(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写界からの入射光を信号電荷に光電変換する複数の受光素子が配列され、相対的に広い面積を有する受光素子を主画素とし、相対的に狭い面積を有する受光素子を副画素とし、前記主画素と前記副画素とに前記入射光に含まれる所定の波長範囲を通す所定の色フィルタセグメントを対応させ、前記主画素と前記副画素とで生成された信号電荷を選択的に垂直方向に転送する列転送手段に読み出す撮像素子において、該撮像素子は、
最終的に前記被写界の画像生成に用いる受光素子の有効な範囲内の前記副画素の一部が遮光される遮光副画素があることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、該撮像素子は、前記主画素と前記副画素とを複合させたセルが形成されることを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像素子において、該撮像素子は、前記入射光の到来する側の前記主画素と前記副画素のそれぞれに集光機能を有する光学手段が配され、
該光学手段は、さらに、前記主画素の受光面積を覆う光学系の曲率に比べて前記副画素に対する光学系の曲率を大きく形成されることを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の撮像素子において、該撮像素子は、前記副画素のうち、前記入射光の短波長範囲を通す色フィルタセグメントが配される副画素を前記遮光副画素とする割合が、前記短波長以外の波長範囲を通す色フィルタセグメントが配される副画素を前記遮光副画素とする割合より多いことを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項１、２または３に記載の撮像素子において、該撮像素子は、前記色フィルタセグメントの色が最も多く配される副画素の遮光する割合を他の色が配される副画素の遮光する割合よりも多いことを特徴とする撮像素子。
【請求項６】
被写界からの入射光を信号電荷に光電変換する複数の受光素子が配列され、相対的に広い面積を有する受光素子を主画素とし、相対的に狭い面積を有する受光素子を副画素とし、前記主画素と前記副画素とに前記入射光に含まれる所定の波長範囲を通す所定の色フィルタセグメントを対応させ、前記主画素と前記副画素とで生成された信号電荷を選択的に垂直方向に転送する列転送手段に読み出す撮像素子を用い、該撮像素子で得られる画像データに信号処理する信号処理手段を含む撮像システムにおいて、
該撮像素子は、最終的に前記被写界の画像生成に用いる受光素子の有効な範囲内の前記副画素の一部が遮光される遮光副画素があることを特徴とする撮像システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、該システムは、該遮光副画素から得られる暗電流をダークレベルとして用いて、前記有効な範囲の前記画像データを前記ダークレベルで補正することを特徴とする撮像システム。
【請求項８】
請求項６または７に記載のシステムにおいて、該システムは、前記主画素と前記副画素における受光面積の比を用いて、前記ダークレベルを決定し、前記有効な範囲の前記画像データを前記ダークレベルで補正することを特徴とする撮像システム。
【請求項９】
請求項６、７または８に記載のシステムにおいて、該システムは、該システム内の温度が所定の温度以上の温度では、あらかじめ測定した温度毎の前記ダークレベルで前記有効な範囲の前記画像データを補正することを特徴とする撮像システム。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記信号処理手段は、前記遮光副画素で本来得られる副画素の画素データを、該遮光副画素の周囲にある副画素または周囲にある主画素からの画素データを用いて補間し、生成する補間手段を含むことを特徴とする撮像システム。
【請求項１１】
請求項６ないし10のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記信号処理手段は、前記遮光副画素にキズが存在する結果に応じて前記ダークレベルの基準である基準ダークデータから除いて該基準ダークデータを作成する手段を含むことを特徴とする撮像システム。
【請求項１２】
請求項６ないし11のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記信号処理手段は、前記遮光副画素の対象における画素データとあらかじめ規定した画素データとの差が第１の差より大きいとの結果に応じて前記ダークレベルの基準である基準ダークデータから除くレベル判定手段を含むことを特徴とする撮像システム。
【請求項１３】
請求項６ないし12のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記信号処理手段は、前記遮光副画素の対象における画素データと該対象の周囲に位置する遮光副画素の画素データとの差が第２の差より小さいか否かを比較する周辺比較手段を含むことを特徴とする撮像システム。
【請求項１４】
請求項13に記載のシステムにおいて、前記周辺比較手段は、暗いシーンの領域が所定の領域割合より多いシーンで動作させる副画素モードにおいて、前記遮光副画素の画素データと前記副画素の画素データとの差が第２の差より小さい結果に応じて該副画素の画素データを前記基準ダークデータとしてメモリ手段に取り込み、
前記信号処理手段は、さらに、得られた基準ダークデータを基に供給される画像に対するダーク補正することを特徴とする撮像システム。
【請求項１５】
請求項６ないし14のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記信号処理手段は、前記主画素からの信号電荷の読出しにともない前記副画素から漏れ出る信号電荷の量を漏れデータとして取得する漏れ取得手段を含み、
該漏れ取得手段は、前記遮光副画素に対する前記主画素からの画素データを取得する第１の取得手段と、
前記遮光副画素と対をなす前記主画素の周辺に位置する前記副画素と対をなす前記主画素からの画素データを取得する第２の取得手段と、
第２の取得手段で取得した画素データと第１の取得手段で取得した画素データとの差を前期漏れデータとして算出する漏れ産出手段とを含むことを特徴とする撮像システム。
【請求項１６】
請求項６ないし15のいずれか一項に記載のシステムにおいて、該システムは、前記撮像素子からの信号読出しを少なくとも、２フィールド以上で読み出し、
さらに、少なくとも２フレーム以上を連続的に撮影するモードにおいて、信号読出しは、前記主画素と前記副画素の読出し順序を前のフレームと交互に入れ換えて読み出すことを特徴とする撮像システム。
【請求項１７】
請求項６ないし16のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記撮像素子は、前記主画素と前記副画素とを複合させたセルが形成されることを特徴とする撮像システム。
【請求項１８】
請求項６ないし17のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記撮像素子は、前記入射光の到来する側の前記主画素と前記副画素のそれぞれに集光機能を有する光学手段が配され、
該光学手段は、さらに、前記主画素の受光面積を覆う光学系の曲率に比べて前記副画素に対する光学系の曲率を大きく形成されることを特徴とする撮像システム。
【請求項１９】
請求項６ないし18のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記撮像素子は、前記副画素のうち、前記入射光の短波長範囲を通す色フィルタセグメントが配される副画素を前記遮光副画素とする割合が、前記短波長以外の波長範囲を通す色フィルタセグメントが配される副画素を前記遮光副画素とする割合より多いことを特徴とする撮像システム。
【請求項２０】
請求項６ないし19のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記撮像素子は、前記色フィルタセグメントの色が最も多く配される副画素の遮光する割合を他の色が配される副画素の遮光する割合よりも多いことを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子および撮像システム、とくに、撮像により得られる画像における特性の一つであるダイナミックレンジを通常の画像が有するものよりも広くする撮像素子に関するものであり、また、広ダイナミックレンジをもたらす撮像素子を適用した固体撮像装置や画像入力装置等の撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルカメラやビデオカメラに用いる撮像素子は、たとえば完全にレンズを絞った状態、すなわち撮像素子に入射光をまったく入射していない遮光状態であっても、わずかな光が入射される場合と同様な信号成分が出力されることがある。このような信号成分は、たとえば撮像素子に内蔵される駆動回路により発生する暗電流に基づき、ダークシェーディングや暗時シェーディングと呼ぶ。この信号成分における対応処理が、特許文献１の撮像装置およびその信号処理方法に記載されている。処理手順は、完全遮光時と撮影時のデータを、それぞれ取り、撮影時のデータと完全遮光時のデータとを比較し、撮影時のデータから完全遮光時のデータを減算することによりダークシェーディングの影響を除去し補正する。
【０００３】
また、撮像素子には、有効画素領域の周囲にオプティカルブラック領域（OB領域）が形成される。撮像素子は、この領域から基準とする暗電流を取り出す。補正方法として、取り出した基準の暗電流を利用して、基準の暗電流に対応するデータと有効画素領域からのデータとを比較して補正してもよい。
【０００４】
ところで、撮像素子には、撮影画像のダイナミックレンジを広げることを目的とする固体撮像装置の提案がある。この固体撮像装置の具体例が特許文献２および３である。この固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する光電変換効率が副画素より相対的に高い主画素と副画素の２種類の受光素子を配列する。主画素は、光電変換する感光領域の面積を相対的に副画素よりも広い面積に形成し、光電変換効率を相対的に高くする。
【特許文献１】特開2000−350091号公報
【特許文献２】特開2003−218343号公報
【特許文献３】特開平３−117281号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ダークシェーディングの補正において、完全遮光のデータを使用する場合、撮像素子は、あらかじめ本撮像前に完全遮光状態で撮影し、完全遮光のデータを求める手順が増える。したがって、本撮像までに要する時間が増加する。この結果、ユーザが所望するシャッタタイミングと実際にシャッタが切られるシャッタタイミングとの間にシャッタタイムラグが生じてしまう。
【０００６】
本撮像後に完全遮光で撮影すると、本撮影に要する時間が増えることから、ユーザが撮影画像を表示し見るまでに時間がかかってしまう。また、連写時にこの手順で撮影すると、連写速度を低下させてしまう。
【０００７】
一方、あらかじめ取っておいた完全遮光のデータを使用する場合、完全遮光の撮影時と本撮像時との時間が空き過ぎると、撮像素子の温度の影響等が加味されなくなる。この結果、撮像素子はダークシェーディングを補正しても精度が低下してしまう。
【０００８】
また、OB領域のデータを用いる場合、水平方向のダークシェーディングには有効画素領域と同じ行にあるOBからのデータを用い、垂直方向のダークシェーディングには有効画素領域の同じ列にあるOBからのデータを使って、ダークシェーディングを補正するとよい。この場合、有効画素領域のOB領域に近い周辺領域は要求するダークシェーディングの精度が得られる。しかしながら、OB領域から離れた、有効画素領域の中央部等では、ダークシェーディングの精度が悪くなる。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、OB領域から離れた領域に対して従来よりも高精度にダーク補正することができる撮像素子および撮像システム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】
【００１０】
本発明は上述の課題を解決するために、被写界からの入射光を信号電荷に光電変換する複数の受光素子が配列され、相対的に広い面積を有する受光素子を主画素とし、相対的に狭い面積を有する受光素子を副画素とし、主画素と副画素とに入射光に含まれる所定の波長範囲を通す所定の色フィルタセグメントを対応させ、主画素と副画素とで生成された信号電荷を選択的に垂直方向に転送する列転送手段に読み出す撮像素子において、この撮像素子は、最終的に被写界の画像生成に用いる受光素子の有効な範囲内の副画素の一部が遮光される遮光副画素があることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は上述の課題を解決するために、被写界からの入射光を信号電荷に光電変換する複数の受光素子が配列され、相対的に広い面積を有する受光素子を主画素とし、相対的に狭い面積を有する受光素子を副画素とし、主画素と副画素とに入射光に含まれる所定の波長範囲を通す所定の色フィルタセグメントを対応させ、主画素と副画素とで生成された信号電荷を選択的に垂直方向に転送する列転送手段に読み出す撮像素子を用い、この撮像素子で得られる画像データに信号処理する信号処理手段を含む撮像システムにおいて、撮像素子は、最終的に被写界の画像生成に用いる受光素子の有効な範囲内の副画素の一部が遮光される遮光副画素があることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る撮像素子および撮像システムによれば、受光素子の有効な範囲内に遮光副画素を部分的に配されることにより、この範囲内における暗電流を基準ダークデータとして測定することができ、得られたデータを基に画像を補正することにより撮像した画像の画質をより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に添付図面を参照して本発明による撮像システムの一実施例を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明による撮像システムの実施例において、ディジタルカメラ10は、撮像部14のCCD 40に遮光副画素が配され、信号処理部18にダーク処理部96および副信号処理部98を有し、有効画素領域における暗電流や信号電荷の読出しにともなう漏れ信号または漏れデータを取得し、画像を補正することにより撮像した画像の画質をより一層向上させることができる。
【００１４】
本実施例は、本発明の撮像装置をディジタルカメラ10に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００１５】
ディジタルカメラ10は、図１に示すように、光学系12、撮像部14、前処理部16、信号処理部18、システム制御部20、操作部22、タイミング信号発生器24、ドライバ26、キズ座標メモリ28、モニタ30、メディアIF（InterFace）回路32、メディア34および温度センサ36を含む。
【００１６】
光学系12は、被写界からの入射光38を操作部22の操作に応じた画角の画像にして撮像部14の撮像面に結像させる機能を有する。光学系12は操作部22のズーム操作や半押し操作に応じて画角や焦点距離を調整する。
【００１７】
撮像部14には、CCD（Charge Coupled Device）型の撮像素子40が配設される。撮像素子40は、図２に示すように、X座標とY座標とで形成された受光素子の位置を特定できるよう２次元状に受光素子が配設され、撮像面42としている。撮像素子40の撮像面42は、この内、入射光が入射される領域を有効画素領域44と図中のハッチングで示す入射光が入射されない光学的に暗い領域であるOB（Optical Black）領域46に分けることができる。OB領域46は、有効画素領域44を囲むように形成される。
【００１８】
撮像素子40は、有効画素領域44にて入射光を光電変換し、信号電荷を生成する。撮像素子40は、OB領域46でも各種の要因により発生する信号を暗電流として読み出す。有効画素領域44で生成された信号電荷は、図示しない垂直転送路を経て水平転送路48に転送される。水平転送路48は、垂直転送路からシフトされた信号電荷をアンプ50に向けて転送する。アンプ50は、供給される信号電荷をアナログ電圧信号52に変換し、出力するフローティングディフュージョンアンプである。アナログ電圧信号52は、被写界の像を構成する画像信号として前処理部16に出力される。アナログ電圧信号52は、画像信号だけを含むのでなく、OB領域46の暗電流を暗電流基準信号も含む。
【００１９】
ところで、暗電流基準信号は、それぞれ有効画素領域44と同一の行および列におけるデータをたとえば水平および垂直方向のダークシェーディングにこれまで用いてきた。このように、これまで得られた暗電流基準信号は、前述した通り有効画素領域44の周囲から得られたものである。したがって、有効画素領域44の周辺における暗電流は精度よく補正できる。しかしながら、有効画素領域44の中央部等のように、OB領域46から離れた領域で精度が低下してしまう。
【００２０】
本実施例のCCD 40は、このような領域での暗電流に対する精度を向上させる機能を有する。この機能を持たせるため、CCD 40は、図３に示すように、有効画素領域44内の受光素子54の一部を遮光させ、OB部を形成する点に特徴がある。
【００２１】
CCD 40は、受光素子54を画素ずらしさせた、いわゆるハニカム配置される。この配置は、互いに隣接する受光素子54の行同士において、一方の行における受光素子の配列が他方の行における受光素子54の配列に対する配列間隔PPを基本的にこの間隔の半分だけ相対的にずらす。これによりCCD 40は受光素子をより稠密に配置することができ、画像の解像度を向上させる。
【００２２】
また、受光素子54のそれぞれは、通常の受光素子と比べて、たとえば主画素領域56と副画素領域58と２つの領域に分割される。本実施例において、主画素領域56と副画素領域58は主画素と副画素と呼ぶ。主画素領域56は、副画素領域58に比べて大幅に感光面積が大きく、信号電荷の生成量が多い。主画素と副画素は、単に感光面積だけに依存するものでなく、入射光が到来する側の受光素子54のトップに集光機能を有するマイクロレンズの形成の有無に応じて、生成する信号電荷量に差をもたらすようにしてもよい。さらに、主画素と副画素は、感度差をつけるような材質で形成するようにしてもよい。
【００２３】
CCD 40は、入射光の到来方向側にマイクロレンズと受光素子54との間に色フィルタセグメントを形成する。色フィルタセグメントは受光素子54と一対一に対応して形成されている。色フィルタセグメントは入射光を分光特性に応じて色分解する機能を有する。本実施例の色フィルタセグメントには３原色、赤（R）、青（B）および緑（G）が用いられる。色Gの色フィルタセグメントは、正方格子状に形成され、色RおよびBの色フィルタセグメントが形成する正方格子に着目すると、色RおよびBの色セグメントにより完全市松パターンが形成されている。この色フィルタパターンをG正方格子RB市松パターンと呼ぶ。色フィルタセグメントは、一つの受光素子54において主および副画素ともに同色を配している。色フィルタセグメントは、３原色系に限定されるものでなく、補色系を用いてもよい。
【００２４】
本実施例の特徴であるCCD 40は、受光素子54の内、OB領域46から離れた領域に形成された受光素子54の一部を遮光する。遮光には、図３に示すように、副画素領域58を用いる。遮光された副画素領域58を遮光副画素60とし、ハッチングで示す。遮光副画素60は、たとえば色Gの行に見て一列おきに設けてもよい。色Gの遮光副画素60に隣接する行において、色R/Bの色フィルタセグメントの遮光副画素は、色Gの遮光副画素60の10個おき程度に２個連続して形成する。また、遮光副画素60は、列方向に見ると、２行を単位とみなして、１単位おきに設ける。
【００２５】
さらに、受光画素の構造について図４に示す。図4(a)に示す受光画素54は、左側に遮光副画素60を有する受光素子54と右側に遮光副画素60のない受光画素54を横に並べて配置された場合である。図4(a)の点線は、ポリシリコン電極62, 64, 66および68を示す。これらポリシリコン電極62, 64, 66および68は、垂直転送路70の上方を横切って配置される。２層ポリシリコンで転送電極を形成する場合、第１層はポリシリコン電極62および66で形成され、第２層はポリシリコン電極64および68で形成され、それぞれ転送電極に用いる。転送電極64は遮光副画素60や副画素領域58から垂直転送路70への電荷読出しを制御する。転送電極66は主画素56から垂直転送路70への電荷読出しを制御する。
【００２６】
図4(b)および図4(c)は、図4(a)の一点鎖線IVB-IVBおよびIVC-IVCに沿う断面を示す。受光素子54はｎ型半導体基板74の表面にはｐ型ウエル76が形成される。さらに、ｐ型ウエル76の表面に主画素領域56および副画素領域58に対応するｎ型領域が形成される。ｐ＋型領域は、主および副画素、垂直転送路70等の電気的に分離するチャネルストップ78である。図4(b)の断面においてチャネルストップ78の外側に垂直転送路70が形成される。そして、垂直転送路70の上には、転送電極62〜68が形成される。図4(c)に示す主画素と垂直転送路70の間、図示しない副画素と垂直転送路70との間のｐ型ウエル76は、読出しゲートに対応している。
【００２７】
垂直転送路70、チャネルストップ78、主画素領域56および副画素領域58の表面上には、酸化シリコン膜等の絶縁層が形成される。この絶縁層の上に転送電極62〜68が形成される。転送電極62〜68は、前述したように、垂直転送路70を覆うように形成される。転送電極62〜68は、たとえば酸化シリコン等で覆われる。垂直転送路70を遮光する要求から、タングステン等を用いた遮光膜80が形成される。図4(b)の受光素子54の場合、遮光膜80は、主画素領域56を除く領域を覆うように形成される。右側の遮光副画素60を持たない受光画素54では、主画素領域56および副画素領域58を除く領域を覆うように形成される。このように遮光膜80を形成した後、層間絶縁膜82を形成し、表面を平坦化する。層間絶縁膜82は、ホスホシリケイトガラス等の透明部材を用いる。
【００２８】
層間絶縁膜82の上には、前述した色フィルタセグメントが色毎に色フィルタ層84として形成される。本実施例では主画素領域56および副画素領域58を覆う色フィルタ層84は、同色であるが、異色にしてもよい。色フィルタ層84上にはマイクロレンズ86が形成される。マイクロレンズ86は、入射光を感光領域に対応する開口部分に集光させる機能を有する。
【００２９】
図３に戻って、CCD 40は、受光素子54で得られた信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送路70が形成される。受光素子54が画素ずらし配置されることから、垂直転送路70は、受光素子54を迂回し、蛇行するように形成される。CCD 40は、ドライバ26から供給される駆動信号V1〜V4を含む各種の信号によって信号電荷を読み出し、転送し、出力する。簡単に説明すると、CCD 40は、露光期間中の入射光を電気信号に変換し、蓄積された信号電荷を垂直転送路70のそれぞれに読み出して、水平転送路48に向けて転送する。各垂直転送路70の最下段に位置する信号電荷は、水平転送路48にラインシフトして移される。これらの信号電荷は、水平転送路48内をアンプ50に向けて転送される。アンプ50は、供給される信号電荷をアナログ電圧信号に変換し、前処理部16に出力する。
【００３０】
ここで、本実施例のCCD 40は、連写モードにおいて、受光素子54から垂直転送路70への信号電荷読出しにおいて１フレーム毎に主画素、副画素、副画素、主画素と読み出す対象の画素を入れ換えて読み出す。このような信号電荷読出しは、システム制御部20の制御に応じたタイミング信号を生成させ、CCD 40にこのタイミング信号に対応するフィールドシフトゲートパルスを印加することにより可能である。
【００３１】
図１に戻って、CCD 40を含む撮像部14は、得られた画像に対するアナログ電気信号52を前処理部16に供給する。本実施例において撮像部14の近傍には温度センサ36が配設される。温度センサ36は、測定した温度情報に対応する信号88を前処理部16に出力する。
【００３２】
前処理部16はアナログフロントエンド（AFE）機能を有する。この機能は、相関二重サンプリング（CDS）によりアナログ電気信号52に対するノイズ除去する機能と、このノイズ除去したアナログ電気信号52をディジタル化、すなわちA/D変換する機能とを含む。前処理部16は、ディジタル化した画像データ90をバス92および信号線94を介して信号処理部18に出力する。
【００３３】
信号処理部18は、通常有する機能、すなわち供給される画像データを基に同時化し、同時化した画像データを用いY/C信号を生成する機能を含むとともに、ダーク処理部96および副信号処理部98を有する。また、信号処理部18は、生成したY/C信号をたとえば液晶モニタ用の信号に変換する機能も有する。さらに、信号処理部18は、記録モードに応じて生成したY/C信号に対する圧縮や圧縮された信号を元に伸長し復元再生する機能を有する。記録モードには、JPEG（Joint Photographic Experts Group）、MPEG（Moving Picture Experts Group）およびRAWモード等がある。信号処理部18は、記録モードに処理された画像データを信号線94、バス92および信号線100からメディアI/F回路32に供給する。また、信号処理部18は、液晶モニタ用の信号102をモニタ30に出力する。
【００３４】
本実施例の信号処理部18における特徴的な機能について説明する。ダーク処理部96は、ダークデータの補正に用いるデータを取得し、取得したデータを基にダークデータを補正する機能を有する。また、副信号処理部98は、遮光副画素60に対応する主画素のデータと、遮光副画素60の周囲に配された非遮光の副画素に対応する主画素とを基に副画素から漏れ出す信号量を求める機能を有する。
【００３５】
ダーク処理部96は、ダーク取得部104およびダーク補正部106を含む。ダーク取得部104は、ダークデータの補正に用いるデータを取得する機能を有する。このダークデータの取得を実現させる上で、ダーク取得部104は、図５に示すように、基準ダークデータ作成部108、副画素補間処理部110、遮光副画素キズ座標取得部112、遮光副画素補間処理部114、遮光副画素レベル判定部116、周辺比較部118、基本ダークデータメモリ120、遮光副画素座標メモリ122を含む。
【００３６】
基準ダークデータ作成部108は、ランダムに遮光副画素から得られる暗電流に対応するデータを基準ダークデータとして作成する機能を有する。基準ダークデータ作成部108は、周辺比較部118の結果を利用して、遮光副画素にキズがある場合基準ダークデータとして用いないようにする機能を有する。副画素補間処理部110は、遮光副画素60の周辺に位置する非遮光の副画素からの副画素データを取得し、取得した副画素データを基に遮光副画素における非遮光として得られる本来の副画素データを補間生成する機能を有する。
【００３７】
遮光副画素キズ座標メモリ112は、遮光副画素においてキズを有する画素の座標データを保持する機能を有する。遮光副画素キズ座メモリ112は後発のキズの情報を記憶することもできる。遮光副画素補間処理部114は、遮光副画素におけるキズ画素または不適切なレベルの遮光副画素に対して周辺の遮光副画素を基に補間して該当する遮光副画素に対する遮光副画素の補間データを求める機能を有する。遮光副画素レベル判定部116は、取得した遮光副画素からの画素データが周辺の遮光副画素の画素データ、すなわち信号レベルと比較して、取得した画素データが適正か否かを判定する機能を有する。
【００３８】
また、周辺比較部118は、条件に応じて対象とする遮光副画素の周辺に位置する非遮光副画素からのデータを比較し、周辺の非遮光副画素からのデータが適切か否かを判別する機能を有する。ここでの条件とは、対象とする遮光副画素がキズ画素または周辺の非遮光副画素の信号レベルがダークデータとして適切な場合に遮光副画素として利用することを意味する。
【００３９】
基本ダークデータメモリ120は、たとえば工場出荷段階で取得した遮光副画素それぞれのデータを格納する機能を有する。基本ダークデータメモリ120は、遮光副画素補間処理により得られた補間データが不適切と判断された場合に参照し、使用される。遮光副画素座標メモリ122は、各遮光副画素の座標を格納する機能を有する。
【００４０】
図１に戻って、ダーク補正部106は、ダーク取得部104で取得したデータを基にダークデータを補正する機能を有する。取得したデータとは、ダーク基準信号として用いる。
【００４１】
副信号処理部98は、漏れ取得部124および漏れ補正部126を含む。漏れ取得部124は、主画素の信号に副画素から漏れ込む信号がどのくらいかを取得する機能を有する。漏れ取得部124は、図６に示すように、データ取得部128、周辺信号取得部130および漏れ信号量取得部132を含む。データ取得部128は、遮光副画素と対をなす主画素からのデータを取得する機能を有する。周辺信号取得部130は、遮光副画素と対をなす主画素に対し周辺に位置する非遮光副画素と対をなす主画素のデータを取得する機能を有する。漏れ信号量取得部132は、データ取得部128で取得した主画素のデータと周辺信号取得部130で取得した主画素のデータとを用いて、主画素の読出しにて副画素から漏れ出す信号量を算出する機能を有する。
【００４２】
漏れ補正部126は、取得したデータを用い、副画素からの漏れ込む信号を補正する機能を有する。
【００４３】
再び図１に戻って、システム制御部20は、後述する操作部22からの操作信号134に応じた各種の制御信号を生成する機能を有する。システム制御部20は、とくに、静止画モード、AEモードおよびAFモード等の各種設定に応じて制御信号を生成する機能を有する。システム制御部20は、信号処理部18で得られた評価データを取り込む。評価データは、信号線94、バス92および信号線136を介してシステム制御部20に取り込まれる。システム制御部20は、取り込んだ評価データを基にシーン判別するシーン判別機能部138を含む。シーン判別機能部138は、逆光、順光、日向、日陰および金属反射等の状況に応じて判別し、判別結果に応じた制御信号を信号処理部18にもフィードバックし、制御する。システム制御部20は、設定モード、評価データに応じた制御信号140をタイミング信号発生器24に生成し、出力する。
【００４４】
操作部22は、図示しない電源スイッチ、ズームボタン、メニュー表示切換スイッチ、選択キー、動画モード設定部、連写速度設定部およびレリーズシャッタボタンを含む。操作部22は、ユーザの操作指示としての操作信号134をシステム制御部20に送る機能を有する。電源スイッチは、ディジタルカメラ10の電源投入/退避をもたらすものである。ズームボタンは、被写体を含む被写界の画角を変更し、この変更に応じた被写体の焦点距離を調整するものである。メニュー表示切換スイッチは、液晶モニタに表示されるメニューを切り換えて、選択カーソルを移動させるスイッチで、たとえば十字キー等がある。選択キーは、選択したメニュー項目を選択するキーである。
【００４５】
動画モード設定部は、動画を液晶モニタに表示させるか否かを決定する、たとえばフラグの値で設定する。この設定によりディジタルカメラ10は、モニタ30に取り込んだ被写界像をスルー画表示させる。
【００４６】
レリーズシャッタボタンは、半押し/全押し操作に応じてディジタルカメラ10の動作タイミングや動作モードを選択する機能を有する。レリーズシャッタボタンは、半押し操作に応じてディジタルカメラ10をAEモードおよびAFモードに動作させる。これらの動作は動画表示で得られる画像を用いて適正とする絞り、シャッタ速度および合焦距離を求める。また、レリーズシャッタボタンは、全押し操作により記録開始/記録終了のタイミングをシステム制御部20に送り、ディジタルカメラ10の設定モードに応じた動作タイミングを提供する。設定モードには、静止画記録、連写および動画記録等がある。
【００４７】
タイミング信号発生器24は、撮像部14用の垂直および水平同期信号、フィールドシフトゲート信号、垂直および水平タイミング信号、ならびにOFD（Over-Flow Drain）信号等、各種のタイミング信号を生成する機能を有する。この機能は、システム制御部20からの制御信号140に応じて各種のタイミング信号142を生成する。タイミング信号発生器24は、各種のタイミング信号142をドライバ26に出力する。タイミング信号発生器24は、画像を多フィールドで読み出すようにタイミング信号142を生成し、出力する。とくに、タイミング信号発生器24は、連写モードでは、主画素と副画素の読み出す順序を入れ換えて読み出すようにタイミング信号を生成する。タイミング信号発生器24は、図７に示すように、２フィールドで１枚の画像を読み出して、２枚連写する場合、主画素（M）、副画素（S）、副画素（S）および主画素（M）の順にタイミング信号142を生成する。
【００４８】
ドライバ26は、供給される各種のタイミング信号142を用い、駆動モードに応じた垂直および水平駆動信号等を生成する機能を有する。ドライバ26は供給される制御信号に応じた駆動信号144を撮像部14の図示しない前述したCCD 40に出力する。また、ドライバ26は供給される制御信号に応じて光学系12が形成する被写界、すなわち視野を狭く拡大する望遠側に動作させたり、視野を広げる広角に動作させたりするズーム動作の駆動信号も生成し、図示しないが、光学系12のズーム機構に出力する。
【００４９】
キズ座標メモリ28は、キズを有する画素の座標を保持する機能を有する。キズ座標は、とくに非遮光の主および副画素が持つキズについての座標である。キズ座標メモリ28は、信号線136、バス92、信号線146を介してシステム制御部20の制御に応じて適宜キズ画素の座標を読み出し、信号線146、バス92および信号線94を介して信号処理部18に送る。信号処理部18は、これにより読み出した座標の周囲に配された画素データから補間して、求めることにより適切な画像を生成する。
【００５０】
モニタ30には、液晶モニタ等が用いられる。モニタ30は、信号処理部18から供給される画像信号102を表示する。
【００５１】
メディアI/F回路32は、たとえば扱う記録媒体に応じて画像データの記録/再生を制御するインタフェース制御機能を有する。メディアI/F回路32は、画像データ148を半導体記録媒体であるPC（Personal Computer）カードに対する書込み/読出し制御したりUSB（Universal Serial Bus）コントローラの内蔵にともないの書込み/読出し制御したりすることができる。メディア34には、各種の半導体カードの規格がある。
【００５２】
次にCCD 40の有効画素領域44において得られるダークレベルを図８に示す。ダークレベルは、図示しないが温度上昇に依存して増加する傾向がある。図8(a)はOB領域46を含むX座標に沿ったダークレベルを記号（■）で示す。また、同様に、図8(b)はOB領域46を含むY座標に沿ったダークレベルも記号（■）で示す。これらは、ともに、有効画素領域44に配された遮光副画素からのデータを用いることによりこれまで得ることができなかった有効画素領域44でのダークレベルを精度よく得ることができる。有効画素領域44にて遮光副画素の数を増やせば、ダークレベルの精度をより一層向上させることができることは言うまでもない。
【００５３】
なお、CCD 40の一画素において主画素と副画素の面積は異なる。このような関係上、あらかじめ主画素および副画素のダークレベルの関係を取得しておくことが好ましい。工場出荷時のダークレベルは、基本ダークデータメモリ120に格納される。また、このダークレベルの関係は、露出時間別に取得し、格納しておいてもよい。
【００５４】
また、CCD 40において垂直転送路70からの暗電流の影響は小さい。主画素と副画素のダークレベルは、図９に示すように、それぞれ、横軸と縦軸に対応させると線形な関係が得られる。そこで、主画素と副画素のダークレベルは、面積比で換算して基準ダークレベルを求めてもよい。これにより、一方のダークデータを有していると、他方のダークレベルを得られる。メモリに格納するデータ量を低減させることができる。
【００５５】
前述したように、CCD 40のダークレベルは温度に依存して増加する。低温を温度センサ36が示した際に主画素ダークレベル対副画素ダークレベルは、図10(a)に示すように、傾きの小さい直線150で表わされる。これは、垂直転送路70からの暗電流の影響が小さいことを意味する。また、高温時の主画素ダークレベル対副画素ダークレベルは、図10(b)に示すように、傾きの大きい直線152で表わされる。低温時に比べて垂直転送路70で発生する暗電流がダークレベルの大きな要因になる。ただし、この暗電流は、受光素子54の面積に関係しない。主画素と副画素では図10(b)に示すように、ほぼ同じ量の暗電流が発生する。したがって、基準ダークレベルの算出において、主画素と副画素の面積比の適用は、低温では構わないが高温では問題が生じる。すなわち、低温における基準ダークレベルの補正値を高温時の補正値に用いると、補正誤差が大きくなってしまう。基準ダークレベルの算出には、高温時に主画素と副画素の面積比を乗じた値を使用しないことが望ましい。
【００５６】
CCD 40は、受光素子54を画素ずらしに限定されるものでない。また、CCD 40は一つの受光素子に主画素と副画素を設けず、それぞれ一つの受光素子として扱うようにしてもよい。共通する部分に同じ参照符号を付し、説明を省略する。この場合、感度差は、マイクロレンズ86の形状にともなう集光力に依存させる。受光素子54は、図11に示すように、感光領域を同じに形成することから、製造の容易さにおいて有利である。本実施例における各受光素子54として形成される感光領域56および58は、図11(a)に示すように、同じ面積である。図11(a)および11(b)における黒点は、受光素子54における中心54cを示す。
【００５７】
CCD 40を破断線XI−XIに沿って切断した断面を図11(b)に示す。CCD 40は、基本的に図４で説明したように、基板74上に順次層76、受光素子54として感光領域56および58の感光層を形成する。遮光副画素60には、通常の副画素を遮光部材80が形成される。本実施例の構造を明確に説明するため色フィルタセグメントについて図示していないが、受光素子54とマイクロレンズ86との間に設けることは言うまでもない。
【００５８】
主画素に対応する受光素子54には曲率の小さいマイクロレンズ86aが形成され、副画素に対応する受光素子54には曲率の大きいマイクロレンズ86bが形成される。このように各マイクロレンズ86を形成することにより集光面積86Aの方が集光面積86Bより広い領域が覆われる。CCD 40では、この覆う領域の差が集光力の差にともなう感度差として機能させる。
【００５９】
このように受光素子54は、主画素と副画素とで同じ面積に形成することから、発生するダークレベルが同じ程度になる。先の実施例では、受光素子54における主画素と副画素の面積が異なることから、あらかじめダークレベルのそれぞれを知る必要があったが、本実施例では不要になる点で優れている。本実施例は精度の高い基準ダークレベルを得ることができる。
【００６０】
CCD 40を適用して、明るい領域と暗い領域が混在した被写界を撮影する場合、CCD 40には被写界を一枚の画像として忠実に再現させるためダイナミックレンジが要求される。ダイナミックレンジの有無はAE測光にてシーン判別する。図12(a)の野外での撮影が逆光シーンであり、図13(a)のように室内撮影であっても被写界に窓が含まれ、明るい外が写っているシーン等がある。このようなシーンは、１画素だけが明るかったり、暗かったりするのでなく、特定の領域全体が明るかったり、暗くなったりする傾向がある。この傾向を利用すると、CCD 40は、あるY座標で水平方向にサンプリングして周囲の非遮光副画素からの信号レベルが求められる。このとき、遮光副画素からのデータは、図12(b)に示すように、非遮光副画素と明らかに信号レベルが異なり、有効画素領域44内のあるY座標におけるOB領域のダークデータ154および156として信号処理部18のダーク取得部104にて取得する。
【００６１】
一方、遮光副画素に対しては、信号処理部18にて対象の近傍に位置する非遮光画素を用いて、補間処理により遮光副画素における画素データ158および160が求められる。求めた結果がたとえば図13(b)の記号（□）で示す画素データ158および160で表わされる。補間処理は、副画素補間処理部110を用いる。このような有効画素領域44におけるダークデータおよび遮光副画素の画素データの算出は、あるY座標の水平サンプリングに限定されるものでなく、あるX座標の垂直サンプリングも可能である。したがって、得られる画像データは、遮光副画素により有効画素領域44に対する基準ダークレベルとして補正されるとともに、補間によりこの遮光副画素が欠陥として扱われることなく、処理されることから、ダイナミックレンジを維持して画像を高画質なものにすることができる。
【００６２】
次にCCD 40に遮光副画素を形成する中で、遮光副画素を非遮光副画素とした場合における遮光される色の割合について説明する。ただし、色フィルタセグメントは、先の実施例で説明したように、主画素と副画素が同色にしている。遮光副画素における色Bが色Rより多い例を図14に示す。また、ホワイトバランスポジションでの各シーンにおけるゲインを図15に示す。各シーンにおけるゲインは色毎に表わす。図15のゲインは、曇り、日陰および蛍光灯（昼光色）以外のシーンにおいて、色Rのゲインより色Bのゲインが大きい。これは、ホワイトバランスポジションで色Rの感度を高く、色Bの感度が低いことを表わす。
【００６３】
一般的に、色Rの感度が色Bの感度に比べて高いシーンが多い。このようなシーンが多いのは、色Rの画素が色Bの画素に比べて信号量が多いことを意味し、色Rの画素がダイナミックレンジの広いシーンに用いられる。これに対して、曇り、日陰および蛍光灯（昼光色）のシーンでは、色Bの感度が色Rの感度に比べて高い。しかしながら、これらのシーンは信号量が少なく、ダイナミックレンジを広くしなくて済むことが多いことを意味する。すなわち、特殊な場合を除き、色Bの画素で広いダイナミックレンジを有するシーンは少ない。
【００６４】
副画素の遮光は、遮光副画素の部分でダイナミックレンジが失われる。しかしながら、色Bの画素は、色Rおよび色Gの画素に比べて広いダイナミックレンジで要求されることが少ない。この状況を鑑みると、色Bの副画素は、色Rおよび色Gの副画素より多く遮光しても、本来の主画素および非遮光の副画素を用いるCCD 40はダイナミックレンジを広げる特徴を損なうことなく、ダークデータを取得し、ダーク補正して得られる画像の画質を向上させることができる。
【００６５】
また、遮光される色の割合で色Gの画素が色Rおよび色Bの画素に比べて多いCCD 40の例を図16に示す。このように副画素を遮光しても、色Gの画素は、画素数が元々多いから、周囲の非遮光画素からの画素データを基に色Rおよび色Bの遮光画素に比べて容易に補間できる。遮光副画素によるデータ欠損の影響は少なくなる。また、この遮光副画素パターンで得られる基準ダークデータは、色による影響がほとんどないことから、色Gの遮光副画素からのデータを色Rおよび色Bにおける主画素のダークデータ決定に適用できる。このパターンを用い、決定したダーク補正することにより、色の影響のなく、ダーク補正して得られる画像の画質を向上させることができる。
【００６６】
次に遮光副画素とキズ画素との区別について説明する。CCD 40は、入射光を入射させない状態で撮影する。この状態の撮影で得られる、あるY座標を水平方向、すなわちX座標に沿ってサンプリングして得られたダークレベルを図17(a)に示す。遮光副画素および非遮光副画素は、ともにあるレベル範囲内のダークレベルに収まる。これに対して、遮光副画素がキズ画素162は、光が入らなくても暗電流の発生が多いので、信号レベルが高く現れる。
【００６７】
図17(b)は、遮光副画素におけるダークレベルを示す。遮光副画素は、有効画素領域44の基準ダークデータを決めるために利用される。周囲の画素の代表値としてのデータとなる。たとえば白キズのように、元々ダークレベルの大きな画素が遮光副画素になった場合、周囲のダークレベルの決定に大きな影響を与える。
【００６８】
遮光副画素のダークレベルが適正か否かを遮光副画素レベル判別部116で判別する。遮光副画素レベル判別部116は、あらかじめ設定したダークレベル以上のレベルが得られた場合、キズ画素162を使用しないと判別する。
【００６９】
遮光副画素162がキズとして既知の場合、信号処理部18は、使用しないかまたは遮光副画素補間処理部114でこの遮光副画素162の周囲に位置する遮光副画素からのデータを基に補間する。あるY座標の水平方向だけでなく、あるX座標の垂直方向にもデータが得られる。両方向の座標のデータを合わせることにより、キズを有する遮光副画素162のデータは補間することができる。キズを有する遮光副画素の情報は、工場出荷時に完全遮光状態に取得したデータから取得し、キズ座標メモリ28および/または遮光副画素キズ座標メモリ112に記録する。また、ディジタルカメラ10は、上述したメモリに電源投入または切断時に記録するようにしてもよい。
【００７０】
完全遮光状態でのダークレベルは、図17(a)に示した条件におけるレベルだけでなく、図18(a)および(b)に示すように上昇する。後者のレベル上昇は、露光時間を長くしたり、温度が上昇したりと条件に応じて生じる。このようなダークレベルは上述したメモリに条件毎に記録することが望ましい。
【００７１】
次にCCD 40を適用したディジタルカメラ10が遮光副画素モードとして遮光副画素によりどのようにダークレベルが決定されるかその手順について説明する。図19に示すように、遮光副画素モードか否かを判断する（ステップS10）。この判断は全画面に対して処理する。遮光副画素モードが選択されなかった場合（NO）、接続子Aを介して他のモードに進む。遮光副画素モードが選択された場合（YES）、キズの有無の判断処理に進む（ステップS12へ）。
【００７２】
次にキズがないか否かを判断する（ステップS12）。遮光副画素キズ座標メモリ112にアクセスしあるY座標で水平方向にサンプリングした際に該当する座標データの有無を判断する。キズが存在する場合（NO）、キズ対応処理に進む（ステップS14へ）。キズがない場合（YES）、レベル判定処理に進む（ステップS16へ）。
【００７３】
キズ対応処理（ステップS14）は、該当する座標が存在する場合、キズ座標のダークデータを消去し、遮光副画素補間処理部114で周囲の遮光副画素からのデータを基にキズ座標に対応する遮光副画素のダークデータを補間し、遮光副画素キズ座標メモリ112に記録する。
【００７４】
次に遮光副画素が出力するダークレベルを判定する（ステップS16）。このダークレベル判定は、遮光副画素レベル判定部116で対象の遮光副画素からのダークデータとあらかじめ規定した遮光副画素からのダークデータとの差が第１の差の範囲以内か否かを判定する。ダークレベルの差が第１の差より大きい場合（NO）、周辺レベル判定に進む（ステップS18へ）。また、ダークデータの差が第１の差以内の場合（YES）、適切なダークレベルと判定し、ダークレベルの決定処理に進む（ステップS20へ）。
【００７５】
周辺レベル判定は、周辺比較部118で周囲に位置する遮光副画素の画素データ同士の差が第２の差より小さいか否かを判定する（ステップS18）。周囲に位置する遮光副画素の画素データ同士の差が第２の差以上の場合（NO）、周辺比較部118でダークレベル選択処理に進む（ステップS22へ）。また、周囲に位置する遮光副画素の画素データ同士の差が第２の差より小さい場合（YES）、遮光副画素の周辺補間処理に進む（ステップS24）。
【００７６】
ダークレベル選択処理は、更に、遮光副画素における周囲のダークレベルと基準ダークデータメモリ120に記録された基準ダークデータとを比較し、測定値（ダークレベル）に近い状態の完全遮光を導くことが好ましい。この選択処理は、周囲のダークデータが基準ダークデータより大きい場合（YES）、基準ダークデータが適正なデータとして採用し、遮光副画素の基準補間処理に進む（ステップS26へ）。また、周囲のダークデータが基準ダークデータ以内にある場合（NO）、周辺補間処理に進む（ステップS24へ）。
【００７７】
次に遮光副画素の周辺補間処理は、遮光副画素補間処理部114で対象の遮光副画素の周囲に配された遮光副画素からのダークデータが適正と判定し、これらのダークデータを基に対象の遮光副画素のダークデータを補間生成する（ステップS24）。また、遮光副画素の基準補間処理は、遮光副画素補間処理部114で基準ダークデータメモリ120から読み出した基準ダークデータを基に対象の遮光副画素のダークデータを補間生成する（ステップS26）。基準ダークデータは、完全遮光状態で取得した複数の状況でのダークデータである。複数の状況とは、異なる露光時間、異なる温度等である。
【００７８】
このようにダークレベル判定、遮光副画素の周辺補間処理および基準補間処理後、適正と判定したダークレベルを用いて、基準ダークレベル作成部108で遮光副画素におけるダークデータを基準信号として生成する（ステップS20）。生成した基準ダークデータは、基準ダークデータメモリ120に格納される。この生成後、このモードを終了する。
【００７９】
本撮影時にこのような処理が要求される理由は、第１に、宇宙線の影響などにより遮光副画素に新たにキズが発生する場合、第２に、スミアの影響が大きく、垂直転送路70に漏れ出した光により遮光副画素がダークレベルを維持できない場合があるためである。遮光副画素の周辺補間処理は、第１の理由に対する対処として有効である。これに対して、遮光副画素の基準補間処理は、第２の理由に対する対処として有効である。これは、対象の遮光副画素の近傍に位置する遮光副画素のダークレベルも高い信号量を発生させている可能性があるからである。
【００８０】
また、本撮影において、シーンには、全体的に信号量の少ないシーンおよび明暗のはっきりしたシーン等に遭遇することがある。このようなシーンで非遮光副画素は、図20(a)に示すように、あるY座標での水平方向へのサンプリングにより信号を出力する。しかしながら、シーンの影響によりCCD 40は、遮光副画素の信号レベル164と同程度の信号レベルしか生成できない範囲166が生じる。ダークレベルに着目すると、非遮光副画素であっても、図20(b)に示すように、範囲166のダークレベルは遮光副画素と同じ程度の信号量にあることがわかる。
【００８１】
そこで、非遮光副画素であっても、ダークレベルを決める場合、遮光副画素と同様に扱うとよい。この手順を簡単に図21に示す。まず、ディジタルカメラ10において、たとえばシステム制御部20のシーン判別機能部138でシーン判別する。シーンの中でとくに、暗い領域が所定の割合よりも多く含まれると判別した場合、非遮光副画素モード、（通常の）副画素モードの選択に進む。ディジタルカメラ10は、非遮光副画素モードが選択されたか否かを判断する（ステップS30）。非遮光副画素モードが選択されなかった場合（NO）、接続子Aを介して他のモードに進む。非遮光副画素モードが選択された場合（YES）、信号量の判定に進む（ステップS32へ）。
【００８２】
次に非遮光副画素の信号量を判定する。この判定は、対象の非遮光副画素が周囲の非遮光副画素の信号量と同程度の場合（NO）、基準信号の設定に進む（ステップS34へ）。対象の非遮光副画素が周囲の非遮光副画素の信号量と明らかに違う場合（YES）、ダークレベルの決定処理に進む（ステップS36へ）。
【００８３】
次に基準信号の設定では、非遮光副画素、すなわち通常の副画素に対するダークレベルを基準信号とするように設定する（ステップS34）。この後、ディジタルカメラ10はダークレベルの決定処理に進む（ステップS36へ）。
【００８４】
ダークレベルの決定処理は、非遮光副画素のダークレベルと範囲166の両方を考慮して主画素および副画素のダークレベルを基準信号（基準ダークデータ）として生成する（ステップS36）。生成した基準ダークデータは、基準ダークデータメモリ120に格納される。この生成後、このモードを終了する。
【００８５】
このように非遮光副画素であっても、ディジタルカメラ10は、シーンに応じて遮光副画素と同じように扱うことにより遮光対応可能な画素とみなして結果的に遮光副画素を増やすことができ、基準ダークレベルの精度をさらに高めることができる。
【００８６】
最後に、CCD 40における受光素子54のそれぞれの主画素と副画素から蓄積された信号電荷を多フィールドにわたって読み出す様子を示す。受光素子54のそれぞれは、主画素と副画素とを分けて読み出す。図22に示すように、まず、CCD 40は、受光素子54の主画素から垂直転送路70の２パケット分に蓄積した信号電荷を読み出す。垂直転送路70に記した記号R, GおよびBは、信号電荷の色フィルタセグメントR, GおよびBに対応した色属性を示す。また、主画素と副画素の信号電荷は、それぞれ、大型の大文字とやや小型の大文字で表している。読み出した主画素の信号電荷は、１フィールド期間中に読み出される。
【００８７】
次に図23に示すように、副画素の信号電荷が垂直転送路70に読み出される。副画素の内、遮光副画素から読み出された信号電荷、すなわち暗電流は記号Sで表わす。副画素からの信号電荷も１フィールド期間中に読み出される。このようにディジタルカメラ10は、２フィールド読出しにより全画素を読み出す。
【００８８】
ところで、先の主画素読出しにおいて、CCD 40は、副画素の信号も読み出してしまう。これは、受光素子54において、主画素と副画素の読出し電極が接近していることに起因して、副画素の信号が読み出される。このように読み出された状態を図24に示す。
【００８９】
ここで、垂直転送路70に漏れ出た信号電荷、漏れ量は、記号r, g, bおよびsの小文字で表わす。主画素の２パケット＋副画素の１パケットは、それぞれ同色であることから、実質的には混色にはならない。
【００９０】
明るさの一様な画像を撮影した場合に、あるY座標における水平方向にサンプリングして、得られた信号レベルを図25に示す。この信号レベルは、主画素のレベルを示す。図25の信号レベルにおいて、遮光副画素と対をなす主画素の信号レベル168および170は、他の非遮光副画素と対をなす主画素の信号レベルに比べて低い信号量である。これは、遮光副画素の元々信号量が少ないから、漏れ出す信号量も少ない。換言すると、一様な画像を撮影した場合、他の非遮光副画素と対の主画素と、遮光副画素と対の主画素とにおいて、副画素から漏れる信号量は、前者の主画素に漏れる量が多いからである。あらかじめ遮光副画素からの漏れ量を知ることができれば、非遮光副画素の漏れ量を補正できる。
【００９１】
この考え方を基に副信号処理部98は、漏れ取得部124でこの漏れ量をあらかじめ取得する。より具体的には、まず、データ取得部128で遮光副画素と対の主画素の信号レベルAを取得する。次に周辺信号取得部130では、対象の主画素、すなわち遮光副画素と対になす主画素に対して周辺に位置する主画素の信号レベルBを取得する。次に漏れ信号量算出部132は、非遮光副画素からの漏れ量として信号レベル（B-A）を算出する。次に漏れ補正部126では、非遮光副画素と対をなす主画素からの信号レベルを算出した非遮光副画素からの漏れ量で補正する。
【００９２】
次に図７に示したように、連写や動画等といった複数の画像に時間的な差がでない場合に、主画素と副画素で信号電荷読出しの順番を交互に入れ替える。たとえば、図23および図24に示したように、信号電荷読出しは、２フィールド読出しで、主画素を先に読み出して副画素を後に読み出す。この２フィールド読み出した後、図26および図27に示すように、２フィールド読出しで、副画素を先に読み出して主画素を後に読み出す。
【００９３】
このように交互に読み出す場合、主画素に影響する垂直転送路70の影響が異なる。そこで、時間的な差がない連写において、垂直転送路70の暗電流は、撮影した１フィールド目で得た遮光副画素からの基準ダークデータを２フィールド目の主画素に適用し、逆に、次の２フィールドでは撮影した４フィールド目で得た遮光副画素からの基準ダークデータを３フィールド目の主画素に適用することで補正する。この補正は、ダーク補正部106で処理する。
【００９４】
以上のように構成することにより、CCD 40から得た画像データを信号処理部18で処理して、OB領域から離れた領域に対して従来よりも高精度にダーク補正することができる。画像をダーク補正や信号電荷の漏れ量を補正することにより撮像した画像の画質をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の撮像システムを適用したディジタルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の撮像素子を適用したCCDの概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】図２のCCDにおける有効画素領域の画素配列を示す平面図である。
【図４】図２のCCDの画素を上方から見た平面図とこの画素を破断線IVA-IVAおよびIVB-IVBで切断した断面図である。
【図５】図１のダーク取得部の構成を示すブロック図である。
【図６】図１の漏れ取得部の構成を示すブロック図である。
【図７】図２のCCDから連写する場合の信号電荷の読出し順序を説明するタイミングチャートである。
【図８】図２のCCDの内、遮光によるダークレベルを示すグラフである。
【図９】図２のCCDにおける主画素のダークレベルに対する副画素のダークレベルの関係を示すグラフである。
【図１０】図２のCCDにおける低温および高温時での主画素のダークレベルに対する副画素のダークレベルの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の撮像素子を適用した他のCCDにおける画素を上方から見た平面図とこの画素を破断線XI-XIで切断した断面図である。
【図１２】野外での逆光撮影し、CCDを水平方向にサンプリングして、得られる副画素の信号レベルを示すグラフである。
【図１３】室内から野外を撮影し、CCDを水平方向にサンプリングして、得られる副画素の信号レベルを示すグラフである。
【図１４】図２のCCDにおいて遮光副画素の割合が色Rより色Bが多い色フィルタセグメントが配列された一例を示す図である。
【図１５】図１のディジタルカメラにおけるホワイトポジションでの色それぞれの主画素ゲインを示す図である。
【図１６】図２のCCDにおいて遮光副画素の割合が色Gに多い色フィルタセグメントが配列された一例を示す図である。
【図１７】図２のCCDにおいて遮光状態でのキズを含む副画素のダークレベルと遮光状態での遮光副画素のダークレベルを示すグラフである。
【図１８】図２のCCDにおいて遮光状態で、露光時間や温度に依存した副画素のダークレベルの状況を示すグラフである。
【図１９】図２のCCDにおいて遮光副画素モードにおけるダークレベルの決定手順を説明するフローチャートである。
【図２０】図２のCCDを用いて被写界を撮像し、CCDを水平方向にサンプリングして得られた副画素の信号レベルとダークレベルを示すグラフである。
【図２１】図２のCCDにおいて非遮光副画素モードにおけるダークレベルの決定手順を説明するフローチャートである。
【図２２】図２のCCDにおいて１フィールド目に主画素から垂直転送路への信号電荷読出しを説明する図である。
【図２３】図２のCCDにおいて２フィールド目に副画素から垂直転送路への信号電荷読出しを説明する図である。
【図２４】図２のCCDにおいて主画素から垂直転送路への信号電荷読出しとともに副画素から垂直転送路への漏れを説明する図である。
【図２５】図２のCCDにおいてCCDを水平方向にサンプリングして、得られる主画素の信号レベルを示すグラフである。
【図２６】図２のCCDにおいて３フィールド目に副画素から垂直転送路への信号電荷読出しを説明する図である。
【図２７】図２のCCDにおいて４フィールド目に主画素から垂直転送路への信号電荷読出しを説明する図である。
【符号の説明】
【００９６】
10  ディジタルカメラ
14  撮像部
16  前処理部
18  信号処理部
20  システム制御部
28  キズ座標メモリ
40  CCD
96  ダーク処理部
98  副信号処理部
104  ダーク取得部
106  ダーク補正部
124  漏れ取得部
126  漏れ補正部
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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