(57)【要約】【課題】複数の参照信号を用いてアナログからデジタルに変換した画像を高精度で補正をすることができるようにすることである。【解決手段】撮像装置は、光が入射した状態で複数の画素の光電変換部により第１の画像を生成し、光が遮蔽された状態で複数の画素の光電変換部により第２の画像を生成する画素部と、第１の画像の各画素レベルに応じて、時間に応じて変化する複数の参照信号のうちのいずれかを用いて、第１の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換することにより第３の画像を生成し、複数の参照信号のうちの一または複数の参照信号を用いて、第２の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換することにより一または複数の第４の画像を生成するアナログデジタル変換部と、第４の画像に基づく補正用画像を基に第３の画像を補正する補正部とを有する。【選択図】図１２
2020014048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射した状態で複数の画素の光電変換部により第１の画像を生成し、光が遮蔽された状態で複数の画素の光電変換部により第２の画像を生成する画素部と、
前記第１の画像の各画素レベルに応じて、時間に応じて変化する複数の参照信号のうちのいずれかを用いて、前記第１の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換することにより第３の画像を生成し、前記複数の参照信号のうちの一または複数の参照信号を用いて、前記第２の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換することにより一または複数の第４の画像を生成するアナログデジタル変換部と、
前記第４の画像に基づく補正用画像を基に前記第３の画像を補正する補正部とを有し、
前記補正用画像は、前記複数の参照信号のうちの前記第１の画像または前記３の画像に応じた参照信号を用いて、前記第２の画像をアナログからデジタルに変換した画像であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記第３の画像から前記補正用画像を減算し、
前記第３の画像と前記補正用画像との相互に対応する画素値は、前記複数の参照信号のうちの同じ参照信号を用いてアナログからデジタルに変換した画素値であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記アナログデジタル変換部は、前記複数の参照信号を用いて前記第２の画像をそれぞれアナログからデジタルに変換することにより複数の第４の画像を生成し、
前記補正部は、前記複数の第４の画像を用いて前記補正用画像を生成することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記画素部は、複数の前記第２の画像を順に生成し、
前記アナログデジタル変換部は、前記複数の参照信号を用いて前記複数の第２の画像をそれぞれアナログからデジタルに変換することにより前記複数の第４の画像を生成することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記画素部は、一の前記第２の画像を生成し、
前記アナログデジタル変換部は、前記複数の参照信号を用いて前記一の第２の画像をアナログからデジタルに変換することにより前記複数の第４の画像を生成することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記補正部は、前記第３の画像の各画素値に応じて、前記複数の第４の画像のうちのいずれかの画像の各画素値を選択することにより前記補正用画像を生成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記アナログデジタル変換部は、前記第１の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換した時に用いた参照信号の情報を出力し、
前記補正部は、前記参照信号の情報を用いて前記補正用画像を生成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第３の画像と前記第４の画像との相互に対応する画素値は、前記複数の参照信号のうちの同じ参照信号を用いてアナログからデジタルに変換した画素値であり、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換した時に用いた参照信号の情報を記憶し、前記参照信号の情報を用いて前記第２の画像をアナログからデジタルに変換することにより前記第４の画像を生成し、
前記補正部は、前記第３の画像から前記第４の画像を減算することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記アナログデジタル変換部は、前記複数の参照信号のうちの前記第３の画像の平均値に応じた参照信号を用いて前記第２の画像をアナログからデジタルに変換することにより前記第４の画像を生成し、
前記補正部は、前記第３の画像から前記第４の画像を減算することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第２の画像および前記第３の画像は、それぞれ、複数の領域に分割され、
前記アナログデジタル変換部は、前記複数の参照信号のうちの前記第３の画像の各領域の平均値に応じた参照信号を用いて、前記第３の画像の各領域に対応する前記第２の画像の各領域をそれぞれアナログからデジタルに変換することにより前記第４の画像を生成し、
前記補正部は、前記第３の画像から前記第４の画像を減算することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記補正用画像は、
前記第３の画像の暗電流成分が閾値より小さい場合には、前記複数の参照信号のうちの前記第１の画像または前記３の画像に応じた参照信号を用いて、前記第２の画像をアナログからデジタルに変換した画像であり、
前記第３の画像の暗電流成分が前記閾値より大きい場合には、前記複数の参照信号のうちの最も低い変化率の参照信号を用いて、前記第２の画像をアナログからデジタルに変換した画像であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
光が入射した状態で複数の画素の光電変換部により第１の画像を生成するステップと、
前記第１の画像の各画素レベルに応じて、時間に応じて変化する複数の参照信号のうちのいずれかを用いて、前記第１の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換することにより第３の画像を生成するステップと、
光が遮蔽された状態で複数の画素の光電変換部により第２の画像を生成するステップと、
前記複数の参照信号のうちの一または複数の参照信号を用いて、前記第２の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換することにより一または複数の第４の画像を生成するステップと、
前記第４の画像に基づく補正用画像を基に前記第３の画像を補正するステップとを有し、
前記補正用画像は、前記複数の参照信号のうちの前記第１の画像または前記３の画像に応じた参照信号を用いて、前記第２の画像をアナログからデジタルに変換した画像であることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および撮像装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長秒撮影では、暗電流が起因で発生するパターンノイズおよびキズなどに対し、黒引き補正と呼ばれる露光画像と同じ蓄積時間のダーク画像を取得し、露光画像からダーク画像を減算処理することによる補正が知られている。また、イメージセンサの画素読み出し回路において、画素列毎に列アナログデジタル（ＡＤ）変換器を持つイメージセンサが知られている。列ＡＤ変換器は、まず画像信号とランプ状に増加するランプ信号を比較器で比較し、ランプ信号の増加開始から比較器の出力が反転するまでの時間をカウントし、そのカウント値を画素信号のデジタル値として出力することでＡＤ変換を行う。上記のＡＤ変換において、読み出し高速化の手段として、画素信号のレベルに応じて列ＡＤ変換器のランプ信号の変化率（傾き）を変える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
補正用のダーク画像は、暗電流が特別大きくなければ、ダークレベル付近の画像であるので、特許文献１では、低輝度用のランプ信号でＡＤ変換することになる。それに対し、露光画像は、暗電流を含めた各画素信号のレベルに応じた変化率のランプ信号でＡＤ変換することになる。低輝度用のランプ信号と高輝度用のランプ信号でＡＤ変換されたデジタル値は、それぞれのゲインとオフセットが合うように調整をしている。しかし、列ごとに調整するには回路コストが大きく、実際は領域分割して調整するため、部分的に若干ずれが生じる可能性がある。
【０００５】
画像生成時はγ補正をするため、撮影時は、ランプ信号の切り替わりレベルが高輝度であり、あまり目立たない。しかし、長秒撮影等、特殊な条件においては、暗電流ノイズが大きく、ダークオフセット補正（クランプ補正）により暗電流分のオフセットを抑えるため、相対的にランプ信号の切り替わりレベルが下がり、補正残りが見えやすくなる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、複数の参照信号を用いてアナログからデジタルに変換した画像を、高精度で補正をすることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の撮像装置は、光が入射した状態で複数の画素の光電変換部により第１の画像を生成し、光が遮蔽された状態で複数の画素の光電変換部により第２の画像を生成する画素部と、前記第１の画像の各画素レベルに応じて、時間に応じて変化する複数の参照信号のうちのいずれかを用いて、前記第１の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換することにより第３の画像を生成し、前記複数の参照信号のうちの一または複数の参照信号を用いて、前記第２の画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換することにより一または複数の第４の画像を生成するアナログデジタル変換部と、前記第４の画像に基づく補正用画像を基に前記第３の画像を補正する補正部とを有し、前記補正用画像は、前記複数の参照信号のうちの前記第１の画像または前記３の画像に応じた参照信号を用いて、前記第２の画像をアナログからデジタルに変換した画像である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の参照信号を用いてアナログからデジタルに変換した画像を、高精度で補正をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】撮像システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の構成例を示す図である。
【図３】撮像素子内の画素の構成例を示す回路図である。
【図４】撮像素子内の列回路の構成例を示すブロック図である。
【図５】低輝度の露光画像のＡＤ変換を示すタイミングチャートである。
【図６】高輝度の露光画像のＡＤ変換を示すタイミングチャートである。
【図７】低変化率の参照信号によるＡＤ変換を示すタイミングチャートである。
【図８】高変化率の参照信号によるＡＤ変換を示すタイミングチャートである。
【図９】時間に対する出力レベルを示す図である。
【図１０】切り替わりポイントの説明図である。
【図１１】補正用ダーク画像の生成方法の説明図である。
【図１２】撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１３】ＡＤフラグが付加された画像データを示す図である。
【図１４】撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１５】撮像素子内の列回路の構成例を示すブロック図である。
【図１６】露光画像全体の平均値とダーク画像を示す図である。
【図１７】撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１８】撮像素子の構成例を示す図である。
【図１９】各領域のダーク画像の出力を示す図である。
【図２０】撮像装置の制御方法を示す図である。
【図２１】時間に対する出力レベルを示す図である。
【図２２】撮像装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による撮像システム１０１の構成例を示すブロック図である。撮像システム１０１は、撮像装置１００と、記録媒体２００と、レンズユニット３００とを有する。記録媒体２００は、メモリーカードやハードディスク等である。
【００１１】
まず、撮像装置１００の構成について説明する。メカニカルシャッタ１２は、撮像素子１４００に入射する光量を制御する。撮像素子１４００は、ＣＭＯＳイメージセンサ等であり、光学像を電気信号に変換し、デジタルの画像データを出力する。ミラー１３０を光束上に移動させることにより、ペンタプリズム１３１および光学ファインダ１０４を介して、レンズ３１１を通った入射光を結像して、ユーザが撮影する静止画を確認することが可能である。デジタルフロントエンド１７００は、撮像素子１４００から出力される画像データに対して信号処理をする。
【００１２】
液晶モニタ１２００は、ライブビュー（ＬＶ）画像の表示や、撮影した静止画像を表示することができる。システム制御回路（以下ＣＰＵ）５０は、撮像装置１００の全体を制御する。シャッタスイッチ６１は、２段階のスイッチであり、ユーザが１段目まで浅く押すことを半押しといい、２段目まで深く押すことを全押しという。半押しにより、ＣＰＵ５０は、自動焦点制御や、撮影前の状態における自動露出制御によるシャッタ速度と絞り数値の設定を行う。全押しにより、シャッタ１２が動作し、ＣＰＵ５０は、撮影動作を行う。
【００１３】
ユーザがＩＳＯ感度設定部６２によりＩＳＯ感度を設定すると、ＣＰＵ５０は、それに応じて、撮像装置１００の光の量に対するＩＳＯ感度を設定する。ユーザがシャッタ秒時設定部６３によりシャッタ秒時を設定すると、ＣＰＵ５０は、それに応じて、シャッタ制御による撮像素子１４００を露光する時間を設定する。ユーザが長秒露光時ノイズ低減設定部６４により長秒露光時ノイズ低減を設定すると、ＣＰＵ５０は、それに応じて、長秒露光画像に対して、ダーク画像による減算補正を実施する。露光画像は、撮像素子１４００に対して光が入射した状態で生成される画像である。ダーク画像は、撮像素子１４００に対して光が遮蔽された状態で生成される画像である。ユーザが電源スイッチ６５を操作すると、ＣＰＵ５０は、撮像装置１００の電源オンと電源オフの切り替えを行い、撮像装置１００に接続されたレンズユニット３００と記録媒体２００等の各種付属装置の電源オンと電源オフの切り替えを行う。
【００１４】
揮発性メモリ（以下ＲＡＭ）７０は、画像データを一時的に記憶し、ＣＰＵ５０のワークメモリとして機能する。不揮発性メモリ（ＲＯＭ）７１は、ＣＰＵ５０が実行するためのプログラムを格納している。現像処理部７２は、画像データに対して、色マトリクス処理やガンマ処理などの現像処理を行う。オートフォーカス演算部７３は、オートフォーカス用に焦点距離検出信号からレンズ３１１の位置変更量を計算する。補正処理部７４は、補正部であり、長秒露光時ノイズ低減設定時に、露光画像からダーク画像を減算する。
【００１５】
電源制御部８０は、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、および通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等を有する。電源制御部８０は、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、その検出結果およびＣＰＵ５０の指示に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体２００を含む各部に供給する。電源制御部８０は、コネクタ８２および８４を介して、電源部８６に接続される。電源部８６は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池、Ｌｉ電池などの二次電池、ＡＣアダプタ等を有する。インターフェース９０は、記録媒体２００とのインターフェースである。コネクタ９２は、記録媒体２００との接続を行う。
【００１６】
記録媒体２００は、メモリーカードやハードディスク等である。記録媒体２００は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０１と、撮像装置１００とのインターフェース２０２とを有する。
【００１７】
次に、レンズユニット３００の構成を説明する。レンズユニット３００は、撮影レンズ３１１と、絞り３１２とを有する。レンズマウント３１６および１０６は、レンズユニット３００と撮像装置１００とを接続する。レンズ制御部３２０は、レンズユニット３００の全体を制御する。コネクタ３２２は、レンズユニット３００を撮像装置１００と電気的に接続するコネクタである。レンズ制御部３２０は、コネクタ３２２，１２２とインターフェース１２０を介して、撮像装置１００からの信号を入力する。レンズ制御部３２０は、撮像装置１００からの信号により、撮影レンズ３１１の光軸上での位置を変更し、フォーカスを制御する。また、レンズ制御部３２０は、撮像装置１００からの信号により、絞り３１２の口径の大きさを制御する。
【００１８】
図２は、図１の撮像素子１４００の構成例を示す図である。撮像素子１４００は、画素部２０８を有する。画素部２０８は、２次元行列状に配列された複数の画素２０５を有する。複数の画素２０５は、垂直方向の並びを「列」と呼び、水平方向の並びを「行」と呼ぶ。垂直走査回路２０４は、画素部２０８の選択行を読みだすために、行選択と各行の画素２０５に電荷の読み出しに必要な信号を出力する。選択行の画素２０５は、画素出力線２１０を介して、列ゲインアンプ２０７に信号を出力する。列ゲインアンプ２０７は、画素出力線２１０の信号に基づく信号を、列ゲインアンプ出力線２１３を介して、列アナログデジタル変換（ＡＤ変換）回路２０６に出力する。
【００１９】
列ＡＤ変換回路２０６は、アナログデジタル変換部であり、信号をアナログからデジタルに変換し、デジタル信号をデジタル信号処理部２２０に出力する。デジタル信号処理部２２０は、オプティカルブラック（以後ＯＢ）クランプ補正部２２１を有する。ＯＢクランプ補正部２２１は、画素部２０８のＯＢ領域におけるダークオフセット補正処理を実施する。デジタル信号処理部２２０は、その他のデジタル信号処理を実施した後、デジタル信号を信号出力部２２２に出力する。信号出力部２２２は、各列のデジタル信号を順次出力する。更に、撮像素子１４００は、列ＡＤ変換回路２０６のための参照信号発生器２１１とタイミング制御部２１２と参照信号選択回路２１９とを有する。これらの詳細は、後述する。
【００２０】
図３は、図２の画素２０５の構成例を示す等価回路図である。フォトダイオード３０４は、光電変換部であり、光を電荷に変換して蓄積する。転送スイッチ３０５は、転送制御信号３０１に応じて、フォトダイオード３０４の電荷をフローティングデヒュージョン（以後ＦＤ）３０７に転送する。ソースフォロアアンプトランジスタ３０８は、画素出力線２１０に接続された定電流源３１０と共にソースフォロアアンプを構成し、ＦＤ３０７に蓄積された電荷量に基づく電圧を増幅して、画素信号として出力する。
【００２１】
行選択スイッチ３０９は、行選択制御信号３０３に応じて、ソースフォロアアンプトランジスタ３０８の出力ノードを画素出力線２１０へ接続する。リセットスイッチ３０６は、リセット制御信号３０２に応じて、ＦＤ３０７に蓄積されている電荷をリセットする。また、リセットスイッチ３０６および転送スイッチ３０５をオンすることにより、フォトダイオード３０４をリセットすることができる。垂直走査回路２０４は、ＣＰＵ５０の制御の下、画素２０５の行毎に、転送制御信号３０１とリセット制御信号３０２と行選択制御信号３０３を制御する。
【００２２】
図４は、列ＡＤ変換回路２０６の構成例を示す図である。列ＡＤ変換回路２０６＿ｋは、ｋ列目の列ＡＤ変換回路２０６である。列ＡＤ変換回路２０６＿ｋ＋１は、ｋ＋１列目の列ＡＤ変換回路２０６である。ここでは、ｋ列目の列ＡＤ変換回路２０６＿ｋを例に説明する。
【００２３】
参照信号発生器２１１は、輝度判定用参照信号２１４と、低輝度用低変化率の参照信号２１５と、高輝度用高変化率の参照信号２１６を出力することができる。参照信号選択部４１１＿ｋは、参照信号２１５または２１６を選択し、選択した参照信号をスイッチ４００＿ｋに出力する。スイッチ４００＿ｋは、参照信号選択部４１１＿ｋが選択した参照信号または輝度判定用参照信号２１４を比較器４１０＿ｋの一方の入力端子に出力する。
【００２４】
比較器４１０＿ｋは、スイッチ４００＿ｋが出力する参照信号と列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋの信号とを比較し、その比較結果信号を、スイッチ４０１＿ｋを介して輝度判定部４１２＿ｋに出力する。列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋは、ｋ列目の列ゲインアンプ出力線２１３である。また、比較器４１０＿ｋは、その比較結果信号を、スイッチ４０２＿ｋを介してカウンタ回路４１３＿ｋに出力する。
【００２５】
カウンタ回路４１３＿ｋは、参照信号に同期してカウントを開始し、比較器４１０＿ｋの比較結果信号が反転するとカウントを終了する。タイミング制御部２１２は、カウンタ回路４１３＿ｋを動作させるためのクロック信号２１７を出力する。また、タイミング制御部２１２は、カウンタ回路４１３＿ｋのカウント値をリセットするためのリセット信号２１８を出力する。
【００２６】
列メモリ４１４＿ｋは、カウンタ回路４１３＿ｋのカウント値を記憶する。輝度判定部４１２＿ｋは、比較器４１０＿ｋの比較結果信号を基に輝度判定を行い、判定結果信号を、スイッチ４０３＿ｋを介して参照信号制御部４１１＿ｋに出力する。参照信号選択回路２１９は、スイッチ４０３＿ｋを介して参照信号選択部４１１＿ｋに選択信号を出力する。参照信号選択部４１１＿ｋは、輝度判定部４１２＿ｋまたは参照信号選択回路２１９の出力信号に応じて、選択を行う。
【００２７】
図５は、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋの信号が低輝度信号である露光画像のＡＤ変換を示すタイミングチャートである。露光画像は、撮像素子１４００に対して光が入射した状態で生成される画像である。画素２０５は、リセットスイッチ３０６によりＦＤ３０７をリセットし、その後、リセットを解除し、リセット解除に基づく信号を画素出力線２１０に出力する。列ゲインアンプ２０７は、画素出力線２１０の信号に基づくＮ信号を列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋに出力する（一点鎖線で示す）。参照信号線（実線）は、スイッチ４００＿ｋが比較器４１０＿ｋに出力する参照信号の線を示す。
【００２８】
時刻Ｔ５００では、参照信号発生器２１１は、Ｎ信号のＡＤ変換を開始するため、初期レベルから時間に応じてレベルが変化する低輝度用低変化率の参照信号２１５を生成する。スイッチ４００＿ｋは、参照信号２１５を比較器４１０＿ｋに出力する。比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＮ信号と参照信号２１５を比較する。スイッチ４０１＿ｋはオフであり、スイッチ４０２＿はオンである。
【００２９】
また、タイミング制御部２１２は、参照信号２１５が変化する間、所定の周期のクロック信号２１７をカウンタ回路４１３＿ｋに出力する。カウンタ回路４１３＿ｋは、参照信号２１５のレベル変化が開始すると、クロック信号のカウントを開始する。ここで、所定の周期とは、参照信号の変化期間とデジタル出力のビット精度によりきめられる周期である。
【００３０】
時刻Ｔ５０１では、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＮ信号と参照信号２１５の大小関係が逆転するため、比較器４１０＿ｋの出力信号がハイレベルからローレベルに反転する。比較器４１０＿ｋの出力信号は、カウンタ回路４１３＿ｋのイネーブルとして働くため、比較器４１０＿ｋの出力信号がローレベルになった時点で、カウンタ回路４１３＿ｋはカウント値のカウントを停止する。
【００３１】
時刻Ｔ５０２では、参照信号発生器２１１は、参照信号２１５が所定のレベルまで変化したら、参照信号２１５のレベルを初期値に戻す。タイミング制御部２１２は、クロック信号２１７を停止する。
【００３２】
時刻Ｔ５０３では、列メモリ４１４＿ｋは、カウンタ回路４１３＿ｋのカウンタ値をＮ信号用メモリに記憶し、カウンタ回路４１３＿ｋは、リセット信号２１８により、カウント値を初期値にリセットする。列メモリ４１４＿ｋ内のＮ信号用メモリに記憶されるカウント値は、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＮ信号をアナログからデジタルに変換したデジタル値に対応する。
【００３３】
その後、画素２０５は、フォトダイオード３０４の光電変換に基づく信号を画素出力線２１０に出力する。列ゲインアンプ２０７は、画素出力線２１０の信号に基づくＳ信号を列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋに出力する（一点鎖線で示す）。ここでは、Ｓ信号が低輝度信号である例を示す。
【００３４】
時刻Ｔ５０４では、スイッチ４０１＿ｋはオンになり、スイッチ４０２＿ｋはオフになる。時刻Ｔ５０５では、スイッチ４００＿ｋは、一定レベルの輝度判定用参照信号２１４を比較器４１０＿ｋに出力する。比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と輝度判定用参照信号２１４を比較する。
【００３５】
時刻Ｔ５０６では、比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号が輝度判定用参照信号２１４より小さいので、出力信号をローレベルにする。スイッチ４０３＿ｋは、輝度判定部４１２＿ｋを参照信号選択部４１１＿ｋに接続する。輝度判定部４１２＿ｋは、比較器４１０＿ｋの出力信号がローレベルであるので、ローレベルを参照信号選択部４１１＿ｋに出力する。すると、参照信号選択部４１１＿ｋは、低輝度用低変化率の参照信号２１５を選択する。
【００３６】
時刻Ｔ５０７では、スイッチ４００＿ｋは、参照信号２１５を比較器４１０＿ｋに出力する。スイッチ４０１＿ｋはオフになり、スイッチ４０２＿ｋはオンになる。
【００３７】
時刻Ｔ５０８では、参照信号発生器２１１は、Ｓ信号のＡＤ変換を開始するため、初期レベルから時間に応じてレベルが変化する低輝度用低変化率の参照信号２１５を生成する。比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と参照信号２１５を比較する。タイミング制御部２１２は、参照信号２１５が変化する間、所定の周期のクロック信号２１７をカウンタ回路４１３＿ｋに出力する。カウンタ回路４１３＿ｋは、参照信号２１５のレベル変化が開始すると、クロック信号のカウントを開始する。
【００３８】
時刻Ｔ５０９では、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と参照信号２１５の大小関係が逆転するため、比較器４１０＿ｋの出力信号がハイレベルからローレベルに反転する。比較器４１０＿ｋの出力信号がローレベルになった時点で、カウンタ回路４１３＿ｋはカウント値のカウントを停止する。
【００３９】
時刻Ｔ５１０では、参照信号発生器２１１は、参照信号２１５が低輝度のＡ／Ｄ変換ビット数分まで変化したら、参照信号２１５のレベルを初期値に戻す。タイミング制御部２１２は、クロック信号２１７を停止する。
【００４０】
時刻Ｔ５１１では、列メモリ４１４＿ｋは、カウンタ回路４１３＿ｋのカウンタ値をＳ信号用メモリに記憶し、カウンタ回路４１３＿ｋは、リセット信号２１８により、カウント値を初期値にリセットする。列メモリ４１４＿ｋ内のＳ信号用メモリに記憶されるカウント値は、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号をアナログからデジタルに変換したデジタル値に対応する。参照信号２１５を用いることにより、低輝度のＳ信号を高分解能でＡＤ変換することができる。
【００４１】
列メモリ４１４＿ｋは、Ｓ信号用メモリのＳ信号のデジタル値とＮ信号用メモリのＮ信号のデジタル値との差分を算出し、その差分をデジタル信号処理部２２０に出力する。上記では、ｋ列の例を示したが、行単位で、他の列も同様の処理を行う。この動作を１行毎に繰り返すことで、撮像素子１４００は画像信号を出力する。
【００４２】
図６は、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋの信号が高輝度信号である露光画像のＡＤ変換を示すタイミングチャートである。露光画像は、撮像素子１４００に対して光が入射した状態で生成される画像である。時刻Ｔ６００〜Ｔ６０３の処理は、図５の時刻Ｔ５００〜Ｔ５０３の処理と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
時刻Ｔ６０３の後、画素２０５は、フォトダイオード３０４の光電変換に基づく信号を画素出力線２１０に出力する。列ゲインアンプ２０７は、画素出力線２１０の信号に基づくＳ信号を列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋに出力する（一点鎖線で示す）。ここでは、Ｓ信号が高輝度信号である例を示す。
【００４４】
時刻Ｔ６０４では、スイッチ４０１＿ｋはオンになり、スイッチ４０２＿ｋはオフになる。時刻Ｔ６０５では、スイッチ４００＿ｋは、一定レベルの輝度判定用参照信号２１４を比較器４１０＿ｋに出力する。比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と輝度判定用参照信号２１４を比較する。
【００４５】
時刻Ｔ６０６では、比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号が輝度判定用参照信号２１４より大きいので、出力信号をハイレベルのままにする。輝度判定部４１２＿ｋは、比較器４１０＿ｋの出力信号がハイレベルであるので、ハイレベルを参照信号選択部４１１＿ｋに出力する。すると、参照信号選択部４１１＿ｋは、高輝度用高変化率の参照信号２１６を選択する。
【００４６】
時刻Ｔ６０７では、スイッチ４００＿ｋは、参照信号２１６を比較器４１０＿ｋに出力する。スイッチ４０１＿ｋはオフになり、スイッチ４０２＿ｋはオンになる。
【００４７】
時刻Ｔ６０８では、参照信号発生器２１１は、Ｓ信号のＡＤ変換を開始するため、初期レベルから時間に応じてレベルが変化する高輝度用高変化率の参照信号２１６を生成する。参照信号２１６は、参照信号２１５に対して、変化率が高い。比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と参照信号２１６を比較する。カウンタ回路４１３＿ｋは、参照信号２１６のレベル変化が開始すると、カウント値のカウントを開始する。
【００４８】
時刻Ｔ６０９では、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と参照信号２１６の大小関係が逆転するため、比較器４１０＿ｋの出力信号がハイレベルからローレベルに反転する。比較器４１０＿ｋの出力信号がローレベルになった時点で、カウンタ回路４１３＿ｋはカウント値のカウントを停止する。
【００４９】
時刻Ｔ６１０では、参照信号発生器２１１は、参照信号２１６が高輝度のＡ／Ｄ変換ビット数分まで変化したら、参照信号２１６のレベルを初期値に戻す。タイミング制御部２１２は、クロック信号２１７を停止する。
【００５０】
時刻Ｔ６１１では、列メモリ４１４＿ｋは、カウンタ回路４１３＿ｋのカウンタ値をＳ信号用メモリに記憶し、カウンタ回路４１３＿ｋは、リセット信号２１８により、カウント値を初期値にリセットする。列メモリ４１４＿ｋ内のＳ信号用メモリに記憶されるカウント値は、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号をアナログからデジタルに変換したデジタル値に対応する。参照信号２１６を用いることにより、高輝度のＳ信号を高速にＡＤ変換することができる。
【００５１】
列メモリ４１４＿ｋは、Ｓ信号用メモリのＳ信号のデジタル値とＮ信号用メモリのＮ信号のデジタル値との差分を算出する。上記のように、高輝度用の参照信号２１６は、低輝度用の参照信号２１５より、変化率が高い。例えば、参照信号２１６の傾きは、参照信号２１５の傾きの４倍である。
【００５２】
列メモリ４１４＿ｋまたはデジタル信号処理部２２０は、図６のように、参照信号２１６を用いてＡＤ変換した場合には、上記の差分を４倍する。例えば、列メモリ４１４＿ｋまたはデジタル信号処理部２２０は、差分が８００であった場合は、４倍の３２００を出力する。上記では、ｋ列の例を示したが、行単位で、他の列も同様の処理を行う。この動作を１行毎に繰り返すことで、撮像素子１４００は画像信号を出力する。
【００５３】
図７は、低輝度用の参照信号２１５を用いてダーク画像をＡＤ変換する処理を示すタイミングチャートである。ダーク画像は、撮像素子１４００に対して光が遮蔽された状態で生成される画像である。時刻Ｔ７００〜Ｔ７０３の処理は、図５の時刻Ｔ５００〜Ｔ５０３の処理と同様であるため、説明を省略する。
【００５４】
時刻Ｔ７０３の後、遮光された画素２０５は、フォトダイオード３０４の光電変換に基づく信号を画素出力線２１０に出力する。列ゲインアンプ２０７は、画素出力線２１０の信号に基づくＳ信号を列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋに出力する（一点鎖線で示す）。
【００５５】
時刻Ｔ７０４では、スイッチ４０３＿ｋは、参照信号選択回路２１９を参照信号選択部４１１＿ｋに接続する。参照信号選択回路２１９は、ローレベルを参照信号選択部４１１＿ｋに出力する。参照信号選択部４１１＿ｋは、低輝度用の参照信号２１５を選択する。スイッチ４００＿ｋは、参照信号２１５を比較器４１０＿ｋに出力する。
【００５６】
時刻Ｔ７０５では、参照信号発生器２１１は、Ｓ信号のＡＤ変換を開始するため、初期レベルから時間に応じてレベルが変化する低輝度用低変化率の参照信号２１５を生成する。比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と参照信号２１５を比較する。カウンタ回路４１３＿ｋは、参照信号２１５のレベル変化が開始すると、カウント値のカウントを開始する。
【００５７】
時刻Ｔ７０６では、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と参照信号２１５の大小関係が逆転するため、比較器４１０＿ｋの出力信号がハイレベルからローレベルに反転する。比較器４１０＿ｋの出力信号がローレベルになった時点で、カウンタ回路４１３＿ｋはカウント値のカウントを停止する。
【００５８】
時刻Ｔ７０７では、参照信号発生器２１１は、参照信号２１５が低輝度のＡ／Ｄ変換ビット数分まで変化したら、参照信号２１５のレベルを初期値に戻す。タイミング制御部２１２は、クロック信号２１７を停止する。
【００５９】
時刻Ｔ７０８では、列メモリ４１４＿ｋは、カウンタ回路４１３＿ｋのカウンタ値をＳ信号用メモリに記憶し、カウンタ回路４１３＿ｋは、リセット信号２１８により、カウント値を初期値にリセットする。列メモリ４１４＿ｋ内のＳ信号用メモリに記憶されるカウント値は、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号をアナログからデジタルに変換したデジタル値に対応する。
【００６０】
列メモリ４１４＿ｋは、Ｓ信号用メモリのＳ信号のデジタル値とＮ信号用メモリのＮ信号のデジタル値との差分を算出し、その差分をデジタル信号処理部２２０に出力する。上記では、ｋ列の例を示したが、行単位で、他の列も同様の処理を行う。この動作を１行毎に繰り返すことで、撮像素子１４００は、低輝度用の参照信号２１５を用いてＡＤ変換されたダーク画像を出力する。
【００６１】
図８は、高輝度用の参照信号２１６を用いてダーク画像をＡＤ変換する処理を示すタイミングチャートである。ダーク画像は、撮像素子１４００に対して光が遮蔽された状態で生成される画像である。時刻Ｔ８００〜Ｔ８０３の処理は、図５の時刻Ｔ５００〜Ｔ５０３の処理と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
時刻Ｔ８０３の後、遮光された画素２０５は、フォトダイオード３０４の光電変換に基づく信号を画素出力線２１０に出力する。列ゲインアンプ２０７は、画素出力線２１０の信号に基づくＳ信号を列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋに出力する（一点鎖線で示す）。
【００６３】
時刻Ｔ８０４では、スイッチ４０３＿ｋは、参照信号選択回路２１９を参照信号選択部４１１＿ｋに接続する。参照信号選択回路２１９は、ハイレベルを参照信号選択部４１１＿ｋに出力する。参照信号選択部４１１＿ｋは、高輝度用の参照信号２１６を選択する。スイッチ４００＿ｋは、参照信号２１６を比較器４１０＿ｋに出力する。
【００６４】
時刻Ｔ８０５では、参照信号発生器２１１は、Ｓ信号のＡＤ変換を開始するため、初期レベルから時間に応じてレベルが変化する高輝度用高変化率の参照信号２１６を生成する。比較器４１０＿ｋは、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と参照信号２１６を比較する。カウンタ回路４１３＿ｋは、参照信号２１６のレベル変化が開始すると、カウント値のカウントを開始する。
【００６５】
時刻Ｔ８０６では、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号と参照信号２１６の大小関係が逆転するため、比較器４１０＿ｋの出力信号がハイレベルからローレベルに反転する。比較器４１０＿ｋの出力信号がローレベルになった時点で、カウンタ回路４１３＿ｋはカウント値のカウントを停止する。
【００６６】
時刻Ｔ８０７では、参照信号発生器２１１は、参照信号２１６が高輝度のＡ／Ｄ変換ビット数分まで変化したら、参照信号２１６のレベルを初期値に戻す。タイミング制御部２１２は、クロック信号２１７を停止する。
【００６７】
時刻Ｔ８０８では、列メモリ４１４＿ｋは、カウンタ回路４１３＿ｋのカウンタ値をＳ信号用メモリに記憶し、カウンタ回路４１３＿ｋは、リセット信号２１８により、カウント値を初期値にリセットする。列メモリ４１４＿ｋ内のＳ信号用メモリに記憶されるカウント値は、列ゲインアンプ出力線２１３＿ｋのＳ信号をアナログからデジタルに変換したデジタル値に対応する。
【００６８】
列メモリ４１４＿ｋは、Ｓ信号用メモリのＳ信号のデジタル値とＮ信号用メモリのＮ信号のデジタル値との差分を算出する。例えば、参照信号２１６の傾きは、参照信号２１５の傾きの４倍である。列メモリ４１４＿ｋまたはデジタル信号処理部２２０は、図８のように、参照信号２１６を用いてＡＤ変換した場合には、上記の差分を４倍する。上記では、ｋ列の例を示したが、行単位で、他の列も同様の処理を行う。この動作を１行毎に繰り返すことで、撮像素子１４００は、高輝度用の参照信号２１６を用いてＡＤ変換されたダーク画像を出力する。
【００６９】
図９は、ＯＢクランプ補正部２２１のＯＢクランプによるレベルの遷移を示す図である。複数の画素２０５は、信号レベルの基準信号となる信号（黒基準信号）を得るために、遮光されたＯＢ画素と、遮光されていない有効画素を有する。ＯＢ領域は、複数のＯＢ画素の領域である。ＯＢクランプ補正部２２１は、ＯＢ画素の出力信号をターゲットダークレベルにクランプすることにより、ダークオフセット補正を行うことができる。時刻Ｔ９００〜Ｔ９０１と時刻Ｔ９０１以降は、ＯＢ領域のＯＢ画素の出力期間である。
【００７０】
画像出力開始時刻Ｔ９００では、ＡＤ変換の参照信号切り替わりレベルがＬ９１０であり、ＯＢクランプ前のＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルがＬ９１１であり、ターゲットダークレベルがＬ９１２である。暗電流等起因のオフセット等によりＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルとターゲットダークレベルには差があるため、ＯＢクランプ補正部２２１は、時刻Ｔ９０１から、ＯＢ領域の出力を基に、ＯＢクランプを実施する。
【００７１】
ＯＢクランプを実施すると、ＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルがＬ９１１からＬ９１２に補正される。それに伴い、ＡＤ変換の参照信号切り替わりレベルがＬ９１０からＬ９１３に変更になる。この様に、暗電流量が増えると、補正量が大きくなり、相対的にＡＤ変換の参照信号切り替わりレベルが下がる。
【００７２】
例えば、低い変化率の参照信号２１５と高い変化率の参照信号２１６のＯＢクランプ前の切り替わりポイントのレベルＬ９１０が２５６ＬＳＢである。ＯＢクランプ前のＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルＬ９１１が１４４ＬＳＢである。ターゲットダークレベルＬ９１２が１２８ＬＳＢである。この場合、ＯＢクランプ後のＡＤ変換の切り替わりレベルＬ９１３は、２４０ＬＳＢになる。
【００７３】
図１０（ａ）および（ｂ）は、ＡＤ変換の課題を説明するための図である。図１０（ａ）は、入力アナログレベルとで出力デジタルレベルの関係を示している。ＡＤ変換の参照信号は、入力アナログレベルＩＬ１０００で切り替わる。切り替わりポイントにおいて、出力デジタルレベルは、出力デジタルレベルＯＬ１００１で切り替わる直線１００４が理想である。しかし、補正前では、出力デジタルレベルがＯＬ１００２のようにずれて、さらに入力に対する出力ゲインも直線１００３のようにずれている可能性がある。そのため、切り替わりポイントでのオフセットとゲインを補正する必要がある。ただし、この補正を列毎に持つことは回路コストが大きいため、全列の補正をすることは現実的には難しい。
【００７４】
例えば、１つの補正値だけで全列を補正するとする。図１０（ｂ）は、ある行１０１０の出力レベルを示している。列群１０２１は、高変化率の参照信号２１６でＡＤ変換され、列群１０２０および１０２２は、低変化率の参照信号２１５でＡＤ変換されている。列群１０２１と１０２２は補正が正しくされ、なめらかな画像になっているが、列群１０２０と１０２１の間では、補正残りによりオフセット段差が見えてしまっている。
【００７５】
参照信号の切り替わりレベルＬ１０２３がターゲットダークレベルに近づくと、より段差が見えやすくなる。ダーク画像は、このオフセット段差を補正することが望まれるため、露光画像とダーク画像の各画素の参照信号の傾きを合わせる必要がある。
【００７６】
図１１（ａ）〜（ｅ）は、補正用ダーク画像の生成方法を説明するための図である。図１１（ａ）は、露光画像を示す図である。露光画像は、高輝度領域１１０１，１１０２と、低輝度領域１１００を有する。高輝度領域１１０１，１１０２は、図９で示したＯＢクランプ後の切り替わりレベルＬ９１３を超えている領域である。
【００７７】
低輝度領域１１００は、図９で示したＯＢクランプ後の切り替わりレベルＬ９１３を超えていない領域である。露光画像は、まずＲＡＭ７０に記憶される。ＣＰＵ５０は、ＲＡＭ７０の露光画像の各画素値がレベルＬ９１３を超えている否かを判定することにより、高輝度領域１１０１，１１０２と低輝度領域１１００に分ける。
【００７８】
図１１（ｂ）は、補正用ダーク画像を生成するシーケンスを示す図である。まず、ステップＳ１１１０では、撮像素子１４００は、図５および図６で示した方法で露光画像を生成する。画素部２０８は、光が入射した状態で複数の画素２０５のフォトダイオード３０４により露光画像を生成する。列ＡＤ変換回路２０６は、露光画像の各画素レベルに応じて、参照信号２１５および２１６のいずれかを用いて、露光画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換し、デジタルの露光画像を生成する。ＣＰＵ５０は、そのデジタルの露光画像をＲＡＭ７０に記憶する。
【００７９】
次に、ステップＳ１１１１では、撮像素子１４００は、図７で示したように、低変化率の参照信号２１５でＡＤ変換したダーク画像１１２０（図１１（ｃ））を生成する。画素部２０８は、光が遮光された状態で複数の画素２０５のフォトダイオード３０４によりダーク画像を生成する。列ＡＤ変換回路２０６は、低変化率の参照信号２１５を用いて、ダーク画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換し、デジタルのダーク画像１１２０を生成する。ＣＰＵ５０は、ダーク画像１１２０をＲＡＭ７０に記憶する。
【００８０】
次に、ステップＳ１１１２では、撮像素子１４００は、図８に示したように、高変化率の参照信号２１６でＡＤ変換したダーク画像１１３０（図１１（ｄ））を生成する。画素部２０８は、光が遮光された状態で複数の画素２０５のフォトダイオード３０４によりダーク画像を生成する。列ＡＤ変換回路２０６は、高変化率の参照信号２１６を用いて、ダーク画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換し、デジタルのダーク画像１１３０を生成する。ＣＰＵ５０は、ダーク画像１１３０をＲＡＭ７０に記憶する。
【００８１】
次に、ステップＳ１１１３では、ＣＰＵ５０は、２枚のダーク画像１１２０および１１３０から、図１１（ｅ）の補正用ダーク画像（補正用画像）を生成する。具体的には、ＣＰＵ５０は、露光画像の高輝度領域１１０１，１１０２に対応する図１１（ｅ）の補正用ダーク画像の領域１１４１，１１４２では、ダーク画像１１３０を選択する。そして、ＣＰＵ５０は、露光画像の低輝度領域１１００に対応する図１１（ｅ）の補正用ダーク画像の領域１１４０では、ダーク画像１１２０を選択する。図１１（ａ）の露光画像と図１１（ｅ）の補正用ダーク画像との相互に対応する画素値は、参照信号２１５および２１６のうちの同じ参照信号を用いてアナログからデジタルに変換した画素値である。ＣＰＵ５０は、補正処理部７４により、露光画像から図１１（ｅ）の補正用ダーク画像を減算する。
【００８２】
図１２は、撮像装置１００の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１２００では、撮像素子１４００は、長秒の露光画像を生成する。ＣＰＵ５０は、その長秒の露光画像をＲＡＭ７０に記憶する。
【００８３】
ステップＳ１２０１では、ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっているか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっている場合には、ステップＳ１２０２に進み、長秒露光時ノイズ低減の設定になっていない場合には、ステップＳ１２１０に進む。
【００８４】
ステップＳ１２０２では、撮像素子１４００は、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換したダーク画像１１２０を生成する。ＣＰＵ５０は、ダーク画像１１２０をＲＡＭ７０に記憶する。
【００８５】
ステップＳ１２０３では、撮像素子１４００は、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換したダーク画像１１３０を生成する。ＣＰＵ５０は、ダーク画像１１３０をＲＡＭ７０に記憶する。
【００８６】
ステップＳ１２０４では、ＣＰＵ５０は、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像の各画素値と判定レベルＬ９１３とを順に比較する。ステップＳ１２０５では、ＣＰＵ５０は、露光画像の画素値が判定レベルＬ９１３より大きい場合には、ステップＳ１２０６に進み、露光画像の画素値が判定レベルＬ９１３より大きくない場合には、ステップＳ１２０７に進む。
【００８７】
ステップＳ１２０６では、ＣＰＵ５０は、上記の比較した露光画像の画素に対応する補正用ダーク画像の画素の画素値として、上記の比較した露光画像の画素に対応するダーク画像１１３０の画素の画素値を選択する。ダーク画像１１３０は、高変化率の参照信号２１６でＡＤ変換したダーク画像である。ＣＰＵ５０は、その選択した画素値を、補正用ダーク画像の画素値として、ＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ１２０８に進む。
【００８８】
ステップＳ１２０７では、ＣＰＵ５０は、上記の比較した露光画像の画素に対応する補正用ダーク画像の画素の画素値として、上記の比較した露光画像の画素に対応するダーク画像１１２０の画素の画素値を選択する。ダーク画像１１２０は、低変化率の参照信号２１５でＡＤ変換したダーク画像である。ＣＰＵ５０は、その選択した画素値を、補正用ダーク画像の画素値として、ＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ１２０８に進む。
【００８９】
ステップＳ１２０８では、ＣＰＵ５０は、全画素の処理が終了したか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、全画素の処理が終了していない場合には、ステップＳ１２０４に戻り、次の画素の処理を繰り返す。ＣＰＵ５０は、全画素の処理が終了した場合には、ステップＳ１２０９に進む。
【００９０】
ステップＳ１２０９では、ＣＰＵ５０は、補正処理部７４により、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像から補正用ダーク画像を減算することにより、黒引き補正を行う。ステップＳ１２１０では、ＣＰＵ５０は、画像生成処理を行う。
【００９１】
なお、ステップＳ１２０２のダーク画像取得時において、高輝度の画素値があった場合に、低変化率の参照信号２１５でＡＤ変換をしても、比較器４１０＿ｋの出力信号が反転しない場合がある。その場合は、ＣＰＵ５０は、その画素がキズであると判定して、その画素の画素値を特定の画素値に置き換えてもよい。
【００９２】
また、図１１（ｂ）において、ステップＳ１１１１では、露光画像と同じ秒時の蓄積時間の低変化率の参照信号２１５のダーク画像を取得し、ステップＳ１１１２では、露光画像と同じ秒時の蓄積時間の高変化率の参照信号２１６のダーク画像を取得する。ここで、画素部２０８は、１枚のダーク画像を生成し、列ＡＤ変換回路２０６は、１枚のダーク画像に対して２回のＡＤ変換を行ってもよい。その場合、各列の列ＡＤ変換回路２０６の中に、複数個の列メモリ４１４を設ける。
【００９３】
露光画像と同じ秒時の蓄積時間のダーク画像を画素部２０８から１回読み出し、そのダーク画像に対して、低変化率の参照信号２１５のＡＤ変換と、高変化率の参照信号２１６のＡＤ変換との２回のＡＤ変換を行い、それぞれ異なる列メモリ４１４に記憶させる。これにより、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換されたダーク画像と、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換されたダーク画像を得ることができる。
【００９４】
以上のように、ＣＰＵ５０は、露光画像の各画素値に応じて、ダーク画像１１２０および１１３０のいずれかの画像の各画素値を選択することにより、補正用ダーク画像を生成する。撮像装置１００は、長秒露光時ノイズ低減が設定されている場合には、長秒の露光画像から補正用ダーク画像を減算することにより、黒引き補正を行う。この補正を実施すれば、暗電流分のオフセットが大きい長秒撮影時においても、回路追加等の負荷をかけずに、複数の参照信号を用いたＡＤ変換の補正残りを低減した精度の高い補正を実現できる。
【００９５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、露光画像取得時に、撮像素子１４００から出力されるデジタルデータに、参照信号２１５および２１６のどちらでＡＤ変換されたかを示す情報を付け、黒引き補正に適用する例を説明する。
【００９６】
図１３（ａ）は、長秒露光時ノイズ低減が設定されていない場合に撮像素子１４００が出力する画像データ１３００を示す図である。画像データ１３００は、画像データビット長分のデータである。図１３（ｂ）は、長秒露光時ノイズ低減が設定されている場合に撮像素子１４００が出力する画像データ１３００とＡＤフラグ１３０１を示す図である。ＡＤフラグ１３０１は、画像データ１３００の上位側に付加される。
【００９７】
ＡＤフラグ１３０１は、参照信号２１５および２１６のどちらを用いてＡＤ変換されたのかを示すフラグである。例えば、画像データ１３００が８ビットであり、ＡＤフラグ１３０１が１ビットである。ＡＤフラグ１３０１は、低変化率の参照信号２１５でＡＤ変換された場合には０であり、高変化率の参照信号２１６でＡＤ変換された場合には１である。なお、撮像素子１４００は、長秒露光時ノイズ低減が設定されていない場合にも、長秒露光時ノイズ低減が設定されている場合と同じビット数の画像データを出力してもよい。長秒露光時ノイズ低減が設定されていない場合のＡＤフラグ１３０１は、固定値でよい。
【００９８】
図１４は、本実施形態による撮像装置１００の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１４００では、撮像素子１４００は、長秒撮影を開始する。ステップＳ１４０１では、ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっているか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっている場合には、ステップＳ１４０４に進み、長秒露光時ノイズ低減の設定になっていない場合には、ステップＳ１４０２に進む。
【００９９】
ステップＳ１４０２では、ＣＰＵ５０は、撮像素子１４００に対して、露光画像出力時にＡＤフラグ１３０１を付加しない設定にする。ステップＳ１４０３では、撮像素子１４００は、長秒の露光画像を生成し、その長秒の露光画像の画像データ１３００を出力する。ＣＰＵ５０は、その長秒の露光画像の画像データ１３００をＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ１４１４に進む。
【０１００】
ステップＳ１４０４では、ＣＰＵ５０は、撮像素子１４００に対して、露光画像出力時にＡＤフラグ１３０１を付加する設定にする。ステップＳ１４０５では、撮像素子１４００は、長秒の露光画像を生成し、その長秒の露光画像の画像データ１３００とＡＤフラグ１３０１を出力する。ＣＰＵ５０は、その長秒の露光画像の画像データ１３００とＡＤフラグ１３０１をＲＡＭ７０に記憶する。
【０１０１】
ステップＳ１４０６では、撮像素子１４００は、低変化率の参照信号２１５でＡＤ変換したダーク画像１１２０を生成する。ＣＰＵ５０は、ダーク画像１１２０をＲＡＭ７０に記憶する。
【０１０２】
ステップＳ１４０７では、撮像素子１４００は、高変化率の参照信号２１６でＡＤ変換したダーク画像１１３０を生成する。ＣＰＵ５０は、ダーク画像１１３０をＲＡＭ７０に記憶する。
【０１０３】
ステップＳ１４０８では、ＣＰＵ５０は、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像の各画素のＡＤフラグ１３０１を順に判定する。ステップＳ１４０９では、ＣＰＵ５０は、露光画像の画素のＡＤフラグ１３０１が高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換したことを示す場合には、ステップＳ１４１０に進む。また、ＣＰＵ５０は、露光画像の画素のＡＤフラグ１３０１が低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換したことを示す場合には、ステップＳ１４１１に進む。
【０１０４】
ステップＳ１４１０では、ＣＰＵ５０は、上記の判定した露光画像の画素に対応する補正用ダーク画像の画素の画素値として、上記の判定した露光画像の画素に対応するダーク画像１１３０の画素の画素値を選択する。ダーク画像１１３０は、高変化率の参照信号２１６でＡＤ変換したダーク画像である。ＣＰＵ５０は、その選択した画素値を、補正用ダーク画像の画素値として、ＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ１４１２に進む。
【０１０５】
ステップＳ１４１１では、ＣＰＵ５０は、上記の判定した露光画像の画素に対応する補正用ダーク画像の画素の画素値として、上記の判定した露光画像の画素に対応するダーク画像１１２０の画素の画素値を選択する。ダーク画像１１２０は、低変化率の参照信号２１５でＡＤ変換したダーク画像である。ＣＰＵ５０は、その選択した画素値を、補正用ダーク画像の画素値として、ＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ１４１２に進む。
【０１０６】
ステップＳ１４１２では、ＣＰＵ５０は、全画素の処理が終了したか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、全画素の処理が終了していない場合には、ステップＳ１４０８に戻り、次の画素の処理を繰り返す。ＣＰＵ５０は、全画素の処理が終了した場合には、ステップＳ１４１３に進む。
【０１０７】
ステップＳ１４１３では、ＣＰＵ５０は、補正処理部７４により、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像から補正用ダーク画像を減算することにより、黒引き補正を行う。ステップＳ１４１４では、ＣＰＵ５０は、画像生成処理を行う。
【０１０８】
以上のように、撮像素子１４００は、露光画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換した時に用いた参照信号の情報をＡＤフラグ１３０１として出力する。ＣＰＵ５０は、ＡＤフラグ１３０１を用いて補正用ダーク画像を生成する。具体的には、撮像素子１４００は、露光画像の画像データ１３００とＡＤフラグ１３０１を出力し、ＣＰＵ５０は、ＡＤフラグ１３０１を基に、長秒露光時ノイズ低減設定における黒引き補正を行う。暗電流分のオフセットが大きい長秒撮影時においても、撮像素子１４００が参照信号２１５および２１６のどちらでＡＤ変換したかを示すＡＤフラグ１３０１を出力するため、複数の参照信号を用いたＡＤ変換の補正残りを低減した精度の高い補正を実現できる。
【０１０９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、露光画像取得時に、参照信号２１５および２１６のどちらを用いてＡＤ変換したかを示す情報を撮像素子１４００の記憶部に記憶し、黒引き補正に適用する例を説明する。
【０１１０】
図１５は、第３の実施形態による列ＡＤ変換回路２０６の構成例を示す図である。図１５は、図４に対し、参照信号選択回路２１９の代わりに、ＡＤ記憶部１５１０＿ｋ，１５１０＿ｋ＋１を設けたものである。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。各列の列ＡＤ変換回路２０６＿ｋおよび２０６＿ｋ＋１等は、それぞれ、ＡＤ記憶部１５１０＿ｋおよび１５１０＿ｋ＋１等を有する。ここでは、ｋ列目の列ＡＤ変換回路２０６＿ｋを例に説明する。
【０１１１】
ＡＤ記憶部１５１０＿ｋは、輝度判定部４１２＿ｋおよびスイッチ４０３＿ｋに接続される。まず、撮像素子１４００は、第１の実施形態と同様に、露光画像を生成する。露光画像のＡＤ変換時には、参照信号選択部４１１＿ｋは、第１の実施形態と同様に、輝度判定部４１２＿ｋの出力信号を基に、参照信号２１５および２１６のいずれかを選択する。輝度判定部４１２＿ｋは、比較器４１０＿ｋの出力信号をＡＤフラグ１３０１（図１３（ｂ））として、ＡＤ記憶部１５１０＿ｋに出力する。
【０１１２】
ＡＤフラグ１３０１は、参照信号２１５および２１６のどちらを用いてＡＤ変換したかを示すフラグである。ＡＤ記憶部１５１０＿ｋは、ｋ列目の各行のＡＤフラグ１３０１を記憶する。露光画像は、Ｓ信号が輝度判定用参照信号２１４より大きい画素については、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換され、Ｓ信号が輝度判定用参照信号２１４より小さい画素については、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換される。
【０１１３】
その後、画素部２０８は、ダーク画像を生成する。ダーク画像のＡＤ変換時には、参照信号選択部４１１＿ｋは、ＡＤ記憶部１５１０に記憶されているｋ列目の各行のＡＤフラグ１３０１の出力信号を基に、参照信号２１５および２１６のいずれかを選択する。列ＡＤ変換回路２０６＿ｋは、各行について、ＡＤフラグ１３０１が参照信号２１５を用いてＡＤ変換したことを示す場合には、参照信号２１５を用いてダーク画像をＡＤ変換する。
【０１１４】
また、列ＡＤ変換回路２０６＿ｋは、各行について、ＡＤフラグ１３０１が参照信号２１６を用いてＡＤ変換したことを示す場合には、参照信号２１６を用いてダーク画像をＡＤ変換する。これにより、撮像素子１４００は、図１１（ｅ）に示すような補正用ダーク画像を生成することができる。その後、ＣＰＵ５０は、補正処理部７４により、露光画像から補正用ダーク画像を減算する。
【０１１５】
以上のように、撮像素子１４００は、露光画像とダーク画像を生成する。露光画像とダーク画像との相互に対応する画素値は、参照信号２１５および２１６のうちの同じ参照信号を用いてアナログからデジタルに変換した画素値である。列ＡＤ変換回路２０６は、露光画像の各画素信号をアナログからデジタルに変換した時に用いた参照信号の情報を記憶し、その参照信号の情報を用いてダーク画像をアナログからデジタルに変換し、デジタルのダーク画像を補正用ダーク画像として生成する。ＣＰＵ５０は、露光画像から補正用ダーク画像を減算する。
【０１１６】
具体的には、撮像素子１４００は、露光画像生成時に、ＡＤフラグ１３０１をＡＤ記憶部１５１０＿ｋ等に記憶させ、ＡＤフラグ１３０１を用いてダーク画像のＡＤ変換に用いる参照信号を選択し、補正用ダーク画像を生成する。補正処理部７４は、露光画像から補正用ダーク画像を減算することにより、黒引き補正を行う。この補正により、暗電流分のオフセットが大きい長秒撮影時において、ＲＡＭ７０を使わずに補正用ダーク画像を生成でき、複数の参照信号を用いたＡＤ変換の補正残りを低減した精度の高い補正を実現できる。
【０１１７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態では、露光画像の全画素値の平均値から、黒引き補正に適用するダーク画像のＡＤ変換に用いる参照信号をいずれに一律に決定する例を説明する。
【０１１８】
図１６（ａ）および（ｂ）は、露光画像の全画素値の平均値によって、ダーク画像のＡＤ変換に用いる参照信号を変更する例を示す図である。図１６（ａ）は、露光画像１６０３とダーク画像１６０２を示す図である。露光画像１６０３は、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換した低輝度領域１６００と、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換した高輝度領域１６０１を有する。
【０１１９】
高輝度領域１６０１は、低輝度領域１６００よりも狭い。露光画像１６０３の全画素値の平均値は、ターゲットダークレベルから１９２ＬＳＢであり、切り替わりレベル（２４０ＬＳＢ）より小さい。露光画像１６０３は、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換した低輝度領域１６００が広いと推測し、ダーク画像１６０２も全画素値を、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換して取得する。
【０１２０】
図１６（ｂ）は、露光画像１６１３とダーク画像１６１２を示す図である。露光画像１６１３は、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換した低輝度領域１６１０と、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換した高輝度領域１６１１を有する。高輝度領域１６１１は、低輝度領域１６１０よりも広い。
【０１２１】
露光画像１６１３の全画素値の平均値は、ターゲットダークレベルから５００ＬＳＢであり、切り替わりレベル（２４０ＬＳＢ）より大きい。露光画像１６１３は、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換した高輝度領域１６１１が広いと推測し、ダーク画像１６１２も全画素値を、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換して取得する。
【０１２２】
図１７は、本実施形態による撮像装置１００の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１７００では、撮像素子１４００は、長秒の露光画像を生成する。ＣＰＵ５０は、その長秒の露光画像をＲＡＭ７０に記憶する。
【０１２３】
ステップＳ１７０１では、ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっているか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっている場合には、ステップＳ１７０２に進み、長秒露光時ノイズ低減の設定になっていない場合には、ステップＳ１７０７に進む。
【０１２４】
ステップＳ１７０２では、ＣＰＵ５０は、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像の全画素値の平均値を取得し、その平均値をＲＡＭ７０に記憶する。ステップＳ１７０３では、ＣＰＵ５０は、露光画像の全画素値の平均値が判定レベルより大きいか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、露光画像の全画素値の平均値が判定レベルより大きい場合には、ステップＳ１７０４に進み、露光画像の全画素値の平均値が判定レベルより大きくない場合には、ステップＳ１７０５に進む。
【０１２５】
ステップＳ１７０４では、撮像素子１４００は、ＣＰＵ５０の制御の下、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換したダーク画像を生成する。ＣＰＵ５０は、そのダーク画像をＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ１７０６に進む。
【０１２６】
ステップＳ１７０５では、撮像素子１４００は、ＣＰＵ５０の制御の下、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換したダーク画像を生成する。ＣＰＵ５０は、そのダーク画像をＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ１７０６に進む。
【０１２７】
ステップＳ１７０６では、ＣＰＵ５０は、補正処理部７４により、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像からダーク画像を減算することにより、黒引き補正を行う。ステップＳ１７０７では、ＣＰＵ５０は、画像生成処理を行う。
【０１２８】
以上のように、列ＡＤ変換回路２０６は、参照信号２１５および２１６のうちの露光画像の平均値に応じた参照信号を用いてダーク画像をアナログからデジタルに変換することにより、デジタルのダーク画像を補正用ダーク画像として生成する。ＣＰＵ５０は、露光画像から補正用ダーク画像を減算する。
【０１２９】
撮像装置１００は、長秒露光時ノイズ低減設定における黒引き補正において、ダーク画像の全画素値のＡＤ変換に使用する参照信号を簡易な方法で決定することができる。本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３０】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態では、露光画像を複数の領域に分けて、露光画像の各領域の平均値から、ダーク画像の各領域のＡＤ変換に用いる参照信号を決定する例を説明する。
【０１３１】
図１８は、第５の実施形態による撮像素子１４００の構成例を示す図である。図１８の撮像素子１４００は、図２の撮像素子１４００に対して、１個の参照信号選択回路２１９の代わりに、３個の参照信号選択回路１８００〜１８０２を設けたものである。参照信号選択回路１８００は、左１／３列の列ＡＤ変換回路２０６に対して、参照信号選択信号を出力する。参照信号選択回路１８０１は、中央１／３列の列ＡＤ変換回路２０６に対して、参照信号選択信号を出力する。参照信号選択回路１８０２は、右１／３列の列ＡＤ変換回路２０６に対して、参照信号選択信号を出力する。
【０１３２】
図１９（ａ）および（ｂ）は、露光画像の各領域の平均値から、ダーク画像の各領域のＡＤ変換に用いる参照信号を決定する例を示す図である。図１９（ａ）は、露光画像１９０９を示す図である。露光画像１９０９は、例えば、縦横３分割した９個の領域１９００〜１９０８に分割される。露光画像１９０９は、高変化率の参照信号２１６を用いてＡＤ変換した高輝度領域（斜線がある領域）１９１０と、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換した低輝度領域（斜線がない領域）を有する。
【０１３３】
図１９（ｂ）は、ダーク画像１９１９を示す図である。ダーク画像１９１９は、９個の領域１９１０〜１９１８に分割される。ＣＰＵ５０は、露光画像１９０９の各領域１９００〜１９０８の平均値から、ダーク画像１９１９の各領域１９１０〜１９１８に用いる参照信号を決定する。露光画像１９０９の領域１９００，１９０３，１９０６，１９０７，１９０８のそれぞれの画素値の平均値は、判定レベルより小さい。その場合、それに対応するダーク画像１９１９の領域１９１０，１９１３，１９１６，１９１７，１９１８のＡＤ変換には、低変化率の参照信号２１５を使用する。
【０１３４】
また、露光画像１９０９の領域１９０１，１９０２，１９０４，１９０５のそれぞれの画素値の平均値は、判定レベルより大きい。その場合、それに対応するダーク画像１９１９の領域１９１１，１９１２，１９１４，１９１５のＡＤ変換には、高変化率の参照信号２１６を使用する。
【０１３５】
ダーク画像１９１９は、同じ行に対して、３個の異なる領域に分割されているため、図１８で説明したように、３個の領域に対応して、３個の参照信号選択回路１８００〜１８０２が設けられる。なお、全行が垂直方向に３個の領域に分割されているので、行の領域が切り替わる場合は、その切り替わりタイミングで、ダーク画像１９１９の各領域の設定を更新する。
【０１３６】
図２０は、本実施形態による撮像装置１００の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ２０００では、撮像素子１４００は、長秒の露光画像を生成する。ＣＰＵ５０は、その長秒の露光画像をＲＡＭ７０に記憶する。
【０１３７】
ステップＳ２００１では、ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっているか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっている場合には、ステップＳ２００２に進み、長秒露光時ノイズ低減の設定になっていない場合には、ステップＳ２００９に進む。
【０１３８】
ステップＳ２００２では、ＣＰＵ５０は、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像の領域ごとの画素値の平均値を順に取得し、その平均値をＲＡＭ７０に記憶する。ステップＳ２００３では、ＣＰＵ５０は、露光画像の対象領域の画素値の平均値が判定レベルより大きいか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、露光画像の対象領域の画素値の平均値が判定レベルより大きい場合には、ステップＳ２００４に進み、露光画像の対象領域の画素値の平均値が判定レベルより大きくない場合には、ステップＳ２００５に進む。
【０１３９】
ステップＳ２００４では、ＣＰＵ５０は、露光画像の対象領域に対応するダーク画像の領域のＡＤ変換に使用する参照信号を高変化率の参照信号２１６にすることをＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ２００６に進む。
【０１４０】
ステップＳ２００５では、ＣＰＵ５０は、露光画像の対象領域に対応するダーク画像の領域のＡＤ変換に使用する参照信号を低変化率の参照信号２１５にすることをＲＡＭ７０に記憶し、ステップＳ２００６に進む。
【０１４１】
ステップＳ２００６では、ＣＰＵ５０は、全領域の処理が終了したか否かを判定する。ＣＰＵ５０は、全領域の処理が終了していない場合には、ステップＳ２００２に戻り、次の領域の処理を繰り返す。ＣＰＵ５０は、全領域の処理が終了した場合には、ステップＳ２００７に進む。
【０１４２】
ステップＳ２００７では、ＣＰＵ５０は、ＲＡＭ７０に記憶されている領域ごとに使用する参照信号の情報を、参照信号選択回路１８００〜１８０２に設定する。参照信号選択回路１８００は、ダーク画像１９１９の領域１９１０，１９１３，１９１６の参照信号選択信号を順に出力する。参照信号選択回路１８０１は、ダーク画像１９１９の領域１９１１，１９１４，１９１７の参照信号選択信号を順に出力する。参照信号選択回路１８０２は、ダーク画像１９１９の領域１９１２，１９１５，１９１８の参照信号選択信号を順に出力する。撮像素子１４００は、参照信号選択回路１８００〜１８０２の参照信号選択信号に応じた参照信号２１５または２１６を用いて、ダーク画像の領域ごとに、ＡＤ変換を行い、ダーク画像を生成する。ＣＰＵ５０は、そのダーク画像をＲＡＭ７０に記憶する。
【０１４３】
ステップＳ２００８では、ＣＰＵ５０は、補正処理部７４により、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像からダーク画像を減算することにより、黒引き補正を行う。ステップＳ２００９では、ＣＰＵ５０は、画像生成処理を行う。
【０１４４】
以上のように、列ＡＤ変換回路２０６は、参照信号２１５および２１６のうちの露光画像の各領域の平均値に応じた参照信号を用いて、露光画像の各領域に対応するダーク画像の各領域をそれぞれアナログからデジタルに変換し、補正用ダーク画像を生成する。ＣＰＵ５０は、露光画像から補正用ダーク画像を減算する。
【０１４５】
撮像装置１００は、長秒露光時ノイズ低減設定における黒引き補正において、ダーク画像の各領域のＡＤ変換に使用する参照信号を簡易な方法で決定することができる。本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４６】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態では、第１の実施形態で説明した参照信号切り替わりレベルがターゲットダークレベルより小さくなった場合には、ダーク画像のＡＤ変換に用いる参照信号を一律に低変化率の参照信号２１５に決定する例を説明する。
【０１４７】
図２１は、ＯＢクランプ補正部２２１のＯＢクランプによるレベルの遷移を示す図である。時刻Ｔ２１００〜Ｔ２１０１と時刻Ｔ２１０１以降は、ＯＢ領域のＯＢ画素の出力期間である。画像出力開始時刻Ｔ２１００では、ＡＤ変換の参照信号切り替わりレベルがＬ２１１１であり、ＯＢクランプ前のＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルがＬ２１１０であり、ターゲットダークレベルがＬ２１１２である。
【０１４８】
暗電流成分は、ＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルＬ２１１０とターゲットダークレベルＬ２１１２との差である。暗電流成分によりＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルＬ２１１０とターゲットダークレベルＬ２１１２には差があるため、ＯＢクランプ補正部２２１は、時刻Ｔ２１０１から、ＯＢ領域の出力を基に、ＯＢクランプを実施する。ＯＢクランプを実施すると、ＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルがＬ２１１０からＬ２１１２に補正される。それに伴い、ＡＤ変換の参照信号切り替わりレベルがＬ２１１１からＬ２１１３に変更になる。
【０１４９】
本実施形態では、暗電流成分がレベルＬ２１１１より大きく、それに伴い、ＯＢクランプ補正量が大きくなり、ＡＤ変換の参照信号切り替わりレベルＬ２１１３がターゲットダークレベルＬ２１１２より小さくなる。この場合、露光画像に実際にＡＤ変換の参照信号切り替わりポイントが表現されなくなるため、特定の変化率の参照信号を用いてダーク画像をＡＤ変換する。なお、暗電流成分により、露光画像自体も、特定の変化率の参照信号を用いてＡＤ変換してもよい。
【０１５０】
図２２は、本実施形態による撮像装置１００の制御方法を示すフローチャートである。図２２は、図１２に対して、ステップＳ２２０１〜Ｓ２２０３を追加したものである。ステップＳ１２００では、撮像素子１４００は、長秒の露光画像を生成し、ＣＰＵ５０は、その長秒の露光画像をＲＡＭ７０に記憶する。ステップＳ１２０１では、ＣＰＵ５０は、長秒露光時ノイズ低減の設定になっている場合には、ステップＳ２２０１に進み、長秒露光時ノイズ低減の設定になっていない場合には、ステップＳ１２１０に進む。
【０１５１】
ステップＳ２２０１では、ＣＰＵ５０は、長秒の露光画像の暗電流成分を取得する。暗電流成分は、図２１のＯＢクランプ補正部２２１の出力レベルＬ２１１０とターゲットダークレベルＬ２１１２との差である。ステップＳ２２０２では、ＣＰＵ５０は、長秒の露光画像の暗電流成分が判定レベル以上であるか否かを判定する。判定レベルは、図２１のレベルＬ２１１１である。ＣＰＵ５０は、長秒の露光画像の暗電流成分が判定レベル以上でない場合には、図１２と同様に、ステップＳ１２０２〜Ｓ１２１０の処理を行う。また、ＣＰＵ５０は、長秒の露光画像の暗電流成分が判定レベル以上である場合には、ステップＳ２２０３に進む。
【０１５２】
ステップＳ２２０３では、撮像素子１４００は、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換したダーク画像１１２０を生成する。ＣＰＵ５０は、ダーク画像１１２０をＲＡＭ７０に記憶する。次に、ステップＳ１２０９では、ＣＰＵ５０は、補正処理部７４により、ＲＡＭ７０に記憶されている露光画像からダーク画像１１２０を減算することにより、黒引き補正を行う。次に、ステップＳ１２１０では、ＣＰＵ５０は、画像生成処理を行う。
【０１５３】
以上のように、ＣＰＵ５０は、長秒の露光画像の暗電流成分が判定レベル（閾値）より大きい場合には、ステップＳ２２０３に進む。ステップＳ２２０３では、撮像素子１４００は、複数の参照信号のうちの最も低い変化率の参照信号を用いて、ダーク画像をアナログからデジタルに変換した画像を補正用ダーク画像として生成する。ステップＳ１２０９では、露光画像から補正用ダーク画像を減算する。
【０１５４】
具体的には、撮像素子１４００は、暗電流成分が判定レベル以上である場合には、低変化率の参照信号２１５を用いてＡＤ変換したダーク画像を生成し、ＣＰＵ５０は、そのダーク画像を用いて黒引き補正を行う。暗電流成分が大きい場合には、１個の参照信号２１５のみを用いてダーク画像をＡＤ変換することにより、精度の高い補正を行うことができる。
【０１５５】
撮像装置１００は、デジタルカメラ、ビデオカメラの他、スマートフォン、タブレット、工業用カメラ、医療用カメラ、車載カメラ等に適用可能である。
【０１５６】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
７４  補正処理部、１００  撮像装置、２０５  画素、２０６  列ＡＤ変換回路、２０８  画素部、１４００  撮像素子
【図１】
2020014048.tif 000003
【図２】
2020014048.tif 000004
【図３】
2020014048.tif 000005
【図４】
2020014048.tif 000006
【図５】
2020014048.tif 000007
【図６】
2020014048.tif 000008
【図７】
2020014048.tif 000009
【図８】
2020014048.tif 000010
【図９】
2020014048.tif 000011
【図１０】
2020014048.tif 000012
【図１１】
2020014048.tif 000013
【図１２】
2020014048.tif 000014
【図１３】
2020014048.tif 000015
【図１４】
2020014048.tif 000016
【図１５】
2020014048.tif 000017
【図１６】
2020014048.tif 000018
【図１７】
2020014048.tif 000019
【図１８】
2020014048.tif 000020
【図１９】
2020014048.tif 000021
【図２０】
2020014048.tif 000022
【図２１】
2020014048.tif 000023
【図２２】
2020014048.tif 000024