(57)【要約】  撮像素子チップ上のレイアウトや周辺回路の駆動パターンによらずに高精度な暗電流補正を行うことを可能にする。  有効画素領域とＯＢ部と撮像素子駆動回路とが形成された撮像素子と、例えば有効画素領域とＯＢ部との間に温度差が生じる駆動回路の動作パターンに応じて（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ５）、ＯＢ画素が検出した黒レベルから前記有効画素領域内の有効画素の検出信号中に含まれる黒レベル（以下、第２黒レベルという。）を補正演算処理により求め（ステップＳ３，Ｓ６，Ｓ７）、駆動回路の動作パターンに応じた前記第２黒レベルをクランプレベルとして（ステップＳ４）、前記有効画素の出力信号のレベルから差し引く。
2012057277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効画素領域とオプティカルブラック部と撮像素子駆動回路とが形成された撮像素子と、
前記オプティカルブラック部の画素の信号と、前記有効画素領域の画素の信号とを検出する信号検出部と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて、前記オプティカルブラック部の画素から前記信号検出部によって検出された第１黒レベルに基づき前記有効画素領域内の有効画素の検出信号中に含まれる第２黒レベルを求める補正パターンを予め格納した記憶手段と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて前記記憶手段から読み出した前記補正パターンと前記第１黒レベルとから前記第２黒レベルを求め、該第２黒レベルをクランプレベルとして前記有効画素の出力信号のレベルから差し引くクランプ手段とを備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記信号検出部は、前記オプティカルブラック部及び前記有効画素領域のそれぞれで、複数の画素同士を画素加算して前記画素の信号を検出するものであり、
前記補正パターンは、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より少なくし、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より多くして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求めるものである撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置であって、
前記信号検出部は、前記画素加算ができない場合に、前記オプティカルブラック部の画素の信号及び前記有効画素領域の画素の信号にかけるゲインを変える補正演算処理を行うものであり、
前記補正パターンが、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを大きくし、
前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを小さくして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求めるものである撮像装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置であって、前記補正パターンは、前記撮像素子の前記動作パターン毎に予め実験的又はシミュレーションで求めておき前記記憶手段に格納しておく撮像装置。
【請求項５】
有効画素領域とオプティカルブラック部と撮像素子駆動回路とが形成された撮像素子と、
前記オプティカルブラック部の画素の信号と、前記有効画素領域の画素の信号とを検出する信号検出部と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて、前記オプティカルブラック部の画素から前記信号検出部によって検出された第１黒レベルに基づき前記有効画素領域内の有効画素の検出信号中に含まれる第２黒レベルを求める補正パターンを予め格納した記憶手段とを備える撮像装置の暗電流補正方法であって、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて前記記憶手段から読み出した前記補正パターンと前記第１黒レベルとから前記第２黒レベルを求め、該第２黒レベルをクランプレベルとして前記有効画素の出力信号のレベルから差し引くことを特徴とする撮像装置の暗電流補正方法。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置の暗電流補正方法であって、
前記信号検出部は、前記オプティカルブラック部及び前記有効画素領域のそれぞれで、複数の画素同士を画素加算して前記画素の信号を検出し、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より少なくし、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より多くして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求める撮像装置の暗電流補正方法。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置の暗電流補正方法であって、
前記信号検出部は、前記画素加算ができない場合に、前記オプティカルブラック部の画素の信号及び前記有効画素領域の画素の信号にかけるゲインを変える補正演算処理を行い、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを大きくし、
前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを小さくして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求める撮像装置の暗電流補正方法。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置の暗電流補正方法であって、前記補正パターンは、前記撮像素子の前記動作パターン毎に予め実験的又はシミュレーションで求めておき前記記憶手段に格納しておく撮像装置の暗電流補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその暗電流補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子によって被写体画像を撮影する撮像装置の場合、固体撮像素子の有効画素領域内の各画素（受光素子：フォトダイオード）で被写体からの入射光を受光し、有効画素領域内の各画素から入射光量に応じた撮像画像信号を出力させる。【０００３】
固体撮像素子の各画素は、光を受光しない遮光状態であっても、熱励起した電子に起因する信号（これを暗電流という。）が発生する。このため、有効画素領域内の各画素から出力される撮像画像信号には暗電流成分が含まれ、撮像画像信号から暗電流成分を減算しないと、受光量に応じた被写体画像データを得ることができない。【０００４】
そこで、固体撮像素子の有効画素領域の周辺部にはオプティカルブラック（ＯＢ）部と呼ばれる遮光した画素領域が設けられ、このＯＢ部の画素から暗電流分に応じた信号を出力させ、例えば下記の特許文献１〜４に記載されている様に、撮像画像信号を補正する様になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０００―１５２０９８号公報
【特許文献２】日本国特開２００８―１１８２９３号公報
【特許文献３】日本国特開２００９―０３３３２１号公報
【特許文献４】日本国特開２０１０―０６８０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の固体撮像素子は多画素化が進展し、少なくとも１０００万画素を搭載するのが普通になってきている。これは有効画素領域内の画素数であり、精度良く暗電流を検出できる様にするためのＯＢ領域やそのＯＢ画素数を確保しようとすると、より広いチップ面積を持つ固体撮像素子を用意しなければならなくなり、コストが嵩んでしまう。このため、ＯＢ部の領域を狭くせざるを得なくなっている。【０００７】
また、同じチップ上に、発熱源となる周辺回路を一緒に製造するため、周辺回路の発熱量が暗電流に反映してしまい、周辺回路の駆動パターンによって狭いＯＢ部内のＯＢ画素の出力信号で高精度の暗電流補正を行うのが困難になってきている。つまり、撮像素子チップ上の何処に発熱源となる周辺回路，駆動回路を作るか（即ち、撮像素子チップのレイアウト）により、暗電流補正の精度が影響を受ける様になっている。【０００８】
本発明の目的は、撮像素子チップ上のレイアウトや周辺回路の駆動パターンによらずに高精度な暗電流補正を行うことが可能な撮像装置及びその暗電流補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撮像装置は、有効画素領域とオプティカルブラック部と撮像素子駆動回路とが形成された撮像素子と、前記オプティカルブラック部の画素の信号と、前記有効画素領域の画素の信号とを検出する信号検出部と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて、前記オプティカルブラック部の画素から前記信号検出部によって検出された第１黒レベルに基づき前記有効画素領域内の有効画素の検出信号中に含まれる第２黒レベルを求める補正パターンを予め格納した記憶手段と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて前記記憶手段から読み出した前記補正パターンと前記第１黒レベルとから前記第２黒レベルを求め、該第２黒レベルをクランプレベルとして前記有効画素の出力信号のレベルから差し引くクランプ手段とを備えることを特徴とする。【００１０】
本発明の撮像装置の暗電流補正方法は、有効画素領域とオプティカルブラック部と撮像素子駆動回路とが形成された撮像素子と、
前記オプティカルブラック部の画素の信号と、前記有効画素領域の画素の信号とを検出する信号検出部と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて、前記オプティカルブラック部の画素から前記信号検出部によって検出された第１黒レベルに基づき前記有効画素領域内の有効画素の検出信号中に含まれる第２黒レベルを求める補正パターンを予め格納した記憶手段とを備える撮像装置の暗電流補正方法であって、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて前記記憶手段から読み出した前記補正パターンと前記第１黒レベルとから前記第２黒レベルを求め、該第２黒レベルをクランプレベルとして前記有効画素の出力信号のレベルから差し引くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像素子の動作パターンによって有効画素の温度とオプティカルブラック部の画素の温度との間に差が生じ夫々の暗電流に差が生じても、有効画素の出力信号をクランプするクランプレベルを暗電流の差に応じて補正するため、画像破綻のない高品質な被写体画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック構成図である。
【図２】図１に示すＣＰＵが実行するクランプレベル決定処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す固体撮像素子のレイアウトの一例を示す図である。
【図４】ＯＢ画素と有効画素との黒レベルが同じ場合の説明図である。
【図５】ＯＢ画素の黒レベル（暗電流を含む）に対して有効画素の黒レベル（暗電流を含む）が小さい場合の説明図である。
【図６】ＯＢ画素の黒レベル（暗電流を含む）に対して有効画素の黒レベル（暗電流を含む）が大きい場合の説明図である。
【図７】図５，図６の動作パターンを持つ固体撮像素子におけるクランプレベル決定処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図５，図６の動作パターンを持つ固体撮像素子において画素加算数の調整，ゲイン調整を行うことでクランプレベルを決定する処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図８で行う画素加算数の調整による補正説明図である。
【図１０】図８で行うゲイン調整による補正説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。本実施形態のデジタルカメラ１０は、被写体の静止画像或いは動画像を撮影しカメラ１０内で撮像画像信号をデジタル処理する機能を有し、撮影レンズ２０と、撮影レンズ２０の背部に置かれその結像面に配置された固体撮像素子２１と、固体撮像素子２１の各画素から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によってＡ／Ｄ２３，アナログ信号処理部２２，固体撮像素子２１，撮影レンズ２０の駆動制御を行う駆動制御部２４と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。
【００１５】
本実施形態のデジタルカメラ１０は更に、Ａ／Ｄ２３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス４０とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。
【００１６】
固体撮像素子２１は、本実施形態ではＣＭＯＳ型であり、固体撮像素子２１の出力信号をアナログ信号処理部（ＡＦＥ：アナログフロントエンド）２２で処理するが、このＡＦＥ部分（相関二重サンプリング処理回路、クランプ回路、利得制御を行う信号増幅回路等）は固体撮像素子チップ上に周辺回路として設けられるのが普通である。また、固体撮像素子２１のチップ上には、その他にも、水平走査回路や垂直走査回路、雑音低減回路，同期信号発生回路等が周辺回路として受光部周りに形成され、図１のＡ／Ｄ変換部２３も形成される場合がある。システム制御部２９は、ＯＢ画素が検出した黒レベル（第１黒レベル）から後述するように真に近い黒レベル（第２黒レベル）を決定し、クランプ回路は、有効画素領域の画素検出信号から暗電流分として第２黒レベルを差し引く処理（クランプ）を行う。
【００１７】
図２は、上述したＣＰＵ２９が駆動制御部２４を介してクランプ回路を制御するときにクランプレベルを決定するクランプレベル（黒レベル）決定処理手順示すフローチャートである。
【００１８】
先ずステップＳ１で、固体撮像素子２１のチップ上に形成されている周辺回路の動作パターンを認識する。この動作パターンは、駆動制御部２４に対しＣＰＵ２９が指示する固体撮像素子２１の動作指示によって決まる。
【００１９】
固体撮像素子のチップ上のどの位置に周辺回路を設けるかはチップのレイアウトによって決まってしまう。このため、その固体撮像素子で何種類の動作パターンが存在するかは、レイアウトによって決まる。この例では、３種類の動作パターンＩ，II，IIIが存在するとして説明する。
【００２０】
ステップＳ１の次のステップＳ２では、動作パターンＩであるか否かを判定する。動作パターンＩのときは次のステップＳ３に進み、ＯＢ画素の出力レベルに対して動作パターンＩ用の補正演算処理Ｉを施し、次のステップＳ４で、この補正演算処理Ｉにより算出されたクランプレベルを決定し、この処理を終了する。
【００２１】
ステップＳ２の判定の結果、動作パターンＩでない場合には次のステップＳ５で動作パターンIIであるか否かを判定する。動作パターンIIの場合にはステップＳ６に進み、ＯＢ画素の出力レベルに対して動作パターンII用の補正演算処理IIを施す。そして、次のステップＳ４に進み、補正演算処理IIにより算出されたクランプレベルを決定し、この処理を終了する。
【００２２】
ステップＳ５の判定の結果、動作パターンIIでない場合には、動作パターンIIIであるため、次のステップＳ７に進む。このステップＳ７では、ＯＢ画素の出力レベルに対して動作パターンIII用の補正演算処理IIIを施し、ステップＳ４で、補正演算処理IIIで算出されたクランプレベルの決定を行い、この処理を終了する。
【００２３】
この様に、本実施形態では、固体撮像素子２１の動作パターンにより、被写体画像データのクランプレベル（黒の基準レベル）を変え、動作パターン毎に異なる暗電流補正を行う。
【００２４】
この図２では、動作パターンを３種類として説明したが、どの様な動作パターンとなるかは予め固体撮像素子のレイアウトで決まってしまうため、動作パターンは何種類でも良い。以下、具体的な例で実施形態を説明するが、説明を簡単にするため、動作パターンは２種類とする。
【００２５】
図３は、図１に示す固体撮像素子２１の表面のレイアウト図の一例である。撮像素子チップの中央部から下辺部にかけて矩形の有効画素領域２１ａが設けられている。従来の固体撮像素子の場合、この有効画素領域の四周全周にＯＢ部が設けられるが、図示する実施形態では、有効画素領域２１ａの左辺と上辺に隣接してＯＢ部２１ｂが設けられている。そして、上辺に隣接して設けられたＯＢ部２１ｂに更に隣接して周辺回路（Ａ）２１ｃが設けられ、有効画素領域２１ａの右辺に直接隣接して周辺回路（Ｂ）２１ｄが設けられている。
【００２６】
従来の固体撮像素子の様に、チップ面積を広くとることができ、発熱源となる周辺回路から離れた領域にＯＢ部を設けることができれば、図４に示す様に、ＯＢ画素が検出する「黒レベル＋暗電流分」と、有効画素（有効画素領域内の画素）の「黒レベル＋暗電流分」とは同じとなる。このため、これをクランプレベルとすれば、黒の基準レベルを高精度に決めることが可能となる。クランプレベルが決まると、このクランプレベルが、例えば１０ビット１０２８階調の６４ＬＳＢとなるように調整される。
【００２７】
図３に示すレイアウトの場合で、周辺回路（Ａ）２１ｃが高速駆動になって発熱量が大きくなると、周辺回路２１ｃに隣接するＯＢ画素の方が有効画素よりも温度が上昇し、暗電流が大きくなる。これに対し、周辺回路（Ｂ）２１ｄが高速駆動になって発熱量が大きくなると、周辺回路２１ｄに直接隣接する有効画素の温度が、周辺回路２１ｄに対して離れているＯＢ画素の温度よりも大きく上昇し、暗電流が大きくなる。
【００２８】
この様に、周辺回路の動作パターンにより、有効画素領域とＯＢ部とで温度差つまり暗電流差が発生してしまう固体撮像素子においては、長時間露光や高ゲイン印加時に、更に暗電流差が生じ、この暗電流差を精度良く補正しないと、被写体画像の品質を大きく劣化させてしまうことになる。
【００２９】
図５は、暗電流が「ＯＢ画素＞有効画素」となる場合のＯＢ画素と有効画素の夫々の黒レベル＋暗電流分を示している。ＯＢ画素の出力信号のうち、真の黒レベルと真の暗電流分とを分けて検出することは不可能であり、両者が混在した黒レベル＋暗電流分＝黒レベルとして検出できるだけである。
【００３０】
ＯＢ画素の出力レベル（検出した黒レベル＝真の黒レベル＋真の暗電流分）をクランプ回路でクランプし有効画素の出力信号から減算すると、感光データ（入射光量に応じた真の撮像画像信号）が削除されてしまうことになる。周辺回路の発熱に加え、長時間露光によって更に温度が上昇し、暗電流だけで６４ＬＳＢ以上になった場合、クランプの結果、感光データが０ＬＳＢ以下となってしまい、画像が破綻してしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態では、ＯＢ画素の出力レベルに対し、有効画素出力信号中の「黒レベル＋暗電流分」となる位置（Ｃ点位置）を求める補正演算処理を後述の関係式（補正パターン）を用いて行い、クランプレベルを決定する。
【００３２】
上記の関係式は、固体撮像素子の駆動モード（動作パターン）毎に実験或いはシミュレーションによって予め求めておき、これをＣＰＵ２９内部の図示省略の書き換え可能なＲＯＭに格納しておけば良く、この関係式を使ってＯＢ画素の出力レベルからＣ点位置を算出することができる。なお、補正パターンは、撮像素子チップ上や撮像素子モジュール上に別途設けたメモリ等に保存しておいても良い。
【００３３】
図６は、暗電流が「有効画素＞ＯＢ画素」となる場合を示している。この場合、ＯＢ画素の出力レベルで有効画素信号をクランプすると、感光データに暗電流差が加わった位置でクランプされてしまう。もし、長時間露光による温度上昇が更に加わり、暗電流が大きくなった場合、感光データ用の飽和領域が少なくなり、これも画像が破綻する結果となる。
【００３４】
そこで、本実施形態では、図５の場合と同様に、ＯＢ画素の出力レベルに対し、有効画素出力信号中の「黒レベル＋暗電流分」となる位置（Ｄ点位置）を求める補正演算処理を上記の関係式を用いて行い、クランプレベルの決定を行う。
【００３５】
図７は、図５，図６の場合分けを判定し、適切なクランプレベルの決定を行う処理手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１０で、図３に示す周辺回路Ａ，Ｂの動作パターンを認識する。次のステップＳ１１では、周辺回路の温度がＡ＞Ｂとなる動作パターンであるか否かを判定する。例えば、周辺回路Ａ，Ｂの駆動が高速であるか否か、長時間露光時や高ゲイン印加時であるか否か等の駆動条件によって発熱量を推定し、周辺回路Ａ，Ｂの温度の大小関係を判定する。
【００３６】
Ａ＞Ｂとなる動作パターンの場合には黒レベルが「ＯＢ画素＞有効画素」となるパターンであるため、ステップＳ１２に進み、図５用の補正演算処理を行い、ステップＳ１３でクランプレベルの決定を行い、この処理を終了する。
【００３７】
ステップＳ１１の判定の結果、Ａ≦Ｂとなる動作パターンの場合には、黒レベルが「ＯＢ画素＜有効画素」となるパターンであるため、ステップＳ１１からステップＳ１４に進み、図６用の補正演算処理を行う。そして、ステップＳ１３でクランプレベルの決定を行い、この処理を終了する。
【００３８】
図８は、本発明の別実施形態に係るクランプレベル決定処理手順を示すフローチャートである。上述した例では、ＯＢ画素の出力レベルに対して図５のＣ点位置，図６のＤ点位置を、予め求めておいた関係式により求めたが、関係式よりも簡便に求めることも可能である。
【００３９】
例えば、図４の場合に有効画素８画素加算を行って出力する場合、８画素加算したときの黒レベルはＯＢ画素の８画素加算した結果がクランプレベルとなる。これに対し、図５の場合、有効画素８画素加算を行うときのクランプレベルは、ＯＢ画素８画素加算より加算数は少なくなり、例えば７画素加算，６画素加算とすれば良いことになる。図６の場合には逆にＯＢ画素の加算数が有効画素の加算数より多くなる。
【００４０】
つまり、図９に示す様に、動作パターン毎に、黒の基準レベルとするＯＢ画素の加算数ａと有効画素の加算数ｂとが予め決まれば、加算数の制御により精度の高い暗電流補正が可能となる。ＯＢ画素と有効画素の加算数の関係は、予め実験又はシミュレーションにより固体撮像素子の動作パターン毎に求めておけば良い。固体撮像素子がＣＭＯＳ型の場合、ＯＢ画素の加算数と有効画素の加算数とは夫々別個に任意に決めることができる。
【００４１】
画素１個分の「黒レベル＋暗電流」以上となる暗電流成分等を補正しなければならない場合には、「加算数」で制御可能であるが、画素１個分以下の暗電流成分を補正しなければならない場合には、加算数による補正制御では高精度な補正はできない。
【００４２】
そこで、この場合には、図１０に示す様に、ＯＢ画素の出力信号に対するゲインａと、有効画素の出力信号に対するゲインｂを変えることで行う。このゲインの調整は、図１のアナログ信号処理回路２２の自動利得調整機能を用いて行う。
【００４３】
例えば、図５の場合に有効画素の出力信号に対してゲイン“１”の利得制御を行う場合、ＯＢ画素の出力信号に対してはゲイン“０．８”の利得制御を行い、クランクレベルの決定を行う。
【００４４】
以上の様な原理に基づいてクランプレベルの決定処理を行う手順を示したのが図８である。この図８の処理手順では、先ずステップＳ２０で、固体撮像素子の周辺回路の動作パターンを認識し、次のステップＳ２１で、周辺回路Ａ，Ｂの温度がＡ＞Ｂとなる動作パターンであるか否かを判定する。
【００４５】
Ａ＞Ｂとなる動作パターンの場合には、黒レベルが「ＯＢ画素＞有効画素」となる図５のパターンのためステップＳ２２に進み、Ａ≦Ｂとなる動作パターンの場合には黒レベルが「ＯＢ画素＜有効画素」となる図６のパターンのためステップＳ２３に進む。
【００４６】
ステップＳ２２では、「ＯＢ画素加算数＜有効画素加算数」とする補正演算が可能か否かを判定し、可能な場合にはステップＳ２４に進み、不可能な場合にはステップＳ２５に進む。
【００４７】
ステップＳ２３では、「ＯＢ画素加算数＞有効画素加算数」とする補正演算が可能か否かを判定し、可能な場合にはステップＳ２４に進み、不可能な場合にはステップＳ２５に進む。
【００４８】
ステップＳ２４では、画素の加算数による補正が可能となるため、ＯＢ画素の画素加算数と有効画素の画素加算数とを変える補正演算処理を行う。具体的には、動作パターンが、オプティカルブラック部の画素の温度が有効画素の温度より高くなるパターンの場合、出力信号にかけるゲインをオプティカルブラック部の画素に対するゲインより有効画素に対するゲインを大きくし、オプティカルブラック部の画素の温度が有効画素の温度より低くなるパターンの場合、出力信号にかけるゲインをオプティカルブラック部の画素に対するゲインより有効画素に対するゲインを小さくして、第１黒レベルを検出する。この検出した第１黒レベルに基づいて第２の黒レベルを求める。そして、次のステップＳ２６でクランプレベルを決定し、この処理を終了する。
【００４９】
ステップＳ２５では、画素の加算数による補正が不可能となるため、ＯＢ画素と有効画素とで利得制御を行うゲインを変える補正演算処理を行い、次のステップＳ２６でクランプレベルの決定を行い、この処理を終了する。
【００５０】
以上述べた実施形態の撮像装置及びその暗電流補正方法は、有効画素領域とオプティカルブラック部と撮像素子駆動回路とが形成された撮像素子と、
前記オプティカルブラック部の画素の信号と、前記有効画素領域の画素の信号とを検出する信号検出部と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて、前記オプティカルブラック部の画素から前記信号検出部によって検出された第１黒レベルに基づき前記有効画素領域内の有効画素の検出信号中に含まれる第２黒レベルを求める補正パターンを予め格納した記憶手段とを備える撮像装置において、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて前記記憶手段から読み出した前記補正パターンと前記第１黒レベルとから前記第２黒レベルを求め、該第２黒レベルをクランプレベルとして前記有効画素の出力信号のレベルから差し引くことを特徴とする。
【００５１】
また、実施形態の撮像装置及びその暗電流補正方法は、前記信号検出部は、前記オプティカルブラック部及び前記有効画素領域のそれぞれで、複数の画素同士を画素加算して前記画素の信号を検出し、
前記補正パターンは、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より少なくし、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より多くして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求めることを特徴とする。
【００５２】
また、実施形態の撮像装置及びその暗電流補正方法は、前記信号検出部は、前記画素加算ができない場合に、前記オプティカルブラック部の画素の信号及び前記有効画素領域の画素の信号にかけるゲインを変える補正演算処理を行い、
前記補正パターンが、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを大きくし、
前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを小さくして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求めることを特徴とする。
【００５３】
また、実施形態の撮像装置及びその暗電流補正方法の前記補正パターンは、前記撮像素子の前記動作パターン毎に予め実験的又はシミュレーションで求めておき前記記憶手段に格納しておくことを特徴とする。
【００５４】
以上述べた実施形態によれば、受光画素部及びオプティカルブラック部の画素部が形成された固体撮像素子チップ上に周辺回路を設け受光画素部とオプティカルブラック部の画素部との間に温度差が生じた場合でも、オプティカルブラック部の画素部の検出した暗電流分で受光画素部の暗電流分を高精度に補正することができ、長時間露光や高ゲイン印加時等の様々な撮影条件下で高品質な被写体画像を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る暗電流補正方法によれば、撮像素子受光面上で温度分布が生じオプティカルブラック部の画素の暗電流分と有効画素の暗電流分との間に差が生じた場合でも、高精度の暗電流補正が可能となり、被写体画像の品質を高く維持することでできるため、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、内視鏡用カメラ，カメラ付携帯電話機，カメラ付電子装置等のデジタルカメラ一般に適用すると有用である。
本出願は、２０１０年１０月２９日出願の日本特許出願番号２０１０−２４４８２４に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  撮像装置
２１  固体撮像素子
２１ａ  有効画素領域
２１ｂ  ＯＢ部
２１ｃ，２１ｄ  周辺回路
２２  アナログ信号処理部（相関二重サンプリング処理回路，クランプ回路、利得制御回路を含む）
２４  駆動制御部
２６  デジタル信号処理部
２９  システム制御部（ＣＰＵ）
【図１】
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【図２】
2012057277.tif 000004
【図３】
2012057277.tif 000005
【図４】
2012057277.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月16日(2012.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効画素領域とオプティカルブラック部と撮像素子駆動回路とが形成された撮像素子と、
前記オプティカルブラック部の画素の信号と、前記有効画素領域の画素の信号とを検出する信号検出部と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて、前記オプティカルブラック部の画素から前記信号検出部によって検出された第１黒レベルに基づき前記有効画素領域内の有効画素の検出信号中に含まれる第２黒レベルを求める補正パターンを予め格納した記憶手段と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて前記記憶手段から読み出した前記補正パターンと前記第１黒レベルとから前記第２黒レベルを求め、該第２黒レベルをクランプレベルとして前記有効画素の出力信号のレベルから差し引くクランプ手段とを備え、
前記信号検出部は、前記オプティカルブラック部及び前記有効画素領域のそれぞれで、複数の画素同士を画素加算して前記画素の信号を検出するものであり、
前記補正パターンは、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より少なくし、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より多くして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求めるものである撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記信号検出部は、前記画素加算ができない場合に、前記オプティカルブラック部の画素の信号及び前記有効画素領域の画素の信号にかけるゲインを変える補正演算処理を行うものであり、
前記補正パターンが、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを大きくし、
前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを小さくして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求めるものである撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２項に記載の撮像装置であって、
前記補正パターンは、前記撮像素子の前記動作パターン毎に予め実験的又はシミュレーションで求めておき前記記憶手段に格納しておく撮像装置。
【請求項４】
有効画素領域とオプティカルブラック部と撮像素子駆動回路とが形成された撮像素子と、
前記オプティカルブラック部の画素の信号と、前記有効画素領域の画素の信号とを検出する信号検出部と、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて、前記オプティカルブラック部の画素から前記信号検出部によって検出された第１黒レベルに基づき前記有効画素領域内の有効画素の検出信号中に含まれる第２黒レベルを求める補正パターンを予め格納した記憶手段とを備える撮像装置の暗電流補正方法であって、
前記撮像素子駆動回路の動作パターンに応じて前記記憶手段から読み出した前記補正パターンと前記第１黒レベルとから前記第２黒レベルを求め、該第２黒レベルをクランプレベルとして前記有効画素の出力信号のレベルから差し引くことを特徴とし、
前記信号検出部は、前記オプティカルブラック部及び前記有効画素領域のそれぞれで、複数の画素同士を画素加算して前記画素の信号を検出し、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より少なくし、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記オプティカルブラック部の画素加算数を前記有効画素領域の画素加算数より多くして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求める撮像装置の暗電流補正方法。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置の暗電流補正方法であって、
前記信号検出部は、前記画素加算ができない場合に、前記オプティカルブラック部の画素の信号及び前記有効画素領域の画素の信号にかけるゲインを変える補正演算処理を行い、
前記動作パターンが、前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より高くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを大きくし、
前記オプティカルブラック部の画素の温度が前記有効画素の温度より低くなるパターンの場合、前記出力信号にかけるゲインを前記オプティカルブラック部の画素に対するゲインより前記有効画素に対するゲインを小さくして、前記第１黒レベルを検出し、
該検出した第１黒レベルに基づいて前記第２黒レベルを求める撮像装置の暗電流補正方法。
【請求項６】
請求項４又は５項に記載の撮像装置の暗電流補正方法であって、前記補正パターンは、前記撮像素子の前記動作パターン毎に予め実験的又はシミュレーションで求めておき前記記憶手段に格納しておく撮像装置の暗電流補正方法。
【国際調査報告】
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2012057277.tif 000014
2012057277.tif 000015
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