(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射が遮断された光学的暗部と入射光の強さに応じた信号を出力可能な所定の有効画素部とを有する受光素子と、
空転送部のレベルをクランプするクランプ手段と、
前記クランプ手段によりクランプされたアナログ信号をディジタル信号に変換処理するＡ／Ｄ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段により変換処理されて得られた有効画素部のディジタルデータから暗出力のディジタルデータを減算する手段と、を備え、
前記暗出力のディジタルデータが、光学的暗部のディジタルデータに、前記光学的暗部における暗出力の発生量と前記所定の有効画素部における暗出力の発生量との比からなる補正値を乗じることにより算出されたディジタルデータであることを特徴とする測光システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子を用いた測光システムに関し、特にＣＣＤエリアセンサの暗出力を除去した正確な測光が可能な測光システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤエリアセンサを用いて測光を行う際、ＣＣＤの特性から輝度に対する出力電圧が線形を保ち、かつＡ／Ｄ変換における誤差の影響をほとんど受けない電圧出力をもつ輝度範囲は非常に狭い。そこで更に広範囲の輝度に対して測光を行うため、ＣＣＤの電荷蓄積時間を変化させる手段がとられる。
【０００３】
しかしながら、低輝度の測光においては長い蓄積時間が必要となるため、測光に要する時間も長くなってしまうという問題点がある。そこで低輝度においても蓄積時間を短く抑えるために縦段数積分という方法がとられる。
【０００４】
通常、２次元の固体撮像装置では垂直方向転送パルスによって１ライン分の電荷を水平転送部に転送し、これを水平転送パルスによって１ライン分の画素信号を出力する。これを交互に行うことによって全画素の信号を出力する。つまり、１垂直方向転送に対して１ライン水平転送を行う。
【０００５】
これに対し、水平転送の前に垂直転送パルスを任意の複数回発生させることによって、複数ライン分の電荷が水平転送部に蓄積される。これを水平方向転送パルスによって出力することによって縦方向にアナログ的に積分された信号が得られる。この手段を縦段数積分と呼ぶ。これは既存の素子を使用して見かけ上の角度を向上する手段として特開昭５７−７６７８で提案されている。画像取り込み装置等にこの方法を使用した場合、積分段数を多くするほど垂直方向の解像度が犠牲となるのであまり実用的ではない。しかし測光システムにおいてはエリア内の画素出力の平均値を求めるため、この方法は有効である。この方法を用いることにより、低輝度において蓄積時間を長くすることなく充分な出力電圧を得ることができる。
【０００６】
このように低輝度時の測光において充分な出力電圧を得るためには、蓄積時間を長くする、または、縦段数積分を行うという２つの方法がある。しかしながら、どちらの手段を用いた場合でも出力電圧が大きくなると同時に暗出力も多くなる。高輝度時の測光においては出力電圧の中に占める暗出力の割合は小さく、暗出力の影響はほとんど問題にならないが、低輝度時の測光においては出力電圧の中に占める暗出力の割合は大きくなり、この影響で正確な輝度データが得られなくなる。
【０００７】
この暗出力の影響を除去するため、一般的にＣＣＤ素子には画素の一部をマスクすることによって光学的暗部（ＯＰＢ部）を形成し、クランプ回路を用いて、アナログ的に有効画素部とＯＰＢ部の差をとることによって、暗出力の除去を実現している。この方法は、動画のように電荷蓄積と信号出力を連続して周期的に行う場合には有効であるが、測光システムのように断続的に電荷蓄積及び信号出力を行い、かつ暗出力が大きい場合には図４に示すようにクランプ回路の時定数の影響から、信号出力の初期段階でクランプしきれず、正確な輝度データが得られなくなるという問題があった。
【０００８】
また、ＯＰＢ部の出力と有効画素部の暗出力は厳密には異なり、暗出力が大きくなったときにはこの差は無視できないものとなる。この様な状態で前述したようなクランプ回路を用いて有効画素部とＯＰＢ部の出力の差をとった場合、除去する暗出力の誤差が大きくなり、正確な輝度データが得られなくなるという問題もある。
【０００９】
本願出願人は汎用の固体撮像素子（ＣＣＤ等）と簡単な回路構成によってこの暗出力を除去する方法について既に出願している（特願平９−１９６８９４）。この先願発明においては、固体撮像素子が蓄積時間Ｔの間露光され、さらに前記縦積分の段数をＩとしたとき、暗出力成分を含む映像信号が撮像素子から出力される。この出力信号はＣＤＳを通してクランプ回路に入力される。一般的には、前述したようにこのクランプ回路によって暗出力成分を除去するためにＯＰＢ部の信号が水平転送部から出力されたタイミングでクランプパルスを入力し、このＯＰＢ部のレベルをクランプ回路の後に位置するＡ／Ｄコンパータの基準電圧に合わせているが、ここでは図５に示すように暗出力による電荷も存在しない空転送部の信号が出力されたタイミングでクランプパルスを入力することによってこの空転送レベルをＡ／Ｄコンバータの基準電圧に合わせる。空転送レベルは暗出力の量及び肥土によらず一定であるのでこのレベルをクランプすることでクランプ回路の時定数の影響は除去できる。
【００１０】
ここで、このようにしてＡ／Ｄコンバータを通して得られたディジタルデータは暗出力を含んだものとなる。このディジタルデータをＡとする。ここで予め測定した任意の蓄積時間ｔ１及び及び任意の積分段数ｉ１における遮光時出力ｂ１から電荷蓄積時間Ｔ、積分段数Ｉにおける暗出力の量に相当するディジタルデータ（暗出力値）Ｂは次の式で与えられる。
【００１１】
Ｂ＝（Ｉ／ｉ１）（Ｔ／ｔ１）ｂ１
こうして算出された暗出力値Ｂを前述の暗出力成分を含んだ輝度データＡから引くことにより、暗出力を除去し、正確な輝度データを得る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、暗出力の量は温度によって大きく変わることがよく知られている。そのため撮像素子付近に温度センサを設け、前記暗出力値Ｂに温度の補正を加味する必要が出てくるが、温度センサの分コストが高くなる問題の他に、撮像素子において発生する暗出力の温度係数に固体間のばらつきがあるという問題がある。このため個々の素子について温度係数を調べる必要があり、量産等の場合には工数がかかり、実用的でないという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、２次元の受光素子を用いた測光システムにおいて、温度、蓄積時間、縦方向積分段数によって変化する暗出力を、汎用の固体撮像素子と簡単な回路構成によって除去し、正確な輝度データを得る測光システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、光の入射が遮断された光学的暗部と入射光の強さに応じた信号を出力可能な所定の有効画素部とを有する受光素子と、空転送部のレベルをクランプするクランプ手段と、前記クランプ手段によりクランプされたアナログ信号をディジタル信号に変換処理するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段により変換処理されて得られた有効画素部のディジタルデータから暗出力のディジタルデータを減算する手段と、を備え、前記暗出力のディジタルデータが、光学的暗部のディジタルデータに、前記光学的暗部における暗出力の発生量と前記所定の有効画素部における暗出力の発生量との比からなる補正値を乗じることにより算出されたディジタルデータであることを特徴とする測光システムに関する。
【００１５】
上記構成によれば、汎用の固体撮像素子を用いて電荷蓄積及び信号出力を断続的に行う測光システムにおいて問題となるクランプ回路の時定数の影響の除去と、任意の蓄積時間、積分段数によって変化する暗出力を除去する測光システムにおいて、暗出力の演算に光学的暗部のディジタルデータを用いることにより、温度センサ等を別に設けることなく、温度の影響も加味した有効画素部の暗出力のディジタルデータを算出し、減算することにより、正確な輝度データを得ることができる。
【００１９】
上記構成によれば、暗出力が輝度信号に対して大きくなった場合に問題となる光学的暗部と有効画素部とにおける暗出力の発生量の誤差を補正し、有効画素部における暗出力を正確に算出することによって、正確な輝度データを得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明による測光システムの実施例の構成を示すブロック図である。また図２は測光の演算に用いる有効画素部と光学的暗部（ＯＰＢ部）の範囲の一例を示す図である。図３は本発明における測光システムの暗出力の算出方法を説明するための図である。
【００２１】
図１において、固体撮像素子（ＣＣＤ）１が電荷蓄積時間Ｔの間露光され、暗出力成分を含む映像信号が固体撮像素子１から出力される。この出力信号はＣＤＳ回路２を通してクランプ回路３に入力される。一般的には前述したように、このクランプ回路３において暗出力を除去するために光学的暗部のレベルをクランプ回路の後に位置するＡ／Ｄコンバータ４の基準電圧に合わせているが、ここでは暗出力による電荷も存在しない空転送部の信号が出力されたタイミングでクランプパルスを入力することによって、この空転送部のレベルを基準電圧に合わせる。こうすることにより図５を用いて前述したようにクランプ回路の時定数の影響によって信号出力初期段階における信号のＤＣレベルの変動を回避することができる。ここでＡ／Ｄコンバータ４の基準電圧のレベルに対するディジタル出力値を０とすることによりＡ／Ｄコンバータ４を通して得られたディジタルデータは輝度データと暗出力の和となる。このディジタルデータを一度メモり５に保存しておく。このメモリ５からＯＰＢ部に相当する画素データを読みとり、このデータを用いて、演算装置７において有効画素部の暗出力に相当するディジタルデータ（暗出力値）を算出する。メモリ上の有効画素部のデータを読みとり、算出された暗出力値を減算器９で引くことにより輝度データを得ることができる。
【００２２】
次に、上記演算装置における暗出力の算出方法の一例を示す。
例として、図２のようにＣＣＤの有効画素部のうち、測光に用いるエリアを横方向２００画素、縦方向１２８画素とし、またＯＰＢ部のうちＯＰＢのデータとして用いるエリアを横方向１０画素、縦方向１２８画素とする。計算には測光エリア内の２００×１２８＝２５６００画素のディジタルデータの総和と、ＯＰＢエリア内の１０×１２８＝１２８０画素のディジタルデータの総和を用いる。それぞれの総和のディジタルデータをAREADATA、OPBDATA とする。
【００２３】
暗出力が有効画素部、光学的暗部を含めたＣＣＤ面上で均等に発生すると仮定した場合、測光エリアの積算データAREADATAのうち暗出力の量に相当するディジタルデータ（有効画素部の暗出力データ）は単純にＯＰＢエリアの積算データOPBDATA に、測光エリアとＯＰＢエリアの画素数（積算データ数）の比を掛けることで求められる。
【００２４】
0003642666.tif 000002
縦段数積分を行う場合は、複数ラインの電荷がアナログ的に積算され出力されるのでＡ／Ｄ変換器を通して出力されるディジタルデータ数は少なくなる。例えば８段積分を行った場合にはＣＣＤ上の８ライン分のデータが１ライン分のディジタルデータとして出力されることになるので測光エリア１２８ラインのデータはディジタルデータとしては１６行分のみ出力されることになる。
【００２５】
このように縦段数積分を行った場合は積算データ数が積分段数に反比例するのでAREADATA及びOPBDATA の演算及び上記（１）式の演算にはこのことを加味する必要がある。
【００２６】
縦段数積分を行う際には測光エリアとＯＰＢエリアの縦方向の範囲を一致させることが望ましい。このようにすることによって任意の積分範囲、積分段数において縦方向の出力データ数は測光エリアとＯＰＢエリアとで常に等しくなるのでAREADATA内の暗出力は（２）式のように、OPBDATA と測光エリア及びＯＰＢエリアの横方向画素数のみによって求められ、積分段数を考慮する必要がなくなる。
0003642666.tif 000003
ところで、前述したようにＯＰＢ部の出力と有効画素部の暗出力は一般的に異なるのでこの影響を補正する必要がある。
【００２７】
ＯＰＢ部の出力と有効画素部の暗出力の発生量は異なるが図３のように両者は比例関係にある。これは実測に基づくものである。この比例定数は撮像素子によってばらつきがあるので、この比例定数を予め測定しておき、補正値としてＥ２ＰＲＯＭ等の記憶手段に保存しておく。この補正値をＨとおくと、（２）式は（３）式のようになる。
【００２８】
有効画素部暗出力データ  ＝  Ｈ× 20 × OPBDATA          ・・・（３）
このようにして演算装置７で算出された有効画素部暗出力データを、メモリ５から読み出したAREADATA（有効画素部データ）を減算器９で引くことにより、正確な輝度データを得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、汎用の固体撮像素子を用いて電荷蓄積及び信号出力を断続的に行う測光システムにおいて問題となるクランプ回路の時定数の影響の除去と、任意の蓄積時間、積分段数によって変化する暗出力の除去を行う測光システムにおいて、暗出力の演算に光学的暗部のディジタルデータを用いることにより、温度センサ等を別に設けることなく、温度の影響も加味した暗出力を算出し、減算することにより、正確な輝度データを得ることができる。
【００３０】
また、入射光の強さに応じたディジタルデータと、光学的暗部のディジタルデータは予め指定した受光素子の有効画素部と光学的暗部の任意の画素範囲内に存在する複数の画素のディジタルデータの積算値を使用し、有効画素部と光学的暗部における垂直方向の指定画素範囲を同一にすることによって、有効画素部暗出力データを算出する際、縦段数積分を行った場合の計算を簡素化することができる。
【００３１】
また、光学的暗部における暗出力の発生量と有効画素部における暗出力の発生量の比を予め補正値としてもち、有効画素部の暗出力データは、光学的暗部のディジタルデータに前記補正値を加味することによって算出し、暗出力が輝度信号に対して大きくなった場合に問題となる光学的暗部と有効画素部とにおける暗出力の発生量の誤差を補正し、有効画素部における暗出力を正確に算出することによって、正確な輝度データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における測光システムの実施例の構成を示すブロック図
【図２】測光の演算に用いる有効画素部とＯＰＢ部の範囲の例を示す図
【図３】本発明における測光はシステムの暗出力の算出方法を説明する図
【図４】従来の光学的暗部をクランプすることを説明する図
【図５】本発明に用いられる空転送部のクランプを説明する図
【符号の説明】
１  固体撮像素子（ＣＣＤ）
２  ＣＤＳ回路
３  クランプ回路
４  Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
５  メモリ
６  ＣＣＤ制御回路
７  演算装置
８  Ｅ２ＰＲＯＭ
９  減算器
【図１】
0003642666.tif 000004
【図２】
0003642666.tif 000005
【図３】
0003642666.tif 000006
【図４】
0003642666.tif 000007
【図５】
0003642666.tif 000008