JP2018133685A - Imaging device, control method of the same, control program, and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce influence of FPN corresponding to high pixelation without increasing the circuit scale and processing load.SOLUTION: The imaging device includes: a first pixel region 103 for obtaining a predetermined reference signal; a second pixel region 102 shielded from light; and a third pixel region 101 for obtaining an image signal corresponding to an optical image. When a vertical scanning circuit 104 reads out and controls the first to third pixel regions, the vertical scanning circuit reads an image signal from the third pixel region and selectively reads an output of the first pixel region and an output of the second pixel region as a read signal. A correction circuit 108 performs a predetermined offset correction on the image signal on the basis of the read signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、撮像素子、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置に関し、特に、CMOSイメージセンサーなどの撮像素子の駆動制御に関する。   The present invention relates to an image pickup device, a control method thereof, a control program, and an image pickup apparatus, and more particularly to drive control of an image pickup device such as a CMOS image sensor.

近年、デジタルビデオカメラなどの撮像装置においては、記録可能な画素数が増している。画素数の増加は、撮像装置に記録された画像を表示するモニターの規格と密接な関係がある。例えば、モニターの規格がSD(Standard Definition)規格からHD(High Definition)規格に移行し、今後より解像度のモニターが現れると、さらに画素数が増加することになる。   In recent years, in an imaging device such as a digital video camera, the number of pixels that can be recorded has increased. The increase in the number of pixels is closely related to the standard of a monitor that displays an image recorded in an imaging device. For example, when the monitor standard shifts from the SD (Standard Definition) standard to the HD (High Definition) standard and a monitor with a higher resolution appears in the future, the number of pixels further increases.

HD規格における解像度は、主に横方向1920画素、縦方向1080画素(以下1920×1080と表す)である。一方、4k2k規格と呼ばれる次世代のモニターにおける解像度は、3840×2160画素であり、HD規格の4倍の画素数となる。   The resolution in the HD standard is mainly 1920 pixels in the horizontal direction and 1080 pixels in the vertical direction (hereinafter referred to as 1920 × 1080). On the other hand, the resolution in the next-generation monitor called the 4k2k standard is 3840 × 2160 pixels, which is four times as many pixels as the HD standard.

また、デジタルシネマにおいて策定されている規格は、4096×2160画素であり、4k2k規格よりも画素数が多い。さらに、4k2k規格の次世代の規格として、8k4k規格が考えられており、当該規格では7680×4320画素の画素数を有する。8k4k規格に対応するデジタルシネマでは水平方向は8k画素を超えるものと考えられる。   The standard established in digital cinema is 4096 × 2160 pixels, which has a larger number of pixels than the 4k2k standard. Further, the 8k4k standard is considered as the next generation standard of the 4k2k standard, and the standard has a pixel number of 7680 × 4320 pixels. In a digital cinema corresponding to the 8k4k standard, the horizontal direction is considered to exceed 8k pixels.

このようなモニターの規格の変化に伴って、撮像装置においても記録可能な画素数を増加させることが要求されている。例えば、スーパーハイビジョンにおける記録画素に対応するにためは、高画素数に対応するレンズ、撮像素子、画像処理LSI、および映像出力LSIなどにおいて対応する必要がある。   With such changes in monitor standards, it is required to increase the number of pixels that can be recorded even in an imaging apparatus. For example, in order to support a recording pixel in Super Hi-Vision, it is necessary to cope with a lens, an image sensor, an image processing LSI, a video output LSI, and the like corresponding to a high number of pixels.

一方、デジタルカメラなどの撮像装置において撮像素子として用いられるCMOSイメージセンサーでは、その構造に起因して垂直方向に固定パターンノイズ(Fixed−pattern Noise)が存在する。このFPNには、例えば、感度不均一性による縦線ノイズ(PRNU)、暗電流の不均一性によるノイズ(DSNU)、さらには、画素欠陥による所謂点キズなどがある。このため、一般に撮像装置に備えられた画像処理LSIなどによってリアルタイムでFPNを補正している。   On the other hand, in a CMOS image sensor used as an imaging element in an imaging apparatus such as a digital camera, there is fixed pattern noise (fixed-pattern noise) in the vertical direction due to its structure. This FPN includes, for example, vertical line noise (PRNU) due to sensitivity nonuniformity, noise due to dark current nonuniformity (DSNU), and so-called point scratches due to pixel defects. For this reason, the FPN is generally corrected in real time by an image processing LSI or the like provided in the imaging apparatus.

ところで、FPNを補正する際には、OB(オプティカルブラック)画素が用いられる。そして、OB画素におけるFPNを検出して有効画素領域におけるFPNを補正する。   By the way, when correcting the FPN, OB (optical black) pixels are used. Then, the FPN in the OB pixel is detected and the FPN in the effective pixel region is corrected.

ところが、有効画素領域の高画素化に加えて、FPN補正用のOB画素から画素信号(つまり、映像信号)を取得すると、1フレームにおける情報量が大きくなって、画像処理LSIが大規模になるばかりでなく、消費電力が増大する。   However, when the pixel signal (that is, the video signal) is acquired from the OB pixel for FPN correction in addition to the increase in the effective pixel area, the amount of information in one frame increases, and the image processing LSI becomes large. In addition, power consumption increases.

一方、情報量を少なくするため、OB画素を少なくすると、FPN補正用の画素が少なくなるので、ランダムノイズなどの影響によって撮像装置の起動時および列アンプの切替の際の収束時間が長くなる。   On the other hand, if the number of OB pixels is reduced in order to reduce the amount of information, the number of pixels for FPN correction is reduced. Therefore, the convergence time at the start-up of the imaging apparatus and switching of the column amplifiers is increased due to the influence of random noise and the like.

ランダムノイズの影響を抑えて収束時間を短くするため、例えば、ランダムノイズ成分を検出して、その検出結果をFPN補正ための演算処理に反映させるようにしたものがある(特許文献1参照)。さらに、OB画素を行単位で複数回読み出して1フレームにおけるFPN補正用の領域を多く確保するようにした手法がある(特許文献2参照)。   In order to suppress the influence of random noise and shorten the convergence time, for example, there is one in which a random noise component is detected and the detection result is reflected in an arithmetic process for FPN correction (see Patent Document 1). Furthermore, there is a method in which OB pixels are read out a plurality of times in units of rows to secure a large area for FPN correction in one frame (see Patent Document 2).

特開2006−25146号公報JP 2006-25146 A 特開2013−62859号公報JP 2013-62859 A

ところが、特許文献1に記載のように、ランダムノイズ成分を検出する際には、そのためには検出回路が必要になって、回路規模および処理負荷が増大する。さらには、ランダムノイズ成分を検出する際には、多数の検出用画素が必要となって、特に、撮像装置の起動および列アンプゲインの切替の際に、先頭フレームがFPNの影響を受けることがある。   However, as described in Patent Document 1, when a random noise component is detected, a detection circuit is required for this purpose, which increases the circuit scale and processing load. Furthermore, when detecting a random noise component, a large number of detection pixels are required. In particular, when the imaging apparatus is started and the column amplifier gain is switched, the top frame may be affected by FPN. is there.

特許文献2に記載のように、OB画素を行単位で複数回読み出すと、不可避的に映像信号転送の際の情報量が増加して高画素化を実現できないことがある。   As described in Patent Document 2, when the OB pixel is read out a plurality of times in units of rows, the amount of information at the time of transferring the video signal is inevitably increased, and it may not be possible to increase the number of pixels.

従って、本発明の目的は、回路規模および処理負荷が増大することなく、高画素化に対応するFPNの影響を低減することのできる撮像素子、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging device, a control method thereof, a control program, and an imaging apparatus capable of reducing the influence of FPN corresponding to the increase in the number of pixels without increasing the circuit scale and processing load. There is to do.

上記の目的を達成するため、本発明による撮像素子は、所定の基準信号を得るための第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域と、光学像に応じた画像信号を得るための第3の画素領域とを有する撮像素子であって、前記第1乃至前記第3の画素領域を読み出し制御する際、前記第3の画素領域から前記画像信号を読み出すとともに、前記第1の画素領域の出力および前記第2の画素領域の出力を選択的に読み出し信号として読み出す読み出し手段と、前記読み出し信号に基づいて前記画像信号に対して所定のオフセット補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an imaging device according to the present invention obtains a first pixel region for obtaining a predetermined reference signal, a shielded second pixel region, and an image signal corresponding to an optical image. An image sensor having a third pixel region, and when reading and controlling the first to third pixel regions, the image signal is read from the third pixel region and the first pixel A readout unit that selectively reads out the output of the region and the output of the second pixel region as a readout signal; and a correction unit that performs a predetermined offset correction on the image signal based on the readout signal. Features.

本発明によれば、回路規模および処理負荷が増大することなく、高画素化に対応するFPNの影響を低減することができる。   According to the present invention, the influence of FPN corresponding to the increase in the number of pixels can be reduced without increasing the circuit scale and processing load.

本発明の実施の形態による撮像素子の一例についてその構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure about an example of the image pick-up element by embodiment of this invention. 図1に示す撮像素子における画素構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pixel structure in the image pick-up element shown in FIG. 図1に示す補正回路による補正処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correction process by the correction circuit shown in FIG. 図1に示す撮像素子における読み出し制御を説明するためのタイミング図である。FIG. 2 is a timing diagram for explaining readout control in the image sensor shown in FIG. 1.

以下に、本発明の実施の形態による撮像素子の一例について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an example of an image sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態による撮像素子の一例についてその構成を示すブロック図である。なお、図示の撮像素子は、例えば、デジタルカメラなどの撮像装置で用いられる。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an example of an image sensor according to an embodiment of the present invention. The illustrated image sensor is used in, for example, an imaging apparatus such as a digital camera.

図示の撮像素子は、例えば、CMOSイメージセンサーである。撮像素子は、有効画素領域101、オプティカルブラック画素領域(OB画素領域)102、およびダミー画素領域(NULL画素領域)103を有する画素領域を備えている。有効画素領域101は、光学像に応じた画像信号を出力するための領域である。OB画素領域102はオフセット補正用の遮光された領域である。NULL画素領域103は所定の基準信号を得るための領域である。   The illustrated image sensor is, for example, a CMOS image sensor. The imaging device includes a pixel area having an effective pixel area 101, an optical black pixel area (OB pixel area) 102, and a dummy pixel area (NULL pixel area) 103. The effective pixel area 101 is an area for outputting an image signal corresponding to an optical image. The OB pixel region 102 is a light-shielded region for offset correction. The NULL pixel area 103 is an area for obtaining a predetermined reference signal.

NULL画素領域103の画素は、有効画素領域101およびOB領域102とは異なり、光電変換用のフォトダイオード(PD)および電荷を蓄積するためのFD(フローティングディフュージョン)が形成されていない。このため、NULL画素領域103は有効画素領域101およびOB画素領域102に比べて画素欠陥およびランダムノイズ成分が少ない。一方、NULL画素領域103では、PDによる暗電流成分がないので、特に高温環境下などにおいて有効画素領域101およびOB画素領域とオフセットレベルにずれが生じることがある。   Unlike the effective pixel region 101 and the OB region 102, the pixel in the NULL pixel region 103 is not formed with a photodiode (PD) for photoelectric conversion and an FD (floating diffusion) for storing charges. For this reason, the NULL pixel region 103 has fewer pixel defects and random noise components than the effective pixel region 101 and the OB pixel region 102. On the other hand, in the NULL pixel region 103, since there is no dark current component due to PD, there may be a difference in offset level from the effective pixel region 101 and the OB pixel region particularly in a high temperature environment.

垂直走査回路104は、撮像装置に備えられた制御部(図示せず)の制御下で、有効画素領域101、OB画素領域102、およびNULL画素領域103から画素信号を1フレームにおいて順次読み出すタイミングを制御する。一般に、画素領域において上側の行から下側の行に向って行単位で順次読み出しが行われる。   The vertical scanning circuit 104 sequentially reads pixel signals from the effective pixel area 101, the OB pixel area 102, and the NULL pixel area 103 in one frame under the control of a control unit (not shown) provided in the imaging apparatus. Control. In general, readout is sequentially performed in units of rows from the upper row to the lower row in the pixel region.

列アンプ(AMP)105は、有効画素領域101、OB画素領域102、およびNULL画素領域103から読み出された画素信号を増幅する。列アンプ105によって画素信号を増幅することによって、AD回路106で生じるノイズに対する画素信号のレベルを改善して、等価的にS/Nを改善させる。   The column amplifier (AMP) 105 amplifies pixel signals read from the effective pixel region 101, the OB pixel region 102, and the NULL pixel region 103. By amplifying the pixel signal by the column amplifier 105, the level of the pixel signal against noise generated in the AD circuit 106 is improved, and the S / N is improved equivalently.

AD回路106は、列アンプ105の出力を受けて、当該出力をデジタル信号に変換する。つまり、AD回路106は有効画素領域101、OB画素領域102、およびNULL画素領域の出力である画素信号をデジタル信号に変換する。   The AD circuit 106 receives the output of the column amplifier 105 and converts the output into a digital signal. That is, the AD circuit 106 converts the pixel signals that are outputs of the effective pixel region 101, the OB pixel region 102, and the NULL pixel region into digital signals.

水平転送回路107は、撮像装置に備えられた制御部の制御下で、AD回路106の出力であるデジタル信号(画素データ)を順次読み出す。そして、水平転送回路107の出力は補正回路108に入力される。   The horizontal transfer circuit 107 sequentially reads out digital signals (pixel data) that are output from the AD circuit 106 under the control of a control unit provided in the imaging apparatus. The output of the horizontal transfer circuit 107 is input to the correction circuit 108.

補正回路108はデジタル信号処理を行う回路であって、後述するようにして、デジタル信号処理によってFPN補正などのオフセット補正を行うとともに、シフト演算および乗算処理を行って簡易的にゲイン演算を行う。   The correction circuit 108 performs digital signal processing. As described later, the correction circuit 108 performs offset correction such as FPN correction by digital signal processing, and performs simple gain calculation by performing shift calculation and multiplication processing.

図2は、図1に示す撮像素子における画素構成の一例を示す図である。なお、図示の画素構成は、有効画素領域101およびOB画素領域102に備えられた画素の構成を示すものである。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a pixel configuration in the image sensor illustrated in FIG. 1. The illustrated pixel configuration indicates the configuration of the pixels provided in the effective pixel region 101 and the OB pixel region 102.

画素200は、PD(光電変換部)201を有しており、PD201は受光した光に応じた電荷を出力する。図示の例では、PD201のアノードは接地されており、そのカソードは転送MOSトランジスタ202を介して増幅MOSトランジスタ203のゲートに接続されている。   The pixel 200 includes a PD (photoelectric conversion unit) 201, and the PD 201 outputs a charge corresponding to the received light. In the illustrated example, the anode of the PD 201 is grounded, and the cathode thereof is connected to the gate of the amplification MOS transistor 203 via the transfer MOS transistor 202.

増幅MOSトランジスタ203のゲートには、増幅MOSトランジスタ203をリセットするためのリセットMOSトランジスタ204のソースが接続されている。そして、リセットMOSトランジスタ204のドレインは電源電圧Vccに接続されている。さらに、増幅MOSトランジスタ203のドレインは電源電圧Vccに接続され、そのソースは選択MOSトランジスタ205のドレインに接続されている。   The source of the reset MOS transistor 204 for resetting the amplification MOS transistor 203 is connected to the gate of the amplification MOS transistor 203. The drain of the reset MOS transistor 204 is connected to the power supply voltage Vcc. Further, the drain of the amplification MOS transistor 203 is connected to the power supply voltage Vcc, and the source thereof is connected to the drain of the selection MOS transistor 205.

画素200の出力(画素信号)は垂直信号線206を介して列アンプ105に出力される。転送MOSトランジスタ202、リセットMOSトランジスタ204、および選択MOSトランジスタ205は垂直走査回路104によってオンオフ制御される。つまり、転送MOSトランジスタ202は垂直走査回路104から送られる転送パルスptxがハイ(H)レベルの際にオンし、リセットMOSトランジスタ204は垂直走査回路104から送られるリセットパルスpresがHレベルの際にオンする。また、選択MOSトランジスタ205は垂直走査回路104から送られる選択パルスpselがHレベルの際にオンする。   An output (pixel signal) of the pixel 200 is output to the column amplifier 105 via the vertical signal line 206. The transfer MOS transistor 202, the reset MOS transistor 204, and the selection MOS transistor 205 are on / off controlled by the vertical scanning circuit 104. That is, the transfer MOS transistor 202 is turned on when the transfer pulse ptx sent from the vertical scanning circuit 104 is high (H) level, and the reset MOS transistor 204 is turned on when the reset pulse pres sent from the vertical scanning circuit 104 is H level. Turn on. The selection MOS transistor 205 is turned on when the selection pulse psel sent from the vertical scanning circuit 104 is at the H level.

図1に示す撮像素子では、垂直走査回路104によるタイミング制御によって有効画素領域101、OB画素領域102、およびNULL画素領域103の読み出しを制御する。なお、図2に示す例では、FDは示されておらず、前述のように、NULL画素領域103にはPD201およびFDが備えられていない。   In the imaging device shown in FIG. 1, reading of the effective pixel region 101, the OB pixel region 102, and the NULL pixel region 103 is controlled by timing control by the vertical scanning circuit 104. In the example shown in FIG. 2, FD is not shown, and as described above, the NULL pixel region 103 is not provided with the PD 201 and the FD.

ここで、図1に示す撮像素子における固定パターンノイズ(Fixed−pattern Noise:FPN)の補正について説明する。   Here, correction of fixed pattern noise (Fixed-pattern Noise: FPN) in the image sensor shown in FIG. 1 will be described.

図1に示す撮像素子においては、列毎に列アンプ105およびAD回路106を備えている。このため、列アンプ105およびAD回路106毎のオフセットのばらつきに起因して、画像の縦方向に筋状のノイズが生じることがある。このような筋状のノイズを補正するため、前述の補正回路108が用いられる。   The image sensor shown in FIG. 1 includes a column amplifier 105 and an AD circuit 106 for each column. For this reason, streak noise may occur in the vertical direction of the image due to variations in offset between the column amplifier 105 and the AD circuit 106. In order to correct such streak noise, the above-described correction circuit 108 is used.

図3は、図1に示す補正回路による補正処理を説明するための図である。そして、図3(a)はNULL画素領域を補正値算出エリアとしてFPNを検出する場合を示す図であり、図3(b)はOB画素領域を補正値算出エリアとしてFPNを検出する場合を示す図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining correction processing by the correction circuit shown in FIG. FIG. 3A is a diagram showing a case where FPN is detected using a NULL pixel area as a correction value calculation area, and FIG. 3B is a diagram showing a case where FPN is detected using an OB pixel area as a correction value calculation area. FIG.

ここでは、OB画素領域102又はNULL画素領域103においてFPN成分を検出し、補正回路108によってFPNの補正処理を行う。   Here, the FPN component is detected in the OB pixel region 102 or the NULL pixel region 103, and the correction circuit 108 performs FPN correction processing.

図3(a)に示すように、NULL画素領域103を用いてFPNに対する補正値を求める場合には、NULL画素領域103においては欠陥画素およびランダムノイズ成分が少ないので、画素数が少なくても補正値を短時間で収束させることができる。一方、NULL画素領域103においては暗電流成分がないので、有効画素領域101に対して黒レベルがずれてしまう。このため、NULL画素領域103を用いて補正値を求めると、撮像素子の出力である出力画像における黒レベルが適正にならないことがある。   As shown in FIG. 3A, when the correction value for the FPN is obtained using the NULL pixel area 103, since there are few defective pixels and random noise components in the NULL pixel area 103, the correction is performed even if the number of pixels is small. The value can be converged in a short time. On the other hand, since there is no dark current component in the NULL pixel region 103, the black level shifts with respect to the effective pixel region 101. For this reason, when the correction value is obtained using the NULL pixel region 103, the black level in the output image that is the output of the image sensor may not be appropriate.

図3(b)に示すように、OB画素領域102を用いて補正値を求める場合には、OB画素領域102では欠陥画素およびランダムノイズ成分がNULL画素領域103に比べて多いので、補正値を短時間で収束させるためには、多数の画素を必要とする。   As shown in FIG. 3B, when the correction value is obtained using the OB pixel region 102, the defect pixel and the random noise component are larger in the OB pixel region 102 than in the NULL pixel region 103. In order to converge in a short time, a large number of pixels are required.

よって、ここでは、後述するように、OB画素領域102およびNULL画素領域103における読み出しを切り替える。つまり、OB画素領域102およびNULL画素領域103を選択的に読み出す。   Therefore, here, as described later, readout in the OB pixel region 102 and the NULL pixel region 103 is switched. That is, the OB pixel area 102 and the NULL pixel area 103 are selectively read out.

例えば、撮像装置の起動の際および列アンプゲインの切り替えの際に、1フレーム目(1番目のフレーム)については補正値の収束時間を短くするためNULL画素領域103の読み出しを行う。そして、2フレーム目以降についてはOB画素領域102の読み出しを行う。これによって、有効画素領域101におけるオフセットレベルの変動に追従させる。   For example, when the imaging apparatus is started up and the column amplifier gain is switched, the NULL pixel area 103 is read out in order to shorten the convergence time of the correction value for the first frame (first frame). For the second and subsequent frames, the OB pixel area 102 is read out. As a result, the variation of the offset level in the effective pixel region 101 is followed.

図4は、図1に示す撮像素子における読み出し制御を説明するためのタイミング図である。なお、ここでは、(n+1)フレーム目(nは1以上の整数)において、前述のようにNULL画素領域103からOB画素領域102に読み出しを切り替えた際のフレームと読み出し行との関係について説明する。   FIG. 4 is a timing chart for explaining readout control in the image sensor shown in FIG. Here, in the (n + 1) th frame (n is an integer equal to or greater than 1), the relationship between the frame and the readout row when readout is switched from the NULL pixel region 103 to the OB pixel region 102 as described above will be described. .

撮像装置に備えられた制御部から垂直走査回路104にNULL/OB切替信号が与えられる。NULL/OB切替信号がロー(L)レベルであると、垂直走査回路104はNULL画素出力を選択する。一方、NULL/OB切替信号がHレベルであると、垂直走査回路104はOB画素出力を選択する。   A NULL / OB switching signal is given to the vertical scanning circuit 104 from a control unit provided in the imaging apparatus. When the NULL / OB switching signal is at a low (L) level, the vertical scanning circuit 104 selects a NULL pixel output. On the other hand, when the NULL / OB switching signal is at the H level, the vertical scanning circuit 104 selects the OB pixel output.

nフレーム目において、NULL/OB切替信号はLレベルであるので、垂直走査回路104はNULL画素領域103および有効画素領域101について画素の読み出しを行う。垂直走査回路104は選択MOSトランジスタ205を制御して読み出し行を選択する。つまり、垂直走査回路104は、まず、NULL画素選択信号を順次Hレベルとして、NULL画素領域103について1行目からN行目(Nは2以上の整数)まで画素の読み出しを行う。続いて、垂直走査回路104はOB画素領域102については画素の読み出しを行わずに、有効画素行選択信号を順次Hレベルとして有効画素領域101について1行目からL行目(Lは2以上の整数)まで画素の読み出しを行う。   Since the NULL / OB switching signal is at the L level in the nth frame, the vertical scanning circuit 104 reads out pixels from the NULL pixel region 103 and the effective pixel region 101. The vertical scanning circuit 104 controls the selection MOS transistor 205 to select a reading row. In other words, the vertical scanning circuit 104 first reads pixels from the first row to the Nth row (N is an integer of 2 or more) in the NULL pixel region 103 by sequentially setting the NULL pixel selection signal to the H level. Subsequently, the vertical scanning circuit 104 does not read out the pixels in the OB pixel region 102, and sequentially sets the effective pixel row selection signal to the H level, so that the effective pixel region 101 is in the first to L rows (L is 2 or more). Pixels are read out to an integer.

nフレーム目の途中でNULL/OB切替信号がHレベルとなったとする。垂直走査回路104は(n+1)フレーム以降においてNULL画素領域103について画素の読み出しを行わない。そして、垂直走査回路104はOB画素行選択信号を順次HレベルとしてOB画素領域102について1行目からM行目(Mは2以上の整数)まで画素の読み出しを行う。続いて、垂直走査回路104は有効画素行選択信号を順次Hレベルとして有効画素領域101について1行目からL行目まで画素の読み出しを行う。   Assume that the NULL / OB switching signal becomes H level in the middle of the nth frame. The vertical scanning circuit 104 does not read out pixels from the NULL pixel region 103 after (n + 1) frames. The vertical scanning circuit 104 reads out pixels from the first row to the Mth row (M is an integer of 2 or more) in the OB pixel region 102 by sequentially setting the OB pixel row selection signal to the H level. Subsequently, the vertical scanning circuit 104 sequentially reads the pixels from the first row to the Lth row in the effective pixel region 101 by setting the effective pixel row selection signal to the H level sequentially.

このような読み出し制御を行うと、nフレームについては、NULL画素に関する画素信号と有効画素に関する画素信号とが列アンプ105に出力される。一方、(n+1)フレーム以降については、OB画素に関する画素信号と有効画素に関する画素信号とが列アンプ105に出力される。   When such readout control is performed, for n frames, a pixel signal related to a NULL pixel and a pixel signal related to an effective pixel are output to the column amplifier 105. On the other hand, for (n + 1) frames and thereafter, the pixel signal related to the OB pixel and the pixel signal related to the effective pixel are output to the column amplifier 105.

この結果、補正回路108では、補正値を短時間で収束させつつ、出力画像における黒レベルが適正とすることができる。つまり、補正値算出の際に用いる画素数を少なくして処理負荷を軽減し、かつFPNの影響を低減することができる。   As a result, the correction circuit 108 can optimize the black level in the output image while converging the correction value in a short time. That is, it is possible to reduce the processing load by reducing the number of pixels used when calculating the correction value, and to reduce the influence of FPN.

なお、上述の例では、撮像装置の起動の際又は列アンプゲインの切り替えの際にNULL画素領域103およびOB画素領域102の読み出し切替えを行うようした。一方、有効画素領域101およびNULL画素領域103において黒レベルにずれがなければ、読み出し領域を切り替える必要はない。例えば、温度が上昇した際に暗電流成分によって黒レベルがずれる場合、温度検出センサによって、黒レベルが変動する温度を検出して、当該温度を閾値として読み出し領域の切り替えを行うようにしてもよい。   In the above-described example, readout switching of the NULL pixel region 103 and the OB pixel region 102 is performed when the imaging apparatus is activated or when the column amplifier gain is switched. On the other hand, if there is no deviation in the black level in the effective pixel region 101 and the NULL pixel region 103, it is not necessary to switch the readout region. For example, when the black level shifts due to the dark current component when the temperature rises, the temperature at which the black level fluctuates may be detected by the temperature detection sensor, and the reading area may be switched using the temperature as a threshold value. .

ところで、FPN成分を補正する際に用いられる補正回路として次の2つの例を挙げることができる。   By the way, the following two examples can be given as correction circuits used when correcting the FPN component.

第1の例は積分型の補正回路(第1の補正回路)である。当該積分型の補正回路は1フレーム毎に補正値を求めることができるが、ランダムノイズ成分が大きいと、補正値の算出精度が悪くなる可能性がある。   The first example is an integral type correction circuit (first correction circuit). The integration type correction circuit can obtain a correction value for each frame. However, if the random noise component is large, the calculation accuracy of the correction value may deteriorate.

第2の例は巡回型の補正回路(第2の補正回路)である。巡回型の補正回路を用いれば、過去フレームの補正値を引き継ぐ結果、ランダムノイズが多い場合においても算出精度が低下することなく補正を行うことができる。なお、巡回型の補正回路を用いた場合には、補正値の収束時間が長くなる。   The second example is a cyclic correction circuit (second correction circuit). If a cyclic correction circuit is used, correction can be performed without lowering the calculation accuracy even when there is a lot of random noise as a result of taking over the correction value of the past frame. Note that when the cyclic correction circuit is used, the convergence time of the correction value becomes long.

よって、ここでは、NULL画素領域103およびOB画素領域102のいずれを読み出すかに応じて、補正回路を切り替える。例えば、撮像装置の起動の際又は列アンプゲインの切り替えの際には、1フレーム目においては、NULL画素領域103について読み出しを行う。NULL画素領域103についてはランダムノイズ成分が小さいので、第1の補正回路を用いて補正を行う。そして、2フレーム目以降については、OB画素領域102について読み出しを行う。OB画素領域102についてはランダムノイズ成分が大きいので、第2の補正回路を用いて補正を行う。この際、補正値の初期値を第1の補正回路で求めた補正値とする。   Therefore, here, the correction circuit is switched according to which of the NULL pixel region 103 and the OB pixel region 102 is read. For example, when the imaging apparatus is activated or when the column amplifier gain is switched, the NULL pixel area 103 is read in the first frame. Since the random noise component is small for the NULL pixel region 103, correction is performed using the first correction circuit. For the second and subsequent frames, the OB pixel area 102 is read out. Since the random noise component is large in the OB pixel region 102, correction is performed using the second correction circuit. At this time, the initial value of the correction value is set as the correction value obtained by the first correction circuit.

このようにすれば、補正値の収束時間を短くして、補正値の算出精度が低下することがない。   By doing so, the correction value convergence time is shortened, and the correction value calculation accuracy does not decrease.

なお、上述の撮像素子は、例えば、デジタルカメラなどの撮像装置で用いられる。撮像装置は、撮影レンズを備えており、撮影レンズを介して光学像が撮像素子に結像する。そして、撮像素子は光学像に応じた画像データを出力する。この画像データは制御部の制御下で、画像処理部によって所定の画像処理が施された後、記録媒体などに記録される。また、制御部の制御下で、画像データに応じた画像が表示部に表示される。   Note that the above-described imaging element is used in an imaging apparatus such as a digital camera, for example. The imaging device includes a photographic lens, and an optical image is formed on the imaging element via the photographic lens. Then, the image sensor outputs image data corresponding to the optical image. The image data is recorded on a recording medium or the like after being subjected to predetermined image processing by the image processing unit under the control of the control unit. An image corresponding to the image data is displayed on the display unit under the control of the control unit.

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to these embodiment, Various forms of the range which does not deviate from the summary of this invention are also contained in this invention. .

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像素子に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムをコンピュータに実行させて、撮像素子を制御するようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。   For example, the function of the above embodiment may be used as a control method, and this control method may be executed by the image sensor. Further, the image sensor may be controlled by causing a computer to execute a program having the functions of the above-described embodiments as a control program. The control program is recorded on a computer-readable recording medium, for example.

[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other Embodiments]
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

101 有効画素領域
102 オプティカルブラック(OB)画素領域
103 ダミー(NULL)画素領域
104 垂直走査回路
105 列アンプ
106 AD回路
107 水平転送回路
108 補正回路
201 フォトダイオード(PD)
206 垂直信号線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Effective pixel area 102 Optical black (OB) pixel area 103 Dummy (NULL) pixel area 104 Vertical scanning circuit 105 Column amplifier 106 AD circuit 107 Horizontal transfer circuit 108 Correction circuit 201 Photodiode (PD)
206 Vertical signal line

Claims (10)

所定の基準信号を得るための第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域と、光学像に応じた画像信号を得るための第3の画素領域とを有する撮像素子であって、
前記第1乃至前記第3の画素領域を読み出し制御する際、前記第3の画素領域から前記画像信号を読み出すとともに、前記第1の画素領域の出力および前記第2の画素領域の出力を選択的に読み出し信号として読み出す読み出し手段と、
前記読み出し信号に基づいて前記画像信号に対して所定のオフセット補正を行う補正手段と、
を有することを特徴とする撮像素子。
An imaging device having a first pixel region for obtaining a predetermined reference signal, a shielded second pixel region, and a third pixel region for obtaining an image signal corresponding to an optical image,
When reading and controlling the first to third pixel areas, the image signal is read from the third pixel area, and the output of the first pixel area and the output of the second pixel area are selectively selected. Reading means for reading out as a read signal;
Correction means for performing a predetermined offset correction on the image signal based on the readout signal;
An image pickup device comprising:
前記読み出し手段は第1番目のフレームでは前記第1の画素領域の出力を前記読み出し信号として読み出し、前記第1番目のフレームに続く第2番目のフレーム以降においては前記第2の画素領域の出力を前記読み出し信号として読み出すことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。   The readout means reads out the output of the first pixel area as the readout signal in the first frame, and outputs the output of the second pixel area after the second frame following the first frame. The image pickup device according to claim 1, wherein the image pickup device is read as the read signal. 前記第1の画素領域は、その画素が光電変換部を備えていないダミー画素領域であることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein the first pixel region is a dummy pixel region in which the pixel does not include a photoelectric conversion unit. 前記補正手段は、前記読み出し信号に応じて前記画像信号を補正するための補正値を算出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像素子。   4. The image sensor according to claim 1, wherein the correction unit calculates a correction value for correcting the image signal in accordance with the read signal. 5. 前記読み出し手段は、前記撮像素子が起動された際又は前記撮像素子に備えられたアンプのゲインが切り替えられた際に、前記第1の画素領域の出力および前記第2の画素領域の出力を切り替えることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。   The reading unit switches the output of the first pixel region and the output of the second pixel region when the image sensor is activated or when the gain of an amplifier provided in the image sensor is switched. The imaging device according to claim 1. 前記読み出し手段は、暗電流成分によって黒レベルが変動する温度を閾値として、前記第1の画素領域の出力および前記第2の画素領域の出力を切り替えることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。   2. The imaging according to claim 1, wherein the reading unit switches the output of the first pixel region and the output of the second pixel region with a temperature at which a black level varies depending on a dark current component as a threshold value. element. 前記補正手段は、前記読み出し手段によって前記第1の画素領域の出力が読み出された際には、積分型の補正回路を用いて前記画像信号に対してオフセット補正を行い、前記読み出し手段によって前記第2の画素領域の出力が読み出された際には、巡回型の補正回路を用いて前記画像信号に対してオフセット補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。   When the output of the first pixel region is read by the reading unit, the correcting unit performs offset correction on the image signal using an integral type correction circuit, and the reading unit performs the offset correction. The image pickup device according to claim 1, wherein when the output of the second pixel region is read, an offset correction is performed on the image signal using a cyclic correction circuit. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に光学像を結像させる撮影レンズと、
前記撮像素子から出力される画像データに対して所定の画像処理を行う画像処理手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 7,
A photographic lens for forming an optical image on the image sensor;
Image processing means for performing predetermined image processing on image data output from the image sensor;
An imaging device comprising:
所定の基準信号を得るための第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域と、光学像に応じた画像信号を得るための第3の画素領域とを有する撮像素子の制御方法であって、
前記第1乃至前記第3の画素領域を読み出し制御する際、前記第3の画素領域から前記画像信号を読み出すとともに、前記第1の画素領域の出力および前記第2の画素領域の出力を選択的に読み出し信号として読み出す読み出しステップと、
前記読み出し信号に基づいて前記画像信号に対して所定のオフセット補正を行う補正ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
A method of controlling an image sensor having a first pixel region for obtaining a predetermined reference signal, a shielded second pixel region, and a third pixel region for obtaining an image signal corresponding to an optical image. There,
When reading and controlling the first to third pixel areas, the image signal is read from the third pixel area, and the output of the first pixel area and the output of the second pixel area are selectively selected. A readout step for reading out as a readout signal;
A correction step for performing a predetermined offset correction on the image signal based on the readout signal;
A control method characterized by comprising:
所定の基準信号を得るための第1の画素領域と、遮光された第2の画素領域と、光学像に応じた画像信号を得るための第3の画素領域とを有する撮像素子を制御するための制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記第1乃至前記第3の画素領域を読み出し制御する際、前記第3の画素領域から前記画像信号を読み出すとともに、前記第1の画素領域の出力および前記第2の画素領域の出力を選択的に読み出し信号として読み出す読み出しステップと、
前記読み出し信号に基づいて前記画像信号に対して所定のオフセット補正を行う補正ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。
To control an image sensor having a first pixel region for obtaining a predetermined reference signal, a shielded second pixel region, and a third pixel region for obtaining an image signal corresponding to an optical image Control program
On the computer,
When reading and controlling the first to third pixel areas, the image signal is read from the third pixel area, and the output of the first pixel area and the output of the second pixel area are selectively selected. A readout step for reading out as a readout signal;
A correction step for performing a predetermined offset correction on the image signal based on the readout signal;
A control program characterized by causing
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021056245A1 (en) * 2019-09-25 2021-04-01 深圳市汇顶科技股份有限公司 Electronic device, image sensor, and pixel array thereof and operating method therefor

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