KR20070105274A - 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법, 카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고체 촬상 장치는, 복수의 수직 전송부와 1개의 수평 전송부와 구동부를 구비하고, 상기 복수의 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단은, m(m은 2이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖는다. 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 혹은 모든 열의 수직 최종단은 다른 열과는 독립된 전송 전극을 갖고, 해당 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을 해당 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어된다. 상기 구동부는, 화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들어간 제1 패킷과 화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들어가 있지 않은 제2 패킷을, 1수평 전송 기간 내에 적어도 1패킷씩 연속하여 수직 방향으로 전송하는 연속 수직 전송 구동 모드를 갖고, 상기 연속 수직 전송 구동 모드에 있어서 상기 제1 패킷과 상기 제2 패킷이 상기 수평 전송부 내에서 배분되어 분리되도록 상기 수직 전송단의 전송 전극 및 상기 수평 전송부의 전송 전극에 각각 전송 펄스를 인가한다.

Description

고체 촬상 장치 및 그 구동 방법, 카메라{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THE SAME, CAMERA}

이하, 본 발명의 이점 및 특징은, 본 발명의 구체적 실시 형태를 도시하는 첨부된 도면과 함께 다음의 설명을 통해서 명백해질 것이다.

도 1A, 1B는 종래 기술의 과제를 설명하기 위한 전하 전송 상태를 나타내는 모식도이다.

도 2는 종래 기술에서의 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다.

도 3은 종래 기술에서의 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2, 리셋 게이트 펄스 RGφ 및 신호 출력 Vout의 타이밍 관계를 나타내는 도면이다.

도 4A, 4B는 종래 기술에서의 CCD 촬상 소자의 전체 화소 독출 구동 모드의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5A~5C는 종래 기술에서의 CCD 촬상 소자의 솎아냄 구동 모드의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다.

도 7A, 7B는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 수직 전송 전극의 구성도이다.

도 8A, 8B는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 신호 독출 화소와 전송 전극의 배치 관계를 나타내는 도면이다.

도 8C는 전송 전극의 조에서의 베리어 전극과 축적 전극의 배치 관계를 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 수직, 수평 전송 펄스의 타이밍 차트이다.

도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 13A, 13B는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 장치에 있어서 수직 화소 가산이 가능한 패킷 배치를 나타내는 도면이다.

도 13C는 수직 화소 가산이 가능하지 않은 패킷 배치를 나타내는 도면이다.

도 14는 도 13 (c)에 나타내는 패킷 배치에서의 구동을 가능하게 하는 수평 전송부의 개략 구성도이다.

도 15는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 스틸 모드에서 얻어지는 신호에 대한 여러 가지 모니터 모드에서의 스미어 개선도를 나타내는 도면이다.

도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 17은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 18은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 19는 본 발명의 제2 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 20은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 21은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 22는 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 23은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 24는 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 25는 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 26은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 27은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 28은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 29는 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 30은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 31A, 31B는 본 발명의 제3 실시 형태에서의 고체 촬상 장치에 있어서 혼합되는 화소의 조합(혼합 화소군)의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 32는 본 발명의 제4 실시 형태에서의 디지털 카메라의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

도 33은 본 발명의 제4 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 출력 신호를 시계열로 나열한 도면이다.

도 34는 본 발명의 제4 실시 형태에서의 스미어 저감을 위한 신호 처리 플로우의 일례를 나타내는 도면이다.

본 발명은 CCD 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법에 관한 것 으로, 특히, 솎아냄(thinned-out) 구동시의 스미어 등의 노이즈 저감 기술에 관한 것이다.

종래, 받은 광을 전기 신호로 변환하고 영상 신호로서 출력하는 고체 촬상 소자가 알려져 있고, 이 고체 촬상 소자로부터 얻은 영상 신호를 정지 화상으로서 표시하는 디지털 스틸 카메라 등의 카메라가 알려져 있다. 최근에는, 이러한 고체 촬상 소자를 이용한 카메라는 화질 및 기능의 한층 더한 향상이 요망되고 화소의 고밀도화가 진행되고 있다.

이러한 고체 촬상 소자에 있어서, 특히 모니터 모드 등에서 출력 스피드를 향상시키기 위해서, 신호 전하를 독출하는 화소를 솎아냄으로써 출력 영상 신호 중의 화소수를 줄이는 구동 방법이 예를 들어 특허 문헌 1, 2에 개시되어 있다.

그러나, 이러한 솎아냄 구동에 있어서, 스미어나 암전류 등의 노이즈 성분이 문제가 된다. 이것에 대해 도 1A, 1B를 이용해 설명한다.

도 1A, 1B는 특허 문헌 3에 개시된 종래 기술의 과제를 설명하기 위한 모식도이다. 이들의 모식도에 있어서, 아웃라인의 원(○)은 수직 전송부(13) 상의 노이즈 성분을, 검게 칠한 원(●)은 수평 블랭킹 기간 1회에 전송되는 노이즈 성분을 포함한 신호 성분을 각각 나타내고 있다.

정지 화면 촬상 모드 등에서 이용되는 전체 화소 독출 구동에서는, 도 1A에 나타내는 바와 같이 전체 화소의 신호 전하(도면 중, 검게 칠한 사각으로 나타냄)를 동일 시각에 수직 전송부(13)에 일제히 독출하고, 해당 수직 전송부(101) 중에서 혼합하지 않고 독립적으로 수직 방향으로 전송하며, 또한 그 신호 전하를 수평 전송부(14)에 의해 수평 방향으로 전송하고, 전하 검출부(15)를 통하여 독출하도록 하고 있다.

이 전체 화소 독출 구동 도 1A에서는, 수평 블랭킹 기간 당 수직 전송부 1개에서의 전송 화소수는 1화소이다. 또한, 1회에 출력되는 신호 화소수는 1화소이며, 1회에 출력되는 노이즈량은 수직 전송부 1개분(1패킷 분의 노이즈량)이다. 또한, 여기에서는 전체 화소 독출에서도 메카 셔터를 사용하지 않는 것을 전제로 하고 있다.

한편, 모니터 모드 등에서 이용되는 솎아냄 독출 구동에서는, 도 1B에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 수직 방향에 있어서 1화소 간격으로 솎아내는 경우에는 홀수 행(도면 중, 1, 3, 5, ······)의 화소의 신호 전하만을 수직 전송부(13)에 독출한다. 이 때, 수직 전송부(13)에는 빈 패킷이 존재한다. 그리고, 신호 패킷과 빈 패킷을 쌍으로 하여 수직 방향으로 전송하고, 또한 그 2패킷 분의 전하를 수평 전송부(14) 중에서 혼합하여 수평 방향으로 전송하며, 전하 검출부(15)를 통하여 독출하도록 하고 있다.

이 솎아냄 독출 구동 도 1B에서는, 수평 블랭킹 기간 당 수직 전송부 1개에서의 전송 화소수는 2화소이다. 또한, 1회에 출력되는 신호 화소수는 1화소이며, 1회에 출력되는 노이즈량은 수직 전송부 2개분(2패킷 분의 노이즈량)이다.

전술한 동작 설명으로부터 알 수 있듯이, 솎아냄 독출의 구동 방법 도 1B에서 노이즈가 조장되는 것은, 신호 전하가 독출되지 않은 빈 패킷이 존재하고, 또한 이 빈 패킷에도 수직 전송부(13) 상의 노이즈 성분이 축적되기 때문에, 수평 전송 부(14)에 있어서 수직 2화소(상하 2패킷) 사이에 혼합을 행함으로써, 1화소 분의 신호 성분에 대해서 2패킷 분의 노이즈 성분이 가산되어 S/N이 2배(6dB) 악화되게 되기 때문이다.

이 문제를 해결하기 위한 제안이 종래부터 이루어지고 있고, 상기 특허 문헌 3에 그 한 방법이 개시되어 있다. 이 기술에 대해 이하에 설명한다.

도 2는 종래 기술에 따른 고체 촬상 소자를 나타내는 개략 구성도이다. 여기에서는, 예를 들어 전체 화소 독출 구동 방식 CCD 촬상 소자에 있어서, 전체 화소 독출 모드 외에, 수직 방향에 있어서 예를 들어 1화소 간격으로 화소 정보를 솎아내는 처리를 행하는 솎아냄 독출 모드를 취할 수 있는 경우를 예로 들어 설명하는 것으로 한다.

도 2에 있어서, 촬상부(촬상 에리어 : 11)는 반도체 기판 상에 매트릭스형상으로 배열되고, 입사광을 그 광량에 따른 전하량의 신호 전하로 변환하여 축적하는 포토다이오드 등의 복수개의 수광 소자(화소 : 12)와, 이들 복수개의 수광 소자(12)의 수직열마다 그 배열 방향을 따라서 설치된 복수 라인의 수직 전송부(13)로 구성되어 있다.

복수개의 수직 전송부(13)는 각 화소에 1:1의 대응 관계를 갖고 설치된 신호 패킷과, 이들 신호 패킷의 수직 전송 방향 전방측에 1개씩 배치된 빈 패킷의 집합(패킷열)으로 이루어지고, 각 패킷의 전송 채널 상에는 3개의 전송 전극(도시하지 않음)이 전송 방향으로 배열되어 있다. 여기서, 패킷이란 신호 전하의 전송로 상에 있어서 신호를 전송하는 단위를 말한다. 그리고, 수직 전송부(13)는, 예를 들 어 3상의 수직 전송 펄스 Vφ1, Vφ2, Vφ3에 의해서 전송 구동된다.

즉, 수직 전송부(13)는 수평 블랭킹 기간에 있어서, 1행(1라인) 분의 신호 전하를 3상의 수직 전송 펄스 Vφ1, Vφ2, Vφ3에 따라 1라인씩 전송(이하, 이것을 라인 시프트라 함)라는 동작을 행한다. 여기서, 수직 전송부(13)의 전송 전극의 일부가 독출 게이트 전극을 겸하고 있기 때문에, 수직 전송 펄스 Vφ1, Vφ2, Vφ3 중 어느 하나는 저레벨, 중레벨 및 고레벨의 3값 레벨을 취하고, 그 3값째의 고레벨의 펄스가 독출 펄스가 된다.

단, 3상의 수직 전송 펄스 Vφ1, Vφ2, Vφ3의 각 패킷으로의 부여 방법은, 솎아냄 독출 모드에서는 전체 화소 독출 모드와 상이하다. 즉, 신호 전하의 독출이 솎아내지는 화소에 대해서는, 당연한 일이지만 독출 펄스가 부여되지 않게 된다. 또한, 수직 전송부(13)에 있어서, 전체 화소 독출 모드에서는 수평 블랭킹 기간에 1회 라인 시프트가 행해짐에 대해서, 1화소 간격의 솎아냄 독출 구동에서는 수평 블랭킹 기간에 2회 라인 시프트가 행해지게 된다.

촬상부(11)의 도면 상의 하측에는 복수개의 수직 전송부(13)의 전송 방향측 단부에 인접하여 수평 전송부(14)가 배치되어 있다. 이 수평 전송부(14)는 솎아냄 독출 모드에서는 신호 성분과 노이즈 성분을 쌍으로 하여 전송할 필요가 있기 때문에, 수평 방향의 화소수의 2배인 수(배밀도)의 패킷의 배치(패킷열)로 이루어지는 구성이 되고 있다. 그리고, 서로 역상인 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2에 의해서 전송 구동된다. 이 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2는 수평 전송부(14)가 배밀도로 구성되어 있기 때문에 그 주파수도 통상의 2배로 설정되어 있다.

수평 전송부(14)의 전송처측의 단부에는 이 수평 전송부(14)에 의해서 전송되어 오는 신호 전하를 검출하고, 이것을 신호 전압으로 변환하여 출력하는 예를 들어 플로팅 디퓨전·앰프 구성의 전하 검출부(15)가 배치되어 있다. 이 전하 검출부(15)는 수평 전송부(14)의 최종 출력 게이트(16)에 인접하여 설치된 FD(플로팅 디퓨전)부(17)와, 전하를 소거하는 RD(리셋 드레인)부(18)와, FD부(17)의 전하를 RD부(18)로 배출하는 RG(리셋 게이트)부(19)로 구성되어 있다.

이 전하 검출부(15)에 있어서, RD부(18)에는 소정의 드레인 전압 Vrd가 부여되어 있다. 또한, RG부(19)에는 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2와 예를 들어 동일 주기의 리셋 게이트 펄스 RGφ가 인가된다. 그리고, FD부(17)로부터는 신호 전하를 신호 전압으로 변환하여 얻어지는 신호 출력 Vout가 도출된다. 또한, 수직 전송 펄스 Vφ1~Vφ3, 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2 및 리셋 게이트 펄스 RGφ를 포함한 각종의 타이밍 신호는 타이밍 발생 회로(20)에서 생성된다.

도 3에 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2, 리셋 게이트 펄스 RGφ 및 신호 출력 Vout의 타이밍 관계를 나타낸다. 신호 출력 Vout의 파형에 있어서, P상은 프리셋부, D상은 데이터부이며, 수평 전송부(14)가 2패킷을 1단위로 한 배밀도 구성이기 때문에, 수평 방향 전방측의 패킷의 정보가 P상으로, 후방측의 패킷의 정보가 D상으로서 출력되게 된다.

다음에, 상기 구성의 전체 화소 독출 구동 방식의 CCD 촬상 소자의 각 구동 모드의 동작에 대해서, 도 4A, 4B, 도 5A~5C의 모식도를 이용하여 설명한다. 또한, 이들 각 모식도에 있어서, 아웃라인의 원(○)은 수직 전송부(13) 상의 노이즈 성분을, 검게 칠한 원(●)은 수평 블랭킹 기간 1회에 전송되는 노이즈 성분을 포함하는 신호 성분을 각각 나타내고 있다.

우선, 모드 변환 신호에 의해서 전체 화소 독출 모드가 설정되면, 타이밍 발생 회로(20)는 해당 모드에 대응한 타이밍의 수직 전송 펄스 Vφ1~Vφ3을 출력한다. 이것에 의해, 도 4의 모식도에 있어서 전체 화소의 신호 전하(도면 중, 검게 칠한 사각으로 나타냄)가 동일 시각에 수직 전송부(13)에 일제히 독출된다(도 4A).

계속해서, 수직 전송부(13)에 있어서 라인 시프트가 행해지는 것이지만, 그 전에 수평 전송부(14)는 2패킷을 1단위로 하고 있기 때문에, 이 패킷쌍 중 수평 전송 방향 후방측의 패킷에 신호 전하를 공급하기 위해서, 수평 전송부(14)에서는 미리 1비트(1패킷)분의 시프트(이하, 이것을 1비트 시프트라 함)가 행해진다. 그 후, 수평 블랭킹 기간 내에 있어서 1회 라인 시프트가 행해진다. 그 결과, 1라인(1행)분의 신호 전하가 수평 전송부(14)에 시프트된다 (도 4B).

이렇게 하여, 수직 전송부(13)로부터 수평 전송부(14)에 시프트된 1라인 분의 신호 전하는 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2에서 수평 방향으로 전송되고, 전하 검출부(15)에 화소 단위로 순서대로 주입된다. 전하 검출부(15)에 있어서는, 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2와 동일 주기로 리셋 게이트 펄스 RGφ가 리셋 게이트부(19)에 인가됨으로써, FD부(17)의 잔류 전하를 RD(18)에 배출하는 리셋 동작이 행해진다.

이것에 의해, FD부(17)로부터는, 도 3에 나타내는 바와 같이 파형의 신호 출력 Vout가 도출된다. 또한, 전체 화소 독출 모드에 있어서는, 전술한 동작 설명으 로부터 알 수 있듯이, 전방측의 패킷에는 수직 전송부(13)로부터 아무런 정보가 주어지지 않게 되어 있다. 따라서, 신호 출력 Vout에 있어서, P상에는 전혀 정보가 실리지 않고, 이 P상은 후술하는 신호 처리 시의 기준이 되며, 또한 D상에는 신호 성분의 정보가 실리게 된다.

한편, 모드 변환 신호에 의해서 솎아냄 독출 모드가 설정되면, 타이밍 발생 회로(20)는 해당 모드에 대응한 타이밍의 수직 전송 펄스 Vφ1~Vφ3을 출력한다. 이것에 의해, 도 5A~5C의 모식도에 있어서, 예를 들어 짝수행(도면 중, 2, 4, ······)의 화소의 신호 전하(도면 중, 검게 칠한 사각으로 나타냄)만이 수직 전송부(13)에 독출된다(도 5A).

계속해서, 수직 전송부(13)에 있어서, 수평 블랭킹 기간 내에 있어서 1회째의 라인 시프트가 행해진다. 이것에 의해, 수평 전송부(14)의 패킷쌍 중 수평 전송 방향 전방측의 패킷에 수직 전송부(13)로부터 1라인 분의 노이즈 성분의 전하가 공급되게 된다(도 5B). 그 후 계속해서 수평 전송부(14)에 있어서 1비트 시프트가 행해진다.

다음에, 수직 전송부(13)에 있어서, 동일한 블랭킹 기간 내에 있어서 2회째의 라인 시프트가 행해진다. 이것에 의해, 수평 전송부(14)의 패킷쌍 중 수평 전송 방향 후방측의 패킷에 수직 전송부(13)로부터 1라인 분의 신호 성분의 전하가 공급되게 된다(도 5C). 그 결과, 수평 전송부(14) 상에 있어 패킷쌍의 전방에 노이즈 성분의 전하가, 후방에 신호 성분의 전하가 각각 축적되게 된다.

이렇게 하여, 수평 블랭킹 기간 내에 있어서 라인 시프트가 2회 행해지는 것 에 의해서 수직 전송부(13)로부터 수평 전송부(14)에 시프트된 노이즈 성분 및 신호 성분의 각 전하는 쌍으로 수평 방향으로 전송되고, 전하 검출부(15)에 순서대로 주입된다. 전하 검출부(15)에서는, 수평 전송 펄스 Hφ1, Hφ2와 동일 주기의 리셋 게이트 펄스 RGφ에 의해서 리셋 동작이 행해지고, 그 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이 파형의 신호 출력 Vout에 있어서 P상에는 노이즈 성분의 정보가 실리고, D상에는 신호 성분의 정보가 실리게 된다.

이 전하 검출부(15)에 있어서, 수평 전송부(14)의 전송 주기와 동일 주기로 리셋 동작이 행해짐으로써, P상과 D상 사이에서도 리셋 동작이 행해지게 된다. 그 결과, P상에는 1패킷 분의 노이즈 성분이 실리고, D상에는 1패킷 분의 신호 성분+노이즈 성분이 실리게 된다.

전술한 바와 같이, 전체 화소 독출 구동 방식의 CCD 촬상 소자에 있어서, 솎아냄 독출 모드 시에 신호 패킷과 빈 패킷의 각 전하를 조(본 예에서는, 쌍)로 하여 수평 전송하고, 이 수평 전송되는 전하를 순서대로 전기 신호로 변환하여 빈 패킷의 노이즈 성분을 P상에 싣고, 신호 패킷의 신호 성분을 D상에 실어 출력함으로써, 화소 정보와 동일 화소열, 즉 수평 방향의 동일 어드레스의 노이즈 정보를 그 화소 정보와 쌍으로 얻을 수 있다.

따라서, 후단의 신호 처리계에 있어서, D상의 신호 성분과 P상의 노이즈 성분의 차분을 취하는 처리를 행함으로써, 신호 성분에 포함되는 노이즈 성분을 캔슬할 수 있다. 여기서, 빈 패킷의 노이즈 성분이란 스미어나 암전류 등의 수직 전송과 동일 방향에 실리는 노이즈를 말한다.

또한, 특허 문헌 4에는 독출 화소로부터 독출된 신호 성분+스미어 성분과 빈 패킷에 포함되는 스미어 성분을 후단 회로에서 차분하여 스미어 성분을 제거하는 것 및 수직 전송로의 최종부에 전송 저지 게이트를 설치하는 것으로 수직 방향의 솎아냄 뿐만이 아니라 수평 방향의 솎아냄에도 대응할 수 있는 것이 개시되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 평9-298755호

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 평11-234688호

[특허문헌 3] 일본 공개특허공보 2000-299817호

[특허문헌 4] 일본 공개특허공보 2005-328212호

그러나, 특허 문헌 3, 4에 개시된 전술의 방법에서는 이하에 나타내는 문제가 생긴다.

첫 번째로, 특허 문헌 3에 개시된 방법에서는 수평 방향으로 화소를 솎아내는 구동 방법으로 대응할 수 없다. 예를 들어, 수평 방향으로 1화소 간격으로 화소를 독출하는 경우를 생각해 본다. 전술의 구동 방법에 의하면, 수직 전송부로부터 수평 전송부에 신호 전하를 전송한 후, 수평 전송부로부터 전하를 1비트분 시프트하고, 다음에 빈 패킷의 노이즈 성분을 수직 전송부로부터 수평 전송부에서의 전하가 들어간 패킷의 후단의 패킷에 보내어 노이즈 성분과 신호 성분의 분리를 도모하는 것이다. 그러나, 수평 방향으로 화소를 솎아내는 경우에는, 신호가 독출된 동일 행에 신호 패킷과 빈 패킷이 교대로 존재하고, 또한 신호가 독출되지 않은 솎아냄 행은 모두 빈 패킷이라는 배열이 된다. 따라서, 이 방법과 같이 수직 전송부 로부터 수평 전송부에 신호를 전송한 후, 비트 시프트를 행했다고 해도 신호 패킷과 빈 패킷의 분리가 잘 행해지지 않는다.

두 번째로, 특허 문헌 3에 개시된 방법에서는 수평 전송부를 수평 방향의 화소수의 배밀도의 패킷열로 이루어지는 구성으로 할 필요가 있기 때문에, 수직 전송로의 1열에 대한 수평 전송로의 면적이 커져 소자의 미세화에 적합하지 않다. 또한, 포화 전하량에 대해 너무 큰 용량을 가지게 되기 때문에 고속 전송시에 신호 둔화를 일으킬 우려가 있다.

세 번째로, 특허 문헌 3에 개시된 방법에서는 수평 전송부의 구동 주파수를 통상의 2배로 설정할 필요가 있기 때문에, 구동 회로가 복잡화할 뿐만 아니라 소비 전력의 증대에도 연결된다.

네 번째로, 특허 문헌 4에 개시된 방법에서는 신호 패킷과 빈 패킷을 따로 따로 수평 전송할 필요가 있어 수평 전송수의 삭감에 의한 고속 구동이 불가능하다. 또한, 수평 전송 패킷을 배밀도로 하는 방법은, 특허 문헌 3과 동일한 과제를 갖는다.

또한, 수평 방향의 솎아냄 수에 따라 전송 저지 게이트를 설치하고, 동일 수직 전송열의 신호 패킷과 빈 패킷을 분리하는 기술이 개시되어 있지만, 전송 저지 게이트에 저지된 전하를 배출하기 위한 기술에 대해서는 개시가 없고, 이 전하를 배출할 수 없으면 수평 방향의 솎아냄은 실현될 수 없다. 예를 들어, 전송 저지 게이트의 근방에 배출용 드레인을 설치하거나, 저지된 전하를 별도로 수평 전송하여 배출하는 것이 생각되지만, 전자에서는 구조적으로 미세화에 대응이 곤란하고, 후자에서는 불필요 전하 배출을 위한 수평 전송이 별도로 필요하게 되기 때문에 고속화에 적합하지 않아서 현실적인 방법이 아니다. 또한, 전송 저지 게이트에 의해서 수평 전송부에 보내지지 않는 신호 성분은 그대로 버려지기 때문에, 이 신호 성분을 화질 향상 등을 위해서 유효 이용하는 것도 불가능하다.

본원의 배경기술에 관하여 더 자세한 정보를 얻고자 한다면, 일본 공개특허공보 2006-120260호를 참조하도록 한다.

따라서, 본 발명은 수평 방향으로 화소를 솎아내는 구동 모드에 있어서도 큰 폭으로 스미어 등의 노이즈를 저감하여 고화질의 화상이 얻어지는 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법을 제공으로 하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 고체 촬상 장치는 이차원 배열의 화소로부터 독출한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위해서 상기 화소의 각 열에 대응하여 설치된 수직 전송부와, 상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부를 갖고, 상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단이 m(m은 2이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖고, 상기 m열 중, 1개의 열 이외의 수직 최종단 혹은 모든 열의 수직 최종단에 해당 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을, 해당 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어하기 때문에, 상기 다른 열과는 독립된 전송 전극이 설치된 고체 촬상 장치로서, 화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들 어간 제1 패킷과 화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들어가 있지 않은 제2 패킷을, 1수평 전송 기간 내에 적어도 1패킷씩 연속하여 수직 방향으로 전송하는 연속 수직 전송 구동 모드를 구비하고, 상기 연속 수직 전송 구동 모드에 있어서 상기 제1 패킷과 상기 제2 패킷이 상기 수평 전송부 내에서 배분되어 분리되도록 상기 수직 전송단의 전송 전극 및 상기 수평 전송부의 전송 전극에 각각 전송 펄스가 인가되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 패킷과 상기 제2 패킷을 상기 수평 전송부 내에서 배분할 때, 상기 제1 패킷이 (m-1) 패킷 이하인 것이 바람직하다.

상기 각 화소에 대응한 칼라 필터가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 칼라 필터는 베이어 배열로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 고체 촬상 장치의 구동 방법은, 촬상 모드로서 적어도 수직 방향 및 수평 방향으로 화소를 솎아내 독출하는 모니터 모드를 구비한 고체 촬상 장치의 구동 방법으로서, 이차원 배열의 화소로부터 독출한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위한 수직 전송부에서, 화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들어간 제1 패킷과 화상 신호로서 이용되는 신호가 들어가 있지 않은 제2 패킷을 전송하는 단계와, 상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부의 소정의 전송단에 임의의 상기 수직 전송부의 열에 있는 상기 제2 패킷에 포함되는 전하를 상기 수직 전송부로부터 전송하는 단계와, 상기 수평 전송부에서의 상기 소정의 전송단과는 상이한 전송단에 상기 제1 패킷에 포함되는 전하를 상기 수직 전송부로부터 전송하는 단계와, 상기 수평 전송부에서 각 전송단에 들어간 전 하를 수평 전송하여 출력 신호를 얻는 단계를 갖는다.

상기 수직 전송부 내에서 상기 전하를 가산한 후, 상기 수평 전송부에 전송하는 것이 바람직하다.

상기 수직 전송부 내에서 상기 제1 패킷이 연속하여 전송되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단에서, 상기 제1 패킷 내의 전하와 상기 제2 패킷 내의 전하를 혼합하는 단계를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 카메라는 피사체로부터의 입사광을 고체 촬상 장치의 촬상면에 결상하기 위한 렌즈 등을 포함하는 광학계와, 상기 고체 촬상 장치의 구동을 제어하는 제어부와, 상기 고체 촬상 장치로부터의 출력 신호에 대해서 여러 가지 신호 처리를 실시하는 화상 처리부를 구비한 카메라로서, 상기 고체 촬상 장치는 상기 본 발명의 고체 촬상 장치인 것을 특징으로 한다.

상기 출력 신호를 저장하기 위한 메모리를 더욱 구비하는 것이 바람직하다.

상기 수평 전송부로부터 출력되는 출력 신호 중, 신호 성분의 양이 동일하고 스미어 성분이 상이한 신호 사이에서 차분을 행하여 얻어진 1화소 당 스미어 성분을 이용하여 출력 신호 중의 스미어 성분을 제거하여 화상 신호를 얻는 것이 바람직하다.

(본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 구성)

도 6에 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 개략 구성도를 나타낸다. 전체 및 각부의 구성은 도 2에 나타낸 것과 거의 동일하지만, 수직 전송부(13)를 구동하기 위한 수직 전송 펄스 및 전송 전극이 기본적으로 6상인 것과 수직 최종단(21)에서의 수직 전송 전극의 구성이 상이하다. 또한, 이 구성에서는 수직·수평 방향 모두 2화소 간격으로 R·G·B의 각각의 칼라 필터가 주기적으로 배치되어 있다. 예를 들어, 수직 방향 2화소×수평 방향 2화소의 합계 4화소를 단위로 하면, 좌하의 화소가 R, 우하 및 좌상의 화소가 G, 우상의 화소가 B가 되도록, 이른바 베이어 배열로 칼라 필터가 배치되어 있다. 이 필터 구성은 이후에 나타내는 실시 형태에 있어서도 동일하다.

여기서, 수직 전송부의 전송 전극 구조의 일례를 도 7A에 나타낸다. 전술한 바와 같이, V1~V6의 6상의 전송 전극(공통 전극)의 조를 1전송단으로 하고, 복수의 전송단을 반복 배치하여 수직 전송부(3)의 전송 전극이 구성되어 있다. 단, 수직 방향의 솎아냄 구동에 대응시키기 위해, 솎아냄 시의 독출 화소에 대응하는 독출 전극은 다른 전극과 독립하여 구동할 수 있는 구성으로 하고 있다. 구체적 구성에 대해서는 도 8A~8C에 나타낸다. 또한, 수직 최종단(21)은 다른 수직 전송단과 전극 구조가 상이하다. 즉, 수직 최종단(21)은 다른 수직 전송단의 어느 것과도 독립하여 전송 동작을 행하게 하기 때문에, 제3 상 및 제5 상이 전술의 공통 전극과는 상이한 독립 전극(V3B, V3R, V3L, V5B, V5R, V5L)에 의해 구성되어 있다.

이러한 전극 구조를 취함으로써, 수직 최종단에서 그 이외의 전송단과는 독립하여 전송 동작을 행하게 하는 것이 가능해진다.

또한, 도 7B에 나타내는 바와 같이, 수직 최종단의 6매의 전극 중, 수평 전 송부(4)로부터 먼 측에 있는 제1 상전극을, 다른 수직 전송단의 제1 상과는 독립한 전송 동작을 행하기 위해서 단독 트랜젠트 전극(22)으로 해도 좋다.

이 구성으로 함으로써, 도 6에 나타낸 경우에 비해 수직 전송에서의 취급 전하량을 증가시킬 수 있다.

또한, 도 7A, 7B에 나타낸 전극 구조 등은 일본 공개특허공보 2004-180284호에, 도 7A, 7B에 나타낸 구조 등은 일본 공개특허공보 2006-14075호에 각각 상세하게 개시되어 있다.

(솎아냄 구동 및 스미어의 설명)

도 8A~8C에 솎아냄 구동시의 화소와 전송 전극과의 배치 관계를 나타낸다. 도 8A, 8B에는 신호 독출 화소와 전송 전극의 배치 관계를, 도 8C에는 전송 전극의 조에서의 베리어 전극과 축적 전극의 배치 관계를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 8A와 도 8B에서는 수직 전송부 내에서 화소 혼합을 행하는 경우와 행하지 않는 경우에 대응하고 있다.

이 예에서는, 수직 방향에 있어서 9화소 중 2화소를 독출하는 솎아냄 구동 모드에 대해 설명한다. 수직 전송 전극 중 솎아냄 시의 독출 화소에 대응하는 제3 상, 제5 상의 전극(V3A, V5A)이 다른 것과는 독립하여 구동할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 도 7A, 7B에 나타낸 전극 구조 중 통상의 수직 전송단에서의 전극 구조도 도 8A~8C에 나타낸 것과 동일한 주기 구조이다.

다음에 신호 전하의 독출·전송 동작에 대해 설명한다.

도 8A에 나타내는 바와 같이 화소 G1로부터 독출된 신호 전하는 수직 전송로 내에서 전송되고, 다음에 화소 G2로부터 독출된 신호 전하와 수직 전송로 내에서 가산된다. 이 때, 화소 가산은 화소 G2로부터 수직 전송로로 신호 전하가 독출된 시점에서 행해진다. 가산된 신호 전하는 또한 수평 전송로로 전송 동작이 행해진다. 마찬가지로, 화소 R1로부터 독출된 신호 전하와 화소 R2로부터 독출된 신호 전하가 수직 전송로 내에서 가산되어 수평 전송로로 전송 동작이 행해진다.

또한, 도 8B에 나타내는 예에서는 화소 G1, G2로부터 독출된 신호 전하는 수직 전송로 내에서 각각 전송되고 수평 전송로로 전송 동작이 행해진다.

또한, 도 8C에 나타내는 바와 같이 화소로부터 독출된 신호 전하는 V1 전극~V4 전극의 4게이트 하에 축적되고 V5, V6 전극은 베리어 게이트의 역할을 완수한다. 이 때의 신호 전하는 포토다이오드로부터 독출된 순수한 신호 성분과 스미어나 암전류 등의 노이즈 성분을 포함하고 있다. 또한, 축적 게이트 V1~V4에 축적된 전하가 전술한 1패킷에 대응한다.

이와 같이 6상 게이트 전극 구성으로 함으로써 전하 축적용 게이트수를 늘릴 수 있고 수직 전송로 내로 전송 가능한 전하량을 증가시키는 것이 가능해진다.

스미어나 암전류 등의 노이즈 성분은 수직 전송 중에 각 전송 패킷 중에 생긴다. 예를 들어 스미어이면 각 화소로부터의 누설 광 등에 의해 발생한 유사 신호가 전송 패킷에 가산되어 가고, 암전류이면 열 등에 의해 야기된 전자가 유사 신호가 되어 전송 패킷에 가산된다. 이것은 각 필드에서의 1화면의 수직 방향 전체 화소분의 전송 중에 가산되어 가고, 수평 전송부에 전송될 때에는 동일 수직 전송열의 각 패킷에 거의 균일하게 노이즈 신호가 존재하게 된다.

이 노이즈 신호는 각 전송 패킷의 취급 가능한 전하량 내이면 거기에 들어가 있는 신호의 여하에 상관없이 수직 전송 중에 가산되는 것이다.

그 노이즈 억압 레벨은 노이즈의 신호비를 대수 표시하여 나타내는 것이 일반적이고, 예를 들어 스미어 억압비로서

(스미어 억압 레벨)=20×LOG((스미어 신호)/(신호)) (식 1)

라는 계산식으로 나타난다.

스미어의 개선도도 동일하게 비율로 나타낼 수 있고,

(스미어 개선도)=20×log (스미어 개선 비율) (식 2)

라는 계산식으로 나타난다. 스미어의 개선은 상기의 식으로부터도 판독되지만, 스미어 신호 그 자체의 저감과 동시에 신호 레벨의 증가에 의해서도 개선이 얻어진다.

또한, 도 8A에 나타낸 독출·전송 동작으로 함으로써, 화소 가산 시에 뒤로부터 독출하는 신호 전하에는 스미어 전하가 혼입하지 않기 때문에 신호 전하에 대한 스미어 전하의 비율을 저감할 수 있다. 즉, 도 8A의 독출·전송 동작이면, 수직 전송 1패킷에 화소로부터의 독출 시에 2화소 분의 신호를 넣고, 수직 전송은 1패킷 2화소 분의 신호 상태로 행하기 때문에, 전술한 바와 같이 노이즈 신호에 대해서 신호 레벨이 2배인 비율이 되어 있다. 따라서, 이 독출·전송 동작이면 스미어 억압 레벨을 개선할 수 있다.

또한, 특별히 제한하지 않는 한 이후의 실시 형태에 있어서 수직 방향 9화소 중 2화소를 독출하고, 또한 수직 전송로 내에서 2화소를 혼합하는 솎아냄 구동 모 드(도 8A)를 전제로 하여 설명을 행한다.

(제1 실시 형태)

도 9에 본 발명의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 수직, 수평 전송 펄스의 타이밍 차트를 나타내고, 도 10~도 12에 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 또한, 도 9에는 수직 최종단에서의 전송 펄스 및 수평 전송 펄스를 나타내고 있다.

이하에, 본 실시 형태에서의 전하의 신호 성분 및 스미어 성분의 전송 동작에 대해 수평 방향에 있어서 3주기(B열, R열, L열)의 화소로부터 1화소를 독출하는 솎아냄 구동 모드를 예를 들어 설명한다.

수직 최종단의 전송 전극이 구동하여 수직 전송단에 있는 1패킷 분의 신호 전하가 수평 전송부(14)에 전송된다(도 10). 이 때, B열을 예로 들면, 수평 전송부에 전송된 신호 전하에는 2화소로부터 독출된 신호 성분(2×G1, 2×R1)과 1화소분에 대응하는 스미어 성분(S0)이 포함된다. 스미어 성분이 1화소분인 것은 전술한 이유에 의한다. 또한, R열로부터 전송되는 전하에는 신호 성분(2×G2, 2×R2)과 1화소분의 스미어 성분(S0) 외에 전단의 패킷에 포함되어 있던 스미어 성분(S2)이 가산되고 있지만, 이것에 대해서는 후에 설명한다. 또한, 이 때의 수직 최종단의 전송 전극에는 도 9의 기간 A에 나타낸 타이밍으로 전송 펄스가 인가된다.

다음에, 수평 전송부(14)에서 1단분의 전송이 이루어진 후, L열의 수직 전송단의 전극 V5L을 LOW 레벨인 채로 하고, 이 게이트를 베리어로 하여 L열의 최종단에 위치하는 빈 패킷 내의 스미어 성분을 수평 전송부(14)에 전송시키지 않고 후단 의 빈 패킷에 가산시킨다. 그 이외의 B열, R열의 스미어 성분은 수평 전송부(14)에 보내고 신호 전하에 가산한다(도 11).

또한, 이 빈 패킷 내의 신호는 스미어 성분 이외에 수직 전송로 내에서 발생한 암전류 성분 등이 포함된 노이즈 신호이다.

또한, 이 때의 수직 최종단의 전송 전극에는 도 9의 기간 B에 나타낸 타이밍으로 전송 펄스가 인가된다.

다음에, 재차, 수평 전송부(14)에서 1단분의 전송이 이루어진 후, R열의 수직 전송단의 전극 V5R을 LOW 레벨인 채로 하고, 이 게이트를 베리어로 하여 R열의 최종단에 위치하는 빈 패킷 내의 스미어 성분을 수평 전송부(14)에 전송시키지 않고 후단의 빈 패킷에 가산시킨다. 그 이외의 B열, L열의 스미어 성분은 수평 전송부(14)에 보내고, 신호 전하에 가산한다(도 12). 그 결과, 신호 패킷 내에 포함되어 있던 신호 성분(G2, R2) 및 스미어 성분(S0)과 빈 패킷 내에 포함되어 있던 스미어 성분(S1, S2)이 가산 혼합된 단과, 신호 패킷 내에 포함되어 있던 신호 성분(G1, R1) 및 스미어 성분만이 존재하는 단이 수평 전송부(14) 내에서 분리된다.

또한, 이 때의 수직 최종단의 전송 전극에는 도 9의 기간 B에 나타낸 타이밍으로 전송 펄스가 인가된다.

이 상태로 수평 전송부(14)가 구동하여 수평 전송 동작을 행하고 신호를 출력한다. 즉, 1수평 블랭킹 기간 내에 도 10~도 12에 나타낸 전송 동작이 행해진다.

후자의 신호(도 12에서의 수평 전송부(14)에 있어서 큰 틀로 둘러싼 신호) 만을 최종적으로 화상 신호로서 이용함으로써, 화상에 포함되는 스미어 신호를 큰 폭으로 저감할 수 있다. 이후, 상기 도 10~도 12의 동작을 반복하여 행하여 신호를 출력한다.

또한, 본 실시 형태에서는 (G-R) 행의 독출·전송 동작만 설명했지만, (G-B)행의 독출·전송 동작에 대해서도 동일하게 행한다.

이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 다른 것과 독립하여 구동 가능한 수직 최종단(21)의 전송 전극에 의해서 열마다 수직 방향의 전송 동작을 다르게 하도록 하고, 또한 수평 전송부(14)에서의 전송 동작과 조합함으로써 스미어 성분과 신호 성분의 분리를 가능하게 하며, 수직 방향 및 수평 방향에서의 화소 솎아냄 구동 모드에 있어서, 화상 신호로서 이용되는 신호 전하 내의 스미어 성분을 최소로 할 수 있다. 따라서, 모니터 모드에 있어서, 수평 방향으로도 화소를 솎아냄으로써 더욱 고속의 화상 독출, 즉 고 프레임 레이트의 실현이 가능해지는 동시에 고화질의 화상을 얻을 수 있다. 또한, 도 12에 나타낸 바와 같이 수직 최종단(21) 내에서 스미어 성분을 신호 패킷에 역전송시킴으로써 빈 패킷으로부터의 스미어 성분의 전송 단계가 증가하는 것을 방지하여 프레임 레이트의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 수직 전송로 내에서 2화소 가산 혼합을 행하는 구동 모드에 대해 설명했지만, 예를 들어, 수직 방향의 해상도를 확보하고자 하는 경우에는 도 8B에 나타낸 바와 같이 수직 전송로 내에서의 화소 혼합을 행하지 않는 것도 생각된다. 이 경우, 화상 신호 중의 스미어 성분은 증가하지만, 후술하는 바와 같이 종래의 방법과 비교하면 대폭적인 저감이 가능하다.

그러나, 이 경우, 도 13A, 13B에 나타내는 바와 같이 신호 패킷이 연속한 상태로 전송될 필요가 있다. 도 13C와 같이 신호 패킷과 빈 패킷이 교대로 존재하는 경우, 신호만의 패킷을 만들고자 해도 반드시 그 사이에 스미어 패킷을 가산해야 하기 때문이다. 다만, 수평 전송부(14)가 2상 구동이 아니고, 예를 들어, 도 14에 나타내는 바와 같이 4상 구동이면 수평 전송로 내에서 전하를 역전송시키는 등의 경우엔, 도 13C에 나타낸 패킷의 배열이어도 상기와 같이 신호 성분과 스미어 성분의 분리가 가능해진다.

도 15에 전체 화소 독출 구동 모드(스틸 모드)에서 얻어지는 신호에 대한 여러 가지의 솎아냄 구동 모드(모니터 모드)에서의 스미어 개선도를 나타낸다.

스틸 모드에서는 1화소로부터의 신호 전하에 1의 신호 성분과 1의 스미어 성분을 포함하고 있다. 이것에 대해서, 수직 방향 9화소로부터 2화소를 독출할 때, 종래의 모니터 모드에서는 2화소의 신호 성분에 대해서 9화소분의 스미어 성분이 가산되기 때문에, 스미어는 20×LOG(9/2)≒13.1(dB) 악화된다. 한편, 상기 실시 형태 중, 수직 전송로 내에서 화소를 혼합하지 않는 경우(도 8B에는 2화소분의 신호 성분에 대해 2화소분의 스미어 성분이 포함되게 되기 때문에, 신호 성분에 대한 스미어 성분의 비는 동일하고, 즉 스미어 개선도는 0(dB)이다. 또한 도 10~도 12를 이용하여 설명한 수직 전송로 내에서 2화소를 가산 혼합하는 모드에서는, 2화소분의 신호 성분에 대해 1화소분의 스미어 성분이 포함되게 되기 때문에, 스미어 개선도는 20×LOG(1/2)≒-6.0(dB), 즉 스미어는 스틸 모드에 비해 6(dB) 정도 양호해진다.

또한, 스미어는 수직 전송로 중에서 전송하는 신호 전하에 혼입하는 노이즈 성분이기 때문에, 수평 방향의 화소 솎아냄은 스미어의 양호·악화에 관계하지 않는다.

이상으로부터 알 수 있듯이, 본 실시 형태에 의하면 종래의 모니터 모드에서 얻어지는 출력에 대해, 수직 화소 가산을 행하지 않은 경우라도 약 13(dB), 수직 화소 가산을 행한 경우에는 약 19(dB)로 큰 폭으로 스미어가 개선된다.

이 개선도는 수직 방향의 솎아냄율에 의해서 변화하지만, 솎아냄율이 높으면 스미어 개선도가 양호해지는 것은 분명하다.

또한, 도 10~도 14에 있어서, 설명의 편의상, 수평 전송부(14)의 1단을 복수 영역으로 나누어 쓰고 있지만, 실제로는 복수 영역으로 분할되어 있는 것은 아니고, 특허 문헌 3에 개시된 바와 같은 배밀도의 패킷 구성은 아니다. 단, 1단 당 용량으로서 신호 전하가 넘쳐 나지 않을 정도로 충분한 용량으로 설정할 필요가 있다.

또한, 본 실시 형태 및 이후의 실시 형태에 있어서, 최종적으로 화상 신호로서 이용되는 신호 성분에는 첨자 1을(예를 들어, G1, R1), 화상 신호로서 이용되지 않는 신호 성분에는 첨자 2를(예를 들어, G2, R2) 부여하고 있다. 또한, 각 스미어 성분(S0, S1, S2)은 1화소 당 성분에 대해서 그 전하량은 동일한 것으로 취급하고 있다.

(제2 실시 형태)

도 16~도 21에 본 발명의 제2 실시 형태에서의 전송부에서의 전하의 전송 상 태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 본 실시 형태와 제1 실시 형태에서 상이한 주된 점은 수평 전송부(14) 내에서 동일 색의 신호 성분을 혼합하고 있는 점이다. 이렇게 함으로써, 화상 신호에서의 색신호 성분을 늘릴 수 있고 감도의 향상 및 화소의 유효 이용이 도모된다.

이하에 전하의 전송 동작에 대해 설명하지만, 본 실시 형태에서는 (G-R)행(이하, 제1 색 계열이라고 함)의 G성분과 (G-B)행(이하, 제2 색 계열이라고 함)의 G성분을 구별하기 위해서, 제2 색 계열의 G성분은 g1, g2 등으로 표기하는 것으로 한다.

수직 최종단(21)에 축적된 제1 색 계열의 신호 중 R열의 신호 패킷 내의 신호 전하만이 수평 전송부(14)에 전송된다(도 16).

다음에 수평 전송부에서 2단 전송된 후, B열, L열의 신호 패킷 내의 신호 전하만이 수평 전송부(14)에 전송된다(도 17). 이 전송 동작에 의해서 G1 성분을 포함하는 신호 전하가 가산 혼합되고 또한 R1 성분을 포함하는 신호 전하가 가산 혼합된다. 이 때, 도 17에 나타내는 바와 같이, R열의 빈 패킷(스미어 성분도 없음)은 후단의 패킷 내와 가산해도 좋다.

상기의 수직 전송 동작에 의해, 최종 수직단(21)에 빈 패킷이 전송되어 온다. 이 중, B열, R열의 빈 패킷으로부터 스미어 성분만의 전하가 수평 전송부(14)에 전송된다(도 18). L열로부터의 스미어 성분의 전송을 멈춤으로써 G1 성분을 포함한 신호 전하 및 R1 성분을 포함한 신호 전하에는 빈 패킷으로부터의 스미어 성분이 혼입되지 않는다. 또한, L열의 빈 패킷에 있는 스미어 성분은 후단의 빈 패킷 에 가산된다.

다음에, 수평 전송부(14)에서 2단 전송된 후, 최종 수직단(21)에 있는 빈 패킷 중, L열, R열의 빈 패킷으로부터 스미어 성분만의 전하가 수평 전송부(14)에 전송된다(도 19).

스미어 성분의 전송 개시 시점에서 G1 성분을 포함하는 신호 전하 및 R1 성분을 포함하는 신호 전하는 각각 B열에 위치하고 있기 때문에, 빈 패킷으로부터의 스미어 성분이 혼입되지 않는다.

수평 전송부(14)에서 1단 전송된 후, 최종 수직단(21)에 있는 빈 패킷 중, B열의 빈 패킷으로부터 스미어 성분만의 전하가 수평 전송부(14)에 전송된다(도 20).

스미어 성분의 전송 개시 시점에서 G1 성분을 포함한 신호 전하 및 R1 성분을 포함한 신호 전하는 각각 L열에 위치하고 있기 때문에, 빈 패킷으로부터의 스미어 성분이 혼입되지 않는다.

상기의 수직 전송 동작에 의해, 최종 수직단(21)에 제2 색 계열의 신호 패킷이 전송된다(도 21).

이 때, G1 성분을 포함한 신호 전하 및 R1 성분을 포함한 신호 전하에 빈 패킷으로부터 스미어 성분이 혼입하지 않는 상태가 수평 전송부(14) 내에서 실현된다. 즉, 신호 성분과 스미어 성분을 제대로 분리시킬 수 있다.

또한, G1 성분을 포함한 신호 전하가 들어간 전송단 및 R1 성분을 포함한 신호 전하가 들어간 전송단에는 각각 4화소 분의 신호 성분이 들어가 있고, 이들을 수평 전송하여 출력함으로써 제1 실시 형태와 비교해서 1패킷 당 2배의 출력이 얻어져 감도를 향상시킬 수 있다.

이 상태로 수평 전송부(14)를 구동시키고 수평 전송 동작을 행하고 신호를 출력한다. 즉, 1수평 블랭킹 기간 내에 도 16~도 21에 나타낸 전송 동작이 행해진다.

이후, 동일한 동작을 반복함으로써 화상 신호가 얻어진다.

(제3 실시 형태)

도 22~도 30에 본 발명의 제3 실시 형태에서의 전송부에서의 전하의 전송 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 본 실시 형태와 제2 실시 형태에서 상이한 주된 점은, 수평 전송부(14) 내에 제1 색 계열, 제2 색 계열의 신호 성분을 포함한 신호 전하를 양쪽 모두 독출한 상태로 수평 전송 동작을 행하는 점이다. 이와 같이 함으로써, 화상 신호에서의 색신호 성분을 늘릴 수 있고 감도의 향상 및 화소의 유효 이용이 도모됨과 함께, 1수평 블랭킹 기간 내에 전송할 수 있는 신호의 종류를 늘릴 수 있고, 그 결과, 고속의 화상 독출을 실현할 수 있다.

이하에 전하의 전송 동작에 대해 설명한다.

수직 최종단(21)에 축적된 제1 색 계열의 신호 중 R열의 신호 패킷 내의 신호 전하만이 수평 전송부(14)에 전송된다(도 22).

다음에 수평 전송부가 2단 전송된 후에 L열의 신호 패킷 내의 신호 전하만이 수평 전송부(14)에 전송된다(도 23). 이 전송 동작에 의해서 G1 성분을 포함한 신호 전하가 가산 혼합되고 또한 R1 성분을 포함한 신호 전하가 가산 혼합된다.

마찬가지로, 수평 전송부가 다시 2단 전송된 후에, B열의 신호 패킷 내의 신호 전하만이 수평 전송부(14)에 전송된다(도 24). 이 전송 동작에 의해서 G1 성분을 포함한 신호 전하가 6화소분 가산 혼합되고 또한 R1 성분을 포함한 신호 전하가 6화소분 가산 혼합된다.

상기의 수직 전송 동작에 의해, 최종 수직단(21)에 빈 패킷이 전송되어 온다(도 25).

이 빈 패킷 내의 스미어 성분이, 도 22로부터 도 24에 나타낸 동작에 의해서 수평 전송부(14)에 전송되는(도 26) 수직 최종단(21)으로부터의 전송 동작 완료 시점에서 스미어 성분은 3화소분씩 가산 혼합되어 수평 전송부(14)의 1단에 모아진다. 도 26에 나타낸 예에서는, 스미어 성분(S1)이 B열 아래의 전송단에, 신호 전하(신호 성분＋스미어 성분)가 L열에 분리되어 모아진다.

또한, 동일한 동작을 반복하여 스미어 성분과 신호 전하가 분리되도록 수직 최종단(21)으로부터 수평 전송부(14)로의 전하 전송 동작이 행해진다(도 27). 또한, 상기의 수직 전송 동작에 의해 최종 수직단(21)에 제2 색 계열의 신호 패킷이 전송되어 온다.

다음에 도 22로부터 도 24에 나타낸 것과 동일한 동작을 행하고, 제1 색 계열의 신호 전하 및 스미어 성분과 분리한 상태로 제2 색 계열의 신호 전하가 수평 전송부(14)에 전송된다(도 28).

또한, 스미어 성분(S3, S4)이 신호 성분과 분리되어 수평 전송부(14)에 전송 된다(도 29).

상기의 수직 전송 동작에 의해, 최종 수직단(21)에 제1 색 계열의 신호 패킷이 전송된다(도 30).

이 때, G1 성분, R1 성분, g1 성분, B1 성분을 포함한 신호 전하에 빈 패킷으로부터 스미어 성분이 혼입하지 않는 상태가 수평 전송부(14) 내에서 실현된다. 즉, 신호 성분과 스미어 성분을 제대로 분리시킬 수 있다.

또한, 이 때 본 실시 형태에 있어서는 수평 방향으로 3열씩 독립된 수직 전송 게이트를 구비하고 있지만, 수평 전송부 내에서 신호 성분은 2패킷, 스미어 성분은 1패킷으로 배분함으로써 신호 성분과 스미어 성분의 분리를 행할 수 있다. 즉, 수직 최종단이 m(m은 2이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖고 수평 방향으로 m열씩 반복될 때, 종래에서는 m열 모두에 신호 패킷과 노이즈 신호만의 빈 패킷을 중첩시키는 형태로 출력하고 있던 것에 대해, 본 실시 형태와 같이 (m-1)열의 신호 패킷과 1열의 빈 패킷으로 배분함으로써, 노이즈 신호를 큰 폭으로 저감시킨 신호 출력을 실현할 수 있다(본 실시 형태에서는 m=3, 수평 전송부 내의 신호 패킷이 2열, 노이즈 신호 패킷이 1열에 상당함).

또한, G1 성분을 포함한 신호 전하가 들어간 전송단 및 R1 성분을 포함한 신호 전하가 들어간 전송단에는 각각 4화소분의 신호 성분이 들어가 있고, 이들을 수평 전송하여 출력함으로써 제1 실시 형태와 비교하여 1패킷 당 3배의 출력이 얻어져 감도를 향상시킬 수 있다.

이 상태로 수평 전송부(14)를 구동시켜 수평 전송 동작을 행하고 신호를 출력한다. 즉, 1수평 블랭킹 기간 내에 도 22~도 30에 나타낸 전송 동작이 행해지지 만, 제2 실시 형태에 나타낸 경우와 비교해서 1회의 수평 전송 동작으로 전하 검출부(15)에 전송하는 정보는 2배가 된다. 따라서, 화상 신호의 독출을 고속화할 수 있다.

이후, 동일한 동작을 반복함으로써 화상 신호가 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에 나타낸 바와 동일한 방법에 의해서 다화소 혼합의 모니터 모드에 있어서 고속 독출 및 고화질의 화상을 실현할 수 있다.

예를 들어, 도 31A에 나타내는 바와 같이 수평 방향으로 1화소 간격의 3화소를, 수직 방향으로 1행 간격의 행분, 합계 9화소를 하나의 혼합 화소군으로 하여 상기의 전송 동작을 행하면, 스미어 성분의 저감이 도모됨과 함께, 모든 포토다이오드의 신호 화소를 버리지 않고 혼합할 수 있기 때문에 감도를 향상시킬 수 있어 바람직하다. 이 경우, RGB의 각각에 대한 혼합 화소군의 중심은, 도 31A에 나타낸 바와 같이 등간격이 된다. 따라서, 해상도가 높아도 깨짐이 적은 화상을 얻을 수 있다.

또한, 도 31B에 나타내는 바와 같이, 도 31A에 나타낸 9화소로부터 수직 방향에서의 한가운데의 행을 솎아낸, 합계 6화소를 하나의 혼합 화소군이라고 해도 좋다. 이 경우도, RGB의 각각에 대한 혼합 화소군의 중심이 등간격이 되기 때문에 해상도가 높아도 깨짐이 적은 화상을 얻을 수 있다.

(제4 실시 형태)

도 32에 본 발명의 제4 실시 형태에서의 디지털 카메라의 개략 구성을 나타낸다. 본 디지털 카메라는 피사체로부터의 입사광을 고체 촬상 소자(1)의 촬상면 에 결상하기 위한 렌즈 등을 포함한 광학계(31)와 고체 촬상 소자(1)의 구동을 제어하는 제어부(32)와 고체 촬상 소자(1)로부터의 출력 신호에 대해서 여러 가지 신호 처리를 실시하는 화상 처리부(33)를 구비하고 있다.

고체 촬상 소자(1)는 도 6에 나타낸 구성이며, 또한 상기 제1~ 제3 실시 형태에서의 전하 전송 동작이 가능하다. 또한, 타이밍 발생 장치(20)에는 제어부(32)로부터 제어 신호가 보내진다.

이 디지털 카메라에 의하면, 모니터 모드에서의 촬상 시에 스미어의 영향을 큰 폭으로 저감한 고화질 촬상이 가능해진다. 또한, 화상 처리부(33)에서의 신호 처리 기능을 이용하면, 도 15에 나타낸 것 이상의 스미어 저감 효과가 얻어진다.

도 33에 고체 촬상 장치(1)에서의 출력 신호를 시계열로 나열하는 예를 나타내고, 도 34에 스미어 저감을 위한 신호 처리 플로우의 일례를 나타낸다.

도 33에는, 제1 실시 형태에서의 출력 동작의 예를 나타내고 있고 수평 방향으로 3전송단 간격으로 화상 신호로서 이용되는 신호 전하가 출력된다. 이 3전송단을 1주기로 하여 각 신호에 처리 ID를 부여한다. 예를 들어, 화상 신호에 이용되는 것은 출력 a로 한다.

다음에 도 34에 나타내는 바와 같이 화상 처리부(33)에서 출력 a와 출력 b의 차분을 취한다. 이 경우, 출력 a에는 2화소분의 신호 성분과 1화소분의 스미어 성분, 출력 b에는 2화소분의 신호 성분과 5화소분의 스미어 성분이 각각 포함되기 때문에, 4화소분의 스미어 성분의 신호가 차분으로서 얻어진다.

다음에, 얻어진 차분 신호를 1/4배하여 약 1화소분의 스미어 성분 신호를 얻 는다.

마지막으로, 출력 a로부터 얻어진 스미어 성분 신호를 차분하면, 거의 스미어가 없는 출력 신호를 얻을 수 있다. 이 때, 출력 a, b, c로부터 얻어지는 신호는 1화소씩 어긋나 있지만, 모니터 모드에서는 연속적으로 화상을 출력하고 있기 때문에 시감 상 문제는 되지 않는다.

또한, 이러한 처리를 행하기 위해서는 도 32에 나타낸 바와 같이 데이터를 저장하는 메모리(34)가 필요하다.

또한, 제1~제3 실시 형태에 있어서, 수직 전송 전극군을 6상 1조로 했지만, 그 이외의 상수라도 좋다. 또한, 수직 최종단에 있어서 다른 것과 독립하여 구동 가능한 전극을 늘려도 좋다. 예를 들어, 1상째의 전극의 조를 (V1B, V1R, V1L)로 해도 좋다.

또한, 수직 방향 및 수평 방향의 화소의 솎아냄분은 본 발명의 사상의 범위 내에서 자유롭게 설정할 수 있다. 다화소 혼합 모드도 6화소 혼합, 9화소 혼합에 한정하지 않고, 4화소 혼합 모드나 9이상의 화소 혼합 모드로 해도 좋다.

또한, 고체 촬상 소자(1)의 외부에 타이밍 발생 회로(20)가 있어도 좋고, 내부에 있어도 좋다. 또한, 스미어 저감을 위한 신호 처리 방법은, 제4 실시 형태에 나타낸 예로 한정되지 않고 다른 방법이어도 좋다.

또한, 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서, 노이즈 신호를 빈 패킷으로서 수직 전송하는 구동 모드에 관한 것이지만, 빈 패킷에 색신호 성분 등의 신호 전하가 존재하고 있어도 이 패킷을 신호 처리에서 사용하지 않는 방법을 이용하면, 동일한 노이즈 저감 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 제1 내지 제4 실시 형태에서는 스미어 성분의 제거 효과에 대해 주로, 빈 패킷 내에는 전술한 바와 같이 수직 전송 시에 혼입하는 암전류 등의 노이즈 성분도 포함되기 때문에, 화상 신호로부터 이들의 노이즈를 제거하는데도 동일한 효과가 얻어진다.

본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 의하면, 수직 방향 및 수평 방향에서의 화소 솎아냄 독출 모드에 있어서, 스미어를 큰 폭으로 저감시킨 고화질의 화상이 얻어지고, 고품질의 디지털 카메라 등에 적용하는데 있어서 특히 유용하다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하는 실시예들을 통해서 상세히 설명되었지만, 주목할 점은 다양한 변형 및 개조가 당업자들에게는 명백할 것이라는 점이다. 따라서, 이러한 변형 및 개조는, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 본 발명에 포함되는 바와 같이 구성될 것이다.

본 발명에 따른 고체 촬상 장치에 의하면, 수직 방향 및 수평 방향에서의 화소 솎아냄을 행하는 구동 시, 다화소 혼합 구동 시에 있어서도 신호 전하에 대한 스미어 등의 노이즈를 큰 폭으로 저감할 수 있고, 모니터 모드에서도 극히 높은 품질의 화상을 얻을 수 있다.

Claims (11)

1. 이차원 배열의 화소로부터 독출한 신호 전하를 수직 방향에 전송하기 위해서 상기 화소의 각 열에 대응해서 설치되는 (복수의) 수직 전송부와,

   상기 (복수의) 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 (1개의) 수평 전송부,

   상기 (복수의) 수직 전송부 및 수평 전송부를 구동하는 구동부를 포함하고,

   상기 (복수의) 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단은 m(m은 2이상의 정수)열마다 동일한 전송 전극 구성을 갖고,

   상기 m열 중 1개의 열 이외의 수직 최종단 혹은 모든 열의 수직 최종단은 다른 열과는 독립된 전송 전극을 갖고, 해당 수직 최종단으로부터 상기 수평 전송부로의 전송 동작을 해당 m열에서의 다른 열과는 독립하여 제어되고,

   상기 구동부는,

   화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들어간 제1 패킷과 화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들어가 있지 않은 제2 패킷을, 1수평 전송 기간 내에 적어도 1패킷씩 연속하여 수직 방향으로 전송하는 연속 수직 전송 구동 모드를 구비하고,

   상기 연속 수직 전송 구동 모드에 있어서, 상기 제1 패킷과 상기 제2 패킷이 상기 수평 전송부 내에서 배분되어 분리되도록 상기 수직 전송단의 전송 전극 및 상기 수평 전송부의 전송 전극에 각각 전송 펄스를 인가하는, 고체 촬상 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 패킷과 상기 제2 패킷의 상기 수평 전송부 내에서 배분의 결과, 수평 전송부의 1단에 대해 상기 제1 패킷은 (m-1) 패킷 이하인, 고체 촬상 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 또한, 상기 각 화소에 대응한 칼라 필터를 구비하는, 고체 촬상 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 칼라 필터는 베이어 배열로 배치되어 있는, 고체 촬상 장치.
5. 촬상 모드로서 적어도 수직 방향 및 수평 방향으로 화소를 솎아내어 독출하는 모니터 모드를 구비한 고체 촬상 장치의 구동 방법으로서,

   이차원 배열의 화소로부터 독출한 신호 전하를 수직 방향으로 전송하기 위한 수직 전송부에서, 화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들어간 제1 패킷과 화상 신호로서 이용되는 신호 성분이 들어가 있지 않은 제2 패킷을 전송하는 단계와,

   상기 수직 전송부로부터 수취한 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전송부의 소정의 전송단에 임의의 상기 수직 전송부의 열에 있는 상기 제2 패킷에 포함되는 전하를 상기 수직 전송부로부터 전송하는 단계와,

   상기 수평 전송부에서의 상기 소정의 전송단과는 상이한 전송단에 상기 제1 패킷에 포함되는 전하를 상기 수직 전송부로부터 전송하는 단계와,

   상기 수평 전송부에서 각 전송단에 들어간 전하를 수평 전송하여 출력 신호를 얻는 단계를 갖는, 고체 촬상 장치의 구동 방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 수직 전송부 내에서 상기 전하를 가산한 후, 상기 수평 전송부에 전송하는, 고체 촬상 장치의 구동 방법.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 수직 전송부 내에서 복수의 상기 제1 패킷이 연속하여 전송되는, 고체 촬상 장치의 구동 방법.
8. 청구항 5에 있어서,

   상기 수직 전송부에서의 상기 수평 전송부에 가장 가까운 전송단인 수직 최종단에서 상기 제1 패킷 내의 전하와 상기 제2 패킷 내의 전하를 혼합하는 단계를 갖는, 고체 촬상 장치의 구동 방법.
9. 청구항 1에 기재된 고체 촬상 장치와, 피사체로부터의 입사광을 고체 촬상 장치의 촬상면에 결상하기 위한 렌즈 등을 포함하는 광학계와, 상기 고체 촬상 장치의 구동을 제어하는 제어부와, 상기 고체 촬상 장치로부터의 출력 신호에 대해서 신호 처리를 실시하는 화상 처리부를 포함하는, 카메라.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 출력 신호를 저장하기 위한 메모리를 또한 구비하는, 카메라.
11. 청구항 9에 있어서, 상기 화상 처리부는 상기 수평 전송부로부터 출력되는 출력 신호 중 신호 성분의 양이 동일하고 스미어 성분이 상이한 신호 사이에 차분을 행하며, 차분으로부터 얻어진 1화소 당 스미어 성분을 이용하여 출력 신호 중의 스미어 성분을 제거하여 화상 신호를 얻는, 카메라.

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