JP2011071730A - 黒レベル調整装置および黒レベル調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路特性にばらつきがある場合でも、黒レベル補正に用いる補正範囲を正確に算出し、高速に黒レベル調整を行うことが可能な黒レベル調整装置および黒レベル調整方法を提供することを目的とする。
【解決手段】クランプパラメータ生成回路１５およびＶＲＥＦ発生回路１７では、ＯＢ値と黒レベル基準値とに基づいてクランプパラメータを生成し、クランプパラメータに応じたクランプ電圧をＡ／Ｄ変換回路１１にフィードバックし、クランプパラメータとＯＢ値との線形関係を利用して、クランプパラメータを更新する。
【選択図】図１

Description

本発明は、黒レベル調整装置および黒レベル調整方法に関する。

従来より、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子の撮像信号には、暗電流による黒レベル分のノイズが含まれていることが知られている。黒レベル補正方法として、遮光されている部分の画素から黒レベルを取得し、遮光されていない有効画素領域の信号レベルからこの黒レベルを減算する方法が公知である。

例えば、特許文献１では、ＯＢ誤差が、誤差検出器がＤＡＣの入力信号レベルを１ステップ変化させた場合に補正の効果が得られる範囲である補正範囲に属するか否かによって、ＤＡＣの入力信号レベルを変化させるか否かを決定する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１では、黒レベル補正に用いる補正範囲を、Ｄ／Ａ変換回路の仕様とＡ／Ｄ変換回路の仕様とによって固定的に把握できるものとして扱い、予め補正範囲を記憶したテーブルに基づいて、黒レベル補正に用いる補正範囲を決定するものである。そのため、基準波形を用いてＡ／Ｄ変換を行う場合に、基準波形発生回路の特性にばらつきが生じると、正確な補正範囲を決定することができないという問題がある。

特開２００３−２０９７１３号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回路特性にばらつきがある場合でも、黒レベル補正に用いる補正範囲を正確に算出し、高速に黒レベル調整を行うことが可能な黒レベル調整装置および黒レベル調整方法を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、固体撮像素子のオプティカルブラック部の撮像信号をＡ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換した画素信号値（以下、「ＯＢ値」という）が黒レベル基準値になるように調整する黒レベル調整装置であって、前記ＯＢ値と前記黒レベル基準値とに基づいてクランプパラメータを生成し、当該クランプパラメータに応じたクランプ電圧を前記Ａ／Ｄ変換回路にフィードバックする黒レベル補正手段を備え、前記黒レベル補正手段は、前記クランプパラメータと前記ＯＢ値との線形関係を利用して、前記クランプパラメータを更新することを特徴とする黒レベル調整装置が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、固体撮像素子のオプティカルブラック部の撮像信号をＡ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換した画素信号値（以下、「ＯＢ値」という）が黒レベル基準値になるように調整する黒レベル調整方法であって、前記ＯＢ値と前記黒レベル基準値とに基づいてクランプパラメータを生成し、当該クランプパラメータに応じたクランプ電圧を前記Ａ／Ｄ変換回路にフィードバックする黒レベル補正工程を含み、前記黒レベル補正工程では、前記クランプパラメータと前記ＯＢ値との線形関係を利用して、前記クランプパラメータを更新することを特徴とする黒レベル調整方法が提供される。

本発明によれば、回路特性にばらつきがある場合でも、黒レベル補正に用いる補正範囲を正確に算出し、高速に黒レベル調整を行うことが可能な黒レベル調整装置を提供することが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る黒レベル補正装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサ１の回路構成を示す図である。 図１に示したＣＭＯＳイメージセンサにおける画素部およびＡ／Ｄ変換回路の具体的な構成例を示す回路図である 画素部の遮光画素と受光画素を説明するための図である。 遮光画素と受光画素の画素信号値を説明するための図である。 Ａ／Ｄ変換回路のＡ／Ｄ変換動作を説明するための図である。 クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭとＯＢ値を説明するための図（従来技術）である。 クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭとＯＢ値を説明するための図（本実施の形態）である。 クランプパラメータ生成回路の構成例を示す図である。 クランプパラメータ生成回路１５のクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを生成する動作を説明するためのフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る黒レベル調整装置および黒レベル調整方法を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る黒レベル調整装置および黒レベル調整方法を適用した増幅型のＣＭＯＳイメージセンサ１の回路構成を示す図である。ＣＭＯＳイメージセンサ１は、図１に示すように、画素部１０と、Ａ／Ｄ変換回路１１と、シリアルＩ／Ｆ１２と、コマンド制御回路１３と、タイミング発生回路１４と、クランプパラメータ生成回路１５と、水平シフトレジスタ１６と、ＶＲＥＦ発生回路１７と、垂直シフトレジスタ（ＥＳ）１８と、垂直シフトレジスタ（ＲＯ）１９と、パルスセレクタ２０と、バイアス発生回路２１とを備えている。

シリアルＩ／Ｆ１２は、外部より供給されるデータＤＡＴＡを取り込んで、コマンド制御回路１３に供給する。コマンド制御回路１３は、シリアルＩ／Ｆ１２からのデータＤＡＴＡに応じたコマンドを生成して、タイミング発生回路１４、クランプパラメータ生成回路１５、およびＶＲＥＦ発生回路１７に出力する。

画素部１０は、複数のトランジスタとフォトダイオードＰＤで構成されるセル（画素）が２次元的に複数配置されている。画素部１０には、レンズ５０を介して光が入射され、光電変換によって入射光量に応じた電荷が生成される。画素部１０の上部には、ノイズキャンセル回路を含む１０ｂｉｔのカラム型のＡ／Ｄ変換回路１１が配置されている。画素部１０で発生した電荷に対応するアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換回路１１に供給され、デジタル信号に変換されて、ラッチされる。このラッチされたデジタル信号は、水平シフトレジスタ１６により順次転送されて読み出される。水平シフトレジスタ１６から読み出されたデジタル信号ＯＵＴ０〜ＯＵＴ９は、外部に出力される。

Ａ／Ｄ変換回路１１では、ＶＲＥＦ発生回路１７からの三角波のレベルを基に、コンパレータと１０ｂｉｔデジタルカウンタを用い各セルの信号を１０ｂｉｔの０〜１０２３レベルのデジタル信号に変換している。クランプパラメータ生成回路１５およびＶＲＥＦ発生回路１７は、画素部１０のオプティカルブラック部の撮像信号をＡ／Ｄ変換回路１１でＡ／Ｄ変換した画素信号値（以下、「ＯＢ値」という）が黒レベル基準値になるように調整するものであり、ＯＢ値と黒レベル基準値に基づいてクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを生成し、当該クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭに応じたクランプ電圧をＡ／Ｄ変換回路１１にフィードバックする黒レベル補正手段として機能する。

クランプパラメータ生成回路１５は、三角波のリセットレベルになるクランプ電圧を制御するクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを生成して、ＶＲＥＦ発生回路１７に出力する。

ＶＲＥＦ発生回路１７は、メインクロック信号ＭＣＫに応答して動作し、Ａ／Ｄ変換（ＡＤＣ）用の基準波形ＶＲＥＦ（三角波、クランプ電圧）を生成して、Ａ／Ｄ変換回路１１に供給する回路である。三角波の振幅は、シリアルインターフェース（シリアルＩ／Ｆ）１２に入力されるデータＤＡＴＡによって制御され、クランプ電圧は、クランプパラメータ生成回路１５から入力されるクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭによって制御される。

また、画素部１０に隣接して、信号読み出し用の垂直シフトレジスタ（ＥＳ）１８、蓄積時間制御用の垂直レジスタ（ＲＯ）１９、およびパルスセレクタ２０がそれぞれ配置されている。

タイミング発生回路１４には、上記メインクロック信号ＭＣＫとともに、シリアルインターフェース１２に入力されるコマンドがコマンドデコーダ１３でデコードされて、供給される。画素部１０からの読み出しは、タイミング発生回路１４から出力されるパルス信号Ｓ１〜Ｓ４，ＥＳＲ，ＶＲＲ，ＲＥＳＥＴ，ＡＤＲＥＳ，ＲＥＡＤによって行われる。パルス信号Ｓ１〜Ｓ４はＡ／Ｄ変換回路１１に、パルス信号ＥＳＲはＥＳレジスタ１８に、パルス信号ＶＲＲはＲＯレジスタ１９に、パルス信号ＲＥＳＥＴ，ＡＤＲＥＳ，ＲＥＡＤはパルスセレクタ２０にそれぞれ供給される。上記垂直レジスタ（ＥＳ）１８と垂直レジスタ（ＲＯ）１９により画素部１０の垂直ラインが選択される。上記パルス信号ＲＥＳＥＴ，ＡＤＲＥＳ，ＲＥＡＤは、上記パルスセレクタ２０を介して画素部１０へ供給される。この画素部１０には、バイアス発生回路２１からバイアス電圧ＶＶＬが印加されている。

具体的には、画素部１０の各セルでは、垂直シフトレジスタ（ＥＳ）１８で選択される水平ラインの各フォトダイオード（ＰＤ）で蓄積していた信号を排出する。各セルの蓄積時間は、外部より供給されるＤＡＴＡにより設定され、垂直シフトレジスタ（ＲＯ）１９で選択される水平ラインと垂直シフトレジスタ（ＥＳ）１８で選択される水平ラインとの間の水平ライン数に対応する。垂直シフトレジスタ（ＥＳ）１８は、垂直シフトレジスタ（ＲＯ）１９による選択の前に水平ラインを選択している。垂直シフトレジスタ（ＥＳ）１９で選択された水平ラインは、垂直シフトレジスタ（ＲＯ）１９で選択される水平ラインに対して一定のライン数離れている。これにより、各フォトダイオード（ＰＤ）で蓄積する信号量が制御される。蓄積時間後、各セルでは、垂直シフトレジスタ（ＲＯ）１８で選択された水平ラインにおけるフォトダイオード（ＰＤ）の信号を読み出す。

図２は、図１に示したＣＭＯＳイメージセンサ１における画素部１０およびＡ／Ｄ変換回路１１の具体的な構成例を示す回路図である。画素部１０における各々のセル（画素）は、行選択トランジスタＴａ、増幅トランジスタＴｂ、リセットトランジスタＴｃ、読み出しトランジスタＴｄ、およびフォトダイオードＰＤから構成されている。トランジスタＴａ，Ｔｂの電流通路は、電源ＶＤＤと垂直信号線ＶＬＩＮ間に直列接続される。トランジスタＴａのゲートにはパルス信号ＡＤＲＥＳｎが供給される。トランジスタＴｃの電流通路は、電源ＶＤＤとトランジスタＴｂのゲート（検出部ＦＤ）との間に接続され、そのゲートにパルス信号ＲＥＳＥＴｎが供給される。また、トランジスタＴｄの電流通路の一端は、検出部ＦＤに接続され、そのゲートにパルス信号ＲＥＡＤｎが供給される。そして、トランジスタＴｄの電流通路の他端にフォトダイオードＰＤのカソードが接続され、このフォトダイオードＰＤのアノードは接地されている。

画素部１０の下部には、ソースフォロワ回路用の負荷トランジスタＴＬＭが水平方向に配置されている。これら負荷トランジスタＴＬＭの電流通路は垂直信号線ＶＬＩＮと接地点間に接続され、そのゲートにはバイアス発生回路２１からバイアス電圧ＶＶＬが印加される。Ａ／Ｄ変換回路１１中には、ノイズキャンセラ用の容量Ｃ１，Ｃ２が配置されると共に、垂直信号線ＶＬＩＮの信号を伝達するためのトランジスタＴＳ１、Ａ／Ｄ変換用の基準波形を入力するためのトランジスタＴＳ２、および２段のコンパレータ回路ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２が配置されている。コンパレータ回路ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２間には、キャパシタＣ３が接続されている。

コンパレータ回路ＣＯＭＰ１は、インバータＩＮＶ１と、このインバータＩＮＶ１の入力端と出力端間に電流通路が接続されたトランジスタＴＳ３とで構成されている。コンパレータ回路ＣＯＭＰ２は、インバータＩＮＶ２と、このインバータＩＮＶ２の入力端と出力端間に電流通路が接続されたトランジスタＴＳ４とで構成されている。トランジスタＴＳ１のゲートにはタイミング発生回路１４から出力されるパルス信号Ｓ１、トランジスタＴＳ２のゲートにはパルス信号Ｓ２、トランジスタＴＳ３のゲートにはパルス信号Ｓ３、およびトランジスタＴＳ４のゲートにはパルス信号Ｓ４がそれぞれ供給される。コンパレータ回路ＣＯＭＰ２から出力されるデジタル信号はラッチ回路３３でラッチされラインメモリ３１に転送された後、水平シフトレジスタ１６を動作させて、１０ビットのデジタル信号ＤＡＴＡ０〜ＤＡＴＡ９が順次出力されるようになっている。

上記のような構成において、例えば垂直信号線ＶＬＩＮのｎラインの信号を読み出すためには、パルス信号ＡＤＲＥＳｎを“Ｈ”レベルにすることで増幅用トランジスタＴｂと負荷用トランジスタＴＬＭからなるソースフォロワ回路を動作させる。そして、フォトダイオードＰＤで光電変換して得た信号電荷を一定期間蓄積し、読み出しを行う前に検出部ＦＤにおける暗電流などのノイズ信号を除去するために、パルス信号ＲＥＳＥＴｎを“Ｈ”レベルに設定してトランジスタＴｃをオンして、検出部ＦＤをＶＤＤ電圧＝２．８Ｖにセットする。これによって、垂直信号線ＶＬＩＮには基準となる検出部ＦＤに信号がない状態の電圧（リセットレベル）が出力される。この時、パルス信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４をそれぞれ“Ｈ”レベルにしてトランジスタＴＳ１，ＴＳ３，ＴＳ４をオンさせることで、コンパレータ回路ＣＯＭＰ１とＣＯＭＰ２のＡ／Ｄ変換レベルを設定すると共に、垂直信号線ＶＬＩＮのリセットレベルに対応した量の電荷を容量Ｃ１に蓄積する。この時、ＶＲＥＦ発生回路１７から出力される三角波ＶＲＥＦの振幅は、中間レベル（クランプ電圧）に設定して読み出しを行っている。このクランプ電圧は、画素部１０の遮光画素（ＯＢ）部の信号レベルとなり、このレベルをＡ／Ｄ変換した値が６４ＬＳＢ（黒レベル基準値）になるように調整することで黒レベル調整を行っている。

次に、パルス信号（読み出しパルス）ＲＥＡＤｎを“Ｈ”レベルにして読み出しトランジスタＴｄをオンさせ、フォトダイオードＰＤで生成して蓄積した信号電荷を検出部ＦＤに読み出す。これによって、垂直信号線ＶＬＩＮには、検出部ＦＤの電圧（信号＋リセット）レベルが読み出される。この時、パルス信号Ｓ１を“Ｈ”レベル、パルス信号Ｓ３を“Ｌ”レベル、パルス信号Ｓ４を“Ｌ”レベル、パルス信号Ｓ２を“Ｈ”レベルにすることで、トランジスタＴＳ１がオン、トランジスタＴＳ３がオフ、トランジスタＴＳ４がオフ、トランジスタＴＳ２がオンとなり、「垂直信号線ＶＬＩＮの信号＋リセットレベル」に対応する電荷が容量Ｃ２に蓄積される。この際、容量Ｃ１は、コンパレータ回路ＣＯＭＰ１の入力端がハイインピーダンス状態となっているため、リセットレベルが保持されたままになっている。

その後、三角波ＶＲＥＦのレベルを増加させることで容量Ｃ１とＣ２の合成容量を介して、コンパレータ回路ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２でＡ／Ｄ変換する。上記三角波は、１０ビット（０〜１０２３レベル）で発生させ、Ａ／Ｄ変換レベルを１０ビットのカウンタで判定してラッチ回路３３でデータを保持する。１０２３レベルのＡ／Ｄ変換後、ラッチ回路３３のデータをラインメモリ３１へ転送している。容量Ｃ１に蓄積したリセットレベルは、容量Ｃ２に蓄積したリセットレベルと極性が逆になるため、リセットレベルはキャンセルされ、実質的に容量Ｃ２の信号成分でＡ／Ｄ変換が実行される。このリセットレベルを除去する動作を低ノイズ化処理動作（ＣＤＳ動作：Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ、相関二重サンプリング）と呼ぶ。

図３〜図７を参照して、クランプパラメータ生成回路１５，ＶＲＥＦ発生回路１７、Ａ／Ｄ変換回路１１の黒レベル調整の原理を説明する。図３は、画素部１０の遮光画素と受光画素を説明するための図、図４は、遮光画素と受光画素の画素信号値を説明するための図、図５は、Ａ／Ｄ変換回路１１のＡ／Ｄ変換動作を説明するための図、図６は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭとＯＢ値を説明するための図（従来技術）、図７は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭとＯＢ値を説明するための図（本実施の形態）である。

図３に示すように、画素部１０は、遮光されている部分（オプティカルブラック部）の遮光画素と、光が当たる部分（有効画素部）の受光画素とを備えている。図４に示すように、遮光画素の画素信号値は、クランプ電圧と暗電流分が含まれている。受光画素の画素信号値は、クランプ電圧と、暗電流分と、光電変換分が含まれている。このように、受光画素の画素信号値には、光が当たらない状態でも発生するクランプ電圧および暗電流分が含まれているため、遮光画素を使用して、黒レベル基準を生成している。

Ａ／Ｄ変換回路１１では、図５（ａ）に示すように、ＶＲＥＦ発生回路１７で生成される三角波ＶＲＥＦを使用して、ＶＲＥＦがクランプ電圧＋画素信号電圧値と一致したときのデジタルカウンタの値を画素信号値としている。アナログゲインは、このＶＲＥＦの傾きによって決まる。図５（ｂ）に示すように、アナログゲインの値を大きくするとＶＲＥＦの傾きが小さくなり、同じ画素信号値を得るのに必要なクランプ電圧は小さくなる。

黒レベル調整は、上述したように、ＯＢ値が６４ＬＳＢになるようにクランプ電圧を調整する動作である。具体的には、取得したＯＢ値を黒レベル基準値（６４ＬＳＢ）と比較し、ＯＢ値が大きい場合は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを減少させる一方、ＯＢ値が小さい場合は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを増加させ、ＯＢ値と黒レベル基準値との差が零になるまでクランプ電圧の調整を繰り返す。

ここで、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭはアナログゲインに連動するので、アナログゲインパラメータをＡＧ＿ＰＡＲＡＭとすると、ＡＤＤ＿ＣＰ＝（１／２）＾ｋ×（１／ＡＧ＿ＰＡＲＡＭ）とする（ただし、ｋ＝１〜８）。

従来の黒レベル調整方法を図６を参照して説明する。図６において、横軸はフィードバック回数、縦軸は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭ、ＯＢ値を示している。
図６に示すように、黒レベル調整開始前のＯＢ値は１２８ＬＳＢであるので、次のＡ／Ｄ変換に使用するクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭをＡＤＤ＿ＣＰ（例えば、８値）減少させる。次の（フィードバック１回目）のＯＢ値は１２０ＬＳＢとなるので、基準値６４ＬＳＢよりも大きいため、再度、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭクランプパラメータをＡＤＤ＿ＣＰ減少させる。これを繰り返し、８回フィードバックしたところでＯＢ値が６４ＬＳＢになり、黒レベル調整が完了する。

アナログゲインが大きいとき、すなわちＶＲＥＦの傾きが小さいときはＡＤＤ＿ＣＰの値が小さくなり、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを少しずつしか増減できない。従来の黒レベル調整方法では、ＡＤＤ＿ＣＰの値が一定値であるので、ＯＢ値が黒レベル基準値から大きくずれている場合、黒レベル基準値に収束するのに時間がかかってしまう。図７に示す例では、８回のフィードバックが必要となる。係数ｋの値を小さくすると、ＡＤＤ＿ＣＰは大きくなるが、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭの増減幅が大きくなるため、黒レベル基準値に収束できなくなる場合がある。

図６に示したように、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭとＯＢ値には線形関係がある。そこで本実施の形態では、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭとＯＢ値の線形関係を利用して、回路特性にバラツキがあっても正確に補正範囲を算出して、高速にＯＢ値を黒レベル基準値に収束させる方法を提案する。具体的には、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを所定値に設定した場合のＯＢ値を取得し、また、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭの所定値からＡＤＤ＿ＣＰ（基準調整量）を減じてクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを更新し、当該更新したクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭに設定した場合のＯＢ値を取得する。クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを所定値に設定した場合のＯＢ値から更新したクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭに設定した場合のＯＢ値を減算して第１の差分（ＳＵＢ＿ＤＬ）を算出し、更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値から黒レベル基準値を減算して第２の差分（ＳＵＢ＿ＯＢ）を算出する。そして、ＯＢ値とクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭの線形性より、第２の差分を第１の差分で除算した値（ＳＵＢ＿ＯＢ／ＳＵＢ＿ＤＬ）に、ＡＤＤ＿ＣＰ（基準調整量）を乗算した値を、更新したクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭから減算して、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを更新し、ＯＢ値を黒レベル基準値に一致させる。

本実施の形態の黒レベル調整方法を、図７を参照して具体的に説明する。図７において、横軸はフィードバック回数、縦軸は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭ、ＯＢ値を示している。図７に示すように、黒レベル調整開始前（クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭが所定値の場合）のＯＢ値は１２８ＬＳＢである。１回目のフィードバックでは、従来技術と同様に、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭをＡＤＤ＿ＣＰ（例えば、１値）減少させたクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを使用し、ＯＢ値を取得すると、ＯＢ値は、１２０ＬＳＢとなり、８ＬＳＢ（ＳＵＢ＿ＤＬ）減少する。黒レベル基準値と現在のＯＢ値との差（ＳＵＢ＿ＯＢ）は、５６ＬＳＢであるので、ＳＵＢ＿ＯＢ／ＳＵＢ＿ＤＬ（＝ＤＩＶ＿ＯＢ）倍のＡＤＤ＿ＣＰ、すなわち、（５６／８＝７）倍のＡＤＤ＿ＣＰを、現在のクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭから減少させたクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを２回目のフィードバックで使用すると、ＯＢ値は６４ＬＳＢとなり、黒レベル基準値に一致させることができる。このように、フィードバック回数が２回で済み、従来技術に比して、高速に黒レベル調整を行うことが可能となる。

図８はクランプパラメータ生成回路１５の構成を示す図である。クランプパラメータ生成回路１５は、図８に示すように、クランプパラメータ更新部４１と、ＯＢ値変化率算出部４２と、クランプ増減判定部４３と、ＯＢ値取得部４４と、レジスタ４５とを備えている。

ＯＢ値取得部４４は、１ＨのＯＢ値の平均値を算出する。ＯＢ値変化率算出部４２は、今回のＯＢ値の平均値とレジスタ４５に格納されている１Ｈ前のＯＢ値の平均値との差分ＳＵＢ＿ＤＬを算出して、クランプ増減判定部４３に出力する。

クランプ増減判定部４３は、今回の１ＨのＯＢ値の平均値と黒レベル基準値（６４ＬＳＢ）との差分ＳＵＢ＿ＯＢを算出し、ＳＵＢ＿ＯＢをＳＵＢ＿ＤＬで除算して、ＤＩＶ＿ＯＢ＝ＳＵＢ＿ＯＢ／ＳＵＢ＿ＤＬを算出し、ＳＵＢ＿ＯＢがＳＵＢ＿ＤＬの何倍であるかを算出する。また、クランプ増減判定部４３は、ＡＤＤ＿ＣＰとＤＩＶ＿ＯＢを乗算して得られる調整値ＳＦＴ＿ＣＰをクランプパラメータ更新部４１に出力する。

クランプパラメータ更新部４１は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭから調整値ＳＦＴ＿ＣＰ除算することにより更新し、更新したクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭをＶＲＥＦ発生回路１７に出力する。

図９は、図８に示すクランプパラメータ生成回路１５のクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを生成する動作を説明するためのフローチャートである。クランプパラメータ生成回路１５では、不図示のコントローラから黒レベル補正の実行コマンドが入力されると、図９のフローに示す処理を実行する。

図９において、まず、クランプパラメータ更新部４１は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを所定値に設定する（ステップＳ１）。ＶＲＥＦ生成回路１７は、設定されたクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭに応じたＶＲＥＦをＡ／Ｄ変換回路１１に出力する。ＡＤＲＥＳｎ（１ライン目）で選択された画素部１０のラインの信号が読み出されて、Ａ／Ｄ変換回路１１に入力される。Ａ／Ｄ変換回路１１では、ＶＲＥＦ生成回路１７から入力されるＶＲＥＦを使用してＡ／Ｄ変換されたＯＢ値が出力される（ステップＳ２）。ＯＢ値取得部４４は、このＯＢ値を取得する（ステップＳ３）。ＯＢ取得部４４は、取得した１Ｈ分のＯＢ値の平均値を算出し（ステップＳ４）、レジスタ４５に格納する（ステップＳ５）。

次に、クランプパラメータ更新部４１は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭを、ＡＤＤ＿ＣＰを増減した値に更新する（ステップＳ６）。ＶＲＥＦ生成回路１７は、更新されたクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭに応じたＶＲＥＦをＡ／Ｄ変換回路１１に出力する。ＡＤＲＥＳｎ＋１（２ライン目）で選択されたラインの信号が読み出されて、Ａ／Ｄ変換回路１１に入力する。Ａ／Ｄ変換回路１１では、ＶＲＥＦ生成回路１７から入力されるＶＲＥＦを使用してＡ／Ｄ変換されたＯＢ値が出力される（ステップＳ７）。ＯＢ値取得部４４は、このＯＢ値を取得する（ステップＳ８）。ＯＢ取得部４４は、取得した１ＨのＯＢ値の平均値を算出する（ステップＳ９）。ＯＢ値変化率算出部４２は、レジスタ４５に格納してある１Ｈ前のＯＢ値の平均値と今回の１ＨのＯＢ値の平均値との減算を行い、２ライン間のＯＢ値の平均値の差分ＳＵＢ＿ＤＬを算出する。また、クランプ増減判定部４３は、今回の１ＨのＯＢ値の平均値と黒レベル基準値との差分ＳＵＢ＿ＯＢを算出する（ステップＳ１０）。そして、レジスタに今回の１ＨのＯＢ値の平均値を上書きする（ステップＳ１１）。

クランプ増減判定部４３は、ＳＵＢ＿ＯＢをＳＵＢ＿ＤＬで除算して、ＤＩＶ＿ＯＢ＝ＳＵＢ＿ＯＢ／ＳＵＢ＿ＤＬを算出し、ＳＵＢ＿ＯＢがＳＵＢ＿ＤＬの何倍であるかを算出する。そして、クランプ増減判定部４３は、ＡＤＤ＿ＣＰとＤＩＶ＿ＯＢを乗算して得られるＳＦＴ＿ＣＰ（＝ＡＤＤ＿ＣＰ×ＤＩＶ＿ＯＢ）をクランプパラメータ更新部４１に出力する（ステップＳ１２）。

クランプパラメータ更新部４１は、クランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭをＳＦＴ＿ＣＰで増減して更新し、更新したクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭ（＝ＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭ−ＳＦＴ＿ＣＰ）をＶＲＥＦ生成回路１７に出力する（ステップＳ１３）。

ＶＲＥＦ生成回路１７は、更新されたクランプパラメータＣＬＡＭＰ＿ＰＡＲＡＭに応じたＶＲＥＦをＡ／Ｄ変換回路１１に出力する。ＡＤＲＥＳｎ＋２（３ライン目）で選択されたラインの信号が読み出されてＡ／Ｄ変換回路１１に入力する。Ａ／Ｄ変換回路１１では、ＶＲＥＦ生成回路１７から入力されるＶＲＥＦを使用してＡ／Ｄ変換されたＯＢ値が出力される（ステップＳ１４）。

ＯＢ値取得部４４は、このＯＢ値を取得する（ステップＳ１５）。クランプ増減判定部４３は、取得した１ＨのＯＢ値の過半数が黒レベル基準値に一致しているか否かを判断し（ステップＳ１６）、一致している場合には（ステップＳ１６の「Ｙｅｓ」）、その旨をクランプパラメータ更新部４１に通知し、クランプパラメータ更新部４１は、クランプパラメータを固定し、黒レベル調整を終了する（ステップＳ１７）。例えば、上記図７に示す条件の場合は、２回のフィードバックでＯＢ値が黒レベル基準値に一致する。

一致していない場合は（ステップＳ１６の「Ｎｏ」）、ステップＳ９に戻り、ＯＢ取得部４４は、取得した今回の１Ｈ（３ライン目）のＯＢ値の平均値を算出し、レジスタ４５に格納してある１Ｈ前（２ライン目）のＯＢ値の平均値と今回の１ＨのＯＢ値の平均値との減算を行い、２ライン間のＯＢ値の平均値の差分ＳＵＢ＿ＤＬを算出する。また、クランプ増減判定部４３は、今回の１ＨのＯＢ値の平均値と黒レベル基準値との差分ＳＵＢ＿ＯＢを算出する（ステップＳ１０）。そして、レジスタに今回の１Ｈ（３ライン目）のＯＢ値の平均値を上書きする（ステップＳ１１）。そして、Ｓ１２〜１６の処理を行い、取得した１ＨのＯＢ値の過半数が黒レベル基準値に一致するまで、同じ処理（Ｓ９〜Ｓ１６）を繰り返し実行する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、黒レベル補正手段は、ＯＢ値と黒レベル基準値とに基づいてクランプパラメータを生成し、クランプパラメータに応じたクランプ電圧をＡ／Ｄ変換回路１１にフィードバックし、クランプパラメータとＯＢ値との線形関係を利用して、クランプパラメータを更新することとしたので、回路特性にばらつきがある場合でも、黒レベル補正に用いる補正範囲を正確に算出し、高速に黒レベル調整を行うことが可能となる。

また、本実施の形態によれば、黒レベル補正手段は、クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値を取得し、クランプパラメータの所定値から基準調整量を増減してクランプパラメータを更新し、当該更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値を取得し、クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値から更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値を減算して第１の差分を算出し、更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値から黒レベル基準値を減算して第２の差分を算出し、第２の差分を第１の差分で除算した値に、基準調整量を乗算した値を、更新したクランプパラメータから減算して、クランプパラメータを更新することとしたので、クランプパラメータのフィードバックを１回実施することで、黒レベル基準値になるクランプパラメータを算出することができるので、アナログゲインや黒レベル調整前のＯＢ値によらず、２回目のフィードバックでＯＢ値を黒レベル基準値に収束させることが可能となる。ここでは、クランプパラメータの所定値を高い値に設定して、減算しながら所望のクランプパラメータを算出する例を示したが、クランプパラメータの所定値を低い値に設定して、加算しながら所望のクランプパラメータを算出することにしてもよい。

また、本実施の形態によれば、クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値は、画素部１０のｎラインのＯＢ値の平均値であり、更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値は、画素部１０のｎ＋１ラインのＯＢ値の平均値であることとしたので、２ラインのＯＢ値を使用するだけで、黒レベル補正を行うことが可能となる。

なお、本実施の形態では、クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値を、画素部１０のｎラインのＯＢ値の平均値としているが、これに限らず、前回の黒レベル補正で取得したＯＢ値を使用することにしてもよい。

また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表わしかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ ＣＭＯＳイメージセンサ、１０ 画素部、１１ Ａ／Ｄ変換回路１１、１２ シリアルＩ／Ｆ、１３ コマンド制御回路、１４ タイミング発生回路、１５ クランプパラメータ生成回路、１６ 水平シフトレジスタ １７ ＶＲＥＦ発生回路 １８ 垂直シフトレジスタ（ＥＳ）、１９ 垂直シフトレジスタ（ＲＯ）、２０ パルスセレクタ、２１ バイアス発生回路、４１ クランプパラメータ更新部、４２ ＯＢ値変化率算出部、４３ クランプ増減判定部、４４ ＯＢ値取得部、４５ レジスタ

Claims (5)

1. 固体撮像素子のオプティカルブラック部の撮像信号をＡ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換した画素信号値（以下、「ＯＢ値」という）が黒レベル基準値になるように調整する黒レベル調整装置であって、
   前記ＯＢ値と前記黒レベル基準値とに基づいてクランプパラメータを生成し、当該クランプパラメータに応じたクランプ電圧を前記Ａ／Ｄ変換回路にフィードバックする黒レベル補正手段を備え、
   前記黒レベル補正手段は、前記クランプパラメータと前記ＯＢ値との線形関係を利用して、前記クランプパラメータを更新することを特徴とする黒レベル調整装置。
2. 前記黒レベル補正手段は、
   前記クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値を取得し、
   前記クランプパラメータの所定値と基準調整量とを演算してクランプパラメータを更新し、当該更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値を取得し、
   前記クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値から前記更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値を減算して第１の差分を算出し、
   前記更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値から前記黒レベル基準値を減算して第２の差分を算出し、
   前記第２の差分を前記第１の差分で除算した値に、前記基準調整量を乗算した値と、前記更新したクランプパラメータとを演算して、前記クランプパラメータを更新することを特徴とする請求項１に記載の黒レベル調整装置。
3. 前記クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値は、前記固体撮像素子のｎラインのＯＢ値の平均値であり、
   前記更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値は、前記固体撮像素子のｎ＋１ラインのＯＢ値の平均値であることを特徴とする請求項２に記載の黒レベル調整装置。
4. 固体撮像素子のオプティカルブラック部の撮像信号をＡ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換した画素信号値（以下、「ＯＢ値」という）が黒レベル基準値になるように調整する黒レベル調整方法であって、
   前記ＯＢ値と前記黒レベル基準値とに基づいてクランプパラメータを生成し、当該クランプパラメータに応じたクランプ電圧を前記Ａ／Ｄ変換回路にフィードバックする黒レベル補正工程を含み、
   前記黒レベル補正工程では、前記クランプパラメータと前記ＯＢ値との線形関係を利用して、前記クランプパラメータを更新することを特徴とする黒レベル調整方法。
5. 前記黒レベル補正工程では、
   前記クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値を取得し、
   前記クランプパラメータの所定値と基準調整量とを演算してクランプパラメータを更新し、当該更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値を取得し、
   前記クランプパラメータを所定値に設定した場合のＯＢ値から前記更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値を減算して第１の差分を算出し、
   前記更新したクランプパラメータに設定した場合のＯＢ値から前記黒レベル基準値を減算して第２の差分を算出し、
   前記第２の差分を前記第１の差分で除算した値に、前記基準調整量を乗算した値と、前記更新したクランプパラメータとを演算して、前記クランプパラメータを更新することを特徴とする請求項４に記載の黒レベル調整方法。

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