(57)【要約】【課題】複数フィールドで信号を読み出した場合のフィールド間の黒レベルを揃えて画質を向上させることが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】被写体光を受光して電荷を発生する有効画素部５１、及び、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光されたＯＢ画素部５３を含む固体撮像素子５を有する撮像装置であって、固体撮像素子５から複数フィールドに分けて信号を読み出す駆動を行う撮像素子駆動部１０と、各フィールドで固体撮像素子５から出力される撮像信号のうち、ＯＢ画素部５３から得られたＯＢ信号をクランプするクランプ回路８２と、各フィールドで固体撮像素子５から出力される撮像信号のうち、少なくとも有効画素部５１から得られた有効信号に基づいて、各フィールドでクランプされたＯＢ信号に応じて決定される黒レベルの差を縮小する補正を行う（ステップＳ９１，９２，９３）黒レベル差補正部１９とを備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を受光して電荷を発生する有効画素領域、及び、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光されたＯＢ画素領域を含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子から複数フィールドに分けて信号を読み出す駆動を行う駆動部と、
各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記ＯＢ画素領域から得られたＯＢ信号をクランプするクランプ部と、
各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、少なくとも前記有効画素領域から得られた有効信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う黒レベル差補正部とを備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記有効信号として、前記有効信号を分割したときの各エリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第一の閾値を越えるエリアの有効信号を除外する撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記有効信号として、一定レベルを超える有効信号を除外する撮像装置。
【請求項４】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の各々から得られた信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記撮像信号として、前記有効信号を分割したときの第一のエリアのうちエリア内の前記有効信号の平均値が第一の閾値を越えるエリアの有効信号、及び、前記ＯＢ信号を分割したときの第二のエリアのうちエリア内の前記ＯＢ信号の平均値が前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値を越えるエリアのＯＢ信号を除外する撮像装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記撮像信号として、第三の閾値を越える前記有効信号及び前記第三の閾値よりも小さい第四の閾値を越える前記ＯＢ信号を除外する撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記有効信号として、前記有効信号を分割したときの各エリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第二の閾値以下のエリアの有効信号を除外する撮像装置。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記撮像信号として、前記有効信号を分割したときの第一のエリアと、前記ＯＢ信号を分割したときの第二のエリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第五の閾値以下になる前記第一のエリアの有効信号、及び、エリア内の前記ＯＢ信号の平均値が前記第五の閾値より小さい第六の閾値以下になる前記第二のエリアのＯＢ信号を除外する撮像装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、又は７記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記有効信号のうちのｎ（ｎは２以上の自然数）フィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値から、補正に用いる前記有効信号のうちの１フィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値又は補正に用いる前記有効信号のうちの全てのフィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値を減算して得られる値を、ｎフィールド目の撮像信号から減算することで前記黒レベルの差を縮小する補正を行う撮像装置。
【請求項１０】
請求項４、５、６、又は８記載の撮像装置であって、
前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記撮像信号のうちのｎ（ｎは２以上の自然数）フィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値から、補正に用いる前記撮像信号のうちの１フィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値又は補正に用いる前記撮像信号のうちの全てのフィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値を減算して得られる値を、ｎフィールド目の撮像信号から減算することで前記黒レベルの差を縮小する補正を行う撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号を構成する色成分の信号の比率が全てのフィールドで一致しないように前記駆動部が前記固体撮像素子を駆動した場合、
前記黒レベル差補正部は、補正に用いる前記有効信号として、各フィールドで得られる撮像信号に共通に含まれる同一色成分の有効信号以外の有効信号を除外する撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域が水平及び垂直方向に二次元状に配置されており、
前記有効画素領域は、水平及び垂直方向に二次元状に配置されており、
前記ＯＢ画素領域は、前記有効画素領域の垂直方向の端部に配置されており、
前記駆動部は、前記二次元状に配置された前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の水平方向に並ぶ領域からなるライン単位で信号を読み出す駆動を行う撮像装置。
【請求項１３】
被写体光を受光して電荷を発生する有効画素領域、及び、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光されたＯＢ画素領域を含む固体撮像素子から出力される信号を処理する信号処理方法であって、
前記固体撮像素子から複数フィールドに分けて信号を読み出す駆動を行う駆動ステップと、
各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記ＯＢ画素領域から得られたＯＢ信号をクランプするクランプステップと、
各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、少なくとも前記有効画素領域から得られた有効信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う黒レベル差補正ステップとを備える信号処理方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号として、前記有効信号を分割したときの各エリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第一の閾値を越えるエリアの有効信号を除外する信号処理方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号として、一定レベルを超える有効信号を除外する信号処理方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の各々から得られた信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される前記黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う信号処理方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記撮像信号として、前記有効信号を分割したときの第一のエリアのうちエリア内の前記有効信号の平均値が第一の閾値を越えるエリアの有効信号、及び、前記ＯＢ信号を分割したときの第二のエリアのうちエリア内の前記ＯＢ信号の平均値が前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値を越えるエリアのＯＢ信号を除外する信号処理方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記撮像信号として、第三の閾値を越える前記有効信号及び前記第三の閾値よりも小さい第四の閾値を越える前記ＯＢ信号を除外する信号処理方法。
【請求項１９】
請求項１３〜１５のいずれか１項記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号として、前記有効信号を分割したときの各エリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第二の閾値以下のエリアの有効信号を除外する信号処理方法。
【請求項２０】
請求項１６〜１８のいずれか１項記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記撮像信号として、前記有効信号を分割したときの第一のエリアと、前記ＯＢ信号を分割したときの第二のエリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第五の閾値以下になる前記第一のエリアの有効信号、及び、エリア内の前記ＯＢ信号の平均値が前記第五の閾値より小さい第六の閾値以下になる前記第二のエリアのＯＢ信号を除外する信号処理方法。
【請求項２１】
請求項１３、１４、１５、又は１９記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号のうちのｎ（ｎは２以上の自然数）フィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値から、補正に用いる前記有効信号のうちの１フィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値又は補正に用いる前記有効信号のうちの全てのフィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値を減算して得られる値を、ｎフィールド目の撮像信号から減算することで前記黒レベルの差を縮小する補正を行う信号処理方法。
【請求項２２】
請求項１６、１７、１８、又は２０記載の信号処理方法であって、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記撮像信号のうちのｎ（ｎは２以上の自然数）フィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値から、補正に用いる前記撮像信号のうちの１フィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値又は補正に用いる前記撮像信号のうちの全てのフィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値を減算して得られる値を、ｎフィールド目の撮像信号から減算することで前記黒レベルの差を縮小する補正を行う信号処理方法。
【請求項２３】
請求項１３〜２２のいずれか１項記載の信号処理方法であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号を構成する色成分の信号の比率が全てのフィールドで一致しないように前記駆動部が前記固体撮像素子を駆動した場合、
前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号として、各フィールドで得られる撮像信号に共通に含まれる同一色成分の有効信号以外の有効信号を除外する信号処理方法。
【請求項２４】
請求項１３〜２３のいずれか１項記載の信号処理方法であって、
前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域が水平及び垂直方向に二次元状に配置されており、
前記有効画素領域は、水平及び垂直方向に二次元状に配置されており、
前記ＯＢ画素領域は、前記有効画素領域の垂直方向の端部に配置されており、
前記駆動ステップでは、前記二次元状に配置された前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の水平方向に並ぶ領域からなるライン単位で信号を読み出す駆動を行う信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、一般的なＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。シリコン等の半導体基板には、有効画素部２００、ＯＢ部３００、及びＯＢ部４００を備える画素領域１００が形成されている。
【０００３】
画素領域１００には、フォトダイオード等の光電変換素子を水平方向に多数並べたラインが、水平方向に直交する垂直方向に多数配列されている。
【０００４】
画素領域１００の各光電変換素子で発生した電荷は、画素領域１００内の図示しない垂直電荷転送路に読み出され、ここで垂直方向に転送される。垂直電荷転送路を転送されてきた１ライン分の電荷は、水平電荷転送路５００によって水平方向に転送される。水平電荷転送路５００の終端にはフローティングディフュージョアンプ（ＦＤＡ）等の、電荷をその電荷量に比例した電圧信号（以下、撮像信号ともいう）に変換して出力する出力部６００が設けられ、水平方向に転送されてきた電荷がこの出力部６００で電圧信号に変換されて外部に出力される。
【０００５】
ＯＢ部４００は、画素領域１００の水平電荷転送路５００側の端部にある数ラインを遮光した領域である。ＯＢ部４００に形成された各光電変換素子が、黒レベル決定用の信号を出力するためのＯＢ画素領域を形成する。
【０００６】
ＯＢ部３００は、ＯＢ部４００を構成する数ラインを除く各ラインの出力部６００側とは反対側の端部にある数個の光電変換素子を遮光した領域である。ＯＢ部３００に形成された各光電変換素子も、黒レベル決定用の信号を出力するためのＯＢ画素領域を形成する。
【０００７】
有効画素部２００は、ＯＢ部３００とＯＢ部４００にある光電変換素子以外の光電変換素子が形成された領域である。有効画素部２００の各光電変換素子上方の遮光膜には開口が形成されており、ここから被写体光が入射するようになっている。有効画素部２００に形成された各光電変換素子は、被写体光を受光して電荷を発生する領域である有効画素領域を形成する。以下、有効画素領域から出力される撮像信号を有効信号ともいい、ＯＢ画素領域から出力される撮像信号をＯＢ信号ともいう。
【０００８】
このような撮像素子を搭載する撮像装置では、撮像素子から出力される水平１ライン分の撮像信号のうち、ＯＢ部３００から得られたＯＢ信号を所定の目標レベル（以下、クランプレベルという）にクランプし、そのクランプレベルを基準として、その後の信号処理を行っている。この信号処理では、得られた全てのＯＢ信号の平均値を黒レベルとし、有効信号から、この黒レベルを減算することで、オフセット補正を行っている。
【０００９】
このようにＯＢ部３００から得られたＯＢ信号でクランプを行う場合、高温時には、垂直電荷転送路の暗電流が画素領域１００の中央と左右で大きく異なるため、有効画素部とＯＢ画素部との間で黒レベルの差が大きくなる。そこで、この黒レベルの差を減らすために、ＯＢ部４００から得られたＯＢ信号でクランプを行う技術が知られている。
【００１０】
しかし、近年の撮像装置では、多画素化により、複数フィールドに分けて信号を読み出すようになっているため、１フィールドで出力できるＯＢ信号の数が少なくなり、ＯＢ部４００から得られるＯＢ信号をクランプしても、黒レベルを精度良く決めることができない。ＯＢ部４００に含まれる光電変換素子数を増やせばよいが、多画素化に対応して有効画素部２００の光電変換素子数を多くしようとすると、ＯＢ部４００に含まれる光電変換素子数をあまり多く確保することはできない。このため、ＯＢ部４００から得られたＯＢ信号で黒レベルを決定しても、１フィールドあたりのＯＢ信号が少ないことに起因する黒レベルのばらつきという新たな問題点が発生する。
【００１１】
特許文献１，２には、フィールド毎の黒レベルを、ＯＢ画素領域から得られる信号又は遮光撮影時に有効画素領域から得られる信号によって決定する撮像装置が開示されている。有効画素領域から得られる信号によって黒レベルを決定する方法では、本撮影の他に遮光撮影が必要となり、消費電力、撮影時間が余分にかかってしまう。ＯＢ画素領域から得られる信号によって黒レベルを決定する方法では、複数フィールド読み出しを行うと、１フィールドで信号が読み出されるＯＢ画素領域の数が少なくなるため、黒レベルを精度良く決定することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１９６３３５号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数フィールドで信号を読み出した場合のフィールド間の黒レベルを揃えて画質を向上させることが可能な撮像装置及び信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の撮像装置は、被写体光を受光して電荷を発生する有効画素領域、及び、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光されたＯＢ画素領域を含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、前記固体撮像素子から複数フィールドに分けて信号を読み出す駆動を行う駆動部と、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記ＯＢ画素領域から得られたＯＢ信号をクランプするクランプ部と、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、少なくとも前記有効画素領域から得られた有効信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う黒レベル差補正部とを備える。
【００１５】
本発明の信号処理方法は、被写体光を受光して電荷を発生する有効画素領域、及び、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光されたＯＢ画素領域を含む固体撮像素子から出力される信号を処理する信号処理方法であって、前記固体撮像素子から複数フィールドに分けて信号を読み出す駆動を行う駆動ステップと、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記ＯＢ画素領域から得られたＯＢ信号をクランプするクランプステップと、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、少なくとも前記有効画素領域から得られた有効信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う黒レベル差補正ステップとを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数フィールドで信号を読み出した場合のフィールド間の黒レベルを揃えて画質を向上させることが可能な撮像装置及び信号処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示す図
【図２】図１に示したデジタルカメラにおける固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図３】図２に示す固体撮像素子の画素領域に含まれる光電変換素子の配列例を示した図
【図４】図２に示す固体撮像素子の画素領域に含まれる光電変換素子の配列例を示した図
【図５】図１に示したデジタルカメラにおけるＡＤ変換部の内部構成を示す図
【図６】高温時に固体撮像素子の画素領域の１ラインから得られる暗時信号のレベルを示した図
【図７】図１に示したデジタルカメラにおける撮像素子駆動部が３フィールドに分けて固体撮像素子から撮像信号を読み出す際の固体撮像素子の動作状態とクランプパルスの状態を示した図
【図８】図１に示すデジタルカメラがオフセット補正を行うまでの動作を説明したフローチャート
【図９】フィールド別オフセット補正時の黒レベル差補正部の動作を説明するためのフローチャート
【図１０】図１に示したデジタルカメラにおける黒レベル差補正部が実施する処理の変形例を説明するためのフローチャート
【図１１】図１に示したデジタルカメラにおける黒レベル差補正部が実施する処理（フィールド毎に有効信号の積算平均を求める処理）の変形例を説明するためのフローチャート
【図１２】画素領域の分割例を示した図
【図１３】図１に示したデジタルカメラにおける黒レベル差補正部が実施する処理（フィールド毎に有効信号及びＯＢ信号の積算平均を求める処理）を説明するためのフローチャート
【図１４】図１に示したデジタルカメラにおける黒レベル差補正部が実施する処理の変形例を説明するためのフローチャート
【図１５】一般的なＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示す図である。撮像装置としては、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡及びカメラ付携帯電話機等に搭載される撮像モジュール、等があり、ここではデジタルカメラを例にして説明する。
【００２０】
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、ＣＣＤ型の固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。
【００２１】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、レンズ駆動部１３を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部１２を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００２２】
また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００２３】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理を行うＣＤＳ処理部６及びＣＤＳ処理部６の出力に接続された信号増幅を行うＶＧＡ７と、このＶＧＡ７から出力された撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部８とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。
【００２４】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、フィールド毎の黒レベル差を補正する黒レベル差補正部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備える。
【００２５】
メモリ制御部１５、デジタル信号処理部１７、圧縮伸張処理部１８、黒レベル差補正部１９、外部メモリ制御部２０、及び表示制御部２２は、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００２６】
図２は、図１に示した撮像装置における固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。シリコン等の半導体基板には、有効画素部５１、ＯＢ部５２、及びＯＢ部５３を備える画素領域５０が形成されている。
【００２７】
画素領域５０には、フォトダイオード等の光電変換素子を水平方向に複数並べたラインが、水平方向に直交する垂直方向に複数配列されている。
【００２８】
画素領域５０の各光電変換素子で発生した電荷は、画素領域５０内の図示しない垂直電荷転送路に読み出され、ここで垂直方向に転送される。垂直電荷転送路を転送されてきた１ライン分の電荷は、水平電荷転送路５４によって水平方向に転送される。水平電荷転送路５４の終端にはフローティングディフュージョアンプ（ＦＤＡ）等の、電荷をその電荷量に比例した電圧信号（以下、撮像信号ともいう）に変換して出力する出力部５５が設けられ、水平方向に転送されてきた電荷がこの出力部５５で電圧信号に変換されて外部に出力される。
【００２９】
ＯＢ部５３は、画素領域５０の水平電荷転送路５４側の端部にある数ラインを遮光した領域である。ＯＢ部５３に形成された各光電変換素子が、黒レベル決定用の信号を出力するためのＯＢ画素領域を形成する。
【００３０】
ＯＢ部５２は、ＯＢ部５３を構成する数ラインを除く各ラインの出力部５５側とは反対側の端部にある数個の光電変換素子を遮光した領域である。
【００３１】
有効画素部５１は、ＯＢ部５２とＯＢ部５３にある光電変換素子以外の光電変換素子が形成された領域である。有効画素部５１の各光電変換素子上方の遮光膜には開口が形成されており、ここから被写体光が入射するようになっている。有効画素部５１に形成された各光電変換素子は、被写体光を受光して電荷を発生する領域である有効画素領域を形成する。以下、有効画素領域から出力される撮像信号を有効信号ともいい、ＯＢ画素領域から出力される撮像信号をＯＢ信号ともいう。
【００３２】
図３及び図４は、図２に示す固体撮像素子の画素領域５０に含まれる光電変換素子の配列例を示した図である。図３及び図４に示す“Ｒ”を付したブロックは、赤色のカラーフィルタを受光面上方に持つ光電変換素子を示している。“Ｇ”を付したブロックは、緑色のカラーフィルタを受光面上方に持つ光電変換素子を示している。“Ｂ”を付したブロックは、青色のカラーフィルタを受光面上方に持つ光電変換素子を示している。図４に示す“ｒ”を付したブロックは、赤色のカラーフィルタを受光面上方に持つ光電変換素子を示している。“ｇ”を付したブロックは、緑色のカラーフィルタを受光面上方に持つ光電変換素子を示している。“ｂ”を付したブロックは、青色のカラーフィルタを受光面上方に持つ光電変換素子を示している。
【００３３】
図３に示した例は、水平方向と垂直方向に正方格子状に配列された光電変換素子５１ａ上方に、ベイヤー配列のカラーフィルタを設けたものとなっている。図４に示した例は、水平方向と垂直方向に正方格子状に配列された光電変換素子５１ａと、同じく正方格子状に配列された光電変換素子５１ｂとを、各光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ水平及び垂直方向にずらして配置した構成となっている。光電変換素子５１ａ上方のカラーフィルタ配列はベイヤー配列となっており、光電変換素子５１ｂ上方のカラーフィルタ配列もベイヤー配列となっている。図４に示した構成は、同色のカラーフィルタが設けられた光電変換素子５１ａと光電変換素子５１ｂが隣接してペアを形成し、このペアから得られた信号を合成処理することで、ダイナミックレンジの拡大、高感度化を図ることができる。また、合成処理を行わない場合には、高解像度の画像を得ることができる。
【００３４】
固体撮像素子５では、画素領域５０に含まれる光電変換素子から、複数フィールドに分けて撮像信号を読み出すことができるように、読み出し電極が配置されている。デジタルカメラでは、撮像素子駆動部１０が、固体撮像素子５から複数フィールドに分けて撮像信号を読み出す駆動を実施する。
【００３５】
図５は、図１に示したデジタルカメラにおけるＡＤ変換部８の内部構成を示す図である。ＡＤ変換部８は、ＡＤＣ８１と、クランプ回路８２とを備える。
【００３６】
ＡＤＣ８１は、ＶＧＡ７から出力される撮像信号をデジタル信号に変換する。
【００３７】
クランプ回路８２は、ＡＤＣ８１から出力される撮像信号のうちのＯＢ信号を所定の目標レベルにクランプする回路であり、補正量算出回路８２ａと加算回路８２ｂとを備える。
【００３８】
補正量算出回路８２ａは、デジタル変換後のＯＢ信号を目標レベルと比較して、ＯＢ信号の目標レベルからの誤差を算出し、この誤差がなくなるような補正量を加算回路８２ｂに出力する。加算回路８２ｂは、補正量算出回路８２ａから出力された補正量を、デジタル変換前のＯＢ信号に加算する。補正量算出回路８２ａは、固体撮像素子５からＯＢ信号が出力される期間にハイレベルとなるクランプパルスにしたがって動作し、ＯＢ信号のみクランプ処理を行う。
【００３９】
このデジタルカメラでは、システム制御部１１が、ＯＢ部５３からＯＢ信号が出力される期間にクランプパルスを補正量算出回路８２ａに供給する。つまり、ＯＢ部５３から出力されるＯＢ信号をクランプし、クランプ後のＯＢ信号のレベルを基準として、その後のオフセット補正処理を行っている。このオフセット補正処理には一律オフセット補正とフィールド別オフセット補正があり、これらの補正はデジタル信号処理部１７が行う。
【００４０】
一律オフセット補正は、撮像により得られた全てのＯＢ信号の平均値を黒レベルとし、撮像により得られた有効信号から、この黒レベルを減算する補正である。フィールド別オフセット補正は、フィールド毎に得られたＯＢ信号の平均値をそのフィールドの黒レベルとし、そのフィールドで得られた有効信号から該黒レベルを減算する補正である。
【００４１】
図６は、高温時に固体撮像素子５の画素領域５０の１ラインから得られる暗時信号のレベルを示した図である。図６に示すように、高温時には、有効画素部５１から得られる暗時信号が、水平方向の中央で沈んでしまい、ＯＢ部５２から得られる暗時信号のレベルとの差が大きくなってしまう。
【００４２】
ＯＢ部５２から得られるＯＢ信号でクランプを行うと、図６の“ｂ”で示したレベルが黒レベルとなる。このため、オフセット補正を正確に行うことが難しい。ＯＢ部５３から得られる暗時信号は、図６に示した有効画素部５１から得られた暗時信号とほぼ同じ波形となる。このため、ＯＢ部５３から得られるＯＢ信号をクランプすると、黒レベルは図６の“ａ”で示したレベルになり、ＯＢ部５２から得られるＯＢ信号をクランプしたときよりも、オフセット補正を正確に行うことができる。
【００４３】
このような理由から、図１に示すデジタルカメラでは、ＯＢ部５３から得られるＯＢ信号をクランプするようにしている。
【００４４】
図７は、撮像素子駆動部１０が複数フィールド（図７の例では３フィールド）に分けて固体撮像素子５から撮像信号を読み出す際の固体撮像素子５の動作状態とクランプパルスの状態を示した図である。
【００４５】
撮像指示がなされると、固体撮像素子５の露光が開始される。露光が終了すると、垂直電荷転送路に存在する電荷を掃き出すための掃き出し駆動が行われる。掃き出し駆動が終了すると、垂直電荷転送路及び水平電荷転送路の空転送が実施される。空転送が終了すると、１フィールド目の読み出しが開始される。１フィールド目に読み出される撮像信号のうち、ＯＢ部５３からのＯＢ信号が出力される期間にクランプパルスがハイレベルになり、クランプ処理が実施される。以後、２フィールド目の読み出し、３フィールド目の読み出しが実施され、ＯＢ部５３からのＯＢ信号が同様にクランプされる。各フィールドで得られた撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【００４６】
次に、デジタル信号処理部１７が実施するオフセット補正時の動作について説明する。
【００４７】
図８は、図１に示すデジタルカメラがオフセット補正を行うまでの動作を説明したフローチャートである。
【００４８】
システム制御部１１は、操作部１４によってＩＳＯ感度が手動で設定されたり、ＩＳＯ感度を自動で設定したりすると、設定したＩＳＯ感度が所定の値より高いか否かを判定する（ステップＳ８１）。例えば、ＩＳＯ感度が１００，２００，４００，８００，１６００と設定可能であった場合、設定されたＩＳＯ感度が４００より高いか否かを判定する。
【００４９】
ＩＳＯ感度が所定の値よりも高かった場合（ステップＳ８１：ＹＥＳ）、システム制御部１１はフィールド別オフセット補正を行うよう、デジタル信号処理部１７に指示する（ステップＳ８２）。ＩＳＯ感度が所定の値以下だった場合（ステップＳ８１：ＮＯ）、システム制御部１１は一律オフセット補正を行うよう、デジタル信号処理部１７に指示する（ステップＳ８３）。
【００５０】
このように、図１に示したデジタルカメラでは、設定ＩＳＯ感度が低く、フィールド毎の黒レベル差が目立たなくなるような撮像条件においては、一律オフセット補正を行い、設定ＩＳＯ感度が高く、フィールド毎の黒レベル差が目立たつような撮像条件においては、フィールド別オフセット補正を行うものとしている。後述するが、フィールド別オフセット補正は、一律オフセット補正よりも演算量が増えるため、このようにＩＳＯ感度に応じてどちらの補正を行うかを決めておくことで、撮像条件に適応した補正が可能となる。なお、ＩＳＯ感度に関わらず、常に、フィールド別オフセット補正を行うようにしてもよい。
【００５１】
次に、フィールド別オフセット補正時の黒レベル差補正部１９の動作を説明する。
【００５２】
図９は、フィールド別オフセット補正時の黒レベル差補正部１９の動作を説明するためのフローチャートである。固体撮像素子５から撮像信号が出力され、この撮像信号がメインメモリ１６に記憶されると、黒レベル差補正部１９は、メインメモリ１６に記憶された任意のフィールドの撮像信号のうちの有効信号を積算した値をその有効信号数で割って、任意のフィールドにおける有効信号の積算平均を算出する（ステップＳ９１）。黒レベル差補正部１９は、各フィールドにおける有効信号の積算平均を算出する。以下では、固体撮像素子５からｎ（ｎ＝１，２，３とする）フィールドに分けて撮像信号を読み出したものとし、ｎフィールドにおける有効信号の積算平均を、Ｆｉｅｌｄ＿ｎとする。
【００５３】
次に、黒レベル差補正部１９は、各フィールドにおける積算平均の差を求める（ステップＳ９２）。この積算平均の差が、フィールド毎の黒レベルの差に相当する。例えば、あるフィールドを基準とし、その基準フィールドにおける積算平均と、他のフィールドにおける積算平均との差分を求める。１フィールド目を基準にした場合、黒レベル差補正部１９は、｛（Ｆｉｅｌｄ＿２）−（Ｆｉｅｌｄ＿１）｝、｛（Ｆｉｅｌｄ＿３）−（Ｆｉｅｌｄ＿１）｝の演算を行う。
【００５４】
または、黒レベル差補正部１９は、全てのフィールドで得られた有効信号の積算平均（Ｆｉｅｌｄ＿１とＦｉｅｌｄ＿２とＦｉｅｌｄ＿３の平均と等価）を求めて基準値（Ｆｉｅｌｄ＿ａｖｅとする）とし、この基準値と各フィールドにおける積算平均との差を求める。例えば、｛（Ｆｉｅｌｄ＿１）−（Ｆｉｅｌｄ＿ａｖｅ）｝、｛（Ｆｉｅｌｄ＿２）−（Ｆｉｅｌｄ＿ａｖｅ）｝、｛（Ｆｉｅｌｄ＿３）−（Ｆｉｅｌｄ＿ａｖｅ）｝の演算を行う。
【００５５】
次に、黒レベル差補正部１９は、各フィールドで得られるＯＢ信号で決定される黒レベルが同じ値になるように、各フィールドの撮像信号のレベルを補正する（ステップＳ９３）。例えば、下記式（１）又は（２）にしたがって補正を行う。
【００５６】
Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘ’＝（Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘ）−｛（Ｆｉｅｌｄ＿ｎ）−（Ｆｉｅｌｄ＿１）｝  （１）
Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘは、ｎフィールドで得られる各撮像信号のレベル
Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘ’は、ｎフィールドで得られる各撮像信号の補正後のレベル
ｎは２以上の自然数
【００５７】
Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘ’＝（Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘ）−｛（Ｆｉｅｌｄ＿ｎ）−（Ｆｉｅｌｄ＿ａｖｇ）｝  （２）
Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘは、ｎフィールドで得られる各撮像信号のレベル
Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘ’は、ｎフィールドで得られる各撮像信号の補正後のレベル
ｎは１以上の自然数
【００５８】
式（１）の演算を行うと、Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘから、ｎフィールドにおける有効信号の積算平均と１フィールドにおける有効信号の積算平均の差分が減算されるため、ｎフィールドで得られるＯＢ信号の平均が、１フィールドで得られるＯＢ信号の平均に近い値になる。このＯＢ信号の平均が黒レベルであるため、式（１）により、各フィールドで得られるＯＢ信号で決定される黒レベルの差を縮小する（ほぼなくす）ことができる。
【００５９】
式（２）の演算を行うと、Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘから、ｎフィールドにおける有効信号の積算平均と全てのフィールドにおける有効信号の積算平均の差分が減算されるため、各フィールドで得られるＯＢ信号の平均がほぼ同じになる。このＯＢ信号の平均が黒レベルであるため、式（２）により、各フィールドで得られるＯＢ信号で決定される黒レベルの差を縮小する（ほぼなくす）ことができる。
【００６０】
式（１）又は式（２）による撮像信号の補正が終了すると、デジタル信号処理部１７が、フィールド別オフセット補正を行う。
【００６１】
デジタル信号処理部１７は、Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘ’のうちのＯＢ信号の積算平均を求め、これをｎフィールドにおける黒レベルとして決定する。次に、デジタル信号処理部１７は、Ｆｉｅｌｄ＿ｎ＿ｐｉｘ’のうちの有効信号から、ｎフィールドにおける黒レベルを減算して、ｎフィールドで得られた撮像信号のオフセット補正を行う。デジタル信号処理部１７は、ｎを１，２，３とかえてフィールド毎にオフセット補正を行い、フィールド別オフセット補正を終了する。なお、黒レベル差の補正後は、フィールド毎に黒レベルが揃うため、全てのフィールドで得られたＯＢ信号の平均を黒レベルとして全フィールドで一律にオフセット補正を行ってもよい。
【００６２】
以上のように、図１に示したデジタルカメラによれば、有効画素部５１から得られた有効信号に基づいて、フィールド毎に決定される黒レベルの差を補正することができる。この有効信号の数は、ＯＢ画素部５３から得られるＯＢ信号よりも多いため、黒レベルの差を精度良く補正することができる。この有効信号は、遮光撮影等しなくとも得られるため、撮影時間の短縮、消費電力の削減を図ることができる。
【００６３】
次に、図１に示したデジタルカメラの変形例を説明する。
【００６４】
（第一の変形例）
図１０は、図１に示したデジタルカメラにおける黒レベル差補正部１９が実施する処理の変形例を説明するためのフローチャートである。
【００６５】
固体撮像素子５から撮像信号が出力され、この撮像信号がメインメモリ１６に記憶されると、黒レベル差補正部１９は、メインメモリ１６に記憶された全フィールド分の有効信号を、複数のエリアに分割する。次に、黒レベル差補正部１９は、任意のエリアを選択し、そのエリア内にある有効信号の積算平均（以下、エリア内積算平均という）を算出し（ステップＳ１０１）、算出したエリア内積算平均が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００６６】
エリア内積算平均が閾値以下であった場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、黒レベル差補正部１９は、そのエリア内積算平均が閾値以下であったエリアを積算対象エリアとして設定する（ステップＳ１０３）。
【００６７】
エリア内積算平均が閾値を越えていた場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、黒レベル差補正部１９は、そのエリアを積算対象エリアとして設定せず、未選択のエリアのいずれかを選択し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０１にて、選択エリアの有効信号のエリア内積算平均を求める。
【００６８】
積算対象エリアを設定後、黒レベル差補正部１９は、分割した全てのエリアを選択したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。全てのエリアを選択していなかった場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、黒レベル差補正部１９は、ステップＳ１０９に処理を移行する。
【００６９】
全てのエリアを選択していた場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、黒レベル差補正部１９は、ステップＳ１０３で設定した積算対象エリアの数が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
【００７０】
積差対象エリアの数が閾値以上であった場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、黒レベル差補正部１９は、図９に示したステップＳ９１と同様の処理を行う。ただし、黒レベル差補正部１９は、フィールド毎に有効信号の積算平均を算出する際、積算対象エリア以外のエリアにある有効信号は、積算平均の対象からは除外して、積算平均の算出を行う。つまり、黒レベル差補正部１９は、全ての積算対象エリアから得られた有効信号のうちの、１フィールド目に得られた有効信号の積算平均、２フィールド目に得られた有効信号の積算平均、及び３フィールド目に得られた有効信号の積算平均をそれぞれ求める（ステップＳ１０６）。これら３つの積算平均を、それぞれＦｉｅｌｄ＿１、Ｆｉｅｌｄ＿２、Ｆｉｅｌｄ＿３とする。
【００７１】
次に、黒レベル差補正部１９は、図９のステップＳ９２と同様に、｛（Ｆｉｅｌｄ＿ｎ）−（Ｆｉｅｌｄ＿１）｝又は｛（Ｆｉｅｌｄ＿ｎ）−（Ｆｉｅｌｄ＿ａｖｇ）｝を算出し（ステップＳ１０７）、式（１）又は（２）にしたがって各フィールドの撮像信号の補正を行う（ステップＳ１０８）。
【００７２】
ステップＳ１０５で、積算対象エリアの数が閾値未満であった場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、この場合は、画像のほとんどの部分が明るく、フィールド毎の黒レベル差に起因する画質劣化は目立たなくなる。このため、黒レベル差補正部１９は、各フィールドの黒レベル差の補正を行わずに、処理を終了する。処理の終了後は、デジタル信号処理部１７により、フィールド毎又は全フィールドで一律にオフセット補正がなされる。
【００７３】
このように、第一の変形例では、エリア内積算平均が閾値以下のエリアの有効信号のみを使って（言い換えると、エリア内積算平均が閾値を越えるエリアの有効信号を除外して）、各フィールドの黒レベル差を補正するようにしている。エリア内積算平均が閾値を越えるエリアの有効信号は、高輝度被写体や素子の欠陥等によって信号レベルが大きくなっており、フィールド毎にレベル差が生じていない可能性がある。そこで、このような有効信号を補正に用いる有効信号から除外することで、黒レベルの差を精度良く補正することができる。
【００７４】
また、積算対象エリアの数が少ないときには、黒レベル差の補正を省略することで、撮影時間の短縮、演算量削減による消費電力の低減を図ることができる。
【００７５】
（第二の変形例）
この変形例では、図９のステップＳ９１、図１０のステップＳ１０６において、黒レベル差補正部１９が、各フィールドで得られた有効信号の積算平均を算出する際に、積算平均の対象となる有効信号のうち、信号レベルが閾値を越える有効信号を除外して、積算平均を算出するようにしている。
【００７６】
図１１は、図１に示したデジタルカメラにおける黒レベル差補正部１９が実施する処理（フィールド毎に有効信号の積算平均を求める処理）の変形例を説明するためのフローチャートである。図１１では、１フィールド目の有効信号の積算平均を求める際のフローを例示している。
【００７７】
まず、黒レベル差補正部１９は、メインメモリ１６から、１フィールドで得られた全ての有効信号のうちの１つ、又は、積算対象エリアから１フィールドで得られた有効信号のうちの１つを読み出す（ステップＳ１１０）。次に、黒レベル差補正部１９は、読み出した有効信号のレベルが閾値以下か否かを判定する（ステップＳ１１１）。
【００７８】
読み出した有効信号のレベルが閾値以下であった場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、黒レベル差補正部１９は、その有効信号を積算対象信号に設定する（ステップＳ１１２）。読み出した有効信号のレベルが閾値を越えていた場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、黒レベル差補正部１９は、その有効信号を積算対象信号に設定せずにステップＳ１１０に処理を移行し、１フィールドで得られた全ての有効信号、又は、積算対象エリアから１フィールドで得られた有効信号、のうち、まだ読み出していない有効信号を１つ読み出す。
【００７９】
ステップＳ１１２で積算対象信号を設定した後、黒レベル差補正部１９は、１フィールドで得られた全ての有効信号、及び、積算対象エリアから１フィールドで得られた有効信号、の全てを読み出したか否かを判定し、読み出していない場合（ステップＳ１１３：ＮＯ）はステップＳ１１０に処理を以降して、読み出していない有効信号を読み出す。
【００８０】
全ての有効信号の読み出しが完了していた場合（ステップＳ１１３：ＹＥＳ）は、ステップＳ１１２で積算対象信号に設定した有効信号を積算した値を、その有効信号の総数で割って、積算平均を算出する（ステップＳ１１４）。
【００８１】
このように、一定レベルを越えている有効信号を積算平均の算出対象から外すことで、高輝度被写体や画素欠陥があった場合でも、この影響を排除して、黒レベル差の補正を精度良く行うことができる。
【００８２】
（第三の変形例）
これまでの説明では、各フィールドでの黒レベル差を求めるために、各フィールドで得られた有効信号の積算平均を用いていたが、有効信号の他にＯＢ信号も含めて積算平均を求めてもよい。つまり、図９に示すフローチャートで説明すると、ステップＳ９１で、フィールド毎に有効信号の積算平均を求める代わりに、フィールド毎に、そのフィールドで得られた有効信号及びＯＢ信号を全て積算した値を、その有効信号及びＯＢ信号の総数で割った値を該フィールドにおける積算平均（Ｆｉｅｌｄ＿ｎ）として算出すればよい。
【００８３】
また、図１０に示すフローチャートで説明すると、ステップＳ１０１の前に、固体撮像素子５から出力された撮像信号を図１２に示したように複数エリアに分割する。そして、ステップＳ１０２，Ｓ１０３では、有効信号の分割エリアのうち、エリア内積算平均が第一の閾値以下のエリアと、ＯＢ信号の分割エリアのうち、エリア内積算平均が第二の閾値（＜第一の閾値）以下のエリアとを積算対象エリアに設定する。そして、ステップＳ１０６では、フィールド毎に、そのフィールドで得られた積算対象エリアの有効信号及びＯＢ信号を全て積算した値を、その有効信号及びＯＢ信号の総数で割った値を、該フィールドにおける積算平均（Ｆｉｅｌｄ＿ｎ）として算出すればよい。
【００８４】
このように、ＯＢ信号も含めて積算平均を算出することで、積算平均の精度が上がり、黒レベル差の補正精度を向上させることができる。
【００８５】
なお、図９及び図１０において、有効信号の他にＯＢ信号を用いて積算平均を算出する場合でも、一定レベル以上のＯＢ信号を積算対象から除外することが好ましい。この場合の一定レベルは、有効信号を除外する際の閾値となる一定レベルよりは小さい。
【００８６】
図１３は、図１に示したデジタルカメラにおける黒レベル差補正部１９が実施する処理（フィールド毎に有効信号及びＯＢ信号の積算平均を求める処理）を説明するためのフローチャートである。図１３では、１フィールド目の有効信号及びＯＢ信号の積算平均を求める際のフローを例示している。
【００８７】
まず、黒レベル差補正部１９は、メインメモリ１６から、１フィールドで得られた全ての有効信号及びＯＢ信号のうちの１つ、又は、積算対象エリアから１フィールドで得られた有効信号及びＯＢ信号のうちの１つを読み出す（ステップＳ１３１）。次に、黒レベル差補正部１９は、読み出した信号が有効信号かＯＢ信号かを判定する（ステップＳ１３２）。
【００８８】
読み出した信号が有効信号であった場合（ステップＳ１３２：ＹＥＳ）、黒レベル差補正部１９は、その有効信号のレベルが閾値Ａ以下かどうかを判定する（ステップＳ１３３）。有効信号のレベルが閾値Ａ以下であった場合（ステップＳ１３３：ＹＥＳ）、黒レベル差補正部１９は、その有効信号を積算対象信号に設定する（ステップＳ１３４）。
【００８９】
有効信号のレベルが閾値Ａを越えていた場合（ステップＳ１３３：ＮＯ）、黒レベル差補正部１９は、その有効信号を積算対象信号に設定せずにステップＳ１３１に処理を移行し、１フィールドで得られた全ての有効信号及びＯＢ信号、又は、積算対象エリアから１フィールドで得られた有効信号及びＯＢ信号のうち、まだ読み出していない信号を１つ読み出す。
【００９０】
ステップＳ１３２において、読み出した信号がＯＢ信号であった場合（ステップＳ１３２：ＮＯ）、黒レベル差補正部１９は、そのＯＢ信号のレベルが閾値Ｂ（＜閾値Ａ）以下かどうかを判定する（ステップＳ１３７）。ＯＢ信号のレベルが閾値Ｂ以下であった場合（ステップＳ１３７：ＹＥＳ）、黒レベル差補正部１９は、そのＯＢ信号を積算対象信号に設定する（ステップＳ１３４）。
【００９１】
ＯＢ信号のレベルが閾値Ｂを越えていた場合（ステップＳ１３７：ＮＯ）、黒レベル差補正部１９は、そのＯＢ信号を積算対象信号に設定せずステップＳ１３１に処理を移行し、１フィールドで得られた全ての有効信号及びＯＢ信号、又は、積算対象エリアから１フィールドで得られた有効信号及びＯＢ信号のうち、まだ読み出していない信号を１つ読み出す。
【００９２】
積算対象信号を設定した後、黒レベル差補正部１９は、１フィールドで得られた全ての有効信号及びＯＢ信号、及び、積算対象エリアから１フィールドで得られた有効信号及びＯＢ信号の全てを読み出したか否かを判定し、読み出していない場合（ステップＳ１３５：ＮＯ）はステップＳ１３１に処理を以降して、読み出していない信号を読み出す。
【００９３】
全ての信号の読み出しが完了していた場合（ステップＳ１３５：ＹＥＳ）は、ステップＳ１３４で積算対象信号に設定した有効信号及びＯＢ信号を積算した値を、その有効信号及びＯＢ信号の総数で割って、積算平均を算出する（ステップＳ１３６）。
【００９４】
このように、一定レベルを越えている有効信号及びＯＢ信号を積算平均の算出対象から外すことで、高輝度被写体や画素欠陥があった場合でも、この影響を排除して、黒レベル差の補正を精度良く行うことができる。また、有効信号とＯＢ信号とで、積算対象から外すかどうかを判定する際の閾値を異ならせることで、欠陥信号を積算対象から効果的に除外することができる。
【００９５】
（第四の変形例）
図１０に示した動作例では、エリア内積算平均が閾値以下のエリアのみを積算対象エリアとした。しかし、暗すぎるエリアについては、黒レベルの差を検出しづらくなるため、これを積算対象エリアから除外することで、黒レベル差の補正精度をより向上させることができる。この変形例では、エリア内積算平均が閾値を越えるエリアを積算対象エリアに設定することで、黒レベル差の補正精度を向上させている。
【００９６】
図１４は、図１に示したデジタルカメラにおける黒レベル差補正部１９が実施する処理の変形例を説明するためのフローチャートである。図１４に示すフローチャートは、ステップＳ１０２の処理をステップＳ１４２に変更した以外は図１０に示したものと同じである。
【００９７】
ステップＳ１４２では、黒レベル差補正部１９が、エリア内積算平均が閾値Ｄよりも大きく、閾値Ｃ（＞閾値Ｄ）よりも小さい範囲にあるかどうかを判定する。そして、この範囲内にエリア内積算平均がおさまった場合には、ステップＳ１０３に処理を移行して、そのエリアを積算対象エリアに設定し、この範囲外にエリア内積算平均があった場合には、そのエリアを積算対象エリアに設定せずにステップＳ１０９に処理を移行して次のエリアを選択する。
【００９８】
このように、明るいエリアと暗いエリアを積算対象エリアからは除外することで、フィールド毎の黒レベル差の補正精度をより向上させることができる。
【００９９】
なお、積算対象エリアとして、ＯＢ信号を分割したエリアも含める場合には、ステップＳ１４２において、選択したエリアが有効信号の分割エリアである場合に、黒レベル差補正部１９が、そのエリアのエリア内積算平均が閾値Ｄよりも大きく、閾値Ｃよりも小さい範囲にあるかどうかを判定し、この範囲内にエリア内積算平均がおさまった場合には、ステップＳ１０３に処理を移行し、この範囲外にエリア内積算平均がある場合には、ステップＳ１０９に処理を移行する。
【０１００】
また、ステップＳ１４２において、選択したエリアがＯＢ信号の分割エリアである場合に、黒レベル差補正部１９が、エリア内積算平均が閾値Ｅよりも大きく閾値Ｆ（＞閾値Ｅ）よりも小さい範囲にあるかどうかを判定し、この範囲内にエリア内積算平均がおさまった場合には、ステップＳ１０３に処理を移行し、この範囲外にエリア内積算平均がある場合には、ステップＳ１０９に処理を移行する。なお、閾値の関係は、閾値Ｅ＜閾値Ｄ、閾値Ｆ＜閾値Ｃである。
【０１０１】
なお、積算対象エリアを決める際の閾値の上限をなくし、エリア内積算平均が閾値Ｄよりも大きいエリアと、エリア内積算平均が閾値Ｅよりも大きいエリアを、積算対象エリアに設定するようにしても良い。この場合でも、暗いエリアを積算対象エリアから除外することができるため、フィールド毎の黒レベル差の補正精度をより向上させることができる。
【０１０２】
図１４に示したフローチャートにおいても、ステップＳ１４２で、積算対象エリアを決める際の閾値の上限をなくし、エリア内積算平均が閾値Ｄよりも大きいエリア全てを積算対象エリアに設定してもよい。
【０１０３】
なお、以上の説明では、固体撮像素子５をＣＣＤ型としたが、これはＭＯＳ型であってもよい。
【０１０４】
また、クランプ回路８２が、ＯＢ部５３から出力されるＯＢ信号をクランプしているが、ＯＢ部５２から出力されるＯＢ信号をクランプするようにしてもよい。ＯＢ部５３から出力されるＯＢ信号をクランプする場合は、各フィールドで出力されるＯＢ信号の数が相対的に少なくなるため、フィールド毎の黒レベル差が顕著となりやすい。このため、上述したフィールド別オフセット補正を採用することが有効になる。
【０１０５】
また、例えば図３に示した光電変換素子配列において、１フィールドで１ライン目及び３ライン目を読み出し、２フィールドで２ライン目及び４ライン目を読み出す場合には、各フィールドで有効信号の積算平均にずれが生じる可能性がある。このずれは、黒レベルの差に起因するものではなく、カラーフィルタによる感度の違いに起因する。
【０１０６】
このため、このように、有効信号の積算平均にずれが生じる可能性のあるとき、つまり、固体撮像素子５から出力される撮像信号を構成する色信号の比率が全てのフィールドで異なるような駆動をしたときは、各フィールドに共通に含まれる色成分の有効信号（図３の例ではＧ信号）のみを積算平均の対象とすることが好ましい。
【０１０７】
図４に示した光電変換素子配列において、１フィールドでは光電変換素子５１ａから信号を読み出し、２フィールドでは光電変換素子５１ｂから信号を読み出す駆動を行った場合には、全ての有効信号を積算平均の対象とすればよい。
【０１０８】
また、図４に示した光電変換素子配列において、１フィールドでは１，２，５，６ラインから信号を読み出し、２フィールドでは３，４，７，８ラインから信号を読み出す駆動を行った場合には、Ｇ信号のみを積算平均の対象とすればよい。
【０１０９】
以上説明したように、本明細書には次の事項が開示されている。
【０１１０】
開示された撮像装置は、被写体光を受光して電荷を発生する有効画素領域、及び、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光されたＯＢ画素領域を含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、前記固体撮像素子から複数フィールドに分けて信号を読み出す駆動を行う駆動部と、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記ＯＢ画素領域から得られたＯＢ信号をクランプするクランプ部と、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、少なくとも前記有効画素領域から得られた有効信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う黒レベル差補正部とを備える。
【０１１１】
この構成により、有効画素領域から得られた有効信号を用いてフィールド毎の黒レベルの差を補正することができる。この有効信号の数は、ＯＢ画素領域から得られるＯＢ信号よりも多いため、ノイズによるばらつきを吸収することができ、フィールド毎の黒レベルの差を精度良く補正することができる。この結果、フィールド毎に黒レベルのあった画質を得ることができる。また、この有効信号は、遮光撮影等しなくとも得られるため、撮影時間の短縮、消費電力の削減を図ることができる。
【０１１２】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記有効信号として、前記有効信号を分割したときの各エリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第一の閾値を越えるエリアの有効信号を除外する。
【０１１３】
この構成により、明るい被写体を撮像したエリアの情報を排除して黒レベルの差を縮小する補正を行うことができ、補正精度を向上させることができる。
【０１１４】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記有効信号として、一定レベルを超える有効信号を除外する。
【０１１５】
この構成により、強い被写体光を受光した有効画素領域、欠陥有効画素領域からの有効信号を除いて補正を行うことができ、補正精度を向上させることができる。
【０１１６】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の各々から得られた信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う。
【０１１７】
この構成により、ＯＢ画素領域から得られた信号も用いて黒レベルの差を縮小する補正を行うため、補正精度を向上させることができる。
【０１１８】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記撮像信号として、前記有効信号を分割したときの第一のエリアのうちエリア内の前記有効信号の平均値が第一の閾値を越えるエリアの有効信号、及び、前記ＯＢ信号を分割したときの第二のエリアのうちエリア内の前記ＯＢ信号の平均値が前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値を越えるエリアのＯＢ信号を除外する。
【０１１９】
この構成により、明るい被写体を撮像した第一のエリア、欠陥信号が含まれる第二のエリアの情報を排除して黒レベルの差を縮小する補正を行うことができ、補正精度を向上させることができる。
【０１２０】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記撮像信号として、第三の閾値を越える前記有効信号及び前記第三の閾値よりも小さい第四の閾値を越える前記ＯＢ信号を除外する。
【０１２１】
この構成により、強い被写体光を受光した有効画素領域、欠陥有効画素領域からの信号を除いて、有効信号及びＯＢ信号の積算を行うことができ、補正精度を向上させることができる。
【０１２２】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記有効信号として、前記有効信号を分割したときの各エリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第二の閾値以下のエリアの有効信号を除外する。
【０１２３】
この構成により、黒つぶれしたエリアの情報を排除して黒レベルの差を縮小する補正を行うことができ、補正精度を向上させることができる。
【０１２４】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記撮像信号として、前記有効信号を分割したときの第一のエリアと、前記ＯＢ信号を分割したときの第二のエリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第五の閾値以下になる前記第一のエリアの有効信号、及び、エリア内の前記ＯＢ信号の平均値が前記第五の閾値より小さい第六の閾値以下になる前記第二のエリアのＯＢ信号を除外する。
【０１２５】
この構成により、黒つぶれしたエリアの情報を排除して黒レベルの差を縮小する補正を行うことができ、補正精度を向上させることができる。
【０１２６】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記有効信号のうちのｎ（ｎは２以上の自然数）フィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値から、補正に用いる前記有効信号のうちの１フィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値又は補正に用いる前記有効信号のうちの全てのフィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値を減算して得られる値を、ｎフィールド目の撮像信号から減算することで前記黒レベルの差を縮小する補正を行う。
【０１２７】
開示された撮像装置は、前記黒レベル差補正部が、補正に用いる前記撮像信号のうちのｎ（ｎは２以上の自然数）フィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値から、補正に用いる前記撮像信号のうちの１フィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値又は補正に用いる前記撮像信号のうちの全てのフィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値を減算して得られる値を、ｎフィールド目の撮像信号から減算することで前記黒レベルの差を縮小する補正を行う。
【０１２８】
開示された撮像装置は、前記固体撮像素子から出力される撮像信号を構成する色成分の信号の比率が全てのフィールドで一致しないように前記駆動部が前記固体撮像素子を駆動した場合、前記黒レベル差補正部は、補正に用いる前記有効信号として、各フィールドで得られる撮像信号に共通に含まれる同一色成分の有効信号以外の有効信号を除外する。
【０１２９】
この構成により、補正に用いる有効信号のフィールド毎のレベル差を抑制することができ、補正精度を向上させることができる。
【０１３０】
開示された撮像装置は、前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域が水平及び垂直方向に二次元状に配置されており、前記有効画素領域は、水平及び垂直方向に二次元状に配置されており、前記ＯＢ画素領域は、前記有効画素領域の垂直方向の端部に配置されており、前記駆動部は、前記二次元状に配置された前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の水平方向に並ぶ領域からなるライン単位で信号を読み出す駆動を行う。
【０１３１】
この構成により、フィールド毎の黒レベルの差が発生しやすくなるため、黒レベル差補正部による補正が特に有効となる。
【０１３２】
開示された信号処理方法は、被写体光を受光して電荷を発生する有効画素領域、及び、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光されたＯＢ画素領域を含む固体撮像素子から出力される信号を処理する信号処理方法であって、前記固体撮像素子から複数フィールドに分けて信号を読み出す駆動を行う駆動ステップと、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記ＯＢ画素領域から得られたＯＢ信号をクランプするクランプステップと、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、少なくとも前記有効画素領域から得られた有効信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う黒レベル差補正ステップとを備える。
【０１３３】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号として、前記有効信号を分割したときの各エリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第一の閾値を越えるエリアの有効信号を除外する。
【０１３４】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号として、一定レベルを超える有効信号を除外する。
【０１３５】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、各フィールドで前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の各々から得られた信号を用いて、各フィールドでクランプされた前記ＯＢ信号に応じて決定される前記黒レベルのフィールド毎の差を縮小する補正を行う。
【０１３６】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記撮像信号として、前記有効信号を分割したときの第一のエリアのうちエリア内の前記有効信号の平均値が第一の閾値を越えるエリアの有効信号、及び、前記ＯＢ信号を分割したときの第二のエリアのうちエリア内の前記ＯＢ信号の平均値が前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値を越えるエリアのＯＢ信号を除外する。
【０１３７】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記撮像信号として、第三の閾値を越える前記有効信号及び前記第三の閾値よりも小さい第四の閾値を越える前記ＯＢ信号を除外する。
【０１３８】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号として、前記有効信号を分割したときの各エリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第二の閾値以下のエリアの有効信号を除外する。
【０１３９】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記撮像信号として、前記有効信号を分割したときの第一のエリアと、前記ＯＢ信号を分割したときの第二のエリアのうち、エリア内の前記有効信号の平均値が第五の閾値以下になる前記第一のエリアの有効信号、及び、エリア内の前記ＯＢ信号の平均値が前記第五の閾値より小さい第六の閾値以下になる前記第二のエリアのＯＢ信号を除外する。
【０１４０】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号のうちのｎ（ｎは２以上の自然数）フィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値から、補正に用いる前記有効信号のうちの１フィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値又は補正に用いる前記有効信号のうちの全てのフィールドで得られた前記有効信号の積算値の平均値を減算して得られる値を、ｎフィールド目の撮像信号から減算することで前記黒レベルの差を縮小する補正を行う。
【０１４１】
開示された信号処理方法は、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記撮像信号のうちのｎ（ｎは２以上の自然数）フィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値から、補正に用いる前記撮像信号のうちの１フィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値又は補正に用いる前記撮像信号のうちの全てのフィールドで得られた前記有効信号及び前記ＯＢ信号の積算値の平均値を減算して得られる値を、ｎフィールド目の撮像信号から減算することで前記黒レベルの差を縮小する補正を行う。
【０１４２】
開示された信号処理方法は、前記固体撮像素子から出力される撮像信号を構成する色成分の信号の比率が全てのフィールドで一致しないように前記駆動部が前記固体撮像素子を駆動した場合、前記黒レベル差補正ステップでは、補正に用いる前記有効信号として、各フィールドで得られる撮像信号に共通に含まれる同一色成分の有効信号以外の有効信号を除外する。
【０１４３】
開示された信号処理方法は、前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域が水平及び垂直方向に二次元状に配置されており、前記有効画素領域は、水平及び垂直方向に二次元状に配置されており、前記ＯＢ画素領域は、前記有効画素領域の垂直方向の端部に配置されており、前記駆動ステップでは、前記二次元状に配置された前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の水平方向に並ぶ領域からなるライン単位で信号を読み出す駆動を行う。
【符号の説明】
【０１４４】
５    固体撮像素子
１０  撮像素子駆動部
１９  黒レベル差補正部
５１  有効画素部
５３  ＯＢ部
８２  クランプ回路
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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