JP5959834B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子を備えた撮像装置に関する。

近年、デジタル一眼レフカメラやビデオカメラにＣＭＯＳ撮像素子が多く使用されている。このＣＭＯＳ撮像素子に関しては、多画素化、高速撮像化、高ＩＳＯ化が要求されている。

このような多画素のＣＭＯＳセンサは、高精細な静止画像を撮影する上において非常に有用であり、近年では、その画素数は、１０００万画素を越えている。一方、動画像の撮影に要求される画素数は、静止画像の撮影に要求される画素数よりも少なく、３０万画素程度、ハイビジョンのフル規格に対応しても２００万画素程度である。また、フレームレートは、３０フレーム／秒、又は６０フレーム／秒程である。

静止画像撮影用の多画素のＣＭＯＳセンサを用いて動画像の撮影を行う場合には、画素数及びフレームレートの観点から、画素の間引き処理又は画素の加算処理を行うのが一般的である。また、更に高速に読み出すために、スキップ読み出しをし、画像に使用する領域のみを読み出す方法も取られる。通常、ＣＭＯＳセンサは３：２のアスペクト比で構成されているが、ハイビジョンはアスペクト比が１６：９であるため、ハイビジョン動画モードでは、センサの上下部分は使用しない。そのため、使用しない領域をスキップして読み出さないことで、読み出し時間を短縮することができる。

また、撮影画面内の任意の位置の画像を切り出して読み出し、解像度を落とさずに拡大表示を行うモードもある。この場合、撮像素子全画素の出力を読み出すのではなく、任意の領域のみをスキップ読み出しすることで、３０フレーム／秒といった高速表示が可能となる（例えば、特許文献１）。

ところで、撮像素子は、通常、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。このような画素をオプティカルブラック画素（ＯＢ画素）と呼ぶ。有効画素領域の左側にＨＯＢ領域、有効画素領域の上部にＶＯＢ領域を設けることにより、ＯＢ画素出力を所定のレベルにクランプすることができる。すなわち、長時間露光による暗電流や、暗時信号の垂直方向のシェーディングなどを補正することができる。

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。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を行う（以下、高速クランプ）。そして、目標レベルまでクランプできたところで、モニタ領域をＨＯＢ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）。このように、ＨＯＢ領域では低速クランプを行うことによって、垂直方向のシェーディング補正を行うことができる（例えば、特許文献２）。

特開２００９−１７５１７号公報 特開２００８−４１７７６号公報

上述したようにスキップ読み出しをする駆動を行なう際に、垂直方向のシェーディングが大きい場合、スキップの前後で境界にオフセット段差が発生してしまう。オフセット段差を考慮せずに低速クランプを行うと所定レベルへのクランプ動作が間に合わず、画面上部に補正残りが生じてしまうという問題があった。

本発明は、スキップ読み出しによる段差を補正することができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の撮像装置は、開口画素領域と基準画素領域を含む画素領域と、前記画素領域から画素行毎に信号を読み出す読み出し手段と、前記画素領域の読み出し画素行を選択する選択手段と、前記基準画素領域から読み出される基準信号を用いて前記開口画素領域から読み出される画像信号を画素行毎に補正する補正手段と、前記選択手段により前記画素領域の読み出し画素行が不連続に選択された場合に、前記画素領域の不連続な読み出し画素行から読み出される信号に生じる信号レベルの段差量に基づいて、前記補正手段が前記基準信号を用いて前記画像信号を補正するように制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
また、開口画素領域と基準画素領域を含む画素領域と、前記画素領域から画素行毎に信号を読み出す読み出し手段と、前記基準画素領域から読み出される基準信号を用いて前記開口画素領域から読み出される画像信号を画素行毎に補正する補正手段と、前記読み出し手段が前記画素領域の複数の画素行から信号を読み出さない場合に、前記画素領域から読み出される信号に生じる信号レベルの段差量に基づいて、前記補正手段が前記基準信号を用いて前記画像信号を補正するように制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、スキップ読み出し前後の段差量を適切に補正することができ、画像の垂直方向のシェーディングの段差を抑えて、好適な画像を出力できる。

本発明の実施例に係る固体撮像装置の全体ブロック図である。 固体撮像装置の画素領域の構成例を示す図である。 ＣＭＯＳ撮像素子の単位画素（１画素分）の回路図である。 ＣＭＯＳ撮像素子全体の構成例を示すブロック図である。 読み出し回路を示す図である。 固体撮像素子の駆動タイミングチャートである。 スキップ読み出し撮影モードの動作模式図である。 ＡＦＥによるオフセットクランプのブロック図である。 本発明の第１の実施例を説明するフローチャートである。 従来の方式における各行のＯＢクランプ結果を示す図である。 従来の方式におけるＯＢクランプ後の垂直シェーディングを示す図である。 本発明の第１の実施例における各行のＯＢクランプ結果を示す図である。 本発明の第１の実施例におけるＯＢクランプ後の垂直シェーディングを示す図である。 本発明の第２の実施例における段差量のテーブルを示す図である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る固体撮像装置の全体ブロック図である。図１において、ＣＭＯＳ撮像素子１０１は、不図示の撮影レンズにより結像された被写体画像を画像信号に変換して出力する。アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１０２は、撮像素子から出力された画像信号の増幅や黒レベルの調整（ＯＢクランプ）などを行う信号処理回路である。ＡＦＥ１０２は、タイミング発生回路１１０からＯＢクランプタイミングやＯＢクランプ目標レベルなどを受け取り、それに従って画像信号の処理を行う。そして、処理を行ったアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）１０３は、ＡＦＥ１０２で変換された各画素のデジタル画像信号の補正や画素の並び替え等のデジタル処理を行っている。また、ＤＦＥ１０３では、ＯＢクランプを実施することができる。

画像処理装置１０５は、ＤＦＥから出力された画像信号に現像処理を行って表示回路１０８に画像を表示したり、制御回路１０６を介して記録媒体１０９に記録するといった処理を行う。制御回路１０６は、操作部１０７からの指示を受けて、タイミング発生回路１１０に命令を送るなどの制御を行う。なお、記録媒体にはコンパクトフラッシュ（登録商標）メモリなどを用いることができる。メモリ回路１０４は、画像処理装置１０５の現像段階での作業用メモリに使用される。また、撮像が続いて行われて現像処理が間に合わないときのバッファーメモリとしても使用される。操作部１０７は、デジタルカメラを起動させるための電源スイッチ、及び測光処理、測距処理などの撮影準備動作開始やミラー、シャッターを駆動して撮像素子１０１から読み出した信号を処理して記録媒体１０９に書き込む一連の撮像動作の開始を指示するシャッタースイッチなどが含まれる。

図２は、固体撮像装置の画素領域の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施例の固体撮像素子は、開口画素領域２０３、水平方向オプティカルブラック領域（ＨＯＢ）２０１及び垂直方向オプティカルブラック領域（ＶＯＢ）２０２を有する。開口画素領域２０３は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積して画像信号を出力する。ＨＯＢ２０１は、開口画素領域２０３の垂直方向の先頭に隣接して設けられた遮光画素領域である。ＶＯＢ２０２は、開口画素領域２０３の水平方向の先頭（左側）に隣接して設けられた遮光画素領域である。開口画素領域２０３と、ＨＯＢ２０１及びＶＯＢ２０２は同じ構造を有しており、開口画素領域２０３が遮光されず、ＨＯＢ２０１及びＶＯＢ２０２が遮光されている点が異なる。画素からの信号は、図２の左上から矢印で示すように読み出される。

図３は、ＣＭＯＳ撮像素子の単位画素（１画素分）の回路の一例を示す図である。フォトダイオード（ＰＤ）３０１は、撮影レンズによって結像された光画像を受けて電荷を発生し蓄積する。ＰＤ３０１で蓄積された電荷は、ＭＯＳトランジスタで構成された転送スイッチ３０２を介してフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）３０４に転送される。そして、ＦＤ３０４において電荷が電圧に変換され、ソースフォロワアンプ３０５から出力される。選択スイッチ３０６は、一行分の画素出力を一括して垂直出力線３０７に出力する。リセットスイッチ３０３は、ＦＤ３０４の電位と、転送スイッチ３０２を介してＰＤ３０１の電位を電位ＶＤＤにリセットする。

図４は、ＣＭＯＳ撮像素子全体の構成例を示すブロック図である。図４において、垂直シフトレジスタ４０１は、行選択線Ｐｒｅｓ、Ｐｔｘ、Ｐｓｅｌ等の信号を画素領域４００に出力する。画素領域４００は、複数の画素セルＰｉｘｅｌを備える。各画素セルＰｉｘｅｌは、図３に示したように構成され、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。電流源４０７は、各垂直信号線４０８に接続される。読み出し回路４０２は、垂直信号線４０８上から入力される画素信号をｎチャネルＭＯＳトランジスタ４０３を介して差動増幅器４０５に出力し、ノイズ信号をｎチャネルＭＯＳトランジスタ４０４を介して差動増幅器４０５に出力する。水平シフトレジスタ４０６は、トランジスタ４０３及び４０４のオン／オフを制御する。差動増幅器４０５は、画素信号とノイズ信号との差分を出力する。

１行目にある複数の画素セルＰｉｘｅｌの転送スイッチ３０２のゲートは、各々横方向に延長して配置される第１の行選択線Ｐｔｘ１に共通に接続される。また、同じ行にある複数の画素セルＰｉｘｅｌのリセットスイッチ３０３のゲートは、各々横方向に延長して配置される第２の行選択線Ｐｒｅｓ１に共通に接続される。さらに、同じ行にある複数の画素セルＰｉｘｅｌの選択スイッチ３０６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Ｐｓｅｌ１に共通に接続される。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４０１に接続されて駆動される。図４に示されている残りの行においても、各画素セルＰｉｘｅｌの転送スイッチ３０２のゲート、リセットスイッチ３０３のゲート、選択スイッチ３０６のゲートは、行選択線Ｐｔｘ２〜Ｐｔｘ３、Ｐｒｅｓ２〜Ｐｒｅｓ３、Ｐｓｅｌ２〜Ｐｒｅｓ３が共通に接続される。

上記選択スイッチ３０６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Ｖｏｕｔに接続される。同じ列に配置される他の画素セルＰｉｘｅｌの選択スイッチ３０６のソースも上記垂直信号線の端子Ｖｏｕｔに接続される。上記垂直信号線の端Ｖｏｕｔは、負荷手段である定電流源４０７に接続される。

図５は、図４に示した読み出し回路４０２（４１０）のブロック１列分の回路例である。破線で囲った部分が列分だけあり、各垂直信号線には端子Ｖｏｕｔが接続される。

図６は、ＣＭＯＳ撮像素子の読み出し動作例を示すタイミングチャートである。フォトダイオード３０１からの信号電荷の読み出しに先立って、リセットスイッチ３０３のゲート線Ｐｒｅｓ１がハイレベルとなる。これによって、ＰＤ３０１とＦＤ３０４のゲートがリセット電源電圧ＶＤＤにリセットされる。リセットスイッチ３０３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５）がハイレベルになった後に、選択スイッチ３０６のゲート線Ｐｓｅｌ１がハイレベルとなる。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Ｖｏｕｔに読み出され、各列のクランプ容量Ｃ０にクランプされる。

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がハイレベルとなり、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。次に、画素信号側転送スイッチのゲート線Ｐｃｔｓをハイレベルにした後、転送スイッチ３０２のゲート線Ｐｔｘ１がハイレベルとなり、フォトダイオード３０１の信号電荷が、ソースフォロアアンプ３０５のゲートに転送されると同時に、転送された電荷に応じた電圧信号が垂直信号線Ｖｏｕｔに読み出される。次に、転送スイッチ３０２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（光信号成分）が各列に設けられた信号保持容量Ｃｔｓに読み出される。ここまでの動作で、第１行目に接続された画素Ｐｉｘｅｌの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。

この後、水平シフトレジスタ４０６（４０９）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信号は、順次水平出力線Ｃｈｎ，Ｃｈｓに読み出され、出力アンプで差分処理されて出力端子ＯＵＴに順次出力される。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。以下同様に、垂直シフトレジスタ４０１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。なお、以下に説明するスキップ読み出しは、垂直シフトレジスタ４０１からの信号によって所望の行を接続することによって実施することができる。

続いて、図１から図６に示した本実施例の撮像装置におけるスキップ読み出し動作について説明する。図７は、図１に示す撮像装置１００において、ローリング駆動によるスキップ読み出しモードの動作を模式的に示す図である。

図７において、横軸は時刻を示す。また、縦軸はＣＭＯＳ撮像素子１０１における行の位置を示している。垂直シフトレジスタ４０１によって選択された、Ｙ＝ｎ行目における動作を例に記述する。ｎ行目において、まず時刻ｔ１からｔ２の期間、転送スイッチ３０２とリセットスイッチ３０３をオンにし、ｎ行目のＰＤ３０１とＦＤ３０４に蓄積されている不要電荷を除去するリセット動作を行う。時刻ｔ２で転送スイッチ３０２がオフになり、ＰＤ３０１で光電荷が蓄積される蓄積動作が開始される。蓄積動作は時刻ｔ３まで行われ、時刻ｔ３において、光電荷の転送及び読み出し動作が開始される。その動作は前述の通り、図６のタイミングチャートに従って行われる。時刻ｔ３の転送開始から時刻ｔ４の読み出し終了までの時間が読み出し時間となる。以上が、ｎ行目における蓄積から読み出しまでの一連の動作である。ｎ＋１行目の駆動は、ｎ行目の読み出しが終了した時刻ｔ４よりｎ＋１行目の転送及び読み出しが開始されるよう、順次駆動される。

続いて、スキップ読み出しについて説明する。図７（ｂ）は、Ｓ０行目を読み出した後、Ｓ１行目にスキップ読み出しした場合の動作シーケンスを示した動作拡大図である。Ｓ０行目のリセット動作が終了した後、垂直シフトレジスタはＰＲＥＳ（Ｓ１）及びＰＴＸ（Ｓ１）を印加し、Ｓ１行目のリセット動作を行ない、ｎ行目の駆動と同様にリセット動作、蓄積動作、転送動作、読み出し動作を実施する。なお、Ｓ１行目の読み出し動作はＳ０行目の読み出しが終了した後に開始となる。以下の行も同様に駆動される。以上のように、必要な領域のみを読み出すことにより、１枚の画像ないし、１フレームの画像を高速に読み出すことができる。

図８は、信号処理回路（図１におけるＡＦＥ１０２）のブロック図であり、ＡＦＥによるオフセットクランプを説明する図である。ＣＭＯＳ撮像素子１０１の出力信号は、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。アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）８０２は、ＰＧＡ８０１の出力信号をアナログ形式からデジタル形式に変換して出力する。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。そして、その信号と目標値との差分がゼロになる方向、すなわち、図２に示したＣＭＯＳ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かけた値だけクランプ目標値に近づくような基準信号（以下、この値をクランプ量と記載する）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。なお、所定のゲインとは、１／２倍〜１／６４倍程度である。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。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、その値は任意に設定することができる。

ここで、ＨＯＢクランプの処理について具体的に説明する。まず、本実施例との比較のために、従来のＯＢクランプ方法について説明する。Ｙ＝ｉ行目のクランプ量ＯＢＣ（ｉ）は、下記の式１で求められる。
ＯＢＣ（ｉ）＝ＯＢＣ（ｉ−１）＋（Ｄａｒｋｌｅｂｅｌ−ＯＢ（ｉ））＊ＦＢＧ ・・・（式１）

ここで、ＯＢ（ｉ）はｉ行目のＯＢクランプに使用するｉ−１行目のクランプ後ＯＢ画素出力の平均値、ＯＢＣ（ｉ−１）はｉ−１行目のクランプ量、Ｄａｒｋｌｅｂｅｌは基準黒レベル、ＦＢＧはＨＯＢクランプのフィードバックゲインである。そして、式１で算出されたクランプ量ＯＢＣ（ｉ）を用いて、ｉ行目の開口領域の画素の出力、及びｉ＋１行目のＯＢ画素の出力が式２に示す式でクランプ処理される。
Ｓｉｇｎａｌ（クランプ後）＝Ｓｉｇｎａｌ（クランプ前）＋ＯＢＣ（ｉ） ・・・（式２）

図１０は、各行のＯＢクランプを未実施の場合のＯＢ出力の平均値（クランプ前ＯＢ出力）と、従来の方法によるＯＢクランプ後のＯＢ出力の平均値（クランプ後ＯＢ出力）を式１及び式２に従って処理した結果を示したものである。ここでは、基準黒レベルＤａｒｋｌｅｂｅｌが５００ＬＳＢであり、ＨＯＢクランプのフィードバックゲインＦＢＧが１／４（＝０．２５）であるものとする。また、ＶＯＢ最終行でのＯＢクランプ量が＋３００ＬＳＢであるものとする。

なお、図１０には、図２のＶＯＢ領域２０２の画素信号を読み出した後、矢印Ａの画素領域をスキップし、点線で囲まれた画素領域Ｂの画素信号を読み出すものとする。図２の画素領域の左側には、ＯＢクランプ未実施での垂直シェーディングの状態が示されている。高ＩＳＯ撮影時などでは、図２のようにシェーディングが大きい場合がある。このように垂直シェーディングが大きい状態で垂直スキップ読み出しを実施すると、ＯＢ出力に大きな段差が生じることになる。例えば、スキップ後の読み出し行であるＹ＝Ｓ１行におけるクランプ前のＯＢ出力が４５０ＬＳＢとなり、スキップ前の読み出し行であるＹ＝Ｓ０行におけるクランプ前のＯＢ出力２００ＬＳＢに対して２５０ＬＳＢずれる。式２に従ってＹ＝Ｓ１行のＯＢクランプ処理を行うと、クランプ量３００ＬＳＢでクランプされ、クランプ後のＯＢ出力は７５０ＬＳＢとなる。ここで、Ｓ１行目よりＨＯＢクランプが開始された場合、式１に従ってクランプ量を算出すると、
ＯＢＣ（Ｓ１）＝３００＋（５００−７５０）＊０．２５ ＝２３７．５
となる。算出されたクランプ量を式２に従って、次の行のＨＯＢの出力に反映させると、Ｙ＝Ｓ１＋１行目のクランプ後のＯＢ出力は６９３．５ＬＳＢとなる。更に、次のクランプ量を演算すると１８９．１ＬＳＢとなり、Ｙ＝Ｓ１＋２行目のクランプ後のＯＢ出力は６４９．１ＬＳＢとなる。すなわち、Ｓ１＋２行目においても、基準黒レベル５００ＬＳＢに対し、かなり浮いていることになる。図１１に、スキップ読み出しした画像における、ＯＢクランプ未実施の垂直シェーディングとＯＢクランプ実施後の垂直シェーディングの状態を示す。スキップ読み出し後も通常のＯＢクランプを行うと、スキップ直後の垂直シェーディングが非常に大きくなることがわかる。

次に、図９は、本発明の第１の実施例の垂直スキップ読み出しにおける段差補正の動作を示すフローチャートである。なお、本処理は、図１のＡＦＥ１０２またはＤＦＥ１０３の制御のもとに実行されるが、ここでは、ＡＦＥ１０２で実行される場合を例に説明する。また、図２のＶＯＢ領域２０２の画素信号を読み出した後、矢印Ａの画素領域をスキップし、点線で囲まれた画素領域Ｂの画素信号を読み出すものとする。

図９において、まず、ＣＭＯＳ撮像素子１０１からの信号の読み出しを開始する（ステップ９０１）。撮像素子から読み出された信号はＡＦＥ１０２に取り込まれる。ここで、ＶＯＢ２０２からのＯＢ信号読み出し期間中は、ＶＯＢクランプを実施する。すなわち、ＶＯＢ領域の画素の信号レベルと、タイミング発生回路から出力されるＣＬＡＭＰ信号レベル（基準黒レベル）との差分を演算し、その差分を所定のフィードバックゲインで乗算して得られた値でクランプ処理を行っていく。

ＶＯＢ２０２の最終行（図７のＹ＝Ｓ０）の読み出しが完了すると、所定の行（Ｙ＝Ｓ１）にスキップして読み出しを行う（ステップ９０２）。この読み出し駆動は、垂直シフトレジスタ４０１によって所定の読み出し行が不連続で選択されることにより実行される。その間に、ＶＯＢ２０２の最終行（Ｙ＝Ｓ０）の画素出力の平均値Ｘ（Ｓ０）を演算し、メモリに格納しておく。

次に、スキップ後のＹ＝Ｓ１行のＨＯＢ２０１の画素出力の平均値Ｘ（Ｓ１）を算出し、スキップ前のＹ＝Ｓ０行のＶＯＢ２０２の画素出力の平均値Ｘ（Ｓ０）との差分、すなわち段差量αを算出する（ステップ９０３）。

図１２は、本実施例１における、各行の出力（クランプ前ＯＢ出力）とＯＢクランプ結果の出力（クランプ後ＯＢ出力）を示したものである。スキップ直後の読み出し行であるＹ＝Ｓ１行のクランプ後のＨＯＢ出力は７５０ＬＳＢである。すなわち、ＶＯＢ２０２の最終行であるＹ＝Ｓ０行のＯＢ出力５００ＬＳＢと、スキップ行であるＹ＝Ｓ１行のＯＢ出力７５０ＬＳＢとの差分を算出すると、段差量α＝−２５０ＬＳＢとなる。

次に、Ｙ＝Ｓ１行の開口部の画素出力を、ステップ９０３で求めた段差量αでオフセット補正する（ステップ９０４）。段差量αでオフセット補正すると、ｉ行目の開口領域の画素出力とｉ＋１行目のＯＢ画素の出力は、式３に示す式の通りになる。
Ｓｉｇｎａｌ（クランプ後）＝Ｓｉｇｎａｌ（クランプ前）＋ＯＢＣ（ｉ）−α ・・・（式３）

段差量αをクランプ量に考慮してＯＢクランプ処理を行うと、Ｙ＝Ｓ１＋１行目のＯＢ出力は、式３より、４５６＋３００−２５０＝５０６．０ＬＳＢとなる。そして、Ｙ＝Ｓ１＋１行目よりＨＯＢクランプを開始する（ステップ９０５）。式１に従ってクランプ量を算出すると、
ＯＢＣ（Ｓ１＋１）＝３００＋（５００−５０６）＊０．２５＝２９８．５
となる。そして、式３に従ってＯＢクランプ処理を行なうと、Ｙ＝Ｓ１＋２行目のクランプ後のＯＢ出力は、４６０＋２９８．５−２５０＝５０８．５ＬＳＢとなる。以下、同様の処理を繰り返し、最終行まで読み出す（ステップ９０６）。

図１３にスキップ読み出しした画像における、ＯＢクランプ未実施の垂直シェーディングとＯＢクランプ実施後の垂直シェーディングを示す。スキップ前後の段差量αをオフセット補正することにより、多少の出力の揺れはあるものの、スキップ後すぐに基準黒レベルに近づいていることがわかる。

また、動画撮影（ライブビューモード）においては、複数フレーム分の値を平均して段差量αを更新しても良い。例えば、段差量αを前４フレーム分（すなわち、α（ｎ−４）、α（ｎ−３）、α（ｎ−２）、α（ｎ−１））の値を保持し、ｎフレーム目の段差量α（ｎ）との平均値を算出してｎフレーム目の画像の段差量αを算出すれば良い。なお、例えば前４フレーム分を平均化する場合は、最初の数４フレームは平均化する段差量のデータが足りないが、次のように処理するものとする。すなわち、
１フレーム目 α＝α（１）
２フレーム目 α＝｛α（１）＋α（２）｝／２
３フレーム目 α＝｛α（１）＋α（２）＋α（３）｝／３
４フレーム目 α＝｛α（１）＋α（２）＋α（３）＋α（４）｝／４
５フレーム目以降ｎフレーム目 α＝｛α（ｎ−４）＋α（ｎ−３）＋α（ｎ−２）＋α（ｎ−１）｝／５
として処理する。

以上のように、スキップ前後の段差量を反映してＯＢクランプ処理を行うことにより、垂直シェーディングの段差の発生を抑えて、好適な画像を得ることができる。なお、これらの処理はカメラ内部でなく、ＰＣ上で行っても良い。また、動画撮影時などにおいて、数フレーム分平均して算出することで、高ＩＳＯでノイズが多い場合にも適切に段差量αを得ることができる。本実施例では詳細な説明は省略したが、非間引き駆動だけでなく、動画撮影における間引き駆動や垂直加算駆動におけるスキップ読み出しにおいても、適用することが可能である。

（実施例２）
本発明の実施例２について説明する。段差量αの取得以外の工程は実施例１と同様であるため省略する。本実施例では、段差量αを工場における製造時などにあらかじめ取得し、撮像装置のメモリ回路１０４に保持しておく。その際に、スキップ位置で段差量が異なるので、動画モードや拡大モードなどにおいて使用する全てのスキップ位置それぞれについて、段差量を検出して持たせる。図１４は、段差量のテーブルである。ここでは、スキップ位置とＩＳＯ感度をパラメータとして各段差量を示しているが、これに限らず、温度条件などの撮影条件ごとに持たせても良い。

図９のフローチャートのステップ９０３で段差量αを算出する代わりに、図１４の段差量テーブルから、撮影条件、スキップ位置にあった段差量αを取得し、ステップ９０４でオフセット補正を行う。以上のように、あらかじめスキップ前後の段差量を撮像装置のメモリ部に保持して置き、撮影時に段差量を読み出して補正しても、垂直シェーディングの発生を抑えて、好適な画像及び動画を得ることができる。

（実施例３）
本発明の実施例３について説明する。段差量αの取得以外の工程は実施例１と同様であるため省略する。本実施例では、スキップ駆動を考慮した全行の補正データを工場における製造時などにあらかじめ取得し、撮像装置のメモリ回路１０４に保持しておく。すなわち、工場における製造時などにおいて、スキップ読み出しを含む撮影モードに設定して遮光画像を取得し、各行の平均値から垂直方向の写像を算出し、それを補正値としてメモリに格納する。写像の算出にはＯＢ部だけでなく、開口領域の出力を使用しても良い。平均値の算出には母数が多い方が良いため、開口領域を使用した方が、誤差少なく補正値を算出することができる。また、補正値は、スキップ位置の異なる全ての撮影条件において持たせるのが望ましい。

そして、撮影時には撮影条件に応じて補正値を読み出し、各行においてオフセット補正を行う。具体的には、読み出された１フレーム分の画像データから行毎に一律に補正値で減算する。読み出した補正値は、スキップ読み出しを考慮した補正値であるため、スキップ前後の段差量を含む垂直シェーディングの補正をすることができる。更に、ＯＢクランプも行えば、温度変化などによる垂直シェーディングもリアルタイムに補正することができ、良好な画像を得ることができる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１００ 固体撮像装置
１０１ ＣＭＯＳ撮像素子
１０２ ＡＦＥ
１０３ ＤＦＥ
１０４ メモリ回路
１０５ 画像処理装置
１０６ 制御回路
１０７ 操作部
１０８ 表示回路
１０９ 記録媒体
１１０ タイミング発生回路

Claims (20)

1. 開口画素領域と基準画素領域を含む画素領域と、
   前記画素領域から画素行毎に信号を読み出す読み出し手段と、
   前記画素領域の読み出し画素行を選択する選択手段と、
   前記基準画素領域から読み出される基準信号を用いて前記開口画素領域から読み出される画像信号を画素行毎に補正する補正手段と、
   前記選択手段により前記画素領域の読み出し画素行が不連続に選択された場合に、前記画素領域の不連続な読み出し画素行から読み出される信号に生じる信号レベルの段差量に基づいて、前記補正手段が前記基準信号を用いて前記画像信号を補正するように制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記基準信号に基づいて前記信号レベルの段差量を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、複数フレームの前記基準信号に基づいて前記段差量を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記読み出し手段が前記画素領域における複数の画素行をスキップして信号を読み出す場合に、スキップ位置ごとに、前記段差量をあらかじめ記憶した記憶手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記読み出し手段が前記画素領域における複数の画素行をスキップして信号を読み出す場合に、撮影条件、スキップ位置ごとに、前記段差量をあらかじめ記憶した記憶手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記段差量を含んだ画素行毎の補正値をあらかじめ記憶した記憶手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記補正手段は、前記基準信号を用いて前記画像信号の黒レベルを補正することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記画素領域の任意の読み出し画素行を選択するように前記選択手段を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、画像のアスペクト比に応じて前記画素領域の前記任意の読み出し画素行を選択するように前記選択手段を制御することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記基準画素領域は遮光されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 開口画素領域と基準画素領域を含む画素領域と、
    前記画素領域から画素行毎に信号を読み出す読み出し手段と、
    前記基準画素領域から読み出される基準信号を用いて前記開口画素領域から読み出される画像信号を画素行毎に補正する補正手段と、
    前記読み出し手段が前記画素領域の複数の画素行から信号を読み出さない場合に、前記画素領域から読み出される信号に生じる信号レベルの段差量に基づいて、前記補正手段が前記基準信号を用いて前記画像信号を補正するように制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
12. 前記制御手段は、前記基準信号に基づいて前記信号レベルの段差量を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
13. 前記制御手段は、複数フレームの前記基準信号に基づいて前記段差量を算出することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記読み出し手段が前記画素領域の複数の画素行をスキップして信号を読み出す場合に、スキップ位置ごとに、前記段差量をあらかじめ記憶した記憶手段を有することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
15. 前記読み出し手段が前記画素領域の複数の画素行をスキップして信号を読み出す場合に、撮影条件、スキップ位置ごとに、前記段差量をあらかじめ記憶した記憶手段を有することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
16. 前記段差量を含んだ画素行毎の補正値をあらかじめ記憶した記憶手段を有することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
17. 前記補正手段は、前記基準信号を用いて前記画像信号の黒レベルを補正することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の撮像装置。
18. 前記制御手段は、前記画素領域の任意の画素行から信号を読み出すように前記読み出し手段を制御することを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の撮像装置。
19. 前記制御手段は、画像のアスペクト比に応じて前記画素領域の前記任意の画素行から信号を読み出すように前記読み出し手段を制御することを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
20. 前記基準画素領域は遮光されていることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置。

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