JP6733229B2 - 固体撮像装置、画像読取装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置、画像読取装置および画像形成装置に関する。

ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサに代表される固体撮像素子は、ビデオカメラやデジタルカメラ、複写機、スキャナ等、さまざまな撮像機器に用いられている。

このような固体撮像素子は、入射した光量に応じた電荷を発生する複数の光電変換素子を、１行（リニアイメージセンサ）または複数行（エリアイメージセンサ）に配置した構成をなしており、各光電変換素子（画素）が蓄積した電荷を電気信号に変換して出力する。この電荷の発生過程および電荷を電気信号に変換して出力する過程において、画素毎のばらつきによってノイズが発生するおそれがある。したがって、光が入射しないときに固体撮像素子が出力する電気信号の基準レベル（基準黒レベル）は、行毎、撮像毎に異なっていた。基準黒レベルを統一するために、固体撮像素子の一部の画素を遮光することによって、入射光量によらずに、常に基準黒レベルを出力する遮光画素として、遮光画素が出力する電気信号のレベルを基準黒レベルとする技術が知られている。このような固体撮像装置では、遮光されていない有効領域が出力する電気信号の信号レベルを、基準黒レベルに基づいて補正していた。

しかしながら、このような従来の固体撮像装置における信号レベルの補正方法によると、リニアイメージセンサでは、取得した基準黒レベルを一旦メモリに保存して、その次の撮像で有効領域が出力する電気信号に対して、メモリに保存した１撮像前の基準黒レベルを用いて信号レベルの補正を行っていた。また、エリアイメージセンサでは、取得した基準黒レベルを一旦メモリに保存して、その次の行の有効領域が出力する電気信号に対して、メモリに保存した１行前の基準黒レベルを用いて信号レベルの補正を行っていた。そのため、撮像毎、あるいは行毎にノイズの発生状況が異なる場合において、信号レベルの正確な補正を実施することができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、行毎、さらには撮像毎にノイズの発生状況が異なる場合であっても、信号レベルが補正された、均一な画像を得ることができる固体撮像装置、画像読取装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入射した光を当該光の量に応じた量の電荷に変換して蓄積する複数の画素を、少なくとも１方向に沿って配置した固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、遮光されていない前記画素を配置した有効領域と、遮光された前記画素を、前記有効領域の一方の端部に配置した第１遮光領域と、遮光された前記画素を、前記有効領域の他方の端部に配置した第２遮光領域と、前記第１遮光領域と前記有効領域と前記第２遮光領域に属する前記画素が蓄積した前記電荷を、少なくとも１時刻に、１２ビットの画像データに変換するＡＤ変換部と、前記第１遮光領域および前記第２遮光領域から得た前記画像データである遮光データと、前記有効領域から得た前記画像データである有効データを、前記画素毎に読み出す信号読出部と、前記遮光データが有する基準黒レベルを、前記遮光データを得た時刻毎に推定する基準黒レベル推定部と、推定された前記基準黒レベルに基づいて、当該基準黒レベルを推定する際に用いた前記遮光データと同じ時刻に得た前記有効データの大きさを補正するレベル補正部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像を行った際に、行毎の黒レベルの変動、および撮像毎の基準黒レベルの変動によらずに、信号レベルが補正された均一な画像を得ることができる。

図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 図２は、固体撮像装置の画像データ保持部と水平読出部の詳細な構成を示すブロック図である。 図３は、固体撮像装置の読出制御部と水平読出部が行う画像データ読出処理のタイミングチャートである。 図４は、固体撮像装置の演算処理部の詳細構成を示すブロック図である。 図５は、基準黒レベルを算出する際に選択する遮光データの範囲について説明する図である。 図６は、演算処理部が黒レベル補正処理を行う例を示す図であり、図６（ａ）は、同一ラインの黒レベルを基準黒レベルとして補正を行う例である。図６（ｂ）は、１ライン前の黒レベルを基準黒レベルとして補正を行う比較例である。 図７は、左右の遮光領域の出力を用いて黒レベルの補正を行う効果を説明する図である。 図８は、有効データの位置に応じて、黒レベル補正処理に使用する基準黒レベルを変更する処理について説明する図であり、図８（ａ）は、有効データの位置に応じて、参照する遮光データを変更する例である。図８（ｂ）は、有効データの位置に応じて、遮光データの参照方法を変更する例である。 図９は、第２の実施形態に係る固体撮像装置のＡＤ変換部の構成を示すブロック図である。 図１０は、固体撮像装置の演算処理部の構成を示すブロック図である。 図１１は、固体撮像装置を有する画像読取装置を備えた画像形成装置の概要を示す図である。

以下に、添付図面を参照して、固体撮像装置の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
まず、固体撮像装置５０ａの全体構成について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置５０ａの全体構成を示すブロック図である。固体撮像装置５０ａは、画素領域１０と、ＡＤ変換部１５と、画像データ保持部１６と、水平読出部１７と、読出制御部１８と、演算処理部１９を備える。なお、このうち、画素領域１０と、ＡＤ変換部１５と、画像データ保持部１６と、水平読出部１７は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子８を構成している。

画素領域１０は、複数の光電変換素子１４を備える。光電変換素子１４は、固体撮像装置５０ａに入射した光を、受光量に応じた量の電荷Ｑに変換して各光電変換素子１４に蓄積する光電変換手段として機能する。各光電変換素子１４を、以後画素２２と呼ぶ。画素２２は、オーバーフローしない範囲で、多くの光が入射するほど多くの量の電荷Ｑを蓄積する。画素領域１０には、同じ構造の画素２２が、左右方向（図１のｘ方向）および上下方向（図１のｙ方向）に２次元行列状に複数配置されている。なお、画素領域１０を構成する全ての画素２２には、同一期間に亘って光を入射した際に発生する電荷Ｑが蓄積されるとする。

画素領域１０は、左から順に、左遮光領域１０Ｌと、有効領域１０Ｃと、右遮光領域１０Ｒを備える。左遮光領域１０Ｌは、左右ＭＬ画素、上下Ｎ画素からなる。左遮光領域１０Ｌに属する画素２２は、表面が金属層等によって遮光されている。したがって、左遮光領域１０Ｌに属する画素２２は、光が入射した状態であっても、光が当たっていないときに蓄積されるのと同じ量の電荷Ｑを蓄積する。この左遮光領域１０Ｌは、本発明における第１遮光領域に相当する。

有効領域１０Ｃは、左遮光領域１０Ｌの右方の端部に隣接して配置されており、左右Ｍ画素、上下Ｎ画素からなる。有効領域１０Ｃに属する画素２２は、表面が遮光されていない。したがって、有効領域１０Ｃに属する画素２２は、光が入射したときに、入射した光の量に応じた量の電荷Ｑを蓄積する。

右遮光領域１０Ｒは、有効領域１０Ｃの右方の端部に隣接して配置されており、左右ＭＲ画素、上下Ｎ画素からなる。右遮光領域１０Ｒに属する画素２２は、左遮光領域１０Ｌに属する画素２２と同じ構成を有している。この右遮光領域１０Ｒは、本発明における第２遮光領域に相当する。

ＡＤ変換部１５は、光が入射した画素２２に蓄積した電荷Ｑに応じたアナログ電圧信号を、後述する読出制御部１８が指示する所定のタイミングで、デジタル電圧信号（以下、単に電気信号と呼ぶ）へと変換して出力する。ＡＤ変換部１５は、画素領域１０を構成する画素２２毎に発生したアナログ電圧信号を、単一の列（ｙ方向の画素２２の組）毎、あるいは、複数の列毎に、それぞれ一つのＡＤ変換器１２によって電気信号へと変換するＡＤ変換処理を行う。本実施形態では、符号付き１２ｂｉｔのＡＤ変換器１２の使用を想定する。すなわち、光の入射がないときに得られるアナログ電圧信号の理想的なＡＤ変換結果を０ＬＳＢ（Least Significant Bit）として、光電変換素子１４が飽和する光が入射した場合に得られるアナログ電圧信号の理想的なＡＤ変換結果を＋４０９５ＬＳＢとする。

なお、固体撮像装置５０ａは、複数のＡＤ変換器１２が同時にＡＤ変換処理を行って、同一行の左遮光領域１０Ｌ、有効領域１０Ｃ、右遮光領域１０Ｒに属する各画素２２が蓄積した電荷Ｑを同時に（１時刻に）電気信号に変換するものとする。また、一般には、ＡＤ変換処理を行う前後で、回路構成に起因するノイズ成分の除去を目的としたＣＤＳ（相関二重サンプリング；Correlated Double Sampling）処理を行うが、本発明と直接関係しないため説明を省略する。

画像データ保持部１６は、ＡＤ変換部１５がＡＤ変換処理によって出力した電気信号を、画像データ保持部１６が有するメモリ回路に一時的に保持する。

画像データ保持部１６は、画素領域１０で発生したアナログ電圧信号をＡＤ変換器１２で電気信号に変換して保持するために、左右ＭＬ＋Ｍ＋ＭＲ画素、上下Ｎ画素分の電気信号を保持するメモリ回路を有している。画像データ保持部１６が保持する電気信号は、画素２２が蓄積した電荷Ｑが多いほど高い電圧を有する。すなわち、電気信号は、画素領域１０が撮像した範囲の明るさを表しているとみなすことができる。そのため、画像データ保持部１６に保持された電気信号を、以後画像データＩ（ｘ，ｙ）（０≦ｘ≦ＭＬ＋Ｍ＋ＭＲ−１，０≦ｙ≦Ｎ−１）と呼ぶ。

なお、画像データＩ（ｘ，ｙ）のうち、左遮光領域１０Ｌおよび右遮光領域１０Ｒから得た画像データＩ（ｘ，ｙ）を、以後、遮光データＩｌｒ（ｘ，ｙ）と呼ぶ。また、画像データＩ（ｘ，ｙ）のうち、有効領域１０Ｃから得た画像データＩ（ｘ，ｙ）を、以後、有効データＩｃ（ｘ，ｙ）と呼ぶ。

水平読出部１７は、後述する読出制御部１８からの指示によって、画像データ保持部１６が保持する画像データＩ（ｘ，ｙ）を画素毎に読み出して、読み出した画像データＩ（ｘ，ｙ）をｘ方向に左端側から右端側へとシフトさせる。この水平読出部１７は、本発明における信号読出部に相当する。

読出制御部１８は、後述する各種制御信号を生成して出力し、水平読出部１７に対して、画像データ保持部１６が保持する画像データＩ（ｘ，ｙ）を読み出す指示を与える。また、読出制御部１８は、ＡＤ変換部１５に対して、画素２２が蓄積した電荷Ｑを電気信号へと変換する指示を与える。

演算処理部１９は、水平読出部１７が読み出した画像データＩ（ｘ，ｙ）に対して、画像データＩ（ｘ，ｙ）の行毎に、左遮光領域１０Ｌおよび右遮光領域１０Ｒに属する画素２２から得た遮光データＩｌｒ（ｘ，ｙ）の信号レベルである基準黒レベルＢｒｅｆを算出する。そして、演算処理部１９は、算出した基準黒レベルＢｒｅｆに基づいて、当該行の有効領域１０Ｃに属する画素２２から得た有効データＩｃ（ｘ，ｙ）の信号レベルを補正する黒レベル補正処理を行う。なお、基準黒レベルＢｒｅｆの算出方法を含む演算処理部１９の詳細な作用については後述する。

（画像データ保持部と水平読出部の構成の説明）
次に、固体撮像装置５０ａにおける画像データ保持部１６と水平読出部１７の詳細な構成について、図２を用いて説明する。図２は、固体撮像装置５０ａの画像データ保持部１６と水平読出部１７の詳細な構成を示すブロック図である。なお、図２は、説明を簡単にするため、図１の画素領域１０に、画素２２を１行分のみ配置した構成例を示している。そして、以後の説明は、この１行構成の画像データについて行う。したがって、以降、画像データＩ（ｘ，ｙ）をＩ（ｘ）（０≦ｘ≦ＭＬ＋Ｍ＋ＭＲ−１）で表記する。そして、遮光データをＩｌｒ（ｘ）、有効データをＩｃ（ｘ）で表記する。なお、遮光データをＩｌｒ（ｘ）のうち、左遮光領域１０Ｌから得た遮光データを左遮光データＩｌ（ｘ）で表し、右遮光領域１０Ｒから得た遮光データを右遮光データＩｒ（ｘ）で表す。

画像データ保持部１６は、左遮光データ保持部１６Ｌと、有効データ保持部１６Ｃと、右遮光データ保持部１６Ｒを備える。

左遮光データ保持部１６Ｌは、図１の左遮光領域１０Ｌに属する画素２２が蓄積した電荷Ｑに基づく左遮光データＩｌ（ｘ）（０≦ｘ≦ＭＬ−１）を保持する。有効データ保持部１６Ｃは、図１の有効領域１０Ｃに属する画素２２が蓄積した電荷Ｑに基づく有効データＩｃ（ｘ）（ＭＬ≦ｘ≦ＭＬ＋Ｍ−１）を保持する。右遮光データ保持部１６Ｒは、図１の右遮光領域１０Ｒに属する画素２２が蓄積した電荷Ｑに基づく右遮光データＩｒ（ｘ）（ＭＬ＋Ｍ≦ｘ≦ＭＬ＋Ｍ＋ＭＲ−１）を保持する。

水平読出部１７は、データ選択部２０とデータ転送部２１を備える。水平読出部１７は、読出制御部１８の指示によって、画像データ保持部１６が保持する画像データＩ（ｘ）を読み出す画像データ読出処理を行う。

データ選択部２０は、左遮光データ選択部２０Ｌと有効データ選択部２０Ｃと右遮光データ選択部２０Ｒを備える。左遮光データ選択部２０Ｌは、左遮光データ保持部１６Ｌが保持する左遮光データＩｌ（ｘ）を選択して読み出す。有効データ選択部２０Ｃは、有効データ保持部１６Ｃが保持する有効データＩｃ（ｘ）を選択して読み出す。右遮光データ選択部２０Ｒは、右遮光データ保持部１６Ｒが保持する右遮光データＩｒ（ｘ）を選択して読み出す。

データ選択部２０は、読出制御部１８が出力する読出開始信号（右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ、有効領域読出開始信号Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤ、左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ）のパルス発生タイミングに基づいて、画像データ保持部１６が保持する画像データＩ（ｘ）を、左端側から右端側の順にデータ転送部２１へ転送する。なお、図２に示すように、読出開始信号のうち左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤは、左遮光データ選択部２０Ｌに入力される。また、有効領域読出開始信号Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤは、有効データ選択部２０Ｃに入力され、右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤは、右遮光データ選択部２０Ｒに入力される。

右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤは、右遮光データ保持部１６Ｒが保持する右遮光データＩｒ（ｘ）の読み出し開始を指示するパルス信号である。左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤは、左遮光データ保持部１６Ｌが保持する左遮光データＩｌ（ｘ）の読み出し開始を指示するパルス信号である。そして、有効領域読出開始信号Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤは、有効データ保持部１６Ｃが保持する有効データＩｃ（ｘ）の読み出し開始を指示するパルス信号である。

例えば、データ選択部２０のうち、右遮光データ選択部２０Ｒは、右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤのパルス信号を検出すると、右遮光データ保持部１６Ｒが保持する右遮光データＩｒ（ｘ）のうち、右遮光データ保持部１６Ｒの左端に保持された、ｘ＝ＭＬ＋Ｍに対応する右遮光データＩｒ（ｘ）を選択する。

そして、右遮光データ選択部２０Ｒは、選択した右遮光データＩｒ（ｘ）を、データ転送部２１に転送する。続いて、右遮光データ選択部２０Ｒは、右遮光データ保持部１６Ｒの左から２番目のｘ＝ＭＬ＋Ｍ＋１に対応する画素２２から得た右遮光データＩｒ（ｘ）を選択して、データ転送部２１に転送する。

左遮光データ選択部２０Ｌと有効データ選択部２０Ｃも、右遮光データ選択部２０Ｒと同様に作用する。

データ転送部２１は、データ選択部２０から転送された画像データＩ（ｘ）を、左端側から右端側へとデータシフトする。このデータシフトは、例えば、複数のフリップフロップを接続して構成したシフトレジスタによって行う。データ転送部２１が出力端子Ｏｕｔから出力する画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔには、右遮光データ保持部１６Ｒが保持する右遮光データＩｒ（ｘ）が、左端側から右端側に向かって順に出力される。同様に、画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔは、左遮光データ保持部１６Ｌが保持する左遮光データＩｌ（ｘ）、および有効データ保持部１６Ｃが保持する有効データＩｃ（ｘ）を、それぞれ左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ、有効領域読出開始信号Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤのパルス発生タイミングに基づいて、左端側から右端側に向かって順に出力する。

（画像データ読出処理の説明）
次に、読出制御部１８と水平読出部１７が行う画像データ読出処理の制御タイミングについて、図１から図３を用いて説明する。なお、図３は、前述した読出制御部１８と水平読出部１７が行う画像データ読出処理のタイミングチャートである。

読出制御部１８は、図２に示すように、水平同期信号ＬＩＮＥ＿ＳＹＮＣと、水平同期信号ＬＩＮＥ＿ＳＹＮＣに同期した読出開始信号（左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ、有効領域読出開始信号Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤ、右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ）を生成して出力する。水平同期信号ＬＩＮＥ＿ＳＹＮＣは、図１のＡＤ変換部１５に入力される。読出開始信号は、データ選択部２０に入力される。

読出開始信号（左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ、有効領域読出開始信号Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤ、右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ）は、前述したように、画像データ保持部１６が保持する画像データＩ（ｘ）のデータ転送部２１へ転送開始を指示する。

水平同期信号ＬＩＮＥ＿ＳＹＮＣは、図２の画像データ保持部１６が保持する画像データＩ（ｘ）の読取周期を示す信号である。水平同期信号ＬＩＮＥ＿ＳＹＮＣのパルス発生毎に、図１のＡＤ変換部１５は、固体撮像装置５０ａの各画素２２が蓄積した電荷Ｑを電気信号に変換して、画像データＩ（ｘ）として画像データ保持部１６に保持する。したがって、画像データ保持部１６に保持される画像データＩ（ｘ）は、水平同期信号ＬＩＮＥ＿ＳＹＮＣのパルス間隔と同じ間隔で更新される。

データ選択部２０は、読出制御部１８が出力した読出開始信号（Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ、Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤ、Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ）を受けて、データ選択部２０のうち、読出開始信号の種類に応じた位置に接続された画像データ保持部１６が保持する画像データＩ（ｘ）（右遮光データＩｒ（ｘ）、有効データＩｃ（ｘ）、左遮光データＩｌ（ｘ））を、データ転送部２１へと左端側から右端側の順に出力する。

データ転送部２１が行う、左端側から右端側への画像データＩ（ｘ）のシフトに要する時間は、画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔを出力するデータ転送部２１の出力端子Ｏｕｔからの距離、すなわち、データ転送を行うシフトレジスタの段数に応じて異なる。

例えば、図２の固体撮像装置５０ａでは、左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤのパルス発生から、左遮光データ保持部１６Ｌが保持する左遮光データＩｌ（ｘ）がデータ転送部２１から出力されるまでの時間は、シフトレジスタの段数が最も多いため、最も時間を要する。一方、右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤのパルス発生から、右遮光データ保持部１６Ｒが保持する右遮光データＩｒ（ｘ）がデータ転送部２１から出力されるまでの時間は、シフトレジスタの段数が最も少ないため、最も時間を要さない。

本実施形態の固体撮像装置５０ａは、図３に示すように、データ転送部２１が、画像データＩ（ｘ）を、右遮光データ保持部１６Ｒが保持する右遮光データＩｒ（ｘ）（以下、位置座標を考慮しなくてよいときは、単に右遮光データＲ＿ＯＢと呼ぶ）に続いて、左遮光データ保持部１６Ｌが保持する左遮光データＩｌ（ｘ）(以下、位置座標を考慮しなくてよいときは、単に左遮光データＬ＿ＯＢと呼ぶ）、有効画素データ保持部１６Ｃが保持する有効データＩｃ（ｘ）(以下、位置座標を考慮しなくてよいときは、単に有効データＶＡＬＩＤと呼ぶ）の順序で読み出すことが特徴である。

すなわち、読出制御部１８は、最初に、読み出しに最も時間を要する左遮光データ保持部１６Ｌに対して、左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤによって、左遮光データＬ＿ＯＢの読み出し開始の指示を与える。次に、読み出しに最も時間を要さない右遮光データ保持部１６Ｒに対して、右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤによって、右遮光データＲ＿ＯＢの読み出し開始の指示を与える。最後に、有効データ保持部１６Ｃに対して、有効領域読出開始信号Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤによって、有効データＶＡＬＩＤの読み出し開始の指示を与える。

読出制御部１８が、このようなタイミングで読出開始信号（Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ、Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤ、Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ）を出力することによって、図３に示すように、データ転送部２１は、画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔとして、画像データＩ（ｘ）を、右遮光データＲ＿ＯＢ、左遮光データＬ＿ＯＢ、有効データＶＡＬＩＤの順序で読み出す。

なお、図３では、右遮光データＲ＿ＯＢに続いて、左遮光データＬ＿ＯＢを出力する場合について図示したが、これは、左遮光データＬ＿ＯＢに続いて右遮光データＲ＿ＯＢを出力してもよい。なお、以下の説明において、右遮光データＲ＿ＯＢと左遮光データＬ＿ＯＢを合わせて、遮光データＯＢと呼ぶ。

前述した読出順序は、読出制御部１８が、読出開始信号（左遮光領域読出開始信号Ｌ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ、有効領域読出開始信号Ｖ＿ＰＩＸ＿ＲＥＡＤ、右遮光領域読出開始信号Ｒ＿ＯＢ＿ＲＥＡＤ）の出力タイミングを調整することによって実現することができる。すなわち、画素領域１０を構成するｘ方向の画素２２の総数、データ転送部２１においてデータ転送を行う際に発生する遅延時間、データ転送部２１の出力端子Ｏｕｔの設置位置等を考慮して、画像データＩ（ｘ）を所定の順序で読み出すように、各読出開始信号の出力タイミングを予め設定することができる。そして、読出制御部１８は、設定された出力タイミングに従って、図３に示すように各読出開始信号を出力する。

（演算処理部の構成と作用の説明）
次に、演算処理部１９の詳細構成および作用について、図４を用いて説明する。図４は、演算処理部１９の詳細構成を示すブロック図である。演算処理部１９は、演算制御手段３５と、平均値算出部３０と、減算処理部３６と、乗算処理部３７と、加算処理部３８と、平均値保持部３１と、補正値設定手段３２と、ゲイン保持部３３と、オフセット保持部３４と、入力端子４０と、出力端子４１を備える。

演算制御手段３５は、入力端子４０から入力された画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔのタイミングに合わせて、演算処理部１９の各部を制御する。すなわち、演算制御手段３５は、画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔをモニタして、何画素目の画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔが入力されたかを把握しているものとする。

平均値算出部３０は、画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔの中から、１ライン分の遮光データＯＢに対して、その平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を算出する平均値算出処理を行う。この平均値算出部３０は、本発明における基準黒レベル推定部に相当する。なお、平均値算出処理について、詳しくは後述する。

平均値保持部３１は、平均値算出部３０が算出した平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を保持する。

補正値設定手段３２は、有効データＶＡＬＩＤを、演算処理部１９の後段に接続するアプリケーションに応じた使用しやすい形式に変換するために、有効データＶＡＬＩＤに乗じる倍率を規定するゲイン値Ｇと、有効データＶＡＬＩＤに加算するオフセット値Ｏｆｆを設定する。具体的なゲイン値Ｇとオフセット値Ｏｆｆは、有効データＶＡＬＩＤの用途に応じて適宜設定される。

ゲイン保持部３３は、補正値設定手段３２が設定したゲイン値Ｇを保持する。

オフセット保持部３４は、補正値設定手段３２が設定したオフセット値Ｏｆｆを保持する。

減算処理部３６は、画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔの中から１ライン分の有効データＶＡＬＩＤを読み出して、読み出した有効データＶＡＬＩＤから、平均値保持部３１が保持する平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を減算する減算処理を行う。この減算処理部３６は、本発明におけるレベル補正部に相当する。そして、減算処理部３６の出力が、補正後有効データＶＡＬＩＤ’となる。なお、減算処理について、詳しくは後述する。

乗算処理部３７は、補正後有効データＶＡＬＩＤ’に対して、ゲイン保持部３３が保持するゲイン値Ｇを乗算する乗算処理を行う。

加算処理部３８は、乗算処理部３７において乗算処理を行った結果に対して、オフセット保持部３４が保持するオフセット値Ｏｆｆを加算する加算処理を行う。

（平均値算出処理の説明）
以下、平均値算出部３０が行う平均値算出処理の内容について、詳しく説明する。遮光データＯＢは、遮光された画素２２から得られる画像データであるため、理想的には０ＬＳＢのレベルの画像データが得られるはずである。しかし、例えば、光電変換素子１４の製造ばらつきや、光電変換素子１４からＡＤ変換部１５を経て電気信号に変換されるまでの間に何らかのノイズの影響を受けると、遮光データＯＢにはばらつきが発生する。このばらつきの影響を軽減するために、遮光データＯＢに対する平均値算出処理を行う。さらに、左遮光領域１０Ｌと右遮光領域１０Ｒに属する画素２２（光電変換素子１４）が欠陥を含む場合にも、その欠陥の影響を軽減するために平均値算出処理は有効である。平均値算出処理によって算出された平均値Ａｖｅ（ＯＢ）は、左遮光データ保持部１６Ｌおよび右遮光データ保持部１６Ｒが保持する遮光データＯＢが本来出力すべき信号レベルである基準黒レベルＢｒｅｆとみなすことができる。

なお、左遮光データ保持部１６Ｌおよび右遮光データ保持部１６Ｒが保持する遮光データＯＢから基準黒レベルＢｒｅｆを算出するときには、左遮光データ保持部１６Ｌおよび右遮光データ保持部１６Ｒが保持する全ての遮光データＯＢの中から、一部の範囲の遮光データＯＢのみを平均値算出処理の対象としてもよい。

例えば、左遮光データ保持部１６Ｌの左端の画像データＩ（ｘ）に着目すると、左遮光データ保持部１６Ｌの左側には画素２２が存在しないため、画像データＩ（ｘ）自体が存在しない。画素領域１０に配置された光電変換素子１４の構造は全て同一であるが、このように、端部の光電変換素子１４から得られる画像データＩ（ｘ）は、左右の光電変換素子１４に挟まれた光電変換素子１４から得られる画像データＩ（ｘ）と異なって、画像データＩ（ｘ）にばらつきが発生する場合がある。これは、固体撮像素子８における配線レイアウト等の設計要素の影響による。

また、左遮光データ保持部１６Ｌの右端の画像データＩ（ｘ）は、遮光されていない有効データ保持部１６Ｃに隣接している。したがって、例えば、隣接する有効領域１０Ｃの画素２２に入射した光が漏れ出して、左遮光データ保持部１６Ｌの右端の画素２２に流れ込んでしまう可能性がある。そのため、左遮光データ保持部１６Ｌの右端の画素２２から得られる画像データＩ（ｘ）のレベルは、左遮光データ保持部１６Ｌの他の画素２２とは異なる可能性がある。

そのため、より精度の高い基準黒レベルＢｒｅｆを算出するために、左遮光データＬ＿ＯＢの一部の範囲のみを平均値算出処理に用いるのが望ましい。一部の範囲は、左遮光データＬ＿ＯＢのうち、図１の画素領域１０の外縁に接しない領域、および有効領域１０Ｃに接しない領域とするのが望ましい。

同様に、右遮光データ保持部１６Ｒについても、画素領域１０の端部に接しない領域および有効領域１０Ｃに接しない領域を、平均値算出処理の対象とするのが望ましい。このようにして設定した平均値算出処理の対象範囲は、演算制御手段３５に記憶しておく。そして、演算制御手段３５は、画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔの中から、平均値算出処理の対象範囲の画像データＩ（ｘ）のみを抽出して平均値算出処理を行う。

図５は、右遮光データＲ＿ＯＢの内部に、図１に示した画素領域１０の端部および有効領域１０Ｃに接しない範囲である内部領域Ｚｒを設定した例を示す図である。また、図５は、左遮光データＬ＿ＯＢの内部に、画素領域１０の端部および有効領域１０Ｃに接しない範囲である内部領域Ｚｌを設定した例を示す図である。遮光データＯＢのうち、この内部領域Ｚｒ、Ｚｌに属する画素２２のみの平均値算出処理を行うことによって、平均値Ａｖｅ（ＯＢ）（ただし、内部領域Ｚｒ、Ｚｌの内部のみ）を算出する。このようにして算出した平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を、基準黒レベルＢｒｅｆとして、有効データＶＡＬＩＤの黒レベル補正処理を行う。これによって、より精度の高い基準黒レベルＢｒｅｆを算出することができる。

（減算処理の説明）
次に、減算処理部３６が行う減算処理について説明する。有効データＶＡＬＩＤは、有効データ保持部１６Ｃが保持する、遮光されていない画素２２から得られるデータである。したがって、光が入射しない場合には、有効データＶＡＬＩＤとして、左遮光データＬ＿ＯＢおよび右遮光データＲ＿ＯＢと同等の０ＬＳＢのデータが得られる。逆に、強い光が入射する場合、例えば、画像データＩ（ｘ）が飽和するレベルの光が入射する場合であれば、有効データＶＡＬＩＤとして、＋４０９５ＬＳＢのデータが得られる。

しかし、遮光データＯＢと同様に、遮光されていない画素２２から得られる有効データＶＡＬＩＤについても、光電変換素子１４の製造ばらつきやノイズ成分の混入のために、光が入射していない状態で得られる画像データＩ（ｘ）が、理想とする０ＬＳＢからずれてしまう。本実施形態では、画像データＩ（ｘ）は理想的には４０９６段階の分解能を持つが、光が入射しない状態で撮像した際に得られる画像データＩ（ｘ）が０ＬＳＢからずれている場合には、その精度が悪化してしまう。

具体的な例をあげて説明する。今、遮光データＯＢの平均値Ａｖｅ（ＯＢ）として、＋１０ＬＳＢのレベルが得られたとする。そして、明るい指標を撮像したときに、有効データＶＡＬＩＤとして＋４０９５ＬＳＢが得られたとする。画像データＩ（ｘ）の再現性は、黒画像のレベルを基準とするために、この例における有効データＶＡＬＩＤは、＋４０９５ＬＳＢではなく、そこから１０ＬＳＢを減算した＋４０８５ＬＳＢと判断するべきである。このように、画像データＩ（ｘ）の基準となる黒レベルがずれると、撮像した画像を正確に再現できなくなってしまう。

この明るさのずれを補正するために、有効データＶＡＬＩＤから遮光データＯＢの平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を減算する減算処理を行う。前述した例では、平均値保持部３１に、基準黒レベルＢｒｅｆとして遮光データＯＢの平均値Ａｖｅ（ＯＢ）である１０ＬＳＢを保持しておく。そして、有効データＶＡＬＩＤから基準黒レベルＢｒｅｆである１０ＬＳＢを減算することによって、有効データＶＡＬＩＤとして得た＋４０９５ＬＳＢを、補正後有効データＶＡＬＩＤ’ として＋４０８５ＬＳＢに補正する。

（黒レベル補正処理の実例の説明）
次に、図６を用いて、演算処理部１９が行う黒レベル補正処理について、従来の黒レベル補正処理と比較して説明する。図６は、演算処理部１９が行う黒レベル補正処理の例を示す図である。特に、図６（ａ）は、同一ラインの黒レベルを基準黒レベルＢｒｅｆとして黒レベル補正処理を行う、本実施形態の例を示す。また、図６（ｂ）は、対比例として、１ライン前の黒レベルを基準黒レベルＢｒｅｆとして黒レベル補正処理を行う例を示す。なお、図６に示す例は、いずれも、有効領域１０Ｃに光を照射しない状態、すなわち、０ＬＳＢ相当の出力が得られる条件で取得した有効データＶＡＬＩＤを、遮光データＯＢから算出した基準黒レベルＢｒｅｆに基づいて補正する例である。

図６（ａ）に示すように、画素領域１０の異なるライン（Ｌ１、Ｌ２、…）における遮光データＯＢからそれぞれ算出した基準黒レベルＢｒｅｆが、Ｐ１、Ｐ２、…であったとする。このように、基準黒レベルＢｒｅｆはライン毎に変動している。

このとき、ラインＬ１の有効データＶＡＬＩＤは、ラインＬ１における基準黒レベルＢｒｅｆであるＰ１に近いレベルを有する。したがって、有効データＶＡＬＩＤから、同じラインＬ１の基準黒レベルＢｒｅｆであるＰ１を減算することによって、補正後有効データＶＡＬＩＤ’は、図６（ａ）に示すように０ＬＳＢとなる。

このように、同一ラインの遮光データＯＢから算出した基準黒レベルＢｒｅｆを用いて補正を行うときには、変動した基準黒レベルＢｒｅｆを、黒レベル補正処理を行う際の減算値として使用するため、有効データＶＡＬＩＤ内のレベルの変動をキャンセルすることができる。そして、有効データＶＡＬＩＤから基準黒レベルＢｒｅｆを減算して得られる補正後有効データＶＡＬＩＤ’は、各ラインにおいて一定の値となる。すなわち、異なるライン間において基準黒レベルＢｒｅｆが変動した場合であっても、補正後有効データＶＡＬＩＤ’の変動を抑制することができるため、横縞のない均一な画像を得ることができる。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、１ライン前の遮光データＯＢから算出した基準黒レベルＢｒｅｆに基づいて補正を行ったときには、補正後有効データＶＡＬＩＤ’は０ＬＳＢにならない。

すなわち、画素領域１０の異なるライン（Ｌ１、Ｌ２、…）における遮光データＯＢから算出した基準黒レベルＢｒｅｆが、図６（ａ）と同様にＰ１、Ｐ２、…であったとする。このとき、例えば、ラインＬ２における有効データＶＡＬＩＤは、ラインＬ２における基準黒レベルＢｒｅｆであるＰ２に近いレベルを有する。このとき、有効データＶＡＬＩＤから、1ライン前のラインＬ１における基準黒レベルＢｒｅｆであるＰ１を減算すると、補正後有効データＶＡＬＩＤ’は、０ＬＳＢではなくＰ３となる。他のラインも同様である。このように、１ライン前の遮光データＯＢを用いて黒レベル補正処理を行うと、補正後有効データＶＡＬＩＤ’のライン毎の変動を抑制することができない。なお、図６は、画素領域１０が複数のラインを有するエリアイメージセンサを例にして説明した図であるが、画素領域１０が１ラインからなるリニアイメージセンサの場合には、図６の横軸を撮像回数と読み替えれば、同様に説明することができる。

次に、図７を用いて、有効データＶＡＬＩＤの黒レベル補正処理を行う際に、右遮光データＲ＿ＯＢおよび左遮光データＬ＿ＯＢをともに用いた効果について説明する。図７は、右遮光データＲ＿ＯＢおよび左遮光データＬ＿ＯＢを用いて、有効データＶＡＬＩＤの黒レベル補正処理を行う様子を示す図である。

図７に示すように、有効データＶＡＬＩＤから遮光データＯＢの平均値を減算した場合の補正結果Ｃａは、右遮光データＲ＿ＯＢのみの平均値を減算した場合の補正結果Ｃｂ、左遮光データＬ＿ＯＢのみの平均値を減算した場合の補正結果Ｃｃと比べて、最も０ＬＳＢに近い値となる。すなわち、右遮光データＲ＿ＯＢおよび左遮光データＬ＿ＯＢをともに用いたときに、黒レベル補正処理による補正効果が高くなることがわかる。

この理由は、以下のように説明することができる。すなわち、有効領域１０Ｃには、ｘ方向（行方向）に大量の画素が配置される。同様にＡＤ変換器１２も行方向に大量に配置される。このとき、例えば、画素領域１０の左方にノイズ源となる回路が存在する場合には、左遮光データＬ＿ＯＢと右遮光データＲ＿ＯＢとで、ノイズ源からの距離が異なるため、ノイズの影響度合いが異なる。そのため、ノイズ源の影響によって画像データＩ（ｘ）の変動が大きい側の遮光データ（Ｌ＿ＯＢまたはＲ＿ＯＢ）のみに基づく平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を使用して黒レベル補正処理を行うと、ノイズ源の影響を受けない画像データＩ（ｘ）の変動が小さい側では過補正となる。逆に、ノイズ源の影響を受けない画像データＩ（ｘ）の変動が小さい側の遮光データ（Ｌ＿ＯＢまたはＲ＿ＯＢ）のみに基づく平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を使用して黒レベル補正処理を行うと、ノイズ源の影響を受ける側で補正不足となる。したがって、補正された有効データＶＡＬＩＤは、不均一な画像になる可能性がある。

したがって、第１の実施形態では、右遮光データＲ＿ＯＢおよび左遮光データＬ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を基準黒レベルＢｒｅｆとすることによって、画素領域１０の近傍にノイズ源が存在する状態であっても、黒レベル補正処理を行うことによって均一な画像を得ることができる。

さらに、この基準黒レベルＢｒｅｆを、補正対象となる有効データＶＡＬＩＤの中の画素２２の位置に応じて変更してもよい。図８は、有効データＶＡＬＩＤの位置に応じて、黒レベル補正処理に使用する基準黒レベルＢｒｅｆを変更する処理について説明する図である。特に、図８（ａ）は、有効データＶＡＬＩＤの位置に応じて、基準黒レベルＢｒｅｆの算出の際に参照する遮光データＯＢを変更する例を示す。図８（ｂ）は、有効データＶＡＬＩＤの位置に応じて、基準黒レベルＢｒｅｆの算出の際に遮光データＯＢの参照方法を変更する例を示す。

図８（ａ）に示すように、有効領域１０Ｃに属する画素２２から得た有効データＶＡＬＩＤのうち、左遮光領域１０Ｌに接する部分領域である左方部分有効領域１０Ｃｌ（第１部分有効領域）から得た左方有効データＶＡＬＩＤｌに対しては、左遮光データＬ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（Ｌ＿ＯＢ）を基準黒レベルＢｒｅｆとして黒レベル補正処理を行う。

また、有効領域１０Ｃに属する画素２２から得た有効データＶＡＬＩＤのうち、右遮光領域１０Ｒに接する部分領域である右方部分有効領域１０Ｃｒ（第２部分有効領域）から得た右方有効データＶＡＬＩＤｒに対しては、右遮光データＲ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（Ｒ＿ＯＢ）を基準黒レベルＢｒｅｆとして黒レベル補正処理を行う。

そして、有効領域１０Ｃに属する画素２２から得た有効データＶＡＬＩＤのうち、左遮光領域１０Ｌにも右遮光領域１０Ｒにも接しない部分領域である中央部分有効領域１０Ｃｃ（第３部分有効領域）から得た中央有効データＶＡＬＩＤｃに対しては、右遮光データＲ＿ＯＢおよび左遮光データＬ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を基準黒レベルＢｒｅｆとして黒レベル補正処理を行う。

このように、有効データＶＡＬＩＤの黒レベル補正処理に用いる基準黒レベルＢｒｅｆを、補正対象となる有効データＶＡＬＩＤの位置に応じて変更することによって、ノイズの影響に偏りがあり、基準黒レベルＢｒｅｆの変動が有効データＶＡＬＩＤの左端近傍または右端近傍のいずれかで顕著に現れるときに、画素２２の位置に応じて基準黒レベルＢｒｅｆを調整することができるため、過補正や補正不足の発生を防止することができる。この黒レベル補正処理によって、均一な画像を得ることができる。

なお、有効データＶＡＬＩＤの黒レベル補正処理を行う際に、図８（ｂ）に示すように、中央有効データＶＡＬＩＤｃの中の画素２２の位置に応じて、左遮光データＬ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（Ｌ＿ＯＢ）と右遮光データＲ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（Ｒ＿ＯＢ）のうち、画素２２に近い側の遮光データ（Ｌ＿ＯＢまたはＲ＿ＯＢ）に高い重みを付けて基準黒レベルＢｒｅｆを算出してもよい。すなわち、図８（ｂ）において、中央有効データＶＡＬＩＤｃに属する画素数をＩ、黒レベル補正処理の対象画素が、中央有効データＶＡＬＩＤｃの左からｉ番目の画素２２であるとする。このとき、画素２２に対する基準黒レベルＢｒｅｆは、左遮光データＬ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（Ｌ＿ＯＢ）に重み（Ｉ−ｉ）／Ｉをかけて、右遮光データＲ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（Ｒ＿ＯＢ）に重みｉ／Ｉをかけて加算した値とする。

このように、中央有効データＶＡＬＩＤｃの中の画素２２の位置に応じて、より近い側の遮光データ（Ｌ＿ＯＢまたはＲ＿ＯＢ）に高い重みを付けて算出した基準黒レベルＢｒｅｆに基づいて黒レベル補正処理を行うことによって、ノイズの偏りの影響をより低減することができる。したがって、黒レベル補正処理によってより均一な画像を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の別の実施形態である第２の実施形態に係る固体撮像装置５０ｂについて、図面を用いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態で説明した、図１の固体撮像装置５０ａが有するＡＤ変換部１５とは異なる構成のＡＤ変換部を有する。また、読出制御部１８と演算処理部１９の内部構成が異なっている。それ以外の構成は、固体撮像装置５０ａと同じである。

まず、図９を用いて、第２の実施形態で使用するＡＤ変換部１３の構成について説明する。図９は、ＡＤ変換部１３の構成を示すブロック図である。ＡＤ変換部１３は、マルチプレクサ１１とＡＤ変換器１２を備える。ＡＤ変換器１２は、第１の実施形態で説明したＡＤ変換器１２と同じ構成を有する。

マルチプレクサ１１は、隣接する２つの画素２２である奇数（ＯＤＤ）画素２２ｏと偶数（ＥＶＥＮ）画素２２ｅがそれぞれ出力するアナログ電圧信号を入力として、選択制御信号Ｉｎ＿ＳＥＬによって、いずれかのアナログ電圧信号を選択して出力する。選択されたアナログ電圧信号は、ＡＤ変換器１２に入力される。なお、図９にはＡＤ変換器１２を１つしか図示しないが、実際は、画素領域１０が有する画素２２の総数に応じた数のＡＤ変換器１２を備える。

選択制御信号Ｉｎ＿ＳＥＬは、読出制御部１８（図１参照）が生成して出力する。第２の実施形態で使用する読出制御部１８は、第１の実施形態で使用した読出制御部１８に対して、この選択制御信号Ｉｎ＿ＳＥＬを生成して出力する点が異なる。

固体撮像装置５０ｂは、同一時刻に撮像された、奇数画素２２ｏの画像データＩ（ｘ）と偶数画素２２ｅの画像データＩ（ｘ）を、一つのＡＤ変換器１２でＡＤ変換処理する。したがって、ＡＤ変換処理は、奇数画素２２ｏと偶数画素２２ｅで異なる時刻に行う。本実施形態では、時刻ｔ＝ｔ０のタイミングで奇数画素２２ｏのＡＤ変換処理を行い、ｔ＝ｔ０＋Δｔのタイミングで偶数画素２２ｅのＡＤ変換処理を行うものとする。このように、隣接する画素２２の出力を一つのＡＤ変換器１２でＡＤ変換処理することによって、第１の実施形態で説明したＡＤ変換部１５の占有面積をさらに小さくすることができる。したがって、固体撮像装置５０ｂは、固体撮像装置５０ａに比べて、小型、省電力とすることができる。

ＡＤ変換器１２が有するＡＤ変換回路にあっては、ノイズの影響により、ＡＤ変換特性にばらつきが発生するおそれがある。すなわち、同一時刻に撮像された同じ明るさの画像データＩ（ｘ）であっても、ＡＤ変換処理を行う時刻が異なれば、基準黒レベルＢｒｅｆが異なるおそれがある。そのため、第２の実施形態では、異なる時刻に得た奇数画素２２ｏと偶数画素２２ｅに対して、それぞれ別の基準黒レベルＢｒｅｆを適用して黒レベル補正処理を行う。第２の実施形態で使用する、後述する演算処理部４９（図１０参照）は、第１の実施形態で使用した演算処理部１９に対して、この黒レベル補正処理を行う構成が異なっている。

次に、図１０を用いて、演算処理部４９の構成と作用について説明する。図１０は、演算処理部４９の詳細構成を示すブロック図である。演算処理部４９は、異なる時刻に得た奇数画素２２ｏと偶数画素２２ｅに対して、別々に基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆ、ＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆを算出して、黒レベル補正処理を行う。

演算処理部４９は、第１の実施形態で説明した演算処理部１９に対して、奇数画素２２ｏに対して黒レベル補正処理を行う奇数画素黒レベル補正部６９ａと、偶数画素２２ｅに対して黒レベル補正処理を行う偶数画素黒レベル補正部６９ｂを有する点が異なる。

奇数画素黒レベル補正部６９ａは、平均値算出部６０ａ（基準黒レベル推定部）と、平均値保持部６１ａと、減算処理部６６ａ（レベル補正部）を有する。

平均値算出部６０ａは、奇数画素２２ｏの遮光データＯＤＤ＿ＯＢに対して平均値算出処理を行い、奇数画素２２ｏの基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆを算出する。

平均値保持部６１ａは、奇数画素２２ｏの基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆを保持する。

減算処理部６６ａは、奇数画素２２ｏの有効データＯＤＤ＿ＶＡＬＩＤから奇数画素２２ｏの基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆを減算する減算処理を行い、奇数画素２２ｏの補正後有効データＯＤＤ＿ＶＡＬＩＤ’を算出する。

偶数画素黒レベル補正部６９ｂは、平均値算出部６０ｂ（基準黒レベル推定部）と、平均値保持部６１ｂと、減算処理部６６ｂ（レベル補正部）を有する。

平均値算出部６０ｂは、偶数画素２２ｅの遮光データＥＶＥＮ＿ＯＢに対して平均値算出処理を行い、偶数画素２２ｅの基準黒レベルＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆを算出する。

平均値保持部６１ｂは、偶数画素２２ｅの基準黒レベルＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆを保持する。

減算処理部６６ｂは、偶数画素２２ｅの有効データＥＶＥＮ＿ＶＡＬＩＤから偶数画素２２ｅの基準黒レベルＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆを減算する減算処理を行い、偶数画素２２ｅの補正後有効データＥＶＥＮ＿ＶＡＬＩＤ’を算出する。

演算処理部４９は、さらに、演算処理部１９に対して、ＭＩＸ回路６８を有する。ＭＩＸ回路６８は、奇数画素２２ｏと偶数画素２２ｅに分けて行った黒レベル補正処理の結果を、奇数画素２２ｏの補正後有効データＯＤＤ＿ＶＡＬＩＤ’、偶数画素２２ｅの補正後有効データＥＶＥＮ＿ＶＡＬＩＤ’の順に並べ替える。そして演算処理部４９は、出力端子４１に、奇数画素２２ｏと偶数画素２２ｅの区別のない、黒レベル補正処理が行われた補正後有効データＶＡＬＩＤ’を出力する。

読出制御部１８（図１参照）は、データ転送部２１から、奇数画素２２ｏの遮光データＯＤＤ＿ＯＢ、奇数画素２２ｏの有効データＯＤＤ＿ＶＡＬＩＤ、偶数画素２２ｅの遮光データＥＶＥＮ＿ＯＢ、偶数画素２２ｅの有効データＥＶＥＮ＿ＶＡＬＩＤの順に、画像データＩ（ｘ）を読み出す。このように、遮光データ（ＯＤＤ＿ＯＢ、ＥＶＥＮ＿ＯＢ）の後に有効データ（ＯＤＤ＿ＶＡＬＩＤ、ＥＶＥＮ＿ＶＡＬＩＤ）を読み出すのは、第１の実施形態と同様である。

演算制御手段６７は、演算処理部４９に入力した画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔをモニタして、何画素目の画像出力信号ＨＳＣＡＮ＿Ｏｕｔが入力したかを確認する。そして、奇数画素２２ｏの遮光データＯＤＤ＿ＯＢが入力したときは、奇数画素黒レベル補正部６９ａにおいて平均値算出処理を行う。また、奇数画素２２ｏの有効データＯＤＤ＿ＶＡＬＩＤが入力したときは、奇数画素黒レベル補正部６９ａにおいて黒レベル補正処理を行う。さらに、偶数画素２２ｅの遮光データＥＶＥＮ＿ＯＢが入力したときは、偶数画素黒レベル補正部６９ｂにおいて平均値算出処理を行う。また、偶数画素２２ｅの有効データＥＶＥＮ＿ＶＡＬＩＤが入力したときは、偶数画素黒レベル補正部６９ｂにおいて黒レベル補正処理を行う。

奇数画素２２ｏの有効データＯＤＤ＿ＶＡＬＩＤと奇数画素２２ｏの遮光データＯＤＤ＿ＯＢは同一時刻（ｔ＝ｔ０）にＡＤ変換されるため、同様の黒レベル変動が発生する。同様に、偶数画素２２ｅの有効データＥＶＥＮ＿ＶＡＬＩＤと偶数画素２２ｅの遮光データＥＶＥＮ＿ＯＢは同一時刻（ｔ＝ｔ０＋Δ）にＡＤ変換されるため、同様の黒レベル変動が発生する。したがって、奇数画素２２ｏの基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆと偶数画素２２ｅの基準黒レベルＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆをそれぞれ算出して、黒レベル補正処理を行うことによって、奇数／偶数画素のどちらも基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆ、ＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆの変動がキャンセルされるため、均一な黒レベルを有する補正後有効データＶＡＬＩＤ’を得ることができる。

なお、ここでは、一例として画素２２の位置によってＡＤ変換処理を行うタイミングが異なる場合を示したが、これは、デジタル信号処理以外にアナログ信号処理のタイミングが異なる場合であっても、同様の効果が得られる。すなわち、画素２２からのアナログ電圧信号の読み出しタイミングや、ＣＤＳ処理などのアナログ信号処理のタイミングが異なる場合にも適用することができる。

次に、第１の実施形態にかかる固体撮像装置５０ａを有する画像読取装置を備えた画像形成装置について説明する。図１１は、例えば光電変換素子１４を有する画像読取装置７０を備えた画像形成装置７４の概要を示す図である。画像形成装置７４は、画像読取装置７０と画像形成部７２とを有する例えば複写機やＭＦＰ（Multifunction Peripheral）などである。

画像読取装置７０は、光電変換素子１４（固体撮像装置５０ａ）、ＬＥＤドライバ（ＬＥＤ＿ＤＲＶ）６００およびＬＥＤ６０２を有する。ＬＥＤドライバ６００は、制御部７６が出力する水平同期信号ＬＩＮＥ＿ＳＹＮＣなどに同期して、ＬＥＤ６０２を駆動する。ＬＥＤ６０２は、原稿に対して光を照射する。光電変換素子１４は、水平同期信号ＬＩＮＥ＿ＳＹＮＣなどに同期して、原稿からの反射光を受光して、光電変換機能によって電荷を発生させて蓄積を開始する。そして、光電変換素子１４（固体撮像装置５０ａ）は、ＡＤ変換および前記した黒レベル補正処理を行った後に、パラレルシリアル変換回路などを介して、画像データを画像形成部７２に対して出力する。

画像形成部７２は、処理部８０とプリンタエンジン８２とを有し、処理部８０とプリンタエンジン８２とがインターフェイス（Ｉ／Ｆ）８４を介して接続されている。

処理部８０は、ＬＶＤＳ８００、画像処理部８０２およびＣＰＵ８０４を有する。ＣＰＵ８０４は、光電変換素子１４などの画像形成装置７４を構成する各部を制御する。また、ＣＰＵ８０４（または制御部７６）は、各受光素子が受光量に応じて電荷を発生させることを略同時に開始するよう制御する。

光電変換素子１４は、ＬＶＤＳ８００に対して、例えば画像読取装置７０が読み取った画像の画像データ、ライン同期信号および伝送クロックなどを出力する。ＬＶＤＳ８００は、受け入れた画像データ、ライン同期信号及び伝送クロックなどをパラレル１０ビットデータに変換する。画像処理部８０２は、変換された１０ビットデータを用いて画像処理を行い、画像データなどをプリンタエンジン８２に対して出力する。プリンタエンジン８２は、受け入れた画像データを用いて印刷を行う。

なお、上記実施形態では、本発明の固体撮像装置を、画像読取装置７０を備えた画像形成装置７４に適用した例を挙げて説明したが、複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置であればいずれにも適用することができる。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置５０ａによれば、水平読出部１７（信号読出部）は、１方向に沿って配置した左遮光領域１０Ｌ（第１遮光領域）と有効領域１０Ｃと右遮光領域１０Ｒ（第２遮光領域）に属する画素２２が蓄積した電荷Ｑを同一時刻に画像データＩ（ｘ）に変換して、左遮光領域１０Ｌおよび右遮光領域１０Ｒから得た遮光データＯＢと、有効領域１０Ｃから得た有効データＶＡＬＩＤを画素２２毎に読み出す。そして、平均値算出部３０（基準黒レベル推定部）は、遮光データＯＢの基準黒レベルＢｒｅｆを推定する。減算処理部３６（レベル補正部）は、推定された基準黒レベルＢｒｅｆに基づいて、有効領域１０Ｃに属する画素２２から得た有効データＶＡＬＩＤのうち、基準黒レベルＢｒｅｆを推定する際に用いた遮光データＯＢと同じ時刻に変換された有効データＶＡＬＩＤの大きさを補正する。これによって、行毎、さらには撮像毎にノイズの発生状況が異なる場合であっても、正確な黒レベルの補正を実施することによって、均一な画像を得ることができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置５０ａによれば、水平読出部１７（信号読出部）は、１方向に沿って配置された左遮光領域１０Ｌ（第１遮光領域）および右遮光領域１０Ｒ（第２遮光領域）に属する画素２２から得た遮光データＯＢを、有効領域１０Ｃに属する画素２２から得た有効データＶＡＬＩＤよりも先に読み出す。これによって、読取ライン毎に基準黒レベルＢｒｅｆが変動した場合であっても、正確な黒レベル補正処理を行うことができる。

さらに、本実施形態に係る固体撮像装置５０ａによれば、平均値算出部３０（基準黒レベル推定部）は、左遮光領域１０Ｌ（第１遮光領域）および右遮光領域１０Ｒ（第２遮光領域）に属する画素２２から得た遮光データＯＢの平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を基準黒レベルＢｒｅｆとする。これによって、撮像素子や後段の信号処理回路のばらつき等の影響を低減することができる。

そして、本実施形態に係る固体撮像装置５０ａによれば、平均値算出部３０（基準黒レベル推定部）は、左遮光領域１０Ｌ（第１遮光領域）に属する画素２２から得た左遮光データＬ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（Ｌ＿ＯＢ）を、有効領域１０Ｃのうち、左遮光領域１０Ｌに接する左方部分有効領域１０Ｃｌ（第１部分有効領域）に属する画素２２から得た左方有効データＶＡＬＩＤｌの基準黒レベルＢｒｅｆとする。また、右遮光領域１０Ｒ（第２遮光領域）に属する画素２２から得た右遮光データＲ＿ＯＢの平均値Ａｖｅ（Ｒ＿ＯＢ）を、有効領域１０Ｃのうち、右遮光領域１０Ｒに接する右方部分有効領域１０Ｃｒ（第２部分有効領域）に属する画素２２から得た右方有効データＶＡＬＩＤｒの基準黒レベルＢｒｅｆとする。そして、左遮光領域１０Ｌおよび右遮光領域１０Ｒに属する画素２２から得た遮光データＯＢの平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を、有効領域１０Ｃのうち、左遮光領域１０Ｌと右遮光領域１０Ｒのいずれにも接しない中央部分有効領域１０Ｃｃ（第３部分有効領域）に属する画素２２から得た中央有効データＶＡＬＩＤｃの基準黒レベルＢｒｅｆとする。これによって、有効領域１０Ｃの左端から右端にかけて、画素２２の位置に依存した黒レベルの変動が発生する場合に、画素２２と、左遮光領域１０Ｌおよび右遮光領域１０Ｒと、の位置関係を利用することによって、有効領域１０Ｃの黒レベル変動を予測して補正することができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置５０ａによれば、平均値算出部３０（基準黒レベル推定部）は、左遮光領域１０Ｌ（第１遮光領域）および右遮光領域１０Ｒ（第２遮光領域）に属する画素２２のうち、端部に接しない内部領域Ｚｒ、Ｚｌに属する画素２２のみから得た遮光データＯＢの平均値Ａｖｅ（ＯＢ）を基準黒レベルＢｒｅｆとする。これによって、黒レベル補正処理を行う際に、左遮光領域１０Ｌおよび右遮光領域１０Ｒの近傍のノイズ源の影響を低減することができる。

そして、本実施形態に係る固体撮像装置５０ｂによれば、平均値算出部６０ａ、６０ｂ（基準黒レベル推定部）は、それぞれ、遮光データＯＤＤ＿ＯＢ、ＥＶＥＮ＿ＯＢを得た時刻毎に、奇数画素２２ｏの遮光データＯＤＤ＿ＯＢが有する基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆと、偶数画素２２ｅの遮光データＥＶＥＮ＿ＯＢが有する基準黒レベルＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆを推定する。そして、減算処理部６６ａ、６６ｂ（レベル補正部）は、推定された基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆ、ＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆに基づいて、当該基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆ、ＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆを推定する際に用いた遮光データＯＤＤ＿ＯＢ、ＥＶＥＮ＿ＯＢとそれぞれ同じ時刻に得た有効データＯＤＤ＿ＶＡＬＩＤ、ＥＶＥＮ＿ＶＡＬＩＤの大きさを補正する。これによって、異なる時刻にＡＤ変換した奇数画素２２ｏと偶数画素２２ｅの基準黒レベルＯＤＤ＿Ｂｒｅｆ、ＥＶＥＮ＿Ｂｒｅｆの変動がキャンセルされるため、均一な黒レベルを有する補正後有効データＶＡＬＩＤ’を得ることができる。

また、本実施形態に係る画像読取装置７０は、固体撮像装置５０ａを備えるため、画像読取装置７０が読み取った画像データは、固体撮像装置５０ａによって黒レベル補正処理がなされて出力される。したがって、黒レベルの変動が補正された画像データを得ることができる。

さらに、本実施形態に係る画像形成装置７４は、画像読取装置７０が読み取って、固体撮像装置５０ａによって黒レベル補正処理がなされた画像データを、画像形成部７２が印刷する。したがって、黒レベルの変動が補正された画像データを印刷することができる。

以上、実施形態について説明したが、それらの各部の具体的な構成、処理の内容等は、実施形態で説明したものに限るものではない。

例えば、上記実施形態では１次元配列の固体撮像素子を例にあげて説明したが、複数の行を有する２次元配列の固体撮像素子であっても、前記した各実施形態の内容を同様に適用することができる。

１０Ｃ 有効領域
１０Ｌ 左遮光領域（第１遮光領域）
１０Ｒ 右遮光領域（第２遮光領域）
１０Ｃｌ 左方部分有効領（第１部分有効領域）
１０Ｃｒ 右方部分有効領（第２部分有効領域）
１０Ｃｃ 中央部分有効領域（第３部分有効領域）
１３、１５ ＡＤ変換部
１７ 水平読出部（信号読出部）
３０、６０ａ、６０ｂ 平均値算出部（基準黒レベル推定部）
３６、６６ａ、６６ｂ 減算処理部（レベル補正部）
５０ａ、５０ｂ 固体撮像装置
Ｂｒｅｆ 基準黒レベル
ＯＢ（Ｉｌｒ（ｘ）） 遮光データ
ＶＡＬＩＤ（Ｉｃ（ｘ））有効データ
Ｚｌ、Ｚｒ 内部領域

特許第４０２７５７３号公報

Claims (7)

1. 入射した光を当該光の量に応じた量の電荷に変換して蓄積する複数の画素を、少なくとも１方向に沿って配置した固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、
   遮光されていない前記画素を配置した有効領域と、
   遮光された前記画素を、前記有効領域の一方の端部に配置した第１遮光領域と、
   遮光された前記画素を、前記有効領域の他方の端部に配置した第２遮光領域と、
   前記第１遮光領域と前記有効領域と前記第２遮光領域に属する前記画素が蓄積した前記電荷を、少なくとも１時刻に、１２ビットの画像データに変換するＡＤ変換部と、
   前記第１遮光領域および前記第２遮光領域から得た前記画像データである遮光データと、前記有効領域から得た前記画像データである有効データを、前記画素毎に読み出す信号読出部と、
   前記遮光データが有する基準黒レベルを、前記遮光データを得た時刻毎に推定する基準黒レベル推定部と、
   推定された前記基準黒レベルに基づいて、当該基準黒レベルを推定する際に用いた前記遮光データと同じ時刻に得た前記有効データの大きさを補正するレベル補正部と、
   を有することを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記信号読出部は、前記１方向に沿って配置された前記第１遮光領域および前記第２遮光領域に属する前記画素から得た前記遮光データを、前記有効領域に属して、前記遮光データと同じ時刻に得た前記有効データよりも先に読み出す、
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記基準黒レベル推定部は、前記遮光データの平均値を、前記レベル補正部が前記有効データを補正する際の前記基準黒レベルとする、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記基準黒レベル推定部は、前記第１遮光領域に属する前記画素から得た前記遮光データの平均値を、前記レベル補正部が、前記有効領域のうち前記第１遮光領域に接する第１部分有効領域に属する前記画素から得た前記有効データを補正する際の前記基準黒レベルとし、
   前記第２遮光領域に属する前記画素から得た前記遮光データの平均値を、前記レベル補正部が、前記有効領域のうち前記第２遮光領域に接する第２部分有効領域に属する前記画素から得た前記有効データを補正する際の前記基準黒レベルとし、
   前記第１遮光領域および前記第２遮光領域に属する前記画素から得た前記遮光データの平均値を、前記レベル補正部が、前記有効領域のうち前記第１遮光領域と前記第２遮光領域のいずれにも接しない第３部分有効領域に属する前記画素から得た前記有効データを補正する際の前記基準黒レベルとする、
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記基準黒レベル推定部は、前記第１遮光領域および前記第２遮光領域に属する前記画素のうち、前記１方向の端部に接しない内部領域に属する前記画素から得た前記遮光データの平均値を、前記レベル補正部が前記有効データを補正する際の前記基準黒レベルとする、
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備える、
   ことを特徴とする画像読取装置。
7. 請求項６に記載の画像読取装置と、
   前記画像読取装置の出力に基づいて画像を形成する画像形成部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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