(57)【要約】【課題】黒浮きや黒沈みを抑制して画質を向上させることのできる撮像装置を提供する。【解決手段】露光終了後、ＯＢ部４００から出力される撮像信号であるＯＢ信号に対しては、ＣＤＳ回路６にてデータレベルのサンプリングを２回行って１つのＯＢ信号から２つのＯＢ信号を擬似的に作り出す。これにより、クランプ回路９において黒レベルが安定するまでに必要なＯＢ信号の総数をｎとしたとき、ＯＢ部４００から出力されるＯＢ信号の数が１／ｎとなるような状況（画素混合や画素間引きを実施した場合や、ＯＢ部４００にある光電変換素子の数が１／ｎ個である場合等）であっても、有効画素部２００からの撮像信号である有効信号の出力前に黒レベルを安定させることができる。したがって、黒浮きや黒沈みを防止して画質劣化を防ぐことができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を受光して電荷を発生する多数の有効画素領域と、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光された多数のＯＢ画素領域とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域から出力された有効信号及び前記ＯＢ画素領域から出力されたＯＢ信号の各々から、ノイズ成分を除くデータ成分を抽出するデータ成分抽出手段と、
前記データ成分抽出手段によって抽出された前記ＯＢ信号のデータ成分のｎ（ｎは２以上の自然数）個の平均を算出して、前記有効信号のデータ成分の黒レベルを決定する黒レベル決定手段とを備え、
前記データ成分抽出手段は、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出をｍ（ｍは２以上の自然数）回行う複数抽出処理を、前記固体撮像素子から出力される多数の前記ＯＢ信号の少なくとも一部の各ＯＢ信号に対して実施する撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記データ成分抽出手段が、前記複数抽出処理では、前記撮像信号のフィードスルーレベルを１回サンプリングし、前記撮像信号のデータレベルをｍ回サンプリングし、サンプリングしたｍ個の前記データレベルの各々と１つの前記フィードスルーレベルとの差分をとることでｍ個の前記データ成分を抽出する撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の撮像装置であって、
前記データ成分抽出手段が、前記固体撮像素子からの撮像信号の出力開始から最初の前記有効信号が出力されるまでの期間に、前記黒レベル決定手段に前記ＯＢ信号のデータ成分がｎ個入力されるように、前記期間中に出力される前記ＯＢ信号のうちの少なくとも一部に対して前記複数抽出処理を実施する撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記複数抽出処理の実施対象となるＯＢ信号を出力させる期間の前記固体撮像素子からの撮像信号の出力周波数が、該ＯＢ信号以外の撮像信号を出力させる期間の該出力周波数よりも低くなるように前記固体撮像素子を駆動する駆動手段を備える撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記複数抽出処理の実施対象となるＯＢ信号を前記固体撮像素子から出力させる際、前記固体撮像素子の水平電荷転送路に、前記ＯＢ信号に対応する電荷蓄積パケットと前記電荷蓄積パケットに対応する（ｍ−１）個の空パケットとを交互に形成し、前記電荷蓄積パケット内の電荷を該電荷に応じた電圧信号を出力する前記固体撮像素子の出力部に転送して該電圧信号を出力させた後、次の前記電荷蓄積パケット内の電荷を前記出力部に転送するまでの間、前記電荷をリセットせずに前記空パケット内の電荷を前記出力部に転送する駆動手段を備える撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記データ成分抽出手段は、前記固体撮像素子から出力することのできる最大の撮像信号数をＳとしたときに、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数が（Ｓ／Ｍ（Mは２以上の自然数））となるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合に前記複数抽出処理を実施し、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数がＳとなるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合には、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号を増幅する増幅手段を備え、
前記データ成分抽出手段は、前記増幅手段で設定されるゲインが閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記ゲインが閾値よりも下のときには１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記データ成分抽出手段は、前記温度検出手段で検出された温度が閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記温度が閾値よりも下のときには１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する撮像装置。
【請求項９】
被写体光を受光して電荷を発生する多数の有効画素領域と、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光された多数のＯＢ画素領域とを含む固体撮像素子を有する撮像装置による撮影制御方法であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域から出力された有効信号及び前記ＯＢ画素領域から出力されたＯＢ信号の各々から、ノイズ成分を除くデータ成分を抽出するデータ成分抽出ステップと、
前記データ成分抽出ステップによって抽出された前記ＯＢ信号のデータ成分のｎ（ｎは２以上の自然数）個の平均を算出して、前記有効信号のデータ成分の黒レベルを決定する黒レベル決定ステップとを備え、
前記データ成分抽出ステップでは、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出をｍ（ｍは２以上の自然数）回行う複数抽出処理を、前記固体撮像素子から出力される多数の前記ＯＢ信号の少なくとも一部の各ＯＢ信号に対して実施する撮影制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載の撮影制御方法であって、
前記複数抽出処理では、前記撮像信号のフィードスルーレベルを１回サンプリングし、前記撮像信号のデータレベルをｍ回サンプリングし、サンプリングしたｍ個の前記データレベルの各々と１つの前記フィードスルーレベルとの差分をとることでｍ個の前記データ成分を抽出する撮影制御方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の撮影制御方法であって、
前記データ成分抽出ステップでは、前記固体撮像素子からの撮像信号の出力開始から最初の前記有効信号が出力されるまでの期間に、前記黒レベル決定ステップを実施する手段に前記ＯＢ信号のデータ成分がｎ個入力されるように、前記期間中に出力される前記ＯＢ信号のうちの少なくとも一部に対して前記複数抽出処理を実施する撮影制御方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項記載の撮影制御方法であって、
前記第二の処理の実施対象となるＯＢ信号を出力させる期間の前記固体撮像素子からの撮像信号の出力周波数が、該ＯＢ信号以外の撮像信号を出力させる期間の該出力周波数よりも低くなるように前記固体撮像素子を駆動する駆動ステップを備える撮影制御方法。
【請求項１３】
請求項９〜１１のいずれか１項記載の撮影制御方法であって、
前記複数抽出処理の実施対象となるＯＢ信号を前記固体撮像素子から出力させる際、前記固体撮像素子の水平電荷転送路に、前記ＯＢ信号に対応する電荷蓄積パケットと前記電荷蓄積パケットに対応する（ｍ−１）個の空パケットとを交互に形成し、前記電荷蓄積パケット内の電荷を該電荷に応じた電圧信号を出力する前記固体撮像素子の出力部に転送して該電圧信号を出力させた後、次の前記電荷蓄積パケット内の電荷を前記出力部に転送するまでの間、前記電荷をリセットせずに前記空パケット内の電荷を前記出力部に転送する駆動ステップを備える撮影制御方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか１項記載の撮影制御方法であって、
前記データ成分抽出ステップでは、前記固体撮像素子から出力することのできる最大の撮像信号数をＳとしたときに、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数が（Ｓ／Ｍ（Mは２以上の自然数））となるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合に前記複数抽出処理を実施し、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数がＳとなるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合には、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する撮影制御方法。
【請求項１５】
請求項９〜１３のいずれか１項記載の撮影制御方法であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号を増幅する増幅ステップを備え、
前記データ成分抽出ステップでは、前記増幅ステップで設定されるゲインが閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記ゲインが閾値よりも下のときには１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する撮影制御方法。
【請求項１６】
請求項９〜１３のいずれか１項記載の撮影制御方法であって、
前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出ステップを備え、
前記データ成分抽出ステップでは、前記温度検出ステップで検出された温度が閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記温度が閾値よりも下のときには１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する撮影制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体光を受光して電荷を発生する多数の有効画素領域と、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光された多数のＯＢ画素領域とを含む固体撮像素子を有する撮像装置及び撮影制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、一般的なＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。
シリコン等の半導体基板には、有効画素部２００と、ＯＢ部３００と、ＯＢ部４００とを備える画素領域１００が形成されている。
【０００３】
画素領域１００には、フォトダイオード等の光電変換素子を水平方向に多数並べたラインが、水平方向に直交する垂直方向に多数配列されている。
【０００４】
画素領域１００の各光電変換素子で発生した電荷は、画素領域１００内の図示しない垂直電荷転送路に読み出され、ここで垂直方向に転送される。垂直電荷転送路を転送されてきた１ライン分の電荷は、水平電荷転送路５００によって水平方向に転送される。水平電荷転送路５００の終端にはフローティングディフュージョアンプ（ＦＤＡ）等の、電荷をその電荷量に応じた電圧信号（以下、撮像信号ともいう）に変換して出力する出力部６００が設けられ、水平方向に転送されてきた電荷がこの出力部６００で電圧信号に変換されて外部に出力される。
【０００５】
ＯＢ部４００は、画素領域１００の水平電荷転送路５００側の端部にある数ラインを完全に遮光した領域である。ＯＢ部４００に形成された各光電変換素子が、黒レベル決定用の信号を出力するためのＯＢ画素領域を形成する。ＯＢ部４００にある光電変換素子の数を、以下では説明のために１２００個とする。
【０００６】
ＯＢ部３００は、ＯＢ部４００の数ラインを除く各ラインの出力部６００側とは反対側の端部にある数個（以下では説明のために１０個とする）の光電変換素子を完全に遮光した領域である。ＯＢ部３００に形成された各光電変換素子も、黒レベル決定用の信号を出力するためのＯＢ画素領域を形成する。
【０００７】
有効画素部２００は、ＯＢ部３００とＯＢ部４００にある光電変換素子以外の光電変換素子が形成された領域である。有効画素部２００の各光電変換素子上方の遮光膜には開口が形成されており、ここから被写体光が入射するようになっている。有効画素部２００に形成された各光電変換素子は、被写体光を受光して電荷を発生する領域である有効画素領域を形成する。以下、有効画素領域から出力される撮像信号を有効信号ともいい、ＯＢ画素領域から出力される撮像信号をＯＢ信号ともいう。
【０００８】
固体撮像素子を搭載する撮像装置には、固体撮像素子から出力されてくる各撮像信号に相関二重サンプリング処理を行い、該撮像信号からノイズ成分を除くデータ成分を抽出して出力するＣＤＳ回路と、ＣＤＳ回路から出力された撮像信号を増幅する増幅器と、増幅器から出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、ＡＤ変換器から出力された撮像信号のうち、ＯＢ信号のｎ（ｎは２以上の自然数、以下では説明のために１０００とする）個の移動平均を算出して、有効信号の黒レベルを決定するクランプ回路とが設けられる。
【０００９】
図１３は、図１２に示した固体撮像素子による通常撮影時の動作を説明するための図である。
図１３に示すように、露光終了後、垂直電荷転送路内の不要電荷を高速に掃き出し、その後、空転送を実施してから、露光期間中に各光電変換素子で発生した電荷を垂直電荷転送路に読み出す。露光開始から読み出し終了までの間は、クランプ回路には信号が入力されないため、クランプ回路で決定される黒レベルは一定の低い値になっている。
【００１０】
電荷の読み出し終了後、各ラインの電荷が水平電荷転送路５００に順次転送され、ここから出力部に転送されて撮像信号として出力される信号出力期間に移行する。この信号出力期間では、まず、ＯＢ部４００にある光電変換素子からＯＢ信号が順次出力され、出力されたＯＢ信号からデータ成分が抽出され、このデータ成分が増幅されてデジタル変換された後、クランプ回路に入力される。
【００１１】
ｉ番目にクランプ回路に入力されるＯＢ信号をＯＢ（ｉ）とすると、クランプ回路は、入力されるＯＢ信号の積算値を求め、この積算値をｎ（＝１０００）で割ることで黒レベルを算出する。例えば、ＯＢ（１）が入力されると、ＯＢ（１）／１０００を演算し、次にＯＢ（２）が入力されると｛ＯＢ（１）＋ＯＢ（２）｝／１０００を演算してＯＢ信号が入力される度に黒レベルを更新していく。ＯＢ（１００１）以降のＯＢ信号が入力された場合は、１０００で割る積算値から、最も古いＯＢ信号を減算し、最新のＯＢ信号を積算値に足した値を１０００で割ることで、黒レベルを更新する。
【００１２】
クランプ回路では、このような演算処理が行われるため、入力されるＯＢ信号の個数が増えるにしたがって、図１３に示すように、クランプ回路で決定される黒レベルは徐々に上昇していく。そして、１０００個のＯＢ信号が入力された時点で、算出される黒レベルはほぼ安定し、以降、黒レベルは大きな変動なく推移する。
【００１３】
ＯＢ部４００から１２００個のＯＢ信号が出力された後は、有効画素部２００及びＯＢ部３００にあるラインから有効信号が出力され、その後、同ラインからＯＢ信号が出力されるといった動作が、残りの全てのラインについて行われる。
【００１４】
特許文献１には、図１３に示す空転送によって固体撮像素子から出力されてくる撮像信号に基づいて黒レベルを決定する方法が開示されている。しかし、空転送によって得られた撮像信号は、光電変換素子を遮光した状態で得られたものとは異なるため、黒レベルを精度良く決定することが難しい。
【００１５】
【特許文献１】特開２００２−３００４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
固体撮像素子の微細化による画素（＝光電変換素子）数の上昇が近年顕著である。増加した画素数の有効な利用方法として、画素混合駆動（光電変換素子から読み出した電荷を、その総数が１／Ｍとなるように混合して該混合後の電荷に応じた撮像信号を出力させる駆動方法）による高感度撮影が挙げられる。画素混合駆動は、出力信号量の増加によるＳ／Ｎ向上の他に、固体撮像素子から出力される撮像信号数の減少による連写スピードの向上等のメリットがある。
【００１７】
しかし、従来の撮像装置で画素混合駆動を行った場合、図１２に示すＯＢ部４００から出力されるＯＢ信号の数も１／Ｍに減少するため、有効画素部２００からの有効信号の出力開始までに黒レベルを安定させることができず、画質が劣化してしまうことが分かった。
【００１８】
図１４は、図１２に示す固体撮像素子の画素混合駆動時の動作シーケンスを示す図である。
露光開始から電荷の読み出しまでの動作は図１３と同じである。電荷読み出し後、例えば垂直電荷転送路において電荷を混合し、各光電変換素子から読み出した電荷の総数を半分にして、該混合後の電荷の転送を行うものとする。この場合、ＯＢ部４００からは６００個のＯＢ信号しか出力されなくなる。このため、ＯＢ部４００からのＯＢ信号の出力が完了した時点では、図１４に示すように、黒レベルが安定レベルに達していない。
【００１９】
黒レベルを安定させるには、残り４００個のＯＢ信号をクランプ回路に入力する必要がある。ＯＢ部３００には１ラインあたり１０個のＯＢ画素領域しかないため、有効信号の出力が開始されてから、４００個のＯＢ信号の出力が完了されるまでには、固体撮像素子から４０ライン分の撮像信号を出力させる必要がある。この４０ライン分の撮像信号を出力している期間、クランプ回路で決定される黒レベルは安定レベルに向かって上昇していく。このため、この期間に各ラインから得られる有効信号の黒を基準とするレベルはライン毎に変動してしまう。
【００２０】
したがって、例えば暗時撮像を行った場合、固体撮像素子から出力される有効信号から生成した画像のうち、最初の４０ライン分に対応する部分については、図１５に示すように色が付いてしまう。このように、黒レベルが画面全体で安定しないことによって黒浮きや黒沈みが発生し、画質が劣化する。画素混合駆動時には、有効信号の黒レベルも大きくなるため、このような画質劣化が顕著となる。
【００２１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、黒浮きや黒沈みを抑制して画質を向上させることのできる撮像装置及び撮影制御方法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】
【００２２】
本発明の撮像装置は、被写体光を受光して電荷を発生する多数の有効画素領域と、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光された多数のＯＢ画素領域とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域から出力された有効信号及び前記ＯＢ画素領域から出力されたＯＢ信号の各々から、ノイズ成分を除くデータ成分を抽出するデータ成分抽出手段と、前記データ成分抽出手段によって抽出された前記ＯＢ信号のデータ成分のｎ（ｎは２以上の自然数）個の平均を算出して、前記有効信号のデータ成分の黒レベルを決定する黒レベル決定手段とを備え、前記データ成分抽出手段は、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出をｍ（ｍは２以上の自然数）回行う複数抽出処理を、前記固体撮像素子から出力される多数の前記ＯＢ信号の少なくとも一部の各ＯＢ信号に対して実施する。
【００２３】
この構成により、例えば、ｎ＝１０００、ｍ＝２とし、データ成分抽出手段に１個目のＯＢ信号が入力されてから（ｎ／ｍ）＝５００個のＯＢ信号が入力されるまでの間、該５００個のＯＢ信号に複数抽出処理を実施するものとした場合、固体撮像素子から５００個のＯＢ信号が出力された時点で黒レベルが安定する。
【００２４】
このため、有効信号が出力されるまでにＯＢ信号がｎ個よりも少ない数しか出力されないような場合、例えば、固体撮像素子が有効信号出力前にｎ個のＯＢ信号が出力されるような素子構成になっているが、電荷を混合したり間引きしたりしていることによりその数が（ｎ／ｍ）個に減っているような場合や、固体撮像素子が有効信号出力前に（ｎ／ｍ）個のＯＢ信号しか出力されないような素子構成になっている場合等であっても、有効信号の出力前に黒レベルを安定化させることができる。
【００２５】
したがって、黒浮きや黒沈みといった画質劣化を防止することができる。
【００２６】
又、固体撮像素子が、有効信号出力前に（ｎ／ｍ）個のＯＢ信号しか出力されないような素子構成になっていても良いため、従来よりもＯＢ画素領域を減らすことができ、チップ面積の縮小や高速撮影等が可能となる。又、チップ面積を変えない場合は、ＯＢ画素領域を減らした分、有効画素領域を増やして多画素化を図ることも可能となる。
【００２７】
本発明の撮像装置は、前記データ成分抽出手段が、前記複数抽出処理では、前記撮像信号のフィードスルーレベルを１回サンプリングし、前記撮像信号のデータレベルをｍ回サンプリングし、サンプリングしたｍ個の前記データレベルの各々と１つの前記フィードスルーレベルとの差分をとることでｍ個の前記データ成分を抽出する。
【００２８】
この構成により、データレベルのサンプリング回数を変更するのみで、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理と、複数抽出処理と切替えて実施可能なため、制御を簡略化することができる。
【００２９】
本発明の撮像装置は、前記データ成分抽出手段が、前記固体撮像素子からの撮像信号の出力開始から最初の前記有効信号が出力されるまでの期間に、前記黒レベル決定手段に前記ＯＢ信号のデータ成分がｎ個入力されるように、前記期間中に出力される前記ＯＢ信号のうちの少なくとも一部に対して前記複数抽出処理を実施する。
【００３０】
この構成により、必要最小限の期間だけ複数抽出処理を実施するため、撮影完了までの時間が増大するのを防ぐことができる。又、有効信号の出力前にＯＢ信号のデータ成分のｎ個の平均が算出できるため、有効信号が出力されてからは、安定した黒レベルの値を用いて画像データの生成が可能となり、黒浮きや黒沈みを防ぐことができる。
【００３１】
本発明の撮像装置は、前記複数抽出処理の実施対象となるＯＢ信号を出力させる期間の前記固体撮像素子からの撮像信号の出力周波数が、該ＯＢ信号以外の撮像信号を出力させる期間の該出力周波数よりも低くなるように前記固体撮像素子を駆動する駆動手段を備える。
【００３２】
この構成により、データ成分抽出手段の性能を向上させずとも、複数抽出処理を実施可能となる。
【００３３】
本発明の撮像装置は、前記複数抽出処理の実施対象となるＯＢ信号を前記固体撮像素子から出力させる際、前記固体撮像素子の水平電荷転送路に、前記ＯＢ信号に対応する電荷蓄積パケットと前記電荷蓄積パケットに対応する（ｍ−１）個の空パケットとを交互に形成し、前記電荷蓄積パケット内の電荷を該電荷に応じた電圧信号を出力する前記固体撮像素子の出力部に転送して該電圧信号を出力させた後、次の前記電荷蓄積パケット内の電荷を前記出力部に転送するまでの間、前記電荷をリセットせずに前記空パケット内の電荷を前記出力部に転送する駆動手段を備える。
【００３４】
この構成により、データ成分抽出手段の性能を向上させずとも、複数抽出処理を実施可能となる。
【００３５】
本発明の撮像装置は、前記データ成分抽出手段が、前記固体撮像素子から出力することのできる最大の撮像信号数をＳとしたときに、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数が（Ｓ／Ｍ（Mは２以上の自然数））となるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合に前記複数抽出処理を実施し、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数がＳとなるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合には、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する。
【００３６】
この構成により、黒浮きや黒沈みが発生する可能性のあるときにのみ複数抽出処理を実施して黒浮きや黒沈みを抑制することで、効率的な処理が可能となる。
【００３７】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子から出力される撮像信号を増幅する増幅手段を備え、前記データ成分抽出手段は、前記増幅手段で設定されるゲインが閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記ゲインが閾値よりも下のときには１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する。
【００３８】
この構成により、黒浮きや黒沈みが目立ってしまうときにのみ複数抽出処理を実施して黒浮きや黒沈みを抑制することで、効率的な処理が可能となる。
【００３９】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出手段を備え、前記データ成分抽出手段は、前記温度検出手段で検出された温度が閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記温度が閾値よりも下のときには１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する。
【００４０】
この構成により、黒浮きや黒沈みが目立ってしまうときにのみ複数抽出処理を実施して黒浮きや黒沈みを抑制することで、効率的な処理が可能となる。
【００４１】
本発明の撮影制御方法は、被写体光を受光して電荷を発生する多数の有効画素領域と、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光された多数のＯＢ画素領域とを含む固体撮像素子を有する撮像装置による撮影制御方法であって、前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域から出力された有効信号及び前記ＯＢ画素領域から出力されたＯＢ信号の各々から、ノイズ成分を除くデータ成分を抽出するデータ成分抽出ステップと、前記データ成分抽出ステップによって抽出された前記ＯＢ信号のデータ成分のｎ（ｎは２以上の自然数）個の平均を算出して、前記有効信号のデータ成分の黒レベルを決定する黒レベル決定ステップとを備え、前記データ成分抽出ステップでは、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出をｍ（ｍは２以上の自然数）回行う複数抽出処理を、前記固体撮像素子から出力される多数の前記ＯＢ信号の少なくとも一部の各ＯＢ信号に対して実施する。
【００４２】
本発明の撮影制御方法は、前記複数抽出処理では、前記撮像信号のフィードスルーレベルを１回サンプリングし、前記撮像信号のデータレベルをｍ回サンプリングし、サンプリングしたｍ個の前記データレベルの各々と１つの前記フィードスルーレベルとの差分をとることでｍ個の前記データ成分を抽出する。
【００４３】
本発明の撮影制御方法は、前記データ成分抽出ステップでは、前記固体撮像素子からの撮像信号の出力開始から最初の前記有効信号が出力されるまでの期間に、前記黒レベル決定ステップを実施する手段に前記ＯＢ信号のデータ成分がｎ個入力されるように、前記期間中に出力される前記ＯＢ信号のうちの少なくとも一部に対して前記複数抽出処理を実施する。
【００４４】
本発明の撮影制御方法は、前記第二の処理の実施対象となるＯＢ信号を出力させる期間の前記固体撮像素子からの撮像信号の出力周波数が、該ＯＢ信号以外の撮像信号を出力させる期間の該出力周波数よりも低くなるように前記固体撮像素子を駆動する駆動ステップを備える。
【００４５】
本発明の撮影制御方法は、前記複数抽出処理の実施対象となるＯＢ信号を前記固体撮像素子から出力させる際、前記固体撮像素子の水平電荷転送路に、前記ＯＢ信号に対応する電荷蓄積パケットと前記電荷蓄積パケットに対応する（ｍ−１）個の空パケットとを交互に形成し、前記電荷蓄積パケット内の電荷を該電荷に応じた電圧信号を出力する前記固体撮像素子の出力部に転送して該電圧信号を出力させた後、次の前記電荷蓄積パケット内の電荷を前記出力部に転送するまでの間、前記電荷をリセットせずに前記空パケット内の電荷を前記出力部に転送する駆動ステップを備える。
【００４６】
本発明の撮影制御方法は、前記データ成分抽出ステップでは、前記固体撮像素子から出力することのできる最大の撮像信号数をＳとしたときに、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数が（Ｓ／Ｍ（Mは２以上の自然数））となるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合に前記複数抽出処理を実施し、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数がＳとなるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合には、１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する。
【００４７】
本発明の撮影制御方法は、前記固体撮像素子から出力される撮像信号を増幅する増幅ステップを備え、前記データ成分抽出ステップでは、前記増幅ステップで設定されるゲインが閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記ゲインが閾値よりも下のときには１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する。
【００４８】
本発明の撮影制御方法は、前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出ステップを備え、前記データ成分抽出ステップでは、前記温度検出ステップで検出された温度が閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記温度が閾値よりも下のときには１つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を１回行う単数抽出処理のみを実施する。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、黒浮きや黒沈みを抑制して画質を向上させることのできる撮像装置及び撮影制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００５１】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系には、被写体側から順に撮影レンズ１と、絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４と、図１２に示した構成のＣＣＤ型の固体撮像素子５とが設けられている。尚、固体撮像素子５は、図１２に示すような画素領域１００を有し、画素領域１００内の各光電変換素子の近傍に該光電変換素子で発生した電荷に応じた電圧信号を出力するＣＭＯＳ回路を設けて撮像信号を外部に取り出すＣＭＯＳ型であっても良い。ＣＭＯＳ型の場合、例えば、画素領域１００のＯＢ部４００側からライン毎に撮像信号を出力させていく方式とすれば良い。
【００５２】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、レンズ駆動部１３を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整するＡＦ処理を行ったり、ズーム調整を行ったりし、絞り駆動部１２を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００５３】
又、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。操作部１４には撮影指示を行うためのシャッターボタンも含まれる。
【００５４】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理を行うＣＤＳ回路６と、ＣＤＳ回路６から出力される撮像信号を可変利得で増幅する可変利得増幅器（ＶＧＡ）７と、ＶＧＡ７で増幅された撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器８と、ＡＤ変換器８から出力された撮像信号のうち、ＯＢ信号のｎ（ｎは２以上の自然数、以下では説明のために１０００とする）個の移動平均を算出して、有効信号の黒レベルを決定し、ＡＤ変換器８から出力される有効信号から該決定した黒レベルを減算することで、光学的黒を基準とした有効信号を出力するクランプ回路９とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。尚、クランプ回路９は、ＣＤＳ回路６とＶＧＡ７の間や、ＶＧＡ７とＡＤ変換器８の間に設ける構成としても良い。
【００５５】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、ＳＤＲＡＭ等のメインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、クランプ回路９から出力される撮像信号に所定のデジタル信号処理を施して画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、システム制御部１１による制御の切替えを指示する制御切替え演算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備え、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００５６】
固体撮像素子５の近傍には固体撮像素子５の温度を検出する温度センサ２６が設けられており、温度センサ２６で検出された温度情報はシステム制御部１１に通知される。
【００５７】
出力部６００からは、出力部６００の電荷蓄積領域（ＦＤ部）に蓄積された電荷をリセットしてから、該電荷蓄積領域に新たな電荷が転送されたことによるＦＤ部の電位変化が電圧信号として出力される。図２に示すように、出力部６００から出力される撮像信号ＯＳは、リセットレベルからフィードスルーレベルに上昇して安定した後、ＦＤ部に蓄積された電荷量に応じて上昇してデータレベルに達する。
【００５８】
ＣＤＳ回路６は、システム制御部１１（具体的には内部に設けられたタイミングジェネレータ）から供給されるサンプリングパルス（ＳＨＰ）によって撮像信号のフィードスルーレベルをサンプリングし、システム制御部１１から供給されるサンプリングパルス（ＳＨＤ）によって撮像信号のデータレベルをサンプリングする。更に、サンプリングしたデータレベルからフィードスルーレベルを減算して撮像信号に含まれるリセットノイズ成分を除去し、入力された撮像信号のうちＦＤ部に転送された電荷量に対応したデータ成分のみを抽出する。そして、抽出したデータ成分をＣＤＳ処理後の撮像信号として出力する。
【００５９】
システム制御部１１は、撮像信号のデータレベル出力期間中にＣＤＳ回路６にＳＨＤを１回だけ供給する第一の制御と、撮像信号のデータレベル出力期間中にＣＤＳ回路６にＳＨＤをｍ回（ｍは２以上の自然数）供給する第二の制御とを実施可能となっている。尚、図２が、第一の制御を実施した際のＣＤＳ回路６内の処理を示した図となっている。
【００６０】
第一の制御が行われた場合、ＣＤＳ回路６では、１つの撮像信号に対してデータ成分の抽出が１回だけ行われるため、ＣＤＳ回路６から出力される撮像信号は１個となる。第二の制御が行われた場合、ＣＤＳ回路６では、１つの撮像信号に対してデータ成分の抽出がｍ回行われるため、ＣＤＳ回路６から出力される撮像信号はｍ個となる。
【００６１】
システム制御部１１は、第二の制御を行う場合、固体撮像素子５からの撮像信号の出力周波数が、第一の制御を行う期間の該出力周波数よりも低くなるように固体撮像素子５を駆動する。例えば、水平電荷転送路５００の駆動周波数を、第一の制御を行う期間よりも小さくして、水平電荷転送路５００における電荷転送速度を遅くする。
【００６２】
図３は、第二の制御を実施した際のＣＤＳ回路６内の処理を説明するための図である。
例えば、水平電荷転送路５００の駆動周波数を、第一の制御を行う期間の半分にした場合、図３に示すように、第一の制御時には２つの撮像信号がＣＤＳ回路６に入力される期間において、第二の制御時には１つの撮像信号がＣＤＳ回路６に入力されてくることなる。つまり、データレベルが入力されている期間を図２の場合よりも長くとることができる。
【００６３】
固体撮像素子５からの撮像信号の出力周波数を変えずに第二の制御を行っても良いが、この場合、短い期間内でＳＨＤをｍ回供給しなくてはならず、ＣＤＳ回路の性能を向上させる必要が生じてしまう。これ対し、出力周波数を小さくした上で第二の制御を実施すれば、ＳＨＤを供給するタイミングを十分に離すことが可能となる。このため、既存のＣＤＳ回路の性能でも十分に対応可能となる。
【００６４】
尚、第二の制御時に上記出力周波数をどれくらい小さくするかは、上記ｍの値とＣＤＳ回路６の性能とに応じて決めれば良い。又、以上の説明では、第二の制御時に、１つの撮像信号に対してＳＨＰは１回しか供給していないが、ＳＨＰもＳＨＤと同じくｍ回供給してデータ成分の抽出をｍ回行わせるようにしても良い。
【００６５】
システム制御部１１は、固体撮像素子５から有効信号の出力が開始されるまでに、黒レベルを安定させるために必要な個数である上記ｎ（＝１０００）個のＯＢ信号が固体撮像素子５から出力されないような状況にあるとき、第一の制御と第二の制御を組み合わせて実施する。このような状況として、固体撮像素子５に含まれる光電変換素子の総数をＳとしたとき、固体撮像素子５から（Ｓ／Ｍ（Ｍは２以上の自然数））個の撮像信号を出力させるように撮像素子駆動部１０が固体撮像素子５を駆動する場合を例にする。固体撮像素子５から（Ｓ／Ｍ）個の撮像信号を出力させるためには、各光電変換素子から読み出した電荷を垂直電荷転送路や水平電荷転送路５００で混合したり、電荷を間引いて読み出したりする混合間引き駆動を実施すれば良い。
【００６６】
上記Ｍの値を“２”とする混合間引き駆動が実施されたとき、ＯＢ部４００から出力されるＯＢ信号の数は１２００／２＝６００個となる。このとき、システム制御部１１は、例えば次の４つのパターンで第一の制御と第二の制御の切り替えを行う。
【００６７】
[第一パターン]
システム制御部１１は、６００個のＯＢ信号のうち、例えば１個目〜５００個目までのＯＢ信号が固体撮像素子５から出力される期間では第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号の出力期間では第一の制御を実施する。
[第二パターン]
システム制御部１１は、６００個のＯＢ信号のうち、例えば１個目〜２００個目までのＯＢ信号が固体撮像素子５から出力される期間では第一の制御を実施し、２０１個目〜６００個目のＯＢ信号が固体撮像素子５から出力される期間では第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
[第三パターン]
システム制御部１１は、６００個のＯＢ信号のうち、１個目〜６００個目までのＯＢ信号が固体撮像素子５から出力される期間では第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
[第四パターン]
システム制御部１１は、固体撮像素子５からＯＢ信号が出力される期間では第二の制御を実施し、有効信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
【００６８】
このように、システム制御部１１は、固体撮像素子５からの撮像信号の出力開始から最初の有効信号が出力されるまでの期間、クランプ回路９にＯＢ信号が少なくともｎ（＝１０００）個入力されるように、該期間中に出力されるＯＢ信号のうちの少なくとも一部に対して第二の制御を実施することで、図４に示すように、有効信号の出力開始前に黒レベルを安定させることができる。この結果、黒浮きや黒沈みを抑制することができる。
【００６９】
尚、システム制御部１１は、固体撮像素子５から有効信号の出力が開始されるまでに、黒レベルを安定させるために必要な個数である上記ｎ（＝１０００）個のＯＢ信号が固体撮像素子５から出力される撮影モード（例えば、電荷の混合や間引き等を行わないモード）においては、第一の制御のみを実施する。
【００７０】
図５は、上記第三パターンを採用したときの第一実施形態のデジタルカメラの撮影動作を説明するためのフローチャートである。
撮影モードに設定され、撮影指示がなされると、制御切替え演算部１９は、設定された撮影条件が混合間引き駆動を行う撮影条件であるかを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＹＥＳの判定がなされた場合、制御切り替え演算部１９により第一の制御と第二の制御を組み合わせた制御を行う命令がシステム制御部１１になされる。
【００７１】
そして、露光終了後に光電変換素子から電荷が読み出され（ステップＳ２）、混合間引き駆動が実施される。ＯＢ部４００からのＯＢ信号が固体撮像素子５から出力され始めると、システム制御部１１により第二の制御が実施される（ステップＳ３）。
第二の制御時に設定されるｍの値は制御切替え演算部１９により、撮影条件に基づくＭの値、ｎの値、及びＯＢ部４００にある光電変換素子の総数によって決められ、ここからシステム制御部１１に通知される。例えば、Ｍ＝２、ｎ＝１０００、ＯＢ部４００の光電変換素子の総数＝５００であれば、ｍの値は４に設定される。
第二の制御が実施されている期間、固体撮像素子５からの撮像信号の出力速度は遅くなり、１つの撮像信号からｍ個の撮像信号がＣＤＳ回路６により抽出されて後段回路に入力される。
【００７２】
ＯＢ部４００からのＯＢ信号の出力が終了すると、システム制御部１１により第一の制御が実施される（ステップＳ４）。そして、有効信号の出力が開始されてからは、従来通りの動作が行われ、画像データが生成されて、記録媒体２１に記録される（ステップＳ５）。
【００７３】
ステップＳ１でＮＯの判定がなされた場合、制御切り替え演算部１９により第一の制御を行う命令がシステム制御部１１になされ、撮像信号の出力期間中に第一の制御が実施されて（ステップＳ６）、画像データの生成及び記録が行われる（ステップＳ５）。
【００７４】
以上のように、黒沈みや黒浮きが目立ってしまう画素混合駆動や間引き読み出し駆動時にのみ、第一の制御と第二の制御を切替えて実施することで、画素混合駆動や間引き読み出し駆動を行わない通常撮影のときの撮影処理速度の低下を防止することができ、効率的な制御が可能となる。勿論、通常撮影時においても、画素混合駆動や間引き読み出し駆動時と同じように、第一の制御と第二の制御を組み合わせて撮影処理を行っても良い。
【００７５】
（第二実施形態）
以上の説明により、第一の制御と第二の制御を組み合わせて実施するのであれば、ＯＢ部４００に設けるＯＢ画素領域の数をｎ（＝１０００）個より少なくしても問題はないことが分かる。本実施形態では、ＯＢ部４００に設けるＯＢ画素領域の数を例えば６００個にしたデジタルカメラについて説明する。以下、固体撮像素子５から上記Ｓ個の撮像信号を出力させるように固体撮像素子５を駆動することを通常駆動という。
【００７６】
＜通常駆動実施時＞
本実施形態のデジタルカメラのシステム制御部１１は、通常駆動実施時、撮像信号の出力期間中、上記第一パターン〜第四パターンのいずれかの制御を常に実施する。これにより、黒浮きや黒沈みを常に防止することができる。
【００７７】
又は、システム制御部１１は、通常駆動実施時、ＶＧＡ７で設定される利得（ゲイン）の大きさが閾値よりも下のときや、温度センサ２６で検出された温度が閾値よりも下のとき等の黒レベルが小さいと判定できる撮影条件に基づく撮影時には第一の制御のみを実施し、ＶＧＡ７で設定される利得（ゲイン）の大きさが閾値以上のときや、温度センサ２６で検出された温度が閾値以上のとき等の黒レベルが大きいと判定できる撮影条件に基づく撮影時には上記第一パターン〜第四パターンのいずれかの制御を実施する。
【００７８】
本実施形態のデジタルカメラの固体撮像素子５の構成の場合、第一の制御のみを実施すると、有効信号の出力開始までに黒レベルを安定させることができず、黒浮きや黒沈みが発生してしまう。しかし、ＶＧＡ７で設定されるゲインが閾値よりも下の場合（例えば低ＩＳＯ感度時等）や固体撮像素子５の温度が閾値よりも下の場合においては、黒レベル自体が小さくなることが多いため、黒浮きや黒沈みはほとんど目立たない。
【００７９】
一方、ＶＧＡ７で設定されるゲインが閾値以上の場合や固体撮像素子５の温度が閾値以上の場合（例えば高ＩＳＯ感度時や長時間露光時等）においては、黒レベル自体が大きくなる上に、被写体も暗いことが多いため、黒浮きや黒沈みは目立ってしまう。そこで、ＶＧＡ７で設定されるゲインが閾値以上の場合や固体撮像素子５の温度が閾値以上の場合にのみ第一の制御と第二の制御を組み合わせて実施するようにすることで、撮影処理速度が低下する頻度を小さくすることができ、効率的な制御が可能となる。
【００８０】
＜混合間引き駆動実施時＞
本実施形態のデジタルカメラのシステム制御部１１は、混合間引き駆動実施時、固体撮像素子５からの撮像信号の出力開始から最初の有効信号が出力されるまでの期間、クランプ回路９にＯＢ信号が少なくともｎ（＝１０００）個入力されるように、該期間中に出力されるＯＢ信号のうちの少なくとも一部に対して第二の制御を実施し、それ以外の撮像信号に対しては第一の制御を実施する。
【００８１】
例えば、Ｍの値が“２”の混合間引き駆動が実施された場合、ＯＢ部４００からは３００個のＯＢ信号しか出力されなくなる。このため、システム制御部１１は、次のようなパターンで制御を行う。
【００８２】
[第五パターン]
システム制御部１１は、３００個のＯＢ信号のうち、例えば１個目〜３００個目までのＯＢ信号が固体撮像素子５から出力される期間ではｍ＝４とする第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号の出力期間では第一の制御を実施する。
[第六パターン]
システム制御部１１は、３００個のＯＢ信号のうち、例えば１個目〜２５０個目までのＯＢ信号が固体撮像素子５から出力される期間ではｍ＝４とする第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
[第七パターン]
システム制御部１１は、固体撮像素子５からＯＢ信号が出力される期間ではｍ＝４とする第二の制御を実施し、有効信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
【００８３】
図６は、第三パターン及び第五パターンを採用したときの第二実施形態のデジタルカメラの撮影動作を説明するためのフローチャートである。
撮影モードに設定され、撮影指示がなされると、制御切替え演算部１９は、設定された撮影条件により、ＶＧＡ７で設定されるゲインが閾値Ｇ以上であるかを判定する（ステップＳ２１）。ゲインが閾値Ｇよりも下であった場合、制御切替え演算部１９は、固体撮像素子５の温度が閾値Ｔ以上であるかを判定する（ステップＳ２２）。
【００８４】
固体撮像素子５の温度が閾値Ｔよりも下であった場合、制御切替え演算部１９は、設定された撮影条件により、混合間引き駆動を実施する必要があるかを判定する。混合間引き駆動を実施する必要がなかった場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、制御切り替え演算部１９により第一の制御を行う命令がシステム制御部１１になされ、第一の制御が実施されて（ステップＳ２８）、画像データの生成及び記録が行われる（ステップＳ２７）。
【００８５】
ステップＳ２１及びステップＳ２２の判定がＹＥＳであった場合と、混合間引き駆動を実施する必要があった場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、制御切り替え演算部１９は、システム制御部１１に対し、第一の制御と第二の制御を組み合わせた制御を行うよう命令する。
【００８６】
そして、露光終了後に光電変換素子から電荷が読み出され（ステップＳ２４）、ＯＢ部４００からのＯＢ信号が固体撮像素子５から出力され始めると、システム制御部１１により第二の制御が実施される（ステップＳ２５）。尚、第二の制御時に設定されるｍの値は制御切替え演算部１９により、撮影条件に基づくＭの値、ｎの値、及びＯＢ部４００にある光電変換素子の総数によって決められ、ここからシステム制御部１１に通知される。第二の制御が実施されている期間、固体撮像素子５からの撮像信号の出力速度は遅くなり、１つの撮像信号からｍ個の撮像信号がＣＤＳ回路６により抽出されて後段回路に入力される。
【００８７】
ＯＢ部４００からのＯＢ信号の出力が終了すると、システム制御部１１により第一の制御が実施される（ステップＳ２６）。そして、有効信号の出力が開始されてからは、従来通りの動作が行われ、画像データが生成されて、記録媒体２１に記録される（ステップＳ２７）。
【００８８】
以上のように、黒沈みや黒浮きが目立ってしまう混合間引き駆動時、又は、高ＩＳＯ感度時や長時間露光時にのみ、第一の制御と第二の制御を切替えて実施することで、撮影処理速度が低下する頻度を小さくすることができ、効率的な制御が可能となる。尚、図６において、ステップＳ２３を省略し、ステップＳ２２：ＮＯの後にステップ２８に移行するようにしても良い。
【００８９】
（第三実施形態）
第一実施形態では、第二の制御を実施しているときの固体撮像素子５からの撮像信号の出力周波数を小さく方法を採用することで、ＣＤＳ回路６の性能を向上させることなく、第二の制御を実施可能にするものとした。第三実施形態では、この方法の別の例について説明する。
【００９０】
図７は、第一の制御実施時のデジタルカメラの動作状態を説明するための図である。
図７において“ＲＳ”は出力部６００の電荷をリセットするためのリセットパルス、“Ｈ”は水平電荷転送路５００の断面ポテンシャルを示している。図７に示した“ＯＢ”はＯＢ信号に対応する電荷を示しており、この電荷が水平電荷転送路５００に形成されたポテンシャル井戸（電荷蓄積パケット）内に蓄積されている状態を示している。
【００９１】
図７に示すように、第一の制御実施時、水平電荷転送路５００には電荷蓄積パケットと電位障壁とが交互に形成されており、リセットパルスの印加後、電荷蓄積パケット内の電荷が出力部６００に転送されて、撮像信号ＯＳが出力部６００から出力されるという動作が繰り返し行われる。
【００９２】
第一実施形態では、第二の制御時、水平電荷転送路５００の駆動周波数を小さくすることで、図３に示すように、撮像信号ＯＳのリセットレベル、フィードスルーレベル、及びデータレベルの各々の出力期間を長くすることで、ＣＤＳ回路６の性能向上を回避していた。一方、本実施形態では、データ成分の抽出をｍ（以下では２とする）回行うＯＢ信号を出力させる期間（第二の制御実施期間、例えばＯＢ部４００から撮像信号を出力させる期間）、撮像素子駆動部１０が、図８に示すように、電荷蓄積パケットと、光電変換素子から読み出された電荷の蓄積されていない空パケット（図８では“空”で示してある）とを水平電荷転送路５００に交互に形成する。この空パケットは電荷が全く蓄積されていないわけではないが、その量は無視できるほど微量である。
【００９３】
撮像素子駆動部１０は、電荷蓄積パケット内の電荷を出力部６００に転送して該電荷に応じたＯＢ信号を出力させた後、出力部６００の電荷をリセットせずに空パケット内の電荷を出力部６００に転送して、該空パケット内にある電荷と、出力部６００に蓄積されている電荷とを混合する。この混合により、ＯＢ信号のデータレベルは若干上昇するが、この上昇幅は無視できるほど小さい。撮像素子駆動部１０は、空パケット内の電荷の転送が完了した後、リセットパルスを印加して出力部６００内の電荷をリセットする。そして、次の電荷蓄積パケット内の電荷を出力部６００に転送し、その電荷をリセットせずに空パケット内の電荷を出力部６００に転送するといった駆動を繰り返す。
【００９４】
このような駆動により、図８に示したように、ＯＢ信号のデータレベルの出力期間を長くすることができ、ＣＤＳ回路６の性能を向上させることなく、第二の制御が可能となる。又、データ成分の抽出がｍ回可能なため、図９に示したように、有効信号の出力開始前に黒レベルを安定化させることができ、黒浮きや黒沈みを防止することができる。
【００９５】
尚、以上の説明では、ｍ＝２としたため、水平電荷転送路５００に電荷蓄積パケットと空パケットを交互に形成するものとしたが、空パケットの数はｍの値に応じて適宜変更すれば良い。つまり、水平電荷転送路５００には、１つの撮像信号に対してｍ回のデータ成分の抽出を可能とするために、電荷蓄積パケットと、（ｍ−１）個の空パケットとを交互に形成し、１つの電荷蓄積パケット内の電荷に応じた撮像信号の出力期間中に該（ｍ−１）個の空パケット内の電荷を出力部６００に転送する駆動を行えば良い。
【００９６】
以下、水平電荷転送路５００に電荷蓄積パケットと空パケットを１つずつ交互に形成する固体撮像素子の駆動方法の一例を説明する。
図１０及び図１１は、水平電荷転送路５００に電荷蓄積パケットと空パケットを１つずつ交互に形成する固体撮像素子の駆動方法の一例を説明するための図である。
図１０及び図１１において、“Ｒ”を付したブロックは赤色成分の電荷を発生する光電変換素子を示し、“Ｇ”を付したブロックは赤色成分の電荷を発生する光電変換素子を示し、“Ｂ”を付したブロックは赤色成分の電荷を発生する光電変換素子を示す。又、図１１では、ラインメモリ“ＬＭ”を有する固体撮像素子を前提とし、水平電荷転送路５００が８相駆動可能な構成となっていることを前提としている。
【００９７】
上記Ｍの値を２にする駆動方法としては、例えば図１０に示すように、１ライン目と５ライン目から垂直電荷転送路に電荷を読み出し（図１０（ａ））、これを３ライン目と７ライン目の隣まで転送する（図１０（ｂ））。そして、３ライン目と７ライン目から垂直電荷転送路に電荷を読み出すことで同色成分の電荷同士の混合を行う（図１０（ｃ））。混合後は、通常通り、電荷を垂直方向に転送する。このような方法により垂直２画素混合（図１０（ｄ））が可能となる。
【００９８】
図１０に示すように垂直２画素混合をした後、１ライン分の電荷のうち、隣接する２つの電荷を２列おきに水平電荷転送路５００に転送する（図１１（ａ））。次に、水平電荷転送路５００内で電荷を２列分転送し、１ライン分の電荷のうちの残りの電荷を水平電荷転送路５００に転送して同色成分の電荷同士を混合する（図１１（ｂ），（ｃ））。次に、水平電荷転送路５００にある異なる色成分の２種類の電荷のうちの一方を１列分転送する（図１１（ｄ））。これにより、電荷蓄積パケットと空パケットが交互に配置された状態（図１１（ｅ））を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】図１に示す撮像装置のＣＤＳ回路での処理を説明するための図
【図３】第二の制御を実施した際のＣＤＳ回路内の処理を説明するための図
【図４】第一実施形態のデジタルカメラの撮影開始後からの黒レベルの変化を示した図
【図５】第一実施形態のデジタルカメラの撮影動作を説明するためのフローチャート
【図６】第二実施形態のデジタルカメラの撮影動作を説明するためのフローチャート
【図７】第三実施形態のデジタルカメラの第一の制御実施時の動作状態を説明するための図
【図８】第三実施形態のデジタルカメラの第二の制御実施時の動作状態を説明するための図
【図９】第三実施形態のデジタルカメラの撮影開始後からの黒レベルの変化を示した図
【図１０】水平電荷転送路に電荷蓄積パケットと空パケットを１つずつ交互に形成する固体撮像素子の駆動方法の一例を説明するための図
【図１１】水平電荷転送路に電荷蓄積パケットと空パケットを１つずつ交互に形成する固体撮像素子の駆動方法の一例を説明するための図
【図１２】一般的なＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図１３】図１２に示した固体撮像素子による通常撮影時の動作を説明するための図
【図１４】図１２に示す固体撮像素子の画素混合駆動時の動作シーケンスを示す図
【図１５】従来の固体撮像素子で暗時撮像を行ったときの画面表示例を示す図
【符号の説明】
【０１００】
６      ＣＤＳ回路
９      クランプ回路
２００  有効画素部
４００  ＯＢ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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