする。

本実施形態において、奇数番目に読み出されるフィールドは２画素加算であり、偶数番目に読み出されるフィールドは画素加算なしとする。この場合、ｎは奇数である。

順次読み出されてきたフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ）、Ｆｉ（ｎ＋１）は、それぞれ全体制御演算部２０により選択された、メモリ、メモリ部６０１、メモリ部６０２に保存される。保存された画像信号は、スミア量算出部６０３に読み出されると、スミア量算出部６０３で数式（５）の演算を行うことにより、スミア量Ｓｍ（ｎ）が算出される。

Ｓｍ（ｎ）＝２×Ｆｉ（ｎ＋１）−Ｆｉ（ｎ） …… （５）
さらに、数式（６）に示すように、フィールド画像信号Ｆｉ（ｎ）からスミア量算出部６０３で算出したスミア量Ｓｍ（ｎ）を減算することで、スミア補正を行った２画素加算の出力信号Ｘ（ｎ）を得る。

Ｘ（ｎ）＝Ｆｉ（ｎ）−Ｓｍ（ｎ） …… （６）
このとき、ゲイン補正部６０４でゲイン補正は行われない。算出された出力信号Ｘ（ｎ）は、メモリ部１９に保存される。出力信号Ｘ（ｎ）がメモリ部１９に保存された時点で、メモリ部６０１に保存されたフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ）は消去される。メモリ部６０２のフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋１）はそのまま保持される。

次に読み出されたフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋２）は、全体制御演算部２０により選択された空のメモリ部６０１に保存される。保存された画像信号はスミア量算出部６０３に読み出されると、スミア量算出部６０３で数式（７）の演算が行われ、スミア量Ｓｍ（ｎ＋１）が算出される。

Ｓｍ（ｎ＋１）＝２×Ｆｉ（ｎ＋１）−Ｆｉ（ｎ＋２） …… （７）
さらに、数式（８）に示すように、フィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋１）に対しゲイン補正部６０５でゲイン補正を行った結果から、スミア量Ｓｍ（ｎ＋１）に対しゲイン補正部６０６でゲイン補正を行った結果を減算する。

Ｘ（ｎ＋１）＝２×Ｆｉ（ｎ＋１）−２×Ｓｍ（ｎ＋１） …… （８）
数式（８）の演算を行うことで、スミア補正を行った２画素相当の出力信号Ｘ（ｎ＋１）を得る。算出された出力信号Ｘ（ｎ＋１）は、メモリ部１９に保存される。出力信号Ｘ（ｎ＋１）がメモリ部１９に保存された時点で、メモリ部１０２に保存されたフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋１）は消去される。メモリ部１０１のフィールド画像信号Ｆｉ（ｎ＋２）はそのまま保持される。

以下、同様に、新たに読み出され、メモリ部６０１またはメモリ部６０２に格納されるフィールド画像信号Ｆｉ（ｋ＋１）（ｋは任意の整数）が画素加算なしか２画素加算であるかに応じて、出力信号Ｘ（ｋ）が算出される。画素加算なしである場合、数式（５）、（６）を用いて出力信号Ｘ（ｋ）が算出される。一方、新たに読み出され、メモリ部６０１またはメモリ部６０２に格納されるフィールド画像信号Ｆｉ（ｋ＋１）が２画素加算である場合、数式（７）、（８）を用いて出力信号Ｘ（ｋ）が算出される。

このように、第２の実施形態の撮像装置では、１つ後（あと）のフィールド画像信号を用いてスミア量を算出し、出力画像を得るので、スミア量算出のために余分なフィールドを読み出すことがない。従って、フレームレートを落とさずにスミア補正を行うことができる。また、本実施形態では、感度調整とスミア補正の双方を同時に実現することができる。また、２画素加算のフィールドと画素加算を行わないフィールドの画素重心は同一であるので、モワレや偽信号が生じない。なお、第２の実施形態では、２画素相当データとして出力しているが、出力レベルを、画素加算を行わない画素にあわせて出力してもよい。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。

例えば、上記第１の実施形態および第２の実施形態では、垂直電荷転送部上で３画素加算できる形態の撮像装置を示しているが、３画素より大きい画素数を加算できる撮像装置でも、本発明は適用できることはいうまでもない。

上記実施形態では２画素加算のフィールドの信号量と画素加算無しのフィールドの信号量を加算する構成であったが、加算数の異なる画素加算を行う構成であってもよい。例えば、２画素加算のフィールドと３画素加算のフィールドの信号量を加算する構成や、２画素加算のフィールドと４画素加算のフィールドの信号量を加算する構成であっても構わない。

また、上記実施形態では、垂直方向２画素の信号電荷を混合した第１フィールド、および画素加算を行わない第２フィールドを順次読み出して演算を行う構成であったが、本発明は３つ以上のフィールドを順次読み出して同様の演算を行う構成であってもよい。

第１の実施形態における固体撮像素子の構造を概略的に示す図である。 固体撮像素子１５に使用された色フィルタアレイの一部を示す図である。 固体撮像素子１５の電極構造の一例を示す図である。 固体撮像素子１５を用いた撮像装置の構成を示すブロック図である。 電荷が蓄積された固体撮像素子１５の様子を示す図である。 フォトダイオードＰ１に蓄積された電荷を垂直電荷転送部２０２に読み出す際の様子を示す図である。 読み出された電荷を垂直電荷転送部２０２上で４行分移動させる際の様子を示す図である。 垂直電荷転送部２０２に読み出された電荷と転送されてきた画素の電荷との加算を行う際の様子を示す図である。 順次電荷を転送して出力する際の様子を示す図である。 フォトダイオードＰ３に蓄積された電荷を垂直電荷転送部２０２に読み出す際の様子を示す図である。 順次電荷を転送して出力する際の様子を示す図である。 固体撮像素子から読み出された画素加算無しのフィールドと２画素加算のフィールドの信号レベルと入射光量との関係を示す光電特性図である。 画素加算無しのフィールドと２画素加算のフィールドからスミア信号の影響を除いて加算した合成信号の信号レベルと入射光量との関係を示す光電特性図である。 撮像信号処理回路１７内においてスミア量の算出、補正ならびに３画素加算を行う演算回路１７ａの構成を示す図である。 第２の実施形態における撮像信号処理回路１７内においてスミア量の算出、補正ならびにゲイン調整を行う演算回路１７ｂの構成を示す図である。

符号の説明

１５ 固体撮像素子
１７ 撮像信号処理回路
１７ａ、１７ｂ 演算回路
１８ タイミング発生部
２０ 全体制御演算部
１０１、１０２ メモリ部
１０３ スミア量算出部
１０４ ゲイン補正部
２０１ フォトダイオード（画素）
２０２ 垂直電荷転送部
２０３ 水平電荷転送路

Claims (8)

1. 固体撮像素子で撮像された画像信号を出力する撮像装置であって、
   前記固体撮像素子を構成する複数の画素に対し、前記複数の画素の電荷を加算する画素加算を垂直方向に行う加算手段と、
   前記加算手段により画素加算を行なう第１フィールドの画像信号と、前記加算手段により画素加算を行なわない第２フィールドの画像信号を順次読み出す読出手段と、
   前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号からスミア量を算出するスミア量算出手段と、
   前記スミア量算出手段により算出されたスミア量に基づいて前記画像信号のスミア補正を行なって出力する信号出力手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 固体撮像素子で撮像された画像信号を出力する撮像装置であって、
   前記固体撮像素子を構成する複数の画素に対し、前記複数の画素の電荷を加算する画素加算を垂直方向に行う加算手段と、
   前記加算手段により第１の加算数で画素加算を行なう第１フィールドの画像信号と、前記加算手段により前記第１の加算数と異なる第２の加算数で画素加算を行なう第２フィールドの画像信号を順次読み出す読出手段と、
   前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号からスミア量を算出するスミア量算出手段と、
   前記スミア量算出手段により算出されたスミア量に基づいて前記画像信号のスミア補正を行なって出力する信号出力手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
3. 前記加算手段は、前記画素の電荷を垂直電荷転送路に読み出し、前記読み出した電荷を４画素数分垂直方向に移動し、前記４画素数分の移動先の前記画素の電荷を前記垂直電荷転送路に読み出すことで、前記垂直電荷転送路上で前記画素間の電荷を加算する２画素の前記画素加算を行い、
   前記スミア量算出手段は、前記２画素の画素加算が行われたフィールドの画像信号と画素加算無しのフィールドの画像信号との演算を行い、前記スミア量を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記複数のフィールドの画像信号の画素重心が同一であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
5. 前記信号出力手段は、前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号を加算し、加算された画像信号に対するスミア補正を行なって出力することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
6. 前記信号出力手段は、前記第２フィールドの画像信号に対するスミア補正を行なって出力することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
7. 固体撮像素子で撮像された画像信号を出力する撮像装置の駆動方法であって、
   前記固体撮像素子を構成する複数の画素に対し、前記複数の画素の電荷を加算する画素加算を垂直方向に行う加算ステップと、
   前記加算ステップにより画素加算を行なう第１フィールドの画像信号と、前記加算ステップにより画素加算を行わない第２フィールドの画像信号を順次読み出す読出ステップと、
   前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号からスミア量を算出するスミア量算出ステップと、
   前記スミア量算出ステップにより算出されたスミア量に基づいて前記画像信号のスミア補正を行なって出力する信号出力ステップと
   を有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
8. 固体撮像素子で撮像された画像信号を出力する撮像装置の駆動方法であって、
   前記固体撮像素子を構成する複数の画素に対し、前記複数の画素の電荷を加算する画素加算を垂直方向に行う加算ステップと、
   前記加算ステップにより第１の加算数で画素加算を行なう第１フィールドの画像信号と、前記加算ステップにより前記第１の加算数と異なる第２の加算数で画素加算を行なう第２フィールドの画像信号を順次読み出す読出ステップと、
   前記第１フィールドの画像信号と前記第２フィールドの画像信号からスミア量を算出するスミア量算出ステップと、
   前記スミア量算出ステップにより算出されたスミア量に基づいて前記画像信号のスミア補正を行なって出力する信号出力ステップと
   を有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。

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