(57)【要約】【課題】  ＯＢ画素を増やすことなく、精度良く横縞状ノイズを補正する。【解決手段】  水平方向及び垂直方向に配列された複数の画素複数の画素からの水平方向に隣接する同色の色成分を有する信号を混合し、被写体像を撮像して得られた前記複数の画素の撮像信号に対し水平方向の画素数を１／ｍに低画素化して読み出し、ｍ画素中ｎ画素を混合する際に、混合に使用されない画素からノイズ信号を読み出し、同一の水平走査期間内に読み出された複数の前記ノイズ信号を演算して前記ノイズ信号と同一の水平走査期間内に読み出された前記撮像信号の補正を行う。【選択図】  図６
2016213795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が行列状に配置された画素領域と、
前記画素領域から信号を読み出す読み出し手段と、
前記読み出し手段により前記画素領域の有効画素領域における行方向において隣接する複数の画素から読み出した信号を混合する混合手段と、
前記読み出し手段により前記有効画素領域における前記行方向において隣接するｍ画素（ｍは任意の自然数）のうちのｎ画素から撮像信号を読み出し、ｎ画素（ｎは任意の自然数であり、ｍ＞ｎ）から読み出された撮像信号を前記混合手段により混合する場合に、前記撮像信号が読み出されない画素列からノイズ信号を読み出すように制御する制御手段と、
前記ノイズ信号に基づいて、前記ノイズ信号と同一行から読み出され前記混合手段により混合された撮像信号を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記混合手段は、前記読み出し手段により前記有効画素領域における行方向において隣接する複数の同色画素から読み出した信号を混合することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記撮像信号が読み出されない複数の画素列から読み出したノイズ信号を演算し、演算されたノイズ信号に基づいて前記撮像信号を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ノイズ信号を読み出す列数を撮影条件に応じて変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記画素領域の各列に設けられた列信号線と、
前記列信号線に接続された列回路と、
前記列信号線と前記列回路とを接続または遮断するスイッチ手段とを有し、
前記制御手段は、前記第２の画素領域から前記ノイズ信号を読み出す際に、前記スイッチ手段により前記列信号線と前記列回路とを遮断するように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記画素領域に配置された各画素は、光電変換部と、電荷電圧変換部と、前記光電変換部の電荷を前記電荷電圧変換部に転送する転送スイッチとを備え、
前記制御手段は、前記第２の画素領域から前記ノイズ信号を読み出す際に、前記第２の画素領域における各画素の前記転送スイッチをオフ状態にするように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル一眼レフカメラやビデオカメラに、ＣＭＯＳ撮像素子が多く使用されている。また、撮像素子の画素数が多画素化され、最近では、１０００万画素を超える撮像素子が多くなってきている。このような多画素化により画素サイズは縮小傾向にあり、１画素で蓄積できる電荷が少なくなる。
【０００３】
一方、撮像の高速化、高ＩＳＯ化が求められており、高ＩＳＯ化に対応するためには、得られた撮像信号に対してより大きなゲインをかける必要がある。ゲインを大きくすると光信号成分だけではなく、回路等で発生するノイズ成分も増幅されてしまうため、高ＩＳＯの画像は低ＩＳＯの画像よりもノイズが大きくなる。
【０００４】
ノイズには、行または列ごとに一様のレベル差となって出力画像に現れるパターンノイズがある。例えば、撮像素子に供給する各種基準電源やグラウンド（ＧＮＤ）が共通であり、選択行の読み出し動作中にこれらの電源やＧＮＤの電位が変動すると、その際に読み出されていた画素の出力信号には、ほぼ一様のレベル差が生じる。
【０００５】
通常、撮像素子の信号読み出しは画面左上から１行ずつ左から右へと読み出される。電源やＧＮＤの電位変動によって発生したレベル差は、ほぼ行ごとのレベル差となって現れる。このような水平方向に一様なパターンノイズを、本出願では横縞ノイズと呼ぶ。なお、電源やＧＮＤの変動がランダムであれば、横縞ノイズもランダムになる。
【０００６】
このようなランダムな横縞ノイズを補正する手法として、撮像素子の遮光されたオプティカルブラック（ＯＢ）画素の出力信号のライン平均値を算出し、その行の有効画素の画素信号からＯＢ画素のライン平均値を減算する方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−６７０３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ＯＢ画素の画素信号のライン平均値を減算する方法において、ランダムノイズが多い画像中においては、横縞ノイズを補正するための補正値を算出するのが困難である。また、横縞ノイズを精度良く補正するために、ＣＭＯＳ撮像素子のレイアウトとしてＯＢ画素を数百列も割り当てるのは現実的とはいえない。
【０００９】
本発明は、ＯＢ画素を増やすことなく、精度良く横縞ノイズを補正することのできる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】
【００１０】
本発明は、複数の画素が行列状に配置された画素領域と、前記画素領域から信号を読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段により前記画素領域の有効画素領域における行方向において隣接する複数の画素から読み出した信号を混合する混合手段と、前記読み出し手段により前記有効画素領域における前記行方向において隣接するｍ画素（ｍは任意の自然数）のうちのｎ画素から撮像信号を読み出し、ｎ画素（ｎは任意の自然数であり、ｍ＞ｎ）から読み出された撮像信号を前記混合手段により混合する場合に、前記撮像信号が読み出されない画素列からノイズ信号を読み出すように制御する制御手段と、前記ノイズ信号に基づいて、前記ノイズ信号と同一行から読み出され前記混合手段により混合された撮像信号を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、精度良く横縞ノイズを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例に係る撮像装置のブロック図。
【図２】実施例に係る撮像素子の構成ブロック図。
【図３】実施例に係る画素回路及び列回路を示す図。
【図４】撮像素子の非混合モードの信号読み出し動作例を示すタイミングチャート。
【図５】撮像素子の混合モードの信号読み出し動作例を示すタイミングチャート。
【図６】実施例に係る画素信号の一例を説明する図。
【図７】実施例に係る画素信号の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための実施例を詳しく説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は、本発明の代表的な実施例を示す撮像装置１００のブロック図である。
【００１５】
図１において、撮影レンズ１０１を通過した被写体からの像光は、絞り１０２を介して撮影レンズ１０１の焦点位置近傍にある撮像素子１０３上に結像する。撮像素子１０３は例えばＣＭＯＳ撮像素子であり、撮影レンズ１０１により結像された被写体像を撮像して画像として取り込む。
【００１６】
アナログ信号処理回路（ＡＦＥ）１０４は、撮像素子１０３から出力される画像信号に対して相関二重サンプリング処理、信号増幅、基準レベル調整、Ａ／Ｄ変換処理等を行う。デジタル信号処理回路（ＤＦＥ）１０５は、ＡＦＥ１０４から出力される画像信号に対して基準レベル調整等のデジタル画像処理を行う。
【００１７】
画像処理回路１０６は、ＤＦＥ１０５から出力された画像信号に対して、後述するＡ像、Ｂ像の相関演算や焦点検出、また所定の画像処理や欠陥補正等を施す。メモリ回路１０７は、画像処理回路１０６から出力された画像信号等を記録保持する不揮発性メモリである。記録回路１０８は、メモリカード等の記録媒体であり、メモリ回路１０７と同様に画像処理回路１０６から出力された画像信号等を記録保持する。
【００１８】
制御回路１０９は、撮像素子１０３や画像処理回路１０６等の撮像装置全体を統括的に駆動制御する。操作回路１１０は、撮像装置１００に備え付けられた操作部材からの信号を受け付け、制御回路１０９に対してユーザーの命令を反映する。表示回路１１１は、撮影された画像やライブビュー画像、各種設定画面等を表示する。
【００１９】
次に、撮像素子１０３の構成を図２及び図３を用いて説明する。図２は、本発明の実施例における撮像素子１０３の構成例を示すブロック図である。
【００２０】
図２に示すように撮像素子１０３の画素領域には、複数の画素２００が行列状に配置されている。なお、図２では説明を簡略にするために画素２００を８行８列の計６４個として図示するが、実際には数百万、数千万の画素２００が配置されている。各画素にはそれぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが設けられ、画素２００はベイヤー配列に従って配列されている。
【００２１】
図２において、画素２００の各々に記載されている文字及び数字は、設けられるカラーフィルタの色と画素アドレスを示している。例えばＧ０１は、０行１列目のＧ画素である。画素領域の各列には、列信号線２０１が設けられている。列信号線２０１には、垂直走査回路２０８の駆動制御により各列の各画素２００からノイズ信号と画素信号が読み出される。電流源２０２は、各列信号線２０１に接続される。
【００２２】
列信号線２０１には列回路２０３が接続され、各列信号線２０１に読み出されたノイズ信号と画素信号が入力される。列回路２０３に読み出されたノイズ信号と画素信号は、スイッチ２０４、２０５を介して差動増幅器２０６に入力される。差動増幅器２０６は、画素信号とノイズ信号の差分を出力する。
【００２３】
列回路２０３は画素領域の上下に配置されており、奇数列の列信号線２０１がチャンネル１（ＣＨ１）の列回路２０３に接続され、偶数列の列信号線２０１がチャンネル２（ＣＨ２）の列回路２０３に接続されている。水平走査回路２０７は、トランジスタ２０４、２０５のオン／オフを制御する。
【００２４】
垂直走査回路２０８は、各行ごとに接続される制御信号線２０９を介して各行の画素２００を選択的に駆動することで、選択した行に配置されている画素２００から信号を読み出す。なお、図２では０行目の制御信号線２０９のみ記載しているが、実際には各行に配置されている。
【００２５】
ここで、本実施形の撮像装置１００は、静止画と動画の両方を記録する機能を備えている。静止画を記録する場合には、撮像素子１０３の全画素から撮像信号を読み出すことで高解像度の画像を得ることができる。また、動画では、必要な画素数が静止画とは異なる。例えば、Ｆｕｌｌ  ＨＤと呼ばれるＨＤフォーマットの動画解像度は、水平１９２０画素×垂直１０８０画素であり、約２００万画素である。すなわち、１０００万画素を超える画素数の撮像素子を用いて動画記録を行うためには、撮像素子から出力される画素信号を低画素化する必要がある。
【００２６】
低画素化の方法として、本実施例では、所定の周期で画素信号を混合する混合処理を実行する。一般的に、所定の周期で画素を読み飛ばす画素間引き処理ではモアレが発生するため、画素混合処理の方が画質的に優れている。図３は、実施例１における撮像素子１０３の画素回路及び列回路の一例を示す図である。図３では、動画駆動における低画素化の際に画素信号を混合する３行３列の同色９画素と３列分の列回路のみを示したものである。
【００２７】
図２で示した撮像素子１０３では、各色の画素２００がベイヤー配列に従って配列されているが、図の簡略化のため同色９画素のみ記載している。また、画素２００及び列回路の詳細な回路構成は１列分のみ記載し、他の２列については省略している。また、低画素化に際し、画素信号を混合する画素数はこれに限定されるものではない。
【００２８】
図３において、画素２００は、フォトダイオード（光電変換部、以下ＰＤと表記）３０１、ＭＯＳトランジスタで構成される転送スイッチ３０２、リセットスイッチ３０３、フローティングディフュージョン（電荷電圧変換部、以下ＦＤと表記）３０４を有する。さらに、ソースフォロワアンプ（ＳＦ）３０５、選択スイッチ３０６、垂直混合スイッチ（以下ＶＡＤＤと表記）３０８を有する。
【００２９】
ＰＤ３０１は、撮像レンズによって結像された光学像を受けて電荷を発生し、蓄積する。ＰＤ３０１で蓄積された電荷は、転送スイッチ３０２を介してＦＤ３０４に転送される。ＦＤ３０４に転送された電荷は、電圧に変換されてＳＦ３０５から出力される。各画素を列信号線３０７と接続する選択スイッチ３０６がオンになることで、画素信号がＳＦ３０５から列信号線３０７に出力される。図３において、列信号線３０７ａは１列目、列信号線３０７ｂは２列目、列信号線３０７ｃは３列目にそれぞれ配置されていることを表している。
【００３０】
リセットスイッチ３０３は、ＦＤ３０４の電位をリセット電源電圧ＶＤＤにリセットするとともに、転送スイッチ３０２を介してＰＤ３０１の電位をリセット電源電圧ＶＤＤにリセットする。垂直混合スイッチ３０８をオンすることで、隣接する同色画素のＦＤ３０４同士を短絡し、隣接する複数の同色画素で発生した電荷を混合することができる。
【００３１】
転送スイッチ３０２、リセットスイッチ３０３、選択スイッチ３０６、垂直混合スイッチ３０８は、それぞれ垂直走査回路に接続されている制御信号線２０９に出力される制御信号ＰＴＸ、ＰＲＥＳ、ＰＳＥＬ、ＰＶＡＤＤによってオン／オフが制御される。
【００３２】
続いて、列回路３０９の回路構成について説明する。ここで、列回路３０９ａは１列目、列回路３０９ｂは２列目、列回路３０９ｃは３列目に配置された列信号線であることを表している。
【００３３】
列回路３０９の各々は、クランプ容量３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、スイッチ３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ、フィードバック容量３１２、オペアンプ３１３、基準電源３１４、スイッチ３１５を備えている。また、容量３１６、３１７、スイッチ３１８、３１９、スイッチ２０４、２０５を備えている。
【００３４】
スイッチ３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃは、後述するスイッチ３２６とクランプ容量３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃとの間に設けられている。基準電源３１４は、オペアンプ３１３に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。スイッチ３１５は、リセット信号ＰＣ０Ｒによりオン／オフが制御され、フィードバック容量３１２の両端をショートさせる。
【００３５】
容量３１６、３１７は、オペアンプ３１３により増幅された信号の信号電圧を保持する。
【００３６】
スイッチ３１８、３１９は、それぞれ制御信号ＰＴＳ、ＰＴＮによりオン／オフが制御され、容量３１６、３１７への信号の書き込みを制御する。
【００３７】
スイッチ２０４、２０５は、それぞれ水平走査回路２０７からの制御信号ＰＨＳ、ＰＨＮによりオン／オフが制御され、容量３１６、３１７に保持された信号を水平出力線３２３、３２４を介して差動増幅器２０６に出力する。
【００３８】
列信号線３０７と後述するスイッチ３２６の間に設けられたスイッチ３２８は、水平走査回路２０７により列ごとにオン／オフが制御される。スイッチ３２８がオフした場合には、スイッチ３２９は列回路３０７をグラウンドに接続するスイッチ３２９がオンされる。
【００３９】
スイッチ３２８とスイッチ３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃとの間に設けられたスイッチ３２６は、水平走査回路２０７により列ごとにオン／オフが制御される。列信号線３０７を異なる列の列回路３０９との間に設けられた水平混合スイッチ３２７は、水平走査回路２０７によりオン／オフが制御される。
【００４０】
図４は、図３の回路構成のＣＭＯＳ撮像素子を用いた、通常撮影モード（非混合モード）の信号読み出し動作例を示すタイミングチャートである。スイッチ３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃは、撮影モードにかかわらずオンするように制御される。非混合動作時は、水平混合スイッチ３２７ａ、３２７ｂはオフのままである。そして、スイッチ３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃをオンし、１列目の列信号線３０７ａは列回路３０９ａ、２列目の列信号線３０７ｂは列回路３０９ｂ、３列目の列信号線３０７ｃは列回路３０９ｃにそれぞれ接続される。また、スイッチ３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃは、いずれもオンするように制御される。
【００４１】
時刻ｔ０において、ＰＤ３０１からの電荷の読み出しに先立ち、リセットスイッチ３０３の制御信号ＰＲＥＳがＨｉｇｈレベルになる。これによって、ＳＦ３０５のゲートであるＦＤ３０４がリセット電源電圧ＶＤＤにリセットされる。
【００４２】
時刻ｔ１において、制御信号ＰＳＥＬをＨｉｇｈレベルとして選択スイッチ３０６をオンし、ＳＦ３０５を動作状態とする。時刻ｔ２において、制御信号ＰＲＥＳをＬｏｗレベルとすることでＦＤ３０４のリセットを解除する。このときのＦＤ３０４の電位を列信号線３０７にリセット信号レベル（リセットノイズ成分）として読み出され、列回路３０９に入力される。
【００４３】
時刻ｔ３において、リセット信号ＰＣ０ＲをＬｏｗレベルとすることでスイッチ３１５をオフする。
【００４４】
時刻ｔ４において制御信号ＰＴＮをＨｉｇｈレベル、時刻ｔ５において制御信号ＰＴＮをＬｏｗレベルとしてスイッチ３１９をオンオフ動作させることにより、オペアンプ３１３により増幅されたリセット信号レベルが容量３１７に書き込まれる。
【００４５】
時刻ｔ６において制御信号ＰＴＸをＨｉｇｈレベル、時刻ｔ７において制御信号ＰＴＸをＬｏｗレベルとして転送スイッチ３０２をオンオフ動作させることにより、ＰＤ３０１に蓄積された光電荷をＦＤ３０４に転送する。そして、ＦＤ３０４に転送された電荷量に応じた電位変動が列信号線３０７に光信号レベル（光成分＋リセットノイズ成分）として読み出され、列回路３０９に入力される。
【００４６】
時刻ｔ８において制御信号ＰＴＳをＨｉｇｈレベル、時刻ｔ９において制御信号ＰＴＳをＬｏｗレベルとしてスイッチ３１８をオンオフ動作させることにより、オペアンプ３１３により増幅された光信号レベルが容量３１６に書き込まれる。
【００４７】
なお、容量３１６、３１７に信号が書き込まれる際に、クランプ容量３１０とフィードバック容量３１２の比に応じた反転ゲインがかかり出力される。クランプ容量３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの各々のクランプ容量をＣ０とすると、ゲイン量は３×Ｃ０／Ｃｆとなる。
【００４８】
時刻ｔ１０において、制御信号ＰＲＥＳをＨｉｇｈレベルとすることで、ＦＤ３０４をリセット状態にする。
【００４９】
続いて、容量３１６、３１７に保持された信号を水平走査回路２０７により読み出す。時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間に、列回路３０９ごとに制御信号ＰＨＳ、ＰＨＮを順次Ｈｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベルとし、スイッチ２０４、２０５を動作させる。そして、容量３１６、３１７に保持された信号が水平出力線３２３、３２４を介して差動増幅器２０６に出力される。差動増幅器２０６は、光信号レベル（光成分＋リセットノイズ成分）とリセット信号レベル（リセットノイズ成分）との差分を差動増幅して、光成分に対応する信号を出力する。
【００５０】
図５は、図３の回路構成のＣＭＯＳ撮像素子を用いた、低画素撮影モード（混合モード）の信号読み出し動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、図３に示した３行３列の同色９画素の信号を混合して読み出す場合を例に説明する。図４の非混合モードとの違いは、制御信号ＰＶＡＤＤが常時Ｈｉｇｈレベルになるように制御される点である。そして、制御信号ＰＶＡＤＤがＨｉｇｈレベルになることで、垂直方向で混合する３行の画素の間にある垂直混合スイッチ３０８がオンになるように制御する。
【００５１】
また、垂直方向で出力画素信号を混合する３行それぞれの画素に対し、制御信号ＰＲＥＳ、ＰＴＸ、ＰＳＥＬを同時にオンオフ制御する。そして、制御信号ＰＳＥＬを３行同時にＨｉｇｈレベルとすることで、３行分の出力画素信号が混合されて列信号線３０７に読み出される。すなわち、垂直３画素の画素信号を混合して読み出すことができる。なお、本実施例のような垂直混合スイッチを設けず、制御信号ＰＳＥＬを３行同時にＨｉｇｈレベルにすることのみにより、３行分の出力画素信号を列信号線３０７上で混合して読み出すように構成してもよい。
【００５２】
続いて、列信号線３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃにそれぞれ読み出された信号を混合して読み出す、水平混合動作について説明する。水平混合時は、１列目のスイッチ３２６ａと２列目のスイッチ３１１ａをオフし、水平混合スイッチ３２７ａをオンするように制御する。このように制御することで、１列目の列信号線３０７ａが２列目の列回路３０９ｂにあるクランプ容量３１０ａと接続され、１列目の画素信号がクランプ容量３１０ａに保持される。
【００５３】
また、３列目のスイッチ３２６ｃと２列目のスイッチ３１１ｃをオフし、水平混合スイッチ３２７ｂをオンするように制御する。このように制御することで、３列目の列信号線３０７ｃが２列目のクランプ容量３１０ｃと接続され、３列目の画素信号がクランプ容量３１０ｃに保持される。
【００５４】
さらに、２列目のスイッチ３２６ｂと２列目のスイッチ３１１ｂをオンするように制御することで、２列目の列信号線３０７ｂは２列目のクランプ容量３１０ｂと接続され、２列目の画素信号はクランプ容量３１０ｂに保持される。
【００５５】
クランプ容量３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃに保持された３列の画素信号は、混合されることで平均化され、オペアンプ３１３により増幅されて出力される。すなわち、水平３画素分の画素信号を混合して読み出すことができる。各画素２００からの信号読み出し駆動は、通常撮影モード（非混合モード）と同様なので説明を省略する。本実施例では、このように、行方向において隣接する３画素のうちの全画素から撮像信号を読み出し、読み出した撮像信号を混合する方法を水平３／３画素混合と呼ぶ。なお、混合する画素数は３画素に限るものではなく、隣接するｍ画素のうちのｍ画素の撮像信号を混合することができる（ｍは任意の自然数）。また、水平３／３画素混合駆動の場合、使用しない列回路３０９の電源をオフしておいても良い。図３の場合、列回路３０９ａ、３０９ｃが該当する。使用しない列回路の電源をオフすることによって、低消費電力化を図ることができる。
【００５６】
次に、３列のうち１列の出力信号を混合せず、撮像に使用しない水平２／３画素混合方法について説明する。上述した水平３／３画素混合との違いは、スイッチのオン／オフの組み合わせが異なる点である。ここでは、図３における列信号線３０７ａ、３０７ｂそれぞれに読み出された画素信号を混合し、列信号線３０７ｃに読み出された画素信号を撮像に使用しない駆動について説明する。
【００５７】
ここでは、１列目のスイッチ３２６ａと２列目のスイッチ３１１ａをオフし、水平混合スイッチ３２７ａをオンするように制御する。このように制御することで、１列目の列信号線３０７ａが２列目の列回路３０９ｂにあるクランプ容量３１０ａと接続され、１列目の画素信号がクランプ容量３１０ａに保持される。一方、水平混合スイッチ３２７ｂと２列目のスイッチ３１１ｃをオフするように制御する。この場合、クランプ容量３１０ｃの片側はどこにも接続されていないことになるが、クランプ容量３１０ｃの両端をショートさせる構成としても良い。
【００５８】
また、２列目のスイッチ３２６ｂと２列目のスイッチ３１１ｂをオンするように制御することで、２列目の列信号線３０７ｂは２列目のクランプ容量３１０ｂと接続され、２列目の画素信号がクランプ容量３１０ｂに保持される。
【００５９】
このように制御することによって、クランプ容量３１０ａに保持された１列目の画素信号とクランプ容量３１０ｂに保持された２列目の画素信号が混合されることで平均化される。本実施例では、このように、行方向において隣接する３画素のうちの２画素から撮像信号を読み出し、読み出した撮像信号を混合する方法を水平２／３画素混合と呼ぶ。なお、混合する画素数は、２画素に限るものではなく、隣接するｍ画素のうちのｎ画素の撮像信号を混合することができる（ｍは任意の自然数）。また、この場合、水平２／３画素混合駆動の電荷量は、水平３／３画素混合駆動と比べて２／３になるため、後段でゲイン補正をすることが望ましい。
【００６０】
ここで、水平２／３画素混合駆動を行った場合、３列のうちの１列は撮像信号の取得に使用されないことになる（３列目の列信号線３０７ｃ）。本実施例では、この列からノイズ補正に用いられるノイズ信号を取得する。
【００６１】
本実施例における、ノイズ信号読み出し方法について説明する。図３に示した画素配列の１列目と２列目からは水平２／３画素混合により撮像信号を取得する。一方、３列目のからはノイズ信号を読み出す。
【００６２】
信号の読み出しに先立ち、スイッチ３２８ｃをオフし、スイッチ３２９ｃをオンする。また、水平混合スイッチ３２７ｂをオフし、スイッチ３２６ｃをオンする。このように制御することで、各画素が接続される列信号線３０７ｃと列回路３０９ｃの間は遮断され、列回路３０９ｃにグラウンド電位が入力されることになる。そして、列回路３０９ｃのスイッチ３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃは、いずれもオンするように制御される。この状態で、図５のタイミングチャートに従って信号の読み出しを行う。
【００６３】
時刻ｔ０から時刻ｔ２までの各画素における動作は実行されるものの、スイッチ３２８ｃがオフしているため、各画素の出力信号は列回路３０９ｃに入力されない。
【００６４】
時刻ｔ３において、リセット信号ＰＣ０ＲをＬｏｗレベルとすることでスイッチ３１５をオフする。
【００６５】
時刻ｔ４において制御信号ＰＴＮをＨｉｇｈレベル、時刻ｔ５において制御信号ＰＴＮをＬｏｗレベルとしてスイッチ３１９をオンオフ動作させることにより、オペアンプ３１３により増幅されたグラウンド電位の第１の信号レベルが容量３１７に書き込まれる。
【００６６】
時刻ｔ６において制御信号ＰＴＸをＨｉｇｈレベル、時刻ｔ７において制御信号ＰＴＸをＬｏｗレベルとして転送スイッチ３０２をオンオフ動作させることにより、ＰＤ３０１に蓄積された光電荷をＦＤ３０４に転送する。ＦＤ３０４に転送された電荷量に応じた電位変動が列信号線３０７に光信号レベル（光成分＋リセットノイズ成分）として読み出されるが、列回路３０９には入力されない。
【００６７】
時刻ｔ８において制御信号ＰＴＳをＨｉｇｈレベル、時刻ｔ９において制御信号ＰＴＳをＬｏｗレベルとしてスイッチ３１８をオンオフ動作させることにより、オペアンプ３１３により増幅されたグラウンド電位の第２の信号レベルが容量３１６に書き込まれる。
【００６８】
なお、容量３１６、３１７に信号が書き込まれる際に、クランプ容量３１０とフィードバック容量３１２の比に応じた反転ゲインがかかり出力される。クランプ容量３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの各々のクランプ容量をＣ０とすると、ゲイン量は３×Ｃ０／Ｃｆとなる。
【００６９】
時刻ｔ１０において、制御信号ＰＲＥＳをＨｉｇｈレベルとすることで、ＦＤ３０４をリセット状態にする。
【００７０】
続いて、容量３１６、３１７に保持された信号を水平走査回路２０７により読み出す。時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間に、列回路３０９ごとに制御信号ＰＨＳ、ＰＨＮを順次Ｈｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベルとし、スイッチ２０４、２０５を動作させる。そして、容量３１６、３１７に保持された信号が水平出力線３２３、３２４を介して差動増幅器２０６に出力される。差動増幅器２０６は、第２の信号レベルと第１の信号レベルとの差分を差動増幅して、ノイズ信号として出力する。
【００７１】
読み出されたノイズ信号には、読み出し動作中の電源電圧やグラウンド電位の変動の影響によるノイズ成分が含まれる。ところで、このような電源電圧やグラウンド電位の変動は、同時に読み出される他の列（１列目と２列目）の信号にも同様に影響するため、ほぼ同じレベルのノイズ成分が含まれることになる。
【００７２】
すなわち、選択行の読み出し動作中に受ける電源電圧やグラウンド電位が変動の影響により画像全面にほぼ一様のレベル差を生じさせ、撮像画像には横縞となって現れる。３列目から読み出されるノイズ信号を用いることにより、この横縞を補正することができる。
【００７３】
なお、ノイズ信号の読み出し方法は、以上説明した方法に限られるものではない。例えば、ノイズ信号の読み出しに使用する３列目の画素に対しては、制御信号ＰＴＸを出力する配線を１列目や２列目とは独立して設けておいてもよい。そして、時刻ｔ６から時刻ｔ７において制御信号ＰＴＸをＨｉｇｈレベルにしないことで、転送スイッチ３０２をオンオフ動作させないでオフ状態にするように制御する駆動を行うことによってもノイズ信号の読み出しは可能である。その場合には、スイッチ３２８ｃをオンし、スイッチ３２９ｃをオフするように制御すればよい。
【００７４】
図６は、低画素撮影モード（混合モード）における行方向の画素信号の読み出し例を示した図である。水平方向は画素数が１／３に削減される。また、ここでは垂直方向の混合については説明を省略する。
【００７５】
図６において、０、２、４列目のＲ画素に対し、水平２／３画素混合読み出し駆動を行い、０列目と２列目からＲ画素信号を取得する。撮像に使用しない４列目からノイズ信号（Ｎ信号）を取得する。６、８、１０列目以降に対しても同様に、水平２／３画素混合読み出しとノイズ信号読み出しにより、低画素化された撮像信号とノイズ信号を取得する。
【００７６】
また、Ｇ画素に対しても同様の処理を行うことにより、１／３に低画素化された撮像信号とノイズ信号を取得する。なお、この駆動は図５のタイミングチャートに従い、選択行に対して同時に行う。
【００７７】
次に、本実施例における横縞補正処理について説明する。ノイズ信号を用いて横縞補正について説明する。横縞補正処理は、撮像素子１０３より信号を読み出した後のＤＦＥ１０５や画像処理回路１０６などで実施することができる。
【００７８】
同じタイミングで同一行から読み出されたノイズ信号の平均値Ｎａｖｅを算出し、式１のように、ｉ行目、ｊ列目の撮像信号Ｘ（ｉ、ｊ）からｉ行目のノイズ信号平均値Ｎａｖｅ（ｉ）を減算することにより、補正後の撮像信号Ｘ’（ｉ、ｊ）を求める。
Ｘ’（ｉ、ｊ）＝Ｘ（ｉ、ｊ）−Ｎａｖｅ（ｉ）  ・・・（式１）
【００７９】
式１に示した演算を行うことにより、横縞ノイズを補正することができる。なお、図２で示したような画素部の上下側に列回路２０３を備えた撮像素子の場合、読み出し動作中に受ける電源電圧やグラウンド電位の変動による影響は上下で異なる。このような構成では、下側の列回路２０３から読み出した撮像信号は、下側の列回路２０３から読み出されたノイズ信号を用いて補正することが望ましい。
【００８０】
以上のように、動画撮影のような低画素撮影モード（混合モード）において、撮像信号を取得しない画素列からノイズ信号を取得して同一行から読み出される撮像信号を補正することにより、精度良く横縞ノイズを補正することが可能となる。
【００８１】
なお、本実施例においては、水平２／３画素混合により撮像信号の取得に使用しない全ての列からノイズ信号を読み出す例について説明したが、ノイズ信号は間引いて読み出しても良い。ノイズ信号を読み出す画素列を調節することで、信号読み出し速度とノイズ補正の精度とのバランスをとることができる。
【００８２】
また、列回路３０９に読み出された信号に対して、水平走査回路３２２の制御により差動増幅器２０６に読み出す場合に、列の配列順に左から右へ順次読み出してもよいが、撮像信号を先に読み出してからノイズ信号を後から読み出す構成としてもよい。いずれにしても、画像処理回路１０６において、読み出される信号の順序を記憶しておくことにより、処理は可能である。
【００８３】
また、本実施例においては信号を読み出す画素数を１／３に削減する方法について説明したが、低画素化の割合はこれに限定されず、１／５や１／７でも良い。その際は、撮像信号に対して水平３／５画素混合や３／７画素混合を実行することによってノイズ信号読み出しを行うことができる。
【００８４】
以上説明したように、本実施例によれば、有効画素領域の一部の画素列をノイズ抽出用に割り当てる場合でも、ノイズ抽出用の画素列として撮像に使用されない列を用いるため、撮像画像を作成する場合に周辺画素から補間する必要ない。そして、撮像画像に影響を与えることなく、また、補正用の基準信号を取得するためのＯＢ画素を増やすことなく、動画撮影等において低画素化する混合駆動モードにおいて、横縞ノイズを高精度で補正することができる。
【００８５】
（実施例２）
実施例１においては、低画素撮影モード（混合モード）では、一律に水平２／３画素混合駆動を行ったが、水平３／３画素混合と水平２／３画素混合を混在させても良い。図７は、本発明の実施例２における低画素撮影モード（混合モード）における行方向の画素信号の読み出し例を示した図である。
【００８６】
図７において、０、２、４列目のＲ画素に対し、水平３／３画素混合読み出し駆動を行い、３列の画素信号からＲ画素信号を取得する。また、６、８、１０列目のＲ画素に対しては、２／３画素混合読み出し駆動を行い、６列目と８列目からＲ画素信号を取得する。そして、撮像に使用しない１０列目からノイズ信号（Ｎ信号）を取得する。１２、１４、１６列目に対しては３／３画素混合読み出し駆動を行う。
【００８７】
Ｇ画素に対しては、３、５、６列目及び９、１１、１３列目に対して３／３画素混合読み出し駆動を行う。そして、１５、１７、１９列目に対して２／３画素混合読み出し駆動を行い、１９列目からノイズ信号を取得する。なお、この駆動は図５のタイミングチャートに従い、選択行に対して同時に行う。このようにして、１／３に低画素化された撮像信号と２画素分のノイズ信号を得る。そして、画像処理回路１０６などで実施例１と同様の方法で横縞補正処理を行えばよい。
【００８８】
以上のように、水平３／３画素混合と水平２／３画素混合を混在させることにより、撮像画像情報の欠落を低減し、かつ精度良く横縞補正を実施することが可能となる。なお、水平３／３画素混合を行う列、及び水平２／３画素混合とノイズ信号を読み出す列は、行毎に変更してもよい。そして、水平２／３画素混合を行う位置を分散させることにより、好適に撮像画像を得ることができる。ただし、ノイズ信号を読み出すサンプル数は各行同じ数にした方が、１水平走査期間が変動することがなく好適である。
【００８９】
また、水平２／３画素混合を行い、ノイズ信号を読み出す列数は、設定されたＩＳＯ感度などの撮影条件に応じて変更してもよい。例えば、横縞ノイズが少ない低ＩＳＯ感度設定時には、全て水平３／３画素混合を行い、高ＩＳＯ感度設定になるにつれてノイズ信号のサンプル数を増やすなどしてもよい。なお、撮影条件は、ＩＳＯ感度設定に限らず、例えば撮影時の温度などでもかまわない。
【００９０】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１０３  撮像素子
１０４  ＡＦＥ
１０５  ＤＦＥ
１０６  画像処理回路
１０９  制御回路
【図１】
2016213795.tif 000003
【図２】
2016213795.tif 000004
【図３】
2016213795.tif 000005
【図４】
2016213795.tif 000006
【図５】
2016213795.tif 000007
【図６】
2016213795.tif 000008
【図７】
2016213795.tif 000009