(57)【要約】【課題】  固体撮像素子から得られる信号のばらつきを簡単な構成で補正することが可能なデジタルカメラを提供する【解決手段】  デジタルカメラの固体撮像素子１１６において、複数の光電変換素子が配設される領域１１７は、水平転送部１１８及び出力部１２０に対応する分割領域１１７ａと、水平転送部１１９及び出力部１２１に対応する分割領域１１７ｂとの複数の領域に行方向（Ｘ方向）に分割されている。デジタルカメラは、ＡＦ時に取り込んだ撮像信号のうち、非合焦位置における撮像信号を内部メモリから抽出し、抽出した撮像信号の図２の点線で囲まれる領域からの信号（出力部１２０から出力される信号と出力部１２１から出力される信号）を利用して、出力部１２０及び１２１の出力ばらつきを補正するための補正データを算出し、算出した補正データを用いて、領域１１７から得られた信号を補正する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた信号を出力する複数の出力部とを含む固体撮像素子を有するデジタルカメラであって、
前記複数の出力部からの信号に基づいて自動で焦点調節を行う自動焦点調節手段と、
前記自動焦点調節手段による合焦位置の決定のために前記複数の出力部から得られた信号を記憶する記憶手段と、
前記複数の出力部の出力ばらつきを補正するための補正データを算出する補正データ算出手段と、
前記複数の出力部から出力される信号を、前記補正データを用いて補正する補正手段とを備え、
前記複数の光電変換素子が配置される領域は、前記複数の出力部に対応して複数のブロックに分割されており、
前記補正データ算出手段は、前記記憶手段により記憶された信号の非合焦位置において前記複数の出力部から得られた信号のうち、前記複数のブロックの隣接する２つのブロックに含まれる、当該２つのブロックの境界を境に互いに連続する連続領域に配置される光電変換素子からの信号に基づいて、前記補正データを算出するものであるデジタルカメラ。
【請求項２】
請求項１記載のデジタルカメラであって、
前記連続領域には、前記行方向に配設された光電変換素子行が、前記列方向に複数行含まれており、
前記補正データ算出手段は、前記複数行の光電変換素子行からの信号に基づいて、前記複数の出力部の出力ばらつきを補正するための単位補正データを前記複数行の光電変換素子行毎に算出し、当該算出した複数の単位補正データを用いて、前記補正データを算出するものであるデジタルカメラ。
【請求項３】
請求項２記載のデジタルカメラであって、
前記複数の単位補正データに、前記複数の単位補正データの平均値との差が所定値よりも大きい単位補正データが含まれる場合に、前記記憶手段に記憶されている前記所定値よりも大きい単位補正データの算出に用いられた光電変換素子行からの信号の高域成分を遮断する高域遮断手段を備え、
前記補正データ算出手段は、前記高域遮断手段の出力信号に基づいて、前記所定値よりも大きい単位補正データの算出に用いられた光電変換素子行に対応する単位補正データを再度算出し、当該算出した単位補正データと、当該光電変換素子行以外の光電変換素子行に対応する単位補正データとを用いて、前記補正データを算出するものであるデジタルカメラ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載のデジタルカメラであって、
前記固体撮像素子は、前記複数の光電変換素子に蓄積された電荷を前記列方向に転送する第１電荷転送部と、前記第１電荷転送部からの電荷を前記行方向に転送する複数の第２電荷転送部とを備え、
前記複数の出力部は、前記複数の第２電荷転送部に対応して設けられ、前記複数の第２電荷転送部から転送される電荷に応じた信号を出力するものであるデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を有するデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤ等の固体撮像素子において、半導体基板上に複数の光電変換素子が配置される領域を複数ブロックに分割し、各ブロックに特殊な信号を入力し、入力した信号を利用することで、複数ブロック毎に設けられる電荷の読み出しアンプである複数のＦＤＡ（Floating Diffusion Amplifier）の出力ばらつきを補正する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３０３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の技術は、特殊な信号を生成するための信号源やその信号を生成する信号生成部を固体撮像素子内に設けなければならず、実用的ではない。又、撮像が行われる毎に特殊な信号の生成を行うため、撮像制御が複雑になってしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子から得られる信号のばらつきを簡単な構成で補正することが可能なデジタルカメラ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】
【０００６】
本発明のデジタルカメラは、半導体基板に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた信号を出力する複数の出力部とを含む固体撮像素子を有するデジタルカメラであって、前記複数の出力部からの信号に基づいて自動で焦点調節を行う自動焦点調節手段と、前記自動焦点調節手段による合焦位置の決定のために前記複数の出力部から得られた信号を記憶する記憶手段と、前記複数の出力部の出力ばらつきを補正するための補正データを算出する補正データ算出手段と、前記複数の出力部から出力される信号を、前記補正データを用いて補正する補正手段とを備え、前記複数の光電変換素子が配置される領域は、前記複数の出力部に対応して複数のブロックに分割されており、前記補正データ算出手段は、前記記憶手段により記憶された信号の非合焦位置において前記複数の出力部から得られた信号のうち、前記複数のブロックの隣接する２つのブロックに含まれる、当該２つのブロックの境界を境に互いに連続する連続領域に配置される光電変換素子からの信号に基づいて、前記補正データを算出するものである。
【０００７】
この構成により、自動焦点調節手段による合焦位置の決定のために複数の出力部から得られた信号に含まれる非合焦位置において得られた信号のうち、複数のブロックの隣接する２つのブロックに含まれる、当該２つのブロックの境界を境に互いに連続する連続領域に配置される光電変換素子からの信号に基づいて補正データを算出し、その補正データを用いて複数の出力部から出力される信号を補正する。このため、固体撮像素子から得られる信号のばらつきを簡単に補正することができる。
【０００８】
又、本発明のデジタルカメラは、前記連続領域には、前記行方向に配設された光電変換素子行が前記列方向に複数行含まれており、前記補正データ算出手段が、前記複数行の光電変換素子行からの信号に基づいて、前記複数の出力部の出力ばらつきを補正するための単位補正データを前記複数行の光電変換素子行毎に算出し、当該算出した複数の単位補正データを用いて、前記補正データを算出するものである。
【０００９】
この構成により、連続領域に含まれる複数行の各々について複数の単位補正データを算出し、算出した複数の単位補正データを利用して補正データを算出するため、補正手段による補正の精度を向上させることができる。
【００１０】
又、本発明のデジタルカメラは、前記複数の単位補正データに、前記複数の単位補正データの平均値との差が所定値よりも大きい単位補正データが含まれる場合に、前記記憶手段に記憶されている前記所定値よりも大きい単位補正データの算出に用いられた光電変換素子行からの信号の高域成分を遮断する高域遮断手段を備え、前記補正データ算出手段が、前記高域遮断手段の出力信号に基づいて、前記所定値よりも大きい単位補正データの算出に用いられた光電変換素子行に対応する単位補正データを再度算出し、当該算出した単位補正データと、当該光電変換素子行以外の光電変換素子行に対応する単位補正データとを用いて、前記補正データを算出するものである。
【００１１】
この構成により、例えば、複数の単位補正データのいずれかに異常がある場合には、異常がある単位補正データの算出に用いた光電変換素子行からの信号の高域成分を遮断した上で、その光電変換素子行について、再度単位補正データを算出し、算出した単位補正データを用いて補正データを算出する。このため、複数の単位補正データのいずれかに異常があった場合でも、その異常を考慮した処理を行うことができる。
【００１２】
又、本発明のデジタルカメラは、前記固体撮像素子が、前記複数の光電変換素子に蓄積された電荷を前記列方向に転送する第１電荷転送部と、前記第１電荷転送部からの電荷を前記行方向に転送する複数の第２電荷転送部とを備え、前記複数の出力部が、前記複数の第２電荷転送部に対応して設けられ、前記複数の第２電荷転送部から転送される電荷に応じた信号を出力するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、固体撮像素子から得られる信号のばらつきを簡単な構成で補正することが可能なデジタルカメラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図１のデジタルカメラ１００は、撮像部１と、アナログ信号処理部２と、Ａ／Ｄ変換部３と、駆動部４と、デジタル信号処理部６と、圧縮／伸張処理部７と、表示部８と、システム制御部９と、内部メモリ１０と、メディアインタフェース１１と、記録メディア１２と、操作部１３とを備える。デジタル信号処理部６、圧縮／伸張処理部７、表示部８、システム制御部９、内部メモリ１０、及びメディアインタフェース１１は、システムバス２０に接続されている。
【００１５】
撮像部１は、被写体の撮影を行うものであり、撮影レンズ１１１と、絞り１１２と、赤外線カットフィルタ１１３と、光学ローパスフィルタ１１４と、固体撮像素子１１６とを備える。
【００１６】
図２は、固体撮像素子１１６の概略構成を示す図である。
固体撮像素子１１６は、例えば、ＣＣＤであり、半導体基板表面に行方向（矢印Ｘで示す方向）とこれに直交する列方向（矢印Ｙで示す方向）に配設された複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子からの電荷を列方向に転送する垂直転送部とが配置される領域１１７と、領域１１７に含まれる垂直転送部からの電荷を行方向に転送する複数の水平転送部１１８及び１１９と、複数の水平転送部１１８及び１１９から転送される電荷に応じた信号を出力する複数の出力部１２０及び１２１とを備える。出力部１２０及び１２１から出力される信号（以下、撮像信号ともいう）は、アナログ信号処理部２に入力される。出力部１２０及び１２１は、例えばＦＤＡで構成される。尚、本実施形態の固体撮像素子１１６は、半導体基板表面に複数の光電変換素子が正方格子状に配列されている。
【００１７】
撮影に際しては、駆動部４を介して光学系の制御が行われる。固体撮像素子１１６は、操作部１３の一部であるレリーズボタン（図示せず）の操作によるレリーズスイッチ（図示せず）オンを契機として、所定のタイミングで、駆動部４に含まれるタイミングジェネレータ（図１ではＴＧと記載）からの駆動信号によって駆動される。
【００１８】
領域１１７は、水平転送部１１８及び出力部１２０に対応する分割領域１１７ａと、水平転送部１１９及び出力部１２１に対応する分割領域１１７ｂとの複数の領域に行方向に分割されている。これにより、分割領域１１７ａに含まれる光電変換素子に蓄積された電荷は、分割領域１１７ａに含まれる垂直転送部により水平転送部１１８に転送され、ここから出力部１２０に転送される。又、分割領域１１７ｂに含まれる光電変換素子に蓄積された電荷は、分割領域１１７ｂに含まれる垂直転送部により水平転送部１１９に転送され、ここから出力部１２１に転送される。
【００１９】
アナログ信号処理部２は、撮像部１で得られた撮像信号に所定のアナログ信号処理を施す。Ａ／Ｄ変換部３は、アナログ信号処理部２で処理後のアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部３の出力は、デジタル信号処理部６に送られる。
【００２０】
駆動部４は、システム制御部９によって所定の駆動信号を出力し、撮像部１、アナログ信号処理部２、及びＡ／Ｄ変換部３を駆動する。
【００２１】
システム制御部９は、所定のプログラムによって動作するプロセッサを主体に構成され、撮影動作を含むデジタルカメラ１００全体の制御を行う。
【００２２】
システム制御部９は、撮影準備動作時に、合焦位置を決定するために撮影レンズ１１１を移動させ、このときに撮像部１から得られる撮像信号の高周波成分を基に合焦位置を決定し、決定した合焦位置に基づいて撮影レンズ１１１の位置を微調整して自動で焦点を調節する自動焦点調節（ＡＦ）機能を有する。自動焦点調節機能による撮影レンズ１１１の移動中に取り込まれた信号（以下ＡＦ信号という）は、内部メモリ１０に記憶される。
【００２３】
デジタル信号処理部６は、Ａ／Ｄ変換部３からのデジタル信号に所定のデジタル処理を施して画像データを生成する。
【００２４】
デジタル信号処理部６は、内部メモリ１０に記憶されるＡＦ信号に含まれる非合焦位置において出力部１２０及び１２１から得られた信号（以下、非合焦信号という）のうち、分割領域１１７ａ及び分割領域１１７ｂに含まれる、分割領域１１７ａ及び分割領域１１７ｂの境界を境に互いに連続する連続領域（図２の点線で囲まれる領域）に配置される光電変換素子からの信号に基づいて、上記補正データを算出する。本実施形態において、連続領域には、行方向に光電変換素子が複数配設される光電変換素子行１１７ｃが列方向に複数（例えば１０行）含まれている。
【００２５】
内部メモリ１０に記憶されるＡＦ信号に含まれる非合焦信号のうち、分割領域１１７ａ上の連続領域のｉ（ｉ＝１〜１０）行目の信号の波形（ａとする）と、分割領域１１７ｂ上の連続領域のｉ行目の信号の波形（ｂとする）とは、領域１１７に結像される被写体像がぼけているために、本来、分割領域１１７ａと分割領域１１７ｂとの境界において互いに連続しているはずである。ところが、出力部１２０及び出力部１２１の出力ばらつきにより、上記２つの波形は上記境界において段差を生じる。そこで、デジタル信号処理部６は、波形ａと波形ｂとの段差を検出し、その段差を解消できるような補正データを算出する。
【００２６】
補正データを算出するためには、波形ａと波形ｂとの段差を検出することができ、その段差が、出力部１２０及び１２１の出力ばらつきによる段差であると判断できる程度の信号が最低限あれば良い。つまり、この信号が上記連続領域からの信号であり、連続領域には、上記判断ができる程度（ｉ行目の光電変換素子行からの信号波形の概略が把握できる程度）の数の光電変換素子が含まれている。尚、連続領域の大きさは任意であり、例えば、領域１１７全体を連続領域として補正データの算出を行っても良い。
【００２７】
デジタル信号処理部６は、出力部１２０及び１２１から出力される領域１１７からの信号を補正データを用いて補正する。デジタル信号処理部６は、例えばＤＳＰで構成される。
【００２８】
圧縮／伸張処理部７は、デジタル信号処理部６で得られた画像データ（Ｙ／Ｃデータ）に対して圧縮処理を施すとともに、記録メディア１２から得られた圧縮画像データに対して伸張処理を施す。
【００２９】
内部メモリ１０は、例えばＤＲＡＭであり、デジタル信号処理部６やシステム制御部９のワークメモリとして利用される他、記録メディアに１２に記録される撮影画像データを一時的に記憶するバッファメモリや表示部８への表示画像データのバッファメモリとしても利用される。メディアインタフェース１１は、メモリカード等の記録メディア１２との間のデータの入出力を行うものである。
【００３０】
以下、デジタルカメラ１００の動作を説明する。
図３は、本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラの動作フローを示す図である。
使用者により画角が確定され、レリーズボタンが半押しされると、デジタルカメラ１００は、撮影レンズ１１１を移動させ、撮影レンズ１１１移動中に撮像部１から得られるＡＦ信号を内部メモリ１０に記憶すると共に（Ｓ３０１）、内部メモリ１０に記憶したＡＦ信号の高周波成分を抽出して積算し、積算結果であるＡＦ評価値を算出する。このときのＡＦ評価値の算出結果を図４に示す。図４の横軸は撮影レンズ１１１の位置、縦軸はＡＦ評価値を示す。
【００３１】
図４に示すように、デジタルカメラ１００は、移動させた撮影レンズ１１１の各位置においてＡＦ評価値を算出する。デジタルカメラ１００は、このＡＦ評価値が最大となる撮影レンズ１１１の位置を合焦位置として決定し（Ｓ３０２）、撮影レンズ１１１をその位置に移動させることで、自動焦点調節を行う（Ｓ３０３）。
【００３２】
被写体にピントが合った後、使用者によりレリーズボタンが全押しされると、デジタルカメラ１００は、撮像部１により被写体を撮影し（Ｓ３０４）、固体撮像素子１１６から得た撮像信号をＡ／Ｄ変換し、変換後のデジタル信号を内部メモリ１０に一旦記憶する（Ｓ３０５）。
【００３３】
その後、デジタルカメラ１００のデジタル信号処理部６は、内部メモリ１０から非合焦信号（例えば、ＡＦ評価値が最小となる撮影レンズ１１１の位置において撮像部１から得られた信号）を抽出する。そして、非合焦信号のうち、分割領域１１７ａ上の連続領域のｉ（ｉ＝１〜１０）行目にある光電変換素子からの信号と、分割領域１１７ｂ上の連続領域のｉ（ｉ＝１〜１０）行目にある光電変換素子からの信号とを比較し、両者の段差を検出する。そして、上記検出した段差を解消できるような補正データを、連続領域に含まれる１０行の光電変換素子行１１７ｃの各々について算出する（Ｓ３０６）。この各行について求める補正データを、以下では単位補正データという。その後、デジタル信号処理部６は、上記算出した１０個の単位補正データの平均値を算出する（Ｓ３０７）。
【００３４】
平均値の算出後、デジタル信号処理部６は、１０個の単位補正データのうち、平均値との差の絶対値が所定値ｔｈよりも大きい単位補正データがあるか否かを判定する。
【００３５】
判定の結果、平均値との差の絶対値が所定値ｔｈよりも大きい単位補正データがなかった場合（Ｓ３０８：ＹＥＳ）、デジタル信号処理部６は、Ｓ３０７で算出した平均値を、出力部１２０及び１２１の出力ばらつきを補正するための補正データとする。そして、デジタル信号処理部６は、内部メモリ１０に記憶されているＳ３０４の撮影で得られた領域１１７からのデジタル信号を、この補正データを用いてゲイン補正し（Ｓ３０９）、ゲイン補正後のデジタル信号に所定のデジタル信号処理を施す。デジタルカメラ１００は、デジタル信号処理後の画像データを圧縮して記録メディア１２に記録する（Ｓ３１０）。
【００３６】
一方、上記判定の結果、平均値との差の絶対値が所定値ｔｈよりも大きい単位補正データがあった場合（Ｓ３０８：ＮＯ）、デジタル信号処理部６は、内部メモリ１０に記憶されている非合焦信号に含まれる連続領域の１０行分の光電変換素子行１１７ｃからの信号のうち、その所定値ｔｈよりも大きい単位補正データを算出するのに用いた行（例えば１行目とする）からのデジタル信号を抽出する。そして、抽出したデジタル信号に対し、そのデジタル信号の高域成分を遮断するフィルタ処理を施し（Ｓ３１１）、フィルタ処理後のデジタル信号を用いて、再度、１行目について単位補正データを算出する（Ｓ３１２）。
【００３７】
その後、デジタル信号処理部６は、Ｓ３１２で算出した１行目に対応する単位補正データと、Ｓ３０７で算出した平均値との差の絶対値が所定値ｔｈよりも大きいか否かを判定する。
【００３８】
判定の結果、平均値との差の絶対値が所定値ｔｈよりも小さかった場合（Ｓ３１３：ＮＯ）、デジタル信号処理部６は、Ｓ３１２で算出した１行目に対応する単位補正データと、Ｓ３０６で算出した２〜１０行目に対応する９個の単位補正データとの計１０個の平均値を算出する（Ｓ３１４）。そして、デジタル信号処理部６は、上記平均値を、出力部１２０及び１２１の出力ばらつきを補正するための補正データとし、内部メモリ１０に記憶されているＳ３０４の撮影で得られた領域１１７からのデジタル信号を、この補正データを用いてゲイン補正し（Ｓ３１５）、ゲイン補正後のデジタル信号に所定のデジタル信号処理を施す。デジタルカメラ１００は、デジタル信号処理後の画像データを圧縮して記録メディア１２に記録する（Ｓ３１６）。
【００３９】
一方、Ｓ３１３の判定の結果、平均値との差の絶対値が所定値ｔｈよりも大きかった場合（Ｓ３１３：ＹＥＳ）、デジタル信号処理部６は、Ｓ３０９に処理を移行する。
【００４０】
以上のようにデジタルカメラ１００によれば、非合焦位置において得られた非合焦信号のうち、分割領域１１７ａ上の連続領域からの信号と、分割領域１１７ｂ上の連続領域からの信号とを利用して、出力部１２０及び１２１の出力ばらつきを補正することができるため、従来のように複雑な構成及び制御を有することなく、良好な画像データを得ることができる。
【００４１】
又、デジタルカメラ１００によれば、連続領域に含まれる１０行の光電変換素子行の各々から、１０個の単位補正データを算出し、算出した１０個の単位補正データを平均化したものを補正データとする。このため、出力部１２０及び１２１の出力ばらつきの補正を精度良く行うことができる。
【００４２】
又、デジタルカメラ１００によれば、上記１０個の単位補正データに、他の単位補正データと著しく異なる値の単位補正データが含まれる場合には、その単位補正データの算出に用いた行から得られるデジタル信号に高域遮断フィルタ処理を施した上で、再度、その行について単位補正データを算出し、算出した単位補正データを用いて補正データを算出する。
このため、非合焦信号のうちの連続領域から得られるデジタル信号に異常があった場合でも、その異常を考慮して補正データの算出を行うことができる。又、上記のように単位補正データを再度算出したにも関わらず、異常が検出される場合には、その異常がデジタル信号処理部６の処理上の異常であると判断してＳ３０９の処理に移行するため、誤った補正が行われるのを防ぐことができる。
【００４３】
尚、上記において、固体撮像素子１１６は、ＭＯＳ型のものを適用することも可能である。又、領域１１７に配設される複数の光電変換素子の配列は、奇数列のものを偶数列のものに対して光電変換素子同士の列方向ピッチの略１／２だけ列方向にずらした、いわゆるハニカム配列を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラの固体撮像素子の概略構成を示す図
【図３】本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラの動作フローを示す図
【図４】本発明の実施形態を説明するためのデジタルカメラのＡＦ評価値の算出結果を示す図
【符号の説明】
【００４５】
１１６  固体撮像素子
１１７  領域
１１７ａ、１１７ｂ  分割領域
１１８、１１９  水平転送部
１２０、１２１  出力部
【図１】
2005150885.tif 000003
【図２】
2005150885.tif 000004
【図３】
2005150885.tif 000005
【図４】
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