JP4976832B2

JP4976832B2 - 撮像システム

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Inventors: 雄一郎山下
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Description

本発明は、撮像システムに関する。

今日のイメージセンサにおいては、ＣＭＯＳロジックプロセスとイメージセンサプロセスの融合により、センサチップ上に複雑なアナログ回路やデジタル回路、及び信号処理部などを製作することが可能である。その応用の有力なものとして、１次元状に画素が配列されたイメージセンサチップ上にアナログデジタル変換器（ＡＤ変換器）を搭載したものが挙げられる。

例えば、読み出しの高速化を図るために、一列に一つ、もしくは数列に一つＡＤ変換器を有する、列並列ＡＤ変換を行うＣＭＯＳセンサが開発されている（特許文献１参照）。各列は、増幅器となる列ゲインアンプと、その後に続くＡＤ変換器で構成されている。

また、特許文献２には、読み出した１列分の信号を基にして次の列を読み出す際のアンプのゲインを感度制御回路によって調整することが記載されている。また、特許文献３には、ホワイトバランスアンプにおいて、デジタル変換された後の信号を、各色ごとに設定したゲインで増幅されることが記載されている。

特開昭６２−１５４９８１号公報特開２００３−１７２６１１号公報特開２００１−３１３９５２号公報

上記の列ゲインアンプを用いた手法では、カラー撮影の際に特に課題が発生する。例えば白熱灯の元では、その光源の分光感度特性から、赤みがかった色は強く、青みがかった色は弱く出る傾向が出る。そのようなときに、青みがかった色をそのままＡＤ変換してしまうと、その後画像処理時に行われるホワイトバランス調整の際に、青みがかった色をデジタル演算で増幅しなくてはならず、結果、ＡＤ変換の際の量子化誤差が目立ち、画質が悪化する。

量子化誤差による問題を避けるためにも、アナログ電圧の状態での増幅が望まれる。しかし、従来の手法を用いると青みがかった色と赤みがかった色を同一の増幅率で増幅してしまうので、赤がＡＤ変換器の入力ダイナミックレンジをオーバーしてしまい、正しい出力値が得られない。

もう一つ、列ゲインアンプの暗時固定パターンノイズの除去についても問題がある。列ゲインアンプは演算増幅器を利用して構成されるが、演算増幅器は製造ばらつきや回路構成に依存した入力オフセットを持ち、その入力オフセットが固定パターンノイズという、光があたっていなくても同一のばらつきを示すノイズとして現れる。

その固定パターンノイズは、列ゲインアンプの増幅率により変動する。特に増幅率が大きくなると固定パターンノイズの変化幅は増加し、その除去のための効果的な手段が望まれる。

本発明は、上記２点の問題点の少なくとも一方を解決する手段として、列並列ＡＤ変換器においても量子化誤差の影響を少なく増幅率の調節ができ、その際に問題となる列ゲインアンプのノイズを抑制することのいずれかを達成することを目的とする。

本発明の撮像システムは、光電変換装置と、前記光電変換装置の有する固定パターンノイズを補正する補正装置とを有し、前記光電変換装置は、行列状に配列され、光電変換により画素信号を生成する複数の光電変換素子と、一又は複数の列の光電変換素子毎に設けられ、前記光電変換素子により生成された画素信号を増幅する複数の増幅器と、前記増幅器により増幅された画素信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換器とを有し、前記増幅器の増幅率は、前記一又は複数の列毎に制御され、前記行列状に配列された光電変換素子上には、一の光電変換素子当たり一色が対応するカラーフィルタが周期的に配列されており、前記補正装置は、撮影開始以前に、各列の光電変換素子の有する固定パターンノイズを、前記増幅器の増幅率の組み合わせすべてについて、組み合わせ別に記憶し、撮影期間における各行の光電変換素子からの読み出し時には、設定されている増幅器の増幅率の組み合わせに応じて固定パターンノイズを補正することを特徴とする。

画素信号をデジタルに変換する前に、アナログの画素信号を望ましい増幅率で増幅することが出来るため、後段のデジタルゲインが不要又はデジタルゲインのゲインアップ量が低減でき、量子化誤差を低減することができる。

(第１の実施形態)
図１は、本発明の第１の実施形態による光電変換装置の構成例を示すブロック図である。本光電変換装置は、列毎に増幅器とＡＤ変換器を持つことを特徴としている。

なお、ここでの「列毎」の定義であるが、必ずしも本図面と一致する様に増幅器とＡＤ変換器が配置されている必要は無く、例えば、増幅器は各列毎に配置しながらも、ＡＤ変換器は二列おきとし、時分割で動作させる、などの手法でも良い。また、増幅器とＡＤ変換器を数列に一列おきとし、その代わりに時分割で動作させる、などの手法をとってもよい。

２０１は光電変換により画素信号を生成するフォトダイオード（光電変換素子）や、光電荷を増幅する電荷電圧変換器などから構成される画素であり、各画素は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ２０２、２０３、２０４をその上に有している。

２０５は垂直シフトレジスタであり、複数の制御線２０６のうちある一本のみを活性化させることで、ある一行のみを読み出すことを可能とする。ここで、上記の制御線２０６は回路ブロック図上では一本の線で描かれているが、実際には複数の線からなるものを模式的に示したものである。

各画素の信号は、共通垂直出力線２０７又は２０８を介して、列ゲインアンプ（増幅器）２０９又は２１０に送られる。それらの列ゲインアンプ２０９，２１０には、それぞれ独立に増幅率切替信号２１１、２１２が与えられる。列ゲインアンプ２０９，２１０は、一又は複数の列の画素２０１毎に設けられ、増幅率切替信号２１１、２１２が示す増幅率で、画素２０１により生成された画素信号を増幅する。列ゲインアンプ２０９，２１０の増幅率は、前記一又は複数の列毎に制御される。

列ゲインアンプ２０９，２１０にてアナログ増幅された信号は、ＡＤ変換器２１３，２１４でデジタル値に変換され、その後、水平シフトレジスタ２１５で選択的に水平信号線２１６にそれらの出力が接続されて外部に出力される。

図３は、列ゲインアンプ２０９，２１０の構成の一例を示す回路図であり、演算増幅器を用いた容量帰還型の反転増幅器になっている。３０１は演算増幅器、３０２は動作点決定用オートゼロ動作を行うための初期化スイッチであり、スイッチ３０３、３０４、３０５、３０６をどのように開閉するかで帰還容量の容量値を変更し、増幅率を変更する。３０７は入力とのカップリング容量である。

図４は、図３のスイッチの設定とそれに対応する増幅率（ゲイン）の関係を示す図である。スイッチ３０３〜３０６のオン／オフを設定することにより、増幅率を１、２、４、８倍に制御することができる。

図５は、図３の列ゲインアンプの動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。スイッチ３０２〜３０６は、ハイレベルがオン、ローレベルがオフを示す。まず時刻５０１〜５０２において、画素の初期状態の信号である画素リセットレベルを入力とのカップリング容量３０７に記憶させる。その後に、光電変換の結果である信号レベルを列ゲインアンプの入力部に入力する。ここでは、スイッチ３０４をオンさせた増幅率２倍の状態を想定しており、負荷が完全に充電された時刻５０３以降において、列ゲインアンプの出力部は、前述の信号レベルからリセットレベルを減算した量ΔＶｓｉｇの２倍の値を示している。

図６は、図３の回路を含む一連の回路の動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、白熱灯のように、長波長側の光を多く含む光源を用いて、グレーの被写体を撮影した場合のように、赤い画素からの信号レベルが高く、緑の画素からの信号レベルが標準的であり、青い画素からの信号レベルが低い状態を仮定して説明を行う。

まず、本撮影の前の仮撮影において、ホワイトバランスを適切に調整するために、赤い画素の信号に対する増幅率を１倍、緑の画素の信号に対する増幅率を２倍、青い画素の信号に対する増幅率を４倍と設定するべきであるという結果を得たとする。

その結果に基づき、センサでは、ゲイン設定６０１、６０２、６０３、６０４にそれぞれ示すように、各列がどの色を現在読み出しているか、その情報に同期して増幅率を設定する。ゲイン設定６０１は、偶数列ゲイン設定端子２１１を介して、偶数列の赤の画素信号に対して１倍の増幅率を設定する。ゲイン設定６０３は、奇数列ゲイン設定端子２１２を介して、偶数列の緑の画素信号に対して２倍の増幅率を設定する。その値をタイミング６０５で一斉に列で並列にＡＤ変換し、水平シフトレジスタ２１５を制御することで順次水平出力線２１６に画像データ６０６を読み出し、外部に出力する。

同様に、ゲイン設定６０２は、偶数列ゲイン設定端子２１１を介して、偶数列の緑の画素信号に対して２倍の増幅率を設定する。ゲイン設定６０４は、奇数列ゲイン設定端子２１２を介して、偶数列の青の画素信号に対して４倍の増幅率を設定する。その値をタイミング６０８で一斉に列で並列にＡＤ変換し、水平シフトレジスタ２１５を制御することで順次水平出力線２１６に画像データ６０７を読み出し、外部に出力する。

本実施形態の効果は以下の通りである。本実施形態によれば、列並列ＡＤ変換器でデジタル値に変換する前に、各列にて望ましいアナログの増幅率を設定することが出来る。そのため、後段で必要となるデジタルゲインが不要、もしくはデジタルゲインにおける増幅率を低減でき、量子化誤差を減らすことができる。

また、図６に示したように、正しいタイミングにて色別に増幅率を切り替えることで、上記の効果に加えて、例えば一フレームの途中や一行の途中で増幅率が意図せず変わってしまうことによる、不自然な画像の取り込みや再生を防ぐことが可能となる。

(第２の実施形態)
本発明の第２の実施形態では、本光電変換装置と補正回路（固定パターンノイズ除去手段）２２０（図１）を含む撮像システムの例を説明する。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施形態特有の固定パターンノイズの様子を示す図である。横軸は列番号、縦軸は各列の光が当たっていない場合の暗時出力を示す。ここで、暗時の出力は、列ゲインアンプのばらつきや、ＡＤ変換器のばらつきによって各列毎に変動しており、これを固定パターンノイズと呼んでいる。

この固定パターンノイズの振幅は、一般的に、列ゲインアンプの増幅率によって変化し、増幅率が高いほど振幅は増加する。

図７（Ａ）のように全てのゲインアンプを同一のゲイン、例えば１倍のゲインで読み出している場合と比較して、図７（Ｂ）のように、例えば偶数列はゲイン１倍、奇数列はゲイン４倍設定で読み出している場合などは、ゲインによってばらつきが大きく異なる。そのために一画素おきに大きな変動を示し、画質に特に大きな影響を示す。画質にも深刻な影響を及ぼすために、固定パターンノイズの補正が必須となる。

固定パターンノイズは、光量に依存しないため、あらかじめ暗時の信号読み出しにおける固定パターンノイズを読みとっておき、その値を補正データとして利用することで除去可能である。イメージセンサには、垂直オプティカルブラック（ＯＢ）と呼ばれる、光を受ける開口部が遮光されて常に暗状態にある行が先頭行に数行から数十行存在しているので、その値を基に補正を行う。

図８は、その固定パターンノイズを取得して補正に用いる手順の一例を示すタイミングチャートである。タイミング８０１にて、垂直ＯＢ第１行目が読み出され、遮光されてはいるが、赤に相当する画素と緑に相当する画素の出力が得られる。

ここで、赤と緑の設定ゲインは、第１の実施形態同様、それぞれ１倍、２倍である。これらは、暗時出力として、記憶される。タイミング８０２にて、垂直ＯＢ第２行目が読み出される。これらは、遮光されているが、それぞれ緑と青に相当しており、設定ゲインはそれぞれ２倍、４倍である。

１行のデータを基に補正を行うと、各画素のランダムノイズ成分により補正誤差が生じるため、垂直ＯＢ第１行目と同様色の、赤と緑に相当する、垂直ＯＢの第３行目を取得し、平均化する。

その平均化作業を、赤と緑に相当する垂直ＯＢ行、及び、緑と青に相当する垂直ＯＢ行、交互に別々に行い、タイミング８０３、８０４にて、それぞれの行に対応したランダムノイズが低減された固定パターンノイズを得る。

ランダムノイズが低減された１行分の固定パターンノイズを、１行分の光信号から補正回路２２０で減算することで、光が入射した画素の固定パターンノイズを除去することが出来る。そのときに、赤と緑が属する行の光信号に対しては赤と緑に相当する、同一ゲインで読み出された垂直ＯＢのデータを、緑と赤が属する行の光信号に関しては緑と青に相当する、同一ゲインで読み出された垂直ＯＢのデータを用いて補正を行う。

本実施形態の効果は以下の通りである。本実施形態によれば、設定されたゲインと同一のゲインで読み出された垂直ＯＢ画素のデータを基にリアルタイムに補正用の参照用暗時固定パターンノイズデータを作成し、それを開口部のデータから減算する。これにより、補正回路においてあらかじめ暗時固定パターンノイズのデータを記憶することなくその補正が可能となる。

(第３の実施形態)
本発明の第３の実施形態では、本光電変換装置と補正回路（固定パターンノイズ除去手段）２２０を含む撮像システムの別な例を示す。

第２の実施形態のように、ＯＢ画素を用いたリアルタイムでの暗時固定パターンノイズデータの取得を行うと、平均化の回数に制限があるので、画素のランダムノイズの影響を完全に除去することが出来ない。固定パターンノイズは除去できたとしてもランダムノイズが大幅に増加する場合がある。

故に、撮影前のある時間に、ＯＢの行数にくらべてはるかに多数のデータをサンプルして平均化して、固定パターンノイズ中のランダムノイズを除去する事が望ましい。以下にその手段を述べる。

撮影前においては、どのようなゲインの組み合わせで撮影を行うかは決定されていないため、全てのゲインの組み合わせについての固定パターンノイズを準備しなくてはならない。例えば、各列のゲインアンプが１，２，４，８倍の４通りのゲイン切り替えを有し、それらが一斉に変化する場合は４通りの固定パターンノイズの組み合わせが存在する。それが本実施形態のように赤、青、緑に対して切り替えられる場合は、４の３乗、つまり６４通りの組み合わせが必要となる。

ゆえに第２の実施形態のように、実際のゲインに応じた駆動を行い、それを平均化することで補正用のデータを得ることは、必要とされる時間を考えると現実的ではない。そのような場合は、図９のフローチャートの処理を行う。

図９は、補正回路２２０の固定パターンノイズ補正処理を示すフローチャートである。ステップＳ９０１では、補正データ取得を開始する。次に、ステップＳ９０２では、全列１倍の増幅率で暗時出力を複数行について測定して平均化する。次に、ステップＳ９０３では、全列２倍の増幅率で暗時出力を複数行について測定して平均化する。次に、ステップＳ９０４では、全列４倍の増幅率で暗時出力を複数行について測定して平均化する。次に、ステップＳ９０５では、全列８倍の増幅率で暗時出力を複数行について測定して平均化する。次に、ステップＳ９０６では、撮影開始が指示されると、ステップＳ９０７へ進む。ステップＳ９０７では、各色の増幅率の設定と、各増幅率毎の各列の暗時出力から、補正用データを構築する。次に、ステップＳ９０８では、構築したデータを基に、各行毎に固定パターンノイズ補正を行う。

図９に示すように、各列ゲインアンプを全て１倍、全て２倍・・のように、４通りの動作をさせ、かつそれらの値を平均化する。その後に、各色がどのゲインで読み出されるかを実際の動作時に把握し、そのゲインに合った暗時の出力をそれぞれの行に対して読み出し、補正データを再構築する。

本実施形態の効果は以下の通りである。本実施形態によれば、あらかじめ各列のゲイン毎の固定パターンノイズを記憶しておき、実際の撮影時に各列の補正量を、記憶した暗時出力の値から各列毎に設定し、補正データを構築する。これにより、補正データの取得時間を例えば本例では６４分の４の時間に短縮できたように、大幅に短縮することが出来る。

また、各列のゲインアンプが４通りのゲインを有する場合を述べたが、例えば２通りのゲインを有する場合、その可能な組み合わせは２の３乗、つまり８通りとなる。そのような場合は、８通りの値をそのまま平均化しながら取得すればよい。補正データを読み出し時に構築する必要が無く、過去のデータベースからそのまま呼び出せばよいので、再構築にかかる演算や複雑なメモリ操作が不要となるという効果がある。

(第４の実施形態)
本発明の第４の実施形態では、固定パターンノイズをある程度低減させる手段を併せ持つ光電変換装置について説明する。図１０は、第４の実施形態による光電変換装置の構成例を示すブロック図である。図３と同等の部位には同じ番号を付記している。大きな違いは、列ゲインアンプ２０９，２１０と列ＡＤ変換器２１３，２１４の間に、ゲイン一定のクランプ回路１００１を有することである。

なお、ここでのクランプという動作の意味は、図１１に示すように、列ゲインアンプのリセット時の信号を、列ゲインアンプの信号出力時の信号から減算するという事であり、その手法は図１０に示したような手法には限定されない。なお、リセット値は暗時出力とほぼ同じ値となる。クランプ回路１００１は、列ゲインアンプ２０９，２１０により増幅された画素信号のオフセットをクランプする。

図１２において、出力１２０１は、増幅率１倍での暗時出力（＝リセットレベル）中心値１２１１及び増幅率４倍での暗時出力（＝リセットレベル）中心値１２１２を有する。列ゲインアンプは、図１２中の出力１２０１に示すように、ゲイン毎に異なる暗時出力を示すので、列ＡＤ変換器にその値を入力する際には、入力ダイナミックレンジの暗時出力側にその変動分を考慮した余裕１２０２を持たせなくてはならない。そのため、光信号に割り当てられるダイナミックレンジがレンジ１２０３のように目減りせざるを得ない。固定パターンノイズそのものは前述の実施形態の手法によって除去することが可能であるが、ダイナミックレンジの減少は防ぐことが出来ない。

本実施形態では、ゲイン一定のクランプ回路１００１を用いることで、ゲインによって異なる暗時出力をある程度一定に保つことが可能になる。例えばクランプ回路によるオフセット除去能を−４０ｄＢ、つまり１００分の１とすると、クランプ前にゲインが１倍と４倍で暗時出力の振幅に差があったとしても、クランプ適用後は出力１２０４のように、差が１００分の１となる。そのため、暗時出力のゲイン依存がほとんど目立たず、結果として必要な余裕は余裕１２０５のように大幅に減少し、レンジ１２０６の部分を光出力に対する入力レンジとして割り当てることが可能となる。出力１２０４は、増幅率１倍での暗時出力（＝リセットレベル）中心値１２２１及び増幅率４倍での暗時出力（＝リセットレベル）中心値１２２２を有する。

もちろん、高精度な読み出しを行いたい場合は、本実施形態に加えて第２又は第３の実施形態を組み合わせ、さらに精度の高い固定パターンノイズ除去を行う。

また、クランプ回路１００１によって行っているクランプ処理であるが、専用の回路ブロックを必ずしも設ける必然性は無く、可能な場合はＡＤ変換器が信号入力時に列ゲインアンプの出力をそのままクランプするクランプ回路を有するようにしても良い。その場合は、ＡＤ変換器の入力ダイナミックレンジを常に一定に保つことで、ＡＤ変換器において発生する暗時固定パターンノイズの変動を防ぐ必要があることは言うまでもない。

本実施形態の効果は以下の通りである。本実施形態では、前述の実施形態の効果に加えて、列ゲインアンプが有するゲイン依存の出力オフセットをクランプ回路、もしくはＡＤ変換器の有するクランプ機能によって解消することが出来る。そして、列並列ＡＤ変換器の入力ダイナミックレンジを有効に利用することが可能となる。

以上のように、第１〜第４の実施形態は、光電変換などに代表される、エネルギーを電子に変換する素子を一単位画素とし、その画素を行列状に並べた、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサ、近赤外や遠赤外イメージセンサなどの撮像装置である。その撮像装置は、列毎に高速・高精度なＡＤ変換器を並べた撮像装置である。

光電変換装置は、行列状に配列された画素（光電変換素子）、列毎に設けられた画素からの信号を増幅する増幅器、及び列毎に設けられた増幅器のアナログ出力をデジタル値に変換するＡＤ変換器からなる。その光電変換装置は、さらに、前記増幅器の増幅率を列毎に変更する手段を有する。これにより、列並列ＡＤ変換器でデジタル値に変換する前に、各列にて望ましいアナログゲインを設定することが出来るため、後段で必要となるデジタルゲインが不要、もしくはデジタルゲインのゲインアップ量が低減でき、量子化誤差の低減につながる。

また、光電変換装置は、前記増幅器とＡＤ変換器の間に、増幅率一定のオフセットクランプ手段を設ける。また、前記ＡＤ変換器はオフセットクランプ手段を有しており、かつ、前記ＡＤ変換器の入力ダイナミックレンジが一定である。これにより、列ゲインアンプが有するゲイン依存の出力オフセットをクランプ回路、もしくはＡＤ変換器の有するクランプ機能によって解消することが出来、列並列ＡＤ変換器の入力ダイナミックレンジを有効に利用することが可能となる。

また、光電変換装置は、前記行列状に配列された画素上に、一画素当たり一色が対応するカラーフィルタが周期的に配列されており、かつ前記増幅器の増幅率はそれに対応する色毎に同一の値に設定される。これにより、特に、カラーフィルタを用いて色情報を取得するイメージセンサにおいて、色別に適切なアナログゲインを列並列ＡＤ変換の前に適用することが可能となり、量子化誤差の低減が実現できる。

また、光電変換装置は、前記色毎の増幅率の変更はフレームの切り替わり時にのみ許可する。また、前記カラーフィルタは行方向及び列方向の周期を有しており、前記カラーフィルタの行方向の周期、もしくは、フレームの切り替わり周期に同期して、前記増幅器の増幅率を列毎に変更する。これにより、正しいタイミングにてゲインを切り替えることが可能となり、例えば一フレームの途中や一行の途中でゲインが変わることによる、不自然な画像取得及び再生を防ぐことが可能となる。

また、上記の光電変換装置と、前記光電変換装置の有する固定パターンノイズを補正する固定パターンノイズ補正装置からなる撮像システムが提供される。撮像システムは、設定されたゲインと同一のゲインで読み出された垂直ＯＢ画素のデータを基にリアルタイムに補正用の参照用暗時固定パターンノイズデータを作成し、それを開口部のデータから減算する。これにより、列毎に異なるゲインで読み出した際に特に目立つようになる、列毎に大きな差を持つ暗時固定パターンノイズを除去することで、画質を向上することが可能となる。

また、前記固定パターンノイズ補正装置は、フレーム毎に、垂直オプティカルブラック画素（垂直オプティカルブラック領域の画素）により生成される画素信号を基に固定パターンノイズ補正用データを作成し、記憶し、補正する。これにより、補正回路においてあらかじめ暗時固定パターンノイズのデータを記憶することなくその補正が可能となる。

また、前記固定パターンノイズ補正装置は、撮影開始以前に、各列の有する出力オフセット値を増幅率毎に記憶し、撮影期間における各行の読み出し時には、各列の増幅率に応じた記憶済みの前記出力オフセット値を基に補正データを構築して各列の補正を行う。これにより、あらかじめ各列のゲイン毎の固定パターンノイズを記憶しておき、実際の撮影時に各列の補正量を、記憶した固定パターンノイズの値から各列毎に設定することで、様々なゲインに対応した補正が可能となる。

また、前記固定パターンノイズ補正装置は、撮影開始以前に、各列の光電変換素子の有する固定パターンノイズを、前記増幅器の増幅率の組み合わせすべてについて、組み合わせ別に記憶する。そして、撮影期間における各行の光電変換素子からの読み出し時には、設定されている増幅器の増幅率の組み合わせに応じて固定パターンノイズを補正する。これにより、各列のゲインのとりうる組み合わせ全てについて、列全体の固定パターンノイズデータを保存し、その値を基に撮影時に補正を行うことで、メモリから適切な補正量を各列毎に読み出すことなく、簡便なメモリ操作で補正量を取得することが可能となる。そして、高速化が実現できる。

なお、上記実施形態は、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、又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。たとえば、画素ごとにカラーフィルタの各色を対応させた構成を説明したが、１画素で複数色に対応している構成を用いることもできる。例えば、半導体基板の深さ方向に複数の光電変換部及び電荷蓄積部を有し、波長に応じた光を深さの違いにより選別して読み出す方式を採用することも可能である。

本発明の第１の実施形態による光電変換装置の構成例を示すブロック図である。ダイナミックレンジを示す図である。列ゲインアンプの構成の一例を示す回路図である。図３のスイッチの設定とそれに対応する増幅率（ゲイン）の関係を示す図である。図３の列ゲインアンプの動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図３の回路を含む一連の回路の動作例を示すタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態特有の固定パターンノイズの様子を示す図である。固定パターンノイズを取得して補正に用いる手順の一例を示すタイミングチャートである。固定パターンノイズ補正処理を示すフローチャートである。本発明の第４の実施形態による光電変換装置の構成例を示すブロック図である。列ゲインアンプの動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

２０１電荷電圧変換器
２０２，２０３，２０４カラーフィルタ
２０５垂直シフトレジスタ
２０６制御線
２０７，２０８共通垂直出力線
２０９，２１０列ゲインアンプ
２１１，２１２増幅率切替信号
２１３，２１４ＡＤ変換器
２１５水平シフトレジスタ
２１６水平信号線
２２０補正回路

Claims

光電変換装置と、
前記光電変換装置の有する固定パターンノイズを補正する補正装置とを有し、
前記光電変換装置は、
行列状に配列され、光電変換により画素信号を生成する複数の光電変換素子と、
一又は複数の列の光電変換素子毎に設けられ、前記光電変換素子により生成された画素信号を増幅する複数の増幅器と、
前記増幅器により増幅された画素信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換器とを有し、
前記増幅器の増幅率は、前記一又は複数の列毎に制御され、
前記行列状に配列された光電変換素子上には、一の光電変換素子当たり一色が対応するカラーフィルタが周期的に配列されており、
前記補正装置は、撮影開始以前に、各列の光電変換素子の有する固定パターンノイズを、前記増幅器の増幅率の組み合わせすべてについて、組み合わせ別に記憶し、撮影期間における各行の光電変換素子からの読み出し時には、設定されている増幅器の増幅率の組み合わせに応じて固定パターンノイズを補正することを特徴とする撮像システム。
さらに、前記増幅器及び前記アナログデジタル変換器の間に設けられ、前記増幅器により増幅された画素信号のオフセットをクランプするクランプ手段を有することを特徴とする請求項１記載の撮像システム。
前記アナログデジタル変換器は、前記増幅器により増幅された画素信号のオフセットをクランプするクランプ手段を有することを特徴とする請求項１記載の撮像システム。
前記増幅器の増幅率は前記カラーフィルタに対応する色毎に同一の値が設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像システム。
前記増幅器の色毎の増幅率の変更はフレームの切り替わり時にのみ許可することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像システム。
前記カラーフィルタは行方向及び列方向の周期を有しており、前記増幅器の増幅率は前記カラーフィルタの行方向の周期又はフレームの切り替わり周期に同期して列毎に変更されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像システム。
前記補正装置は、垂直オプティカルブラック領域の光電変換素子により生成される画素信号を基に固定パターンノイズを補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像システム。
前記補正装置は、フレーム毎に固定パターンノイズを補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像システム。
前記補正装置は、撮影開始以前に、各列の光電変換素子の有する出力オフセット値を前記増幅器の増幅率毎に記憶し、撮影期間における各行の光電変換素子からの読み出し時に、前記増幅器の増幅率に応じた記憶済みの前記出力オフセット値を基に補正を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像システム。
前記アナログデジタル変換器により変換されたｎ行目のデジタルの画素信号を出力線に出力する動作と、前記増幅器のｎ＋１行目のアナログの画素信号の増幅率を設定する動作とを並行して行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像システム。