(57)【要約】【課題】固体撮像装置において、太陽光などの強烈光が照射された場合に画像の不具合が発生することを抑制する。【解決手段】太陽光などの強烈光を直接撮像するような極めて照度が高い被写体を撮像する際に、有効画素部からの被写体画像に対応する信号（有効映像信号）とＯＢ部からのＯＢ信号とのレベル差を検出して、レベル差がないか、または一定レベル以下になった場合に、ＯＦＤ電圧設定回路９によってＯＦＤ電圧を高く設定して、フォトダイオードなどのＣＣＤ１に蓄積される電荷量を少なくすることができる。また、この条件下で、露光制御部７によって電子シャッタパルス印加時間を長くするかまたは、電子シャッタ速度をより速くして、ＣＣＤ１から信号電荷がより排出されるようにする。【選択図】図１
2008099040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基盤に設けられた固体撮像素子で光電変換された撮像信号に対して、該固体撮像素子で光電変換された黒レベル信号を基準とした映像信号を得る固体撮像装置において、
該撮像信号と該黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、必要以上の信号電荷を該固体撮像素子の光電変換素子から該基盤側へ流すためのＯＦＤ（オーバーフロードレイン）電圧をその通常設定電圧よりも所定電圧だけ高く設定するＯＦＤ電圧設定回路と、
該撮像信号と該黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、該光電変換素子から該基盤側に信号電荷を排出させる電子シャッタパルス印加時間をその通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定するか、または電子シャッタ速度を、該通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定する露光制御部とを備えた固体撮像装置。
【請求項２】
基盤に設けられた固体撮像素子で光電変換された撮像信号に対して、該固体撮像素子で光電変換された黒レベル信号を基準とした映像信号を得る固体撮像装置において、
該撮像信号と該黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、該光電変換素子から該基盤側に信号電荷を排出させる電子シャッタパルス印加時間をその通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定するか、または電子シャッタ速度を、該通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定する露光制御部を備えた固体撮像装置。
【請求項３】
基盤に設けられた固体撮像素子で光電変換された撮像信号に対して、該固体撮像素子で光電変換された黒レベル信号を基準とした映像信号を得る固体撮像装置において、
該撮像信号と該黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、必要以上の信号電荷を該固体撮像素子の光電変換素子から該基盤側へ流すためのＯＦＤ電圧をその通常設定電圧よりも所定電圧だけ高く設定するＯＦＤ電圧設定回路を備えた固体撮像装置。
【請求項４】
前記撮像信号と前記黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、最初に前記ＯＦＤ電圧設定回路によって前記ＯＦＤ電圧を前記所定電圧だけ高く設定し、次に前記露光制御部によって前記電子シャッタ印加時間を前記所定時間だけ長く設定するかまたは、前記電子シャッタ速度を前記所定速度だけ速く設定する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記ＯＦＤ電圧設定回路によって前記ＯＦＤ電圧を前記所定電圧だけ高く設定し、前記露光制御部によって前記電子シャッタ印加時間を前記所定時間だけ長く設定するかまたは、前記電子シャッタ速度を前記所定速度だけ速く設定した状態で、さらに、前記撮像信号と前記黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベルのレベル差が一定レベル以下である場合に、暗時であると判断して、該露光制御部によって該電子シャッタ印加時間を所定時間だけ短く設定するかまたは、該電子シャッタ速度を所定速度だけ遅く設定し、その後に該ＯＦＤ電圧設定回路によって該ＯＦＤ電圧を所定電圧だけ低く設定する請求項１または４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像素子は、前記光電変換素子が複数配列されて被写体画像の各画素に対応する各撮像信号が有効映像信号としてそれぞれ出力される有効画素部と、遮光部材で覆われた光電変換素子が複数配列されて光学的な黒レベルの基準として用いられる前記黒レベル信号が出力されるＯＢ（オプティカルブラック）部とを有する請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子は、前記光電変換素子から読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送する垂直転送部と、該垂直転送部からの信号電荷を水平方向に電荷転送する水平転送部と、該水平転送部からの信号電荷を撮像信号として出力する電荷検出部とをさらに有する請求項１〜３および６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記有効画素部からの有効映像信号に対して、前記ＯＢ部からの黒レベル信号を基準として得た映像信号を表示用に各種信号処理する映像信号処理部をさらに有する請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記有効映像信号および前記黒レベル信号を検波してそれらのレベル差を検出する検波回路をさらに有する請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記検波回路は、前記撮像信号と前記黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下であるか否かを検出する請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記検波回路によるレベル差の検出を受けて、前記露光制御部が、前記撮像信号と前記黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下であるか否かを検出する請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記固体撮像素子への光入射量をしぼり穴径を変化させることにより制御可能とするメカニカルアイリスをさらに有し、前記露光制御部は、前記黒レベル信号を基準として該メカニカルアイリスのしぼり穴径を制御する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
電源投入時から前記ＯＦＤ電圧設定回路により前記ＯＦＤ電圧が制御されている請求項１または３に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
電源投入時から前記露光制御部により電子シャッタ動作が制御されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記レベル差が一定レベル以下の場合、該一定レベルは任意に設定された基準出力電圧  である請求項１〜５、１０および１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記ＯＦＤ電圧を通常設定電圧値よりも所定電圧だけ高く設定する場合、該高く設定するＯＦＤ電圧を、設定可能な最大ＯＦＤ電圧とする請求項１または３に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記電子シャッタ印加時間を通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定する場合、該長く設定する電子シャッタ印加時間を、設定可能な最大電子シャッタ印加時間とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記電子シャッタ速度を通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定する場合、該速く設定する電子シャッタ速度を、設定可能な最大電子シャッタ速度とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の固体撮像装置を撮像部に用いて画像撮影が行われる電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光（被写体光）を各受光部（各画素部）で光電変換して撮像可能とする固体撮像装置および、その固体撮像装置を撮像部に用いて画像撮影が行われる監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラおよびテレビジョン電話用カメラや携帯電話用カメラなどの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の固体撮像素子（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：以下、ＣＣＤという）が内蔵されたＣＣＤカメラ用の固体撮像装置など、様々な固体撮像装置が提案されている。
【０００３】
このようなＣＣＤを利用した固体撮像装置（ＣＣＤカメラ）は、被写体を暗い室内で撮影する場合や晴れた屋外で撮影する場合など、様々な用途で用いられるが、この場合に撮像される被写体照度は、数ルクスから数十万ルクスまでの広い範囲に及んでいる。特に、太陽光などの強烈光が画面に直接映された場合、極めて明るい被写体となる。
【０００４】
ＣＣＤカメラは、入射光を光電変換するフォトダイオード（受光部）などの光電変換素子と、この光電変換素子から読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送する垂直電荷転送部と、この垂直電荷転送部からの信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送部と、この水平電荷転送部からの信号電荷を信号検出して撮像信号として外部に出力する信号出力部とを備えており、これらの光電変換素子、垂直電荷転送部および水平電荷転送部が取り扱い可能な電荷量にはそれぞれ上限がある。
【０００５】
このようなＣＣＤカメラにおいて、各画素部を構成するフォトダイオードに光が入射されると、その光量に応じて光が信号電荷に光電変換され、その信号電荷がフォトダイオードに蓄積される。しかしながら、太陽光などの強烈光がフォトダイオード上に照射され、光電変換された電荷信号がフォトダイオードの容量を超えた場合には、フォトダイオードに隣接して配置された垂直シフトレジスタに電荷が溢れ出してしまう。また、垂直シフトレジスタの容量を超えた場合には、垂直シフトレジスタ内で上下に配置された各垂直シフトレジスタに電荷が溢れ出してしまう。さらに、水平シフトレジスタの容量を超えた場合には、水平シフトレジスタ内で左右に配置された各水平シフトレジスタに電荷が溢れ出してしまう。これらにより、画面が白くなったり、画像乱れなどの不具合が発生することが懸念される。
【０００６】
したがって、極めて明るい被写体を撮像するためには、ＣＣＤを構成するフォトダイオード容量、垂直シフトレジスタ容量および水平シフトレジスタ容量などの上限を超えないように露光制御する必要がある。このため、従来では、ＣＣＤの前面に配置されたレンズに光通過用のメカニカルアイリスを設け、その穴径を被写体照度に応じて変化させることにより露光制御が行われていた。
【０００７】
しかしながら、メカニカルアイリスを設けることはコストがかかり、さらに、メカニカルアイリスを小型化することは困難であることから、光電変換素子からの信号電荷を出力させる電子シャッタ機能を設けて、被写体照度に応じて電子シャッタ時間（露光時間）を変化させることにより露光制御するＥＥ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）方式のＣＣＤカメラが増えてきている。
【０００８】
さらに、太陽光などの強烈光がＣＣＤに入射されて上述したような不具合が発生することを避けるために、ＣＣＤの基盤にオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）を設けて、ＯＦＤ電圧を調整することによって、フォトダイオードに必要以上に蓄積された電荷をＯＦＤを介してＣＣＤの基盤側に流してしまうような構成も用いられている。このようなＯＦＤ電圧は、通常の被写体ではブルーミングなどの不具合が発生せず、かつ、飽和レベルを十分確保することができるような電圧に調整されている。
【０００９】
さらに、このようなＣＣＤカメラでは、入射光を光電変換する光電変換素子が複数配列されて被写体画像に対応する電気信号（撮像信号）が有効映像信号として出力される有効画素部と、この有効画素部の周囲に設けられ、遮光部材で覆われた光電変換素子が複数配列されて光学的な黒の基準として用いられる電気信号がＯＢ（オプティカルブラック）レベル信号として出力されるＯＢ部とが設けられており、映像信号処理部によって、有効画素部からの有効映像信号に対して、ＯＢ部からのＯＢレベル信号を黒レベルの基準として各種の信号処理が行われる。
【００１０】
しかしながら、過大光がＣＣＤに入射されると、有効画素部を構成する各フォトダイオードなどの光電変換素子において発生する信号電荷が、これに対応する垂直シフトレジスタの容量を超えて、水平シフトレジスタの走査期間中に水平シフトレジスタ側に溢れ出し、さらに、水平シフトレジスタの容量を超えて、本来は遮光されていて光電変換される信号電荷が存在しない領域であるＯＢ部にも信号電荷が溢れ出してしまう。
【００１１】
その結果、ＯＢ部から出力されるＯＢ信号の黒レベル（ＯＢレベル）が通常動作時よりも高くなり、光学的な黒の基準とは異なる明るいレベルになるため、暗い部分において階調差がなくなって全体的に暗く沈んだ画像表示となる。さらに、信号電荷がＯＢ部側に溢れ出した場合には、光学的な黒の基準がさらに明るいレベルになるため、ＯＢ信号のレベル（ＯＢレベル）と有効画素部からの被写体画像に対応する有効映像信号とにレベル差がなくなって、暗時と同じような真っ黒な画像表示になる。
【００１２】
上述した被写体の照度に基づいて電子シャッタ時間を制御して露光制御するＥＥ方式のＣＣＤカメラでは、メカニカルアイリスを使用せずにレンズのＦ値を変えていないことから、太陽光などの強烈光が直接撮像された場合に、ＣＣＤの撮像面に極めて強い光が照射される。このため、フォトダイオードによって入射光が光電変換されて多量の信号電荷が生じ、この信号電荷が極めて多量であることから、フォトダイオード、垂直シフトレジスタおよび水平シフトレジスタなどの各容量を遥かに超えてしまい、現象時などに不具合が発生する。
【００１３】
この対策として、例えば特許文献１に開示されているような従来の撮像方法が挙げられる。
【００１４】
この特許文献１に開示されている従来のＣＣＤカメラでは、電子シャッタ速度を可変制御することによって露光を制御するＥＥ方式のＣＣＤカメラにおいて、電子シャッタ時間がある一定時間よりも短いときに（電子シャッタ速度がある一定速度よりも速いときに）、ＯＦＤ電圧設定回路からの出力電圧を所定電圧値だけ高くしてフォトダイオードに蓄積された信号電荷を基盤側に流している。これにより、各フォトダイオードに蓄積される信号電荷量をより少なくして、上述したような不具合を回避している。
【特許文献１】特開２００３−３０９７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている従来のＣＣＤカメラには、以下のような問題がある。
【００１６】
この従来のＣＣＤカメラでは、電子シャッタ時間がある一定時間よりも短いときに、ＯＦＤ電圧設定回路の出力電圧を所定電圧値だけ高くしているが、太陽光などの過大光がＣＣＤに入射した場合に、ＯＢ信号のレベル（ＯＢレベル）と有効画素部からの被写体画像に対応する有効映像信号とのレベル差が一定レベルであるか否かを判断し、出力電圧を一定レベルに保持するために、電子シャッタ時間を長くしたり、短くしたりして調整している。このため、光が入射されてから電子シャッタが調整されるまでには時間がかかる。その後で、電子シャッタ時間が一定時間よりも短い場合にＯＦＤ電圧設定回路からの出力電圧が高くなるように調整されるため、光が入射された後でＯＦＤ電圧を高くするまでに時間がかかる。その時間内にも、ＣＣＤには太陽光などの過大光が入射されており、光電変換された信号電荷が発生しているため、フォトダイオード容量などの各容量を超えて画像乱れなどの不具合が発生することが懸念される。
【００１７】
さらに、従来のＣＣＤカメラでは、ＯＢ信号レベル（ＯＢレベル）と有効画素部からの被写体画像に対応する有効映像信号とに所定値だけレベル差があり、出力電圧が一定レベル以上であると判断された場合には、電子シャッタ時間が短くなるように調整される（電子シャッタ速度が速くなるように調整される）。よって、電子シャッタ時間がある一定時間よりも短くなると、ＯＦＤ電圧設定回路の出力電圧は高く設定され、不具合を回避することができる。
【００１８】
しかしながら、強烈光が入射しているにも関わらず、ＯＢ部に信号電荷が溢れ出してＯＢ信号レベル（ＯＢレベル）と有効画素部からの被写体画像に対応する有効映像信号とのレベル差が所定値よりも小さく、出力電圧が一定レベル以下になった場合には、出力電圧を一定レベルに保持するため、電子シャッタ時間が長くなって（電子シャッタ速度が遅くなって）シャッタ動作が行われないように制御されてしまう。よって、電子シャッタ時間がＯＦＤ電圧設定回路の出力電圧を高くするような一定時間にならず、ＯＦＤ電圧設定回路の出力電圧を高くするという制御が行われないことがある。
【００１９】
さらに、ＯＢ信号レベル（ＯＢレベル）と有効画素部からの被写体画像に対応する有効映像信号にレベル差がなくなった場合にも、出力電圧を一定レベルに保持するため、電子シャッタ時間が長くなってシャッタ動作が行われないように制御される。よって、電子シャッタ時間がＯＦＤ電圧設定回路の出力電圧を高くするような一定時間にならず、ＯＦＤ電圧設定回路の出力電圧を高くするという制御が行われないことがある。
【００２０】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、太陽光などの強烈光が照射された場合に画像の不具合が発生することを抑制できる固体撮像装置および、この固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器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】
【００２１】
本発明の固体撮像装置は、基盤に設けられた固体撮像素子で光電変換された撮像信号に対して、該固体撮像素子で光電変換された黒レベル信号を基準とした映像信号を得る固体撮像装置において、該撮像信号と該黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、必要以上の信号電荷を該固体撮像素子の光電変換素子から該基盤側へ流すためのＯＦＤ（オーバーフロードレイン）電圧をその通常設定電圧よりも所定電圧だけ高く設定するＯＦＤ電圧設定回路と、該撮像信号と該黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、該光電変換素子から該基盤側に信号電荷を排出させる電子シャッタパルス印加時間をその通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定するか、または電子シャッタ速度を、該通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定する露光制御部とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
本発明の固体撮像装置は、基盤に設けられた固体撮像素子で光電変換された撮像信号に対して、該固体撮像素子で光電変換された黒レベル信号を基準とした映像信号を得る固体撮像装置において、該撮像信号と該黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、該光電変換素子から該基盤側に信号電荷を排出させる電子シャッタパルス印加時間をその通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定するか、または電子シャッタ速度を、該通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定する露光制御部を備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
本発明の固体撮像装置は、基盤に設けられた固体撮像素子で光電変換された撮像信号に対して、該固体撮像素子で光電変換された黒レベル信号を基準とした映像信号を得る固体撮像装置において、該撮像信号と該黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、必要以上の信号電荷を該固体撮像素子の光電変換素子から該基盤側へ流すためのＯＦＤ電圧をその通常設定電圧よりも所定電圧だけ高く設定するＯＦＤ電圧設定回路を備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記撮像信号と前記黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、最初に前記ＯＦＤ電圧設定回路によって前記ＯＦＤ電圧を前記所定電圧だけ高く設定し、次に前記露光制御部によって前記電子シャッタ印加時間を前記所定時間だけ長く設定するかまたは、前記電子シャッタ速度を前記所定速度だけ速く設定する。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記ＯＦＤ電圧設定回路によって前記ＯＦＤ電圧を前記所定電圧だけ高く設定し、前記露光制御部によって前記電子シャッタ印加時間を前記所定時間だけ長く設定するかまたは、前記電子シャッタ速度を前記所定速度だけ速く設定した状態で、さらに、前記撮像信号と前記黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベルのレベル差が一定レベル以下である場合に、暗時であると判断して、該露光制御部によって該電子シャッタ印加時間を所定時間だけ短く設定するかまたは、該電子シャッタ速度を所定速度だけ遅く設定し、その後に該ＯＦＤ電圧設定回路によって該ＯＦＤ電圧を所定電圧だけ低く設定する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における固体撮像素子は、前記光電変換素子が複数配列されて被写体画像の各画素に対応する各撮像信号が有効映像信号としてそれぞれ出力される有効画素部と、遮光部材で覆われた光電変換素子が複数配列されて光学的な黒レベルの基準として用いられる前記黒レベル信号が出力されるＯＢ（オプティカルブラック）部とを有する。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における固体撮像素子は、前記光電変換素子から読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送する垂直転送部と、該垂直転送部からの信号電荷を水平方向に電荷転送する水平転送部と、該水平転送部からの信号電荷を撮像信号として出力する電荷検出部とをさらに有する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記有効画素部からの有効映像信号に対して、前記ＯＢ部からの黒レベル信号を基準として得た映像信号を表示用に各種信号処理する映像信号処理部をさらに有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記有効映像信号および前記黒レベル信号を検波してそれらのレベル差を検出する検波回路をさらに有する。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における検波回路は、前記撮像信号と前記黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下であるか否かを検出する。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記検波回路によるレベル差の検出を受けて、前記露光制御部が、前記撮像信号と前記黒レベル信号にレベル差がないかまたは、該撮像信号と該黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下であるか否かを検出する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記固体撮像素子への光入射量をしぼり穴径を変化させることにより制御可能とするメカニカルアイリスをさらに有し、前記露光制御部は、前記黒レベル信号を基準として該メカニカルアイリスのしぼり穴径を制御する。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、電源投入時から前記ＯＦＤ電圧設定回路により前記ＯＦＤ電圧が制御されている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、電源投入時から前記露光制御部により電子シャッタ動作が制御されている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるレベル差が一定レベル以下の場合、該一定レベルは任意に設定された基準出力電圧である。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるＯＦＤ電圧を通常設定電圧値よりも所定電圧だけ高く設定する場合、該高く設定するＯＦＤ電圧を、設定可能な最大ＯＦＤ電圧とする。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における電子シャッタ印加時間を通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定する場合、該長く設定する電子シャッタ印加時間を、設定可能な最大電子シャッタ印加時間とする。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における電子シャッタ速度を通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定する場合、該速く設定する電子シャッタ速度を、設定可能な最大電子シャッタ速度とする。
【００３９】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置を撮像部に用いて画像撮影が行われるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４０】
上記構成により、以下、本発明の作用について説明する。
【００４１】
本発明にあっては、太陽光などの強烈光を直接撮像するような極めて照度が高い被写体を撮像する際に、有効画素部からの被写体画像の各画素に対応する撮像信号（有効映像信号）と黒レベル信号（ＯＢ部からのＯＢ信号）にレベル差（出力電圧）がないか、または一定レベル以下になった場合に、ＯＦＤ電圧を高く設定してフォトダイオードなどの光電変換素子から基盤側に信号電荷を流すことにより、光電変換素子に過大に蓄積された信号電荷を速やかに排出させることが可能となる。および／または、この撮像信号（有効映像信号）と黒レベル信号（ＯＢ部からのＯＢ信号）にレベル差（出力電圧）がないかまたは、このレベル差が一定レベル以下になった場合に、電子シャッタパルス印加時間を長くするかまたは、電子シャッタ速度を速くして光電変換素子から信号電荷がより速やかに排出されるようにすることにより、光電変換素子に過大に蓄積された信号電荷を速やかに排出させることが可能となる。
【００４２】
一方、特許文献１では、電子シャッタ時間（露光時間）がある一定時間よりも短いときに、ＯＦＤ電圧設定回路の出力電圧を所定電圧値だけ高くしているが、太陽光などの過大光がＣＣＤに入射した場合に、ＯＢ信号の黒レベル（ＯＢレベル）と有効画素部からの被写体画像に対応する有効映像信号とのレベル差が一定レベルであるか否かを判断し、出力電圧を一定レベルに保持するために、電子シャッタ時間（露光時間）を長くしたり、短くしたりして調整している。これに対して、本発明では、特許文献１のように電子シャッタ時間（露光時間）の長さに関わらず、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、このレベル差が一定レベル以下になった場合に、ＯＦＤ電圧や電子シャッタ動作を直に調整するため、光が照射されてから調整までの時間をより短くすることが可能となる。また、特許文献１のように過大光が入射されても電子シャッタ時間（露光時間）が長くなる方向に動作してＯＦＤ電圧を制御するような電子シャッタ時間や電子シャッタ速度にならず、ＯＦＤ電圧が制御されないというような問題は生じない。これによって、太陽光などの強烈光が固体撮像装置に照射された場合に発生する画像の不具合をより確実に抑えることが可能となる。
【００４３】
ＯＦＤ電圧と電子シャッタ動作の両方を制御する場合に、電子シャッタ動作を制御することにより光電変換素子から排出可能な電荷量よりも、光電変換素子で発生する電荷量の方が多いと、画像乱れなどの不具合発生を抑えることができない虞がある。このため、電子シャッタ動作を制御する前にＯＦＤ電圧を高く設定し、その後で電子シャッタパルス印加時間を長くするか、または電子シャッタ速度を速く設定することが好ましい。
【００４４】
さらに、ＯＦＤ電圧や電子シャッタ動作を調整しても、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、そのレベル差が一定レベル以下である場合に、暗時であると判断することができる。この場合に、ＯＦＤ電圧が高く設定されていれば低くすることよって、基盤側に排出される電荷量を少なくして光電変換素子に蓄積される電荷量を増やし、有効映像信号レベルを高くすることが可能となる。また、電子シャッタパルス印加時間が長く設定されていれば短く設定することによって、また、電子シャッタ速度が速く設定されていれば遅くすることによって、光電変換素子に電荷が蓄積される期間を長くして光電変換素子に蓄積される電荷量を増やし、有効映像信号レベルを高くすることが可能となる。ＯＦＤ電圧と電子シャッター動作の両方を制御する場合、ＯＦＤ電圧を低く設定する前に、電子シャッタパルス印加時間を短く設定するか。または電子シャッタ速度を遅く設定し、その後でＯＦＤ電圧を低く設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００４５】
以上により、本発明によれば、過大光が固体撮像素子に入射された場合でも、撮像信号（有効映像信号）と黒レベル信号（ＯＢ信号）にレベル差がないかまたは、そのレベル差が一定レベル以下である場合に、ＯＦＤ電圧および電子シャッタ動作を制御することにより、画像の不具合が発生することを抑制できて、良好な画面表示を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態１〜４およびこれを撮像部に用いた本発明の電子情報機器の実施形態５について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態１の固体撮像装置１０は、被写体光を光電変換して撮像可能とする固体撮像素子としてのＣＣＤ１と、ＣＣＤ１からの撮像信号のノイズを軽減するためのＣＤＳ回路２と、黒レベル信号（ＯＢ信号）をクランプして直流レベルに固定するＯＢクランプ回路３と、ＯＢクランプ回路３にクランプパルスを出力するクランプパルス発生回路４と、ガンマ補正処理やホワイトバランス処理などの各種映像信号処理を行う映像信号処理部５と、撮像信号およびＯＢ信号を検波してそれらのレベル差を検出する検波回路６と、電子シャッタ速度を制御するなどの露光制御を可能とする露光制御部７と、ＣＣＤ１に対して、露光動作、信号電荷蓄積・読み取り動作および電荷転送動作などの各種動作を行う撮像素子駆動手段としてのＣＣＤ駆動回路８と、必要以上の信号電荷をＣＣＤ１から基盤１１側へ流すためのＯＦＤ電圧を設定制御可能とするＯＦＤ電圧設定回路９とを有している。
【００４８】
ＣＣＤ１は、例えばＩＴ型ＣＣＤであり、図示しないレンズを介して集光入射された被写体画像光が複数の受光部（光電変換素子）にてそれぞれ光電変換された撮像信号を順次出力する。
【００４９】
以下に、ＣＣＤ１の要部構成例について、図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて詳細に説明する。
図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１のＣＣＤ１の要部構成例を模式的に示すブロック図である。
【００５０】
図２（ａ）に示すように、ＣＣＤ１は、従来のＣＣＤの場合と同様に、基盤１１上に、被写体画像に対応する光（被写体光）が入射される有効画素部１２が設けられている。図２（ｂ）に示すように、有効画素部１２には、光電変換素子であるフォトダイオード１３が垂直方向および水平方向（行列方向）に２次元状でマトリクス状に複数配列されており、有効画素部１２から被写体画像の各画素に対応する撮像信号（有効映像信号）が出力される。
【００５１】
また、図２（ａ）に示すように、有効画素部１２の周辺部には、ＯＢ（オプティカルブラック）部１４が設けられている。このＯＢ部１４にも、光電変換素子であるフォトダイオード１３（図示せず）が垂直方向および水平方向に複数配列されており、これらのフォトダイオード１３がアルミニウムなどの遮光部材によって覆われている。これによって、ＯＢ部１４では、被写体画像に対応する光が遮光されて、ＯＢ部１４の複数のフォトダイオード１３には光入射されず、ＯＢ部１４のフォトダイオード１３からは光学的な黒レベルの基準として用いられる黒レベル信号（ＯＢ信号）が出力される。なお、１水平期間には、後で説明する図３に示すように、有効画素部１２から被写体画像の各画素に対応する信号電荷が撮像信号として出力される有効映像信号期間と、ＯＢ部１４から黒レベルに対応する黒レベル信号（ＯＢ信号）が出力されるＯＢ期間とが設けられている。
【００５２】
さらに、図２（ｂ）に示すように、ＣＣＤ１には、複数のフォトダイオード１３の各列に沿って垂直方向に設けられた垂直シフトレジスタ１５と、複数のフォトダイオード１３の各行に平行な水平方向に設けられて垂直シフトレジスタ１５からの信号電荷を電荷検出部（出力回路）１６に電荷転送する水平シフトレジスタ１７とが設けられている。
各フォトダイオード１３によって光電変換されて、対応する垂直シフトレジスタ１５に移動された信号電荷は、水平シフトレジスタ１７の配列方向に向かって順次電荷転送される。この例では、φＶ１〜φＶ４の４相の駆動信号によって、垂直シフトレジスタ１５を垂直方向に信号電荷が電荷転送される。垂直シフトレジスタ１５から水平シフトレジスタ１７に転送された信号電荷は、電荷検出部１６に向かって水平シフトレジスタ１７を順次電荷転送される。この例では、φＨ１およびφＨ２の２相の駆動信号によって、水平方向に信号電荷が水平シフトレジスタ１７を電荷転送されている。電荷検出部１６では、転送されてきた信号電荷が信号検出されて撮像信号に変換されて外部に信号出力される。
【００５３】
ＣＤＳ回路２は、１水平期間におけるＣＣＤ１から出力された撮像信号（ＣＣＤ出力）が入力され、この撮像信号に含まれるクロック成分が除去されてノイズが軽減される。
【００５４】
ＯＢクランプ回路３は、ＯＢ期間においてクランプパルス発生回路４からクランプパルスが供給されたときに、ＣＤＳ回路２から入力されたＣＣＤ１のＯＢ部１４からの出力信号（ＯＢ信号）をクランプして、直流レベルに固定する。これによって、光学的な黒レベルの基準として用いられるＯＢレベルの信号が生成される。また、ＣＣＤ１の有効画素部１２からの出力撮像信号（有効映像信号）は、ＯＢ部１４からの黒レベル信号を基準にクランプされた映像信号としてＯＢクランプ回路３から出力される。
【００５５】
ここで、ＣＣＤ１、ＣＤＳ回路２およびＯＢクランプ回路３からの各出力信号について、図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて説明する。
【００５６】
図３（ａ）は、通常動作時について、図３（ｂ）は過大光入射時についてそれぞれ、ＣＣＤ１の有効画素部１２から出力される被写体画像の各画素に対応する撮像信号（有効映像信号）およびＯＢ部１４から出力される黒レベルに対応する黒レベル信号（ＯＢレベル）を含むＣＣＤ１から出力されるＣＣＤ出力、ＣＤＳ回路２から出力されるＣＤＳ出力、映像信号処理部６に供給されるＯＢクランプ回路出力信号（映像出力）が示されている。
【００５７】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、１水平期間には、ＣＣＤ１の有効画素部１２から被写体画像光に対応する各画齟齬との撮像信号が出力される有効映像信号期間と、ＯＢ部１２から黒レベルに対応するＯＢ信号が出力されるＯＢ期間とが設けられている。
【００５８】
図３（ａ）に示す通常動作時において、ＣＣＤ出力としては、有効映像信号期間に有効画素部１２からの被写体画像の各画素に対応する撮像信号（有効映像信号）および、この有効映像信号期間に続くＯＢ期間に、ＯＢ部１４からの黒レベルに対応する黒レベル信号（ＯＢ信号）が、それぞれ出力される。これらの信号からクロック成分が除去された信号がＣＤＳ回路２からのＣＤＳ出力として出力される。映像出力としては、ＣＣＤ１で光電変換された撮像信号に対して、ＣＣＤ１で光電変換された黒レベル信号を基準とした映像信号がＯＢクランプ回路３から出力される。これを受けて、検波回路６から、ＯＢ部１４からの黒レベル信号（ＯＢレベル）と、有効画素部１２からの被写体画像の各画素に対応する撮像信号（有効映像信号）とのレベル差が出力される。
【００５９】
これに対して、図３（ｂ）に示すように、過大光がＣＣＤ１に入射されると、有効画素部１２の各受光部（フォトダイオード１３；光電変換素子）において発生した信号電荷が、対応する垂直シフトレジスタ１５の容量を超えて、水平シフトレジスタ１７の走査期間中に、水平シフトレジスタ１７に溢れ出す。さらに、水平シフトレジスタ１７の容量も超えて、本来は遮光されているために光電変換される電荷がない領域であるＯＢ部１４にも電荷が溢れ出す。この結果、ＯＢ部１４から出力されるＯＢレベルが通常動作時よりもレベルが高くなり、光学的な黒レベルの基準とは異なる明るいレベルになるため、暗い部分では階調差がなくなって全体的に暗く沈んだ画面表示となる。さらに、電荷が溢れ出した場合には、光学的な黒レベルの基準がさらに明るいレベルになるため、ＯＢ信号レベル（ＯＢレベル）と有効画素部１２からの被写体画像の各画素に対応する撮像信号（有効映像信号）とのレベル差がなくなって、暗時と同じような真っ黒な状態の画面表示となる。
【００６０】
映像信号処理部５は、有効画素部１２からの撮像信号（有効映像信号）に対して、ＯＢ部１４からの黒レベル信号（ＯＢ信号）を基準としてＯＢクランプ回路３で得た映像信号に、表示用のガンマ補正処理やホワイトバランス処理などの各種の映像信号処理が行われる。
【００６１】
検波回路６は、ＯＢクランプ回路３からの映像信号（映像出力）に対して、有効映像信号およびＯＢ信号を検波してそれらのレベル差を検出する。なお、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下であるか否かの検出は、この検波回路６で行ってもよいし、検波回路６によるレベル差の検出を受けて、露光制御部７で行ってもよい。
【００６２】
露光制御部７は、検波回路５から出力される信号に基づいて、ＣＣＤ１の露光を制御するための露光制御信号をＣＣＤ駆動回路８に出力する。また、レンズの前面にメカニカルアイリスが設けられている場合には、検波回路６から出力される信号に基づいて、露光制御部７からメカニカルアイリスに対してしぼり穴径を制御するためのしぼり制御信号が出力される。また、露光制御部７は、検波回路６から出力される信号に基づいて、ＯＦＤ電圧を制御するためのＯＦＤ電圧制御信号をＯＦＤ電圧設定回路９に出力する。
【００６３】
露光制御部７は、有効映像信号（撮像信号）とＯＢ信号（黒レベル信号）にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、ＣＣＤ１から基盤１１側に信号電荷を排出させる電子シャッタパルス印加時間をその通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定するか、または電子シャッタ速度を、通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定する。
【００６４】
ＣＣＤ駆動回路８は、露光制御部７から出力される露光制御信号に基づいて、ＣＣＤ１が駆動される。露光制御部７およびＣＣＤ駆動回路８では、ＯＢクランプ回路３にてクランプされた信号レベル（ＯＢレベル）を基準として、それぞれの動作が行われる。また、ＣＣＤ１の露光制御は、例えばＣＣＤ１に備わった電子シャッタ機能などを用いて制御される。電子シャッタ機能を備えたＣＣＤ１では、図３に示す有効映像信号期間の初めとＯＢ期間と水平帰線期間に、ＣＣＤ駆動回路８から電子シャッタパルスが供給されて、フォトダイオード１３から信号電荷が出力されるように動作し、これによりフォトダイオード１３に信号電荷が蓄積される期間（露光期間；電子シャッタ時間）が制御される。
【００６５】
ＯＦＤ電圧設定回路９では、露光制御部７から出力されるＯＦＤ電圧制御信号に基づいて、ＣＣＤ１に通常の被写体ではブルーミングなどの不具合が発生せず、かつ、飽和レベルを十分確保することができるような電圧に、過剰電荷排出するためのＯＦＤ電圧が調整されている。
【００６６】
ＯＦＤ電圧設定回路９では、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、必要以上の信号電荷をＣＣＤ１から基盤１１側へ流すためのＯＦＤ電圧をその通常設定電圧よりも所定電圧だけ高く設定する。
【００６７】
以下に、ＣＣＤ１の画素毎に設けられたフォトダイオード１３におけるＯＦＤ電圧の機能について、図４を用いて詳細に説明する。
【００６８】
図４は、図２（ｂ）のフォトダイオード１３におけるＯＦＤ電圧の過剰電荷排出機能について説明するための模式図である。
【００６９】
図４の左側に示すように、フォトダイオード１３ａには、隣接する垂直シフトレジスタ（図示せず）との間に設けたポテンシャル的な壁２１と、フォトダイオード１３ａによって光電変換された過剰な信号電荷２０ａを基盤１１側へ排出するためのポテンシャル的な穴２２ａとが設けられている。
【００７０】
ポテンシャル的な壁２１は、フォトダイオード１３ａによって光電変換された信号電荷２０ａが隣隣する垂直シフトレジスタに流れ込まないように設けられた隔壁である。
【００７１】
フォトダイオード１３ａによって光電変換された信号電荷２０ａが多すぎると、信号電荷２０ａが壁２１を越えて隣接する垂直シフトレジスタ側に流れ込み、ブルーミングなどの不具合が発生する。この不具合を避けるために、壁のある高さの所に過剰電荷排出用の穴２２ａが設けられて、過剰な信号電荷２０ａをＣＣＤ１の基盤１１側に流すようになっている。
【００７２】
この過剰電荷排出用の穴２２ａがオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）であり、過剰電荷を排出するためのＯＦＤ電圧を変化させることにより、過剰電荷排出用の穴２２ａの高さ、即ち、フォトダイオード１３ａに蓄積される電荷量を適正に制限することができる。
【００７３】
図４の右側に示すように、ＯＦＤ電圧を高くすると、過剰電荷排出用の穴２２ｂの高さが低くなり、フォトダイオード１３ｂに蓄積される信号電荷２０ｂが少なくなる。これによって、強烈光が照射されても、隣接する垂直シフトレジスタ（図示せず）に信号電荷２０ｂが溢れ出すことはなくなる。
【００７４】
このＯＦＤ電圧は、通常の被写体ではブルーミングなどの不具合が発生せず、かつ、飽和レベルを十分確保することができるような電圧に適正に調整される。
【００７５】
上記図３（ｂ）を用いて説明したように、太陽光などの強烈光がフォトダイオード１３に照射されて、光電変換された信号電荷がフォトダイオード容量などの各容量、特に水平シフトレジスタ１７の水平転送容量を超えると、水平シフトレジスタ１７内の有効画素部１２からの有効映像信号とＯＢ部１４からのＯＢ信号とのレベル差により水平クランプを行っている場合、有効画素部１２およびＯＢ部１４の両方に信号電荷が溢れてしまい、有効画素部１２からの有効映像信号とＯＢ部１４からのＯＢ信号とのレベル差がなくなるか、またはそのレベル差が一定レベル以下になる。
【００７６】
検波回路６では、有効画素部１２からの有効映像信号とＯＢ部１４からのＯＢ信号とで信号レベル差がないため、強烈光を直接撮像しているにも関わらず、暗時と同じような状態であると判断する。このため、検波回路６からは、入射される光量を多くするために、露光制御部７およびＣＣＤ駆動回路８に対して、電子シャッタ時間（露光時間）を長くするかまたは電子シャッタ速度を遅くして、シャッタ動作を、できるだけ行わないように制御信号が出力される。
【００７７】
そこで、本実施形態１では、有効画素部１２からの有効映像信号とＯＢ部１４からのＯＢ信号とで信号レベルにレベル差がないかまたは、このレベル差が一定レベル以下であって、暗時であるのか、または過大光が入射されて上述したような不具合が発生しているかを判断することができないときに、ＯＦＤ電圧設定回路９に対してＯＦＤ電圧を高くするように、露光制御部７からＯＦＤ電圧制御信号を出力させる。ＯＦＤ電圧設定回路９では、このＯＦＤ電圧制御信号を受けて、ＣＣＤ１のＯＦＤ端子に対して、通常時よりも所定電圧値だけ高いＯＦＤ電圧を発生させる。
【００７８】
以上により、本実施形態１によれば、太陽光などの強烈光が入射した場合に、光電変換された信号電荷がフォトダイオード容量などの各容量を超えて画面全面が黒くなった場合でも、ＯＦＤ電圧を通常時より高く設定したり、電子シャッタパルス印加時間を通常時より長くするかまたは、電子シャッタ速度を通常時より速くしたりすることにより、フォトダイオード１３から基盤１１側へ必要以上の電荷（設定電荷量を超える電荷量）を排出させてフォトダイオード１３に蓄積される信号電荷を少なくすることができるため、画像乱れなどの不具合の発生を防ぐことができる。
【００７９】
なお、本実施形態１についてさらに説明する。有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、最初にＯＦＤ電圧設定回路９によって通常時のＯＦＤ電圧を所定電圧だけ高く設定し、次に露光制御部７によって通常時の電子シャッタ印加時間を所定時間だけ長く設定するかまたは、通常時の電子シャッタ速度を所定速度だけ速く設定することが好ましい。これは、ＯＦＤ電圧と電子シャッタ動作の両方を制御する場合に、電子シャッタ動作を制御することによりＣＣＤ１から基盤１１側に排出可能な電荷量よりも、ＣＣＤ１で発生する電荷量の方が多いと、画像乱れなどの不具合発生を抑えることができない虞があるためである。
（実施形態２）
上記実施形態１では、固体撮像装置１０が、入射光を光電変換可能とするフォトダイオード１３が複数配列されて被写体画像の各画素に対応する撮像信号が有効映像信号として出力される有効画素部１２および、遮光部材で覆われたフォトダイオード１３が複数配列されて光学的な黒レベルの基準として用いられる黒レベル信号がＯＢ信号として出力されるＯＢ部１４を有するＣＣＤ１と、この有効画素部１２からの有効映像信号に対して、ＯＢ部１４からのＯＢ信号を基準として各種信号処理を行う映像信号処理部５と、これらの有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢレベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、予め設定された必要以上の信号電荷をＣＣＤ１から基盤１１側へ流すためのＯＦＤ電圧をより高く設定するＯＦＤ電圧設定回路９と、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、ＣＣＤ１から信号電荷を出力させる電子シャッタパルス印加時間を通常時の設定時間よりも長く設定するか、または電子シャッタ速度を通常時の設定速度よりも速く設定（電子シャッタ時間を通常時の設定時間よりも短く設定）する露光制御部７とを備えた場合の一例について説明したが、本実施形態２では、上記実施形態１のＯＦＤ電圧設定回路９によるＯＦＤ電圧設定制御を用いず、上記露光制御部７による露光制御だけを用いた場合について説明する。
【００８０】
図５は、本発明の実施形態２に係る固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。なお、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。
【００８１】
図５に示すように、本実施形態２の固体撮像装置１０Ａは、被写体光を光電変換して撮像可能とする固体撮像素子としてのＣＣＤ１と、ＣＣＤ１からの撮像信号のノイズを軽減するＣＤＳ回路２と、ＯＢ信号をクランプして直流レベルに固定するＯＢクランプ回路３と、ＯＢクランプ回路３にクランプパルスを出力するクランプパルス発生回路４と、各種信号処理を行う映像信号処理部５と、有効映像信号（撮像信号）およびＯＢ信号を検波してそれらのレベル差を検出する検波回路６と、電子シャッタ速度を制御するなどの露光制御を可能とすると共に、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、ＣＣＤ１から信号電荷を出力させる電子シャッタパルス印加時間を長く設定するか、または電子シャッタ速度を速く設定する露光制御部７Ａと、撮像素子駆動手段としてのＣＣＤ駆動回路８とを有している。
【００８２】
本実施形態２の固体撮像装置１０Ａでは、有効画素部１２からの有効映像信号とＯＢ部１４からのＯＢ信号とで信号レベルにレベル差がないかまたは、このレベル差が一定レベル以下の条件下であって、暗時であるのか、または過大光が入射されて上述したような不具合が発生しているかを判断することができないときに、この条件であるか否かを検波回路６かまたは露光制御部７Ａによって検出し、これを受けて、露光制御部７Ａによって電子シャッタパルス印加時間を通常時の設定時間よりも長くするか、または電子シャッタ速度を通常時の設定速度よりも速くするように、制御信号をＣＣＤ駆動回路８に出力する。ＣＣＤ駆動回路８では、この制御信号を受けて、ＣＣＤ１に対して、通常制御時よりもシャッタ動作が多く行われるように電子シャッタパルス印加時間を長くする駆動信号を発生させる。
【００８３】
以上により、本実施形態２によれば、太陽光などの強烈光が入射された場合に、光電変換された信号電荷がフォトダイオード容量などの各容量を超えて画面全面が黒くなった場合でも、電子シャッタパルス印加時間をより長くするか、または電子シャッタ速度をより速くすることにより、フォトダイオード１３から必要以上の電荷を速やかに排出することができるため、画像乱れなどの不具合の発生を防ぐことができる。
（実施形態３）
上記実施形態１では、固体撮像装置１０が、入射光を光電変換可能とするフォトダイオード１３が複数配列されて被写体画像の各画素に対応する撮像信号が有効映像信号として出力される有効画素部１２および、遮光部材で覆われたフォトダイオード１３が複数配列されて光学的な黒レベルの基準として用いられる黒レベル信号がＯＢ信号として出力されるＯＢ部１４を有するＣＣＤ１と、この有効画素部１２からの有効映像信号に対して、ＯＢ部１４からのＯＢ信号を基準として各種信号処理を行う映像信号処理部５と、これらの有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢレベル信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、予め設定された必要以上の信号電荷をＣＣＤ１から基盤１１側へ流すためのＯＦＤ電圧をより高く設定するＯＦＤ電圧設定回路９と、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、ＣＣＤ１から信号電荷を出力させる電子シャッタパルス印加時間を通常時の設定時間よりも長く設定するか、または電子シャッタ速度を通常時の設定速度よりも速く設定（電子シャッタ時間を通常時の設定時間よりも短く設定）する露光制御部７とを備えた場合の一例について説明したが、本実施形態３では、上記実施形態１の露光制御部７による制御を用いず、上記ＯＦＤ電圧設定回路９によるＯＦＤ電圧設定制御だけを用いる場合について説明する。
【００８４】
図６は、本発明の実施形態３に係る固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。なお、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。
【００８５】
図６に示すように、本実施形態３の固体撮像装置１０Ｂは、被写体光を光電変換して撮像可能とする固体撮像素子としてのＣＣＤ１と、ＣＣＤ１からの撮像信号のノイズを軽減するＣＤＳ回路２と、ＯＢ信号をクランプして直流レベルに固定するＯＢクランプ回路３と、ＯＢクランプ回路３にクランプパルスを出力するクランプパルス発生回路４と、各種信号処理を行う映像信号処理部５と、有効映像信号（撮像信号）およびＯＢ信号を検波してそれらのレベル差を検出する検波回路６と、電子シャッタ速度を制御するなどの通常時の露光制御を行う露光制御部７Ｂと、撮像素子駆動手段としてのＣＣＤ駆動回路８と、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、必要以上の信号電荷を光電変換素子から基盤１１側へ流すためのＯＦＤ電圧を通常設定電圧値よりも所定値だけ高く設定するＯＦＤ電圧設定回路９Ｂとを有している。
【００８６】
本実施形態３の固体撮像装置１０Ｂでは、有効画素部１２からの有効映像信号とＯＢ部１４からのＯＢ信号とで信号レベルの差がないか、またはレベル差が一定レベル以下の条件下であって、暗時であるのか、または過大光が入射されて上述したような不具合が発生しているかを判断することができないときに、この条件であるかどうかを検波回路６で検出して、ＯＦＤ電圧設定回路９Ｂに対してＯＦＤ電圧を通常時より高くするように、検波回路６ＢからＯＦＤ電圧設定回路９Ｂに制御信号を出力する。ＯＦＤ電圧設定回路９Ｂでは、この制御信号を受けて、ＣＣＤ１のＯＦＤ端子に対して、通常時の所定電圧値よりも高いＯＦＤ電圧を発生させる。
【００８７】
以上により、本実施形態３によれば、太陽光などの強烈光が入射された場合に、光電変換された信号電荷がフォトダイオード容量などの各容量を超えて画面全面が黒くなった場合でも、ＯＦＤ電圧をより高く制御することによって、画像乱れなどの不具合の発生を防ぐことができる。
（実施形態４）
本実施形態４では、上記実施形態１において、ＯＦＤ電圧設定回路９によって通常時のＯＦＤ電圧を所定電圧だけ高く設定し、露光制御部７によって電子シャッタ印加時間を所定時間だけ長く設定するかまたは、電子シャッタ速度を所定速度だけ速く設定した状態で、さらに、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、暗時であると判断して、露光制御部７によって通常制御時の電子シャッタ印加時間を所定時間だけ短く設定するかまたは、通常制御時の電子シャッタ速度を所定速度だけ遅く設定し、その後にＯＦＤ電圧設定回路９によって通常制御時のＯＦＤ電圧を所定電圧だけ低く設定する場合について説明する。
【００８８】
この場合に、有効映像信号とＯＢ信号にレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合に、最初にＯＦＤ電圧設定回路９によって通常時のＯＦＤ電圧を所定電圧だけ高く設定し、次に露光制御部７によって通常時の電子シャッタ印加時間を所定時間だけ長く設定するかまたは、通常時の電子シャッタ速度を所定速度だけ速く設定するようにしてもよい。
【００８９】
即ち、本実施形態４の固体撮像装置において、太陽光などの強烈光が入射された場合に光電変換された過剰な電荷が極めて多く、電子シャッタ動作によりフォトダイオード１３から基盤１１側に排出可能な電荷量よりも、フォトダイオード１３により光電変換されて発生する電荷量の方が多い場合には、画像乱れなどの不具合の発生を抑えることができない虞がある。このため、図１の露光制御部７およびＣＣＤ駆動回路８により電子シャッタ動作を行わせる前に、ＯＦＤ電圧設定回路９によりＣＣＤ１に対して通常制御時よりも高いＯＦＤ電圧を設定させることによって、画像乱れなどの不具合の発生を効率良く防ぐことができる。
【００９０】
本実施形態４の固体撮像装置において、ＯＦＤ電圧設定回路９によって通常制御時のＯＦＤ電圧をより高く設定し、露光制御部７およびＣＣＤ駆動回路８によって通常制御時の電子シャッタパルス印加時間をより長く設定するかまたは、通常制御時の電子シャッタ速度をより速く設定しても、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差がないかまたは、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下である場合には、暗時であると判断することができる。この場合に、ＯＦＤ電圧設定回路９によって通常制御時のＯＦＤ電圧よりも低レベルに下げる前に、露光制御部７およびＣＣＤ駆動回路８によって通常制御時の電子シャッタパルス印加時間よりも短くするかまたは、通常制御時の電子シャッタ速度よりも遅くし、その後でＯＦＤ電圧設定回路９によって通常制御時のＯＦＤ電圧よりも低いＯＦＤ電圧にする。
（実施形態５）
本実施形態５では、上記実施形態１〜４の固体撮像装置を撮像部に用いて画像撮影が行われる各種カメラなどの電子情報機器について説明する。
【００９１】
図７は、本発明の実施形態５に係る電子情報機器の要部構成例を示すブロック図である。
【００９２】
図７において、本実施形態５の電子情報機器３０は、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラ、携帯電話用カメラなどであって、上記実施形態１〜４のいずれかにおいて説明した固体撮像装置と、この固体撮像装置で撮像された被写体の画像や操作画面などが表示される表示部３１と、この固体撮像装置１０で撮像された被写体の画像などを記憶するためのメモリ３２と、この電子情報機器３０の使用者が指示入力などを行うための操作部３３とを有している。
【００９３】
本実施形態５の電子情報機器３０によれば、上記実施形態１〜４のいずれかにおいて説明した固体撮像装置を用いて画像撮影が行われるため、太陽光などの強烈光が入射された場合にも、光電変換された信号電荷がフォトダイオード容量などの各容量を超えて画面全面が黒くなった場合でも、ＯＦＤ電圧や電子シャッタ動作を制御することによって、画像乱れなどの不具合の発生を防いで、良好な撮像画像を得ることができる。
【００９４】
以上により、上記実施形態１〜４によれば、太陽光などの強烈光を直接撮像するような極めて照度が高い被写体を撮像する際に、有効画素部からの被写体画像に対応する信号（有効映像信号）とＯＢ部からのＯＢ信号とのレベル差を検出して、レベル差がないか、またはこのレベル差が一定レベル以下になった場合に、ＯＦＤ電圧設定回路９によってＯＦＤ電圧をより高く設定して、フォトダイオード１３に蓄積される電荷量をより少なくすることができる。また、露光制御部７によって電子シャッタパルス印加時間をより長くするかまたは、電子シャッタ速度をより速くして、フォトダイオード１３から信号電荷をより排出することができる。これによって、太陽光などの強烈光が照射された場合にも画像の不具合が発生することを抑制することができる。このような上記実施形態１〜４のいずれかで説明した固体撮像装置を、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラ、携帯電話用カメラなどの上記実施形態５の電子情報機器の撮像部に利用することができて、画像乱れなどの不具合の発生を防いで、良好な撮像画像を得ることができる。
【００９５】
なお、上記実施形態１〜４では、特に説明しなかったが、有効映像信号とＯＢ信号のレベル差が一定レベル以下の場合における「一定レベル」は任意に設定された基準出力電圧である。また、ＯＦＤ電圧をその通常設定電圧値よりも所定電圧だけ高く設定する場合において、その高く設定するＯＦＤ電圧を、設定可能な最大ＯＦＤ電圧とすることが好ましい。また、電子シャッタ印加時間をその通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定する場合において、その長く設定する電子シャッタ印加時間を設定可能な最大電子シャッタ印加時間とすることが好ましい。さらに、電子シャッタ速度を通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定する場合、その速く設定する電子シャッタ速度を設定可能な最大電子シャッタ速度とすることが好ましい。
【００９６】
ここで、検波回路６は、撮像信号と黒レベル信号にレベル差がないかまたは、撮像信号と黒レベル信号のレベル差が一定レベル以下であるか否かを検出するが、この場合の「レベル差が一定レベル以下」の「一定レベル」、「ＯＦＤ電圧を通常設定電圧値よりも所定電圧だけ高く設定」の「所定電圧」、「電子シャッタ印加時間を通常設定時間よりも所定時間だけ長く設定するか、または電子シャッタ速度を、通常露光制御による電子シャッタ速度よりも所定速度だけ速く設定」の「所定時間」および「所定速度」はそれぞれどの程度が適切かについて説明する。
【００９７】
上記「一定レベル」とは、撮像信号と黒レベル信号のレベル差（出力電圧）で、任意に設定された基準出力電圧である。これは、出力電圧を基準出力電圧に保持するために電子シャッター動作・ＯＦＤ電圧を制御する。
【００９８】
例えば撮像信号と黒レベル信号のレベル差（出力電圧）＝７００ｍＶを基準出力電圧とした場合、出力電圧＝７００ｍＶ以下→電子シャッター動作  OFF、OFD電圧は通常設定電圧である。この場合、出力電圧が一定レベルになるようにシャッター速度は、変動する。
【００９９】
撮像信号と黒レベル信号のレベル差（出力電圧）＝７５０ｍＶ→電子シャッター動作  OＮ（たとえば、１/１００秒シャッター）、また、出力電圧＝１５００ｍＶ→電子シャッター動作  OＮ（たとえば、１/１００００秒シャッター）。OFD電圧は通常設定電圧＋所定電圧である。この場合、基準出力電圧値は、各カメラシステムにより異なる。
【０１００】
上記「所定電圧」とは、通常設定電圧＋所定電圧で、本課題を解決するに必要な最低電圧以上で固体撮像素子の絶対最大定格以下の電圧である。この「所定電圧」は例えば０.５〜５.０Ｖが適当である。
【０１０１】
上記「所定時間」とは、光電変換部（フォトダイオード部）から基盤側に信号電荷を排出させる電子シャッタパルス印加時間で、本課題を解決するに必要な最低時間である。この「所定時間」は、各カメラシステムにより異なるが、例えば１/１００秒シャッター時には、６．７ｍ秒が適当である。
【０１０２】
上記「所定速度」とは、光電変換素子から基盤側に信号電荷を排出させる電子シャッタパルスの最終時から、光電変換部（フォトダイオード部）から垂直転送部に読み出すための読み出し時間が終わるまでの時間に対応する速度であり  本課題を解決するに必要な最低時間に対応する速度である。これも、上記「所定時間」の場合と同様に、各カメラシステムにより異なるが、例えば１/１００秒シャッター時には、１０ｍ秒が適当である。
【０１０３】
なお、上記実施形態１〜４では、前述した最大ＯＦＤ電圧および最大電子シャッタ速度について特に説明しなかったが、最大ＯＦＤ電圧とは固体撮像素子の絶対最大定格以下の電圧であり、最大電子シャッタ速度とは、フォトダイオード部から垂直転送部に電荷を読み出すために必要な時間に対応する速度である。この場合、読み出しパルスの時間は各固体撮像素子により異なっている。
【０１０４】
また、上記実施形態５では、上記実施形態１〜４のいずれかで説明した固体撮像装置を撮像部に用いた監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラ、携帯電話用カメラなどの電子情報機器について説明したが、これに限らず、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器であってもよい。この場合の電子情報機器は、本発明の上記実施形態１〜４の固体撮像装置を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１０５】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜５を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜５に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜５の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、ＥＥ方式により露光制御されて、入射光（被写体光）を各受光部（各画素部）で光電変換して撮像可能とする固体撮像装置および、その固体撮像装置を撮像部に用いて画像撮影が行われる監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラおよびテレビジョン電話用カメラや携帯電話用カメラなどの電子情報機器の分野において、過大光が固体撮像素子に入射された場合でも、撮像信号（有効映像信号）と黒レベル信号（ＯＢ信号）にレベル差がないかまたは、そのレベル差が一定レベル以下である場合に、ＯＦＤ電圧および電子シャッタ動作を制御することにより、画像の不具合が発生することを抑制できて、良好な画面表示を得ることができる。このような固体撮像装置を、監視カメラ、ドアホンカメラ、社債カメラ、テレビジョン電話用カメラ、携帯電話用カメラなどの電子情報機器の撮像部に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１の固体撮像装置におけるＣＣＤ構成を説明するための模式図ある。
【図３】（ａ）は通常動作時について、（ｂ）は過大光入射時についてそれぞれ、ＣＣＤの有効画素部から出力される被写体画像に対応する信号（有効映像信号）およびＯＢ部から出力される黒レベルに対応する信号（ＯＢレベル）を含むＣＣＤから出力される信号（ＣＣＤ出力）、ＣＤＳ回路から出力される信号（ＣＤＳ出力）、映像信号処理部に供給される信号（映像信号出力）の信号波形図である。
【図４】図２（ｂ）のフォトダイオードにおけるＯＦＤ電圧の機能について説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態５に係る電子情報機器の要部構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１    ＣＣＤ
２    ＣＤＳ回路
３    ＯＢクランプ回路
４    クランプパルス発生回路
５    映像信号処理部
６    検波回路
７、７Ａ、７Ｂ    露光制御部
８  ＣＣＤ駆動回路
９、９Ｂ    ＯＦＤ電圧設定回路
１０，１０Ａ、１０Ｂ  固体撮像装置
１１  基盤
１２  有効画素部
１３、１３ａ、１３ｂ  フォトダイオード
１４  ＯＢ部
１５  垂直シフトレジスタ
１６  電荷検出部
１７  水平シフトレジスタ
２０ａ、２０ｂ  フォトダイオードに蓄積された電荷
２１  ポテンシャル的な壁
２２ａ、２２ｂ  電荷を排出するための穴
【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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