(57)【要約】【課題】光電変換特性に対する白リセット信号のずれを精度良く補正する。【解決手段】撮像素子２００を構成する画素は、リーク期間の異なる２種類の白リセット信号であるＷＲ１信号、ＷＲ２信号を出力する。第１補正部３０１は、ＷＲ１信号とＷＲ２信号に基づき、光電変換特性のログ領域の傾きずれ情報を算出し、傾きずれ情報から光電変換特性に対する第１白リセット信号のずれを補正する。第２補正部３０２は、傾きずれ情報から光電変換特性に対する第２白リセット信号のずれを補正する。【選択図】図１
2014103619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアログの光電変換特性を持つ固体撮像装置であって、
光電変換素子、フローティングディフュージョン、及び前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタを含む画素と、
前記光電変換素子に電荷を注入して、所定の第１期間、前記転送トランジスタに中間電位を印加した後、第１白リセット信号を前記画素から出力させ、再度、前記光電変換素子に電荷を注入して、前記第１期間とは異なる所定の第２期間、前記転送トランジスタに中間電位を印加した後、第２白リセット信号を前記画素から出力させる制御部と、
前記第１白リセット信号及び前記第２白リセット信号に基づいて、前記光電変換特性の対数領域の傾き推定値を算出し、前記傾き推定値に基づいて、前記光電変換特性に対する前記第１白リセット信号及び前記第２白リセット信号の少なくとも一方のずれを補正する補正部とを備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記画素は複数存在し、
前記補正部は、
前記第１白リセット信号と前記第２白リセット信号との差から前記傾き推定値を算出し、前記傾き推定値が、前記複数の画素の平均光電変換特性の対数領域の傾きを示す平均傾きよりも大きい場合、前記第１白リセット信号を減少させ、前記傾き推定値が前記平均傾きよりも小さい場合、前記第１白リセット信号を増大させる第１補正部と、
前記傾き推定値が、前記平均傾きよりも大きい場合、前記第２白リセット信号を減少させ、前記傾き推定値が前記平均傾きよりも小さい場合、前記第２白リセット信号を増大させる第２補正部とを含む請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１補正部は、前記平均傾きに対する前記傾き推定値のずれを示す傾きずれ量に露光期間及び温度に応じて予め定められた第１補正係数を乗じた値を、前記第１白リセット信号からを差し引くことで、前記光電変換特性に対する前記第１白リセット信号のずれを補正する請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２補正部は、前記傾きずれ量に、前記露光期間及び前記温度に応じて予め定められた第２補正係数を乗じた値を、第２白リセット信号から差し引くことで、前記光電変換特性に対する前記第２白リセット信号のずれを補正する請求項２又は３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１補正部は、前記第１白リセット信号及び前記平均光電変換特性に基づいて、前記平均光電変換特性に対する前記光電変換特性のオフセット成分のずれを示すオフセットずれ量を算出し、算出したオフセットずれ量を更に用いて前記光電変換特性に対する前記第１白リセット信号のずれを補正する請求項２〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２補正部は、前記第２白リセット信号及び前記平均光電変換特性に基づいて、前記平均光電変換特性に対する前記光電変換特性のオフセット成分のずれを示すオフセットずれ量を算出し、算出したオフセットずれ量を更に用いて前記光電変換特性に対する前記第２白リセット信号のずれを補正する請求項３〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記画素から通常画素信号を出力させ、１水平期間において、前記通常画素信号、第１白リセット信号、及び第２白リセット信号を前記画素から出力させる請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアログの光電変換特性を持つ固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各画素に増幅回路を設け、フォトダイオード等の光電変換素子で光電変換された電荷を増幅し、増幅した信号を走査回路により順次読み出す固体撮像装置が開発されている。特に画素及び周辺回路をＣＭＯＳ型としたＣＭＯＳ型の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ  ＬＳＩの製造プロセスをベースにしており、画素と周辺回路とを同一のプロセスで製造することが容易であるため、広く利用されている。ＣＭＯＳ型の固体撮像装置では、強い入射光を受光した場合、光電変換素子が飽和するという問題があり、ダイナミックレンジが広く取れないという課題がある。
【０００３】
そこで、広ダイナミックレンジの撮像を目的としたＣＭＯＳ型の固体撮像装置が開発されている。これらのうちの一つとして、特許文献１に示すような、線形（リニア）特性と対数（ログ）特性とが変曲点で切り替わるリニアログの光電変換特性（以下、「リニアログ特性」と記述する。）を持つ固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置では、フォトダイオードに接続されたトランジスタのポテンシャル状態を適当な状態に設定することで、入射光が低い場合は入射光に対して線形（リニア）に変化する信号が出力される。一方、入射光が高い場合はトランジスタにサブスレショルド電流が流れることにより、入射光に対して対数で変化する信号が出力される。このように、リニアログ特性を持つ固体撮像装置では、入射光の強度に応じて光電変換特性が切り替わる。
【０００４】
リニアログ特性の固体撮像装置では、製造上のばらつきによりトランジスタのポテンシャルは全画素で一定とはならない。そのため、変曲点が、画素ごとにばらつくという課題がある。
【０００５】
特許文献１には、遮光画素のフォトダイオードに電荷を注入し、注入した電荷を一定時間リークさせることで白リセット信号を取得し、取得した白リセット信号から遮光画素の折れ点レベルを検出する。そして、遮光画素で得られた折れ点レベルが所望の折れ点レベルとなるように、通常画素の転送トランジスタに印加する電圧を調整することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、リーク期間を変えて２つの白リセット信号を測定し、対数領域の傾き（ゲイン）を補正することが記載されている。
【０００７】
ここで、ある画素Ａに対し、ある２種類のリーク期間ｔ１、ｔ２で白リセット信号を測定したときの白リセット信号をＷＲ１Ａ、ＷＲ２Ａとすると、白リセット信号ＷＲ１Ａ、ＷＲ２Ａと画素Ａの光電変換特性との交点から白リセット信号ＷＲ１Ａ、ＷＲ２Ａの輝度Ｌ１、Ｌ２を求めることができる。輝度Ｌ１、Ｌ２における画素Ａの通常画素信号をＬｉｎｌｏｇ１Ａ、Ｌｉｎｌｏｇ２Ａとすると、以下の関係式が成り立つ。
【０００８】
Ｌｉｎｌｏｇ１Ａ＝ＷＲ１Ａ
Ｌｉｎｌｏｇ２Ａ＝ＷＲ２Ａ
また、画素Ｂについても同様のことが言え、下記の関係式が成り立つ。
【０００９】
Ｌｉｎｌｏｇ１Ｂ＝ＷＲ１Ｂ
Ｌｉｎｌｏｇ２Ｂ＝ＷＲ２Ｂ
すなわち、各画素で２種類の白リセット信号を測定すれば、光電変換特性上のＬ１、Ｌ２に対応する２点を各画素について特定することができ、光電変換特性の傾きを得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４５８１７９２号公報
【特許文献２】特開２０１１−３０２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ある画素の白リセット信号がその画素の光電変換特性からずれることがある。この場合、上記の関係式が成り立たず、ある画素の白リセット信号からその画素の光電変換特性を精度良く求めることができないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、光電変換特性に対する白リセット信号のずれを精度良く補正する固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明の一態様による固体撮像装置は、リニアログの光電変換特性を持つ固体撮像装置であって、光電変換素子、フローティングディフュージョン、及び前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタを含む画素と、前記光電変換素子に電荷を注入して、所定の第１期間、前記転送トランジスタに中間電位を印加した後、第１白リセット信号を前記画素から出力させ、再度、前記光電変換素子に電荷を注入して、前記第１期間とは異なる所定の第２期間、前記転送トランジスタに中間電位を印加した後、第２白リセット信号を前記画素から出力させる制御部と、前記第１白リセット信号及び前記第２白リセット信号に基づいて、前記光電変換特性の対数領域の傾き推定値を算出し、前記傾き推定値に基づいて、前記光電変換特性に対する前記第１白リセット信号及び前記第２白リセット信号の少なくとも一方のずれを補正する補正部とを備える。
【００１４】
この構成によれば、リーク期間の異なる２種類の白リセット信号である第１、第２白リセット信号が画素から出力される。そして、第１、第２白リセット信号から画素の光電変換特性の対数領域の傾き推定値が求められ、この傾き推定値から光電変換特性に対する第１白リセット信号及び第２白リセット信号の少なくともいずれか一方のずれが補正されている。よって、光電変換特性に対する白リセット信号のずれを精度良く補正することができる。
【００１５】
（２）前記画素は複数存在し、前記補正部は、前記第１白リセット信号と前記第２白リセット信号との差から前記傾き推定値を算出し、前記傾き推定値が、前記複数の画素の平均光電変換特性の対数領域の傾きを示す平均傾きよりも大きい場合、前記第１白リセット信号を減少させ、前記傾き推定値が前記平均傾きよりも小さい場合、前記第１白リセット信号を増大させる第１補正部と、前記傾き推定値が、前記平均傾きよりも大きい場合、前記第２白リセット信号を減少させ、前記傾き推定値が前記平均傾きよりも小さい場合、前記第２白リセット信号を増大させる第２補正部とを含むことが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、傾き推定値が平均傾きよりも大きければ、第１、第２白リセット信号は減少する方向に補正され、傾き推定値が平均傾きよりも小さければ、第１、第２白リセット信号は増大する方向に補正される。そのため、第１、第２白リセット信号を精度良く補正することができる。
【００１７】
（３）前記第１補正部は、前記平均傾きに対する前記傾き推定値のずれを示す傾きずれ量に露光期間及び温度に応じて予め定められた第１補正係数を乗じた値を、前記第１白リセット信号からを差し引くことで、前記光電変換特性に対する前記第１白リセット信号のずれを補正することが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、露光期間及び温度が一定であれば、平均傾きに対する傾き推定値のずれを示す傾きずれ情報と、光電変換特性に対する第１白リセット信号との間には一定の相関関係があり、その相関関係を示す第１補正係数を用いて第１白リセット信号が補正されている。そのため、第１白リセット信号を精度良く補正することができる。
【００１９】
（４）前記第２補正部は、前記傾きずれ量に、前記露光期間及び前記温度に応じて予め定められた第２補正係数を乗じた値を、第２白リセット信号から差し引くことで、前記光電変換特性に対する前記第２白リセット信号のずれを補正することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、露光期間及び温度が一定であれば、平均傾きに対する傾き推定値のずれを示す傾きずれ情報と、光電変換特性に対する第２白リセット信号との間には一定の相関関係があり、その相関関係を示す第２補正係数を用いて第２白リセット信号が補正されている。そのため、第２白リセット信号を精度良く補正することができる。
【００２１】
（５）前記第１補正部は、前記第１白リセット信号及び前記平均光電変換特性に基づいて、前記平均光電変換特性に対する前記光電変換特性のオフセット成分のずれを示すオフセットずれ量を算出し、算出したオフセットずれ量を更に用いて前記光電変換特性に対する前記第１白リセット信号のずれを補正することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、平均光電変換特性に対する光電変換特性のオフセット成分のずれを示すオフセットずれ量が算出され、そのオフセットずれ量を用いて、光電変換特性に対する第１白リセット信号のずれが補正されている。そのため、オフセット成分を考慮に入れたより高精度な第１白リセット信号の補正を実現することができる。
【００２３】
（６）前記第２補正部は、前記第２白リセット信号及び前記平均光電変換特性に基づいて、前記平均光電変換特性に対する前記光電変換特性のオフセット成分のずれを示すオフセットずれ量を算出し、算出したオフセットずれ量を更に用いて前記光電変換特性に対する前記第２白リセット信号のずれを補正することが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、平均光電変換特性に対する光電変換特性のオフセット成分のずれを示すオフセットずれ量が算出され、そのオフセットずれ量を用いて、光電変換特性に対する第２白リセット信号のずれが補正されている。そのため、オフセット成分を考慮に入れたより高精度な第２白リセット信号の補正を実現することができる。
【００２５】
（７）前記制御部は、前記画素から通常画素信号を出力させ、１水平期間において、前記通常画素信号、第１白リセット信号、及び第２白リセット信号を前記画素から出力させることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、１水平期間において、通常画素信号、第１白リセット信号、及び第２白リセット信号が出力されているため、光電変換特性に対する第１、第２白リセットのずれの補正をリアルタイムに行うことができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光電変換特性に対する白リセット信号のずれを精度良く補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１による固体撮像装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す撮像素子の構成図である。
【図３】図２に示す画素の回路図である。
【図４】図３に示す画素のタイミングチャートである。
【図５】図４の期間ｔ０〜ｔ１４における画素のポテンシャル図である。
【図６】Ｌｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号の光電変換特性をそれぞれ示したグラフである。
【図７】本発明の実施の形態１における固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図８】Ｌｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号の光電変換特性のばらつきをそれぞれ示したグラフである。
【図９】（Ａ）は本発明の実施の形態１における第１補正部の詳細な構成を示すブロック図である。（Ｂ）は本発明の実施の形態１における第２補正部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の実施の形態２における第１補正部の詳細な構成を示すブロック図である。（Ｂ）は本発明の実施の形態２における第２補正部の詳細な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による固体撮像装置の全体構成図である。固体撮像装置は、撮像素子制御部１００（制御部の一例）、撮像素子２００、及び画像処理部３００を含む。撮像素子制御部１００は、システムクロック信号（ｓｙｓｃｌｋ）及びレジスタ制御信号を撮像素子２００に出力する。ここで、システムクロック信号は、固体撮像装置を構成する回路素子を同期させるためのクロック信号である。レジスタ制御信号は、画素２２１（図２参照）を制御するための画素制御信号の波形を規定するためのレジスタ値を撮像素子２００が備えるレジスタに書き込むための信号である。
【００３０】
また、撮像素子制御部１００は画像処理部３００に転送ゲート電圧データを出力する。転送ゲート電圧データは、転送トランジスタのゲートに印加する中間電位を規定するためのデータである。露光期間において、転送トランジスタのゲートに中間電位を印加することで、低輝度側がリニア特性、高輝度側がログ特性を持ち、リニア特性とログ特性とが変曲点で切り替わるリニアログ特性が実現される。
【００３１】
撮像素子２００は、Ｌｉｎｌｏｇ信号（通常画素信号）、ＷＲ１信号（第１白リセット信号）、ＷＲ２信号（第２白リセット信号）、及び温度データを画像処理部３００に出力する。Ｌｉｎｌｏｇ信号は、被写体の輝度情報を示すデータあり、リニアログ特性を持つ。ＷＲ１信号、ＷＲ２信号は、リーク期間の異なる２種類の白リセット信号である。温度データは撮像素子２００の環境温度を示すデータである。
【００３２】
画像処理部３００は、第１補正部３０１、第２補正部３０２、及びＬＵＴ補正部３０３を備え、撮像素子２００から出力される信号に対して画像処理を行う。なお、第１、第２補正部３０１、３０２、ＬＵＴ補正部３０３の詳細については後述する。また、第１補正部３０１及び第２補正部３０２は補正部を構成する。
【００３３】
図２は、図１に示す撮像素子２００の構成図である。撮像素子２００は、ローデコーダ２１０（制御部の一例）、画素アレイ２２０、タイミング制御部（制御部の一例）２３０、カラムＡＤＣアレイ２４０、カラムデコーダ２５０、ランプ波形発生回路２６０、温度測定部２７０、及び出力回路２８０を含む。なお、ローデコーダ２１０及びタイミング制御部２３０及び図１に示す撮像素子制御部１００は制御部を構成する。
【００３４】
画素アレイ２２０は、Ｎ（Ｎは正の整数）行×Ｍ（Ｍは正の整数）列でマトリックス状に複数の画素が配列されている。タイミング制御部２３０は、ＰＬＬ、タイミングジェネレータ（ＴＧ）、及びレジスタを備える。ＰＬＬは、システムクロック信号（ｓｙｓｃｌｋ）の周波数を撮像素子２００の動作に適した周波数にするために、システムクロック信号を逓倍する。
【００３５】
レジスタは、レジスタ制御信号により、画素制御信号の波形を規定するレジスタ値が書き込まれる。ＴＧは、ＰＬＬにより逓倍されたシステムクロック信号から水平同期信号及び垂直同期信号を生成し、ローデコーダ２１０及びカラムデコーダ２５０に供給する。また、ＴＧは、レジスタ値をローデコーダ２１０に供給し、ローデコーダ２１０から画素制御信号を出力させる。
【００３６】
ローデコーダ２１０は、画素アレイ２２０の各行をサイクリックに選択し、画素アレイ２２０を垂直走査し、選択した行の画素２２１から信号を出力させる。本実施の形態では、ローデコーダ２１０は、垂直読出走査回路２１１、転送ゲート走査回路２１２、リセット走査回路２１３、及びリセットドレイン走査回路２１４を含む。
【００３７】
ローデコーダ２１０は、画素アレイ２２０の各行に画素制御信号を出力する。画素制御信号としては、リセットドレイン信号（以下、φＲＤｉと記述する。）、リセット信号（以下、φＲＳＴｉと記述する。）、転送ゲート信号（以下、φＴＸｉと記述する。）、及び行選択信号（以下、φＶＳＥＮｉと記述する。）が含まれる。但し、ｉは行番号規定するインデックスであり、ｉ＝１、２・・・Ｎの値を取る。以下、これらの信号を区別しない場合は、ｉで示すインデックスを省略してこれらの信号を表す。
【００３８】
φＶＳＥＮ、φＴＸ、φＲＳＴ、及びφＲＤはそれぞれ、垂直読出走査回路２１１、転送ゲート走査回路２１２、リセット走査回路２１３、及びリセットドレイン走査回路２１４から出力される。
【００３９】
カラムＡＤＣアレイ２４０は、画素アレイ２２０の各列に対応して設けられたＭ個のＡＤ変換部（ＡＤＣ）２４１を備える。ＡＤＣ２４１は、画素２２１から出力される信号をＡＤ変換する。また、ＡＤＣ２４１は、ＡＤ変換したデジタルの信号を一時的に保持するメモリを備えている。ここで、ＡＤＣ２４１は、画素２２１から出力されるアナログの信号とランプ波形発生回路２６０から出力するランプ波形とを比較することで、信号をＡＤ変換するシングルスロープ型のＡＤＣである。但し、これは一例であり、ＡＤＣ２４１は、シングルスロープ型以外のＡＤＣ（例えばダブルスロープ型のＡＤＣ）を採用してもよい。
【００４０】
カラムデコーダ２５０は、タイミング制御部２３０から出力される水平同期信号にしたがって、各列のＡＤＣ２４１を順次に選択して、カラムＡＤＣアレイ２４０を水平走査し、ＡＤＣ２４１からデジタルの信号を順次に出力させる。
【００４１】
ランプ波形発生回路２６０は、ＡＤＣ２４１がＡＤ変換する際に用いるランプ波形を生成し、ＡＤＣ２４１に出力する。温度測定部２７０は、例えばサーミスタ、及びサーミスタの電圧値をＡＤ変換するＡＤ変換回路等を備える温度センサにより構成され、撮像素子２００の環境温度を測定し、デジタルの温度データを画像処理部３００に出力する。
【００４２】
出力回路２８０は、カラムＡＤＣアレイ２４０から順次に出力されるデジタルの信号の波形を成形し、画像処理部３００に出力する。ここで、出力回路２８０は、センスアンプ及びＬＶＤＳシリアライザを備える。センスアンプは、カラムＡＤＣアレイ２４０から出力されるデジタルの信号の波形を成形する。ＬＶＤＳシリアライザは、センスアンプにより波形が成形されたパラレルの信号をシリアルの信号に変換し、画像処理部３００に出力する。
【００４３】
図３は、図２に示す画素２２１の回路図である。画素２２１は、光電変換素子（以下、ＰＤと記述する。）、４個のＮＭＯＳトランジスタ（以下、ＴＲ１〜ＴＲ４と記述する。）を備える。ＰＤはアノードがグランド（以下、ＧＮＤと記述する。）に接続され、カソードがＴＲ１のソースに接続されている。ＰＤは被写体の輝度に応じた光電流を流し、光被写体の輝度に応じた電荷を寄生容量で蓄積する。
【００４４】
ＴＲ１はＰＤに蓄積される電荷をＦＤに転送する転送トランジスタである。ＴＲ１のソースは、ＰＤに接続され、ＴＲ１のドレインはＴＲ２に接続され、ＴＲ１のゲートはφＴＸが流れるφＴＸ信号線に接続されている。そして、ＴＲ１は、転送ゲート走査回路２１２により制御される。φＴＸはＨｉｇｈ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｌｏｗの３レベルに設定される。φＴＸ＝ＨｉｇｈのときＴＲ１はＯＮし、φＴＸ＝ＬｏｗのときＴＲ１はＯＦＦする。Ｍｉｄｄｌｅは、ＨｉｇｈとＬｏｗとの中間電位である。φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅのとき、ＴＲ１はゲートが半開の状態となる。よって、被写体が低輝度であれば、ＰＤに蓄積された電荷はＴＲ１のポテンシャル障壁を越えることができず、ＰＤはリニア特性で電荷を蓄積する。一方、被写体が高輝度であれば、ＴＲ１はサブスレショルド状態になり、ログ特性の電荷をＰＤに蓄積させる。これにより、ＰＤは、低輝度側がリニア特性、高輝度側がログ特性を持つリニアログ特性で電荷を蓄積する。
【００４５】
ＴＲ２は、ＦＤ（フローティングディフュージョン）をリセットするリセットトランジスタである。ＴＲ２のドレインはφＲＤが流れるφＲＤ制御線に接続され、ＴＲ２のソースはＦＤを介してＴＲ１に接続され、ＴＲ２のゲートはφＲＳＴが流れる信号線に接続される。そして、ＴＲ２は、リセットドレイン走査回路２１４（図２参照）からφＲＳＴがゲートに供給されて制御される。φＲＳＴはＨｉｇｈとＬｏｗとの２状態に設定される。φＲＳＴ＝Ｈｉｇｈのとき、ＴＲ２はＯＮとなり、φＲＤで設定される電圧がＴＲ２のソースの電圧として設定される。また、φＲＳＴ＝Ｌｏｗの場合、ＴＲ２はＯＦＦとなる。
【００４６】
ＴＲ１及びＴＲ２間のノードはＦＤを形成している。ＦＤは、ＴＲ１によってＰＤに蓄積された電荷が転送され、転送された電荷に応じた電圧信号を発生する。
【００４７】
ＴＲ３のドレインはＰＶＤＤ線に接続され、ＴＲ３のソースはＴＲ４に接続されている。ＴＲ３のゲートはＦＤに接続されている。ＦＤに発生した電圧信号は、ＴＲ３のソースフォロワ動作により、電流増幅される。ＰＶＤＤは、例えば図略の電源回路により供給され、プラスの電位に設定される。
【００４８】
ＴＲ４のドレインはＴＲ３に接続され、ＴＲ４のソースはＶＩＤＥＯ線に接続され、ＴＲ４のゲートはφＶＳＥＮ制御線に接続される。そして、ＴＲ４は、垂直読出走査回路２１１（図２参照）からφＶＳＥＮがゲートに供給されて制御される。φＶＳＥＮ＝Ｈｉｇｈのとき、ＴＲ４はＯＮとなり、ＴＲ３で電流増幅された信号がＶＩＤＥＯ線に流れる。φＶＳＥＮ＝Ｌｏｗのとき、ＴＲ４はＯＦＦとなる。これにより、ＴＲ４は行選択トランジスタとして機能する。
【００４９】
図４は、図３に示す画素２２１のタイミングチャートである。以下、ＴＲ１を転送トランジスタ、ＴＲ２をリセットトランジスタとして説明する。
【００５０】
期間ｔ０は、被写体の露光期間である。φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅ、φＲＳＴ＝Ｈｉｇｈ、φＲＤ＝Ｈｉｇｈに設定され、被写体の輝度に応じた電荷がＰＤに蓄積される。φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅに設定されているため、ＰＤはリニアログ特性で電荷を蓄積する。
【００５１】
期間ｔ１は、Ｌｉｎｌｏｇ信号のｒｅｆ（レファレンス）成分の読出期間である。φＴＸ＝Ｌｏｗ、φＲＳＴ＝Ｌｏｗ、φＶＳＥＮ＝Ｈｉｇｈにされ、転送トランジスタがＯＦＦ、リセットトランジスタがＯＦＦ、ＴＲ４がＯＮされ、ＦＤの電圧信号がＬｉｎｌｏｇ信号のＲｅｆ成分として出力される。ｒｅｆ成分には、リセットトランジスタを閉じたときに発生するランダムノイズであるＫＴＣノイズの情報が含まれている。なお、出力されたｒｅｆ成分はＡＤＣ２４１によりＡＤ変換されて保持される。
【００５２】
期間ｔ２は、Ｌｉｎｌｏｇ信号のｓｉｇ（シグナル）成分の転送期間である。φＴＸ＝Ｈｉｇｈにされ、転送トランジスタがＯＮされ、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤに転送される。ＦＤには、Ｌｉｎｌｏｇ信号のｓｉｇ成分に応じた電圧信号が現れる。
【００５３】
期間ｔ３は、Ｌｉｎｌｏｇ信号のｓｉｇ成分の読出期間である。φＴＸ＝Ｌｏｗ、φＶＳＥＮ＝Ｈｉｇｈにされ、転送トランジスタがＯＦＦ、ＴＲ４がＯＮされ、ＦＤの電圧信号がＬｏｎｌｏｇ信号のｓｉｇ成分として出力される。出力されたＬｉｎｌｏｇ信号のｓｉｇ成分はＡＤＣ２４１にＡＤ変換される。そして、期間ｔ１で出力されたｒｅｆ成分と期間ｔ３で出力されたｓｉｇ成分と差分がとられ、ｓｉｇ成分のノイズが除去されたＬｉｎｌｏｇ信号が取得される。差分処理を行うことでｓｉｇ信号及びｒｅｆ信号に共に含まれるランダムノイズがキャンセルされ、Ｓ／Ｎ比の高いＬｉｎｌｏｇ信号が得られる。
【００５４】
期間ｔ４は、ＷＲ１信号を得るための白リセット期間である。φＲＤ＝Ｌｏｗ、φＲＳＴ＝Ｈｉｇｈ、φＴＸ＝Ｈｉｇｈにされ、転送トランジスタがＯＮ、リセットトランジスタがＯＮされ、リセットトランジスタのドレインからＰＤに電荷が注入される。これにより、ＰＤに蓄積される電荷が満杯となり、ＰＤが白リセットされる。
【００５５】
期間ｔ５は、ＷＲ１信号のリーク期間ＴＡ（第１期間の一例）である。リーク期間ＴＡにおいて、φＲＤ＝Ｈｉｇｈ、φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅにされ、転送トランジスタがサブスレショルド状態となり、ＰＤが蓄積する電荷がＦＤにリークされる。この場合、転送トランジスタはＯＮからサブスレショルド状態に短時間で移行する。そのため、リーク期間ＴＡの終了時において、ＰＤには転送トランジスタのポテンシャルレベルに応じたレベルの電荷が残存する。なお、リーク期間ＴＡは、例えば数ｕｓ〜数百ｕｓ程度である。
【００５６】
期間ｔ６は、ＷＲ１信号のｒｅｆ成分の読出期間である。期間ｔ１と同様、φＲＳＴ＝Ｌｏ、φＴＸ＝Ｌｏ、φＶＳＥＮ＝Ｈｉｇｈにされ、ｒｅｆ成分が出力され、ＡＤＣ２４１でＡＤ変換される。
【００５７】
期間ｔ７は、ＷＲ１信号の転送期間である。期間ｔ２と同様、φＴＸ＝Ｈｉｇｈにされ、ＰＤに残存する電荷がＦＤに転送される。これにより、ＦＤにはＷＲ１信号のｓｉｇ成分に応じた電圧信号が発生する。
【００５８】
期間ｔ８は、ＷＲ１信号の読出期間である。期間ｔ３と同様、φＴＸ＝Ｌｏ、φＶＳＥＮ＝Ｈｉｇｈにされ、ＷＲ１信号のｓｉｇ成分が出力され、ＡＤＣ２４１でＡＤ変換される。また、期間ｔ８では、期間ｔ６でＡＤ変換されたｒｅｆ成分と、期間Ｔ８で出力されたｓｉｇ成分の差分がとられ、ｓｉｇ成分のノイズが除去されたＷＲ１信号が得られる。
【００５９】
期間ｔ９は、ＷＲ２信号を得るための白リセット期間である。期間ｔ４と同様にして、ＰＤが白リセットされる。
【００６０】
期間ｔ１０は、ＷＲ２信号のリーク期間ＴＢ（第２期間の一例）である。期間ｔ５と同様にして、φＲＤ＝Ｈｉｇｈ、φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅにされ、転送トランジスタがサブスレショルド状態となり、ＰＤが蓄積する電荷がＦＤにリークされる。本実施の形態では、リーク期間ＴＢ＞リーク期間ＴＡとする。そのため、リーク期間ＴＡの終了後にＰＤに残存する電荷の方が、リーク期間ＴＢの終了後にＰＤに残存する電荷よりも多くなり、ＷＲ１信号がＷＲ２信号よりも大きい信号となる。
【００６１】
期間ｔ１１は、ＷＲ２信号のｒｅｆ成分の読出期間である。期間ｔ６と同様にして、ＷＲ２信号のｒｅｆ成分が出力される。
【００６２】
期間ｔ１２は、ＷＲ２信号の転送期間である。期間ｔ７と同様、ＰＤに残存する電荷がＦＤに転送される。
【００６３】
期間ｔ１３は、ＷＲ２信号のｓｉｇ成分の読出期間である。期間ｔ８と同様にして、ＷＲ２信号のｓｉｇ成分が出力され、ｓｉｇ成分からノイズが除去されたデジタルのＷＲ２信号が得られる。
【００６４】
期間ｔ１４は露光期間であり、期間ｔ０と同じである。
【００６５】
図５は、図４の期間ｔ０〜ｔ１４における画素２２１のポテンシャル図である。期間ｔ０において、転送トランジスタがサブスレショルド状態にあるため、ＰＤに蓄積される電荷のうち、転送トランジスタのポテンシャルレベルＬＶ１を超える電荷がＰＤからＦＤにリークしている。これにより、ＰＤはポテンシャルレベルＬＶ１を超える電荷をリークしながら電荷を蓄積し、リニアログ特性で電荷を蓄積する。このとき、φＲＳＴ＝ＨｉｇｈとなってリセットトランジスタによりＦＤがリセットされているため、ＰＤからＦＤにリークした電荷は外部に排出される。
【００６６】
期間ｔ１では、転送トランジスタ及びリセットトランジスタのゲートが閉じ、ＦＤの電圧信号がＬｉｎｌｏｇ信号のｒｅｆ成分として出力される。期間ｔ２では、転送トランジスタのゲートが開き、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤに転送される。期間ｔ３では、転送トランジスタのゲートが閉じ、ＦＤの電圧信号がＬｉｎｌｏｇ信号のｓｉｇ成分として出力される。期間ｔ４では、転送トランジスタ及びリセットトランジスタのゲートが開き、白リセットが行われ、ＰＤ及びＦＤの電荷が満杯になっている。期間ｔ５では、転送トランジスタがサブスレショルド状態となり、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤにリークする。このとき、リセットトランジスタによってＦＤはリセットされているため、ＦＤにリークした電荷は外部に排出される。
【００６７】
期間ｔ６では、転送トランジスタ及びリセットトランジスタのゲートが閉じ、ＷＲ１信号のｒｅｆ成分が出力されている。
【００６８】
期間ｔ７では、転送トランジスタのゲートが開き、ＰＤに残存する電荷がＦＤに転送される。期間ｔ８では、転送トランジスタのゲートが閉じ、ＦＤの電圧信号がＷＲ１信号のｓｉｇ成分として出力される。
【００６９】
期間ｔ９〜ｔ１３では、期間ｔ４〜ｔ８と同様の処理が行われる。期間ｔ９では、期間ｔ０と同様、転送トランジスタがサブスレショルド状態にされ、リセットトランジスタによりＦＤがリセットされ、被写体が露光される。
【００７０】
図６は、Ｌｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号の光電変換特性をそれぞれ示したグラフである。図６において縦軸はデジタルの出力値を示し、横軸は輝度を対数で示している。
【００７１】
図６に示すようにＬｉｎＬｏｇ信号の光電変換特性は、低輝度側は輝度が増大するにつれて出力値が線形に増大するリニア特性を持っていることが分かる。また、高輝度側は輝度が増大するにつれて出力値が対数的に増大するログ特性を持っていることが分かる。
【００７２】
一方、ＷＲ１信号、ＷＲ２信号の光電変換特性は、被写体の輝度に依存することなくフラットな特性を持っている。ＷＲ１信号、ＷＲ２信号は、白リセット後にリーク期間を設けてＰＤから電荷をリークさせることで得られる。ここで、リーク期間に流れるリーク電流は、経時的に減少していくが、リーク期間が短時間の場合、リーク電流は非常に大きく、被写体の輝度の影響を受けない。そのため、ＷＲ１信号、ＷＲ２信号の光電変換特性はフラットな特性を示すのである。
【００７３】
また、ＷＲ１信号、ＷＲ２信号の光電変換特性は、Ｌｉｎｌｏｇ信号の高輝度側の情報を表している。これは、リーク期間が短時間である場合、リーク電流は非常に大きく、その値は、高輝度の被写体を露光したときにＰＤに流れる光電流の値を示すからである。具体的には、ＷＲ１信号の方がＷＲ２信号よりもリーク期間が短いため、ＷＲ１信号の方がＷＲ２信号よりも、より高輝度側のＬｉｎｌｏｇ信号の情報を表している。
【００７４】
また、Ｌｉｎｌｏｇ信号の光電変換特性は、リニア特性とログ特性との切り替わり点である変曲点が画素ごとに異なるため、変曲点よりも高輝度側の対数領域においてばらつきが生じている。同様に、ＷＲ１信号、ＷＲ２信号の光電変換特性も、全体的にフラットな特性を持っているが、画素ごとにばらつきが生じている。
【００７５】
Ｌｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ１信号、ＷＲ２信号は、それぞれ、転送トランジスタをサブスレショルド状態にすることで得られた信号であるため、Ｌｉｎｌｏｇ信号は変曲点のばらつきの原因である転送ゲートのポテンシャルレベルＬＶ１の情報を含んでいる。したがって、ＷＲ１信号、ＷＲ２信号のばらつきは、変曲点のばらつきと非常に相関が高い。そのため、ＷＲ１信号、ＷＲ２信号の２点を測定すれば、光電変換特性上の２点の位置を推定することができる。
【００７６】
図７は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置のタイミングチャートである。ＰＤの白リセットと、ＰＤに蓄積された電荷のリークとは、非常に短時間で行うことができるため、画素アレイ２２０は、１水平期間に、Ｌｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号を出力することができる。そして、これらの信号の出力を１行毎に１水平期間ずつずらして行うことにより、Ｎ行の画素のＬｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号が得られる。ここで、１水平期間とは、水平同期信号（ＨＳＹＮＣ）の出力周期を示す。
【００７７】
具体的には、まず、垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）及びＨＳＹＮＣがタイミング制御部２３０からローデコーダ２１０に出力されると、ローデコーダ２１０は、０行目を選択する。選択された０行目の画素２２１は、ＬｉｎＬｏｇ信号を出力する（Ｓ１）。次に、０行目の画素２２１は、ＷＲ１信号を得るためにＰＤを白リセットしてＰＤに電荷を注入した後、その電荷をＰＤからリークさせ（Ｓ２）、ＷＲ１信号を出力する（Ｓ３）。次に、０行目の画素２２１は、ＷＲ２信号を得るためにＰＤを白リセットしてＰＤに電荷を注入した後、その電荷をＰＤからリークさせ（Ｓ４）、ＷＲ２信号を出力する（Ｓ５）。
【００７８】
つまり、画素２２１は、１水平期間において、Ｓ１〜Ｓ５の処理を順次実行する。これにより、０行目のＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号が得られる。
【００７９】
次に、ＨＳＹＮＣが出力されると、ローデコーダ２１０は、１行目を選択し、１行目の画素２２１に、Ｓ１〜Ｓ５の処理を順次に行わせる。これにより、１行目のＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号が得られる。
【００８０】
以後、次のＶＳＹＮＣが出力されるまで、ＨＳＹＮＣに同期して、ローデコーダ２１０は、画素アレイ２２０の各行を順次に選択して、選択した行の画素２２１に、Ｓ１〜Ｓ５の処理を順次に行わせる。これにより、Ｎ行のＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号が得られる。
【００８１】
このように、１水平期間内にＬｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号を出力することで、後段の画像処理部３００はフレームメモリを設けなくても、これらの信号を用いて画像処理を行うことができる。そのため、画像処理部３００の回路規模を小さくすることができる。
【００８２】
図８は、Ｌｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ１信号、及びＷＲ２信号の光電変換特性のばらつきを示したグラフである。図８において、縦軸はデジタルの出力値を示し、横軸は輝度を対数で示している。なお、図８に示す光電変換特性は、撮像素子２００の試作チップにて測定されたデータを元に得られたものである。
【００８３】
図８において、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅは、画素アレイ２２０の平均光電変換特性を示し、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ａはログ領域の傾きが特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅよりも大きな画素Ａの光電変換特性を示し、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ｂはログ領域の傾きがＬｉｎｌｏｇ＿ａｖｅよりも小さな画素Ｂの光電変換特性を示している。また、ＷＲ１＿ａｖｅは画素アレイ２２０のＷＲ１信号の平均値を示す。ＷＲ１＿Ａは画素Ａから出力されるＷＲ１信号を示し、ＷＲ２＿Ａは画素Ａから出力されるＷＲ２信号を示す。ＷＲ２＿ａｖｅは画素アレイ２２０のＷＲ２信号の平均値を示す。ＷＲ１＿Ｂは画素Ｂから出力されるＷＲ１信号を示し、ＷＲ２＿Ｂは画素Ｂから出力されるＷＲ２信号を示す。
【００８４】
特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅとＷＲ１＿ａｖｅとの交点Ｐ８１の輝度をＬ１、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅとＷＲ２＿ａｖｅとの交点Ｐ８２の輝度をＬ２とする。このとき、ＷＲ１＿Ａは、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ａの輝度Ｌ１における出力値よりもΔＷＲ１＿Ａだけ大きくなっている。ＷＲ２＿Ａは、Ｌｉｎｌｏｇ＿Ａの輝度Ｌ２における出力値よりもΔＷＲ２＿Ａだけ大きくなっている。より詳細には、ΔＷＲ１＿Ａの絶対値は、ΔＷＲ２＿Ａの絶対値よりも大きい。なお、リーク期間ＴＡは輝度Ｌ１に相当する電荷をＰＤに蓄積させる値が設定され、リーク期間ＴＢは輝度Ｌ２に相当する電荷をＰＤに蓄積させる値が設定されている。
【００８５】
画素Ｂについて、ＷＲ１＿Ｂは、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ｂの輝度Ｌ１における出力値よりもΔＷＲ１＿Ｂだけ小さくなっている。ＷＲ２＿Ｂは、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ｂの輝度Ｌ２における出力値よりもΔＷＲ２＿Ｂだけ小さくなっている。より詳細には、ΔＷＲ１＿Ｂの絶対値は、ΔＷＲ２＿Ｂの絶対値よりも大きい。
【００８６】
このように、ＷＲ１＿Ａ、ＷＲ２＿Ａは、画素Ａの特性ＬｉｎｌｏｇからそれぞれΔＷＲ１＿Ａ、ΔＷＲ２＿Ａだけずれていることが分かる。また、ＷＲ１＿Ｂ、ＷＲ２＿Ｂは、画素Ｂの特性ＬｉｎｌｏｇからそれぞれΔＷＲ１＿Ｂ、ΔＷＲ２＿Ｂだけずれていることが分かる。
【００８７】
そして、光電変換特性に対するＷＲ１信号及びＷＲ２信号のずれが生じてしまうと、後述するＬＵＴ補正部３０３は、実際の光電変換特性が反映されたＬＵＴを正確に特定することができなくなってしまう。そこで、光電変換特性に対するＷＲ１信号及びＷＲ２信号のずれを補正するのが本実施の形態の構成である。
【００８８】
図９（Ａ）は、本発明の実施の形態１における第１補正部３０１の詳細な構成を示すブロック図である。図９（Ｂ）は、本発明の実施の形態１における第２補正部３０２の詳細な構成を示すブロック図である。
【００８９】
第１補正部３０１は、係数メモリ９０１及びＷＲ１補正部９０２を含む。第２補正部３０２は、係数メモリ９１１及びＷＲ２補正部９１２を含む。
【００９０】
係数メモリ９０１は、例えば、不揮発性の書き換え可能なメモリにより構成され、補正係数α１（第１補正係数の一例）と平均傾きｓとを記憶する。係数メモリ９１１は、例えば、不揮発性の書き換え可能なメモリにより構成され、補正係数α２（第２補正係数の一例）と平均傾きｓとを記憶する。
【００９１】
平均傾きｓは、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅのログ領域の傾きを示し、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅの輝度Ｌ１の出力値であるＷＲ１＿ａｖｅと、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅの輝度Ｌ２の出力値であるＷＲ２＿ａｖｅとの差（正の値）で定義される。すなわち、ｓ＝ＷＲ１＿ａｖｅ−ＷＲ２＿ａｖｅである。
【００９２】
なお、平均傾きｓは、例えば、ＷＲ１補正部９０２又はＷＲ２補正部９１２により定期的に求められ、係数メモリ９０１及び係数メモリ９１１に記憶されている。
【００９３】
補正係数α１は、平均傾きに対する傾き推定値のずれを示す傾きずれ量から、光電変換特性に対するＷＲ１信号のずれ量を求めるための係数である。補正係数α１は、傾きずれ量と複数の画素におけるＷＲ１信号との関係を、露光期間及び温度を変えながら実際に測定することで予め算出されたものである。
【００９４】
露光期間及び温度が同じであれば、傾きずれ量と光電変換特性に対するＷＲ１信号のずれ量とは相関関係を持っている。そこで、この相関関係を補正係数α１として予め算出しておき、係数メモリ９０１に記憶させている。
【００９５】
補正係数α２は、平均傾きに対する傾き推定値のずれを示す傾きずれ量から、光電変換特性に対するＷＲ２信号のずれ量を求めるための係数である。補正係数α２も、補正係数α１と同様、傾きずれ量とＷＲ１信号との関係を、露光期間及び温度を変えながら実際に測定することで算出されたものである。なお、補正係数α１、α２は、全画素について共通に適用することができる。
【００９６】
ここで、露光期間は、被写体を露光する際の露光期間であり、図４に示す期間ｔ０に相当する。なお、露光期間は、例えば、撮像素子制御部１００により、被写体の明るさに応じて適当な長さに設定される。また、温度は、温度測定部２７０により測定された撮像素子２００の雰囲気温度である。
【００９７】
本実施の形態では、係数メモリ９０１は、露光期間及び温度と、補正係数α１とが予め対応付けられた２次元の補正係数決定テーブルを記憶している。また、係数メモリ９１１も、係数メモリ９０１と同様、露光期間及び温度と、補正係数α２とが予め対応付けられた２次元の補正係数決定テーブルを記憶している。
【００９８】
ＷＲ１補正部９０２は、現在設定されている露光期間と、温度測定部２７０により測定された現在の温度とから該当する補正係数α１を係数メモリ９０１から読み出す。また、ＷＲ１補正部９０２は、平均傾きｓを係数メモリ９０１から読み出す。そして、ＷＲ１補正部９０２は、撮像素子２００から入力されたＷＲ１信号及びＷＲ２信号と、補正係数α１と、平均傾きｓとを式（１）に代入し、補正後のＷＲ１信号であるＷＲ１´信号を生成する。
【００９９】
ＷＲ１´＝ＷＲ１−（ＷＲ１−ＷＲ２−ｓ）×α１    （１）
ここで、ＷＲ１−ＷＲ２は、対象画素のログ領域の傾きを推定した傾き推定値である。（ＷＲ１−ＷＲ２−ｓ）は、傾きずれ量を示す。
【０１００】
次に、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅよりもログ領域の傾きが大きな画素Ａについて式（１）を考察する。対象画素が画素Ａの場合、式（１）は以下の式（１Ａ）ように表される。
【０１０１】
ＷＲ１´＿Ａ＝ＷＲ１＿Ａ−（ＷＲ１＿Ａ−ＷＲ２＿Ａ−ｓ）×α１    （１Ａ）
画素Ａは平均傾きｓよりもログ領域の傾きが大きいため、（ＷＲ１＿Ａ−ＷＲ２＿Ａ−ｓ）は正の値を持つ。また、補正係数α１は正であるため、（ＷＲ１＿Ａ−ＷＲ２＿Ａ−ｓ）×α１も正の値を持つ。したがって、ＷＲ１´＿Ａは、ＷＲ１＿Ａよりも小さな値を持つ。これにより、ＷＲ１´＿Ａは、ＷＲ１＿Ａよりも、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ａの輝度Ｌ１に対応する点Ｐ８３に近い値となる。その結果、ＷＲ１＿Ａの特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ａに対するずれが補正される。つまり、ＷＲ１補正部９０２は、対象画素の傾き推定値の示す傾きが、平均傾きｓより大きい場合、ＷＲ１信号を減少させる。
【０１０２】
次に、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅよりも対数領域の傾きが小さな画素Ｂについて、式（１）を考察する。対象画素が画素Ｂである場合、式（１）は以下の式（１Ｂ）のように表される。
【０１０３】
ＷＲ１´＿Ｂ＝ＷＲ１＿Ｂ−（ＷＲ１＿Ｂ−ＷＲ２＿Ｂ−ｓ）×α１    （１Ｂ）
画素Ｂは平均傾きｓよりもログ領域の傾きが小さいため、（ＷＲ１＿Ｂ−ＷＲ２＿Ｂ−ｓ）は負の値を持つ。また、α１は正であるため、（ＷＲ１＿Ｂ−ＷＲ２＿Ｂ−ｓ）×α１は負の値を持つ。したがって、ＷＲ１´＿ＢはＷＲ１＿Ｂよりも大きな値を持つ。これにより、画素Ｂは画素Ａとは逆の方向に補正され、ＷＲ１´＿Ｂは、ＷＲ１＿Ｂよりも、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ａの輝度Ｌ１に対応する点Ｐ８４に近い値となる。その結果、ＷＲ１＿Ｂの特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ｂに対するずれが補正される。つまり、ＷＲ１補正部９０２は、対象画素の傾き推定値の示す傾きが、平均傾きｓより小さい場合、ＷＲ１信号を増大させる。
【０１０４】
ＷＲ２補正部９１２は、ＷＲ１補正部９０２と同様にして、撮像素子２００から入力されたＷＲ１信号及びＷＲ２信号と、係数メモリ９１１から読み出した補正係数α２及び平均傾きｓとを式（２）に代入し、補正後のＷＲ２信号であるＷＲ２´信号を生成する。
【０１０５】
ＷＲ２´＝ＷＲ２−（ＷＲ１−ＷＲ２−ｓ）×α２    （２）
式（２）と式（１）との相違点は、式（２）ではＷＲ２から（ＷＲ１−ＷＲ２−ｓ）×α２が差し引かれている点と、補正係数としてα２が用いられている点とにある。なお、ΔＷＲ２＿Ａ及びΔＷＲ２＿Ｂは、ΔＷＲ１＿Ａ及びΔＷＲ１＿Ｂに比べて小さな値をとることが分かっているため、補正係数α２は補正係数α１よりも小さな値が設定されている。
【０１０６】
対象画素が画素Ａである場合、式（２）は以下の式（２Ａ）のように表される。
【０１０７】
ＷＲ２´＿Ａ＝ＷＲ２＿Ａ−（ＷＲ１＿Ａ−ＷＲ２＿Ａ−ｓ）×α２    （２Ａ）
画素Ａは平均傾きｓよりもログ領域の傾きが大きいため、式（１Ａ）の場合と同様、ＷＲ２´＿Ａは、ＷＲ２＿Ａよりも小さな値を持つ。これにより、ＷＲ２´＿Ａは、ＷＲ２＿Ａよりも、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ａの輝度Ｌ２に対応する点Ｐ８５に近い値となる。その結果、ＷＲ２＿Ａの特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ａに対するずれが補正される。
【０１０８】
対象画素が画素Ｂである場合、式（２）は以下の式（２Ｂ）のように表される。
【０１０９】
ＷＲ２´＿Ｂ＝ＷＲ２＿Ｂ−（ＷＲ１＿Ａ−ＷＲ２＿Ａ−ｓ）×α２    （２Ｂ）
画素Ｂは平均傾きｓよりもログ領域の傾きが小さいため、式（１Ｂ）の場合と同様、ＷＲ２´＿Ｂは、ＷＲ２＿Ｂよりも大きな値を持つ。これにより、ＷＲ２´＿Ｂは、ＷＲ２＿Ｂよりも、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ｂの輝度Ｌ２に対応する点Ｐ８６に近い値となる。その結果、ＷＲ２＿Ｂの特性Ｌｉｎｌｏｇ＿Ｂに対するずれが補正される。
【０１１０】
このように、実施の形態１によれば、傾きずれ量に基づいて、ＷＲ１信号及びＷＲ２信号が補正されている。そのため、光電変換特性に対するＷＲ１信号及びＷＲ２信号のずれを精度良く補正することができる。
【０１１１】
次に、図１に示すＬＵＴ補正部３０３について説明する。リニアログ特性を持つ固体撮像装置では、Ｌｉｎｌｏｇ信号の光電変換特性を、リニア特性、或いは、ログ特性のみに統一する統一処理が行われる。この統一処理では、画素アレイ２２０の光電変換特性に基づいて予め作成されたＬＵＴが用いられる。
【０１１２】
ここで、光電変換特性は画素別にばらついているため、画素別に光電変換特性を測定し、その光電変換特性から画素別のＬＵＴを作成することが好ましい。光電変換特性のばらつきとしては、例えば、ログ領域とリニア領域との切り替わり点である変曲点のばらつきが挙げられる。しかしながら、画素別のＬＵＴを作成することは製造負担が増大するため、事実上困難である。
【０１１３】
ところで、変曲点の出力値と白リセット信号とには相関関係があることが知られている。したがって、白リセット信号の値が分かれば、その値から変曲点の出力値を特定でき、その変曲点の出力値から光電変換特性を特定でき、その光電変換特性からＬＵＴを特定することができる。つまり、対象画素の白リセット信号の値が分かれば、その値から対象画素のＬＵＴを特定することができる。
【０１１４】
そこで、複数の代表的な光電変換特性と、各光電変換特性に対応する白リセット信号とを予め測定し、測定した複数の光電変換特性に基づいて予め複数のＬＵＴを作成する。そして、作成した複数のＬＵＴに白リセット信号の値を対応付け、固体撮像装置に記憶させておく。そして、撮像時に白リセット信号を測定し、測定した白リセット信号の値から最も近い白リセット信号の値が対応付けられたＬＵＴを特定し、このＬＵＴを用いてＬｉｎｌｏｇ信号の統一処理を実施する手法が提案されている。この場合に、ＷＲ１信号及びＷＲ２信号を測定することが有用となる。
【０１１５】
しかしながら、上述したように、ＷＲ１信号及びＷＲ２信号は実際の光電変換特性からずれているため、撮像素子２００から出力されたＷＲ１信号又はＷＲ２信号をそのまま用いてＬＵＴを特定しても、実際の光電変換特性が反映されたＬＵＴを特定することはできない。そこで、本実施の形態では、上述したようにＷＲ１信号及びＷＲ２信号を補正し、ＬＵＴ補正部３０３に補正後のＷＲ１信号及びＷＲ２信号を用いてＬＵＴを特定させている。
【０１１６】
具体的には、ＬＵＴ補正部３０３は、例えば、ＷＲ１信号の値が対応付けられた複数のＬＵＴを記憶している。この場合、ＬＵＴ補正部３０３は、第１補正部３０１により補正されたＷＲ１信号（ＷＲ１´信号）の値から、その値に最も近い値が対応付けられたＬＵＴを対象画素のＬＵＴとして特定する。そして、ＬＵＴ補正部３０３は、特定したＬＵＴに対象画素のＬｉｎｌｏｇ信号を入力して出力値を得ることで統一処理を行う。これにより、画素別のＬＵＴを求めなくても各画素が固有に持つ光電変換特性が反映されたＬＵＴを用いて統一処理を行うことができる。
【０１１７】
なお、上記の説明では、ＬＵＴにはＷＲ１信号が対応付けられているとして説明したが、ＷＲ２信号が対応づけられていてもよい。この場合、ＬＵＴ補正部３０３は、第２補正部３０２により補正されたＷＲ２信号（ＷＲ２´信号）からＬＵＴを特定すればよい。
【０１１８】
また、光電変換特性のばらつきとしては、ログ領域の傾きのばらつきが挙げられる。この場合、ＬＵＴ補正部３０３が特定したＬＵＴには、各画素が固有に持つログ領域の傾きのばらつきが反映されていないことになる。そこで、リーク期間の異なる２種類の白リセット信号を用いて、ＬＵＴのログ領域の傾きが実際のログ領域の傾きに近づくように、ＬＵＴを補正する手法も提案されている。この場合、ＷＲ１信号及びＷＲ２信号は、その値が光電変換特性のログ領域の値を持つようにリーク期間が設定されている。
【０１１９】
ＬＵＴ補正部３０３は、このログ領域の傾きも補正する。ここで、ＬＵＴ補正部３０３は、複数のＬＵＴに加えて、更に各ＬＵＴに対応する光電変換特性のログ領域の傾きＳＬａも予め記憶しているものとする。まず、ＬＵＴ補正部３０３は、第１補正部３０１により補正されたＷＲ１信号（ＷＲ１´信号）を用いて、予め記憶された複数のＬＵＴの中から１つのＬＵＴ及びそのＬＵＴに対応付けられた傾きＳＬａを特定する。次に、ＬＵＴ補正部３０３は、ＷＲ１´信号及びＷＲ２´信号から対象画素の光電変換特性のログ領域の傾きＳＬｂを求める。
【０１２０】
次に、ＬＵＴ補正部３０３は、傾きＳＬａと傾きＳＬｂとから傾きずれ量を求める。次に、ＬＵＴ補正部３０３は求めた傾きずれ量を用いて、傾きＳＬｂが傾きＳＬａに近づくようにＬＵＴを補正する。そして、ＬＵＴ補正部３０３は、補正後のＬＵＴに、対象画素のＬｉｎｌｏｇ信号を入力し、出力値を得ることで統一処理を行う。
【０１２１】
このように、ＷＲ１´信号及びＷＲ２´信号を用いてＬＵＴが特定されている。また、特定されたＬＵＴのログ領域の傾きがＷＲ１´信号及びＷＲ２´信号を用いて補正されている。そのため、実際の光電変換特性がより正確に反映されたＬＵＴを用いて統一処理を行うことができ、統一処理をより高精度に行うことができる。
【０１２２】
（実施の形態２）
実施の形態２では、傾き推定値に加えて、更に、平均光電変換特性に対する対象画素の光電変換特性のオフセット成分のずれを示すオフセットずれ量を用いて、光電変換特性に対するＷＲ１信号及びＷＲ２信号のずれを補正することを特徴とする。本実施の形態において、実施の形態１と同一のものに関しては説明を省略する。
【０１２３】
図１０（Ａ）は、本発明の実施の形態２における第１補正部３０１の詳細な構成を示すブロック図である。図１０（Ｂ）は、本発明の実施の形態２における第２補正部３０２の詳細な構成を示すブロック図である。
【０１２４】
係数メモリ９０１は、補正係数α１及び平均傾きｓに加え、更に、補正係数β１及び平均オフセットｈ１を記憶する。また、係数メモリ９０１は、補正係数α２及び平均傾きｓに加え、更に、補正係数β２及び平均オフセットｈ２を記憶する。
【０１２５】
平均オフセットｈ１は、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅの輝度Ｌ１に対応する出力値で定義される。平均オフセットｈ２は、特性Ｌｉｎｌｏｇ＿ａｖｅの輝度Ｌ２に対応する出力値で定義される。なお、平均オフセットｈ１は、例えば、ＷＲ１補正部９０２により定期的に求められ、係数メモリ９０１に記憶されたものである。また、平均オフセットｈ２は、例えば、ＷＲ２補正部９１２により定期的に求められ、係数メモリ９１１に記憶されたものである。
【０１２６】
補正係数β１は、平均オフセットｈ１に対するＷＲ１信号のずれを示すオフセットずれ量から、対象画素の光電変換特性に対するＷＲ１信号のずれ量を求めるための係数である。補正係数β１は、オフセットずれ量と複数の画素におけるＷＲ１信号との関係を、露光期間及び温度を変えながら実際に測定することで算出されたものである。
【０１２７】
露光期間及び温度が同じであれば、オフセットずれ量と対象画素の光電変換特性に対するＷＲ２信号のずれ量とは相関関係を持っている。そこで、この相関関係を補正係数β１として予め算出しておき、係数メモリ９０１に記憶させている。
【０１２８】
補正係数β２は、平均オフセットｈ２に対する対象画素のＷＲ２信号のずれを示すオフセットずれ量から、対象画素の光電変換特性に対するＷＲ１信号のずれ量を求めるための係数である。補正係数β２も、補正係数β１と同様、オフセットずれ量とＷＲ２信号との関係を露光期間及び温度を変えながら実際に測定することで算出されたものである。なお、補正係数β１、β２は、全画素について共通に適用することができる。
【０１２９】
本実施の形態では、係数メモリ９０１は、露光期間及び温度と、補正係数β１とが予め対応付けられた２次元の補正係数決定テーブルを記憶している。また、係数メモリ９１１も、係数メモリ９０１と同様、露光期間及び温度と、補正係数β２とが予め対応付けられた２次元の補正係数決定テーブルを記憶している。
【０１３０】
ＷＲ１補正部９０２は、現在設定されている露光期間及び現在の撮像素子２００の温度に該当する補正係数α１、β１を係数メモリ９０１から読み出す。そして、ＷＲ１補正部９０２は、式（３）を用いて補正後のＷＲ１信号であるＷＲ１´信号を算出する。
【０１３１】
ＷＲ１´＝ＷＲ１−（ＷＲ１−ＷＲ２−ｓ）×α１＋（ＷＲ１−ｈ１）×β１  （３）
ここで、式（３）において右辺の第１項、第２項は式（１）と同じであるが、第３項が新たに追加されている。
【０１３２】
ここで、第３項の（ＷＲ１−ｈ１）は、オフセットずれ量を示す。そして、このオフセットずれ量に補正係数β１が乗じられるため、対象画素の光電変換特性に対するＷＲ１信号のずれのオフセット成分が補正される。
【０１３３】
ＷＲ２補正部９１２については、変曲点高さを示す情報は、ＷＲ２信号そのものより得ることができ、式４によりＷＲ２信号を補正し、ＷＲ２´信号を得る。
【０１３４】
ＷＲ２補正部９１２は、現在設定されている露光期間及び現在の撮像素子２００の温度に該当する補正係数α１、β１を係数メモリ９１１から読み出す。そして、ＷＲ２補正部９１２は、式（４）を用いて補正後のＷＲ２信号であるＷＲ２´信号を算出する。
【０１３５】
ＷＲ２´＝ＷＲ２−（ＷＲ１−ＷＲ２−ｓ）×α２＋（ＷＲ２−ｈ２）×β２  （４）
式（３）と同様、式（２）に対して式（４）では第３項が加えられている。
【０１３６】
第３項の（ＷＲ２−ｈ２）はオフセットずれ量である。そして、このオフセットずれ量に補正係数β２が乗じられるため、対象画素の光電変換特性に対するＷＲ１信号のずれのオフセット成分が補正される。
【０１３７】
このように、実施の形態２では、式（３）、（４）に示すように、傾きずれ量に加えて、更にオフセットずれ量を用いてＷＲ１信号及びＷＲ２信号が補正されている。よって、光電変換特性に対するＷＲ１信号及びＷＲ２信号のずれをより精度良く補正することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１００    ：撮像素子制御部
２００    ：撮像素子
２１０    ：ローデコーダ
２１１    ：垂直読出走査回路
２１２    ：転送ゲート走査回路
２１３    ：リセット走査回路
２１４    ：リセットドレイン走査回路
２２０    ：画素アレイ
２２１    ：画素
２３０    ：タイミング制御部
２４０    ：カラムＡＤＣアレイ
２５０    ：カラムデコーダ
２６０    ：ランプ波形発生回路
２７０    ：温度測定部
２８０    ：出力回路
３００    ：画像処理部
３０１    ：第１補正部
３０２    ：第２補正部
３０３    ：ＬＵＴ補正部
９０１    ：係数メモリ
９０２    ：ＷＲ１補正部
９１１    ：係数メモリ
９１２    ：ＷＲ２補正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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