(57)【要約】【課題】    簡単な構成で、独立したクリップ回路を新設することなくクリップ制御処理が実現できる撮像装置の駆動方法及びその駆動方法を提供することである。【解決手段】    光を取込むレンズと、レンズを介して受光した光を電荷に変換する光電変換部、及び、該光電変換部から電荷を取出して蓄積し、その際に蓄積した電荷の一部をリリースし、残った電荷に対応した信号を撮像信号として出力する電荷検出部を含む撮像素子と、撮像信号に対し所定の処理を行うことにより制御基本信号及び映像信号を生成する信号処理ユニットと、信号処理ユニットからの制御基本信号を受信して、当該制御基本信号が予め設定されたクリップ基準値より小さい場合には電荷のリリース量を少なくするクリップ制御信号を生成し、制御基本信号がクリップ基準値より大きい場合には電荷のリリース量を増大させるクリップ制御信号を生成して撮像素子を駆動するクリップ制御処理を行う制御駆動ユニットと、信号処理ユニットからの映像信号を受信して映像を出力する映像出力回路と、を備える。【選択図】    図１
2014120955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を取込むレンズと、
前記レンズを介して受光した光を電荷に変換する光電変換部、及び、該光電変換部から前記電荷を取出して蓄積し、その際に蓄積した前記電荷の一部をリリースし、残った前記電荷に対応した信号を撮像信号として出力する電荷検出部を含む撮像素子と、
前記撮像信号に対し所定の処理を行うことにより制御基本信号及び映像信号を生成する信号処理ユニットと、
前記信号処理ユニットからの前記制御基本信号を受信して、当該制御基本信号が予め設定されたクリップ基準値より小さい場合には前記電荷のリリース量を少なくする前記クリップ制御信号を生成し、前記制御基本信号が前記クリップ基準値より大きい場合には前記電荷のリリース量を増大させる前記クリップ制御信号を生成して前記撮像素子を駆動するクリップ制御処理を行う制御駆動ユニットと、
前記信号処理ユニットからの前記映像信号を受信して映像を出力する映像出力回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記信号処理ユニットは、
前記撮像信号を増幅し、増幅されたアナログの信号を増幅信号として出力する増幅回路と、
前記増幅信号をデジタルの増幅信号に変換するＡＤ変換部と、
デジタルの前記増幅信号に対して所定のデジタル信号処理を行うことにより前記映像信号を生成するデジタル信号処理部と、を含み、
前記制御駆動ユニットは、前記映像信号を前記制御基本信号として受信して、該制御基本信号に基づき前記クリップ制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記信号処理ユニットは、
前記撮像信号を増幅し、増幅されたアナログの信号を増幅信号として出力する増幅回路と、
前記増幅信号をデジタルの増幅信号に変換するＡＤ変換部と、
デジタルの前記増幅信号に対して所定のデジタル信号処理を行うことにより前記映像信号を生成するデジタル信号処理部と、を備え、
前記制御駆動ユニットは、前記増幅信号を前記制御基本信号として受信して、該制御基本信号に基づき前記クリップ制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の撮像装置であって、
前記増幅回路は、
ゲインが固定の固定ゲイン増幅部と、
ゲイン制御信号を受信して、当該ゲイン制御信号により指定されたゲインで増幅する可変ゲイン増幅部と、を備えて、
前記制御駆動ユニットは、
前記デジタル信号処理部から受信した前記映像信号に基づき前記レンズを介して受光された光量に応じて前記可変ゲイン増幅部のゲインを指示する前記ゲイン制御信号を生成するゲイン制御処理、前記レンズの絞り量を指示するアイリス制御信号を生成するアイリス制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置であって、
前記制御駆動ユニットは、前記ゲイン制御処理を行う際に、現在の設定ゲインが最小か否かを判断し、最小でない場合には、ゲインを大きくすることを指示する前記ゲイン制御信号を生成し、最小の場合には前記アイリス制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４に記載の撮像装置であって、
前記制御駆動ユニットは、前記アイリス制御処理を行う際に、前記レンズの現在の絞り量が最大か否かを判断し、最大でない場合には、絞を開くことを指示する前記アイリス制御信号を生成し、最大の場合には前記ゲイン制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
レンズを介して受光した光を電荷に変換する手順と、
前記電荷の一部をリリースし、残った前記電荷に対応した信号を撮像信号として出力する手順と、
前記撮像信号に対し所定の処理を行うことにより制御基本信号及び映像信号を生成する信号処理手順と、
前記制御基本信号が予め設定されたクリップ基準値より小さい場合には前記電荷のリリース量を少なくする前記クリップ制御信号を生成し、前記制御基本信号が前記クリップ基準値より大きい場合には前記電荷のリリース量を増大させる前記クリップ制御信号を生成するクリップ制御処理を行う制御駆動手順と、
を含むことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記信号処理手順は、
前記撮像信号を増幅し、増幅されたアナログの信号を増幅信号として出力する増幅手順と、
前記増幅信号をデジタルの増幅信号に変換するＡＤ変換手順と、
デジタルの前記増幅信号に対して所定のデジタル信号処理を行うことにより前記映像信号を生成するデジタル信号処理手順と、を含み、
前記制御駆動手順は、前記制御基本信号として受信された前記映像信号に基づき前記クリップ制御処理を行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
請求項７に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記信号処理手順は、
前記撮像信号を増幅し、増幅されたアナログの信号を増幅信号として出力する増幅手順と、
前記増幅信号をデジタルの増幅信号に変換するＡＤ変換手順と、
デジタルの前記増幅信号に対して所定のデジタル信号処理を行うことにより前記映像信号を生成するデジタル信号処理手順と、を含み、
前記制御駆動手順は、前記制御基本信号として受信された前記増幅信号に基づき前記クリップ制御処理を行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記増幅手順は、固定のゲインで増幅する固定ゲイン増幅手順と、ゲイン制御信号により指定されたゲインで増幅する可変ゲイン増幅手順と、を含み、
前記制御駆動手順は、前前記映像信号に基づき前記レンズを介して受光された光量に応じて前記ゲイン制御信号を生成する手順と、前記レンズの絞り量を制御するアイリス制御信号を生成する手順と、を含むことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は階調性の高い画像表現を可能にするため、ダイナミックレンジ（飽和信号量）を可能な限り大きくするように設計されている。
【０００３】
そして、ＴＶカメラ等においては、レンズの絞りにより受光量を調整し、また増幅回路におけるゲインを調整することで、ダイナミックレンジ内で階調性の高い映像が撮像できるようにしている。
【０００４】
かかる方法は撮像画像に極端な明暗の差が無い場合には、ダイナミックレンジを大きくすることは有用であるが、街灯が点灯した夜間景色等のように明暗の差が極端に激しい場合には、高輝度側の信号レベルが過大となり、後段側の増幅回路において信号が飽和する等の不都合が生じることがある。このような場合は、高輝度の被写体の右側にストリーキングと呼ばれる画像妨害が発生し、再生画像を著しく劣化させてしまう。
【０００５】
そこで、特開２０１０−５１０２９号公報において、被写体の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、撮像手段の出力振幅を制限するクリップ手段と、クリップ手段により振幅を制限された画像信号を増幅する増幅手段と、増幅手段により増幅された画像信号をデジタル信号に変換するＡＤ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換手段と、を備えた画像処理装置が提案されている。
【０００６】
そして、外部からの制御信号に基づいて、感度に応じたクリップレベルがクリップ手段に設定されると共に、感度に応じたゲインが増幅手段に設定されることで、上述した信号が飽和するといった不都合に対処している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５１０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特開２０１０−５１０２９号公報にかかる構成においては、クリップ回路を新たに追設する必要があり、今日のように製品に対する安価、かつ、小型化の要望を満たすことが困難であった。
【０００９】
また、撮像装置が撮像素子としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いている場合には、この撮像素子からの撮像信号は振幅変調されていることが多い。しかし、このような信号に対してクリップ処理を行うためには、クリップ回路は広帯域特性を持つことが要求され、高価になる問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の主目的は、簡単な構成で、独立したクリップ回路を新設することなくクリップ処理が実現できる撮像装置及びその駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、撮像装置に係る発明は、光を取込むレンズと、レンズを介して受光した光を電荷に変換する光電変換部、及び、該光電変換部から電荷を取出して蓄積し、その際に蓄積した電荷の一部をリリースし、残った電荷に対応した信号を撮像信号として出力する電荷検出部を含む撮像素子と、撮像信号に対し所定の処理を行うことにより制御基本信号及び映像信号を生成する信号処理ユニットと、信号処理ユニットからの制御基本信号を受信して、当該制御基本信号が予め設定されたクリップ基準値より小さい場合には電荷のリリース量を少なくするクリップ制御信号を生成し、制御基本信号がクリップ基準値より大きい場合には電荷のリリース量を増大させるクリップ制御信号を生成して撮像素子を駆動するクリップ制御処理を行う制御駆動ユニットと、信号処理ユニットからの映像信号を受信して映像を出力する映像出力回路と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、撮像装置の駆動方法に係る発明は、レンズを介して受光した光を電荷に変換する手順と、電荷の一部をリリースし、残った電荷に対応した信号を撮像信号として出力する手順と、撮像信号に対し所定の処理を行うことにより制御基本信号及び映像信号を生成する信号処理手順と、制御基本信号が予め設定されたクリップ基準値より小さい場合には電荷のリリース量を少なくするクリップ制御信号を生成し、制御基本信号がクリップ基準値より大きい場合には電荷のリリース量を増大させるクリップ制御信号を生成するクリップ制御処理を行う制御駆動手順と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、既存の撮像素子における電荷の取りだし量を制御するので、簡単な構成で、独立したクリップ回路を新設することなくクリップ制御処理が実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態にかかる撮像装置のブロック図である。
【図２】クリップ制御処理の動作を説明する図で、（ａ）は電荷検出部の断面図、（ｂ）は電荷を水平ＣＣＤ部から電荷検出部に転送前のポテンシャル分布を示す図、（ｃ）は電荷を水平ＣＣＤ部から電荷検出部に転送している最中のポテンシャル分布を示す図、（ｄ）はクリップレベルを下げたときのポテンシャル分布を示す図である。
【図３】制御回路における制御手順を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態にかかる撮影素子の動作説明図で、（ａ）は撮像素子の断面構造を示す図、（ｂ）は電荷の転送前のポテンシャル分布を示す図、（ｃ）は電荷の転送中のポテンシャル分布を示す図、（ｅ）はクリップレベルを上げたときのポテンシャル分布を示す図である。
【図５】第３実施形態にかかる撮像装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態にかかる撮像装置２Ａのブロック図である。この撮像装置２Ａは、レンズ１１、撮像素子１２、ノイズ除去回路１３、信号処理ユニット１８、映像出力回路２０、制御駆動ユニット２５を備える。信号処理ユニット１８は、固定ゲイン増幅部１４ａと可変ゲイン増幅部１４ｂとを含む増幅回路１４、画像処理部１５ａとクリップ部１５ｂを含む前処理回路１５、ＡＤ変換部１６、デジタル信号処理部１７を備えている。制御駆動ユニット２５は、制御回路２１、タイミング生成回路２２、駆動波形生成回路２３を備える。
【００１７】
レンズ１１は、制御回路２１からのアイリス制御信号Ｇ１に基づき絞り度を制御して、撮影対象を撮像素子１２に結像する。
【００１８】
撮像素子１２は、入射した光を電荷に変換する光電変換部１２ａ、光電変換部１２ａで取得された電荷を取出す電荷検出部１２ｂを含んでいる。なお、光電変換部１２ａには図示しない光電部、垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部等が設けられている。
【００１９】
そして、光電変換部１２ａは、駆動波形生成回路２３からの駆動信号Ｇ５に同期してレンズ１１により結像された光を光電変換して、電荷検出部１２ｂに転送する。電荷検出部１２ｂは転送された電荷を検出して撮像信号Ｇ７として出力する。このとき、電荷検出部１２ｂは、クリップ制御信号Ｇ６に基づき、伝送されてきた電荷量を制御する（クリップ制御処理）。このクリップ制御処理の詳細については後述する。
【００２０】
ノイズ除去回路１３は、撮像素子１２からの撮像信号Ｇ７に含まれる増幅部雑音やリセット雑音等のノイズを除去する。このようなノイズ除去回路１３として、例えばＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路等の適用が可能である。
【００２１】
増幅回路１４の固定ゲイン増幅部１４ａは、予め設定されたゲイン（固定ゲイン）で撮像信号Ｇ７を増幅する。可変ゲイン増幅部１４ｂは、固定ゲイン増幅部１４ａからの撮像信号Ｇ７を制御回路２１からのゲイン制御信号Ｇ３に従ったゲインで増幅する。
【００２２】
信号前処理回路１５の画像処理部１５ａは、増幅回路１４からの撮影信号を変換してビデオ信号を出力する。クリップ部１５ｂは、ビデオ信号に含まれる過大に大きな信号成分をカットする。
【００２３】
ＡＤ変換部１６は、クリップ部１５ｂからのビデオ信号がアナログ信号であるので、これをデジタル信号に変換する。そして、デジタル信号処理部１７はデジタル信号のビデオ信号に対して所定の信号処理を行い、これを映像信号として映像出力回路２０及び制御回路２１に出力する。以下、デジタル信号処理部１７から制御回路２１に出力される映像信号Ｇ８が制御基本信号となる。
【００２４】
制御回路２１は、クリップレベル制御処理，アイリス制御処理、ゲイン制御処理を行う。なお、これらクリップレベル制御処理，アイリス制御処理、ゲイン制御処理は、実行される優先度が異なっている。
【００２５】
クリップレベル制御処理は、映像信号に基づき振幅の最大値（信号レベル最大値）を検出して、予め設定されたクリップ基準値とのレベル比較を行い、その比較結果を後述するリセットゲートの電位を制御するクリップレベル制御信号Ｇ２として駆動波形生成回路２３を介して電荷検出部１２ｂに出力する処理である。
【００２６】
また、アイリス制御処理は、映像信号に基づき光電変換部１２ａで受光された光量の最大値（光量最大値）を検出し、予め設定された光量基準値との比較を行い、その比較結果をレンズ１１の絞り量を制御するアイリス制御信号Ｇ１として出力する処理である。
【００２７】
さらに、ゲイン制御処理は、光量最大値と光量基準値との比較結果に基づき可変ゲイン増幅部１４ｂのゲインを制御するゲイン制御信号Ｇ３として可変ゲイン増幅部１４ｂに出力する処理である。
【００２８】
タイミング生成回路２２は、所定のクロック周波数の信号をタイミング信号Ｇ４として駆動波形生成回路２３に出力する。
【００２９】
駆動波形生成回路２３は、タイミング生成回路２２からのタイミング信号Ｇ４に同期して駆動信号Ｇ５を生成して、出力する。このとき、制御回路２１からのクリップレベル制御信号Ｇ２に基づきクリップレベルを制御するクリップ制御信号Ｇ６を出力する。
【００３０】
次に、クリップ制御処理の動作を、図２を参照して説明する。図２（ａ）は電荷検出部１２ｂの断面図、図２（ｂ）は電荷を水平ＣＣＤ部から電荷検出部１２ｂに転送前のポテンシャル分布を示す図、図２（ｃ）は電荷を水平ＣＣＤ部から電荷検出部１２ｂに転送している最中のポテンシャル分布を示す図、図２（ｄ）はクリップレベルを下げたときのポテンシャル分布を示す図である。
【００３１】
電荷検出部１２ｂは、電荷検出トランジスタ３０、増幅部３１を備えている。この電荷検出トランジスタ３０は、Ｐ型Ｓｉ基板に形成されたＮ＋接合領域のリセットドレイン接合層（ＲＤ接合層）３０ａ、同じくＮ＋接合領域のフローティングディフュージョン接合層（ＦＤ接合層）３０ｃ、これらの間に形成されたリセットゲート３０ｂを備えたＭＯＳＦＥＴ構造となっている。
【００３２】
なお、以下の説明においては、リセットゲート３０ｂの下のＳｉ層をクリップ層３０ｄと記載する。さらに、ＲＤ接合層３０ａの電位をＶＲＤ、ＦＤ接合層３０ｃの電位をＶＦＤ、リセットゲート３０ｂの電位をＶＲＧと記載する。
【００３３】
このような構成で、先ず、リセットゲート３０ｂの電位を上げて、クリップ層３０ｄを反転状態にする。これにより、ＲＤ接合層３０ａとＦＤ接合層３０ｃとは導通状態となり、ＦＤ接合層３０ｃに不要の電荷が蓄積されている場合には、この電荷がＲＤ接合層３０ａに流れて除かれる（図２（ｂ）参照）。
【００３４】
次に、リセットゲート３０ｂの電位ＶＲＧを下げて、クリップ層３０ｄをデプレッション状態にする。その後、光電変換部１２ａにおける水平ＣＣＤ部の出力ゲート３１の電位を上げる（出力ゲート３１の下のＳｉ層のポテンシャルが下がる）。これにより、転送されてきた電荷Ｑａは、水平ＣＣＤ部からＦＤ接合層３０ｃに流れ、このＦＤ接合層３０ｃで蓄積される（図２（ｃ）参照）。
【００３５】
撮像素子１２から出力される撮像信号Ｇ７は、このＦＤ接合層３０ｃに蓄積された電荷量に依存した信号である。このＦＤ接合層３０ｃとＲＤ接合層３０ａとは、クリップ層３０ｄのポテンシャルにより隔てられている。即ち、クリップ層３０ｄのポテンシャルは、ＦＤ接合層３０ｃとＲＤ接合層３０ａとを隔てるバリアとして機能している。
【００３６】
従って、ＦＤ接合層３０ｃに蓄積された電荷によるポテンシャルが、クリップ層３０ｄのポテンシャルより高くなれば、その差分に相当する電荷がＲＤ接合層３０ａに流れることになる。このことは、クリップ層３０ｄのポテンシャルを制御することにより、ＦＤ接合層３０ｃに流れ込んだ電荷の一部をＲＤ接合層３０ａに逃し、他の電荷を撮像信号Ｇ７として取出すことができることを意味している。
【００３７】
先にも述べたように、撮像素子１２から出力される撮像信号Ｇ７は、このＦＤ接合層３０ｃに蓄積された電荷による信号である。そこで、制御回路２１は、デジタル信号処理部１７からの映像信号の信号レベル最大値を検出して、その信号レベル最大値から高輝度側の撮像信号Ｇ７の信号レベルが過大であるか否かを判断する。撮像信号Ｇ７の信号レベルが過大であることは、ＦＤ接合層３０ｃに蓄積された電荷が多すぎることを意味する。
【００３８】
信号レベルが過大と判断した場合、制御回路２１は、リセットゲート３０ｂの電位ＶＲＧを上げる。これにより、クリップ層３０ｄのポテンシャルが下がり、このポテンシャルを超える電位に対応した電荷が、ＲＤ接合層３０ａ３０に流れるようになる（図２（ｄ）参照）。従って、ＦＤ接合層３０ｃに蓄積される電荷量が少なくなるため、高輝度側の信号レベルが過大になることが防止できる。
【００３９】
逆に、高輝度側の信号レベルが過小の場合には、クリップ層３０ｄのポテンシャルが上げられてＦＤ接合層３０ｃに蓄積される電荷量を増やす。
【００４０】
次に、制御回路２１における制御を詳細に説明する。図３は、制御回路２１における制御手順を示したフローチャートである。
【００４１】
ステップＳ１，Ｓ２：  先ず、映像信号が映像信号としてデジタル信号処理部１７から制御回路２１に入力する。制御回路２１は、映像信号に基づき光量の最大値（光量最大値Ｍ）を検出する。そして、制御回路２１は、光量最大値Ｍが予め設定された光量基準値Ｍ１より大きいか（Ｍ≧Ｍ１）否かを判断する。
【００４２】
ステップＳ３，Ｓ４：  光量最大値Ｍが予め設定された光量基準値Ｍ１より大きい場合、制御回路２１は可変ゲイン増幅部１４ｂの設定が最小か否かを判断する。この判断により、可変ゲイン増幅部１４ｂにおける現在のゲインが最小でない場合にはステップＳ４に進み、ゲインを下げるようなゲイン制御信号Ｇ３を生成して、可変ゲイン増幅部１４ｂに出力する。一方、可変ゲイン増幅部１４ｂにおける現在の設定が最小の場合は、ステップＳ５に進む。
【００４３】
ステップＳ５，Ｓ６：  可変ゲイン増幅部１４ｂのゲインが最小の場合、制御回路２１はレンズ１１の絞りが最小か否かを判断する。この判断の結果、絞りが最小でない場合にはステップＳ６に進み、絞りをさらに絞るようなアイリス制御信号Ｇ１を生成して、レンズ１１に出力する。一方、絞りが最小の場合にはステップＳ１１に進む。
【００４４】
ステップＳ７，Ｓ８：  制御回路２１は、ステップＳ２において光量最大値Ｍが光量基準値Ｍ１より小さい（Ｍ＜Ｍ１）と判断した場合、レンズ１１における絞りが最大か否かを判断する。絞りが最大の場合にはステップＳ９に進み、絞りが最大でない場合には、絞りを更に開けるようなアイリス制御信号Ｇ１を生成してレンズ１１に出力する。
【００４５】
ステップＳ９，Ｓ１０：  絞りが最大の場合、制御回路２１は可変ゲイン増幅部１４ｂのゲインが最大か否かを判断する。この判断により、可変ゲイン増幅部１４ｂにおける現在のゲインが最大でない場合には、ステップＳ１０に進みゲインを上げるようなゲイン制御信号Ｇ３を生成して、可変ゲイン増幅部１４ｂに出力する。一方、可変ゲイン増幅部１４ｂにおける現在のゲインが最大の場合には、ステップＳ１１に進む。
【００４６】
なお、上記説明では、Mを光量最大値として説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、画面の全体の光量平均値や、光量最大値と光量平均値の両方を加味した値を用いることも可能である。この点については、後述する各実施形態においても同様である。
【００４７】
ステップＳ１１，Ｓ１２：  レンズ１１の絞りや可変ゲイン増幅部１４ｂのゲインが調整できない場合には、制御回路２１は、最大値検出機能により、映像信号の最大値（信号レベル最大値Ｐ）を検出する。そして、信号レベル最大値Ｐが予め設定されたクリップ基準値Ｐ１より大きいか（Ｐ≧Ｐ１）否かを判断する。
【００４８】
ステップＳ１３、Ｓ１４：  そして、信号レベル最大値Ｐがクリップ基準値Ｐ１より大きい場合（Ｐ≧Ｐ１）、制御回路２１は現在のクリップレベルが最小か否かを判断する。最小の場合には処理が終了し、最小でない場合にはステップＳ１４に進み、クリップレベルを下げるようなクリップレベル制御信号Ｇ２を生成して、撮像素子１２に出力する。これにより、図２に示したようにクリップ層３０ｄのポテンシャルが下げられて、ＦＤ接合層３０ｃに蓄積される電荷量が減少する。
【００４９】
ステップＳ１５，Ｓ１６：  一方、信号レベル最大値Ｐがクリップ基準値Ｐ１より小さい場合（Ｐ＜Ｐ１）、制御回路２１は現在のクリップレベルが最大か否かを判断する。最大の場合には処理が終了し、最大でない場合にはステップＳ１６に進み、クリップレベルを上げるようなクリップレベル制御信号Ｇ２を生成して、撮像素子１２に出力する。これにより、図２に示したようにクリップ層３０ｄのポテンシャルが上げられて、ＦＤ接合層３０ｃに蓄積される電荷量が増大する。
【００５０】
なお、上記説明では、クリップ基準値Ｐ１は、予め設定された場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、ユーザが画質から判断して設定することも可能である。また、クリップレベル制御を行うか否かについても、ユーザが画質から判断して設定することも可能である。この点については、後述する各実施形態においても同様である。
【００５１】
以上説明したように、可変ゲイン増幅部等の飽和を起きる可能性のある回路に入力するアナログの撮像信号に対して、この可変ゲイン増幅部等で飽和が起きないように、事前に信号レベルを調整するので、映像品質を損なうことがなくなる。
【００５２】
特に、このような機能を既存の撮像素子における電荷検出部の動作を制御するため、新たに追加する部品が不要となり、高品質な機能を持つ撮像装置が安価に提供可能になる。
【００５３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。第１実施形態における撮像素子は、所謂ＣＣＤ型のデバイスを備えていた。これに対し、本実施形態では、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）型のイメージセンサデバイスを備える。
【００５４】
図４は、撮影素子４０の動作説明図で、図４（ａ）は撮像素子４０の断面構造を示す図、図４（ｂ）は電荷の転送前のポテンシャル分布を示す図、図４（ｃ）は電荷の転送中のポテンシャル分布を示す図、図４（ｅ）はクリップレベルを上げたときのポテンシャル分布を示す図である。
【００５５】
撮像素子４０は、光電変換部４０ａと、電荷検出部４０ｂとを含んでいる。光電変換部４０ａには、フォトダイオード４１が用いられて、入射光を電荷に変換する。電荷検出部４０ｂは、転送トランジスタ４２やリセットトランジスタ４３等を含んでいる。
【００５６】
このような構成で、電荷検出部４０ｂは、光電変換部４０ａから電荷を取出す前に、リセットトランジスタ４３をＯＮにして、ＦＤ接合層４３ａに蓄積している電荷をＲＤ接合層４３ｃに流して、初期設定を行う（図４（ａ）参照）。
【００５７】
その後、リセットゲート４３ｂの電位をクリップレベルに戻し、転送トランジスタ４２をＯＮにして光電変換部４０ａに蓄積された電荷をＦＤ接合層４３ａに流す（図４（ｃ））。
【００５８】
このとき、高輝度側の信号レベルが過大であると判断した場合、制御回路２１は、クリップ制御信号Ｇ６を出力して、リセットトランジスタ４３のリセットゲート４３ｂの電位を調整する。これによりクリップ層４３ｄのバリアが低くなり、ＦＤ接合層４３ａに蓄積された余剰の電荷がＲＤ接合層４３ｃに流れる。従って、高輝度側の信号レベルが過大になることが防止できる（図４（ｄ））。
【００５９】
以上説明したように、可変ゲイン増幅部等の飽和を起きる可能性のある回路に入力するアナログの撮像信号に対して、この可変ゲイン増幅部等で飽和が起きないように、事前に信号レベルを調整するので、映像品質を損なうことがなくなる。
【００６０】
特に、このような機能を既存の撮像素子における電荷検出部の動作を制御するため、新たに追加する部品が不要となり、高品質な機能を持つ撮像装置が安価に提供可能になる。
【００６１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【００６２】
これまで説明した各実施形態においては、デジタル信号処理部１７がＡＤ変換部１６からのアナログ−デジタル変換されたデジタル信号に基づき映像信号を出力し、制御回路２１がこの映像信号Ｇ８に基づきクリップレベル制御信号Ｇ２を生成した。これに対し、本実施形態においては、増幅回路１４における固定ゲイン増幅部１４ａからのアナログの増幅信号Ｇ９を制御基本信号とし、この増幅信号Ｇ９に基づきクリップレベル制御信号Ｇ２を生成して出力する。
【００６３】
図５は、本実施形態にかかる撮像装置２Ｂのブロック図である。制御回路２１には、固定ゲイン増幅部１４ａからのアナログ信号である増幅信号Ｇ９が入力すると共に、デジタル信号処理部１７からのデジタル信号である映像信号が入力している。
【００６４】
そして、制御回路２１は、増幅信号Ｇ９とクリップ基準値Ｐ１との比較を行う。この比較により、増幅信号Ｇ９がクリップ基準値Ｐ１より大きい場合（Ｐ≧Ｐ１）、制御回路２１はクリップ制御を行うためにリセットゲート３０ｂの電位ＶＲＧを上げるためにクリップレベル制御信号Ｇ２を駆動波形生成回路２３に出力する。
【００６５】
一方、増幅信号Ｇ９がクリップ基準値Ｐ１より小さい場合（Ｐ＜Ｐ１）、制御回路２１はクリップ制御を行うためにリセットゲート３０ｂの電位ＶＲＧを下げるためにクリップレベル制御信号Ｇ２を駆動波形生成回路２３に出力する。
【００６６】
このような処理手順は、図３におけるステップＳ１１〜ステップＳ１６と同様の手順で行われ、クリップレベル制御信号Ｇ２がアナログ信号の増幅信号Ｇ９に基づき生成される点が異なっている。無論、レンズ１１の絞りや可変ゲイン増幅部１４ｂに対する制御手順は、ステップＳ１〜ステップＳ１０と同じである。
【００６７】
このように、アナログ信号の増幅信号Ｇ９に基づきクリップレベル制御を行うことにより、デジタル信号の映像信号に基づきクリップレベル制御を行う場合に比べて、速やかにクリップレベルを調整できるようになる。
【００６８】
即ち、増幅信号Ｇ９は１画素のデータから生成されるが、映像信号はフレーム画像（複数の画素データの集合体）のデータ群から生成され、クリップ制御を行うために必要とするデータ量が異なる。従って、増幅信号Ｇ９に基づきクリップレベル制御を行う場合は、略リアルタイムに制御可能になる利点がある。
【００６９】
上記実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
＜付記１＞
光を取込むレンズと、
前記レンズを介して受光した光を電荷に変換する光電変換部、及び、該光電変換部から前記電荷を取出して蓄積し、その際に蓄積した前記電荷の一部をリリースし、残った前記電荷に対応した信号を撮像信号として出力する電荷検出部を含む撮像素子と、
前記撮像信号に対し所定の処理を行うことにより制御基本信号及び映像信号を生成する信号処理ユニットと、
前記信号処理ユニットからの前記制御基本信号を受信して、当該制御基本信号が予め設定されたクリップ基準値より小さい場合には前記電荷のリリース量を少なくする前記クリップ制御信号を生成し、前記制御基本信号が前記クリップ基準値より大きい場合には前記電荷のリリース量を増大させる前記クリップ制御信号を生成して前記撮像素子を駆動するクリップ制御処理を行う制御駆動ユニットと、
前記信号処理ユニットからの前記映像信号を受信して映像を出力する映像出力回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
＜付記２＞
付記１に記載の撮像装置であって、
前記信号処理ユニットは、
前記撮像信号を増幅し、増幅されたアナログの信号を増幅信号として出力する増幅回路と、
前記増幅信号をデジタルの増幅信号に変換するＡＤ変換部と、
デジタルの前記増幅信号に対して所定のデジタル信号処理を行うことにより前記映像信号を生成するデジタル信号処理部と、を含み、
前記制御駆動ユニットは、前記映像信号を前記制御基本信号として受信して、該制御基本信号に基づき前記クリップ制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
＜付記３＞
付記１に記載の撮像装置であって、
前記信号処理ユニットは、
前記撮像信号を増幅し、増幅されたアナログの信号を増幅信号として出力する増幅回路と、
前記増幅信号をデジタルの増幅信号に変換するＡＤ変換部と、
デジタルの前記増幅信号に対して所定のデジタル信号処理を行うことにより前記映像信号を生成するデジタル信号処理部と、を備え、
前記制御駆動ユニットは、前記増幅信号を前記制御基本信号として受信して、該制御基本信号に基づき前記クリップ制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
＜付記４＞
付記２又は３に記載の撮像装置であって、
前記増幅回路は、
ゲインが固定の固定ゲイン増幅部と、
ゲイン制御信号を受信して、当該ゲイン制御信号により指定されたゲインで増幅する可変ゲイン増幅部と、を備えて、
前記制御駆動ユニットは、
前記デジタル信号処理部から受信した前記映像信号に基づき前記レンズを介して受光された光量に応じて前記可変ゲイン増幅部のゲインを指示する前記ゲイン制御信号を生成するゲイン制御処理、前記レンズの絞り量を指示するアイリス制御信号を生成するアイリス制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
＜付記５＞
付記４に記載の撮像装置であって、
前記制御駆動ユニットは、前記ゲイン制御処理を行う際に、現在の設定ゲインが最小か否かを判断し、最小でない場合には、ゲインを大きくすることを指示する前記ゲイン制御信号を生成し、最小の場合には前記アイリス制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
＜付記６＞
付記４に記載の撮像装置であって、
前記制御駆動ユニットは、前記アイリス制御処理を行う際に、前記レンズの現在の絞り量が最大か否かを判断し、最大でない場合には、絞を開くことを指示する前記アイリス制御信号を生成し、最大の場合には前記ゲイン制御処理を行うことを特徴とする撮像装置。
＜付記７＞
付記１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記撮像素子は、ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型の固体撮像素子であることを特徴とする撮像装置。
＜付記８＞
レンズを介して受光した光を電荷に変換する手順と、
前記電荷の一部をリリースし、残った前記電荷に対応した信号を撮像信号として出力する手順と、
前記撮像信号に対し所定の処理を行うことにより制御基本信号及び映像信号を生成する信号処理手順と、
前記制御基本信号が予め設定されたクリップ基準値より小さい場合には前記電荷のリリース量を少なくする前記クリップ制御信号を生成し、前記制御基本信号が前記クリップ基準値より大きい場合には前記電荷のリリース量を増大させる前記クリップ制御信号を生成するクリップ制御処理を行う制御駆動手順と、
を含むことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
＜付記９＞
付記８に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記信号処理手順は、
前記撮像信号を増幅し、増幅されたアナログの信号を増幅信号として出力する増幅手順と、
前記増幅信号をデジタルの増幅信号に変換するＡＤ変換手順と、
デジタルの前記増幅信号に対して所定のデジタル信号処理を行うことにより前記映像信号を生成するデジタル信号処理手順と、を含み、
前記制御駆動手順は、前記制御基本信号として受信された前記映像信号に基づき前記クリップ制御処理を行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
＜付記１０＞
付記８に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記信号処理手順は、
前記撮像信号を増幅し、増幅されたアナログの信号を増幅信号として出力する増幅手順と、
前記増幅信号をデジタルの増幅信号に変換するＡＤ変換手順と、
デジタルの前記増幅信号に対して所定のデジタル信号処理を行うことにより前記映像信号を生成するデジタル信号処理手順と、を含み、
前記制御駆動手順は、前記制御基本信号として受信された前記増幅信号に基づき前記クリップ制御処理を行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
＜付記１１＞
付記９又は１０に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記増幅手順は、固定のゲインで増幅する固定ゲイン増幅手順と、ゲイン制御信号により指定されたゲインで増幅する可変ゲイン増幅手順と、を含み、
前記制御駆動手順は、前前記映像信号に基づき前記レンズを介して受光された光量に応じて前記ゲイン制御信号を生成する手順と、前記レンズの絞り量を制御するアイリス制御信号を生成する手順と、を含むことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
＜付記１２＞
付記１１に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記制御駆動手順は、
前記ゲイン制御処理を行う際に、現在の設定ゲインが最小か否かを判断し、最小でない場合には、ゲインを大きくする前記ゲイン制御信号を生成し、最小の場合には前記アイリス制御信号を生成することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
＜付記１３＞
付記１１に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記制御駆動手順は、
前記アイリス制御処理を行う際に、現在の前記レンズの絞り量が最大か否かを判断し、最大でない場合には、絞り量を大きくする前記アイリス制御信号を生成し、最大の場合には前記ゲイン制御信号を生成することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【符号の説明】
【００７０】
２    撮像装置
１１    レンズ
１２，４０    撮像素子
１２ａ，４０ａ    光電変換部
１２ｂ，４０ｂ    電荷検出部
１３    ノイズ除去回路
１４    増幅回路
１４ａ    固定ゲイン増幅部
１４ｂ    可変ゲイン増幅部
１５    信号処理回路
１５ａ    画像処理部
１５ｂ    クリップ部
１６    ＡＤ変換部
１７    デジタル信号処理部
１８    信号処理ユニット
２０    映像出力回路
２１    制御回路
２２    タイミング生成回路
２３    駆動波形生成回路
２５  制御駆動ユニット
【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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