(57)【要約】      （修正有）【課題】画素領域における特性のばらつきによる画像への影響を低減する固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、第１演算回路、第２演算回路および第３演算回路を備える。第１演算回路である近似演算回路３１は、遮光画素領域の第１方向における遮光画素の位置と遮光画素からの信号に応じた画素値との関係を表す第１の近似関数を求める。第１演算回路は、第１の近似関数を基に、有効画素における階調の基準となる画素値の推定値を算出する。第２演算回路である線形補正回路３２は、第１方向に垂直な方向である第２方向における画素の位置を変数とする第２の近似関数を用いて、推定値の補正のための演算を実施する。第３演算回路であるクランプ回路３３は、第２演算回路での演算結果に基づいて、有効画素からの信号に応じた画素値を補正する。【選択図】図４
2016174246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む画素が行列状に配列された画素領域と、
前記画素領域から伝送された信号を処理する回路部と、を備え、
前記画素領域は、被写体からの光を取り込むための画素である有効画素が配列された有効画素領域と、遮光された画素である遮光画素が配列された遮光画素領域と、を備え、
前記回路部は、
前記遮光画素領域の第１方向における遮光画素の位置と遮光画素からの信号に応じた画素値との関係を表す第１の近似関数を求め、前記第１の近似関数を基に、有効画素における階調の基準となる画素値の推定値を算出する第１演算回路と、
第１方向に垂直な第２方向における画素の位置を変数とする第２の近似関数を用いて、前記推定値の補正のための演算を実施する第２演算回路と、
前記第２演算回路での演算結果に基づいて、有効画素からの信号に応じた画素値を補正する第３演算回路と、を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記回路部は、遮光画素からの信号に応じた画素値の移動平均を計算する第４演算回路をさらに備え、
前記第３演算回路は、前記第４演算回路で得られた前記移動平均に基づいて、前記有効画素からの信号に応じた画素値を補正することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記遮光画素領域は、
行方向において前記有効画素領域と隣り合う第１遮光画素領域と、
列方向において前記有効画素領域および前記第１遮光画素領域と隣り合う第２遮光画素領域と、を備え、
前記第１演算回路は、前記第１遮光画素領域については列方向における遮光画素の位置および画素値の関係を表す前記第１の近似関数を求め、前記第２遮光画素領域については行方向における遮光画素の位置および画素値の関係を表す前記第１の近似関数を求め、
前記第２演算回路は、前記第１遮光画素領域における画素値に基づいて求められた前記推定値を、行方向における画素の位置を変数とする前記第２の近似関数を用いて補正し、前記第２遮光画素領域における画素値に基づいて求められた前記推定値を、列方向における画素の位置を変数とする前記第２の近似関数を用いて補正することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記遮光画素領域は、
行方向において前記有効画素領域と隣り合う第１遮光画素領域と、
列方向において前記有効画素領域および前記第１遮光画素領域と隣り合う第２遮光画素領域と、を備え、
前記第１演算回路は、前記第２遮光画素領域について、行方向における遮光画素の位置および画素値の関係を表す前記第１の近似関数を求め、
前記第４演算回路は、前記第１遮光画素領域の遮光画素についての前記移動平均を計算することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第４演算回路は、前記第１演算回路で求められた前記第１の近似関数に基づいて、前記移動平均の初期値を求めることを特徴とする請求項２または４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の近似関数は、第１方向における画素の位置を変数とする二次関数であって、
前記第１演算回路は、前記有効画素領域の第１方向における位置ごとに対する前記推定値を求めることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２の近似関数は、第１方向における画素の位置を変数とする一次関数であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置で得られる画像信号には、暗電流によるノイズが含まれることがある。かかるノイズを低減するための手段の一つとして、画像信号の黒レベルを理想とするレベルへ補正する黒レベル補正が知られている。黒レベルは、輝度のレベルを階調として表す際の基準とする信号レベルである。固体撮像装置は、高精度な黒レベル補正により、画素領域における特性のばらつきによる画像への影響を低減できることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７１７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの実施形態は、画素領域における特性のばらつきによる画像への影響を低減可能とする固体撮像装置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】
【０００５】
一つの実施形態によれば、固体撮像装置は、画素領域および回路部を備える。画素領域において画素は行列状に配列されている。画素は、光電変換素子を含む。回路部は、画素領域から伝送された信号を処理する。画素領域は、有効画素領域および遮光画素領域を備える。有効画素は、有効画素領域に配列されている。有効画素は、被写体からの光を取り込むための画素である。遮光画素は、遮光画素領域に配列されている。遮光画素は、遮光された画素である。回路部は、第１演算回路、第２演算回路および第３演算回路を備える。第１演算回路は、第１の近似関数を求める。第１の近似関数は、遮光画素領域の第１方向における遮光画素の位置と遮光画素からの信号に応じた画素値との関係を表す。第１演算回路は、第１の近似関数を基に、有効画素における階調の基準となる画素値の推定値を算出する。第２演算回路は、第２の近似関数を用いて、推定値の補正のための演算を実施する。第２の近似関数は、第２方向における画素の位置を変数とする。第２方向は、第１方向に垂直な方向である。第３演算回路は、第２演算回路での演算結果に基づいて、有効画素からの信号に応じた画素値を補正する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態の固体撮像装置のブロック構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す固体撮像装置を備えるカメラシステムのブロック構成を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す画素領域の模式平面図である。
【図４】図４は、図１に示す黒レベル補正回路の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４に示す黒レベル補正回路での演算について説明する図である。
【図６】図６は、第２の実施形態の固体撮像装置に備えられている黒レベル補正回路の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、図６に示す黒レベル補正回路での演算について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の固体撮像装置のブロック構成を示す図である。図２は、図１に示す固体撮像装置を備えるカメラシステムのブロック構成を示す図である。
【０００９】
カメラシステム１は、カメラモジュール２を備える電子機器である。カメラシステム１は、例えばカメラ付き携帯端末である。カメラシステム１は、デジタルカメラ等の電子機器であっても良い。
【００１０】
図２に示すカメラシステム１は、カメラモジュール２および後段処理部３を備える。カメラモジュール２は、撮像光学系４および固体撮像装置５を備える。後段処理部３は、イメージシグナルプロセッサ（ＩＳＰ）６、記憶部７および表示部８を備える。
【００１１】
撮像光学系４は、被写体からの光を取り込む。撮像光学系４は、被写体像を結像させるレンズを備える。固体撮像装置５は、ＣＭＯＳイメージセンサである。固体撮像装置５は、被写体像を撮像する。ＩＳＰ６は、固体撮像装置５での撮像により得られた画像信号の信号処理を実施する。記憶部７は、ＩＳＰ６での信号処理を経た画像を格納する。記憶部７は、ユーザの操作等に応じて、表示部８へ画像信号を出力する。
【００１２】
表示部８は、ＩＳＰ６あるいは記憶部７から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。表示部８は、例えば、液晶ディスプレイである。カメラシステム１は、ＩＳＰ６での信号処理を経たデータに基づき、カメラモジュール２のフィードバック制御を実施する。
【００１３】
図１に示す固体撮像装置５は、画素領域１１、制御回路１２、行走査回路１３、列走査回路１４、カラム処理回路１５および信号処理回路１６を備える。制御回路１２、行走査回路１３、列走査回路１４、カラム処理回路１５および信号処理回路１６は、画素領域１１が実装されているチップ上に集積された周辺回路部を構成する。
【００１４】
画素領域１１は、行列状に配列された画素を備える領域である。各画素は、光電変換素子であるフォトダイオードを備える。光電変換素子は、入射光量に応じた信号電荷を生成する。画素は、入射光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する。
【００１５】
固体撮像装置５の駆動のための各種データおよびクロック信号は、チップ外部から制御回路１２へ供給される。制御回路１２は、固体撮像装置５の外部から供給されるクロック信号に応じて、周辺回路部の駆動を制御するための各種パルス信号を生成する。制御回路１２は、駆動タイミングを指示するパルス信号を、行走査回路１３、列走査回路１４、カラム処理回路１５および信号処理回路１６のそれぞれに供給する。
【００１６】
行走査回路１３は、シフトレジスタおよびアドレスデコーダ等を備える。画素駆動回路である行走査回路１３は、画素領域１１の画素へ駆動信号を供給する。制御回路１２は、垂直同期信号に応じたパルス信号を、行走査回路１３へ供給する。行走査回路１３は、画素信号が読み出される画素行を、制御回路１２からのパルス信号に応じて順次選択する。行走査回路１３は、選択された画素行において画素ごとに順次読み出し信号を供給することによる読み出し走査を行う。読み出し信号は、入射光量に応じて生成された画素信号を画素から読み出すための駆動信号である。
【００１７】
行走査回路１３は、画素ごとへの読み出し信号の供給に先行して、各画素へのリセット信号の供給による掃き出し走査を行う。リセット信号は、光電変換素子に残存されている電荷を排出させるための駆動信号である。各画素は、リセット信号が供給されたときから読み出し信号が供給されるまでの間、入射光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する。
【００１８】
駆動信号は、行走査回路１３から各画素へ、画素駆動線１８を通じて伝送される。画素駆動線１８は、画素領域１１の画素行ごとに設けられている。画素行は、行方向（水平方向）へ配列された画素からなる。
【００１９】
画素信号は、各画素からカラム処理回路１５へ、垂直信号線１９を通じて伝送される。垂直信号線１９は、画素領域１１の画素列ごとに設けられている。画素列は、列方向（垂直方向）へ配列された画素からなる。
【００２０】
カラム処理回路１５は、垂直信号線１９を伝送した画素信号を、画素列ごとに設けられた単位回路（図示省略）にて処理する。カラム処理回路１５は、画素信号へ、固定パターンノイズの低減のための相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ）を施す。カラム処理回路１５は、画素信号へ、アナログ方式の信号からデジタル方式の信号への変換であるＡＤ変換を施す。カラム処理回路１５は、ＣＤＳおよびＡＤ変換以外の処理を実施しても良い。カラム処理回路１５は、ＣＤＳおよびＡＤ変換を経た画素信号を、単位回路ごとに保持する。
【００２１】
列走査回路１４は、シフトレジスタおよびアドレスデコーダ等を備える。制御回路１２は、水平同期信号に応じたパルス信号を、列走査回路１４へ供給する。列走査回路１４は、画素信号を読み出す画素列を、制御回路１２からのパルス信号に応じて順次選択する。カラム処理回路１５は、列走査回路１５による選択走査に応じて、各単位回路に保持されている画素信号を順次出力する。
【００２２】
信号処理回路１６は、カラム処理回路１５からの画素信号を成分とする画像信号に対し、各種の信号処理を実施する。信号処理回路１６は、黒レベル補正回路１７を備える。黒レベル補正回路１７は、信号処理回路１６へ入力された画像信号の黒レベルを補正する。黒レベルは、輝度のレベルを階調として表す際の基準とする信号レベルである。
【００２３】
信号処理回路１６は、黒レベル補正回路１７での画像信号の補正以外に、キズ補正、ゲイン調整、ホワイトバランス調整等を実施する。図１に示す信号処理回路１６は、黒レベル補正回路１７以外の構成の図示を省略している。固体撮像装置５は、信号処理回路１６での処理を経た画像信号を出力する。
【００２４】
カメラシステム１は、実施形態において信号処理回路１６が実施するものとした信号処理の少なくともいずれかを、後段処理部３のＩＳＰ６が実施することとしても良い。カメラシステム１は、信号処理の少なくともいずれかを、信号処理回路１６及びＩＳＰ６の双方が実施しても良い。信号処理回路１６及びＩＳＰ６は、実施形態で説明する信号処理以外の信号処理を実施することとしても良い。黒レベル補正回路１７の機能は、信号処理回路１６及びＩＳＰ６で分担しても良い。
【００２５】
図３は、図１に示す画素領域の模式平面図である。画素領域１１は、有効画素領域２０、垂直オプティカルブラック領域（ＶＯＢ領域）２１、および水平オプティカルブラック領域（ＨＯＢ領域）２２を備える。
【００２６】
有効画素領域２０は、有効画素２３が行列状に配列された領域である。有効画素２３は、被写体からの光を取り込むための画素である。有効画素２３は、入射光量に応じたレベルのアナログ信号である有効画素信号を出力する。各有効画素２３の入射側には、色配列に応じたカラーフィルタ（図示省略）が設けられている。各有効画素２３は、色配列に応じた色光を分担して検出する。
【００２７】
ＶＯＢ領域２１およびＨＯＢ領域２２は、それぞれ遮光画素２４が行列状に配列された遮光画素領域である。遮光画素２４は、遮光された画素である。遮光画素２４は、暗時におけるレベルを示すアナログ信号であるオプティカルブラック信号（ＯＢ信号）を出力する。各遮光画素２４には、光を遮蔽する遮光膜（図示省略）が設けられている。遮光膜は、アルミニウム等の金属材料からなる。
【００２８】
第１遮光画素領域であるＨＯＢ領域２２は、行方向において有効画素領域２０と隣り合う。第２遮光画素領域であるＶＯＢ領域２１は、列方向において有効画素領域２０およびＨＯＢ領域２２と隣り合う。ＶＯＢ領域２１は、画素領域１１のうち、フレーム期間のうち先頭の期間において行走査回路１３により選択される複数の画素行を含む領域である。
【００２９】
ＶＯＢ領域２１は、画素領域２１のうち行方向における第１端から第２端へ配列された遮光画素２４を含む。行方向における第１端は、画素領域２１のうち行方向における一方の端であって、例えば図中左側の端とする。行方向における第２端は、画素領域２１のうち行方向における第１端以外の端であって、例えば図中右側の端とする。
【００３０】
図４は、図１に示す黒レベル補正回路の構成を示すブロック図である。黒レベル補正回路１７は、近似演算回路３１、線形補正回路３２およびクランプ回路３３を備える。黒レベル補正回路１７に含まれるこれらの回路は、各種論理回路と、演算結果および各種データの保持のための記憶素子を適宜組み合わせて構成されている。記憶素子は、レジスタおよびメモリのいずれであっても良い。
【００３１】
有効画素信号には、暗電流によるノイズ成分が含まれる。暗電流の量は、温度に依存して変動する。有効画素信号に含まれるノイズ成分は、固体撮像装置５の周辺温度の影響などにより、有効画素領域２０における有効画素２３の位置ごとに変動する場合がある。かかるノイズ成分の変動は、有効画素領域２０における黒レベルのシェーディング特性となって現れる。
【００３２】
第１演算回路である近似演算回路３１は、ＶＯＢ領域２１およびＨＯＢ領域２２のそれぞれについて、最小二乗法による近似関数を求めるための演算を実施する。近似演算回路３１は、第１の近似関数である二次関数をそれぞれの領域に対して求める。近似演算回路３１は、第１の近似関数を用いる演算により、第１方向の画素位置ごとに対して、第１の近似関数に応じた黒レベルの推定値である第１の値を生成する。
【００３３】
近似演算回路３１は、ＶＯＢ領域２１からのＯＢ信号に応じた画素値を基に、ＶＯＢ領域２１の第１方向である行方向における遮光画素２４の位置と画素値との関係に基づいた二次関数を求める。画素値は、アナログ信号である画素信号へのＡＤ変換によって得られるデジタル値とする。近似演算回路３１は、求めた二次関数を用いて、有効画素領域２０における行方向の画素位置ごとに対して、黒レベルの推定値を求める。黒レベル補正回路１７は、行方向における黒レベルのシェーディング特性の補正のために、近似演算回路３１によるかかる演算を実施する。
【００３４】
近似演算回路３１は、ＨＯＢ領域２２からのＯＢ信号に応じた画素値を基に、ＨＯＢ領域２２の第１方向である列方向における遮光画素２４の位置と画素値との関係に基づいた二次関数を求める。近似演算回路３１は、列方向における画素位置を変数とするかかる二次関数を、行方向における画素位置を変数とする上記の二次関数とは別に求める。近似演算回路３１は、求めた二次関数を用いて、有効画素領域２０における列方向の画素位置ごとに対して、黒レベルの推定値を求める。黒レベル補正回路１７は、列方向における黒レベルのシェーディング特性の補正のために、近似演算回路３１によるかかる演算を実施する。
【００３５】
第２演算回路である線形補正回路３２は、第２の近似関数である一次関数を用いて、近似演算回路３１における演算結果を補正する演算を実施する。線形補正回路３２は、近似演算回路３１で生成された第１の値を、一次関数を用いて、補正値である第２の値へ変換する。一次関数は、第１方向に垂直な第２方向における有効画素２３の位置を変数の１つとする。
【００３６】
線形補正回路３２は、ＶＯＢ領域２１についての第１方向である行方向の画素位置ごとに対して求めた黒レベルの推定値を、第２の近似関数に基づいて補正する。第２の近似関数は、第１方向に垂直な第２方向である列方向における画素の位置を変数の１つとする一次関数である。黒レベル補正回路１７は、ＶＯＢ領域２１と、有効画素２３との間の距離に応じた出力差の補正のために、線形補正回路３２によるかかる演算を実施する。
【００３７】
線形補正回路３２は、ＨＯＢ領域２２についての第１方向である列方向の画素位置ごとに対して求めた黒レベルの推定値を、第２の近似関数に基づいて補正する。第２の近似回路は、第１方向に垂直な第２方向である行方向における画素の位置を変数の１つとする一次関数である。黒レベル補正回路１７は、ＨＯＢ領域２２と、有効画素２３との間の距離に応じた出力差の補正のために、線形補正回路３２によるかかる演算を実施する。
【００３８】
第３演算回路であるクランプ回路３３は、線形補正回路３２での補正を経た推定値である第２の値から、黒レベルの目標値を差し引く。クランプ回路３３は、かかる差し引きにより、有効画素２３ごとに対する黒レベルの補正値を求める。これにより、クランプ回路３３は、各有効画素２３に対し、線形補正回路３２での補正を経た黒レベルの推定値と目標値とのずれを相殺させる補正値を算出する。なお、黒レベル補正回路１７は、黒レベルの目標値をあらかじめレジスタに保持する。
【００３９】
クランプ回路３３は、各有効画素２３からの信号に応じた画素値を、画素位置ごとに対する黒レベルの補正値を用いて補正する。このようにして、クランプ回路３３は、線形補正回路３２での演算結果に基づいて、有効画素２３の画素値を補正する。
【００４０】
図５は、図４に示す黒レベル補正回路での演算について説明する図である。近似演算回路３１は、ＶＯＢ領域２１の遮光画素２４からの画素値を用いて、次に示す式（１）におけるＱが最小となるＡ，ＢおよびＣを求める。
【００４１】
【数１】
2016174246.tif 000003
【００４２】
式（１）において、Ｘは行方向における画素位置を表す変数とする。Ｙは画素値を表す変数とする。Ａ，ＢおよびＣは、第１近似関数である二次関数の定数を表す。式（１）および以下に述べる式（２）と（３）において、総和（Σ）は、ＶＯＢ領域２１に含まれる各遮光画素２４についての（Ｘ，Ｙ）のデータの総和を表すものとする。
【００４３】
近似演算回路３１には、遮光画素２４ごとに実測された画素値が入力される。近似演算回路３１は、ＶＯＢ領域２１の各遮光画素２４について、行方向における画素位置を示す座標、および画素値の実測値である（Ｘ，Ｙ）のデータを集める。
【００４４】
近似演算回路３１は、ＱをＡ，ＢおよびＣのそれぞれで偏微分して得られる項が０に等しいとする等式を連立させた連立方程式から、Ｑが最小となるときのＡ，ＢおよびＣを求める。
【００４５】
Ｘ２の定数であるＡの分子をα、分母をβと置いた場合に（Ａ＝α／β）、近似演算回路３１は、例えば次に示す式（２）および（３）を用いてＡを求める。なお、Ａを求めるための演算は、以下に示す式を使用するものに限られない。演算に使用される式は適宜変更可能であるものとする。
【００４６】
【数２】
2016174246.tif 000004
【００４７】
式（２）および（３）において、ＮはＶＯＢ領域２１の行方向における遮光画素２４の数とする。Ｘの総和は、有効画素領域２０に含まれる画素数に応じてあらかじめ求めることができる。近似演算回路３１は、式（２）および（３）に含まれる各項のうちＸの総和を含みかつＹを含まない項については、あらかじめ計算された結果をレジスタあるいはメモリに保持している。近似演算回路３１は、実測値が入力されるごとにＹを含む項の値を計算し、計算結果をレジスタあるいはメモリにて保持する。
【００４８】
近似演算回路３１は、Ａと同様に、上述する連立方程式を基に、Ｘの定数であるＢと、定数項であるＣを求める。近似演算回路３１は、１つのフレームにおけるＶＯＢ領域２１への読み出し走査によって得られた画素値についてのデータが揃うと、Ａ，ＢおよびＣを求める。これにより、近似演算回路３１は、第１の近似関数である二次関数Ｙ＝ＡＸ２＋ＢＸ＋Ｃの定数Ａ，ＢおよびＣを決定する。
【００４９】
曲線Ｌ１は、近似演算回路３１で求められた二次関数を、行方向における座標Ｘを第１軸、遮光画素２４の画素値Ｙを第２軸として表したグラフとする。かかる第１軸の原点であるＸ＝０の位置は、ＶＯＢ領域２１のうち行方向における第１端とする。
【００５０】
近似演算回路３１は、ＶＯＢ領域２１に基づいて求めた二次関数のＸに、有効画素２３の行方向における座標を代入する。Ｘに座標を代入して得られるＹは、当該座標に位置する有効画素２３における黒レベルの推定値である。これにより、近似演算回路３１は、当該座標にある有効画素２３における黒レベルの推定値を求める。
【００５１】
近似演算回路３１は、ＨＯＢ領域２２の遮光画素２４からの画素値を用いて、上記の式（１）におけるＱが最小となるＡ，ＢおよびＣを求める。この場合において、式（１）に示すＸは、列方向における画素位置を表す変数とする。近似演算回路３１は、上述するＶＯＢ領域２１については行方向における画素位置をＸとする一方、ＨＯＢ領域２２については列方向における画素位置をＸとする。
【００５２】
近似演算回路３１は、Ｘの方向を異ならせる以外は、ＨＯＢ領域２２についてもＶＯＢ領域２１についての場合と同様の演算を実施する。ＨＯＢ領域２２についての演算では、上述する式（１）から（３）における総和（Σ）は、ＨＯＢ領域２２に含まれる各遮光画素２４についての（Ｘ，Ｙ）のデータの総和を表すものとする。
【００５３】
近似演算回路３１は、ＨＯＢ領域２２の各遮光画素２４について、列方向における画素位置を示す座標、および画素値の実測値である（Ｘ，Ｙ）のデータを集める。式（２）および（３）において、ＮはＨＯＢ領域２２の列方向における遮光画素２４の数とする。
【００５４】
近似演算回路３１は、１つのフレームにおけるＨＯＢ領域２２への読み出し走査によって得られた画素値についてのデータが揃うと、Ａ，ＢおよびＣを求める。これにより、近似演算回路３１は、第１の近似関数である二次関数Ｙ＝ＡＸ２＋ＢＸ＋Ｃの定数Ａ，ＢおよびＣを決定する。
【００５５】
曲線Ｌ２は、近似演算回路３１で求められた二次関数を、列方向における座標Ｘを第１軸、遮光画素２４の画素値Ｙを第２軸として表したグラフとする。かかる第１軸の原点であるＸ＝０の位置は、ＨＯＢ領域２２のうち、列方向におけるＶＯＢ領域２１側の端の位置とする。
【００５６】
近似演算回路３１は、ＨＯＢ領域２２に基づいて求めた二次関数のＸに、有効画素２３の列方向における座標を代入する。これにより、近似演算回路３１は、当該座標にある有効画素２３における黒レベルの推定値を求める。
【００５７】
次に、第２演算回路である線形補正回路３２における演算について説明する。有効画素領域２０の列方向における黒レベルのシェーディング特性は、ＶＯＢ領域２１から遠くになるにしたがい、ＶＯＢ領域２１における黒レベルのシェーディング特性に対して変化していく。線形補正回路３２は、ＶＯＢ領域２１における第２方向である列方向の特性変化を表す第２の近似関数を基に、近似演算回路３１で求めた推定値を補正する。
【００５８】
線形補正回路３２は、ＶＯＢ領域２１について曲線Ｌ１で表される二次関数から得られた黒レベルの推定値を、一次関数であるＹ＝ＤＸ＋Ｅを用いて補正する。かかる関数において、Ｘは列方向における画素位置を表す変数とする。Ｙは推定値に対する補正量を表す変数とする。
【００５９】
線形補正回路３２は、Ｘの定数であるＤと、定数項であるＥについて、あらかじめ計算された結果をレジスタあるいはメモリに保持している。ＤおよびＥは、列方向における画素位置を示す座標と、ＶＯＢ領域２１および有効画素２３間の黒レベル特性の誤差を示す差分とである（Ｘ，Ｙ）のデータに基づいて求められる。黒レベル特性の誤差を示す差分としては、例えば、有効画素２３の画素行ごとにおける画素値の平均値と、ＶＯＢ領域２１における遮光画素２４の画素行ごとにおける画素値の平均値との差分が用いられる。（Ｘ，Ｙ）のデータを線形近似することで、ＤおよびＥが求められる。
【００６０】
直線Ｌ３は、線形補正回路３２で使用される一次関数を、列方向における座標Ｘを第１軸、補正量Ｙを第２軸として表したグラフとする。かかる第１軸の原点であるＸ＝０の位置は、有効画素領域２０のうち、列方向におけるＶＯＢ領域２１側の端の位置とする。線形補正回路３２は、かかる一次関数を用いて、有効画素領域２０における列方向の画素位置ごとに対して、黒レベルの推定値を補正する。クランプ回路３３は、列方向の画素位置ごとに対する補正を経た推定値を基に、各有効画素２３に対する黒レベルの補正値を求める。
【００６１】
線形補正回路３２は、ＨＯＢ領域２２における黒レベルのシェーディング特性の変化についても、ＨＯＢ領域２２における第２方向である行方向の特性変化を表す第２の近似関数を基に、近似演算回路３１で求めた推定値を補正する。
【００６２】
線形補正回路３２は、ＨＯＢ領域２２について曲線Ｌ２で表される二次関数から得られた黒レベルの推定値を、一次関数であるＹ＝ＤＸ＋Ｅを用いて補正する。かかる関数において、Ｘは行方向における画素位置を表す変数とする。Ｙは推定値に対する補正量を表す変数とする。行方向における画素位置を変数とする一次関数は、列方向における画素位置を変数とする上記の一次関数とは別に求められる。
【００６３】
この場合においても、線形補正回路３２は、Ｘの定数であるＤと、定数項であるＥについて、あらかじめ計算された結果をレジスタあるいはメモリに保持している。ＤおよびＥは、行方向における画素位置を示す座標と、ＨＯＢ領域２２および有効画素２３間の黒レベル特性の誤差を示す差分とである（Ｘ，Ｙ）のデータに基づいて求められる。黒レベル特性の誤差を示す差分としては、例えば、有効画素２３の画素列ごとにおける画素値の平均値と、ＨＯＢ領域２２における遮光画素２４の画素列ごとにおける画素値の平均値との差分が用いられる。（Ｘ，Ｙ）のデータを線形近似することで、ＤおよびＥが求められる。
【００６４】
直線Ｌ４は、線形補正回路３２で使用される一次関数を、行方向における座標Ｘを第１軸、補正量Ｙを第２軸として表したグラフとする。かかる第１軸の原点であるＸ＝０の位置は、有効画素領域２０のうち、行方向におけるＨＯＢ領域２２側の端の位置とする。線形補正回路３２は、かかる一次関数を用いて、有効画素領域２０における行方向の画素位置ごとに対して、黒レベルの推定値を補正する。クランプ回路３３は、行方向の画素位置ごとに対する補正を経た推定値を基に、各有効画素２３に対する黒レベルの補正値を求める。
【００６５】
なお、線形補正回路３２は、遮光画素領域および有効画素２３間の黒レベル特性の誤差を適時にて観測することで、一次関数を更新することとしても良い。
【００６６】
第１の実施形態によると、固体撮像装置５は、第１演算回路での演算を実施することで、行方向および列方向における黒レベルのシェーディング特性を補正する。固体撮像装置５は、第２演算回路での演算を実施することで、遮光画素領域から離れることによる黒レベル特性の誤差を低減したうえで、黒レベルを補正できる。これにより、固体撮像装置５は、画素領域２０における特性のばらつきによる影響が低減された画像を得ることができるという効果を奏する。
【００６７】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の固体撮像装置に備えられている黒レベル補正回路の構成を示すブロック図である。上記第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。黒レベル補正回路４０は、図１に示す黒レベル補正回路１７と同様に、固体撮像装置５の信号処理回路１６に設けられている。黒レベル補正回路４０は、信号処理回路１６へ入力された画像信号の黒レベルを補正する。
【００６８】
黒レベル補正回路４０は、近似演算回路３１、移動平均演算回路４１およびクランプ回路３３を備える。黒レベル補正回路４０に含まれるこれらの回路は、各種論理回路と、演算結果および各種データの保持のための記憶素子を適宜組み合わせて構成されている。記憶素子は、レジスタおよびメモリのいずれであっても良い。第４演算回路である移動平均演算回路４１は、遮光画素２４からの信号に応じた画素値の指数移動平均を計算する。
【００６９】
図７は、図６に示す黒レベル補正回路での演算について説明する図である。第２の実施形態では、第１演算回路である近似演算回路３１は、ＶＯＢ領域２１について、最小二乗法による近似関数を求めるための演算を実施する。近似演算回路３１は、ＶＯＢ領域２１からのＯＢ信号に応じた画素値を基に、第１の近似関数である二次関数を求める。近似演算回路３１は、求めた二次関数を用いて、有効画素領域２０における行方向の画素位置ごとに対して、黒レベルの推定値を求める。クランプ回路３３は、近似演算回路３１で得られた推定値を基に、有効画素２３の画素列ごとに対する黒レベルの補正値を求める。
【００７０】
移動平均演算回路４１は、ＨＯＢ領域２２について、遮光画素２４の画素値の指数移動平均を算出する。移動平均演算回路４１は、ＨＯＢ領域２２への読み出し走査によって得られた画素値が入力されるごとに、例えば次の式（４）を用いて指数移動平均を算出する。
Ｓｔ＝Ｋ×Ｙｔ−１＋（１−Ｋ）×Ｓｔ−１    （４）
【００７１】
ＳｔおよびＳｔ−１は、それぞれ時系列上のある時点ｔ，ｔ−１における指数移動平均の値を示す。Ｙｔ−１は、時点ｔ−１にて得られた画素値を示す。Ｋは平滑化係数を示す。平滑化係数は定数であって、０および１の間のいずれかの値とする。移動平均演算回路４１は、Ｋの値をレジスタあるいはメモリにて保持する。
【００７２】
移動平均演算回路４１は、ＶＯＢ領域２１について近似演算回路３１で求められた第１の近似関数である二次関数に基づいて、指数移動平均の初期値を求める。移動平均演算回路４１は、ＨＯＢ領域２２のうちＶＯＢ領域２１側から１つ目の画素行の遮光画素２４に対して、かかる初期値を使用する。
【００７３】
移動平均演算回路４１は、ＶＯＢ領域２１に対する二次関数であるＹ＝ＡＸ２＋ＢＸ＋ＣのＸに、ＨＯＢ領域２２の１行目の各遮光画素２４について、行方向における座標を代入する。移動平均演算回路４１は、１行目の各遮光画素２４について求めた推定値の平均値を、指数移動平均の初期値Ｓ０、および画素値Ｙ０とする。
【００７４】
移動平均演算回路４１は、ＨＯＢ領域２２の２行目以降については、上記の式（４）を用いて指数移動平均を算出する。クランプ回路３３は、移動平均演算回路４１で求められた指数移動平均を基に、有効画素２３の画素行ごとに対する黒レベルの補正値を求める。
【００７５】
指数移動平均は、データの時系列に対して指数関数的に重みを減少させる。このため、指数移動平均の算出において、直近におけるデータの変動は、演算結果に大きく影響を及ぼすこととなる。仮に、移動平均演算回路４１が実測値を基に指数移動平均の演算を開始した場合に、実測値の変動により演算結果に大幅な変動が生じ得る。曲線Ｌ５は、ＨＯＢ領域２２のうちＶＯＢ領域２１側の部分において演算結果に変動が生じている様子を表している。曲線Ｌ５は、列方向における座標Ｘを第１軸、指数移動平均Ｙを第２軸として表したグラフとする。
【００７６】
移動平均演算回路４１は、近似演算回路３１で求められた第１の近似関数を初期値の算出に使用することで、安定かつ高い精度で指数移動平均を求めることができる。なお、第１の近似関数に基づいて初期値を求めるための範囲は、ＨＯＢ領域２２の１つ目の画素行である場合に限られない。移動平均演算回路４１は、ＨＯＢ領域２２のうちＶＯＢ領域２１に近いいずれの範囲の遮光画素２４について初期値を求めることとしても良い。移動平均演算回路４１は、初期値としては、第１の近似関数に基づいて求められる値以外に、いずれの値を適用しても良い。また、移動平均演算回路４１は、指数移動平均以外の移動平均である加重移動平均等を計算するものであっても良い。
【００７７】
黒レベル補正回路４０は、第１の実施形態にて述べる線形補正回路３２を備えていても良い。線形補正回路３２は、ＶＯＢ領域２１からの画素値を基に求めた黒レベルの推定値を、第２の近似関数である一次関数に基づいて補正する。
【００７８】
黒レベル補正回路４０は、ＨＯＢ領域２２からの画素値に基づく演算を、近似演算回路３１および線形補正回路３２にて実施しても良い。黒レベル補正回路４０は、近似演算回路３１および線形補正回路３２での演算結果を基に、有効画素２３の画素行ごとに対する黒レベルの補正値を算出する。
【００７９】
黒レベル補正回路４０は、ＨＯＢ領域２２からの画素値の利用による黒レベルの補正を、移動平均演算回路４１での演算結果による第１の補正と、近似演算回路３１および線形補正回路３２での演算結果による第２の補正とに切り換えても良い。一例として、黒レベル補正回路４０は、画像信号に応じた黒レベル補正の開始から最初のフレーム期間にて得られた画像信号に対し、移動平均演算回路４１による演算を実施する。移動平均演算回路４１は、最初のフレーム期間におけるＨＯＢ領域２２への読み出し走査によって得られた画素値を利用して、指数移動平均を算出する。クランプ回路３３は、算出された指数移動平均を基に、当該フレーム期間における有効画素領域２０への読み出し走査によって得られた画素値を補正する。
【００８０】
一方、近似演算回路３１は、最初のフレーム期間におけるＨＯＢ領域２２への読み出し走査によって得られた画素値を利用して、第１の近似関数を求める。近似演算回路３１は、求めた二次関数を用いて、列方向の画素位置ごとに対し黒レベルの推定値を求める。線形補正回路３２は、近似演算回路３１で求められた推定値を補正する。クランプ回路３３は、線形補正回路３２での補正を経た推定値を基に、２番目のフレーム期間における有効画素領域２０への読み出し走査によって得られた画素値を補正する。
【００８１】
このように、黒レベル補正回路４０は、２番目のフレーム期間では、最初のフレーム期間における画素値に対する近似演算回路３１および線形補正回路３２での演算結果に基づいて黒レベルを補正する。黒レベル補正回路４０は、２番目以降のフレーム期間において、１つ前のフレーム期間における画素値に対する近似演算回路３１および線形補正回路３２での演算結果に基づいて黒レベルを補正する。
【００８２】
黒レベル補正回路４０は、最初のフレーム期間にて得られた画像信号に対して移動平均演算回路４１での演算を適用することで、黒レベル補正の開始時から、画像信号の黒レベルを補正することができる。
【００８３】
黒レベル補正回路４０は、黒レベルの補正を切り換えるための切り換え回路を備えていても良い。切り換え回路は、黒レベルの補正を、移動平均演算回路４１での演算結果による第１の補正と、近似演算回路３１および線形補正回路３２での演算結果による第２の補正とに切り換える。切り換え回路は、最初のフレーム期間から２番目のフレーム期間への移行時に、第１の補正から第２の補正への切り換えを行う。
【００８４】
黒レベル補正回路４０は、黒レベルの補正として、第１の補正および第２の補正以外の補正を実施しても良い。黒レベル補正回路４０は、例えば第３の補正として、ＶＯＢ領域２１への読み出し走査によって得た画素値の平均値と、ＨＯＢ領域２２への読み出し走査によって得た画素値の平均値とに基づく黒レベル補正を実施しても良い。
【００８５】
この場合、黒レベル補正回路４０は、かかる平均値を算出する回路を備える。黒レベル補正回路４０は、ＶＯＢ領域２１の列ごとに画素値を平均した結果を基に、行方向における黒レベルのシェーディング特性を補正する。黒レベル補正回路４０は、ＨＯＢ領域２２の行ごとに画素値を平均した結果を基に、列方向における黒レベルのシェーディング特性を補正する。
【００８６】
切り換え回路は、黒レベルの補正を、第１の補正、第２の補正および第３の補正に切り換えても良い。切り換え回路は、例えばカメラシステム１へのユーザの操作に応じて黒レベルの補正を切り換えても良い。黒レベル補正回路４０は、ユーザによる機能の選択に応じて、各種の黒レベル補正を実施できる。第１の実施形態の黒レベル補正回路１７も、第３の補正の実施のための回路および切り換え回路を備えていても良い。
【００８７】
第２の実施形態によると、固体撮像装置５は、第１演算回路および第４演算回路での演算を実施することで、行方向および列方向における黒レベルのシェーディング特性を補正する。固体撮像装置５は、黒レベル補正の開始時から、画像信号の黒レベルを補正することができる。これにより、固体撮像装置５は、画素領域２０における特性のばらつきによる影響が低減された画像を得ることができるという効果を奏する。
【００８８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８９】
５  固体撮像装置、１１  画素領域、１６  信号処理回路、２０  有効画素領域、２１  ＶＯＢ領域、２２  ＨＯＢ領域、２３  有効画素、２４  遮光画素、３１  近似演算回路、３２  線形補正回路、３３  クランプ回路、４１  移動平均演算回路。
【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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