(57)【要約】  補正データ記憶部は、ＷＲ信号の代表値と代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データを予め記憶する。補正部は、撮像時に得られたＷＲ信号に近い代表値が関連付けられた補正データを用いてＬｉｎＬｏｇ信号を補正する。
2013128817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、フローティングディフュージョンとを含む複数の画素部と、
前記画素部を制御する画素制御部と、
前記画素部から出力される信号を処理する画像処理部とを備え、
前記画素制御部は、
前記転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に被写体を露光させる露光処理と、
前記露光処理により前記光電変換素子に蓄積された電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第１信号を取得する第１取得処理と、
前記第１取得処理の終了後、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にしてリセットするホワイトリセット処理と、
前記ホワイトリセット処理の終了後、前記転送トランジスタの制御端子に前記中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に蓄積された電荷を所定の第１リーク期間、リークさせるリーク処理と、
前記リーク処理の終了後、前記光電変換素子に残存する電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第２信号を取得する第２取得処理とを前記画素部に実行させ、
前記画像処理部は、前記第２信号の代表値と前記代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データの中から、前記第２信号に基づいて１つの補正データを選択し、選択した補正データを用いて前記第１信号を補正する補正部を備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記代表特性は、変曲点に関する情報に応じて光電変換特性を複数のグループにグループ分けし、各グループに属する光電変換特性を平均化することで得られたデータである請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素制御部は、前記第１取得処理、前記ホワイトリセット処理、前記リーク処理、及び前記第２取得処理を、１水平期間内で実行する請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記補正データは、環境温度及び前記転送トランジスタの制御端子に印加する前記中間レベルの電圧が関連付けられたデータであり、
前記補正部は、前記第２信号に加えて、更に、前記露光処理時の前記環境温度及び前記中間レベルの電圧に基づき、１つの補正データを選択する請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記補正データは、前記代表特性を示すルックアップテーブルにより構成される請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記補正データは、前記代表特性における線形特性領域を規定する関数の係数と、対数特性領域を規定する関数の係数とを前記代表特性として持ち、
前記補正部は、前記係数を使って第１信号を補正する請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記画素部はマトリックス状に配列されて画素アレイ部を構成し、
ランプ波形を発生するランプ波形発生回路と、
前記画素アレイ部の各列に対応して設けられ、前記第１、第２信号を前記ランプ波形と比較して前記第１、第２信号をＡＤ変換するシングルスロープ型のＡＤ変換部とを更に備え、
前記ランプ波形発生回路は、前記第２信号がＡＤ変換される場合、前記ランプ波形に所定のオフセットを持たせる請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記画素制御部は、前記第１リーク期間とは異なる第２リーク期間で前記リーク処理と同じ処理を前記画素部に行わせて第３信号を取得し、
前記補正部は、前記第２信号と前記第３信号との差に基づいて前記補正データを更に補正し、補正後の補正データを用いて前記第１信号を補正する請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２リーク期間は、前記第１リーク期間よりも長い請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記補正部は、前記第２信号に基づいて選択した補正データの代表特性の対数特性領域の傾きである標準傾きを算出し、前記第２、第３信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きを算出し、前記標準傾きと対象画素傾きとの傾きに基づき、前記対象画素傾きに対する前記標準傾きずれの補正量を算出し、算出した補正量に基づき、前記選択した補正データを補正する請求項８又は９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記補正部は、前記選択した補正データの代表特性と、それ以外の１の補正データの代表特性との差に基づき、前記補正量を算出する請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記補正データは、前記補正部が補正対象とする光電変換特性の領域の開始点のデータを含み、
前記補正部は、前記第１信号が前記開始点のレベルより大きい場合、前記選択した補正データを補正する請求項８〜１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記画素部から出力された信号を読み出す読出部を更に備え、
前記画素部は、前記転送トランジスタから前記光電変換素子に蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョン（ＦＤ）と前記ＦＤをリセットするリセットトランジスタとを備え、
前記第１、第２取得処理は、
前記リセットトランジスタをオフして前記ＦＤから基準信号を出力させる基準信号出力処理と、
前記転送トランジスタをオンして前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記ＦＤに転送する転送処理と、
前記転送トランジスタをオフして前記ＦＤからシグナル信号を出力させるシグナル信号出力処理と、
前記基準信号と前記シグナル信号との差分を前記第１、第２信号として前記読出部に算出させる差分処理とを含み、
前記第１取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号取得処理の前に実行され、
前記第２取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号取得処理の後に実行される請求項１〜１２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、線形特性と対数特性との二つの光電変換特性を持つ画素部を備え、広ダイナミックレンジの撮像が可能な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持ち、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一旦増幅した後、走査回路により順次信号を読み出す固体撮像装置が開発されている。特に画素および周辺回路を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。これらのＣＭＯＳ型の固体撮像装置では、強い入射光があった場合、蓄積する電荷が飽和してしまうという問題があり、ダイナミックレンジが広く取れない。【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、線形対数変換型の固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置は、光電変換を行うフォトダイオードに接続された転送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、入射光量が少ない場合は入射光に対して線形に変化する信号を出力し、入射光が多い場合は光電変換素子から電荷をリークさせて対数で変化する信号を出力する。これにより、低輝度側が線形特性、高輝度側が対数特性の光電変換特性を持つ広ダイナミックレンジな固体撮像装置を実現することができる。【０００４】
このような線形対数変換型の固体撮像装置では、製造上のばらつきにより転送トランジスタのポテンシャル状態は全画素で一定とはならない。そのため、線形特性領域と対数特性領域との切り替わり点（変曲点と呼ぶ）が、画素ごとにばらついてしまう。【０００５】
特許文献２には、この変曲点のばらつきに起因する固定パターンノイズを抑制する方法について記載されている。この技術によれば、予め各画素の光電変換特性を測定し、補正データとして記憶装置に記憶させておく。そして、実際の撮像時には、画素ごとの補正データを利用することで標準的な光電変換特性になるように画素データを補正し、固定パターンノイズを抑制する。【０００６】
しかしながら、特許文献２では、予め測定された全画素の光電変換特性が補正データとして記憶されているため、補正データのデータ量が膨大になるという問題があった。また、この光電変換特性は、温度によっても変化してしまうため、温度毎の補正データを記憶部に記憶させると更にデータ量が膨大になるという問題があった。【０００７】
また、特許文献３には、画素信号のＡＤ変換時にランダムノイズを低減する方法が記載されているが、ホワイトリセットについては記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−５０５４４号公報
【特許文献２】特開２００６−１４０６６６号公報
【特許文献３】特開２００９−２９６４２３号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、回路規模を大きくすることなく、ホワイトリセット出力に含まれるランダムノイズを低減させた固体撮像装置を提供することである。
【００１０】
本発明の一態様による固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、フローティングディフュージョンとを含む複数の画素部と、前記画素部を制御する画素制御部と、前記画素部から出力される信号を処理する画像処理部とを備え、前記画素制御部は、前記転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に被写体を露光させる露光処理と、前記露光処理により前記光電変換素子に蓄積された電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第１信号を取得する第１取得処理と、前記第１取得処理の終了後、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にしてリセットするホワイトリセット処理と、前記ホワイトリセット処理の終了後、前記転送トランジスタの制御端子に前記中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に蓄積された電荷を所定の第１リーク期間、リークさせるリーク処理と、前記リーク処理の終了後、前記光電変換素子に残存する電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第２信号を取得する第２取得処理とを前記画素部に実行させ、前記画像処理部は、前記第２信号の代表値と前記代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データの中から、前記第２信号に基づいて１つの補正データを選択し、選択した補正データを用いて前記第１信号を補正する補正部を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係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に示す画素部の回路図である。
【図４】図２に示す画素部のタイミングチャートである。
【図５】図４の時刻ｔ０〜ｔ９での画素部のポテンシャル図である。
【図６】ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号との光電変換特性を示すグラフである。
【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】ＡＤＣ及びランプ波形発生回路の回路図である。
【図９】ＶＩＤＥＯ信号とランプ波形との波形図である。
【図１０】補正データ生成部が補正データを生成する際の処理を示すフローチャートである。
【図１１】補正の原理を説明するためのグラフである。
【図１２】ＬｉｎＬｏｇ特性を示すグラフである。
【図１３】対数特性領域の傾きばらつきを示したＬｉｎＬｏｇ特性のグラフである。
【図１４】ＷＲ１信号の光電変換特性、ＷＲ２信号の光電変換特性、及びＬｉｎＬｏｇ特性を示したグラフである。
【図１５】（Ａ）はＤＬａ（Ｉｐ）を示すグラフであり、（Ｂ）はＤＩｐ（Ｉｐ）を示すグラフであり、（Ｃ）はＬＳＣａ（ＩＰ）を示すグラフである。
【図１６】ＬＵＴａとＬＵＴａ＋１とのＬｉｎＬｏｇ特性を示すグラフである。
【図１７】（Ａ）はＬＵＴａ＋１のＤＬａとＬＵＴａのＤＬａとの差を示すグラフであり、（Ｂ）はＤＩｐ（Ｉｐ）を示すグラフであり、（Ｃ）はＬＳＣａ（ＩＰ）を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施の形態５における画素部のシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係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、撮像素子２００、及び画像処理部３００を備えている。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、画素部２２０（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。
【００１３】
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レベルの電圧を規定するためのデータであり、後述の補正データを生成する際に使用され、且つ補正データを特定する際のインデックスとして使用される。
【００１４】
撮像素子２００は、画像信号であるＬｉｎｌｏｇ信号、ＷＲ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、補正対象のデータである。ＷＲ信号は、後述する白リセット信号であり、補正データを特定する際のインデックスとして使用される。温度データは撮像素子２００の環境温度を示すデータであり、補正データを特定する際のインデックスとして使用される。
【００１５】
画像処理部３００は、補正データ記憶部３０１及び補正部３０２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。補正データ記憶部３０１は、補正データを予め記憶する。なお、補正データ及び補正部３０２の詳細については後述する。
【００１６】
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（画素制御部の一例）、画素部２２０、タイミング制御部（画素制御部の一例）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を備えている。
【００１７】
画素部２２０は、ｎ行×ｍ列でマトリックス状に複数配列され、画素アレイ部を構成する。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。
【００１８】
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。
【００１９】
ローデコーダ２１０は、画素アレイ部の各行をサイクリックに選択し、画素アレイ部を垂直走査し、選択した行の画素部２２０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を備えている。ローデコーダ２１０は、画素アレイ部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。）を含む。但し、ｉは行番号規定するインデックスであり、ｎ＝０、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。
【００２０】
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。
【００２１】
カラムＡＤＣアレイ２４０は、画素アレイ部の各列に対応して設けられたｍ個のＡＤ変換部（ＡＤＣ）２４１（読出部の一例）を備える。ＡＤＣ２４１は、画素部２２０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、画素部２２０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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
図３は、図２に示す画素部２２０の回路図である。画素部２２０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は被写体の輝度に比例した光電流Ｉｐを発生させ、光電流Ｉｐに応じた電荷を寄生容量で蓄積する。
【００２６】
ＴＲ１はＰＤに蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す。また、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おり、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レベルに設定可能で、ＨｉｇｈのときＴＲ１はＯＮ状態、ＬｏｗのときＯＦＦ状態、Ｍｉｄｄｌｅのとき光電流Ｉｐが大きい場合、ＴＲ１は線形対数変換を行うサブスレショルド状態となる。
【００２７】
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状態に設定可能で、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がＬｏｗの場合、ＴＲ２はＯＦＦとなる。
【００２８】
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、光電流Ｉｐに応じた電圧信号を発生する。
【００２９】
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に光電流Ｉｐに応じた電圧信号が発生した場合、ＴＲ３はソースフォロワ動作し、信号を増幅する。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。
【００３０】
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がＨｉｇｈの場合にはＴＲ４はＯＮとなり、ＴＲ３で増幅された信号がＶＩＤＥＯ線に流れる。φＶＳＥＮがＬｏｗの場合、ＴＲ４はＯＦＦとなる。つまり、ＴＲ４は行選択トランジスタとして機能する。
【００３１】
図４は、図２に示す画素部２２０のタイミングチャートである。以下、ＴＲ１を転送ゲート、ＴＲ２をリセットゲートとして説明する。
【００３２】
時刻ｔ０では、φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅ、φＲＳＴ＝Ｈｉｇｈ、φＲＤ＝Ｈｉｇｈに設定され、被写体を露光する露光処理が実行される。これにより、被写体の輝度に応じてＰＤで発生した光電流Ｉｐが転送ゲート、リセットゲートを流れてφＲＤ制御線に流れ込み、ＰＤの寄生容量には、線形対数変換された電荷が蓄積される。
【００３３】
時刻ｔ１では、φＴＸ＝Ｌｏｗ、φＲＳＴ＝Ｌｏｗとなって転送ゲートとリセットゲートとがＯＦＦされ、φＶＳＥＮ＝ＨｉｇｈとなってＴＲ４がＯＮされ、ＦＤの電圧信号がＲｅｆ信号（基準信号）として出力され、基準信号出力処理が実行される。Ｒｅｆ信号には、リセットゲート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。
【００３４】
時刻ｔ２では、φＴＸ＝Ｈｉｇｈとなって転送ゲートがＯＮされ、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤに転送され、転送処理が実行される。ＦＤには、時刻ｔ１で出力されたＲｅｆ信号の電荷に、ＰＤから転送された電荷が加算された電荷に応じた電圧信号が現れる。
【００３５】
時刻ｔ３では、φＴＸ＝Ｌｏｗとなって転送ゲートがＯＦＦされ、ＦＤの電圧信号がｓｉｇ信号（シグナル信号）として出力されるシグナル信号出力処理が実行される。時刻ｔ３で出力されたｓｉｇ信号はＡＤＣ２４１によりｒｅｆ信号との差分を取る差分処理が実行され、ＬｉｎＬｏｇ信号（第１信号）が取得される。差分処理を行うことでｓｉｇ信号に含まれるランダムノイズがｒｅｆ信号によってキャンセルされ、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００３６】
以上の時刻ｔ１〜時刻ｔ３の期間が、露光処理によりＰＤに蓄積された電荷を、転送ゲートがＦＤに転送することで電圧変換し、第１信号を取得する第１取得処理の実行期間に相当する。
【００３７】
時刻ｔ４では、φＴＸ＝Ｈｉｇｈ、φＲＳＴ＝Ｈｉｇｈとなって転送ゲート、リセットゲートがＯＮされ、φＲＤ＝Ｌｏｗになって、リセットゲートのドレインからＰＤに電荷が注入される。これにより、ＰＤをゼロバイアス状態でリセットするリセット処理が行われ、ＰＤが蓄積する電荷量が満杯になる。
【００３８】
時刻ｔ５では、φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅとなって転送ゲートがサブスレショルド状態となり、φＲＤ＝Ｈｉｇｈとされ、ＰＤが蓄積する電荷がリセットゲートのドレイン側にリークされ、リーク処理が実行される。以下、φＴＸ＝ＭｉｄｄｌｅとなってＰＤから電荷をリークさせる期間をリーク期間と記述する。この場合、転送ゲートはＯＮ状態からサブスレショルド状態に非常に短時間で移行する。そのため、このリーク期間の終了後にはＰＤには転送ゲート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、リーク期間は、例えば数ｕｓ〜数百ｕｓ程度である。
【００３９】
時刻ｔ６〜時刻ｔ８では、それぞれ、時刻ｔ１〜ｔ３と同様、基準信号出力処理、転送処理、シグナル信号出力処理が行われる。時刻ｔ８にて出力されたｓｉｇ信号はＡＤＣ２４１によりｒｅｆ信号との差分が取られ、ｓｉｇ信号に含まれるランダムノイズがｒｅｆ信号で相殺され、ＷＲ信号（第２信号）が得られる。以上の時刻ｔ６〜ｔ８の期間が、リーク処理の終了後、ＰＤに残存する電荷を転送ゲートがＦＤに転送することで電圧変換し、第２信号を取得する第２取得処理の実行期間に相当する。
【００４０】
図５は、図４の時刻ｔ０〜ｔ９での画素部２２０のポテンシャル図である。時刻ｔ０において、転送ゲート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、転送ゲート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、線形対数特性で電荷を蓄積する。このとき、φＲＳＴ＝Ｈｉｇｈとなってリセットゲートにより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。
【００４１】
時刻ｔ１では、転送ゲート及びリセットゲートが閉じ、ＦＤの電圧信号がｒｅｆ信号として出力されている。時刻ｔ２では、転送ゲートが開き、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤに転送されている。時刻ｔ３では、転送ゲートが閉じ、ＦＤの電圧信号がｓｉｇ信号として出力されている。時刻ｔ４では、転送ゲートリセットゲートが開いてホワイトリセットが行われ、ＰＤの電荷が満杯になっている。時刻ｔ５では、転送ゲート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にリークしている。このとき、リセットゲートによって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。
【００４２】
時刻ｔ７では、転送ゲートが開き、ＰＤに残存する電荷がＦＤに転送される。時刻ｔ８では、転送ゲートが閉じ、ＦＤに転送された電荷がｓｉｇ信号として出力される。時刻ｔ９では、転送ゲートがサブスレショルド状態にされ、リセットゲートによりＦＤがリセットされ露光処理が行われる。
【００４３】
図６は、ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号との光電変換特性を示すグラフである。図６において、縦軸はＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号とのデジタルの出力値を示し、横軸は被写体の輝度に応じた値を持つ光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【００４４】
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線形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対数特性を持っていることが分かる。
【００４５】
一方、ＷＲ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。ＷＲ信号は、ホワイト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、ＷＲ信号の光電変換特性はフラットな特性を示すのである。
【００４６】
また、ＷＲ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、ＷＲ信号を得る際に設定したリーク期間が短時間であるためである。つまり、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Ｉｐの値を示すからである。
【００４７】
また、ＬｉｎＬｏｇ信号の光電変換特性は、線形特性と対数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、ＷＲ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。
【００４８】
ＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ信号共、転送ゲート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、ＷＲ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、ＷＲ信号から画素部２２０が固有に持つ変曲点の情報が得られる。
【００４９】
そこで、本実施の形態では、ＷＲ信号の代表値と代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データを補正データ記憶部３０１に予め記憶させておく。なお、代表特性は、変曲点に関する情報に応じて光電変換特性を複数のグループにグループ分けし、各グループに属する光電変換特性を平均することで得られたデータである。そして、撮像時に得られたＷＲ信号から値が近い代表値が関連付けられた補正データを用いてＬｉｎＬｏｇ信号を補正する。よって、本実施の形態では、ＷＲ信号は、ＬｉｎＬｏｇ信号を補正するための複数の補正データのうち、どの補正データを使用するかを選択するためのインデックスとして利用されている。
【００５０】
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。図７では、画素部２２０は、Ｎ行で配列されている。
【００５１】
ホワイトリセット処理及びリーク処理は非常に短時間で行うことができるため、１水平期間の間に、ＬｉｎＬｏｇ信号の出力と、ＷＲ信号の出力とを行うことができる。そこで、本実施の形態では、ＬｉｎＬｏｇ信号の出力と、ホワイトリセット処理及びリーク処理と、ＷＲ信号の出力とが１水平期間内で行われている。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。
【００５２】
そして、これらの処理を１水平期間が経過するごとに、１行ずつずらして行うことにより、Ｎ行のデータを得ることができる。
【００５３】
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行目を選択し、０行目の画素部２２０に、ＬｉｎＬｏｇ信号の出力、ホワイトリセット処理、リーク処理、及びＷＲ信号の出力を順次に行わせる。これにより、０行目のＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ信号が得られる。
【００５４】
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、０行目の画素部２２０に、０行目の画素部２２０と同じ処理を順次に行わせる。これにより、１行目のＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ信号が得られる。
【００５５】
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、各行を順次に選択して、選択した行の画素部２２０に、ＬｉｎＬｏｇ信号の出力、ホワイトリセット処理、リーク処理、及びＷＲ信号の出力を順次に行わせる。これにより、全画素のＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ信号が得られる。
【００５６】
このように、１水平期間内にＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ信号を出力させることで、後段の画像処理部３００はフレームメモリを設けることなく、ＷＲ信号に基づくＬｉｎＬｏｇ信号の補正を行うことができる。そのため、画像処理部３００の回路規模を縮小することができる。
【００５７】
図８は、ＡＤＣ２４１及びランプ波形発生回路２６０の回路図である。ＡＤＣ２４１は、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）８０１、コンパレータ８０２、アンドゲート８０３、及び出力カウンタ８０４を備えている。ランプ波形発生回路２６０は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）８１１、カウンタ８１２、及び初期値設定部８１３を備えている。
【００５８】
Ｓ／Ｈ８０１は、ＶＩＤＥＯ線から入力されるＶＩＤＥＯ信号を保持する。ここで、ＶＩＤＥＯ信号は、上記のｒｅｆ信号、ｓｉｇ信号が該当する。コンパレータ８０２は、ＤＡＣ８１１からランプ波形の入力が開始されると出力信号をＨｉｇｈに設定する。そして、コンパレータ８０２は、Ｓ／Ｈ８０２に保持されたＶＩＤＥＯ信号とＤＡＣ８１１から出力されるランプ波形とを比較し、ランプ波形がＶＩＤＥＯ信号とクロスしたとき、出力信号をＨｉｇｈからＬｏｗにする。
【００５９】
アンドゲート８０３は、コンパレータ８０２からＨｉｇｈの出力信号が入力されると、クロック信号（ＣＬＫ）を出力カウンタ８０４に出力し、コンパレータ８０２からＬｏｗの信号が入力されると、クロック信号の出力カウンタ８０４への出力を停止し、クロック信号をゲーティングする。
【００６０】
出力カウンタ８０４は、ランプ波形の入力が開始されてアンドゲート８０３からクロック信号が出力されるとカウント動作を開始する。また、出力カウンタ８０４は、ランプ波形がＶＩＤＥＯ信号とクロスしてアンドゲート８０３からクロック信号の出力が停止されると、カウント動作を停止し、カウント値を保持する。このときのカウント値がＶＩＤＥＯ信号のデジタルの値となる。つまり、ランプ波形の入力が開始されてから、ランプ波形とＶＩＤＥＯ信号とがクロスするまでの期間において、出力カウンタ８０４によってカウントされるクロック信号のカウント数がＶＩＤＥＯ信号のデジタル値となる。
【００６１】
カウンタ８１２は、ＣＬＫのクロック数をカウントすることで、ランプ波形の出力タイミングを検出し、ＤＡＣ８１１にランプ波形の出力の開始を指示する。また、カウンタ８１２は、ＷＲ信号のｓｉｇ信号をＡＤ変換するためのランプ波形の出力タイミングを決定すると、初期値設定部８１３で設定された初期値をＤＡＣ８１１に出力し、ランプ波形に初期値に応じたオフセットを持たせる。初期値設定部８１３は、予め設定された初期値を保持する。
【００６２】
図９は、ＶＩＤＥＯ信号とランプ波形との波形図である。ＬｉｎＬｏｇ信号出力期間では、ｒｅｆ信号、ｓｉｇ信号の２回の出力期間があるため、まず、ｒｅｆ信号をＡＤ変換するためのランプ波形がＤＡＣ８１１から出力され、次に、ｓｉｇ信号をＡＤ変換するためのランプ波形がＤＡＣ８１１から出力される。ここで、ｒｅｆ信号、ｓｉｇ信号のランプ波形は、共に同じ傾きを持っており、電圧値が線形に減少する波形を持つ。
【００６３】
通常、ｒｅｆ信号は、ｓｉｇ信号よりも電圧が高く、電圧の変化量も小さいため、ＡＤ変換期間が短時間で済む。そのため、ｒｅｆ信号をＡＤ変換するためのランプ波形の振幅ＡＭ１は、ｓｉｇ信号をＡＤ変換するためのランプ波形の振幅ＡＭ２に比べて小さく設定されている。これにより、ｒｅｆ信号のＡＤ変換期間を短くすることができる。
【００６４】
ＬｉｎＬｏｇ信号出力期間が終了すると、ホワイトリセット処理及びリーク処理が行われた後、ＷＲ信号出力期間が開始される。ＷＲ信号出力期間も、ｒｅｆ信号、ｓｉｇ信号の２回の出力期間があるため、まず、ｒｅｆ信号をＡＤ変換するためのランプ波形がＤＡＣ８１１から出力され、次に、ｓｉｇ信号を出力するためのランプ波形がＤＡＣ８１１から出力される。
【００６５】
ＷＲ信号のｓｉｇ信号は、変曲点ばらつきの情報を含んでいるが、電圧はある範囲に収まっている。この範囲は、ＬｉｎＬｏｇ信号のｓｉｇ信号の範囲より小さく、電圧も低い。そのため、ＬｉｎＬｏｇ信号のｓｉｇ信号と同じランプ波形を用いて、ＷＲ信号のｓｉｇ信号をＡＤ変換するとＡＤ変換期間が長くなる。
【００６６】
そこで、ＷＲ信号のｓｉｇ信号は初期値に応じたオフセットＯＳが設定されている。これにより、ＷＲ信号のｓｉｇ信号のＡＤ変換期間の短縮化が図られている。ここで、オフセットＯＳとしては、例えば、ＷＲ信号のｓｉｇ信号が取りうる電圧範囲の高い方の電圧値を採用すればよい。
【００６７】
図１０は、補正データ記憶部３０１が記憶する補正データの生成処理を示すフローチャートである。製造される個々の固体撮像装置の補正データを個別に生成すれば、高精度の補正データが生成されるため望ましいが、補正データの生成工程を簡略化するために、代表の数個の固体撮像装置で補正データを生成し、生成した補正データを残りの固体撮像装置に流用させてもよい。そこで、本実施の形態では、ロット毎に１つの補正データを生成し、その補正データを同じロットの複数の固体撮像装置で流用するものとする。また、補正データは、画像処理部３００に補正データ生成部３０３が搭載されたある固体撮像装置により生成されるものとして説明する。但し、これは一例にすぎず、各固体撮像装置に補正データ生成部３０３を設け、この補正データ生成部３０３に固体撮像装置別の補正データを生成させてもよい。
【００６８】
本実施の形態では、環境温度と転送ゲート電圧とに応じて変動する変曲点のばらつきも考慮に入れた補正データを生成する。そこで、まず、補正データ生成部３０３は、環境温度Ｔを設定する（Ｓ１）。ここで、設定する環境温度としては、例えば、撮像素子２００を加熱又は冷却する等して撮像素子２００の温度を調整し、調整した温度を温度測定部２７０に測定させ、得られた温度データの値を採用すればよい。
【００６９】
次に、補正データ生成部は、転送ゲートの電圧Ｖを設定する（Ｓ２）。ここで、設定する電圧Ｖは、転送ゲートをサブスレショルド状態で駆動させる際の中間レベルの電圧、つまり、φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅの値を示す。
【００７０】
次に、撮像素子２００に前面に配置され、撮像素子２００に光を照射する光源の輝度を設定する（Ｓ３）。
【００７１】
次に、撮像素子２００にＬｉｎＬｏｇ信号を測定させる（Ｓ４）。そして、Ｓ３、Ｓ４を繰り返し実行し、光源の輝度を所定の分解能で変更し、光源の輝度を変更する都度、撮像素子２００に輝度に応じた値を持つ光電流ＩｐとＬｉｎＬｏｇ信号の出力値とを測定させ、補正データ生成部３０３に光電流ＩｐとＬｉｎＬｏｇ信号とを関連付けたデータを記録させる。このようにして、ＬｉｎＬｏｇ信号の光電変換特性（以下、ＬｉｎＬｏｇ特性と記述する。）が測定される。
【００７２】
例えば、画素アレイ部の画素数がＶＧＡの場合、６４０×４８０＝３０７２００個のＬｉｎＬｏｇ特性が測定される。
【００７３】
次に、光源をＯＦＦにして暗状態とし（Ｓ５）、ＷＲ信号の光電変換特性（以下、ＷＲ特性と記述する。）を撮像素子２００に測定させる（Ｓ６）。この場合も、画素数をＶＧＡとすると、６４０×４８０＝３０７２００個のＷＲ信号が得られる。なお、ＷＲ特性は、図６に示すように光電流Ｉｐに依存しないため、ＷＲ信号を１回測定することで得られる。また、複数の固体撮像装置でＬｉｎＬｏｇ特性とＷＲ特性とを測定した場合は、固体撮像装置毎にＬｉｎＬｏｇ特性とＷＲ特性とが得られる。
【００７４】
次に、補正データ生成部３０３は、測定したＬｉｎＬｏｇ特性の変曲点（変曲点に関する情報の一例）を基準として、画素部２２０をグループ分けする（Ｓ７）。ここでは、ＬｉｎＬｏｇ特性は、例えば２５６個にグループにグループ分けされるものとする。但し、この数は一例にすぎず、別の数でグループ分けしてもよい。
【００７５】
具体的には、補正データ生成部３０３は、変曲点の最大値と最小値との幅を２５６等分して２５６個の階級を作り、各画素部２２０の変曲点がどの階級に属するかを判定し、変曲点が属する階級に各画素部２２０を割り振ることで、各画素部２２０を２５６個のグループに分ける。
【００７６】
次に、補正データ生成部３０３は、グループ毎にＬｉｎＬｏｇ特性の平均特性を算出する（Ｓ８）。次に、平均特性と環境温度Ｔと転送ゲートの電圧Ｖとを関連付けて、グループ０〜グループ２５５の２５６個のＬＵＴ（ＬＵＴ０（Ｖ，Ｔ）〜ＬＵＴ２５５（Ｖ，Ｔ））を生成する（Ｓ９）。このＬＵＴは、ＬｉｎＬｏｇ特性の出力値をＬＵＴ入力値とし、光電流ＩｐをＬＵＴ出力値とするＬＵＴである。つまり、ＬＵＴはＬｉｎＬｏｇ信号の出力値に応じた光電流Ｉｐのデジタル値を出力するＬＵＴである。
【００７７】
次に、補正データ生成部３０３は、グループ別にＷＲ特性の平均値ＷＲ（Ｖ，Ｔ）を算出する（Ｓ１０）。最後に、補正データ生成部３０３は、平均値ＷＲ（Ｖ，Ｔ）とＬＵＴ番号（０〜２５６）とを関連付けた対応テーブルを生成する（Ｓ１１）。これにより、ある画素のＷＲ値が得られると、そのＷＲ値に対して最も近いＷＲ値が関連付けられたＬＵＴを特定することができ、ＷＲ値をインデックスとして、ＬｉｎＬｏｇ信号の補正に使用するＬＵＴを特定することができる。そして、Ｓ１〜Ｓ１１の処理を環境温度Ｔと転送ゲートの電圧Ｖとを変えて複数回行うことで、ＷＲ値に加えて更に環境温度Ｔと電圧ＶとＬＵＴ番号とが関連付けられた対応テーブルを生成することができる。なお、この対応テーブルとＬＵＴとが補正データに相当する。
【００７８】
また、ここでは、変曲点に関する情報として変曲点を採用し、変曲点を基準にグループ分けを行ったが、ＷＲ値と変曲点とは高い相関があるため、ＷＲ値を変曲点に関する情報として採用し、ＷＲ値を基準にグループ分けを行ってもよい。この場合、ＬｉｎＬｏｇ特性から変曲点を求める必要がなくなり、補正データの生成処理の簡略化を図ることができる。
【００７９】
図１１は、補正の原理を説明するためのグラフである。右上の第１象限は、グループ毎のＬｉｎＬｏｇ特性とＷＲ特性とを示し、横軸は光電流Ｉｐを対数スケールで示し、縦軸は撮像素子２００の出力値を示す。
【００８０】
左上の第２象限は、グループ毎のＬＵＴの入出力関係を示し、縦軸はＬＵＴに入力されるＬｉｎＬｏｇ信号を示し、横軸はＬＵＴから出力される補正後のＬｉｎＬｏｇ信号（光電流に相当するためＩｐ´と表す）を示している。
【００８１】
左下の第３象限は、補正後のＬｉｎＬｏｇ信号の光電変換特性を表すグラフＧ３を示し、横軸はＬＵＴから出力されるＩｐ´を示し、縦軸は光電流Ｉｐを対数スケールで示している。右下の第４象限はグラフＧ３を縦軸を中心に折り返したグラフＧ４が示されている。
【００８２】
ＬｉｎＬｏｇ特性とＷＲ特性とは自身が属するグループのグループ番号と関連付けられている。撮像時には、ＬｉｎＬｏｇ特性上の１点の出力値と、ＷＲ特性上の１点の出力値とが撮像素子２００から出力される。
【００８３】
まず、補正部３０２は、撮像素子２００からある対象画素のＷＲ信号を取得する。次に、補正部３０２は、温度測定部２７０により測定された環境温度Ｔを取得する。また、補正部３０２は、タイミング制御部２３０のレジスタから転送ゲートの電圧Ｖを取得する。
【００８４】
次に、補正部３０２は、対応テーブルを参照し、取得したＷＲ信号と環境温度Ｔと電圧Ｖとから対象画素が属するグループのグループ番号を特定する。
【００８５】
ここで、補正部３０２は、まず、対応テーブルに記載されたグループのうち、環境温度Ｔ及び転送ゲートの電圧Ｖ毎に、対象画素のＷＲ信号に最も近いＷＲ信号の平均値が関連付けられたグループを特定する。次に、補正部３０２は、環境温度Ｔ及び電圧Ｖ毎に特定したグループのうち、取得した環境温度Ｔ及び電圧Ｖに対して最も近い環境温度Ｔ及び電圧Ｖが関連付けられたグループを対象画素の属するグループとして特定する。
【００８６】
次に、補正部３０２は、グループ番号に関連付けられたＬＵＴに対象画素のＬｉｎＬｏｇ信号を入力し、補正後のＬｉｎＬｏｇ信号を得る。
【００８７】
例えば、ＷＲ信号からグループ０が特定され、撮像素子２００により光電流ＩｐがＩｐ＿ｘを示す被写体が露光され、撮像素子２００から出力値がＬｉｎＬｏｇ＿ｘ０のＬｉｎＬｏｇ信号が出力されたとする。すると、補正部３０２は、ＬＵＴ０にＬｉｎＬｏｇ＿ｘ０を入力し、ＬｉｎＬｏｇ＿ｘ０に対応する補正後のＬｉｎＬｏｇ信号であるＩｐ＿ｘ´を得る。Ｉｐ＿ｘ´はＩｐ＿ｘに対応しているため、第３象限にプロットするとグラフＧ３上の点Ｐ＿ｘに乗ることになる。
【００８８】
また、ＷＲ信号からグループ１が特定され、撮像素子２００により光電流ＩｐがＩｐ＿ｘを示す被写体が露光され、撮像素子２００から出力値がＬｉｎＬｏｇ＿ｘ１のＬｉｎＬｏｇ信号が出力されたとする。すると、補正部３０２は、ＬＵＴ１にＬｉｎＬｏｇ＿ｘ１を入力し、ＬｉｎＬｏｇ＿ｘ１に対応する補正後のＬｉｎＬｏｇ信号であるＩｐ＿ｘ´を得る。Ｉｐ＿ｘ´はＩｐ＿ｘに対応しているため、第３象限にプロットするとグラフＧ３上のＰ＿ｘに乗ることになる。
【００８９】
このように、全画素部２２０のＬｉｎＬｏｇ信号は、補正部３０２によりグラフＧ３上に乗るように補正され、光電流Ｉｐに対して全範囲が対数特性を示すデータに変換されると同時に変曲点のばらつきも除去される。
【００９０】
（実施の形態２）
実施の形態１では、入力されたＬｉｎＬｏｇ信号をＬＵＴで変換することで補正する例を示した。実施の形態２では、補正データのデータ量の更なる削減を図るために、光電変換特性の入出力関係を示すＬＵＴに代えて、ＬｉｎＬｏｇ特性を規定する関数の係数を補正データとして予め記憶させることを特徴とする。
【００９１】
補正データ生成部３０３の補正データの生成処理を下記に示す。ＬｉｎＬｏｇ特性は、線形特性領域と対数特性領域とに分けられ、両領域はそれぞれ下記の式で表される。
【００９２】
線形特性領域：ｙ＝ａ・ｘ＋ｂ    （１）
対数特性領域：ｙ＝ｃ・ｌｎ（ｘ）＋ｄ    （２）
ここで、ｘは画素部２２０の入射面の輝度、ｙはＡＤＣ２４１から出力されるデジタルの出力値である。この式を用いて補正データ生成部３０３は、図１０で示したフローチャートで得られたＬｉｎＬｏｇ特性から、各グループの係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを求めることができる。具体的には、Ｓ８で求めた各グループにおいて平均特性の４点を適当に選び、式（１）、（２）に代入することで、係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを求めることができる。
【００９３】
そして、補正データ生成部３０３は、Ｓ１０でグループ毎に得られるＷＲ信号の平均値ＷＲ（Ｖ，Ｔ）とグループ毎に算出した係数ａ〜ｄのグループ番号と関連付けた対応テーブルを生成する。これにより、補正部３０２は、撮像時において、ある対象画素のＷＲ値が測定できれば、対応テーブルを参照し、ＷＲ値が最も近い平均値ＷＲ（Ｖ，Ｔ）が関連付けられたグループ番号を特定し、特定したグループ番号から係数ａ〜ｄを特定することができる。
【００９４】
次に、補正データ生成部３０３は、線形特性領域と対数特性領域との境界である変曲点の値を求める。図１２は、ＬｉｎＬｏｇ特性を示すグラフであり、撮像素子２００の出力値であるｙを示し、横軸は画素部２２０の入射面の輝度であるｘを対数スケールで示している。
【００９５】
図１２に示すように変曲点を（ｘｔｈ、ｙｔｈ）とおくと、変曲点（ｘｔｈ、ｙｔｈ）は以下の式（Ａ）を満たす。
【００９６】
ｙｔｈ＝ａ・ｘｔｈ＋ｂ＝ｃ・ｌｎ（ｘｔｈ）＋ｄ    （Ａ）
この式は解析的には解けないため、補正データ生成部３０３は、例えば最小二乗法等の数値解法を用いて近似的に（ｘｔｈ、ｙｔｈ）の値を求めればよい。そして、補正データ生成部３０３は、各グループについて、各グループの係数ａ〜ｄの値を用いて、（ｘｔｈ、ｙｔｈ）を算出し、算出したｙｔｈをグループ番号と関連付けて補正データ記憶部３０１に予め記憶しておく。これにより、係数ａ〜ｄ、ｙｔｈ、及びＷＲ信号の平均値ＷＲ（Ｖ、Ｔ）が関連付けられた補正データが生成される。そして、補正データ生成部３０３は、生成した補正データを予め補正データ記憶部３０１に記憶しておく。
【００９７】
次に、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄおよびそれに対応したｙｔｈが決まった場合の補正の方法について述べる。
【００９８】
撮像時に測定されたＬｉｎＬｏｇ信号の出力値をＬＬとし、補正後のＬｉｎＬｏｇ信号の値をｙＡとする。そして、ｙＡは、以下のようにｘの全域で対数特性を示すものとする。
ｙＡ＝ｌｎ（ｘ）    （３）
【００９９】
ＬＬがｙｔｈよりも小さい場合（ＬＬ＜ｙｔｈ）、ＬＬは線形特性領域に属すると判定できる。この場合の画素部２２０の撮像面の輝度は式（１）をｘについて解いた下記の式で表すことができる。
ｘ＝（ＬＬ−ｂ／ａ）
【０１００】
このｘを、式（３）に代入すると、補正後の出力値ＬＬＡ、つまり、線形特性領域の補正式は下記の式で表される。
線形特性領域の補正式：ＬＬＡ＝ｌｎ（（ＬＬ−ｂ）／ａ）    （４）
【０１０１】
一方、ＬＬがｙｔｈ以上の場合（ＬＬ≧ｙｔｈ）、ＬＬは対数特性領域に属すると判定できる。この場合の画素部２２０の撮像面の輝度は式（２）をｘについて解いた下記の式で表すことができる。
ｘ＝ｅｘｐ（（ＬＬ−ｄ）／ｃ）
【０１０２】
このｘを式（３）に代入することにより、補正後の出力値ＬＬＡ、つまり、対数特性領域の補正式は下記の式で表される。
対数特性領域の補正式：ＬＬＡ＝（ＬＬ−ｄ）／ｃ    （５）
【０１０３】
撮像時において、補正部３０２の処理は下記のようにまとめられる。まず、補正部３０２は、対象画素からＷＲ信号、ＬｉｎＬｏｇ信号を得る。次に、補正部３０２は、ＷＲ信号から対応テーブルを参照し、対象画素のグループ番号を特定し、特定したグループ番号に関連付けられた係数ａ〜ｄ、ｙｔｈを特定する。
【０１０４】
次に、補正部３０２は、ＬｉｎＬｏｇ信号の出力値ＬＬがｙｔｈ以上であるか未満であるかを判定する。出力値ＬＬがＬＬ＜ｙｔｈである場合、式（４）に出力値ＬＬ及び係数ａ、ｂを代入し補正後の出力値ＬＬＡを求める。
【０１０５】
一方、出力値ＬＬがＬＬ≧ｙｔｈの場合、式（５）に出力値ＬＬ及び係数ｄ、ｃを代入し、補正後の出力値ＬＬＡを求める。
【０１０６】
以上により、ＬｉｎＬｏｇ特性の全域において、対数特性を示す補正後の出力値ＬＬＡを得ることができる。このように、実施の形態２によれば、各グループの係数ａ〜ｄとｙｔｈとをＷＲ信号に関連付けて予め補正データ記憶部３０１に記憶させておけば、ＬｉｎＬｏｇ信号を補正することができる。その結果、メモリリソースの消費量の更なる削減を図ることができる。
【０１０７】
（実施の形態３）
実施の形態１、２では、変曲点のばらつきを補正したが、その他のＬｉｎＬｏｇ特性のばらつきとして、対数特性領域の傾きばらつきがある。図１３は、対数特性領域の傾きばらつきを示したＬｉｎＬｏｇ特性のグラフであり、縦軸はＬｉｎＬｏｇ特性の出力値を示し、横軸は画素部２２０の撮像面の輝度に応じた光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【０１０８】
図１３に示すように、ＬｉｎＬｏｇ特性の対数特性領域の傾きは、高輝度側から変曲点に向かうにつれて出力値のばらつきが増大するように、ばらついていることが分かる。
【０１０９】
実施の形態３は、撮像時において、リーク期間の異なる２種類のＷＲ信号を取得し、こられを用いて対数特性領域の傾きばらつきを補正することを特徴とする。
【０１１０】
ＷＲ信号は、リーク期間の長さによって出力値が変わる特性を持っており、リーク期間が短い場合は出力値が大きく、リーク期間が長い場合は出力値が小さい。リーク期間の短いＷＲ１信号とリーク期間の長いＷＲ２信号とを取得した場合、ＷＲ１信号は高輝度で大きい光電流Ｉｐが流れた場合を再現し、ＷＲ２信号は低輝度で小さい光電流Ｉｐが流れた場合を再現している。このリーク期間と光電流Ｉｐとの関係は予め測定しておくことが可能である。
【０１１１】
図１４は、ＷＲ１信号の光電変換特性（以下、ＷＲ１特性と記述する。）、ＷＲ２信号の光電変換特性（以下、ＷＲ２特性と記述する。）、及びＬｉｎＬｏｇ特性を示したグラフであり、縦軸はＡＤＣ２７１からの出力値を示し、横軸は画素部２２０の撮像面の輝度に応じて流れる光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【０１１２】
図１４において、点線のＬｉｎＬｏｇ特性は、撮像時において、補正部３０２がＷＲ１値から選択した１のＬＵＴａ（ａはＬＵＴ番号を示し、０〜２５５の値を持つ。）が示すＬｉｎＬｏｇ特性であり、実線のＬｉｎＬｏｇ特性は、対象画素のＬｉｎＬｏｇ特性である。
【０１１３】
本実施の形態では、ＷＲ１信号はリーク電流がＩｐ１となるようにリーク期間が設定された出力値を持つ。ここで、Ｉｐ１は、予め決められた値を持ち、ＬｉｎＬｏｇ特性と標準特性との交点Ｐ＿ｍａｘにおける光電流を示す。ＷＲ２信号はリーク電流がＩｐ２（＜Ｉｐ１）となるようにリーク期間が設定された出力値を持つ。また、Ｉｐ２は対数特性領域のある点の光電流Ｉｐであり、予め決められた値を持つ。そして、Ｉｐ１、Ｉｐ２は予め補正データ記憶部３０１に記憶されている。
【０１１４】
次に、撮像時における補正部３０２による補正処理について説明する。まず、補正部３０２は、実施の形態１と同様にして対象画素からＷＲ１信号（第２信号の一例）を取得し、取得したＷＲ１信号からＬＵＴａ（Ｉｐ）（ここでは、ＬＵＴを光電流Ｉｐの関数として表す。）を選択する。
【０１１５】
この状態では、図１３に示すように対象画素のＬｉｎＬｏｇ特性と、ＬＵＴａのＬｉｎＬｏｇ特性とは傾きにばらつきがあることが分かる。この傾きのばらつきは、対数特性領域において、高輝度側では出力値の誤差が少なく、低輝度になるにつれて出力値の誤差が増大するという性質を持つ。また、線形特性領域においては、傾きのばらつきはほとんどない。
【０１１６】
次に、補正部３０２は、対象画素からＷＲ２信号（第３信号の一例）を取得する。次に、補正部３０２は、下記の式を用いて、取得したＷＲ１、ＷＲ２信号から、対数特性領域における対象画素のＬｉｎＬｏｇ特性の傾きである対象画素傾きＳＬｘを算出する。
【０１１７】
ＳＬｘ＝（ＷＲ１−ＷＲ２）／（Ｉｐ１−Ｉｐ２）
【０１１８】
次に、補正部３０２は、下記の式を用いて対数特性領域におけるＬＵＴａのＬｉｎＬｏｇ特性の傾きである標準傾きＳＬａ＿ｎを算出する。
【０１１９】
ＳＬａ＿ｎ＝（ＬＵＴａ（Ｉｐ１）−ＬＵＴａ（Ｉｐ２））／（Ｉｐ１−Ｉｐ２）
【０１２０】
なお、ＳＬａ＿ｎは補正データの生成時において補正データ生成部３０３に予め算出させておいてもよく、この場合、補正部３０２は、予め算出された傾きＳＬａ＿ｎを補正データ記憶部３０１から読み出せばよい。
【０１２１】
ＬＵＴａ（Ｉｐ１）、ＬＵＴａ（Ｉｐ２）は、選択されたＬＵＴａの光電変換特性において、Ｉｐ１、Ｉｐ２に対応する値を示している。
【０１２２】
対象画素傾きＳＬｘが標準傾きＳＬａ＿ｎよりも大きい場合、対象画素傾きが急であることが分かる。逆に、標準傾きＳＬａ＿ｎよりも対象画素傾きＳＬｘが小さい場合、対象画素傾きが緩やかであることが分かる。
【０１２３】
図１４は対象画素の傾きＳＬｘが傾きＳＬａ＿ｎよりも緩やかな場合の例を図示している。次に、補正部３０２は、標準傾きＳＬａ＿ｎと対象画素傾きＳＬ＿ｘとから傾きずれの補正量を求める。
【０１２４】
傾きずれの補正量を求めるにあたって、まず、補正部３０２は、対象画素のＬｉｎＬｏｇ信号が線形特性領域又は対数特性領域に属しているかを判定するために、予め補正データ記憶部３０１に記憶された変曲点の光電流Ｉｐｂ＿ａを特定する。この光電流Ｉｐｂ＿ａは補正データ生成部３０３によりグループ毎に予め算出され、補正データ記憶部３０１に記憶されている。つまり、補正部３０２は、対象画素のＬｉｎＬｏｇ信号が光電流Ｉｐｂ＿ａよりも小さければ補正データの補正を行わず、ＷＲ１信号から選択したＬＵＴａにＬｉｎＬｏｇ信号を入力して、ＬｉｎＬｏｇ信号を補正する。一方、補正部３０２は、ＬｉｎＬｏｇ信号が光電流Ｉｐｂ＿ａよりも大きければ、後述する補正データを補正する処理を適用し、補正後の補正データを用いてＬｉｎＬｏｇ信号を補正する。
【０１２５】
ＬＵＴａの変曲点の輝度が低い場合、Ｉｐｂ＿ａは暗い側に設定され、変曲点の輝度が高い場合、Ｉｐｂ＿ａは明るい側に設定される。
【０１２６】
次に、補正部３０２は、対数特性領域のみ傾きずれの補正量が値を持つように、下記の式で示すＤＬａ（Ｉｐ）を算出する。ＤＬａ（Ｉｐ）は、図１５（Ａ）のグラフで表される。図１５（Ａ）において縦軸はＤＬａ（Ｉｐ）を示し、横軸は光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【０１２７】
ＤＬａ（Ｉｐ）＝１：（Ｉｐ≧Ｉｐｂ＿ａ）
ＤＬａ（Ｉｐ）＝０：（Ｉｐ＜Ｉｐｂ＿ａ）
ここで、ＤＬａにおける添え字ａはグループ番号ａ（＝０〜２５５）を示す。次に、補正部３０２は、光電流Ｉｐに応じた傾きの傾きずれの補正量を算出するために、以下の式を用いて係数ＤＩｐ（Ｉｐ）を算出する。ＤＩｐ（Ｉｐ）は、図１５（Ｂ）のグラフで表される。図１５（Ｂ）において縦軸はＤＩｐ（Ｉｐ）を示し、横軸は光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【０１２８】
ＤＩｐ（Ｉｐ）＝Ｍ×（ｌｏｇ（Ｉｐ１）−ｌｏｇ（Ｉｐ））
ここで、ＤＩｐ（Ｉｐ）はＩｐ＝Ｉｐ１でゼロであり、そこから離れるに従い、値が徐々に大きくなるという特性を持つ。係数Ｍは定数であり、補正の強さに応じて任意の値が設定される。図１４において、ＬＵＴａと同一グループに属する全ての対象画素のＬｉｎＬｏｇ特性と、ＬＵＴａのＬｉｎＬｏｇ特性とが全てＰ＿ｍａｘで交われば、Ｍ＝１と設定することで、傾きずれを補正することができる。しかしながら、実際には、対象画素のＬｉｎＬｏｇ特性とＬＵＴａのＬｉｎＬｏｇ特性との交点はＰ＿ｍａｘからばらつく可能性もある。このばらつきに基づいて傾きずれを最小にできる値を予め求め、係数Ｍの値として設定すればよい。
【０１２９】
次に、光電流Ｉｐに応じた傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）を、以下の式で計算する。
【０１３０】
ＬＳＣａ（Ｉｐ）＝ＤＬａ（Ｉｐ）×ＤＩｐ（Ｉｐ）×（ＳＬｘ−ＳＬａ＿ｎ）
【０１３１】
ＬＳＣａ（Ｉｐ）は図１５（Ｃ）のグラフで表される。図１５（Ｃ）において縦軸はＬＳＣａ（Ｉｐ）を示し、横軸は光電流Ｉｐを対数スケールで示している。図１５（Ｃ）に示すように、ＤＬａ×ＤＩｐにより、Ｉｐｂ＿ａより低輝度の領域がＤＩｐから除去され、かつ、係数ＭによってＤＩｐの傾きが調整された補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）が得られている。
【０１３２】
次に、補正部３０２は、傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）をＬＵＴａ（Ｉｐ）に加算する。これにより、標準傾きＳＬａ＿ｎが対象画素傾きＳＬｘに合うようにＬＵＴａ（Ｉｐ）が補正される。
【０１３３】
次に、補正部３０２は、対象画素のＬｉｎＬｏｇ信号の出力値ＬＬを補正後のＬＵＴａに入力して、出力値ＬＬＡを求める。
【０１３４】
実施の形態３の手法は、補正されるべきＬｉｎＬｏｇ特性がＬＵＴａのＬｉｎＬｏｇ特性とほぼ同じ形であるという条件を満たす場合にうまく機能する。この条件は、対象画素傾きＳＬｘと標準傾きＳＬ＿ａとの傾きのばらつきが微小である場合に相当する。
【０１３５】
試作した固体撮像装置においては、変曲点のばらつきが大きく、この変曲点のばらつきによって対数特性領域の傾きが若干異なっていた。具体的には変曲点の輝度値が高い画素は対数特性領域の傾きが急で、変曲点の輝度値が低い画素は対数特性領域の傾きが緩やかな傾向があった。実施の形態３の方式はこのように変曲点の位置によって傾きが変化していても、対象画素傾きＳＬｘと標準傾きＳＬａ＿ｎとの傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）からＬＵＴａ（Ｉｐ）が補正され、補正後のＬＵＴａ（Ｉｐ）を用いて、ＬｉｎＬｏｇ信号が補正されている。よって、ＬｉｎＬｏｇ特性の変曲点のばらつきに加えて、更に線形対数特性領域の傾きのばらつきも補正することができる。
【０１３６】
（実施の形態４）
変曲点近くのＬｉｎＬｏｇ特性を厳密に分析すると非線形となっていることもある。そのため、線形特性領域と対数特性領域とを明確に区別してＬｉｎＬｏｇ信号を補正した場合、高い補正精度を得ることが難しい。そこで、実施の形態４では線形特性領域と対数特性領域とを明確に区別することなく、変曲点付近の非線形な領域が再現されるようにＬＵＴを補正することを特徴とする。
【０１３７】
まず、実施の形態３と同様に、補正部３０２は対象画素傾きＳＬｘと標準傾きＳＬａ＿ｎとを算出する。次に、補正部３０２は、ＷＲ１信号から選択されたＬＵＴａ（Ｉｐ）と、それに隣接するＬＵＴａ＋１（Ｉｐ）とを特定する。
【０１３８】
図１６は、ＬＵＴａとＬＵＴａ＋１とのＬｉｎＬｏｇ特性を示すグラフである。図１６において、縦軸はＬｉｎＬｏｇ信号の出力値を示し、横軸は輝度に応じた光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【０１３９】
図１６に示すように、ＬＵＴａに隣接するＬＵＴａ＋１としては、例えば、ＬＵＴａに対して変曲点の輝度値が次に大きなＬＵＴａ＋１が採用されている。
【０１４０】
次に、補正部３０２は、下記の式に示すように、ＬＵＴａ＋１（Ｉｐ）からＬＵＴａ（Ｉｐ）を減じてＤＬａ（Ｉｐ）を求める。
【０１４１】
ＤＬａ（Ｉｐ）＝ＬＵＴａ＋１（Ｉｐ）−ＬＵＴａ（Ｉｐ）
【０１４２】
図１７（Ａ）は、ＬＵＴａ＋１のＤＬａとＬＵＴａのＤＬａとの差を示すグラフであり、縦軸はＬＵＴａ＋１（Ｉｐ）からＬＵＴａ（Ｉｐ）を減じることで得られるＤＬａを示し、横軸は光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【０１４３】
ＤＬａ（Ｉｐ）は、線形特性領域ではほぼゼロであり、対数特性領域ではほぼ一定の値を持つ。そして、ＤＬａ（Ｉｐ）は変曲点付近の領域において、ＬＵＴａ＋１とＬＵＴａとの形状の差に応じた値を持って変化している。
【０１４４】
次に、補正部３０２は、光電流Ｉｐに応じた傾きずれの補正量を算出するために、以下の式を用いてＤＩｐ（Ｉｐ）を算出する。
【０１４５】
ＤＩｐ（Ｉｐ）＝Ｍ×（ｌｏｇ（Ｉｐ１）−ｌｏｇ（Ｉｐ））
【０１４６】
ＤＩｐ（Ｉｐ）は、図１７（Ｂ）のグラフで表される。図１７（Ｂ）において縦軸はＤＩｐ（Ｉｐ）を示し、横軸は光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【０１４７】
係数Ｍは定数で、補正の強さに応じて任意の値を選ぶ点は実施の形態３と同じである。このようにして得られたＤＩｐ（Ｉｐ）はＩｐ＝Ｉｐ１でゼロであり、そこから離れるに従い、値が大きくなるという特性を示す。
【０１４８】
次に、補正部３０２は、光電流Ｉｐに応じた傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）を、以下の式で計算する。
【０１４９】
ＬＳＣａ（Ｉｐ）＝ＤＬａ×ＤＩｐ×（ＳＬｘ−ＳＬａ＿ｎ）
【０１５０】
ＬＳＣａ（Ｉｐ）は図１７（Ｃ）のグラフで表される。図１７（Ｃ）において縦軸はＬＳＣａ（Ｉｐ）を示し、横軸は光電流Ｉｐを対数スケールで示している。図１７（Ｃ）に示すように、ＤＬａ×ＤＩｐにより、Ｉｐｂ＿ａより低輝度の領域がＤＩｐから除去され、Ｉｐｂ＿ａからＩｐｂ＿ａ＋１まで線形に増大し、かつ、Ｉｐｂ＿ａ＋１からＭによってＤＩｐの傾きが調整されたＬＳＣａ（Ｉｐ）が得られている。
【０１５１】
次に、補正部３０２は、傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）をＬＵＴａ（Ｉｐ）に加算する。これにより、標準傾きＳＬａ＿ｎが対象画素傾きＳＬｘに合うようにＬＵＴａ（Ｉｐ）が補正される。この場合、傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）はＩｐｂ＿ａからＩｐｂ＿ａ＋１に向けて徐々に増大するような形状であるため、変曲点付近の非線形な領域の特性を考慮に入れた傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）が算出される。
【０１５２】
次に、補正部３０２は、対象画素のＬｉｎＬｏｇ信号の出力値ＬＬを補正後のＬＵＴａに入力して、出力値ＬＬＡを求める。
【０１５３】
なお、本実施の形態ではＬＵＴａとそれに隣接するＬＵＴａ＋１とを用いて傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）を算出したが、これに限定されず、ＬＵＴａと、任意の番号だけ離れたＬＵＴ（例えばＬＵＴａ＋３）から傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）を算出してもよい。この場合、傾きずれの補正量ＬＳＣａ（Ｉｐ）の絶対値の調整は係数Ｍで行えばよい。
【０１５４】
本実施の形態の方式では、変曲点付近の領域が非線形である場合であっても、この非線形の領域を考慮に入れてＬＵＴを補正することができ、ＬｉｎＬｏｇ特性の対数特性領域における傾きずれを精度良く補正することができる。
【０１５５】
（実施の形態５）
ＷＲ信号を測定する場合に、ＰＤに入射光が当たるとその影響を受けて出力値がずれてしまうという問題がある。これは特に高輝度域の被写体を露光したときに発生する。ＷＲ１、ＷＲ２信号がずれると、本来選択されるべきＬＵＴとは別のＬＵＴが選択され、変曲点のずれや傾きのずれを精度良く補正することができなくなる可能性がある。
【０１５６】
高輝度域での出力値のずれの原因の一つとして、露光期間以外の期間中にＰＤに蓄積される不要な電荷の影響が考えられる。通常、ｒｅｆ信号、ｓｉｇ信号の出力は図４に示すようにこの順に行われる。転送ゲートは、露光期間の終了後に閉じられるため、露光期間の終了後からＦＤへの電荷の転送が開始されるまでの期間（図４の時刻ｔ１に示すφＴＸ＝Ｌｏｗの期間）、高輝度の被写体が露光されると、ＰＤは電荷を蓄積してしまう。また、転送期間中も（図４の時刻ｔ２に示すφＴＸ＝Ｈｉｇｈの期間）、高輝度の被写体が露光されると、ＰＤは電荷を蓄積してしまう。そして、これらの期間にＰＤに蓄積された不要な電荷は、ＦＤに蓄積され、ｓｉｇ信号として読み出されるため、ｓｉｇ信号には不要な電荷の情報が含まれる。
【０１５７】
また、ＷＲ信号においても、時刻ｔ６に示すφＴＸ＝Ｌｏｗの期間、及び時刻ｔ７に示すφＴＸ＝Ｈｉｇｈの期間においても、高輝度の被写体が露光されると、この被写体の情報がｓｉｇ信号に含まれてしまう。そのため、これらの期間にＰＤに蓄積された電荷も、ＦＤに蓄積され、ｓｉｇ信号として読み出されるため、ｓｉｇ信号には不要な電荷の情報が含まれる。
【０１５８】
そこで、本実施の形態では、図１８の時刻ｔ７、ｔ９に示すように、ＷＲ信号の取得処理において、ｒｅｆ信号、ｓｉｇ信号の出力順序をｓｉｇ信号、ｒｅｆ信号とした。図１８は、本発明の実施の形態５における画素部２２０のシーケンス図である。
【０１５９】
こうすることによって、図４の時刻ｔ６において、Ｒｅｆ信号を出力する間にＰＤに蓄積された電荷はｓｉｇ信号に含まれなくなるため、ＷＲ信号に不要な電荷の情報が含まれることを抑制することができる。
【０１６０】
但し、出力順序をｓｉｇ信号、ｒｅｆ信号とすると、ｓｉｇ信号とｒｅｆ信号との差分をとっても、ＦＤをリセットする際に発生するランダムノイズを正確にキャンセルすることができなくなり、Ｓ／Ｎ比の低下が懸念される。そこで、本実施の形態では、ＬｉｎＬｏｇ信号の取得処理においては、図４と同様、ｒｅｆ信号、ｓｉｇ信号の出力順序をこの順に行う。
【０１６１】
なお、ｓｉｇ信号、ｒｅｆ信号の順で信号を出力することによるＷＲ信号のＳ／Ｎ比の低下を抑制するために、ＷＲ信号の取得処理を１水平期間において複数回行って、これらのＷＲ信号を後段に設けられたフレームメモリに保持させる。そして、フレームメモリに保持されたＷＲ信号を平均化回路を用いて平均化したものを最終的なＷＲ信号として取得してもよい。これにより、ＷＲ信号に含まれるランダムノイズを減少させることができる。
【０１６２】
（本実施の形態の纏め）
（１）上記固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、フローティングディフュージョンとを含む複数の画素部と、前記画素部を制御する画素制御部と、前記画素部から出力される信号を処理する画像処理部とを備え、前記画素制御部は、前記転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に被写体を露光させる露光処理と、前記露光処理により前記光電変換素子に蓄積された電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第１信号を取得する第１取得処理と、前記第１取得処理の終了後、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にしてリセットするホワイトリセット処理と、前記ホワイトリセット処理の終了後、前記転送トランジスタの制御端子に前記中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に蓄積された電荷を所定の第１リーク期間、リークさせるリーク処理と、前記リーク処理の終了後、前記光電変換素子に残存する電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第２信号を取得する第２取得処理とを前記画素部に実行させ、前記画像処理部は、前記第２信号の代表値と前記代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データの中から、前記第２信号に基づいて１つの補正データを選択し、選択した補正データを用いて前記第１信号を補正する補正部を備える。
【０１６３】
この構成によれば、第２信号の代表値と、代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた補正データが予め記憶されている。ここで、第２信号は、ホワイトリセットの終了後、転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して光電変換素子に蓄積された電荷を第１リーク期間、リークさせることで得られる信号である。そのため、第２信号は各画素部が固有に持つ光電変換特性の変曲点のばらつきに応じた値を持っている。
【０１６４】
そして、撮像時において、第２信号が取得されると、取得された第２信号に最も近い第２信号の代表値が対応付けられた補正データが特定され、この補正データを用いて第１信号が補正される。したがって、特定された補正データが示す代表特性は、予め記憶された代表特性のうち、対象画素の光電変換特性に最も近い特性を示すことになる。その結果、各画素部に対応する補正データを予め記憶させておかなくても、第１信号の変曲点のばらつきを精度良く補正することができる。よって、補正データのデータ量が削減し、固体撮像装置の規模を増大させることなく、第１信号の変曲点のばらつきを精度良く補正することができる。
【０１６５】
（２）前記代表特性は、変曲点に関する情報に応じて光電変換特性を複数のグループにグループ分けし、各グループに属する光電変換特性を平均化することで得られたデータであることが好ましい。
【０１６６】
この構成によれば、代表特性は、各画素部が固有に持つ光電変換特性ではなく、変曲点に関する情報に応じてグループ分けされた光電変換特性の平均特性である。そのため、従来のように画素部毎に補正データを記憶する構成を採用する場合に比べ、補正データのデータ量を削減することができる。
【０１６７】
（３）前記画素制御部は、前記第１取得処理、前記ホワイトリセット処理、前記リーク処理、及び前記第２取得処理を、１水平期間内で実行することが好ましい。
【０１６８】
この構成によれば、１水平期間内で第１取得処理、ホワイトリセット処理、リーク処理、及び第２取得処理が実行されるため、１水平期間毎に第１、第２信号を取得して第１信号を補正することができる。また、１水平期間毎に第１、第２信号が取得されているため、フレームバッファの記憶容量を削減することができる。
【０１６９】
（４）前記補正データは、環境温度及び前記転送トランジスタの制御端子に印加する前記中間レベルの電圧が関連付けられたデータであり、前記補正部は、前記第２信号に加えて、更に、前記露光処理時の前記環境温度及び前記中間レベルの電圧に基づき、１つの補正データを選択することが好ましい。
【０１７０】
この構成によれば、露光時間及び環境温度を更に考慮に入れて第１信号を補正することができる。
【０１７１】
（５）前記補正データは、前記代表特性を示すルックアップテーブルにより構成されることが好ましい。
【０１７２】
この構成によれば、ルックアップテーブルを用いて速やかに第１信号を補正することができる。
【０１７３】
（６）前記補正データは、前記代表特性における線形特性領域を規定する関数の係数と、対数特性領域を規定する関数の係数とを前記代表特性として持ち、前記補正部は、前記係数を使って第１信号を補正することが好ましい。
【０１７４】
この構成によれば、光電変換特性の代表特性として、線形特性領域及び対数特性領域を規定する関数の係数が採用されているため、補正データのデータ量をより削減することができる。
【０１７５】
（７）前記画素部はマトリックス状に配列されて画素アレイ部を構成し、ランプ波形を発生するランプ波形発生回路と、前記画素アレイ部の各列に対応して設けられ、前記第１、第２信号を前記ランプ波形と比較して前記第１、第２信号をＡＤ変換するシングルスロープ型のＡＤ変換部とを更に備え、前記ランプ波形発生回路は、前記第２信号がＡＤ変換される場合、前記ランプ波形に所定のオフセットを持たせることが好ましい。
【０１７６】
この構成によれば、第２信号は全画素部においてリーク期間を同じにして取得されるものであり、第２信号が取りうる範囲は画像信号である第１信号ほど広範囲にはならない。そこで、第２信号が取りうる想定範囲の開始レベルを所定のオフセットとしてランプ波形に持たせて、第２信号をＡＤ変換することで、高速に第２信号をＡＤ変換することができる。
【０１７７】
（８）前記画素制御部は、前記第１リーク期間とは異なる第２リーク期間で前記リーク処理と同じ処理を前記画素部に行わせて第３信号を取得し、前記補正部は、前記第２信号と前記第３信号との差に基づいて前記補正データを更に補正し、補正後の補正データを用いて前記第１信号を補正することが好ましい。
【０１７８】
この構成によれば、画素部をホワイトリセットした後、第２リーク期間、リークさせて第３信号が取得される。これにより、対象画素の光電変換特性の２点の情報が得られるため、第２、第３信号の差から対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きが得られる。
【０１７９】
一方、補正データには光電変換特性の代表特性が含まれているため、この代表特性の２点の値を適当に取れば、代表特性の対数特性領域における傾きが得られる。そして、両傾きを用いて、補正データの代表特性の傾きが対象画素の光電変換特性の傾きになるように補正し、補正後の代表特性を用いて第１信号を補正する。これにより第１信号から対数特性領域における傾きのばらつきを除去することができる。
【０１８０】
（９）前記第２リーク期間は、前記第１リーク期間よりも長いことが好ましい。
【０１８１】
この構成によれば、第２リーク期間が第１リーク期間よりも長く設定されているため、第３信号は第２信号よりも対象画素の低輝度の情報を示すことになる。
【０１８２】
（１０）前記補正部は、前記第２信号に基づいて選択した補正データの代表特性の対数特性領域の傾きである標準傾きを算出し、前記第２、第３信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きを算出し、前記標準傾きと対象画素傾きとの傾きに基づき、前記対象画素傾きに対する前記標準傾きずれの補正量を算出し、算出した補正量に基づき、前記選択した補正データを補正することが好ましい。
【０１８３】
この構成によれば、第２、第３信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きが算出される。また、第２信号から選択された補正データの代表特性の対数特性領域の傾きである標準傾きが算出される。そして、両傾きから標準画素傾きずれの補正量が算出され、この補正量を用いて第２信号から選択された補正データの代表特性が補正される。よって、補正後の補正データを用いて第１信号を補正することで、第１信号から対数特性領域における傾きのばらつきを除去することができる。
【０１８４】
（１１）前記補正部は、前記選択した補正データの代表特性と、それ以外の１の補正データの代表特性との差に基づき、前記補正量を算出することが好ましい。
【０１８５】
この構成によれば、補正データ及びそれ以外の１の補正データの代表特性の差に基づき補正量が算出されている。そのため、変曲点付近の非線形な特性を考慮に入れて第１信号を補正することができる。
【０１８６】
（１２）前記補正データは、前記補正部が補正対象とする光電変換特性の領域の開始点のデータを含み、前記補正部は、前記第１信号が前記開始点のレベルより大きい場合、前記選択した補正データを補正することが好ましい。
【０１８７】
この構成によれば、開始点を変曲点に設定することで、対数特性領域を補正対象の領域として設定することができる。また、開始点を対数特性領域上の任意の点に設定することで、対数特性領域上の任意の領域を補正対象の領域として設定することができる。
【０１８８】
（１３）前記画素部から出力された信号を読み出す読出部を更に備え、前記画素部は、前記転送トランジスタから前記光電変換素子に蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョン（ＦＤ）と前記ＦＤをリセットするリセットトランジスタとを備え、前記第１、第２取得処理は、前記リセットトランジスタをオフして前記ＦＤから基準信号を出力させる基準信号出力処理と、前記転送トランジスタをオンして前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記ＦＤに転送する転送処理と、前記転送トランジスタをオフして前記ＦＤからシグナル信号を出力させるシグナル信号出力処理と、前記基準信号と前記シグナル信号との差分を前記第１、第２信号として前記読出部に算出させる差分処理とを含み、前記第１取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号取得処理の前に実行され、前記第２取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号取得処理の後に実行されることが好ましい。
【０１８９】
この構成によれば、第１信号は基準信号出力処理がシグナル信号出力処理の前に実行されて取得されているため、高Ｓ／Ｎ比の第１信号を取得することができる。一方、第２信号は基準信号出力処理がシグナル信号出力処理の後に実行されて取得されているため、第２信号に不要な電荷が含まれることを抑制することができる。
【図１】
2013128817.tif 000003
【図２】
2013128817.tif 000004
【図３】
2013128817.tif 000005
【図４】
2013128817.tif 000006
【図５】
2013128817.tif 000007
【図６】
2013128817.tif 000008
【図７】
2013128817.tif 000009
【図８】
2013128817.tif 000010
【図９】
2013128817.tif 000011
【図１０】
2013128817.tif 000012
【図１１】
2013128817.tif 000013
【図１２】
2013128817.tif 000014
【図１３】
2013128817.tif 000015
【図１４】
2013128817.tif 000016
【図１５】
2013128817.tif 000017
【図１６】
2013128817.tif 000018
【図１７】
2013128817.tif 000019
【図１８】
2013128817.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月8日(2013.4.8)
【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】
光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、フローティングディフュージョンとを含む複数の画素部と、
前記画素部を制御する画素制御部と、
前記画素部から出力される信号を処理する画像処理部とを備え、
前記画素制御部は、
前記転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に被写体を露光させる露光処理と、
前記露光処理により前記光電変換素子に蓄積された電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第１信号を取得する第１取得処理と、
前記第１取得処理の終了後、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にしてリセットするホワイトリセット処理と、
前記ホワイトリセット処理の終了後、前記転送トランジスタの制御端子に前記中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に蓄積された電荷を所定の第１リーク期間、リークさせるリーク処理と、
前記リーク処理の終了後、前記光電変換素子に残存する電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第２信号を取得する第２取得処理とを前記画素部に実行させ、
前記画像処理部は、前記第２信号の代表値と前記代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データの中から、前記第２信号に基づいて１つの補正データを選択し、選択した補正データを用いて前記第１信号を補正する補正部を備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記代表特性は、変曲点に関する情報に応じて光電変換特性を複数のグループにグループ分けし、各グループに属する光電変換特性を平均化することで得られたデータである請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素制御部は、前記第１取得処理、前記ホワイトリセット処理、前記リーク処理、及び前記第２取得処理を、１水平期間内で実行する請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記補正データは、環境温度及び前記転送トランジスタの制御端子に印加する前記中間レベルの電圧が関連付けられたデータであり、
前記補正部は、前記第２信号に加えて、更に、前記露光処理時の前記環境温度及び前記中間レベルの電圧に基づき、１つの補正データを選択する請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記補正データは、前記代表特性を示すルックアップテーブルにより構成される請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記補正データは、前記代表特性における線形特性領域を規定する関数の係数と、対数特性領域を規定する関数の係数とを前記代表特性として持ち、
前記補正部は、前記係数を使って第１信号を補正する請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記画素部はマトリックス状に配列されて画素アレイ部を構成し、
ランプ波形を発生するランプ波形発生回路と、
前記画素アレイ部の各列に対応して設けられ、前記第１、第２信号を前記ランプ波形と比較して前記第１、第２信号をＡＤ変換するシングルスロープ型のＡＤ変換部とを更に備え、
前記ランプ波形発生回路は、前記第２信号がＡＤ変換される場合、前記ランプ波形に所定のオフセットを持たせる請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記画素制御部は、前記第１リーク期間とは異なる第２リーク期間で前記リーク処理と同じ処理を前記画素部に行わせて第３信号を取得し、
前記補正部は、前記第２信号と前記第３信号との差に基づいて前記補正データを更に補正し、補正後の補正データを用いて前記第１信号を補正する請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２リーク期間は、前記第１リーク期間よりも長い請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記補正部は、前記第２信号に基づいて選択した補正データの代表特性の対数特性領域の傾きである標準傾きを算出し、前記第２、第３信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きを算出し、前記標準傾きと対象画素傾きとの傾きに基づき、前記対象画素傾きに対する前記標準傾きずれの補正量を算出し、算出した補正量に基づき、前記選択した補正データを補正する請求項８又は９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記補正部は、前記選択した補正データの代表特性と、それ以外の１の補正データの代表特性との差に基づき、前記補正量を算出する請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記補正データは、前記補正部が補正対象とする光電変換特性の領域の開始点のデータを含み、
前記補正部は、前記第１信号が前記開始点のレベルより大きい場合、前記選択した補正データを補正する請求項８〜１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記画素部から出力された信号を読み出す読出部を更に備え、
前記画素部は、前記転送トランジスタから前記光電変換素子に蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョン（ＦＤ）と前記ＦＤをリセットするリセットトランジスタとを備え、
前記第１、第２取得処理は、
前記リセットトランジスタをオフして前記ＦＤから基準信号を出力させる基準信号出力処理と、
前記転送トランジスタをオンして前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記ＦＤに転送する転送処理と、
前記転送トランジスタをオフして前記ＦＤからシグナル信号を出力させるシグナル信号出力処理と、
前記基準信号と前記シグナル信号との差分を前記第１、第２信号として前記読出部に算出させる差分処理とを含み、
前記第１取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号出力処理の前に実行され、
前記第２取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号出力処理の後に実行される請求項１〜１２のいずれかに記載の固体撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８８】
（１３）前記画素部から出力された信号を読み出す読出部を更に備え、前記画素部は、前記転送トランジスタから前記光電変換素子に蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョン（ＦＤ）と前記ＦＤをリセットするリセットトランジスタとを備え、前記第１、第２取得処理は、前記リセットトランジスタをオフして前記ＦＤから基準信号を出力させる基準信号出力処理と、前記転送トランジスタをオンして前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記ＦＤに転送する転送処理と、前記転送トランジスタをオフして前記ＦＤからシグナル信号を出力させるシグナル信号出力処理と、前記基準信号と前記シグナル信号との差分を前記第１、第２信号として前記読出部に算出させる差分処理とを含み、前記第１取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号出力処理の前に実行され、前記第２取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号出力処理の後に実行されることが好ましい。
【国際調査報告】
2013128817.tif 000021
2013128817.tif 000022
2013128817.tif 000023
2013128817.tif 000024