JP5219775B2 - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

本発明は、撮像素子(固体撮像素子)及びその撮像素子を備えるビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置及に関し、特に、映像信号の画質の改善技術に特徴のある撮像素子及び撮像装置に関する。   The present invention relates to an image pickup device (solid-state image pickup device) and an image pickup device such as a video camera and a digital camera equipped with the image pickup device, and more particularly to an image pickup device and an image pickup device characterized by a technique for improving the image quality of video signals.

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてCCD及びCMOSイメージセンサ等が使用されている。   In an imaging apparatus such as a digital camera or a video camera, a CCD, a CMOS image sensor, or the like is used as an imaging element.

通常、撮像素子は、信号レベルの基準信号となる信号(黒基準信号)を得るために、光に反応しないように遮光されたオプティカルブラック領域を備えており、有効画素信号はそのオプティカルブラック領域で得たレベルを基準として演算処理される。このような画素を“OB画素(オプティカルブラック画素)”と呼ぶ。   In general, an image sensor includes an optical black region that is shielded so as not to react to light in order to obtain a signal (black reference signal) that serves as a reference signal of a signal level, and an effective pixel signal is in the optical black region. Calculation processing is performed based on the obtained level. Such a pixel is called an “OB pixel (optical black pixel)”.

このような撮像素子を撮像装置に用い、長時間露光モードで撮影を行った場合、画素に蓄積された暗電流が増加し、OB画素の出力も増加する。このとき、撮像素子の内部回路や外部の信号処理回路のダイナミックレンジは固定であるので、開口画素から得られる光信号は少なくなってしまう。   When such an image sensor is used in an image pickup apparatus and photographing is performed in the long exposure mode, dark current accumulated in the pixel increases and output of the OB pixel also increases. At this time, since the dynamic range of the internal circuit of the image sensor and the external signal processing circuit is fixed, the optical signal obtained from the aperture pixel decreases.

このことを解決するために、OB画素出力を所定のレベルにクランプした後、開口画素からの信号を得るようにすることは良く知られている。   In order to solve this, it is well known to obtain a signal from the aperture pixel after clamping the OB pixel output to a predetermined level.

後述する図1に示すように、撮像素子のOB画素は、画面上部のVOB部と画面左のHOB部がある。画素からの信号は同図の左上から矢印で示すように読み出される。   As shown in FIG. 1 to be described later, the OB pixel of the image sensor has a VOB portion at the top of the screen and a HOB portion at the left of the screen. Signals from the pixels are read out as indicated by arrows from the upper left of the figure.

OB画素出力を所定のレベルにクランプする動作を簡単に説明する。   The operation of clamping the OB pixel output to a predetermined level will be briefly described.

まず、VOB領域の信号出力をモニタしながら、出力信号が高速に所定のレベルになるよう、大きなゲインでフィードバックしてクランプ動作(以下、高速クランプ)を行う。そして、目標レベルまでクランプできたところで、モニタする領域をHOB領域に移して出力信号が低速で所定のレベルになるよう、小さなゲインでフィードバックしてクランプ動作を継続して行う(以下、低速クランプ)。   First, while monitoring the signal output in the VOB region, a clamping operation (hereinafter, high-speed clamping) is performed by feeding back with a large gain so that the output signal becomes a predetermined level at high speed. Then, after clamping to the target level, the monitoring area is moved to the HOB area, and the clamping operation is continued by feeding back with a small gain so that the output signal becomes a predetermined level at a low speed (hereinafter referred to as low speed clamping). .

最初にVOB領域で高速クランプを行うのは、クランプに使用する領域を大きく取ることで、暗電流が非常に大きくてもOB画素出力を所定のレベルに高速にクランプできるようにするためである。   The reason why the high-speed clamping is performed in the VOB region first is to make it possible to clamp the OB pixel output at a predetermined level at a high speed even if the dark current is very large by taking a large region used for the clamping.

また、HOB領域で低速クランプを行うのは、暗時信号の垂直方向のシェーディングを補正するためである。   The reason why the low-speed clamping is performed in the HOB region is to correct the shading in the vertical direction of the dark signal.

このように、OB画素出力を所定のレベルにクランプする動作(以下、OBクランプ動作)を行う撮像素子において、暗時信号に水平方向のシェーディングがある場合について考えてみる。   Consider the case where the dark signal has horizontal shading in the imaging device that performs the operation of clamping the OB pixel output to a predetermined level (hereinafter referred to as OB clamping operation).

一般的なCMOS型撮像素子における水平シェーディングは、読み出し回路に起因する場合が多く、画像の撮影条件によらず一定のシェーディング量であり、また、垂直方向に読み出し画素が変わっても水平シェーディングの形状は変化しない。   Horizontal shading in a general CMOS image sensor is often caused by a readout circuit, and the amount of shading is constant regardless of image capturing conditions, and the shape of horizontal shading even if the readout pixel changes in the vertical direction. Does not change.

そのため、水平方向に一次元の補正値を持ち、得られた画像から一次元補正値を減算することで容易に補正が可能である。   Therefore, the correction can be easily performed by having a one-dimensional correction value in the horizontal direction and subtracting the one-dimensional correction value from the obtained image.

図14は、暗時信号に水平シェーディングがある場合の画像を説明する図で、奇数列(CH1)の画素信号と偶数列(CH2)の画素信号を別々の回路で読み出すとともに、CH1、CH2で別々にクランプ動作を行う撮像素子を示す。   FIG. 14 is a diagram for explaining an image in the case where there is horizontal shading in the dark signal. The pixel signal of the odd column (CH1) and the pixel signal of the even column (CH2) are read by separate circuits, An image sensor that performs a clamping operation separately is shown.

画面全体の画素部レイアウトの上に示した右上がりの直線が画面左から右上がりに暗時出力がシェーディングしている様子を示している。   A straight line rising to the right shown on the pixel portion layout of the entire screen shows a shaded output from the left to the right from the screen.

VOB領域で高速クランプを行うと、水平方向のどこかの位置でVOB画素出力は目標レベルに達する。その後、HOB領域の低速クランプに移行するが、高速クランプが終わったときのVOB領域とHOB領域とは水平方向の位置に差があるため、水平シェーディングによってそれぞれの出力に差が生じている。   When high-speed clamping is performed in the VOB area, the VOB pixel output reaches the target level at some position in the horizontal direction. Thereafter, the process shifts to low-speed clamping in the HOB area. Since there is a difference in the horizontal position between the VOB area and the HOB area when the high-speed clamping is finished, there is a difference in output between the horizontal shading.

例えば、CH1は、水平方向位置Pで高速クランプを終了したため、HOBとのレベル差はa、CH2は、水平方向位置Qで高速クランプを終了したため、HOBとのレベル差はbである。   For example, CH1 has finished high-speed clamping at the horizontal position P, so the level difference from HOB is a, and CH2 has finished high-speed clamping at the horizontal position Q, so the level difference from HOB is b.

即ち、CH1のHOB領域低速クランプは、OB画素出力の目標レベルよりaだけ低いレベルから、CH2のHOB領域低速クランプは、OB画素出力の目標レベルよりbだけ低いレベルから目標レベルに対してクランプが開始される。そのため、画面垂直方向にシェーディングを起こしてしまうことになる。   That is, the CH1 HOB area low-speed clamp is clamped from the level a lower than the target level of the OB pixel output, and the CH2 HOB area low-speed clamp is clamped from the level lower than the target level of the OB pixel output to the target level. Be started. For this reason, shading occurs in the vertical direction of the screen.

また、その時のHOBレベルを示したのが、画面全体の画素部レイアウトの左に示した段差のある線で、CH1(実線)とCH2(破線)をそれぞれ示している。この段差のある線を見てわかるように、垂直方向n行目までは、CH1とCH2の差が大きいため、出力された画像(CH1の出力とCH2の出力を合成した画像)は上部に縦縞のある画像になってしまう。   Further, the HOB level at that time is shown by the stepped lines shown on the left side of the pixel portion layout of the entire screen, which respectively indicate CH1 (solid line) and CH2 (dashed line). As can be seen from this stepped line, since the difference between CH1 and CH2 is large up to the nth row in the vertical direction, the output image (the image obtained by combining the output of CH1 and the output of CH2) is vertically striped at the top. It becomes an image with.

尚、上記技術に関連するものとしては特許文献1に記載のものがある。
特開2007−6538号公報
In addition, there exists a thing of patent document 1 as a thing relevant to the said technique.
JP 2007-6538 A

図14で説明した通り、水平方向にシェーディングを持つ出力の場合、VOB領域の高速クランプを終了して、そのままHOB領域の低速クランプを行うと、垂直方向のシェーディングを引き起こしてしまう。そして、CH1とCH2の差が大きい場合は、出力された画像は上部に縦縞のある画像になってしまう。   As described with reference to FIG. 14, in the case of an output having shading in the horizontal direction, if high-speed clamping of the VOB area is terminated and low-speed clamping of the HOB area is performed as it is, shading in the vertical direction is caused. When the difference between CH1 and CH2 is large, the output image is an image having vertical stripes at the top.

このような垂直方向のシェーディングを起こしてしまった画像を正しく補正するためには、得られた画像出力に対して、再度、CH毎にHOB領域のみでクランプ処理を行う必要があり、非効率的である。   In order to correct the image that has caused such shading in the vertical direction correctly, it is necessary to perform the clamping process on the obtained image output again only in the HOB area for each CH, which is inefficient. It is.

本発明の目的は、暗電流が非常に大きくても、画像の垂直方向のシェーディングを抑えて、好適な画像を出力することができる撮像素子及び撮像装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an imaging device and an imaging apparatus that can output a suitable image while suppressing shading in the vertical direction of the image even when the dark current is very large.

上記目的を達成するために、請求項1記載の撮像素子は、光電変換素子を二次元に配置し、開口画素領域と基準となる遮光されたオプティカルブラック領域とを有する撮像素子において、前記オプティカルブラック領域の第1の領域からの出力信号が第1の所定のレベルになるようにクランプする第1のクランプモードと、前記第1のクランプモードの動作終了後に、前記オプティカルブラック領域の第2の領域からの出力信号第2の所定のレベルになるように、前記第1のクランプモードより低速にクランプする第2のクランプモードと、を有し、前記第2の所定のレベルは、前記第1のクランプモードの動作終了後に前記第1の領域と前記第2の領域の出力差に応じて決定されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the image pickup device according to claim 1 , wherein the photoelectric conversion device is two-dimensionally arranged and has an aperture pixel region and a light-shielded optical black region serving as a reference. A first clamp mode for clamping the output signal from the first region of the region to a first predetermined level; and a second region of the optical black region after the operation of the first clamp mode is completed. so that the output signal from becomes a second predetermined level, have a, a second clamping mode of clamping slower than the first clamping mode, said second predetermined level, said first After the operation in the clamp mode is completed, the determination is made according to the output difference between the first region and the second region .

上記目的を達成するために、請求項記載の撮像装置は、光電変換素子を二次元に配置し、開口画素領域と基準となる遮光されたオプティカルブラック領域とを有する撮像素子を備える撮像装置において、前記オプティカルブラック領域の第1の領域からの出力信号が第1の所定のレベルになるようにクランプする第1のクランプ手段と、前記第1のクランプ手段の動作終了後に、前記オプティカルブラック領域の第2の領域からの出力信号第2の所定のレベルになるように、前記第1のクランプモードより低速にクランプする第2のクランプ手段と、を有し、前記第2の所定のレベルは、前記第1のクランプ手段の動作終了後に前記第1の領域と前記第2の領域の出力差に応じて決定されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to claim 4 is an imaging apparatus including an imaging element in which photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged and have an aperture pixel area and a light-shielded optical black area as a reference. First clamping means for clamping the output signal from the first area of the optical black area to a first predetermined level; and after completion of the operation of the first clamping means, so that the output signal from the second region becomes a second predetermined level, have a, a second clamping means for clamping slower than the first clamping mode, said second predetermined level And after the operation of the first clamping means is finished, it is determined according to the output difference between the first area and the second area .

本発明によれば、暗電流が非常に大きくても、画像の垂直方向のシェーディングを抑えて、好適な画像を出力することができる。 According to the onset bright, even a very large dark current, by suppressing vertical shading of the image, it is possible to output a suitable image.

以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態に係る撮像素子(CMOS型撮像素子)の画面全体の画素部レイアウトを示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a pixel portion layout of the entire screen of an image pickup device (CMOS type image pickup device) according to an embodiment of the present invention.

撮像素子は、光電変換素子を二次元に配置し、開口画素領域と基準となる遮光されたオプティカルブラック(OB)領域とを有する。   The imaging device has photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally, and has an aperture pixel region and a light-shielded optical black (OB) region serving as a reference.

OB画素は、画面上部のVOB部と画面左のHOB部がある。画素からの信号は同図の左上から矢印で示すように読み出される。   The OB pixel has a VOB portion at the top of the screen and a HOB portion at the left of the screen. Signals from the pixels are read out as indicated by arrows from the upper left of the figure.

図2は、図1の撮像素子の画素セルPixelの構成例を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the pixel cell Pixel of the image sensor of FIG.

光信号電荷を発生するフォトダイオード201は、この例ではアノード側が接地されている。フォトダイオード201のカソード側は、転送MOSトランジスタMOSトランジスタ202を介して増幅MOSトランジスタMOSトランジスタ204のゲートに接続されている。   In this example, the photodiode 201 generating the optical signal charge is grounded on the anode side. The cathode side of the photodiode 201 is connected to the gate of the amplification MOS transistor MOS transistor 204 via the transfer MOS transistor MOS transistor 202.

また、増幅MOSトランジスタMOSトランジスタ204のゲートには、これをリセットするためのリセットMOSトランジスタMOSトランジスタ203のソースが接続されている。リセットMOSトランジスタMOSトランジスタ203のドレインは電源電圧VDDに接続されている。   The gate of the amplification MOS transistor MOS transistor 204 is connected to the source of a reset MOS transistor MOS transistor 203 for resetting the gate. The drain of the reset MOS transistor MOS transistor 203 is connected to the power supply voltage VDD.

さらに、増幅MOSトランジスタ204は、ドレインが電源電圧VDDに接続され、ソースが選択MOSトランジスタ205のドレインに接続されている。   Further, the amplification MOS transistor 204 has a drain connected to the power supply voltage VDD and a source connected to the drain of the selection MOS transistor 205.

図3は、図1の撮像素子の構成例を示すブロック図である。説明を簡略化するために、3×3画素で構成されるものとする。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the image sensor of FIG. In order to simplify the description, it is assumed to be composed of 3 × 3 pixels.

垂直シフトレジスタ301は、第1〜第3の行選択線Pres1、Ptx1、Psel1の信号を画素領域308に出力する。画素領域308は、図1の構成を有し、複数の画素セルPixelを有する。各画素セルPixelは、偶数列と奇数列で各々CH1、CH2の垂直信号線に画素信号を出力する。   The vertical shift register 301 outputs signals of the first to third row selection lines Pres1, Ptx1, and Psel1 to the pixel region 308. The pixel region 308 has the configuration of FIG. 1 and includes a plurality of pixel cells Pixel. Each pixel cell Pixel outputs pixel signals to the vertical signal lines of CH1 and CH2, respectively, in even columns and odd columns.

電流源307は、各垂直信号線に接続される。読み出し回路302は、垂直信号線上の画素信号を入力し、画素信号を、nチャネルMOSトランジスタ303を介して差動増幅器305に出力する。また、読み出し回路302は、ノイズ信号を、nチャネルMOSトランジスタ304を介して差動増幅器305に出力する。   The current source 307 is connected to each vertical signal line. The readout circuit 302 inputs a pixel signal on the vertical signal line, and outputs the pixel signal to the differential amplifier 305 via the n-channel MOS transistor 303. Further, the read circuit 302 outputs a noise signal to the differential amplifier 305 via the n-channel MOS transistor 304.

水平シフトレジスタ306は、トランジスタ303及び304のオン/オフを制御する。差動増幅器305は、画素信号とノイズ信号との差分を出力する。   The horizontal shift register 306 controls on / off of the transistors 303 and 304. The differential amplifier 305 outputs a difference between the pixel signal and the noise signal.

上記、図2の転送MOSトランジスタ202のゲートは、横方向に延長して配置される第1の行選択線(垂直走査線)Ptx1(図3)に接続される。同じ行に配置された他の画素セルPixelの同様の転送MOSトランジスタ202のゲートも、上記第1の行選択線Ptx1に共通に接続される。   The gate of the transfer MOS transistor 202 in FIG. 2 is connected to a first row selection line (vertical scanning line) Ptx1 (FIG. 3) arranged extending in the horizontal direction. The gates of similar transfer MOS transistors 202 of other pixel cells Pixel arranged in the same row are also commonly connected to the first row selection line Ptx1.

上記リセットMOSトランジスタ203のゲートは、横方向に延長して配置される第2の行選択線(垂直走査線)Pres1(図3)に接続される。同じ行に配置された他の画素セルPixelの同様のリセットMOSトランジスタ203のゲートも、上記第2の行選択線Pres1に共通に接続される。   The gate of the reset MOS transistor 203 is connected to a second row selection line (vertical scanning line) Pres1 (FIG. 3) arranged extending in the horizontal direction. The gates of similar reset MOS transistors 203 of other pixel cells Pixel arranged in the same row are also commonly connected to the second row selection line Pres1.

上記選択MOSトランジスタ205のゲートは、横方向に延長して配置される第3の行選択線(垂直走査線)Psel1に接続される。同じ行に配置された他の画素セルPixelの同様の選択MOSトランジスタ205のゲートも、上記第3の行選択線Psel1に共通に接続される。   The gate of the selection MOS transistor 205 is connected to a third row selection line (vertical scanning line) Psel1 that extends in the horizontal direction. The gates of similar selection MOS transistors 205 of other pixel cells Pixel arranged in the same row are also commonly connected to the third row selection line Psel1.

これら第1〜第3の行選択線Ptx1、Pres1、 Psel1は、垂直シフトレジスタ301に接続され、信号電圧が供給される。   These first to third row selection lines Ptx1, Pres1, and Psel1 are connected to the vertical shift register 301 and supplied with a signal voltage.

図3に示されている残りの行においても同様の構成の画素セルPixelと、行選択線が設けられる。これらの行選択線には、垂直シフトレジスタ301により形成された行選択線Ptx2〜Ptx3、Pres2〜Pres3、Psel2〜Psel3が供給される。   In the remaining rows shown in FIG. 3, pixel cells Pixel having a similar configuration and row selection lines are provided. The row selection lines Ptx2 to Ptx3, Pres2 to Pres3, and Psel2 to Psel3 formed by the vertical shift register 301 are supplied to these row selection lines.

図2の選択MOSトランジスタ205のソースは、縦方向に延長して配置される垂直信号線の端子に接続される。同じ列に配置される画素セルPixelの同様の選択MOSトランジスタ205のソースも、垂直信号線の端子に接続される。   The source of the selection MOS transistor 205 in FIG. 2 is connected to a terminal of a vertical signal line that is arranged extending in the vertical direction. The source of the similar selection MOS transistor 205 of the pixel cell Pixel arranged in the same column is also connected to the terminal of the vertical signal line.

図3において、垂直信号線の端子OUTは負荷手段である定電流源307に接続される。   In FIG. 3, the terminal OUT of the vertical signal line is connected to a constant current source 307 as a load means.

図4は、図3における読み出し回路302のブロック1列分の回路例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit example of one block of the read circuit 302 in FIG.

破線で囲った部分がCH1、CH2の方向に各々列分だけあり、各垂直信号線には端子OUTが接続される。   A portion surrounded by a broken line is provided for each column in the direction of CH1 and CH2, and a terminal OUT is connected to each vertical signal line.

図5は、図2〜図4の撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。   FIG. 5 is a timing chart showing an operation example of the image sensor of FIGS.

フォトダイオード201からの光信号電荷の読み出しに先立って、リセットMOSトランジスタ203のゲート線Pres1がハイレベルとなる。これによって、増幅MOSトランジスタ204のゲートがリセット電源電圧にリセットされる。   Prior to reading of the optical signal charge from the photodiode 201, the gate line Pres1 of the reset MOS transistor 203 is set to the high level. As a result, the gate of the amplification MOS transistor 204 is reset to the reset power supply voltage.

リセットMOSトランジスタ203のゲート線Pres1がローレベルに復帰すると同時に、クランプスイッチのゲート線PC0r(図4)がハイレベルになった後に、選択MOSトランジスタ205のゲート線Psel1がハイレベルとなる。   At the same time that the gate line Pres1 of the reset MOS transistor 203 returns to the low level, the gate line Psel1 of the selection MOS transistor 205 becomes the high level after the gate line PC0r (FIG. 4) of the clamp switch becomes the high level.

これによって、リセットノイズが重畳されたリセット信号(ノイズ信号)が垂直信号線OUTに読み出され、各列のクランプ容量C0(図4)にクランプされる。   As a result, the reset signal (noise signal) on which the reset noise is superimposed is read to the vertical signal line OUT and clamped to the clamp capacitor C0 (FIG. 4) of each column.

次に、クランプスイッチのゲート線PC0rがローレベルに復帰した後、ノイズ信号側転送スイッチのゲート線PCtn(図4)がハイレベルからローレベルになることで、各列に設けられたノイズ保持容量Ctnにリセット信号が保持される。   Next, after the gate line PC0r of the clamp switch returns to the low level, the gate line PCtn (FIG. 4) of the noise signal side transfer switch changes from the high level to the low level, so that the noise holding capacitors provided in each column A reset signal is held in Ctn.

次に、画素信号側転送スイッチのゲート線pcts(図4)がハイレベルになった後、転送MOSトランジスタ202のゲート線Ptx1がハイレベルとなり、フォトダイオード201の光信号電荷が、増幅MOSトランジスタ204のゲートに転送されると同時に、光信号が垂直信号線OUTに読み出される。   Next, after the gate line pcts (FIG. 4) of the pixel signal side transfer switch becomes the high level, the gate line Ptx1 of the transfer MOS transistor 202 becomes the high level, and the optical signal charge of the photodiode 201 becomes the amplification MOS transistor 204. At the same time, the optical signal is read out to the vertical signal line OUT.

次に、転送MOSトランジスタ202のゲート線Ptx1がローレベルに復帰した後、画素信号側転送スイッチのゲート線Pctsがローレベルとなる。これによって、リセット信号からの変化分(光信号)が各列に設けられた信号保持容量Cts(図4)に読み出される。   Next, after the gate line Ptx1 of the transfer MOS transistor 202 returns to the low level, the gate line Pcts of the pixel signal side transfer switch becomes the low level. As a result, the amount of change (optical signal) from the reset signal is read out to the signal holding capacitors Cts (FIG. 4) provided in each column.

ここまでの動作で、第1行目に接続された画素セルPixelの光信号が、それぞれの列に接続された信号保持容量Ctn、Ctsに保持される。   With the operation so far, the optical signals of the pixel cells Pixel connected in the first row are held in the signal holding capacitors Ctn and Cts connected to the respective columns.

この後、水平シフトレジスタ306から供給される信号PHによって、各列の水平転送スイッチのゲートが順次ハイレベルとなる。信号保持容量Ctn、Ctsに保持されていた電圧は、順次水平出力線Chn、Chsに読み出され、差動増幅器305で差分処理されて出力端子OUTに順次出力される。   Thereafter, the signal PH supplied from the horizontal shift register 306 sequentially turns the gates of the horizontal transfer switches in each column to the high level. The voltages held in the signal holding capacitors Ctn and Cts are sequentially read out to the horizontal output lines Chn and Chs, subjected to differential processing by the differential amplifier 305, and sequentially output to the output terminal OUT.

各列の信号読み出しの合間で、リセットスイッチによって水平出力線Chn、Chsがリセット電圧VCHRN、VCHRSにリセットされる。以上で、第1行目に接続された画素セルPixelの読み出しが完了する。   The horizontal output lines Chn and Chs are reset to the reset voltages VCHRN and VCHRS by the reset switch between signal readings of each column. Thus, reading of the pixel cell Pixel connected to the first row is completed.

以下同様に、垂直シフトレジスタ301からの信号によって第2行目以降に接続された画素セルPixelの信号が順次読み出され、全画素セルPixelの読み出しが完了する。   Similarly, the signals of the pixel cells Pixel connected in the second and subsequent rows are sequentially read by the signal from the vertical shift register 301, and the reading of all the pixel cells Pixel is completed.

図6は、図2〜図4の撮像素子において、暗電流の比較的多い高温化で動作させた場合の出力波形(a)、(b)と、そのときの画像(c)を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing output waveforms (a) and (b) and an image (c) at that time when the image sensor of FIGS. 2 to 4 is operated at a high temperature with a relatively large dark current. is there.

図6(c)には、開口画素領域101、HOB領域102、VOB領域103が示される。図6(a)のVOB出力は、VOB領域103の出力波形を示し、図6(b)のHOB+開口画素出力は、HOB領域102と開口画素領域101の出力波形を示していて、それぞれ図6(c)と水平方向の位置関係を同じにしている。   FIG. 6C shows an aperture pixel area 101, a HOB area 102, and a VOB area 103. The VOB output of FIG. 6A shows the output waveform of the VOB area 103, and the HOB + open pixel output of FIG. 6B shows the output waveforms of the HOB area 102 and the open pixel area 101, respectively. The positional relationship in the horizontal direction is the same as (c).

VOB領域103とHOB領域102は遮光画素であるにもかかわらず出力が出ているのは、暗電流成分によるものである。また、開口画素領域101には各画素に均一な光量の光が入射しているものとする。   The fact that the VOB area 103 and the HOB area 102 are output even though they are light-shielded pixels is due to the dark current component. Further, it is assumed that a uniform amount of light is incident on each pixel in the aperture pixel region 101.

図6(a)、(b)のCLMP信号は、ハイレベルの状態でそれぞれ対応するVOB領域103とHOB領域102の信号が所定のレベルになるようにクランプ動作を行う。   The CLMP signals in FIGS. 6A and 6B perform a clamping operation so that the signals in the corresponding VOB region 103 and HOB region 102 are at a predetermined level in a high level state.

図7は、図2〜図4の撮像素子において、暗時の水平方向のシェーディングがある場合の出力波形(a)、(b)と、そのときの画像(c)を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing output waveforms (a) and (b) and an image (c) at that time when there is shading in the horizontal direction in the dark in the image sensor of FIGS.

図6との違いは、出力が左から右上がりになっている点(破線)である。CLMP信号によりVOB領域103は高速クランプ、HOB領域102は低速クランプ動作している。VOB領域103の高速クランプ動作とHOB領域102の低速クランプ動作により、VOB領域103とHOB領域102の境界より下側で垂直方向のシェーディングが起きている。   The difference from FIG. 6 is that the output rises from the left to the right (dashed line). By the CLMP signal, the VOB area 103 performs high-speed clamping and the HOB area 102 performs low-speed clamping. Due to the high-speed clamping operation of the VOB region 103 and the low-speed clamping operation of the HOB region 102, vertical shading occurs below the boundary between the VOB region 103 and the HOB region 102.

ここで、本実施の形態の撮像素子は、オプティカルブラック領域の第1の領域(VOB領域103)からの出力信号が第1の所定のレベルになるようにクランプする第1のクランプモード(高速クランプモード)を有する。   Here, the image sensor according to the present embodiment has a first clamping mode (high-speed clamping) in which the output signal from the first area (VOB area 103) of the optical black area is clamped to a first predetermined level. Mode).

また、本実施の形態の撮像素子は、第1のクランプモードの動作終了後に、オプティカルブラック領域の第2の領域(HOB領域102)からの出力信号を第2の所定のレベルになるように、第1のクランプモードより低速にクランプする第2のクランプモード(低速クランプモード)を有する。   In addition, after the operation of the first clamp mode is finished, the image sensor of the present embodiment is configured so that the output signal from the second area (HOB area 102) of the optical black area becomes the second predetermined level. There is a second clamp mode (low-speed clamp mode) that clamps at a lower speed than the first clamp mode.

図8は、図2〜図4の撮像素子を備える撮像装置の信号処理回路のブロック図である。   FIG. 8 is a block diagram of a signal processing circuit of an image pickup apparatus including the image pickup device shown in FIGS.

撮像素子から出力されたセンサ信号は、プログラマブルゲインアンプ(PGA)801にて増幅される。この際、基準信号は、OBクランプ部803により生成されたデジタル信号がデジタルアナログ変換器(DAC)804によってアナログ信号に変換されて供給される。   A sensor signal output from the image sensor is amplified by a programmable gain amplifier (PGA) 801. At this time, the reference signal is supplied after the digital signal generated by the OB clamp unit 803 is converted into an analog signal by a digital-analog converter (DAC) 804.

アナログデジタル変換器(ADC)802は、プログラマブルゲインアンプ801の出力信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し出力する。   An analog-to-digital converter (ADC) 802 converts the output signal of the programmable gain amplifier 801 from an analog format to a digital format and outputs the converted signal.

OBクランプ部803では、目標レベル設定部805からクランプ目標値が入力され、ADC802から出力信号が入力される。   In the OB clamp unit 803, a clamp target value is input from the target level setting unit 805, and an output signal is input from the ADC 802.

そして、そのセンサ信号と目標値との差分がゼロになる方向、即ち、図6、図7に示した撮像素子のオプティカルブラック領域(VOB領域、HOB領域)の出力信号が、前述の差分に対して所定のゲインを掛けた値だけクランプ目標値に近づくような基準信号を生成する。この動作は、クランプ信号発生部806の信号が入力されている間行われる。   The direction in which the difference between the sensor signal and the target value becomes zero, that is, the output signal of the optical black region (VOB region, HOB region) of the image sensor shown in FIGS. A reference signal that approaches the clamp target value by a value multiplied by a predetermined gain is generated. This operation is performed while the signal of the clamp signal generator 806 is input.

尚、所定のゲインとは、高速クランプの場合1/4〜1/2倍、低速クランプの場合1/64〜1/32倍である。   The predetermined gain is 1/4 to 1/2 times in the case of high speed clamping and 1/64 to 1/32 times in the case of low speed clamping.

DAC804は、OBクランプ部803で生成された基準信号をデジタル形式からアナログ形式に変換し、PGA801に出力する。これにより、PGA801に入力される信号の基準電圧が決定する。ADC802では、増幅されたセンサ信号をデジタル信号に変換する。   The DAC 804 converts the reference signal generated by the OB clamp unit 803 from a digital format to an analog format and outputs the analog signal to the PGA 801. Thereby, the reference voltage of the signal input to the PGA 801 is determined. The ADC 802 converts the amplified sensor signal into a digital signal.

目標レベル設定部805は、上述の通り、OB領域のクランプ目標値をOBクランプ部803に入力するが、その値を任意に設定することができる。   The target level setting unit 805 inputs the clamp target value of the OB area to the OB clamp unit 803 as described above, but can arbitrarily set the value.

上記OBクランプ部803は、図6(a)、(b)、図7(a)、(b)のようなCLAMP信号によって動作させられる。   The OB clamp unit 803 is operated by a CLAMP signal as shown in FIGS. 6A, 6B, 7A, and 7B.

CLAMP信号が所定の時間より長く(例えば、10クロック以上)入力されると、高速クランプを行い、所定の時間より短く(例えば、10クロック未満)入力されると、低速クランプを行う。CLAMP信号が入力されていない場合はクランプ動作を行わない。   When the CLAMP signal is input longer than a predetermined time (for example, 10 clocks or more), high-speed clamping is performed. When the CLAMP signal is input shorter than the predetermined time (for example, less than 10 clocks), low-speed clamping is performed. When the CLAMP signal is not input, the clamping operation is not performed.

また、高速クランプ中においては、クランプ目標値と出力信号の差分が所定の範囲内になるとクランプ動作を停止するとともに、クランプ信号発生部806よりクランプ停止信号を出力する。   During high-speed clamping, when the difference between the clamp target value and the output signal falls within a predetermined range, the clamp operation is stopped and a clamp stop signal is output from the clamp signal generator 806.

図8において、クランプ目標値を常に固定の状態でクランプ動作を続けると、図16のように、高速クランプが終わったときのVOB領域とHOB領域とは水平方向の位置に差があるため、水平シェーディングによってそれぞれの出力に差が生じている。例えば、CH1は、水平方向位置Pで高速クランプを終了したため、HOBとのレベル差はa、CH2は、水平方向位置Qで高速クランプを終了したため、HOBとのレベル差はbである。   In FIG. 8, if the clamping operation is continued with the clamp target value always fixed, the VOB area and the HOB area when the high-speed clamping is finished have a difference in horizontal position as shown in FIG. There is a difference between the outputs due to shading. For example, CH1 has finished high-speed clamping at the horizontal position P, so the level difference from HOB is a, and CH2 has finished high-speed clamping at the horizontal position Q, so the level difference from HOB is b.

即ち、CH1のHOB領域低速クランプは、OB画素出力の目標レベルよりaだけ低いレベルから、CH2のHOB領域低速クランプは、OB画素出力の目標レベルよりbだけ低いレベルから目標レベルに対してクランプが開始される。そのため、画面垂直方向にシェーディングを起こしてしまうことになる。   That is, the CH1 HOB area low-speed clamp is clamped from the level a lower than the target level of the OB pixel output, and the CH2 HOB area low-speed clamp is clamped from the level lower than the target level of the OB pixel output to the target level. Be started. For this reason, shading occurs in the vertical direction of the screen.

ここで、HOB領域低速クランプ動作を行うときのクランプ目標値を変更する。   Here, the clamp target value for performing the HOB area low-speed clamping operation is changed.

具体的には、
CH1のHOB領域低速クランプ目標値=VOB領域のクランプ目標値−a (式1)
CH2のHOB領域低速クランプ目標値=VOB領域のクランプ目標値−b (式2)
図9は、図8の信号処理回路において、クランプ目標値を変更したときの画像(画像信号)を示す図である。
In particular,
CH1 HOB area low-speed clamp target value = VOB area clamp target value-a (Equation 1)
CH2 HOB area low-speed clamp target value = VOB area clamp target value−b (Equation 2)
FIG. 9 is a diagram showing an image (image signal) when the clamp target value is changed in the signal processing circuit of FIG.

図9においては、VOB領域とHOB領域を含む有効部で段差はあるものの、図16で示したような垂直方向のシェーディングが発生しないことがわかる。但し、クランプ目標値に対してはCH1では−a、CH2では−bだけオフセットがずれているため、さらに後段の信号処理回路でCH毎にオフセット補正をする必要がある。   In FIG. 9, it can be seen that although there is a step in the effective portion including the VOB area and the HOB area, shading in the vertical direction as shown in FIG. 16 does not occur. However, since the offset is shifted by -a for CH1 and -b for CH2 with respect to the clamp target value, it is necessary to further perform offset correction for each CH in the signal processing circuit in the subsequent stage.

図10は、図9の画像にオフセット補正を施した画像を示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an image obtained by performing offset correction on the image of FIG.

図10では、VOB領域にはCH1とCH2のオフセットずれがあるものの、HOB領域を含む有効部は、CH毎のオフセットや垂直シェーディングの無い理想的な画像となっていることがわかる。   In FIG. 10, although there is an offset shift between CH1 and CH2 in the VOB area, it can be seen that the effective portion including the HOB area is an ideal image without offset or vertical shading for each CH.

また、図9、10では、説明を簡略化させるために、水平方向のシェーディングが無いようにしているが、実際には水平方向のシェーディングはある。しかし、予め水平方向のシェーディングを測定しておくことで補正可能である。具体的には、撮像素子の水平シェーディングを予め決められた水平シェーディング補正値で補正する。   Further, in FIGS. 9 and 10, for simplicity of explanation, there is no horizontal shading, but there is actually horizontal shading. However, it can be corrected by measuring the shading in the horizontal direction in advance. Specifically, the horizontal shading of the image sensor is corrected with a predetermined horizontal shading correction value.

図11は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.

図11において、撮像素子1101は、図1〜図4に示すものであり、CCDまたはCMOSセンサが使用される。信号処理回路1102は、図8で示した通り、撮像素子1101からの信号を増幅し、OBクランプ等を行う。   In FIG. 11, an image sensor 1101 is shown in FIGS. 1 to 4, and a CCD or CMOS sensor is used. As shown in FIG. 8, the signal processing circuit 1102 amplifies the signal from the image sensor 1101 and performs OB clamping or the like.

信号処理回路1102は、後述するタイミング発生回路1104からOBクランプタイミングやOBクランプ目標レベル等を受け取り、それに従って動作する。   The signal processing circuit 1102 receives an OB clamp timing, an OB clamp target level, and the like from a timing generation circuit 1104, which will be described later, and operates according to it.

DSP(DigitalSignalProseCCer)1103は、信号処理回路1102からのデータに対して各種補正処理(撮像素子1101の読み出し回路に起因する水平シェーディングを補正するための一次元補正値を予め記憶し、信号から減算する等)を行う。また、DSP1103は、OBクランプ停止信号を受けて各種信号処理制御を行う。   A DSP (DigitalSignalProseCCer) 1103 stores in advance various correction processes for data from the signal processing circuit 1102 (one-dimensional correction values for correcting horizontal shading caused by the readout circuit of the image sensor 1101), and subtracts them from the signal. Etc.). Further, the DSP 1103 receives the OB clamp stop signal and performs various signal processing controls.

また、DSP1103では、ROM1106、RAM1107等、各種メモリの制御、記録媒体1108への映像データの書き込み処理が行われる。   The DSP 1103 controls various memories such as the ROM 1106 and the RAM 1107 and writes video data to the recording medium 1108.

タイミング発生回路1104は、撮像素子1101、信号処理回路1102、DSP1103にクロック信号や制御信号を供給するものであり、CPU1105により制御される。図3の駆動パルスは、タイミング発生回路1104から撮像素子1101に対して出力される。   The timing generation circuit 1104 supplies a clock signal and a control signal to the image sensor 1101, the signal processing circuit 1102, and the DSP 1103, and is controlled by the CPU 1105. The drive pulse in FIG. 3 is output from the timing generation circuit 1104 to the image sensor 1101.

CPU1105は、DSP1103、タイミング発生回路1104の制御、及び測光・測距等、不図示の各部を使ったカメラ(撮像装置)機能の制御を行う。また、CPU1105は、各スイッチ1109〜1111が接続され、それぞれの状態に応じた処理を実行する。   The CPU 1105 controls the DSP 1103, the timing generation circuit 1104, and the camera (imaging device) function using each unit (not shown) such as photometry / ranging. In addition, the CPU 1105 is connected to each of the switches 1109 to 1111 and executes processing according to each state.

ROM1106は、カメラの制御プログラムや補正テーブル等を記憶する。RAM1107は、DSP1103で処理される映像データや補正データを一時的に記憶する。RAM1107は、ROM1106より高速のアクセスが可能である。   The ROM 1106 stores a camera control program, a correction table, and the like. The RAM 1107 temporarily stores video data and correction data processed by the DSP 1103. The RAM 1107 can be accessed at a higher speed than the ROM 1106.

コンパクトフラッシュ(登録商標)カード(CF)等の記録媒体1108は、撮影された映像を保存するメモリであり、不図示のコネクタを介してカメラと接続される。   A recording medium 1108 such as a compact flash (registered trademark) card (CF) is a memory for storing captured images, and is connected to a camera via a connector (not shown).

電源スイッチ1109は、カメラを起動させるためのスイッチである。シャッタースイッチ(SW1)1110は、測光処理、測距処理、被写体映像をリアルタイムに外部に表示する、所謂EVF動作等の撮影準備動作開始を指示するスイッチである。   A power switch 1109 is a switch for starting the camera. A shutter switch (SW1) 1110 is a switch for instructing the start of a photographing preparation operation such as a so-called EVF operation, in which a photometric process, a distance measurement process, and a subject image are displayed in real time.

シャッタースイッチ(SW2)1111は、不図示のミラー及びシャッターを駆動し、撮像素子1101から読み出した信号を信号処理回路1102、DSP1103を介して記録媒体1108に書き込む一連の撮影動作の開始を指示するスイッチである。   A shutter switch (SW2) 1111 drives a mirror and a shutter (not shown), and instructs to start a series of photographing operations for writing a signal read from the image sensor 1101 to the recording medium 1108 via the signal processing circuit 1102 and the DSP 1103. It is.

モードダイアル1112は、カメラの撮影モード(例えば、連続撮影モード、単写モード、ストロボ発光モード等)を指示するためのスイッチである。   A mode dial 1112 is a switch for instructing a shooting mode (for example, a continuous shooting mode, a single shooting mode, a flash emission mode, etc.) of the camera.

測距回路1113は、被写体までの距離を測定するためのものである。測光回路1114は、被写体輝度を測定するためのものである。表示装置1115は、撮影した映像を外部に表示するためのものである。   The distance measuring circuit 1113 is for measuring the distance to the subject. The photometry circuit 1114 is for measuring subject brightness. The display device 1115 is for displaying captured images on the outside.

図12は、図11の撮像装置によって実行されるOBクランプ処理の第1の実施の形態の手順を示すフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart illustrating the procedure of the first embodiment of the OB clamping process executed by the imaging apparatus of FIG.

本処理は、図11のCPU1105の制御の下に実行される。   This process is executed under the control of the CPU 1105 in FIG.

ここで、撮像素子1101からの信号は、図7の暗時の水平方向のシェーディングがある場合について説明する。   Here, the case where the signal from the image sensor 1101 has shading in the dark horizontal direction in FIG. 7 will be described.

ステップS101で、CPU1105は、読み出しを開始することで、撮像素子1101からの信号を順次、信号処理回路1102に取り込む。   In step S <b> 101, the CPU 1105 sequentially reads signals from the image sensor 1101 into the signal processing circuit 1102 by starting reading.

ステップS102(第1のクランプ手段)で、CPU1105の指示により、信号処理回路1102は、タイミング発生回路1104から出力されるCLAMP信号によりVOB期間中高速クランプを開始する。   In step S102 (first clamping means), in response to an instruction from the CPU 1105, the signal processing circuit 1102 starts high-speed clamping during the VOB period according to the CLAMP signal output from the timing generation circuit 1104.

ステップS103で、信号処理回路1102は、VOB領域の信号レベルと、タイミング発生回路1104から出力されるクランプ目標レベルの差分を演算し、所定の範囲内であるかどうかを判定する。ここで、所定の範囲内でなければ、ステップS102に戻り、信号処理回路1102は、VOB期間中の高速クランプを継続する。   In step S103, the signal processing circuit 1102 calculates the difference between the signal level in the VOB area and the clamp target level output from the timing generation circuit 1104, and determines whether it is within a predetermined range. Here, if not within the predetermined range, the process returns to step S102, and the signal processing circuit 1102 continues high-speed clamping during the VOB period.

ステップS103で、信号処理回路1102は、VOB領域の信号レベルがクランプ目標レベルに対して所定の範囲内であると判定すると、ステップS104に移行し、VOB領域の高速クランプを停止するとともに、クランプ停止信号を発生する。   If the signal processing circuit 1102 determines in step S103 that the signal level in the VOB area is within a predetermined range with respect to the clamp target level, the process proceeds to step S104 to stop high-speed clamping in the VOB area and stop clamping. Generate a signal.

続いて、ステップS105で、信号処理回路1102は、VOB期間中の画素数を判定し、高速クランプ動作を停止した水平方向の座標をDSP1103が記憶する。   Subsequently, in step S105, the signal processing circuit 1102 determines the number of pixels during the VOB period, and the DSP 1103 stores the horizontal coordinates at which the high-speed clamping operation is stopped.

ステップS106で、CPU1105は、VOB領域とHOB領域との出力差を算出する。即ち、CPU1105は、予め取得していた撮像素子1101の読み出し回路302に起因する水平シェーディングを補正するための一次元補正値と高速クランプを停止した水平方向の座標とから、CH毎にVOB領域とHOB領域との出力差を算出する。   In step S106, the CPU 1105 calculates an output difference between the VOB area and the HOB area. That is, the CPU 1105 determines the VOB area for each CH from the one-dimensional correction value for correcting the horizontal shading caused by the readout circuit 302 of the image sensor 1101 acquired in advance and the horizontal coordinate at which high-speed clamping is stopped. The output difference from the HOB area is calculated.

その後、ステップS107で、CPU1105は、(式1)、(式2)のように、HOB領域低速クランプ目標値をCH毎に決定し、その値を信号処理回路1102へ送る。   Thereafter, in step S107, the CPU 1105 determines a HOB area low-speed clamp target value for each CH as in (Expression 1) and (Expression 2), and sends the value to the signal processing circuit 1102.

ステップS108(第2のクランプ手段)で、CPU1105は、HOB領域の低速クランプを開始し、ステップS109で、全画素の読み出しを終了する。   In step S108 (second clamping means), the CPU 1105 starts low-speed clamping of the HOB area, and in step S109, reading of all pixels is completed.

この後、後段の信号処理回路でCH毎のオフセット補正、水平シェーディング補正等を行うことで、理想的な画像を提供することが可能になる。   Thereafter, an ideal image can be provided by performing offset correction for each channel, horizontal shading correction, and the like in the signal processing circuit at the subsequent stage.

ここで、上記一次元補正値は、画像の水平シェーディングを補正するためのデータであるので、画像の水平シェーディング形状をほぼ忠実に再現している。この一次元補正値のHOB領域の値と高速クランプを停止した水平方向座標の値との差分をもとに、HOB領域の低速クランプ目標値を決めることができる。   Here, since the one-dimensional correction value is data for correcting the horizontal shading of the image, the horizontal shading shape of the image is almost faithfully reproduced. Based on the difference between the HOB area value of the one-dimensional correction value and the horizontal coordinate value at which high-speed clamping is stopped, the low-speed clamping target value of the HOB area can be determined.

また、ステップS106、で一次元補正値のHOB領域の値と高速クランプを停止した水平方向座標の値との差分が、予め決められた所定の値よりも小さかった場合は、以下のようにしても良い。即ち、上記の場合、水平シェーディングが少なくHOB領域の低速クランプ時に垂直方向のシェーディングが発生しないものとして、クランプの目標値の変更を行わないようにしても良い。   If the difference between the HOB area value of the one-dimensional correction value and the horizontal coordinate value at which high-speed clamping is stopped is smaller than a predetermined value in step S106, the following is performed. Also good. That is, in the above case, the target value of the clamp may not be changed on the assumption that there is little horizontal shading and no vertical shading occurs at the time of low-speed clamping in the HOB area.

図13は、図11の撮像装置によって実行されるOBクランプ処理の第2の実施の形態の手順を示すフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart illustrating a procedure of the second embodiment of the OB clamping process executed by the imaging apparatus of FIG.

本処理は、図11のCPU1105の制御の下に実行される。   This process is executed under the control of the CPU 1105 in FIG.

また、撮像素子1101からの信号は、図7の暗時の水平方向のシェーディングがある場合について説明する。   Further, a case where the signal from the image sensor 1101 has shading in the horizontal direction in the dark in FIG. 7 will be described.

図13において、ステップS201〜S205の処理は、図12のステップS101〜S105の処理と同じであるので、説明は省略する。また、図13において、ステップS208〜S210の処理は、図12のステップS107〜S109の処理と同じであるので、説明は省略する。   In FIG. 13, the processing of steps S201 to S205 is the same as the processing of steps S101 to S105 of FIG. In FIG. 13, the processing in steps S208 to S210 is the same as the processing in steps S107 to S109 in FIG.

ステップS206で、CPU1105は、信号処理回路1102によるOBクランプ動作を停止した状態で、信号の読み出しを継続しながら、VOB領域の1行分の信号を記憶する。   In step S206, the CPU 1105 stores the signal for one row in the VOB area while continuing to read the signal while the OB clamping operation by the signal processing circuit 1102 is stopped.

ステップS207で、CPU1105は、VOB領域の1行分の信号と高速クランプを停止した水平方向の座標とから、CH毎にVOB領域とHOB領域との出力差を算出する。   In step S207, the CPU 1105 calculates an output difference between the VOB area and the HOB area for each CH from the signal for one row in the VOB area and the horizontal coordinate at which high-speed clamping is stopped.

ここで、ステップS207では、高速クランプを停止した水平方向の座標の信号レベルとして、VOB領域の1行分の信号を用いているが、これでは1列当たり1画素の信号しか得られていない。従って、ノイズの影響を受けやす。く画像の水平シェーディング形状をほぼ忠実に再現しているとは言いがたい。   Here, in step S207, the signal for one row in the VOB area is used as the signal level of the horizontal coordinate at which the high-speed clamping is stopped, but in this case, only one pixel signal per column is obtained. Therefore, it is susceptible to noise. It is hard to say that the horizontal shading shape of the image is reproduced almost faithfully.

この対策として、VOB領域の1行分の信号データをそのまま使用するのではなく、移動平均を求める等で、水平方向にローパスフィルタを掛けた後の信号データを使用する。このことにより、ノイズの影響を受けず、精度良くHOB領域の低速クランプ目標値を決めることができる。   As a countermeasure, the signal data for one row in the VOB area is not used as it is, but the signal data after applying a low-pass filter in the horizontal direction, such as by obtaining a moving average, is used. As a result, the low-speed clamp target value in the HOB region can be accurately determined without being affected by noise.

この方法では、リアルタイムに水平シェーディング形状を測定できるので、暗電流起因による水平シェーディングが発生した場合等においても対応可能である。   In this method, since the horizontal shading shape can be measured in real time, it is possible to cope with the case where horizontal shading due to dark current occurs.

本発明の実施の形態に係る撮像素子(CMOS型撮像素子)の画面全体の画素部レイアウトを示す図である。It is a figure which shows the pixel part layout of the whole screen of the image pick-up element (CMOS type image pick-up element) which concerns on embodiment of this invention. 図1の撮像素子の画素セルPixelの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the pixel cell Pixel of the image pick-up element of FIG. 図1の撮像素子の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the image pick-up element of FIG. 図3における読み出し回路302のブロック1列分の回路例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit example of one column of the read circuit 302 in FIG. 3. 図2〜図4の撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing an operation example of the image sensor of FIGS. 図2〜図4の撮像素子において、暗電流の比較的多い高温化で動作させた場合の出力波形(a)、(b)と、そのときの画像(c)を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing output waveforms (a) and (b) and an image (c) at that time when the imaging device of FIGS. 2 to 4 is operated at a high temperature with a relatively large dark current. 図2〜図4の撮像素子において、暗時の水平方向のシェーディングがある場合の出力波形(a)、(b)と、そのときの画像(c)を示す図である。FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating output waveforms (a) and (b) when there is shading in the horizontal direction in the dark, and an image (c) at that time in the image pickup device of FIGS. 図2〜図4の撮像素子を備える撮像装置の信号処理回路のブロック図である。It is a block diagram of the signal processing circuit of an imaging device provided with the image sensor of FIGS. 図8の信号処理回路において、クランプ目標値を変更したときの画像(画像信号)を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an image (image signal) when a clamp target value is changed in the signal processing circuit of FIG. 8. 図9の画像にオフセット補正を施した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which performed offset correction to the image of FIG. 本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging device which concerns on embodiment of this invention. 図11の撮像装置によって実行されるOBクランプ処理の第1の実施の形態の手順を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating a procedure of a first embodiment of an OB clamp process executed by the imaging apparatus of FIG. 11. 図11の撮像装置によって実行されるOBクランプ処理の第1の実施の形態の手順を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating a procedure of a first embodiment of an OB clamp process executed by the imaging apparatus of FIG. 11. 従来の撮像装置におけるOBクランプ動作を説明する図である。It is a figure explaining the OB clamp operation | movement in the conventional imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

1101 撮像素子
1102 信号処理回路
1103 DSP
1104 タイミング発生回路
1105 CPU
1106 ROM
1107 RAM
1108 記録媒体
1101 Image sensor 1102 Signal processing circuit 1103 DSP
1104 Timing generation circuit 1105 CPU
1106 ROM
1107 RAM
1108 Recording medium

Claims (4)

光電変換素子を二次元に配置し、開口画素領域と基準となる遮光されたオプティカルブラック領域とを有する撮像素子において、
前記オプティカルブラック領域の第1の領域からの出力信号が第1の所定のレベルになるようにクランプする第1のクランプモードと、
前記第1のクランプモードの動作終了後に、前記オプティカルブラック領域の第2の領域からの出力信号第2の所定のレベルになるように、前記第1のクランプモードより低速にクランプする第2のクランプモードと、を有し、
前記第2の所定のレベルは、前記第1のクランプモードの動作終了後に前記第1の領域と前記第2の領域の出力差に応じて決定されることを特徴とする撮像素子。
In an image sensor having a photoelectric conversion element arranged two-dimensionally and having an aperture pixel area and a light-shielded optical black area as a reference,
A first clamping mode for clamping the output signal from the first area of the optical black area to a first predetermined level;
Operation after the end of the first clamp mode, the output signal from the second region of the optical black area so that the second predetermined level, a second clamping slower than the first clamp mode possess and clamp mode, the,
The image sensor according to claim 1, wherein the second predetermined level is determined according to an output difference between the first region and the second region after the operation of the first clamp mode is completed .
前記撮像素子の水平シェーディングの補正値を有し、
前記第1の領域と前記第2の領域の出力差は、前記第1のクランプモードの動作が終了した時の水平方向座標と、前記水平シェーディングの補正値を基に算出することを特徴とする請求項記載の撮像素子。
A correction value for horizontal shading of the image sensor;
The output difference between the first area and the second area is calculated based on a horizontal coordinate when the operation of the first clamp mode is completed and a correction value of the horizontal shading. The imaging device according to claim 1 .
前記第2のクランプモードは、前記第1の領域と前記第2の領域の出力差が所定の量よりも小さいときには、前記第2の領域からの出力信号前記第1の所定のレベルになるように、前記第1のクランプモードより低速にクランプすることを特徴とする請求項記載の撮像素子。 The second clamping mode, when the output difference of the first region and the second region is smaller than a predetermined amount, the output signal from the second area is the first predetermined level as such, the imaging device according to claim 1, wherein the clamping slower than the first clamp mode. 光電変換素子を二次元に配置し、開口画素領域と基準となる遮光されたオプティカルブラック領域とを有する撮像素子を備える撮像装置において、
前記オプティカルブラック領域の第1の領域からの出力信号が第1の所定のレベルになるようにクランプする第1のクランプ手段と、
前記第1のクランプ手段の動作終了後に、前記オプティカルブラック領域の第2の領域からの出力信号第2の所定のレベルになるように、前記第1のクランプモードより低速にクランプする第2のクランプ手段と、を有し、
前記第2の所定のレベルは、前記第1のクランプ手段の動作終了後に前記第1の領域と前記第2の領域の出力差に応じて決定されることを特徴とする撮像装置。
In an imaging apparatus including an imaging element in which photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged and have an aperture pixel area and a light-shielded optical black area as a reference,
First clamping means for clamping the output signal from the first area of the optical black area to a first predetermined level;
After the operation end of the first clamping means, the output signal from the second region of the optical black area so that the second predetermined level, a second clamping slower than the first clamp mode possess a clamp means, the,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the second predetermined level is determined in accordance with an output difference between the first area and the second area after the operation of the first clamping means is completed .
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