(57)【要約】【課題】被写体に高輝度部がある場合にブルーミングおよび面ザラの発生を防止し、かつ被写体に高輝度部がない場合に出力信号のＳ／Ｎを高くすることが可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】この固体撮像装置は、ＣＣＤ１から出力された映像信号より、被写体の高輝度部を検出する高輝度検出部８を備える。高輝度検出部８の検出結果に応じて、ＯＦＤ電圧制御部９はＯＦＤ端子Ａの電圧を制御し（ホトダイオードの飽和レベルを制御し）、シャッター時間制御部１０は電子シャッター時間を制御する。さらに、被写体に高輝度部がある場合は、クリップレベル制御部１１、ゲイン制御部１２およびガンマ特性制御部１３は固体撮像装置の各種パラメータを制御する。したがって、出力信号のＳ／Ｎが改善され、ブルーミングおよび面ザラが防止される。【選択図】        図１
2004153671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光信号を光電変換して映像信号を出力する電荷結合素子を備えた固体撮像装置であって、
前記映像信号の輝度レベルが予め定められた値を超えない場合は、被写体に高輝度部がないと判定して第１の信号を出力し、前記映像信号の輝度レベルが予め定められた値を超えた場合は、被写体に高輝度部があると判定して第２の信号を出力する高輝度検出手段、および
前記高輝度検出手段の出力信号に応答して前記固体撮像装置の各種パラメータを制御するパラメータ制御手段を備える、固体撮像装置。
【請求項２】
前記パラメータ制御手段は、前記高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、前記電荷結合素子のオーバーフロードレイン電圧を比較的低いレベルにし、前記高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、前記電荷結合素子のオーバーフロードレイン電圧を比較的高いレベルにするオーバーフロードレイン電圧制御手段を含む、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記パラメータ制御手段は、前記高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、前記電荷結合素子の電子シャッター時間を長くし、前記高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、前記電荷結合素子の電子シャッター時間を短くするシャッター時間制御手段を含む、請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像装置は、前記映像信号のクリップレベル以上の部分をクリップするハイクリップ回路を備え、
前記パラメータ制御手段は、前記高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、前記ハイクリップ回路のクリップレベルを比較的高いレベルにし、前記高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、前記ハイクリップ回路のクリップレベルを比較的低いレベルにするクリップレベル制御手段を含む、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記固体撮像装置は、前記映像信号の輝度レベルが変化してもそれに対する出力レベルを一定に保つように利得を自動的に制御する自動利得制御回路を備え、
前記パラメータ制御手段は、前記高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、前記自動利得制御回路の利得の目標値を比較的低い値にし、前記高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、前記自動利得制御回路の利得の目標値を比較的高い値にする利得制御手段を含む、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像装置は、ガンマ特性曲線に基づいて前記映像信号をガンマ補正するガンマ補正回路を備え、
前記パラメータ制御手段は、前記高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、通常のガンマ特性曲線を前記ガンマ補正回路に使用させ、前記高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、入力レベルの高い部分に対する出力レベルが前記通常のガンマ特性曲線よりも低いガンマ特性曲線を前記ガンマ補正回路に使用させるガンマ特性制御手段を含む、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は固体撮像装置に関し、特に、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：以下、ＣＣＤと称する）を備えた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤを備えた固体撮像装置（ＣＣＤカメラ）では、ＣＣＤの撮像面にレンズで被写体が結像され、画素ごとに設けられた各フォトダイオードにより被写体からの光信号が光電変換される。高輝度部がある場合は、光電変換により生成された電荷がフォトダイオードの飽和レベルを超えて周辺の垂直ＣＣＤやフォトダイオードに溢れ出すため、高輝度部の周辺が明るくなるブルーミングが発生する。
【０００３】
従来の固体撮像装置は、各フォトダイオードに制御可能なオーバーフロードレイン（Ｏｖｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｄｒａｉｎ：以下、ＯＦＤと称する）を設け、一定レベルを超える電荷をＣＣＤ基板に流し込む（フォトダイオードの飽和レベルを下げる）ことで、周辺に電荷が溢れ出すのを防止している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２８２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の固体撮像装置では、太陽を直接撮像した場合のように被写体に極めて高輝度な部分がある場合でもブルーミングが発生しないようにするため、ＯＦＤによりフォトダイオードの飽和レベルをかなり低い値（たとえば、元の値の６０％の値）に設定していたので、ＣＣＤの出力レベルが低下していた。また、フォトダイオードの製造工程における製造のばらつきに起因して各フォトダイオードの飽和レベルのばらつきが生じることにより、画面上に面ザラが発生していた。さらに、ダイナミックレンジの問題により、被写体に高輝度部がない場合でもＣＣＤの露出を小さくせざるを得ず、ＣＣＤの出力レベルが低下する。その分、自動利得制御（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下ＡＧＣと称する）回路の利得が自動的に大きくなるため、出力信号のＳ／Ｎが低下していた。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、被写体に高輝度部がある場合にブルーミングおよび面ザラの発生を防止し、かつ被写体に高輝度部がない場合に出力信号のＳ／Ｎを高くすることが可能な固体撮像装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る固体撮像装置は、被写体からの光信号を光電変換して映像信号を出力する電荷結合素子を備えた固体撮像装置であって、映像信号の輝度レベルが予め定められた値を超えない場合は、被写体に高輝度部がないと判定して第１の信号を出力し、映像信号の輝度レベルが予め定められた値を超えた場合は、被写体に高輝度部があると判定して第２の信号を出力する高輝度検出手段、および高輝度検出手段の出力信号に応答して固体撮像装置の各種パラメータを制御するパラメータ制御手段が設けられる。
【０００８】
好ましくは、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、電荷結合素子のオーバーフロードレイン電圧を比較的低いレベルにし、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、電荷結合素子のオーバーフロードレイン電圧を比較的高いレベルにするオーバーフロードレイン電圧制御手段を含む。
【０００９】
好ましくは、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、電荷結合素子の電子シャッター時間を長くし、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、電荷結合素子の電子シャッター時間を短くするシャッター時間制御手段を含む。
【００１０】
また、好ましくは、固体撮像装置は、映像信号のクリップレベル以上の部分をクリップするハイクリップ回路が設けられ、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、ハイクリップ回路のクリップレベルを比較的高いレベルにし、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、ハイクリップ回路のクリップレベルを比較的低いレベルにするクリップレベル制御手段を含む。
【００１１】
また、好ましくは、固体撮像装置は、映像信号の輝度レベルが変化してもそれに対する出力レベルを一定に保つように利得を自動的に制御する自動利得制御回路が設けられ、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、自動利得制御回路の利得の目標値を比較的低い値にし、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、自動利得制御回路の利得の目標値を比較的高い値にする利得制御手段を含む。
【００１２】
また、好ましくは、固体撮像装置は、ガンマ特性曲線に基づいて映像信号をガンマ補正するガンマ補正回路が設けられ、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、通常のガンマ特性曲線をガンマ補正回路に使用させ、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、入力レベルの高い部分に対する出力レベルが通常のガンマ特性曲線よりも低いガンマ特性曲線をガンマ補正回路に使用させるガンマ特性制御手段を含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施の形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路ブロック図である。図１において、この固体撮像装置は、ＣＣＤ１、相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：以下、ＣＤＳと称する）回路２、ハイクリップ回路３、ＡＧＣ回路４、ガンマ補正回路５、ホワイトクリップ回路６、タイミングジェネレータ（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＴＧ）７、高輝度検出部８、ＯＦＤ電圧制御部９、シャッター時間制御部１０、クリップレベル制御部１１、利得制御部１２、ガンマ特性制御部１３を備える。
【００１４】
ＣＣＤ１は、フォトダイオードを集合して構成される装置であり、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７からの水平転送パルスＨ１，Ｈ２および垂直転送パルスＶ１〜Ｖ４によって駆動され、被写体の明るさに応じた映像信号をＣＤＳ回路２へ出力する。
【００１５】
図２は、図１で説明した縦型オーバーフロードレイン構造のＣＣＤ１の画素ごとの概略断面図である。図２において、このＣＣＤ１のオーバーフロードレイン５０は、フォトダイオードセンサ領域内に形成される。
【００１６】
フォトダイオードセンサ領域において、ｎ型基板５１の表面上に形成された第１ｐウェル５２上にｎ＋型領域５３が形成される。さらに、ｎ＋型領域５３の表面上に正孔蓄積層５４が形成される。垂直ＣＣＤ領域において、ｎ型基板５１の表面上に形成された第１ｐウェル５２上に、第２ｐウェル５５が形成される。さらに、第２ｐウェル５５の表面上にｎ＋型領域５６が形成され、その上部に、絶縁膜（たとえば、ＳｉＯ２）５８を介してゲート電極５９が形成される。チャネルストッパ領域において、ｎ型基板５１の表面上に形成された第１ｐウェル５２上に、ｐ＋型領域５７が形成される。読み出しゲート領域は、フォトダイオードセンサ領域と垂直ＣＣＤ領域との間に形成される。なお、ＣＣＤ１の表面全面に絶縁膜５８が形成されるとともに、入射光がフォトダイオードのみに入射するように、フォトダイオードセンサ領域の上部のみを開口した遮光膜６０が絶縁膜５８上に形成される。
【００１７】
次に、このＣＣＤ１の動作について説明する。フォトダイオードセンサ領域において、入射光の光電変換により生成された電荷はｎ＋型領域５３に蓄積される。また、正孔蓄積層５４によって、絶縁膜５８との間の界面準位を介した暗電流の発生が抑制される。所望のタイミングでゲート電極５９に高い電圧が印加されると、読み出しゲート領域がオン状態となり、フォトダイオードセンサ領域から垂直ＣＣＤ領域に電荷が読み出される。このとき、ｎ＋型領域５３は空乏層化し、その電位よりも読み出しゲート領域のオン状態の電位および読み出される先のｎ＋型領域５６の電位が高くなるように、電圧が設定される。その後、読み出しゲート領域をオフ状態にして、垂直ＣＣＤ領域で電荷がゲート電極５９に転送される。また、チャネルストッパ領域によって、各画素に蓄えられた電荷が隣の画素へ拡散していくのが防止される。ここで、フォトダイオードに過剰な光が入射した場合は、ｎ＋型領域５３に過剰生成された電荷はオーバーフロードレイン５０によってｎ型基板５１に流し込まれるため、ブルーミングの発生が防止される。したがって、基板電圧を制御することにより、フォトダイオードセンサ領域で発生した過剰電荷は垂直ＣＣＤ領域に流れ込むことなく、基板の厚み方向へ流れ込む。
【００１８】
図３は、図２で説明したＣＣＤ１の画素ごとのフォトダイオードのポテンシャル分布を示す図である。図３において、フォトダイオード７０ａ，７０ｂの電荷７１ａ，７１ｂが周辺のフォトダイオードに流れ込まないように、フォトダイオード７０ａ，７０ｂの間にポテンシャル的な壁７２ａ，７２ｂが設けられている。たとえば、フォトダイオード７０ａの電荷７１ａが多すぎると、電荷７１ａは壁７２ａ，７２ｂを越えて隣のフォトダイオード７０ｂに流れ込み、見かけ上フォトダイオード７０ｂで生成された電荷７１ｂが多くなったようになり、画面上で明るい被写体の周りの部分も明るくなるブルーミングが発生する。このブルーミングが発生しないようにするため、壁７０ａ，７０ｂのある高さの所に穴７３ａ，７３ｂを設け、電荷７１ａ，７１ｂをｎ型基板５１に流し込むようになっている。この穴７３ａ，７３ｂがＯＦＤ端子であり、このＯＦＤ端子に印加する電圧を変えることによって、穴７３ａ，７３ｂの高さを変えることができる。印加電圧を上げれば穴７３ａ，７３ｂの高さが下がり（フォトダイオード７０ａ，７０ｂの飽和レベルが低下し）、明るい光が当たっても電荷７１ａ，７１ｂが隣のフォトダイオードに流れ込まなくなるため、ブルーミングの発生が防止される。
【００１９】
図１に戻って、ＣＤＳ回路２は、ＣＣＤ１からの映像信号を相関二重サンプリング処理することによってクロック信号を除去し、適正な映像信号のみをハイクリップ回路３へ出力する。ハイクリップ回路３は、ＣＤＳ回路２からの入力信号を、クリップレベル制御部１１で設定されるクリップレベル以上の部分をクリップし、ＡＧＣ回路４へ出力する。ＡＧＣ回路４は、ハイクリップ回路３からの入力信号を、利得制御部１２によって目標値設定される利得で増幅し、ガンマ補正回路５へ出力する。ガンマ補正回路５は、ＡＧＣ回路４からの入力信号を、ガンマ特性制御部１３で設定されるガンマ特性曲線によりガンマ補正し、ホワイトクリップ回路６へ出力する。ホワイトクリップ回路６は、ガンマ補正回路５からの入力信号の白飛び部分をクリップして適正な映像信号を出力する。
【００２０】
タイミングジェネレータ（ＴＧ）７は、水平転送パルスＨ１，Ｈ２、垂直転送パルスＶ１〜Ｖ４をＣＣＤ１へ出力する回路であり、シャッター時間制御部１０のコンパレータ２７の出力信号φ２７が「Ｌ」レベルであればＣＣＤ１の電子シャッター時間を長くし、出力信号φ２７が「Ｈ」レベルであればＣＣＤ１の電子シャッター時間を短くすることにより、コンパレータ２７の入力電位ＶＩ２７が基準電位ＶＬ２７に近づくように動作している。また、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７は、高輝度検出部８のコンパレータ１４の出力信号φ１４が「Ｌ」レベルであれば制御ノードＮ１を「Ｌ」レベルにし、出力信号φ１４が「Ｈ」レベルであれば制御ノードＮ１を「Ｈ」レベルにする。なお、インバータ３４により、制御ノードＮ１が「Ｌ」レベルのときはノードＮ２は「Ｈ」レベルになり、制御ノードＮ１が「Ｈ」レベルのときはノードＮ２は「Ｌ」レベルになる。
【００２１】
高輝度検出部８は、コンパレータ１４、ダイオード１５および抵抗素子１６〜１８を含む。抵抗素子１６，１７は、電源電位のラインと接地電位のラインとの間に直列接続される。抵抗素子１８およびダイオード１５は、抵抗素子１６，１７間のノードＮ３と制御ノードＮ２との間に直列接続される。コンパレータ１４のプラス端子はハイクリップ回路３の出力電位ＶＯ３を受け、コンパレータ１４のマイナス端子はノードＮ３の基準電位ＶＬ１４を受け、コンパレータ１４の出力信号φ１４はタイミングジェネレータ（ＴＧ）７に入力される。
【００２２】
制御ノードＮ２が「Ｈ」レベル（制御ノードＮ１が「Ｌ」レベル）の場合は、基準電位ＶＬ１４は比較的高い基準電位ＶＬ１４Ｈとなり、制御ノードＮ２が「Ｌ」レベル（制御ノードＮ１が「Ｈ」レベル）の場合は、基準電位ＶＬ１４は比較的低い基準電位ＶＬ１４Ｌとなる。また、コンパレータ１４のプラス端子の電位ＶＩ１４がマイナス端子の基準電位ＶＬ１４以下の場合は、被写体に高輝度部がないと判定され、出力信号φ１４は「Ｌ」レベルとなり、電位ＶＩ１４が基準電位ＶＬ１４よりも高い場合は、被写体に高輝度部があると判定され、出力信号φ１４は「Ｈ」レベルとなる。
【００２３】
ＯＦＤ電圧制御部９は、トランジスタ１９，２０および抵抗素子２１〜２６を含む。可変抵抗素子２１は、電源電位のラインと接地電位のラインとの間に接続されるとともにＯＦＤ端子Ａに接続される。トランジスタ１９のエミッタは電源電位のラインに接続され、そのコレクタは抵抗素子２２を介してＯＦＤ端子Ａに接続され、そのベースはノードＮ４に接続される。抵抗素子２３は、電源電位のラインとノードＮ４との間に接続される。トランジスタ２０のエミッタは接地電位のラインに接続され、そのコレクタは抵抗素子２４を介してノードＮ４に接続され、そのベースはノードＮ５に接続される。抵抗素子２５はノードＮ５と接地電位との間に接続され、抵抗素子２６はノードＮ５と制御ノードＮ１との間に接続される。
【００２４】
制御ノードＮ１が「Ｌ」レベルの場合は、トランジスタ１９，２０がオフ状態となりＯＦＤ端子Ａの電圧は可変抵抗２１によって定められ、ＯＦＤ端子Ａの電圧は比較的低い値になるため、ＣＣＤ１のフォトダイオードの飽和レベルが高くなる。これにより、通常の被写体ではＣＣＤ１の出力が飽和レベルでクリップされることはなく、ブルーミングおよび面ザラは発生しない。また、制御ノードＮ１が「Ｈ」レベルの場合は、トランジスタ１９，２０が導通してＯＦＤ端子Ａの電圧は比較的高い値になるため、ＣＣＤ１のフォトダイオードの飽和レベルが低下する。これにより、被写体に高輝度部がある場合にブルーミングが発生するのが防止される。
【００２５】
シャッター時間制御部１０は、コンパレータ２７、ダイオード２８、コンデンサ２９および抵抗素子３０〜３３を含む。抵抗素子３０は、ハイクリップ回路３の出力端子とノードＮ６との間に接続され、コンデンサ２９は、ノードＮ６と接地電位のラインとの間に接続される。抵抗素子３１，３２は、電源電位のラインと接地電位のラインとの間に直列接続される。抵抗素子３３およびダイオード２８は、抵抗素子３１，３２間のノードＮ７と制御ノードＮ２との間に直列接続される。コンパレータ２７のプラス端子は抵抗素子３０およびコンデンサ２９で平滑化されたノードＮ６の電位ＶＩ２７を受け、コンパレータ２７のマイナス端子はノードＮ７の基準電位ＶＬ２７を受け、コンパレータ２７の出力信号φ２７はタイミングジェネレータ（ＴＧ）７に入力される。
【００２６】
制御ノードＮ２が「Ｈ」レベル（制御ノードＮ１が「Ｌ」レベル）の場合は、基準電位ＶＬ２７は比較的高い基準電位ＶＬ２７Ｈとなり、制御ノードＮ２が「Ｌ」レベル（制御ノードＮ１が「Ｈ」レベル）の場合は、基準電位ＶＬ２７は比較的低い基準電位ＶＬ２７Ｌとなる。また、コンパレータ２７のプラス端子の電位ＶＩ２７がマイナス端子の基準電位ＶＬ２７以下の場合は、出力信号φ２７は「Ｌ」レベルとなり、電位ＶＩ２７が基準電位ＶＬ２７よりも高い場合は、出力信号φ２７は「Ｈ」レベルとなる。
【００２７】
クリップレベル制御部１１は、トランジスタ３５および抵抗素子３６〜４０を含む。抵抗素子３６，３７は、電源電位のラインと接地電位のラインとの間に接続される。ノードＮ８は、ハイクリップ回路３の制御端子Ｂに接続される。トランジスタ３５のエミッタは接地電位のラインに接続され、そのコレクタは抵抗素子３８を介してノードＮ８に接続され、そのベースはノードＮ９に接続される。抵抗素子３９はノードＮ９と接地電位のラインとの間に接続され、抵抗素子４０はノードＮ９と制御ノードＮ１との間に接続される。
【００２８】
制御ノードＮ１が「Ｌ」レベルの場合は、トランジスタ３５がオフ状態になってハイクリップ回路３の制御端子Ｂの電位ＶＩ３は比較的高い電位ＶＩ３Ｈになるため、クリップレベルは比較的高いレベルなる。制御ノードＮ１が「Ｈ」レベルの場合は、トランジスタ３５が導通するため、制御端子Ｂの電位ＶＩ３は比較的低い電位ＶＩ３Ｌになる。これにより、クリップレベルが比較的低いレベルになるため、各ダイオードの飽和レベルが揃えられ、飽和レベルのばらつきに起因する面ザラが防止される。
【００２９】
利得制御部１２は、ダイオード４１および抵抗素子４２〜４４を含む。抵抗素子４２，４３は、電源電位のラインと接地電位のラインとの間に直列接続される。ダイオード４１および抵抗素子４４は、制御ノードＮ１と抵抗素子４２，４３の間のノードＮ１０との間に直列接続される。ノードＮ１０は、ＡＧＣ回路４の制御端子Ｃに接続される。
【００３０】
制御ノードＮ１が「Ｌ」レベルの場合は、ＡＧＣ回路４の制御端子Ｃの電位ＶＩ４は比較的低い電位ＶＩ４Ｌになり、利得の目標値は比較的低い値になる。制御ノードＮ１が「Ｈ」レベルの場合は、制御端子Ｃの電位ＶＩ４は比較的高い電位ＶＩ４Ｈになり、ＡＧＣ回路４の利得の目標値は比較的高い値になる。
【００３１】
ガンマ特性制御部１３は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７からガンマ特性の切替信号を受け、ガンマ補正回路５の制御端子Ｄに切替信号φ１３を入力する。なお、このタイミングジェネレータ（ＴＧ）７からの切替信号は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７から制御ノードＮ１への信号が切替えられるのと同じタイミングで切替えられる。図４は、ガンマ補正回路５のガンマ特性を示す図である。被写体に高輝度部がある場合、面ザラは輝度の高い部分に発生するため、入力レベルの高い部分に対する出力レベルが通常のガンマ特性曲線（点線）よりも低いガンマ特性曲線（実線）をガンマ補正回路５に使用させる。
【００３２】
次に、この固体撮像装置の動作について説明する。被写体に高輝度部がない場合は、高輝度検出部８のコンパレータ１４からタイミングジェネレータ（ＴＧ）７への出力信号φ１４は「Ｌ」レベルとなり、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７は制御ノードＮ１を「Ｌ」レベルにする。制御ノードＮ１が「Ｌ」レベルにされると、ＯＦＤ電圧制御部９において、ＯＦＤ端子Ａの電圧は比較的低い値にされ（フォトダイオードの飽和レベルが高くなり）、シャッター時間制御部１０において、コンパレータ２７の電位ＶＩ２７が基準電位ＶＬ２７Ｈよりも低くなるため出力信号φ２７は「Ｌ」レベルとなる。この場合、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７はＣＣＤ１の電子シャッター時間を長くし、フォトダイオードに蓄積される電荷量が増えるためＣＣＤ１の出力レベルが高くなる。その分、ＡＧＣ回路４の利得は自動的に小さくなるため、通常よりもＳ／Ｎの高い映像出力が得られる。
【００３３】
なお、制御ノードＮ１の「Ｌ」レベルに応じて、ハイクリップ回路３のクリップレベルは比較的高い値になり、ＡＧＣ回路４の利得の目標値は比較的低い値になっている。また、ガンマ補正回路５のガンマ特性曲線は通常のガンマ特性曲線になっている。この状態で、高輝度検出部８において、１フィールド期間にコンパレータ１４の出力信号φ１４が一度も「Ｈ」レベルにならなければ、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７は制御ノードＮ１を「Ｌ」レベルのままにしておく。
【００３４】
一方、被写体に高輝度部がある場合、高輝度検出部８において１フィールド期間にコンパレータ１４の出力信号φ１４が１度でも「Ｈ」レベルになれば、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７は制御ノードＮ１を「Ｈ」レベルにする。制御ノードＮ１が「Ｈ」レベルにされると、ＯＦＤ電圧制御部９においてＯＦＤ端子Ａの電圧は比較的高い値にされ（フォトダイオードの飽和レベルが低下し）、シャッター時間制御部１０においてコンパレータ２７の電位ＶＩ２７が基準電位ＶＬ２７Ｌよりも高くなるため、コンパレータ２７の出力信号φ２７は「Ｈ」レベルとなる。この場合、タイミングジェネレータ（ＴＧ）７はＣＣＤ１の電子シャッター時間を短くし、フォトダイオードに蓄積される電荷量が減るためＣＣＤ１の出力レベルが低下する。その分、ＡＧＣ回路４の利得は自動的に大きくなるため、映像出力のＳ／Ｎは低くなる（通常レベルになる）が、高輝度部でのブルーミングの発生が防止される。また、制御ノードＮ１が「Ｈ」レベルなので、高輝度検出部８のコンパレータ１４のマイナス端子の基準電位ＶＬ１４は比較的低い基準電位ＶＬ１４Ｌとなり、ＣＣＤ１の出力レベルが下がっている分、被写体の高輝度部を判定するための基準レベルが下げられる。
【００３５】
クリップレベル制御部１１において、制御ノードＮ１が「Ｈ」レベルにされたことに応じて、比較的低い電位ＶＩ３Ｌがハイクリップ回路３の制御端子Ｂに出力され、ハイクリップ回路３のクリップレベルが比較的低いレベルになる。これにより、各フォトダイオードの飽和レベルのばらつきに起因する面ザラが防止される。
【００３６】
また、利得制御部１２において、制御ノードＮ１が「Ｈ」レベルにされたことに応じて、比較的高い電位ＶＩ４ＨがＡＧＣ回路４の制御端子Ｃに出力され、ＡＧＣ回路４の利得の目標値が比較的高い値になる。これにより、逆光状態時の露出制御によって高輝度部以外の部分が暗くなるのが防止される（逆光補正が行なわれる）。また、映像信号レベルが高くなることにより、ハイクリップ回路３のクリップレベルを下げなくても面ザラが防止され得る。
【００３７】
さらに、面ザラ対策として、クリップレベル制御部１１でハイクリップ回路３のクリップレベルを下げるかわりに、ガンマ特性制御部１３において、ガンマ補正回路５の制御端子Ｄへの出力信号φ１３によってガンマ特性を変化させる方法もある。被写体に高輝度部がある場合、入力レベルの高い部分に対する出力レベルが通常のガンマ特性曲線よりも低いガンマ特性曲線をガンマ補正回路５に使用させることによって、通常のガンマ特性曲線の場合と比べてより高い入力レベルでなければ出力レベルが飽和レベルに達しなくなるので、面ザラが防止される。
【００３８】
したがって、この実施の形態では、被写体に高輝度部がある場合にブルーミングおよび面ザラの発生を防止し、かつ被写体に高輝度部がない場合に出力信号のＳ／Ｎを高くすることが可能な固体撮像装置が実現できる。
【００３９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る固体撮像装置は、被写体からの光信号を光電変換して映像信号を出力する電荷結合素子を備えた固体撮像装置であって、映像信号の輝度レベルが予め定められた値を超えない場合は、被写体に高輝度部がないと判定して第１の信号を出力し、映像信号の輝度レベルが予め定められた値を超えた場合は、被写体に高輝度部があると判定して第２の信号を出力する高輝度検出手段、および高輝度検出手段の出力信号に応答して固体撮像装置の各種パラメータを制御するパラメータ制御手段が設けられる。したがって、電荷結合素子から出力される映像信号の輝度レベルに応じて、被写体に高輝度部があるかないかを判定して適切なパラメータ制御をすることができ、被写体に高輝度部がある場合にブルーミングおよび面ザラの発生を防止し、かつ被写体に高輝度部がない場合に出力信号のＳ／Ｎを高くすることができる。
【００４１】
好ましくは、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、電荷結合素子のオーバーフロードレイン電圧を比較的低いレベルにし、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、電荷結合素子のオーバーフロードレイン電圧を比較的高いレベルにするオーバーフロードレイン電圧制御手段を含む。したがって、被写体に高輝度部がい場合は、オーバーフロードレイン電圧を比較的低いレベルにすることにより、ＣＣＤの出力の飽和レベルが高くなり飽和レベルが十分に確保されるため、ブルーミングは発生しない。また、被写体に高輝度部がある場合は、オーバーフロードレイン電圧を比較的高いレベルにすることにより、ＣＣＤの出力の飽和レベルが低下するため高輝度部周辺のブルーミングの発生が防止される。
【００４２】
好ましくは、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、電荷結合素子の電子シャッター時間を長くし、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、電荷結合素子の電子シャッター時間を短くするシャッター時間制御手段を含む。したがって、被写体に高輝度部がない場合は、電子シャッター時間を長くすることによりＣＣＤの出力レベルが高くなる、その分、ＡＧＣ回路の利得が自動的に小さくなるため、映像出力のＳ／Ｎが通常よりも高くなる。また、被写体に高輝度部がある場合は、電子シャッター時間を短くすることによりＣＣＤの出力レベルが低下するため、高輝度部周辺のブルーミングの発生が防止される。
【００４３】
また、好ましくは、固体撮像装置は、映像信号のクリップレベル以上の部分をクリップするハイクリップ回路が設けられ、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、ハイクリップ回路のクリップレベルを比較的高いレベルにし、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、ハイクリップ回路のクリップレベルを比較的低いレベルにするクリップレベル制御手段を含む。したがって、被写体に高輝度部がある場合は、クリップレベルを比較的低いレベルにすることにより、各フォトダイオードの飽和レベルのばらつきに起因する面ザラが防止される。
【００４４】
また、好ましくは、固体撮像装置は、映像信号の輝度レベルが変化してもそれに対する出力レベルを一定に保つように利得を自動的に制御する自動利得制御回路が設けられ、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、自動利得制御回路の利得の目標値を比較的低い値にし、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、自動利得制御回路の利得の目標値を比較的高い値にする利得制御手段を含む。したがって、被写体に高輝度部がある場合は、ＡＧＣ回路の利得の目標値を比較的高い値にする（増幅率を大きくする）ことにより、逆光補正され、かつ面ザラが防止される。
【００４５】
また、好ましくは、固体撮像装置は、ガンマ特性曲線に基づいて映像信号をガンマ補正するガンマ補正回路が設けられ、パラメータ制御手段は、高輝度検出手段から第１の信号が出力された場合は、通常のガンマ特性曲線をガンマ補正回路に使用させ、高輝度検出手段から第２の信号が出力された場合は、入力レベルの高い部分に対する出力レベルが通常のガンマ特性曲線よりも低いガンマ特性曲線をガンマ補正回路に使用させるガンマ特性制御手段を含む。したがって、被写体に高輝度部がある場合は、ガンマ補正のガンマ特性を変えることにより、面ザラが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した縦型オーバーフロードレイン構造のＣＣＤ１の画素ごとの概略断面図である。
【図３】図２に示したＣＣＤ１の画素ごとのフォトダイオードのポテンシャル分布を示す図である。
【図４】図１に示したガンマ補正回路５のガンマ特性を示す図である。
【符号の説明】
１  ＣＣＤ、２  ＣＤＳ回路、３  ハイクリップ回路、４  ＡＧＣ回路、５  ガンマ補正回路、６  ホワイトクリップ回路、７  ＴＧ、８  高輝度検出部、９ＯＦＤ電圧制御部、１０  シャッター時間制御部、１１  クリップレベル制御部、１２  利得制御部、１３  ガンマ特性制御部、１４，２７  コンパレータ、１５，２８，４１  ダイオード、１６，１７，１８，２１，２２，２３，２４，２５，２６，３０，３１，３２，３３，３６，３７，３８，３９，４０，４２，４３，４４  抵抗素子、１９，２０，３５  トランジスタ、２９  コンデンサ、３４  インバータ、５０  オーバーフロードレイン、５１  ｎ型基板、５２  第１ｐウェル、５３  ｎ＋型領域、５４  正孔蓄積層、５５  第２ｐウェル、５６ｎ＋型領域、５７  ｐ＋型領域、５８  絶縁膜、５９  ゲート電極、６０  遮光膜、７０ａ，７０ｂ  フォトダイオード、７１ａ，７１ｂ  電荷、７２ａ，７２ｂ  壁、７３ａ，７３ｂ  穴、Ａ  ＯＦＤ端子、Ｂ，Ｃ，Ｄ  制御端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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