JP6024102B2

JP6024102B2 - 撮像装置

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Publication number: JP6024102B2
Application number: JP2011265820A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　琢也; 琢也佐藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: JP2013118573A

Description

本発明は、暗電流補正を行う撮像装置に関する。

一般的な電子カメラでは、複数のフォトダイオードが二次元状に配置された撮像素子が用いられている。このような撮像素子のフォトダイオードでは暗電流が発生するので、ＯＢ（オプティカルブラック）領域に配置されたフォトダイオードを有する画素（ＰＤ有りＯＢ画素）とフォトダイオードが無い画素（ＰＤ無しＯＢ画素）の出力信号との差分値で有効画素領域内の画素の出力信号をクランプすることにより、暗電流補正を行う技術が用いられている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−１４７６３８号公報

従来技術では、実際に画像を撮影する有効画素領域の画素ではなく、有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域の画素を用いて暗電流補正が行われていた。ところが、有効画素領域の周囲に配置されたＰＤ有りＯＢ画素の暗電流量と有効画素領域内の画素の暗電流量は、画素位置の違いや撮像素子の個体差などにより異なるため、補正過剰や補正不足になり、精度の高い暗電流補正を行うことができないという問題があった。この場合、撮像素子毎に暗電流補正値に係数を掛けて調整を行う方法も考えられるが、十分な精度を持った係数を求めるためには、製造時に撮像素子毎に数秒から数十秒の時間をかけて発生する暗電流量を実測しなければならず、コストの点で問題がある。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、精度の高い暗電流補正を行うことができる撮像装置を提供することである。

本発明に係る撮像装置は、蓄積された電荷により第１信号を生成する第１画素と、第１信号に含まれる暗電流によるノイズの除去に用いる第２信号を生成する第２画素と、が配置されている第１領域と、第１領域よりも外側に配置され、ノイズの除去に用いる第３信号を生成する第３画素が配置されている第２領域と、を有する撮像素子と、撮像装置に設定された露出条件により、第２信号及び第３信号のうち、いずれの信号を用いてノイズを除去するかを選択する選択部と、を備える。

また、選択部は、撮像装置に設定されたシャッタ速度により、第２信号及び第３信号のうち、いずれの信号を用いてノイズを除去するかを選択する。

また、選択部は、撮像装置に設定されたＩＳＯ感度により、第２信号及び第３信号のうち、いずれの信号を用いてノイズを除去するかを選択する。

また、選択部は、撮像装置に設定されたＦ値により、第２信号及び第３信号のうち、いずれの信号を用いてノイズを除去するかを選択する。

また、第１画素は、電荷を蓄積する第１光電変換部を有し、第２画素は、電荷を蓄積する第２光電変換部と、第２光電変換部に入射する光を遮る第１遮光膜と、第３画素は、電荷を蓄積する第３光電変換部と、第３光電変換部に入射する光を遮る第２遮光膜と、を有する。

また、第２領域は、入射する光を遮る第３遮光膜を有する第４画素が配置され、第４画素は、電荷を蓄積する光電変換部を有しない。

また、第２信号及び第３信号のうち、選択部により選択された信号と第４画素で生成された信号とにより第１信号を補正する補正部を備える。

また、補正部は、第２信号及び第３信号のうち、選択部により選択された信号と第４画素で生成された信号との差分信号により第１信号を補正する。

また、第２画素は、第１領域において中央部分に配置されている。

本発明に係る撮像装置は、有効画素領域内に遮光画素を配置して暗電流補正に使用することにより、精度の高い暗電流補正を行うことができる。

本実施形態に係る電子カメラ１０１の一例を示すブロック図である。撮像素子１０４の一例を示すブロック図である。画素部２０１の配置例を示す説明図である。本実施形態に係る電子カメラ１０１の撮影処理を示すフローチャートである。変形例１の画素部２０１の配置例を示す説明図である。変形例１の撮影処理を示すフローチャートである。変形例２の画素部２０１の配置例を示す説明図である。テーブル２５１の一例を示す説明図である。本実施形態に係る電子カメラ１０１の撮影処理を示すフローチャートである。焦点距離別のテーブル２５１の一例を示す図である。遮光画素２１４の配置例を示す図である。

以下、本発明に係る撮像装置の実施形態として電子カメラ１０１に適用する例について説明する。

［電子カメラ１０１の構成例］
図１は、各実施形態に共通の電子カメラ１０１の構成例を示すブロック図である。図１において、電子カメラ１０１は、光学系１０２と、メカニカルシャッタ１０３と、撮像素子１０４と、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）１０５と、信号処理部１０６と、画像バッファ１０７と、制御部１０８と、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１０９と、メモリ１１０と、表示部１１１と、メモリカードＩＦ（インターフェース）１１２と、操作部１１３とで構成される。

図１において、光学系１０２に入射される被写体光は、メカニカルシャッタ１０３が開くと撮像素子１０４の受光面に結像される。ここで、光学系１０２は、ズームレンズやフォーカスレンズなどの複数枚のレンズおよびレンズ駆動機構や絞り１０２ａなどで構成され、制御部１０８からの指令に応じて、ズームレンズ位置やフォーカスレンズ位置、或いは絞り値などが制御される。

撮像素子１０４は、例えばＣＭＯＳ型固体撮像素子で構成される。例えば図２に示すように、撮像素子１０４は、画素部２０１と、走査部２０２と、水平出力部２０３とで構成される。画素部２０１には、受光面にフォトダイオードを有する複数の画素が二次元状に配置されている。そして、走査部２０２は、ＴＧ１０９が出力するタイミング信号に応じて、画素部２０１から行単位で各画素から信号を水平出力部２０３に読み出すためのタイミング信号と、水平出力部２０３に読み出された１行分の信号を１画素ずつ外部に出力するためのタイミング信号とを出力する。このようにして読み出された各画素の信号を走査部２０２のタイミング信号に応じて列順に１行分の信号を外部に出力する水平出力部２０３とで構成される。

ＡＤＣ１０５は、撮像素子１０４から読み出されるアナログ信号を例えば１０ビット階調のデジタル信号に変換して信号処理部１０６に出力する。

信号処理部１０６は、信号処理用のＡＳＩＣなどで構成され、暗電流補正部１６１と、遮光画素補間部１６２と、画像処理部１６３とで構成される。暗電流補正部１６１は、ＡＤＣ１０５から入力する画像信号の暗電流を補正する処理を行う。遮光画素補間部１６２は、暗電流補正部１６１で暗電流補正を行う際に使用する遮光画素の画像信号を周辺画素の画像信号から補間する。画像処理部１６３は、一般的なカメラで行われているホワイトバランス処理、色補間処理、ガンマ補正処理などを行う。尚、暗電流補正部１６１および遮光画素補間部１６２については後で詳しく説明する。

画像バッファ１０７は、ＡＤＣ１０５が出力する画像信号を一時的に記憶する。また、画像処理を行う際の処理用バッファとしても使用される。

制御部１０８は、例えば内部に記憶されたプログラムに従って動作するＣＰＵで構成され、電子カメラ１０１全体の動作を制御する。例えば制御部１０８は、操作部１１３の撮影モード選択ダイヤル１１３ｃや感度選択ダイヤル１１３ｄおよびレリーズボタン１１３ｂの操作に応じて、電子カメラ１０１の撮影モードを設定する。また、露出制御部１５１は、撮像素子１０４の出力（または専用の測光センサを搭載している場合は測光センサの出力）から被写体の明るさを検出して露出計算を行い、撮影モードに応じて光学系１０２の絞り値やメカニカルシャッタ１０３の開閉時間（シャッター速度）を決定する。そして、露出制御部１５１は、レリーズボタン１０３ｂが押下されると、メカニカルシャッタ１０３を決定したシャッター速度で開閉して撮像素子１０４で撮像した１画面分の画像データをＡＤＣ１０５および信号処理部１０６を介して画像バッファ１０７に取り込む。また、制御部１０８は、画像バッファ１０７に記憶された撮影画像を表示部１１０に表示したり、メモリカードＩＦ１１２に接続されたメモリカード１１２ａに保存する処理を行う。

特に本実施形態では、制御部１０８は、暗電流補正用画素選択部１５２を有する。暗電流補正用画素選択部１５２は、露出制御部１５１から撮影秒時、絞り値、感度などの撮影条件に関する情報を取得して、信号処理部１０６の暗電流補正部１６１で使用する暗電流補正画素を選択し、暗電流補正部１６１に出力する。

ＴＧ１０９は、制御部１０８の指令に応じて撮像素子１０４から信号を読み出すためのタイミング信号を出力する。また、ＴＧ１０９は、撮像素子１０４から読み出される信号に同期しながらＡＤＣ１０５や信号処理部１０６が動作するためのタイミング信号を出力する。

メモリ１１０は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリで構成される。メモリ１１０には電子カメラ１０１の撮影モードや露出情報，フォーカス情報などのパラメータが記憶され、制御部１０８はこれらのパラメータを参照して電子カメラ１０１の各機能を制御する。特に本実施形態では、撮影秒時、絞り値、感度（例えばＩＳＯ感度）に応じて暗電流補正に使用する画素が記載されたテーブル２５１がメモリ１１０に予め記憶されている。尚、メモリ１１０に記憶されているパラメータは、操作部１１３を介して行われるユーザー操作やメーカーの保守などで適宜更新される。

表示部１１１は、液晶モニタなどで構成される。表示部１１１には、制御部１０８によって撮影画像や電子カメラ１０１の操作に必要な設定メニューの画面などが表示される。

メモリカードＩＦ１１２は、電子カメラ１０１にメモリカード１１２ａを接続するためのインターフェースである。そして、制御部１０８はメモリカードＩＦ１１２を介してメモリカード１１２ａに撮影画像を保存する。

操作部１１３は、電源ボタン１０３ａ、レリーズボタン１０３ｂ、撮影モード選択ダイヤル１０３ｃ、感度選択ダイヤル１０３ｄ、カーソルボタン１０３ｅなどで構成される。ユーザーは、これらの操作ボタンを操作して電子カメラ１０１を使用する。例えば撮影モードダイヤル１０３ｃは、絞り優先撮影やシャッタ速度優先あるいはマニュアルによる絞り値やシャッタ速度の設定などを行う。或いは感度選択ダイヤル１０３ｄは、ＩＳＯ感度の選択を行う。カーソルボタン１０３ｅは、表示部１１１に表示されるメニュー画面上に表示されるカーソルを操作する時に使用するボタンである。尚、これらの操作部１１３の操作情報は制御部１０８に出力され、制御部１０８は操作部１１３から入力する操作情報に応じて電子カメラ１０１全体の動作を制御する。

以上が電子カメラ１０１の構成および基本動作である。

ここで、暗電流について説明する。暗電流は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子のフォトダイオード（ＰＤ）において発生するノイズである。フォトダイオードは入射する光量に応じた電荷を蓄積する光電変換部で、明るい光が入射した時は出力が大きくなり、遮光された時は原理的に出力が零になる。ところが、遮光された状態であっても素子の熱雑音によって暗電流が発生し、撮影秒時が長い場合や温度が高い場合に暗電流の発生量が増加する。尚、撮影秒時が短い場合には暗電流の影響は目立たないが、撮影秒時が長い場合には暗電流の発生量が多くなるので目立ち易くなる。

そこで、暗電流を除去するための暗電流補正が行われる。従来の暗電流補正方法は、例えば、フォトダイオードが無い画素（ＰＤ無しＯＢ領域の画素）と、有効画素領域の画素と全く同じフォトダイオードを有する画素（ＰＤ有りＯＢ領域の画素）との差分（発生する暗電流分に相当）を求め、有効画素領域の画素の信号から暗電流分を減算する。ここで、ダミー画素は、有効画素領域の画素に対して、フォトダイオード以外の回路は（増幅や読み出し回路など）は全く同じである。

本実施形態に係る電子カメラ１０１では、有効画素領域内に遮光画素を設け、暗電流量が多い撮影条件の場合に、この遮光画素とＰＤ無しＯＢ領域の画素の出力信号の差分を求めて暗電流補正に使用する。

［撮像素子１０４の画素部２０１の構成］
次に、図２で説明した撮像素子１０４の画素部２０１の構成について図３を用いて詳しく説明する。図３の例では、画素部２０１はＮ行Ｍ列の画素配列で構成される。そして、１行目から４行目までは画像撮影に使用しないオプティカルブラック領域（ＯＢ領域）２１０で、５行目からＮ行目までは画像撮影に使用する有効画素領域２１１である。さらに、ＯＢ領域２１０は、ＰＤ無しＯＢ領域２１２（図３の例では１行目と２行目）と、ＰＤ有りＯＢ領域２１３（図３の例では３行目と４行目）とを有する。尚、図３ではわかり易いように、ＯＢ領域２１０を有効画素領域２１１の上部のみに配置する例を示したが、有効画素領域２１１の上部、下部、左部、右部などの周囲に配置される場合もある。

さらに、本実施形態に係る撮像素子１０４の画素部２０１は、有効画素領域２１１の中に少なくとも１つの遮光画素２１４を有することが特徴である。図３の例では、遮光画素２１４は、画素Ｐ（ｎ，ｍ）、画素Ｐ（ｎ＋２，ｍ）、画素Ｐ（ｎ，ｍ＋２）、画素Ｐ（ｎ＋２，ｍ＋２）のように４つの画素を１つのグループとして、有効画素領域２１１の中央部分に４つのグループ（１６個の遮光画素２１４）が配置されている。ここで、各画素座標はＰ（行，列）で表記する。また、特定の遮光画素を指定しない場合は遮光画素２１４と称する。

尚、画素Ｐ（ｎ，ｍ）と画素Ｐ（ｎ＋２，ｍ）の間の画素Ｐ（ｎ＋１，ｍ）は、遮光画素ではなく通常の撮影用のＰＤ有り画素である。その他の各遮光画素についても、周囲は通常の撮影用のＰＤ有り画素である。

そして、本実施形態に係る電子カメラ１０１では、ＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１２の画素信号ではなく、有効画素領域２１１の遮光画素２１４の画素信号を用いて暗電流成分を求めて暗電流補正を行う。これにより、画素位置の違いによる補正過剰や補正不足を少なくすることができ、精度の高い暗電流補正を行うことができる。

［電子カメラ１０１の撮影処理］
次に、本実施形態に係る電子カメラ１０１の撮影処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。尚、図４のフローチャートは、制御部１０８を構成するＣＰＵの内部またはメモリ１１０に予め記憶されたプログラムに従って実行される処理である。また、図４のフローチャートを実行する前に、ユーザーは操作部１１３の電源ボタン１１３ａを押下して電子カメラ１０１の電源を投入し、制御部１０８はメモリ１１０に予め記憶されているパラメータを読み出して電子カメラ１０１の初期設定を完了した状態にあるものとする。そして、ユーザーが操作部１１３の感度設定ダイヤル１１３ｄで撮影する際のＩＳＯ感度を選択し、撮影モード選択ダイヤル１１３ｃで撮影モードを選択すると、制御部１０８は撮影処理を開始する。

（ステップＳ１０１）制御部１０８は、操作部１１３のレリーズボタン１１３ｂが押下されたか否かを判別する。そして、レリーズボタン１１３ｂが押下された場合はステップＳ１０２に進み、レリーズボタン１１３ｂが押下されていない場合はステップＳ１０１で待機する。

（ステップＳ１０２）制御部１０８は、露出制御部１５１が求めた絞り値およびシャッター速度を用いて、光学系１０２の絞り１０２ａを設定し、さらにメカニカルシャッタ１０２を開閉して、撮像素子１０４で露光を行う（露光処理）。

（ステップＳ１０３）制御部１０８は、ＴＧ１０９に指令して、撮像素子１０４から全行の読み出しを行い、画像バッファ１０７に一時的に記憶する。この時、図３で説明したように、ＯＢ領域２１０を含めて１行目からＮ行目までの全行の読み出しを行う（読み出し処理）。

（ステップＳ１０４）信号処理部１０６の暗電流補正部１６１は、画像バッファ１０７に取り込まれた１画面分の画像データを用いて、有効画素領域２１１の遮光されていない画素（撮影用画素）の値から有効画素領域２１１内の遮光画素２１４の値を減算して暗電流成分を除去する（暗電流補正処理）。尚、複数の遮光画素２１４がある場合は、これらの平均値を求めて各撮影用画素から減算するようにしてもよい。

（ステップＳ１０５）信号処理部１０６の遮光画素補間部１６２は、有効画素領域２１１内の遮光画素２１４の値を周辺画素の値から補間する（遮光画素補間処理）。遮光画素２１４は欠陥画素と同じなので、例えば図３の場合、遮光画素２１４の画素Ｐ（ｎ，ｍ）の画素位置の画像信号は、画素Ｐ（ｎ，ｍ）の周辺の遮光されていない画素の信号から補間する。周辺画素の値を重み付けするなど様々な補間方法が考えられるが、簡単な例を挙げると、画素Ｐ（ｎ，ｍ）の左右の画素Ｐ（ｎ，ｍ−１）と画素Ｐ（ｎ，ｍ＋１）の平均値を画素Ｐ（ｎ，ｍ）の画像信号とする。他の遮光画素２１４についても同様に補間処理を行って、遮光画素２１４位置の画像信号を得ることができる。尚、図３の例では、画素部２０１の全ての画素を撮影画像に用いるようにしたが、高解像度の撮像素子１０４の場合は、１行置きの画像信号で撮影を行うことも可能であり、遮光画素２１４が配置された行を撮影画像に利用しないようにすることができる。この場合は、ステップＳ１０５の補間処理は不要である。

（ステップＳ１０６）ステップＳ１０５までの処理で暗電流補正が終了した画像データが画像バッファ１０７に保持されているので、画像処理部１６３は、この画像データに対してホワイトバランス処理やガンマ処理或いは色補間処理などを行った後、メモリカードＩＦ１１２に装着されているメモリカード１１２ａに処理後の画像データを保存する（記録処理）。

このようにして、本実施形態に係る電子カメラ１０１は、有効画素領域２１１の周囲に配置されたＯＢ領域２１０の画素ではなく、実際に画像を撮影する有効画素領域２１１に配置された遮光画素２１４を用いて暗電流補正を行うので、画素位置の違いなどによる補正過剰や補正不足が少なくなり、精度の高い暗電流補正を行うことができる。

［変形例１］
次に、電子カメラ１０１の実施形態の変形例１について説明する。先の実施形態では、暗電流補正部１６１は、有効画素領域２１１の撮影用画素の値から有効画素領域２１１内の遮光画素２１４の値を直接減算して暗電流成分を除去した。これに対して、本変形例１では、図５に示したＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素２１２ａの画素値（黒レベル）を基準にして暗電流成分を求め、有効画素領域２１１の撮影用画素の値から暗電流成分を除去する。尚、図５は図３に対応する図である。また、図５において、ＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素２１２ａは、２行目の中央部分の複数の画素が含まれるものとし、これらの画素の平均値を黒レベルとする。そして、有効画素領域２１１内の遮光画素２１４の値と黒レベルとの差分を求める。この差分が暗電流成分である。さらに、求めた暗電流成分を有効画素領域２１１の撮影用画素の値から減算することにより暗電流補正を行う。尚、複数の遮光画素２１４がある場合は、これらの平均値を求めて遮光画素２１４の値とし、黒レベルとの差分を求める。

次に、本変形例１に係る電子カメラ１０１の撮影処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。尚、図６のフローチャートは、制御部１０８を構成するＣＰＵの内部またはメモリ１１０に予め記憶されたプログラムに従って実行される処理である。また、図６のフローチャートにおいて、図４のフローチャートと同じステップ番号の処理は同じものを示す。本変形例１では、図４のステップＳ１０４の代わりにステップＳ１５１およびステップＳ１５２を実行する。

ここで、レリーズボタン１１３ｂが押下されて露光処理を行った後、撮像素子１０４から画像バッファ１０７に取り込むまでの処理（ステップＳ１０１からステップＳ１０３までの処理）は図４のフローチャートと同じである。以下、図４のフローチャートと異なる処理についてのみ説明する。

（ステップＳ１５１）信号処理部１０６の暗電流補正部１６１は、画像バッファ１０７に取り込まれた１画面分の画像データを用いて、有効画素領域２１１内の遮光画素２１４の値とＯＢ領域２１０のＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素の値との差分を求める（暗電流補正処理Ａ）。尚、遮光画素２１４およびＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素がそれぞれ複数画素ある場合は、これらの平均値を求める。

（ステップＳ１５２）信号処理部１０６の暗電流補正部１６１は、有効画素領域２１１の遮光されていない画素（撮影用画素）の値からステップＳ１５１で求めた暗電流成分に相当する差分値を減算して暗電流成分を除去する（暗電流補正処理Ｂ）。

このようにして、暗電流補正を行った後、ステップＳ１０５の遮光画素補間処理を行い、ステップＳ１０６で撮影画像をメモリカード１１２ａに保存する（記録処理）。

このようにして、本変形例１に係る電子カメラ１０１は、有効画素領域２１１の周囲に配置されたＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素ではなく、実際に画像を撮影する有効画素領域２１１に配置された遮光画素２１４を用いて暗電流成分を求めて暗電流補正を行うので、画素位置の違いなどによる補正過剰や補正不足が少なくなり、精度の高い暗電流補正を行うことができる。

［変形例２］
次に、電子カメラ１０１の実施形態の変形例２について説明する。先の変形例１では、暗電流補正部１６１は、有効画素領域２１１の周囲に配置されたＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素ではなく、実際に画像を撮影する有効画素領域２１１に配置された遮光画素２１４を用いて暗電流成分を求め、暗電流補正を行っていた。これに対して、本変形例２では、先の変形例１による暗電流成分の求め方と、従来方式による暗電流成分の求め方とを予め設定された露出条件によって選択する。これにより、変形例１の方式と従来方式の特徴を活かした精度の高い暗電流補正を行うことができる。具体的には、制御部１０８の暗電流補正用画素選択部１５２は、ＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素２１２ａとの差分（暗電流成分）を求める際の対象画素をＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素２１３ａとするか、有効画素領域２１１の遮光画素２１４とするかを予め設定された露出条件によって選択する。そして、信号処理部１０６の暗電流補正部１６１は、暗電流補正用画素選択部１５２が選択した対象画素とＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素２１２ａとの差分を求めて暗電流補正を行う。

ここで、予め設定された露出条件について説明する。先の変形例１の場合、ＯＢ領域２１０におけるＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素と有効画素領域２１１の撮像用画素との暗電流が同じであれば問題はないが、ＯＢ領域２１０は有効画素領域２１１の周囲にあるので有効画素領域２１１の中央部分とは画素位置が離れており、画素位置の違いなどによる暗電流量にばらつきが生じることが知られている。そこで、先の変形例１では、有効画素領域２１１内の撮像用画素に近い位置に遮光画素２１４を配置し、遮光画素２１４の出力信号を用いて暗電流補正を行うようにした。この場合、遮光画素２１４は、撮影画像に対して欠陥画素と同じ影響を与えるので、できるだけ影響が少ないように例えば１画素単位で孤立して有効画素領域２１１に配置する必要がある。ところが、遮光画素２１４周辺の撮像用画素には被写体からの光が入射するので、特に光学系１０２の絞り値が小さく、光学系１０２の焦点距離が短い場合（射出瞳位置が短い場合）は、遮光画素２１４の周辺画素からの斜入射光による漏光が問題になる可能性がある。また、有効画素領域２１１の遮光画素２１４の数を多くすると撮影画像に影響を与えるため、遮光画素２１４の数はあまり多くできない。このため、複数の遮光画素２１４の平均値を用いたとしてもノイズなどによる出力値の変動の影響を受け易くなるという問題もある。

そこで、本変形例２に係る電子カメラ１０１では、撮影秒時、絞り値、ゲインなどの露出条件に応じて有効画素領域２１１の遮光画素２１４の値を用いて暗電流成分を求めるか、ＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素２１３ａの値を用いて暗電流成分を求めるかを選択する。具体的には、発生する暗電流量が少なくノイズの影響を受け易い短秒時撮影、斜入射が懸念される絞り値が大きい場合、ゲインが小さい場合などの露出条件では、従来と同様に、ＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素２１３ａの値とＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素２１２ａの値の差分を利用して暗電流補正を行う。逆に、発生する暗電流量が多くノイズの影響を受けにくい長秒時撮影、斜入射の心配が少ない絞り値が小さい場合、ゲインが大きい場合などの露出条件では、変形例１と同様に、有効画素領域２１１の遮光画素２１４の値とＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素２１２ａの値の差分を利用して暗電流補正を行う。

図８は、撮影秒時（シャッタ速度Ｔ）、絞り値（Ｆ値）、ＩＳＯ感度に応じて、ＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素と差分を求める相手の画素（画素Ａまたは画素Ｂ）を選択するためのテーブル２５１の一例である。テーブル２５１において、画素ＡはＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素を示し、画素Ｂは有効画素領域２１１の遮光画素２１４を示す。テーブル２５１の例では、シャッタ速度Ｔが遅く、ＩＳＯ感度が大きく、さらに絞り１０２ａのＦ値が小さい場合、有効画素領域２１１の遮光画素２１４を用いる。例えばＩＳＯ感度が４００でシャッタ速度が３０秒以上の場合は、絞り１０２ａのＦ値が２．８未満の場合は画素Ａ（ＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素）を用い、Ｆ値が２．８以上の場合は画素Ｂ（有効画素領域２１１の遮光画素２１４）を用いる。

このように、斜入射やノイズなどの影響が懸念される露出条件の場合はＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素２１３ａの値を利用して従来と同じ暗電流補正を行い、斜入射やノイズなどの影響が心配が少ない露出条件の場合は有効画素領域２１１の遮光画素２１４の値を利用して精度の高い暗電流補正を行う。これにより、変形例１の特徴を維持すると共に、斜入射やノイズなどの影響を受けずに安定した高精度の暗電流補正を行うことができる。

次に、本変形例２に係る電子カメラ１０１の撮影処理について、図９のフローチャートを用いて説明する。尚、図９のフローチャートは、制御部１０８を構成するＣＰＵの内部またはメモリ１１０に予め記憶されたプログラムに従って実行される処理である。また、図９のフローチャートにおいて、図４および図６のフローチャートと同じステップ番号の処理は同じものを示す。本変形例１では、図４のステップＳ１０４の代わりにステップＳ１６１、ステップＳ１６２およびステップＳ１６３を実行する。

（ステップＳ１６１）制御部１０８の暗電流補正用画素選択部１５２は、露出制御部１５１が求めた撮影時の露出条件に応じて、ＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素２１２ａとの差分（暗電流成分）を求める際の対象画素を選択する（選択処理）。具体的には、暗電流補正用画素選択部１５２は、有効画素領域２１１の遮光画素２１４またはＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素２１３ａを選択し、信号処理部１０６の暗電流補正部１６１に出力する。尚、露出制御部１５１は、レンズの焦点距離などの情報は光学系１０２から取得し、ＩＳＯ感度の情報は操作部１１３の感度設定ダイヤル１１３ｄで設定された値から取得する。また、絞り値や撮影秒時は、撮像素子１０４の出力（または専用の測光センサを搭載している場合は測光センサの出力）から被写体の明るさを検出して露出計算を行い、撮影モード選択ダイヤル１１３ｃで選択された撮影モード（スポーツ、ポートレート、夜景など）に応じて決定された絞り値やシャッタ速度（撮影秒時）の情報を用いる。

（ステップＳ１６２）ステップＳ１６１で選択された対象画素の値とＯＢ領域２１０のＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素の値との差分を求める（暗電流補正処理Ａ）。尚、遮光画素２１４およびＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素がそれぞれ複数画素ある場合は、これらの平均値を求める。

（ステップＳ１６３）信号処理部１０６の暗電流補正部１６１は、有効画素領域２１１の遮光されていない画素（撮影用画素）の値からステップＳ１６２で求めた暗電流成分に相当する差分値を減算して暗電流成分を除去する（暗電流補正処理Ｂ）。

暗電流補正を行った後、図４および図６のフローチャートと同様に、ステップＳ１０５の遮光画素補間処理を行い、ステップＳ１０６で撮影画像をメモリカード１１２ａに保存する（記録処理）。

このようにして、本変形例２に係る電子カメラ１０１は、露出条件に応じて、暗電流を求める際にＯＢ領域２１０のＰＤ無しＯＢ領域２１２の画素と差分を求める相手の画素を選択するので、斜入射やノイズなどの影響が懸念される露出条件の場合はＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素２１３ａの値を利用して従来と同じ暗電流補正を行い、斜入射やノイズなどの影響が心配が少ない露出条件の場合は有効画素領域２１１の遮光画素２１４の値を利用して精度の高い暗電流補正を行うことができる。これにより、変形例１の特徴を維持すると共に、斜入射やノイズなどの影響を受けずに安定した高精度の暗電流補正を行うことができる。

尚、上記の説明では、暗電流補正用画素選択部１５２が露出条件に応じて暗電流補正に使用する画素を選択するテーブル２５１は１種類だけを用いたが、複数のテーブルを切り替えるようにしてもよい。例えば、光学系１０２が一眼レフカメラのようにレンズ交換が可能な場合、暗電流補正用画素選択部１５２は電子カメラ１０１に装着されているレンズの焦点距離に関する情報を光学系１０２から取得して、図１０に示すように、焦点距離毎に最適化されたテーブル２５１を選択し、暗電流補正に使用する画素を切り替えるようにしてもよい。図１０の例では、テーブル２５１として、焦点距離が２８ｍｍ、３５ｍｍ、７０ｍｍ、１３５ｍｍおよび２００ｍｍに対するそれぞれのテーブル２５１ａ、テーブル２５１ｂ、テーブル２５１ｃ、テーブル２５１ｄおよびテーブル２５１ｅが設けられている。尚、短焦点レンズはなく、ズームレンズが搭載されている場合でも焦点距離に応じてテーブル２５１を切り替えるようにしてもよい。

さらに、有効画素領域２１１に遮光画素２１４を配置することにより、遮光画素２１４の位置に依らず上記の各実施形態で説明した効果は得られるが、遮光画素２１４の配置を工夫することにより、より一層効果的に暗電流補正を行うことができる。例えば、有効画素領域２１１を複数の領域に分け、それぞれの領域に遮光画素２１４を配置する。図１１（ａ）の例では、有効画素領域（上）２１１ａ、有効画素領域（中）２１１ｂおよび有効画素領域（下）２１１ｃの３つのブロックに分け、各ブロックに遮光画素２１４を配置している。そして、撮影秒時に応じてどのブロックの遮光画素２１４を選択するかを切り替える。例えば撮影秒時が短い場合は有効画素領域（上）２１１ａの遮光画素２１４を選択してＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素との差分を求めて暗電流補正する。撮影秒時が長い場合は有効画素領域（下）２１１ｃの遮光画素２１４を選択してＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素との差分を求めて暗電流補正する。これらの間の撮影秒時の場合は、有効画素領域（中）２１１ｂの遮光画素２１４を選択してＯＢ領域２１０のＰＤ有りＯＢ領域２１３の画素との差分を求めて暗電流補正する。

或いは、図１１（ｂ）に示すように、有効画素領域２１１の中央部分に遮光画素２１４を配置してもよい。これにより、有効画素領域２１１内の平均的な代表値を得ることができ、ばらつきを抑えることができる。

このようにして、上記の各実施形態に係る電子カメラ１０１は、有効画素領域２１１に遮光画素２１４を配置して、遮光画素２１４の値を用いて暗電流補正を行うことにより、精度の高い暗電流補正を行うことができる。

以上、本発明に係る撮像装置について、各実施形態で例を挙げて説明してきたが、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく他の多様な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、本発明は明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。

１０１・・・電子カメラ；１０２・・・光学系；１０２ａ・・・絞り；１０３・・・メカニカルシャッタ；１０４・・・撮像素子；１０５・・・ＡＤＣ；１０６・・・信号処理部；１０７・・・画像バッファ；１０８・・・制御部；１０９・・・ＴＧ；１１０・・・メモリ；１１１・・・表示部；１１２ａ・・・メモリカード；１１２・・・メモリカードＩＦ；１１３・・・操作部；１１３ａ・・・電源ボタン；１１３ｂ・・・レリーズボタン；１１３ｃ・・・撮影モード選択ダイヤル；１１３ｄ・・・感度設定ダイヤル；１１３ｅ・・・カーソルボタン；１５１・・・露出制御部；１５２・・・暗電流補正用画素選択部；１６１・・・暗電流補正部；１６２・・・遮光画素補間部；１６３・・・画像処理部；２０１・・・画素部；２０２・・・走査部；２０３・・・水平出力部；２１０・・・ＯＢ領域；２１１・・・有効画素領域；２１２・・・ＰＤ無しＯＢ領域；２１３・・・ＰＤ有りＯＢ領域；２１４・・・遮光画素；２５１・・・テーブル

Claims

撮像装置であって、
蓄積された電荷により第１信号を生成する第１画素と、前記第１信号に含まれる暗電流によるノイズの除去に用いる第２信号を生成する第２画素と、が配置されている第１領域と、前記第１領域よりも外側に配置され、前記ノイズの除去に用いる第３信号を生成する第３画素が配置されている第２領域と、を有する撮像素子と、
前記撮像装置に設定された露出条件により、前記第２信号及び前記第３信号のうち、いずれの信号を用いて前記ノイズを除去するかを選択する選択部と、
を備える撮像装置。
前記選択部は、前記撮像装置に設定されたシャッタ速度により、前記第２信号及び前記第３信号のうち、いずれの信号を用いて前記ノイズを除去するかを選択する請求項１に記載の撮像装置。
前記選択部は、前記撮像装置に設定されたＩＳＯ感度により、前記第２信号及び前記第３信号のうち、いずれの信号を用いて前記ノイズを除去するかを選択する請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
前記選択部は、前記撮像装置に設定されたＦ値により、前記第２信号及び前記第３信号のうち、いずれの信号を用いて前記ノイズを除去するかを選択する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第１画素は、電荷を蓄積する第１光電変換部を有し、
前記第２画素は、電荷を蓄積する第２光電変換部と、前記第２光電変換部に入射する光を遮る第１遮光膜と、
前記第３画素は、電荷を蓄積する第３光電変換部と、前記第３光電変換部に入射する光を遮る第２遮光膜と、を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第２領域は、入射する光を遮る第３遮光膜を有する第４画素が配置され、
前記第４画素は、電荷を蓄積する光電変換部を有しない請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第２信号及び前記第３信号のうち、前記選択部により選択された信号と前記第４画素で生成された信号とにより前記第１信号を補正する補正部を備える請求項６に記載の撮像装置。
前記補正部は、前記第２信号及び前記第３信号のうち、前記選択部により選択された信号と前記第４画素で生成された信号との差分信号により前記第１信号を補正する請求項７に記載の撮像装置。
前記第２画素は、前記第１領域において中央部分に配置されている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の撮像装置。