固体撮像装置および電子カメラ
【課題】より高速な撮像動作を行うことができる固体撮像装置および電子カメラを提供する。
【解決手段】リセット部によって蓄積部の電荷をリセットした後の蓄積部の電位に基づくリセット信号と、光電変換部の電荷を全画素で一括して排出することによって露光が開始され、転送部によって光電変換部の電荷を全画素で一括して蓄積部に転送することによって露光が終了した後の蓄積部の電位に基づく光信号とが画素から読み出される。補正信号発生部３７は、蓄積部で発生する暗電流成分に相当する補正信号を発生する。補正処理部３８は、リセット信号と光信号との差分処理を行い、差分処理で得られた差分信号を、補正信号を用いて補正する。
【解決手段】リセット部によって蓄積部の電荷をリセットした後の蓄積部の電位に基づくリセット信号と、光電変換部の電荷を全画素で一括して排出することによって露光が開始され、転送部によって光電変換部の電荷を全画素で一括して蓄積部に転送することによって露光が終了した後の蓄積部の電位に基づく光信号とが画素から読み出される。補正信号発生部３７は、蓄積部で発生する暗電流成分に相当する補正信号を発生する。補正処理部３８は、リセット信号と光信号との差分処理を行い、差分処理で得られた差分信号を、補正信号を用いて補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を有する画素から信号を読み出して処理する固体撮像装置および電子カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピューターの急速な普及により、画像入力機器としてのデジタルカメラの需要が拡大している。デジタルカメラの画質を決定する要素は幾つかあるが、その中でも撮像素子の画素数は撮影画像の解像度を決定する大きな要素である。そのため、最近では画素数が１２００万以上のデジタルカメラも商品化されている。
【０００３】
デジタルカメラには、光学像を電気信号に変換する撮像素子が搭載されている。この撮像素子のマーケットシェアは、近年、ＣＣＤからＣＭＯＳへと移行しつつある。ＣＭＯＳ等の一般的なＭＯＳ型撮像素子は、撮像面に２次元状に配列された複数の画素に蓄積された電荷を順次読み出すようになっているが、そのままでは露光開始時刻および露光終了時刻が画素毎（あるいはライン毎、複数ライン毎）に異なる場合がある。
【０００４】
そこで、全画素の露光開始時刻を同一にし、かつ全画素の露光終了時刻を同一にする、電気的なグローバルシャッタによる制御ができるように構成されたＭＯＳ型撮像素子がある。このＭＯＳ型撮像素子は、露光量に応じた電荷を発生するフォトダイオード等の光電変換部を備えると共に、光電変換部において発生した電荷を一時的に蓄積する蓄積部や、電荷の転送やリセットを行う際にスイッチとして機能するトランジスタ等を備えている。
【０００５】
上記のグローバルシャッタによる制御が可能な撮像素子をデジタルカメラに用いる場合に、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）を抑圧するために、以下のようなシーケンスで撮像素子およびその周辺回路を駆動する技術が、例えば特許文献１に記載されている。
（１）蓄積部に蓄積された電荷をリセットし、リセット信号をライン毎に順次走査して読み出し、記憶する。
（２）全画素の光電変換部で発生した電荷を一括してリセットし、所定の露光時間が経過した後に、光電変換部の電荷を一括して蓄積部へ転送する。
（３）蓄積部へ転送された電荷に基づく光信号を、ライン毎に順次走査して読み出し、光信号から、（１）で記憶したリセット信号を減算する（光信号とリセット信号との差分をとる）。
【０００６】
図１１は、上述したシーケンスによる信号の読み出しを模式的に示している。まず、蓄積部に蓄積された電荷がリセットされ、リセット後の蓄積部の電位に基づくリセット信号が行毎に読み出される。このリセット信号の読み出しは、リセットフレームにおいて行われ、１フレーム分のリセット信号が読み出される。リセット信号の読み出しが終了すると、全画素において、光電変換部が一括してリセットされ、露光が開始される。
【０００７】
所定の露光時間（蓄積時間）が経過した後、全画素において、光電変換部から蓄積部へ電荷が一括して転送される。続いて、電荷が転送された後の蓄積部の電位に基づく光信号が行毎に読み出される。この光信号の読み出しは、ビデオフレームにおいて行われ、１フレーム分の光信号が読み出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−６５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したようなシーケンスでＭＯＳ型撮像素子を駆動した場合には、蓄積部に蓄積された電荷をリセットすることにより発生するＫＴＣノイズ（リセットノイズ）や、蓄積部に蓄積された電荷に基づく信号を増幅するＭＯＳトランジスタのしきい値電圧のばらつき（以下、単にしきい値ばらつきと記載する）等の固定パターンノイズからなるノイズ成分は、上記（３）の減算により補正できる。しかし、蓄積部に蓄積された電荷をリセットした後、光電変換部の電荷を一括して蓄積部へ転送するまでに蓄積部で発生する暗電流のばらつき成分が補正できずに、最終的に得られる画像に固定パターンノイズが残留してしまう。
【００１０】
特に、上述したシーケンスにおいては、各画素の蓄積部において暗電流が発生する時間は、１フレーム分の信号を読み出す時間と、光電変換部に電荷を蓄積する蓄積時間とを合計した時間（図１１の１フレーム読み出し時間と蓄積時間の和である時間Ａに相当）になる。このため、通常の読み出しでは問題にならない、蓄積部で発生する暗電流成分が無視できなくなる。
【００１１】
一方、この暗電流成分を補正するために、上述したシーケンスによる読み出し動作の前または後に、補正用のフレームを設け、光電変換部の電荷を蓄積部へ転送せずに、同様の読み出しを行い、蓄積部の暗電流のばらつき成分を取得する方法が考えられる。図１２は、この方法による信号の読み出しを模式的に示している。この方法では、上記と同様にしてリセット信号を読み出し、上記の蓄積時間に相当する時間が経過した後、光電変換部の電荷を蓄積部へ転送せずに、蓄積部の電位に基づくノイズ信号を読み出す。このノイズ信号からリセット信号を減算する差分処理を行うことによって、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）やしきい値ばらつき等の固定パターンノイズからなるノイズ成分を補正し、蓄積部の暗電流のばらつき成分を得ることができる。
【００１２】
上記のようにして得られた暗電流のばらつき成分を、光信号からリセット信号を減算した結果からさらに減算することで固定パターンノイズを補正することができる。しかし、この方法では、２種類のリセット信号、光信号、およびノイズ信号を取得しているため、４枚の画像から１枚の画像を生成することになり、著しく撮像速度が低下する。
【００１３】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、より高速な撮像動作を行うことができる固体撮像装置および電子カメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送部と、前記光電変換部で発生した電荷を排出する排出部と、前記蓄積部に蓄積された電荷をリセットするリセット部と、前記蓄積部の電位に基づく信号の読み出しを選択する選択部と、を有し、行方向および列方向の二次元状に配列された、読み出し対象領域内の複数の画素と、前記リセット部によって前記蓄積部の電荷をリセットした後の前記蓄積部の電位に基づくリセット信号を前記画素から行毎に読み出し、前記排出部によって前記光電変換部の電荷を全画素で一括して排出することによって露光を開始し、前記転送部によって前記光電変換部の電荷を全画素で一括して前記蓄積部に転送することによって露光を終了し、露光終了後の前記蓄積部の電位に基づく光信号を前記画素から行毎に読み出す制御を行う読み出し制御部と、前記蓄積部で発生する暗電流成分に相当する補正信号を発生する補正信号発生部と、前記リセット信号と前記光信号との差分処理を行い、前記差分処理で得られた差分信号を、前記補正信号を用いて補正する補正処理部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置において、前記読み出し制御部はさらに、前記リセット部によって前記蓄積部の電荷をリセットした後の前記蓄積部の電位に基づく第２のリセット信号を前記画素から行毎に読み出し、前記第２のリセット信号を読み出してから所定時間が経過した後の前記蓄積部の電位に基づくノイズ信号を前記画素から行毎に読み出す制御を行い、前記補正処理部はさらに、前記第２のリセット信号と前記ノイズ信号との第２の差分処理を行って第２の差分信号を生成し、前記補正信号発生部は、前記第２の差分信号を前記補正信号として記憶することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の固体撮像装置は、温度を検出する温度検出部を更に有し、前記補正信号発生部は、異なる温度に対応した複数種類の前記補正信号を発生し、前記補正処理部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記複数種類の前記補正信号のいずれかを選択し、選択した前記補正信号を用いて前記差分信号を補正することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の固体撮像装置は、温度を検出する温度検出部を更に有し、前記補正信号発生部は、異なる温度に対応した複数種類の前記補正信号を発生し、前記補正処理部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記複数種類の前記補正信号から第２の補正信号を生成し、生成した前記第２の補正信号を用いて前記差分信号を補正することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の固体撮像装置において、前記補正信号は、所定の蓄積時間に対応するものであり、前記補正処理部は、撮影動作における蓄積時間と、前記所定の蓄積時間とに応じて前記補正信号を補正し、補正後の前記補正信号を用いて前記差分信号を補正することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の固体撮像装置において、前記読み出し制御部は、前記第２のリセット信号および前記ノイズ信号を複数回ずつ読み出す制御を行い、前記補正処理部はさらに、複数回ずつ読み出された前記第２のリセット信号と前記ノイズ信号との前記第２の差分処理を行って複数種類の前記第２の差分信号を生成し、当該複数種類の前記第２の差分信号の平均化処理を行い、前記補正信号発生部は、前記平均化処理で得られた信号を前記補正信号として記憶することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上記の固体撮像装置を備えた電子カメラである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ノイズ信号と光信号との差分処理で得られた差分信号を、補正信号発生部が発生した補正信号を用いて補正することによって、蓄積部で発生する暗電流成分を補正するための信号を別途読み出す場合と比較して、より高速な撮像動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置が有する撮像素子の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置が有する補正部の構成を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置が有する撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による固体撮像装置が有する補正部の構成を示す構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による固体撮像装置が有する補正部の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態において、蓄積部で発生する暗電流の温度特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の第４の実施形態において、蓄積部で発生する暗電流の時間特性を示すグラフである。
【図１１】グローバルシャッタによる信号読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】蓄積部の暗電流のばらつき成分を得るための信号読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置（デジタルカメラ１００ａ）の構成を示している。図１に示すデジタルカメラ１００ａは、レンズ部２２、撮像素子２４、信号処理部２６、メモリ部２７、記録媒体２８、レンズ制御部２９、駆動部３１、操作部３２、制御部３３、表示部３４、および補正部３５ａを備える。
【００２５】
レンズ部２２はズームレンズやフォーカスレンズを備えており、被写体からの光を撮像素子２４の受光面に被写体像として結像する。レンズ制御部２９は、レンズ部２２のズーム、フォーカス、絞りなどを制御する。レンズ部２２を介して取り込まれた光は撮像素子２４の受光面で結像される。撮像素子２４は、受光面に結像された被写体像を画像信号に変換して出力する。撮像素子２４の受光面には、複数の画素が行方向および列方向に二次元的に配列されている。
【００２６】
補正部３５ａは、撮像素子２４から出力された画像信号に対して高画質化の為の補正処理を行う。信号処理部２６は、補正部３５ａから出力された画像信号に対して、予め定められた処理を行う。信号処理部２６によって行われる処理には、画像データの各種の補正や画像データの圧縮などがある。メモリ部２７は、画像データを一時的に記憶する。
【００２７】
表示部３４は、動画像（ライブビュー画像）の表示、静止画像の表示、記録媒体に記録された動画像や静止画像の表示、デジタルカメラ１００ａの状態の表示などを行う。記録媒体２８は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどにより構成されており、着脱可能な状態でデジタルカメラ１００ａに内蔵される。
【００２８】
駆動部３１は、撮像素子２４を駆動し、その動作を制御する。操作部３２は、操作者が撮像開始の指示を入力するためのレリーズボタンなどを備え、操作者が行った操作入力を検出し、操作内容に応じた信号を出力する。制御部３３は、デジタルカメラ１００ａ全体の制御を行う。また、制御部３３は、操作部３２から出力された信号に応じて、デジタルカメラ１００ａを構成する各部に制御信号を出力する。
【００２９】
次に、撮像素子２４の構成について説明する。図２は、撮像素子２４の構成を示している。図２に示すように、撮像素子２４は、単位画素である画素７、垂直回路８（垂直走査回路）、水平回路９（水平走査回路）、およびコントローラ１０を備える。
【００３０】
撮像素子２４の受光面には複数の画素７が行方向および列方向に二次元的に配列されている。全ての画素７は、画像信号を読み出す対象となる読出し対象領域に含まれる。読出し対象領域は、少なくとも有効画素領域の全画素を含むことが望ましい。図２に示す例では、ｎ（ｎは２以上の自然数）行目およびｎ−１行目の１列目と２列目の４つの画素７のみを図示し、他の行および列の画素を省略している。このように一部の画素のみを図示し、他の画素を省略しているのは、図としての表現の都合のためであり、画素数を限定するわけではない。画素７は、列毎に設けられた垂直信号線２１に接続されている。
【００３１】
画素７は、光電変換部１（ＰＤ）、蓄積部２（ＦＤ）、転送部３、リセット部４、排出部５、および選択部６を備える。
【００３２】
光電変換部１は、フォトダイオード等の光電変換素子で構成され、入射した光を電荷に変換して蓄積（保持）する。光電変換部１は転送部３および排出部５に接続されている。蓄積部２は、光電変換部１から転送部３を介して転送される電荷を蓄積（保持）する。蓄積部２は転送部３、リセット部４、および選択部６に接続されている。
【００３３】
転送部３は、光電変換部１および蓄積部２に接続されており、光電変換部１で発生した電荷を蓄積部２に転送する。転送部３は、例えばトランジスタによって、オン／オフの切替が可能なスイッチとして構成されている。転送部３の動作は、転送制御信号φＴＸ１（ｉ）（ｉは任意の行番号）によって制御される。
【００３４】
リセット部４は、蓄積部２および電源に接続されており、蓄積部２の電位を所定電位に設定することによって、蓄積部２に蓄積されている電荷をリセットする。リセット部４によるリセットは、蓄積部２の電荷量を制御して蓄積部２の状態を基準状態に設定することを指す。リセット部４は、例えばトランジスタによって、オン／オフの切替が可能なスイッチとして構成されている。リセット部４の動作は、リセット制御信号φＲＥＳ（ｉ）によって制御される。
【００３５】
排出部５は、光電変換部１および電源に接続されており、光電変換部１の電位を電源電位に設定することによって、光電変換部１に蓄積されている電荷を排出（リセット）する。排出部５による排出は、光電変換部１の電荷量を制御して光電変換部１の状態を基準状態に設定することを指す。排出部５は、例えばトランジスタによって、オン／オフの切替が可能なスイッチとして構成されている。排出部５の動作は、排出制御信号φＴＸ２（ｉ）によって制御される。
【００３６】
選択部６は、蓄積部２および垂直信号線２１に接続されており、蓄積部２の電位に基づく画像信号を垂直信号線２１に出力する制御を行う。選択部６は、オン／オフの切替が可能であり、選択部６のオン／オフの切替によって、画像信号を読み出す画素７の選択が行われる。選択部６の動作は、選択制御信号φＳＥＬ（ｉ）によって制御される。上記の画素７の構成は一例であり、各種の変形を施してもよい。
【００３７】
垂直回路８は、予め定められたフレーム期間を設定し、各フレーム期間内において、選択制御信号φＳＥＬ（ｉ）、リセット制御信号φＲＥＳ（ｉ）、転送制御信号φＴＸ１（ｉ）、排出制御信号φＴＸ２（ｉ）を生成して画素７へ出力する。垂直回路８は、これらの制御信号によって、画素７からの画像信号の読出しを制御する。例えば、グローバルシャッタによるシーケンスを実行する場合、垂直回路８は、蓄積部２を行毎にリセットするとともに、リセット後の蓄積部２の電位に基づくリセット信号を画素７から行毎に読み出した後、全画素で一括して露光を開始し、露光終了後の蓄積部２の電位に基づく光信号を画素７から行毎に読み出す制御を行う。
【００３８】
水平回路９は、予め定められたフレーム期間を設定し、各フレーム期間内において、画素７から画像信号を読み出して撮像素子２４の外部へ出力する。水平回路９は、画像信号を読み出す画素７を画素列毎に指定することが可能である。画素７から垂直信号線２１に出力された画像信号は、水平回路９の動作が規定するタイミングで撮像素子２４の外部へ出力される。
【００３９】
コントローラ１０は、図１の駆動部３１から与えられる駆動信号に基づいて、垂直回路８および水平回路９の動作を制御する制御信号を生成して垂直回路８および水平回路９へ出力する。コントローラ１０は、これらの制御信号によって、画素７における露光動作や画像信号の読出し動作の全体を制御する。
【００４０】
水平回路９が読み出した画像信号は、図示しないＡＤ変換器によりアナログ・デジタル変換され、デジタルデータとして出力される。ＡＤ変換器を列毎に設ける、いわゆるカラムパラレル方式や、パイプライン方式などがあるが、どの方式にも限定されるものではない。また、ＡＤ変換器を撮像素子２４内の各回路と同一基板上に構成してもよいし、異なる基板上に構成してもよい。
【００４１】
次に、補正部３５ａの構成について説明する。図３は、補正部３５ａの構成を示している。補正部３５ａは、補正メモリ部３６、補正信号発生部３７、および補正処理部３８を有する。
【００４２】
補正メモリ部３６は、画像データを記憶するメモリである。補正信号発生部３７は、予め用意されたデータに基づいて、蓄積部２で発生する暗電流成分に相当する補正信号を発生する。前述したように、リセット信号を読み出し、さらに、光電変換部１の電荷を蓄積部２へ転送することなくノイズ信号を読み出し、ノイズ信号からリセット信号を減算することによって、暗電流のばらつき成分を得ることができる。リセット信号およびノイズ信号の読み出しに係るシーケンスは、図１２に示したシーケンスとなる。
【００４３】
各画素７で得られた暗電流のばらつき成分を、上記の補正信号として使用することが可能である。補正信号発生部３７は、例えば補正信号として使用する各画素７の暗電流のばらつき成分のデータを記憶するメモリ（補正信号記憶部）として構成される。例えば固体撮像装置の出荷前の段階で、暗電流のばらつき成分を取得するための動作（図１２）が行われ、補正信号発生部３７に補正信号が記録される。
【００４４】
補正処理部３８は、撮像素子２４からのリセット信号を補正メモリ部３６に一時的に記憶させ、撮像素子２４からの光信号から、補正メモリ部３６に一時的に記憶させたリセット信号を減算する差分処理を行う。また、補正処理部３８は、差分処理で得られた信号から、補正信号発生部３７が発生した補正信号を減算することによって、差分処理で得られた信号の補正処理を行う。補正処理部３８で補正された補正信号は、信号処理部２６へ出力される。
【００４５】
また、補正処理部３８は、固体撮像装置の出荷前等の段階で暗電流のばらつき成分を取得するための動作が行われた際に、読み出されたリセット信号およびノイズ信号を用いて、ノイズ信号からリセット信号を減算する差分処理を行う。さらに、補正処理部３８は、差分処理結果の信号を補正信号として補正信号発生部３７に記憶させる。
【００４６】
次に、信号の読み出しに係る撮像素子２４の動作を説明する。図４は、撮像素子２４を駆動するための制御信号の波形を示している。以下では、グローバルシャッタ動作によって静止画を撮影する場合を例に説明する。
【００４７】
図４は、垂直方向に４行の画素がある場合を例としている。ΦＳＥＬ（ｉ）、ΦＲＥＳ（ｉ）はそれぞれ、ｉ（ｉ＝１，２，３，４）行目の選択制御信号、ｉ行目のリセット制御信号を表している。ΦＴＸ１（ａｌｌ）は、全ての行の転送制御信号を表し、ΦＴＸ２（ａｌｌ）は、全ての行の排出制御信号を表している。
【００４８】
図４に示す動作においては、光電変換部１における電荷の蓄積すなわち露光に先立ち、リセット信号の読み出しを行い、蓄積終了後に光信号の読み出しを行っている。ここで、リセット信号を読み出すフレームをリセットフレームとし、光信号を読み出すフレームをビデオフレームとする。リセットフレームの期間の長さとビデオフレームの期間の長さは同一である。
【００４９】
リセットフレームの期間中は、排出制御信号ΦＴＸ２（ａｌｌ）がＨレベルであり、全ての行の画素７の排出部５がオンであるため、光電変換部１がリセット状態を維持する。また、リセットフレームの期間中は、転送制御信号ΦＴＸ１（ａｌｌ）がＬレベルであり、全ての行の転送部３がオフである。
【００５０】
リセットフレームでは、選択制御信号ΦＳＥＬ（１）がＨレベルになることで、選択部６がオンになり、１行目の画素７が選択される。続いて、リセット制御信号ΦＲＥＳ（１）がＨレベルになることで、１行目の画素７のリセット部４がオンになり、蓄積部２がリセットされる。また、選択部６がオンであるため、蓄積部２をリセットした直後のフローティングの状態のリセット信号が読み出される。
【００５１】
続いて、２行目、３行目、４行目についても上記と同様の動作が順次行われ、各行の画素７からリセット信号が読み出される。全ての行の画素７からリセット信号を読み出したら、リセットフレームの読み出し動作は終了する。
【００５２】
リセットフレームに続いて、蓄積動作（露光動作）が行われる。排出制御信号ΦＴＸ２（ａｌｌ）がＬレベルになることで全ての行の画素７の排出部５がオフになり、全ての行の画素７で一括して蓄積（露光）が開始される。蓄積の開始から所定時間が経過した後、転送制御信号ΦＴＸ１（ａｌｌ）がＨレベルになることで、全ての行の画素７の転送部３がオンになり、全ての行の画素７で一括して光電変換部１から蓄積部２に電荷が転送され、蓄積が終了する。図４においては、蓄積動作が行われる期間を蓄積時間として表示している。
【００５３】
蓄積動作に続いて、ビデオフレームで光信号が読み出される。ビデオフレームの期間中は、排出制御信号ΦＴＸ２（ａｌｌ）がＨレベルであり、全ての行の画素７の排出部５がオンであるため、光電変換部１がリセット状態を維持する。また、ビデオフレームの期間中は、転送制御信号ΦＴＸ１（ａｌｌ）がＬレベルであり、全ての行の転送部３がオフである。
【００５４】
ビデオフレームでは、読み出し制御信号ΦＳＥＬ（１）がＨレベルになることで、選択部６がオンになり、１行目の画素７が選択され、蓄積部２に蓄積された電荷に基づく光信号が読み出される。続いて、２行目、３行目、４行目についても上記と同様の動作が順次行われ、各行の画素７から光信号が読み出される。全ての行の画素７から光信号を読み出したら、ビデオフレームの読み出し動作は終了する。
【００５５】
次に、補正部３５ａの動作を説明する。図５は、撮像素子２４における信号の読み出し動作と補正部３５ａの動作を模式的に示している。図５において、ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４は、１行目、２行目、３行目、４行目の１行分の画素７から読み出されるリセット信号を示しており、ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４は、１行目、２行目、３行目、４行目の１行分の画素７から読み出される光信号を示している。
【００５６】
リセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４には、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）およびしきい値ばらつき等の固定パターンノイズが含まれる。また、光信号ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４には、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）、しきい値ばらつき等の固定パターンノイズ、光電変換部１に蓄積された電荷に基づく信号成分、および蓄積部２で発生する暗電流成分が含まれる。
【００５７】
リセットフレームでは、撮像素子２４からリセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４が読み出されると、補正処理部３８は補正メモリ部３６に各リセット信号を書き込む。１フレーム分のリセット信号の書き込みが完了すると、補正メモリ部３６への書き込みが終了する。図５において、ｎ１（ｗ）、ｎ２（ｗ）、ｎ３（ｗ）、ｎ４（ｗ）は、補正メモリ部３６に書き込まれたリセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４を示す。
【００５８】
ビデオフレームでは、撮像素子２４から光信号ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４が読み出されると、補正処理部３８は、各光信号と略同一のタイミングにおいて、補正メモリ部３６に記憶されているリセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４を読み出す。図５において、ｎ１（ｒ）、ｎ２（ｒ）、ｎ３（ｒ）、ｎ４（ｒ）は、リセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４の読み出しを示す。
【００５９】
この時、補正信号発生部３７は、１行目、２行目、３行目、４行目に対応した、予め記憶してある補正信号ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４を発生する（予め記憶してある補正信号ｆ１，ｆ２，ｆ４のデータを出力する）。補正信号ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４には、蓄積部２で発生する暗電流成分が含まれる。
【００６０】
補正処理部３８は、行毎に、光信号ｖ（ｍ）｛ｍ＝１，２，３，４｝からリセット信号ｎ（ｍ）｛ｍ＝１，２，３，４｝を減算し、さらに、減算結果の信号から補正信号ｆ（ｍ）｛ｍ＝１，２，３，４｝を減算する。このような動作により、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）およびしきい値ばらつき等の固定パターンノイズや、蓄積部２で発生する暗電流成分が補正され、高画質な光信号を得ることができる。
【００６１】
上述したように、本実施形態によれば、蓄積部２で発生する暗電流成分に相当する補正信号を予め記憶しておき、光信号とリセット信号との差分処理結果の補正に補正信号を使用することで、蓄積部２で発生する暗電流成分を撮影シーケンスの中で改めて取得することなく補正を行うことが可能となる。このため、より高速な撮像動作を行うことができ、例えば静止画の連写を行う場合には、連写速度を低下させることなく、高画質な静止画を得ることができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図６は、本実施形態による固体撮像装置（デジタルカメラ１００ｂ）の構成を示している。図６のデジタルカメラ１００ｂでは、撮像素子２４の近傍に、温度を検出する温度センサ５０が設けられている。温度センサ５０は、撮像素子２４と同一の基板上に構成してもよいし、異なる基板上に構成してもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、図１に示した補正部３５ａが補正部３５ｂに変更されている。図７は補正部３５ｂの構成を示している。図７の補正部３５ｂでは、図３の補正信号発生部３７が３つの補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃに変更され、補正信号選択部３９が追加されている。
【００６４】
補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃは、異なる温度に対応した補正信号を発生する。すなわち、補正信号発生部３７ａは、第１の温度に対応した第１の補正信号を発生し、補正信号発生部３７ｂは、第２の温度に対応した第２の補正信号を発生し、補正信号発生部３７ｃは、第３の温度に対応した第３の補正信号を発生する。本実施形態では、一例として、第１の温度は、Ｔ＜Ｔａである第１の温度範囲にある温度Ｔであり、第２の温度は、Ｔａ≦Ｔ＜Ｔｂである第２の温度範囲にある温度Ｔであり、第３の温度は、Ｔｂ≦Ｔである第３の温度範囲にある温度Ｔであるものとする。
【００６５】
補正信号選択部３９は、温度センサ５０で検出された温度に対応した補正信号を選択する。デジタルカメラ１００ｂにおいて、上記以外の構成は第１の実施形態と同様である。
【００６６】
一般的に、半導体基板上に発生する暗電流の特性が、温度に依存して変化することが知られている。第１の実施形態においては、撮像素子の温度が一定であれば、蓄積部２の暗電流成分も一定のため、好適に補正を行うことができるが、実際のデジタルカメラにおいては、環境温度や、撮像素子そのものの発熱などにより、撮像素子の温度が変化する。
【００６７】
この温度変化に対応するため、本実施形態においては、複数の補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃを設け、それぞれが低温度用の第１の補正信号、常温用の第２の補正信号、高温度用の第３の補正信号を発生する。例えば固体撮像装置の出荷前の段階で、第１の温度範囲、第２の温度範囲、第３の温度範囲のそれぞれの温度において、暗電流のばらつき成分を取得するための動作が行われ、補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃに、各温度に対応した補正信号のデータが記録される。
【００６８】
実際の撮影時においては、撮像素子２４の温度に応じて、補正信号選択部３９が適切な補正信号を選択する。より具体的には、補正信号選択部３９は、温度センサ５０が検出した温度Ｔが第１の温度範囲（Ｔ＜Ｔａ）にある場合、補正信号発生部３７ａが発生した第１の補正信号を選択し、温度Ｔが第２の温度範囲（Ｔａ≦Ｔ＜Ｔｂ）にある場合、補正信号発生部３７ｂが発生した第２の補正信号を選択し、温度Ｔが第３の温度範囲（Ｔｂ≦Ｔ）にある場合、補正信号発生部３７ｃが発生した第３の補正信号を選択する。上記以外の動作は第１の実施形態と同様である。
【００６９】
本実施形態によるデジタルカメラ１００ｂを第１の実施形態と同様に動作させることで、第１の実施形態と同様に、より高速な撮像動作を行うことができる。また、撮像素子２４の温度変化に対応して、蓄積部２で発生する暗電流成分を補正できるため、第１の実施形態によるデジタルカメラ１００ａよりも暗電流成分の補正をより好適に行うことができる。なお、本実施形態においては、補正信号発生部が３つである例を示したが、補正信号発生部の数は３つよりも多くても、少なくても構わない。
【００７０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態では、図６に示したデジタルカメラ１００ｂの補正部３５ｂが、図８に示す補正部３５ｃに変更される。図８の補正部３５ｃでは、図７の補正信号選択部３９が３つの補正信号生成部４０に変更されている。補正信号生成部４０は、補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃが生成した補正信号のうち、温度センサ５０で検出された温度に対応した補正信号を新たに生成する。なお、本実施形態の補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃはそれぞれ、温度ＴｃＡ，ＴｃＢ，ＴｃＣ（ＴｃＡ＜ＴｃＢ＜ＴｃＣ）に対応する補正信号を発生する。上記以外の構成は第２の実施形態と同様である。
【００７１】
第２の実施形態においては、３種類の補正信号発生部を用意した例を示した。第２の実施形態において、補正精度を上げるためには、より多くの温度範囲に対応した補正信号発生部をなるべく多く用意することが必要になる（たとえば、５種類、１０種類等）。しかし、このように多くの補正信号発生部を用意するためには、予め多くの補正信号を記憶しておくメモリの容量が必要となり、メモリの容量が増大する。これにより、小型化や低コスト化が困難になる。
【００７２】
次に、図９を用いて、補正信号生成部４０の動作について説明する。図９は、蓄積部２で発生する暗電流の温度特性を示している。図９において、横軸のＴｃＡ、ＴｃＢ、ＴｃＣはそれぞれ、低温度用の第１の補正信号を取得した時の温度、常温用の第２の補正信号を取得した時の温度、高温度用の第３の補正信号を取得した時の温度を示しており、縦軸のＤｃＡ、ＤｃＢ、ＤｃＣはそれぞれ、低温度用の第１の補正信号、常温用の第２の補正信号、高温度用の第３の補正信号を示している。
【００７３】
例えば、温度センサ５０によって検出された温度がＴｃＡとＴｃＢの間のＴｃ１である場合、補正信号生成部４０は、補正信号発生部３７ａが発生した、温度ＴｃＡに対応する補正信号と、補正信号発生部３７ｂが発生した、温度ＴｃＢに対応する補正信号とを用いて近似を行い、温度Ｔｃ１に対応する補正信号Ｄｃ１を生成する。この近似には、直線近似や曲線近似などの近似方法が用いられる。補正処理部３８は、補正信号生成部４０によって生成された補正信号Ｄｃ１を用いて補正処理を行う。
【００７４】
本実施形態によるデジタルカメラを第１の実施形態と同様に動作させることで、第１の実施形態と同様に、より高速な撮像動作を行うことができる。また、撮像素子２４の温度変化に対応して適切な補正信号を生成し、蓄積部２で発生する暗電流成分を補正できるため、メモリ容量の増大を抑えつつ、暗電流成分の補正をより好適に行うことができる。なお、本実施形態においては、補正信号発生部が３つである例を示したが、補正信号発生部の数は３つよりも多くても、少なくても構わない。
【００７５】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。本実施形態では、補正処理部３８の動作が、第１、第２、および第３の実施形態で説明した動作と異なる。それ以外の構成は第１、第２、および第３の実施形態のいずれかと同様である。
【００７６】
以下、図１０を用いて、補正処理部３８の補正動作について説明する。図１０は、蓄積部２で発生する暗電流の時間特性を示している。図１０において、横軸のｔ１，ｔｃは、蓄積部２をリセットしてから信号を読み出すまでの時間を示しており、縦軸のＤ１，Ｄｃは、対応する補正信号の値を示している。本実施形態では、蓄積部２で発生する暗電流成分が、蓄積部２をリセットしてから信号を読み出すまでの時間に比例すると仮定している。
【００７７】
実際の撮影時に蓄積部２をリセットしてから光信号を読み出すまでの時間は、撮影時のシャッター速度に基づく蓄積時間と、１フレーム分の信号を読み出す時間との合計（図１１の時間Ａに相当）になる。この時間をｔ１とし、対応する補正信号をＤ１とする。また、補正信号発生部３７が発生する（または補正信号選択部３９が選択する、もしくは補正信号生成部４０が生成する）補正信号をＤｃとし、対応する時間をｔｃとする。撮影時のシャッター速度に応じて蓄積時間が変化するため、時間ｔ１は、時間ｔｃとは必ずしも同じ時間にはならない。
【００７８】
そこで、補正処理部３８は、補正信号発生部３７が発生した（または補正信号選択部３９が選択した、もしくは補正信号生成部４０が生成した）、時間ｔｃに対応する補正信号Ｄｃを用いて、直線近似により、補正信号Ｄｃを補正した補正信号Ｄ１を生成する。さらに、補正処理部３８は、補正信号Ｄ１を用いて補正処理を行う。
【００７９】
なお、それぞれの補正信号発生部は、補正信号取得時のシャッター速度も補正信号とともに記憶しているものとする。シャッター速度は制御部３３から通知される。補正処理部３８は、補正処理を行う際に、補正信号取得時のシャッター速度に基づいて上記の時間ｔｃを算出するとともに、撮影時のシャッター速度に基づいて上記の時間ｔ１を算出する。なお、１フレーム分の信号を読み出す時間は一定であるものとする。
【００８０】
本実施形態によるデジタルカメラを第１の実施形態と同様に動作させることで、第１の実施形態と同様に、より高速な撮像動作を行うことができる。また、撮影時のシャッター速度に対応して適切な補正信号を生成し、蓄積部２で発生する暗電流成分を補正できるため、暗電流成分の補正をより好適に行うことができる。
【００８１】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。本実施形態では、補正処理部３８の動作が、第１、第２、第３、および第４の実施形態で説明した動作と異なる。それ以外の構成は第１、第２、第３、および第４の実施形態のいずれかと同様である。
【００８２】
本実施形態では、固体撮像装置の出荷前の段階等における補正信号取得時の補正処理部３８の動作が他の実施形態の動作と異なる。図１２に示した信号読み出しを１回行って補正信号を生成すると、ランダムノイズ成分が補正信号に含まれる。このランダムノイズ成分を含んだ補正信号を用いて、リセット信号と光信号との差分処理結果に対して補正を行うと、このランダムノイズ成分が最終画像に重畳してしまう。
【００８３】
そこで、本実施形態においては、補正信号発生部が予め記憶する補正信号を、複数枚の画像から生成しておく。より具体的には、図１２に示した信号読み出しが複数回行われ、補正処理部３８は、各回で読み出されたリセット信号とノイズ信号との差分処理を行って、複数の補正信号を生成する。さらに、補正処理部３８は、生成した複数の補正信号の平均化処理を行い、平均化処理後の信号を補正信号として補正信号発生部に記憶させる。これにより、補正信号に含まれるランダムノイズ成分が小さくなるため、第１、第２、第３、および第４の実施形態よりも、高画質な静止画を得ることができる。
【００８４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００８５】
例えば、上記各実施形態においては、説明の便宜上、補正部３５ａ，３５ｂを信号処理部２６と分けて記載したが、補正部３５ａ，３５ｂの一部または全部が信号処理部２６の内部に含まれていても構わない。また、補正メモリ部３６をメモリ部２７と共通のメモリとしたり、メモリインターフェースを共通にしたりしても、同様の効果が得られる。また、補正信号発生部３７，３７ａ，３７ｂ，３７ｃからの補正信号を一時的に補正メモリ部３６に記憶して、補正処理部３８が補正処理を行っても同等の効果が得られるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・光電変換部、２・・・蓄積部、３・・・転送部、４・・・リセット部、５・・・排出部、６・・・選択部、７・・・画素、８・・・垂直回路（読み出し制御部）、９・・・水平回路、１０・・・コントローラ、２２・・・レンズ部、２４・・・撮像素子、２６・・・信号処理部、２７・・・メモリ部、２８・・・記録媒体、２９・・・レンズ制御部、３１・・・駆動部、３２・・・操作部、３３・・・制御部、３４・・・表示部、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ・・・補正部、３６・・・補正メモリ部、３７，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ・・・補正信号発生部、３８・・・補正処理部、３９・・・補正信号選択部（補正処理部）、４０・・・補正信号生成部（補正処理部）、１００ａ，１００ｂ・・・デジタルカメラ（電子カメラ）、５０・・・温度センサ（温度検出部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を有する画素から信号を読み出して処理する固体撮像装置および電子カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピューターの急速な普及により、画像入力機器としてのデジタルカメラの需要が拡大している。デジタルカメラの画質を決定する要素は幾つかあるが、その中でも撮像素子の画素数は撮影画像の解像度を決定する大きな要素である。そのため、最近では画素数が１２００万以上のデジタルカメラも商品化されている。
【０００３】
デジタルカメラには、光学像を電気信号に変換する撮像素子が搭載されている。この撮像素子のマーケットシェアは、近年、ＣＣＤからＣＭＯＳへと移行しつつある。ＣＭＯＳ等の一般的なＭＯＳ型撮像素子は、撮像面に２次元状に配列された複数の画素に蓄積された電荷を順次読み出すようになっているが、そのままでは露光開始時刻および露光終了時刻が画素毎（あるいはライン毎、複数ライン毎）に異なる場合がある。
【０００４】
そこで、全画素の露光開始時刻を同一にし、かつ全画素の露光終了時刻を同一にする、電気的なグローバルシャッタによる制御ができるように構成されたＭＯＳ型撮像素子がある。このＭＯＳ型撮像素子は、露光量に応じた電荷を発生するフォトダイオード等の光電変換部を備えると共に、光電変換部において発生した電荷を一時的に蓄積する蓄積部や、電荷の転送やリセットを行う際にスイッチとして機能するトランジスタ等を備えている。
【０００５】
上記のグローバルシャッタによる制御が可能な撮像素子をデジタルカメラに用いる場合に、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）を抑圧するために、以下のようなシーケンスで撮像素子およびその周辺回路を駆動する技術が、例えば特許文献１に記載されている。
（１）蓄積部に蓄積された電荷をリセットし、リセット信号をライン毎に順次走査して読み出し、記憶する。
（２）全画素の光電変換部で発生した電荷を一括してリセットし、所定の露光時間が経過した後に、光電変換部の電荷を一括して蓄積部へ転送する。
（３）蓄積部へ転送された電荷に基づく光信号を、ライン毎に順次走査して読み出し、光信号から、（１）で記憶したリセット信号を減算する（光信号とリセット信号との差分をとる）。
【０００６】
図１１は、上述したシーケンスによる信号の読み出しを模式的に示している。まず、蓄積部に蓄積された電荷がリセットされ、リセット後の蓄積部の電位に基づくリセット信号が行毎に読み出される。このリセット信号の読み出しは、リセットフレームにおいて行われ、１フレーム分のリセット信号が読み出される。リセット信号の読み出しが終了すると、全画素において、光電変換部が一括してリセットされ、露光が開始される。
【０００７】
所定の露光時間（蓄積時間）が経過した後、全画素において、光電変換部から蓄積部へ電荷が一括して転送される。続いて、電荷が転送された後の蓄積部の電位に基づく光信号が行毎に読み出される。この光信号の読み出しは、ビデオフレームにおいて行われ、１フレーム分の光信号が読み出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−６５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したようなシーケンスでＭＯＳ型撮像素子を駆動した場合には、蓄積部に蓄積された電荷をリセットすることにより発生するＫＴＣノイズ（リセットノイズ）や、蓄積部に蓄積された電荷に基づく信号を増幅するＭＯＳトランジスタのしきい値電圧のばらつき（以下、単にしきい値ばらつきと記載する）等の固定パターンノイズからなるノイズ成分は、上記（３）の減算により補正できる。しかし、蓄積部に蓄積された電荷をリセットした後、光電変換部の電荷を一括して蓄積部へ転送するまでに蓄積部で発生する暗電流のばらつき成分が補正できずに、最終的に得られる画像に固定パターンノイズが残留してしまう。
【００１０】
特に、上述したシーケンスにおいては、各画素の蓄積部において暗電流が発生する時間は、１フレーム分の信号を読み出す時間と、光電変換部に電荷を蓄積する蓄積時間とを合計した時間（図１１の１フレーム読み出し時間と蓄積時間の和である時間Ａに相当）になる。このため、通常の読み出しでは問題にならない、蓄積部で発生する暗電流成分が無視できなくなる。
【００１１】
一方、この暗電流成分を補正するために、上述したシーケンスによる読み出し動作の前または後に、補正用のフレームを設け、光電変換部の電荷を蓄積部へ転送せずに、同様の読み出しを行い、蓄積部の暗電流のばらつき成分を取得する方法が考えられる。図１２は、この方法による信号の読み出しを模式的に示している。この方法では、上記と同様にしてリセット信号を読み出し、上記の蓄積時間に相当する時間が経過した後、光電変換部の電荷を蓄積部へ転送せずに、蓄積部の電位に基づくノイズ信号を読み出す。このノイズ信号からリセット信号を減算する差分処理を行うことによって、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）やしきい値ばらつき等の固定パターンノイズからなるノイズ成分を補正し、蓄積部の暗電流のばらつき成分を得ることができる。
【００１２】
上記のようにして得られた暗電流のばらつき成分を、光信号からリセット信号を減算した結果からさらに減算することで固定パターンノイズを補正することができる。しかし、この方法では、２種類のリセット信号、光信号、およびノイズ信号を取得しているため、４枚の画像から１枚の画像を生成することになり、著しく撮像速度が低下する。
【００１３】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、より高速な撮像動作を行うことができる固体撮像装置および電子カメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送部と、前記光電変換部で発生した電荷を排出する排出部と、前記蓄積部に蓄積された電荷をリセットするリセット部と、前記蓄積部の電位に基づく信号の読み出しを選択する選択部と、を有し、行方向および列方向の二次元状に配列された、読み出し対象領域内の複数の画素と、前記リセット部によって前記蓄積部の電荷をリセットした後の前記蓄積部の電位に基づくリセット信号を前記画素から行毎に読み出し、前記排出部によって前記光電変換部の電荷を全画素で一括して排出することによって露光を開始し、前記転送部によって前記光電変換部の電荷を全画素で一括して前記蓄積部に転送することによって露光を終了し、露光終了後の前記蓄積部の電位に基づく光信号を前記画素から行毎に読み出す制御を行う読み出し制御部と、前記蓄積部で発生する暗電流成分に相当する補正信号を発生する補正信号発生部と、前記リセット信号と前記光信号との差分処理を行い、前記差分処理で得られた差分信号を、前記補正信号を用いて補正する補正処理部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置において、前記読み出し制御部はさらに、前記リセット部によって前記蓄積部の電荷をリセットした後の前記蓄積部の電位に基づく第２のリセット信号を前記画素から行毎に読み出し、前記第２のリセット信号を読み出してから所定時間が経過した後の前記蓄積部の電位に基づくノイズ信号を前記画素から行毎に読み出す制御を行い、前記補正処理部はさらに、前記第２のリセット信号と前記ノイズ信号との第２の差分処理を行って第２の差分信号を生成し、前記補正信号発生部は、前記第２の差分信号を前記補正信号として記憶することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の固体撮像装置は、温度を検出する温度検出部を更に有し、前記補正信号発生部は、異なる温度に対応した複数種類の前記補正信号を発生し、前記補正処理部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記複数種類の前記補正信号のいずれかを選択し、選択した前記補正信号を用いて前記差分信号を補正することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の固体撮像装置は、温度を検出する温度検出部を更に有し、前記補正信号発生部は、異なる温度に対応した複数種類の前記補正信号を発生し、前記補正処理部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記複数種類の前記補正信号から第２の補正信号を生成し、生成した前記第２の補正信号を用いて前記差分信号を補正することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の固体撮像装置において、前記補正信号は、所定の蓄積時間に対応するものであり、前記補正処理部は、撮影動作における蓄積時間と、前記所定の蓄積時間とに応じて前記補正信号を補正し、補正後の前記補正信号を用いて前記差分信号を補正することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の固体撮像装置において、前記読み出し制御部は、前記第２のリセット信号および前記ノイズ信号を複数回ずつ読み出す制御を行い、前記補正処理部はさらに、複数回ずつ読み出された前記第２のリセット信号と前記ノイズ信号との前記第２の差分処理を行って複数種類の前記第２の差分信号を生成し、当該複数種類の前記第２の差分信号の平均化処理を行い、前記補正信号発生部は、前記平均化処理で得られた信号を前記補正信号として記憶することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上記の固体撮像装置を備えた電子カメラである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ノイズ信号と光信号との差分処理で得られた差分信号を、補正信号発生部が発生した補正信号を用いて補正することによって、蓄積部で発生する暗電流成分を補正するための信号を別途読み出す場合と比較して、より高速な撮像動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置が有する撮像素子の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置が有する補正部の構成を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置が有する撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による固体撮像装置が有する補正部の構成を示す構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による固体撮像装置が有する補正部の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態において、蓄積部で発生する暗電流の温度特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の第４の実施形態において、蓄積部で発生する暗電流の時間特性を示すグラフである。
【図１１】グローバルシャッタによる信号読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】蓄積部の暗電流のばらつき成分を得るための信号読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置（デジタルカメラ１００ａ）の構成を示している。図１に示すデジタルカメラ１００ａは、レンズ部２２、撮像素子２４、信号処理部２６、メモリ部２７、記録媒体２８、レンズ制御部２９、駆動部３１、操作部３２、制御部３３、表示部３４、および補正部３５ａを備える。
【００２５】
レンズ部２２はズームレンズやフォーカスレンズを備えており、被写体からの光を撮像素子２４の受光面に被写体像として結像する。レンズ制御部２９は、レンズ部２２のズーム、フォーカス、絞りなどを制御する。レンズ部２２を介して取り込まれた光は撮像素子２４の受光面で結像される。撮像素子２４は、受光面に結像された被写体像を画像信号に変換して出力する。撮像素子２４の受光面には、複数の画素が行方向および列方向に二次元的に配列されている。
【００２６】
補正部３５ａは、撮像素子２４から出力された画像信号に対して高画質化の為の補正処理を行う。信号処理部２６は、補正部３５ａから出力された画像信号に対して、予め定められた処理を行う。信号処理部２６によって行われる処理には、画像データの各種の補正や画像データの圧縮などがある。メモリ部２７は、画像データを一時的に記憶する。
【００２７】
表示部３４は、動画像（ライブビュー画像）の表示、静止画像の表示、記録媒体に記録された動画像や静止画像の表示、デジタルカメラ１００ａの状態の表示などを行う。記録媒体２８は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどにより構成されており、着脱可能な状態でデジタルカメラ１００ａに内蔵される。
【００２８】
駆動部３１は、撮像素子２４を駆動し、その動作を制御する。操作部３２は、操作者が撮像開始の指示を入力するためのレリーズボタンなどを備え、操作者が行った操作入力を検出し、操作内容に応じた信号を出力する。制御部３３は、デジタルカメラ１００ａ全体の制御を行う。また、制御部３３は、操作部３２から出力された信号に応じて、デジタルカメラ１００ａを構成する各部に制御信号を出力する。
【００２９】
次に、撮像素子２４の構成について説明する。図２は、撮像素子２４の構成を示している。図２に示すように、撮像素子２４は、単位画素である画素７、垂直回路８（垂直走査回路）、水平回路９（水平走査回路）、およびコントローラ１０を備える。
【００３０】
撮像素子２４の受光面には複数の画素７が行方向および列方向に二次元的に配列されている。全ての画素７は、画像信号を読み出す対象となる読出し対象領域に含まれる。読出し対象領域は、少なくとも有効画素領域の全画素を含むことが望ましい。図２に示す例では、ｎ（ｎは２以上の自然数）行目およびｎ−１行目の１列目と２列目の４つの画素７のみを図示し、他の行および列の画素を省略している。このように一部の画素のみを図示し、他の画素を省略しているのは、図としての表現の都合のためであり、画素数を限定するわけではない。画素７は、列毎に設けられた垂直信号線２１に接続されている。
【００３１】
画素７は、光電変換部１（ＰＤ）、蓄積部２（ＦＤ）、転送部３、リセット部４、排出部５、および選択部６を備える。
【００３２】
光電変換部１は、フォトダイオード等の光電変換素子で構成され、入射した光を電荷に変換して蓄積（保持）する。光電変換部１は転送部３および排出部５に接続されている。蓄積部２は、光電変換部１から転送部３を介して転送される電荷を蓄積（保持）する。蓄積部２は転送部３、リセット部４、および選択部６に接続されている。
【００３３】
転送部３は、光電変換部１および蓄積部２に接続されており、光電変換部１で発生した電荷を蓄積部２に転送する。転送部３は、例えばトランジスタによって、オン／オフの切替が可能なスイッチとして構成されている。転送部３の動作は、転送制御信号φＴＸ１（ｉ）（ｉは任意の行番号）によって制御される。
【００３４】
リセット部４は、蓄積部２および電源に接続されており、蓄積部２の電位を所定電位に設定することによって、蓄積部２に蓄積されている電荷をリセットする。リセット部４によるリセットは、蓄積部２の電荷量を制御して蓄積部２の状態を基準状態に設定することを指す。リセット部４は、例えばトランジスタによって、オン／オフの切替が可能なスイッチとして構成されている。リセット部４の動作は、リセット制御信号φＲＥＳ（ｉ）によって制御される。
【００３５】
排出部５は、光電変換部１および電源に接続されており、光電変換部１の電位を電源電位に設定することによって、光電変換部１に蓄積されている電荷を排出（リセット）する。排出部５による排出は、光電変換部１の電荷量を制御して光電変換部１の状態を基準状態に設定することを指す。排出部５は、例えばトランジスタによって、オン／オフの切替が可能なスイッチとして構成されている。排出部５の動作は、排出制御信号φＴＸ２（ｉ）によって制御される。
【００３６】
選択部６は、蓄積部２および垂直信号線２１に接続されており、蓄積部２の電位に基づく画像信号を垂直信号線２１に出力する制御を行う。選択部６は、オン／オフの切替が可能であり、選択部６のオン／オフの切替によって、画像信号を読み出す画素７の選択が行われる。選択部６の動作は、選択制御信号φＳＥＬ（ｉ）によって制御される。上記の画素７の構成は一例であり、各種の変形を施してもよい。
【００３７】
垂直回路８は、予め定められたフレーム期間を設定し、各フレーム期間内において、選択制御信号φＳＥＬ（ｉ）、リセット制御信号φＲＥＳ（ｉ）、転送制御信号φＴＸ１（ｉ）、排出制御信号φＴＸ２（ｉ）を生成して画素７へ出力する。垂直回路８は、これらの制御信号によって、画素７からの画像信号の読出しを制御する。例えば、グローバルシャッタによるシーケンスを実行する場合、垂直回路８は、蓄積部２を行毎にリセットするとともに、リセット後の蓄積部２の電位に基づくリセット信号を画素７から行毎に読み出した後、全画素で一括して露光を開始し、露光終了後の蓄積部２の電位に基づく光信号を画素７から行毎に読み出す制御を行う。
【００３８】
水平回路９は、予め定められたフレーム期間を設定し、各フレーム期間内において、画素７から画像信号を読み出して撮像素子２４の外部へ出力する。水平回路９は、画像信号を読み出す画素７を画素列毎に指定することが可能である。画素７から垂直信号線２１に出力された画像信号は、水平回路９の動作が規定するタイミングで撮像素子２４の外部へ出力される。
【００３９】
コントローラ１０は、図１の駆動部３１から与えられる駆動信号に基づいて、垂直回路８および水平回路９の動作を制御する制御信号を生成して垂直回路８および水平回路９へ出力する。コントローラ１０は、これらの制御信号によって、画素７における露光動作や画像信号の読出し動作の全体を制御する。
【００４０】
水平回路９が読み出した画像信号は、図示しないＡＤ変換器によりアナログ・デジタル変換され、デジタルデータとして出力される。ＡＤ変換器を列毎に設ける、いわゆるカラムパラレル方式や、パイプライン方式などがあるが、どの方式にも限定されるものではない。また、ＡＤ変換器を撮像素子２４内の各回路と同一基板上に構成してもよいし、異なる基板上に構成してもよい。
【００４１】
次に、補正部３５ａの構成について説明する。図３は、補正部３５ａの構成を示している。補正部３５ａは、補正メモリ部３６、補正信号発生部３７、および補正処理部３８を有する。
【００４２】
補正メモリ部３６は、画像データを記憶するメモリである。補正信号発生部３７は、予め用意されたデータに基づいて、蓄積部２で発生する暗電流成分に相当する補正信号を発生する。前述したように、リセット信号を読み出し、さらに、光電変換部１の電荷を蓄積部２へ転送することなくノイズ信号を読み出し、ノイズ信号からリセット信号を減算することによって、暗電流のばらつき成分を得ることができる。リセット信号およびノイズ信号の読み出しに係るシーケンスは、図１２に示したシーケンスとなる。
【００４３】
各画素７で得られた暗電流のばらつき成分を、上記の補正信号として使用することが可能である。補正信号発生部３７は、例えば補正信号として使用する各画素７の暗電流のばらつき成分のデータを記憶するメモリ（補正信号記憶部）として構成される。例えば固体撮像装置の出荷前の段階で、暗電流のばらつき成分を取得するための動作（図１２）が行われ、補正信号発生部３７に補正信号が記録される。
【００４４】
補正処理部３８は、撮像素子２４からのリセット信号を補正メモリ部３６に一時的に記憶させ、撮像素子２４からの光信号から、補正メモリ部３６に一時的に記憶させたリセット信号を減算する差分処理を行う。また、補正処理部３８は、差分処理で得られた信号から、補正信号発生部３７が発生した補正信号を減算することによって、差分処理で得られた信号の補正処理を行う。補正処理部３８で補正された補正信号は、信号処理部２６へ出力される。
【００４５】
また、補正処理部３８は、固体撮像装置の出荷前等の段階で暗電流のばらつき成分を取得するための動作が行われた際に、読み出されたリセット信号およびノイズ信号を用いて、ノイズ信号からリセット信号を減算する差分処理を行う。さらに、補正処理部３８は、差分処理結果の信号を補正信号として補正信号発生部３７に記憶させる。
【００４６】
次に、信号の読み出しに係る撮像素子２４の動作を説明する。図４は、撮像素子２４を駆動するための制御信号の波形を示している。以下では、グローバルシャッタ動作によって静止画を撮影する場合を例に説明する。
【００４７】
図４は、垂直方向に４行の画素がある場合を例としている。ΦＳＥＬ（ｉ）、ΦＲＥＳ（ｉ）はそれぞれ、ｉ（ｉ＝１，２，３，４）行目の選択制御信号、ｉ行目のリセット制御信号を表している。ΦＴＸ１（ａｌｌ）は、全ての行の転送制御信号を表し、ΦＴＸ２（ａｌｌ）は、全ての行の排出制御信号を表している。
【００４８】
図４に示す動作においては、光電変換部１における電荷の蓄積すなわち露光に先立ち、リセット信号の読み出しを行い、蓄積終了後に光信号の読み出しを行っている。ここで、リセット信号を読み出すフレームをリセットフレームとし、光信号を読み出すフレームをビデオフレームとする。リセットフレームの期間の長さとビデオフレームの期間の長さは同一である。
【００４９】
リセットフレームの期間中は、排出制御信号ΦＴＸ２（ａｌｌ）がＨレベルであり、全ての行の画素７の排出部５がオンであるため、光電変換部１がリセット状態を維持する。また、リセットフレームの期間中は、転送制御信号ΦＴＸ１（ａｌｌ）がＬレベルであり、全ての行の転送部３がオフである。
【００５０】
リセットフレームでは、選択制御信号ΦＳＥＬ（１）がＨレベルになることで、選択部６がオンになり、１行目の画素７が選択される。続いて、リセット制御信号ΦＲＥＳ（１）がＨレベルになることで、１行目の画素７のリセット部４がオンになり、蓄積部２がリセットされる。また、選択部６がオンであるため、蓄積部２をリセットした直後のフローティングの状態のリセット信号が読み出される。
【００５１】
続いて、２行目、３行目、４行目についても上記と同様の動作が順次行われ、各行の画素７からリセット信号が読み出される。全ての行の画素７からリセット信号を読み出したら、リセットフレームの読み出し動作は終了する。
【００５２】
リセットフレームに続いて、蓄積動作（露光動作）が行われる。排出制御信号ΦＴＸ２（ａｌｌ）がＬレベルになることで全ての行の画素７の排出部５がオフになり、全ての行の画素７で一括して蓄積（露光）が開始される。蓄積の開始から所定時間が経過した後、転送制御信号ΦＴＸ１（ａｌｌ）がＨレベルになることで、全ての行の画素７の転送部３がオンになり、全ての行の画素７で一括して光電変換部１から蓄積部２に電荷が転送され、蓄積が終了する。図４においては、蓄積動作が行われる期間を蓄積時間として表示している。
【００５３】
蓄積動作に続いて、ビデオフレームで光信号が読み出される。ビデオフレームの期間中は、排出制御信号ΦＴＸ２（ａｌｌ）がＨレベルであり、全ての行の画素７の排出部５がオンであるため、光電変換部１がリセット状態を維持する。また、ビデオフレームの期間中は、転送制御信号ΦＴＸ１（ａｌｌ）がＬレベルであり、全ての行の転送部３がオフである。
【００５４】
ビデオフレームでは、読み出し制御信号ΦＳＥＬ（１）がＨレベルになることで、選択部６がオンになり、１行目の画素７が選択され、蓄積部２に蓄積された電荷に基づく光信号が読み出される。続いて、２行目、３行目、４行目についても上記と同様の動作が順次行われ、各行の画素７から光信号が読み出される。全ての行の画素７から光信号を読み出したら、ビデオフレームの読み出し動作は終了する。
【００５５】
次に、補正部３５ａの動作を説明する。図５は、撮像素子２４における信号の読み出し動作と補正部３５ａの動作を模式的に示している。図５において、ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４は、１行目、２行目、３行目、４行目の１行分の画素７から読み出されるリセット信号を示しており、ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４は、１行目、２行目、３行目、４行目の１行分の画素７から読み出される光信号を示している。
【００５６】
リセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４には、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）およびしきい値ばらつき等の固定パターンノイズが含まれる。また、光信号ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４には、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）、しきい値ばらつき等の固定パターンノイズ、光電変換部１に蓄積された電荷に基づく信号成分、および蓄積部２で発生する暗電流成分が含まれる。
【００５７】
リセットフレームでは、撮像素子２４からリセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４が読み出されると、補正処理部３８は補正メモリ部３６に各リセット信号を書き込む。１フレーム分のリセット信号の書き込みが完了すると、補正メモリ部３６への書き込みが終了する。図５において、ｎ１（ｗ）、ｎ２（ｗ）、ｎ３（ｗ）、ｎ４（ｗ）は、補正メモリ部３６に書き込まれたリセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４を示す。
【００５８】
ビデオフレームでは、撮像素子２４から光信号ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４が読み出されると、補正処理部３８は、各光信号と略同一のタイミングにおいて、補正メモリ部３６に記憶されているリセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４を読み出す。図５において、ｎ１（ｒ）、ｎ２（ｒ）、ｎ３（ｒ）、ｎ４（ｒ）は、リセット信号ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４の読み出しを示す。
【００５９】
この時、補正信号発生部３７は、１行目、２行目、３行目、４行目に対応した、予め記憶してある補正信号ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４を発生する（予め記憶してある補正信号ｆ１，ｆ２，ｆ４のデータを出力する）。補正信号ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４には、蓄積部２で発生する暗電流成分が含まれる。
【００６０】
補正処理部３８は、行毎に、光信号ｖ（ｍ）｛ｍ＝１，２，３，４｝からリセット信号ｎ（ｍ）｛ｍ＝１，２，３，４｝を減算し、さらに、減算結果の信号から補正信号ｆ（ｍ）｛ｍ＝１，２，３，４｝を減算する。このような動作により、ＫＴＣノイズ（リセットノイズ）およびしきい値ばらつき等の固定パターンノイズや、蓄積部２で発生する暗電流成分が補正され、高画質な光信号を得ることができる。
【００６１】
上述したように、本実施形態によれば、蓄積部２で発生する暗電流成分に相当する補正信号を予め記憶しておき、光信号とリセット信号との差分処理結果の補正に補正信号を使用することで、蓄積部２で発生する暗電流成分を撮影シーケンスの中で改めて取得することなく補正を行うことが可能となる。このため、より高速な撮像動作を行うことができ、例えば静止画の連写を行う場合には、連写速度を低下させることなく、高画質な静止画を得ることができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図６は、本実施形態による固体撮像装置（デジタルカメラ１００ｂ）の構成を示している。図６のデジタルカメラ１００ｂでは、撮像素子２４の近傍に、温度を検出する温度センサ５０が設けられている。温度センサ５０は、撮像素子２４と同一の基板上に構成してもよいし、異なる基板上に構成してもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、図１に示した補正部３５ａが補正部３５ｂに変更されている。図７は補正部３５ｂの構成を示している。図７の補正部３５ｂでは、図３の補正信号発生部３７が３つの補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃに変更され、補正信号選択部３９が追加されている。
【００６４】
補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃは、異なる温度に対応した補正信号を発生する。すなわち、補正信号発生部３７ａは、第１の温度に対応した第１の補正信号を発生し、補正信号発生部３７ｂは、第２の温度に対応した第２の補正信号を発生し、補正信号発生部３７ｃは、第３の温度に対応した第３の補正信号を発生する。本実施形態では、一例として、第１の温度は、Ｔ＜Ｔａである第１の温度範囲にある温度Ｔであり、第２の温度は、Ｔａ≦Ｔ＜Ｔｂである第２の温度範囲にある温度Ｔであり、第３の温度は、Ｔｂ≦Ｔである第３の温度範囲にある温度Ｔであるものとする。
【００６５】
補正信号選択部３９は、温度センサ５０で検出された温度に対応した補正信号を選択する。デジタルカメラ１００ｂにおいて、上記以外の構成は第１の実施形態と同様である。
【００６６】
一般的に、半導体基板上に発生する暗電流の特性が、温度に依存して変化することが知られている。第１の実施形態においては、撮像素子の温度が一定であれば、蓄積部２の暗電流成分も一定のため、好適に補正を行うことができるが、実際のデジタルカメラにおいては、環境温度や、撮像素子そのものの発熱などにより、撮像素子の温度が変化する。
【００６７】
この温度変化に対応するため、本実施形態においては、複数の補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃを設け、それぞれが低温度用の第１の補正信号、常温用の第２の補正信号、高温度用の第３の補正信号を発生する。例えば固体撮像装置の出荷前の段階で、第１の温度範囲、第２の温度範囲、第３の温度範囲のそれぞれの温度において、暗電流のばらつき成分を取得するための動作が行われ、補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃに、各温度に対応した補正信号のデータが記録される。
【００６８】
実際の撮影時においては、撮像素子２４の温度に応じて、補正信号選択部３９が適切な補正信号を選択する。より具体的には、補正信号選択部３９は、温度センサ５０が検出した温度Ｔが第１の温度範囲（Ｔ＜Ｔａ）にある場合、補正信号発生部３７ａが発生した第１の補正信号を選択し、温度Ｔが第２の温度範囲（Ｔａ≦Ｔ＜Ｔｂ）にある場合、補正信号発生部３７ｂが発生した第２の補正信号を選択し、温度Ｔが第３の温度範囲（Ｔｂ≦Ｔ）にある場合、補正信号発生部３７ｃが発生した第３の補正信号を選択する。上記以外の動作は第１の実施形態と同様である。
【００６９】
本実施形態によるデジタルカメラ１００ｂを第１の実施形態と同様に動作させることで、第１の実施形態と同様に、より高速な撮像動作を行うことができる。また、撮像素子２４の温度変化に対応して、蓄積部２で発生する暗電流成分を補正できるため、第１の実施形態によるデジタルカメラ１００ａよりも暗電流成分の補正をより好適に行うことができる。なお、本実施形態においては、補正信号発生部が３つである例を示したが、補正信号発生部の数は３つよりも多くても、少なくても構わない。
【００７０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態では、図６に示したデジタルカメラ１００ｂの補正部３５ｂが、図８に示す補正部３５ｃに変更される。図８の補正部３５ｃでは、図７の補正信号選択部３９が３つの補正信号生成部４０に変更されている。補正信号生成部４０は、補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃが生成した補正信号のうち、温度センサ５０で検出された温度に対応した補正信号を新たに生成する。なお、本実施形態の補正信号発生部３７ａ，３７ｂ，３７ｃはそれぞれ、温度ＴｃＡ，ＴｃＢ，ＴｃＣ（ＴｃＡ＜ＴｃＢ＜ＴｃＣ）に対応する補正信号を発生する。上記以外の構成は第２の実施形態と同様である。
【００７１】
第２の実施形態においては、３種類の補正信号発生部を用意した例を示した。第２の実施形態において、補正精度を上げるためには、より多くの温度範囲に対応した補正信号発生部をなるべく多く用意することが必要になる（たとえば、５種類、１０種類等）。しかし、このように多くの補正信号発生部を用意するためには、予め多くの補正信号を記憶しておくメモリの容量が必要となり、メモリの容量が増大する。これにより、小型化や低コスト化が困難になる。
【００７２】
次に、図９を用いて、補正信号生成部４０の動作について説明する。図９は、蓄積部２で発生する暗電流の温度特性を示している。図９において、横軸のＴｃＡ、ＴｃＢ、ＴｃＣはそれぞれ、低温度用の第１の補正信号を取得した時の温度、常温用の第２の補正信号を取得した時の温度、高温度用の第３の補正信号を取得した時の温度を示しており、縦軸のＤｃＡ、ＤｃＢ、ＤｃＣはそれぞれ、低温度用の第１の補正信号、常温用の第２の補正信号、高温度用の第３の補正信号を示している。
【００７３】
例えば、温度センサ５０によって検出された温度がＴｃＡとＴｃＢの間のＴｃ１である場合、補正信号生成部４０は、補正信号発生部３７ａが発生した、温度ＴｃＡに対応する補正信号と、補正信号発生部３７ｂが発生した、温度ＴｃＢに対応する補正信号とを用いて近似を行い、温度Ｔｃ１に対応する補正信号Ｄｃ１を生成する。この近似には、直線近似や曲線近似などの近似方法が用いられる。補正処理部３８は、補正信号生成部４０によって生成された補正信号Ｄｃ１を用いて補正処理を行う。
【００７４】
本実施形態によるデジタルカメラを第１の実施形態と同様に動作させることで、第１の実施形態と同様に、より高速な撮像動作を行うことができる。また、撮像素子２４の温度変化に対応して適切な補正信号を生成し、蓄積部２で発生する暗電流成分を補正できるため、メモリ容量の増大を抑えつつ、暗電流成分の補正をより好適に行うことができる。なお、本実施形態においては、補正信号発生部が３つである例を示したが、補正信号発生部の数は３つよりも多くても、少なくても構わない。
【００７５】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。本実施形態では、補正処理部３８の動作が、第１、第２、および第３の実施形態で説明した動作と異なる。それ以外の構成は第１、第２、および第３の実施形態のいずれかと同様である。
【００７６】
以下、図１０を用いて、補正処理部３８の補正動作について説明する。図１０は、蓄積部２で発生する暗電流の時間特性を示している。図１０において、横軸のｔ１，ｔｃは、蓄積部２をリセットしてから信号を読み出すまでの時間を示しており、縦軸のＤ１，Ｄｃは、対応する補正信号の値を示している。本実施形態では、蓄積部２で発生する暗電流成分が、蓄積部２をリセットしてから信号を読み出すまでの時間に比例すると仮定している。
【００７７】
実際の撮影時に蓄積部２をリセットしてから光信号を読み出すまでの時間は、撮影時のシャッター速度に基づく蓄積時間と、１フレーム分の信号を読み出す時間との合計（図１１の時間Ａに相当）になる。この時間をｔ１とし、対応する補正信号をＤ１とする。また、補正信号発生部３７が発生する（または補正信号選択部３９が選択する、もしくは補正信号生成部４０が生成する）補正信号をＤｃとし、対応する時間をｔｃとする。撮影時のシャッター速度に応じて蓄積時間が変化するため、時間ｔ１は、時間ｔｃとは必ずしも同じ時間にはならない。
【００７８】
そこで、補正処理部３８は、補正信号発生部３７が発生した（または補正信号選択部３９が選択した、もしくは補正信号生成部４０が生成した）、時間ｔｃに対応する補正信号Ｄｃを用いて、直線近似により、補正信号Ｄｃを補正した補正信号Ｄ１を生成する。さらに、補正処理部３８は、補正信号Ｄ１を用いて補正処理を行う。
【００７９】
なお、それぞれの補正信号発生部は、補正信号取得時のシャッター速度も補正信号とともに記憶しているものとする。シャッター速度は制御部３３から通知される。補正処理部３８は、補正処理を行う際に、補正信号取得時のシャッター速度に基づいて上記の時間ｔｃを算出するとともに、撮影時のシャッター速度に基づいて上記の時間ｔ１を算出する。なお、１フレーム分の信号を読み出す時間は一定であるものとする。
【００８０】
本実施形態によるデジタルカメラを第１の実施形態と同様に動作させることで、第１の実施形態と同様に、より高速な撮像動作を行うことができる。また、撮影時のシャッター速度に対応して適切な補正信号を生成し、蓄積部２で発生する暗電流成分を補正できるため、暗電流成分の補正をより好適に行うことができる。
【００８１】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。本実施形態では、補正処理部３８の動作が、第１、第２、第３、および第４の実施形態で説明した動作と異なる。それ以外の構成は第１、第２、第３、および第４の実施形態のいずれかと同様である。
【００８２】
本実施形態では、固体撮像装置の出荷前の段階等における補正信号取得時の補正処理部３８の動作が他の実施形態の動作と異なる。図１２に示した信号読み出しを１回行って補正信号を生成すると、ランダムノイズ成分が補正信号に含まれる。このランダムノイズ成分を含んだ補正信号を用いて、リセット信号と光信号との差分処理結果に対して補正を行うと、このランダムノイズ成分が最終画像に重畳してしまう。
【００８３】
そこで、本実施形態においては、補正信号発生部が予め記憶する補正信号を、複数枚の画像から生成しておく。より具体的には、図１２に示した信号読み出しが複数回行われ、補正処理部３８は、各回で読み出されたリセット信号とノイズ信号との差分処理を行って、複数の補正信号を生成する。さらに、補正処理部３８は、生成した複数の補正信号の平均化処理を行い、平均化処理後の信号を補正信号として補正信号発生部に記憶させる。これにより、補正信号に含まれるランダムノイズ成分が小さくなるため、第１、第２、第３、および第４の実施形態よりも、高画質な静止画を得ることができる。
【００８４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００８５】
例えば、上記各実施形態においては、説明の便宜上、補正部３５ａ，３５ｂを信号処理部２６と分けて記載したが、補正部３５ａ，３５ｂの一部または全部が信号処理部２６の内部に含まれていても構わない。また、補正メモリ部３６をメモリ部２７と共通のメモリとしたり、メモリインターフェースを共通にしたりしても、同様の効果が得られる。また、補正信号発生部３７，３７ａ，３７ｂ，３７ｃからの補正信号を一時的に補正メモリ部３６に記憶して、補正処理部３８が補正処理を行っても同等の効果が得られるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・光電変換部、２・・・蓄積部、３・・・転送部、４・・・リセット部、５・・・排出部、６・・・選択部、７・・・画素、８・・・垂直回路（読み出し制御部）、９・・・水平回路、１０・・・コントローラ、２２・・・レンズ部、２４・・・撮像素子、２６・・・信号処理部、２７・・・メモリ部、２８・・・記録媒体、２９・・・レンズ制御部、３１・・・駆動部、３２・・・操作部、３３・・・制御部、３４・・・表示部、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ・・・補正部、３６・・・補正メモリ部、３７，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ・・・補正信号発生部、３８・・・補正処理部、３９・・・補正信号選択部（補正処理部）、４０・・・補正信号生成部（補正処理部）、１００ａ，１００ｂ・・・デジタルカメラ（電子カメラ）、５０・・・温度センサ（温度検出部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送部と、前記光電変換部で発生した電荷を排出する排出部と、前記蓄積部に蓄積された電荷をリセットするリセット部と、前記蓄積部の電位に基づく信号の読み出しを選択する選択部と、を有し、行方向および列方向の二次元状に配列された、読み出し対象領域内の複数の画素と、
前記リセット部によって前記蓄積部の電荷をリセットした後の前記蓄積部の電位に基づくリセット信号を前記画素から行毎に読み出し、前記排出部によって前記光電変換部の電荷を全画素で一括して排出することによって露光を開始し、前記転送部によって前記光電変換部の電荷を全画素で一括して前記蓄積部に転送することによって露光を終了し、露光終了後の前記蓄積部の電位に基づく光信号を前記画素から行毎に読み出す制御を行う読み出し制御部と、
前記蓄積部で発生する暗電流成分に相当する補正信号を発生する補正信号発生部と、
前記リセット信号と前記光信号との差分処理を行い、前記差分処理で得られた差分信号を、前記補正信号を用いて補正する補正処理部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記読み出し制御部はさらに、前記リセット部によって前記蓄積部の電荷をリセットした後の前記蓄積部の電位に基づく第２のリセット信号を前記画素から行毎に読み出し、前記第２のリセット信号を読み出してから所定時間が経過した後の前記蓄積部の電位に基づくノイズ信号を前記画素から行毎に読み出す制御を行い、
前記補正処理部はさらに、前記第２のリセット信号と前記ノイズ信号との第２の差分処理を行って第２の差分信号を生成し、
前記補正信号発生部は、前記第２の差分信号を前記補正信号として記憶する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
温度を検出する温度検出部を更に有し、
前記補正信号発生部は、異なる温度に対応した複数種類の前記補正信号を発生し、
前記補正処理部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記複数種類の前記補正信号のいずれかを選択し、選択した前記補正信号を用いて前記差分信号を補正する
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。
【請求項４】
温度を検出する温度検出部を更に有し、
前記補正信号発生部は、異なる温度に対応した複数種類の前記補正信号を発生し、
前記補正処理部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記複数種類の前記補正信号から第２の補正信号を生成し、生成した前記第２の補正信号を用いて前記差分信号を補正する
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。
【請求項５】
前記補正信号は、所定の蓄積時間に対応するものであり、
前記補正処理部は、撮影動作における蓄積時間と、前記所定の蓄積時間とに応じて前記補正信号を補正し、補正後の前記補正信号を用いて前記差分信号を補正する
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。
【請求項６】
前記読み出し制御部は、前記第２のリセット信号および前記ノイズ信号を複数回ずつ読み出す制御を行い、
前記補正処理部はさらに、複数回ずつ読み出された前記第２のリセット信号と前記ノイズ信号との前記第２の差分処理を行って複数種類の前記第２の差分信号を生成し、当該複数種類の前記第２の差分信号の平均化処理を行い、
前記補正信号発生部は、前記平均化処理で得られた信号を前記補正信号として記憶する
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の固体撮像装置を備えた電子カメラ。
【請求項１】
光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送部と、前記光電変換部で発生した電荷を排出する排出部と、前記蓄積部に蓄積された電荷をリセットするリセット部と、前記蓄積部の電位に基づく信号の読み出しを選択する選択部と、を有し、行方向および列方向の二次元状に配列された、読み出し対象領域内の複数の画素と、
前記リセット部によって前記蓄積部の電荷をリセットした後の前記蓄積部の電位に基づくリセット信号を前記画素から行毎に読み出し、前記排出部によって前記光電変換部の電荷を全画素で一括して排出することによって露光を開始し、前記転送部によって前記光電変換部の電荷を全画素で一括して前記蓄積部に転送することによって露光を終了し、露光終了後の前記蓄積部の電位に基づく光信号を前記画素から行毎に読み出す制御を行う読み出し制御部と、
前記蓄積部で発生する暗電流成分に相当する補正信号を発生する補正信号発生部と、
前記リセット信号と前記光信号との差分処理を行い、前記差分処理で得られた差分信号を、前記補正信号を用いて補正する補正処理部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記読み出し制御部はさらに、前記リセット部によって前記蓄積部の電荷をリセットした後の前記蓄積部の電位に基づく第２のリセット信号を前記画素から行毎に読み出し、前記第２のリセット信号を読み出してから所定時間が経過した後の前記蓄積部の電位に基づくノイズ信号を前記画素から行毎に読み出す制御を行い、
前記補正処理部はさらに、前記第２のリセット信号と前記ノイズ信号との第２の差分処理を行って第２の差分信号を生成し、
前記補正信号発生部は、前記第２の差分信号を前記補正信号として記憶する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
温度を検出する温度検出部を更に有し、
前記補正信号発生部は、異なる温度に対応した複数種類の前記補正信号を発生し、
前記補正処理部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記複数種類の前記補正信号のいずれかを選択し、選択した前記補正信号を用いて前記差分信号を補正する
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。
【請求項４】
温度を検出する温度検出部を更に有し、
前記補正信号発生部は、異なる温度に対応した複数種類の前記補正信号を発生し、
前記補正処理部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記複数種類の前記補正信号から第２の補正信号を生成し、生成した前記第２の補正信号を用いて前記差分信号を補正する
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。
【請求項５】
前記補正信号は、所定の蓄積時間に対応するものであり、
前記補正処理部は、撮影動作における蓄積時間と、前記所定の蓄積時間とに応じて前記補正信号を補正し、補正後の前記補正信号を用いて前記差分信号を補正する
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。
【請求項６】
前記読み出し制御部は、前記第２のリセット信号および前記ノイズ信号を複数回ずつ読み出す制御を行い、
前記補正処理部はさらに、複数回ずつ読み出された前記第２のリセット信号と前記ノイズ信号との前記第２の差分処理を行って複数種類の前記第２の差分信号を生成し、当該複数種類の前記第２の差分信号の平均化処理を行い、
前記補正信号発生部は、前記平均化処理で得られた信号を前記補正信号として記憶する
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の固体撮像装置を備えた電子カメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−８０５００（Ｐ２０１２−８０５００Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２６６５５（Ｐ２０１０−２２６６５５）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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