(57)【要約】【課題】画素領域間の出力特性バラツキを被写体の撮影を中断することなく補正することができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】画素を構成する複数のフォトダイオードＰＤ（ＰＤ１１・・・）と、各フォトダイオードＰＤごとに設けられた画素出力の読出し回路ＲＣ（ＲＣ１１・・・）と、各フォトダイオードＰＤと該フォトダイオードに対応する読出し回路ＲＣとの接離を制御するためのスイッチＴｒ（Ｔｒ１１１・・・）等を含む制御手段と、各フォトダイオードＰＤから読出し回路ＲＣを経て出力される画像データを記憶するためのメモリ４と、メモリ４に記憶された画像データから隣合う画素領域間の出力特性の相関値を算出し、算出された相関値に基づいて画像データを補正する補正手段（全体制御部５等）を備えている固体撮像装置。【選択図】  図４
2004214890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像用画素と、
該画素ごとに設けられた画素出力の読出し回路と、
前記画素と前記読出し回路との接離を制御するための制御手段と、
前記各画素から前記読出し回路を経て出力される画像データを記憶するための記憶手段と、
該記憶手段に記憶された画像データから隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出するための算出手段と、
前記算出手段によって算出された相関値に基づいて画像データを補正する補正手段と、
を備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の画素はマトリクス状に配列されており、前記制御手段は、該マトリクス状画素配列における全行のそれぞれにおいて行方向の各隣り合う画素について一方の画素を他方の画素に対応する読出し回路に切換え接続するためのスイッチ及び少なくとも一つの列における列方向の各隣り合う画素について一方の画素を他方の画素に対応する読出し回路に切換え接続するためのスイッチを備えている請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記記憶手段は、前記各画素に対応する読出し回路を経て出力される画像データを記憶する記憶領域と、前記各隣り合う画素のうち前記一方の画素から他方の画素に対応する読出し回路を経て出力される画像データを記憶する記憶領域とを有している請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
複数の画素領域を備える固体撮像素子と、
該固体撮像素子の被写体に対する撮像位置を制御するための撮像位置制御手段と、
該固体撮像素子から出力される画像データを記憶するための記憶手段と、
該記憶手段に記憶された画像データから隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出するための算出手段と、
該算出手段によって算出された相関値に基づいて画像データを補正する補正手段と、
を備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記撮像位置制御手段は、前記固体撮像素子の位置を第１の位置と該固体撮像素子への被写体からの入射光に対して該第１の位置とは１画素分ずれた第２の位置とに制御する請求項４記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置についてはこれまで電荷結合素子（ＣＣＤ）を利用した電荷転送型固体撮像装置、光電変換素子及びＭＯＳトランジスタ等を用い、画素（画素領域）を２次元に多数並べたＸＹアドレス型固体撮像装置などが提案され、実用化されてきた。
【０００３】
これらのうち、ＸＹアドレス型固体撮像装置、特にトランジスタ等の素子を用いた固体撮像装置においては、該トランジスタ等の素子の特性のバラツキに起因して固定パターンノイズと呼ばれる画素領域バラツキが発生する。そのため、固定パターンノイズを除去する手法も研究されてきた。
【０００４】
特開平５−３０３５０号公報は、受光量に対して出力が自然対数的に変化する特性を有する画素領域を備えた固体撮像装置における画素領域間の感度バラツキを補正する手法を開示している。すなわち、撮像面に配列された画素領域群に均一光を照射して各画素領域ごとの撮像データをメモリに記憶させ、実際の撮像時における各画素領域ごとの撮像データから該メモリに記憶された均一光照射時の撮像データを減算する処理を行うことで画素領域間の感度バラツキを補正する。
【０００５】
また、特許第２５０５７６８号公報は、各画素領域に配置された光センサからの信号を各センサに対しそれぞれ設けられた増幅器により増幅して読みだす固体撮像装置において、該増幅器とセンサとの間にセンサからのノイズ信号読出し回路及び画像信号読出し回路を設けることで、センサ特性のバラツキ及び増幅器の特性のバラツキに起因する画素領域間バラツキを補正する手法を開示している。
【特許文献１】特開平５−３０３５０号公報
【特許文献２】特許第２５０５７６８号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−３０３５０号公報記載の手法によると、実際の被写体撮影とは別に画素領域群に均一光を照射してそのときの撮像データを得なければならず、その間被写体の撮影を中止しなければならない。
また、特許第２５０５７６８号公報記載の画素領域間バラツキ補正によると、各センサに対応して設けられるノイズ信号読出し回路と画像信号読出し回路がそれらの構成において大きい違いがある。この回路構成の差異が画素領域間の画像信号のバラツキをもたらし、これが固定パターンノイズとして残存する。
【０００７】
そこで本発明は、画素領域間の出力特性のバラツキを被写体の撮影を中断することなく補正することができる固体撮像装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決すべく研究を重ね次のことを見い出した。
隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を求めていけば、いずれかの画素領域の出力特性を基準としてそれに対する他の画素領域の出力特性の相関値を求めることができ、そのような相関値に基づいて画素領域間の出力特性のバラツキを補正することができる。
【０００９】
各隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を求めるにあたっては、被写体の撮影を中断することなく、各画素領域ごとに設けられた画素出力の読出し回路を利用して被写体の通常の画像データの他に、前記相関値を求めるための画像データを得、それら画像データから隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出すればよい。
【００１０】
例えば、被写体を撮影するとき、被写体の撮影を行って被写体の第１の画像データを得るとともに、その撮影を中断することなく引き続き同じ被写体に基づいて、且つ、該第１画像データを取得したときの画素出力読出し回路を利用して、隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を求めるための第２画像データを得ることができ、該第１、第２の画像データから隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出することができ、該相関値に基づいて画素領域間の出力特性のバラツキを補正することができる。
【００１１】
さらに言えば、画素領域間の出力特性のバラツキの原因は、主として各画素に対応して設けられる画素出力の読出し回路の特性のバラツキや画素特性のバラツキであるから、例えば
（１）第１画像データを得るときと同じ被写体に基づく各画素の出力を、該画素に隣り合う画素に対応して設けられている読出し回路にて読み出して第２画像データを取得すればよく、或いは
（２）第１画像データを得るときと同じ被写体に対する撮像素子の撮像位置を、例えば撮像素子自体或いは撮像素子に付設のレンズを第１画像データを得たときより所定方向に少なくとも１画素分ずらして制御し、そのずらした状態で第２画像データを取得すればよい。
【００１２】
以上の知見に基づき本発明は、前記課題を解決する固体撮像装置として次の二つのタイプの固体撮像装置を提供する。
（１）第１の固体撮像装置
複数の撮像用画素と、
該画素ごとに設けられた画素出力の読出し回路と、
前記画素と前記読出し回路との接離を制御するための制御手段と、
前記各画素から前記読出し回路を経て出力される画像データを記憶するための記憶手段と、
該記憶手段に記憶された画像データから隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出するための算出手段と、
前記算出手段によって算出された相関値に基づいて画像データを補正する補正手段と、
を備えている固体撮像装置。
【００１３】
この固体撮像装置によると、前記制御手段による画素と読出し回路との接続関係の制御のもとに、被写体の撮影を中断することなく、画素ごとに設けられた画素出力の読出し回路を用いて被写体の通常撮影による画像データの他に、隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出するための画像データを得て、これらデータを記憶手段に記憶させることができる。
なお、画素領域とは画素と画素ごとに設けられた読出し回路とを含む領域である。
【００１４】
前記相関値算出手段は、該記憶手段に記憶された画像データに基づいて隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出し、補正手段が該相関値に基づいて画像データ（特に通常撮影による画像データ）を補正することで固定パターンノイズの抑制された画像データを得ることができる。
【００１５】
前記複数画素の配列態様の代表例としてマトリクス状配列を挙げることができる。複数画素をマトリクス状に配列する場合、前記制御手段は、各隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を求めるための画像データを得るために、例えば、該マトリクス状画素配列における全行のそれぞれにおける行方向の各隣り合う画素間及び少なくとも一つの列における列方向の各隣り合う画素間に、該隣り合う画素のうち一方の画素を他方の画素に対応する読出し回路に切り換え接続するためのスイッチを含むことができる。
【００１６】
さらに言えば、制御手段は、例えば、全行のそれぞれにおいて行方向の各隣り合う画素（最後の列を除く各列上及びそれに隣り合う次列上の二つの画素）について一方の画素（例えば前列上の画素）を他方の画素（例えば後列上の画素）に対応する読出し回路に切換え接続するためのスイッチ及び少なくとも一つの列における列方向の各隣り合う画素（最後の行を除く各行上及びそれに隣り合う次行上の二つ画素）について一方の画素（例えば前行上の画素）を他方の画素（例えば後行上の画素）に対応する読出し回路に切換え接続するためのスイッチを含むことができる。
【００１７】
前記記憶手段としては、前記各画素に対応する読出し回路を経て出力される画像データを記憶する記憶領域と、前記各隣り合う画素のうち一方の画素から他方の画素に対応する読出し回路を経て出力される画像データを記憶する記憶領域とを有しているものを例示できる。
【００１８】
（２）第２の固体撮像装置
複数の画素領域を備える固体撮像素子と、
該固体撮像素子の被写体に対する撮像位置を制御するための撮像位置制御手段と、
該固体撮像素子から出力される画像データを記憶するための記憶手段と、
該記憶手段に記憶された画像データから隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出するための算出手段と、
該算出手段によって算出された相関値に基づいて画像データを補正する補正手段と、
を備えている固体撮像装置。
【００１９】
この固体撮像装置によると、前記撮像位置制御手段による同じ被写体に対する固体撮像素子の撮像位置制御により、該被写体の撮影を中断することなく、各画素とそれに関連する回路を用いて被写体の通常撮影による画像データの他に、隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出するための画像データを得て、これら画像データを記憶手段に記憶させることができる。
【００２０】
前記相関値算出手段は、該記憶手段に記憶された画像データに基づいて各隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出し、補正手段が該相関値に基づいて画像データ（特に通常撮影による画像データ）を補正することで固定パターンノイズの抑制された画像データを得ることができる。
【００２１】
前記撮像位置制御手段としては、例えば、前記固体撮像素子の位置を第１の位置と該固体撮像素子への被写体からの入射光に対して該第１の位置とは１画素分ずれた第２の位置とに制御するものを挙げることができる。
固体撮像素子が撮像用のレンズを付設したものであるときは、前記撮像位置制御手段として、該レンズ位置を制御することで、固体撮像素子の被写体に対する撮像位置を、例えば１画素分ずらし制御するものを採用できる。
【００２２】
前記記憶手段としては、通常撮影のための位置（例えば前記第１の位置）に撮像位置が制御された固体撮像素子から出力される画像データを記憶する記憶領域と、相関値算出のための画像データを取得するための位置（例えば前記第２の位置）に撮像位置が制御された固体撮像素子から出力される画像データを記憶する記憶領域とを有しているものを例示できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
以下に説明する固体撮像装置はいずれも、次の原理に基づいて画素領域間の出力特性のバラツキを補正するものである。すなわち、図１に示すように、複数の画素領域がマトリクス状に配列されている。全行のそれぞれについて各隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出する。これにより、所定の一つの列（図示の例では一番左端の列）を基準とした各行における各隣り合う画素領域間の相関値を求める。次いで、基準とした列について列方向に各隣り合う画素領域間の出力特性の相関値を算出する。これにより所定の１画素領域（図示の例では画素領域ａ）に対する他の各画素領域の相関値を求めることができ、この相関値から基準画素領域ａを１とする画素領域バラツキの補正係数（補正値、換言すれば補正データ）を得る。この補正係数に基づいて各画素領域からの出力を補正する。
【００２４】
（１）第１実施形態の固体撮像装置
図２に第１実施形態の固体撮像装置の概略構成をブロック図で示す。
図２に示す固体撮像装置は、固体撮像素子１、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤコンバータ）２、画像処理部３、メモリ４及び装置全体の動作を制御する全体制御部５を備えている。
【００２５】
この装置の動作の概略を先ず説明すると、撮像素子１はマイクロコンピュータ等にて構成されている全体制御部５により駆動制御され、撮像及び画素出力の読み出しを行う。撮像素子１からの画像信号はＡＤコンバータ２によりデジタル化され画像処理部３に入力される。画像処理部３は全体制御部５と同−のＬＳＩ内に構成されており、所定の演算処理を行う回路構成となっており、その動作は全体制御部５により制御される。
【００２６】
画像処理部３に入力される、被写体の通常の画像データは一旦メモリ４に記憶され、該記憶された画像データは、全体制御部５の指示のもとに画像処理部３において前回の被写体撮影において既に算出され、メモリ４に記憶されている補正データを用いて固定パターンノイズを除去するための補正演算を施されたのち、画像表示等に供するために外部へ出力される。但し、当初の撮影においては前回算出の補正データがないので、代わりにメモリに記憶させておいた当初補正データを用いてノイズ除去処理演算が施される。
このように通常撮影画像データを画像処理部３から一旦メモリ４に記憶し、メモリ４に記憶された該画像データを補正処理を施して外部へ出力するモードを以下「撮影モード」という。
【００２７】
メモリ４は図３に示すように、撮影モードにおける画像データを記憶する第１、第２の記憶領域を有している。該各記憶領域は１フレーム分のデータを記憶できる。メモリ４は補正データの記憶領域も有している。撮影モード時における撮影画像データは図３に示す二つの記憶領域に時系列的に交互に合計２フレーム分書き込まれる。読み出しも交互に行われる。
【００２８】
全体制御部５は、このようにメモリ４に記憶された２フレーム分の撮影モード画像データを用いて、後ほど詳述するように被写体の状態が補正データ算出を行える状態か否かを判断し、補正データ算出を行える状態であると、撮像素子１における画素領域間の出力特性のバラツキを補正するための隣り合う画素領域間の相関値算出のために、そのための画像データの取得を指示する。以後の処理モードを以下「補正値算出モード」と称する。
【００２９】
補正値算出モードにおいては、行方向における各隣り合う画素領域間の相関値を求めるための画像データ（補正値算出第１モードによる画像データ）と、列方向における各隣り合う画素領域間の相関値を求めるための画像データ（補正値算出第２モードによる画像データ）が、ＡＤコンバータ２を介して画像処理部３に入力され、メモリ４に記憶される。メモリ４はこれら画像データを記憶する領域として、図３に示すように補正値算出第１モードの画像記憶領域と、補正値算出第２モードの画像記憶領域も有している。
【００３０】
その後、全体制御部５はメモリ４に記憶された画像データに基づいて、後ほど詳述するように、演算処理を行い、メモリ４の補正値算出第１モードの画像記憶領域を補正値算出第１モードによる画像データに基づいて算出された補正値（相関値）に書き換えるとともに、メモリ４の補正値算出第２モードの画像記憶領域を補正値算出第２モードによる画像データに基づいて算出された補正値（相関値）に書き換える。さらに、これら補正値に基づいて最終補正値を求め、メモリ４の補正データ記憶領域をこの補正値に書き換え、次の被写体撮影における固定パターンノイズ除去処理に供する。
【００３１】
この固体撮像装置によると、固定パターンノイズ除去用の画像データを任意の被写体から得ることが可能であることから、補正値算出モード時に撮影された画像も、前記の撮影モード時と同様に画像処理部３にて補正演算を施された後に出力される。
【００３２】
補正値の算出は本装置の電源立ち上げ時と、外部から入力される制御信号に呼応して行われる。外部からの制御信号の代わりに本装置に操作部材を設けて操作部材からの信号に呼応して補正値の算出を行うようにしてもよい。また、サーミスタなどの温度検出部を設けて環境温度を監視し、環境温度が所定量変化した場合に補正値を算出する構成としてもよい。
【００３３】
次に、以上説明した固体撮像装置についてさらに詳しく説明していく。図４は固体撮像素子１の回路構成の一部を示している。撮像素子１は複数の画素をマトリクス状に配置したもので、画素数は行方向（図中水平方向）にＭ個、列方向（図中垂直方向）にＮ個、合計Ｍ×Ｎ個である。
【００３４】
各画素は光電変換素子であるフォトダイオードＰＤで構成されている。フォトダイオードＰＤは第１行目のものは、列順にＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、・・・、第２行目のものは列順にＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、・・・というように、フォトダイオードを表す参照符号「ＰＤ」に添字して図示してある。
各フォトダイオードＰＤに対応して読出し回路ＲＣが設けられており、両者の間に両者の接離を行うスイッチ（ＭＯＳトランジスタ）Ｔｒを配置してある。読出し回路ＲＣ及びスイッチＴｒは、フォトダイオードの場合と同様に、第１行目のＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、・・・に対応するものをＲＣ１１、ＲＣ１２、ＲＣ１３、・・・、Ｔｒ１１１、Ｔｒ１２１、Ｔｒ１３１、・・・・、第２行目のＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、・・・に対応するものをＲＣ２１、ＲＣ２２、Ｒ２１３、・・・、Ｔｒ２１１、Ｔｒ２２１、Ｔｒ２３１、・・・・というように示してある。
【００３５】
各フォトダイオードＰＤはアノードが接地されており、カソードが対応するスイッチＴｒに接続されている。第１行目の各読出し回路ＲＣはスイッチＨＴｒ１、ＨＴｒ２、ＨＴｒ３、・・・を介して増幅器Ａｍｐに接続されており、同様に第２行目、第３行目、・・・の各読出し回路ＲＣがスイッチＨＴｒ１、ＨＴｒ２、ＨＴｒ３、・・・・を介して増幅器Ａｍｐに接続されており、シフトレジスタＨＳＲはこれらスイッチに接続されてスイッチのオン、オフを制御する。
【００３６】
また、ＰＤ１１がスイッチ（ＭＯＳトランジスタ）Ｔｒ１２２を介して同行の次列上の読出し回路ＲＣ１２に接続されるというように、各行において、最後のＭ番目のフォトダイオード（図示省略）を除く各フォトダイオードＰＤがスイッチＴｒを介して次列上の読出し回路ＲＣに接続されている。この場合のスイッチＴｒは、第１行についてはＴｒ１２２、Ｔｒ１３２、・・・・、第２行についてはＴｒ２２２、Ｔｒ２３２、・・・・というように示してある。
【００３７】
さらに、第１行目のＰＤ１１がスイッチ（ＭＯＳトランジスタ）Ｔｒ１１２を介して次行上の読出し回路ＲＣ２１に接続されるというように、第１列上の、最後のＮ番目のフォトダイオード（図示省略）を除く各フォトダイオードＰＤがスイッチ（ＭＯＳトランジスタ）を介して次行上の読出し回路ＲＣに接続されている。
【００３８】
以上説明した読出し回路における各ＭＯＳトランジスタからなるスイッチはゲート入力がロー（Ｌｏｗ）電圧信号の場合はオフ状態であり、ハイ（Ｈｉｇｈ）電圧信号の場合はオン状態となる。
【００３９】
図５は以上説明した各読出し回路の構成を示している。図５に示す読出し回路は、被写体撮影時のフォトダイオードＰＤの出力がＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに入力されるもので（「Ｓｉｇ  ｉｎ」として図示）  、フォトダイオードＰＤの出力はこのトランジスタＴ１で増幅され、ＭＯＳトランジスタスイッチＴ２がオフ状態の間キャパシタＣにて積分され、次いでスイッチＴ２がオンされるとキャパシタＣからＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに出力され、ここでさらに増幅され、ＭＯＳトランジスタスイッチＴ４がオンのとき、この読出し回路用の前記の垂直ラインに画像信号が出力される（  「Ｓｉｇ  ｏｕｔ  」として図示）  。スイッチＴ２はゲートにキャパシタリセット用電圧ＲＳＴが印加されることでオン状態となる。スイッチＴ４は電圧信号φＶによりオン、オフ制御される。
図中、Ｔ５はフォトダイオードＰＤのリセット用のＭＯＳトランジスタであり、スイッチＴ２と同様に作動してフォトダイオードＰＤのリセットを行う。トランジスタの動作は、増幅部は同様であるが、スイッチの機能部分Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５はゲート電圧Ｌｏｗにてオン状態となる。
【００４０】
各読出し回路ＲＣにおける前記スイッチＴ４は行選択用のスイッチであり、信号φＶを与えるラインは各行ごとに設けられており、一つの行における読出し回路ＲＣは一斉にそのスイッチＴ４がオン状態とされることで選択可能であり、スイッチＴ４をオン状態とする信号φＶは行ごとに順に与えられる。すなわち、これにより各行の走査が列方向に順次なされる。
【００４１】
以上説明した撮像素子１における各ＭＯＳトランジスタスイッチのオン、オフ制御は全体制御部５により行われる。
【００４２】
次に撮像素子１の動作について説明する。この固体撮像装置では、画素領域間のバラツキは主として読出し回路ＲＣの増幅用ＭＯＳトランジスタのゲート閾値のバラツキ、すなわちオフセットに起因する。そこで、この固体撮像素子では、画素領域間バラツキを補正するために、フォトダイオードＰＤからの光電変換信号を処理する読出し回路ＲＣに起因する画素領域間バラツキを補正するように、全体制御部５による制御のもとに、次のように撮像素子１の動作を制御する。
【００４３】
＜撮影モード時の動作＞
被写体撮影によるフォトダイオードＰＤ１１からの光電変換信号は、ゲートへのハイ電圧信号の印加によりオン状態とされたスイッチＴｒ１１１を介して、読出し回路ＲＣ１１に入力され、所定の処理の後、信号線Ｓ１、スイッチＨＴｒ１及び増幅器Ａｍｐを介して外部ヘ出力される。スイッチＴｒ１１１は「Ｈ  Ｓｈｉｆｔ  １  」信号がハイ時にオン状態となる。このとき、ＰＤ１１に接続されている他のスイッチＴｒ１２２は「Ｈ  Ｓｈｉｆｔ  ２  」信号（Ｌｏｗ）  によりオフ状態であり、スイッチＴｒ１１２は「Ｖ  Ｓｈｉｆｔ  」信号（Ｌｏｗ）  によりオフ状態とされている。
【００４４】
他の画素についても、以下に一部を示すように、同様の動作を行う。
ＰＤ１２→Ｔｒ１２１  オン、Ｔｒ１３２  オフ
ＰＤ２１→Ｔｒ２１１  オン、Ｔｒ２１２  オフ、Ｔｒ２２２  オフ
ＰＤ２２→Ｔｒ２２１  オン、Ｔｒ２３２  オフ
【００４５】
なお、既述のとおり読出し回路ＲＣ１１、ＲＣ１２、・・・にはこれらを選択する回路が内蔵されており、他の行における読出し回路についても同様に選択回路が内蔵されており、図示を省略した垂直シフトレジスタにより順次１行ごと、読出し回路が選択される。信号線Ｓ１に出力されたＰＤ１１の画像信号は、水平シフトレジスタＨＳＲによりオン状態にされるスイッチＨＴｒ１を介して増幅器Ａｍｐにて増幅された後、ＡＤコンバータ２へ出力される。
水平シフトレジスタＨＳＲは各行の選択期間中にスイッチＨＴｒ１、ＨＴｒ２、ＨＴｒ３、・・・・を順次オン状態とすることで各画素の画像信号を出力させる。出力された画像信号はＡＤコンバータ２を介して画像処理部３に入力され、メモリ４に記憶される。
【００４６】
＜補正値算出モード時の動作＞
（１）  補正値算出第１モード（行方向における画素領域間相関値を求めるモード）ＰＤ１１からの光電変換信号を行方向における隣り合う画素の読出し回路ＲＣ１２を介して読みだす。このとき、スイッチＴｒ１１１、Ｔｒ１１２はオフ、Ｔｒ１２２はオンの状態におかれる。
他の画素についても、以下に一部を示すように、同様の動作を行う。
ＰＤ１２→Ｔｒ１２１  オフ、Ｔｒ１３２  オン、Ｔｒ１３１  オフ
ＰＤ２１→Ｔｒ２１１  オフ、Ｔｒ２１２  オフ、Ｔｒ２２２  オン
ＰＤ２２→Ｔｒ２２１  オフ、Ｔｒ２３２  オン、Ｔｒ２３１  オフ
【００４７】
かかる制御により各フォトダイオードＰＤからの光電変換信号は行方向に隣り合う（図中右側の）の画素の読出し回路を介して出力される。撮像素子１から出力された画像信号は、ＡＤコンバータ２を介して、画像処理部３に入力され、メモリ４の補正値算出第１モードの画像記録領域（図３参照）に書き込まれる。
【００４８】
（２）  補正値算出第２モード（列方向における画素領域間相関値を求めるモード）ＰＤ１１からの光電変換信号を列方向における隣り合う画素の読出し回路ＲＣ２１を介して読み出す。このとき、スイッチＴｒ１１１、Ｔｒ１２２はオフ、Ｔｒ１１２はオンの状態におかれる。
同列上の他の画素についても、以下に一部を示すように、同様の動作を行う。  ＰＤ２１→Ｔｒ２１１  オフ、Ｔｒ２１２  オン、Ｔｒ２２２  オフ
【００４９】
なお、列方向の画素領域間相関値算出は１列のみ行えばよく、図４中のＰＤ１１、ＰＤ２１、・・・という左端の１列ついてのみ行う。
以上の制御により左端列上の各フォトダイオードＰＤからの光電変換信号は列方向において隣り合う画素の読出し回路を介して出力される。このようにして撮像素子１から出力された画像信号は、ＡＤコンバータ２を介して画像処理部３に入力され、メモリ４の補正値算出第２モードの画像記録領域に書き込まれる。
【００５０】
次に全体制御部５による補正値算出処理について図６のフローチャートを参照して説明する。以下に示すステップＳ００、ステップＳ０１等は図６のフローチャートに示すものである。
＜ステップＳ００、Ｓ０１＞
補正値算出動作に入ると、補正値算出用画像取得エラー」をカウントするＣｏｕｎｔ  値を０にリセットする。
【００５１】
＜ステップＳ０２、Ｓ０３＞
撮影モードにて１フレームの画像が撮影され、補正値算出モードに入る直前に撮影された画像が記憶されたメモリ４の領域（例えば撮影モード画像第１記憶領域）とは異なる撮影モード画像記憶領域（例えば撮影モード画像第２記憶領域）に記憶される。但し、電源立ち上げ時等において補正値算出モード直前に撮影されていない場合は、撮影モード画像第１記憶領域に記憶される。
記憶された画像データは画像処理部３にてメモリ４に記憶されている補正データを用いて固定パターンノイズを除去するための補正処理が行われ、出力される。
【００５２】
＜ステップＳ０４、Ｓ０５＞
続いて同様に撮影モードにて撮影を行い、撮影された画像データはステップＳ０２のときとは異なる撮影モード画像記憶領域（例えば撮影モード画像第１記憶領域）に記憶され、同様に補正処理して出力される。
【００５３】
＜ステップＳ０６＞
ステップＳ０２、Ｓ０４にて撮影、記憶されたそれぞれの１フレーム画像データについて、全体制御部５は各画素におけるフレーム間の差分を算出し、この差分の平均値Δａｖｅ  を求める。得られたΔａｖｅ  を所定の閾値Δｔｈと比較する。
【００５４】
＜ステップＳ０７＞
比較の結果、所定の閾値以下であれば、現在撮影している被写体は静止し、且つ、被写体への照明条件も変化していないと判断し、既述の補正値算出第１モードにて撮影及び画像データの記憶を行う。
但し、該第１モードで撮影後に撮像素子１から出力された画像は、撮影モードの画像に対して行方向に１画素シフトした画像となっている。したがって、メモリ４ヘの書込みは行方向に逆方向に１画素シフトさせて書き込む。
【００５５】
＜ステップＳ０８＞
記憶された補正値算出第１モード画像は、撮影モード画像同様に補正後出力される。但し、行方向最終画素は、このモードでは記憶されていないので、記憶されていない画素については図７（Ａ）に示すように、ステップＳ０４にて記憶された画像を読み出す。
【００５６】
＜ステップＳ０９＞
補正値算出第２モードにて撮影及び画像データの記憶を行う。
但し、第１モードで撮影後、撮像素子１から出力された画像は、撮影モードの画像に対して行方向先頭画素においては列方向に１画素シフトした画像となっている。したがって、メモリ４ヘの書込みは行方向先頭画素においては列方向に逆方向に１画素シフトして書き込む。
【００５７】
＜ステップＳ１０＞
記憶された補正値算出第２モード画像は、撮影モード画像同様に補正後出力される。但し、行方向先頭画素における列方向最終画素はこのモードでは記憶されていないので、記憶されていない画素については図７（Ｂ）に示すように、ステップＳ０４にて記憶された画像を読み出す。
【００５８】
＜ステップＳ１１＞
次に相関値算出を行う。
（１）  行方向に隣り合う画素領域間の相関値算出
ＰＤ１１への入射光量に応じて読出し回路ＲＣ１１から出力され、記憶された画像データをＤ１１０（撮影モードデータ）とし、ＰＤ１１への入射光量に応じて読出し回路ＲＣ１２から出力され、記憶された画像データをＤ１１１（補正値算出第１モードデータ）とすると、読出し回路ＲＣ１１とＲＣ１２の相関値ΔＤＨ１１をΔＤＨ１１＝Ｄ１１０−Ｄ１１１の演算にて求め、メモリ４内の補正値算出第１モード画像記憶領域のＤ１１１が記憶されていた領域に上書きする。
このような演算を各行方向における各隣り合う画素領域に関連して行うことで各行における隣り合う画素領域間の相関値（ここではオフセット）を算出し、メモリ４に上書きする。
【００５９】
（２）  列方向に隣り合う画素領域間の相関値算出
ＰＤ１１への入射光量に応じてて読出し回路ＲＣ１１から出力され、記憶された画像データをＤ１１０（撮影モードデータ）とし、ＰＤ１１への入射光量に応じて読出し回路ＲＣ２１から出力され、記憶された画像データをＤ１１２（補正値算出第２モードデータ）とすると、読出し回路ＲＣ１１とＲＣ２１の相関値ΔＤＶ１１をΔＤＶ１１＝Ｄ１１０−Ｄ１１２の演算にて求め、メモリ４内の補正値算出第２モード画像記憶領域のＤ１１２が記憶されていた領域に上書きする。
このような演算を所定の（本例では図４中左端の）列方向における各隣り合う画素領域に関連して行うことで該列における隣り合う画素領域間の相関値（ここではオフセット）を算出し、メモリ４に上書きする。
【００６０】
＜ステップＳ１２＞
このようにして隣り合う画素領域間の相関値が求まると、この相関値に基づき補正値（補正データ）を算出する。メモリ４に記憶されている行方向において隣り合う画素領域間の相関値
１行目はΔＤＨ１１、ΔＤＨ１２、ΔＤＨ１３、・・・    ΔＤＨ１（Ｍ−１）、
２行目はΔＤＨ２１、ΔＤＨ２２、ΔＤＨ２３、・・・  ΔＤＨ２（Ｍ−１）、
・
・
Ｎ行目はΔＤＨＮ１、ΔＤＨＮ２、ΔＤＨＮ３、・・・    ΔＤＨＮ（Ｍ−１）
左端列はΔＤＶ１１、ΔＤＶ２１、ΔＤＶ３１、・・・・ΔＤＶ（Ｎ−１）１
（但し、Ｎは行数（各列における画素数）、Ｍは１行における画素数）を全体制御部５が読み出し、以下の演算を行って最終的補正値（補正データ）を算出する。
行方向アドレスｍ、列方向アドレスｎの画素の補正値ΔＤＣｎｍ    は
ΔＤＶ（ｎ−１）１＋ΔＤＨｎ（ｍ−１）＝ΔＤＣｎｍ    である。
但し、ｎ  ＝１  の時、ΔＤＶ（ｎ−１）１＝０    である。
算出された各画素の補正値はメモリ４の補正データ記憶領域に上書きされる。
【００６１】
画像処理部３においては、このようにして記憶された補正値を用いて、以後撮影され、メモリ４に記憶される、行方向アドレスｍ、列方向アドレスｎの画素の画像データＤｎｍｚの以下の補正処理が行われ、補正後の画像データＤ  ’ｎｍｚ  が出力される。
Ｄｎｍｚ＋ΔＤＣｎｍ    ＝Ｄ  ’ｎｍｚ（補正後の画像データ）
ｚ  ＝０  、１  又は２  で、これらはモードを示しており、撮影モード時：ｚ  ＝０  、補正値算出第１モード時：ｚ  ＝１  、補正値算出第２モード時：ｚ  ＝２  である。
【００６２】
＜ステップＳ１４、Ｓ１５＞
ステップＳ０４にて  Δａｖｅ  ＜Δｔｈ  でない場合、すなわち被写体が動作しているか、照明条件が変化している場合は、相関値を算出できない状態であると判断し、補正値算出用画像取得エラーをカウントするＣｏｕｎｔ  値をカウントし、所定のカウント値であるｍａｘ  となるまで、被写体の状態を検出する。
【００６３】
＜ステップＳ１６＞
補正値算出用画像取得エラーが所定回数以上となると、被写体の状態変化の影響を受けずに相関値算出を行うために、撮像条件を変更して撮影を行う。ここでは、撮像素子１の、及び画像処理に用いる駆動周波数を上げることにより、撮像のフレームレートを高速にし、高速撮影することで被写体の状態変換の影響が少ない撮像状態にする。
なお、この場合、撮像の積分（露光）時間が通常より短くなるので、画像処理部にて通常時と同様の画像信号レベルとなるように露光時間に比例して増幅を行う。
【００６４】
＜ステップＳ１７〜Ｓ２０＞
高速フレームレートに設定した後、ステップＳ０２〜Ｓ０５と同様に撮像、読出しを行い、相関値、補正値の算出を行う。
【００６５】
（２）第２実施形態の固体撮像装置
図８に第２実施形態の固体撮像装置の概略構成をブロック図で示す。
図８に示す固体撮像装置は、前方に撮像用レンズＬを付設した固体撮像素子１０、ＡＤコンバータ２０、画像処理部３０、メモリ４０及び装置全体の動作を制御する全体制御部５０を備えており、さらに撮像素子１０の位置を制御（変更）するための駆動制御部６０及びこれにより動作制御される二つのアクチュエータＨＡ及びＶＡを備えている。
【００６６】
固体撮像素子１０はＣＣＤを利用した電荷転送型の撮像素子でもよいが、ここでは後述するように画素に光電変換素子を用い、その出力を読出し回路で読みだす構成の撮像素子を用いている。画素はマトリクス状に配置されている。
【００６７】
アクチュエータＨＡ、ＶＡは、それには限定されないがここではいずれも圧電素子により構成されている。これらの圧電素子は所定の電位を印加することで、一定方向に伸張する。ここではアクチュエータＨＡ、ＶＡはいずれも全体制御部５０の指示のもとに駆動制御部６０から所定電圧を印加されることで撮像素子１０の１画素分伸張し、電圧印加が停止されるとその伸張分（１画素分）縮んで通常の状態に戻る。図９に示すように、アクチュエータＨＡは電圧印加により（オン時に）撮像素子１０の位置を通常撮影の位置から画素配列の行方向に１画素分ずらし、電圧印加オフ時には撮像素子を行方向における通常撮影位置へもどす。アクチュエータＶＡは電圧印加により（オン時に）撮像素子１０の位置を通常撮影の位置から画素配列の列方向に１画素分ずらし、電圧印加オフ時には撮像素子を列方向における通常撮影位置へもどす。
【００６８】
固体撮像素子１０について、図１０を参照してさらに説明する。図１０は固体撮像素子１０の回路構成の一部を示している。撮像素子１０は既述のとおり複数の画素をマトリクス状に配置したものである。
【００６９】
各画素は光電変換素子であるフォトダイオードＰＤで構成されている。フォトダイオードＰＤは第１行目のものは、列順にＰＤ１１１、ＰＤ１１２、ＰＤ１１３、・・・、第２行目のものは列順にＰＤ１２１、ＰＤ１２２、ＰＤ１２３、・・・というように、フォトダイオードを表す参照符号「ＰＤ」に添字して図示してある。
【００７０】
各フォトダイオードＰＤに対応して読出し回路ＲＣが設けられている。各フォトダイオードＰＤはアノードが接地されており、カソードが対応する読出し回路ＲＣに接続されている。第１行目の各読出し回路ＲＣはスイッチＨＴｒ１０１、ＨＴｒ１０２、ＨＴｒ１０３、・・・を介して増幅器Ａｍｐに接続されており、、同様に第２行目、第３行目、・・・の各読出し回路ＲＣがスイッチＨＴｒ１０１、ＨＴｒ１０２、ＨＴｒ１０３、・・・・を介して増幅器Ａｍｐに接続されている。これらスイッチはいずれも、図４の撮像素子回路におけるスイッチＨＴｒ１等と同じＭＯＳトランジスタスイッチである。
また、レジスタＨＳＲ’はこれらスイッチに接続されてスイッチをオン、オフ制御する。
【００７１】
各読出し回路ＲＣは図５に示すものと同じであり、各行の走査を列方向に順次行うための選択回路を内蔵している。以上説明した撮像素子１０の動作は全体制御部５０により制御される。
【００７２】
この固体撮像装置においても、第１実施形態の撮像装置と同様に、撮像素子１０は全体制御部５０により駆動制御され、撮影及び画素出力の読み出しを行う。
撮像素子１０からの画像信号はＡＤコンバータ２０によりデジタル化され画像処理部３０に入力される。画像処理部３０は全体制御部５０と同−のＬＳＩ内に構成されており、所定の演算処理を行う回路構成となっており、その動作は全体制御部５０により制御される。
【００７３】
この固体撮像装置においても、第１実施形態の固体撮像装置と同様に「撮影モード」と、画素配列の各行方向における各隣り合う画素領域間の相関値を求めるための「補正値算出第１モード」と、画素配列の一つの列の方向（本例では第１列、図中左端の列）における各隣り合う画素領域間の相関値を求めるための「補正値算出第２モード」とが採用されている。
【００７４】
すなわち、第１実施形態の装置の場合と同様に、画像処理部３０に入力される、被写体の通常の画像データは一旦メモリ４０に記憶され、該記憶された画像データは、前回の被写体撮影において既に算出され、メモリ４０に記憶されている補正データを用いて固定パターンノイズを除去するための補正演算を施されたのち、画像表示等に供するために外部へ出力される。メモリ４０の記憶領域構成は第１実施形態の装置におけるメモリ４と同じである。
【００７５】
全体制御部５０は、撮影モードにおいてメモリ４０に記憶された２フレーム分の画像データを用いて、被写体の状態が補正データ算出を行える状態か否かを判断し、補正データ算出を行える状態であると、撮像素子１０における画素領域間の出力特性のバラツキを補正するための隣り合う画素領域間の相関値算出のために、そのための画像データの取得を指示する。このようにして補正値算出モードへ移行する。
【００７６】
かくして該相関値算出のための、補正値算出の第１及び第２のモードにおいて得られる２種類の画像データがそれぞれメモリ４０に記憶される。メモリ４０もこれら画像データを記憶する領域として、補正値算出第１モードの画像記憶領域と、補正値算出第２モードの画像記憶領域を有している。
【００７７】
その後、全体制御部５０はメモリ４０に記憶されたデータに基づいて、演算処理を行い、メモリ４０の補正値算出第１モードの画像記憶領域を補正値算出第１モードによる画像データに基づいて算出された補正値（相関値）に書き換えるとともに、メモリ４０の補正値算出第２モードの画像記憶領域を補正値算出第２モードによる画像データに基づいて算出された補正値（相関値）に書き換える。さらに、これら補正値に基づいて最終補正値を求め、メモリ４０の補正データ記憶領域をこの補正値に書き換え、次の被写体撮像における固定パターンノイズ除去処理に供する。
【００７８】
以上説明した固体撮像装置動作の詳細についても、以下に述べる点を除けば、第１実施形態の装置と同様である。
本実施形態の固体撮像装置においては、撮影モードにおける被写体の撮影のときには、アクチュエータＨＡ、ＶＡはオフ状態とされ、撮像素子１０は通常の撮影を行う位置に置かれ、その状態で被写体が撮影される。
【００７９】
しかし、補正値算出第１モードにおいては、アクチュエータＨＡがオン状態に、アクチュエータＶＡがオフ状態にされ、それにより撮像装置１０の位置が１画素分行方向にずらされる。その状態で行方向における各隣り合う画素領域間の相関値を算出するための画像データを得て該相関値が算出される。このように、撮影モード時の状態と関連して、行方向において各隣り合う二つの画素が被写体から同じ入射光を受ける状態で行方向における各隣り合う画素領域間の相関値が算出される。
【００８０】
また補正値算出第２モードおいては、アクチュエータＨＡがオフ状態に、アクチュエータＶＡがオン状態にされ、それにより撮像装置１０の位置が１画素分列方向にずらされる。その状態で列方向における各隣り合う画素領域間の相関値を算出するための画像データを得て該相関値が算出される。このように、撮影モード時の状態と関連して列方向において各隣り合う二つの画素が被写体から同じ入射光を受ける状態で列方向における各隣り合う画素領域間の相関値が算出される。
【００８１】
また、各隣り合う画素領域間の相関値及び該相関値に基づいて算出される最終補正値（補正データ）は読出し回路ＲＣだけでなくフォトダイオードＰＤをも加味した画素領域間の出力特性のバラツキを補正するものとなっている。従って、フォトダイオードＰＤの暗電流バラツキの補正もできる。
【００８２】
（３）その他の実施形態
読出し回路の他の例について図１１を参照して説明する。既述した第１、第２実施形態における撮像装置における読出し回路ＲＣに代えて図１１に示す読出し回路を採用することも可能である。
図１１の読出し回路は光電変換素子の出力を該素子への入射光量の対数値に比例する電気信号に変換するための対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１’を含む対数変換部ＬＧ及び対数変換部ＬＧの出力を蓄積するキャパシタＣ’を含む積分回路ＩＴを有するものである。
【００８３】
図１１において、Ｔ１’〜Ｔ５’はいずれもＭＯＳトランジスタであり、Ｔ１’は既述のとおり対数変換用トランジスタ、Ｔ２’は対数変換された信号に相当する電流を流すためのトランジスタ、Ｔ３’はキャパシタリセット用トランジスタ、Ｔ４’はソースフォロワ増幅用トランジスタ、Ｔ５’は信号読出し用トランジスタである。トランジスタＴ１’には所定のバイアス電圧が印加されている。
トランジスタの動作は、増幅部は同様であるが、スイッチの機能部分Ｔ３’、Ｔ５’はゲート電圧Ｌｏｗにてオン状態となる。
【００８４】
第１、第２実施形態の固体撮像装置では、主として読出し回路における増幅用トランジスタの閾値バラツキ等によるオフセットバラツキを補正することで画素領域間バラツキを補正しているが、画素領域バラツキがフォトダイオードＰＤの感度及び読出し回路の増幅率のバラツキによって起こる場合には、隣り合う画素領域間の相関値及び補正値の算出と補正方法は例えば次のように行えばよい。
【００８５】
＜行方向の隣り合う画素領域間の相関値算出＞
相関値ΔＫＨ１１は、Ｄ１１０÷Ｄ１１１＝ΔＫＨ１１
＜列方向の隣り合う画素領域間の相関値算出＞
相関値ΔＫＶ１１は、Ｄ１１０÷Ｄ１１２＝ΔＫＶ１１
＜補正値算出＞
水平方向アドレスｍ  、垂直方向アドレスｎ  の画素の補正値ΔＤＣｎｍは、
ΔＫＶ（ｎ−１）１    ×    ΔＫＨｎ（ｍ−１）＝ΔＫＣｎｍ
但し、ｎ  ＝１  の時、ΔＫＶ（ｎ−１）１＝１  である。
＜補正方法＞
撮影されてメモリに記憶された画像データＤｎｍｚに対して以下の処理を行い、補正後画像データＤ  ’ｎｍｚ  を出力する。
Ｄｎｍｚ×ΔＫＣｎｍ＝Ｄ  ’ｎｍｚ
【００８６】
また、第２実施形態の装置においては、撮像素子１０の被写体に対する撮像位置の制御を撮像素子１０を直接移動させることで行っているが、レンズＬの位置を制御して撮像素子に投影される被写体の位置を制御することで行ってもよい。
【発明の効果】
以上の説明から分かるように、本発明によれば、画素領域間の出力特性のバラツキを被写体の撮影を中断することなく補正することができる固体撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画素領域間出力特性バラツキの補正原理を説明するための図である。
【図２】第１実施形態の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２の装置におけるメモリの記憶領域構成を示す図である。
【図４】図２の装置における固体撮像素子の回路構成の一部を示す図である。
【図５】図２の装置の撮像素子における読出し回路構成を示す図である。
【図６】全体制御部による補正値算出動作を示すフローチャートである。
【図７】図７（Ａ）は補正値算出第１モードでの画像出力方法を示す図であり、図７（Ｂ）は補正値算出第２モードでの画像出力方法を示す図である。
【図８】第２実施形態の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】図８の装置における撮像素子をアクチュエータで駆動する様子を示す図である。
【図１０】図８の装置における撮像素子の回路構成の一部を示す図である。
【図１１】読出し回路の他の例を示す図である。
【符号の説明】
ａ  画素領域
１  固体撮像素子
２  ＡＤコンバータ
３  画像処理部
４  メモリ
５  全体制御部
ＰＤ１１〜ＰＤ２３  フォトダイオード
Ｔｒ１１１〜Ｔｒ２３１  スイッチ（ＭＯＳトランジスタ）
ＲＣ１１〜ＲＣ２３  読出し回路
ＨＴｒ１〜ＨＴｒ３  スイッチ（ＭＯＳトランジスタ）
ＨＳＲ、ＨＳＲ’  水平シフトレジスタ
Ａｍｐ  増幅器
ＲＣ  読出し回路
Ｔ１〜Ｔ２  ＭＯＳトランジスタ
Ｃ  キャパシタ
１０  固体撮像素子
２０  ＡＤコンバータ
３０  画像処理部
４０  メモリ
５０  全体制御部
６０  アクチュエータの駆動部
ＨＡ、ＶＡ  アクチュエータ
Ｌ  レンズ
ＰＤ１１１〜ＰＤ１２３  フォトダイオード
ＲＣ１１１〜ＲＣ１２３  読出し回路
ＨＴｒ１０１〜ＨＴｒ１０３  スイッチ（ＭＯＳトランジスタ）
ＬＧ  対数変換部
ＩＴ  積分回路
Ｔ１’〜Ｔ５’  ＭＯＳトランジスタ
【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】
2004214890.tif 000009
【図８】
2004214890.tif 000010
【図９】
2004214890.tif 000011
【図１０】
2004214890.tif 000012
【図１１】
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