JP5299597B1 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
補正データ記憶部は、WR信号の代表値と代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データを予め記憶する。補正部は、撮像時に得られたWR信号に近い代表値が関連付けられた補正データを用いてLinLog信号を補正する。
Description
本発明は、線形特性と対数特性との二つの光電変換特性を持つ画素部を備え、広ダイナミックレンジの撮像が可能な固体撮像装置に関するものである。
近年、各画素に増幅回路を持ち、フォトダイオード等の光電変換素子で光電変換された電荷を一旦増幅した後、走査回路により順次信号を読み出す固体撮像装置が開発されている。特に画素および周辺回路をCMOS型としたCMOS型の固体撮像装置は、CMOS・LSIの製造プロセスをベースにしており、画素と周辺回路とを同一のプロセスで製造することが容易であるため、広く利用されている。これらのCMOS型の固体撮像装置では、強い入射光があった場合、蓄積する電荷が飽和してしまうという問題があり、ダイナミックレンジが広く取れない。
そこで、広ダイナミックレンジの撮像を目的としたCMOS型の固体撮像装置が開発されている。これらのうちの一つとして、特許文献1に示すような、線形対数変換型の固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置は、光電変換を行うフォトダイオードに接続された転送トランジスタのポテンシャル状態を適当な状態に設定することで、入射光量が少ない場合は入射光に対して線形に変化する信号を出力し、入射光が多い場合は光電変換素子から電荷をリークさせて対数で変化する信号を出力する。これにより、低輝度側が線形特性、高輝度側が対数特性の光電変換特性を持つ広ダイナミックレンジな固体撮像装置を実現することができる。
このような線形対数変換型の固体撮像装置では、製造上のばらつきにより転送トランジスタのポテンシャル状態は全画素で一定とはならない。そのため、線形特性領域と対数特性領域との切り替わり点(変曲点と呼ぶ)が、画素ごとにばらついてしまう。
特許文献2には、この変曲点のばらつきに起因する固定パターンノイズを抑制する方法について記載されている。この技術によれば、予め各画素の光電変換特性を測定し、補正データとして記憶装置に記憶させておく。そして、実際の撮像時には、画素ごとの補正データを利用することで標準的な光電変換特性になるように画素データを補正し、固定パターンノイズを抑制する。
しかしながら、特許文献2では、予め測定された全画素の光電変換特性が補正データとして記憶されているため、補正データのデータ量が膨大になるという問題があった。また、この光電変換特性は、温度によっても変化してしまうため、温度毎の補正データを記憶部に記憶させると更にデータ量が膨大になるという問題があった。
また、特許文献3には、画素信号のAD変換時にランダムノイズを低減する方法が記載されているが、ホワイトリセットについては記載されていない。
本発明の目的は、回路規模を大きくすることなく、ホワイトリセット出力に含まれるランダムノイズを低減させた固体撮像装置を提供することである。
本発明の一態様による固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、フローティングディフュージョンとを含む複数の画素部と、前記画素部を制御する画素制御部と、前記画素部から出力される信号を処理する画像処理部とを備え、前記画素制御部は、前記転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に被写体を露光させる露光処理と、前記露光処理により前記光電変換素子に蓄積された電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第1信号を取得する第1取得処理と、前記第1取得処理の終了後、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にしてリセットするホワイトリセット処理と、前記ホワイトリセット処理の終了後、前記転送トランジスタの制御端子に前記中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に蓄積された電荷を所定の第1リーク期間、リークさせるリーク処理と、前記リーク処理の終了後、前記光電変換素子に残存する電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第2信号を取得する第2取得処理とを前記画素部に実行させ、前記画像処理部は、前記第2信号の代表値と前記代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データの中から、前記第2信号に基づいて1つの補正データを選択し、選択した補正データを用いて前記第1信号を補正する補正部を備える。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の全体構成図である。固体撮像装置は、撮像素子制御部100、撮像素子200、及び画像処理部300を備えている。撮像素子制御部100は、システムクロック信号(sysclk)及びレジスタ制御信号を撮像素子200に出力する。ここで、システムクロック信号は、固体撮像装置を構成する回路素子を同期させるためのクロック信号である。レジスタ制御信号は、画素部220(図2参照)を制御するための画素制御信号の波形を規定するためのレジスタ値を撮像素子200が備えるレジスタに書き込むための信号である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の全体構成図である。固体撮像装置は、撮像素子制御部100、撮像素子200、及び画像処理部300を備えている。撮像素子制御部100は、システムクロック信号(sysclk)及びレジスタ制御信号を撮像素子200に出力する。ここで、システムクロック信号は、固体撮像装置を構成する回路素子を同期させるためのクロック信号である。レジスタ制御信号は、画素部220(図2参照)を制御するための画素制御信号の波形を規定するためのレジスタ値を撮像素子200が備えるレジスタに書き込むための信号である。
また、撮像素子制御部100は画像処理部300に転送ゲート電圧データを出力する。転送ゲート電圧データは、転送トランジスタのゲートに印加する中間レベルの電圧を規定するためのデータであり、後述の補正データを生成する際に使用され、且つ補正データを特定する際のインデックスとして使用される。
撮像素子200は、画像信号であるLinlog信号、WR信号、及び温度データを画像処理部300に出力する。LinLog信号は、被写体の輝度情報を示すデータあり、補正対象のデータである。WR信号は、後述する白リセット信号であり、補正データを特定する際のインデックスとして使用される。温度データは撮像素子200の環境温度を示すデータであり、補正データを特定する際のインデックスとして使用される。
画像処理部300は、補正データ記憶部301及び補正部302を備え、撮像素子200から出力される信号に対して画像処理を行う。補正データ記憶部301は、補正データを予め記憶する。なお、補正データ及び補正部302の詳細については後述する。
図2は、図1に示す撮像素子200の構成図である。撮像素子200は、ローデコーダ210(画素制御部の一例)、画素部220、タイミング制御部(画素制御部の一例)230、カラムADCアレイ240、カラムデコーダ250、ランプ波形発生回路260、温度測定部270、及び出力回路280を備えている。
画素部220は、n行×m列でマトリックス状に複数配列され、画素アレイ部を構成する。タイミング制御部230は、PLL、タイミングジェネレータ(TG)、及びレジスタを備える。PLLは、システムクロック信号(sysclk)の周波数を撮像素子200の動作に適した周波数にするために、システムクロック信号を逓倍する。
レジスタは、レジスタ制御信号により、画素制御信号の波形を規定するレジスタ値が書き込まれる。TGは、PLLにより逓倍されたシステムクロック信号から水平同期信号及び垂直同期信号を生成し、ローデコーダ210及びカラムデコーダ250に供給する。また、TGは、レジスタ値をローデコーダ210に供給し、ローデコーダ210から画素制御信号を出力させる。
ローデコーダ210は、画素アレイ部の各行をサイクリックに選択し、画素アレイ部を垂直走査し、選択した行の画素部220から信号を出力させる。本実施の形態では、ローデコーダ210は、垂直読出走査回路211、転送ゲート走査回路212、リセット走査回路213、及びリセットドレイン走査回路214を備えている。ローデコーダ210は、画素アレイ部の各行に画素制御信号を出力する。画素制御信号としては、リセットドレイン信号(以下、φRDiと記述する。)、リセット信号(以下、φRSTiと記述する。)、転送ゲート信号(以下、φTXiと記述する。)、及び行選択信号(以下、φVSENiと記述する。)を含む。但し、iは行番号規定するインデックスであり、n=0、1、2・・・nの値を取る。以下、これらの信号を区別しない場合は、iで示すインデックスを省略してこれらの信号を表す。
φVSEN、φTX、φRST、及びφRDはそれぞれ、垂直読出走査回路211、転送ゲート走査回路212、リセット走査回路213、及びリセットドレイン走査回路214から出力される。
カラムADCアレイ240は、画素アレイ部の各列に対応して設けられたm個のAD変換部(ADC)241(読出部の一例)を備える。ADC241は、画素部220から出力される信号をAD変換する。また、ADC241は、AD変換したデジタルの信号を一時的に保持するメモリを備えている。ここで、ADC241は、画素部220から出力されるアナログの信号とランプ波形発生回路260から出力するランプ波形とを比較することで、信号をAD変換するシングルスロープ型のADCである。但し、これは一例であり、ADC241は、シングルスロープ型以外のADC(例えばダブルスロープ型のADC)を採用してもよい。
カラムデコーダ250は、タイミング制御部230から出力される水平同期信号にしたがって、各列のADC241を順次に選択して、カラムADCアレイ240を水平走査し、ADC241からデジタルの信号を順次に出力させる。
ランプ波形発生回路260は、ADC241がAD変換する際に用いるランプ波形を生成し、ADC241に出力する。温度測定部270は、例えばサーミスタ、及びサーミスタの電圧値をAD変換するAD変換回路等を備える温度センサにより構成され、撮像素子200の環境温度を測定し、デジタルの温度データを画像処理部300に出力する。
出力回路280は、カラムADCアレイ240から順次に出力されるデジタルの信号の波形を成形し、画像処理部300に出力する。ここで、出力回路280は、センスアンプ及びLVDSシリアライザを備える。センスアンプは、カラムADCアレイ240から出力されるデジタルの信号の波形を成形する。LVDSシリアライザは、センスアンプにより波形が成形されたパラレルの信号をシリアルの信号に変換し、画像処理部300に出力する。
図3は、図2に示す画素部220の回路図である。画素部220は、光電変換素子(以下、PDと記述する。)、4個のNMOSトランジスタ(以下、TR1〜TR4と記述する。)を備える。PDはアノードがグランド(以下、GNDと記述する。)に接続され、カソードがTR1のソースに接続されている。PDは被写体の輝度に比例した光電流Ipを発生させ、光電流Ipに応じた電荷を寄生容量で蓄積する。
TR1はPDに蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す。また、TR1は、PDに蓄積される電荷をFDに転送する転送トランジスタである。TR1のソースは、PDに接続され、TR1のドレインはTR2に接続され、TR1のゲートはφTXが流れるφTX信号線に接続されており、転送ゲート走査回路212により制御される。φTXはHigh、Middle、Lowの3レベルに設定可能で、HighのときTR1はON状態、LowのときOFF状態、Middleのとき光電流Ipが大きい場合、TR1は線形対数変換を行うサブスレショルド状態となる。
TR2は、FD(フローティングディフュージョン)をリセットするリセットトランジスタである。TR2のドレインはφRDが流れるφRD制御線に接続され、TR2のソースはFDを介してTR1に接続され、TR2のゲートはφRSTが流れる信号線に接続される。そして、TR2は、リセットドレイン走査回路214(図2参照)からφRSTがゲートに供給されて制御される。φRSTはHighとLowとの2状態に設定可能で、HighのときTR2はONとなり、φRDで設定される電圧がTR2のソースの電圧として設定される。また、φRSTがLowの場合、TR2はOFFとなる。
TR1及びTR2間のノードはFDを形成している。FDは、TR1によってPDに蓄積された電荷が転送され、光電流Ipに応じた電圧信号を発生する。
TR3のドレインはPVDD線に接続され、TR3のソースはTR4に接続されている。TR3のゲートはFDに接続されている。FDに光電流Ipに応じた電圧信号が発生した場合、TR3はソースフォロワ動作し、信号を増幅する。PVDDは、例えば図略の電源回路により供給され、プラスの電位に設定される。
TR4のドレインはTR3に接続され、TR4のソースはVIDEO線に接続され、TR4のゲートはφVSEN制御線に接続される。そして、TR4は、垂直読出走査回路211(図2参照)からφVSENがゲートに供給されて制御される。φVSENがHighの場合にはTR4はONとなり、TR3で増幅された信号がVIDEO線に流れる。φVSENがLowの場合、TR4はOFFとなる。つまり、TR4は行選択トランジスタとして機能する。
図4は、図2に示す画素部220のタイミングチャートである。以下、TR1を転送ゲート、TR2をリセットゲートとして説明する。
時刻t0では、φTX=Middle、φRST=High、φRD=Highに設定され、被写体を露光する露光処理が実行される。これにより、被写体の輝度に応じてPDで発生した光電流Ipが転送ゲート、リセットゲートを流れてφRD制御線に流れ込み、PDの寄生容量には、線形対数変換された電荷が蓄積される。
時刻t1では、φTX=Low、φRST=Lowとなって転送ゲートとリセットゲートとがOFFされ、φVSEN=HighとなってTR4がONされ、FDの電圧信号がRef信号(基準信号)として出力され、基準信号出力処理が実行される。Ref信号には、リセットゲートを閉じたときに発生するランダムノイズであるKTCノイズの情報が含まれている。
時刻t2では、φTX=Highとなって転送ゲートがONされ、PDに蓄積された電荷がFDに転送され、転送処理が実行される。FDには、時刻t1で出力されたRef信号の電荷に、PDから転送された電荷が加算された電荷に応じた電圧信号が現れる。
時刻t3では、φTX=Lowとなって転送ゲートがOFFされ、FDの電圧信号がsig信号(シグナル信号)として出力されるシグナル信号出力処理が実行される。時刻t3で出力されたsig信号はADC241によりref信号との差分を取る差分処理が実行され、LinLog信号(第1信号)が取得される。差分処理を行うことでsig信号に含まれるランダムノイズがref信号によってキャンセルされ、S/N比が向上する。
以上の時刻t1〜時刻t3の期間が、露光処理によりPDに蓄積された電荷を、転送ゲートがFDに転送することで電圧変換し、第1信号を取得する第1取得処理の実行期間に相当する。
時刻t4では、φTX=High、φRST=Highとなって転送ゲート、リセットゲートがONされ、φRD=Lowになって、リセットゲートのドレインからPDに電荷が注入される。これにより、PDをゼロバイアス状態でリセットするリセット処理が行われ、PDが蓄積する電荷量が満杯になる。
時刻t5では、φTX=Middleとなって転送ゲートがサブスレショルド状態となり、φRD=Highとされ、PDが蓄積する電荷がリセットゲートのドレイン側にリークされ、リーク処理が実行される。以下、φTX=MiddleとなってPDから電荷をリークさせる期間をリーク期間と記述する。この場合、転送ゲートはON状態からサブスレショルド状態に非常に短時間で移行する。そのため、このリーク期間の終了後にはPDには転送ゲートのポテンシャルレベルに応じたレベルの電荷が残存する。なお、リーク期間は、例えば数us〜数百us程度である。
時刻t6〜時刻t8では、それぞれ、時刻t1〜t3と同様、基準信号出力処理、転送処理、シグナル信号出力処理が行われる。時刻t8にて出力されたsig信号はADC241によりref信号との差分が取られ、sig信号に含まれるランダムノイズがref信号で相殺され、WR信号(第2信号)が得られる。以上の時刻t6〜t8の期間が、リーク処理の終了後、PDに残存する電荷を転送ゲートがFDに転送することで電圧変換し、第2信号を取得する第2取得処理の実行期間に相当する。
図5は、図4の時刻t0〜t9での画素部220のポテンシャル図である。時刻t0において、転送ゲートがサブスレショルド状態にあるため、PDに蓄積される電荷のうち、転送ゲートのポテンシャルレベルLV1を超える電荷がPDからFDにリークしている。これにより、PDはポテンシャルレベルLV1を超える電荷をリークしながら電荷を蓄積し、線形対数特性で電荷を蓄積する。このとき、φRST=HighとなってリセットゲートによりFDがリセットされているため、PDからFDにリークした電荷は外部に排出される。
時刻t1では、転送ゲート及びリセットゲートが閉じ、FDの電圧信号がref信号として出力されている。時刻t2では、転送ゲートが開き、PDに蓄積された電荷がFDに転送されている。時刻t3では、転送ゲートが閉じ、FDの電圧信号がsig信号として出力されている。時刻t4では、転送ゲートリセットゲートが開いてホワイトリセットが行われ、PDの電荷が満杯になっている。時刻t5では、転送ゲートがサブスレショルド状態となり、PDに蓄積された電荷がFDにリークしている。このとき、リセットゲートによってFDはリセットされているため、FDにリークした電荷は外部に排出される。
時刻t7では、転送ゲートが開き、PDに残存する電荷がFDに転送される。時刻t8では、転送ゲートが閉じ、FDに転送された電荷がsig信号として出力される。時刻t9では、転送ゲートがサブスレショルド状態にされ、リセットゲートによりFDがリセットされ露光処理が行われる。
図6は、LinLog信号とWR信号との光電変換特性を示すグラフである。図6において、縦軸はLinLog信号とWR信号とのデジタルの出力値を示し、横軸は被写体の輝度に応じた値を持つ光電流Ipを対数スケールで示している。
図6に示すようにLinLog信号の光電変換特性は低輝度側は輝度が増大するにつれて出力値が線形に増大する線形特性を持っていることが分かる。また、高輝度側は輝度が増大するにつれて出力値が対数的に増大する対数特性を持っていることが分かる。
一方、WR信号の光電変換特性は、被写体の輝度に依存することなくフラットな特性を持っている。WR信号は、ホワイトリセット後にリーク期間を設けてPDから電荷をリークさせることで得られる。ここで、リーク期間に流れるリーク電流は、経時的に減少していくが、リーク期間が短時間の場合、リーク電流は非常に大きく、被写体の輝度の影響を受けない。そのため、WR信号の光電変換特性はフラットな特性を示すのである。
また、WR信号の光電変換特性は、LinLog信号の高輝度側の情報を表している。これは、WR信号を得る際に設定したリーク期間が短時間であるためである。つまり、リーク期間が短時間である場合、リーク電流は非常に大きく、その値は、高輝度の被写体を露光したときにPDに流れる光電流Ipの値を示すからである。
また、LinLog信号の光電変換特性は、線形特性と対数特性との切り替わり点である変曲点が画素ごとに異なるため、変曲点よりも高輝度側の対数領域においてばらつきが生じている。同様に、WR信号の光電変換特性も、全体的にフラットな特性を持っているが、画素ごとにばらつきが生じている。
LinLog信号、WR信号共、転送ゲートをサブスレショルド状態にすることで得られた信号であるため、LinLog信号は変曲点のばらつきの原因である転送ゲートのポテンシャルレベルLV1の情報を含んでいる。したがって、WR信号のばらつきは、変曲点のばらつきと非常に相関が高い。そのため、WR信号から画素部220が固有に持つ変曲点の情報が得られる。
そこで、本実施の形態では、WR信号の代表値と代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データを補正データ記憶部301に予め記憶させておく。なお、代表特性は、変曲点に関する情報に応じて光電変換特性を複数のグループにグループ分けし、各グループに属する光電変換特性を平均することで得られたデータである。そして、撮像時に得られたWR信号から値が近い代表値が関連付けられた補正データを用いてLinLog信号を補正する。よって、本実施の形態では、WR信号は、LinLog信号を補正するための複数の補正データのうち、どの補正データを使用するかを選択するためのインデックスとして利用されている。
図7は、本発明の実施の形態1における固体撮像装置のタイミングチャートである。図7では、画素部220は、N行で配列されている。
ホワイトリセット処理及びリーク処理は非常に短時間で行うことができるため、1水平期間の間に、LinLog信号の出力と、WR信号の出力とを行うことができる。そこで、本実施の形態では、LinLog信号の出力と、ホワイトリセット処理及びリーク処理と、WR信号の出力とが1水平期間内で行われている。ここで、1水平期間とは、水平同期信号(HSYNC)の出力周期を示す。
そして、これらの処理を1水平期間が経過するごとに、1行ずつずらして行うことにより、N行のデータを得ることができる。
具体的には、まず、垂直同期信号(VSYNC)及びHSYNCがタイミング制御部230からローデコーダ210に出力されると、ローデコーダ210は、0行目を選択し、0行目の画素部220に、LinLog信号の出力、ホワイトリセット処理、リーク処理、及びWR信号の出力を順次に行わせる。これにより、0行目のLinLog信号、WR信号が得られる。
次に、HSYNCが出力されると、ローデコーダ210は、1行目を選択し、0行目の画素部220に、0行目の画素部220と同じ処理を順次に行わせる。これにより、1行目のLinLog信号、WR信号が得られる。
以後、次のVSYNCが出力されるまで、HSYNCに同期して、ローデコーダ210は、各行を順次に選択して、選択した行の画素部220に、LinLog信号の出力、ホワイトリセット処理、リーク処理、及びWR信号の出力を順次に行わせる。これにより、全画素のLinLog信号、WR信号が得られる。
このように、1水平期間内にLinLog信号、WR信号を出力させることで、後段の画像処理部300はフレームメモリを設けることなく、WR信号に基づくLinLog信号の補正を行うことができる。そのため、画像処理部300の回路規模を縮小することができる。
図8は、ADC241及びランプ波形発生回路260の回路図である。ADC241は、サンプルホールド(S/H)801、コンパレータ802、アンドゲート803、及び出力カウンタ804を備えている。ランプ波形発生回路260は、DAC(デジタルアナログ変換器)811、カウンタ812、及び初期値設定部813を備えている。
S/H801は、VIDEO線から入力されるVIDEO信号を保持する。ここで、VIDEO信号は、上記のref信号、sig信号が該当する。コンパレータ802は、DAC811からランプ波形の入力が開始されると出力信号をHighに設定する。そして、コンパレータ802は、S/H802に保持されたVIDEO信号とDAC811から出力されるランプ波形とを比較し、ランプ波形がVIDEO信号とクロスしたとき、出力信号をHighからLowにする。
アンドゲート803は、コンパレータ802からHighの出力信号が入力されると、クロック信号(CLK)を出力カウンタ804に出力し、コンパレータ802からLowの信号が入力されると、クロック信号の出力カウンタ804への出力を停止し、クロック信号をゲーティングする。
出力カウンタ804は、ランプ波形の入力が開始されてアンドゲート803からクロック信号が出力されるとカウント動作を開始する。また、出力カウンタ804は、ランプ波形がVIDEO信号とクロスしてアンドゲート803からクロック信号の出力が停止されると、カウント動作を停止し、カウント値を保持する。このときのカウント値がVIDEO信号のデジタルの値となる。つまり、ランプ波形の入力が開始されてから、ランプ波形とVIDEO信号とがクロスするまでの期間において、出力カウンタ804によってカウントされるクロック信号のカウント数がVIDEO信号のデジタル値となる。
カウンタ812は、CLKのクロック数をカウントすることで、ランプ波形の出力タイミングを検出し、DAC811にランプ波形の出力の開始を指示する。また、カウンタ812は、WR信号のsig信号をAD変換するためのランプ波形の出力タイミングを決定すると、初期値設定部813で設定された初期値をDAC811に出力し、ランプ波形に初期値に応じたオフセットを持たせる。初期値設定部813は、予め設定された初期値を保持する。
図9は、VIDEO信号とランプ波形との波形図である。LinLog信号出力期間では、ref信号、sig信号の2回の出力期間があるため、まず、ref信号をAD変換するためのランプ波形がDAC811から出力され、次に、sig信号をAD変換するためのランプ波形がDAC811から出力される。ここで、ref信号、sig信号のランプ波形は、共に同じ傾きを持っており、電圧値が線形に減少する波形を持つ。
通常、ref信号は、sig信号よりも電圧が高く、電圧の変化量も小さいため、AD変換期間が短時間で済む。そのため、ref信号をAD変換するためのランプ波形の振幅AM1は、sig信号をAD変換するためのランプ波形の振幅AM2に比べて小さく設定されている。これにより、ref信号のAD変換期間を短くすることができる。
LinLog信号出力期間が終了すると、ホワイトリセット処理及びリーク処理が行われた後、WR信号出力期間が開始される。WR信号出力期間も、ref信号、sig信号の2回の出力期間があるため、まず、ref信号をAD変換するためのランプ波形がDAC811から出力され、次に、sig信号を出力するためのランプ波形がDAC811から出力される。
WR信号のsig信号は、変曲点ばらつきの情報を含んでいるが、電圧はある範囲に収まっている。この範囲は、LinLog信号のsig信号の範囲より小さく、電圧も低い。そのため、LinLog信号のsig信号と同じランプ波形を用いて、WR信号のsig信号をAD変換するとAD変換期間が長くなる。
そこで、WR信号のsig信号は初期値に応じたオフセットOSが設定されている。これにより、WR信号のsig信号のAD変換期間の短縮化が図られている。ここで、オフセットOSとしては、例えば、WR信号のsig信号が取りうる電圧範囲の高い方の電圧値を採用すればよい。
図10は、補正データ記憶部301が記憶する補正データの生成処理を示すフローチャートである。製造される個々の固体撮像装置の補正データを個別に生成すれば、高精度の補正データが生成されるため望ましいが、補正データの生成工程を簡略化するために、代表の数個の固体撮像装置で補正データを生成し、生成した補正データを残りの固体撮像装置に流用させてもよい。そこで、本実施の形態では、ロット毎に1つの補正データを生成し、その補正データを同じロットの複数の固体撮像装置で流用するものとする。また、補正データは、画像処理部300に補正データ生成部303が搭載されたある固体撮像装置により生成されるものとして説明する。但し、これは一例にすぎず、各固体撮像装置に補正データ生成部303を設け、この補正データ生成部303に固体撮像装置別の補正データを生成させてもよい。
本実施の形態では、環境温度と転送ゲート電圧とに応じて変動する変曲点のばらつきも考慮に入れた補正データを生成する。そこで、まず、補正データ生成部303は、環境温度Tを設定する(S1)。ここで、設定する環境温度としては、例えば、撮像素子200を加熱又は冷却する等して撮像素子200の温度を調整し、調整した温度を温度測定部270に測定させ、得られた温度データの値を採用すればよい。
次に、補正データ生成部は、転送ゲートの電圧Vを設定する(S2)。ここで、設定する電圧Vは、転送ゲートをサブスレショルド状態で駆動させる際の中間レベルの電圧、つまり、φTX=Middleの値を示す。
次に、撮像素子200に前面に配置され、撮像素子200に光を照射する光源の輝度を設定する(S3)。
次に、撮像素子200にLinLog信号を測定させる(S4)。そして、S3、S4を繰り返し実行し、光源の輝度を所定の分解能で変更し、光源の輝度を変更する都度、撮像素子200に輝度に応じた値を持つ光電流IpとLinLog信号の出力値とを測定させ、補正データ生成部303に光電流IpとLinLog信号とを関連付けたデータを記録させる。このようにして、LinLog信号の光電変換特性(以下、LinLog特性と記述する。)が測定される。
例えば、画素アレイ部の画素数がVGAの場合、640×480=307200個のLinLog特性が測定される。
次に、光源をOFFにして暗状態とし(S5)、WR信号の光電変換特性(以下、WR特性と記述する。)を撮像素子200に測定させる(S6)。この場合も、画素数をVGAとすると、640×480=307200個のWR信号が得られる。なお、WR特性は、図6に示すように光電流Ipに依存しないため、WR信号を1回測定することで得られる。また、複数の固体撮像装置でLinLog特性とWR特性とを測定した場合は、固体撮像装置毎にLinLog特性とWR特性とが得られる。
次に、補正データ生成部303は、測定したLinLog特性の変曲点(変曲点に関する情報の一例)を基準として、画素部220をグループ分けする(S7)。ここでは、LinLog特性は、例えば256個にグループにグループ分けされるものとする。但し、この数は一例にすぎず、別の数でグループ分けしてもよい。
具体的には、補正データ生成部303は、変曲点の最大値と最小値との幅を256等分して256個の階級を作り、各画素部220の変曲点がどの階級に属するかを判定し、変曲点が属する階級に各画素部220を割り振ることで、各画素部220を256個のグループに分ける。
次に、補正データ生成部303は、グループ毎にLinLog特性の平均特性を算出する(S8)。次に、平均特性と環境温度Tと転送ゲートの電圧Vとを関連付けて、グループ0〜グループ255の256個のLUT(LUT0(V,T)〜LUT255(V,T))を生成する(S9)。このLUTは、LinLog特性の出力値をLUT入力値とし、光電流IpをLUT出力値とするLUTである。つまり、LUTはLinLog信号の出力値に応じた光電流Ipのデジタル値を出力するLUTである。
次に、補正データ生成部303は、グループ別にWR特性の平均値WR(V,T)を算出する(S10)。最後に、補正データ生成部303は、平均値WR(V,T)とLUT番号(0〜256)とを関連付けた対応テーブルを生成する(S11)。これにより、ある画素のWR値が得られると、そのWR値に対して最も近いWR値が関連付けられたLUTを特定することができ、WR値をインデックスとして、LinLog信号の補正に使用するLUTを特定することができる。そして、S1〜S11の処理を環境温度Tと転送ゲートの電圧Vとを変えて複数回行うことで、WR値に加えて更に環境温度Tと電圧VとLUT番号とが関連付けられた対応テーブルを生成することができる。なお、この対応テーブルとLUTとが補正データに相当する。
また、ここでは、変曲点に関する情報として変曲点を採用し、変曲点を基準にグループ分けを行ったが、WR値と変曲点とは高い相関があるため、WR値を変曲点に関する情報として採用し、WR値を基準にグループ分けを行ってもよい。この場合、LinLog特性から変曲点を求める必要がなくなり、補正データの生成処理の簡略化を図ることができる。
図11は、補正の原理を説明するためのグラフである。右上の第1象限は、グループ毎のLinLog特性とWR特性とを示し、横軸は光電流Ipを対数スケールで示し、縦軸は撮像素子200の出力値を示す。
左上の第2象限は、グループ毎のLUTの入出力関係を示し、縦軸はLUTに入力されるLinLog信号を示し、横軸はLUTから出力される補正後のLinLog信号(光電流に相当するためIp´と表す)を示している。
左下の第3象限は、補正後のLinLog信号の光電変換特性を表すグラフG3を示し、横軸はLUTから出力されるIp´を示し、縦軸は光電流Ipを対数スケールで示している。右下の第4象限はグラフG3を縦軸を中心に折り返したグラフG4が示されている。
LinLog特性とWR特性とは自身が属するグループのグループ番号と関連付けられている。撮像時には、LinLog特性上の1点の出力値と、WR特性上の1点の出力値とが撮像素子200から出力される。
まず、補正部302は、撮像素子200からある対象画素のWR信号を取得する。次に、補正部302は、温度測定部270により測定された環境温度Tを取得する。また、補正部302は、タイミング制御部230のレジスタから転送ゲートの電圧Vを取得する。
次に、補正部302は、対応テーブルを参照し、取得したWR信号と環境温度Tと電圧Vとから対象画素が属するグループのグループ番号を特定する。
ここで、補正部302は、まず、対応テーブルに記載されたグループのうち、環境温度T及び転送ゲートの電圧V毎に、対象画素のWR信号に最も近いWR信号の平均値が関連付けられたグループを特定する。次に、補正部302は、環境温度T及び電圧V毎に特定したグループのうち、取得した環境温度T及び電圧Vに対して最も近い環境温度T及び電圧Vが関連付けられたグループを対象画素の属するグループとして特定する。
次に、補正部302は、グループ番号に関連付けられたLUTに対象画素のLinLog信号を入力し、補正後のLinLog信号を得る。
例えば、WR信号からグループ0が特定され、撮像素子200により光電流IpがIp_xを示す被写体が露光され、撮像素子200から出力値がLinLog_x0のLinLog信号が出力されたとする。すると、補正部302は、LUT0にLinLog_x0を入力し、LinLog_x0に対応する補正後のLinLog信号であるIp_x´を得る。Ip_x´はIp_xに対応しているため、第3象限にプロットするとグラフG3上の点P_xに乗ることになる。
また、WR信号からグループ1が特定され、撮像素子200により光電流IpがIp_xを示す被写体が露光され、撮像素子200から出力値がLinLog_x1のLinLog信号が出力されたとする。すると、補正部302は、LUT1にLinLog_x1を入力し、LinLog_x1に対応する補正後のLinLog信号であるIp_x´を得る。Ip_x´はIp_xに対応しているため、第3象限にプロットするとグラフG3上のP_xに乗ることになる。
このように、全画素部220のLinLog信号は、補正部302によりグラフG3上に乗るように補正され、光電流Ipに対して全範囲が対数特性を示すデータに変換されると同時に変曲点のばらつきも除去される。
(実施の形態2)
実施の形態1では、入力されたLinLog信号をLUTで変換することで補正する例を示した。実施の形態2では、補正データのデータ量の更なる削減を図るために、光電変換特性の入出力関係を示すLUTに代えて、LinLog特性を規定する関数の係数を補正データとして予め記憶させることを特徴とする。
実施の形態1では、入力されたLinLog信号をLUTで変換することで補正する例を示した。実施の形態2では、補正データのデータ量の更なる削減を図るために、光電変換特性の入出力関係を示すLUTに代えて、LinLog特性を規定する関数の係数を補正データとして予め記憶させることを特徴とする。
補正データ生成部303の補正データの生成処理を下記に示す。LinLog特性は、線形特性領域と対数特性領域とに分けられ、両領域はそれぞれ下記の式で表される。
線形特性領域:y=a・x+b (1)
対数特性領域:y=c・ln(x)+d (2)
ここで、xは画素部220の入射面の輝度、yはADC241から出力されるデジタルの出力値である。この式を用いて補正データ生成部303は、図10で示したフローチャートで得られたLinLog特性から、各グループの係数a、b、c、dを求めることができる。具体的には、S8で求めた各グループにおいて平均特性の4点を適当に選び、式(1)、(2)に代入することで、係数a、b、c、dを求めることができる。
対数特性領域:y=c・ln(x)+d (2)
ここで、xは画素部220の入射面の輝度、yはADC241から出力されるデジタルの出力値である。この式を用いて補正データ生成部303は、図10で示したフローチャートで得られたLinLog特性から、各グループの係数a、b、c、dを求めることができる。具体的には、S8で求めた各グループにおいて平均特性の4点を適当に選び、式(1)、(2)に代入することで、係数a、b、c、dを求めることができる。
そして、補正データ生成部303は、S10でグループ毎に得られるWR信号の平均値WR(V,T)とグループ毎に算出した係数a〜dのグループ番号と関連付けた対応テーブルを生成する。これにより、補正部302は、撮像時において、ある対象画素のWR値が測定できれば、対応テーブルを参照し、WR値が最も近い平均値WR(V,T)が関連付けられたグループ番号を特定し、特定したグループ番号から係数a〜dを特定することができる。
次に、補正データ生成部303は、線形特性領域と対数特性領域との境界である変曲点の値を求める。図12は、LinLog特性を示すグラフであり、撮像素子200の出力値であるyを示し、横軸は画素部220の入射面の輝度であるxを対数スケールで示している。
図12に示すように変曲点を(xth、yth)とおくと、変曲点(xth、yth)は以下の式(A)を満たす。
yth=a・xth+b=c・ln(xth)+d (A)
この式は解析的には解けないため、補正データ生成部303は、例えば最小二乗法等の数値解法を用いて近似的に(xth、yth)の値を求めればよい。そして、補正データ生成部303は、各グループについて、各グループの係数a〜dの値を用いて、(xth、yth)を算出し、算出したythをグループ番号と関連付けて補正データ記憶部301に予め記憶しておく。これにより、係数a〜d、yth、及びWR信号の平均値WR(V、T)が関連付けられた補正データが生成される。そして、補正データ生成部303は、生成した補正データを予め補正データ記憶部301に記憶しておく。
この式は解析的には解けないため、補正データ生成部303は、例えば最小二乗法等の数値解法を用いて近似的に(xth、yth)の値を求めればよい。そして、補正データ生成部303は、各グループについて、各グループの係数a〜dの値を用いて、(xth、yth)を算出し、算出したythをグループ番号と関連付けて補正データ記憶部301に予め記憶しておく。これにより、係数a〜d、yth、及びWR信号の平均値WR(V、T)が関連付けられた補正データが生成される。そして、補正データ生成部303は、生成した補正データを予め補正データ記憶部301に記憶しておく。
次に、係数a,b,c,dおよびそれに対応したythが決まった場合の補正の方法について述べる。
撮像時に測定されたLinLog信号の出力値をLLとし、補正後のLinLog信号の値をyAとする。そして、yAは、以下のようにxの全域で対数特性を示すものとする。
yA=ln(x) (3)
yA=ln(x) (3)
LLがythよりも小さい場合(LL<yth)、LLは線形特性領域に属すると判定できる。この場合の画素部220の撮像面の輝度は式(1)をxについて解いた下記の式で表すことができる。
x=(LL−b/a)
x=(LL−b/a)
このxを、式(3)に代入すると、補正後の出力値LLA、つまり、線形特性領域の補正式は下記の式で表される。
線形特性領域の補正式:LLA=ln((LL−b)/a) (4)
線形特性領域の補正式:LLA=ln((LL−b)/a) (4)
一方、LLがyth以上の場合(LL≧yth)、LLは対数特性領域に属すると判定できる。この場合の画素部220の撮像面の輝度は式(2)をxについて解いた下記の式で表すことができる。
x=exp((LL−d)/c)
x=exp((LL−d)/c)
このxを式(3)に代入することにより、補正後の出力値LLA、つまり、対数特性領域の補正式は下記の式で表される。
対数特性領域の補正式:LLA=(LL−d)/c (5)
対数特性領域の補正式:LLA=(LL−d)/c (5)
撮像時において、補正部302の処理は下記のようにまとめられる。まず、補正部302は、対象画素からWR信号、LinLog信号を得る。次に、補正部302は、WR信号から対応テーブルを参照し、対象画素のグループ番号を特定し、特定したグループ番号に関連付けられた係数a〜d、ythを特定する。
次に、補正部302は、LinLog信号の出力値LLがyth以上であるか未満であるかを判定する。出力値LLがLL<ythである場合、式(4)に出力値LL及び係数a、bを代入し補正後の出力値LLAを求める。
一方、出力値LLがLL≧ythの場合、式(5)に出力値LL及び係数d、cを代入し、補正後の出力値LLAを求める。
以上により、LinLog特性の全域において、対数特性を示す補正後の出力値LLAを得ることができる。このように、実施の形態2によれば、各グループの係数a〜dとythとをWR信号に関連付けて予め補正データ記憶部301に記憶させておけば、LinLog信号を補正することができる。その結果、メモリリソースの消費量の更なる削減を図ることができる。
(実施の形態3)
実施の形態1、2では、変曲点のばらつきを補正したが、その他のLinLog特性のばらつきとして、対数特性領域の傾きばらつきがある。図13は、対数特性領域の傾きばらつきを示したLinLog特性のグラフであり、縦軸はLinLog特性の出力値を示し、横軸は画素部220の撮像面の輝度に応じた光電流Ipを対数スケールで示している。
実施の形態1、2では、変曲点のばらつきを補正したが、その他のLinLog特性のばらつきとして、対数特性領域の傾きばらつきがある。図13は、対数特性領域の傾きばらつきを示したLinLog特性のグラフであり、縦軸はLinLog特性の出力値を示し、横軸は画素部220の撮像面の輝度に応じた光電流Ipを対数スケールで示している。
図13に示すように、LinLog特性の対数特性領域の傾きは、高輝度側から変曲点に向かうにつれて出力値のばらつきが増大するように、ばらついていることが分かる。
実施の形態3は、撮像時において、リーク期間の異なる2種類のWR信号を取得し、こられを用いて対数特性領域の傾きばらつきを補正することを特徴とする。
WR信号は、リーク期間の長さによって出力値が変わる特性を持っており、リーク期間が短い場合は出力値が大きく、リーク期間が長い場合は出力値が小さい。リーク期間の短いWR1信号とリーク期間の長いWR2信号とを取得した場合、WR1信号は高輝度で大きい光電流Ipが流れた場合を再現し、WR2信号は低輝度で小さい光電流Ipが流れた場合を再現している。このリーク期間と光電流Ipとの関係は予め測定しておくことが可能である。
図14は、WR1信号の光電変換特性(以下、WR1特性と記述する。)、WR2信号の光電変換特性(以下、WR2特性と記述する。)、及びLinLog特性を示したグラフであり、縦軸はADC271からの出力値を示し、横軸は画素部220の撮像面の輝度に応じて流れる光電流Ipを対数スケールで示している。
図14において、点線のLinLog特性は、撮像時において、補正部302がWR1値から選択した1のLUTa(aはLUT番号を示し、0〜255の値を持つ。)が示すLinLog特性であり、実線のLinLog特性は、対象画素のLinLog特性である。
本実施の形態では、WR1信号はリーク電流がIp1となるようにリーク期間が設定された出力値を持つ。ここで、Ip1は、予め決められた値を持ち、LinLog特性と標準特性との交点P_maxにおける光電流を示す。WR2信号はリーク電流がIp2(<Ip1)となるようにリーク期間が設定された出力値を持つ。また、Ip2は対数特性領域のある点の光電流Ipであり、予め決められた値を持つ。そして、Ip1、Ip2は予め補正データ記憶部301に記憶されている。
次に、撮像時における補正部302による補正処理について説明する。まず、補正部302は、実施の形態1と同様にして対象画素からWR1信号(第2信号の一例)を取得し、取得したWR1信号からLUTa(Ip)(ここでは、LUTを光電流Ipの関数として表す。)を選択する。
この状態では、図13に示すように対象画素のLinLog特性と、LUTaのLinLog特性とは傾きにばらつきがあることが分かる。この傾きのばらつきは、対数特性領域において、高輝度側では出力値の誤差が少なく、低輝度になるにつれて出力値の誤差が増大するという性質を持つ。また、線形特性領域においては、傾きのばらつきはほとんどない。
次に、補正部302は、対象画素からWR2信号(第3信号の一例)を取得する。次に、補正部302は、下記の式を用いて、取得したWR1、WR2信号から、対数特性領域における対象画素のLinLog特性の傾きである対象画素傾きSLxを算出する。
SLx=(WR1−WR2)/(Ip1−Ip2)
次に、補正部302は、下記の式を用いて対数特性領域におけるLUTaのLinLog特性の傾きである標準傾きSLa_nを算出する。
SLa_n=(LUTa(Ip1)−LUTa(Ip2))/(Ip1−Ip2)
なお、SLa_nは補正データの生成時において補正データ生成部303に予め算出させておいてもよく、この場合、補正部302は、予め算出された傾きSLa_nを補正データ記憶部301から読み出せばよい。
LUTa(Ip1)、LUTa(Ip2)は、選択されたLUTaの光電変換特性において、Ip1、Ip2に対応する値を示している。
対象画素傾きSLxが標準傾きSLa_nよりも大きい場合、対象画素傾きが急であることが分かる。逆に、標準傾きSLa_nよりも対象画素傾きSLxが小さい場合、対象画素傾きが緩やかであることが分かる。
図14は対象画素の傾きSLxが傾きSLa_nよりも緩やかな場合の例を図示している。次に、補正部302は、標準傾きSLa_nと対象画素傾きSL_xとから傾きずれの補正量を求める。
傾きずれの補正量を求めるにあたって、まず、補正部302は、対象画素のLinLog信号が線形特性領域又は対数特性領域に属しているかを判定するために、予め補正データ記憶部301に記憶された変曲点の光電流Ipb_aを特定する。この光電流Ipb_aは補正データ生成部303によりグループ毎に予め算出され、補正データ記憶部301に記憶されている。つまり、補正部302は、対象画素のLinLog信号が光電流Ipb_aよりも小さければ補正データの補正を行わず、WR1信号から選択したLUTaにLinLog信号を入力して、LinLog信号を補正する。一方、補正部302は、LinLog信号が光電流Ipb_aよりも大きければ、後述する補正データを補正する処理を適用し、補正後の補正データを用いてLinLog信号を補正する。
LUTaの変曲点の輝度が低い場合、Ipb_aは暗い側に設定され、変曲点の輝度が高い場合、Ipb_aは明るい側に設定される。
次に、補正部302は、対数特性領域のみ傾きずれの補正量が値を持つように、下記の式で示すDLa(Ip)を算出する。DLa(Ip)は、図15(A)のグラフで表される。図15(A)において縦軸はDLa(Ip)を示し、横軸は光電流Ipを対数スケールで示している。
DLa(Ip)=1:(Ip≧Ipb_a)
DLa(Ip)=0:(Ip<Ipb_a)
ここで、DLaにおける添え字aはグループ番号a(=0〜255)を示す。次に、補正部302は、光電流Ipに応じた傾きの傾きずれの補正量を算出するために、以下の式を用いて係数DIp(Ip)を算出する。DIp(Ip)は、図15(B)のグラフで表される。図15(B)において縦軸はDIp(Ip)を示し、横軸は光電流Ipを対数スケールで示している。
DLa(Ip)=0:(Ip<Ipb_a)
ここで、DLaにおける添え字aはグループ番号a(=0〜255)を示す。次に、補正部302は、光電流Ipに応じた傾きの傾きずれの補正量を算出するために、以下の式を用いて係数DIp(Ip)を算出する。DIp(Ip)は、図15(B)のグラフで表される。図15(B)において縦軸はDIp(Ip)を示し、横軸は光電流Ipを対数スケールで示している。
DIp(Ip)=M×(log(Ip1)−log(Ip))
ここで、DIp(Ip)はIp=Ip1でゼロであり、そこから離れるに従い、値が徐々に大きくなるという特性を持つ。係数Mは定数であり、補正の強さに応じて任意の値が設定される。図14において、LUTaと同一グループに属する全ての対象画素のLinLog特性と、LUTaのLinLog特性とが全てP_maxで交われば、M=1と設定することで、傾きずれを補正することができる。しかしながら、実際には、対象画素のLinLog特性とLUTaのLinLog特性との交点はP_maxからばらつく可能性もある。このばらつきに基づいて傾きずれを最小にできる値を予め求め、係数Mの値として設定すればよい。
ここで、DIp(Ip)はIp=Ip1でゼロであり、そこから離れるに従い、値が徐々に大きくなるという特性を持つ。係数Mは定数であり、補正の強さに応じて任意の値が設定される。図14において、LUTaと同一グループに属する全ての対象画素のLinLog特性と、LUTaのLinLog特性とが全てP_maxで交われば、M=1と設定することで、傾きずれを補正することができる。しかしながら、実際には、対象画素のLinLog特性とLUTaのLinLog特性との交点はP_maxからばらつく可能性もある。このばらつきに基づいて傾きずれを最小にできる値を予め求め、係数Mの値として設定すればよい。
次に、光電流Ipに応じた傾きずれの補正量LSCa(Ip)を、以下の式で計算する。
LSCa(Ip)=DLa(Ip)×DIp(Ip)×(SLx−SLa_n)
LSCa(Ip)は図15(C)のグラフで表される。図15(C)において縦軸はLSCa(Ip)を示し、横軸は光電流Ipを対数スケールで示している。図15(C)に示すように、DLa×DIpにより、Ipb_aより低輝度の領域がDIpから除去され、かつ、係数MによってDIpの傾きが調整された補正量LSCa(Ip)が得られている。
次に、補正部302は、傾きずれの補正量LSCa(Ip)をLUTa(Ip)に加算する。これにより、標準傾きSLa_nが対象画素傾きSLxに合うようにLUTa(Ip)が補正される。
次に、補正部302は、対象画素のLinLog信号の出力値LLを補正後のLUTaに入力して、出力値LLAを求める。
実施の形態3の手法は、補正されるべきLinLog特性がLUTaのLinLog特性とほぼ同じ形であるという条件を満たす場合にうまく機能する。この条件は、対象画素傾きSLxと標準傾きSL_aとの傾きのばらつきが微小である場合に相当する。
試作した固体撮像装置においては、変曲点のばらつきが大きく、この変曲点のばらつきによって対数特性領域の傾きが若干異なっていた。具体的には変曲点の輝度値が高い画素は対数特性領域の傾きが急で、変曲点の輝度値が低い画素は対数特性領域の傾きが緩やかな傾向があった。実施の形態3の方式はこのように変曲点の位置によって傾きが変化していても、対象画素傾きSLxと標準傾きSLa_nとの傾きずれの補正量LSCa(Ip)からLUTa(Ip)が補正され、補正後のLUTa(Ip)を用いて、LinLog信号が補正されている。よって、LinLog特性の変曲点のばらつきに加えて、更に線形対数特性領域の傾きのばらつきも補正することができる。
(実施の形態4)
変曲点近くのLinLog特性を厳密に分析すると非線形となっていることもある。そのため、線形特性領域と対数特性領域とを明確に区別してLinLog信号を補正した場合、高い補正精度を得ることが難しい。そこで、実施の形態4では線形特性領域と対数特性領域とを明確に区別することなく、変曲点付近の非線形な領域が再現されるようにLUTを補正することを特徴とする。
変曲点近くのLinLog特性を厳密に分析すると非線形となっていることもある。そのため、線形特性領域と対数特性領域とを明確に区別してLinLog信号を補正した場合、高い補正精度を得ることが難しい。そこで、実施の形態4では線形特性領域と対数特性領域とを明確に区別することなく、変曲点付近の非線形な領域が再現されるようにLUTを補正することを特徴とする。
まず、実施の形態3と同様に、補正部302は対象画素傾きSLxと標準傾きSLa_nとを算出する。次に、補正部302は、WR1信号から選択されたLUTa(Ip)と、それに隣接するLUTa+1(Ip)とを特定する。
図16は、LUTaとLUTa+1とのLinLog特性を示すグラフである。図16において、縦軸はLinLog信号の出力値を示し、横軸は輝度に応じた光電流Ipを対数スケールで示している。
図16に示すように、LUTaに隣接するLUTa+1としては、例えば、LUTaに対して変曲点の輝度値が次に大きなLUTa+1が採用されている。
次に、補正部302は、下記の式に示すように、LUTa+1(Ip)からLUTa(Ip)を減じてDLa(Ip)を求める。
DLa(Ip)=LUTa+1(Ip)−LUTa(Ip)
図17(A)は、LUTa+1のDLaとLUTaのDLaとの差を示すグラフであり、縦軸はLUTa+1(Ip)からLUTa(Ip)を減じることで得られるDLaを示し、横軸は光電流Ipを対数スケールで示している。
DLa(Ip)は、線形特性領域ではほぼゼロであり、対数特性領域ではほぼ一定の値を持つ。そして、DLa(Ip)は変曲点付近の領域において、LUTa+1とLUTaとの形状の差に応じた値を持って変化している。
次に、補正部302は、光電流Ipに応じた傾きずれの補正量を算出するために、以下の式を用いてDIp(Ip)を算出する。
DIp(Ip)=M×(log(Ip1)−log(Ip))
DIp(Ip)は、図17(B)のグラフで表される。図17(B)において縦軸はDIp(Ip)を示し、横軸は光電流Ipを対数スケールで示している。
係数Mは定数で、補正の強さに応じて任意の値を選ぶ点は実施の形態3と同じである。このようにして得られたDIp(Ip)はIp=Ip1でゼロであり、そこから離れるに従い、値が大きくなるという特性を示す。
次に、補正部302は、光電流Ipに応じた傾きずれの補正量LSCa(Ip)を、以下の式で計算する。
LSCa(Ip)=DLa×DIp×(SLx−SLa_n)
LSCa(Ip)は図17(C)のグラフで表される。図17(C)において縦軸はLSCa(Ip)を示し、横軸は光電流Ipを対数スケールで示している。図17(C)に示すように、DLa×DIpにより、Ipb_aより低輝度の領域がDIpから除去され、Ipb_aからIpb_a+1まで線形に増大し、かつ、Ipb_a+1からMによってDIpの傾きが調整されたLSCa(Ip)が得られている。
次に、補正部302は、傾きずれの補正量LSCa(Ip)をLUTa(Ip)に加算する。これにより、標準傾きSLa_nが対象画素傾きSLxに合うようにLUTa(Ip)が補正される。この場合、傾きずれの補正量LSCa(Ip)はIpb_aからIpb_a+1に向けて徐々に増大するような形状であるため、変曲点付近の非線形な領域の特性を考慮に入れた傾きずれの補正量LSCa(Ip)が算出される。
次に、補正部302は、対象画素のLinLog信号の出力値LLを補正後のLUTaに入力して、出力値LLAを求める。
なお、本実施の形態ではLUTaとそれに隣接するLUTa+1とを用いて傾きずれの補正量LSCa(Ip)を算出したが、これに限定されず、LUTaと、任意の番号だけ離れたLUT(例えばLUTa+3)から傾きずれの補正量LSCa(Ip)を算出してもよい。この場合、傾きずれの補正量LSCa(Ip)の絶対値の調整は係数Mで行えばよい。
本実施の形態の方式では、変曲点付近の領域が非線形である場合であっても、この非線形の領域を考慮に入れてLUTを補正することができ、LinLog特性の対数特性領域における傾きずれを精度良く補正することができる。
(実施の形態5)
WR信号を測定する場合に、PDに入射光が当たるとその影響を受けて出力値がずれてしまうという問題がある。これは特に高輝度域の被写体を露光したときに発生する。WR1、WR2信号がずれると、本来選択されるべきLUTとは別のLUTが選択され、変曲点のずれや傾きのずれを精度良く補正することができなくなる可能性がある。
WR信号を測定する場合に、PDに入射光が当たるとその影響を受けて出力値がずれてしまうという問題がある。これは特に高輝度域の被写体を露光したときに発生する。WR1、WR2信号がずれると、本来選択されるべきLUTとは別のLUTが選択され、変曲点のずれや傾きのずれを精度良く補正することができなくなる可能性がある。
高輝度域での出力値のずれの原因の一つとして、露光期間以外の期間中にPDに蓄積される不要な電荷の影響が考えられる。通常、ref信号、sig信号の出力は図4に示すようにこの順に行われる。転送ゲートは、露光期間の終了後に閉じられるため、露光期間の終了後からFDへの電荷の転送が開始されるまでの期間(図4の時刻t1に示すφTX=Lowの期間)、高輝度の被写体が露光されると、PDは電荷を蓄積してしまう。また、転送期間中も(図4の時刻t2に示すφTX=Highの期間)、高輝度の被写体が露光されると、PDは電荷を蓄積してしまう。そして、これらの期間にPDに蓄積された不要な電荷は、FDに蓄積され、sig信号として読み出されるため、sig信号には不要な電荷の情報が含まれる。
また、WR信号においても、時刻t6に示すφTX=Lowの期間、及び時刻t7に示すφTX=Highの期間においても、高輝度の被写体が露光されると、この被写体の情報がsig信号に含まれてしまう。そのため、これらの期間にPDに蓄積された電荷も、FDに蓄積され、sig信号として読み出されるため、sig信号には不要な電荷の情報が含まれる。
そこで、本実施の形態では、図18の時刻t7、t9に示すように、WR信号の取得処理において、ref信号、sig信号の出力順序をsig信号、ref信号とした。図18は、本発明の実施の形態5における画素部220のシーケンス図である。
こうすることによって、図4の時刻t6において、Ref信号を出力する間にPDに蓄積された電荷はsig信号に含まれなくなるため、WR信号に不要な電荷の情報が含まれることを抑制することができる。
但し、出力順序をsig信号、ref信号とすると、sig信号とref信号との差分をとっても、FDをリセットする際に発生するランダムノイズを正確にキャンセルすることができなくなり、S/N比の低下が懸念される。そこで、本実施の形態では、LinLog信号の取得処理においては、図4と同様、ref信号、sig信号の出力順序をこの順に行う。
なお、sig信号、ref信号の順で信号を出力することによるWR信号のS/N比の低下を抑制するために、WR信号の取得処理を1水平期間において複数回行って、これらのWR信号を後段に設けられたフレームメモリに保持させる。そして、フレームメモリに保持されたWR信号を平均化回路を用いて平均化したものを最終的なWR信号として取得してもよい。これにより、WR信号に含まれるランダムノイズを減少させることができる。
(本実施の形態の纏め)
(1)上記固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、フローティングディフュージョンとを含む複数の画素部と、前記画素部を制御する画素制御部と、前記画素部から出力される信号を処理する画像処理部とを備え、前記画素制御部は、前記転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に被写体を露光させる露光処理と、前記露光処理により前記光電変換素子に蓄積された電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第1信号を取得する第1取得処理と、前記第1取得処理の終了後、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にしてリセットするホワイトリセット処理と、前記ホワイトリセット処理の終了後、前記転送トランジスタの制御端子に前記中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に蓄積された電荷を所定の第1リーク期間、リークさせるリーク処理と、前記リーク処理の終了後、前記光電変換素子に残存する電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第2信号を取得する第2取得処理とを前記画素部に実行させ、前記画像処理部は、前記第2信号の代表値と前記代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データの中から、前記第2信号に基づいて1つの補正データを選択し、選択した補正データを用いて前記第1信号を補正する補正部を備える。
(1)上記固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、フローティングディフュージョンとを含む複数の画素部と、前記画素部を制御する画素制御部と、前記画素部から出力される信号を処理する画像処理部とを備え、前記画素制御部は、前記転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に被写体を露光させる露光処理と、前記露光処理により前記光電変換素子に蓄積された電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第1信号を取得する第1取得処理と、前記第1取得処理の終了後、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にしてリセットするホワイトリセット処理と、前記ホワイトリセット処理の終了後、前記転送トランジスタの制御端子に前記中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に蓄積された電荷を所定の第1リーク期間、リークさせるリーク処理と、前記リーク処理の終了後、前記光電変換素子に残存する電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第2信号を取得する第2取得処理とを前記画素部に実行させ、前記画像処理部は、前記第2信号の代表値と前記代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データの中から、前記第2信号に基づいて1つの補正データを選択し、選択した補正データを用いて前記第1信号を補正する補正部を備える。
この構成によれば、第2信号の代表値と、代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた補正データが予め記憶されている。ここで、第2信号は、ホワイトリセットの終了後、転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して光電変換素子に蓄積された電荷を第1リーク期間、リークさせることで得られる信号である。そのため、第2信号は各画素部が固有に持つ光電変換特性の変曲点のばらつきに応じた値を持っている。
そして、撮像時において、第2信号が取得されると、取得された第2信号に最も近い第2信号の代表値が対応付けられた補正データが特定され、この補正データを用いて第1信号が補正される。したがって、特定された補正データが示す代表特性は、予め記憶された代表特性のうち、対象画素の光電変換特性に最も近い特性を示すことになる。その結果、各画素部に対応する補正データを予め記憶させておかなくても、第1信号の変曲点のばらつきを精度良く補正することができる。よって、補正データのデータ量が削減し、固体撮像装置の規模を増大させることなく、第1信号の変曲点のばらつきを精度良く補正することができる。
(2)前記代表特性は、変曲点に関する情報に応じて光電変換特性を複数のグループにグループ分けし、各グループに属する光電変換特性を平均化することで得られたデータであることが好ましい。
この構成によれば、代表特性は、各画素部が固有に持つ光電変換特性ではなく、変曲点に関する情報に応じてグループ分けされた光電変換特性の平均特性である。そのため、従来のように画素部毎に補正データを記憶する構成を採用する場合に比べ、補正データのデータ量を削減することができる。
(3)前記画素制御部は、前記第1取得処理、前記ホワイトリセット処理、前記リーク処理、及び前記第2取得処理を、1水平期間内で実行することが好ましい。
この構成によれば、1水平期間内で第1取得処理、ホワイトリセット処理、リーク処理、及び第2取得処理が実行されるため、1水平期間毎に第1、第2信号を取得して第1信号を補正することができる。また、1水平期間毎に第1、第2信号が取得されているため、フレームバッファの記憶容量を削減することができる。
(4)前記補正データは、環境温度及び前記転送トランジスタの制御端子に印加する前記中間レベルの電圧が関連付けられたデータであり、前記補正部は、前記第2信号に加えて、更に、前記露光処理時の前記環境温度及び前記中間レベルの電圧に基づき、1つの補正データを選択することが好ましい。
この構成によれば、露光時間及び環境温度を更に考慮に入れて第1信号を補正することができる。
(5)前記補正データは、前記代表特性を示すルックアップテーブルにより構成されることが好ましい。
この構成によれば、ルックアップテーブルを用いて速やかに第1信号を補正することができる。
(6)前記補正データは、前記代表特性における線形特性領域を規定する関数の係数と、対数特性領域を規定する関数の係数とを前記代表特性として持ち、前記補正部は、前記係数を使って第1信号を補正することが好ましい。
この構成によれば、光電変換特性の代表特性として、線形特性領域及び対数特性領域を規定する関数の係数が採用されているため、補正データのデータ量をより削減することができる。
(7)前記画素部はマトリックス状に配列されて画素アレイ部を構成し、ランプ波形を発生するランプ波形発生回路と、前記画素アレイ部の各列に対応して設けられ、前記第1、第2信号を前記ランプ波形と比較して前記第1、第2信号をAD変換するシングルスロープ型のAD変換部とを更に備え、前記ランプ波形発生回路は、前記第2信号がAD変換される場合、前記ランプ波形に所定のオフセットを持たせることが好ましい。
この構成によれば、第2信号は全画素部においてリーク期間を同じにして取得されるものであり、第2信号が取りうる範囲は画像信号である第1信号ほど広範囲にはならない。そこで、第2信号が取りうる想定範囲の開始レベルを所定のオフセットとしてランプ波形に持たせて、第2信号をAD変換することで、高速に第2信号をAD変換することができる。
(8)前記画素制御部は、前記第1リーク期間とは異なる第2リーク期間で前記リーク処理と同じ処理を前記画素部に行わせて第3信号を取得し、前記補正部は、前記第2信号と前記第3信号との差に基づいて前記補正データを更に補正し、補正後の補正データを用いて前記第1信号を補正することが好ましい。
この構成によれば、画素部をホワイトリセットした後、第2リーク期間、リークさせて第3信号が取得される。これにより、対象画素の光電変換特性の2点の情報が得られるため、第2、第3信号の差から対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きが得られる。
一方、補正データには光電変換特性の代表特性が含まれているため、この代表特性の2点の値を適当に取れば、代表特性の対数特性領域における傾きが得られる。そして、両傾きを用いて、補正データの代表特性の傾きが対象画素の光電変換特性の傾きになるように補正し、補正後の代表特性を用いて第1信号を補正する。これにより第1信号から対数特性領域における傾きのばらつきを除去することができる。
(9)前記第2リーク期間は、前記第1リーク期間よりも長いことが好ましい。
この構成によれば、第2リーク期間が第1リーク期間よりも長く設定されているため、第3信号は第2信号よりも対象画素の低輝度の情報を示すことになる。
(10)前記補正部は、前記第2信号に基づいて選択した補正データの代表特性の対数特性領域の傾きである標準傾きを算出し、前記第2、第3信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きを算出し、前記標準傾きと対象画素傾きとの傾きに基づき、前記対象画素傾きに対する前記標準傾きずれの補正量を算出し、算出した補正量に基づき、前記選択した補正データを補正することが好ましい。
この構成によれば、第2、第3信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きが算出される。また、第2信号から選択された補正データの代表特性の対数特性領域の傾きである標準傾きが算出される。そして、両傾きから標準画素傾きずれの補正量が算出され、この補正量を用いて第2信号から選択された補正データの代表特性が補正される。よって、補正後の補正データを用いて第1信号を補正することで、第1信号から対数特性領域における傾きのばらつきを除去することができる。
(11)前記補正部は、前記選択した補正データの代表特性と、それ以外の1の補正データの代表特性との差に基づき、前記補正量を算出することが好ましい。
この構成によれば、補正データ及びそれ以外の1の補正データの代表特性の差に基づき補正量が算出されている。そのため、変曲点付近の非線形な特性を考慮に入れて第1信号を補正することができる。
(12)前記補正データは、前記補正部が補正対象とする光電変換特性の領域の開始点のデータを含み、前記補正部は、前記第1信号が前記開始点のレベルより大きい場合、前記選択した補正データを補正することが好ましい。
この構成によれば、開始点を変曲点に設定することで、対数特性領域を補正対象の領域として設定することができる。また、開始点を対数特性領域上の任意の点に設定することで、対数特性領域上の任意の領域を補正対象の領域として設定することができる。
(13)前記画素部から出力された信号を読み出す読出部を更に備え、前記画素部は、前記転送トランジスタから前記光電変換素子に蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョン(FD)と前記FDをリセットするリセットトランジスタとを備え、前記第1、第2取得処理は、前記リセットトランジスタをオフして前記FDから基準信号を出力させる基準信号出力処理と、前記転送トランジスタをオンして前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記FDに転送する転送処理と、前記転送トランジスタをオフして前記FDからシグナル信号を出力させるシグナル信号出力処理と、前記基準信号と前記シグナル信号との差分を前記第1、第2信号として前記読出部に算出させる差分処理とを含み、前記第1取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号出力処理の前に実行され、前記第2取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号出力処理の後に実行されることが好ましい。
この構成によれば、第1信号は基準信号出力処理がシグナル信号出力処理の前に実行されて取得されているため、高S/N比の第1信号を取得することができる。一方、第2信号は基準信号出力処理がシグナル信号出力処理の後に実行されて取得されているため、第2信号に不要な電荷が含まれることを抑制することができる。
Claims (13)
- 光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、フローティングディフュージョンとを含む複数の画素部と、
前記画素部を制御する画素制御部と、
前記画素部から出力される信号を処理する画像処理部とを備え、
前記画素制御部は、
前記転送トランジスタの制御端子に中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に被写体を露光させる露光処理と、
前記露光処理により前記光電変換素子に蓄積された電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第1信号を取得する第1取得処理と、
前記第1取得処理の終了後、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にしてリセットするホワイトリセット処理と、
前記ホワイトリセット処理の終了後、前記転送トランジスタの制御端子に前記中間レベルの電圧を印加して前記光電変換素子に蓄積された電荷を所定の第1リーク期間、リークさせるリーク処理と、
前記リーク処理の終了後、前記光電変換素子に残存する電荷を、前記転送トランジスタが前記フローティングディフュージョンに転送することで電圧変換し、第2信号を取得する第2取得処理とを前記画素部に実行させ、
前記画像処理部は、前記第2信号の代表値と前記代表値に応じた光電変換特性である代表特性とが対応付けられた複数の補正データの中から、前記第2信号に基づいて1つの補正データを選択し、選択した補正データを用いて前記第1信号を補正する補正部を備える固体撮像装置。 - 前記代表特性は、変曲点に関する情報に応じて光電変換特性を複数のグループにグループ分けし、各グループに属する光電変換特性を平均化することで得られたデータである請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記画素制御部は、前記第1取得処理、前記ホワイトリセット処理、前記リーク処理、及び前記第2取得処理を、1水平期間内で実行する請求項1又は2記載の固体撮像装置。
- 前記補正データは、環境温度及び前記転送トランジスタの制御端子に印加する前記中間レベルの電圧が関連付けられたデータであり、
前記補正部は、前記第2信号に加えて、更に、前記露光処理時の前記環境温度及び前記中間レベルの電圧に基づき、1つの補正データを選択する請求項1〜3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記補正データは、前記代表特性を示すルックアップテーブルにより構成される請求項1〜4のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記補正データは、前記代表特性における線形特性領域を規定する関数の係数と、対数特性領域を規定する関数の係数とを前記代表特性として持ち、
前記補正部は、前記係数を使って第1信号を補正する請求項1〜4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素部はマトリックス状に配列されて画素アレイ部を構成し、
ランプ波形を発生するランプ波形発生回路と、
前記画素アレイ部の各列に対応して設けられ、前記第1、第2信号を前記ランプ波形と比較して前記第1、第2信号をAD変換するシングルスロープ型のAD変換部とを更に備え、
前記ランプ波形発生回路は、前記第2信号がAD変換される場合、前記ランプ波形に所定のオフセットを持たせる請求項1〜6のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素制御部は、前記第1リーク期間とは異なる第2リーク期間で前記リーク処理と同じ処理を前記画素部に行わせて第3信号を取得し、
前記補正部は、前記第2信号と前記第3信号との差に基づいて前記補正データを更に補正し、補正後の補正データを用いて前記第1信号を補正する請求項1〜7のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記第2リーク期間は、前記第1リーク期間よりも長い請求項8記載の固体撮像装置。
- 前記補正部は、前記第2信号に基づいて選択した補正データの代表特性の対数特性領域の傾きである標準傾きを算出し、前記第2、第3信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きを算出し、前記標準傾きと対象画素傾きとの傾きに基づき、前記対象画素傾きに対する前記標準傾きずれの補正量を算出し、算出した補正量に基づき、前記選択した補正データを補正する請求項8又は9記載の固体撮像装置。
- 前記補正部は、前記選択した補正データの代表特性と、それ以外の1の補正データの代表特性との差に基づき、前記補正量を算出する請求項10記載の固体撮像装置。
- 前記補正データは、前記補正部が補正対象とする光電変換特性の領域の開始点のデータを含み、
前記補正部は、前記第1信号が前記開始点のレベルより大きい場合、前記選択した補正データを補正する請求項8〜11のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素部から出力された信号を読み出す読出部を更に備え、
前記画素部は、前記転送トランジスタから前記光電変換素子に蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョン(FD)と前記FDをリセットするリセットトランジスタとを備え、
前記第1、第2取得処理は、
前記リセットトランジスタをオフして前記FDから基準信号を出力させる基準信号出力処理と、
前記転送トランジスタをオンして前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記FDに転送する転送処理と、
前記転送トランジスタをオフして前記FDからシグナル信号を出力させるシグナル信号出力処理と、
前記基準信号と前記シグナル信号との差分を前記第1、第2信号として前記読出部に算出させる差分処理とを含み、
前記第1取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号出力処理の前に実行され、
前記第2取得処理は、前記基準信号出力処理が前記シグナル信号出力処理の後に実行される請求項1〜12のいずれかに記載の固体撮像装置。
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JP2005509319A (ja) * | 2001-04-03 | 2005-04-07 | インスティチュート フュア ミクロエレクトロニク シュトゥットガルト | イメージ信号のfpn補正方法及びそのための装置 |
JP2006074663A (ja) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Renesas Technology Corp | 固体撮像装置 |
JP2006140666A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Renesas Technology Corp | 撮像装置の駆動方法 |
JP2006303768A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Sharp Corp | 固体撮像装置 |
JP2007074488A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
JP2007288479A (ja) * | 2006-04-17 | 2007-11-01 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
JP2008263546A (ja) * | 2007-04-13 | 2008-10-30 | Konica Minolta Holdings Inc | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及びこれを用いた撮像システム |
JP2009038772A (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Sony Corp | 参照電圧回路および撮像回路 |
WO2009131190A1 (ja) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | コニカミノルタオプト株式会社 | 固体撮像素子およびその駆動方法ならびに撮像システム |
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005509319A (ja) * | 2001-04-03 | 2005-04-07 | インスティチュート フュア ミクロエレクトロニク シュトゥットガルト | イメージ信号のfpn補正方法及びそのための装置 |
JP2006074663A (ja) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Renesas Technology Corp | 固体撮像装置 |
JP2006140666A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Renesas Technology Corp | 撮像装置の駆動方法 |
JP2006303768A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Sharp Corp | 固体撮像装置 |
JP2007074488A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
JP2007288479A (ja) * | 2006-04-17 | 2007-11-01 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
JP2008263546A (ja) * | 2007-04-13 | 2008-10-30 | Konica Minolta Holdings Inc | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及びこれを用いた撮像システム |
JP2009038772A (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Sony Corp | 参照電圧回路および撮像回路 |
WO2009131190A1 (ja) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | コニカミノルタオプト株式会社 | 固体撮像素子およびその駆動方法ならびに撮像システム |
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