JP2013017039A - 固体撮像装置およびダークシェーディング補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡便でかつ個体ばらつきや撮像条件の変化に追従してダークシェーディング補正が可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】遮光されていない有効画素で形成された有効画素部と、同一行に配置された全画素が遮光されている遮光画素で形成された垂直ＯＢ部とを有する撮像素子と、前記垂直ＯＢ部のシェーディング特性を表す信号値の一部をサンプリングするサンプリング部２９３と、サンプリング部２９３によるサンプリング値を記憶及び更新する記憶部であるサンプリング値格納レジスタ２９５と、前記サンプリング値に基づいてダークシェーディング補正関数を算出し、前記ダークシェーディング補正関数に基づいて各列のダークシェーディング補正値を算出する算出部である補間演算部２９６と、前記撮像素子の出力信号値から前記ダークシェーディング補正値を減算する減算部である減算回路２９１と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は固体撮像装置に関し、より詳細には、ダークシェーディング成分を補正するダークシェーディング固体撮像装置およびその駆動方法に関するものである。

撮像素子の出力に含まれるダークシェーディング成分を補正するためには、最低でも１ライン分のシェーディング補正データをあらかじめ記憶しておき、シェーディング補正データを減算することで、ダークシェーディング補正を行うことが提案されている（例えば、特許文献１）。

また、ダークシェーディング補正を行うために必要なメモリ容量を削減するために、ダークシェーディング成分の特性を表わす関数の係数のみを記憶し、係数と撮像条件に基づいてダークシェーディング成分を算出し、減算することでダークシェーディング補正を行うことが提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００３−２４４５１３号公報 特開２００８−３１２１７０号公報

しかし、特許文献１記載の装置では、ダークシェーディング補正残りは少ないものの、最低でも１ライン分以上のラインメモリが必要となり、必要なメモリ容量が大きい。

また、特許文献２記載の装置では、必要となるメモリ容量は小さいが、ダークシェーディング補正残りが特許文献１記載の装置に比べて大きい。加えて、ダークシェーディング特性の固体ばらつきがある場合に個別に補正係数の合わせこみが必要となる。他にも、ダークシェーディング特性が温度によって変化する場合、補正係数を温度に応じて変化させる必要があるため、別途温度センサが必要となる上に、補正係数を温度に応じて変化させる分、必要となるメモリ容量が増える。

本発明の目的は、ダークシェーディング成分の除去に必要なメモリの容量と温度変化を検知するための温度センサを削減しつつも、固体ばらつきや撮像条件の変化に応じて、自動的かつ精度よくダークシェーディング補正が可能な固体撮像装置を提供することである。

上記目的を達成する固体撮像装置は、遮光されていない有効画素で形成された有効画素部と、同一行に配置された全画素が遮光されている遮光画素で形成された垂直ＯＢ部とを有する撮像素子と、前記垂直ＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）部の全列に配置された遮光画素から出力され前記垂直ＯＢ部のシェーディング特性を表す信号値のうち、一部の列に配置された遮光画素から出力された信号値をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部でサンプリングされた信号値であるサンプリング値を記憶及び更新する記憶部と、前記記憶部に記憶されているサンプリング値に基づいてダークシェーディング補正関数を算出し、前記ダークシェーディング補正関数に基づいて各列のダークシェーディング補正値を算出する算出部と、前記撮像素子の有効画素から出力された信号値から、当該有効画素が配置された列の前記ダークシェーディング補正値を減算する減算部と、を備える。

この構成によれば、ラインメモリや温度検知手段を必要としない為、ダークシェーディング成分の除去に必要なメモリの容量と温度を検知するための温度センサを削減しつつも、固体ばらつきや撮像条件の変化に応じて、自動的かつ精度よくダークシェーディング補正ができる。

本発明は、ダークシェーディング成分の除去に必要なメモリの容量と温度変化を検知するための温度センサを削減しつつも、固体ばらつきや撮像条件の変化に応じて、自動的かつ精度よくダークシェーディング補正ができる。

本発明の実施形態１〜４に係る固体撮像装置のシステム構成例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る画像信号前処理部とダークシェーディング補正回路の詳細な構成例を示す図である。 Ａ／Ｄ変換回路からメディアンフィルタに入力された信号値を示す図である。 メディアンフィルタが出力する信号値を示す図である。 有効画素部と垂直ＯＢ部とによって構成される撮像部と、通信及びタイミング制御部より入力される垂直ＯＢ判別パルスの関係について示す図である。 垂直ＯＢ部のダークシェーディング特性とサンプリングポイントを示すグラフである。 サンプリング値に基づいて、補間演算部により算出されたダークシェーディング特性補正関数を示すグラフである。 ダークシェーディング補正処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る画像信号前処理部とダークシェーディング補正回路の詳細な構成例を示す図である。 １行のデータが７列で構成される場合のメディアンフィルタの出力例を示す図である。 メディアンフィルタ出力の１階微分を示す図である。 メディアンフィルタ出力の２階微分（絶対値）を示す図である。 本発明の実施形態３に係る画像信号前処理部とダークシェーディング補正回路の詳細な構成例を示す図である。 本発明の実施形態４に係る固体撮像装置内の単位セルの詳細な構成例を示す図である。 本発明の実施形態４に係る画像信号前処理部とダークシェーディング補正回路の詳細な構成例を示す図である。

（実施形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態１に係る撮像装置、固体撮像装置について説明する。

まず、本明細書で例示する本発明の各実施形態に共通する撮像システム（カメラ）の構成を図１に示す。この撮像システムの構成は、後述する実施形態にも適用される。

図１に示すように本発明の撮像システムは、大きく分けて光学系１００、固体撮像装置２００、画像信号処理部５００、およびカメラシステム制御部６００から構成されている。

光学系１００は、被写体からの光を集光して固体撮像装置２００の撮像領域上に画像イメージを形成するレンズ１０１と、レンズ１０１と固体撮像装置２００の間の光路上に位置し、撮像領域上に導かれる光量を制御するメカニカルシャッタ１０２（以後、幕シャッタと称す）を備えている。

固体撮像装置２００は、撮像素子２１０、行走査部２２０、カラムアンプ２１５、Ａ／Ｄ変換回路２３０、ＤＡＣ回路２７０、カウンタ／メモリ２４０、水平走査部２５０、画像信号前処理部４１０、出力Ｉ／Ｆ回路２６０、及び、通信及びタイミング制御部２８０を備える。後述の実施形態では、画像信号前処理部４１０は、画像信号前処理部４１１、４１２、及び４１３のいずれかに置き換えられる。

撮像素子２１０は、フォトダイオードなどの光感応素子やＭＯＳトランジスタ等を含む単位セルを２次元配列上に並べた画素配列からなり、有効画素２１１と、有効画素と同じ構造の画素の上部に当該画素の光感応素子を覆う遮光膜を配置した遮光画素２１２とによって構成される。行走査部２２０は、撮像素子２１０の画素を行単位で選択し、画素のリセットや読み出しを制御する。カラムアンプ２１５は、撮像素子２１０から読み出された画素信号を増幅する。

Ａ／Ｄ変換回路２３０は、カラムアンプ２１５からの信号をＡ／Ｄ変換する。ＤＡＣ回路２７０は、Ａ／Ｄ変換を行う際の参照信号を生成する。カウンタ／メモリ２４０は、Ａ／Ｄ変換された画素信号を保持する。

水平走査部２５０は、カウンタ／メモリ２４０の各列を選択して、保持されているデジタル画素信号の読み出しを駆動する。画像信号前処理部４１０は、カウンタ／メモリ２４０から読み出されるデータにダークシェーディング補正やＯＢ補正等を行う。出力Ｉ／Ｆ回路２６０は、画像信号前処理部４１０で処理したデータを、固体撮像装置２００の外部に出力する。

通信及びタイミング制御部２８０は、カラムアンプ２１５、行走査部２２０、Ａ／Ｄ変換回路２３０、ＤＡＣ回路２７０、カウンタ／メモリ２４０、水平走査部２５０、出力Ｉ／Ｆ回路２６０、画像信号前処理部４１０に対するタイミング制御、及び画像信号前処理部４１０、カメラシステム制御部６００との通信制御を行う。

カラムアンプ２１５は、必須の構成ではないので、なくてもよい。

画像信号処理部５００は、固体撮像装置２００から出力されたデジタル画素信号を受けて、カメラ信号処理として必要な、ガンマ補正、色補間処理や空間補間処理、オートホワイトバランスなどの処理を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等である。また、ＪＰＥＧなどの圧縮フォーマットへの変換や画像メモリへの記録、カメラが備える画像表示デバイス（例えば液晶画面など）への表示用信号の処理などを行う場合もある。

カメラシステム制御部６００は、ユーザＩ／Ｆ（図示せず）で指定された各種の設定に従って、光学系や固体撮像装置、画像信号処理部の制御を行い、撮像装置の全体動作を統合するマイクロコンピュータ等である。

次に図２を用いて、ダークシェーディング補正方法について説明する。図２は、本実施形態に係る画像信号前処理部４１０とダークシェーディング補正回路４２０の詳細な構成例を示す図である。

画像信号前処理部４１０は、ダークシェーディング補正回路４２０とデジタル処理回路４３０とによって構成される。デジタル処理回路４３０には、ダークシェーディング補正以外の各種の信号処理を行う回路として、例えば、ＯＢ補正回路、画素加算回路、デジタルゲイン回路、出力レベルクリップ回路、パラレル−シリアル変換回路が含まれる。Ａ／Ｄ変換回路２３０の出力値が、画像信号前処理部４１０およびデジタル処理回路４３０にて処理され、画像信号前処理部４１０から出力Ｉ／Ｆ回路２６０に出力される。

ダークシェーディング補正回路４２０ではＡ／Ｄ変換回路２３０の出力がメディアンフィルタ２９２に入力され、メディアンフィルタ２９２に入力された信号は、少なくとも水平前後１画素の信号値と比較して、中央値をサンプリング部２９３に出力する。これにより、欠陥画素や列回路故障等によって発生する異常値の信号がサンプリングされることを防ぐ。

サンプリング部２９３は、通信及びタイミング制御部２８０より入力された列番号Ｘとサンプリング列指定レジスタ２９４に格納されているサンプリング列とが一致し、かつ垂直ＯＢ判別パルスがハイレベルとなっている時、メディアンフィルタ２９２から入力された信号値をサンプリング値格納レジスタ２９５に格納する。サンプリング値格納レジスタ２９５に先に格納されている信号値は、新たに格納される信号値で更新される。サンプリング値格納レジスタ２９５は、格納されている信号値を補間演算部２９６に出力する。

サンプリング列指定レジスタ２９４及びサンプリング値格納レジスタ２９５より入力されたサンプリング値（Ｘ１，Ｙ１）〜（Ｘｎ，Ｙｎ）は、補間演算部２９６に入力され、ダークシェーディング補正関数の算出を行う。通信及びタイミング制御部２８０より入力された列番号Ｘを変数として、ダークシェーディング補正関数の演算を行い、ダークシェーディング補正値が減算回路２９１に出力される。

減算回路２９１は、ダークシェーディング補正値を、Ａ／Ｄ変換回路２３０から与えられる有効画素の出力値から減算する。これによりダークシェーディング補正が完了する。その後、ＯＢ補正回路等を含むデジタル処理回路４３０を経由して、出力Ｉ／Ｆ回路２６０に入力される。

このような構成において、サンプリング値格納レジスタ２９５が記憶部の一例であり、補間演算部２９６が算出部の一例であり、減算回路２９１が減算部の一例である。

次に図３Ａと図３Ｂを用いて、３つの信号値の中央値を求めるメディアンフィルタ２９２の動作について説明する。図３Ａは、Ａ／Ｄ変換回路２３０からメディアンフィルタ２９２に入力された信号値の例を示す図である。図３Ｂは図３Ａの入力に対してメディアンフィルタ２９２の出力する信号値を示す図である。１行のデータは７列で構成されるとする。メディアンフィルタ２９２は、例えば、１、２、３列目の各信号レベル４０、５０、４０の中央値を出力するとき、２列目の信号値に注目する。よってメディアンフィルタ２９２の出力は５０となる。同様にして、３列目以降も前後列の各信号レベルの中央値を出力する。但し、両端列、この例では１列目と７列目では前列もしくは後列が存在しない為、入力値をそのまま出力する。

メディアンフィルタ２９２は、垂直ＯＢ部２１３の遮光画素２１２から出力された信号値を列方向に平滑化するデジタルフィルタの一例である。

次に図４を用いて、ダークシェーディング補正回路４２０のサンプリング部２９３と垂直ＯＢ判別パルスについて説明する。図４は撮像素子２１０の垂直ＯＢ部２１３および有効画素部２１４と、通信及びタイミング制御部２８０より入力される垂直ＯＢ判別パルスとの関係について示す図である。

撮像素子２１０の水平方向に同一行の全列に遮光画素が配置されている部分が垂直ＯＢ部２１３となる。図４では行番号１、２、３行目の領域が垂直ＯＢ部２１３となる。垂直ＯＢ部２１３の信号がＡ／Ｄ変換され、ダークシェーディング補正回路４２０に入力されている間、垂直ＯＢ判別パルスはハイレベルとなるように制御される。通信及びタイミング制御部２８０より入力された列番号Ｘとサンプリング列指定レジスタ２９４に格納されているサンプリング列とが一致し、かつ垂直ＯＢ判別パルスがハイレベルとなっている時、サンプリング部２９３は、メディアンフィルタ２９２から入力された信号をサンプリング値格納レジスタ２９５に格納する。

次に図５Ａと図５Ｂを用いて、ダークシェーディング補正回路４２０のサンプリング部２９３と補間演算部２９６の説明を行う。

図５Ａは、垂直ＯＢ部２１３のダークシェーディング特性とサンプリングポイントを示したグラフである。まず、サンプリング列指定レジスタ２９４に格納されている値Ｘ１と列番号Ｘが一致した時の出力レベルＹ１をサンプリング値格納レジスタ２９５に記憶する。続いて、サンプリング列指定レジスタ２９４に格納されている値Ｘ２と列番号Ｘが一致した時の出力レベルＹ２をサンプリング値格納レジスタ２９５に記憶する。このようにして、サンプリング値格納レジスタ２９５にダークシェーディング特性の一部（すなわち、垂直ＯＢ部２１３における一部の列の出力レベル）がサンプリングされる。

次に図５Ｂは、前述のサンプリング値に基づいて、補間演算部２９６で直線補間によりダークシェーディング特性補正関数の算出を行ったグラフである。直線補間によるダークシェーディング特性補正関数の算出のため、まず、サンプリング値（Ｘ１，Ｙ１）とサンプリング値（Ｘ２，Ｙ２）を結ぶ直線Ｚ１の算出を行う。以下の式により算出できる。

Ｚ１＝｛（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｘ２−Ｘ１）｝Ｘ＋Ｙ１

同様にして、サンプリング値（Ｘｍ，Ｙｍ）とサンプリング値（Ｘｍ＋１，Ｙｍ＋１）を結ぶ直線Ｚｍの算出を以下の式により行う。（１≦ｍ≦６）

Ｚｍ＝｛（Ｙｍ＋１−Ｙｍ）／（Ｘｍ＋１−Ｘｍ）｝Ｘ＋Ｙｍ

ダークシェーディング補正関数は以下のようになる。

Ｘｍ≦Ｘ＜Ｘｍ＋１の時（１≦ｍ≦６）
Ｚｍ＝｛（Ｙｍ＋１−Ｙｍ）／（Ｘｍ＋１−Ｘｍ）｝Ｘ＋Ｙｍ

以上で算出されたダークシェーディング補正関数と列番号Ｘによって、ダークシェーディング補正値が算出される。

Ａ／Ｄ変換回路２３０の出力から、算出されたダークシェーディング補正値を減算することで、ダークシェーディング補正が完了する。

以下、ダークシェーディング補正処理の一例を示すフローチャートである図６を用いて、ダークシェーディング補正回路の具体的な動作について説明する。

まず、Ａ／Ｄ変換回路２３０の出力値がメディアンフィルタ２９２に入力され、メディアンフィルタにより入力値の中央値が出力される（Ｓ０１）。

次に、垂直ＯＢ判別パルスの状態を判定する（Ｓ０２）。

垂直ＯＢ判別パルスがローレベルであれば、メディアンフィルタ２９２の出力はサンプリングされない。

垂直ＯＢ判別パルスがハイレベルであれば、サンプリング列指定レジスタ２９４に格納されている値Ｘｎと列番号Ｘの一致を確認する（Ｓ０３）。

サンプリング列指定レジスタ２９４に格納されている値Ｘｎと列番号Ｘが一致しなければ、メディアンフィルタ２９２の出力はサンプリングされない。

サンプリング列指定レジスタ２９４に格納されている値Ｘｎと列番号Ｘが一致すれば、メディアンフィルタ２９２の出力はサンプリング値格納レジスタ２９５に記憶される（Ｓ０４）。

次に、サンプリング値格納レジスタ２９５の値とサンプリング列指定レジスタ２９４の値が補間演算部２９６に入力される（Ｓ０５）。

次に、補間演算部２９６で入力されたサンプリング値格納レジスタ２９５の値とサンプリング列指定レジスタ２９４の値に基づいて、ダークシェーディング補正関数が算出される（Ｓ０６）。

次に、ダークシェーディング補正関数に、変数となる列番号Ｘを代入することで、ダークシェーディング補正値が算出される（Ｓ０７）。

最後に、Ａ／Ｄ変換回路２３０の出力値から補間演算部２９６で算出されたダークシェーディング補正値を減算することで、ダークシェーディング補正が完了する（Ｓ０８）。

なお、本実施の形態では、シェーディング特性を平滑化するためのデジタルフィルタとしてメディアンフィルタ２９２を用いたが、本発明は、デジタルフィルタを用いずに、Ａ／Ｄ変換回路出力を直接サンプリングする構成にも適用可能である。

なお、本実施の形態では、シェーディング特性を平滑化するためのデジタルフィルタとして３列の信号値の中央値を求めるメディアンフィルタを用いたが、本発明は、３列以上の信号値の中央値を求めるメディアンフィルタや、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタやＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタを用いる構成にも適用可能である。

なお、本実施の形態では、補間演算部２９６のシェーディング補正関数算出方式として、直線補間を用いたが、スプライン補間やラグランジュ補間等の曲線補間、最小二乗法等による近似式を用いてもよい。

なお、本実施の形態では、固体撮像装置内の画像信号前処理部４１０にダークシェーディング補正回路を配置したが、ＤＳＰ内の画像信号処理部５００に配置してもよい。

なお、トランジスタのゲート端子及び配線が形成された面と同じ面側に形成される構造とともに、画素が半導体基板の裏面、すなわちトランジスタのゲート端子及び配線が形成された面に対して裏面側に形成される、いわゆる、裏面照射型イメージセンサ（裏面照射型固体撮像装置）の構造を用いることもできる。

なお、画素からの信号出力経路の回路方式として、カラムアンプ２１５がある構成を説明したが、本発明は、カラムアンプ２１５がない構成であっても、適用可能である。

なお、本実施の形態では、固体撮像装置２００内にＡ／Ｄ変換回路２３０が配置されているが、本発明は、固体撮像装置２００外にＡ／Ｄ変換回路２３０が配置されている構成にも適用可能である。

（実施形態２）
本発明の実施形態２を、図７、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃを用いて説明する。

本実施形態では、垂直ＯＢ部２１３のダークシェーディング特性と補間演算部２９６のダークシェーディング補正関数によって算出されたダークシェーディング特性との差分が小さくなるように、サンプリング部２９３が参照するサンプリング列指定レジスタ２９４に格納されている値を適応的に変化させることが特徴である。

実施形態１と異なる点について以下に説明する。

図７は、本実施形態に係る固体撮像装置２００が備える画像信号前処理部４１１とダークシェーディング補正回路４２１の詳細な構成例を示す図である。

ダークシェーディング補正回路４２１のメディアンフィルタ２９２の出力は、サンプリング部２９３だけでなく、２階微分回路３２０にも入力される。２階微分回路３２０において、メディアンフィルタ２９２の出力の２階微分値の算出を行い、算出結果の絶対値を比較器３２１に入力する。比較器３２１にはサンプリング値閾値設定レジスタ３２２の値も入力され、２階微分値がサンプリング値閾値設定レジスタ３２２の値を超えた時、ＡＮＤ回路３２３にハイレベルが出力される。ＡＮＤ回路３２３には列番号Ｘと比較器３２１からの出力が入力され、比較器３２１の出力がハイレベルの時、列番号Ｘがサンプリング列指定レジスタ２９４に入力され、サンプリング列指定レジスタ値として記憶される。

次に図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃを用いて、ダークシェーディング特性の２階微分値結果より、サンプリング列が決定される動作について説明する。

図８Ａはメディアンフィルタ２９２の出力例を示す図である。１行のデータは７列で構成されるとする。図８Ｂはメディアンフィルタ２９２の出力の１階微分を示す図である。これをさらに１階微分した値を示す図が図８Ｃである。ここで、３列目と５列目の２階微分値がサンプリング値閾値設定レジスタ３２２の値（一例として１５）を超える為、サンプリング列指定レジスタ２９４に列番号が記憶される。

以上により、垂直ＯＢ部２１３のダークシェーディング特性とダークシェーディング補正関数によって算出されたダークシェーディング特性との差分が小さくなるようにサンプリング列を適応的に変化させることができる。

（実施形態３）
本発明の実施形態３を、図９を用いて説明する。

本実施形態では、サンプリング部から出力されるサンプリング値を平滑化するデジタルフィルタを備え、平滑化されたサンプリング値を記憶することが特徴である。

実施形態１と異なる点について以下に説明する。

図９は、本実施形態に係る固体撮像装置２００が備える画像信号前処理部４１２とダークシェーディング補正回路４２２の詳細な構成例を示す図である。

サンプリング部２９３の出力がＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ３３０に入力され、平滑化されたのちに、サンプリング値格納レジスタ２９５に記憶される。これにより、サンプリング前のメディアンフィルタ２９２では除去できない、横線ノイズやフレームフリッカノイズ等についても、サンプリング値への影響を抑えることが可能である。

なお、前フレームと撮像条件が異なる場合、サンプリング値格納レジスタ２９５に記憶されているサンプリング値に、撮像条件に応じた係数を乗算し、サンプリング値を更新してもよい。

なお、本実施の形態では、サンプリング値を平滑化するためのデジタルフィルタとしてＩＩＲフィルタ３３０を用いたが、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタやメディアンフィルタ等を用いてもよい。

（実施形態４）
本発明の実施形態４を、図１０及び図１１を用いて説明する。

本実施形態では、撮像素子２１０が備える単位セルが、入射光を電荷に変換する２つ以上のフォトダイオードと、電荷を保持するフローティングディフュージョン部と、前記２つ以上のフォトダイオードに対応して設けられ、対応する前記フォトダイオードから前記フローティングディフュージョン部に電荷を転送する２つ以上の転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョン部の電位をリセットするリセットトランジスタとを有し、１つの単位セルにおいて、前記２つ以上のフォトダイオードと前記２つ以上の転送トランジスタとは、１つの前記リセットトランジスタと１つの前記フローティングディフュージョン部とを共有する場合、ダークシェーディング補正回路にて単位セルを構成するそれぞれの画素で独立にダークシェーディング補正を行うことを特徴とする。

次に、図１０は、本発明の固体撮像装置２００内の撮像素子２１０に設けられる単位セル２１６の詳細な構成例を示す図である。図１０のように、単位セル２１６はフォトダイオード２個、転送トランジスタ２個に対してフローティングディフュージョン部１個、リセットトランジスタ（共有リセットトランジスタ）１個、出力トランジスタ（共有出力トランジスタ）１個で構成されており、２個のフォトダイオードの信号が各転送トランジスタを通り、フローティングディフュージョン部に読み出される２画素１セル構成である。

なお、本発明の実施形態に係る単位セル２１６の構成において、２画素１セル構成で説明を行うが、４画素１セル構成や、さらに複数のフォトダイオードが共有化された場合でも、同様の効果を得ることができ、特に限定されることはない。すなわち、上記では２つの画素で信号読み出しのための構成を共有しているが、３画素あるいは４画素などより多くの画素で共有する構成にしてもかまわない。さらに、共有する画素は複数の列にまたがってもかまわない。

次に、図１１は、本実施形態に係る固体撮像装置２００が備える画像信号前処理部４１３とダークシェーディング補正回路４２３の詳細な構成例を示す図である。

図１０のような、縦方向の２画素１セル構成である場合、行番号Ｖの偶数・奇数によって上下どちらの画素であるか判別可能である。よって、図１１のように奇数行用のサンプリング値格納レジスタ３４０と偶数行用のサンプリング値格納レジスタ３４１とを持ち、行番号Ｖの最下位ｂｉｔ信号によって、サンプリング値格納レジスタ３４０、３４１の何れにサンプリング値を記憶するかセレクタ３４２によって選択を行う。

また、サンプリング値格納レジスタ３４０、３４１から補間演算部２９６への入力についても、同様に行番号Ｖの最下位ｂｉｔ信号によって、サンプリング値格納レジスタ３４０、３４１の何れの値を入力するかセレクタ３４３によって選択を行う。

これにより、２画素１セル構成の上下画素でダークシェーディング特性が異なる場合においても、良好なシェーディング補正が可能となる。

本発明は撮像装置及び固体撮像装置として、ダークシェーディング成分の除去に必要なメモリの容量と温度変化を検知するための温度センサを削減しつつも、固体ばらつきや撮像条件の変化に応じて、自動的かつ精度よくダークシェーディング補正ができき、例えば、一眼レフデジタルスチルカメラ、一眼デジタルスチルカメラ、デジタルスチルカメラに適用できる。

１００ 光学系
１０１ レンズ
１０２ メカニカルシャッタ（幕シャッタ）
２００ 固体撮像装置
２１０ 撮像素子
２１１ 有効画素
２１２ 遮光画素
２１３ 垂直ＯＢ部
２１４ 有効画素部
２１５ カラムアンプ
２１６ 単位セル（２画素１セル）
２２０ 行走査部
２３０ Ａ／Ｄ変換回路
２４０ カウンタ／メモリ
２５０ 水平走査部
２６０ 出力Ｉ／Ｆ回路
２７０ ＤＡＣ回路
２８０ 通信及びタイミング制御部
２９１ 減算回路
２９２ メディアンフィルタ
２９３ サンプリング部
２９４ サンプリング列指定レジスタ
２９５ サンプリング値格納レジスタ
２９６ 補間演算部
３２０ ２階微分回路
３２１ 比較器
３２２ サンプリング値閾値設定レジスタ
３２３ ＡＮＤ回路
３３０ ＩＩＲフィルタ
３４０ サンプリング値格納レジスタ（奇数行用）
３４１ サンプリング値格納レジスタ（偶数行用）
３４２、３４３ セレクタ
４１０〜４１３ 画像信号前処理部
４２０〜４２３ ダークシェーディング補正回路
４３０ デジタル処理回路
５００ 画像信号処理部
６００ カメラシステム制御部

Claims (7)

1. 遮光されていない有効画素で形成された有効画素部と、同一行に配置された全画素が遮光されている遮光画素で形成された垂直ＯＢ部とを有する撮像素子と、
   前記垂直ＯＢ部の全列に配置された遮光画素から出力され前記垂直ＯＢ部のシェーディング特性を表す信号値のうち、一部の列に配置された遮光画素から出力された信号値をサンプリングするサンプリング部と、
   前記サンプリング部でサンプリングされた信号値であるサンプリング値を記憶及び更新する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されているサンプリング値に基づいてダークシェーディング補正関数を算出し、前記ダークシェーディング補正関数に基づいて各列のダークシェーディング補正値を算出する算出部と、
   前記撮像素子の有効画素から出力された信号値から、当該有効画素が配置された列の前記ダークシェーディング補正値を減算する減算部と、
   を備える固体撮像装置。
2. さらに、前記垂直ＯＢ部の遮光画素から出力された信号値を列方向に平滑化するデジタルフィルタを備え、
   前記サンプリング部は、前記平滑化された後の前記一部の列の信号値をサンプリングする、
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記サンプリング部は、前記垂直ＯＢ部の各列の遮光画素から出力された信号値とダークシェーディング補正関数によって算出された対応列のダークシェーディング補正値との差分が減少するように、前記信号値をサンプリングする列を適応的に変化させる、
   請求項１に記載の固体撮像装置。
4. さらに、前記サンプリング部から出力されるサンプリング値を平滑化するデジタルフィルタを備え、
   前記記憶部は、平滑化されたサンプリング値を記憶する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
5. 前記算出部は、前フレームと撮像条件が異なる場合、前記記憶部に記憶されているサンプリング値に、撮像条件に応じた係数をかける
   請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記撮像素子の単位セルが、
   入射光を電荷に変換する、画素ごとに設けられた２つ以上のフォトダイオードと、
   電荷を保持するフローティングディフュージョン部と、
   前記２つ以上のフォトダイオードに対応して設けられ、対応する前記フォトダイオードから前記フローティングディフュージョン部に電荷を転送する２つ以上の転送トランジスタと、
   前記フローティングディフュージョン部の電位をリセットするリセットトランジスタと
   を有し、
   １つの単位セルにおいて、前記２つ以上のフォトダイオードと前記２つ以上の転送トランジスタとは、１つの前記リセットトランジスタと１つの前記フローティングディフュージョン部とを共有する場合、
   前記算出部は、前記単位セルを構成するそれぞれの画素で独立にダークシェーディング補正を行う
   請求項１に記載の固体撮像装置。
7. 撮像素子と、サンプリング部と、記憶部と、算出部と、減算部とを備える固体撮像装置において行われるダークシェーディング補正方法であって、
   前記撮像素子は、遮光されていない有効画素で形成された有効画素部と、同一行に配置された全画素が遮光されている遮光画素で形成された垂直ＯＢ部とを有し、
   前記サンプリング部にて、前記垂直ＯＢ部の全列に配置された遮光画素から出力され前記垂直ＯＢ部のシェーディング特性を表す信号値のうち、一部の列に配置された遮光画素から出力された信号値をサンプリングし、
   記憶部にて、前記サンプリング部でサンプリングされた信号値であるサンプリング値を記憶及び更新し、
   算出部にて、前記記憶部に記憶されているサンプリング値に基づいてダークシェーディング補正関数を算出し、前記ダークシェーディング補正関数に基づいて各列のダークシェーディング補正値を算出し、
   減算部にて、前記撮像素子の有効画素から出力された信号値から、当該有効画素が配置された列の前記ダークシェーディング補正値を減算する、
   ダークシェーディング補正方法。

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