专利名称：摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及摄像装置。
背景技术：
一般的电子摄像机安装有CXD传感器或CMOS传感器等固体摄像元件。例如在CMOS 传感器的情况下，通过在受光面上矩阵状配置的各像素对应于入射光而积蓄的电荷，通过像素放大器进行电荷-电压变换，针对每行被读出到垂直信号线。并且，从各像素读出的信号经由列放大器、CDS电路(相关双采样电路)、水平输出电路以及输出放大器，被读出到 CMOS传感器的外部。然而，在从CMOS传感器读出的信号中包含固定模式噪声成分和浓阴影 (dark shading)成分等行方向上固有的噪声成分。因此，为了去除这些噪声成分而采用了使用在曝光前从CMOS传感器读出的校正数据对曝光后从CMOS传感器读出的图像数据进行校正的技术(例如参照日本特开2006-222689号公报)。然而，为了缩短校正数据的取得时间，采用了仅从1个画面的一部分行中取得校正数据的方法，在这种情况下，在取得校正数据的行的像素放大器和不取得校正数据的行的像素放大器中动作点不同，所以在像素放大器的输入输出特性为非线性的区域中使用时，行间的信号电平产生差异，存在损害摄像图像的画质的问题。
发明内容
本发明的摄像装置，具备摄像部和校正部，所述摄像部由像素阵列和读出控制部构成，所述像素阵列矩阵状地配置了多个像素，所述像素具有积蓄与光量对应的电荷的光电变换部、将所述电荷传输到漂移扩散区域的传输晶体管、输出与所述漂移扩散区域中保持的电荷对应的像素信号的放大晶体管、以及将所述漂移扩散区域中保持的电荷复位的复位晶体管，所述读出控制部对第一读出控制和第二读出控制进行切换来进行读出，所述第一读出控制在曝光前将所述复位晶体管控制成截止，从所述像素阵列的一部分行中读出所述像素信号，所述第二读出控制在曝光后从所述像素阵列中读出所述像素信号，所述校正部根据通过所述第一读出控制读出的像素信号，校正通过所述第二读出控制读出的像素信号。而且，所述第一读出控制将所述传输晶体管控制成截止，从所述像素阵列的一部分行中读出所述像素信号。另外，所述第一读出控制将不读出所述像素信号的行的所述复位晶体管控制成截止。特别地，所述第一读出控制读出位于所述像素阵列的中央部的行的所述像素信号。根据本发明，即使在像素放大器的输入输出特性为非线性的情况下也能够不损害画质地去除水平方向的噪声成分。
图1是表示电子摄像机100的结构例的图。图2是表示摄像时的处理例的流程图。图3是表示固体摄像元件103的结构例的图。图4是表示像素px的电路例的图。图5是表示水平方向的噪声成分的图。图6是表示摄像时的校正数据取得期间和图像数据取得期间的图。图7是表示取得校正数据的行的定时(timing)例的图。图8是表示复位晶体管Trst的导通电阻Ron的特性的图。图9是表示不取得校正数据的行的定时例的图。图IOA是表示放大晶体管Tamp的特性和像素输出的关系的图。图IOB是表示放大晶体管Tamp的特性和像素输出的关系的图。图IOC是表示放大晶体管Tamp的特性和像素输出的关系的图。图11是表示本实施方式的取得校正数据的行的定时例的图。图12是表示本实施方式的不取得校正数据的行的定时例的图。
具体实施例方式以下，使用附图详细说明本发明的摄像装置的实施方式。图1是表示与本发明的摄像装置对应的电子摄像机100的结构的框图。(电子摄像机100的结构)在图1中，电子摄像机100由光学系统101、机械快门102、固体摄像元件103、 AFE (模拟前端)104、切换部105、行存储器106、校正数据计算部107、减法运算部108、图像缓冲存储器109、图像处理部110、控制部111、存储器112、操作部113、显示部114和存储卡 I/F115 构成。光学系统101把从拍摄对象输入的光成像在固体摄像元件103的受光面上。机械快门102位于光学系统101和固体摄像元件103之间，在曝光时以从控制部 111指示的快门速度来开闭。固体摄像元件103在受光面上矩阵状地配置了将光变换为电信号的像素。并且， 根据控制部111的指令将从各像素读出的信号输出到AFE104。AFE104根据控制部111的指令进行从固体摄像元件103读出的信号的增益调整、
A/D变换等。切换部105根据控制部111的指令，切换经由AFE104从固体摄像元件103读出的数据的输出目的地。例如控制部111为了取得校正数据而切换切换部105，把从固体摄像元件103读出的遮光数据输出到行存储器106。或者，控制部111为了在曝光后取得图像数据而切换切换部105，把从固体摄像元件103读出的曝光数据输出到减法运算部108。在此， 根据曝光前的遮光数据生成校正数据，从曝光数据中减去校正数据来得到曝光后的图像数据。此外，在后面对校正数据取得期间、图像数据取得期间中的数据取得定时进行详细说明。行存储器106是能够保存1行或多行的从固体摄像元件103读出的遮光数据的缓冲存储器。在此，最好从固体摄像元件103拍摄的图像的中央部的行中读出遮光数据。由此，可以得到偏差少的校正数据。校正数据计算部107根据取入到行存储器106中的遮光数据来生成校正数据。例如在取得多行的遮光数据的情况下，校正数据计算部107根据取入到行存储器106的多行的遮光数据，针对每列计算平均值，生成1行的校正数据。此外，1行的校正数据具有每一行的校正数据。减法运算部108从曝光后从固体摄像元件103读出的曝光数据中减去先前校正数据计算部107生成的校正数据，输出图像数据。此时，减法运算部108使用与曝光数据相同的列所对应的校正数据。图像缓冲存储器109是临时保存由减法运算部108输出的图像数据的缓冲存储器。另外，图像缓冲存储器109也作为图像处理部110的处理缓冲存储器来使用。此外，先前说明的行存储器106和图像缓冲存储器109也可以使用物理上相同的存储器并划分存储区域。图像处理部110对于存储在图像缓冲存储器109中的图像数据实施从控制部111 指示的图像处理(颜色插补处理、伽马校正处理、边缘强调处理等)。控制部111由按照在内部预先存储的程序代码而工作的CPU来构成，根据在操作部113中设置的各种操作按钮的操作内容，控制电子摄像机100的各部的动作。例如，控制部111在进行机械快门102的开闭、从固体摄像元件103读出信号的行或时刻的控制、 AFE104的增益设定或A/D变换的时刻控制、进行切换部105的切换来将摄像图像取入图像缓冲存储器109、指示图像处理部110进行图像处理后，在显示部114显示摄像图像，或者将摄像图像保存在安装在存储卡I/F115中的存储卡11 中。特别是在本实施方式中，控制部111进行用来取得用于校正水平方向的固有的噪声成分的校正数据的各部的控制。例如，控制部111为了生成校正数据，指定从固体摄像元件103读出遮光数据的行，或者将切换部105切换到行存储器106侧，或者指示校正数据计算部107生成校正数据。存储器112是非易失性的存储介质，存储电子摄像机100的摄像模式或动作所必要的参数等。操作部113具有电源按钮、释放按钮、模式选择拨盘等操作按钮，根据用户的操作来对控制部111输出操作内容。显示部114例如由液晶监视器构成。并且，显示由控制部111输出的设定菜单画面或被取入到图像缓冲存储器109中的摄像图像、或者在存储卡I/F115中安装的存储卡11 中保存的已拍摄的图像等。存储卡I/F115是用于安装存储卡11 的接口，将从控制部111输出的图像数据存储在存储卡11 中。或者根据控制部111的指令，读出在存储卡11 中存储的已拍摄的图像数据并输出到控制部111。在此，使用图2的流程图说明控制部111进行的本实施方式中的摄像处理的流程。 在图2中，当开始摄像模式时(步骤S 101)，等待释放按钮被按下(步骤S102)。当释放按钮被按下时取得校正数据(步骤S10;3)，开闭机械快门102来进行拍摄(曝光)(步骤S104)。 然后，读出曝光数据并通过在步骤S103中取得的校正数据来进行校正，取得图像数据(步骤S105)。此后，进行颜色插补处理或伽马校正等图像处理(步骤S106)后保存在存储卡11 中(步骤S107)，结束摄像处理(步骤S108)。这样，本实施方式的电子摄像机100可以进行去除水平方向的噪声成分的校正处理来拍摄图像。(固体摄像元件103的结构)接着，说明固体摄像元件103的结构。图3是表示固体摄像元件103的结构例的框图。在图3中，固体摄像元件103包括由多个像素构成的像素阵列151、垂直驱动电路152、垂直信号线VLINE、像素电流源Pw、列放大器Camp、⑶S电路153、水平输出电路154、 水平驱动电路155、输出放大器AMPout。在此，在对各符号附加(n，m)或(η)以及(m)来记载的情况下，设为表示特定的像素、行或列。在图3中，像素f^(n，m)表示各像素的坐标， η为从1到(Ν+4)的整数，m为从1到4的整数。例如IM2，1)表示第2行第1列的像素， VLINE(3)表示第3列的垂直信号线，TX(N+2)表示第(N+2)行的传输信号TX。另外，在未对各符号附加0的情况下，例如标记为像素&的情况下，表示对全部像素通用，当标记为垂直信号线VLINE时表示对全部垂直信号线通用。在图3的例子中表示了纵向有(N+4)像素、横向有4像素的(N+4)行、4列的像素阵列151。并且，对于相同行的各像素，从垂直驱动电路152对每行提供相同的控制信号。 例如对于(N+1)行的4个像素(像素IMN+1，1)到Px (N+1，4))，从垂直驱动电路152提供了 3个控制信号(传输信号TX (N+1)、复位信号FDRST (N+1)以及选择信号SEL (N+1))。此外，关于第1行、第2行、第(N+2)行、第(N+3)行以及第(N+4)行也同样。另外，相同列的各像素的输出与针对每列而配置的垂直信号线VLINE连接，对于各垂直信号线VLINE配置各像素的晶体管和形成源极跟随器的像素电流源Pw，被读出到各垂直信号线VLINE的信号被输入到各列的列放大器Camp。例如第1列的各像素(从像素 Px(N+4,l)到1^(1，1))的输出与垂直信号线VLINE(I)连接，被输入到配置了像素电流源 Pw⑴的列放大器Camp⑴。此外，关于第2列到第4列也同样。在此，使用图4说明各像素的结构。图4是像素的电路图。在图4中，像素 Px由光电二极管PD、传输晶体管Ttx、漂移扩散区域FD、复位晶体管Trst、放大晶体管Tamp 和选择晶体管Tsel构成。光电二极管PD产生并积蓄与从拍摄对象入射的光量相对应的电荷。传输晶体管Ttx根据从垂直驱动电路152输出的传输信号Tx导通截止。例如当传输信号TX为高电平时，传输晶体管Ttx导通，把光电二极管PD中积蓄的电荷传输到漂移扩散区域FD。漂移扩散区域FD形成电容器Cfd，保存经由传输晶体管Ttx从光电二极管PD传输来的电荷。复位晶体管Trst根据从垂直驱动电路152输出的复位信号FDRST导通截止。例如当复位信号FDRST为高电平时，复位晶体管Trst导通，将漂移扩散区域FD中保存的电荷放出到电源电压VDD侧，漂移扩散区域FD的电位Vfd被提升到电源电压VDD。放大晶体管Tamp将漂移扩散区域FD中保存的电荷变换为电压信号。选择晶体管Tsel根据从垂直驱动电路152输出的选择信号SEL导通截止。例如当选择信号SEL为高电平时，选择晶体管Tsel导通，将放大晶体管Tamp输出的信号读出到垂直信号线VLINE。
这样，图3所示的像素阵列151的各像素的光电二极管PD中积蓄的电荷被临时传输到漂移扩散区域FD后，分别被读出到各列的垂直信号线VLINE(I)至VLINE，分别被输入到各列的列放大器Camp⑴至Camp (4)。在图3中，列放大器Camp (1)至Camp (4)的输出被输入到CDS电路153。CDS电路 153被称为相关双采样电路，是去除从各像素I3X到列放大器Camp的各列的偏移噪声的电路。在此，对⑶S电路153的动作进行说明。垂直驱动电路152在将像素I3X的光电二极管PD中积蓄的电荷传输到漂移扩散区域FD前，读出漂移扩散区域FD的电位Vfd (以后称为深浓信号(dark signal))。而且，垂直驱动电路152在读出深浓信号的期间控制深浓用采样保持信号DARK_S/H，将读出的深浓信号保存在深浓用电容器Cd中。接着，垂直驱动电路152在将像素的光电二极管PD中积蓄的电荷传输到漂移扩散区域FD后，读出漂移扩散区域FD的电位Vfd (以后称为PD信号)。而且，垂直驱动电路152在读出PD信号的期间控制信号用采样保持信号SIGNAL_S/H，将读出的PD信号保存在信号用电容器Cs中。水平输出电路154由切换是否将对各列配置的信号用电容器Cs以及深浓用电容器Cd中所保存的深浓信号以及PD信号输出到输出放大器AMPout的信号用开关Sso和深浓用开关Sdo构成。并且，根据从水平驱动电路155提供的控制信号(水平输出信号GHl 至GH4)读出在各电容器中保存的信号，按照列的顺序输出到输出放大器AMPout。例如， 通过水平输出信号GHl控制信号用开关Sso (1)以及深浓信号用开关Sdo (1)，将信号用电容器Cs(I)以及深浓信号用电容器Cd(I)中保持的深浓信号以及PD信号输出到输出放大器AMPout。同样，通过水平输出信号GH2将第2列的各信号输出到输出放大器AMPout，通过水平输出信号GH3、水平输出信号GH4分别将第3列、第4列的各信号输出到输出放大器 AMPout0水平驱动电路155根据从控制部111指示的控制信号，生成水平输出信号GHl至 GH4，控制信号用开关ko以及深浓用开关Sdo的导通截止。输出放大器AMPout例如由差动放大器构成，从水平输出电路154输入的PD信号中减去深浓信号，然后从固体摄像元件103输出。由此可以去除从各像素I3X到列放大器 Camp的各列的同相噪声。此外，⑶S电路153通过输出放大器AMPout进行减法运算，结束各列的偏差噪声的去除，因此也可以包含水平输出电路154、水平驱动电路155以及输出放大器AMPout来作为⑶S电路153。或者，也可以不通过输出放大器AMPout从PD信号中减去深浓信号，而是在固体摄像元件103的外部(例如AFE104)进行减法运算处理。在此，CDS电路153可以去除各列的偏差噪声，但是无法去除列间的水平方向的噪声成分。因此，如现有技术中记载的那样，需要去除从固体摄像元件103读出的信号中包含的固定模式噪声成分、浓阴影成分等水平方向(行方向)上固有的噪声成分。(关于校正数据)接着，说明用于去除固定模式噪声成分、浓阴影成分等水平方向上固有的噪声成分的校正数据。图5是用于说明校正处理的图。在图5中，图像201表示不去除(不校正) 水平方向的噪声成分时的例子。在校正前的图像201中，在水平方向上呈现白色或黑色的纵条纹或从画面中央附近向左右两端慢慢变黑的浓阴影。在机械快门102关闭的遮光时从固体摄像元件103读出的遮光数据和在曝光后从固体摄像元件103读出的曝光数据的双方中同样包含这样的水平方向的噪声成分。因此，使用曝光前从预先设定的特定的行读出的遮光数据生成表示水平方向的固有的噪声特性的校正数据250。然后，从曝光后从固体摄像元件103读出的曝光数据中减去校正数据250。由此，去除在曝光数据中包含的与校正数据 250相同特性的水平方向的噪声成分，得到高画质的校正后的图像202。此外，在图5中，假定同样亮度的光入射到固体摄像元件103的整个面。然而，如图6所示，需要在从操作部113的释放按钮被按下开始到实际曝光为止的期间进行读出遮光数据的校正数据取得期间，因此，当读出全部行的遮光数据时，校正数据取得期间变长，存在释放时滞增大的问题。因此，一般为了减小释放时滞，采用不从固体摄像元件103的全部行而是从一部分行中读出遮光数据来生成校正数据的方法。在这种情况下，如图5的图像203所示，在1个画面内存在读出遮光数据的行203a和不读出遮光数据的行20北。特别是在使用像素的像素放大器(放大晶体管Tamp)的特性为非线性的区域的情况下，在读出遮光数据的行203a和不读出遮光数据的行20 之间，在漂移扩散区域 FD的电位Vfd中产生电位差，因此如图5的图像203所示，例如产生取得遮光数据的行203a 与不取得遮光数据的行20 相比变黑的问题。使用图7说明其原因。在此，把读出遮光数据来生成校正数据的行设为图3的第 (N+1)行，把不读出遮光数据的行(在校正数据的生成中不使用的行)设为第(N+3)行。图 7表示取得校正数据的第(N+1)行的校正数据取得期间和图像数据取得期间的现有技术的时序图。此外，在校正数据取得期间，从固体摄像元件103读出遮光数据来生成校正数据， 在图像数据取得期间，读出曝光数据，减去之前生成的校正数据，生成校正后的图像数据。在图7中与图3以及图4相同符号的控制信号表示相同的控制信号。另外，在时刻TO以前，全部像素I^x的传输晶体管Ttx以及复位晶体管Trst，通过传输信号TX以及复位信号FDRST —同导通，光电二极管PD以及漂移扩散区域FD的电荷一起被初始化。然后， 时刻TO的第(N+1)行的漂移扩散区域FD的电压Vfd(N+1)变为Vfd_initl。在此，第(N+1) 行中存在多个像素Μ，因此假定漂移扩散区域FD的电压Vfd (N+1)表示其中某一个像素中的漂移扩散区域FD的电压Vfd。(校正数据取得期间)在时刻Tl，当选择信号SEL变为高电平、选择晶体管Tsel导通时，漂移扩散区域 FD的电压Vfd经由放大晶体管Tamp以及选择晶体管Tsel被读出到垂直信号线VLINE。在时刻T2，当复位信号FDRST变为高电平，复位晶体管Trst导通时，漂移扩散区域 FD的电压Vfd接近电源VDD的电压。然而，复位晶体管Trst的导通电阻Ron如图8 (表示复位晶体管Trst的源极电压Vs和导通电阻Ron的特性的图)所示，随着复位晶体管Trst 的源极电位Vs接近电源电压VDD而增大。因此，漂移扩散区域FD的电位Vfd根据图7所示的复位信号FDRST的脉冲宽度(时刻T2和T3的间隔)而变化。在此，当把使复位信号 FDRST成为高电平前的漂移扩散区域FD的电位设为Vfd_initl，把使复位信号FDRST在预定时间(从时刻T2到时刻T3)成为高电平后的漂移扩散区域FD的电位设为VfcLafterl 时，在通过复位信号FDRST从像素读出的信号中产生电位差Δ Vfd_r_0nl。从时刻T4到T5，当深浓用采样保持信号DARK_S/H变为高电平时，光电二极管PD 中积蓄的电荷(信号电荷)被传输到漂移扩散区域FD前的漂移扩散区域FD的电位Vfd_ after 1被保存在深浓用电容器Cd中。
从时刻T6到T7，当传输信号TX变为高电平时，把光电二极管PD的信号电荷传输到漂移扩散区域FD。在时刻T8到T9，当信号用采样保持信号SIGNAL_S/H变为高电平时，把光电二极管PD的信号电荷传输到漂移扩散区域FD后与漂移扩散区域FD的电位VfcLafterl对应的电压被保存在信号用电容器Cs中。在此，把光电二极管PD的信号电荷传输到漂移扩散区域FD后和传输到漂移扩散区域FD前的漂移扩散区域FD的电位实质上为相同电位Vfd_ afterl，这是因为对光电二极管PD的信号电荷进行了初始化。在时刻TlO到T13，通过水平驱动电路155将图7的水平输出信号GHl至GH4的短脉冲提供给各个信号用开关&0以及深浓用开关Sdo，在信号用电容器Cs以及深浓用电容器Cd中采样保持的各信号被依次读出到输出放大器AMPout，从固体摄像元件103输出到 AFE104。在此，在从第(N+2)行开始读出校正数据生成用遮光数据时，按照与图7中说明的时序图相同的步骤，在校正数据取得期间读出遮光数据。这样，把输出到AFE104的遮光数据经由切换部105保存在行存储器106中，通过校正数据计算部107生成校正数据。例如，在从第(N+1)行和第(N+2)行这两行读出了遮光数据时，在行存储器106中保存第(N+1)行和第(N+幻行这两行的遮光数据。在这种情况下，校正数据计算部107例如求出第(N+1)行的遮光数据和第(N+幻行的遮光数据的相同列的遮光数据的平均值，生成该列的校正数据。同样地，校正数据计算部107可以求出各列的校正数据来得到1行的量的校正数据。(图像数据取得期间)在校正数据取得期间之后，如图6所示，积蓄与光入射到固体摄像元件103的各像素的光电二极管PD的光量对应的电荷(曝光)。然后，开始图7所示的图像数据取得期间。 此外，在此假设入射光的亮度对于像素阵列151的整个面相同，以便容易理解特征。在图7中，在校正数据取得期间结束后开始图像数据取得期间的时刻T20的漂移扩散区域FD的电位Vfd为Vfd_afterl。在时刻T21，当选择信号SEL变为高电平，选择晶体管Tsel导通时，漂移扩散区域 FD的电压Vfd经由放大晶体管Tamp以及选择晶体管Tsel被读出到垂直信号线VLINE。在时刻T22，当复位信号FDRST变为高电平、复位晶体管Trst导通时，漂移扩散区域FD的电压Vfd接近电源VDD的电压。然而，与校正数据取得期间的时刻T2同样，根据复位晶体管Trst的导通电阻Ron的特性，漂移扩散区域FD的电位Vfd根据复位信号FDRST 的脉冲宽度(时刻T22和T23的间隔)而变化。并且，与校正数据取得期间相同，在复位信号FDRST的前后产生电位差Δ Vfd_r_0nl，图像数据取得期间开始前的漂移扩散区域FD的电位VfcLafterl变为使复位信号FDRST在预定时间(从时刻T22到T23)成为高电平后的漂移扩散区域FD的电位Vfd_after2。从时刻TM到T25，当深浓用采样保持信号DARK_S/H变为高电平时，光电二极管中积蓄的电荷(信号电荷)被传输到漂移扩散区域FD前的漂移扩散区域FD的电位Vfd_ after2所对应的电压被保存在深浓用电容器Cd中。从时刻T26到T27，当传输信号TX变为高电平时，把光电二极管PD的信号电荷传输到漂移扩散区域FD。在这种情况下，由于进行了曝光，因此降低与光量对应的电位差Δ Vfdl，漂移扩散区域FD成为电位Vfd_imgl。在时刻D8到T29，当信号用采样保持信号SIGNAL_S/H变为高电平时，光电二极管 PD的信号电荷被传输到漂移扩散区域FD后的漂移扩散区域FD的电位Vfd_imgl所对应的电压被保存在信号用电容器Cs中。在时刻T30到T33，通过水平驱动电路155将图7的水平输出信号GHl至GH4的短脉冲提供给各个信号用开关&0以及深浓用开关Sdo，在信号用电容器Cs以及深浓用电容器Cd中采样保持的各信号依次被读出到输出放大器AMPout。然后，在输出放大器AMPout 中从PD信号(Vfd_imgl)中减去深浓信号(VfcLafterf)所得的信号(AVfdl)从固体摄像元件103被输出到AFE104。在时刻T40结束第(N+1)行的图像数据取得期间，针对为了取得校正数据而读出遮光数据的全部行，重复进行从时刻T20到T40的相同的处理。这样，把输出到AFE104的曝光数据经由切换部105输出到减法运算部108。减法运算部108从曝光数据中减去在校正数据取得期间通过校正数据计算部107生成的校正数据，生成去除了水平方向的噪声成分后的图像数据。例如在图3中，从由像素I^(N+1，1)读出的曝光数据中减去先前生成的校正数据的第1列的校正数据，求出像素I^(N+1，1)的图像数据。同样地，从由像素I^(N+1，2)读出的曝光数据中减去第2列的校正数据，求出像素 Px(N+l,2)的图像数据，从由像素Px(N+l，3)以及像素I^(N+1，4)读出的曝光数据中分别减去第3列的校正数据以及第4列的校正数据，分别求出像素Px(N+l，3)以及像素I^(N+1，4) 的图像数据。接着，使用图9的时序图对不读出用于生成校正数据的遮光数据的行(例如第 (N+3)行)的情况进行说明。此外，与图7的时序图相同的符号表示相同的内容。例如，传输信号TX、复位信号FDRST、选择信号SEL、深浓用采样保持信号DARK_S/H、信号用采用保持信号SIGNAL_S/H、水平输出信号GHl至GH4，在图像数据取得期间的时刻T20到T40间是与图7相同的定时。另一方面，在不读出用于生成校正数据的遮光数据的第(N+3)行中，在时刻TO以前，全部像素I3X的传输晶体管Ttx以及复位晶体管Trst也一起通过传输信号TX以及复位信号FDRST导通，光电二极管PD以及漂移扩散区域FD的电荷一起被初始化，与图7的情况相同，时刻TO的第(N+3)行的漂移扩散区域FD的电压Vfd(N+1)变为Vfd_initl。在图9的情况下，在校正数据取得期间不输出传输信号TX以及复位信号FDRST， 因此，漂移扩散区域FD的电位Vfd维持初始化后的电压VfcLinitl来开始图像数据取得期间。与图7的情况相同，在开始图像数据取得期间前进行曝光，在各像素的光电二极管 PD中积蓄与入射光的光量对应的电荷。然后，从时刻T20起开始图像数据取得期间。在时刻T21，当选择信号SEL变为高电平，选择晶体管Tsel导通时，漂移扩散区域 FD的电压Vfd经由放大晶体管Tamp以及选择晶体管Tsel被读出到垂直信号线VLINE。在时刻T22，当复位信号FDRST变为高电平、复位晶体管Trst导通时，漂移扩散区域FD的电压Vfd接近电源VDD的电压。然而，与图7的情况相同，根据复位晶体管Trst的导通电阻Ron的特性，在复位信号FDRST的前后产生电位差Δ Vfd_r_on3，图像数据取得期间开始前的漂移扩散区域FD的电位VfcLinitl在复位信号FDRST结束的时刻T23变为电位Vfd_after3。在此，在图7的情况下图像数据取得期间开始前的漂移扩散区域FD的电位Vfd为Vfd_afterl，与此相对在图9的情况下变为Vfd_initl。在时刻TM到T25，当深浓用采样保持信号DARK_S/H变为高电平时，把光电二极管PD中积蓄的电荷(信号电荷)传输到漂移扩散区域FD之前的漂移扩散区域FD的电位 Vfd_after3所对应的电压被保存在深浓用电容器Cd中。在时刻D6到T27，当传输信号TX变为高电平时，把光电二极管PD的信号电荷传输到偏移扩散区域FD。在这种情况下，由于进行了曝光，因此降低了与光量对应的电位差 Δ Vfd2，漂移扩散区域FD变为电位Vfd_img2。在时刻D8到T29，当信号用采样保持信号SIGNAL_S/H变为高电平时，把光电二极管PD的信号电荷传输到漂移扩散区域FD后的漂移扩散区域FD的电位Vfd_img2所对应的电压被保存在信号用电容器Cs中。在时刻T30到T33，通过水平驱动电路155将图7的水平输出信号GHl至GH4的短脉冲提供给各个信号用开关&0以及深浓用开关Sdo，把在信号用电容Cs以及深浓用电容器Cd中采样保持的各信号依次读出到输出放大器AMPout。然后，把在输出放大器AMPout 中从PD信号(Vfd_img2)中减去深浓信号(Vfd_after3)而得的信号(AVfd2)从固体摄像元件103输出到AFE104。在时刻T40结束第(N+1)行的图像数据取得期间，针对没有为了取得校正数据读出遮光数据的全部行，重复进行从时刻T20到T40的同样的处理。这样，输出到AFE104的曝光数据经由切换部105被输出到减法运算部108。减法运算部108从曝光数据中减去在校正数据取得期间通过校正数据计算部107生成的校正数据，生成去除了水平方向的噪声成分后的图像数据。在此，对于没有为了取得校正数据读出遮光数据的行的曝光数据所使用的校正数据，如先前在图7中说明的那样，使用在读出遮光数据的行中所取得的校正数据。此外，在这种情况下也使用与曝光数据相同列的校正数据。同样地，对于固体摄像元件103的像素阵列151的全部行的曝光数据，可以求出校正了水平方向的噪声后的图像数据，将1个画面的摄像图像取入到图像缓冲存储器109中。在此，将图7和图9的时序图进行比较，说明在校正数据取得期间读出遮光数据的行和不读出遮光数据的行中从固体摄像元件103输出的信号不同的理由。在图7所示的读出用于生成校正数据的遮光数据的行的情况下，漂移扩散区域FD 的深浓信号的电压为Vfd_after2，PD信号的电压为Vfd_imgl，因此，在光电二极管PD中积蓄的电荷所对应的电压为ΔVfdl。与之相对，在图9所示的不读出用于生成校正数据的遮光数据的行的情况下，漂移扩散区域FD的深浓信号的电压为Vfd_after3，PD信号的电压为Vfd_img2，因此，在光电二极管PD中积蓄的电荷所对应的电位差为AVfd2。在此，入射到固体摄像元件103的光相对于全部像素阵列151都一样，因此，在光电二极管PD中积蓄的电荷也针对各像素都相同。因此，漂移扩散区域FD的深浓信号的电位Vfd_after2和Vfd_after3不同，但是将光电二极管PD中积蓄的电荷传输到漂移扩散区域FD后的电位Vfd进行变化的电位差Δ fdl与电位差Δ Vfd2相等。首先，使用图IOA说明在像素放大器(放大晶体管Tamp)的输入输出特性为理想的线性区域中使用的情况。图IOA是表示漂移扩散区域FD的电位Vfd与像素输出电压(输出到垂直信号线VLINE的电压)的关系的曲线图。此外，在图IOA中与图7以及图9的时序图相同的符号表示相同内容。如图IOA所示，当放大晶体管Tamp的输入输出特性351为线性时，输入读出用于生成校正数据的遮光数据的行的漂移扩散区域FD的电位差AVfdl的放大晶体管Tamp 的输出电压(经由选择晶体管Tsel被读出到垂直信号线VLINE的像素输出电压)变为 AVoutl0同样，输入不读出用于生成校正数据的遮光数据的行的漂移扩散区域FD的电位差Δ Vf d2的放大晶体管Tamp的输出电压变为AVout2。在此，如先前所说明的那样，放大晶体管Tamp的输入输出特性351为线性，输入的电位差Afdl= Δ Vfd2，因此，像素输出电位差 AVoutl = Vout2。这样，当放大晶体管Tamp的输入输出特性351为线性时，在读出用于生成校正数据的遮光数据的行和不读出用于生成校正数据的遮光数据的行之间，像素输出电压没有变化，因此不出现图5的图像203那样的黑带。然而，如图IOB所示，当放大晶体管Tamp的输入输出特性352那样是非线性时，在读出用于生成校正数据的遮光数据的行和不读出用于生成校正数据的遮光数据的行之间， 像素输出电压不同，因此出现图5的图像203那样的黑带。例如，在图IOB中，输入给放大晶体管Tamp的电位差AVfdl= Δ Vf d2，与图IOA的情况相同，但是放大晶体管Tamp的输入输出特性352那样为非线性，因此，各个输出电位差AVout3兴AVout40在此，AVout3 是针对AVfdl的输入电位差的输出电位差，AVout4是针对AVfd2的输入电位差的输出电位差。这样，在放大晶体管Tamp的输入输出特性351为非线性的区域中使用时，在读出用于生成校正数据的遮光数据的行和不读出用于生成校正数据的遮光数据的行之间，像素输出电压不同，因此，出现图5的图像203那样的黑带。并且，在本实施方式的电子摄像机 100中，即使在放大晶体管Tamp的输入输出特性351为非线性的区域中使用时，也可以不像图像203那样损害画质地去除水平方向的噪声成分。(本实施方式的校正数据取得期间)图11与图7相同，是与读出用于生成校正数据的遮光数据的行((N+1)行)对应的本实施方式的校正数据取得期间以及图像数据取得期间的时序图。此外，在图11中与图 7相同的符号表示相同的内容。例如传输信号TX、复位信号FDRST、选择信号SEL、深浓用采样保持信号DARK_S/H、信号用采样保持信号SIGNAL_S/H、水平输出信号GHl至GH4，在图像数据取得期间的时刻T20到T40中是与图7相同的定时。同样，校正数据取得期间中的选择信号SEL、深浓用采样保持信号DARK_S/H、信号用采样保持信号SIGNAL_S/H、水平输出信号GHl至GH4，在校正数据取得期间的时刻Tl、T4、T5以及从T8至T13是与图7相同的定时。与图7的不同在于在校正数据取得期间不输出传输信号TX以及复位信号FDRST。因此，在校正数据取得期间，传输晶体管Ttx以及复位晶体管Trst维持截止的状态。在时刻Tl，当选择信号SEL变为高电平、选择晶体管Tsel导通时，漂移扩散区域 FD的电压Vfd经由放大晶体管Tamp以及选择晶体管Tsel被读出到垂直信号线VLINE。在时刻T4到T5，当深浓用采样保持信号DARK_S/H变为高电平时，读出与在时刻 TO以前初始化的漂移扩散区域FD的电位Vfd_init5对应的电压，并将其保存在深浓信号用电容器Cd中。
在时刻T8到T9，当信号用采样保持信号SIGNAL_S/H变为高电平时，读出与在时刻TO以前初始化的漂移扩散区域FD的电位Vfd_init5对应的电压，并将其保存在信号用电容器Cs中。在时刻TlO到T13，通过水平驱动电路155将图7的水平信号GHl至GH4的短脉冲提供给各个信号用开关&0以及深浓用开关Sdo，在信号用电容器Cs以及深浓用电容器Cd中采样保持的各信号被依次读出到输出放大器AMPout，从固体摄像元件103输出到 AFE104。在此，在从第(N+2)行开始也读出校正数据生成用遮光数据时，按照与在上述第 (N+1)行中说明的时序图相同的步骤，在校正数据取得期间读出遮光数据。这样，输出到AFE104的遮光数据经由切换部105被保存在行存储器106中，通过校正数据计算部107生成校正数据。此外，校正数据的生成步骤与图7中说明的步骤相同， 校正数据计算部107可以求出各列的校正数据来获得1行的校正数据。接着说明图像数据取得期间。在图11的情况下，与先前说明的图9的情况相同， 在校正数据取得期间不输出传输信号TX以及复位信号FDRST，因此，漂移扩散区域FD的电位Vfd维持初始化的电压Vf d_init5，开始图像数据取得期间。然后，与图7的情况相同，在开始图像数据取得期间前进行曝光，在各像素&的光电二极管PD中积蓄与入射光的光量对应的电荷。然后，从时刻T20起开始图像数据取得期间。在时刻T22到T23，当复位信号FDRST变为高电平，复位晶体管Trst导通时，漂移扩散区域FD的电压Vfd接近电源VDD的电压。然而，与图7的情况相同，根据复位晶体管 Trst的导通电阻Ron的特性，在复位信号FDRST的前后产生电位差Δ Vfd_r_on4，图像数据取得期间的开始前的漂移扩散区域FD的电位Vfd_init5在复位信号FDRST结束的时刻T23 成为电位Vfd_after4。在时刻TM到T25，当深浓用采样保持信号DARK_S/H变为高电平时，光电二极管 PD中积蓄的电荷(信号电荷)被传输到漂移扩散区域FD之前的漂移扩散区域FD的电位 Vfd_after4所对应的电压被保存在深浓用电容器Cd中。在时刻D6到T27，当传输信号TX变为高电平时，把光电二极管PD的信号电荷传输到漂移扩散区域FD。在这种情况下，降低了与曝光的光量对应的电位差AVfc^漂移扩散区域FD的电位从Vfd_after4变为Vfd_img3。在时刻D8到T29，当信号用采样保持信号SIGNAL_S/H变为高电平时，光电二极管 PD的信号电荷被传输到漂移扩散区域FD后的偏移扩散区域FD的电位Vfd_img3所对应的电压被保存在信号用电容器Cs中。在时刻T30到T33，通过水平驱动电路155将图7的水平输出信号GHl至GH4的短脉冲提供给各个信号用开关&0以及深浓用开关Sdo，在信号用电容器Cs以及深浓用电容器Cd中采样保持的各信号依次被读出到输出放大器AMPout。然后，在输出放大器AMPout 中从PD信号(Vfd_img3)中减去深浓信号(Vfd_after4)而得的信号(AVfd3)被从固体摄像元件103输出到AFE104。在时刻T40结束第(N+1)行的图像数据取得期间，针对为了取得校正数据而读出遮光数据的全部行，重复进行从时刻T20到T40的同样的处理。这样，被输出到AFE104的曝光数据经由切换部105被输出到减法运算部108。减法运算部108从曝光数据中减去在校正数据取得期间通过校正数据计算部107生成的校正数据，生成去除了水平方向的噪声成分的图像数据。同样地，对于固体摄像元件103的像素阵列151的全部行的曝光数据，求出校正了水平方向的噪声的图像数据，将1个画面的摄像图像取入图像缓冲存储器109中。接着，图12是与不读出用于生成校正数据的遮光数据的行((N+3)行)对应的本实施方式的校正数据取得期间以及图像数据取得期间的时序图。此外，图12是与现有技术的图9对应的时序图。另外，在图12中与图11相同的符号表示相同内容。并且，在图12 的情况下，在时刻TO以前，全部像素I^x的传输晶体管Ttx以及复位晶体管Trst，通过传输信号TX以及复位信号FDRST —同导通，光电二极管PD以及漂移扩散区域FD的电荷一同被初始化，与图11的情况相同，时刻TO的第(N+3)行的漂移扩散区域FD的电压Vfd(N+1)变为 Vfd」nit5。在图12中，在校正数据取得期间不输出传输信号TX以及复位信号FDRST，因此，图像数据取得期间开始时的漂移扩散区域FD的电位Vfd处于维持初始化后的电压Vfd_init5 的状态。并且，在开始图像数据取得期间前进行曝光，在像素I3X的光电二极管PD中积蓄了与入射光的光量对应的电荷后，从时刻T20起开始图像数据取得期间。在此，时刻T21到 T40的动作与图11的情况相同，时刻T22到T23的复位信号FDRST之后的漂移扩散区域FD 的电位通过复位晶体管iTrst的导通电阻Ron升高Δ Vfd_r_on4，达到Vfd_after4。另外， 通过从时刻D6到T27的传输信号TX，对应于在光电二极管PD中积蓄的电荷，漂移扩散区域FD的电位Vfd与图11的情况相同地降低Δ fd3，达到Vfd_img3。这样，在读出用于生成校正数据的遮光数据的行和不读出遮光数据的行中，在把光电二极管PD中积蓄的电荷传输到漂移扩散区域FD前的电位Vfd_after4以及传输后的电位Vfd_img3分别相同。因此，即使在像素放大器(放大晶体管Tamp)的输入输出特性为非线性区域中使用的情况下，也如图IOC所示，放大晶体管Tamp的输出电压(经由选择晶体管Tsel被读出到垂直信号线VLINE的像素输出电压)，在读出用于生成校正数据的遮光数据的行和不读出的行中成为相同的电位差AVout5。其理由是，由于对读出用于取得校正数据的遮光数据的行的各像素I3X的漂移扩散区域FD不执行提供电位变化的驱动，因此像素I3X的放大晶体管Tamp的动作点不变化。这样，本实施方式中的电子摄像机100，即使在放大晶体管Tamp的输入输出特性 351为非线性时，在读出用于生成校正数据的遮光数据的行和不读出用于生成校正数据的遮光数据的行之间像素输出电压没有变化，因此不会出现图5的图像203那样的固定模式噪声。此外，在本实施方式中举例说明了电子摄像机100，但是也可以不在电子摄像机 100中，而例如在固体摄像元件103的内部设置与校正数据计算部107或减法运算部108进行相同动作的校正电路。这样，本实施方式的电子摄像机100，即使在放大晶体管Tamp的输入输出特性351 为非线性的区域中使用的情况下，也可以不会像图5的图像203那样损害画质地去除水平方向的噪声成分，可以获得高品质的摄像图像。以上，通过各实施方式举例说明了本发明的摄像装置，但是在不脱离其主旨或其主要特征的情况下可以通过其它各种形态来实施。因此，上述实施方式在所有方面只不过是简单的举例说明，不该解释为进行限定。本发明由请求专利保护的范围来表示，本发明不限于说明书正文。而且，属于请求专利保护的范围的等同范围的变形或变更全部在本发明的范围内。
权利要求
1.一种摄像装置，其特征在于，具备摄像部和校正部，所述摄像部由像素阵列和读出控制部构成，所述像素阵列矩阵状地配置了多个像素，所述像素具有积蓄与光量对应的电荷的光电变换部、将所述电荷传输到漂移扩散区域的传输晶体管、输出与所述漂移扩散区域中保持的电荷对应的像素信号的放大晶体管、以及将所述漂移扩散区域中保持的电荷复位的复位晶体管，所述读出控制部对第一读出控制和第二读出控制进行切换来进行读出，所述第一读出控制在曝光前将所述复位晶体管控制成截止，从所述像素阵列的一部分行中读出所述像素信号，所述第二读出控制在曝光后从所述像素阵列中读出所述像素信号，所述校正部根据通过所述第一读出控制读出的像素信号，校正通过所述第二读出控制读出的像素信号。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述第一读出控制将所述传输晶体管控制为截止，从所述像素阵列的一部分行中读出所述像素信号。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述第一读出控制将不读出所述像素信号的行的所述复位晶体管控制为截止。
4.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，所述第一读出控制将不读出所述像素信号的行的所述复位晶体管控制为截止。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述第一读出控制读出位于所述像素阵列的中央部的行的所述像素信号。
6.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，所述第一读出控制读出位于所述像素阵列的中央部的行的所述像素信号。
7.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，所述第一读出控制读出位于所述像素阵列的中央部的行的所述像素信号。
8.根据权利要求4所述的摄像装置，其特征在于，所述第一读出控制读出位于所述像素阵列的中央部的行的所述像素信号。
全文摘要
本发明提供一种摄像装置，具备摄像部和校正部，摄像部由像素阵列和读出控制部构成，像素阵列矩阵状地配置了多个像素，像素具有光电变换部、将光电变换部的电荷传输到漂移扩散区域的传输晶体管、输出与漂移扩散区域中保存的电荷对应的像素信号的放大晶体管、以及将漂移扩散区域中保存的电荷复位的复位晶体管，读出控制部对第一读出控制和第二读出控制进行切换来进行读出，第一读出控制在曝光前将复位晶体管控制成截止，从像素阵列的一部分行中读出像素信号，第二读出控制在曝光后从像素阵列中读出像素信号，校正部根据通过第一读出控制读出的像素信号，校正通过第二读出控制读出的像素信号。
文档编号H04N5/225GK102377926SQ20111023658
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月15日 优先权日2010年8月16日
发明者山中秀记, 船水航 申请人:株式会社尼康