(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像面上の画素の配置位置の差異に起因する入射光量の検出誤差を低減可能な、レベル補正装置および固体撮像装置を提供する。【解決手段】レベル補正部２７は、センサ部２２の互いに異なる位置に配置された第１画素の画素信号と第２画素の画素信号のレベル差を検出し、そのレベル差に基づいてその画素信号を補正し、第１画素の画素信号と第２画素の画素信号のレベル差が制限値に満たない場合、そのレベル差が小さくなるように補正量を設定し、センサ部２２の画像中心から周辺に向かって補正量を大きくする。【選択図】図１
2017055345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣り合い配置され、感度が互いに等しくかつ同色の第１画素と第２画素との間の画素信号のレベル差を検出する差分検出部と、
前記レベル差が制限値に満たない場合、前記レベル差が小さくなるように前記画素信号を演算処理する演算処理部とを備えるレベル補正装置。
【請求項２】
前記第１画素はベイヤ配列における第１緑色画素、前記第２画素は前記ベイヤ配列における第２緑色画素である請求項１に記載のレベル補正装置。
【請求項３】
画素がロウ方向およびカラム方向に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の互いに異なる位置に配置された第１画素と第２画素において、前記第１画素が前記第２画素の位置にある時の前記第１画素の画素信号のレベルの算出値に基づいて、前記第２画素の画素信号を補正するレベル補正部とを備える固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１画素の画素信号のレベルの算出値は、前記第２画素の周囲に均等に配置された前記第１画素の画素信号の平均値である請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記レベル補正部は、前記第１画素の画素信号と前記第２画素の画素信号とのレベル差が制限値に満たない場合、前記レベル差に基づいて前記画素信号の補正量を設定し、前記レベル差が制限値以上の場合、前記画素信号の補正量を制限する入力制限部と、
前記画素アレイ部の画像中心からの前記第１画素の位置に基づいて、前記補正量の導出に用いられる係数を算出する係数算出部とを備える請求項３または４に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レベル補正装置および固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置では、画素の微細化に伴ってレイアウトの一様性が崩れたり、カメラモジュールの低背化に伴って周辺画素への入射光の傾きが大きくなることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１８５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの実施形態は、撮像面上の画素の配置位置の差異に起因する入射光量の検出誤差を低減することが可能なレベル補正装置および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】
本発明の一つの実施形態によれば、互いに隣接して配置され、感度が互いに等しくかつ同色の第１画素と第２画素との間の画素信号のレベル差を検出する差分検出部と、前記レベル差に基づいて前記画素信号を演算処理する演算処理部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１のセンサ部およびＡＤ変換部の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２の固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図４】図４は、図２の固体撮像装置の画素のレイアウト例を示す平面図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る固体撮像装置のレベル補正に使用される画素を示す図である。
【図６】図６は、図１のレベル補正部の構成例を示すブロック図である。
【図７】図７は、図６の入力制限部の入出力特性の一例を示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る固体撮像装置のレベル補正に用いられる２次曲線係数の設定例を示す図である。
【図９】図９（ａ）は、被写体のレベル差の一例を示す図、図９（ｂ）は、画素間のレベル差の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、図１０の固体撮像装置のレベル補正に用いられるシェーディング係数の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る固体撮像装置のレベル補正に用いられる２次曲線係数の設定方法を示す図である。
【図１３】図１３は、第４実施形態に係る固体撮像装置が適用されるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、第５実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。
【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、実施形態に係るレベル補正装置および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実施形態）
図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、固体撮像装置には、センサ部２２、ＡＤ変換部２３および画像処理部２４が設けられている。画像処理部２４には、黒レベル補正部２５、キズ補正部２６、レベル補正部２７、ノイズキャンセル部２８、シェーディング係数算出部２９、デジタルゲイン部３０およびスケーラデジタルクロップ処理部３１が設けられている。センサ部２２の前段にはレンズ２１が設けられている。画像処理部２４は、ＡＤ変換部２３から出力された画素信号を信号処理する。センサ部２２は被写体を画素ごとに光電変換し、画素信号を生成する。ＡＤ変換部２３はセンサ部２２から出力された画素信号をデジタル値に変換する。黒ベル補正部２５は、センサ部２２に設けられた遮光画素からの出力に基づいてセンサ出力のオフセット値を補正する。
キズ補正部２６は、画素のキズが修復されるように画素から読み出された画素信号を補正する。
レベル補正部２７は、センサ部２２の互いに異なる位置に配置された第１画素の画素信号と第２画素の画素信号のレベル差を検出し、そのレベル差に基づいてその画素信号を補正することができる。なお、このレベル差を段差ノイズと言うことがある。この時、レベル補正部２７は、第１画素が第２画素の位置にある時の第１画素の画素信号のレベルの算出値に基づいて、第２画素の画素信号を補正するようにしてもよい。第１画素の画素信号のレベルの算出値は、第２画素の周囲に均等に配置された第１画素の画素信号の平均値を用いることができる。
ノイズキャンセル部２８は、画素から読み出された画素信号のフィルタリングを行うことで、画素信号のノイズを低減する。キズ補正およびノイズキャンセル処理は、ラインメモリを用いた２次元空間上での補正でもよいしラインメモリを用いない１次元処理でもよい。２次元空間上での補正では、ある画素の画素信号を補正するために、その画素と同一ライン上の画素の画素信号だけでなく、そのラインと異なるライン上の画素の画素信号を参照することができる。この時、２次元空間上での補正では、補正対象の画素のラインと異なるライン上の画素の画素信号を記憶するために、メモリを用いることができる。１次元処理による補正では、ある画素の画素信号を補正するために、その画素と同一ライン上の画素の画素信号を参照することができる。この時、１次元処理では、補正対象の画素のラインと異なるライン上の画素の画素信号を記憶する必要がないため、ラインメモリを不要とすることができる。
デジタルゲイン部３０は、センサ出力に係数を乗算することで、ホワイトバランス調整、デジタルゲイン調整および光学シェーディング補正を行う。光学シェーディング補正では、レンズ２１の光学特性に起因するセンサ部２２の周辺光量の減衰を補正することができる。
シェーディング係数算出部２９は、光学シェーディング補正に用いるシェーディング係数Ｋｓを算出する。シェーディング係数Ｋｓは、センサ部２２の画像中心から周辺に向かってパラボラ（放物線）状に変化させることができる。
スケーラデジタルクロップ処理部３１は、線形フィルタにより画像サイズを所定サイズに調整したり、画像の所定領域を切り出したりすることができる。
【０００９】
レンズ２１を介してセンサ部２２に入射光ＬＩが入射することにより撮像が行われる。画素から読み出された画素信号はＡＤ変換部２３にてデジタル値に変換される。そして、黒レベル補正部２５において、画素信号の黒レベルが補正された後、キズ補正部２６において、画素信号のキズ補正が行なわれる。レベル補正部２７において、センサ部２２の互いに異なる位置に配置された第１画素の画素信号と第２画素の画素信号のレベル差が検出され、そのレベル差に基づいてその画素信号が補正される。この時、レベル補正部２７は、第１画素の画素信号と第２画素の画素信号のレベル差が制限値に満たない場合、そのレベル差が小さくなるように補正量を設定することができる。また、レベル補正部２７は、センサ部２２の画像中心から周辺に向かって補正量を大きくすることができる。センサ部２２の画像中心は、例えば、センサ部２２の画像を縦および横に２等分する直線を引いた時にその直線の交点とすることができる。センサ部２２の画像の対角線の交点でもよい。
ノイズキャンセル部２８において、画素信号のノイズキャンセルが行われた後、デジタルゲイン部３０において、ホワイトバランス調整、デジタルゲイン調整および光学シェーディング補正が行われる。その後、スケーラデジタルクロップ処理部３１において、出力媒体の表示サイズに合うように画像サイズが調整されたり、画像の切り出しが行われる。
【００１０】
図２は、図１のセンサ部およびＡＤ変換部の構成例を示すブロック図である。
図２において、画素アレイ部１には、光電変換した電荷を蓄積する画素ＰＸがロウ方向ＲＤおよびカラム方向ＣＤにアレイ状に配置されている。また、この画素アレイ部１において、ロウ方向ＲＤには画素ＰＸの読み出し制御を行う水平制御線Ｈｌｉｎが設けられ、カラム方向ＣＤには画素ＰＸから読み出された信号を伝送する垂直信号線Ｖｌｉｎが設けられている。
【００１１】
また、固体撮像装置には、読み出し対象となる画素ＰＸを垂直方向に走査する垂直走査回路２、画素ＰＸとの間でソースフォロア動作を行うことにより、画素ＰＸから垂直信号線Ｖｌｉｎにカラムごとに信号を読み出す負荷回路３、各画素ＰＸの信号成分をＣＤＳにてカラムごとに検出し、ＡＤ変換して出力するカラムＡＤＣ回路４、読み出し対象となる画素ＰＸを水平方向に走査する水平走査回路５、カラムＡＤＣ回路４に基準電圧ＶＲＥＦを出力する基準電圧発生回路６および各画素ＰＸの読み出しや蓄積のタイミングを制御するタイミング制御回路７が設けられている。なお、基準電圧ＶＲＥＦはランプ波を用いることができる。水平走査回路５は、カラムＡＤＣ回路４でパラレルに生成されたＡＤ変換値を水平方向にシリアルに転送する水平レジスタを用いることができる。
【００１２】
画素アレイ部１では、撮像画像をカラー化するために、４個の画素Ｐ１〜Ｐ４を１組としたベイヤ配列ＨＰを用いることができる。このベイヤ配列ＨＰでは、ベイヤ配列ＨＰの第１の対角方向に２個の緑色画素Ｇｒ、Ｇｂが配置され、ベイヤ配列ＨＰの第２の対角方向に１個の赤色画素Ｒと１個の青色画素Ｂが配置される。
【００１３】
そして、垂直走査回路２にて画素ＰＸが垂直方向に走査されることで、ロウ方向ＲＤに画素ＰＸが選択される。そして、負荷回路３において、その画素ＰＸとの間でソースフォロア動作が行われることにより、画素ＰＸから読み出された信号が垂直信号線Ｖｌｉｎを介して伝送され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。また、基準電圧発生回路６において、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が設定され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。そして、カラムＡＤＣ回路４において、画素ＰＸから読み出された信号レベルとリセットレベルがランプ波のレベルに一致するまでクロックのカウント動作が行われ、その時の信号レベルとリセットレベルとの差分がとられることで各画素ＰＸの信号成分がＣＤＳにて検出され、出力信号Ｓｏｕｔとして出力される。
ここで、図１のレベル補正部２７は、センサ部２２の互いに異なる位置に配置され、画素信号のレベル差の検出に用いられる第１画素および第２画素として、各ベイヤ配列ＨＰの緑色画素Ｇｒ、Ｇｂを用いることができる。これらの緑色画素Ｇｒ、Ｇｂは、互いに隣接して配置され、感度が互いに等しくかつ同色である。レベル補正部２７は、緑色画素Ｇｒ、Ｇｂ間の画素信号のレベル差を検出し、そのレベル差が制限値に満たない場合、そのレベル差が小さくなるように緑色画素Ｇｒ、Ｇｂの画素信号を演算処理することができる。
【００１４】
図３は、図２の固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
図３において、１つの画素ＰＸには、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４、行選択トランジスタＴＤ、増幅トランジスタＴＡ、リセットトランジスタＴＲおよび読み出しトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４が設けられている。フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、画素Ｐ１〜Ｐ４にそれぞれ含まれる。ここで、行選択トランジスタＴＤ、増幅トランジスタＴＡおよびリセットトランジスタＴＲはフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４にて共用されている。読み出しトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４は、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４ごとに設けられている。また、増幅トランジスタＴＡとリセットトランジスタＴＲと読み出しトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４との接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンＦＤが形成されている。
【００１５】
読み出しトランジスタＴＥ１のソースは、フォトダイオードＰＤ１に接続され、読み出しトランジスタＴＥ２のソースは、フォトダイオードＰＤ２に接続され、読み出しトランジスタＴＥ３のソースは、フォトダイオードＰＤ３に接続され、読み出しトランジスタＴＥ４のソースは、フォトダイオードＰＤ４に接続されている。
リセットトランジスタＴＲのソースは、読み出しトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４のドレインに接続され、リセットトランジスタＴＲおよび増幅トランジスタＴＡのドレインは、電源電位ＶＤＤに接続されている。
行選択トランジスタＴＤのソースは、垂直信号線Ｖｌｉｎに接続され、増幅トランジスタＴＡのゲートは、読み出しトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４のドレインに接続され、行選択トランジスタＴＤのドレインは、増幅トランジスタＴＡのソースに接続されている。各読み出しトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４のゲートには、リード信号ＲＥＡＤ１〜ＲＥＡＤ４が印加される。リセットトランジスタＴＲのゲートには、リセット信号ＲＥＳＥＴが印加される。行選択トランジスタＴＤのゲートには、行選択信号ＡＤＲが印加される。リード信号ＲＥＡＤ１〜ＲＥＡＤ４、リセット信号ＲＥＳＥＴおよび行選択信号ＡＤＲは、図１の水平制御線Ｈｌｉｎを介してロウ方向ＲＤに伝送される。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４から読み出された画素信号Ｖｓｉｇは、図１の垂直信号線Ｖｌｉｎを介してカラム方向ＣＤに伝送される。
【００１６】
図４は、図２の固体撮像装置の画素のレイアウト例を示す平面図である。なお、図４では、ベイヤ配列ＨＰを成す４個のセルＳＥ１〜ＳＥ４のレイアウト例を示した。
図４において、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４が半導体基板ＳＢに正方状に配置されることでセルＳＥ１〜ＳＥ４がそれぞれ構成されている。
セルＳＥ１〜ＳＥ４間には、行選択トランジスタＴＤ、増幅トランジスタＴＡおよびリセットトランジスタＴＲが配置されている。行選択トランジスタＴＤおよび増幅トランジスタＴＡはロウ方向ＲＤに隣接して配置されている。リセットトランジスタＴＲはカラム方向ＣＤに配置されている。フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の正方配置の中央には、フローティングディフュージョンＦＤが配置されている。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４とフローティングディフュージョンＦＤとの間には、読み出しトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４が配置されている。増幅トランジスタＴＡのゲート電極とフローティングディフュージョンＦＤは配線Ｈ１を介して接続され、リセットトランジスタＴＲのソースとフローティングディフュージョンＦＤは配線Ｈ２を介して接続されている。行選択トランジスタＴＤのソースは垂直信号線Ｖｌｉｎに接続されている。
【００１７】
図５は、第１実施形態に係る固体撮像装置のレベル補正に使用される画素を示す図である。なお、図５では、ベイヤ配列ＨＰを成す画素ＰＸを３行×７列に渡って抜き出した場合を示す。この時、図５のラインＬ１に配置されている４個の緑色画素ＧｂをＧｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ４で示した。図５のラインＬ２に配置されている３個の緑色画素ＧｒをＧｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３で示した。図５のラインＬ３に配置されている４個の緑色画素ＧｂをＧｂ５、Ｇｂ６、Ｇｂ７、Ｇｂ８で示した。
図５において、補正対象画素が緑色画素Ｇｒ２であるものとする。この時、緑色画素Ｇｒ２の位置における緑色画素Ｇｂの画素信号を求めるために、緑色画素Ｇｒ２の周囲に均等に配置されている８個の緑色画素Ｇｂ１〜Ｇｂ８の画素信号Ｓｂ１〜Ｓｂ８を参照することができる。
この時、緑色画素Ｇｂ１〜Ｇｂ８の画素信号Ｓｂ１〜Ｓｂ８の平均値ＡＧｂは、
ＡＧｂ＝（Ｓｂ１＋Ｓｂ２＋＋Ｓｂ３＋Ｓｂ４＋＋Ｓｂ５＋Ｓｂ６＋Ｓｂ７＋Ｓｂ８）／８という式で与えられる。
また、緑色画素Ｇｒ２について、緑色画素Ｇｒ２の周囲に均等に配置されている緑色画素Ｇｒ１、Ｇｒ３の画素信号Ｓｒ１、Ｓｒ３を参照し、緑色画素Ｇｒ１〜Ｇｒ３の画素信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３の加重平均値ＡＧｒを求めることができる。この時、加重平均値ＡＧｒは、
ＡＧｒ＝（Ｓｒ１＋２×Ｓｒ２＋Ｓｒ３）／４
という式で与えることができる。
緑色画素Ｇｒ２の位置における緑色画素Ｇｂの画素信号を求めるために、３行×７列に渡って配置された緑色画素Ｇｂ１〜Ｇｂ８の画素信号Ｓｂ１〜Ｓｂ８を用いた。この時、３行×７列のエリアにおける画素の画素信号にバラツキがあると、そのバラツキも平均値ＡＧｂに反映される。このため、緑色画素Ｇｒ２についても、３行×７列に渡って配置された緑色画素Ｇｒ１、Ｇｂ２、Ｇｒ３の画素信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３についての加重平均値ＡＧｒを算出することにより、３行×７列のエリアにおける画素の画素信号のバラツキを加重平均値ＡＧｒに反映させることができる。この時、補正対象の緑色画素Ｇｂ２の画素信号Ｓｒ２は、その周囲の緑色画素Ｇｒ１、Ｇｒ３の画素信号Ｓｒ１、Ｓｒ３に比べて重みを重くすることができる。
そして、緑色画素Ｇｒ２の位置における緑色画素Ｇｂの画素信号と緑色画素Ｇｒ２の位置における緑色画素Ｇｒの画素信号のレベル差を平均値ＡＧｂと加重平均値ＡＧｒとの差分Ｓｂで与えることができる。平均値ＡＧｂと加重平均値ＡＧｒとの差分Ｓｂに基づいて緑色画素Ｇｒ２の画素信号を補正することができる。
この時、図４のレイアウトによる緑色画素Ｇｒ、Ｇｂの配置位置に起因して緑色画素Ｇｒ、Ｇｂへの入射光量に差異が生じたり、カメラモジュールの低背化に伴って周辺画素への入射光の傾きが大きくなったりすると、均一面の撮像時においても緑色画素Ｇｒ、Ｇｂの画素信号にレベル差が発生する。ここで、緑色画素Ｇｒ、Ｇｂ間の画素信号のレベル差に基づいて、これらの画素信号を補正することにより、緑色画素Ｇｒ、Ｇｂ間の画素信号のレベル差を解消することができ、段差ノイズを低減することができる。
【００１８】
なお、図５の例では、緑色画素Ｇｒ２の位置における緑色画素Ｇｂの画素信号を求めるために、緑色画素Ｇｒ２を中心とした３行×７列のエリアにおける緑色画素Ｇｂ１〜Ｇｂ８の画素信号を参照する方法について説明したが、緑色画素Ｇｒ２を中心とした３行×３列のエリアにおける緑色画素Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ６、Ｇｂ７の画素信号を参照するようにしてもよい。
この時、緑色画素Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ６、Ｇｂ７の画素信号Ｓｂ２、Ｓｂ３、Ｓｂ６、Ｓｂ７の平均値ＡＧｂは、
ＡＧｂ＝（Ｓｂ２＋Ｓｂ３＋Ｓｂ６＋Ｓｂ７）／４という式で与えられる。
また、緑色画素Ｇｒ２については、緑色画素Ｇｒ２を中心とした３行×３列のエリアには、緑色画素Ｇｒ２以外の緑色画素Ｇｂはないので、緑色画素Ｇｒ２の画素信号Ｓｒ２を差分Ｓｂの算出に用いることができる。
【００１９】
また、図５の例では、緑色画素Ｇｒ、Ｇｂ間の画素信号のレベル差として、画素信号Ｓｂ１〜Ｓｂ８の平均値ＡＧｂと画素信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３の加重平均値ＡＧｒとの差分Ｓｂを用いる方法について説明したが、各ベイヤ配列ＨＰの緑色画素Ｇｂの画素信号と緑色画素Ｇｒの画素信号との差分を用いるようにしてもよい。例えば、緑色画素Ｇｒ２と緑色画素Ｇｂ７との間のレベル差を解消するため、緑色画素Ｇｒ２の画素信号と緑色画素Ｇｂ７の画素信号との差分を求め、この差分が０に近づくように緑色画素Ｇｒ２、Ｇｂ７の画素信号を補正するようにしてもよい。
【００２０】
図６は、図１のレベル補正部の構成例を示すブロック図である。
図６において、レベル補正部２７には、１Ｈ遅延用ＳＲＡＭ３１、３２、Ｇ画素フィルタ３３、３４、差分検出部３５、入力制限部３６、２次曲線係数算出回路３７、乗算器３８および加算器３９が設けられている。１Ｈ遅延用ＳＲＡＭ３１は、キズ補正部２６の出力を１水平期間（以下、１Ｈと略す）だけ遅延させる。なお、１水平期間は、画素アレイ部１をロウ方向ＲＤに１ライン分だけ走査するのにかかる時間である。１Ｈ遅延用ＳＲＡＭ３２は、１Ｈ遅延用ＳＲＡＭ３１の出力を１Ｈだけ遅延させる。Ｇ画素フィルタ３３は、緑色画素Ｇｒ１〜Ｇｒ３の画素信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３の加重平均値ＡＧｒを求める。Ｇ画素フィルタ３４は、緑色画素Ｇｂ１〜Ｇｂ８の画素信号Ｓｂ１〜Ｓｂ８の平均値ＡＧｂを求める。差分検出部３５は、平均値ＡＧｂと加重平均値ＡＧｒとの差分Ｓｂを求める。入力制限部３６は、平均値ＡＧｂと加重平均値ＡＧｒとの差分Ｓｂが制限値ｌｉｍ以上の場合、緑色画素Ｇｒの画素信号Ｓｒの補正量Ｈｓを制限する。２次曲線係数算出回路３７は、画素アレイ部１の画像中心からの補正対象画素の位置に基づいて、補正対象画素の補正量Ｈｓの導出に用いられる係数Ｋ×Ｐａを算出する。この時、補正対象画素の位置の導出には、水平同期信号ＳＨおよび垂直同期信号ＳＶのカウント値を用いることができる。乗算器３８は、入力制限部３６の出力Ｓｍに係数Ｋ×Ｐａを乗算する。加算器３９は、画素信号Ｓｒに補正量Ｈｓを加算する。
【００２１】
そして、１Ｈ遅延用ＳＲＡＭ３１にて１Ｈだけ遅延された画素信号ＳｒはＧ画素フィルタ３３に入力される。また、緑色画素Ｇｂの画素信号Ｓｂと、１Ｈ遅延用ＳＲＡＭ３１、３２にて２Ｈだけ遅延された画素信号ＳｂはＧ画素フィルタ３４に入力される。この時、Ｇ画素フィルタ３３は、図５のラインＬ２の画素信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３を受け取り、Ｇ画素フィルタ３４は、図５のラインＬ１、Ｌ３の画素信号Ｓｂ１〜Ｓｂ８を受け取ることができる。そして、Ｇ画素フィルタ３３において、画素信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３から加重平均値ＡＧｒが算出され、差分検出部３５および入力制限部３６に出力される。また、Ｇ画素フィルタ３４において、画素信号Ｓｂ１〜Ｓｂ８から平均値ＡＧｂが算出され、差分検出部３５に出力される。そして、差分検出部３５において、平均値ＡＧｂと加重平均値ＡＧｒとの差分Ｓｂが算出され、入力制限部３６に出力される。そして、入力制限部３６において、−ｌｉｍ＜Ｓｂ＜ｌｉｍという条件を満たすかどうかが判定され、−ｌｉｍ＜Ｓｂ＜ｌｉｍという条件を満たす場合、入力制限部３６の出力Ｓｍが加重平均値ＡＧｒに設定される。一方、−ｌｉｍ＜Ｓｂ＜ｌｉｍという条件を満たさない場合、補正量Ｈｓが制限されるように入力制限部３６の出力Ｓｍが設定される。
【００２２】
図７は、図６の入力制限部の入出力特性の一例を示す図である。なお、図７の例では、三角リミッタ方式にて入力制限部３６の出力Ｓｍを設定する方法について示した。
図７において、−ｌｉｍ＜Ｓｂ＜ｌｉｍという条件を満たす場合、入力制限部３６から差分Ｓｂがそのまま出力される。一方、−ｌｉｍ＜Ｓｂ＜ｌｉｍという条件を満たさない場合、差分Ｓｂが減少された値が入力制限部３６から出力される。
例えば、差分Ｓｂが正の場合、入力制限部３６の出力Ｓｍは以下の式で与えることができる。
・Ｓｂ＜ｌｉｍならばＳｍ＝Ｓｂ
・Ｓｂ＝ｌｉｍならばＳｍ＝ｌｉｍ
・Ｓｂ＜２×ｌｉｍならばＳｍ＝２×ｌｉｍ−Ｓｂ
・それ以外ならばＳｍ＝０
なお、制限値ｌｉｍは、加重平均値ＡＧｒに応じて設定することができ、例えば、加重平均値ＡＧｒの２％程度の値に設定することができる。また、図７の例では、三角リミッタ方式にて入力制限部３６の出力Ｓｍを設定する方法について示したが、クリップ方式にて入力制限部３６の出力Ｓｍを設定するようにしてもよい。
一方、２次曲線係数算出回路３７において、画素アレイ部１の画像中心からの補正対象画素の位置に基づいて係数Ｋ×Ｐａが算出され、乗算器３８に出力される。
【００２３】
図８は、第１実施形態に係る固体撮像装置のレベル補正に用いられる２次曲線係数の設定例を示す図である。
図８において、画素アレイ部１の画像中心Ｓｃの水平位置および垂直位置が（Ｃｈ，Ｃｖ）で与えられるものとする。この時、画素アレイ部１の画像中心Ｓｃからの補正対象画素の位置に応じた２次曲線式Ｐａは、以下の式で与えることができる。
Ｐａ＝（Ｈ−Ｃｈ）２＋（Ｖ−Ｃｖ）２
ただし、Ｈは水平同期信号ＳＨのカウント値、Ｖは垂直同期信号ＳＶのカウント値である。２次曲線式Ｐａに定数Ｋをかけることで係数Ｋ×Ｐａを算出することができる。定数Ｋは、２次曲線式Ｐａの最大値が１以下になるように設定することができる。
【００２４】
そして、乗算器３８において、入力制限部３６の出力Ｓｍに係数Ｋ×Ｐａが乗算されることで、補正量Ｈｓが算出される。そして、加算器３９において、画素信号Ｓｒに補正量Ｈｓが加算されることで、段差ノイズが低減される。
【００２５】
図９（ａ）は、被写体のレベル差の一例を示す図、図９（ｂ）は、画素間のレベル差の一例を示す図である。
図９（ａ）および図９（ｂ）において、一般的には、被写体の輝度のレベル差ＬＢは、段差ノイズに起因する画素間のレベル差ＬＧよりも大きい。この時、画素アレイ部１の画像中心Ｓｃから端部に向かって入射光ＬＩの入射角が大きくなると、段差ノイズに起因する画素間のレベル差ＬＧが増大する。
ここで、入力制限部３６を設けることにより、被写体の輝度のレベル差ＬＢを維持しつつ、段差ノイズを低減することが可能となる。また、２次曲線係数算出回路３７を設けることにより、画素アレイ部１の画像中心Ｓｃからの補正対象画素の位置に起因する段差ノイズの増大に応じて補正量Ｈｓを増大させることが可能となる。
【００２６】
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１０の構成では、図１の画像処理部２４の代わりに画像処理部２４´が設けられている。画像処理部２４´には、図１のレベル補正部２７の代わりにレベル補正部２７´が設けられている。レベル補正部２７´では、図６の２次曲線係数算出回路３７が削除されている。そして、シェーディング係数Ｋｓがシェーディング係数算出部２９から加算器３９に入力される。そして、乗算器３８において、入力制限部３６の出力Ｓｍにシェーディング係数Ｋｓが乗算されることで、補正量Ｈｓが算出される。
ここで、光学シェーディングが大きくなると、画素アレイ部１の端部で入射光ＬＩの入射角が大きくなり、画素アレイ部１の端部での段差ノイズが増大する。この時、シェーディング係数Ｋｓを補正量Ｈｓの算出に用いることにより、レンズ２１の光学特性を補償するように補正量Ｈｓを算出することができ、補正精度を向上させることができる。
【００２７】
図１１は、図１０の固体撮像装置のレベル補正に用いられるシェーディング係数の一例を示す図である。
図１１において、補正対象画素の位置Ｄｋが画素アレイ部１の画像中心Ｓｃから離れるに従ってシェーディング係数Ｋｓが増大する。このため、シェーディング係数Ｋｓを補正量Ｈｓの算出に用いることにより、画素アレイ部１の端部での段差ノイズの増大に応じて補正量Ｈｓを増大させることができる。
【００２８】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態に係る固体撮像装置のレベル補正に用いられる２次曲線係数の設定方法を示す図である。
図１２において、図６の２次曲線式Ｐａを算出する場合、画素アレイ部１を分割する。図１２の例では、画素アレイ部１を４個の領域ＥＡ〜ＥＤに分割した場合を示した。この時、２次曲線式Ｐａは、以下の式で与えることができる。
Ｐａ＝Ａ（Ｈ−Ｃｈ）２＋Ｂ（Ｖ−Ｃｖ）２
ただし、係数Ａ、Ｂは領域ＥＡ〜ＥＤごとに別個に設定することができる。ここで、係数Ａ、Ｂを領域ＥＡ〜ＥＤごとに別個に設定することにより、２次曲線式Ｐａとレンズ２１の光学特性との整合性を向上させることができ、補正精度を向上させることができる。
【００２９】
（第４実施形態）
図１３は、第４実施形態に係る固体撮像装置が適用されるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
図１３において、デジタルカメラ５１は、カメラモジュール５２および後段処理部５３を有する。カメラモジュール５２は、撮像光学系５４および固体撮像装置５５を有する。後段処理部５３は、イメージシグナルプロセッサ（ＩＳＰ）５６、記憶部５７および表示部５８を有する。なお、図１の画像処理部２４はイメージシグナルプロセッサ５６に設けることができる。また、ＩＳＰ５６の少なくとも一部の構成は固体撮像装置５５とともに１チップ化するようにしてもよい。固体撮像装置５５は、図２の構成を用いることができる。
【００３０】
撮像光学系５４は、入射光ＬＩを取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置５５は、被写体像を撮像する。ＩＳＰ５６は、固体撮像装置５５での撮像により得られた画像信号を信号処理する。記憶部５７は、ＩＳＰ５６での信号処理を経た画像を格納する。記憶部５７は、ユーザの操作等に応じて、表示部５８へ画像信号を出力する。表示部５８は、ＩＳＰ５６あるいは記憶部５７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５８は、例えば、液晶ディスプレイである。なお、カメラモジュール５２は、デジタルカメラ５１以外にも、例えばカメラ付き携帯端末またはスマートフォン等の電子機器に適用するようにしてもよい。
【００３１】
（第５実施形態）
図１４は、第５実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。
図１４において、レンズ２１で集光された入射光ＬＩは、メインミラー１０１、サブミラー１０２及びメカシャッタ１０６を経て撮像素子１０７へ進行する。カメラモジュール１００は、撮像素子１０７において被写体像を撮像する。撮像素子１０７は、図１の構成を用いることができる。
サブミラー１０２で反射した光は、オートフォーカス（ＡＦ）センサ１０３へ進行する。カメラモジュール１００は、ＡＦセンサ１０３での検出結果を使用するフォーカス調整を行う。メインミラー１０１で反射した光は、レンズ１０４及びプリズム１０５を経てファインダー１０８へ進行する。
【００３２】
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】
【００３３】
１  画素アレイ部、２  垂直走査回路、３  負荷回路、４  カラムＡＤＣ回路、５  水平走査回路、６  基準電圧発生回路、７  タイミング制御回路、Ｖｌｉｎ  垂直信号線、Ｈｌｉｎ  水平制御線、ＰＸ、Ｐ１〜Ｐ４  画素、ＨＰ  ベイヤ配列、Ｇｒ、Ｇｂ  緑色画素、Ｒ  赤色画素、Ｂ  青色画素
【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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【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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