(57)【要約】【課題】複数のランプ信号の傾きの差に基づく画像品質の劣化を低減することができる撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】撮像装置は、光電変換部が遮光されているＯＢ画素を含むＯＢ画素領域と、光電変換部が遮光されていない有効画素を含む有効画素領域と、第１のランプ信号を用いてＯＢ画素の信号をアナログデジタル変換し、第２のランプ信号を用いてＯＢ画素の信号をアナログデジタル変換し、第１のランプ信号又は第２のランプ信号を用いて有効画素の信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換部と、第１のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換されたＯＢ画素のデジタル信号に基づく基準レベルと有効画素のデジタル信号との差分を出力し、第２のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換されたＯＢ画素のデジタル信号に基づく基準レベルと有効画素のデジタル信号との差分を出力する演算部とを有する。【選択図】図２
2018050234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部が遮光されている複数のオプティカルブラック画素を含むオプティカルブラック画素領域と、
光電変換部が遮光されていない複数の有効画素を含む有効画素領域と、
第１のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第１のランプ信号より傾きが大きい第２のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第１のランプ信号又は第２のランプ信号を用いて、前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部と、
前記アナログデジタル変換部が前記第１のランプ信号を用いて前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換した場合には、前記第１のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力し、前記アナログデジタル変換部が前記第２のランプ信号を用いて前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換した場合には、前記第２のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力する演算部と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記アナログデジタル変換部は、前記有効画素の信号が閾値以下である場合には、前記第１のランプ信号を用いて、前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記有効画素の信号が前記閾値より大きい場合には、前記第２のランプ信号を用いて、前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記オプティカルブラック画素領域は、第１のオプティカルブラック画素領域と第２のオプティカルブラック画素領域を有し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１のランプ信号を用いて、前記第１のオプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第２のランプ信号を用いて、前記第２のオプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記アナログデジタル変換部は、第１のフレームでは、前記第１のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、第２のフレームでは、前記第２のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項５】
前記アナログデジタル変換部は、
前記第１のランプ信号又は前記第２のランプ信号を選択する選択部と、
前記オプティカルブラック画素又は前記有効画素の信号と前記選択部により選択された前記第１のランプ信号又は前記第２のランプ信号とを比較する比較部と、
前記オプティカルブラック画素又は前記有効画素の信号と前記選択部により選択された前記第１のランプ信号又は前記第２のランプ信号とのレベルが一致するまでの時間をカウントするカウンタとを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記アナログデジタル変換部は、さらに、前記選択部が前記第２のランプ信号を選択した場合、前記カウンタのカウンタ値を係数倍する乗算部を有することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記選択部は、前記有効画素の信号が閾値以下である場合には、前記第１のランプ信号を選択し、前記有効画素の信号が前記閾値より大きい場合には、前記第２のランプ信号を選択することを特徴とする請求項５又は６記載の撮像装置。
【請求項８】
光電変換部が遮光されている複数のオプティカルブラック画素を含むオプティカルブラック画素領域と、光電変換部が遮光されていない複数の有効画素を含む有効画素領域とを有する撮像装置の処理方法であって、
アナログデジタル変換部により、第１のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第１のランプ信号より傾きが大きい第２のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第１のランプ信号又は第２のランプ信号を用いて、前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換するステップと、
演算部により、前記第１のランプ信号を用いて前記有効画素の信号がアナログからデジタルに変換された場合には、前記第１のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力し、前記第２のランプ信号を用いて前記有効画素の信号がアナログからデジタルに変換された場合には、前記第２のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力するステップと
を有することを特徴とする撮像装置の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像装置の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アナログデジタル変換を行う撮像装置が開示されている。撮像装置は、光電変換された電荷に基づく画素信号と、レベルが一定の傾きで変化する参照信号とを比較して、画素信号と参照信号の大小関係が所定の関係に達する時間に基づいて出力信号をデジタル化するアナログデジタル変換を行い、撮像データを生成する。読み出し部は、画素の撮像信号のアナログデジタル変換として、第１の傾きの参照信号による第１のアナログデジタル変換と、第２の傾きの参照信号による第２のアナログデジタル変換を実行する。また、読み出し部は、ゼロ信号のアナログデジタル変換として、第１の傾きの参照信号による第３のアナログデジタル変換と、第２の傾きの参照信号による第４のアナログデジタル変換を実行する。そして、撮像装置は、第１のアナログデジタル変換結果から第３のアナログデジタル変換結果を減算したデジタルデータと、第２のアナログデジタル変換結果から第４のアナログデジタル変換結果を減算したデジタルデータのいずれかを画素毎に選択する。そして、撮像装置は、その選択したデジタルデータに基づいて撮像データを生成する。これにより、高速で高解像度のアナログデジタル変換が可能となり、画素データのバラつきによる縦線がキャンセルされた撮像データを得ることができ、水平転送量の増加を低減でき、フレームレートの低下を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、ゼロ信号は、有効画素の領域外のダミー画素の信号であるため、通電中の温度上昇によるレベル変位が反映されず、参照信号の傾きの差が吸収されない。そのため、アナログデジタル変換時に黒レベルのオフセットによる画質劣化が生じたり、縦線等のノイズが残留してしまい、画像品質が劣化するという課題がある。
【０００５】
本発明の目的は、複数のランプ信号の傾きの差に基づく基準レベルの差異による画像品質の劣化を低減することができる撮像装置及び撮像装置の処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、光電変換部が遮光されている複数のオプティカルブラック画素を含むオプティカルブラック画素領域と、光電変換部が遮光されていない複数の有効画素を含む有効画素領域と、第１のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第１のランプ信号より傾きが大きい第２のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第１のランプ信号又は第２のランプ信号を用いて、前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部と、前記アナログデジタル変換部が前記第１のランプ信号を用いて前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換した場合には、前記第１のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力し、前記アナログデジタル変換部が前記第２のランプ信号を用いて前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換した場合には、前記第２のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力する演算部とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数のランプ信号の傾きの差に基づく基準レベルの差異による画像品質の劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態による撮像装置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ブロック図である。
【図３】画素信号のアナログデジタル変換を示す図である。
【図４】画素信号のアナログデジタル変換の黒レベルの違いを示す図である。
【図５】撮像素子のＯＢ画素領域と有効画素領域を示す図である。
【図６】黒レベルのオフセットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施形態による撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置は、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、医療用カメラ等に適用可能である。撮像装置は、撮影レンズ１００と、撮像素子１０１と、ＡＧＣ（自動ゲイン制御器）１０２と、画像信号処理部１０３と、レンズ駆動部１０４と、マイクロコンピュータ１０５とを有する。撮影レンズ１００は、被写体像を撮影するためのズームレンズ、フォーカスレンズ及び絞り等を有し、被写体の光像を撮像素子１０１上に結像する。撮像素子１０１は、例えばＣＭＯＳイメージセンサ等であり、撮影レンズ１００により結像された被写体像の光を電気信号に変換する。ＡＧＣ１０２は、被写体像の輝度に基づいて、撮像素子１０１により変換された電気信号をゲイン調整する。画像信号処理部１０３は、ＡＧＣ１０２によりゲイン調整された電気信号に対して、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の画像処理、アパーチャ設定等の解像度変換処理、画像圧縮処理等の画像処理を行い、動画及び静止画等の所定のフォーマットに変換する。レンズ駆動部１０４は、撮影レンズ１００内のズームレンズ、フォーカスレンズ及び絞り等のアクチュエータを駆動する。マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１０５は、撮像素子１０１、ＡＧＣ１０２、画像信号処理部１０３、及びレンズ駆動部１０４を制御する。
【００１０】
次に、この撮像装置の処理方法を説明する。まず、レンズ駆動部１０４は、マイコン１０５から供給されるレンズ駆動制御信号に基づいて、撮影レンズ１００内のズームレンズ、絞り、及びフォーカスレンズを駆動して、撮像素子１０２上に被写体像を結像させる。撮像素子１０１は、マイコン１０５からの制御信号に基づき、撮影レンズ１００を介して結像された被写体像を光電変換し、内蔵するアナログデジタル変換器によりデジタル画像信号（以下、デジタルデータという）を生成する。マイコン１０５は、撮像素子１０１により生成されたデジタルデータを入力し、被写体像の明るさに基づき、撮影レンズ１００内の絞りをレンズ駆動部１０４によって駆動させ、入射光量を調整する。ＡＧＣ１０２は、マイコン１０５の制御により、撮像素子１０１により生成されたデジタルデータをゲイン調整して画像信号処理部１０３へ出力する。画像信号処理部１０３は、ＡＧＣ１０２によりゲイン調整されたデジタルデータに対して、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の画像処理、アパーチャ設定等の解像度変換処理、画像圧縮処理等を行い、動画及び静止画等の所定フォーマットに変換する。上記の所定フォーマットは、ＡＶＣＨＤやＪＰＥＧ等である。画像信号処理部１０３は、動画又は静止画をパネル等の表示部や、メモリ、ハードドライブ等の記録媒体へ供給する。
【００１１】
図２は、撮像素子１０１の構成例を示すブロック図である。撮像素子１０１は、異なる傾きを持つ複数のランプ信号に基づくアナログデジタル変換を行うスロープ型アナログデジタル変換部を有する。画素部２００は、行列状に配置された複数の画素を有する。複数の画素の各々は、光を電荷に変換する光電変換素子（フォトダイオード）と、光電変換素子の電荷に基づく電圧を増幅するアンプと、光電変換素子に蓄積された電荷をリセットするリセット回路等を有し、垂直走査回路２０１により制御される。垂直走査回路２０１は、画素部２００を制御する。具体的には、垂直走査回路２０１は、画素部２００内の画素を行単位でリセットを行い、画素部２００内の各列の画素の信号を行単位で列アンプ部２０２に出力させる。列アンプ部２０２は、コントロール回路部２１２により制御され、画素部２００の各列の画素から出力されるアナログ画素信号を列毎に１倍、２倍等のように離散的にアナログ増幅する。
【００１２】
ＲＥＦ回路部２０４は、コントロール回路部２１２により制御され、基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。各列の比較部２０３は、列アンプ部２０２から出力される各列のアナログ画素信号と、ＲＥＦ回路部２０４から出力される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。ＲＡＭＰ回路部２０６は、コントロール回路部２１２により制御され、傾きが異なる複数のランプ信号を出力する。例えば、ＲＡＭＰ回路部２０６は、図３のように、高ゲインの小さい傾きのランプ信号３０１及び低ゲインの大きい傾きのランプ信号３００の２種類を出力する。ランプ信号３００及び３０１は、時間経過と共にレベルが上昇する。各列のスロープ選択回路部２０５は、選択部であり、コントロール回路部２１２により制御され、各列の比較部２０３の比較結果に基づき、ＲＡＭＰ回路部２０６が出力する傾きが異なる複数のランプ信号３００又は３０１を選択して出力する。各列のランプ比較部２０７は、各列のスロープ選択回路部２０５により選択されたランプ信号と、列アンプ部２０２が出力する各列の画素信号とを比較し、徐々に上昇するランプ信号と画素信号のレベルが一致するタイミングでカウント停止信号を出力する。すなわち、各列のランプ比較部２０７は、各列のＯＢ画素又は有効画素の信号と各列のスロープ選択回路部２０５により選択されたランプ信号３００又は３０１とを比較する。
【００１３】
各列のカウンタ部２０８は、コントロール回路部２１２により制御される。各列のカウンタ部２０８は、ＲＡＭＰ回路部２０６がランプ信号のスロープを生成開始するタイミングでカウンタ値をゼロにリセットし、その時点から各列のランプ比較部２０７がカウント停止信号を出力するまでの時間をカウントする。すなわち、カウンタ部２０８は、ＯＢ画素又は有効画素の信号とスロープ選択回路部２０５により選択されたランプ信号３００又は３０１とのレベルが一致するまでの時間をカウントする。例えば、各列のカウンタ部２０８は、１２ビットのカウンタである。各列のビットシフト部２０９は、乗算部であり、スロープ選択回路部２０５が大きい傾きのランプ信号３００を選択した場合には、各列のカウンタ部２０８が出力するカウンタ値をデジタル的に４倍（２ビットシフト）して記憶する。上記の４倍は、傾きに応じた係数倍である。また、各列のビットシフト部２０９は、スロープ選択回路部２０５が小さい傾きのランプ信号３０１を選択した場合には、各列のカウンタ部２０８が出力するカウンタ値をそのまま記憶する。このカウンタ値は、デジタル画素信号である。アナログデジタル変換部は、比較部２０３、スロープ選択回路部２０５、ランプ比較部２０７、カウンタ部２０８及びビットシフト部２０９を有する。そのアナログデジタル変換部は、列アンプ部２０２が出力するアナログ画素信号をデジタル画素信号に変換し、デジタル画素信号を水平転送部２１０に出力する。
【００１４】
水平転送部２１０は、１行分の各列のビットシフト部２０９が記憶する各列のカウンタ値（デジタル画素信号）を記憶し、各列のデジタル画素信号を水平方向に１画素ずつ転送部２１１へ転送する。転送部２１１は、水平転送部２１０が出力するデジタル画素信号をＬＶＤＳ等のフォーマットに変換して図１のＡＧＣ１０２に出力する。コントロール回路部２１２は、図１のマイコン１０５に対して通信信号を入出力し、撮像素子１０１内の各ブロックを制御する。
【００１５】
図５は、画素部２００の構成例を示す図である。画素部２００は、有効画素領域５０１と、オプティカルブラック画素領域（ＯＢ画素領域）５０２，５０３とを有する。ＯＢ画素領域５０２は、画素部２００の上部の複数行の垂直ＯＢ画素領域である。ＯＢ画素領域５０３は、画素部２００の左部の複数列の水平ＯＢ画素領域である。ＯＢ画素領域５０２及び５０３は、光電変換部が遮光されている複数のオプティカルブラック画素（ＯＢ画素）を含み、ＯＢ画素は黒レベルの信号を出力する。黒レベルは、アナログ画素信号の基準となる基準レベルである。有効画素領域５０１は、光電変換部が遮光されていない複数の有効画素を含み、有効画素は光電変換部の光電変換に応じた画素信号を出力する。
【００１６】
次に、図１、図２及び図３を参照しながら、傾きが異なる複数のランプ信号３００及び３０１を用いてアナログデジタル変換を行う撮像素子１０１の動作を説明する。列アンプ部２０２は、各列のアナログ画素信号を保持する各列のアナログメモリ部を有する。コントロール回路部２１２は、列アンプ部２０２にリセット信号を出力し、列アンプ部２０２内の各列のアナログメモリ部のアナログ画素信号をクリアする。列アンプ部２０２は、ＯＢ画素領域５０２の各列のＯＢ画素の黒レベルの信号を出力する。各列のランプ比較部２０７は、各列のＯＢ画素の黒レベルの信号を入力する。その場合、コントロール回路部２１２は、スロープ選択回路部２０５に対して、高ゲインの小さい傾きのランプ信号３０１を選択するための制御信号を出力する。
【００１７】
図３は、傾きが異なる複数のランプ信号３００及び３０１を示す図である。以下、撮像素子１０１のアナログデジタル変換を説明する。横軸はカウンタ部２０８の１２ビットのカウンタ値を表し、縦軸はランプ比較部２０７に入力されるアナログ画素信号の電圧値を表している。第１のランプ信号３０１は、小さい傾きのランプ信号である。第２のランプ信号３００は、大きい傾きのランプ信号である。第２のランプ信号３００は、第１のランプ信号３０１より傾きが大きい。
【００１８】
例えば、ＲＥＦ回路部２０４は、２５０［ｍＶ］の基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。アナログ画素信号が２５０［ｍＶ］〜１０００［ｍＶ］の範囲である場合、スロープ選択回路部２０５は、大きい傾きのランプ信号３００を選択する。その場合、カウンタ部２０８のカウンタ値の１［ＬＳＢ］当たりのアナログ画素信号の電圧値は、約２４４［μＶ］である。
【００１９】
アナログ画素信号が０〜２５０［ｍＶ］の範囲である場合、スロープ選択回路部２０５は、小さい傾きのランプ信号３０１を選択する。その場合、カウンタ部２０８のカウンタ値の１［ＬＳＢ］当たりのアナログ画素信号の電圧値は、約６１［μＶ］である。
【００２０】
まず、ＯＢ画素領域５０２の黒レベルの信号のアナログデジタル変換の動作を説明する。スロープ選択回路部２０５は、黒レベルの信号が基準電圧Ｖｒｅｆより小さいので、小さい傾きのランプ信号３０１を選択する。ランプ比較部２０７は、ＯＢ画素領域５０２の黒レベルのアナログ画素信号と、小さい傾きのランプ信号３０１とのレベルが一致するタイミングで、カウント停止信号をカウンタ部２０８に出力する。各列のビットシフト部２０９は、その時点の各列のカウンタ部２０８のカウンタ値を記憶する。例えば、図３に示すように、アナログ画素信号の電圧がＡ［ｍＶ］である場合、アナログ画素信号とランプ信号３０１とが一致した時のカウンタ部２０８のカウント値Ａ１［ＬＳＢ］がビットシフト部２０９に記憶される。以上のように、ＯＢ画素領域５０２の１行分のＯＢ画素の黒レベルの信号をデジタル値として各列のビットシフト部２０９に記憶が可能となる。
【００２１】
次に、有効画素領域５０１及びＯＢ画素領域５０３の行の信号のアナログデジタル変換の動作を説明する。有効画素領域５０１には、撮影レンズ１００を通過した被写体像の入射光が所定の露光時間照射される。有効画素領域５０１内の有効画素は、入射光を光電変換し、画素信号を出力する。ＯＢ画素領域５０３内のＯＢ画素は、入射光にかかわらず黒レベルの信号を出力する。画素部２００は、垂直走査回路２０１の制御信号に応じて、行毎に各列のアナログ画素信号を列アンプ部２０２に出力する。列アンプ部２０２は、入射光量に基づき、アナログ画素信号に対して１倍、２倍、４倍等の離散的なアナログゲインをかけることによりアナログ画素信号を増幅して出力する。ＲＥＦ回路部２０４は、例えば２５０［ｍＶ］の基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。比較部２０３は、列アンプ部２０２のアナログ画素信号と基準電圧Ｖｒｅｆを比較する。スロープ選択回路部２０７は、アナログ画素信号が２５０［ｍＶ］を超えた場合には傾きが大きいランプ信号３００を選択し、アナログ画素信号が２５０［ｍＶ］以下の場合には傾きが小さいランプ信号３０１を選択する。
【００２２】
次に、図３を用いて、列アンプ部２０２のアナログ画素信号が２５０［ｍＶ］以下の場合のアナログデジタル変換を説明する。コントロール回路部２１２は、カウンタ部２０８のカウント値をゼロクリアする。アナログ画素信号（有効画素の信号）が基準電圧Ｖｒｅｆ（２５０［ｍＶ］）以下（閾値以下）である場合、スロープ選択回路部２０５は傾きが小さいランプ信号３０１を選択し、ランプ信号３０１の出力を開始する。それと共に、カウンタ部２０８は、カウント動作を開始する。ランプ比較部２０７は、アナログ画素信号とランプ信号３０１を比較し、両者が一致したタイミングでカウンタ停止信号をカウンタ部２０８に出力する。カウンタ部２０８は、一致したタイミングのカウンタ値をビットシフト部２０９に転送する。ビットシフト部２０９は、そのカウンタ値を記憶する。例えば、アナログ画素信号が１００［ｍＶ］の場合、カウンタ部２０８のカウント値は、約１６４０［ＬＳＢ］である。ここで、１［ＬＳＢ］≒６１［μＶ］である。
【００２３】
また、アナログ画素信号（有効画素の信号）が基準電圧Ｖｒｅｆ（２５０［ｍＶ］）より大きい場合、スロープ選択回路部２０５は、大きい傾きのランプ信号３００を選択し、ランプ信号３００の出力を開始する。それと共に、カウンタ部２０８は、カウント動作を開始する。ランプ比較部２０７は、アナログ画素信号とランプ信号３００を比較し、両者が一致したタイミングでカウンタ部２０８にカウンタ停止信号を出力する。カウンタ部２０８は、一致したタイミングのカウンタ値をビットシフト部２０９に転送する。ビットシフト部２０９は、そのカウンタ値を記憶する。
【００２４】
図３に示すように、アナログ画素信号がＢ［ｍＶ］の場合、アナログ画素信号とランプ信号３００とが一致した時のカウンタ部２０８のカウント値Ｂ１［ＬＳＢ］がビットシフト部２０９に記憶される。アナログ画素信号の電圧Ｂ［ｍＶ］が５００［ｍＶ］の場合、カウンタ部２０８のカウント値Ｂ１は、約２０４９[ＬＳＢ]である。ここで、１［ＬＳＢ］＝２４４［μＶ］である。
【００２５】
次に、ビットシフト部２０９は、スロープ選択回路部２０５が大きい傾きのランプ信号３００を選択した場合には、カウンタ部２０８のカウンタ値を２ビットシフトすることにより４倍の演算を行う。大きい傾きのランプ信号３００が選択された場合、アナログデジタル変換部は、２５０［ｍＶ］〜１０００［ｍＶ］のアナログ画素信号をアナログデジタル変換するので、カウンタ部２０８のカウンタ値は１０２４[ＬＳＢ]〜４０９５[ＬＳＢ]になる。その場合、ビットシフト部２０９は、そのカウンタ値を４倍することにより、４０９６［ＬＳＢ］〜１６３８０［ＬＳＢ］のカウント値を出力する。
【００２６】
スロープ選択回路部２０５が小さい傾きのランプ信号３０１を選択した場合、ビットシフト部２０９は、２ビットシフトを行わない。この場合、アナログ画素信号は、０〜２５０［ｍＶ］であり、カウンタ部２０８のカウンタ値は、０［ＬＳＢ］〜４０９５［ＬＳＢ］である。したがって、０［ｍＶ］〜１０００［ｍＶ］は、０［ＬＳＢ］〜１６３８０［ＬＳＢ］と疑似的に１４ビットのアナログデジタル変換の階調をもつことになる。
【００２７】
なお、画像信号処理部１０３は、小さい画素信号レベルの画像に対しては、強いガンマカーブによりガンマ補正を行うため、小さい画素信号レベルの画像は十分な階調を必要とする。これに対し、画像信号処理部１０３は、大きい画素信号レベルの画像に対しては、弱いガンマカーブによりガンマ補正を行うので、大きい画素信号レベルの画像は十分な階調を必要としない。
【００２８】
各列のビットシフト部２０９は、前述した各列の黒レベルのデジタルデータを保持しており、各列の有効画素のデジタルデータから各列の黒レベルのデジタルデータを減算し、オフセット成分やノイズ成分を除去したデジタル画素信号を水平転送部２１０に出力する。そして、水平転送部２１０は、各列の画素のデジタルデータを転送部２１１に転送する。転送部２１１は、各列の画素のデジタルデータを順次ＡＧＣ部１０２に転送する。
【００２９】
なお、本実施形態では、比較部２０３とランプ比較部２０７を個別に構成しているが、いずれも比較器なので、共通の構成としてもよい。また、本実施形態では、傾きが２種類のランプ信号３０１及び３０１を用いてアナログデジタル変換処理を行っているが、３種類以上の傾きのランプ信号を用いてアナログデジタル変換処理を行ってもよい。以上説明したように、撮像素子１０１は、複数の傾きのランプ信号を用いることにより、疑似的に１４ビットのアナログデジタル変換を実現する。
【００３０】
図４は、傾きが異なる複数のランプ信号３００及び３０１を示す図である。横軸はカウンタ部２０８の１２ビットのカウンタ値を表し、縦軸はランプ比較部２０７に入力されるアナログ画素信号の電圧値を表している。以下、アナログ画素信号の基準となる黒レベルの信号を、大きい傾きのランプ信号３００で変換する場合と、小さい傾きのランプ信号３０１で変換する場合とを説明する。
【００３１】
ランプ比較部２０７が黒レベルのアナログ画素信号と小さい傾きのランプ信号３０１とを比較すると、カウンタ部２０８のカウンタ値はＢＬＫＬ［ＬＳＢ］になる。これに対し、ランプ比較部２０７が黒レベルのアナログ画素信号と大きい傾きのランプ信号３００とを比較すると、カウンタ部２０８のカウンタ値はＢＬＫＨ［ＬＳＢ］になる。カウンタ値ＢＬＫＨ［ＬＳＢ］は、カウンタ値ＢＬＫＬ［ＬＳＢ］より小さい。
【００３２】
傾きが異なるランプ信号３００及び３０１によるカウンタ値ＢＬＫＨ［ＬＳＢ］及びＢＬＫＬ［ＬＳＢ］は、差がでる。有効画素のデジタルデータからＯＢ画素の黒レベルのデジタルデータを減算することにより、オフセット成分やノイズ成分を低減させる。この場合、ＯＢ画素領域５０２のＯＢ画素の信号と有効画素領域５０１の有効画素の信号とを同じ傾きのランプ信号によってアナログデジタル変換する必要がある。
【００３３】
図５に示すように、ＯＢ画素領域５０２の行方向は、ｎ行及びｍ行に分割される。ＯＢ画素領域５０２は、ｎ行の第１のＯＢ画素領域５０２ａ及びｍ行の第２のＯＢ画素領域５０２ｂを有する。ＯＢ画素領域５０３の列方向は、ｎ列及びｍ列に分割される。ＯＢ画素領域５０３は、ｎ列の第１のＯＢ画素領域５０２ａ及びｍ列の第２のＯＢ画素領域５０３ｂを有する。例えば、撮像素子１０１のアナログデジタル変換部は、ｎ行のＯＢ画素領域５０２ａのＯＢ画素の黒レベルの信号に対しては、小さい傾きのランプ信号３０１を用いて、アナログからデジタルに変換する。また、撮像素子１０１のアナログデジタル変換部は、ｍ行のＯＢ画素領域５０２ｂのＯＢ画素の黒レベルの信号に対しては、大きい傾きのランプ信号３００を用いて、アナログからデジタルに変換する。具体的には、ＯＢ画素領域５０２が３０行である場合、ｎ行のＯＢ画素領域５０２ａが１５行であり、ｍ行のＯＢ画素領域５０２ｂが１５行である。各列のビットシフト部２０９は、それぞれ、各列のＯＢ画素領域５０２ａ及び５０２ｂのＯＢ画素のデジタルデータを保持する。
【００３４】
同様に、撮像素子１０１のアナログデジタル変換部は、ｎ列のＯＢ画素領域５０３ａのＯＢ画素の黒レベルの信号に対しては、小さい傾きのランプ信号３０１を用いて、アナログからデジタルに変換する。また、撮像素子１０１のアナログデジタル変換部は、ｍ列のＯＢ画素領域５０３ｂのＯＢ画素の黒レベルの信号に対しては、大きい傾きのランプ信号３００を用いて、アナログからデジタルに変換する。
【００３５】
スロープ選択回路部２０５が小さい傾きのランプ信号３０１を選択した場合、アナログデジタル変換部は、小さい傾きのランプ信号３０１を用いて有効画素の信号をアナログからデジタルに変換する。この場合、各列のビットシフト部２０９は、ｎ行のＯＢ画素領域５０２ａの各列のＯＢ画素の黒レベルのデジタルデータを基に各列の黒レベルのデジタルデータを決定する。ｎ行のＯＢ画素領域５０２ａのＯＢ画素の黒レベルのデジタルデータは、小さい傾きのランプ信号３０１を用いてアナログデジタル変換されたデータである。そして、各列のビットシフト部２０９は、有効画素領域５０１の各列の有効画素のアナログ画素信号のデジタルデータから上記の決定した各列の黒レベルのデジタルデータを減算することにより、黒レベルのオフセット成分や縦線のノイズ成分を低減する。これにより、ビットシフト部２０９は、共に小さい傾きのランプ信号３０１を用いてアナログデジタル変換されたＯＢ画素と有効画素のデジタルデータを基に減算することができる。この場合、ビットシフト部２０９は、演算部であり、小さい傾きのランプ信号３０１を用いてアナログからデジタルに変換されたＯＢ画素のデジタル信号に基づく黒レベル（基準レベル）と有効画素のデジタル信号との差分を出力する。なお、画像信号処理部１０３又はビットシフト部２０９は、ＯＢ画素領域５０３のデジタルデータを基に、有効画素領域５０１のデジタルデータの処理を行ってもよい。
【００３６】
スロープ選択回路部２０５が大きい傾きのランプ信号３００を選択した場合、アナログデジタル変換部は、大きい傾きのランプ信号３００を用いて有効画素の信号をアナログからデジタルに変換する。この場合、各列のビットシフト部２０９は、ｍ行のＯＢ画素領域５０２ｂの各列のＯＢ画素の黒レベルのデジタルデータを基に各列の黒レベルのデジタルデータを決定する。ｍ行のＯＢ画素領域５０２ｂのＯＢ画素の黒レベルのデジタルデータは、大きい傾きのランプ信号３００を用いてアナログデジタル変換されたデータである。そして、各列のビットシフト部２０９は、有効画素領域５０１の各列の有効画素のアナログ画素信号のデジタルデータから上記の決定した各列の黒レベルのデジタルデータを減算することにより、オフセット成分やノイズ成分を低減する。これにより、ビットシフト部２０９は、共に大きい傾きのランプ信号３００を用いてアナログデジタル変換されたＯＢ画素と有効画素のデジタルデータを基に減算することができる。この場合、ビットシフト部２０９は、演算部であり、大きい傾きのランプ信号３００を用いてアナログからデジタルに変換されたＯＢ画素のデジタル信号に基づく黒レベル（基準レベル）と有効画素のデジタル信号との差分を出力する。なお、画像信号処理部１０３又はビットシフト部２０９は、ＯＢ画素領域５０３のデジタルデータを基に、有効画素領域５０１のデジタルデータの処理を行ってもよい。
【００３７】
本実施形態では、撮像装置は、ＯＢ画素領域５０２及び５０３を分割して、ＯＢ画素領域５０２及び５０３の黒レベルの信号を、傾きが異なる複数のランプ信号３００及び３０１を用いて、アナログデジタル変換を行う例を示した。ただし、撮像装置は、フレーム毎に傾きが異なるランプ信号３００及び３０１を用いて、ＯＢ画素領域５０２及び５０３の黒レベルの信号をアナログデジタル変換してもよい。例えば、アナログデジタル変換部は、第１のフレームでは、小さい傾きのランプ信号３０１を用いて、ＯＢ画素領域５０２及び５０３のＯＢ画素の信号をアナログからデジタルに変換する。また、アナログデジタル変換部は、第２のフレームでは、大きい傾きのランプ信号３００を用いて、ＯＢ画素領域５０２及び５０３のＯＢ画素の信号をアナログからデジタルに変換する。
【００３８】
以上、説明したように、本実施形態の撮像素子１０１は、黒レベルの信号を常に小さい傾きのランプ信号３０１を用いてアナログデジタル変換しない。撮像素子１０１は、ｎ行のＯＢ画素領域５０２ａのＯＢ画素及びｎ列のＯＢ画素領域５０３ａのＯＢ画素の黒レベルの信号に対しては、小さい傾きのランプ信号３０１を用いてアナログデジタル変換を行う。また、撮像素子１０１は、ｍ行のＯＢ画素領域５０２ｂのＯＢ画素及びｍ列のＯＢ画素領域５０３ｂのＯＢ画素の黒レベルの信号に対しては、大きい傾きのランプ信号３００を用いてアナログデジタル変換を行う。
【００３９】
スロープ選択回路部２０５が小さい傾きのランプ信号３０１を選択した場合、ビットシフト部２０９は、小さい傾きのランプ信号３０１を用いてアナログデジタル変換されたＯＢ画素のデジタルデータを用いて減算を行う。また、スロープ選択回路部２０５が大きい傾きのランプ信号３００を選択した場合、ビットシフト部２０９は、大きい傾きのランプ信号３００を用いてアナログデジタル変換されたＯＢ画素のデジタルデータを用いて減算を行う。これにより、ビットシフト部２０９は、同じ傾きのランプ信号を用いてアナログデジタル変換された有効画素のデジタルデータとＯＢ画素のデジタルデータを基に減算を行い、オフセット成分やノイズ成分による画質の劣化を低減することができる。
【００４０】
図６は、アナログデジタル変換の際の温度等による黒レベルのオフセット成分を示す図である。横軸はカウンタ部２０８の１２ビットのカウンタ値を表し、縦軸はランプ比較部２０７に入力されるアナログ画素信号の電圧値を表している。黒レベルのデジタルデータは、ランプ信号の傾きによる変動だけでなく、ＯＢ画素の内部の素子バラつきや、通電後の温度変化によっても、オフセット成分が変動する。
【００４１】
ランプ信号３００は、大きい傾きのランプ信号である。ランプ信号３００ｏｆｓは、オフセット成分が生じた大きい傾きのランプ信号である。ランプ信号３０１は、小さい傾きのランプ信号である。ランプ信号３０１ｏｆｓは、オフセット成分が生じた小さい傾きのランプ信号である。カウンタ値ＢＬＫＨ１は、ランプ信号３００を用いて、黒レベルの信号をアナログデジタル変換した場合のカウンタ部２０８のカウンタ値である。カウンタ値ＢＬＫＨ２は、ランプ信号３００ｏｆｓを用いて、黒レベルの信号をアナログデジタル変換した場合のカウンタ部２０８のカウンタ値である。カウンタ値ＢＬＫＬ１は、ランプ信号３０１を用いて、黒レベルの信号をアナログデジタル変換した場合のカウンタ部２０８のカウンタ値である。カウンタ値ＢＬＫＬ２は、ランプ信号３０１ｏｆｓを用いて、黒レベルの信号をアナログデジタル変換した場合のカウンタ部２０８のカウンタ値である。
【００４２】
オフセット成分ＯＦＳＨは、カウンタ値ＢＬＫＨ１及びＢＬＫＨ２の差分であり、オフセット成分を含むランプ信号３００ｏｆｓを用いた場合の黒レベルのカウンタ値のオフセット成分である。オフセット成分ＯＦＳＬは、カウンタ値ＢＬＫＬ１及びＢＬＫＬ２の差分であり、オフセット成分を含むランプ信号３０１ｏｆｓを用いた場合の黒レベルのカウンタ値のオフセット成分である。大きい傾きのランプ信号を用いた場合のオフセット成分ＯＦＳＨと、小さい傾きのランプ信号を用いた場合のオフセット成分ＯＦＳＬとは、相互に異なる。
【００４３】
本実施形態では、スロープ選択回路部２０５が小さい傾きのランプ信号３０１を選択した場合、ビットシフト部２０９は、小さい傾きのランプ信号３０１を用いてアナログデジタル変換されたＯＢ画素のデジタルデータを用いて減算を行う。また、スロープ選択回路部２０５が大きい傾きのランプ信号３００を選択した場合、ビットシフト部２０９は、大きい傾きのランプ信号３００を用いてアナログデジタル変換されたＯＢ画素のデジタルデータを用いて減算を行う。ビットシフト部２０９は、同じ傾きかつ同じオフセット成分を含むランプ信号を用いてアナログデジタル変換された有効画素のデジタルデータとＯＢ画素のデジタルデータを基に減算を行い、オフセット成分やノイズ成分による画質の劣化を低減することができる。
【００４４】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００４５】
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、又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】
【００４６】
２００  画素部、２０１  垂直走査回路部、２０２  列アンプ部、２０３  比較部、２０４  ＲＥＦ回路部、２０５  スロープ選択回路部、２０６  ＲＡＭＰ回路部、２０７  ランプ比較部、２０８  カウンタ部、２０９  ビットシフト部、２１０  水平転送部、２１１  転送部、５０１  有効画素領域、５０２，５０３  ＯＢ画素領域
【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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