JP2010004253A - 撮像装置及びその黒レベル検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】黒レベルの検出を高精度に行う。
【解決手段】複数の画素が二次元アレイ状に配列形成された有効画素領域及びオプティカルブラック部を備えるＣＣＤ型の固体撮像素子と、固体撮像素子の出力信号を相関二重サンプリング処理するＣＤＳ回路と、ＣＳＤ回路から出力されるオプティカルブラック部からの信号を黒レベル検出のためのクランプパルスＯＢＣＰでクランプするクランプ回路と、クランプ回路にクランプパルスを出力するパルス発生部と、クランプ回路の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路から出力される固体撮像素子の出力信号をデジタル処理する信号処理部と、信号処理部がデジタル処理によってオプティカルブラック部の欠陥Ｋ＋１を検出したとき該欠陥の位置に対応するパルス部分Ａを削除したクランプパルスＯＢＣＰをパルス発生部に生成させ出力させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ等の撮像装置及びその黒レベル検出方法に係り、特に、精度の高い黒レベルを検出する撮像装置及びその黒レベル検出方法に関する。

ＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）型の固体撮像素子を搭載した撮像装置では、下記の特許文献１，２，３に記載されている様に、固体撮像素子の有効画素領域周辺部に設けられたオプティカルブラック（ＯＢ）部から黒レベルを表す信号を読み出し、この黒レベル信号に基づき、信号処理を行っている。

ＯＢ部には、遮光膜で遮光された複数の画素（フォトダイオード）と、各画素列に沿って設けられた垂直転送路とが設けられている。このＯＢ部において、各画素のいずれかに欠陥がありその画素で暗電流が多く発生すると、その画素は、黒レベルと異なる信号レベルを出力する。

ＯＢ部の垂直転送路のいずれかの転送電極に欠陥があると、その転送電極で常に暗電流が発生し、その垂直転送路を使って読み出される信号は、黒レベルと異なる信号レベルになってしまう。

ＯＢ部から読み出した信号を、１枚の画像として表示したと仮定すると、欠陥が全く無いＯＢ部の画像は真っ黒の画像になる。これに対し、画素欠陥があると、この欠陥画素が孤立点として白く表示され、垂直転送路に欠陥があると、欠陥個所から電荷転送方向の上流側に伸びる白い縦線が表示される。

このような白点や白縦線となる信号レベルを、黒レベルとして信号処理すると、被写体画像の品質を劣化させてしまう。

特開平９―２４７５５２号公報 特開２０００―１２５２１１号公報 特開２００３―１８４６８号公報

近年のデジタルカメラ等の撮像装置は、画像の高品質化や高感度化が要求され、黒レベルが誤って検出されると、画質劣化に繋がってしまう。また、近年の固体撮像素子は、数百万画素以上を搭載するのが普通となっており、１画素１画素の面積が小さくなっている関係で、検出する信号レベルも小さくなっている。このため、黒レベルが精度良く検出されないと、これも画像の品質劣化に繋がってしまう。

本発明の目的は、精度の高い黒レベルの検出を行う撮像装置とその黒レベル検出方法を提供することにある。

本発明の撮像装置及びその黒レベル検出方法は、複数の画素が二次元アレイ状に配列形成された有効画素領域及びオプティカルブラック部を備えるＣＣＤ型固体撮像素子の出力信号を相関二重サンプリング処理し、該相関二重サンプリング処理後の前記オプティカルブラック部からの信号を黒レベル検出のためのクランプパルスでクランプし、該クランプ後の信号をデジタル信号に変換して画像信号処理し、該画像信号処理によって前記オプティカルブラック部の欠陥を検出したとき該欠陥の位置に対応するパルス部分を削除した前記クランプパルスを発生させ前記クランプを行わせることを特徴とする。

本発明の撮像装置及びその黒レベル検出方法は、ｎライン目の前記ＣＣＤ型固体撮像素子の出力信号に前記欠陥が検出されたとき該欠陥の位置に対応するパルス部分を削除したクランプパルスで前記ＣＣＤ型固体撮像素子からのｎ＋１ライン目の出力信号をクランプさせることを特徴とする。

本発明の撮像装置及びその黒レベル検出方法は、前記欠陥の位置情報をメモリに保存しておき、該メモリの保存情報に基づき前記クランプパルスを生成させることを特徴とする。

本発明の撮像装置及びその黒レベル検出方法は、前記メモリには、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の製造時の検査で検出された欠陥の位置情報も保存することを特徴とする。

本発明によれば、欠陥画素，欠陥転送路によって信号レベルが黒レベルにならない箇所の信号を除いてクランプ処理を行うため、精度の高い黒レベル検出が可能となり、高品質な画像を撮像することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。このデジタルカメラ２０は、撮像部２１と、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）回路２２と、撮像部２１及びＡＦＥ回路２２に駆動パルスを出力するタイミングジェネレータ（ＴＧ：パルス発生部）を含む駆動部２４と、フラッシュ２５とを備える。

撮像部２１は、撮影レンズ２１ａと、絞りやメカニカルシャッタ２１ｂと、ＣＣＤ型の固体撮像素子５０とを備える。

デジタルカメラ２０は、更に、ＡＦＥ回路２２の出力を取り込んで画像処理するデジタル信号処理部２６と、このデジタルカメラ２０の全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、画像処理された撮像画像データをＪＰＥＧ画像データやＭＰＥＧ画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、撮影された被写体画像を表示するカメラ背面等に設けられた表示部２８と、フレームメモリとして使用される内部メモリ３０と、メモリカード等の外部記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアＩ／Ｆ３１と、これらを相互接続するバス４０とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を取り込むシャッタボタンを含む操作部３３が接続されている。

システム制御部２９には、後述する欠陥情報を格納するメモリ２９ａが内蔵されている。また、システム制御部２９は、バス４０を介して制御指示を各構成部に出力する他、フラッシュ２５と駆動部２４を直接制御し、駆動部２４は、システム制御部２９からの指示により、詳細は後述するＯＢクランプパルス（ＯＢＣＰ）を生成し、ＡＦＥ回路２２に出力する。

ＡＦＥ回路２２は、固体撮像素子５０の出力信号を相関二重サンプリング処理するＣＤＳ回路２２ａと、ＣＤＳ回路２２ａの出力信号をクランプするＯＢクランプ回路２２ｂと、ＯＢクランプ回路２２ｂの出力信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理部２６に出力するＡ／Ｄ変換回路２２ｃとを備える。これらは、周知の構成のものを用いることができる。

図２は、固体撮像素子５０の表面模式図である。ＣＣＤ型の固体撮像素子５０は、有効画素領域５１と、その周辺部に設けられたオプティカルブラック（ＯＢ）部５２（左側を５２Ｌ、右側を５２Ｒとする。）と、下辺部に設けられた水平転送路５３と、水平転送路５３の出力端部に設けられた出力アンプ５４と備える。

有効画素領域５１とＯＢ部５２とには、図示省略の複数の画素が二次元アレイ状に配列形成され、各画素列に沿って垂直転送路が形成され、各画素から隣接の垂直転送路に読み出された電荷（電子）が、垂直転送路に沿って水平転送路５３まで転送され、次に水平転送路５３に沿って転送され、出力アンプ５４が、電荷量に応じた電圧値信号を出力する様になっている。ＯＢ部５２は、黒レベルを検出できるように、アルミ膜やタングステン膜等でなる遮光膜で覆われている。

次に、上述した実施形態に係るデジタルカメラ２０の動作について説明する。今、図２に示す水平ラインｎの信号が垂直転送路，水平転送路に沿って転送され、アンプ５４から出力されたとする。この１水平期間の信号を例示したのが、図３であり、ＣＤＳ回路２２ａからの出力信号と、ＯＢＰＣとを示している。ＣＤＳ回路２２ａからは、先ず、左側のＯＢ部５２Ｌの信号が出力され、次に有効画素領域５２の信号が出力され、次に、右側のＯＢ部５２Ｒの信号が出力される。

本実施形態では、右側のＯＢ部５２Ｒの信号レベルを検出し、この信号レベルを黒レベルとする。黒レベルを検出するために駆動部２４からＯＢクランプ回路２２ｂに出力されるパルスがＯＢＣＰであり、ＯＢ部５２Ｒの出力期間に合わせたパルスＯＢＣＰとなる。

次に、図２に示す水平ラインｎ＋１の信号がＣＤＳ回路２２ａから出力されたとする。このラインｎ＋１のＯＢ部５２Ｒに、欠陥５６があったとする。この場合には、図４（ａ）に示す様に、ＯＢ部５２Ｒの出力期間の当該垂直転送路位置に対応する出力信号Ｋ＋１が、黒レベルより高いレベルになってしまう。

この図４（ａ）に示す信号が、図１のデジタル信号処理部２６に取り込まれて処理されれば、信号Ｋ＋１が異常であることが分かる。例えば、欠陥が存在しないと判定されている隣接垂直転送路位置に対応する信号レベルと信号Ｋ＋１との差分が、所定の閾値ａ以上の場合には、信号Ｋ＋１は異常であると判定される。

システム制御部２９は、この判定結果をデジタル信号処理部２６から受けたとき、図５に示す様に、その異常信号Ｋ＋１のアドレス（該当する垂直転送路の位置を示すアドレス）と信号レベルをメモリ２９ａに保存すると共に、制御指令を駆動部２４に出力する。

システム制御部２９からの制御指令を受けた駆動部２４は、図４（ｂ）に示す様に、ＣＤＳ回路２２ａから次の水平ラインｎ＋２の信号が出力されるときにＯＢクランプ回路２２ｂに与えるＯＢクランプパルスとして、異常信号Ｋ＋２がクランプされない様に、当該アドレス位置のパルスＡを除外した（図３に示すＯＢクランプパルスは１つのパルスとして図示しているが、実際には、ＯＢ部の各垂直転送路位置に対応する細かなパルス列の集合となっている。）パルスを生成し、ＯＢクランプ回路２２ｂに出力する。

これにより、黒レベルを高精度に検出でき、撮像画像の高品質化を図ることができる。

この様に、本実施形態では、異常信号Ｋ＋１が検出されたとき、この異常信号検出をフィードバックし、次の水平ラインの異常信号除去に用いている。異常信号Ｋ＋１が画素欠陥に起因する場合には、これは点欠陥であるため、次ラインの信号Ｋ＋２は正常信号レベル（黒レベル）となる。しかし、異常信号Ｋ＋１が、垂直転送路欠陥に起因した場合、縦線異常となるため、信号Ｋ＋２は異常レベルのままとなる。

本実施形態では、ＯＢ部５２Ｒの出力信号中に異常信号レベルが検出された場合、全て、垂直転送路の欠陥として扱い、黒レベルの検出精度を高めている。

上述した実施形態では、ＣＣＤ型固体撮像素子５０の使用中に、経年的に、新たな欠陥がＯＢ部で発生した場合に対処する構成について述べたが、ＣＣＤ型固体撮像素子５０の製造時の検査でＯＢ部５２Ｒに欠陥が検出され、その情報が取得できる場合には、その欠陥情報（欠陥が発生する垂直転送路の位置アドレスおよびその信号レベル）をメモリ２９ａに格納しておくことで、既に欠陥画素，欠陥垂直転送路がＯＢ部に存在しているＣＣＤ型固体撮像素子５０でも、高品質な画像を撮像することが可能となる。

従来は、ＣＣＤ型固体撮像素子のＯＢ部に縦線欠陥が生じた場合、そのＣＣＤ型固体撮像素子を不良品して製品には使用しなかったが、上述した実施形態の黒レベル検出方法を採用することで、ＣＣＤ型固体撮像素子の製造歩留まりを向上させることが可能となる。

尚、上述した実施形態では、メモリ２９ａに格納する欠陥情報を、欠陥位置のアドレスと信号レベルとしたが、欠陥位置のアドレスだけでも良い。但し、信号レベルも格納しておくことで、後から、欠陥と判定する閾値レベルを変更した場合にも、容易に対処することが可能となる。

本発明に係る撮像装置の黒レベル検出方法によれば、精度良く黒レベルを検出できるので、高品質な画像を撮像するデジタルカメラ等に適用すると有用である。

本発明の一実施形態に係るデジタルカメラのブロック構成図である。 図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子の説明図である。 図１に示すＣＤＳ回路の出力信号とＯＢクランプパルスを示す図である。 ＯＢ部に欠陥が存在した場合の黒レベル検出方法の説明図である。 図１のデジタル信号処理部がＯＢ部の欠陥信号を検出したときのフィードバック制御系を示す図である。

符号の説明

２０ デジタルカメラ
２１ 撮像部
２２ ＡＦＥ（アナログフロントエンド）回路
２２ａ ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路
２２ｂ ＯＢ（オプティカルブラック）クランプ回路
２２ｃ Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路
２４ 駆動部（パルス発生部）
２６ デジタル信号処理部
２９ システム制御部
５０ ＣＣＤ型固体撮像素子
５１ 有効画素領域
５２ ＯＢ部
５３ 水平転送路
５６ 欠陥
Ａ 削除するパルス部分
Ｋ＋１，Ｋ＋２ ＯＢ部の欠陥信号

Claims (8)

1. 複数の画素が二次元アレイ状に配列形成された有効画素領域及びオプティカルブラック部を備えるＣＣＤ型の固体撮像素子と、該固体撮像素子の出力信号を相関二重サンプリング処理するＣＤＳ回路と、該ＣＳＤ回路から出力される前記オプティカルブラック部からの信号を黒レベル検出のためのクランプパルスでクランプするクランプ回路と、前記クランプ回路に前記クランプパルスを出力するパルス発生部と、前記クランプ回路の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、該Ａ／Ｄ変換回路から出力される前記固体撮像素子の出力信号をデジタル処理する信号処理部と、該信号処理部が前記デジタル処理によって前記オプティカルブラック部の欠陥を検出したとき該欠陥の位置に対応するパルス部分を削除した前記クランプパルスを前記パルス発生部に生成させ出力させる制御部とを備える撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、前記制御部は、ｎライン目の前記固体撮像素子の出力信号に前記欠陥が検出されたとき該欠陥の位置に対応するパルス部分を削除したクランプパルスを前記固体撮像素子からのｎ＋１ライン目の出力信号を処理する前記クランプ回路に出力させることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、前記欠陥の位置情報を保存するメモリを備え、前記制御部は該メモリの保存情報に基づき前記クランプパルスを生成させることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項３に記載の撮像装置であって、前記メモリには、前記固体撮像素子の製造時の検査で検出された欠陥の位置情報も保存されていることを特徴とする撮像装置。
5. 複数の画素が二次元アレイ状に配列形成された有効画素領域及びオプティカルブラック部を備えるＣＣＤ型固体撮像素子の出力信号を相関二重サンプリング処理し、該相関二重サンプリング処理後の前記オプティカルブラック部からの信号を黒レベル検出のためのクランプパルスでクランプし、該クランプ後の信号をデジタル信号に変換して画像信号処理し、該画像信号処理によって前記オプティカルブラック部の欠陥を検出したとき該欠陥の位置に対応するパルス部分を削除した前記クランプパルスを発生させ前記クランプを行わせる撮像装置の黒レベル検出方法。
6. 請求項５に記載の撮像装置の黒レベル検出方法であって、ｎライン目の前記ＣＣＤ型固体撮像素子の出力信号に前記欠陥が検出されたとき該欠陥の位置に対応するパルス部分を削除したクランプパルスで前記ＣＣＤ型固体撮像素子からのｎ＋１ライン目の出力信号をクランプさせることを特徴とする撮像装置の黒レベル検出方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の撮像装置の黒レベル検出方法であって、前記欠陥の位置情報をメモリに保存しておき、該メモリの保存情報に基づき前記クランプパルスを生成させることを特徴とする撮像装置の黒レベル検出方法。
8. 請求項７に記載の撮像装置の黒レベル検出方法であって、前記メモリには、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の製造時の検査で検出された欠陥の位置情報も保存することを特徴とする撮像装置の黒レベル検出方法。

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