(57)【要約】【課題】新たなノイズの発生を抑制しつつシェーディング等の抑制も可能とする撮像装置を提供すること。【解決手段】本発明の撮像装置１ａは、被測定光を光電変換する有効画素部と被測定光が照射されないように遮蔽されたオプティカル・ブラック部とを備える固体撮像素子と、オプティカル・ブラック部からの出力信号に基づいて所定の電圧を保持し、この保持した電圧を用いて有効画素部からの出力信号の黒レベルの調整を行う調整手段と、固体撮像素子が光電変換する電荷を出力信号として読み出すように指示する第一指示信号と、調整手段が所定の電圧の保持を行うように指示する第二指示信号とをそれぞれ出力する制御手段と、を備え、制御手段は第一指示信号を出力する前に、少なくとも所定の電圧が保持されるのに必要な時間を超えるように第二指示信号を出力する。【選択図】  図１
2004266372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光を光電変換する有効画素部と被測定光が照射されないように遮蔽されたオプティカル・ブラック部とを備える固体撮像素子と、
前記オプティカル・ブラック部からの出力信号に基づいて所定の電圧を保持し、この保持した電圧を用いて前記有効画素部からの出力信号の黒レベルの調整を行う調整手段と、
前記固体撮像素子が光電変換する電荷を出力信号として読み出すように指示する第一指示信号と、前記調整手段が前記所定の電圧の保持を行うように指示する第二指示信号とをそれぞれ出力する制御手段と、を備え、
前記制御手段は前記第一指示信号を出力する前に、少なくとも前記所定の電圧が保持されるのに必要な時間を超えるように前記第二指示信号を出力する、撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子は、
相互に交わる第一の方向および第二の方向に２次元配列されている画素の内、照射される光が測定対象となる画素が属する第一画素群と、
当該第一画素群に属さない画素が属する第二画素群と、
前記第一の方向に転送される電荷を前記画素から受け取って蓄積し、当該蓄積した電荷を前記第二の方向に転送する水平転送レジスタと、を含み、
前記第二画素群に属する画素が光電変換した電荷が前記第一の方向に重ね合わされて前記水平転送レジスタに蓄積された後に前記第二の方向に転送され、前記第一画素群に属する画素が光電変換した電荷が前記第一の方向に一段毎に蓄積されて前記第二の方向に転送される場合に、
前記制御手段は、前記第二画素群に属する画素が光電変換した電荷が転送された後で、前記第一画素群に属する画素が光電変換した電荷が転送される前に、前記第二指示信号を出力する、請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）といった固体撮像素子を用いた撮像装置では、信号の読み出しの際に暗電流に起因する出力信号が発生する。この出力信号による影響を除去するために、ＣＣＤの画素の一部を遮光し光電変換を行わないようにしたオプティカル・ブラック部を設け、このオプティカル・ブラック部から出力される信号を暗電流に起因する出力信号として黒レベルを調整することが行われる。
【０００３】
この黒レベルの調整の為にコンデンサとスイッチとを含むクランプ回路が設けられる場合がある。ＣＣＤの水平シフトレジスタに転送された電荷を読み出す期間（以下、一水平期間という。）が複数ある場合に、それぞれの一水平期間にクランプ回路のスイッチをＯＮにしてコンデンサを充電し、この充電された電圧値を黒レベルとして用いている。このようなクランプ回路の時定数は、ノイズとの兼ね合いも考慮し、数十水平期間に相当するものとされる場合が多い。
【０００４】
従って、ＣＣＤの有効画素部からの読み出しが連続して行われる場合には、各水平期間に対応したクランプ動作が行われるため黒レベルは一定値をとることができるけれども、読み出しが不連続の場合には黒レベルが変動しシェーディング等の問題が発生する場合がある。このシェーディング等を抑制する撮像装置として下記特許文献１に記載の技術がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２５２１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術では、複数フィールド蓄積時に対応するために上記特許文献１の図３に示すような回路構成を採用している。この回路構成では、固定抵抗とコンデンサとの組合せを切り替えることで回路の時定数を切り替えて、通常の読み出し時と複数フィールド蓄積時の読み出し時とに対応したクランプ動作をする。ところで、このように回路素子を増設するとそれに起因するノイズの発生が認められ、この新たなノイズへの対応が必要となる。
【０００７】
そこで本発明では、新たなノイズの発生を抑制しつつシェーディング等の抑制も可能とする撮像装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、被測定光を光電変換する有効画素部と被測定光が照射されないように遮蔽されたオプティカル・ブラック部とを備える固体撮像素子と、オプティカル・ブラック部からの出力信号に基づいて所定の電圧を保持し、この保持した電圧を用いて有効画素部からの出力信号の黒レベルの調整を行う調整手段と、固体撮像素子が光電変換する電荷を出力信号として読み出すように指示する第一指示信号と、調整手段が所定の電圧の保持を行うように指示する第二指示信号とをそれぞれ出力する制御手段と、を備え、制御手段は第一指示信号を出力する前に、少なくとも所定の電圧が保持されるのに必要な時間を超えるように第二指示信号を出力する。
【０００９】
本発明の撮像装置によれば、第一指示信号を出力する前に第二指示信号を出力するので、有効画素部からの出力信号が出力される前に黒レベルの調整のための電圧を保持できる。また、第二指示信号を所定の電圧が保持されるのに必要な時間を超えるように出力するので、調整手段は黒レベルの調整に必要な電圧を保持できる。従って、新たな回路素子を加えることなく第一指示信号及び第二指示信号の出力タイミングと出力時間とを調整することで黒レベルの調整に必要な電圧を必要な時期に保持できるので、新たなノイズの発生を抑制しつつシェーディング等の抑制も可能となる。
【００１０】
また本発明の撮像装置においては、固体撮像素子は、相互に交わる第一の方向および第二の方向に２次元配列されている画素の内、照射される光が測定対象となる画素が属する第一画素群と、当該第一画素群に属さない画素が属する第二画素群と、第一の方向に転送される電荷を画素から受け取って蓄積し、当該蓄積した電荷を第二の方向に転送する水平転送レジスタと、を含み、第二画素群に属する画素が光電変換した電荷が第一の方向に重ね合わされて水平転送レジスタに蓄積された後に第二の方向に転送され、第一画素群に属する画素が光電変換した電荷が第一の方向に一段毎に蓄積されて第二の方向に転送される場合に、制御手段は、第二画素群に属する画素が光電変換した電荷が転送された後で、第一画素群に属する画素が光電変換した電荷が転送される前に、第二指示信号を出力することも好ましい。実質的に被測定光が照射されている第一画素群に属する画素が光電変換した電荷が転送される前に第二指示信号を出力すれば、測定すべき電荷が転送される前に黒レベルの設定ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１２】
本発明の実施形態である撮像装置１ａについて説明する。図１は撮像装置１ａの構成を示す図である。被測定光５はレンズ３およびスリット４を通って、カメラ１ａの撮像部（固体撮像素子）１０の所定領域１０ａに照射される。撮像部１０は、同期回路（制御手段）２０から出力されるパルス信号に応じて各画素が光電変換および電荷転送を行う。この読み出した電荷は読み出し回路２２で電圧に変換されてクランプ回路（調整手段）２３に出力される。クランプ回路２３では黒レベル調整されて外部に出力される（詳細は後ほど説明する。）。同期回路２０は外部同期信号および内部同期信号に基づいてパルス信号を撮像部１０に出力する。この出力タイミングは制御部（制御手段）２１からの指示信号に基づいて適宜設定される。
【００１３】
撮像部１０はＣＣＤ撮像素子で構成され、本実施形態の場合には、各画素が受光して光電変換した電荷を順次転送してデータを出力するフレーム転送方式を採用している。同期回路２０から撮像部１０の各画素へは信号線２０ａを介して所定の信号が出力される。また、同期回路２０から水平転送レジスタ１１の各電荷蓄積素子へは信号線２０ｂを介して所定の信号が出力される。撮像部１０は、被測定光を光電変換する有効画素部１０１と、被測定光が照射されないように金属等で遮蔽されたオプティカル・ブラック部１０２とを含む。撮像部１０においては被測定光が出力されない場合であっても暗電流による出力信号が発生するので、このオプティカル・ブラック部１０２からの出力信号を暗電流による出力信号としてクランプ回路２３において黒レベル調整が行われる。
【００１４】
撮像部１０の各画素は同期回路２０からの露光信号に応じて露光し、受光した光を光電変換する。撮像部１０の各画素は更に同期回路２０からの転送信号（第一指示信号）に応じてその光電変換して蓄積した電荷を、水平転送レジスタ１１に向かう方向（第１の方向）に転送する。撮像部１０の水平転送レジスタ１１に隣接する画素まで電荷が転送されてくると、その電荷は水平転送レジスタ１１に受け渡される。
【００１５】
水平転送レジスタ１１は同期回路２０からの転送信号に応じて撮像部１０から受け渡された電荷を、読み出し回路２２に向かう方向（第２の方向）に転送する。従って、このカメラ１ａを用いれば、撮像部１０の所定領域１０ａに照射される被測定光５を測定し、その測定結果を出力データとして外部に出力できる。
【００１６】
より具体的な電荷の読み出し方法について、図２（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。図２（ａ）は、撮像部１０に被測定光５が照射されて、撮像部１０の各画素が受光した状態を模式的に示した図である。撮像部１０の画素は、第１段１１１〜第６段１１６に分けられて配置されている。各段には１０個の画素が配置されている。従って、撮像部１０の画素は水平方向と垂直方向とに２次元的に配置されている。図１の所定領域１０ａに対応する画素は、第３段および第４段に配置されている画素である。図２（ａ）において丸印が付されている領域は、被測定光５が照射されている画素（第一画素群）であることを示し、一重斜線が付されている領域は、実質的に被測定光５が照射されていない画素（第二画素群）であることを示している。
【００１７】
図２（ａ）の状態から撮像部１０の各画素には同期回路２０から転送信号が入力される。撮像部１０の各画素の電荷は一段づつ水平転送レジスタ１１方向に転送される。従って、図２（ｂ）のように撮像部１０の第６段１１６の画素に蓄積された電荷は、水平転送レジスタ１１に受け渡される。更に、同期回路２０から撮像部１０に転送信号が入力されると、図２（ａ）における第５段１１５の画素に蓄積された電荷も、水平転送レジスタ１１に受け渡される。従って、図２（ｃ）においては、図２（ａ）における第５段１１５および第６段１１６の画素において光電変換された電荷が、水平転送レジスタ１１において重ね合わされていることとなる。図２（ｃ）で水平転送レジスタ１１の各領域に二重斜線が記入されているのは、このように２段に渡る電荷が重ねあわされていることを示している。
【００１８】
図２（ｃ）の状態から、同期回路２０から水平転送レジスタ１１へは転送信号が入力され、水平転送レジスタ１１に蓄積された電荷が順次掃き出される（図２（ｄ））。ここで、図２（ｃ）の状態から更に図２（ａ）における第４段１０４の画素において光電変換された電荷を水平転送レジスタ１１に受け渡さないのは、図２（ａ）における第４段１１４の画素は被測定光５が照射されていて有効なデータを蓄積しているためである。従って、水平転送レジスタ１１に蓄積された電荷が全て掃き出された後に、同期回路２０から撮像部１０に転送信号が入力されて、図２（ａ）における第４段１１４の画素において光電変換された電荷を水平転送レジスタ１１に受け渡すこととなる（図２（ｅ））。その後、同期回路２０から水平転送レジスタ１１に転送信号が入力されて、図２（ａ）における第４段１１４の画素において光電変換された電荷が外部に出力データとして掃き出される。
【００１９】
引き続いて、クランプ回路２３について図３を用いて説明する。図３は、クランプ回路２３の構成を示した図である。クランプ回路２３は、固定抵抗２３１、スイッチ２３２、コンデンサ２３３、差動増幅器２３４を含む。オプティカル・ブラック部１０２からの出力信号が出力されてくるタイミングに合わせて制御部２１からクランプ回路２３に指示信号（第二指示信号）が出力される。この指示信号が入力されるとスイッチ２３２が閉じられて、コンデンサ２３３に出力信号に応じた電圧が充電されて保持される。この電圧が差動増幅器２３４を介して出力信号にフィードバックされて、有効画素部１０１からの出力信号の黒レベル調整が行われる。
【００２０】
図２（ａ）〜図２（ｅ）を用いて説明した読み出し方法においては、制御部２１は図２（ｄ）から図２（ｅ）の間のタイミングでダミーの読み出し信号を出力すると共に、スイッチを閉じて充電を行う。このクランプ回路の時定数は、数十水平期間分あるのでその読み出しの際に十分長い時間スイッチを閉じて充電を行うこととなる。この充電の動作について図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いてより具体的に説明する。図４（ａ）は、クランプ回路から出力される信号波形を示し、図４（ｂ）は、スイッチを閉じるための指示信号の波形を示したタイミングチャートである。
【００２１】
この例に拠れば、図４（ａ）及び図４（ｂ）の区間Ａは、図２（ａ）〜図２（ｅ）における第５段１１５及び第６段１１６の画素において光電変換された電荷が出力されている期間であり、不要な信号が出力されている。図４（ａ）及び図４（ｂ）の区間Ｃは、図２（ａ）〜図２（ｅ）における第４段１１４の画素において光電変換された電荷が出力されている期間であり、有効な一水平期間としてデータが読み取られる。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）の区間Ｄは、図２（ａ）〜図２（ｅ）における第３段１１３の画素において光電変換された電荷が出力されている期間であり、同様に有効な一水平期間としてデータが読み取られる。従って、区間Ｃ及び区間Ｄのデータを読み取る際に黒レベルが適切に設定されている必要があるので、区間Ａと区間Ｃとの間の区間Ｂでダミーの読み出しを行う。このダミーの読み出しの際にクランプ回路２３のスイッチ２３２を、通常の一水平期間における時間よりも十分長く閉じることでクランプ回路２３のコンデンサ２３３に黒レベルの設定に必要な電圧が充電されて保持される。
【００２２】
この実施形態においては、上述のようにダミーの読み出しを行う際にクランプ回路２３のコンデンサ２３３に充電を行っているけれども、不要期間である図４（ａ）及び図４（ｂ）の区間Ａにおいて行っても良い。
【００２３】
本実施形態においては、実質的に被測定光が照射されている画素の電荷を転送するように指示する転送信号が出力される前に、クランプ回路２３のスイッチ２３２を閉じるように指示する信号を出力するので、有効画素部１０１からの出力信号が出力される前に黒レベルの調整のための電圧を保持できる。また、クランプ回路２３のスイッチ２３２を閉じるように指示する信号を所定の電圧が保持されるのに必要な時間を超えるように出力するので、クランプ回路２３は黒レベルの調整に必要な電圧を保持できる。従って、新たな回路素子を加えることなく上述の指示信号の出力タイミングと出力時間とを調整することで黒レベルの調整に必要な電圧を必要な時期に保持できるので、新たなノイズの発生を抑制しつつシェーディング等の抑制も可能となる。
【００２４】
また本実施形態においては、制御手段は、図２（ａ）〜図２（ｅ）の第５段１１５及び第６段１１６の画素（第二画素群）において光電変換された電荷が転送された後で、図２（ａ）〜図２（ｅ）の第４段１１４の画素（第一画素群）において光電変換された電荷が転送される前に、クランプ回路２３のスイッチ２３２を閉じるように指示する信号を出力するので、測定すべき電荷が転送される前に黒レベルの設定ができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、第一指示信号を出力する前に第二指示信号を出力するので、有効画素部からの出力信号が出力される前に黒レベルの調整のための電圧を保持できる。また、第二指示信号を所定の電圧が保持されるのに必要な時間を超えるように出力するので、調整手段は黒レベルの調整に必要な電圧を保持できる。従って、新たな回路素子を加えることなく第一指示信号及び第二指示信号の出力タイミングと出力時間とを調整することで黒レベルの調整に必要な電圧を必要な時期に保持できるので、新たなノイズの発生を抑制しつつシェーディング等の抑制も可能となる。従って本発明の目的とする、新たなノイズの発生を抑制しつつシェーディング等の抑制も可能とする撮像装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である撮像装置の構成を示した図である。
【図２】図１の撮像装置における電荷の読み出し方法を説明するための図である。
【図３】図１のクランプ回路の構成を示した図である。
【図４】図１のクランプ回路の動作タイミングを示した図である。
【符号の説明】
１ａ…カメラ、１０…撮像部、１０ａ…所定領域、１１…水平転送レジスタ、２０…同期回路、２０ａ、２０ｂ…信号線、２１…制御部、２２…読み出し回路、２３…クランプ回路、３…レンズ、４…スリット、５…被測定光、１０１…有効画素部、１０２…オプティカル・ブラック部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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