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JP4719566B2 - Imaging apparatus and processing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、撮像装置及びその処理方法に関するものである。   The present invention relates to an imaging apparatus and a processing method thereof.

固体撮像素子を用いた撮像装置においては、蓄積時間・ISO感度設定・温度などの撮影条件に応じてダークレベルが変化してしまう。特に顕著なのは暗電流が多く発生する高温・長時間露光での撮影であり、暗電流によって通常撮影時(常温・短時間露光)とは大きく異なったダークレベルとなり、ダイナミックレンジを圧迫することになる。このため、上記のような撮像装置においては、ダークレベルを補正することで常にダークレベルを一定とし、ダイナミックレンジを確保する必要がある。   In an image pickup apparatus using a solid-state image pickup device, the dark level changes according to shooting conditions such as storage time, ISO sensitivity setting, and temperature. Particularly noticeable is high-temperature and long-time exposure, which generates a lot of dark current, and dark current greatly changes the dark level from normal shooting (room temperature and short-time exposure), and it compresses the dynamic range. . For this reason, in the imaging apparatus as described above, it is necessary to always make the dark level constant by correcting the dark level and to secure a dynamic range.

ダークレベルを補正する方法としては、下記の特許文献1に記載されるようにコンデンサを用いた積分回路を使用したクランプ回路、下記の特許文献2に記載されるようにD/A変換器の出力で直接フィードバックをかけるクランプ回路などが提案されている。近年ではこうしたクランプ回路によりOB(オプティカル・ブラック)のレベルをクランプするOBクランプ機能とA/D変換機能を併せ持ったアナログ・フロント・エンド(AFE)を備えた構成が一般的に使用されるようになっている。   As a method for correcting the dark level, a clamp circuit using an integrating circuit using a capacitor as described in Patent Document 1 below, and an output of a D / A converter as described in Patent Document 2 below. A clamp circuit that provides direct feedback is proposed. In recent years, a configuration having an analog front end (AFE) having both an OB clamp function and an A / D conversion function for clamping an OB (optical black) level by such a clamp circuit is generally used. It has become.

このようなクランプ回路を備えた撮像装置は、画素信号のノイズの影響によるクランプノイズによって画質が劣化するのを避けるため、OBクランプの時定数を大きくし、1回のOBクランプ動作前後でのダークレベルの変化が大きくならないようにしている。   An image pickup apparatus having such a clamp circuit increases the time constant of the OB clamp and avoids darkness before and after one OB clamp operation in order to avoid degradation of image quality due to the clamp noise due to the noise of the pixel signal. The change of the level is made not to become large.

しかしながら、静止画撮影のように撮像素子を間欠駆動する場合においては、撮像素子の信号読み出し開始直後のダークレベルと、ダーク信号がクランプされるべきレベル(クランプ目標値)との間に大きな差があるために、急速なクランプ処理を行う必要がある。図7に撮像素子の画素領域を示すが、最初に信号が読み出されるVOB(開口部の上側にある遮光領域)の期間内に概クランプ目標値までクランプ処理を収束しなければならない。   However, when the image sensor is intermittently driven as in still image shooting, there is a large difference between the dark level immediately after the start of signal readout of the image sensor and the level at which the dark signal should be clamped (clamp target value). Therefore, it is necessary to perform a rapid clamping process. FIG. 7 shows the pixel region of the image sensor. The clamp processing must be converged to the approximate clamp target value within the period of VOB (light shielding region above the opening) where the signal is first read out.

下記の特許文献3では、このVOB期間内にクランプパルス(クランプ処理を指示する信号)を連続して発生することにより急速なOBクランプ動作を行う方法が提案されている。   Patent Document 3 below proposes a method of performing a rapid OB clamp operation by continuously generating a clamp pulse (a signal for instructing clamp processing) within this VOB period.

特開平5−153428号公報JP-A-5-153428 特開2000−224440号公報JP 2000-224440 A 特開2001−145029号公報JP 2001-145029 A

上記のようなOBクランプ処理では、OB画素の信号サンプリング後、算出された補正値が実際に入力信号へ反映されるまでの間に、演算時間やD/A変換器の出力変化時間、コンデンサの充放電期間などの時間が必要である。以下、この期間をフィードバック期間と呼ぶ。フィードバック期間が終了するまでは、入力信号のダークレベルはクランプ処理のために変動しており、次回のクランプ処理のための信号サンプリングができない。従って、特許文献3に記載されるようにクランプパルスを連続して発生する場合、その最短周期はOBサンプリング期間とフィードバック期間の和で決定される。   In the OB clamping process as described above, after the OB pixel signal is sampled and before the calculated correction value is actually reflected in the input signal, the calculation time, the output change time of the D / A converter, the capacitor Time such as a charge / discharge period is required. Hereinafter, this period is referred to as a feedback period. Until the feedback period ends, the dark level of the input signal fluctuates due to the clamping process, and signal sampling for the next clamping process cannot be performed. Therefore, when the clamp pulse is continuously generated as described in Patent Document 3, the shortest cycle is determined by the sum of the OB sampling period and the feedback period.

ところが、その一方、フィードバック期間中においても撮像素子の駆動パルスは出力されており画素信号の読み出しは先へ進んでしまっている。このため、OBクランプのためにサンプリングできる画素信号は全OB画素のうちの一部となり、フィードバック期間中に撮像素子から読み出された画素信号はクランプ処理には使われることなく後段の処理回路にそのまま流れていく。そのため、OBクランプ処理に対しては全く無駄な画素となってしまっている。   However, on the other hand, the drive pulse of the image sensor is output even during the feedback period, and the reading of the pixel signal has advanced. For this reason, pixel signals that can be sampled for OB clamping become a part of all OB pixels, and the pixel signals read from the image sensor during the feedback period are not used for the clamping process and are sent to the processing circuit in the subsequent stage. It flows as it is. For this reason, the pixels are completely useless for the OB clamping process.

OBクランプ処理を連続して繰返し行う場合、画素信号サンプリング後のフィードバック期間にも撮像素子の信号は読み出されているため、所望回数の処理を行なうためにはOB画素数の大きな撮像素子が必要であった。   When the OB clamping process is continuously repeated, the image sensor signal is read out even during the feedback period after pixel signal sampling, so an image sensor with a large number of OB pixels is required to perform the desired number of times. Met.

本発明の目的は、OB画素をOBクランプ処理に有効に使用し、少ないOB画素数の撮像素子で十分なOBクランプ効果を得ることである。   An object of the present invention is to effectively use OB pixels in the OB clamping process and obtain a sufficient OB clamping effect with an image sensor having a small number of OB pixels.

本発明の撮像装置は、開口領域の開口画素及び遮光領域のオプティカルブラック画素を有し、光信号を電気信号に変換する撮像素子と、前記オプティカルブラック画素から出力される画素信号と所定ダークレベルとの差をフィードバックすることで前記画素信号のオフセット調整を行うクランプ手段と、前記撮像素子の水平シフトレジスタを駆動する水平シフトレジスタ駆動信号を前記水平シフトレジスタに供給する駆動信号発生手段とを有し、前記駆動信号発生手段は、前記オプティカルブラック画素から出力される前記画素信号を前記オフセット調整のためにサンプリングする期間に前記水平シフトレジスタ駆動信号を供給し、前記所定ダークレベルとの差をフィードバックする期間に前記水平シフトレジスタ駆動信号の供給を停止することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置の処理方法は、開口領域の開口画素及び遮光領域のオプティカルブラック画素を有し、光信号を電気信号に変換する撮像素子と、前記オプティカルブラック画素から出力される画素信号と所定ダークレベルとの差をフィードバックすることで前記画素信号のオフセット調整を行うクランプ手段と、前記撮像素子の水平シフトレジスタを駆動する水平シフトレジスタ駆動信号を前記水平シフトレジスタに供給する駆動信号発生手段とを有する撮像装置の処理方法であって、前記オプティカルブラック画素から出力される前記画素信号を前記オフセット調整のためにサンプリングする期間に前記水平シフトレジスタ駆動信号を供給し、前記所定ダークレベルとの差をフィードバックする期間に前記水平シフトレジスタ駆動信号の供給を停止することを特徴とする。
An imaging device of the present invention has an aperture pixel in an aperture area and an optical black pixel in a light-shielding area, converts an optical signal into an electrical signal, a pixel signal output from the optical black pixel, and a predetermined dark level. Clamping means for adjusting the offset of the pixel signal by feeding back the difference between the two, and drive signal generating means for supplying a horizontal shift register drive signal for driving a horizontal shift register of the image sensor to the horizontal shift register The drive signal generating means supplies the horizontal shift register drive signal during a period in which the pixel signal output from the optical black pixel is sampled for the offset adjustment, and feeds back a difference from the predetermined dark level. stopping the supply of the horizontal shift register drive signal to the period And wherein the door.
Further, the processing method of the imaging apparatus of the present invention includes an imaging element that has an aperture pixel in an aperture area and an optical black pixel in a light shielding area, converts an optical signal into an electrical signal, and a pixel signal output from the optical black pixel And a clamp means for adjusting the offset of the pixel signal by feeding back a difference between a predetermined dark level and a drive signal generation for supplying a horizontal shift register drive signal for driving a horizontal shift register of the image sensor to the horizontal shift register And a horizontal shift register drive signal is supplied during a period in which the pixel signal output from the optical black pixel is sampled for the offset adjustment, and the predetermined dark level is obtained. The horizontal shift register drive during the period of feedback of the difference Characterized by stopping the supply of the items.

オプティカルブラック画素の画素信号をオプティカルブラッククランプ処理に有効に使用することができ、撮像素子の読み出し開始から開口画素の信号が読み出されるまでの間に、収束に十分な回数のオプティカルブラッククランプ処理を行うことができる。また逆に、オプティカルブラッククランプ処理に対して無駄となっていた画素に相当する領域は不要となるため、撮像素子のチップ面積削減が可能となる。   The pixel signal of the optical black pixel can be effectively used for the optical black clamp process, and the optical black clamp process is performed a sufficient number of times for convergence from the start of reading of the image sensor to the reading of the signal of the aperture pixel. be able to. Conversely, the area corresponding to the pixels that have been wasted with respect to the optical black clamp process is not necessary, and the chip area of the image sensor can be reduced.

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてCCDやCMOSイメージセンサを使用するのが一般的である。ここで、上記構成による撮像装置のカメラ動作を、図1、図2を用いて説明する。   In an imaging apparatus such as a digital camera or a video camera, a CCD or a CMOS image sensor is generally used as an imaging element. Here, the camera operation of the image pickup apparatus having the above configuration will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明の実施形態によるデジタルカメラやデジタルビデオカメラの構成例を示す図である。101は撮像素子でありCCDまたはCMOSセンサが使用され、光信号を電気信号に変換する。102はアナログ・フロント・エンド(AFE)であり、撮像素子からの信号に対し、アナログ−デジタル変換・OBクランプなどの処理を行なう機能を有する。OBクランプ処理とは、撮像素子の遮光部(オプティカルブラック:OB)の出力が所定値となるよう信号に対してオフセット調整を行なう処理である。103はDSP(Digital Signal Processor)であり、AFE102からのデータに対して各種補正処理及び現像処理を行なう。またDSP103では、ROM106、RAM107等各種メモリの制御、記録媒体108への画像データの書き込み処理が行なわれる。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a digital camera or a digital video camera according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 101 denotes an image sensor, which uses a CCD or CMOS sensor and converts an optical signal into an electrical signal. Reference numeral 102 denotes an analog front end (AFE), which has a function of performing processing such as analog-digital conversion and OB clamping on a signal from the image sensor. The OB clamping process is a process of performing offset adjustment on the signal so that the output of the light shielding portion (optical black: OB) of the image sensor becomes a predetermined value. Reference numeral 103 denotes a DSP (Digital Signal Processor) which performs various correction processes and development processes on the data from the AFE 102. The DSP 103 controls various memories such as the ROM 106 and the RAM 107 and writes image data to the recording medium 108.

104は、撮像素子101、AFE102、DSP103にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路であり、CPU105により制御される。   A timing generation circuit 104 supplies a clock signal and a control signal to the image sensor 101, AFE 102, and DSP 103, and is controlled by the CPU 105.

105はDSP103、タイミング発生回路104の制御、及び測光・測距など不図示の各部を使ったカメラ機能の制御を行なうCPUであり、109〜111の各スイッチ、モードダイアル112が接続され、それぞれの状態に応じた処理を実行する。   Reference numeral 105 denotes a CPU that controls the DSP 103, timing generation circuit 104, and camera functions using various parts (not shown) such as photometry and distance measurement. Each switch 109 to 111 and a mode dial 112 are connected to each other. Execute processing according to the state.

106はカメラの制御プログラムや各種補正データを記憶するROM、107はDSP103で処理される画像データや補正データを一時的に記憶するRAMである。RAM107はROM106より高速のアクセスが可能である。   A ROM 106 stores a camera control program and various correction data, and a RAM 107 temporarily stores image data and correction data processed by the DSP 103. The RAM 107 can be accessed at a higher speed than the ROM 106.

108は撮影された画像を保存するコンパクトフラッシュ(登録商標)カード等の記録媒体であり、不図示のコネクタを介してカメラと接続される。   Reference numeral 108 denotes a recording medium such as a compact flash (registered trademark) card for storing a photographed image, which is connected to a camera via a connector (not shown).

109はカメラを起動させるための電源スイッチ、110は測光処理、測距処理等の動作開始を指示するシャッタースイッチSW1である。111は不図示のミラー及びシャッターを駆動し、撮像素子101から読み出した信号をAFE102、DSP103を介して記録媒体108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SW2である。   Reference numeral 109 denotes a power switch for starting the camera, and reference numeral 110 denotes a shutter switch SW1 for instructing start of operations such as photometry processing and distance measurement processing. Reference numeral 111 denotes a shutter switch SW2 that drives a mirror and a shutter (not shown) and instructs the start of a series of imaging operations to write a signal read from the imaging element 101 to the recording medium 108 via the AFE 102 and the DSP 103.

図2は、図1に示すカメラの制御を示したフローチャート図である。まず、ステップS201でカメラを起動する電源SW(スイッチ)109がオンされているか否か判定し、オフならS201を繰り返す。ここで電源SW109がオンされていれば、ステップS202でモードダイアル112が撮影モードに設定されているか否かを判別する。撮影モードに設定されていれば続いてステップS204へ進み、その他のモードに設定されていればステップS203で選択されているモードに応じた処理を行ないS201へ戻る。   FIG. 2 is a flowchart showing control of the camera shown in FIG. First, in step S201, it is determined whether or not the power SW (switch) 109 for starting the camera is turned on. If it is off, step S201 is repeated. If the power SW 109 is on, it is determined in step S202 whether or not the mode dial 112 is set to the shooting mode. If the shooting mode is set, the process proceeds to step S204. If the other mode is set, processing corresponding to the mode selected in step S203 is performed, and the process returns to S201.

ステップS204では、シャッタースイッチ(SW1) 110がオンしているか否か判定する。SW1がオフしている場合、S204の処理を繰り返す。SW1がオンしている場合には、ステップS205に進む。   In step S204, it is determined whether the shutter switch (SW1) 110 is on. If SW1 is off, the process of S204 is repeated. If SW1 is on, the process proceeds to step S205.

ステップS205では、不図示の測光制御部及び測距制御部を用いて、絞り値およびシャッター速度を決定する測光処理、撮影レンズ焦点を被写体に合わせる測距処理が行なわれる。   In step S205, photometry processing for determining the aperture value and shutter speed and distance measurement processing for adjusting the focus of the photographing lens to the subject are performed using a photometry control unit and a distance measurement control unit (not shown).

測光・測距処理が終了すると、続くステップS206でシャッタースイッチ(SW2)111の状態が判定される。SW2がオフしている場合にはS206を繰り返し、オンしている場合にはステップS207の撮影処理が実行される。この撮影処理の詳細については後述する。   When the photometry / ranging process is completed, the state of the shutter switch (SW2) 111 is determined in a subsequent step S206. If SW2 is off, step S206 is repeated, and if it is on, the shooting process of step S207 is executed. Details of this photographing process will be described later.

撮影処理が終了すると、ステップS208へ進み、撮影した画像データに対しDSP103で現像処理が行なわれる。続いてステップS209で、現像処理の終了した画像データに対し圧縮処理が行なわれRAM107の空き領域に格納される。   When the photographing process ends, the process proceeds to step S208, and the DSP 103 performs a developing process on the photographed image data. In step S209, the image data that has undergone the development process is compressed and stored in an empty area of the RAM 107.

ステップS210では、RAM107に格納されている画像データが読み出され、記録媒体108への記録処理が実行される。記録処理終了後、ステップS201へ戻り次の撮影に備える。   In step S210, the image data stored in the RAM 107 is read and recording processing on the recording medium 108 is executed. After the recording process is completed, the process returns to step S201 to prepare for the next shooting.

次に、ステップS207の撮影処理の詳細について図3を用いて説明する。
まずステップS301でミラーをミラーアップ位置に移動させる。ステップS302では、前述の測光処理(ステップS205)で得られた測光データに基づいて、所定の絞り値まで絞りを駆動する。
Next, details of the photographing process in step S207 will be described with reference to FIG.
First, in step S301, the mirror is moved to the mirror up position. In step S302, the aperture is driven to a predetermined aperture value based on the photometric data obtained in the above-described photometric processing (step S205).

ステップS303で撮像素子101の電荷クリア動作を行い、ステップS304の電荷蓄積を開始する。電荷蓄積開始後、ステップS305でシャッターを開き、撮像素子101の露光を開始する(ステップS306)。   In step S303, the charge clear operation of the image sensor 101 is performed, and charge accumulation in step S304 is started. After the start of charge accumulation, the shutter is opened in step S305, and exposure of the image sensor 101 is started (step S306).

その後、ステップS307で測光データに従って露光終了まで待ち、ステップS308でシャッターを閉じる。   Thereafter, in step S307, the process waits for the end of exposure according to the photometric data, and the shutter is closed in step S308.

ステップS309で開放の絞り値まで絞りを駆動し、ステップS310ではミラーダウン位置までミラーを駆動する。   In step S309, the aperture is driven to the open aperture value, and in step S310, the mirror is driven to the mirror down position.

ステップS311では設定した電荷蓄積時間が経過するまで待ち、撮像素子101の電荷蓄積を終了する(ステップ312)。   In step S311, it waits until the set charge accumulation time elapses, and the charge accumulation of the image sensor 101 is terminated (step 312).

最後にステップS313で撮像素子101の信号が読み出され、一連の処理を終了してメインの処理へ復帰する。   Finally, in step S313, the signal from the image sensor 101 is read out, and a series of processing is terminated and the processing returns to the main processing.

このステップS313の撮像信号読み出しにおいては、撮像素子101から撮像信号が読み出されると同時に、AFE102では前述のOBクランプ処理が行われる。この処理によってダーク出力レベルが所望の値に調整されるため、暗電流が多く発生する高温下での長時間露光のような撮影においても、画像信号のダイナミックレンジを確保することが可能となる。   In reading the image signal in step S313, the image signal is read from the image sensor 101, and at the same time, the AFE 102 performs the above-described OB clamping process. Since the dark output level is adjusted to a desired value by this processing, the dynamic range of the image signal can be ensured even in shooting such as long-time exposure at a high temperature where a large amount of dark current is generated.

ここで、ステップS313の撮像信号読み出し時における撮像素子101およびAFE102の駆動信号を図4(a)に示す。垂直同期信号によって一画面の読み出し開始が指示され、水平同期信号により1水平ライン毎の撮像信号読み出し動作が行われる。図7は撮像素子101の画素領域を示した図である。画素領域は、開口部の開口画素と遮光部VOB,HOBのOB画素を有する。領域VOB及びHOBが遮光領域(OB)である。ここでは、開口部の上側にある遮光領域をVOB、左側にある遮光領域をHOBと呼ぶ。図4(a)において、垂直同期信号により読み出し動作が開始されると、画素領域のVOB側から1水平ライン毎に撮像信号が読み出される。図中の水平シフトレジスタ駆動パルスは撮像素子101の水平シフトレジスタを駆動する信号、OBクランプパルスはAFE102に対しOBクランプ処理を指示する信号、AFE駆動クロックはAFE102の動作クロックである。これらは、いずれもタイミング発生回路104から供給される。Line1〜8がVOB中のOBクランプ処理が行われる領域であり、Line9以降は開口領域(或いはVOBでもOBクランプ処理が行われない領域)である。   Here, FIG. 4A shows drive signals for the image sensor 101 and the AFE 102 when the image signal is read in step S313. The start of readout of one screen is instructed by the vertical synchronization signal, and the imaging signal readout operation for each horizontal line is performed by the horizontal synchronization signal. FIG. 7 is a diagram illustrating a pixel region of the image sensor 101. The pixel area has an opening pixel in the opening and OB pixels in the light shielding portions VOB and HOB. The regions VOB and HOB are light shielding regions (OB). Here, the light shielding area on the upper side of the opening is referred to as VOB, and the light shielding area on the left side is referred to as HOB. In FIG. 4A, when a reading operation is started by a vertical synchronization signal, an imaging signal is read for each horizontal line from the VOB side of the pixel area. In the figure, a horizontal shift register drive pulse is a signal for driving the horizontal shift register of the image sensor 101, an OB clamp pulse is a signal for instructing the AFE 102 to perform OB clamp processing, and an AFE drive clock is an operation clock of the AFE 102. These are all supplied from the timing generation circuit 104. Lines 1 to 8 are regions where OB clamping processing is performed in the VOB, and Lines 9 and after are open regions (or regions where OB clamping processing is not performed even with VOB).

図4(a)の1水平ライン毎の信号を図5に示す。図5(a)が図4(a)中のLine1〜8の各ライン、即ち図7のAの部分の1ライン駆動信号に相当する。また図5(b)がLine9以降、即ち図7のBの部分の1ライン駆動信号に相当する。各ラインの読み出しにおいては、まず水平転送期間においてタイミング発生回路104により撮像素子101に供給される各種駆動パルス(不図示)によって撮像素子101内の水平読み出しラインに撮像信号が転送される。次いで水平走査期間において水平シフトレジスタ駆動パルスにより1ライン分の画素信号が順に読み出される。この水平走査期間において、タイミング発生回路104はAFE102に対しOBクランプパルスを発生しOBクランプ処理を促す。AFE102はOBクランプパルスが入力されると、その時点から所定画素数分の画素信号をサンプリングし、その平均値と所望のダーク出力値との差をオフセット調整回路にフィードバックする。オフセット調整回路の例としては、コンデンサを用いた積分回路を使用するタイプのものやD/A変換器の出力をそのままフィードバックするタイプものなどが考えられる。   FIG. 5 shows a signal for each horizontal line in FIG. FIG. 5A corresponds to each line of Lines 1 to 8 in FIG. 4A, that is, one line drive signal in the portion A in FIG. FIG. 5B corresponds to a one-line drive signal after Line 9, that is, a portion B in FIG. 7. In reading each line, first, an image pickup signal is transferred to a horizontal read line in the image pickup device 101 by various drive pulses (not shown) supplied to the image pickup device 101 by the timing generation circuit 104 in the horizontal transfer period. Next, pixel signals for one line are sequentially read by a horizontal shift register drive pulse in the horizontal scanning period. In this horizontal scanning period, the timing generation circuit 104 generates an OB clamp pulse for the AFE 102 to prompt an OB clamp process. When the OB clamp pulse is input, the AFE 102 samples pixel signals for a predetermined number of pixels from that time, and feeds back the difference between the average value and a desired dark output value to the offset adjustment circuit. As an example of the offset adjustment circuit, a type using an integrating circuit using a capacitor, a type feeding back the output of the D / A converter as it is, and the like are conceivable.

後者のタイプを用いたAFE102の構成例を図8に示す。801は撮像信号の入力端子であり、撮像素子101からのアナログ信号が入力される。このアナログ信号は、増幅回路802の非反転入力端子(+)に供給され所定のゲインをかけられた後、A/D変換回路803にてデジタル信号に変換され、出力端子804から後段の信号処理系へと出力される。ここで、OB画素信号が入力されるのに合わせてOBクランプパルスがAFE102に入力された場合、その時点から所定画素数分の画素信号の平均値を平均化回路805で算出する。次に減算器806でこの平均値からクランプ目標値を減算し、その結果から演算部807で補正値を演算し、D/A変換器808にセットする。D/A変換器808の出力が増幅回路802の反転入力端子(−)にフィードバックされることでオフセット調整が行われ、ダークレベルがクランプ目標値に調整される。   A configuration example of the AFE 102 using the latter type is shown in FIG. Reference numeral 801 denotes an image signal input terminal to which an analog signal from the image sensor 101 is input. This analog signal is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the amplifier circuit 802, multiplied by a predetermined gain, converted to a digital signal by the A / D conversion circuit 803, and then subjected to subsequent signal processing from the output terminal 804. Output to the system. Here, when an OB clamp pulse is input to the AFE 102 in accordance with the input of the OB pixel signal, an average value of pixel signals for a predetermined number of pixels is calculated by the averaging circuit 805 from that point. Next, the subtracter 806 subtracts the clamp target value from the average value, and the calculation unit 807 calculates the correction value from the result and sets it in the D / A converter 808. Offset adjustment is performed by feeding back the output of the D / A converter 808 to the inverting input terminal (−) of the amplifier circuit 802, and the dark level is adjusted to the clamp target value.

AFE102は、OB画素の信号を基に撮像素子101の画素信号をオフセット調整するオプティカルブラッククランプ処理と撮像素子101の画素信号をアナログからデジタルに変換する処理とを行う。   The AFE 102 performs an optical black clamp process for adjusting the offset of the pixel signal of the image sensor 101 based on the signal of the OB pixel and a process for converting the pixel signal of the image sensor 101 from analog to digital.

このようなOBクランプ回路においては、欠陥画素やランダムノイズの影響を避けるため、フィードバック係数を小さくするのが一般的である。このため、ダークレベルをクランプ目標値まで収束させるためにはOBクランプ処理は繰り返し行う必要がある。一方で、開口部が読み出される前のVOB期間中にダークレベルを収束させなければならない。そこでVOB期間においては、図5(a)のように1ライン中にOBクランプ処理が複数回行われることとなる。しかしながら、図に記載するように1回の処理には、所定OB画素数のサンプリングに要する期間と、サンプリングした画素の平均化、補正値演算、D/A変換器の出力変化などのフィードバック期間が必要である。それに従い、1ラインあたりに行えるOBクランプ処理回数には制限が生じる。このため、繰り返し回数を増やすにはVOBのライン数を増やす必要がある。VOBライン数を増やすことは撮像素子のチップ面積の拡大につながり、コストアップに直結してしまう。   In such an OB clamp circuit, in order to avoid the influence of defective pixels and random noise, the feedback coefficient is generally reduced. For this reason, in order to converge the dark level to the clamp target value, it is necessary to repeatedly perform the OB clamp process. On the other hand, the dark level must be converged during the VOB period before the opening is read. Therefore, in the VOB period, the OB clamping process is performed a plurality of times in one line as shown in FIG. However, as shown in the figure, a single process includes a period required for sampling a predetermined number of OB pixels and a feedback period such as averaging of the sampled pixels, correction value calculation, and output change of the D / A converter. is necessary. Accordingly, the number of OB clamping processes that can be performed per line is limited. For this reason, it is necessary to increase the number of VOB lines in order to increase the number of repetitions. Increasing the number of VOB lines leads to an increase in the chip area of the image sensor, which directly increases the cost.

そこで本実施形態では、図6(a)のように前述のフィードバック期間中は撮像素子101に対する水平シフトレジスタ駆動パルスの供給を停止することとする。一方で、AFE駆動クロックはこの期間も停止することなく供給されつづける。従来、フィードバック期間中に撮像素子101から読み出された信号はOBクランプ処理に利用されることなくDSP103に伝達されるが、水平シフトレジスタ駆動パルスを停止することにより、全ての画素信号をOBクランプ処理に有効に使用することができる。開口領域の読み出し時には、水平シフトレジスタ駆動パルスを停止する必要はなく、図6(b)に示すように従来(図5(b))と全く同じである。このとき、当然VOB1ラインあたりの読み出し時間は、開口領域のそれよりも長くなるが、同一の繰り返し回数で比較すればVOBのライン数が少ない分だけ水平転送の回数は少なく済み、図4(b)に示すように全体としての読み出し時間はむしろ短くなる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the supply of the horizontal shift register drive pulse to the image sensor 101 is stopped during the feedback period described above. On the other hand, the AFE drive clock continues to be supplied without stopping during this period. Conventionally, a signal read from the image sensor 101 during the feedback period is transmitted to the DSP 103 without being used for the OB clamp processing, but all pixel signals are OB clamped by stopping the horizontal shift register drive pulse. It can be used effectively for processing. At the time of reading the opening area, it is not necessary to stop the horizontal shift register drive pulse, and it is exactly the same as the conventional one (FIG. 5B) as shown in FIG. 6B. At this time, the read time per VOB line is naturally longer than that of the open area, but if compared with the same number of repetitions, the number of horizontal transfers can be reduced by the smaller number of VOB lines. As shown in (2), the overall readout time is rather short.

図4(b)は本実施形態の複数ラインの駆動信号を示した図である。図4(a)の従来例と比較し、同じ回数のOBクランプ処理を行うのに必要なライン数が1/4(従来例8ラインに対し2ライン)に減っている。また、Line3以降は開口領域(或いはVOBでもOBクランプ処理が行われない領域)であり、全体としての読み出し時間も短縮されていることがわかる。   FIG. 4B is a diagram showing driving signals for a plurality of lines according to this embodiment. Compared with the conventional example of FIG. 4A, the number of lines necessary to perform the same number of OB clamping processes is reduced to ¼ (2 lines compared to 8 lines in the conventional example). In addition, it can be seen that the line 3 and subsequent regions are open regions (or regions where OB clamping processing is not performed even with VOB), and the overall readout time is also shortened.

以上より、本実施形態によって、従来よりも少ない画素数で十分なOBクランプ処理の効果が得られ、また同時に読み出し時間の短縮という効果も得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, a sufficient OB clamp processing effect can be obtained with a smaller number of pixels than the conventional one, and at the same time, an effect of shortening the readout time can be obtained.

本実施形態では、OBクランプの方法としてD/A変換器の出力を直接フィードバックするタイプのものを例として説明した。しかし、充放電されるコンデンサによりクランプ電圧を保持しオフセット調整するタイプのものなど、OB画素信号のサンプリング後、フィードバックに時間を要するものであればどのようなものに対しても、本実施形態は有効である。   In this embodiment, the OB clamping method has been described by taking as an example a type that directly feeds back the output of the D / A converter. However, the present embodiment is applicable to any type that requires time for feedback after sampling of the OB pixel signal, such as a type in which a clamp voltage is held by a charged / discharged capacitor and offset adjustment is performed. It is valid.

以上のように、本実施形態では、OBクランプ処理のフィードバック期間中に撮像素子の水平シフトレジスタ駆動パルスを停止し、フィードバック動作期間中に撮像素子から画素信号が読み出されないようにする。   As described above, in this embodiment, the horizontal shift register drive pulse of the image sensor is stopped during the feedback period of the OB clamp process, and the pixel signal is not read from the image sensor during the feedback operation period.

タイミング発生回路104は、撮像素子101の水平シフトレジスタを駆動して信号を読み出す水平シフトレジスタ駆動信号を発生し、AFE102にOBクランプ処理開始を指示する信号を発生する。その際、タイミング発生回路104は、1ライン中で、前記水平シフトレジスタ駆動信号を発生する第1の時間と、前記水平シフトレジスタ駆動信号を停止する第2の時間を有する。前記第1の時間は、OBクランプ処理開始指示後の時間であり、前記第2の時間は、第1の時間経過後の時間である。   The timing generation circuit 104 generates a horizontal shift register drive signal that reads the signal by driving the horizontal shift register of the image sensor 101, and generates a signal that instructs the AFE 102 to start the OB clamping process. At that time, the timing generation circuit 104 has a first time for generating the horizontal shift register drive signal and a second time for stopping the horizontal shift register drive signal in one line. The first time is a time after an OB clamping process start instruction, and the second time is a time after the first time has elapsed.

また、前記第1の時間は、OBクランプ処理のための画素信号サンプリングに要する時間である。前記第2の時間は、OBクランプ処理においてサンプリングした画素信号とダークレベルとの差をオフセット調整回路にフィードバックするために要する時間である。   The first time is a time required for pixel signal sampling for the OB clamping process. The second time is a time required to feed back the difference between the pixel signal sampled in the OB clamping process and the dark level to the offset adjustment circuit.

図4(b)及び図6(a)に示すように、タイミング発生回路104は、1ライン中で、前記水平シフトレジスタ駆動信号を発生する時間及び前記水平シフトレジスタ駆動信号を停止する時間を複数回繰り返す。   As shown in FIGS. 4B and 6A, the timing generation circuit 104 has a plurality of times for generating the horizontal shift register drive signal and for stopping the horizontal shift register drive signal in one line. Repeat once.

VOBの画素信号は全てOBクランプ処理に有効に使用されることとなり、撮像素子の読み出し開始から開口部の信号が読み出されるまでの間に、ダークレベルの収束に十分な回数のOBクランプ処理を行うことができる。また逆に、従来フィードバック期間中に読み出され、クランプ処理に対して無駄となっていた画素数に相当する領域は不要となるため、撮像素子のチップ面積削減も可能となる。   All the VOB pixel signals are effectively used for the OB clamping process, and the OB clamping process is performed a sufficient number of times for dark level convergence between the start of reading of the image sensor and the reading of the opening signal. be able to. Conversely, since the area corresponding to the number of pixels read out during the conventional feedback period and wasted for the clamping process is not necessary, the chip area of the image sensor can be reduced.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

デジタルカメラの全体構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of whole structure of a digital camera. デジタルカメラのカメラ動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the camera operation | movement of a digital camera. デジタルカメラの撮像処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the imaging process of a digital camera. 撮像素子及びAFEの駆動信号を示したタイミングチャートである。3 is a timing chart showing drive signals for an image sensor and AFE. 従来の各水平ラインにおける駆動信号を示したタイミングチャートである。It is the timing chart which showed the drive signal in each conventional horizontal line. 本発明の実施形態の各水平ラインにおける駆動信号を示したタイミングチャートである。It is the timing chart which showed the drive signal in each horizontal line of the execution form of this invention. 本発明の実施形態における撮像素子画素領域を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the image sensor pixel area in the embodiment of the present invention. クランプ回路の構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the clamp circuit.

符号の説明Explanation of symbols

101 撮像素子
102 AFE
103 DSP
104 タイミング発生回路
105 CPU
106 ROM
107 RAM
108 記録媒体
109、110、111 スイッチ
112 モードダイアル
101 Image sensor 102 AFE
103 DSP
104 Timing generation circuit 105 CPU
106 ROM
107 RAM
108 Recording medium 109, 110, 111 Switch 112 Mode dial

Claims (4)

開口領域の開口画素及び遮光領域のオプティカルブラック画素を有し、光信号を電気信号に変換する撮像素子と、
前記オプティカルブラック画素から出力される画素信号と所定ダークレベルとの差をフィードバックすることで前記画素信号のオフセット調整を行うクランプ手段と、
前記撮像素子の水平シフトレジスタを駆動する水平シフトレジスタ駆動信号を前記水平シフトレジスタに供給する駆動信号発生手段とを有し、
前記駆動信号発生手段は、前記オプティカルブラック画素から出力される前記画素信号を前記オフセット調整のためにサンプリングする期間に前記水平シフトレジスタ駆動信号を供給し、前記所定ダークレベルとの差をフィードバックする期間に前記水平シフトレジスタ駆動信号の供給を停止することを特徴とする撮像装置。
An imaging device having an aperture pixel in the aperture area and an optical black pixel in the light-shielding area, and converting an optical signal into an electrical signal;
Clamping means for performing offset adjustment of the pixel signal by feeding back a difference between a pixel signal output from the optical black pixel and a predetermined dark level;
Drive signal generating means for supplying a horizontal shift register drive signal for driving a horizontal shift register of the image sensor to the horizontal shift register;
The drive signal generation means supplies the horizontal shift register drive signal during a period in which the pixel signal output from the optical black pixel is sampled for the offset adjustment, and feeds back a difference from the predetermined dark level. In addition, the supply of the horizontal shift register drive signal is stopped .
前記駆動信号発生手段は、前記オフセット調整を複数回繰り返すことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1 , wherein the drive signal generation unit repeats the offset adjustment a plurality of times . 開口領域の開口画素及び遮光領域のオプティカルブラック画素を有し、光信号を電気信号に変換する撮像素子と、
前記オプティカルブラック画素から出力される画素信号と所定ダークレベルとの差をフィードバックすることで前記画素信号のオフセット調整を行うクランプ手段と、
前記撮像素子の水平シフトレジスタを駆動する水平シフトレジスタ駆動信号を前記水平シフトレジスタに供給する駆動信号発生手段とを有する撮像装置の処理方法であって、
前記オプティカルブラック画素から出力される前記画素信号を前記オフセット調整のためにサンプリングする期間に前記水平シフトレジスタ駆動信号を供給し、前記所定ダークレベルとの差をフィードバックする期間に前記水平シフトレジスタ駆動信号の供給を停止することを特徴とする撮像装置の処理方法。
An imaging device having an aperture pixel in the aperture area and an optical black pixel in the light-shielding area, and converting an optical signal into an electrical signal;
Clamping means for performing offset adjustment of the pixel signal by feeding back a difference between a pixel signal output from the optical black pixel and a predetermined dark level;
A processing method of an imaging apparatus, comprising: a drive signal generation unit that supplies a horizontal shift register drive signal for driving a horizontal shift register of the image sensor to the horizontal shift register,
The horizontal shift register drive signal is supplied during a period in which the pixel signal output from the optical black pixel is sampled for the offset adjustment, and the horizontal shift register drive signal is fed back during a period in which a difference from the predetermined dark level is fed back. The processing method of the imaging device, characterized in that the supply of is stopped .
前記オフセット調整を複数回繰り返すことを特徴とする請求項3記載の撮像装置の処理方法。The processing method of the imaging apparatus according to claim 3, wherein the offset adjustment is repeated a plurality of times.
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