JP5022923B2 - 撮像装置及びその撮像画像信号補正方法 - Google Patents

Description

本発明は固体撮像素子を用いた撮像装置及びその撮像画像信号補正方法に係り、特に、高品質の被写体画像を撮像するのに好適な撮像装置及びその撮像画像信号補正方法に関する。

例えばＣＣＤ型の固体撮像素子は、水平電荷転送路の出力端部にフローティングディフュージョンアンプを備え、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた撮像画像信号を出力する。このアンプは、特許文献１に記載されている様に、信号増幅時にインパクトイオン化現象が起き、微弱な光（赤外光）を発生させる。

固体撮像素子のアンプで発光現象が起きると、この光が固体撮像素子の半導体基板内を伝播して各画素（フォトダイオード）を感光し、ノイズ電荷を発生させてしまう。

特に、固体撮像素子を用いて高感度撮影を行う場合には、被写体からの入射光量に応じて発生する信号電荷量が少ないため、上記のアンプ発光現象でノイズ電荷が各画素に蓄積すると、撮像画像信号のＳ／Ｎが悪くなり、被写体画像の画質を大きく劣化させてしまう。

特開２００６―１４８５１２号公報（段落〔０００６〕）

アンプが発光することによる画質劣化は、固体撮像素子の露光中にアンプ電源をオフにしアンプ動作を停止させることで、回避可能である。しかし、例えば動画像撮像時には、露光と撮像画像信号の出力とが同時並行的に行われるため、アンプ電源を信号出力中にオフにすることができず、画質劣化が起きてしまう。

本発明の目的は、アンプ発光現象が起きた場合でも被写体画像の画質劣化を回避可能な撮像装置及びその撮像画像信号補正方法を提供することにある。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該半導体基板に形成され前記各画素が入射光量に応じて検出した信号を増幅するアンプを有する固体撮像素子と、前記アンプから出力される信号を処理する画像信号処理手段とを備える撮像装置の撮像画像信号補正方法において、前記アンプの動作時に起きる発光により前記各画素が前記半導体基板を通して感光し得られる信号量を補正量として求め前記アンプから出力される前記各画素の検出信号量から前記補正量を減算補正するに際し、前記補正量を、前記アンプと前記各画素との間の距離の２乗に反比例した値として求めると共に、前記各画素のうち前記アンプに最も近い画素を原点（ｘ _０ ，ｙ _０ ）とし、該原点に対する他の画素（ｘ，ｙ）の前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、
Ｈ（ｘ，ｙ）＝α／｛（ｘ _０ ＋ｘ） ^２ ＋（ｙ _０ ＋ｙ） ^２ ｝
ここで、αはパラメータ値
で求め、且つ、前記各画素への入射光を遮断した状態で前記アンプを動作させて得られた遮光画像のデータに基づいて前記パラメータ値を定め、該パラメータ値に基づき前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出することを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該半導体基板に形成され前記各画素が入射光量に応じて検出した信号を増幅するアンプを有する固体撮像素子と、前記アンプから出力される信号を処理する画像信号処理手段とを備える撮像装置の撮像画像信号補正方法において、前記アンプの動作時に起きる発光により前記各画素が前記半導体基板を通して感光し得られる信号量を補正量として求め前記アンプから出力される前記各画素の検出信号量から前記補正量を減算補正するに際し、前記補正量を、前記アンプと前記各画素との間の距離の２乗に反比例した値として求めると共に、前記各画素のうち前記アンプに最も近い画素を原点（ｘ _０ ，ｙ _０ ）とし、該原点に対する他の画素（ｘ，ｙ）の前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、
Ｈ（ｘ，ｙ）＝α／｛ａ（ｘ _０ ＋ｘ） ^２ ＋ｂ（ｙ _０ ＋ｙ） ^２ ｝
ここで、α，ａ，ｂはパラメータ値
で求め、且つ、前記各画素への入射光を遮断した状態で前記アンプを動作させて得られた遮光画像のデータに基づいて前記パラメータ値を定め、該パラメータ値に基づき前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出することを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該半導体基板に形成され前記各画素が入射光量に応じて検出した信号を増幅するアンプを有する固体撮像素子と、前記アンプから出力される信号を処理する画像信号処理手段とを備える撮像装置の撮像画像信号補正方法において、前記アンプの動作時に起きる発光により前記各画素が前記半導体基板を通して感光し得られる信号量を補正量として求め前記アンプから出力される前記各画素の検出信号量から前記補正量を減算補正するに際し、前記補正量を、前記アンプと前記各画素との間の距離の２乗に反比例した値として求めると共に、前記各画素のうち前記アンプに最も近い画素を原点（ｘ _０ ，ｙ _０ ）とし、該原点に対する他の画素（ｘ，ｙ）の前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、
Ｈ（ｘ，ｙ）＝〔α／｛ａ（ｘ _０ ＋ｘ） ^２ ＋ｂ（ｙ _０ ＋ｙ） ^２ ｝〕−β
ここで、α，β，ａ，ｂはパラメータ値
で求め、且つ、前記各画素への入射光を遮断した状態で前記アンプを動作させて得られた遮光画像のデータに基づいて前記パラメータ値を定め、該パラメータ値に基づき前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出することを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、前記補正量の値がマイナスとなる場合には該補正量を零にすることを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、マルチフィールド読み出しを行う固体撮像素子では各フィールド毎に前記補正量を求めることを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法の前記補正量は、各フィールド毎に異なるアンプ発光時間に応じて求めることを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、前記アンプが複数存在する固体撮像素子では、各アンプ毎に前記補正量を求め、アンプ毎の該補正量を加算した値を前記各画素の検出信号量から減算することを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法における前記パラメータ値は、前記遮光画像のデータのうち任意の複数領域の積算値を用いて求めることを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、前記複数領域として、前記アンプに最も近い第１領域と、該第１領域に対して垂直方向に最も遠い第２領域と、前記第１領域に対して水平方向に最も遠い第３領域と、前記第１領域に対して対角方向に最も遠い第４領域を用いることを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、前記第１領域における前記遮光画像のデータの平均値をＡ、前記第２領域における前記平均値をＢ、前記第３領域の前記平均値をＣ、前記第４領域の前記平均値をＤとしたとき、（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）を前記パラメータ値の算出に用いることを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法は、前記アンプが複数存在する固体撮像素子では、１つづつアンプの電源を入れてアンプ毎の前記遮光画像のデータを求めることを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法における前記補正量は、撮影感度毎に求めることを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法における前記補正量は、露光時間に応じて調整することを特徴とする。

本発明の撮像装置の撮像画像信号補正方法における前記補正量は、撮影感度が所定感度以上のとき求め該所定感度に達しない撮影感度のときは該補正量を零とすることを特徴とする。

本発明の撮像装置は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該半導体基板に形成され前記各画素が入射光量に応じて検出した信号を増幅するアンプを有する固体撮像素子と、前記アンプから出力される信号を処理する画像信号処理手段とを備える撮像装置において、上述したいずれかに記載の撮像画像信号補正方法を実行する補正手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、アンプ発光に起因するノイズを除去するため、高品質な被写体画像を撮像することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。この撮像装置１は、ＣＣＤ型の固体撮像素子２と、この固体撮像素子２の前段に置かれた撮影レンズ３と、その前段に置かれた絞り４と、固体撮像素子２から出力される撮像画像信号の相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ）や信号増幅（ＡＭＰ）を行う前処理部５と、前処理部５で処理されたアナログの撮像画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路６と、Ａ／Ｄ変換回路６の出力信号を取り込む画像入力コントローラ７とを備える。

画像入力コントローラ７は、バス８に接続され、このバス８に、この撮像装置１を統括制御するＣＰＵ９と、デジタルの撮像画像信号に対して各種画像処理を施す画像信号処理回路１０と、デジタルの撮像画像信号からレンズ３の焦点位置を自動検出するＡＦ検出回路１１と、画像処理された撮像画像信号をＪＰＥＧ画像データやＭＰＥＧ画像データ等に圧縮する圧縮回路１２と、デジタルの撮像画像信号から露出値やホワイトバランス値を検出するＡＥ＆ＡＷＢ検出回路１３とが接続される。

バス８には更に、この撮像装置１のメインメモリとなるＳＤＲＡＭ１４と、ＶＲＡＭ１５と、外部記録メディア１６の書き込み／読み出し制御を行うメディアコントローラ１７と、撮像装置背面部等に設けられた液晶等の画像表示装置１８を表示制御するビデオエンコーダ１９とが接続される。

ＣＰＵ９には、前処理部５が接続されると共に、二段（Ｓ１，Ｓ２）シャッタボタンを含む操作スイッチ２０が接続され、更に、絞り４を駆動するモータのモータドライバ２１と、撮影レンズ３を駆動するモータのモータドライバ２２と、固体撮像素子２を駆動するタイミングジェネレータ２３とが接続される。

この撮像装置１では、ＣＣＤ型の固体撮像素子２から出力される撮像画像信号を、前処理部５，Ａ／Ｄ変換回路６を介して画像入力コントローラ７が取り込み、画像信号処理回路１０が各種画像処理を施して被写体画像データを生成し、これを記録メディア１６に格納したり、画像表示装置１８に表示する。

この画像処理時に、本実施形態に係る撮像装置１では、上述したアンプ発光によって発生するノイズ成分を、詳細は後述する様にしてＣＰＵ９が配下の画像信号処理回路１０などを用いて補正処理し、アンプ発光によるノイズを除去した被写体画像データを生成する。

図２は、アンプ３０が発光する物理的な原理を説明する図である。図２（ａ）は、半導体基板に形成されたアンプ３０を構成するトランジスタの断面模式図である。２つの離間したＮ領域３１，３２（ソース，ドレイン）間の上部に、ゲート絶縁層３３を介してゲート３４が設けられている。

図２（ｂ）は、信号増幅動作を行うときの図２（ａ）のトランジスタのポテンシャル図である。図示するように、電子３５がＮ領域３２からＮ領域３１に大きな電圧差で加速されながら流れ込むと、インパクトイオン化により二次電子が発生し、これが電荷再結合すると、エネルギーギャップ分の発光（主に赤外領域）が起きる。

図３は、固体撮像素子２の要部断面を示す説明図である。半導体チップ２ａの受光領域表面部には多数のフォトダイオードが形成されており、半導体チップ２ａの表面の各フォトダイオード上には、カラーフィルタ３７，マイクロレンズ３８が積層される。

半導体チップ２ａの受光領域以外は遮光膜３９が覆われ、その下に、アンプ３０が形成される。このアンプ３０が、信号増幅時つまり電源オン時に微弱発光し、この発光光（波長が長い赤外光）が半導体チップ２ａの裏面で反射される等して半導体チップ２ａ内を伝播し、各フォトダイオード内に入り、電荷（ノイズ電荷）を発生させる。

本実施形態の撮像装置１では、このアンプ発光によるノイズ電荷分と考えられる信号量（補正データ）を、各フォトダイオードの検出電荷から得た信号量（オリジナルデータ）から減算することで、アンプ発光によるノイズを除去した高品質な被写体画像データ（補正後データ）を生成する。

即ち、（ｘ，ｙ）を画素位置の座標としたとき、
補正後データ(x,y)＝〔オリジナルデータ(x,y)〕−〔補正データ(x,y)〕
として撮像装置１が補正処理し、高品質な被写体画像データを生成する。発光源はアンプ３０であり、ある座標位置（ｘ，ｙ）のフォトダイオードに対する影響は、図４に示す様に、発光源アンプからの距離Ｒに依存した関数で表すことができる。

発光源となるアンプ３０からの総発光エネルギをＬ、発光源からの距離Ｒでの単位面積当たりの光量エネルギをＳとすると、半径Ｒの球の表面積は４π×Ｒ ^２ であるから
Ｌ＝Ｓ×４π×Ｒ^２
∴Ｓ＝Ｌ／（４π×Ｒ^２）
∴Ｓ∝１／Ｒ^２
となる。即ち、ある画素（フォトダイオード）のアンプ感光量は、アンプからの距離Ｒの２乗に反比例し、その関係式によるグラフは、図５に示す様になる。

従って、アンプ感光量を撮像画像信号から減算する補正を行う場合に、アンプからの距離の関数でアンプ発光量を表し、この関数に基づく補正値を撮像画像信号から減算することで、アンプ感光量の影響を取り除くことが可能となる。特に、距離Ｒの２乗に反比例する補正量を撮像画像信号から減算することで、効果的な補正が可能となる。

図６は、図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子２の表面模式図とこの受光領域によるアンプ感光の例を示す図である。ＣＣＤ型固体撮像素子２の受光領域には画素部４１が設けられている。この画素部４１には、二次元アレイ状に、図３に示す複数のフォトダイオードが配列形成され、各フォトダイオード上に、カラーフィルタとマイクロレンズその他が形成され、各フォトダイオード列に沿って、周知の垂直電荷転送路が設けられている。

各垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って、出力用の水平電荷転送路４２が設けられ、水平電荷転送路４２の転送方向端部側に、フローティングディフュージョン部４３とリセットドレイン４４とが設けられ、フローティングディフュージョン部４３に、固体撮像素子チップと同じ半導体基板に形成されたトランジスタやダイオードで構成されるアンプ３０が接続される。

このアンプ３０が電源オン時に発光するのであるが、発光による影響つまり各画素（フォトダイオード）の感光量は、図中の○印を付した、アンプ３０に最も近い位置で大きく、遠い位置で小さくなる。

アンプ３０による各画素の感光量を補正する場合、アンプ３０から最も近い画素を原点とした補正式で表した方が適切である。そこで、画素部（受光領域）４１のうち○印を付した角部の画素座標を（ｘ_０，ｙ_０）とし、この（ｘ_０，ｙ_０）に対する画素部４１の任意位置を（ｘ，ｙ）とし、アンプ位置を原点（０，０）とする。

この場合、補正量Ｈ（ｘ，ｙ）は、次の数１で表される。

〔数１〕
Ｈ（ｘ，ｙ）＝α／｛（ｘ_０＋ｘ）^２＋（ｙ_０＋ｙ）^２｝
ここで、αは所定数である。

この補正量をグラフに示すと、図７となる。図７は、α＝１００、（ｘ_０，ｙ_０）＝（１０，０）で、ｙ＝０と固定し、ｘを０〜１０まで変化させた例である。このグラフによれば、原点から遠ざかるとなだらかに補正量が減っていく曲線となる。

実際の固体撮像素子では、ｘ方向（水平方向）とｙ方向（垂直方向）の画素数が１：１でないことが多い。画素ピッチが水平，垂直で同一でない場合以外にも、例えば間引き読み出しを実施し、垂直方向に１／２間引き，１／３間引き，…した場合では、水平方向に対して垂直方向の画素が間引かれて読み出される。

この場合、アンプからの読み出し対象画素の位置関係が、水平画素数と垂直画素数で計算が異なることになり、数１をそのまま適用すると誤差が生じてしまう。そこで、斯かる場合には、次の数２の補正式を適用する。

〔数２〕
Ｈ（ｘ，ｙ）＝α／｛ａ（ｘ_０＋ｘ）^２＋ｂ（ｙ_０＋ｙ）^２｝
ここで、ａ，ｂは係数である。

この補正式を用いることで、適切な補正が可能となり、高品質な被写体画像データを得ることが可能となる。図８は、数２による補正量計算例を示す図であり、α＝２２０、ａ＝１．５、ｂ＝０．７、（ｘ_０，ｙ_０）＝（１０，１０）として計算している。

上述した数１，数２の補正式では、アンプ３０から最も離れた画素の検出信号も補正対象としている。しかし、アンプ３０から或る程度離れた画素に対するアンプ発光の影響は小さく、補正をしなくても良い場合がある。つまり、補正対象とする領域を限定しても問題はない。この場合には、次の数３の補正式を用いる。

〔数３〕
Ｈ（ｘ，ｙ）＝［α／｛ａ（ｘ_０＋ｘ）^２＋ｂ（ｙ_０＋ｙ）^２｝］−β
ここで、βは所定数である。

図９は、数３で補正するときの補正対象領域を例示する図である。受光領域（有効画素領域）から得られる撮像画像信号のうち、原点座標（０，０）から垂直高さＶ、水平幅Ｈの領域内の画像信号を補正し、それ以外の領域については補正量を零（０）にしてしまう。これにより、補正演算処理時間の短縮化を図ることが可能となる。

図１０は、実際の補正量の算出例であり、数３において、α＝３３００、β＝５、ａ＝１．５、ｂ＝０．７、（ｘ_０，ｙ_０）＝（１０，１０）として得た補正量のグラフである。０以下として計算された部分は０にクリップすることで、減算による補正を、過補正なく適切に行うことが可能になると共に、この補正処理方法を導入することが容易となる。

図１１は、インタレース読み出し（フィールド読み出し）を行うＣＣＤ型固体撮像素子の説明図である。図１１では、垂直電荷転送路の図示は省略しており、複数のフォトダイオード（画素）４７が二次元アレイ状に配列形成されており、各画素行毎に垂直転送電極膜Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖ４が敷設されている。

各画素列に沿って図示しない埋め込みチャネルが形成され、この埋め込みチャネルとその上にゲート絶縁膜を介して形成された上記の垂直転送電極膜とにより垂直電荷転送路が形成される。各垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って水平電荷転送路４８が形成されている。尚、各画素４７の右下付近に書いた丸印は、その画素の読み出しゲートである。

斯かるＣＣＤ型固体撮像素子では、図１２に示す様に、先ず第１フィールドで、垂直転送電極Ｖ２に読み出しパルスを印加し奇数行の各画素から信号電荷を読み出して出力し、次の第２フィールドで、垂直転送電極Ｖ４に読み出しパルスを印加し偶数行の各画素から信号電荷を読み出し出力する。

この場合、水平電荷転送路４８の転送方向端部に設けられた図示しないアンプは、固体撮像素子の動作開始時に電源オンとなり、微弱発光を開始する。この微弱発光による露光期間は電子シャッタオフのタイミングからが開始され、第１フィールドの読み出しパルス印加タイミングまでが、第１フィールドで読み出される奇数行の各画素のアンプ発光露光期間となる。第２フィールで読み出される偶数行の各画素のアンプ発光露光期間は、電子シャッタオフのタイミングから第２フィールドの読み出しパルス印加タイミングまでとなる。

つまり、第２フィールドで読み出される画素は第１フィールドで読み出される画素より微弱発光の影響を多く受ける。これを図示した例が、図１３（ａ）（ｂ）であり、奇数行の画素と偶数行の画素とで撮像画像信号に段差が生じてしまう。従って、両フィールドで得られた撮像画像信号を同じ補正量で補正すると、横スジ条のノイズが出てしまうため、補正量をフィールド毎に変えることになる。

図１４（ａ）（ｂ）は、夫々、第１フィールドでの読み出し信号と第２フィールドでの読み出し信号とを、数２の補正式で補正したときの算出例を示すグラフである。この様に、インタレース読み出しを行う固体撮像素子では、フィールド毎に補正量の算出パラメータ（数１，数２，数３のα，β，ａ，ｂ）を変えることで、横スジ条のノイズが無く、高品質な被写体画像データを生成することが可能となる。

尚、上述した実施形態は、インタレース読み出し（２フィールド読み出し）の例であるが、勿論、３フィールド以上のマルチフィールド読み出しにも同様に適用し、フィールド毎に補正量を変えるのが好ましい。

図１５（ａ）（ｂ）は、夫々、ＣＣＤ型固体撮像素子の別実施形態に係る説明図であり、図１５（ａ）の固体撮像素子では、出力用の水平電荷転送路が中央で分割され、左側の水平電荷転送路４２Ｌに出力アンプ３０Ｌが、右側の水平電荷転送路４２Ｒにアンプ３０Ｒが設けられている。

図１５（ｂ）の固体撮像素子では、画素部の上下に夫々出力用の水平電荷転送路４２Ｕ，４２Ｄが設けられており、夫々に、出力アンプ３０Ｕ，３０Ｄが設けられている。

これらの固体撮像素子では、各アンプが夫々微弱発光するため、受光領域内の各画素は、複数の各アンプからの微弱発光を受けて感光する。図１６（ａ）（ｂ）は、夫々、図１５（ａ）（ｂ）の固体撮像素子におけるアンプ感光の様子を示す図である。

複数のアンプを備える固体撮像素子では、各アンプ毎に、数１（または数２，数３）の補正量を算出し、これらの算出結果を加算した結果を、固体撮像素子から出力される撮像画像信号から減算することで補正すればよい。

尚、図示の例は２つのアンプを備える例であるが、３つ以上の出力アンプを備える固体撮像素子にも同様に適用でき、各アンプ毎の補正量を求め、各補正量を加算した値を撮像画像信号から減算すればよい。

図１７は、アンプ発光による補正量算出パラメータの算出の仕方を説明する図である。図示する例は、インタレース読み出しを行う固体撮像素子の例であるが、図１２と同様のタイミングチャートで固体撮像素子を駆動する。このとき、メカニカルシャッタを閉じたまま行うことで、遮光した画像すなわちアンプ感光量だけのデータを得ることができる。

この様にして得られた遮光画像データに基づいて、アンプ感光量の補正量算出パラメータ（数１，数２，数３のα，β，ａ，ｂ，ｘ_０，ｙ_０）のうちα，β，ａ，ｂの値を決定することで、高品質の被写体画像データを得ることができる。

図１８は、補正量算出パラメータを決定する遮光画像データの取得例を示す図である。図１８に示す例では、アンプ感光量が多い場所に３×３＝９の領域５１を設定し、各領域５１の遮光画像データ積算値を求め、補正量算出パラメータを決定する。

図１９に示す例では、固体撮像素子の受光領域において、アンプに最も近い隅の領域Ａと、領域Ａに対し垂直方向の隅の領域Ｂ，領域Ａに対し水平方向の隅の領域Ｃ，領域Ａに対して対角となる隅の領域Ｄの各遮光画像データ積算値（または平均値）を求め、これらから補正量算出パラメータを決定することでもよい。

図１９において、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの平均画素値をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとした場合、Ｓ＝（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）とすることで、固体撮像素子の暗電流による暗時シェーディング（垂直方向シェーディング，水平方向シェーディング）を簡単に取り除くことができ、これにより、精度良くアンプ発光量のみを算出することが可能となる。

図１８，図１９は、アンプを１つ備える固体撮像素子における補正量算出パラメータの決定方法であるが、図１５（ａ）（ｂ）に示す様に複数のアンプを備える固体撮像素子の場合には、アンプの電源を１つづつ入れることで、図１８，図１９で説明した方法をそのまま適用可能である。

本発明の実施形態に係る撮像装置では、上述した補正量算出パラメータの値を、図２０に示す様にＩＳＯ感度毎に決定しておき、撮像装置に設定されたＩＳＯ感度に応じて、使用する補正量算出パラメータを、後述のアンプ感光量補正プログラムに基づいて決め、アンプ感光量に対する補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を求め、この補正量により、撮像画像データを補正する。

図１に示す撮像装置で被写体画像を撮像すると、固体撮像素子２の各画素から撮像画像信号が出力され、画像信号処理回路１０はこれらの撮像画像信号を画像処理し、例えばＭＰＥＧの動画像データを生成し記録メディア１６に格納する。

このとき、ＣＰＵ９は、予め決定され内蔵ＲＯＭに格納されているＩＳＯ感度毎の補正量算出パラメータの値を読み出し、数１（または数２，数３）に基づいてアンプ感光に対する補正を行い、アンプ感光量の影響を除去する。

図２１は、アンプ感光量補正プログラムの処理手順を示すフローチャートである。この補正処理が開始すると、先ず、撮影感度がＩＳＯ４００であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ＩＳＯ感度４００の場合には、ステップＳ２に進み、補正量算出式のパラメータ（α，β，ａ，ｂ）をＩＳＯ４００用に設定されている値にして補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出する。そして、算出された補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、撮像画像信号から減算処理し（ステップＳ３）、この補正処理を終了する。

ステップＳ１の判定の結果、ＩＳＯ４００で無い場合には次にステップＳ４に進み、撮影感度がＩＳＯ８００であるか否かを判定する。ＩＳＯ８００である場合には、ステップＳ５に進み、補正量算出式のパラメータ（α，β，ａ，ｂ）をＩＳＯ８００用に設定されている値にして補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出する。そして、算出された補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、撮像画像信号から減算処理し（ステップＳ３）、この補正処理を終了する。

ステップＳ４の判定の結果、ＩＳＯ８００で無い場合には、次にステップＳ６に進み、撮影感度がＩＳＯ１６００であるか否かを判定する。ＩＳＯ１６００である場合には、ステップＳ７に進み、補正量算出式のパラメータ（α，β，ａ，ｂ）をＩＳＯ１６００用に設定されている値にして補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出する。そして、算出された補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、撮像画像信号から減算処理し（ステップＳ３）、この補正処理を終了する。

ステップＳ６の判定の結果、ＩＳＯ１６００で無い場合には、この撮像装置の撮影感度は１６００が上限のため、ステップＳ８に進み、この補正処理による補正量の減算処理は行わずに、この補正処理を終了する。

この様にすることで、ＩＳＯ感度に応じたアンプ感光量補正ができ、撮影感度によらずに高品質な被写体画像を撮像することが可能となる。

図２２（ａ）（ｂ）は、インタレース読み出しを行う固体撮像素子を用いる場合で、撮像毎に露光期間が異なる例を示す図である。第１フィールドと第２フィールドでのアンプ発光露光期間の差は、図１２の実施形態で両者間の差を埋めることができる。しかし、撮像毎に露光期間が異なると、その第１フィールド間や第２フィールド間で露光期間に差が生じる。その場合には、アンプ感光量補正パラメータの値を撮像毎に微調整するのがよい。微調整する量は、予め遮光画像データを取得して決定してもよく、また、基準となる第１フィールドでの値を比例演算で求めてもよい。

図２１の実施形態では、ＩＳＯ４００，８００，１６００でアンプ感光量補正を行い、ＩＳＯ１００，２００ではアンプ感光量補正を行わなかったが、ＩＳＯ１００，２００の場合でも、ステップＳ１，Ｓ４，Ｓ６の処理を実行するため、演算処理に無駄が生じてしまう。そこで、図２３に示す様に、最初に、撮影感度がＩＳＯ４００以上であるか否かを判定し（ステップＳ９）、判定結果が肯定の場合に図２１のステップＳ１に進み、判定結果が否定の場合には図２１の補正処理を行わない様にしてもよい。

尚、ＩＳＯ１００，ＩＳＯ２００でアンプ感光量補正を行わない実施形態について説明したが、これはＩＳＯ１００，ＩＳＯ２００の撮影感度では元々の信号電荷量が多いため、アンプ感光によって微小なノイズ電荷量の増加があっても影響が非常に少ないためである。ＩＳＯ１００，２００でアンプ感光量補正を行ってもよいことはいうまでもない。

本発明に係る撮像装置は、高感度撮影時のアンプ感光によるノイズも低減できるため、動画撮影機能付のデジタルカメラ等に適用すると有用である。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。 アンプによる微弱発光の原理説明図である。 アンプによる微弱発光の影響を説明する図である。 発光源（アンプ）からの影響を説明図する図である。 発光源（アンプ）からの影響量を示すグラフである。 ＣＣＤ型固体撮像素子におけるアンプ発光による影響を説明する図である。 図６に示す固体撮像素子におけるアンプ発光の影響量を示すグラフである。 アンプ感光補正量の計算例を示すグラフである。 アンプ感光補正の対象領域を限定する例を示す図である。 アンプ感光補正量の別の計算例を示すグラフである。 インタレース読み出しを行うＣＣＤ型固体撮像素子の説明図である。 インタレース読み出しのタイミングチャートである。 インタレース読み出しするＣＣＤ型固体撮像素子における第１フィールド（ａ），第２フィールド（ｂ）のアンプ感光例を示す図である。 図１３に示すアンプ感光例における補正量を示すグラフである。 アンプを複数個備えるＣＣＤ型固体撮像素子の説明図である。 図１５に示すＣＣＤ型固体撮像素子におけるアンプ感光例を示す図である。 インタレース読み出しを行うＣＣＤ型固体撮像素子で遮光画像データを取得するときのタイミングチャートである。 アンプ感光量補正を行うときのパラメータ値決定のためのデータ取得を行う領域を示す図である。 図１８とは異なる領域を示す図である。 ＩＳＯ感度毎にアンプ感光量補正を行う例を説明する図である。 ＩＳＯ感度毎にアンプ感光量補正を行う補正処理手順を示すフローチャートである。 撮像毎に露光期間が異なる場合のインタレース読み出しのタイミングチャートである。 ＩＳＯ感度でアンプ感光量補正を行うか否かを決定する処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ ＣＣＤ型固体撮像素子
９ ＣＰＵ
１０ 画像信号処理回路
３０，３０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｕ，３０Ｄ アンプ（発光源）
３７ カラーフィルタ
３８ マイクロレンズ
４１ 有効画素領域
４２，４２Ｒ，４２Ｌ，４２Ｕ，４２Ｄ，４８ 水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）
４３ フローティングディフュージョン部
４４ リセットドレイン

Claims (15)

1. 半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該半導体基板に形成され前記各画素が入射光量に応じて検出した信号を増幅するアンプを有する固体撮像素子と、前記アンプから出力される信号を処理する画像信号処理手段とを備える撮像装置の撮像画像信号補正方法において、前記アンプの動作時に起きる発光により前記各画素が前記半導体基板を通して感光し得られる信号量を補正量として求め前記アンプから出力される前記各画素の検出信号量から前記補正量を減算補正するに際し、前記補正量を、前記アンプと前記各画素との間の距離の２乗に反比例した値として求めると共に、前記各画素のうち前記アンプに最も近い画素を原点（ｘ _０ ，ｙ _０ ）とし、該原点に対する他の画素（ｘ，ｙ）の前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、
   Ｈ（ｘ，ｙ）＝α／｛（ｘ _０ ＋ｘ） ^２ ＋（ｙ _０ ＋ｙ） ^２ ｝
   ここで、αはパラメータ値
   で求め、且つ、前記各画素への入射光を遮断した状態で前記アンプを動作させて得られた遮光画像のデータに基づいて前記パラメータ値を定め、該パラメータ値に基づき前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出することを特徴とする撮像装置の撮像画像信号補正方法。
2. 半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該半導体基板に形成され前記各画素が入射光量に応じて検出した信号を増幅するアンプを有する固体撮像素子と、前記アンプから出力される信号を処理する画像信号処理手段とを備える撮像装置の撮像画像信号補正方法において、前記アンプの動作時に起きる発光により前記各画素が前記半導体基板を通して感光し得られる信号量を補正量として求め前記アンプから出力される前記各画素の検出信号量から前記補正量を減算補正するに際し、前記補正量を、前記アンプと前記各画素との間の距離の２乗に反比例した値として求めると共に、前記各画素のうち前記アンプに最も近い画素を原点（ｘ _０ ，ｙ _０ ）とし、該原点に対する他の画素（ｘ，ｙ）の前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、
   Ｈ（ｘ，ｙ）＝α／｛ａ（ｘ _０ ＋ｘ） ^２ ＋ｂ（ｙ _０ ＋ｙ） ^２ ｝
   ここで、α，ａ，ｂはパラメータ値
   で求め、且つ、前記各画素への入射光を遮断した状態で前記アンプを動作させて得られた遮光画像のデータに基づいて前記パラメータ値を定め、該パラメータ値に基づき前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出することを特徴とする撮像装置の撮像画像信号補正方法。
3. 半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該半導体基板に形成され前記各画素が入射光量に応じて検出した信号を増幅するアンプを有する固体撮像素子と、前記アンプから出力される信号を処理する画像信号処理手段とを備える撮像装置の撮像画像信号補正方法において、前記アンプの動作時に起きる発光により前記各画素が前記半導体基板を通して感光し得られる信号量を補正量として求め前記アンプから出力される前記各画素の検出信号量から前記補正量を減算補正するに際し、前記補正量を、前記アンプと前記各画素との間の距離の２乗に反比例した値として求めると共に、前記各画素のうち前記アンプに最も近い画素を原点（ｘ _０ ，ｙ _０ ）とし、該原点に対する他の画素（ｘ，ｙ）の前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を、
   Ｈ（ｘ，ｙ）＝〔α／｛ａ（ｘ _０ ＋ｘ） ^２ ＋ｂ（ｙ _０ ＋ｙ） ^２ ｝〕−β
   ここで、α，β，ａ，ｂはパラメータ値
   で求め、且つ、前記各画素への入射光を遮断した状態で前記アンプを動作させて得られた遮光画像のデータに基づいて前記パラメータ値を定め、該パラメータ値に基づき前記補正量Ｈ（ｘ，ｙ）を算出することを特徴とする撮像装置の撮像画像信号補正方法。
4. 前記補正量の値がマイナスとなる場合には該補正量を零にすることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
5. マルチフィールド読み出しを行う固体撮像素子では各フィールド毎に前記補正量を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
6. 前記補正量は、各フィールド毎に異なるアンプ発光時間に応じて求めることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
7. 前記アンプが複数存在する固体撮像素子では、各アンプ毎に前記補正量を求め、アンプ毎の該補正量を加算した値を前記各画素の検出信号量から減算することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
8. 前記パラメータ値は、前記遮光画像のデータのうち任意の複数領域の積算値を用いて求めることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
9. 前記複数領域として、前記アンプに最も近い第１領域と、該第１領域に対して垂直方向に最も遠い第２領域と、前記第１領域に対して水平方向に最も遠い第３領域と、前記第１領域に対して対角方向に最も遠い第４領域を用いることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
10. 前記第１領域における前記遮光画像のデータの平均値をＡ、前記第２領域における前記平均値をＢ、前記第３領域の前記平均値をＣ、前記第４領域の前記平均値をＤとしたとき、（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）を前記パラメータ値の算出に用いることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
11. 前記アンプが複数存在する固体撮像素子では、１つづつアンプの電源を入れてアンプ毎の前記遮光画像のデータを求めることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
12. 前記補正量は、撮影感度毎に求めることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
13. 前記補正量は、露光時間に応じて調整することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
14. 前記補正量は、撮影感度が所定感度以上のとき求め該所定感度に達しない撮影感度のときは該補正量を零とすることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の撮像画像信号補正方法。
15. 半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該半導体基板に形成され前記各画素が入射光量に応じて検出した信号を増幅するアンプを有する固体撮像素子と、前記アンプから出力される信号を処理する画像信号処理手段とを備える撮像装置において、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の撮像画像信号補正方法を実行する補正手段を備えることを特徴とする撮像装置。

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