JP4857019B2 - Imaging apparatus and imaging method - Google Patents
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本発明は、撮像装置及び撮像方法に関し、特に画素出力信号の黒基準として光学的黒レベルをクランプする撮像技術に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging method, and more particularly to an imaging technique that clamps an optical black level as a black reference for a pixel output signal.
通常、CMOSやCCD等の固体撮像素子で撮像した静止画像や動画像を表示したり、記録したりする際に、画素出力信号の明るさの基準として、撮像素子の光学的黒画素(オプティカルブラック、以降OBと称す)レベルが利用される。OBとは、撮像素子の受光画素部の中で遮光されて入射光に依存しない画素出力のことを指す。 In general, when displaying or recording a still image or a moving image captured by a solid-state imaging device such as a CMOS or CCD, an optical black pixel (optical black) of the imaging device is used as a reference for the brightness of the pixel output signal. (Hereinafter referred to as OB) level is used. OB refers to a pixel output that is shielded from light in the light receiving pixel portion of the image sensor and does not depend on incident light.
このOBレベルを画素出力信号の黒基準としてクランプするクランプ回路で、デジタルカメラ等で一般的によく利用されるフィードバッククランプ方式の回路について簡単に説明する。 A feedback clamp circuit that is commonly used in a digital camera or the like as a clamp circuit that clamps the OB level as a black reference of the pixel output signal will be briefly described.
例えばCMOSなどの固体撮像素子から出力される画素出力信号が、アナログフロントエンド処理用(AFE)ICに入力される。AFEICでは、その入力端子を介して入力される画素出力信号が、CDS(相関2重サンプリング)回路と呼ばれる回路に入力されてリセットノイズ等が除去された後に、オフセット加算回路に入力されて所定のオフセット電圧が加算される。そのオフセット加算出力が、固体撮像素子の出力感度ばらつきを補正したり、撮像装置の感度設定を切り替えたりするための可変増幅器に入力される。 For example, a pixel output signal output from a solid-state imaging device such as a CMOS is input to an analog front end processing (AFE) IC. In AFEIC, a pixel output signal input via its input terminal is input to a circuit called a CDS (correlated double sampling) circuit to remove reset noise and the like, and then input to an offset adder circuit to obtain a predetermined value. The offset voltage is added. The offset addition output is input to a variable amplifier for correcting the output sensitivity variation of the solid-state imaging device or switching the sensitivity setting of the imaging device.
可変増幅器からの出力が、ADC(アナログ−デジタルコンバータ)に入力されてNビットのデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、AFEICの出力信号としてその出力端子から出力されるとともに、黒レベルをクランプするためにフィードバックされる。 The output from the variable amplifier is input to an ADC (analog-to-digital converter) and converted into an N-bit digital signal. This digital signal is output from its output terminal as an output signal of AFEIC, and is fed back to clamp the black level.
フィードバックされたデジタル信号が、誤差算出部に入力されてデジタル信号の中に含まれるOBレベルとOBレベルの目標値との差が検出され、検出された差に応じた補正値が出力される。その補正値が、電流DAC(デジタル−アナログコンバータ)に入力されてアナログ電流値に変換される。OBレベルの抽出、誤差算出、及びアナログ電流値への変換は、AFEICのOBP入力端子より入力されるOB画素の読み出しタイミングに同期するOBクランプパルスに基づいて行われる。 The fed back digital signal is input to the error calculation unit, the difference between the OB level and the target value of the OB level included in the digital signal is detected, and a correction value corresponding to the detected difference is output. The correction value is input to a current DAC (digital-analog converter) and converted into an analog current value. The extraction of the OB level, the error calculation, and the conversion to the analog current value are performed based on the OB clamp pulse synchronized with the readout timing of the OB pixel input from the AFEIC OBP input terminal.
電流DACの出力は、AFEICのクランプコンデンサ接続端子に接続されたクランプレベルを保持するためのクランプ用コンデンサに入力される。電流DACの出力電流をコンデンサに充放電することで、抽出されたOB補正レベルが電流値とコンデンサによって構成される所定の時定数にて充放電されるとともに、その出力がオフセット加算回路に入力されて減算されるフィードバック制御の構成になっている。 The output of the current DAC is input to a clamp capacitor for holding the clamp level connected to the clamp capacitor connection terminal of the AFEIC. By charging / discharging the output current of the current DAC to / from the capacitor, the extracted OB correction level is charged / discharged with a predetermined time constant composed of the current value and the capacitor, and the output is input to the offset addition circuit. The feedback control is subtracted.
ところで、クランプ回路におけるクランプコンデンサ接続端子は、出力インピーダンスが高く、微小な端子間リーク電流が発生した場合でも、OBレベルを適正レベルにクランプするための電圧をクランプ用コンデンサに保持することができなくなる。そのため、湿度等でクランプコンデンサ接続端子にリーク電流が発生した場合には、時間とともに黒レベルが変動し、シェーディングと呼ばれる画面ムラが出力画像に発生してしまう。 By the way, the clamp capacitor connection terminal in the clamp circuit has a high output impedance, and even when a minute inter-terminal leakage current occurs, the voltage for clamping the OB level to an appropriate level cannot be held in the clamp capacitor. . For this reason, when a leak current occurs in the clamp capacitor connection terminal due to humidity or the like, the black level fluctuates with time, and screen unevenness called shading occurs in the output image.
このような出力インピーダンスが高いクランプコンデンサ接続端子に対しては、従来、高湿度時のリーク電流の増加を防止するために、端子を防湿性のある樹脂で封止するなどの対策が行われていた。また、クランプコンデンサ接続端子の両端を非接続端子とすることでリーク電流を低減する方法が下記特許文献1に開示されている。
For such clamp capacitor connection terminals with high output impedance, conventionally, measures such as sealing the terminals with moisture-proof resin have been taken to prevent an increase in leakage current at high humidity. It was. Further,
また、撮像素子で発生する暗電流ノイズや撮像素子固有の微小な傷による画素欠陥等の画質劣化に対する補正方法として用いられている黒引き補正処理により、リークにより発生するシェーディングを補正することが可能である。すなわち、撮像素子を露光した状態で電荷蓄積を行った撮影画像データと、撮像素子を露光しない状態で本撮影と同様に電荷蓄積を行った後に読み出した黒画像データを用いて演算処理することで、リークにより発生する固定パターンノイズを補正することができる。 In addition, it is possible to correct shading caused by leaks by blackening correction processing that is used as a correction method for image quality degradation such as dark current noise generated in the image sensor and pixel defects due to minute scratches unique to the image sensor. It is. In other words, by using the captured image data that has been stored with the image sensor exposed and the black image data that has been read after the charge storage has been performed in the same manner as in the actual shooting without exposing the image sensor. The fixed pattern noise generated by the leak can be corrected.
しかしながら、クランプコンデンサ接続端子を樹脂封止する方法は、組立作業工数の増加を招く。また、一度樹脂封止してしまうと分解が困難であり、リペアやメンテナンスにおいて、部品が破損される可能性が極めて高くなり、部品交換を必要とする場合が多くなるという問題があった。 However, the method of resin-sealing the clamp capacitor connection terminal leads to an increase in assembly man-hours. In addition, once the resin is sealed, it is difficult to disassemble, and there is a high possibility that parts will be damaged during repair and maintenance, and parts may need to be replaced.
また、クランプコンデンサ接続端子の両端を非接続端子にする方法においては、近年、パッケージの小型化及び端子数の増加から端子リード間のピッチが狭くなってきており、端子間でのリーク電流を十分に低減することが困難となっている。 In addition, in the method in which both ends of the clamp capacitor connection terminal are not connected, the pitch between the terminal leads has been narrowed due to the downsizing of the package and the increase in the number of terminals in recent years. It has become difficult to reduce this.
また、本撮影を行った後に非露光状態で撮影を行い、それらの撮影で得られた画像データを用いた演算処理によりシェーディングを含む固定パターンノイズを補正する方法においては、連写撮影時に撮影間隔が大きくなってしまう。すなわち、黒画像の撮影が行われるために、リーク発生の有無に関わらず連写撮影時にMコマ目と(M+1)コマ目の撮影間隔が黒画像の撮影時間分だけ大きくなってしまい、ユーザーにとって使い勝手が悪くなってしまうという問題があった。 In addition, in the method of shooting in the non-exposure state after performing the main shooting and correcting the fixed pattern noise including the shading by the arithmetic processing using the image data obtained by the shooting, the shooting interval is set during continuous shooting. Will become bigger. That is, since black images are taken, the shooting interval of the M-th frame and the (M + 1) -th frame is increased by the black image shooting time during continuous shooting regardless of the occurrence of leaks. There was a problem that usability deteriorated.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リークによる画質劣化を防止し、良好な画像を得られるように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 prevent image quality deterioration due to leakage and obtain a good image.
本発明に係る撮像装置は、被写体の光学像を電気信号に変換し画素出力信号を出力する撮像素子と、クランプ用コンデンサを有し、前記撮像素子にて光学的に遮光された黒画素の出力を基準に前記撮像素子の光学的黒レベルをクランプするクランプ手段と、前記撮像素子を用いた撮像動作が行われていない期間において、前記画素出力信号とは異なる直流信号を前記クランプ手段に対して供給する信号供給手段と、前記信号供給手段による前記直流信号の供給時に、前記クランプ用コンデンサに発生するリーク量を検出するリーク検出手段と、前記撮像素子を用いた撮像動作が行われている期間において、前記リーク検出手段により検出されたリーク量に基づいて、前記画素出力信号から得られる画像データを補正する補正処理手段とを有することを特徴とする。
本発明に係る撮像方法は、被写体の光学像を電気信号に変換し画素出力信号を出力する撮像素子を用いた撮像動作が行われていない期間において、前記撮像素子が有する光学的に遮光された黒画素の出力を基準に当該撮像素子の光学的黒レベルをクランプ用コンデンサを用いてクランプするクランプ手段に前記画素出力信号とは異なる直流信号を供給して前記クランプ用コンデンサに発生するリーク量を検出するリーク検出ステップと、前記撮像素子を用いた撮像動作が行われている期間において、被写体の光学像を電気信号に変換する光電変換ステップと、前記光電変換後の画素出力信号から得られる画像データを、前記リーク検出ステップにて検出されたリーク量に基づいて補正する補正処理ステップとを有することを特徴とする。
An image pickup apparatus according to the present invention includes an image pickup device that converts an optical image of a subject into an electrical signal and outputs a pixel output signal, and outputs a black pixel that is optically shielded by the image pickup device. A clamp means for clamping the optical black level of the image pickup device with reference to the above, and a DC signal different from the pixel output signal to the clamp means during a period when the image pickup operation using the image pickup device is not performed. A signal supply means to be supplied; a leak detection means for detecting a leak amount generated in the clamp capacitor when the DC signal is supplied by the signal supply means; and a period during which an imaging operation using the image sensor is performed And a correction processing means for correcting image data obtained from the pixel output signal based on the leak amount detected by the leak detection means. It is characterized in.
In the imaging method according to the present invention, the imaging element is optically shielded during a period in which an imaging operation using an imaging element that converts an optical image of a subject into an electrical signal and outputs a pixel output signal is not performed. By supplying a direct current signal different from the pixel output signal to the clamping means for clamping the optical black level of the image pickup device with a clamping capacitor based on the output of the black pixel, the amount of leakage generated in the clamping capacitor is reduced. A leak detection step for detecting, a photoelectric conversion step for converting an optical image of a subject into an electrical signal in a period during which an imaging operation using the image sensor is performed, and an image obtained from the pixel output signal after the photoelectric conversion And a correction processing step of correcting the data based on the leak amount detected in the leak detection step.
本発明によれば、クランプ手段に対して直流信号を供給可能にし、直流信号の供給時にリーク量を検出することで、画素出力信号を読み出すことなく、発生しているリーク量を正確に検出することができる。この検出されたリーク量に基づいて画素出力信号から得られる画像データを補正することにより、リークによる画質劣化を防止し、リークによって生じる画像ノイズがない良好な画像を得ることができる。 According to the present invention, a DC signal can be supplied to the clamping means, and the leak amount is accurately detected without reading the pixel output signal by detecting the leak amount when the DC signal is supplied. be able to. By correcting the image data obtained from the pixel output signal based on the detected leak amount, it is possible to prevent image quality deterioration due to the leak and obtain a good image free from image noise caused by the leak.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるフィードバッククランプ方式の撮像装置の構成例を示すブロック図である。図1においては、第1の実施形態における撮像装置の特徴的構成を図示している。撮像装置の全体構成については後述する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a feedback clamp type imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 illustrates a characteristic configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment. The overall configuration of the imaging device will be described later.
図1において、1AはCMOSイメージセンサやCCDイメージセンサなどの固体撮像素子であり、被写体の光学像を電気信号に変換する。固体撮像素子1Aから出力される画素出力信号が、アナログフロントエンド処理用(AFE)IC2Aに入力される。AFEIC2Aでは、入力端子21を介して入力される画素出力信号が、CDS(相関2重サンプリング)回路と呼ばれる回路22に入力されてリセットノイズ等が除去される。CDS回路22の出力は、入力切替スイッチ23に供給される。
In FIG. 1,
入力切替スイッチ23は、一方の入力端がCDS回路22の出力端に接続され、他方の入力端がAFEIC2A内部の基準電圧(AVREF)24に接続されている。入力切替スイッチ23は、切替信号入力端子25に入力される切替信号ISELにより制御される。入力切替スイッチ23は、その出力端がオフセット加算回路26の入力端に接続されている。この入力切替スイッチ23により本発明における信号供給手段が構成され、基準電圧(AVREF)が本発明における直流信号に相当する。
The
本実施形態では、切替信号ISELがハイレベル(“H”)のときに、入力切替スイッチ23を介してオフセット加算回路26にCDS回路22の出力が接続されるものとする。また、切替信号ISELがロウレベル(“L”)のときに、入力切替スイッチ23を介してオフセット加算回路26に基準電圧(AVREF)24が接続されるものとする。
In the present embodiment, it is assumed that the output of the
画素出力読み出し時には(信号ISELが“H”)、CDS回路22の出力が入力切替スイッチ23を介してオフセット加算回路26に入力されて所定のオフセット電圧が加算され、そのオフセット加算出力が可変増幅器(PGA)27に入力される。なお、リーク量検出時には(信号ISELが“L”)、AFEIC2A内部の基準電圧(AVREF)24が入力切替スイッチ23を介してオフセット加算回路26に入力される。本実施形態におけるリーク検出動作については後述する。
When the pixel output is read (the signal ISEL is “H”), the output of the
可変増幅器27は、固体撮像素子1Aの出力感度ばらつきを補正したり、撮像装置の感度設定を切り替えたりするためのゲイン可変手段であるが、以降、撮像装置におけるクランプ動作を簡略かつ明確に説明するために、ゲイン1倍として簡易的に扱うものとする。
The
可変増幅器27からの出力が、NビットのADC(アナログ−デジタルコンバータ)28に入力されて、Nビットのデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、AFEIC2Aの出力信号として出力端子29から出力されるとともに、黒レベルをクランプするためにフィードバックされる。
An output from the
フィードバックされたデジタル信号は、誤差算出部30に入力される。誤差算出部30は、入力されたデジタル信号の中に含まれるOBレベルと、OBレベルの目標値との差を検出し、検出した差に応じた補正値を出力する。この補正値が、電流DAC(デジタル−アナログコンバータ)31Aに入力されてアナログ電流値に変換される。
The fed back digital signal is input to the
誤差算出部30及び電流DAC31Aには、AFEIC2AのOBP入力端子32よりOB画素の読み出しタイミングに同期するOBクランプパルスOBPが入力されている。このOBクランプパルスOBPが“H”である期間に、OBレベルの抽出、誤差算出、及び電流DAC31Aの駆動が行われる。
An OB clamp pulse OBP synchronized with the readout timing of the OB pixel is input to the
電流DAC31Aの出力は、AFEIC2Aのクランプコンデンサ接続端子33に接続されたクランプレベル保持用のコンデンサ3に入力されており、出力電流をコンデンサ3に充放電する。これにより、抽出されたOB補正レベルが電流値とクランプ用コンデンサ3によって決定される所定の時定数にて充放電されるとともに、その出力がバッファ回路34を介して減算値としてオフセット加算回路26に入力されて減算される。これによって、OB出力は、所定のレベルにクランプされて出力される。
The output of the
ここで、フィードバックループゲイン量は、電流DAC31Aの電流量及びコンデンサ3の充電時間に相当するオフセットクランプ期間に比例し、コンデンサ3の容量に反比例の関係で与えられる。フィードバックループゲイン量は、1回のオフセットクランプ動作において補正される単位誤差量に対するオフセット補正量である。
Here, the feedback loop gain amount is proportional to the offset clamp period corresponding to the current amount of the current DAC 31 </ b> A and the charging time of the
すなわち、1回のオフセットクランプ動作で補正されるオフセット補正量は、電流DAC31Aの電流量が大きく、オフセットクランプ期間が長いほど増加する。一方、1回のオフセットクランプ動作で補正されるオフセット補正量は、コンデンサ3の容量が大きいほど減少する。
That is, the offset correction amount corrected by one offset clamp operation increases as the
次に、本実施形態におけるリーク検出動作及びリーク補正量算出方法について説明する。
図2(a)、(b)は、本実施形態におけるリーク検出動作を説明するための図である。図2(a)、(b)においては、入力切替スイッチ23を介してオフセット加算回路26にAFEIC2A内の基準電圧(AVREF)24が接続された場合のOBクランプパルスOBP及びクランプ電圧の波形を示している。
Next, a leak detection operation and a leak correction amount calculation method in this embodiment will be described.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a leak detection operation in the present embodiment. 2A and 2B show waveforms of the OB clamp pulse OBP and the clamp voltage when the reference voltage (AVREF) 24 in the
図2(a)は、クランプコンデンサ接続端子33にてリークが発生していない場合の波形図である。上述したようにOBクランプパルスOBPが“H”である期間に、OBクランプ動作が実行され、誤差算出部30での誤差算出及び電流DAC31Aの駆動が行われる。すなわち、誤差算出部30にて誤差が算出され、その誤差に応じたアナログ電流が電流DAC31Aより出力されて、ADC28の出力がOBレベルの所定の目標値OBtとなる電圧Vtにクランプ用コンデンサ3が充放電される。ここで、電圧VtはADC28の感度(単位入力電圧あたりのデジタル出力値)をKとすると、下記式(1)で与えられる。
FIG. 2A is a waveform diagram when no leakage occurs at the clamp
クランプ動作終了後においては、入力信号が基準電圧(AVREF)で一定であるため、例えば図2(a)に示すように時間t1、2t1をそれぞれ経過した後もクランプ電圧は電圧Vtのままである。すなわち、クランプコンデンサ接続端子33にてリークが発生していない場合には、所定時間経過後もクランプ電圧は変動せず、電圧Vtに保持されたままである。
After the clamp operation is completed, the input signal is constant at the reference voltage (AVREF). Therefore, for example, as shown in FIG. 2A, the clamp voltage remains at the voltage Vt even after time t1 and t2 have elapsed. . That is, when no leak occurs at the clamp
図2(b)は、クランプコンデンサ接続端子33にてリークが発生した場合の波形図である。上述したようにOBクランプパルスOBPが“H”である期間に、OBクランプ動作が実行されて誤差算出部30での誤差算出及び電流DAC31Aの駆動が行われる。すなわち、ADC28の出力が所定の目標値OBtとなる電圧Vtに電流DAC31Aによりクランプ用コンデンサ3が充放電される。
FIG. 2B is a waveform diagram when a leak occurs in the clamp
クランプ動作終了後、クランプコンデンサ接続端子33にてリークが発生している場合には、クランプ電圧を保持することができず、図2(b)に示すようにクランプ電圧は電圧Vtから変動してしまう。
After the clamp operation, if a leak occurs at the clamp
時間t1経過後の電圧変動量ΔV1は、クランプ用コンデンサ3の容量をC、リーク電圧をVleak、及びリーク抵抗をRleakとすると、下記式(2)で表される。ここで、リーク電圧Vleakとは、クランプコンデンサ接続端子33のリーク先の電圧であり、リーク抵抗Rleakとは、リーク先電圧Vleakへの抵抗値である。
The voltage fluctuation amount ΔV1 after the elapse of time t1 is expressed by the following equation (2), where C is the capacitance of the clamping
同様に、時間2t1経過後の電圧変動量ΔV2は、下記式(3)で表される。 Similarly, the voltage fluctuation amount ΔV2 after the elapse of time 2t1 is expressed by the following formula (3).
ADC28の出力値は、クランプ動作が終了してから時間t1経過後には目標値OBtに対してint(ΔV1×K)変動した値となり、時間2t1経過後には目標値OBtに対してint(ΔV2×K)変動した値となる。ここで、KはADC28の感度(単位入力電圧あたりのデジタル出力値)であり、int(x)とは値“x”を四捨五入した整数値である。
The output value of the
次に、基準電圧(AVREF)接続時におけるADC28の出力に基づいて、クランプコンデンサ接続端子33のリーク電圧Vleak及びリーク抵抗Rleakを求める方法について説明する。
Next, a method for obtaining the leakage voltage Vleak and leakage resistance Rleak of the clamp
基準電圧(AVREF)接続時に、クランプ動作が終了してから互いに異なる所定期間経過後の2点以上におけるADC28の出力値によりリーク電圧Vleak及びリーク抵抗Rleakを求めることが可能である。例えば、時間t1経過後及び時間2t1経過後の2ポイントにおけるADC28の出力値を使用することにより、クランプコンデンサ接続端子33のリーク電圧Vleak及びリーク抵抗Rleakを容易に求めることが可能である。
When the reference voltage (AVREF) is connected, the leakage voltage Vleak and the leakage resistance Rleak can be obtained from the output values of the
クランプ回路の入力(オフセット加算回路26の入力)に基準電圧(AVREF)を接続した状態でOBクランプ動作を実施し、動作が終了してから時間t1経過後のADC28の出力値がOB1、時間2t1経過後のADC28の出力値がOB2であるとする。この場合、時間t1経過後のクランプ電圧の変動量ΔV1は近似的に下記式(4)となり、時間2t1経過後のクランプ電圧の変動量ΔV2は近似的に下記式(5)となる。
The OB clamp operation is performed in a state where the reference voltage (AVREF) is connected to the input of the clamp circuit (the input of the offset addition circuit 26), and the output value of the
これらの関係式(4)、(5)及び上述した式(2)、(3)に基づき、リーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakは、下記式(6)、(7)により求めることができる。 Based on these relational expressions (4) and (5) and the above-described expressions (2) and (3), the leakage resistance Rleak and the leakage voltage Vleak can be obtained by the following expressions (6) and (7).
次に、本実施形態における撮像装置の撮影動作において、上述のようにして求められるリーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakを用いた画像出力に対する補正処理方法ついて説明する。 Next, a correction processing method for image output using the leakage resistance Rleak and the leakage voltage Vleak obtained as described above in the photographing operation of the imaging apparatus according to the present embodiment will be described.
図3は、本実施形態における撮像装置全体の構成例を示す図であり、電子スチルカメラの構成を一例として示している。
図3において、1は撮影レンズ13を介して被写体像を受光して該被写体像を光電変換するための固体撮像素子、2はアナログフロントエンド処理用(AFE)IC、3はAFEIC2に接続されるクランプ用コンデンサである。ここで、固体撮像素子1、AFEIC2、及びクランプ用コンデンサ3は、図1に示した固体撮像素子1A、AFEIC2A、及びクランプ用コンデンサ3にそれぞれ対応する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the entire imaging apparatus according to the present embodiment, and illustrates a configuration of an electronic still camera as an example.
In FIG. 3,
4は画像データ及び補正データを一時的に格納するバッファメモリであり、5はバッファメモリ4に格納されている画像データ及び補正データを用いて所定の画像信号を生成するための画像処理回路である。6は画像処理回路5で生成される画像信号を記録媒体に記録するための記録回路、7は画像信号が記録される記録媒体(例えば、メモリカード)、8は合焦位置に撮影レンズ13を駆動するための駆動回路である。9はAFEIC2、画像処理回路5、記録回路6等の撮像装置内の各回路を制御するための制御回路である。
Reference numeral 4 denotes a buffer memory for temporarily storing image data and correction data. Reference numeral 5 denotes an image processing circuit for generating a predetermined image signal using the image data and correction data stored in the buffer memory 4. . 6 is a recording circuit for recording the image signal generated by the image processing circuit 5 on a recording medium, 7 is a recording medium (for example, a memory card) on which the image signal is recorded, and 8 is a photographing
また、10は自動で焦点を検出するためのAF回路、11は撮影画像の露出を決定するためのAE回路、12は撮影動作の実行を指示したりするためのレリーズスイッチである。 Further, 10 is an AF circuit for automatically detecting the focus, 11 is an AE circuit for determining the exposure of the photographed image, and 12 is a release switch for instructing execution of the photographing operation.
次に、第1の実施形態における撮像装置による撮影動作について説明する。図4は、第1の実施形態に係る撮影動作を示すフローチャートである。 Next, the photographing operation by the imaging device in the first embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the photographing operation according to the first embodiment.
撮像装置における動作を開始する際、ステップS1にて、図示しない電源スイッチが操作され電源を投入されることで撮像装置が起動すると、ステップS2にて、撮像装置ではバッテリチェックやレンズが装着されているかの確認等の初期動作が行われる。 When starting the operation of the imaging apparatus, in step S1, when a power switch (not shown) is operated and the power is turned on to start up the imaging apparatus, in step S2, a battery check or a lens is attached to the imaging apparatus. An initial operation such as confirmation is performed.
次に、ステップS3にて、レリーズスイッチ12における第1ストロークスイッチ(SW1)がオンされると、当該操作に応じた第1ストローク信号が出力され、ステップS4にて、制御回路9はAE回路11を動作させる。AE回路11は、測光動作を行い露出値が求められる。次に、ステップS5にて、制御回路9はAE回路10に測距動作を行わせる。
Next, when the first stroke switch (SW1) in the
続いて、ステップS6にて、リーク量検出動作が実行される。リーク量検出動作においては、制御回路9は、制御信号によりAFEIC2におけるクランプ回路の入力を基準電源(AVREF)に切り替えてクランプ動作を実行させる。制御回路9は、クランプ動作の実行後、時間t1、2t1経過後のADC28の出力値を取得して、リーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakを算出する。リーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakの算出方法は上述のとおりである。
Subsequently, in step S6, a leak amount detection operation is executed. In the leak amount detection operation, the
次に、ステップS7にて、制御回路9は、ステップS6において算出したリーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakを用いて補正データを生成してバッファメモリ4に展開する。
Next, in step S7, the
ここで、補正データの生成動作について説明する。
図5は、リークが発生している場合における画素出力読み出し時のOBクランプパルスOBP及びクランプ電圧の波形を示す図である。すなわち、AFEIC2内部において、入力切替スイッチ23を介してCDS回路22の出力がオフセット加算回路26に接続された状態での動作波形を示している。
Here, the correction data generation operation will be described.
FIG. 5 is a diagram showing the waveforms of the OB clamp pulse OBP and the clamp voltage at the time of pixel output reading when a leak occurs. That is, an operation waveform in the state where the output of the
画素出力読み出し時には、まず、固体撮像素子1における垂直方向の遮光領域である垂直OB部に係る出力値が所定の目標値OBtになるよう垂直OBクランプ動作が行われる。ここで、垂直OBクランプ動作においては、OB出力が目標値OBtとなるクランプ電圧Vsまでクランプコンデンサ3がチャージされる。
At the time of pixel output readout, first, a vertical OB clamping operation is performed so that an output value related to a vertical OB portion that is a light shielding area in the vertical direction in the solid-
なお、垂直OBクランプ動作時には、クランプコンデンサ3がクランプ電圧Vsまでチャージされるのに十分なフィードバックループゲインFvobが設定されている。すなわち、垂直OBクランプ期間tvobが十分な長さ確保されている。
In the vertical OB clamp operation, a feedback loop gain Fvob sufficient to charge the
次に、固体撮像素子1における有効画素行の読み出しに際して、各行毎での暗電流ムラ等の微小なバラツキを排除するために、撮像素子1の1行毎に配置されている水平方向の遮光領域である水平OB部を用いて各行毎での水平OBクランプ動作が行われる。ここで、水平OBクランプ期間はthobであり、フィードバックループゲインFhobにてオフセット補正が行われる。
Next, when reading out effective pixel rows in the solid-
次に、画素出力読み出し動作時に、リーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakでリークが発生している場合のクランプ電圧の変化について説明する。 Next, a change in clamp voltage when a leak occurs in the leak resistance Rleak and the leak voltage Vleak during the pixel output read operation will be described.
まず、十分大きなフィードバックループゲインFvobが設定されている垂直OBクランプ動作によって、クランプコンデンサ3はクランプ電圧Vsまでチャージされる。続いて、有効画素部を含む第0行目の画素出力読み出しが開始される。このとき、1行読み出し後のクランプ電圧の変動量ΔV(0)は下記式(8)で求められる。ここで、1Hは、図5に示したように水平OBクランプ期間を除いた1行の読み出しに要する期間に相当する。
First, the
また、VsはOB出力が目標値OBtとなるためのオフセットクランプ電圧である。式(8)算出時には、予めOB出力の設計値から求めた値を不図示の記憶手段に記憶しておき、その値を用いて計算すれば良い。また、実際には、OB部の出力レベルは温度等により変動するが、それに対しては不図示の温度計による温度情報を用いてVsを換算して演算の際に使用するようにしても良い。これにより、より精度の高い補正が可能となる。 Vs is an offset clamp voltage for the OB output to be the target value OBt. When calculating equation (8), a value obtained from the design value of the OB output in advance is stored in a storage means (not shown), and the value may be used for calculation. In practice, the output level of the OB unit varies depending on the temperature or the like, but for this, Vs may be converted using temperature information from a thermometer (not shown) and used in the calculation. . Thereby, correction with higher accuracy is possible.
第0行目に係る有効画素部の画素出力読み出しが終了すると、次に、第1行目の水平OB部を用いて再度クランプ動作が実行される。リークによってΔV(0)の誤差が発生しているので、第1行目に係る水平OBクランプ動作実行後のクランプ電圧は、誤差量ΔV(0)にフィードバックループゲインFhobを乗じた(ΔV(0)×Fhob)だけ目標電圧に近づく。したがって、第1行目の画素出力読み出し終了後におけるクランプ電圧の変動量ΔV(1)は下記式(9)で表される。 When the pixel output reading of the effective pixel portion in the 0th row is completed, the clamping operation is performed again using the horizontal OB portion in the 1st row. Since an error of ΔV (0) occurs due to the leak, the clamp voltage after execution of the horizontal OB clamp operation in the first row is obtained by multiplying the error amount ΔV (0) by the feedback loop gain Fhob (ΔV (0 ) × Fhob) approaches the target voltage. Therefore, the clamp voltage fluctuation amount ΔV (1) after the pixel output readout of the first row is finished is expressed by the following equation (9).
同様に、第N行目の画素出力読み出し終了後におけるクランプ電圧の変動量ΔV(N)は下記式(10)で表される。 Similarly, the amount of variation ΔV (N) in the clamp voltage after the completion of the pixel output readout on the Nth row is expressed by the following equation (10).
すなわち、各行毎の読み出し終了時にはクランプされている光学的黒レベルにおいて誤差電圧ΔV(N)だけクランプレベルの目標値に対してオフセットが発生し、結果として垂直方向にシェーディングが発生する。言い換えれば、各行毎に読み出し終了時の誤差電圧に対応するオフセット量を出力画像から減算すれば、リークによって発生する行毎のクランプ電圧変動、すなわち垂直方向のシェーディングを近似的に補正することができる。ここで、行毎の読み出し終了時の誤差電圧に対応するオフセット量ΔVSHD(N)はADC28の感度をKとすると下記式(11)で求まる。
That is, at the end of reading for each row, an offset occurs with respect to the target value of the clamp level by the error voltage ΔV (N) at the clamped optical black level, and as a result, shading occurs in the vertical direction. In other words, if the offset amount corresponding to the error voltage at the end of reading is subtracted from the output image for each row, it is possible to approximately correct the clamp voltage fluctuation for each row, that is, the shading in the vertical direction, caused by the leak. . Here, the offset amount ΔVSHD (N) corresponding to the error voltage at the end of reading for each row is obtained by the following equation (11), where the sensitivity of the
この式(11)で与えられるΔVSHD(N)が垂直方向の一次元の補正データとなる。求めた一次元の補正データΔVSHD(N)はバッファメモリに展開される。その際、例えば1次元補正データを水平方向に実際の画像と同数の列数だけ繰り返して展開する。すなわち、一次元の補正データΔVSHD(N)が水平方向に並んだ画像データとして補正データを展開する。 ΔVSHD (N) given by this equation (11) is one-dimensional correction data in the vertical direction. The obtained one-dimensional correction data ΔVSHD (N) is developed in the buffer memory. At this time, for example, the one-dimensional correction data is repeatedly developed in the horizontal direction by the same number of columns as the actual image. That is, the correction data is developed as image data in which the one-dimensional correction data ΔVSHD (N) is arranged in the horizontal direction.
図4に戻り、上述にようにして補正データを生成してバッファメモリ4に展開した後、ステップS8に進む。ステップS8では、第1ストロークスイッチ(SW1)がオン状態に維持されている場合、制御回路9が合焦位置及び露出値データを保持したまま、レリーズスイッチ12における第2ストロークスイッチ(SW2)の投入待機状態となり、ステップS9に進む。一方、第1ストロークスイッチ(SW1)がオフ状態である場合には、ステップS3に進む。
Returning to FIG. 4, after the correction data is generated and expanded in the buffer memory 4 as described above, the process proceeds to step S8. In step S8, when the first stroke switch (SW1) is maintained in the ON state, the second stroke switch (SW2) in the
ステップS9にて、第2ストロークスイッチ(SW2)がオンされると、ステップS10にて撮影動作が行われる。具体的には、第2ストロークスイッチ(SW2)がオンされると、制御回路9は、制御信号を出力して図示しないシャッタ機構を開閉する。これにより、被写体が撮像素子1において露光され、この被写体像が光電変換される。そして、光電変換された被写体像は、画素出力信号として撮像素子1から出力され、AFEIC2でデジタルデータ(撮影データ)に変換された後、バッファメモリ4に一時的に格納される。
When the second stroke switch (SW2) is turned on in step S9, a photographing operation is performed in step S10. Specifically, when the second stroke switch (SW2) is turned on, the
ステップS11にて、制御回路9による制御に基づき、画像処理回路5がバッファメモリ4に格納されている撮影データから補正データを減算してリーク補正済みの画像データを生成し、所定の画像データに変換する。制御回路9は、変換後の画像データを記録回路6を用いて記録媒体7に記録し、動作を終了する。
In step S11, based on the control by the
本発明の第1の実施形態によれば、撮像素子1から画素出力信号を読み出すことなく、AFEIC2内部の基準電源(AVREF)を用いてクランプコンデンサ接続端子33に発生しているリーク量を検出することが可能になる。これにより、発生しているリーク量を短時間で正確に検出することができる。また、その検出されたリーク量に基づいて補正データを生成し、生成した補正データを用いて、画素出力信号より得られた撮影データの補正を実行することでリークによって生じる垂直シェーディングを補正することが可能になる。したがって、組立作業性を悪化させる樹脂封止などのリーク対策を施さなくとも、リークによる画質劣化を防止し、リークによって生じる画像ノイズがない良好な画像を得ることができる。
According to the first embodiment of the present invention, the amount of leakage generated at the clamp
なお、上述した第1の実施形態では、レリーズスイッチ12における第1ストロークスイッチ(SW1)が押された後に、リーク量検出動作を行うようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、撮像装置の電源投入時にリーク量を検出して補正データの生成及び展開を行うようにしても良い。また、例えば撮影時の撮像素子に対する電荷蓄積時間内にリーク量検出期間を設定し、撮影毎の電荷蓄積期間内にリーク量検出動作を行うようにしても良い。
In the first embodiment described above, the leak amount detection operation is performed after the first stroke switch (SW1) in the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
以下に説明する本発明の第2の実施形態は、固体撮像素子(例えばCMOSイメージセンサ)内部に画素出力及び基準電圧出力を切り替える手段を有している点が第1の実施形態と相違する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
The second embodiment of the present invention described below is different from the first embodiment in that a solid-state imaging device (for example, a CMOS image sensor) has means for switching between a pixel output and a reference voltage output.
図6(a)、(b)は、第2の実施形態の構成例を示すブロック図である。この図6(a)、(b)において、図1等に示した第1の実施形態と同様の機能を有するブロック等には同一の符号を付している。図6(a)は、第2の実施形態におけるフィードバッククランプ方式の撮像装置の構成例を示すブロック図であり、図6(b)は第2の実施形態における撮像装置の固体撮像素子の内部構成を示すブロック図である。なお、図6(a)、(b)においては、第1の実施形態と同様に第2の実施形態における撮像装置の特徴的構成を図示している。また、第2の実施形態における撮像装置の全体構成は、第1の実施形態と同様である。 FIGS. 6A and 6B are block diagrams illustrating a configuration example of the second embodiment. In FIGS. 6A and 6B, blocks having the same functions as those in the first embodiment shown in FIG. FIG. 6A is a block diagram illustrating a configuration example of a feedback clamp type imaging apparatus according to the second embodiment, and FIG. 6B is an internal configuration of a solid-state imaging element of the imaging apparatus according to the second embodiment. FIG. 6A and 6B, the characteristic configuration of the imaging apparatus according to the second embodiment is illustrated as in the first embodiment. In addition, the overall configuration of the imaging apparatus according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
図6(a)において、1BはCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子であり、この固体撮像素子1Bから出力される画素出力信号が、アナログフロントエンド処理用(AFE)IC2Bに入力される。固体撮像素子1Bの詳細な構成については後述する。
In FIG. 6A,
AFEIC2Bでは、入力端子21を介して入力される画素出力信号が、CDS回路22に入力されてリセットノイズ等が除去された後、オフセット加算回路26に入力されて所定のオフセット電圧が加算される。そのオフセット加算出力が、可変増幅器27に入力される。可変増幅器27からの出力が、ADC28に入力されてNビットのデジタル信号に変換され、変換後のデジタル信号は、AFEIC2Bの出力信号として出力端子29から出力されるとともに、黒レベルをクランプするためにフィードバックされる。
In the
フィードバックされたデジタル信号は、誤差算出部30に入力されてデジタル信号の中に含まれるOBレベルとOBレベルの目標値との差が検出され、検出された差に応じた補正値が出力される。この補正値は、電流DAC31Aに入力されてアナログ電流値に変換される。ここで、誤差算出部30及び電流DAC31Aには、AFEIC2BのOBP入力端子32よりOBクランプパルスOBPが入力されており、OBクランプパルスOBPが“H”である期間にOBレベルの抽出、誤差算出、及び電流DAC31Aの駆動が行われる。
The fed back digital signal is input to the
電流DAC31Aの出力は、AFEIC2Bのクランプコンデンサ端子33に接続されたクランプ用コンデンサ3に入力されている。電流DAC31Aの出力電流をコンデンサ3に充放電することで、抽出されたOB補正レベルが電流値とコンデンサ3により決定される時定数にて充放電され、その出力がバッファ回路34を介して減算値としてオフセット加算回路26に入力され減算される。これによって、OB出力は、所定のレベルにクランプされ出力される。
The output of the
次に、第2の実施形態におけるリーク検出動作及びリーク量検出方法について説明する。
図6(b)に示すように第2の実施形態における固体撮像素子1Bにおいて、画素部41は光学像を電気信号に変換する光電変換部及び画素アンプなどからなり、例えばMOSトランジスタで構成される。この画素群は、ランダムアクセスが可能な垂直走査回路42及び水平走査回路43により選択、駆動される。画素部41に蓄積された電荷は、画素アンプで電荷電圧変換された後、垂直信号線44を介してノイズ除去回路45に入力されて画素アンプのノイズが除去され、水平信号線46に出力される。
Next, a leak detection operation and a leak amount detection method in the second embodiment will be described.
As shown in FIG. 6B, in the solid-
水平信号線46は、出力切替スイッチ47の一方の入力端に接続され、固体撮像素子1B内部の基準電源(SVREF)48は、出力切替スイッチ47の他方の入力端に接続されている。出力切替スイッチ47は、出力切替信号入力端子49に入力される切替信号OSELにより制御される。出力切替スイッチ47は、その出力端が出力回路50の入力端に接続されている。この出力切替スイッチ47により本発明における信号供給手段が構成され、基準電源(SVREF)が本発明における直流信号に相当する。
The horizontal signal line 46 is connected to one input end of the
本実施形態では、切替信号OSELが“L”のときに、出力切替スイッチ47を介して水平信号線46が出力回路50に接続されるものとする。したがって、切替信号OSELが“L”のときには、水平走査回路43により順次読み出された画素部41からの出力信号が、水平信号線46及び出力回路50を介して所定のゲインをかけた後、出力端子51から順次出力される。
In the present embodiment, it is assumed that the horizontal signal line 46 is connected to the
また、切替信号OSELが“H”のときに、出力切替スイッチ47を介して基準電源(SVREF)48が出力回路50に接続されるものとする。したがって、切替信号OSELが“H”のときには、固体撮像素子1の基準電源(SVREF)が、出力回路50を介して所定のゲインをかけた後、出力端子51から順次出力される。
Further, it is assumed that the reference power supply (SVREF) 48 is connected to the
リーク量検出動作時には、撮像素子1内部の基準電源(SVREF)48が出力切替スイッチ47を介して出力回路50に接続され、この基準電源(SVREF)48が出力回路50に接続された状態でOBクランプ動作を実行させる。撮像装置の制御回路9は、OBクランプ動作の終了後、時間t1、2t1経過後におけるクランプ電圧の変動量に基づいてリーク電圧Vleak及びリーク抵抗Rleakを算出する。そして、制御回路9は、算出したリーク電圧Vleak及びリーク抵抗Rleakにより画素出力に対する補正データを生成し、撮影時にはこの補正データを用いて撮影データに補正を施してリーク補正済みの画像データを生成する。第2の実施形態におけるリーク量検出方法、補正データ生成方法、及び補正処理動作のそれぞれについては、基本的には第1の実施形態と同様であるのでその詳細な説明は省略する。
During the leak amount detection operation, the reference power source (SVREF) 48 inside the
このように、リーク量検出動作時には、撮像素子1B内部の基準電源(SVREF)を出力回路の入力とし、撮像素子1Bの出力として撮像素子1B内の基準電源を出力可能とすることにより、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、リークによって生じるシェーディングを補正することが可能になり、組立作業性を悪化させる樹脂封止などのリーク対策を施さなくとも、リークによる画質劣化を防止して良好な画像を得ることができる。
As described above, during the leak amount detection operation, the reference power source (SVREF) inside the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
本発明の第3の実施形態は、リーク量検出時にアナログフロントエンド処理用(AFE)ICへの入力信号を切り替える手段として外部の切替回路(スイッチ回路)を用いることが、第1及び第2の実施形態と相違する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
In the third embodiment of the present invention, an external switching circuit (switch circuit) is used as means for switching an input signal to the analog front-end processing (AFE) IC when a leak amount is detected. It is different from the embodiment.
図7は、第3の実施形態におけるフィードバッククランプ方式の撮像装置の構成例を示すブロック図であり、第3の実施形態における撮像装置の特徴的構成を図示している。この図7において、図1、図6等に示したブロック等と同様の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a feedback clamp type imaging apparatus according to the third embodiment, and illustrates a characteristic configuration of the imaging apparatus according to the third embodiment. In FIG. 7, blocks having the same functions as those shown in FIGS. 1, 6, and the like are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図7において、61はAFEIC2Bの入力端子21に対する接続を切り替えるスイッチ回路である。スイッチ回路61は、一方の入力端が固体撮像素子1Aの出力端に接続され、他方の入力端が外部基準電源(VREF)62に接続されている。スイッチ回路61は、不図示の制御回路からの制御信号SELにより制御される。スイッチ回路61は、その出力端がAFEIC2Bの入力端子21に接続されている。このスイッチ回路61により本発明における信号供給手段が構成され、基準電源(VREF)が本発明における直流信号に相当する。
In FIG. 7,
本実施形態では、制御信号SELが“H”のときに、スイッチ回路61を介して固体撮像素子1Aの出力がAFEIC2Bの入力端子21に接続されるものとする。また、制御信号SELが“L”のときに、スイッチ回路61を介して外部基準電源(VREF)がAFEIC2Bの入力端子21に接続されるものとする。
In the present embodiment, when the control signal SEL is “H”, the output of the solid-
すなわち、リーク量検出時には制御信号SELを“L”に制御し、スイッチ回路61を介してAFEIC2Bに外部基準電源(VREF)62を接続した状態でリーク量を算出する。また、画素出力読み出し時には制御信号SELを“H”に制御し、スイッチ回路61を介してAFEIC2Bに固体撮像素子1を接続する。
That is, when the leak amount is detected, the control signal SEL is controlled to “L”, and the leak amount is calculated in a state where the external reference power supply (VREF) 62 is connected to the
AFEIC2Bに対し外部基準電源(VREF)62を接続しているときにOBクランプ動作を実行し、OBクランプ動作の終了後、時間t1、2t1経過後におけるクランプ電圧の変動量に基づいてリーク電圧Vleak及びリーク抵抗Rleakを算出する。そして、算出したリーク電圧Vleak及びリーク抵抗Rleakにより画素出力に対する補正データを生成し、撮影時にはこの補正データを用いて撮影データに補正を施してリーク補正済みの画像データを生成する。第3の実施形態におけるリーク量検出方法、補正データ生成方法、補正処理動作のそれぞれについては、基本的には第1の実施形態と同様であるのでその詳細な説明は省略する。
The OB clamp operation is executed when the external reference power supply (VREF) 62 is connected to the
このように、AFEIC2Bへの入力を基準電源(VREF)又は撮像素子1Aの出力に切り替え可能なスイッチ回路61を撮像素子1A、AFEIC2Bの外部に設け、リーク量検出動作時にはAFEIC2Bに基準電源(VREF)を供給する。これにより、上述した第1、第2の実施形態と同様の効果を得ることができ、組立作業性を悪化させる樹脂封止などのリーク対策を施さなくとも、リークによる画質劣化を防止して良好な画像を得ることができる。また、撮像素子及びAFEICの外部にスイッチ回路61を設けることで、第1、第2の実施形態で示したようなリーク量検出に係る手段を有していない従来の撮像素子及びAFEICで構成される撮像装置においても、リーク量を容易に検出することが可能になる。
As described above, the
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。
図8は、本発明の第4の実施形態におけるフィードバッククランプ方式の撮像装置の構成例を示すブロック図であり、図9は、第4の実施形態における撮像装置による撮影動作を示すフローチャートである。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a feedback clamp type imaging apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a flowchart illustrating a photographing operation by the imaging apparatus according to the fourth embodiment.
図8においては、第4の実施形態における撮像装置の特徴的構成を図示しており、この図8において、図1に示したブロック等と同様の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、第4の実施形態における撮像装置の全体構成は、第1の実施形態と同様である。 FIG. 8 shows a characteristic configuration of the imaging apparatus according to the fourth embodiment. In FIG. 8, blocks having the same functions as those shown in FIG. In addition, overlapping explanation is omitted. The overall configuration of the imaging apparatus according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment.
第4の実施形態における撮像装置は、電流DAC31Aに代えて、電流量を切り替え可能な電流DAC31Bをアナログフロントエンド処理用(AFE)IC2C内に設けた点が第1の実施形態と相違する。
The imaging apparatus according to the fourth embodiment is different from the first embodiment in that a
第4の実施形態における撮像装置では、OBクランプ動作時のクランプコンデンサ3充電用の電流DAC31Bは、電流量切替信号入力端子71からの入力信号IDAC_SELに応じて電流量を切り替えることが可能である。例えば、入力信号IDAC_SELが“L”の場合には、通常の電流値IdacでOBクランプ動作が実行され、入力信号IDAC_SELが“H”の場合には、通常の電流値の4倍の電流量4IdacでOBクランプ動作が実行される。
In the imaging device according to the fourth embodiment, the
すなわち、第4の実施形態における撮像装置は、入力信号IDAC_SELに応じて、OBクランプ動作時におけるフィードバックループゲイン量を、通常時の値又は通常時の4倍の値を選択することが可能である。これにより、リーク検出動作において所定量以上のリークが検出された場合に、フィードバックループゲインを通常よりも大きくする方向に電流DAC31Bの電流量を切り替えることで、1回のクランプ動作で補正可能なオフセット量を増大させることができる。結果として、リークによって発生するクランプ電圧の変動量を軽減でき、リークによるシェーディング量を減らすことが可能になる。
In other words, the imaging apparatus according to the fourth embodiment can select a feedback loop gain amount during the OB clamping operation as a normal value or a value four times that during normal operation according to the input signal IDAC_SEL. . As a result, when a leak of a predetermined amount or more is detected in the leak detection operation, the offset that can be corrected by one clamping operation by switching the current amount of the
図9を参照して、第4の実施形態における撮影動作について説明する。
図9に示すフローチャートにおいて、ステップS101〜S106、及びステップS109〜S112での処理は、図4に示したステップS1〜S6、及びステップS8〜S11での処理と同様であるので、その説明は省略する。
With reference to FIG. 9, a photographing operation in the fourth embodiment will be described.
In the flowchart shown in FIG. 9, the processes in steps S101 to S106 and steps S109 to S112 are the same as the processes in steps S1 to S6 and steps S8 to S11 shown in FIG. To do.
ステップS107にて、制御回路9は、ステップS106において検出されたリーク量が許容レベルであるか否かの判定を行う。リーク量が許容範囲内であるか否かの判定は、画素出力読み出し時における最初の行のOBクランプレベルと最後の行のOBクランプレベルとの差が所定量以内であるか否かで判定すれば良い。例えば、最初の行と最後の行とのOBクランプレベルの差が10LSB以内である場合には、制御回路9は、リーク量が許容レベルであると判定するようにすれば良い。ここで、最初の行と最後の行とのOBクランプレベルの差は、ステップS106で検出したリーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakにより算出することが可能である。
In step S107, the
ステップS107での判定の結果、制御回路9は、リークが許容レベル外(許容値以上)であると判定した場合には、ステップS108にて、入力信号IDAC_SELを“H”に制御し電流DAC31Bの出力電流量を通常の電流値の4倍に切り替える。すなわち、リーク量が許容レベルを超えると判定した場合には、制御回路9は、OBクランプ動作時のフィードバックループゲイン量を通常時の4倍の値を選択する。これにより、リークによって発生するクランプ電圧の変動量を軽減することができる。そして、ステップS109に進む。
一方、ステップS107での判定の結果、リークが許容レベル内であると判定した場合には、電流DAC31Bの電流量を通常設定のままとしステップS109に進む。
As a result of the determination in step S107, if the
On the other hand, as a result of the determination in step S107, if it is determined that the leak is within the allowable level, the current amount of the
なお、図示していないが、ステップS109に進む際、制御回路9は、ステップS106で検出したリーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakに基づいて補正データを生成しバッファメモリ4に展開する。
Although not shown, when the process proceeds to step S109, the
第4の実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、クランプコンデンサ接続端子33に発生しているリーク量を検出し、許容値(レベル)以上のリークが発生していると判定した場合には、OBクランプ動作時のフィードバックループゲインが大きくなるように電流DAC31Bの電流量を切り替える。これにより、リークによるクランプ電圧の変動を軽減することができ、良好な画像を得ることができる。
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Further, when the leak amount occurring at the clamp
また、リークが発生していない又は許容値以内であると判定した場合には、通常時のフィードバックループゲインにてOBクランプ動作を実行することができ、動作電流を軽減することが可能である。この場合には、フィードバックループゲインを大きくする必要が無いので、フィードバックループゲインを大きくすることで懸念されるランダムノイズ等の影響によるクランプエラーの発生も通常時には抑制することができる。 Further, when it is determined that no leak occurs or is within the allowable value, the OB clamp operation can be executed with the normal feedback loop gain, and the operating current can be reduced. In this case, since there is no need to increase the feedback loop gain, the occurrence of a clamp error due to the influence of random noise or the like which is a concern by increasing the feedback loop gain can be suppressed at normal times.
なお、上述した説明では、リーク量が許容値以上であると判定した場合における変更後のフィードバックループゲイン量は通常時の4倍の値としているが、これに限定されるものではなく、変更後のフィードバックループゲイン量は1倍より大きければ任意である。 In the above description, the feedback loop gain amount after the change when the leak amount is determined to be greater than or equal to the allowable value is set to four times the normal value, but is not limited to this, and is not limited to this. The feedback loop gain amount is arbitrary as long as it is larger than one time.
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。
本発明の第5の実施形態における撮像装置の構成は、図1及び図3に示した第1の実施形態における撮像装置と同様であるので構成についての説明は省略し、動作についてのみ説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described.
Since the configuration of the imaging apparatus according to the fifth embodiment of the present invention is the same as that of the imaging apparatus according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 3, the description of the configuration is omitted and only the operation will be described.
図10は、第5の実施形態における撮像装置による撮影動作を示すフローチャートである。図10に示すフローチャートにおいて、ステップS201〜S208での処理は、図4に示したステップS1〜S9での処理と同様であるので、その説明は省略する。なお、ステップS206でのリーク量検出動作においては、制御回路9は、リーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakの検出を行い、検出したリーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakに基づいて補正データを生成しバッファメモリ4に展開する。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a shooting operation performed by the imaging apparatus according to the fifth embodiment. In the flowchart shown in FIG. 10, the processes in steps S201 to S208 are the same as the processes in steps S1 to S9 shown in FIG. In the leakage amount detection operation in step S206, the
ステップS208にて、レリーズスイッチ12における第2ストロークスイッチ(SW2)がオンされると、ステップS209にて本画像の撮影動作が行われる。具体的には、第2ストロークスイッチ(SW2)がオンされると、制御回路9は、制御信号を出力して図示しないシャッタ機構を開閉する。これにより、被写体が撮像素子1において露光され、この被写体像が光電変換される。そして、光電変換された被写体像は、画素出力信号として撮像素子1から出力され、AFEIC2でデジタルデータ(撮影データ)に変換された後、バッファメモリ4に一時的に格納される。
When the second stroke switch (SW2) in the
次に、ステップS210にて、制御回路9は、リーク量が許容レベルであるか否かの判定を行う。リーク量が許容範囲内であるか否かの判定は、画素出力読み出し時における最初の行と最後の行とのOBクランプレベルの差が所定量以内であるか否かで判定すれば良い。例えば、最初の行と最後の行とのOBクランプレベルの差が10LSB以内である場合には、制御回路9は、リーク量が許容レベルであると判定するようにすれば良い。ここで、最初の行と最後の行とのOBクランプレベルの差は、ステップS206で検出したリーク抵抗Rleak及びリーク電圧Vleakにより算出することが可能である。
Next, in step S210, the
ステップS210での判定の結果、リーク量が許容レベル内であると判定した場合には、ステップS213にて、制御回路9による制御に基づき、画像処理回路5がバッファメモリ4に格納されている本画像撮影時のデジタルデータを所定の画像データに変換する。制御回路9は、変換後の画像データを記録回路6を用いて記録媒体7に記録し、動作を終了する。
If it is determined in step S210 that the leak amount is within the allowable level, the image processing circuit 5 stored in the buffer memory 4 is stored in the buffer memory 4 based on the control by the
一方、ステップS210での判定の結果、リーク量が許容レベル外(許容値以上)であると判定した場合には、ステップS211に進み、制御回路9は、シャッタ機構を閉じたままの状態で本画像と同秒時の黒画像撮影を行う。すなわち、リーク量が許容レベル外であると判定した場合には、制御回路9は、固体撮像素子1を非露光状態として黒画像の撮影動作を行う。この黒画像撮影により得られる黒画像データは、AFEIC2でデジタルデータに変換された後、バッファメモリ4に一時的に格納される。
On the other hand, as a result of the determination in step S210, when it is determined that the leak amount is outside the allowable level (over the allowable value), the process proceeds to step S211 and the
次に、ステップS212にて、制御回路9による制御に基づき、画像処理回路5がバッファメモリ4に格納されている本画像撮影時のデジタルデータから黒画像撮影時のデジタルデータを減算し、いわゆる黒引き補正処理を行う。そして、黒引き補正後のデジタルデータをバッファメモリ4に格納する。次に、ステップS213にて、制御回路9による制御に基づいて、画像処理回路5がバッファメモリ4に格納されている黒引き補正後のデジタルデータを所定の画像データに変換し、記録回路6により記録媒体7に記録して、動作を終了する。
Next, in step S212, based on the control by the
第5の実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、許容値(レベル)以上のリークが発生していると判定した場合には、いわゆる黒引き補正処理を行うことで、リークよるシェーディングを補正することができ、リークによって生じる画像ノイズがない良好な画像を得ることができる。また、リークが発生していない又は許容レベル内であると判定した場合には、黒引き補正を行わないので、連写撮影時のMコマ目と(M+1)コマ目の撮影間隔が黒画像撮影分伸びてしまうことなく撮影を行うことが可能である。 According to the fifth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Furthermore, when it is determined that a leak exceeding the allowable value (level) has occurred, shading correction due to leak can be corrected by performing so-called blackening correction processing, and there is no image noise caused by the leak. Can be obtained. Also, if it is determined that there is no leak or is within an allowable level, blacking correction is not performed, so the shooting interval between the M-th frame and the (M + 1) -th frame during continuous shooting is black image shooting. It is possible to take a picture without stretching.
(本発明の他の実施形態)
上述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、各種デバイスと接続された装置又はシステム内のコンピュータ(CPUあるいはMPU)に対し、実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムを供給し、システム又は装置のコンピュータに格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
また、この場合、前記プログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラム自体は本発明を構成する。また、そのプログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)又は他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
さらに、供給されたプログラムがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
(Other embodiments of the present invention)
Software for realizing the functions of the embodiments for a device (CPU or MPU) in an apparatus or system connected to the various devices so as to operate various devices to realize the functions of the above-described embodiments. What was implemented by supplying the program and operating the various devices in accordance with the program stored in the computer of the system or apparatus is also included in the scope of the present invention.
In this case, the program itself realizes the functions of the above-described embodiments, and the program itself constitutes the present invention. Further, means for supplying the program to the computer, for example, a recording medium storing the program constitutes the present invention. As a recording medium for storing such a program, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
Further, by executing the program supplied by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but the program is jointly operated with an OS (operating system) or other application software running on the computer. Needless to say, such a program is included in the embodiment of the present invention even when the functions of the above-described embodiment are realized.
Further, after the supplied program is stored in the memory provided in the function expansion board of the computer or the function expansion unit connected to the computer, the CPU or the like provided in the function expansion board or function expansion unit based on the instructions of the program Needless to say, the present invention includes a case where part or all of the actual processing is performed and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
なお、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 It should be noted that the above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. . That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
1A、1B 固体撮像素子
2A、2B、2C アナログフロントエンド処理用IC
3 クランプ用コンデンサ
4 バッファメモリ
5 画像処理回路
9 制御回路
12 レリーズスイッチ
23 入力切替スイッチ
24 基準電圧
26 オフセット加算回路
28 ADC
30 誤差算出部
31A、31B 電流DAC
47 出力切替スイッチ
48 基準電源
61 スイッチ回路
62 基準電源
1A, 1B Solid-
3 Capacitor for Clamp 4 Buffer Memory 5
30
47
Claims (11)
クランプ用コンデンサを有し、前記撮像素子にて光学的に遮光された黒画素の出力を基準に前記撮像素子の光学的黒レベルをクランプするクランプ手段と、
前記撮像素子を用いた撮像動作が行われていない期間において、前記画素出力信号とは異なる直流信号を前記クランプ手段に対して供給する信号供給手段と、
前記信号供給手段による前記直流信号の供給時に、前記クランプ用コンデンサに発生するリーク量を検出するリーク検出手段と、
前記撮像素子を用いた撮像動作が行われている期間において、前記リーク検出手段により検出されたリーク量に基づいて、前記画素出力信号から得られる画像データを補正する補正処理手段とを有することを特徴とする撮像装置。 An image sensor that converts an optical image of a subject into an electrical signal and outputs a pixel output signal;
A clamping unit that includes a clamping capacitor and clamps an optical black level of the imaging device based on an output of a black pixel optically shielded by the imaging device;
A signal supply means for supplying a DC signal different from the pixel output signal to the clamp means in a period in which an imaging operation using the image sensor is not performed;
A leak detecting means for detecting a leak amount generated in the clamping capacitor when the DC signal is supplied by the signal supplying means;
Correction processing means for correcting image data obtained from the pixel output signal based on a leak amount detected by the leak detection means during a period in which an image pickup operation using the image pickup device is performed. An imaging device that is characterized.
前記補正処理手段は、前記補正データ生成手段により生成された補正データを用いて前記画像データを補正することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 Correction data generation means for generating correction data based on the amount of leak detected by the leak detection means;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the correction processing unit corrects the image data using the correction data generated by the correction data generation unit.
前記撮像素子を用いた撮像動作が行われている期間において、被写体の光学像を電気信号に変換する光電変換ステップと、
前記光電変換後の画素出力信号から得られる画像データを、前記リーク検出ステップにて検出されたリーク量に基づいて補正する補正処理ステップとを有することを特徴とする撮像方法。 In a period in which an imaging operation using an imaging device that converts an optical image of a subject into an electrical signal and outputs a pixel output signal is not performed, the output of the black pixel that is optically shielded by the imaging device is used as a reference A leak detecting step of supplying a direct current signal different from the pixel output signal to the clamping means for clamping the optical black level of the image sensor using a clamping capacitor, and detecting a leakage amount generated in the clamping capacitor;
A photoelectric conversion step for converting an optical image of a subject into an electrical signal in a period in which an imaging operation using the imaging element is performed;
An image pickup method comprising: a correction processing step of correcting image data obtained from the pixel output signal after the photoelectric conversion based on a leak amount detected in the leak detection step.
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