(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色の色フィルタを透過して入射された光を光電変換する全画素読み出し方式の固体撮像素子より、垂直方向の画素の信号電荷を混合することなく転送して出力された画素信号のうち、注目画素を含む複数の画素の画素信号から擬似的な輝度信号を生成する生成手段と、
前記擬似的な輝度信号としきい値とを比較し、前記擬似的な輝度信号が前記しきい値を越えたときに、それらの差の値に応じた値で、かつ、設定したゲインカーブに従ったゲイン係数値を、飽和を示す飽和検出信号として出力する比較手段と
を有することを特徴とする輝度信号画素レベル飽和検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は輝度信号画素レベル飽和検出回路に係り、特に全画素読み出し方式の固体撮像素子を用いた撮像装置における輝度信号の画素レベル飽和を検出する輝度信号画素レベル飽和検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、全画素読み出し方式の固体撮像素子を用いた撮像装置が知られている（例えば、特開平５−３０４６７８号公報）。
【０００３】
図７はこの全画素読み出し方式の固体撮像素子を用いた撮像装置の一例の概略構成図を示す。同図において、固体撮像素子として電荷転送素子（ＣＣＤ）を用いたＣＣＤ撮像素子の撮像領域３１には、２次元配列された複数の画素をそれぞれ構成し、図示しない色フィルタを通して入射した光を光電変換して信号電荷を蓄積する複数のフォトセンサ３２と、これらの複数のフォトセンサ３２のうち各列のフォトセンサ３２からの信号電荷をそれぞれ垂直方向に転送する複数の垂直転送ＣＣＤ３３とが設けられている。
【０００４】
垂直転送ＣＣＤ３３は、各画素からの信号電荷を混合することなく垂直転送して、並列に配置された２本の水平転送ＣＣＤ３４及び３５にそれぞれ２ライン分ずつ転送する。これら２本の水平転送ＣＣＤ３４及び３５への信号電荷の振り分けは、振り分け転送ゲート３６によってライン単位で行われる。水平転送ＣＣＤ３４及び３５は２相駆動され、垂直転送ＣＣＤ３３からの信号電荷を水平転送して出力部３７、３８に供給し、これより点順次の２チャンネルの画素信号として出力させる。
【０００５】
このように、この全画素読み出し方式の固体撮像素子を用いた撮像装置では、１フィールド期間で全画素を独立に読み出し、転送を行う（１水平ブランキング期間内で２回垂直転送を行う）。
【０００６】
ここで、上記の全画素読み出し方式の固体撮像素子の撮像領域３１の入射光側に色フィルタとして、図８に示すように、水平方向２画素、垂直方向２画素の４画素を基本単位とし、１行目には白色光を透過する色フィルタ部Ｗと緑色光を透過する色フィルタ部Ｇを１画素ピッチ毎に交互に配置し、２行目にはシアン光を透過する色フィルタ部Ｃｙと黄色光を透過する色フィルタ部Ｙｅを１画素ピッチ毎に交互に配置した構成のものを使用した場合、第１フィールド（Ａフィールド）では、色フィルタ部ＷとＧを透過した白色光の信号成分ｗと緑色光の信号成分ｇとの和の信号成分ｗ＋ｇにより輝度信号が得られる。
【０００７】
また、第２フィールド（Ｂフィールド）では、色フィルタ部ＣｙとＹｅを透過したシアン光の信号成分ｃｙと黄色光の信号成分ｙｅとの和の信号成分ｃｙ＋ｙｅにより輝度信号が得られる。すなわち、輝度信号は、第１フィールドではｗ＋ｇ＝ｒ＋２ｇ＋ｂであり（ただし、ｒ、ｇ及びｂはそれぞれ赤色光信号成分、緑色光信号成分及び青色光信号成分）、また、第２フィールドではｃｙ＋ｙｅ＝ｒ＋２ｇ＋ｂと、いずれも同一の信号成分から構成されるので、通常は問題はない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の４つの色フィルタ部Ｗ、Ｇ、Ｃｙ及びＹｅのそれぞれの、入射光の強度とその色フィルタ部を透過した光をＣＣＤ撮像素子により光電変換して得られた信号レベル（以下、これを単に出力レベルともいう）との関係は、図９に示すように、それぞれ同一ではなく、出力レベルが飽和する飽和レベルＩに達するときの入射光強度が異なる。
【０００９】
すなわち、図９にＷ、Ｇ、Ｃｙ及びＹｅで示す４つの色フィルタ部Ｗ、Ｇ、Ｃｙ及びＹｅの入射光対出力レベル特性のうち、Ｗ、Ｙｅ、Ｃｙ、Ｇの順、若しくはＷ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｇの順で飽和し易いため、輝度信号がｗ＋ｇで表される第１フィールドの場合は、色フィルタ部Ｗを透過した入射光に対する撮像素子出力信号ｗが飽和した後は一定値となり、それ以上の入射光強度では色フィルタ部Ｇを透過した入射光に対する撮像素子出力信号ｇのみの増加となる。従って、図９と図９の要部拡大図である図１０にIIで示す理想輝度信号の特性に対し、図１０にＷ＋Ｇで示すような輝度信号特性が得られる。
【００１０】
一方、輝度信号がｙｅ＋ｃｙで表される第２フィールドの場合は、色フィルタ部Ｙｅを透過した入射光に対する撮像素子出力信号ｙｅが飽和した後は一定値となり、それ以上の入射光強度では色フィルタ部Ｃｙを透過した入射光に対する撮像素子出力信号ｃｙのみの増加となる。従って、理想輝度信号の特性IIに対し、図１０にＹｅ＋Ｃｙで示すような輝度信号特性が得られる。
【００１１】
従って、上記の４つの色フィルタ部Ｗ、Ｇ、Ｃｙ及びＹｅをそれぞれ透過した入射光に対する撮像素子出力信号のうち、どれか一つでも飽和するような場合は、第１フィールドと第２フィールドとで輝度信号のバランスが崩れ、フィールド間のレベル差が輝度信号のフリッカとなって発生する。また、パソコン用モニタなどのノンインターレース方式ではラインクローリングが生じる。図９及び図１０にIIIで示す領域がこの輝度フリッカ等が発生する飽和領域である。
【００１２】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、全画素読み出し方式の固体撮像素子を用いた撮像装置において、輝度フリッカが発生する画素信号の飽和レベルを検出し、もって輝度フリッカを抑圧させ得る輝度信号画素レベル飽和検出回路を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は複数色の色フィルタを透過して入射された光を光電変換する全画素読み出し方式の固体撮像素子より、垂直方向の画素の信号電荷を混合することなく転送して出力された画素信号のうち、注目画素を含む複数の画素の画素信号から擬似的な輝度信号を生成する生成手段と、擬似的な輝度信号としきい値とを比較し、前記擬似的な輝度信号が前記しきい値を越えたときに、それらの差の値に応じた値で、かつ、設定したゲインカーブに従ったゲイン係数値を、飽和を示す飽和検出信号として出力する比較手段とを有する構成としたものである。
【００１５】
本発明では、全画素読み出し撮像素子を使用した撮像装置において、輝度信号の画素信号レベルの飽和を検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる輝度信号画素レベル飽和検出回路の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、ＣＣＤ撮像素子１は、前記の全画素読み出し方式の固体撮像素子で、前述した図８の基本単位構成の色フィルタを透過した入射光を画素信号（撮像信号）に変換して出力する。
【００１７】
ＣＣＤ撮像素子１から並列に出力された、第１フィールドを構成する奇数ラインの画素信号と第２フィールドを構成する偶数ラインの画素信号とは、それぞれ信号処理部２に供給されてＡ／Ｄ変換その他の所定の信号処理を行われた後、リミッタ３によりビット数が制限され、例えば１０ビットの画素信号Ａ２、Ｂ２として出力され、ラインメモリ４、５を通して１０ビットの１Ｈ遅延画素信号Ａ１、Ｂ１として出力され、更にラインメモリ６、７を通して１０ビットの２Ｈ遅延画素信号Ａ０、Ｂ０として出力される。
【００１８】
また、信号処理部２から出力された第１フィールドを構成する奇数ラインの画素信号と第２フィールドを構成する偶数ラインの画素信号とは、第１の飽和検出回路８に供給され、ここで予め定められた第１のしきい値を越えたか否かを示す１ビットの飽和検出信号とされる。第１のしきい値は、前述の図９に示した飽和レベルＩよりも若干小なるレベルに設定されている。この飽和検出信号は、ＣＣＤ撮像素子１の各画素の画素信号毎に得られ、第１のしきい値以下の通常時は値が論理１で、第１のしきい値を越えている飽和検出時は値が論理０である。
【００１９】
第１の飽和検出回路８から出力された１ビットの飽和検出信号は、奇数ラインについては信号ＳＡ２、偶数ラインについては信号ＳＢ２としてそのまま第２の飽和検出回路１３に供給される。また、信号ＳＡ２、ＳＢ２はラインメモリ９、１０によりそれぞれ１Ｈ遅延されて信号ＳＡ１、ＳＢ１として第２の飽和検出回路１３に供給される。更に、信号ＳＡ１、ＳＢ１はラインメモリ１１、１２によりそれぞれ更に１Ｈ遅延されて信号ＳＡ０、ＳＢ０として第２の飽和検出回路１３に供給される。
【００２０】
第２の飽和検出回路１３は、予め定めた検出範囲を構成する複数の画素の信号レベルうち、どれか一つでもしきい値を越えたときにのみ、飽和を示す飽和検出信号を出力する。ここで、色フィルタとして図８の構成のものを使用した場合は、第２の飽和検出回路１３の入力信号ＳＡ０、ＳＢ０、ＳＡ１、ＳＢ１及びＳＡ２は、図２に示す色フィルタ部を透過した入射光に対してＣＣＤ撮像素子１から取り出された点順次の画素信号が第１のしきい値を越えたか否かを示す１ビットの第１の飽和検出信号で、図２の各フィルタ部の左から右方向へ時系列的に合成された信号である。
【００２１】
例えば、信号ＳＡ０は色フィルタ部Ｇ、Ｗ、Ｇ、Ｗ、．．．の順で透過した入射光に対するＣＣＤ撮像素子１の出力信号の第１の飽和検出信号で、奇数ラインの信号であり、信号ＳＢ０は色フィルタ部Ｙｅ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｃｙ、．．．の順で透過した入射光に対するＣＣＤ撮像素子１の出力信号の第１の飽和検出信号で、偶数ラインの信号である。
【００２２】
第２の飽和検出回路１３は、図２に示すように、斜線を付して示す注目画素に対して、注目画素のラインとその上下２ライン、注目画素を中心とする水平方向７画素の計３５画素を検出範囲とし、この検出範囲の中でどれか一つでも飽和レベルを示す第１の飽和検出信号があったときに、飽和を示す第２の飽和検出信号を出力する。具体的には、第２の飽和検出回路１３は、上記の３５画素の第１の飽和検出信号の論理積をとり、”０”のときは飽和しており、”１”のときは非飽和であることを示す第２の飽和検出信号を出力する。第２の飽和検出信号が飽和を示しているときは、図示しない混合回路により注目画素のラインとそれに隣接するラインの２ラインの画素信号の混合を行う。これにより、フィールド間でのレベル差により生じる輝度フリッカを抑圧することができる。また、画素信号レベル飽和が生じないときには、全画素読み出し方式により高い垂直解像度を確保することができる。
【００２３】
なお、前述したように、４つの色フィルタ部Ｗ、Ｇ、Ｃｙ及びＹｅのうち、色フィルタ部Ｗを透過した入射光に対する撮像素子出力信号が最も飽和し易いことを考慮し、第２の飽和検出回路１３は、色フィルタ部Ｗを透過した入射光に対する撮像素子出力信号が得られる奇数ラインの入力信号ＳＡ０、ＳＡ１及びＳＡ２のみを検出対象とし、入力信号ＳＡ１の注目画素を中心とする水平方向７画素の計２１画素を検出範囲としてもよい。
【００２４】
また、上記の検出範囲としては、図３に示すように、斜線で示す注目画素に対し、下１ライン、右１画素、すなわち、隣接する奇数ラインと偶数ラインの水平２画素の計４画素を検出範囲としてもよい。この場合は、検出範囲を広くとったときに目立つ境目が目立たなくなる。
【００２５】
次に、第２の飽和検出回路１３の他の実施の形態について説明する。上記の実施の形態では、予め定めた検出範囲を構成する複数の画素の信号レベルうち、どれか一つでもしきい値を越えたときにのみ、飽和を示す飽和検出信号を出力するように説明したが、次に説明する実施の形態では、擬似的に輝度信号を作り、この擬似輝度信号があるしきい値を越えたとき、ゲイン制御に用いる飽和検出信号を出力するものである。
【００２６】
図４はこの第２の飽和検出回路１３の他の実施の形態のブロック図を示す。同図において、第１フィールドの例えば１０ビットの画素信号Ａ１が２画素合成回路２１に供給されて水平方向に隣接する２画素の画素信号が合成される一方、第２フィールドの隣接するラインの例えば１０ビットの画素信号Ｂ１が２画素合成回路２２に供給されて水平方向に隣接する２画素の画素信号が合成される。そして、これら２画素合成回路２１及び２２の出力合成信号は加算器２３に供給されて合成される。
【００２７】
これにより、図３に示した隣接する奇数ラインと偶数ラインの２ラインの水平２画素の計４画素の撮像素子出力信号ｗ、ｇ、ｃｙ及びｙｅを加算して得られた、擬似的な輝度信号Ｙｇ（＝ｗ＋ｇ＋ｃｙ＋ｙｅ）が加算器２３より取り出される。加算器２３から出力された擬似的な輝度信号Ｙｇは、比較回路２４に供給されてしきい値Ｓと比較され、ここでしきい値Ｓを越えたか否か、越えた場合はどれだけ越えたかの比較結果が係数補正回路２５に供給される。
【００２８】
図５は擬似輝度信号Ｙｇが画素信号飽和により、どのように変化するかを示す図である。図３に示した水平方向及び垂直方向各２画素の計４画素の撮像素子出力信号のうち、しきい値Ｓを越えた画素数が多いほど、図５に示すように擬似輝度信号Ｙｇが大きくなり、上記の４画素の撮像素子出力信号がすべてしきい値Ｓを越えたときに最大値になる。
【００２９】
係数補正回路２５は、比較回路２４の比較結果がしきい値Ｓ以下であることを示しているときには、混合比１の飽和検出信号を出力し、比較結果がしきい値Ｓより大であることを示しているときには、外部から入力された傾き設定値ｎに基づくゲインカーブの傾きに従って、比較結果に応じた値の飽和検出信号を出力する。この飽和検出信号が供給されるゲイン制御回路（図示せず）は、飽和検出信号の値に従って、注目ラインとそれに隣接するラインの２ライン画素信号の混合比を可変制御して出力する。
【００３０】
上記のゲインカーブの傾きは、図６に示すように、傾き設定値ｎが０〜７のうち、大きいほど傾きが緩やかになり、例えば８×（１／２n ）で表される。図６の縦軸は、隣接する奇数ラインと偶数ラインの２ラインの撮像素子出力信号の混合比を表しており、同じ傾きでも図３に示した水平方向及び垂直方向各２画素の計４画素の撮像素子出力信号のうち、しきい値Ｓを越えた画素数が多いほど混合比が小さくなり（注目ラインに隣接するラインの撮像素子出力信号の混合割合が大きくなり）、上記の４画素の撮像素子出力信号がすべてしきい値Ｓを越えたときは、上記のゲイン制御回路において隣接する奇数ラインと偶数ラインの２ラインの撮像素子出力信号がそれぞれ０．５ずつ混合される（混合比が最小となる）。なお、前記の比較結果がしきい値Ｓよりも小であるときは、上記のゲイン制御回路は注目ラインの撮像素子出力信号のみを出力させる（混合比１）。
【００３１】
このようにして、この実施の形態では、画素信号レベル飽和時に発生する輝度フリッカのみを軽減でき、それ以外では全画素読み出し方式による高い垂直解像度を確保できる。また、ダイナミックレンジの狭い色フィルタ部を使うと、画素信号レベルの飽和が早く発生するが、飽和検出によりそれによる不具合の対応が可能になり、感度の良い補色フィルタを用いて、ライン混合しない輝度処理ができる。
【００３２】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば色フィルタの構成は図８に限定されるものではなく、例えば図８の色フィルタ部Ｗに代えてマゼンタ光を透過する色フィルタ部Ｍｇを設けた色フィルタでもよく、更には色フィルタ部Ｇ、Ｃｙ及びＹｅの３種類の色フィルタ部からなる色フィルタを用いることもできる。これらの色フィルタ使用時は、画素信号レベルの飽和が最も早く発生する色フィルタ部を透過した入射光に対する撮像素子出力信号に応じて前記しきい値を決定することとなる。
【００３３】
また、検出範囲は水平方向及び垂直方向の２次元範囲に限定されるものではなく、水平方向の複数画素あるいは垂直方向の複数画素だけでもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、全画素読み出し撮像素子を使用した撮像装置において、輝度信号の画素信号レベルの飽和を検出するようにしたため、全画素読み出し方式による高い垂直解像度を確保しつつ、飽和時に発生する輝度フリッカのみを軽減できる。
【００３５】
また、本発明によれば、輝度信号の画素信号レベルの飽和を検出するようにしたため、輝度フリッカの対応が可能になり、感度の良い補色フィルタを用いてライン混合しない輝度処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１の第２の飽和検出回路の検出範囲の一例を示す図である。
【図３】図１の第２の飽和検出回路の検出範囲の他の例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図５】図４で用いる擬似輝度信号と入射光強度との関係を示す図である。
【図６】図４の要部の動作を説明する特性図である。
【図７】全画素読み出し撮像素子の一例を説明する図である。
【図８】色フィルタの一例の基本単位を示す図である。
【図９】図８の色フィルタを使用した時の入射光と固体撮像素子出力信号との関係を示す図である。
【図１０】図９の要部拡大図である。
【符号の説明】
１  ＣＣＤ撮像素子
２  信号処理部
３  リミッタ
４〜７、９〜１２  ラインメモリ
８  第１の飽和検出回路
１３  第２の飽和検出回路
２１、２２  ２画素合成回路
２３  加算器
２４  比較回路
２５  係数補正回路
３１  撮像領域
３２  フォトセンサ
３３  垂直転送ＣＣＤ
３４、３５  水平転送ＣＣＤ
【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】
0003674277.tif 000008
【図８】
0003674277.tif 000009
【図９】
0003674277.tif 000010
【図１０】
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