JP2010245891A - Imaging device and imaging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置および撮像方法に関し、詳しくは、固体撮像素子に高輝度光が入射した際に生ずる黒沈みを補正可能な撮像装置及び撮像方法に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus and an image pickup method, and more particularly to an image pickup apparatus and an image pickup method capable of correcting black sun generated when high-intensity light is incident on a solid-state image pickup device.
ＣＭＯＳ型イメージセンサが携帯電話やデジタルカメラ等の撮像装置として使用されている。このＭＯＳ型イメージセンサは、消費電力が小さく部品点数が少なくて済むという利点があるが、高輝度入射光があるとその周囲が黒くなってしまう黒沈み現象が生じる場合がある。すなわち、本来、高輝度入射光の場合には白く写るはずであるが、黒くなってしまうことから、見苦しい写真となってしまうという問題があった。 A CMOS image sensor is used as an imaging device such as a mobile phone or a digital camera. This MOS type image sensor has an advantage that power consumption is small and the number of parts is small. However, there is a case where a black sun phenomenon occurs in which the surrounding area becomes black when high intensity incident light is present. That is, in the case of high-intensity incident light, it should originally appear white, but since it becomes black, there is a problem that it becomes an unsightly photograph.
そこで、このような黒沈みを補正するようにした固体撮像装置が特許文献１に開示されている。図１５は、この特許文献１に記載の黒沈み補正の考え方を適用した撮像装置を示すブロック図である。光学系１で結像された像を撮像素子３は光電変換し、画像信号を出力する。撮像素子３の出力は、信号処理回路１０ａに接続されており、信号処理回路１０ａは、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling 以下、「ＣＤＳ」と称す）回路４と、黒沈み補正回路７と、画像処理回路９を有する。 Therefore, Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device configured to correct such black sun. FIG. 15 is a block diagram showing an imaging apparatus to which the concept of black sun correction described in Patent Document 1 is applied. The image sensor 3 photoelectrically converts the image formed by the optical system 1 and outputs an image signal. The output of the image sensor 3 is connected to a signal processing circuit 10a. The signal processing circuit 10a includes a correlated double sampling (hereinafter referred to as “CDS”) circuit 4, a black sun correction circuit 7, An image processing circuit 9 is included.
ＣＤＳ回路４は、リセットノイズの除去回路であり、また、黒沈み補正回路７は、撮像素子３に高輝度光が入射した際に発生する黒沈みを補正するための回路である。黒沈み補正回路７によって黒沈み補正がなされた画像信号は画像処理回路９において画像処理され、メモリカード１３に記録されると共に、表示部１１に表示される。カメラ制御部１５は、レリーズ釦等の操作部材１７の操作状態に応じて、前述の撮像素子３、信号処理回路１０ａ等を制御し、撮影や再生を行う。 The CDS circuit 4 is a reset noise removing circuit, and the black sun correction circuit 7 is a circuit for correcting black sun generated when high luminance light is incident on the image sensor 3. The image signal that has undergone black sun correction by the black sun correction circuit 7 is subjected to image processing in the image processing circuit 9, recorded on the memory card 13, and displayed on the display unit 11. The camera control unit 15 controls the above-described imaging element 3, the signal processing circuit 10a, and the like according to the operating state of the operating member 17 such as a release button, and performs shooting and reproduction.
ところで、近年撮像素子内部に画素列毎に、ＣＤＳ回路（以下、「カラムＣＤＳ」と称す）、このＣＤＳ回路の出力信号を増幅する増幅回路（以下、「カラムアンプ」と称す）及びこの増幅回路の出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換回路を設け、このＡＤ回路でデジタル化された画像信号を出力する撮像素子が普及してきている。 By the way, in recent years, a CDS circuit (hereinafter referred to as “column CDS”), an amplifier circuit (hereinafter referred to as “column amplifier”) for amplifying an output signal of the CDS circuit, and an amplifier circuit for each pixel column in the image sensor. 2. Description of the Related Art Image pickup devices that provide an AD conversion circuit that AD-converts the output signal and output an image signal digitized by the AD circuit have become widespread.
次に、このような撮像素子に対して特許文献１の技術を適用して黒沈み補正を行った場合、すなわち、カラムＣＤＳを有する撮像素子の出力信号を、黒レベルよりも低いスレッシュレベルと比較し、撮像素子の出力信号レベルがスレッシュレベルを下回るときに、所定レベルの信号に置換えるという黒つぶれ補正を行った場合について、図１６及び図１７を用いて説明する。 Next, when black sun correction is performed by applying the technique of Patent Document 1 to such an image sensor, that is, the output signal of the image sensor having the column CDS is compared with a threshold level lower than the black level. A case in which blackout correction is performed such that a signal of a predetermined level is replaced when the output signal level of the image sensor falls below the threshold level will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
撮像素子に高輝度光が入射すると、黒沈み補正がない場合には、図１６（ａ）に示すように、高輝度光が入射した高輝度部１００が黒くなる。撮像素子の各フォトダイオードのリセット時におけるリセット信号を画像にすると、図１６（ｂ）のようになる。そして、図１６（ｂ）のｘ１−ｘ２に沿った部分の信号をグラフ化すると、図１７（ａ）のようになる。なお、ここでの説明は、面順次によるリセット、電荷読み出しを行う場合である。撮像素子の各フォトダードのリセットは被写体像の電荷蓄積を行う前に行われ、リセット時の信号には、図１７（ａ）に示すように、ＫＴＣノイズ（熱雑音）１０３、高輝度光が入射した高輝度部１００の信号の他に、カラムＣＤＳやカラムアンプなどの特性の違いに起因する固定パターンノイズ（以下、「ＦＰＮ」と称す）１０１が含まれている。 When high brightness light is incident on the image sensor, if there is no black sun correction, the high brightness portion 100 to which the high brightness light is incident becomes black as shown in FIG. If the reset signal at the time of resetting each photodiode of the image sensor is an image, it is as shown in FIG. Then, the signal of the portion along x1-x2 in FIG. 16B is graphed as shown in FIG. Note that the description here is for the case of performing reset and charge reading by frame sequential. Each photo diode of the image sensor is reset before charge accumulation of the subject image. As shown in FIG. 17A, the reset signal includes KTC noise (thermal noise) 103 and high-intensity light. In addition to the incident high luminance part 100 signal, fixed pattern noise (hereinafter referred to as “FPN”) 101 caused by the difference in characteristics of the column CDS, column amplifier, and the like is included.
撮像素子の各フォトダイオードのリセット後に電荷蓄積を行うと、図１６（ｃ）のようになり（図はランダム画像の例）、ｘ１−ｘ２に沿った部分の各フォトダイオードからの信号（電荷信号）をグラフ化すると図１７（ｂ）のようになる。この電荷信号には、ＦＰＮおよびＫＴＣノイズが重畳している。電荷信号からリセット信号を減算し差分信号（出力信号）を得ると、ＫＴＣノイズを除去することができ、出力信号を画像化すると図１６（ｄ）のようになる。 When charge accumulation is performed after each photodiode of the image sensor is reset, the result is as shown in FIG. 16C (the figure is an example of a random image), and a signal (charge signal) from each photodiode in the portion along x1-x2. ) Is graphed as shown in FIG. FPN and KTC noise are superimposed on this charge signal. If the reset signal is subtracted from the charge signal to obtain a differential signal (output signal), the KTC noise can be removed, and the output signal is imaged as shown in FIG.
図１６（ｄ）の画像では、ＫＴＣノイズは除去できるが、高輝度入射部分は黒沈み状態
となってしまっている。このような黒沈み状態を補正するために、特許文献１においては、ＯＢレベルよりも低い出力信号については、最高輝度レベルとなるように黒沈み補正回路を設けている。
In the image of FIG. 16D, the KTC noise can be removed, but the high-luminance incident portion has become darkened. In order to correct such a black sun state, in Patent Document 1, a black sun correction circuit is provided so that an output signal lower than the OB level has the highest luminance level.
特許文献１に記載の技術をカラムＣＤＳ等を内蔵した撮像素子に適用した場合、図１７（ｃ）においては、高輝度部１００はＯＢレベルよりも低い出力信号となることから、この部分を最高輝度レベルとなるように補正することにより、高輝度部を白く表現されるように補正することができる。しかし、出力信号を得るにあたって、図１７（ｄ）に示すように、高輝度部分であっても出力信号がＯＢレベル以上の場合がある。 When the technique described in Patent Document 1 is applied to an image sensor having a built-in column CDS or the like, in FIG. 17C, the high luminance portion 100 outputs an output signal lower than the OB level. By correcting so that the brightness level is obtained, the high brightness portion can be corrected to be expressed in white. However, in obtaining the output signal, as shown in FIG. 17D, the output signal may be at or above the OB level even in the high luminance portion.
これは、上記従来技術においては、黒つぶれを検出するために撮像素子の出力信号レベルと比較する所定のスレッシュレベルが各カラム（列）ごとのＦＰＮに対応していないために、カラムに起因したＦＰＮを補正することができず、ＣＤＳを行った後の黒沈みレベルがＯＢレベルより高くなる場合があるからである。この場合には、黒沈み補正が行われることがなく、高輝度部分は黒くなったままであり、実際の被写体とは異なった画像となってしまうという不具合がある。 This is due to the column in the above prior art, because the predetermined threshold level to be compared with the output signal level of the image sensor to detect blackout does not correspond to the FPN for each column (row). This is because the FPN cannot be corrected, and the black sun level after CDS may be higher than the OB level. In this case, there is a problem that black sun correction is not performed, and the high luminance portion remains black, resulting in an image different from the actual subject.
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）がある場合でも、黒沈み補正を行うことのできる撮像装置および撮像方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus and an imaging method capable of performing black sun correction even when there is fixed pattern noise (FPN).
上記目的を達成するため第１の発明に係わる撮像装置は、画素を二次元状に配列してなる撮像素子と、上記画素をリセットしたときのリセット信号を読出すリセット信号読出し部と、上記画素を所定時間露光したときの電荷信号を、上記リセット信号を読出す時間区間とは異なる時間区間において読出す電荷信号読出し部と、上記リセット信号に基づいて、上記電荷信号に含まれる固定パターンノイズを補正する固定パターンノイズ補正部と、上記固定パターンノイズが補正された電荷信号に対して黒沈み補正を行う黒沈み補正部と、を備える。 In order to achieve the above object, an image pickup apparatus according to a first invention includes an image pickup element in which pixels are arranged two-dimensionally, a reset signal reading unit for reading a reset signal when the pixels are reset, and the pixels A charge signal readout unit for reading out a charge signal when the signal is exposed for a predetermined time in a time interval different from the time interval for reading out the reset signal, and fixed pattern noise included in the charge signal based on the reset signal. A fixed pattern noise correcting unit for correcting; and a black sun correcting unit that performs black sun correction on the charge signal in which the fixed pattern noise is corrected.
第２の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、上記撮像素子は、さらに上記二次元状に配列された画素のカラム毎に信号処理部を有しており、上記固定パターンノイズ補正部は、上記信号処理部で発生する固定パターンノイズを補正する。 The image pickup apparatus according to a second invention is the image pickup apparatus according to the first invention, wherein the image pickup device further includes a signal processing unit for each column of the pixels arranged in a two-dimensional shape, and the fixed pattern noise correction is performed. The unit corrects the fixed pattern noise generated in the signal processing unit.
第３の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、上記黒沈み補正部は、上記電荷信号から上記リセット信号を減算する減算部と、上記減算部により上記リセット信号が減算された電荷信号のうち、所定の閾値以下の電荷信号を所定の電荷信号に置換える電荷信号置換部を有する。 In the imaging device according to a third aspect, in the first aspect, the black sun correction unit includes a subtraction unit that subtracts the reset signal from the charge signal, and a charge obtained by subtracting the reset signal by the subtraction unit. A charge signal replacement unit that replaces a charge signal that is equal to or lower than a predetermined threshold among the signals with a predetermined charge signal is provided.
第４の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、上記撮像素子は、入射光量に応じた電荷信号を生成し所定時間蓄積する光電変換部と、上記電荷信号を一時的に保持する電荷信号蓄積部と、上記光電変換部と上記電荷信号蓄積部との間に配置され上記光電変換部に蓄積された信号電荷を上記電荷信号蓄積部に移送するゲート部と、上記電荷信号蓄積部をリセットする第１リセット部と、上記電荷信号蓄積部に蓄積された電荷信号を読み出す信号読出部と、該電荷信号蓄積部をリセットしたときのリセット信号を読み出すリセット信号読出部と、上記光電変換部をリセットする第２リセット部と、を有する画素が二次元状に配列された画素部と、上記二次元状に配列された画素のカラム毎に配置されたＣＤＳ回路と、を有してなり、上記リセット信号読出し部は、電子ローリングシャッタにより上記第１リセット部により上記電荷信号蓄積部をリセットしたときのリセット信号、及び上記第２リセット部により上記光電変換部をリセットしたときの電荷信号を連続して読出し、上記ＣＤＳ回路によりＣＤＳされた上記第１リセット信号を読出す第１リセット信号読出し部と、上記第１リセット部により上記電荷信号蓄積部をリセットしたときの第２リセット信号を、上記第１リセット信号読出し区間とは異なる時間区間に上記ＣＤＳ回路を介さないで読出す第２リセット信号読出し部と、を有してなり、上記黒沈み補正部は、上記第１リセット信号から上記第２リセット信号を減算する第１減算部と、上記電荷信号から上記第１リセット信号を減算する第２減算部と、上記第１減算部により減算演算されたリセット信号のうち、所定の閾値以上のリセット信号の値を所定値に置換えるリセット信号選択的置換部と、上記第２減算部で減算演算された電荷信号から、上記リセット信号選択的置換部において置換えられたリセット信号を減算する第３減算部と、を備える。 According to a fourth aspect of the present invention, in the image pickup apparatus according to the first aspect, the image pickup device generates a charge signal corresponding to the amount of incident light and stores the photoelectric signal for a predetermined time, and temporarily holds the charge signal. A charge signal storage unit; a gate unit disposed between the photoelectric conversion unit and the charge signal storage unit to transfer the signal charge stored in the photoelectric conversion unit to the charge signal storage unit; and the charge signal storage unit A first reset unit that resets the charge signal, a signal read unit that reads the charge signal stored in the charge signal storage unit, a reset signal read unit that reads a reset signal when the charge signal storage unit is reset, and the photoelectric conversion A second reset unit that resets the unit, and a pixel unit in which pixels having a two-dimensional array are arranged, and a CDS circuit that is arranged for each column of the two-dimensionally arranged pixels. , The reset signal reading unit continuously outputs a reset signal when the charge signal storage unit is reset by the first reset unit by the electronic rolling shutter and a charge signal when the photoelectric conversion unit is reset by the second reset unit. A first reset signal reading unit that reads out the first reset signal CDS read by the CDS circuit and a second reset signal when the charge signal storage unit is reset by the first reset unit, A second reset signal reading unit that reads without passing through the CDS circuit in a time period different from the first reset signal reading period. A first subtraction unit that subtracts two reset signals, a second subtraction unit that subtracts the first reset signal from the charge signal, Among the reset signals subtracted by one subtractor, a reset signal selective replacement unit that replaces the value of a reset signal equal to or greater than a predetermined threshold with a predetermined value, and the charge signal subtracted by the second subtractor, A third subtracting unit for subtracting the reset signal replaced in the reset signal selective replacing unit.
第５の発明に係わる撮像装置は、上記第１の発明において、上記撮像素子は、入射光量に応じた電荷信号を生成し所定時間蓄積する光電変換部と、上記電荷信号を一時的に保持する電荷信号蓄積部と、上記光電変換部と上記電荷信号蓄積部との間に配置され上記光電変換部に蓄積された信号電荷を上記電荷信号蓄積部に移送するゲート部と、上記電荷信号蓄積部をリセットする第１リセット部と、上記電荷信号蓄積部に蓄積された電荷信号を読み出す信号読出部と、該電荷信号蓄積部をリセットしたときのリセット信号を読み出すリセット信号読出部と、上記光電変換部をリセットする第２リセット部と、を有する画素が二次元状に配列された画素部と、上記二次元状に配列された画素のカラム毎に配置されたＣＤＳ回路と、を有してなり、上記リセット信号読出し部は、電子ローリングシャッタにより上記第１リセット部により上記電荷信号蓄積部をリセットしたときのリセット信号、及び上記第２リセット部により上記光電変換部をリセットしたときの電荷信号を連続して読出し、上記ＣＤＳ回路によりＣＤＳされた上記第１リセット信号を読出す第１リセット信号読出し部と、上記第１リセット部により上記電荷信号蓄積部をリセットしたときの第２リセット信号を、上記第１リセット信号読出し区間とは異なる時間区間に上記ＣＤＳ回路を介さないで読出す第２リセット信号読出し部と、を有してなり、上記黒沈み補正部は、上記第１リセット信号から上記第２リセット信号を減算する第１減算部と、上記電荷信号から上記第１リセット信号を減算する第２減算部と、上記第２減算部により減算演算された電荷信号のうち、所定の閾値以上の電荷信号の画素の番地を検出する電荷信号選択的検出部と、上記第２減算部により減算演算された電荷信号から、上記第１減算部で減算演算されたリセット信号を減算する第３減算部と、上記第３減算部で減算された電荷信号のうち、上記電荷信号選択的検出部で検出された番地の画素の電荷信号を所定値に置換える画像信号選択的置換え部と、を備える。 According to a fifth aspect of the present invention, in the image pickup apparatus according to the first aspect, the image pickup device generates a charge signal corresponding to the amount of incident light and stores the photoelectric signal for a predetermined time, and temporarily holds the charge signal. A charge signal storage unit; a gate unit disposed between the photoelectric conversion unit and the charge signal storage unit to transfer the signal charge stored in the photoelectric conversion unit to the charge signal storage unit; and the charge signal storage unit A first reset unit that resets the charge signal, a signal read unit that reads the charge signal stored in the charge signal storage unit, a reset signal read unit that reads a reset signal when the charge signal storage unit is reset, and the photoelectric conversion A second reset unit that resets the unit, and a pixel unit in which pixels having a two-dimensional array are arranged, and a CDS circuit that is arranged for each column of the two-dimensionally arranged pixels. , The reset signal reading unit continuously outputs a reset signal when the charge signal storage unit is reset by the first reset unit by the electronic rolling shutter and a charge signal when the photoelectric conversion unit is reset by the second reset unit. A first reset signal reading unit that reads out the first reset signal CDS read by the CDS circuit and a second reset signal when the charge signal storage unit is reset by the first reset unit, A second reset signal reading unit that reads without passing through the CDS circuit in a time period different from the first reset signal reading period. A first subtraction unit that subtracts two reset signals, a second subtraction unit that subtracts the first reset signal from the charge signal, Among the charge signals subtracted by the two subtractor, the charge signal selective detector that detects the address of the pixel of the charge signal equal to or greater than a predetermined threshold, and the charge signal subtracted by the second subtractor A third subtracting unit for subtracting the reset signal subtracted by the first subtracting unit; and the charge of the pixel at the address detected by the charge signal selective detecting unit among the charge signals subtracted by the third subtracting unit An image signal selective replacement unit that replaces the signal with a predetermined value.
第６の発明に係わる撮像方法は、二次元状に配列してなる画素をリセットしたときのリセット信号を読出すステップと、上記画素を所定時間露光したときの電荷信号を、上記リセット信号を読出す時間区間とは異なる時間区間において読出すステップと、上記リセット信号に基づいて、上記電荷信号に含まれる固定パターンノイズを補正するステップと、上記固定パターンノイズが補正された電荷信号に対して黒沈み補正を行うステップと、を有する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an imaging method in which a reset signal when a pixel arranged in a two-dimensional array is reset, a charge signal when the pixel is exposed for a predetermined time, and a reset signal are read. A step of reading in a time interval different from the time interval to be issued, a step of correcting fixed pattern noise included in the charge signal based on the reset signal, and a black signal for the charge signal in which the fixed pattern noise is corrected. Performing sink correction.
本発明によれば、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）がある場合でも、黒沈み補正を行うことのできる撮像装置および撮像方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus and an imaging method capable of performing black sun correction even when there is fixed pattern noise (FPN).
以下、図面に従って本発明を適用したデジタルカメラを用いて好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係わるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。光学系１は撮影レンズであり、被写体像を撮像素子３上に結像する。撮像素子３は、２次元的にフォトダイオード（以下、「ＰＤ」と称す）が配列されたＣＭＯＳイメージセンサであり、このＰＤによって被写体像を光電変換する。撮像素子３の構成の詳細は図２を用いて後述する。 Hereinafter, preferred embodiments using a digital camera to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital camera according to the first embodiment of the present invention. The optical system 1 is a photographing lens and forms a subject image on the image sensor 3. The image sensor 3 is a CMOS image sensor in which photodiodes (hereinafter referred to as “PD”) are two-dimensionally arranged, and a subject image is photoelectrically converted by the PD. Details of the configuration of the image sensor 3 will be described later with reference to FIG.
撮像素子３の出力は信号処理回路１０に接続されている。信号処理回路１０内には、ＦＰＮ補正回路５、黒沈み補正回路７、および画像処理回路９が配置されている。ＦＰＮ補正回路５はＦＰＮを除去する補正回路であり、ＦＰＮ補正回路５の出力は黒沈み補正回路７に接続され、この黒沈み補正回路５は黒沈みを補正する。ＦＰＮ補正回路５と黒沈み補正回路７の詳細は、図４を用いて後述する。 The output of the image sensor 3 is connected to the signal processing circuit 10. In the signal processing circuit 10, an FPN correction circuit 5, a black sun correction circuit 7, and an image processing circuit 9 are arranged. The FPN correction circuit 5 is a correction circuit that removes the FPN. The output of the FPN correction circuit 5 is connected to the black sun correction circuit 7, and the black sun correction circuit 5 corrects the black sun. Details of the FPN correction circuit 5 and the black sun correction circuit 7 will be described later with reference to FIG.
黒沈み補正回路７の出力は、画像処理回路９に接続されており、画像処理回路９はホワイトバランス、画像圧縮、画像伸張等の各種画像処理を行う。この画像処理回路９の出力は、表示部１１およびメモリカード１３に接続されている。メモリカード１３には、圧縮された画像データが記録される。表示部１１には記録された画像データを伸張して表示され、また、ライブビュー表示等の表示がなされる。カメラ制御部１５は、レリーズ釦や再生釦等の操作部材１７の操作状態を入力し、これの操作部材１７に操作状態に応じて撮像素子３、信号処理回路１０等を制御する。 The output of the black sun correction circuit 7 is connected to an image processing circuit 9, and the image processing circuit 9 performs various image processing such as white balance, image compression, and image expansion. The output of the image processing circuit 9 is connected to the display unit 11 and the memory card 13. The memory card 13 records compressed image data. The display unit 11 displays the recorded image data in an expanded manner, and displays a live view display or the like. The camera control unit 15 inputs an operation state of the operation member 17 such as a release button or a reproduction button, and controls the image pickup device 3 and the signal processing circuit 10 according to the operation state of the operation member 17.
次に撮像素子３の構成について、図２を用いて説明する。撮像素子３には、フォトダイオードを含む画素３１が、２次元的に配列されている。このフォトダイオードは入射する光強度に比例した光電荷を発生するとともにこの電荷信号を所定時間蓄積する。また、画素３１はＰＤに蓄積された電荷信号をゲートを介して移送して、一時的に保持する電荷信号蓄積部であるフローティングディフュージョン（以下、「ＦＤ）と称す）を有している。各画素３１はカラム方向（列方向）の読み出しラインに接続されており、この読み出しラインの各出力端側には、カラムＣＤＳ３７が接続され、各カラムＣＤＳ３７の出力には、カラムアンプ３９が接続されている。カラムＣＤＳ３７は、相関二重サンプリングによってリセットノイズを除去し、カラムアンプ３９は、各光電変換信号の増幅を行う。カラムＣＤＳ３７およびカラムアンプ３９は、オフセットばらつき等があり、このためＦＰＮが発生する。 Next, the configuration of the image sensor 3 will be described with reference to FIG. In the imaging device 3, pixels 31 including photodiodes are two-dimensionally arranged. The photodiode generates a photocharge proportional to the incident light intensity and accumulates the charge signal for a predetermined time. Further, the pixel 31 has a floating diffusion (hereinafter referred to as “FD”) which is a charge signal storage unit that transfers a charge signal stored in the PD through a gate and temporarily holds the signal. The pixel 31 is connected to a readout line in the column direction (column direction). A column CDS 37 is connected to each output end side of the readout line, and a column amplifier 39 is connected to the output of each column CDS 37. The column CDS 37 removes reset noise by correlated double sampling, and the column amplifier 39 amplifies each photoelectric conversion signal, and the column CDS 37 and the column amplifier 39 have offset variation, etc., and thus FPN is generated. To do.
画素３１の周辺側の１列は、アルミ等により遮光されたオプティカルブラック（以下、「ＯＢ」と称す）部３３である。ＯＢ部３３の各画素は、画素３１と同様に、カラム方向の読み出しラインに接続されており、この読み出しラインの出力端側には、カラムＣＤＳ３７が接続され、このカラムＣＤＳ３７の出力には、カラムアンプ３９が接続されている。なお、第１実施形態においては、カラムＣＤＳによるＣＤＳは行われないように制御される。すなわち、実質的にカラムＣＤＳに入力された信号は、そのままカラムＣＤＳから出力されるように制御される。 One column on the peripheral side of the pixel 31 is an optical black (hereinafter referred to as “OB”) portion 33 shielded from light by aluminum or the like. Each pixel of the OB unit 33 is connected to a readout line in the column direction, like the pixel 31, and a column CDS 37 is connected to the output end side of the readout line. An amplifier 39 is connected. In the first embodiment, control is performed so that CDS by column CDS is not performed. That is, the signal that is substantially input to the column CDS is controlled to be output from the column CDS as it is.
ＯＢクランプ部４２は、このＯＢ部３３からの画素の電位（以下、「ＯＢレベル」と称す）に基づいて、リセット信号又は電荷信号をクランプする。なお、このＯＢレベルは暗電流等により変動するものである。 The OB clamp unit 42 clamps the reset signal or the charge signal based on the potential of the pixel from the OB unit 33 (hereinafter referred to as “OB level”). Note that the OB level varies depending on dark current or the like.
走査回路３５は、画素３１やＯＢ部３３に接続され、これらからの信号を、順次走査して出力し、カラムＣＤＳ３７およびカラムアンプ３９によって処理された後、ＡＤ変換回路４１に出力させる。ＡＤ変換回路４１は、カラムアンプ３９から出力される信号をアナログ−デジタル変換する。ＡＤ変換回路４１にてアナログ−デジタル変換されたリセット信号は、ＯＢクランプ回路４２でＯＢレベル１（Ｖｏｂ１）にクランプされた後、ＦＰＮ補正回路５にデジタル信号で出力する。 The scanning circuit 35 is connected to the pixel 31 and the OB unit 33, and sequentially scans and outputs signals from these, and after processing by the column CDS 37 and the column amplifier 39, the scanning circuit 35 outputs the signal to the AD conversion circuit 41. The AD conversion circuit 41 performs analog-digital conversion on the signal output from the column amplifier 39. The reset signal analog-digital converted by the AD conversion circuit 41 is clamped to the OB level 1 (Vob1) by the OB clamp circuit 42 and then output to the FPN correction circuit 5 as a digital signal.
次に、図３は、撮像素子１１における画素３１の構成をより詳細に示す回路図である。 Next, FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the pixel 31 in the image sensor 11 in more detail.
図３において、ＰＤはフォトダイオードであり、ＦＤはＰＤに蓄積された電荷信号を、ゲート部Ｍｔｘ１を介して移送して一時的に保持するフローティングディフュージョンである。 In FIG. 3, PD is a photodiode, and FD is a floating diffusion that transports a charge signal accumulated in the PD via the gate portion Mtx <b> 1 and temporarily holds it.
Ｍｔｘ２はＰＤをリセットする第２リセット部として機能するトランジスタであり、電流源ＶＤＤに接続されると共に、ＰＤリセットパルスを印加するための信号線Ｔｘ２に接続されている。 Mtx2 is a transistor that functions as a second reset unit that resets the PD, and is connected to the current source VDD and to the signal line Tx2 for applying the PD reset pulse.
Ｍｔｘ１はＰＤの信号をＦＤへ移送するゲート部として機能するトランジスタであり、移送パルスを印加するための信号線Ｔｘ１に接続されている。 Mtx1 is a transistor that functions as a gate part for transferring a PD signal to the FD, and is connected to a signal line Tx1 for applying a transfer pulse.
Ｍａは増幅部として機能する増幅用トランジスタであり、垂直転送線ＶＴＬに設けられた電流源ＶＤＤとでソースフォロアンプを構成する。ＦＤの信号は、増幅用トランジスタＭａにより増幅され、リセット信号や電荷信号を読出す信号読出部として機能する選択トランジスタＭｂを介して垂直転送線ＶＴＬに出力される。選択トランジスタＭｂは、選択パルスを印加するための信号線ＳＥＬに接続されている。 Ma is an amplifying transistor that functions as an amplifying unit, and forms a source follower amplifier with the current source VDD provided in the vertical transfer line VTL. The signal of the FD is amplified by the amplifying transistor Ma, and is output to the vertical transfer line VTL via the selection transistor Mb that functions as a signal reading unit that reads a reset signal and a charge signal. The selection transistor Mb is connected to a signal line SEL for applying a selection pulse.
Ｍｒは電荷信号蓄積部ＦＤおよび増幅用トランジスタＭａの入力部をリセットする第１リセット部として機能するトランジスタであり、ＦＤリセットパルスを印加するための信号線ＲＥＳに接続されている。 Mr is a transistor that functions as a first reset unit that resets the input unit of the charge signal storage unit FD and the amplifying transistor Ma, and is connected to a signal line RES for applying an FD reset pulse.
なお、ＯＢ部３３は遮光されている他は画素３１と同様に構成されている。 The OB portion 33 is configured in the same manner as the pixel 31 except that it is shielded from light.
次に、ＦＰＮ補正回路５と黒沈み補正回路７の詳細について、図４を用いて説明する。ＦＰＮ補正回路５は、フレームメモリ５１と減算器５３を有する。フレームメモリ５１は、ＡＤ変換回路４１から送信されてくるリセット信号を記憶し、減算器５３に出力する。減算器５３は、ＡＤ変換回路４１から送信されてくる電荷信号と、フレームメモリ５１から出力されるリセット信号の差分を出力する。ここで、リセット信号は、撮像素子３のリセット時において、各画素３１ごとに読み出された信号であり、電荷信号は露光期間終了後に、各画素３１ごとに読み出された信号である。 Next, details of the FPN correction circuit 5 and the black sun correction circuit 7 will be described with reference to FIG. The FPN correction circuit 5 includes a frame memory 51 and a subtracter 53. The frame memory 51 stores the reset signal transmitted from the AD conversion circuit 41 and outputs it to the subtractor 53. The subtractor 53 outputs a difference between the charge signal transmitted from the AD conversion circuit 41 and the reset signal output from the frame memory 51. Here, the reset signal is a signal read for each pixel 31 when the imaging device 3 is reset, and the charge signal is a signal read for each pixel 31 after the exposure period ends.
減算器５３の出力は、黒沈み補正回路７内の選択的置換回路７１に接続される。この選択的置換回路７１は、減算器５３からの画素毎の出力がＯＢレベル以下か否かを判定し、この判定結果が、ＯＢレベル以下であった場合には、その画素について、ＭＳＢ（最大値）に置き換え、ＯＢレベル以上であった場合には、その値のまま出力する。黒沈み補正回路７における黒沈み補正については、図６乃至図８を用いて後述する。 The output of the subtractor 53 is connected to a selective replacement circuit 71 in the black sun correction circuit 7. The selective replacement circuit 71 determines whether or not the output for each pixel from the subtractor 53 is equal to or lower than the OB level. If the determination result is equal to or lower than the OB level, the MSB (maximum) is determined for the pixel. If it is above the OB level, the value is output as it is. The black sun correction in the black sun correction circuit 7 will be described later with reference to FIGS.
次に、ＦＰＮ補正回路５と黒沈み補正回路７の動作について、図５乃至図８を用いて説明する。 Next, operations of the FPN correction circuit 5 and the black sun correction circuit 7 will be described with reference to FIGS.
被写体像の露光に先立ち、まずリセットトランジスタＭｒをオンすることにより全画素のＦＤがリセットされ、このときの各画素のＦＤの電圧（この電圧を「リセット信号」と称する）が順次読み出される。すなわち、図５に示すタイミングｔ１において、ＦＤが全画素について一括してリセットされ、続いて、リセット読み出し期間内に、全画素のリセット信号が順次読み出され、ＡＤ変換回路４１においてデジタル化される。 Prior to exposure of the subject image, the FDs of all the pixels are reset by first turning on the reset transistor Mr, and the voltages of the FDs of the respective pixels (this voltage is referred to as “reset signal”) are sequentially read out. That is, at the timing t1 shown in FIG. 5, the FD is collectively reset for all the pixels, and subsequently, reset signals for all the pixels are sequentially read and digitized in the AD conversion circuit 41 within the reset read period. .
ＡＤ変換回路４１にてアナログ−デジタル変換されたリセット信号は、ＯＢ部３３の画素列ｊからのＯＢレベル１（Ｖｏｂ１（ｊ））に基づいてクランプされる。すなわち、各画素のリセット信号をＶｒ（ｉ，ｊ）、ＫＴＣノイズをＶｋｔｃ（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊはそれぞれＸ方向ｉ番目、Ｙ方向ｊ番目の画素を意味する）、カラムｉのＦＰＮをＶｆｐｎ（ｉ）とすると、クランプ回路の出力信号の値Ｖｒ′（ｉ，ｊ）は、
Ｖｒ′（ｉ，ｊ）＝Ｖｒ（ｉ，ｊ）＋Ｖｆｐｎ（ｉ）＋Ｖｋｔｃ（ｉ、ｊ）−Ｖｏｂ１（ｊ） ・・・ （１）
となる。このクランプ回路の出力信号Ｖｒ′（ｉ，ｊ）は、フレームメモリ５１に記憶される。
The reset signal analog-digital converted by the AD conversion circuit 41 is clamped based on the OB level 1 (Vob1 (j)) from the pixel column j of the OB unit 33. That is, the reset signal for each pixel is Vr (i, j), the KTC noise is Vktc (i, j) (i and j are the i-th pixel in the X direction and the j-th pixel in the Y direction, respectively), and the FPN in column i Is Vfpn (i), the value Vr ′ (i, j) of the output signal of the clamp circuit is
Vr ′ (i, j) = Vr (i, j) + Vfpn (i) + Vktc (i, j) −Vob1 (j) (1)
It becomes. The output signal Vr ′ (i, j) of this clamp circuit is stored in the frame memory 51.
なお、図５において斜線は、撮像素子３の操作回路３５により各画素の選択トランジスタＭｂが順次選択され、水平方向を副走査方向、垂直方向を主走査方向として各画素のリセット信号が順次読出される様子を概念的に示したものである。 In FIG. 5, the hatched lines indicate that the selection transistors Mb of the respective pixels are sequentially selected by the operation circuit 35 of the image sensor 3, and the reset signals of the respective pixels are sequentially read out with the horizontal direction as the sub-scanning direction and the vertical direction as the main scanning direction. This is a conceptual illustration of the situation.
リセット信号Ｖｒ′（ｉ，ｊ）をｘ１−ｘ２に沿ってグラフ化すると、図７（ａ）のようになる。リセット信号には、ＦＰＮ１０１とＫＴＣノイズ１０３に加えて、高輝度入射光による高輝度部１００の信号が重畳している。このリセット信号を映像化すると、図６（ａ）に示すようになり、高輝度部１００に対応する部分が白くなっている。 When the reset signal Vr ′ (i, j) is graphed along x1-x2, the result is as shown in FIG. In addition to the FPN 101 and the KTC noise 103, the signal of the high luminance part 100 by the high luminance incident light is superimposed on the reset signal. When this reset signal is visualized, it becomes as shown in FIG. 6A, and the portion corresponding to the high luminance portion 100 is white.
リセット信号Ｖｒ′（ｉ，ｊ）をフレームメモリ５１に記憶すると、次に、被写体像を撮像素子３によって光電変換する露光動作を行う。すなわち、図５に示すタイミングｔ２において、グローバルシャッタにより、各画素３１のリセットを行って（図中、Ｍｔｘ２がＨ→Ｌ）、各画素同時に被写体像のＰＤで光電変換を開始させるとともに電荷を蓄積する。適正露光となる時間経過時、すなわちタイミングｔ３（図５参照）になると、撮像素子３の電子シャッタの閉じ動作を行う（図中、Ｍｔｘ１）。電子シャッタの閉じ動作によって、ＰＤに蓄積された電荷信号がＦＤへ移送され、実質的にPDにおける電荷蓄積が停止される。タイミングｔ３〜ｔ４における画素信号読み出し期間内に、各ＦＤからカラム毎に電荷信号が読み出される。読み出された電荷信号は、カラムアンプ３９によって増幅された後、ＡＤ変換回路４１に出力され、アナログ−デジタル変換される。 Once the reset signal Vr ′ (i, j) is stored in the frame memory 51, an exposure operation for photoelectrically converting the subject image by the image sensor 3 is performed next. That is, at the timing t2 shown in FIG. 5, each pixel 31 is reset by the global shutter (in the figure, Mtx2 changes from H → L), and photoelectric conversion is started simultaneously with each pixel in the PD of the subject image and electric charge is accumulated. To do. When the appropriate exposure time elapses, that is, at timing t3 (see FIG. 5), the electronic shutter closing operation of the image sensor 3 is performed (Mtx1 in the figure). Due to the closing operation of the electronic shutter, the charge signal accumulated in the PD is transferred to the FD, and the charge accumulation in the PD is substantially stopped. A charge signal is read from each FD for each column within a pixel signal read period at timings t3 to t4. The read charge signal is amplified by the column amplifier 39 and then output to the AD conversion circuit 41 for analog-digital conversion.
アナログ−デジタル変換された電荷信号を映像化すると、図６（ｂ）に示すようになり、高輝度を通るようにｘ１−ｘ２に沿って電荷信号をグラフ化すると、図７（ｂ）のようになる。電荷信号には、ＫＴＣノイズ１０３とＦＰＮ１０１が重畳している。 When the analog-digital converted charge signal is visualized, the result is as shown in FIG. 6B, and when the charge signal is graphed along x1-x2 so as to pass high luminance, as shown in FIG. 7B. become. KTC noise 103 and FPN 101 are superimposed on the charge signal.
このアナログ−デジタル変換された電荷信号は、ＯＢ部３３の画素列ｊからのＯＢレベル２（Ｖｏｂ２（ｊ））に基づいてクランプされる。すなわち、各画素の電荷信号をＶｐ（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊはそれぞれＸ方向ｉ番目、Ｙ方向ｊ番目の画素を意味する）、とすると、クランプ回路の出力信号の値は、
Ｖｐ′（ｉ，ｊ）＝Ｖｐ（ｉ，ｊ）＋Ｖｆｐｎ（ｉ）＋Ｖｋｔｃ（ｉ，ｊ）−Ｖｏｂ２（ｊ） ・・・ （２）
となる。なお、Ｖｆｐｎ（ｉ）は、式（１）で用いたのと同じカラムｉのＦＰＮである。
このクランプ回路の出力信号である電荷信号Ｖｐ′（ｉ，ｊ）は、ＦＰＮデータ補正回路５に出力される。なお、一般に、ＯＢレベル２（Ｖｏｂ２）は、ＯＢレベル１（Ｖｏｂ１）に対して露光時間に対応した暗電流に基づく電圧だけ大きな値となる。すなわち、一般に、Ｖｏｂ２＞Ｖｏｂ１の関係がある。
The analog-to-digital converted charge signal is clamped based on the OB level 2 (Vob2 (j)) from the pixel column j of the OB unit 33. That is, if the charge signal of each pixel is Vp (i, j) (i and j mean the i-th pixel in the X direction and the j-th pixel in the Y direction), the value of the output signal of the clamp circuit is
Vp ′ (i, j) = Vp (i, j) + Vfpn (i) + Vktc (i, j) −Vob2 (j) (2)
It becomes. Note that Vfpn (i) is the FPN of the same column i used in equation (1).
The charge signal Vp ′ (i, j) that is an output signal of the clamp circuit is output to the FPN data correction circuit 5. In general, OB level 2 (Vob2) is larger than OB level 1 (Vob1) by a voltage based on a dark current corresponding to the exposure time. That is, generally there is a relationship of Vob2> Vob1.
ＦＰＮデータ補正回路５において、ＫＴＣノイズ１０３とＦＰＮ１０１を除去するために、電荷信号Ｖｐ′（ｉ，ｊ）からリセット信号Ｖｒ′（ｉ，ｊ）を減算する。リセット信号Ｖｒ′（ｉ，ｊ）はフレームメモリ５１に記憶されており、電荷信号の読み出し時に、減算器５３において減算演算が行われる。したがって、減算器５３の出力信号Ｖｐ′′（ｉ，ｊ）は、
Ｖｐ′′（ｉ，ｊ）＝Ｖｐ′（ｉ，ｊ）−Ｖｒ′（ｉ，ｊ） ・・・ （３）
式（３）に式（１）、（２）を適用すると、
Ｖｐ′′（ｉ，ｊ）＝Ｖｐ（ｉ，ｊ）−Ｖｒ（ｉ，ｊ）―（Ｖｏｂ２−Ｖｏｂ１） ・・・ （４）
となる。この電荷信号Ｖｐ′′（ｉ，ｊ）は、ＦＰＮ及びＫＴＣノイズが除去されていることがわかる。減算器５３の出力信号である電荷信号Ｖｐ′′（ｉ，ｊ）を映像化すると、図６（ｃ）に示すようになり、高輝度部が黒く表示される。また、高輝度部を通るようにｘ１−ｘ２に沿ってグラフ化すると、図７（ｃ）のようになる。減算後の信号は、ＫＴＣノイズ１０３とＦＰＮ１０１が除去され、また高輝度部１００に対応する部分のボトムが予め設定されたスレッシュレベルＶｔｈ１よりも低くなっている。
The FPN data correction circuit 5 subtracts the reset signal Vr ′ (i, j) from the charge signal Vp ′ (i, j) in order to remove the KTC noise 103 and the FPN101. The reset signal Vr ′ (i, j) is stored in the frame memory 51, and a subtraction operation is performed in the subtractor 53 when the charge signal is read. Therefore, the output signal Vp ″ (i, j) of the subtractor 53 is
Vp ″ (i, j) = Vp ′ (i, j) −Vr ′ (i, j) (3)
Applying equations (1) and (2) to equation (3),
Vp ″ (i, j) = Vp (i, j) −Vr (i, j) − (Vob2−Vob1) (4)
It becomes. It can be seen that the charge signal Vp ″ (i, j) has FPN and KTC noise removed. When the charge signal Vp ″ (i, j), which is the output signal of the subtractor 53, is visualized, the high luminance portion is displayed in black as shown in FIG. 6C. Further, when graphed along x1-x2 so as to pass through the high luminance part, it becomes as shown in FIG. In the signal after subtraction, the KTC noise 103 and the FPN 101 are removed, and the bottom of the portion corresponding to the high luminance portion 100 is lower than the preset threshold level Vth1.
減算器５３の出力信号である電荷信号（Ｖｐ′′（ｉ，ｊ））は、黒沈み補正回路７中の選択的置換回路７１に出力される。選択的置換回路７１では、スレッシュレベルＶｔｈ１よりも低い信号に対しては、ＭＳＢ（最大値）に置き換えを行い、スレッシュレベルＶｔｈ１よりも高い信号に対しては、そのまま信号を出力する。選択的置換回路７１において黒沈み補正を行った出力信号を画像化すると、図８（ｂ）のようになる。このときの出力信号をｘ１−ｘ２に沿ってグラフ化すると、図８（ａ）のようになる。図８（ａ）、（ｂ）から分かるように、高輝度部１００は、ＭＳＢ（最大値）に置き換えられており、画像も白く表示される。 A charge signal (Vp ″ (i, j)) that is an output signal of the subtractor 53 is output to the selective replacement circuit 71 in the black sun correction circuit 7. The selective replacement circuit 71 replaces the signal lower than the threshold level Vth1 with the MSB (maximum value), and outputs the signal as it is for the signal higher than the threshold level Vth1. When the output signal subjected to the black sun correction in the selective replacement circuit 71 is imaged, it is as shown in FIG. When the output signal at this time is graphed along x1-x2, it is as shown in FIG. As can be seen from FIGS. 8A and 8B, the high-intensity portion 100 is replaced with the MSB (maximum value), and the image is also displayed in white.
このように、本発明の第１実施形態においては、リセット信号を用いて電荷信号から固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を除去し、このＦＰＮが除去された電荷信号に基づいて黒沈み補正を行っている。このため、ＦＰＮがある場合でも、黒沈み補正を正確に行うことができる。すなわち、従来の固体撮像装置においては、ＦＰＮを除去せずに、黒沈み補正を行っていたが、この場合には、電荷信号からリセット信号を減算した場合に、黒沈みレベルがＯＢよりも高くなる場合があり、黒沈み補正を行うことができない場合がある。これに対して、本実施形態においては、ＦＰＮ補正を行ってから、黒沈み補正を行うようにしているので、このような不具合を減らすことができる。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the fixed pattern noise (FPN) is removed from the charge signal using the reset signal, and the black sun correction is performed based on the charge signal from which the FPN has been removed. . For this reason, even when there is an FPN, the black sun correction can be accurately performed. That is, in the conventional solid-state imaging device, the black sun correction is performed without removing the FPN. In this case, when the reset signal is subtracted from the charge signal, the black sun level is higher than OB. In some cases, black sun correction cannot be performed. On the other hand, in the present embodiment, since the black sun correction is performed after the FPN correction, such a problem can be reduced.
また、本実施形態においては、黒沈み補正を行うにあたって、リセット信号をフレーム単位で記録し、電荷信号から記録されたリセット信号を減算し、減算された電荷信号がスレッシュレベルＶｔｈ１よりも低い場合にはハイレベル信号に置き換えるようにしている。このため、面単位でＦＰＮ補正とＫＴＣノイズの除去を行うことができる。 In the present embodiment, when performing black sun correction, the reset signal is recorded in units of frames, the recorded reset signal is subtracted from the charge signal, and the subtracted charge signal is lower than the threshold level Vth1. Is replaced with a high level signal. Therefore, FPN correction and KTC noise removal can be performed on a surface basis.
次に、本発明の第１実施形態の変形例を図９を用いて説明する。本発明の第１実施形態においては、図５に示すように、タイミングｔ１からｔ２の間でリセット信号を読出し、その後にタイミングｔ２からｔ３の間で露光を行っていた。 Next, a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, a reset signal is read between timings t1 and t2, and thereafter, exposure is performed between timings t2 and t3.
これに対して、本変形例においては、図９に示すようにリセット読出し期間が一部露光期間と重複するようにしている。また、第１実施形態においては、ＦＤを一括リセットした後に、リセット信号を読出したが、本変形例においては、各画素毎にＦＤをリセットしながらリセット信号を読出す。 On the other hand, in this modification, as shown in FIG. 9, the reset readout period partially overlaps with the exposure period. In the first embodiment, the reset signal is read after collectively resetting the FD. However, in this modification, the reset signal is read while resetting the FD for each pixel.
本変形例においては、ＦＤリセット即リセット読出しになると同時に、露光開始後もリセット読出しを続けるため、暗電流によるＳ／Ｎ劣化の影響を小さく出来る。 In this modified example, since the FD reset is immediately followed by the reset reading, the reset reading is continued even after the exposure is started, so that the influence of the S / N deterioration due to the dark current can be reduced.
次に、本発明の第２実施形態について、図１０乃至図１２を用いて説明する。第１実施形態においては、リセット時の信号を用いてＦＰＮ補正を行っていたが、第２実施形態においては、リセットに先立って行うローリングシャッタ動作時にＦＰＮ補正信号を生成し、これを用いてＦＰＮ補正を行うようにしている。
第２実施形態の構成は、図１において、信号処理回路１０の内、ＦＰＮ補正回路５と黒沈み補正回路７の部分を置き換えるだけであるので、相違部分を図１０に示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the FPN correction is performed using the signal at the time of resetting. However, in the second embodiment, the FPN correction signal is generated during the rolling shutter operation performed prior to the resetting, and this is used for the FPN correction. Correction is made.
The configuration of the second embodiment is shown in FIG. 10 because only the FPN correction circuit 5 and the black sun correction circuit 7 are replaced in the signal processing circuit 10 in FIG.
図１０において、ＦＰＮ補正回路５内には、フレームメモリ５１、ＦＰＮ補正信号生成回路５５、減算器５７、減算器５９が配置されている。ＦＰＮ補正信号生成回路５５は、ＡＤ変換回路４１に接続されており、ローリング期間（図１１、ｔ０〜ｔ１）の間に各画素３１から読み出された信号に基づいて、ＦＰＮ補正信号を生成し、これを記憶する。 In FIG. 10, a frame memory 51, an FPN correction signal generation circuit 55, a subtractor 57, and a subtractor 59 are arranged in the FPN correction circuit 5. The FPN correction signal generation circuit 55 is connected to the AD conversion circuit 41, and generates an FPN correction signal based on the signal read from each pixel 31 during the rolling period (FIG. 11, t0 to t1). , Remember this.
減算器５７は、ＡＤ変換回路４１とＦＰＮ補正信号生成回路５５に接続されており、ＡＤ変換回路４１から出力されるリセット信号から、ＦＰＮ補正信号生成回路５５に記憶されたＦＰＮ補正信号を、各画素３１ごとに減算演算を行う。この減算器５７の減算演算によって、ＦＰＮ補正後のリセット信号が出力される。減算演算されたリセット信号は、ＦＰＮは補正されているが、ＫＴＣノイズは除去されていない。また、高輝度部１００に対応する信号はそのまま残っている。このＦＰＮが補正されたリセット信号をフレームメモリ５１に一旦記憶しておく。 The subtractor 57 is connected to the AD conversion circuit 41 and the FPN correction signal generation circuit 55. From the reset signal output from the AD conversion circuit 41, the FPN correction signal stored in the FPN correction signal generation circuit 55, A subtraction operation is performed for each pixel 31. By the subtraction operation of the subtractor 57, the reset signal after the FPN correction is output. In the reset signal subjected to the subtraction operation, the FPN is corrected, but the KTC noise is not removed. Further, the signal corresponding to the high luminance part 100 remains as it is. The reset signal with the FPN corrected is temporarily stored in the frame memory 51.
減算器５９は、ＡＤ変換回路４１とＦＰＮ補正信号生成回路５５に接続されており、露光期間終了後に読み出された電荷信号から、ＦＰＮ補正信号生成回路５５に記憶されているＦＰＮ補正信号を、各画素３１ごとに減算演算を行う。この減算器５９の減算演算によって、ＦＰＮ補正後の電荷信号が出力される。減算演算された電荷信号は、ＦＰＮは補正されているが、ＫＴＣノイズは除去されていない。 The subtractor 59 is connected to the AD conversion circuit 41 and the FPN correction signal generation circuit 55, and the FPN correction signal stored in the FPN correction signal generation circuit 55 is obtained from the charge signal read after the exposure period ends. A subtraction operation is performed for each pixel 31. By the subtraction operation of the subtractor 59, the charge signal after the FPN correction is output. In the subtracted charge signal, FPN is corrected, but KTC noise is not removed.
黒沈み補正回路７内には、減算器７３およびリセット信号選択的置換回路７５が配置されている。リセット信号選択的置換回路７５は、フレームメモリ５１に接続されており、ＦＰＮ補正後のリセット信号を入力し、スレッシュレベルＶｔｈ２より高いリセット信号をＯＢ値に置き換えを行う。リセット信号選択的置換回路７５によって処理されたリセット信号は、黒沈みとＦＰＮが補正されている。なお、スレッシュレベルＶｔｈ２はＫＴＣノイズよりも高いレベルとする。減算器７３は、リセット信号選択的置換回路７５と減算器５９に接続され、露光期間（図１１、ｔ２〜ｔ３）の間に露光され、電荷信号読み出し期間（図１１、ｔ３〜ｔ４）の間に読み出された電荷信号から、リセット信号選択的置換回路７５によりスレッシュレベルＶｔｈ２より高いリセット信号がＯＢ値に置き換えられたＦＰＮ補正後のリセット信号を減算する。 In the black sun correction circuit 7, a subtractor 73 and a reset signal selective replacement circuit 75 are arranged. The reset signal selective replacement circuit 75 is connected to the frame memory 51, inputs a reset signal after FPN correction, and replaces a reset signal higher than the threshold level Vth2 with an OB value. The reset signal processed by the reset signal selective replacement circuit 75 is corrected for black sun and FPN. Note that the threshold level Vth2 is higher than the KTC noise. The subtractor 73 is connected to the reset signal selective replacement circuit 75 and the subtractor 59, and is exposed during the exposure period (FIG. 11, t2 to t3), and during the charge signal readout period (FIG. 11, t3 to t4). The reset signal after the FPN correction in which the reset signal higher than the threshold level Vth2 is replaced with the OB value by the reset signal selective replacement circuit 75 is subtracted from the charge signal read out in (5).
次に、第２実施形態の動作について、図１１及び図１２を用いて詳細に説明する。まず、画素３１のリセット動作に先立って、ローリング期間（図１１、ｔ０〜ｔ１）に、ＦＰＮ補正信号生成用に画素３１からの信号を電子ローリングシャッタにより、ＰＤをリセットした状態で、電荷とリセット信号を順次読み出し、カラムＣＤＳでＣＤＳを行ってＫＴＣノイズの除去を行う。 Next, the operation of the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS. First, prior to the reset operation of the pixel 31, in the rolling period (FIG. 11, t0 to t1), the signal from the pixel 31 for generating the FPN correction signal is reset with the charge while the PD is reset by the electronic rolling shutter. The signals are sequentially read out, and CDS is performed by column CDS to remove KTC noise.
すなわち、各画素について、トランジスタＭｒをオンすることによりＦＤをリセットして読出したリセット信号をカラムＣＤＳ３７により所定電位にクランプし、続いてトランジスタＭｔｘ２をオンすることによりＰＤをリセットした状態で読出した電荷信号をカラムＣＤＳ３７によりクランプされた上記所定電位を基準に読出すという公知（例えば特開平２００６−２２２７０８参照）のＣＤＳを行う。このカラムＣＤＳ３７によってＣＤＳが行われた電荷信号は、ＡＤ変換回路４１においてアナログ−デジタル変換された後、ＦＰＮ補正信号生成回路５５内に設けられたメモリに記憶される。このＦＰＮ補正信号生成回路５５に記憶されたＦＰＮ補正信号は、ＰＤがリセットされた状態で読出された電荷信号に対してＣＤＳが行われた電荷信号であるので、ＫＴＣノイズは除去されているがＦＰＮは残っている。このＣＤＳによりＫＴＣノイズが除去された電荷信号は、ＰＤをリセットした状態で読出した電荷信号であるので、ＦＰＮに等しい。 That is, for each pixel, the reset signal read by resetting the FD by turning on the transistor Mr is clamped to a predetermined potential by the column CDS 37, and then the charge read in the state in which the PD is reset by turning on the transistor Mtx2. A well-known CDS (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-222708) is performed in which a signal is read based on the predetermined potential clamped by the column CDS 37. The charge signal subjected to CDS by the column CDS 37 is subjected to analog-digital conversion in the AD conversion circuit 41 and then stored in a memory provided in the FPN correction signal generation circuit 55. Since the FPN correction signal stored in the FPN correction signal generation circuit 55 is a charge signal obtained by performing CDS on the charge signal read in a state where the PD is reset, the KTC noise is removed. FPN remains. The charge signal from which the KTC noise has been removed by this CDS is a charge signal read in a state where the PD is reset, and is therefore equal to FPN.
次に、ＦＰＮ補正信号生成回路５５において、カラムＣＤＳ３７から各画素毎に出力されるＦＰＮを各行毎に加算平均処理を行うことにより各カラム毎のＦＰＮを生成して記憶する。いま、ＦＰＮ補正信号生成回路５５に記憶されている第ｉ列のＦＰＮの値を、
Ｖｆｐｎ（ｉ）−Ｖｏｂ１ ・・・（５）
とする。ただし、Ｖｏｂ１は各列のＯＢレベル１を加算平均した値である。
Next, the FPN correction signal generation circuit 55 generates and stores an FPN for each column by performing an averaging process on the FPN output for each pixel from the column CDS 37 for each row. Now, the FPN value in the i-th column stored in the FPN correction signal generation circuit 55 is
Vfpn (i) −Vob1 (5)
And However, Vob1 is a value obtained by averaging the OB level 1 of each column.
続いて、タイミングｔ１において、第１実施形態と同様にして、各画素３１のリセットを行い、リセット読み出し期間（ｔ１〜ｔ２）内に、各画素３１のリセット信号が読み出される。このリセット信号の値は、第１実施形態における（１）式で表される。次に、減算器５７において、読み出されたリセット信号から、ＦＰＮ補正信号生成回路５５で生成され、記憶されているＦＰＮ補正信号を、各画素３１ごとに減算する。すなわち、減算器５７において減算演算されたリセット信号の値Ｖｒ′′（ｉ，ｊ）は、（１）式と（５）式から、
Ｖｒ′′（ｉ，ｊ）＝Ｖｒ（ｉ，ｊ）＋Ｖｋｔｃ（ｉ、ｊ）・・・（６）
となる。ただし、ＯＢレベル１が行方向に加算平均されたＶｏｂ１と、第ｉ列のＶｏｂ１（ｊ）は、略等しいとしている。これによって、図１２（ａ）に示すように、ＦＰＮが補正されたリセット信号を得ることができる。この減算器５７から出力されたリセット信号は、フレームメモリ５１に記憶される。式（６）からも明らかなように、フレームメモリ５１に記憶されたリセット信号のＫＴＣノイズは除去されていない。
Subsequently, at timing t1, each pixel 31 is reset in the same manner as in the first embodiment, and the reset signal of each pixel 31 is read out during the reset read period (t1 to t2). The value of this reset signal is expressed by equation (1) in the first embodiment. Next, the subtracter 57 subtracts the FPN correction signal generated and stored in the FPN correction signal generation circuit 55 from the read reset signal for each pixel 31. That is, the value Vr ″ (i, j) of the reset signal subtracted by the subtractor 57 is obtained from the equations (1) and (5):
Vr ″ (i, j) = Vr (i, j) + Vktc (i, j) (6)
It becomes. However, Vob1 obtained by averaging the OB level 1 in the row direction and Vob1 (j) in the i-th column are substantially equal. As a result, as shown in FIG. 12A, a reset signal in which the FPN is corrected can be obtained. The reset signal output from the subtractor 57 is stored in the frame memory 51. As is clear from the equation (6), the KTC noise of the reset signal stored in the frame memory 51 is not removed.
フレームメモリ５１に記憶されたＦＰＮ補正後のリセット信号は、リセット信号選択的置換回路７５において、スレッシュレベルＶｔｈ２よりも高いレベルの信号が予め設定されたリセット信号レベルに置き換えられる。これによって、図１２（ｄ）に示すように、リセット信号のスレッシュレベルＶｔｈ２以上の高輝度部１００に対応する信号は予め設定されたリセット信号レベルに補正される。この補正後のフレームメモリ５１に記憶されたリセット信号は、式（６）からも明らかなように、ＦＰＮは補正されているがＫＴＣノイズは残っている。 In the reset signal after the FPN correction stored in the frame memory 51, a signal higher than the threshold level Vth2 is replaced with a preset reset signal level in the reset signal selective replacement circuit 75. As a result, as shown in FIG. 12D, the signal corresponding to the high luminance part 100 having the reset signal threshold level Vth2 or higher is corrected to a preset reset signal level. In the reset signal stored in the frame memory 51 after the correction, as apparent from the equation (6), the FPN is corrected but the KTC noise remains.
続いて、タイミングｔ２になると、第１実施形態と同様にして、グローバルシャッタにより露光動作を開始し、各画素３１ごとにＰＤにおける光電荷の生成と蓄積を行う。タイミングｔ３になるとＭｔｘ１により蓄積電荷をＦＤに移送して露光動作を終了し、電荷信号の読み出しを開始する。この電荷信号の値Ｖｐ′（ｉ，ｊ）は、第１実施形態における式（２）で表され、図１２（ｅ）に示すように、ＦＰＮ１０１、ＫＴＣノイズ１０３が重畳している。この電荷信号は減算器５９に入力され、電荷信号から、ＦＰＮ補正信号生成回路５５に記憶された式（５）で表されるＦＰＮ補正信号を、各画素３１ごとに減算を行う。すなわち、減算器５９の出力信号の値Ｖｐ′′（ｉ，ｊ）は、式（２）、式（５）から、
Ｖｐ′′（ｉ，ｊ）＝Ｖｐ（ｉ，ｊ）＋Ｖｋｔｃ（ｉ，ｊ）−（Ｖｏｂ２（ｊ）−Ｖｏｂ１（ｉ） ・・・ （７）
となる。式（７）からも明らかなように、減算器５９による減算処理よって、電荷信号のＦＰＮが補正されるが、ＫＴＣノイズ１０３は補正されずに残っている。
Subsequently, at timing t2, similarly to the first embodiment, the exposure operation is started by the global shutter, and the generation and accumulation of photocharges in the PD are performed for each pixel 31. At timing t3, the accumulated charge is transferred to the FD by Mtx1, the exposure operation is terminated, and reading of the charge signal is started. The value Vp ′ (i, j) of the charge signal is expressed by Expression (2) in the first embodiment, and as shown in FIG. 12E, the FPN 101 and the KTC noise 103 are superimposed. This charge signal is input to the subtractor 59, and the FPN correction signal expressed by the equation (5) stored in the FPN correction signal generation circuit 55 is subtracted from the charge signal for each pixel 31. That is, the value Vp ″ (i, j) of the output signal of the subtractor 59 is obtained from the equations (2) and (5).
Vp ″ (i, j) = Vp (i, j) + Vktc (i, j) − (Vob2 (j) −Vob1 (i) (7)
It becomes. As is clear from equation (7), the FPN of the charge signal is corrected by the subtraction process by the subtractor 59, but the KTC noise 103 remains without being corrected.
次に、式（７）で表されるＦＰＮ補正された電荷信号から、リセット信号選択的置換回路７５から出力されるリセット信号を、減算器７３によって減算する。リセット信号選択的置換回路７５から出力されるリセット信号の値は、一部のリセット信号がリセット信号選択的置換回路７５によって補正されている他は、式（６）によって表されるので、減算器７３の出力信号の値Ｖｐ′′′（ｉ，ｊ）は、式（７）と式（２）から、
Ｖｐ′′′（ｉ，ｊ）＝Ｖｐ（ｉ，ｊ）−Ｖｒ（ｉ，ｊ）−（Ｖｏｂ２（ｊ）−Ｖｏｂ１（ｉ） ・・・ （７）
となり、第１実施形態における式（４）と同じになっている。この電荷信号Ｖｐ′′′（ｉ，ｊ）は、ＦＰＮ及びＫＴＣノイズが除去されていることがわかる。電荷信号Ｖｐ′′′（ｉ，ｊ）を映像化すると、図８（ｂ）のようになり、黒沈みのない画像を得ることができる。また、高輝度部を通るようにｘ１−ｘ２に沿ってグラフ化すると、図１２（ｆ）のようになる。減算後の出力信号は、ＫＴＣノイズ１０３とＦＰＮ１０１が除去され、黒沈みも補正されている。
Next, the subtractor 73 subtracts the reset signal output from the reset signal selective replacement circuit 75 from the FPN-corrected charge signal represented by Expression (7). The value of the reset signal output from the reset signal selective replacement circuit 75 is expressed by Expression (6) except that a part of the reset signal is corrected by the reset signal selective replacement circuit 75. The output signal value Vp ′ ″ (i, j) of 73 is obtained from the equations (7) and (2):
Vp ′ ″ (i, j) = Vp (i, j) −Vr (i, j) − (Vob2 (j) −Vob1 (i) (7)
This is the same as Expression (4) in the first embodiment. It can be seen that this charge signal Vp ′ ″ (i, j) has FPN and KTC noise removed. When the charge signal Vp ′ ″ (i, j) is visualized, an image without black sink can be obtained as shown in FIG. 8B. Further, when graphing along x1-x2 so as to pass through the high luminance part, it becomes as shown in FIG. In the output signal after subtraction, the KTC noise 103 and the FPN 101 are removed, and darkening is also corrected.
図１２（ｃ）は、黒沈み補正を行われなかった場合の出力信号を示しており、リセット信号において、高輝度部１００に応じた信号をそのまま減算演算に使用することから、黒沈みが残り、見苦しい画像となる。 FIG. 12C shows an output signal when the black sun correction is not performed, and the black sun remains because the signal corresponding to the high luminance portion 100 is used as it is for the subtraction operation in the reset signal. , It becomes an unsightly image.
このように本発明の第２実施形態においては、ＫＴＣノイズが除去されたＦＰＮを生成し、このＦＰＮに基づいてリセット信号からＦＰＮを除去するように補正し、さらに補正したリセット信号に対して黒沈み補正を行い、この補正したリセット信号を用いて、電荷信号からＫＴＣノイズを除去した黒沈み補正した画像信号を得るようにしている。このため、ＦＰＮノイズがある場合でも、黒沈み補正を行うことができる。 As described above, in the second embodiment of the present invention, an FPN from which the KTC noise is removed is generated, correction is performed so as to remove the FPN from the reset signal based on the FPN, and black correction is performed on the corrected reset signal. Sink correction is performed, and using this corrected reset signal, a black sink corrected image signal is obtained by removing KTC noise from the charge signal. For this reason, black sun correction can be performed even when there is FPN noise.
次に、本発明の第２実施形態の変形例を図１３及び図１４を用いて説明する。第２実施形態においては、リセット信号に対して、リセット信号選択的置換回路７５において黒沈み補正を行っていた。本変形例においては、電荷信号に対して黒沈みを検出して、ＫＴＣノイズ除去後に、補正を行うようにしている。 Next, the modification of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.13 and FIG.14. In the second embodiment, the darkening correction is performed in the reset signal selective replacement circuit 75 for the reset signal. In the present modification, black sun is detected with respect to the charge signal, and correction is performed after removing the KTC noise.
本変形例の構成は、第２実施形態に係わる図１０のブロック図において、リセット信号選択的置換回路７５を省略し、代わりに、減算器５９と減算器７３の間であって、黒沈み補正回路７内に、電荷信号選択的検出回路７７と、検出した画素の置き換えを行う画像信号選択的置換回路７１を設けた点以外は、第２実施形態と同様である。そこで、この相違点を中心に説明する。 In the configuration of this modification, the reset signal selective replacement circuit 75 is omitted in the block diagram of FIG. 10 according to the second embodiment, and instead, between the subtractor 59 and the subtractor 73, black sun correction is performed. The circuit 7 is the same as the second embodiment except that a charge signal selective detection circuit 77 and an image signal selective replacement circuit 71 for replacing the detected pixel are provided in the circuit 7. Therefore, this difference will be mainly described.
電荷信号選択的検出回路７７は、電荷信号とスレッシュレベルＶｔｈ３を比較し、スレッシュレベルＶｔｈ３より高い電荷信号については、その画素を信号選択的置換回路７１にて最大値（ＭＳＢ）に置き換えを行う。ここで、スレッシュレベルＶｔｈ３は、電荷信号としての最大値より少し低い値とする。 The charge signal selective detection circuit 77 compares the charge signal with the threshold level Vth3, and for a charge signal higher than the threshold level Vth3, the signal selective replacement circuit 71 replaces the pixel with the maximum value (MSB). Here, the threshold level Vth3 is set to a value slightly lower than the maximum value as the charge signal.
次に、第２実施形態の本変形例の動作について、図１１および図１４を用いて説明する。まず、第２実施形態と同様に、ローリング期間（図１１、ｔ０〜ｔ１）に、ＦＰＮ補正信号生成用に画素３１からの信号を電子ローリングシャッタにより、ＰＤをリセットした状態で、電荷とリセット信号を順次読み出し、カラムＣＤＳでＣＤＳを行ってＫＴＣノイズの除去を行う。ここで、ＫＴＣノイズ除去処理を行った各画素３１の信号に基づいて、ＦＰＮ信号生成回路５５は、ＦＰＮを補正するための補正信号を生成し、これを記憶する。 Next, the operation of this modification of the second embodiment will be described with reference to FIGS. First, as in the second embodiment, in the rolling period (FIG. 11, t0 to t1), the signal from the pixel 31 for generating the FPN correction signal is reset by the electronic rolling shutter and the PD and the reset signal are reset. Are sequentially read out, and CDS is performed on the column CDS to remove KTC noise. Here, based on the signal of each pixel 31 that has been subjected to the KTC noise removal processing, the FPN signal generation circuit 55 generates a correction signal for correcting the FPN, and stores this.
続いて、タイミングｔ１において、第１実施形態１と同様にして、各画素３１のリセットを行い、リセット読み出し期間（ｔ１〜ｔ２）内に、各画素３１のリセット信号が読み出される。減算器５７において読み出されたリセット信号から、ＦＰＮ補正信号生成回路５５で生成され、記憶されているＦＰＮ補正信号を、各画素３１ごとに減算する。減算器５７の出力信号の値は（６）式で表される。これによって、図１４（ａ）に示すように、黒沈みは残っているがＦＰＮが補正されたリセット信号を得ることができ、減算器５７から出力され、フレームメモリ５１に記録される。 Subsequently, at the timing t1, similarly to the first embodiment, each pixel 31 is reset, and the reset signal of each pixel 31 is read out during the reset reading period (t1 to t2). The FPN correction signal generation circuit 55 and the stored FPN correction signal are subtracted for each pixel 31 from the reset signal read by the subtractor 57. The value of the output signal of the subtractor 57 is expressed by equation (6). As a result, as shown in FIG. 14A, a reset signal in which the black sun remains but the FPN is corrected can be obtained, output from the subtractor 57, and recorded in the frame memory 51.
続いて、タイミングｔ２になると、露光動作を開始し、各画素３１ごとにＰＤにおける光電荷の生成と電荷蓄積が行われる。タイミングｔ３になるとＭｔｘ１によりＰＤに蓄積された電荷信号をＦＤに移送して電子シャッタを閉じて露光動作を終了し、電荷信号の読み出しを開始する。このとき読み出された電荷信号は、図１４（ｂ）（ｅ）に示すように、ＦＰＮ１０１、ＫＴＣノイズ１０３が重畳している。この電荷信号は減算器５９に入力され、電荷信号から、ＦＰＮ補正信号生成回路５５に記憶されたＦＰＮ補正信号を、各画素３１ごとに減算演算を行う。減算器５９の出力信号の値は（７）式で表される。これによって、ＦＰＮが補正されるが、ＫＴＣノイズ１０３が残っている電荷信号が減算器５９より出力される。 Subsequently, at timing t2, an exposure operation is started, and photocharge generation and charge accumulation in the PD are performed for each pixel 31. At timing t3, the charge signal accumulated in the PD by Mtx1 is transferred to the FD, the electronic shutter is closed, the exposure operation is terminated, and reading of the charge signal is started. As shown in FIGS. 14B and 14E, FPN 101 and KTC noise 103 are superimposed on the charge signal read at this time. This charge signal is input to the subtractor 59, and the FPN correction signal stored in the FPN correction signal generation circuit 55 is subtracted from the charge signal for each pixel 31. The value of the output signal of the subtractor 59 is expressed by equation (7). As a result, the FPN is corrected, but the charge signal in which the KTC noise 103 remains is output from the subtractor 59.
この減算器５９からのＦＰＮ補正後の電荷信号は、電荷信号選択的置換回路７７において、スレッシュレベルＶｔｈ３よりも大きいレベルか否かが判定される。電荷信号がスレッシュレベルＶｔｈ３よりも大きいと判定された画素の位置を表す信号は、画像信号選択的置換回路７１に出力される。ここで、スレッシュレベルＶｔｈ３は前述したように最大値（ＭＳＢ）より少し低い値である。電荷信号選択的検出回路７７から出力される電荷信号は、ＦＰＮは補正されているがＫＴＣノイズは残っている。 In the charge signal selective replacement circuit 77, it is determined whether or not the charge signal after the FPN correction from the subtractor 59 is higher than the threshold level Vth3. A signal indicating the position of the pixel for which the charge signal is determined to be greater than the threshold level Vth3 is output to the image signal selective replacement circuit 71. Here, the threshold level Vth3 is slightly lower than the maximum value (MSB) as described above. In the charge signal output from the charge signal selective detection circuit 77, FPN is corrected, but KTC noise remains.
電荷信号選択的検出回路７７から出力される電荷信号から、フレームメモリ５１から出力されるリセット信号を、減算器７３によって減算すると、図１４（ｃ）に示すように、ＫＴＣノイズ１０３が除去されるが黒沈みが発生している。そこで、画像信号選択的置換回路７１は、電荷信号選択的置換回路７７から出力される、スレッシュレベルＶｔｈ２よりも大きいと判定された画素の位置に対応する電荷信号を最大値（ＭＳＢ）レベルに置き換えると、図１４（ｆ）に示すような黒沈みが補正された出力信号を得ることができる。このときの出力信号に基づいて映像化すると、図８（ｂ）のようになり、黒沈みのない画像を得ることができる。 When the reset signal output from the frame memory 51 is subtracted from the charge signal output from the charge signal selective detection circuit 77 by the subtractor 73, the KTC noise 103 is removed as shown in FIG. There is a black sun. Accordingly, the image signal selective replacement circuit 71 replaces the charge signal output from the charge signal selective replacement circuit 77 and corresponding to the pixel position determined to be higher than the threshold level Vth2 with the maximum value (MSB) level. Then, it is possible to obtain an output signal in which darkening is corrected as shown in FIG. When the image is generated based on the output signal at this time, an image as shown in FIG.
なお、第２実施形態においては、リセット信号にスレッシュレベルＶｔｈ２を設け、第２実施形態の変形例においては、電荷信号にスレッシュレベルＶｔｈ３を設けるようにしていた。しかし、これに限らず、リセット信号と電荷信号の両方にスレッシュレベルを設けるようにしても構わない。 In the second embodiment, the threshold level Vth2 is provided for the reset signal, and in the modification of the second embodiment, the threshold level Vth3 is provided for the charge signal. However, the present invention is not limited to this, and a threshold level may be provided for both the reset signal and the charge signal.
以上説明したように、本発明の各実施形態においては、黒沈み補正回路が、ＦＰＮを補正した電荷信号に対して黒沈み補正を行うようにしている。本発明の各実施形態においては、黒沈み補正前にＦＰＮ補正を行うようにしているので、ＦＰＮがある場合でも、黒沈み補正を行うことができる。 As described above, in each embodiment of the present invention, the black sun correction circuit performs black sun correction on the charge signal with the FPN corrected. In each embodiment of the present invention, since the FPN correction is performed before the black sun correction, the black sun correction can be performed even when there is an FPN.
また、本発明の各実施形態においては、リセット信号をフレームメモリに記憶し、ＦＰＮ補正はフレーム単位で行うようにしている。すなわち、リセット信号と電荷信号を面単位で減算しており、ＦＰＮ補正とＫＴＣノイズ除去を行うことができ、的確なレベルのリセット信号を得ることができる。 In each embodiment of the present invention, the reset signal is stored in the frame memory, and the FPN correction is performed in units of frames. That is, the reset signal and the charge signal are subtracted in units of planes, FPN correction and KTC noise removal can be performed, and an accurate level reset signal can be obtained.
さらに、本発明の実施形態においては、ＦＰＮ補正信号を生成し、これによってリセット信号または電荷信号に対してＦＰＮ補正を行っている。このように、ＦＰＮ補正信号を別途生成していることから、面出力もしくは水平出力単位でＦＰＮ補正が可能となる。 Furthermore, in the embodiment of the present invention, the FPN correction signal is generated, and thereby the FPN correction is performed on the reset signal or the charge signal. As described above, since the FPN correction signal is separately generated, the FPN correction can be performed in units of surface output or horizontal output.
さらに、本発明の実施形態においては、電子ローリングシャッタ動作時に（図１１参照）、取得した信号に基づいて、ＦＰＮ補正信号を生成している。このため、ＫＴＣノイズの影響を受けずにＦＰＮ補正が可能となる。 Furthermore, in the embodiment of the present invention, during the electronic rolling shutter operation (see FIG. 11), the FPN correction signal is generated based on the acquired signal. For this reason, FPN correction is possible without being affected by KTC noise.
なお、本発明の各実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assist）、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、撮像するにあたって、高輝度光が入射する可能性のある撮影のための機器に使用される撮像装置であれば良い。 In each embodiment of the present invention, a digital camera has been described as an apparatus for photographing. However, the camera may be a digital single lens reflex camera or a compact digital camera, such as a video camera or a movie camera. It may be a camera for moving images, or may be a camera built in a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a game device, or the like. In any case, any imaging device may be used as long as it is used in a device for photographing that may receive high luminance light.
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, you may delete some components of all the components shown by embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
１・・・光学系、３・・・撮像素子、４・・・ＣＤＳ（相関二重サンプリング）、５・・・ＦＰＮ（固定パターンノイズ）補正回路、７・・・黒沈み補正回路、９・・・画像処理回路、１０・・・信号処理回路、１０ａ・・・信号処理回路、１１・・・表示部、１３・・・メモリカード、１５・・・カメラ制御部、１７・・・操作部材、３１・・・画素、３３・・・ＯＢ（オプティカルブラック）部、３５・・・走査回路、３７・・・カラムＣＤＳ、３９・・・カラムアンプ、４１・・・ＡＤ変換回路、４２・・・ＯＢクランプ部、５１・・・フレームメモリ、５３・・・減算器、５５・・・ＦＰＮ補正信号生成回路、５７・・・減算器、５９・・・減算器、７１・・・画像信号選択的置換回路、７３・・・減算器、７５・・・リセット信号選択的置換回路、７７・・・電荷信号選択的検出回路、１００・・・高輝度部、１０１・・・ＦＰＮ（固定パターンノイズ）、１０３・・・ＫＴＣノイズ（熱雑音） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical system, 3 ... Image pick-up element, 4 ... CDS (correlated double sampling), 5 ... FPN (fixed pattern noise) correction circuit, 7 ... Black sink correction circuit, 9. ..Image processing circuit, 10 ... Signal processing circuit, 10a ... Signal processing circuit, 11 ... Display unit, 13 ... Memory card, 15 ... Camera control unit, 17 ... Operation member , 31... Pixel, 33... OB (optical black) portion, 35... Scanning circuit, 37... Column CDS, 39. -OB clamp part, 51 ... frame memory, 53 ... subtractor, 55 ... FPN correction signal generation circuit, 57 ... subtractor, 59 ... subtractor, 71 ... image signal selection Replacement circuit 73 ... subtractor 75 ... reset signal択的 replacement circuit, 77 ... charge signal selective detection circuit, 100 ... high luminance portion, 101 ... FPN (fixed pattern noise), 103 ... KTC noise (thermal noise)
Claims (6)
上記画素をリセットしたときのリセット信号を読出すリセット信号読出し部と、
上記画素を所定時間露光したときの電荷信号を、上記リセット信号を読出す時間区間とは異なる時間区間において読出す電荷信号読出し部と、
上記リセット信号に基づいて、上記電荷信号に含まれる固定パターンノイズを補正する固定パターンノイズ補正部と、
上記固定パターンノイズが補正された電荷信号に対して黒沈み補正を行う黒沈み補正部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 An image pickup device in which pixels are arranged two-dimensionally;
A reset signal reading unit for reading a reset signal when the pixel is reset;
A charge signal reading unit that reads a charge signal when the pixel is exposed for a predetermined time in a time interval different from a time interval in which the reset signal is read;
A fixed pattern noise correction unit that corrects fixed pattern noise included in the charge signal based on the reset signal;
A black sun correction unit that performs black sun correction on the charge signal in which the fixed pattern noise is corrected;
An imaging apparatus comprising:
上記リセット信号読出し部は、電子ローリングシャッタにより上記第１リセット部により上記電荷信号蓄積部をリセットしたときのリセット信号、及び上記第２リセット部により上記光電変換部をリセットしたときの電荷信号を連続して読出し、上記ＣＤＳ回路によりＣＤＳされた上記第１リセット信号を読出す第１リセット信号読出し部と、上記第１リセット部により上記電荷信号蓄積部をリセットしたときの第２リセット信号を、上記第１リセット信号読出し区間とは異なる時間区間に上記ＣＤＳ回路を介さないで読出す第２リセット信号読出し部と、を有してなり、
上記黒沈み補正部は、上記第１リセット信号から上記第２リセット信号を減算する第１減算部と、上記電荷信号から上記第１リセット信号を減算する第２減算部と、上記第１減算部により減算演算されたリセット信号のうち、所定の閾値以上のリセット信号の値を所定値に置換えるリセット信号選択的置換部と、上記第２減算部で減算演算された電荷信号から、上記リセット信号選択的置換部において置換えられたリセット信号を減算する第３減算部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。 The image sensor includes a photoelectric conversion unit that generates a charge signal corresponding to the amount of incident light and stores the charge signal for a predetermined time, a charge signal storage unit that temporarily holds the charge signal, the photoelectric conversion unit, and the charge signal storage unit. Between the gate portion for transferring the signal charge accumulated in the photoelectric conversion portion to the charge signal accumulation portion, a first reset portion for resetting the charge signal accumulation portion, and the charge signal accumulation portion. A pixel having a signal reading unit that reads out a charge signal, a reset signal reading unit that reads out a reset signal when the charge signal storage unit is reset, and a second reset unit that resets the photoelectric conversion unit And a CDS circuit arranged for each column of the pixels arranged in a two-dimensional manner,
The reset signal reading unit continuously outputs a reset signal when the charge signal storage unit is reset by the first reset unit by an electronic rolling shutter and a charge signal when the photoelectric conversion unit is reset by the second reset unit. A first reset signal reading unit that reads out the first reset signal CDS read by the CDS circuit and a second reset signal when the charge signal storage unit is reset by the first reset unit, A second reset signal read unit for reading without passing through the CDS circuit in a time interval different from the first reset signal read interval,
The black sun correction unit includes a first subtracting unit that subtracts the second reset signal from the first reset signal, a second subtracting unit that subtracts the first reset signal from the charge signal, and the first subtracting unit. Among the reset signals subtracted by the reset signal selective replacement unit that replaces the value of the reset signal equal to or higher than a predetermined threshold with a predetermined value, and the reset signal from the charge signal subtracted by the second subtracting unit. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising: a third subtraction unit that subtracts the reset signal replaced in the selective replacement unit.
上記リセット信号読出し部は、電子ローリングシャッタにより上記第１リセット部により上記電荷信号蓄積部をリセットしたときのリセット信号、及び上記第２リセット部により上記光電変換部をリセットしたときの電荷信号を連続して読出し、上記ＣＤＳ回路によりＣＤＳされた上記第１リセット信号を読出す第１リセット信号読出し部と、上記第１リセット部により上記電荷信号蓄積部をリセットしたときの第２リセット信号を、上記第１リセット信号読出し区間とは異なる時間区間に上記ＣＤＳ回路を介さないで読出す第２リセット信号読出し部と、を有してなり、
上記黒沈み補正部は、上記第１リセット信号から上記第２リセット信号を減算する第１減算部と、上記電荷信号から上記第１リセット信号を減算する第２減算部と、上記第２減算部により減算演算された電荷信号のうち、所定の閾値以上の電荷信号の画素の番地を検出する電荷信号選択的検出部と、上記第２減算部により減算演算された電荷信号から、上記第１減算部で減算演算されたリセット信号を減算する第３減算部と、上記第３減算部で減算された電荷信号のうち、上記電荷信号選択的検出部で検出された番地の画素の電荷信号を所定値に置換える画像信号選択的置換え部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。 The image sensor includes a photoelectric conversion unit that generates a charge signal corresponding to the amount of incident light and stores the charge signal for a predetermined time, a charge signal storage unit that temporarily holds the charge signal, the photoelectric conversion unit, and the charge signal storage unit. Between the gate portion for transferring the signal charge accumulated in the photoelectric conversion portion to the charge signal accumulation portion, a first reset portion for resetting the charge signal accumulation portion, and the charge signal accumulation portion. A pixel having a signal reading unit that reads out a charge signal, a reset signal reading unit that reads out a reset signal when the charge signal storage unit is reset, and a second reset unit that resets the photoelectric conversion unit And a CDS circuit arranged for each column of the pixels arranged in a two-dimensional manner,
The reset signal reading unit continuously outputs a reset signal when the charge signal storage unit is reset by the first reset unit by an electronic rolling shutter and a charge signal when the photoelectric conversion unit is reset by the second reset unit. A first reset signal reading unit that reads out the first reset signal CDS read by the CDS circuit and a second reset signal when the charge signal storage unit is reset by the first reset unit, A second reset signal read unit for reading without passing through the CDS circuit in a time interval different from the first reset signal read interval,
The black sun correction unit includes a first subtracting unit that subtracts the second reset signal from the first reset signal, a second subtracting unit that subtracts the first reset signal from the charge signal, and the second subtracting unit. The charge signal selective detection unit that detects the address of the pixel of the charge signal that is equal to or greater than a predetermined threshold among the charge signals subtracted by the first subtraction, and the first subtraction from the charge signal subtracted by the second subtraction unit A third subtraction unit for subtracting the reset signal subtracted by the unit, and a charge signal of a pixel at an address detected by the charge signal selective detection unit among the charge signals subtracted by the third subtraction unit An image signal selective replacement unit for replacing with a value;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
上記画素を所定時間露光したときの電荷信号を、上記リセット信号を読出す時間区間とは異なる時間区間において読出すステップと、
上記リセット信号に基づいて、上記電荷信号に含まれる固定パターンノイズを補正するステップと、
上記固定パターンノイズが補正された電荷信号に対して黒沈み補正を行うステップと、
を有することを特徴とする撮像方法。 Reading a reset signal when resetting pixels arranged in a two-dimensional manner;
Reading the charge signal when the pixel is exposed for a predetermined time in a time interval different from the time interval for reading the reset signal;
Correcting the fixed pattern noise included in the charge signal based on the reset signal;
Performing black sun correction on the charge signal with the fixed pattern noise corrected;
An imaging method characterized by comprising:
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