JP2011199426A - 固体撮像素子、撮像装置、及びスミア補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スミア補正を精度よく行うことが可能な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】列方向Ｙに並ぶ複数の画素からなる画素列を行方向Ｘに複数含む固体撮像素子５は、各画素列に対応して設けられた垂直電荷転送部と、垂直電荷転送部を転送されてきた電荷を行方向Ｘに転送する水平電荷転送部５３とを備える。垂直電荷転送部は、スミア検出専用の電荷転送部５２ｂとそれ以外の電荷転送部５２ａとを含み、電荷転送部５２ａに対応する画素列（通常画素列）は、フォトダイオードを含む画素で少なくとも構成され、電荷転送部５２ｂに対応する画素列（ダミー画素列）は、フォトダイオードを含まない画素で少なくとも構成される。通常画素列とダミー画素列に含まれる各画素の上方にある遮光膜には、通常画素列に含まれるフォトダイオードを含む画素の上方と、ダミー画素列に含まれるフォトダイオードを含まない画素の上方とにそれぞれ開口が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像素子、撮像装置、及びスミア補正方法に関する。

近年の固体撮像素子は微細化が進んでおり、スミアが増加する傾向にある。このため、スミア補正の精度向上が重要な課題となっている。

特許文献１には、複数の光電変換素子列を有し、各光電変換素子列に２つの垂直電荷転送部を対応して設けた構成の固体撮像素子を持つ撮像装置が開示されている。この撮像装置では、光電変換素子列の左右に１つずつ垂直電荷転送部を配置し、当該光電変換素子列の半分の光電変換素子から、この光電変換素子列に対応する２つの垂直電荷転送部の一方（例えば左側）に電荷を読み出し、当該２つの垂直電荷転送部を同じように駆動して当該電荷に応じた信号を読み出す。そして、一方の垂直電荷転送部から読み出した信号から、他方の垂直電荷転送部から読み出した当該信号と同一行の信号を減算することで、スミア補正を行っている。

特開平６−１９７２８２号公報

特許文献１に記載された固体撮像素子は、隣り合う２つの光電変換素子列の間に２つの垂直電荷転送部が存在するが、この２つの垂直電荷転送部の間の領域は完全に遮光されている。このため、ある光電変換素子列に注目したときに、その光電変換素子列の左側にある垂直電荷転送部で発生するスミア量と、その光電変換素子列の右側にある垂直電荷転送部で発生するスミア量とには、大きな差が生じてしまう。したがって、スミア補正を精度よく行うことができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スミア補正を精度よく行うことが可能な固体撮像素子、撮像装置、及びスミア補正方法を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子は、列方向に並ぶ複数の画素からなる画素列を前記列方向に交差する行方向に複数含む固体撮像素子であって、前記各画素列に対応して設けられた複数の垂直電荷転送部と、前記複数の垂直電荷転送部を転送されてきた電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部とを備え、複数の前記垂直電荷転送部が、スミア検出専用の電荷転送部である第一の電荷転送部と、それ以外の第二の電荷転送部とを含み、前記第二の電荷転送部に対応する前記画素列（以下、通常画素列という）は、フォトダイオードを含む画素で少なくとも構成され、前記第一の電荷転送部に対応する前記画素列（以下、ダミー画素列という）は、フォトダイオードを含まない画素で少なくとも構成され、前記通常画素列に含まれる各画素と、前記ダミー画素列に含まれる各画素との上方に設けられた遮光膜を備え、前記遮光膜には、前記通常画素列に含まれる前記フォトダイオードを含む画素の上方と、前記ダミー画素列に含まれる前記フォトダイオードを含まない画素の上方とにそれぞれ開口が形成されているものである。

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記通常画素列から読み出された第一の信号を、少なくとも前記ダミー画素列から読み出された第二の信号に基づいて補正するスミア補正部とを備えるものである。

本発明のスミア補正方法は、前記固体撮像素子から出力される信号のスミア補正方法であって、前記固体撮像素子の前記通常画素列から読み出された第一の信号を、少なくとも前記ダミー画素列から読み出された第二の信号に基づいて補正するスミア補正ステップを備えるものである。

本発明によれば、スミア補正を精度よく行うことが可能な固体撮像素子、撮像装置、及びスミア補正方法を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示す図 図１に示すデジタルカメラにおける固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図 図１に示すデジタルカメラのＨＤ動画撮像モード時の垂直電荷転送部の駆動速度の変化を示した図 図２に示した固体撮像素子のダミー画素列の各画素から読み出された信号レベルをグラフ化した図 図２に示した固体撮像素子の通常画素列の各画素から読み出された信号レベルをグラフ化した図 図２に示した固体撮像素子において、高輝度被写体の位置によってスミア形状が変化することを説明する図 図１に示したデジタルカメラにおける固体撮像素子５の第一の変形例を示す図 図７に示したダミー画素列Ｄ（２），（３）から読み出された信号を示す図 図１に示したデジタルカメラにおける固体撮像素子の第二の変形例を示した図 図１に示したデジタルカメラにおける固体撮像素子の第三の変形例を示した図 図１に示したデジタルカメラにおける固体撮像素子の第四の変形例を示した図 図１に示したデジタルカメラにおける固体撮像素子の第五の変形例を示した図 図２に示した固体撮像素子５においてカラーフィルタを設けたときの構成を示す図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示す図である。撮像装置としては、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡及びカメラ付携帯電話機等に搭載される撮像モジュール、等があり、ここではデジタルカメラを例にして説明する。

図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、ＣＣＤ型の固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。

デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。

また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。

デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。

更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、固体撮像素子５から出力された撮像信号のスミア補正を行うスミア補正部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備える。メモリ制御部１５、デジタル信号処理部１７、圧縮伸張処理部１８、スミア補正部１９、外部メモリ制御部２０、及び表示制御部２２は、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。

図２は、図１に示すデジタルカメラにおける固体撮像素子５の概略構成を示す平面模式図である。

固体撮像素子５は、画素領域５０と、水平電荷転送部５３と、出力部５４とを備える。

画素領域５０には、複数の画素（画素５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）と、複数の垂直電荷転送部（５２ａ，５２ｂ）とが形成されている。

画素領域５０に配置される複数の画素は、列方向Ｙとこれに交差（図２の例では直交）する行方向Ｘに二次元状（図２の例では正方格子状）に配列されている。複数の画素は、列方向Ｙに並べた複数の画素からなる画素列を行方向Ｘに複数並べた配置となっている。

この複数の画素列には、複数の通常画素列と少なくとも１つのダミー画素列（図２の例では１つ）が含まれる。

通常画素列は、画素５１ａと黒レベル検出用画素５１ｂ（以下、ＯＢとも言う）とで構成されている。

画素５１ａは、半導体基板内にフォトダイオードが形成された領域である。画素５１ａの上方には図示しない遮光膜が設けられており、この遮光膜には画素５１ａに光が入射できるように開口が形成されている。

黒レベル検出用画素５１ｂは、黒レベルを検出するための画素である。画素５１ｂは、フォトダイオードが形成された領域であっても、形成されていない領域であってもよい。

黒レベル検出用画素５１ｂの上方には上記遮光膜が設けられている。黒レベル検出用画素５１ｂ上方の遮光膜には、黒レベル検出用画素５１ｂに光が入射しないように、開口が設けられていない。つまり、黒レベル検出用画素５１ｂは遮光膜によって遮光されている。なお、黒レベル検出用画素５１ｂは、通常画素列の列方向Ｙの端部（図２の例では水平電荷転送部５３とは反対側の端部）に少なくとも１つ（図２の例では１つ）設けられている。

ダミー画素列は、ダミー画素５１ｃと黒レベル検出用画素５１ｂとで構成されている。

ダミー画素５１ｃは、画素５１ａにおいてフォトダイオードが形成されるべき領域に、フォトダイオードの形成を省略した領域である。ダミー画素５１ｃは、ダミー画素５１ｃを形成すべき領域において、フォトダイオードを形成する不純物のイオン注入を行わないことで形成することができる。より具体的には、電子を信号電荷として利用する固体撮像素子の場合は、Ｐ型シリコン基板の表面に高濃度のＰ型領域を形成し、この高濃度のＰ型領域の下にＮ型領域を形成しフォトダイオードとするが、このＮ型領域を形成するための不純物のイオン注入を行わないことで、フォトダイオードの形成を省略することができる。

ダミー画素５１ｃの上方には上記遮光膜が設けられている。ダミー画素５１ｃ上方の遮光膜には、ダミー画素５１ｃに光が入射できるように、開口が形成されている。この開口サイズは画素５１ａ上方の遮光膜開口のサイズと同一である。このように、ダミー画素５１ｃと画素５１ａとの構造上の違いは、半導体基板内のフォトダイオードの有無だけである。

垂直電荷転送部５２ａは、ＣＣＤで構成されており、通常画素列に対応して１つ設けられている。図２の例では、垂直電荷転送部５２ａは、それに対応する通常画素列の右側部に配置されている。

垂直電荷転送部５２ｂは、ＣＣＤで構成されており、ダミー画素列に対応して１つ設けられている。図２の例では、垂直電荷転送部５２ｂは、それに対応するダミー画素列の右側部に配置されている。垂直電荷転送部５２ａと垂直電荷転送部５２ｂは同一構造となっているが、これらを区別するために、図２では垂直電荷転送部５２ｂに網掛けを付してある。

水平電荷転送部５３は、垂直電荷転送部５２ａ，５２ｂを転送されてきた電荷を、行方向Ｘに転送するものであり、ＣＣＤで構成されている。

出力部５４は、水平電荷転送部５３を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する。

このような構成の固体撮像素子５では、ダミー画素５１ｃがフォトダイオードを含まず、かつ、ダミー画素５１ｃの上方の遮光膜には画素５１ａと同様に開口が形成されている。また、ダミー画素列と垂直電荷転送部５２ｂとの位置関係が、通常画素列と垂直電荷転送部５２ａとの位置関係と同一になっている。このため、このダミー画素列からは、通常画素列から読み出される信号に含まれるスミア量に相当する信号のみを読み出すことができる。

このデジタルカメラは、ＨＤ（ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）動画を撮像するＨＤ動画撮像モードを有している。ＨＤ動画撮像モードでは、通常の動画がアスペクト比４：３であるのに対し、アスペクト比１６：９の動画を生成する。

固体撮像素子５は、全画素から信号を読み出したときにその信号がアスペクト比４：３となるようになっている。このため、通常の動画撮像モードでは、固体撮像素子５の全画素から間引き読みだしを行うことで、高フレームレートでアスペクト比４：３の動画を生成する。

一方、ＨＤ動画撮像モードでは、例えば間引き読み出しは行わずに、動画に使用しない信号については高速に読み出し、それ以外の信号について通常速度で読み出すことで、アスペクト比１６：９の高精細動画を高フレームレートで得られるようにしている。

アスペクト比１６：９の高精細動画を高フレームレートで得るために、撮像素子駆動部１０は、ＨＤ動画撮像モード時に次のような駆動（ＨＤ駆動という）を行う。露光終了後、撮像素子駆動部１０は、固体撮像素子５の各画素から当該各画素に対応する垂直電荷転送部に電荷を読み出す。その後、垂直電荷転送部の駆動速度（駆動周波数）を段階的に変更しながら当該電荷を水平電荷転送部５３まで転送し、当該電荷を出力部５４まで転送して、当該電荷に応じた信号を出力させる。

図３は、図１に示すデジタルカメラのＨＤ動画撮像モード時の垂直電荷転送部の駆動速度の変化を示した図である。

撮像素子駆動部１０は、図３に示すように、各画素から垂直電荷転送部に電荷を読み出した後、まず、通常時の４倍の駆動周波数で電荷を転送する。この４倍の駆動周波数で垂直電荷転送部を駆動する期間中に、ＨＤ動画に必要な信号を得るための画素以外の画素のうち、水平電荷転送部５３側の各画素から読み出した全ての電荷を水平電荷転送部５３に転送し、その電荷に応じた信号を固体撮像素子５から出力させる。

この期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、駆動速度を通常時の速度（１倍）に変更し、垂直電荷転送部に残っている電荷の転送を開始する。この１倍の駆動周波数で垂直電荷転送部を駆動する期間中に、ＨＤ動画に必要な信号を得るための各画素から読み出した電荷の全てを水平電荷転送部５３に転送し、その電荷に応じた信号を固体撮像素子５から出力させる。

この期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、駆動速度を通常時の４倍の速度に変更し、垂直電荷転送部に残っている電荷の転送を開始する。この４倍の駆動周波数で垂直電荷転送部を駆動する期間中に、ＨＤ動画に必要な信号を得るための画素以外の画素のうち、水平電荷転送部５３側とは反対側の各画素から読み出した電荷の全てを水平電荷転送部５３に転送し、その電荷に応じた信号を固体撮像素子５から出力させる。

このようにして全ての電荷を水平電荷転送部５３に転送することで、高精細の動画を、高フレームレートで得られるようにしている。なお、図３に示した駆動速度の変更例は一例であり、これに限らない。

なお、このように、ＨＤ駆動を行うと、垂直電荷転送部から水平電荷転送路に電荷を転送開始してから転送終了するまでの間に、垂直電荷転送部の駆動周波数が変化する。このため、各画素から読み出される信号に含まれるスミア量も、各画素の列方向Ｙの位置によって変化する。

図４は、図２に示した固体撮像素子のダミー画素列の各画素から読み出された信号レベル（スミア量）を、列方向Ｙでの位置を横軸にしてグラフ化した図である。図４に示す横軸のうち、左端が水平電荷転送部５３側の端部のダミー画素の位置を示す。また、図４は、画面の半分よりも上（ＶＣＣＤ側）に強い光が入っていることを前提としたときのグラフである。

図４に示すように、ＨＤ駆動を行うと、駆動周波数が４倍と１倍の期間が混在しているため、各画素で発生するスミア量には、列方向Ｙのシェーディングが発生する。

ここで、固体撮像素子５において、ダミー画素列よりも左側の領域に、強い光が入っていた場合を考える。この場合、例えば図２に示した固体撮像素子５の左端の通常画素列から読み出した信号に含まれるスミア量をグラフ化すると、図５の破線で示したようになる。ダミー画素列よりも左側の領域では強い光が入るため、この領域の通常画素列から得られる信号に含まれるスミア量は、ダミー画素列から得られるスミア量よりも多くなる。

図５では、通常画素列から得られるスミア量を図示したが、通常画素列から読み出される信号には、このスミア量以外に、フォトダイオードから読み出される信号量も含まれる。このため、実際には、図５の破線に示したシェーディング形状を直接求めることはできない。

図５に示した破線のグラフのうち、固体撮像素子５から出力される信号から直接取得できるのは、通常画素列の黒レベル検出用画素５１ｂから得られたＯＢ信号だけである。このため、このＯＢ信号と、ダミー画素５１ｃの黒レベル検出用画素５１ｂから読み出されたＯＢ信号とを比較することで、通常画素列から読み出した信号に含まれるスミア量が、ダミー画素列から読み出したスミア量と比べてどのくらい高いのかを判定することができる。

そこで、このデジタルカメラでは、スミア補正部１９が、通常画素列から読み出された信号のうちの黒レベル検出用画素５１ｂから読み出された信号（以下、ＯＢ信号という）と、ダミー画素列から読み出された信号とに基づいて、当該通常画素列から読み出された信号に含まれるスミア量（スミア補正データ）を算出するようにしている。

具体的には、次のようにして通常画素列から読み出された信号に含まれるスミア量を算出する。

まず、スミア補正部１９は、通常画素列の黒レベル検出用画素５１ｂから得たＯＢ信号を、ダミー画素列の黒レベル検出用画素５１ｂから得たＯＢ信号で割り算する。次に、スミア補正部１９は、ダミー画素列の各画素から得た信号のレベルに、この割り算して得られた値を乗算する。このようにすることで、図５の実線で示したスミア形状から、図５の破線で示したスミア形状を求めることができる。この乗算によって得られるデータをスミア補正データとして、当該通常画素列から読み出された信号のスミア補正を行う。

スミア補正部１９は、通常画素列の各画素から得られた信号から、上記算出したスミア補正データの当該各画素の位置に対応するスミア量を減算する。スミア補正部１９は、各通常画素列から得られた信号に対して、このようなスミア補正処理を行う。

なお、図２の例では、ダミー画素列を１つしか設けていない。このため、図５に示すように各画素列に発生するスミア形状が、行方向Ｘの位置で異なる現象が発生する可能性がある。

しかし、ダミー画素列を画素領域５０に満遍なく配置しておけば、図５に示すようなスミア形状の位置による違いは発生しなくなる。このため、このような場合には、通常画素列の各画素から得られた信号から、例えばその通常画素列に最も近いダミー画素列の各画素から得られた信号を減算するだけで、スミア補正を行うことが可能である。この場合には、各画素列に黒レベル検出用画素５１ｂは設けなくてもよい。

以上のように、このデジタルカメラによれば、固体撮像素子５にダミー画素列を設けているため、このダミー画素列から、通常画素列から読み出される信号に含まれるスミア量にほぼ等しい信号を得ることができる。このため、高精度のスミア補正が可能となる。

また、このデジタルカメラでは、固体撮像素子５の各画素列に黒レベル検出用画素５１ｂを設けている。このため、ダミー画素列の数が少なくても、この黒レベル検出用画素５１ｂから読み出されるＯＢ信号を用いて、通常画素列から読み出される信号に含まれるスミア量を正確に算出することができる。

ダミー画素列の各画素に対応する信号は、そのダミー画素列の周囲の通常画素列から得られた信号で補間することが可能である。しかし、ダミー画素列があまりにも増えると、補間した信号が多くなり、画質が劣化する。このため、ダミー画素列は必要最小限とすることが好ましく、この場合には、黒レベル検出用画素５１ｂを設けることが有効となる。

また、このデジタルカメラによれば、ダミー画素列に対応する垂直電荷転送部５２ｂを、スミア量を検出するための専用の転送部としている。特許文献１に記載の固体撮像素子は、信号を読み出すための電荷転送部を、スミア量を検出するための電荷転送部としても使用している。このため、この電荷転送部には、フォトダイオードから読み出された信号の一部が残っている等で、実際のスミア量よりも多くのスミアが検出されてしまう可能性がある。このデジタルカメラによれば、垂直電荷転送部５２ｂには、フォトダイオードから電荷が読み出されることはない。このため、垂直電荷転送部５２ｂ上における電荷転送残り等が発生しにくくなり、スミア情報を正確に得ることが可能となる。

次に、図１に示したデジタルカメラの変形例について説明する。

（第一の変形例）
図１に示したデジタルカメラでは、ＨＤ駆動を行うが、このとき、画角のどの位置に高輝度光があるかによって、スミアの形状は変化する。図６は、高輝度被写体の位置によってスミア形状が変化することを説明する図である。

図６は、固体撮像素子５の画素領域５０のうち、水平電荷転送部５３側とは反対側の下半分に高輝度光が入ったときの、ダミー画素列から得られる信号形状を示した図である。図４と図６を見て分かるように、固体撮像素子５では、画素領域５０内の位置に応じて、スミア形状が変化する。このため、このことを考慮して、固体撮像素子５に設けるダミー画素列は２つ以上にしておくことが好ましい。

図７は、図１に示したデジタルカメラにおける固体撮像素子５の第一の変形例を示す図である。図７では、図２に示したダミー画素列を符号Ｄで示した。

図７に示した例では、画素領域５０にダミー画素列Ｄを４つ設けている。なお、ダミー画素列Ｄは少なくとも２つ設けておけばよい。ただい、これら少なくとも２つのダミー画素列Ｄを、各ダミー画素列Ｄ間に通常画素列を１つ以上含む形で配置する。

４つのダミー画素列Ｄは、画素領域５０の行方向Ｘの両端に２つ設けられ、この２つのダミー画素列Ｄの間に、残り２つのダミー画素列Ｄが間をあけて配置されている。

図７では、左端のダミー画素列Ｄを（１）とし、左端から二番目のダミー画素列Ｄを（２）とし、左端から三番目のダミー画素列Ｄを（３）とし、右端のダミー画素列Ｄを（４）としている。そして、ダミー画素列Ｄ（１）とダミー画素列Ｄ（２）との間の通常画素列が配置されるエリアを（ａ）とし、ダミー画素列Ｄ（２）とダミー画素列Ｄ（３）との間の通常画素列が配置されるエリアを（ｂ）とし、ダミー画素列Ｄ（３）とダミー画素列Ｄ（４）との間の通常画素列が配置されるエリアを（ｃ）としている。

図７に示すようにダミー画素列を配置した場合には、スミア補正部１９が次のようにしてスミア補正を実施する。

例えば、エリア（ｂ）にある通常画素列から得られる信号のスミア補正について説明する。

まず、スミア補正部１９は、スミア補正対象となる通常画素列を挟んで行方向Ｘに隣り合う２つのダミー画素列（図７の例では、ダミー画素列Ｄ（２），（３））から読み出された信号を取得する。図８は、図７に示したダミー画素列Ｄ（２），（３）から読み出された信号を示す図である。

図８に示すように、ダミー画素列Ｄ（２）から読み出された信号と、ダミー画素列Ｄ（３）から読み出された信号とでは、その形状が異なっている場合がある。

スミア補正部１９は、ダミー画素列Ｄ（２）の各画素から読み出された信号と、ダミー画素列Ｄ（３）の当該各画素と列方向Ｙの位置が同じ画素から読み出された信号とを加算して２で割り、双方の信号の平均を算出する。この演算によって得られたデータが、図８において破線で示したグラフである。

なお、ここでは単純に２つの信号の平均を取ったが、２つの信号を重み付け平均してもよい。例えば、補正対象となる通常画素列に位置が近い方のダミー画素列Ｄの信号の重みが大きくなるように、平均を算出すればよい。

スミア補正部１９は、上記算出したデータと、通常画素列の黒レベル検出用画素５１ｂから読み出されたＯＢ信号とに基づいて、当該通常画素列から読み出された信号に含まれるスミア量（スミア補正データ）を算出する。そして、スミア補正部１９は、当該通常画素列の各画素から読み出された信号から、スミア補正データの当該各画素位置におけるスミア量を減算して、スミア補正を行う。

以上のように、第一の変形例で説明したデジタルカメラによれば、スミア形状が位置によって異なる場合でも、スミア補正を精度よく行うことができる。

（第二の変形例）
図９は、図１に示したデジタルカメラにおける固体撮像素子５の第二の変形例を示した図である。

図９に示した固体撮像素子は、各画素の上方に複数色のカラーフィルタを設けた点が、図２に示した固体撮像素子とは異なる。また、ダミー画素列を設ける位置も、図２に示したものとは変えている。

図９において“Ｒ”を記した画素は、赤色光を透過するカラーフィルタ（Ｒフィルタ）が上方に設けられた画素を示す。“Ｇ”を記した画素は、緑色光を透過するカラーフィルタ（Ｇフィルタ）が上方に設けられた画素を示す。“Ｂ”を記した画素は、青色光を透過するカラーフィルタ（Ｂフィルタ）が上方に設けられた画素を示す。

図９の例では、各画素の上方に設けられるカラーフィルタがベイヤー状に配置されたものとなっている。

図９の左から数えて奇数番目にある画素列の上方に設けられるカラーフィルタは、ＲフィルタとＧフィルタのパターンで構成されている。また、左から数えて偶数番目にある画素列の上方に設けられるカラーフィルタは、ＢフィルタとＧフィルタのパターンで構成されている。

このように、この固体撮像素子は、各画素列が、その上方にあるカラーフィルタのパターン（色の組み合わせ）によって２つのグループ（奇数列のグループと偶数列のグループ）に分けられている。

そして、各グループに少なくとも１つ（図９の例では１つ）のダミー画素列を設けている。

このように、各画素の上方に複数色のカラーフィルタを設けた場合、通常画素列に発生するスミアの形状は、当該通常画素列の隣にある画素列上方のカラーフィルタパターンによっても変化する。この理由を以下に説明する。

図９に示した固体撮像素子では、中心から周辺に向かうほど、画素には光が斜めに入射してくるようになる。例えば、左端のダミー画素列の右隣にある通常画素列に入射してくる光は、左端のダミー画素列にもその一部が入射する。同様に、右端のダミー画素列の左隣にある通常画素列に入射してくる光は、右端のダミー画素列にもその一部が入射する。

このように、図９に示した固体撮像素子では、各画素列に発生するスミアの形状が、当該各画素列の固体撮像素子中心側の隣の画素列上方にあるカラーフィルタパターンの影響を強く受けることになる。

このため、通常画素列に対してスミア補正を行うときには、この通常画素列が強く影響を与えている側（この通常画素列の固体撮像素子中心側とは反対側）の隣の画素列上方のカラーフィルタパターンと同じパターンを持つダミー画素列から得られた信号を用いることで、スミア補正の精度を上げることができる。

そこで、固体撮像素子５を図９に示したものに変更したデジタルカメラでは、スミア補正部１９が次のようにしてスミア補正を実施する。

スミア補正部１９は、各グループの各通常画素列から読み出された信号については、当該各通常画素列の固体撮像素子中心側とは反対側の隣に存在する画素列と同じグループに属するダミー画素列から読み出された信号と、当該通常画素列の黒レベル検出用画素５１ｂから読み出された信号とから、スミア補正データを生成する。そして、スミア補正部１９は、当該通常画素列の各画素から読み出された信号から当該スミア補正データに基づくスミア量を減算して、スミア補正を行う。

例えば、図９に示した画素列のうち、左端から４番目の通常画素列については、この通常画素列の左隣の通常画素列と同じグループである、左端のダミー画素列からの信号を用いてスミア補正データを生成する。また、図９に示した画素列のうち、左端から３番目の通常画素列については、この通常画素列の左隣の通常画素列と同じグループである、右端のダミー画素列からの信号を用いてスミア補正データを生成する。

このように、スミア補正対象となる画素列のスミア補正データを、その画素列の隣にある画素列の属するグループに応じて生成することで、精度の高いスミア補正が可能となる。

なお、このようなスミア補正方法は、第一の変形例で説明した補正方法と組み合わせて実施することもできる。

この場合には、例えば図１０に示すように、図９に示した固体撮像素子の各グループに２つのダミー画素列を設ける。ただし、この２つのダミー画素列の間には、少なくとも１つの通常画素列が配置されるようにする。

固体撮像素子５を図１０に示した固体撮像素子に変更したデジタルカメラでは、スミア補正部１９が、まず、スミア補正データを生成するのに用いる信号の出力元のダミー画素列を上述した方法で決定する。この場合、同じグループ内にダミー画素列が２つあるため、２つのダミー画素列が決定される。次に、決定した２つのダミー画素列からそれぞれ得られる信号の平均を算出し、この平均と通常画素列のＯＢ信号とからスミア補正データを生成し、このスミア補正データにしたがってスミア補正を行う。

なお、図１０の例では、各グループに２つのダミー画素列を設けたが、３つ以上のダミー画素列を設けてもよい。例えば、図７に示した構成において、（１）〜（４）で示した各領域に、グループの異なるダミー画素列を２つずつ設けた構成としてもよい。この場合、例えば、エリア（ａ）に対しては、領域（１）と領域（２）に配置したグループの同じ２つのダミー画素列からの信号の平均を求め、この平均とＯＢ信号とからスミア補正データを生成すればよい。

なお、図９及び図１０に示したカラーフィルタの配置は一例であり、これに限らない。例えば、図１１に示すように、図９の左端のダミー画素列の各画素上方にはＲフィルタを設け、左端から２番目の通常画素列の各画素上方にはＧフィルタを設け、左端から３番目の通常画素列の各画素上方にはＧフィルタを設けたストライプ配列のカラーフィルタを用いてもよい。この場合には、各画素列が、Ｒフィルタを上方に持つグループと、Ｇフィルタを上方に持つグループと、Ｂフィルタを上方に持つグループの３つのグループに分けられる。このため、図１１に示したように、各グループに少なくとも１つダミー画素列を設けることで、上述した方法でスミア補正を行うことができる。

また、図１２に示すように、図１に示した固体撮像素子５において、奇数列を偶数列に対して、各画素列の画素ピッチの１／２だけ列方向Ｙにずらして配置した構成とし、奇数列上方のカラーフィルタをベイヤー配列とし、偶数列上方のカラーフィルタをベイヤー配列とした構成であってもよい。この場合には、各画素列が、ＲフィルタとＧフィルタを上方に持つグループと、ＧフィルタとＢフィルタを上方に持つグループとの２つに分けられる。このため、図１２に示したように、各グループに少なくとも１つダミー画素列を設けることで、上述した方法でスミア補正を行うことができる。なお、図１２では、各垂直電荷転送部を直線形状としたが、蛇行形状としてもよい。

また、カラーフィルタの種類についても原色フィルタに限らず、シアン、マゼンタ、イエロー等の補色フィルタを用いてもよい。

最後に、図９〜図１２に示したようなカラーフィルタを有する固体撮像素子において、ダミー画素列の各画素から得られる信号を補間する方法について説明する。

これまで説明してきた固体撮像素子には、ダミー画素列が設けられているが、このダミー画素列から得た信号は画像生成にそのまま用いると、欠陥データとなってしまう。そこで、図９〜図１２に示したような固体撮像素子を搭載するデジタルカメラでは、デジタル信号処理部１７が、ダミー画素５１ｃに対応する信号を、そのダミー画素５１ｃの周囲にある画素５１ａであって、当該ダミー画素５１ｃ上方にあるカラーフィルタと同じ色のカラーフィルタを上方に持つ画素５１ａから得られる信号を用いて補間生成する。

図１３は、図２に示した固体撮像素子５においてカラーフィルタを設けたときの構成を示す図である。図１３に示す構成の場合、デジタル信号処理部１７は、Ｒフィルタ（Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）を上方に持つダミー画素５１ｃに対応する信号については、この信号は用いずに、このダミー画素５１ｃの周囲にある、Ｒフィルタ（Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）を上方に持つ画素５１ａから得られた信号を用いて信号を補間する。

なお、この場合の信号の補間方法は、よく知られている方法（例えば周囲の画素５１ａから得た信号の平均を算出する）等を用いればよい。

これまでの説明では、固体撮像素子５の各画素が正方格子状に配置されるものとしたが、図１２に例示したように、奇数列を偶数列に対して、各画素列の画素ピッチの１／２だけ列方向Ｙにずらして配置した構成としてもよい。

以上説明してきたように、本明細書には次の事項が開示されている。

開示された固体撮像素子は、列方向に並ぶ複数の画素からなる画素列を前記列方向に交差する行方向に複数含む固体撮像素子であって、前記各画素列に対応して設けられた複数の垂直電荷転送部と、前記複数の垂直電荷転送部を転送されてきた電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部とを備え、複数の前記垂直電荷転送部が、スミア検出専用の電荷転送部である第一の電荷転送部と、それ以外の第二の電荷転送部とを含み、前記第二の電荷転送部に対応する前記画素列（以下、通常画素列という）は、フォトダイオードを含む画素で少なくとも構成され、前記第一の電荷転送部に対応する前記画素列（以下、ダミー画素列という）は、フォトダイオードを含まない画素で少なくとも構成され、前記通常画素列に含まれる各画素と、前記ダミー画素列に含まれる各画素との上方に設けられた遮光膜を備え、前記遮光膜には、前記通常画素列に含まれる前記フォトダイオードを含む画素の上方と、前記ダミー画素列に含まれる前記フォトダイオードを含まない画素の上方とにそれぞれ開口が形成されているものである。

この構成により、ダミー画素列のフォトダイオードを含まない画素の上方には、通常画素列と同様に遮光膜に開口が形成されているため、ダミー画素列に対応する第一の電荷転送部から得られる信号により、通常画素列に含まれるスミアの形状を精度よく推定することができる。このため、高精度のスミア補正が可能となる。

開示された固体撮像素子は、前記通常画素列が、前記フォトダイオードを含む画素と黒レベル検出用画素とで構成され、前記ダミー画素列が、前記フォトダイオードを含まない画素と黒レベル検出用画素とで構成され、前記黒レベル検出用画素上方の前記遮光膜には開口が形成されていないものである。

この構成により、通常画素列から得られるスミア信号のレベルと、ダミー画素列から得られるスミア信号のレベルとの差を知ることができる。このため、このレベル差を考慮してスミア補正を行うことができ、高精度のスミア補正が可能となる。

開示された固体撮像素子は、前記第一の電荷転送部が、少なくとも１つの前記第二の電荷転送部を間に挟んで複数設けられているものである。

この構成により、複数の第一の電荷転送部から複数のスミア信号を得ることができる。スミア形状は画素位置で異なる場合があるため、このような構成とすることで、通常画素列から得られる信号に含まれるスミア形状を精度よく推定することができ、スミア補正精度を向上させることができる。

開示された撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記通常画素列から読み出された第一の信号を、少なくとも前記ダミー画素列から読み出された第二の信号に基づいて補正するスミア補正部とを備えるものである。

この構成により、高精度のスミア補正が可能となる。

開示された撮像装置は、前記通常画素列が、前記フォトダイオードを含む画素と黒レベル検出用画素とで構成され、前記ダミー画素列が、前記フォトダイオードを含まない画素と黒レベル検出用画素とで構成され、前記黒レベル検出用画素上方の前記遮光膜には開口が形成されておらず、前記スミア補正部は、前記通常画素列から読み出された第一の信号のうちの前記黒レベル検出用画素から読み出された信号と、前記第二の信号とに基づいて、前記第一の信号のスミア補正を行うものである。

この構成により、高精度のスミア補正が可能となる。

開示された撮像装置は、前記第一の電荷転送部が、少なくとも１つの前記第二の電荷転送部を間に挟んで複数設けられており、前記スミア補正部は、隣り合う２つの前記第一の電荷転送部の間にある前記第二の電荷転送部に対応する前記通常画素列から読み出された信号については、前記第二の信号として、当該２つの前記第一の電荷転送部の各々に対応する前記ダミー画素列からそれぞれ読み出される信号を用いるものである。

この構成により、高精度のスミア補正が可能となる。

開示された撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記各画素の上方に設けられた複数色のカラーフィルタを含み、前記複数の画素列は、前記各画素列の上方にある前記カラーフィルタの色のパターンがそれぞれ異なる複数のグループに分けられ、前記複数のグループの各々に少なくとも１つ前記ダミー画素列が設けられ、前記スミア補正部は、前記各グループの各通常画素列から読み出された信号については、前記第二の信号として、当該各通常画素列の前記固体撮像素子の中心側とは反対側の隣に存在する前記画素列と同じグループに属する前記ダミー画素列から読み出された信号を用いるものである。

開示された撮像装置は、前記ダミー画素列の各画素に対応する信号を、当該ダミー画素列の周囲の前記通常画素列から読み出された信号を用いて補間する信号補間部を備えるものである。

この構成により、ダミー画素列を設けたことによる画素欠陥の発生を防ぐことができる。

開示された撮像装置は、前記各垂直電荷転送部の駆動周波数を段階的に変更しながら前記各垂直電荷転送部に蓄積された電荷を前記列方向に転送する駆動を行う駆動部を備え、前記スミア補正部は、前記駆動が実施されたときに前記補正を実施するものである。

この構成により、各画素からの信号の読み出し中に、垂直電荷転送部の駆動周波数が段階的に変更される場合でも、ダミー画素列からの信号に基づいて、通常画素列から得られる第一の信号に含まれるスミアの形状を知ることができる。したがって、このような場合でも、スミアを精度よく補正することができる。

開示された撮像装置は、前記駆動部が、ＨＤ動画撮像時に前記駆動を実施するものである。

開示されたスミア補正方法は、前記固体撮像素子から出力される信号のスミア補正方法であって、前記固体撮像素子の前記通常画素列から読み出された第一の信号を、少なくとも前記ダミー画素列から読み出された第二の信号に基づいて補正するスミア補正ステップを備えるものである。

開示されたスミア補正方法は、前記通常画素列が、前記フォトダイオードを含む画素と黒レベル検出用画素とで構成され、前記ダミー画素列が、前記フォトダイオードを含まない画素と黒レベル検出用画素とで構成され、前記黒レベル検出用画素上方の前記遮光膜には開口が形成されておらず、前記スミア補正ステップでは、前記通常画素列から読み出された第一の信号のうちの前記黒レベル検出用画素から読み出された信号と、前記第二の信号とに基づいて、前記第一の信号のスミア補正を行うものである。

開示されたスミア補正方法は、前記第一の電荷転送部が、少なくとも１つの前記第二の電荷転送部を間に挟んで複数設けられており、前記スミア補正ステップでは、隣り合う２つの前記第一の電荷転送部の間にある前記第二の電荷転送部に対応する前記通常画素列から読み出された信号については、前記第二の信号として、当該２つの前記第一の電荷転送部の各々に対応する前記ダミー画素列からそれぞれ読み出される信号を用いるものである。

開示されたスミア補正方法は、前記固体撮像素子が、前記各画素の上方に設けられた複数色のカラーフィルタを含み、前記複数の画素列は、前記各画素列の上方にある前記カラーフィルタの色の組み合わせがそれぞれ異なる複数のグループに分けられ、前記複数のグループの各々に少なくとも１つ前記ダミー画素列が設けられ、前記スミア補正ステップでは、前記各グループの各通常画素列から読み出された信号については、前記第二の信号として、当該各通常画素列の前記固体撮像素子の中心側とは反対側の隣に存在する前記画素列と同じグループに属する前記ダミー画素列から読み出された信号を用いるものである。

５ 固体撮像素子
５１ａ 画素
５１ｂ 黒レベル検出用画素
５１ｃ ダミー画素
５２ａ，５２ｂ 垂直電荷転送部
１９ スミア補正部

Claims (14)

1. 列方向に並ぶ複数の画素からなる画素列を前記列方向に交差する行方向に複数含む固体撮像素子であって、
   前記各画素列に対応して設けられた複数の垂直電荷転送部と、
   前記複数の垂直電荷転送部を転送されてきた電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部とを備え、
   複数の前記垂直電荷転送部が、スミア検出専用の電荷転送部である第一の電荷転送部と、それ以外の第二の電荷転送部とを含み、
   前記第二の電荷転送部に対応する前記画素列（以下、通常画素列という）は、フォトダイオードを含む画素で少なくとも構成され、
   前記第一の電荷転送部に対応する前記画素列（以下、ダミー画素列という）は、フォトダイオードを含まない画素で少なくとも構成され、
   前記通常画素列に含まれる各画素と、前記ダミー画素列に含まれる各画素との上方に設けられた遮光膜を備え、
   前記遮光膜には、前記通常画素列に含まれる前記フォトダイオードを含む画素の上方と、前記ダミー画素列に含まれる前記フォトダイオードを含まない画素の上方とにそれぞれ開口が形成されている固体撮像素子。
2. 請求項１記載の固体撮像素子であって、
   前記通常画素列が、前記フォトダイオードを含む画素と黒レベル検出用画素とで構成され、
   前記ダミー画素列が、前記フォトダイオードを含まない画素と黒レベル検出用画素とで構成され、
   前記黒レベル検出用画素上方の前記遮光膜には開口が形成されていない固体撮像素子。
3. 請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
   前記第一の電荷転送部が、少なくとも１つの前記第二の電荷転送部を間に挟んで複数設けられている固体撮像素子。
4. 請求項１記載の固体撮像素子と、
   前記通常画素列から読み出された第一の信号を、少なくとも前記ダミー画素列から読み出された第二の信号に基づいて補正するスミア補正部とを備える撮像装置。
5. 請求項４記載の撮像装置であって、
   前記通常画素列が、前記フォトダイオードを含む画素と黒レベル検出用画素とで構成され、
   前記ダミー画素列が、前記フォトダイオードを含まない画素と黒レベル検出用画素とで構成され、
   前記黒レベル検出用画素上方の前記遮光膜には開口が形成されておらず、
   前記スミア補正部は、前記通常画素列から読み出された第一の信号のうちの前記黒レベル検出用画素から読み出された信号と、前記第二の信号とに基づいて、前記第一の信号のスミア補正を行う撮像装置。
6. 請求項４又は５記載の撮像装置であって、
   前記第一の電荷転送部が、少なくとも１つの前記第二の電荷転送部を間に挟んで複数設けられており、
   前記スミア補正部は、隣り合う２つの前記第一の電荷転送部の間にある前記第二の電荷転送部に対応する前記通常画素列から読み出された信号については、前記第二の信号として、当該２つの前記第一の電荷転送部の各々に対応する前記ダミー画素列からそれぞれ読み出される信号を用いる撮像装置。
7. 請求項４又は５記載の撮像装置であって、
   前記固体撮像素子が、前記各画素の上方に設けられた複数色のカラーフィルタを含み、
   前記複数の画素列は、前記各画素列の上方にある前記カラーフィルタの色のパターンがそれぞれ異なる複数のグループに分けられ、
   前記複数のグループの各々に少なくとも１つ前記ダミー画素列が設けられ、
   前記スミア補正部は、前記各グループの各通常画素列から読み出された信号については、前記第二の信号として、当該各通常画素列の前記固体撮像素子の中心側とは反対側の隣に存在する前記画素列と同じグループに属する前記ダミー画素列から読み出された信号を用いる撮像装置。
8. 請求項４〜７のいずれか１項記載の撮像装置であって、
   前記ダミー画素列の各画素に対応する信号を、当該ダミー画素列の周囲の前記通常画素列から読み出された信号を用いて補間する信号補間部を備える撮像装置。
9. 請求項４〜８のいずれか１項記載の撮像装置であって、
   前記各垂直電荷転送部の駆動周波数を段階的に変更しながら前記各垂直電荷転送部に蓄積された電荷を前記列方向に転送する駆動を行う駆動部を備え、
   前記スミア補正部は、前記駆動が実施されたときに前記補正を実施する撮像装置。
10. 請求項９記載の撮像装置であって、
    前記駆動部が、ＨＤ動画撮像時に前記駆動を実施する撮像装置。
11. 請求項１記載の固体撮像素子から出力される信号のスミア補正方法であって、
    前記固体撮像素子の前記通常画素列から読み出された第一の信号を、少なくとも前記ダミー画素列から読み出された第二の信号に基づいて補正するスミア補正ステップを備えるスミア補正方法。
12. 請求項１１記載のスミア補正方法であって、
    前記通常画素列が、前記フォトダイオードを含む画素と黒レベル検出用画素とで構成され、
    前記ダミー画素列が、前記フォトダイオードを含まない画素と黒レベル検出用画素とで構成され、
    前記黒レベル検出用画素上方の前記遮光膜には開口が形成されておらず、
    前記スミア補正ステップでは、前記通常画素列から読み出された第一の信号のうちの前記黒レベル検出用画素から読み出された信号と、前記第二の信号とに基づいて、前記第一の信号のスミア補正を行うスミア補正方法。
13. 請求項１１又は１２記載のスミア補正方法であって、
    前記第一の電荷転送部が、少なくとも１つの前記第二の電荷転送部を間に挟んで複数設けられており、
    前記スミア補正ステップでは、隣り合う２つの前記第一の電荷転送部の間にある前記第二の電荷転送部に対応する前記通常画素列から読み出された信号については、前記第二の信号として、当該２つの前記第一の電荷転送部の各々に対応する前記ダミー画素列からそれぞれ読み出される信号を用いるスミア補正方法。
14. 請求項１１又は１２記載のスミア補正方法であって、
    前記固体撮像素子が、前記各画素の上方に設けられた複数色のカラーフィルタを含み、
    前記複数の画素列は、前記各画素列の上方にある前記カラーフィルタの色の組み合わせがそれぞれ異なる複数のグループに分けられ、
    前記複数のグループの各々に少なくとも１つ前記ダミー画素列が設けられ、
    前記スミア補正ステップでは、前記各グループの各通常画素列から読み出された信号については、前記第二の信号として、当該各通常画素列の前記固体撮像素子の中心側とは反対側の隣に存在する前記画素列と同じグループに属する前記ダミー画素列から読み出された信号を用いるスミア補正方法。

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