JP2009077047A - 電子カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】ビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの電子カメラにおいて、横筋ノイズを低減する。
【解決手段】電子カメラの固体撮像素子３は、受光面Ｐの中央部に実効領域３１が配置されており、実効領域３１の両側にはオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂが配置されている。実効領域３１の実効画素から出力された画像信号に基づいて出力信号を生成する際には、２つのオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂのオプチカルブラック画素から出力された黒レベル信号を両方とも用いて画像信号を黒レベル補正する。これにより、画像信号の黒レベル補正がきめ細かく行われ、横筋ノイズが低減される。
【選択図】図２

Description

本発明は、オプチカルブラック領域を有する固体撮像素子が搭載された電子カメラに関するものである。

近年、オプチカルブラック領域を有する固体撮像素子が搭載された電子カメラが広く一般に普及している。このような固体撮像素子では、実効画素が２次元状に配置された実効領域を有しており、この実効領域の左右いずれか一辺に、黒レベル信号（基準信号）を出力するオプチカルブラック画素が配置されたオプチカルブラック領域が配置されるのが一般的である。

この種の電子カメラにおいては、シャッタレリーズに対応して垂直走査回路から行ごとに駆動パルスが出力されると、実効画素から画像信号が出力され、オプチカルブラック画素から黒レベル信号が出力される。そして、横一行の実効画素のそれぞれの画像信号に対して、同一の行に配置されるオプチカルブラック画素の黒レベル信号を用いて補正することにより、温度変化等の影響により黒レベル（基準レベル）が変動する事態に対処している。

ところが、これでは、オプチカルブラック領域に強い光が侵入した場合、黒レベル補正後の画像信号が部分的にレベル低下する。そのため、画面の一部が暗く沈むといった不具合が発生する。

そこで、実効領域の左右両辺にオプチカルブラック領域を配置し、１箇所のオプチカルブラック領域に強い光が侵入しても、残りのオプチカルブラック領域から正確な黒レベル信号を得ることができるようにした技術が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２９０８４１号公報（段落〔００７５〕の欄）

しかしながら、このように黒レベル補正を実行しても、実際には黒レベルが適切に補正されず、横方向に筋状のノイズ（以下、横筋ノイズと称する。）が画像に現れることがあった。

この理由は、次のように推定することができる。すなわち、垂直走査回路から出力される駆動パルスは、垂直走査回路に近い画素から遠い画素へ順次入力されるので、そのタイムラグにより、黒レベルが画素ごとに僅かずつずれてしまう。近年のように電子カメラの画素数が増大し、チップサイズが大きくなるにつれ、垂直走査回路側とその反対側とでタイミングのずれが大きくなる。これに伴い、黒レベルを取得するタイミングも大きくずれるため、黒レベルに行間ばらつきが生じる。その結果、画像に横筋ノイズが現れることになる。

本発明は、このような事情に鑑み、横筋ノイズを低減することが可能な電子カメラを提供することを目的とする。

本発明の第１の電子カメラ（１）は、画像信号を出力する実効画素（３７）が、互いに交差する第１および第２の方向に２次元状に配置された実効領域（３１）を有する固体撮像素子（３）を有する電子カメラであって、前記固体撮像素子は、前記実効領域の前記第１の方向の両側にそれぞれ設けられ、黒レベル信号を出力するオプチカルブラック画素（３９）が配置されたオプチカルブラック領域（３３ａ、３３ｂ）と、前記第２の方向に配置される少なくとも一列の前記実効画素および前記オプチカルブラック画素から前記画像信号または前記黒レベル信号を受け取って前記第２の方向に読み出す複数の第１読み出し部（４７）と、前記第１読み出し部から前記画像信号および前記黒レベル信号を受け取って前記第１の方向に読み出す第２読み出し部（４８）とを備え、前記電子カメラは、前記黒レベル信号に基づいて補正値を算出し、この補正値を前記画像信号から差し引いて出力信号を生成する画像制御部（４）を有し、前記画像制御部は、前記出力信号を生成するに際して、前記２つのオプチカルブラック領域のオプチカルブラック画素から出力された黒レベル信号を両方とも用いて前記画像信号を黒レベル補正する電子カメラとしたことを特徴とする。

なお、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものでないことは言及するまでもない。

本発明によれば、画像信号の黒レベル補正をきめ細かく行えるため、横筋ノイズを低減することが可能な電子カメラを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図４には、本発明の実施の形態１を示す。

まず、構成を説明する。

電子カメラ１は、図１に示すように、撮影レンズ２を有しており、撮影レンズ２の像空間には、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子３の受光面が配置されている。この固体撮像素子３の出力は、Ａ／Ｄ変換部５および信号処理部６を介してバス７に信号接続されている。バス７には、画像信号などを一時記憶するバッファメモリ（メモリ手段）８、画像信号に画像処理を施す画像処理部９、画像信号をモニタ表示するモニタ表示部１０、画像信号を圧縮して記録する記録部１１、システム制御用のマイクロプロセッサ１３が信号接続されており、記録部１１にはメモリカード１２が信号接続されている。さらに、マイクロプロセッサ１３には、レリーズボタンやエリアセレクタなどの操作部１５が信号接続されている。そして、マイクロプロセッサ１３、Ａ／Ｄ変換部５、信号処理部６およびバッファメモリ８により、画像制御部４が構成されている。

ところで、固体撮像素子３は、図２に示すように、受光面Ｐを備えており、受光面Ｐには、その中央部に実効領域３１が配置されているとともに、実効領域３１の水平方向の両側にそれぞれオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂが配置されている。これらのオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの表面は、それぞれ遮光膜３２によって覆われている。

ここで、実効領域３１には、図３に示すように、複数の実効画素３７が水平方向（第１の方向）および垂直方向（第２の方向）に２次元状（例えば、８００行１０００列）に配置されており、各実効画素３７は、光電変換部を有し、入射光量に応じた電荷を生成し、増幅部より画像信号を出力する機能を備えている。一方、オプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂにはそれぞれ、複数のオプチカルブラック画素３９が水平方向および垂直方向に２次元状（例えば、８００行１０列）に配置されており、各オプチカルブラック画素３９は、光電変換部を有し、黒レベルの電荷を生成し、増幅部より黒レベル信号を出力する機能を備えている。なお、図３では、実効領域３１および各オプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの画素数を減らして簡略化している。

また、実効領域３１および各オプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの左方には、図３に示すように、垂直走査回路４５が設けられており、実効画素３７およびオプチカルブラック画素３９は、行ごとにそれぞれ駆動配線４６を介して垂直走査回路４５に接続されている。また、実効領域３１および各オプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの上方には、水平走査回路４４および相関二重サンプリング回路４１が設けられており、実効画素３７およびオプチカルブラック画素３９は、列ごとにそれぞれ垂直信号線（第１読み出し部）４７および列アンプ４３を介して相関二重サンプリング回路４１に接続されている。そして、水平走査回路４４と相関二重サンプリング回路４１との間には水平信号線（第２読み出し部）４８が配設されている。各垂直信号線４７に設けられた水平スイッチ５０は、列ごとにそれぞれ駆動配線４９を介して水平走査回路４４に接続されている。さらに、水平信号線４８には出力アンプ４２が接続されている。

以上のような構成を有する電子カメラ１の動作について、図４に示すフローチャートのステップＳ１〜Ｓ９に沿って説明する。

まず、ステップＳ１で、マイクロプロセッサ１３は、ユーザーによるシャッタレリーズを待機する。そして、シャッタレリーズが押されると、被写体からの入射光が撮影レンズ２を通して固体撮像素子３に導かれる。

次いで、ステップＳ２に移行し、マイクロプロセッサ１３は、固体撮像素子３において被写体像の光電変換を実行する。すなわち、実効画素３７において被写体像を光電変換させて画像用の電荷を生成蓄積させるとともに、オプチカルブラック画素３９において黒レベルの電荷を生成蓄積させる。

次に、ステップＳ３に移行し、マイクロプロセッサ１３は、固体撮像素子３から画像信号および黒レベル信号を読み出す。すなわち、マイクロプロセッサ１３は、垂直走査回路４５を駆動して、行ごとに駆動配線４６を介して実効画素３７およびオプチカルブラック画素３９に駆動信号を出力させる。また、マイクロプロセッサ１３は、水平走査回路４４を駆動して、列ごとに駆動配線４９を介して水平信号線４８に駆動信号を出力させる。すると、各実効画素３７および各オプチカルブラック画素３９から、電荷に対応する信号が、垂直信号線４７に出力され、列アンプ４３で増幅された後、相関二重サンプリング回路４１で所定の処理を施される。そして、相関二重サンプリング回路４１の信号が、列ごとに水平信号線４８に読み出され、出力アンプ４２を介してＡ／Ｄ変換部５に出力される。ここで、画像信号および黒レベル信号の読み出し動作が終了する。

その後、ステップＳ４に移行し、Ａ／Ｄ変換部５は、こうして読み出された画像信号および黒レベル信号をＡ／Ｄ変換する。

次に、ステップＳ５に移行し、マイクロプロセッサ１３は、信号処理部６に対して黒レベル信号の平均化動作を指令する。これを受けて信号処理部６は、一方のオプチカルブラック領域３３ａの一つの行の黒レベル信号の平均値Ｄ１と、その行の他方のオプチカルブラック領域３３ｂの黒レベル信号の平均値Ｄ２を求める。同様に、すべての行についての黒レベル信号の平均値Ｄ１、Ｄ２を２つのオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂごとに求める。

その後、ステップＳ６に移行し、マイクロプロセッサ１３は、信号処理部６に対して補正値の算出動作を指令する。これを受けて信号処理部６は、（Ｄ１＋Ｄ２）／２を演算して各行におけるオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの黒レベル信号の平均値Ｄav（＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２）を算出し、これを補正値と定める。

さらに、ステップＳ７に移行し、マイクロプロセッサ１３は、信号処理部６に対して補正値の減算動作を指令する。これを受けて信号処理部６は、行ごとに、ｎ番目の実効画素３７の画像信号Ｄｎから補正値、つまり黒レベル信号の平均値Ｄavを減算して出力信号（＝Ｄｎ−Ｄav）を生成する。そして、信号処理部６は、この出力信号をバッファメモリ８に一時的に記憶する。

次に、ステップＳ８に移行し、マイクロプロセッサ１３は、画像処理部９に対して出力信号の画像処理動作を指令する。これを受けて画像処理部９は、バッファメモリ８に記憶された出力信号について、その補間処理、色補正等の画像処理を施す。このとき、出力信号はバッファメモリ８に記憶されているので、出力信号の生成速度が画像処理速度より大きくても、出力信号の生成に影響を及ぼすことなく画像処理を円滑に実行することができる。

最後に、ステップＳ９に移行し、マイクロプロセッサ１３は、記録部１１に対して出力信号の圧縮記録動作を指令する。これを受けて記録部１１は、この画像処理後の出力信号を圧縮してメモリカード１２に記録する。

ここで、電子カメラ１による撮像動作が完了する。

このように、この実施の形態１によれば、実効領域３１の水平方向の両端に配置されるオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの両方の黒レベル信号が補正に用いられるので、一方のみ用いる従来技術に比べて、画像信号の黒レベル補正をきめ細かく的確に行うことができる。その結果、横筋ノイズを低減することが可能となる。
［発明の実施の形態２］

この実施の形態２では、上述した実施の形態１と比べて、ステップＳ６における補正値の具体的な演算手法が異なる。その他の点は同じであるので、重複する説明は省略する。

すなわち、ステップＳ６で、信号処理部６は、数１に示す数式（１）により、各実効画素３７の位置に応じて補正値Ａを比例配分（一次関数）で算出する。この数式（１）において、Ｄｎはｎ番目の実効画素３７の画像信号を、Ｍは各行に配置される実効画素３７の画素数を、Ｄ１は各行における一方のオプチカルブラック領域３３ａの黒レベル信号の平均値を、Ｄ２は各行における他方のオプチカルブラック領域３３ｂの黒レベル信号の平均値をそれぞれ表す。したがって、この補正値Ａは、各行において実効画素３７ごとに（列ごとに）異なることになる。
（数１）
Ａ＝Ｄｎ−Ｄ１−｛（Ｄ２−Ｄ１）／Ｍ ×ｎ｝……（１）

このように、この実施の形態２によれば、実効領域３１の水平方向の両端に配置されるオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの両方の黒レベル信号が補正に用いられることに加えて、補正値Ａが実効画素３７ごとに異なる。したがって、補正を一層きめ細かく行うことができ、その結果、横筋ノイズを大幅に低減することが可能となる。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１、２において、各オプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの画素数は１つ以上であれば、いくつでも構わない。また、左右のオプチカルブラック領域３３ａ、３３ｂの画素数は互いに異なっていてもよい。

また、上述した実施の形態１、２では、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子３が搭載された電子カメラ１について説明したが、固体撮像素子３のタイプは、ＣＭＯＳ型に限るわけではなく、増幅型やＣＣＤ型であってもよい。

さらに、上述した実施の形態１、２では、光電変換部を有するオプチカルブラック画素３９を遮光膜３２で遮光することにより、黒レベル信号を出力しうるようにした場合について説明したが、光電変換部を有しないオプチカルブラック画素３９を代用することもできる。この場合、遮光膜３２を省けるため、その分だけ固体撮像素子３、ひいては電子カメラ１の軽量化および製造コスト削減を実現することが可能となる。

また、上述した実施の形態１、２では、第１読み出し部として垂直信号線４７を採用するとともに、第２読み出し部として水平信号線４８を採用した電子カメラ１について説明した。しかし、第１読み出し部として垂直ＣＣＤ（電荷結合素子）を採用し、第２読み出し部として水平ＣＣＤを採用することもできる。

また、上述した実施の形態１、２では、第１の方向が水平方向であり、第２の方向が垂直方向である場合について説明したが、逆に、第１の方向を垂直方向とし、第２の方向を水平方向としても構わない。

さらに、上述した実施の形態１、２では、第１の方向（水平方向）と第２の方向（垂直方向）とが互いに直交する場合について説明したが、これら第１および第２の方向は互いに交差していればよく、必ずしも直交する必要はない。

また、上述した実施の形態２では、実効画素３７ごとに補正値を定めて補正する場合について説明したが、複数個（例えば、５個）の実効画素３７ごとに補正グループを構成し、この補正グループ単位で補正値を定めて補正してもよい。

本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラその他の電子カメラに広く適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る電子カメラの構成を示すブロック図である。 同実施の形態１に係る固体撮像素子の正面図である。 同実施の形態１に係る固体撮像素子の回路図である。 本発明の実施の形態１に係る電子カメラの動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１……電子カメラ
２……撮影レンズ
３……固体撮像素子
４……画像制御部
５……Ａ／Ｄ変換部
６……信号処理部
７……バス
８……バッファメモリ（メモリ手段）
９……画像処理部
１０……モニタ表示部
１１……記録部
１３……マイクロプロセッサ
１２……メモリカード
１５……操作部
３１……実効領域
３３ａ、３３ｂ……オプチカルブラック領域
３２……遮光膜
３７……実効画素
３９……オプチカルブラック画素
４１……相関二重サンプリング回路
４２……出力アンプ
４３……列アンプ
４４……水平走査回路
４５……垂直走査回路
４６……駆動配線
４７……垂直信号線（第１読み出し部）
４８……水平信号線（第２読み出し部）
４９……駆動配線
５０……水平スイッチ
Ｐ……受光面

Claims (6)

1. 画像信号を出力する実効画素が、互いに交差する第１および第２の方向に２次元状に配置された実効領域を有する固体撮像素子を有する電子カメラであって、
   前記固体撮像素子は、
   前記実効領域の前記第１の方向の両側にそれぞれ設けられ、黒レベル信号を出力するオプチカルブラック画素が配置されたオプチカルブラック領域と、
   前記第２の方向に配置される少なくとも一列の前記実効画素および前記オプチカルブラック画素から前記画像信号または前記黒レベル信号を受け取って前記第２の方向に読み出す複数の第１読み出し部と、
   前記第１読み出し部から前記画像信号および前記黒レベル信号を受け取って前記第１の方向に読み出す第２読み出し部とを備え、
   前記電子カメラは、前記黒レベル信号に基づいて補正値を算出し、この補正値を前記画像信号から差し引いて出力信号を生成する画像制御部を有し、
   前記画像制御部は、前記出力信号を生成するに際して、前記２つのオプチカルブラック領域のオプチカルブラック画素から出力された黒レベル信号を両方とも用いて前記画像信号を黒レベル補正することを特徴とする電子カメラ。
2. 前記画像制御部は、前記出力信号を生成するに際して、行ごとに、前記２つのオプチカルブラック領域のオプチカルブラック画素から出力された黒レベル信号の平均値を求め、この平均値を前記補正値とすることを特徴とする請求項１に記載の電子カメラ。
3. 前記画像制御部は、前記出力信号を生成するに際して、前記実効画素ごとに前記補正値を定めることを特徴とする請求項１または２に記載の電子カメラ。
4. 前記画像制御部は、前記出力信号を生成するに際して、前記各オプチカルブラック領域のオプチカルブラック画素から出力された黒レベル信号に基づき、前記第１の方向における前記各実効画素の位置に応じて前記補正値を比例配分で算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子カメラ。
5. 前記画像制御部は、前記出力信号を生成するに際して、下記数式（１）により、
   Ａ＝Ｄｎ−Ｄ１−｛（Ｄ２−Ｄ１）／Ｍ ×ｎ｝……（１）
   （ここで、Ｄｎはｎ番目の実効画素の画像信号を、Ｍは各行に配置される実効画素の画素数を、Ｄ１は各行における一方のオプチカルブラック領域の黒レベル信号の平均値を、Ｄ２は各行における他方のオプチカルブラック領域の黒レベル信号の平均値をそれぞれ表す。）
   前記補正値Ａを算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子カメラ。
6. 前記画像信号および前記黒レベル信号を記憶するメモリ手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子カメラ。

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