(57)【要約】【課題】露出時間の長期化や高温環境にあっても、黒潰れや黒浮きを防止することができる固体撮像装置およびその信号処理方法を提供。【解決手段】一眼レフタイプのディジタルカメラ１０は、温度センサ部２０で撮像信号に対するクランプ決定のパラメータを調べてシステム制御部２２に送り、システム制御部２２でクランプ決定のパラメータである露出時間や温度データとあらかじめ設定したスレッショルド値とを比較判断し、この判断結果に応じてタイミング信号発生器２６を制御信号２２ａにて制御することにより、前処理部１６のクランプ調整回路１６ａに供給するクランプパルス１６ａを調整し、クランプ調整回路１６ａで撮像信号に対するクランプを調整する。【選択図】　　　　図１
2004120492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電気信号に変換する複数の受光素子が２次元アレイ状に配され、前記電気信号を撮像信号として出力する固体撮像素子と、該撮像信号における黒レベルをクランプするクランプ手段とを含み、該クランプした撮像信号に信号処理を施して画像データを生成する固体撮像装置において、
前記複数の受光素子は、前記入射光が有効に入射される第１の領域と、第１の領域の外周にあって前記入射光が遮光された第２の領域とに配設され、前記固体撮像素子は、第２の領域を囲み前記受光素子のない第３の領域を有し、
該装置は、
前記クランプ手段におけるクランプをどのように行うかの判断に用いるクランプ決定のパラメータを調べる条件調査手段と、
前記パラメータに応じた前記撮像信号の黒レベルに対するクランプ信号を生成するクランプ信号生成手段と、
前記パラメータを用いて前記黒レベルのクランプをどのように行うかの判断を行い、該判断に応じて前記クランプ信号生成手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記条件調査手段は、少なくとも、前記パラメータを出力する前記固体撮像素子に対する温度測定手段および前記入射光に対する露出時間の算出手段のいずれか一方を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、前記クランプ信号生成手段は、前記パラメータに応じて第２の領域をクランプするクランプ信号のパルス幅を変化させることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の装置において、前記クランプ信号生成手段は、あらかじめ設定したスレッショルド値より大きい前記パラメータに応じて前記クランプ信号のパルス幅を長く設定することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の装置において、前記クランプ信号生成手段は、前記パラメータに応じて第２の領域と第３の領域のいずれかを選択する選択切換手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の装置において、前記クランプ手段は、クランプする期間を定める時定数をそれぞれ設定する複数の時定数設定手段と、
前記パラメータに応じて供給される前記クランプ信号により前記複数の時定数設定手段から一つを選択する時定数選択手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記クランプ信号生成手段は、前記複数の時定数設定手段の中からの選択において、あらかじめ設定したスレッショルド値より大きい前記パラメータに応じて通常より長い時定数の前記時定数設定手段を選択するクランプ信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
入射光を電気信号に変換する複数の受光素子が２次元アレイ状に配され、前記複数の受光素子は、前記入射光が有効に入射される第１の領域と、第１の領域の外周にあって前記入射光が遮光された第２の領域とに配設され、さらに第２の領域を囲み前記受光素子のない第３の領域を有し、前記電気信号を撮像信号として出力する固体撮像素子を用い、該撮像信号における黒レベルをクランプし、該クランプした撮像信号に信号処理を施して画像データを生成する固体撮像装置の信号処理方法において、該方法は、
予備的な測光にともない少なくとも、前記撮像信号に対するクランプの決定に用いるパラメータを調べる第１の工程と、
該クランプ決定のパラメータを用いて前記黒レベルのクランプをどのように行うかの判断を行い、該判断に応じて前記クランプ信号の生成を制御する第２の工程と、
前記パラメータにともなう制御に応じて前記撮像信号に対するクランプ信号を生成する第３の工程とを含むことを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記パラメータは、少なくとも、あらかじめ前記固体撮像素子が被る温度および前記入射光に対する露出時間の長さのいずれか一方を用い、前記クランプは、前記パラメータに対する判断基準としてあらかじめ設定したスレッショルド値と前記パラメータとを比較した判断結果に応じた制御により行うことを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法において、第２の工程は、前記パラメータに応じて第２の領域をクランプするクランプ信号のパルス幅の変化を制御することを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、第２の工程は、あらかじめ設定したスレッショルド値より大きい前記パラメータに応じて前記クランプ信号のパルス幅を長くすることを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項１２】
請求項８または９に記載の方法において、第２の工程は、前記パラメータに応じて第２の領域と第３の領域のいずれかを選択する制御を行うことを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項１３】
請求項８または９に記載の方法において、第２の工程は、前記クランプにおける積分時間を規定する複数の時定数設定を用意し、前記パラメータに応じて前記複数の時定数の中から一つを選択する制御を行うことを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光を電気信号に変換して得られる信号を撮像信号とし、この撮像信号に黒レベルのクランプを行い、クランプした撮像信号に信号処理を施して画像データを生成する固体撮像装置に関するものであり、また、本発明は、たとえば固体撮像素子から読み出した撮像信号にクランプ処理を施し、さらに信号処理を施して画像データを生成する固体撮像装置の信号処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置における信号処理では、固体撮像素子から得られたアナログ信号に対する前処理としてノイズ除去処理およびゲイン調整が行われ、ディジタル信号が行われている。ゲイン調整において理想的なＤＣ直結の入力を試みると、回路規模を増大させてしまう。また、ゲイン調整における信号のＤＣ電位は、ゲインが大きいことから外部回路と合わせることが難しい。
【０００３】
このため、ＤＣ成分をカットした場合、ゲイン調整は、出力される信号のオプティカルブラック（光学的な黒）レベルの出力期間およびこれに相当する出力期間の一方をクランプしてＤＣ電位の適合を図っている。
【０００４】
また、固体撮像装置は、信号電荷の転送を映像表示させないブランキング期間に垂直転送を行うが、駆動に応じて不要な信号を出力してしまうことがある。この他、いわゆる垂直サグが生じ、対処しても完全に消去できず、さらに、垂直駆動のパルスがノイズとして重畳され、無視できない影響をもたらすことがある。
【０００５】
この影響を回避するため、サンプルホールド回路で光学的な黒レベル期間の電位をサンプルホールドするようにＯＢＣＰ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｂｌａｃｋ　Ｃｌａｍｐ　Ｐｕｌｓｅ）信号を供給し、少なくとも垂直ブランキング期間の大部分の期間をサンプルホールドした電位に切換スイッチで切り換えている。これにより、不要電荷の出力信号が供給断状態になるので、正常なＤＣ再生が行われるようにしている（特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２８０６０３５号明細書。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように光学的な黒領域またはＯＢ部の受光素子から得られる信号を用いて黒レベルを補正する回路が提案されているが、露出時間が長くなると、画面に黒潰れや黒浮きと言われる現象が水平転送方向と同方向にスジとして生じてくる。
【０００８】
この原因を検討してみる。ＯＢ部の受光素子は、遮光板で覆われているので、正常な再生が得られるはずである。ところで、一般的に、受光素子は、露出時間が長くなると、受光素子の暗電流により白傷が発生する。この暗電流は、遮光しているにもかかわらず、ＯＢ部の受光素子にも発生する。暗電流の発生は、ＯＢ部をサンプリングして求めた信号レベルを通常の露出時に比べて変化させてしまう。したがって、この黒レベルをクランプしても、映像信号を生成する受光素子が２次元状に配設されたエリアからの信号レベルと、ＯＢ部をサンプリングして求めた信号レベルとが異ならせてしまうことになる。この結果、画像には、黒く潰れたり、黒く浮き上がる現象が生じる。また、この現象は、露出時間の長期化にともなう発熱の増加とＯＢ部の遮光板による保温効果で周囲温度が上昇することも原因と考えられる。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、露出時間の長期化や高温環境にあっても、黒潰れや黒浮きを防止することができる固体撮像装置およびその信号処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、入射光を電気信号に変換する複数の受光素子が２次元アレイ状に配され、電気信号を撮像信号として出力する固体撮像素子と、この撮像信号における黒レベルをクランプするクランプ手段とを含み、このクランプした撮像信号に信号処理を施して画像データを生成する固体撮像装置において、複数の受光素子は、入射光が有効に入射される第１の領域と、第１の領域の外周にあって入射光が遮光された第２の領域とに配設され、固体撮像素子は、第２の領域を囲み受光素子のない第３の領域を有し、この装置は、クランプ手段におけるクランプをどのように行うかの判断に用いるクランプ決定のパラメータを調べる条件調査手段と、パラメータに応じた撮像信号の黒レベルに対するクランプ信号を生成するクランプ信号生成手段と、パラメータを用いて黒レベルのクランプをどのように行うかの判断を行い、この判断に応じてクランプ信号生成手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、条件調査手段で撮像信号に対するクランプ決定のパラメータを調べて制御手段に送り、制御手段でこのパラメータに応じてクランプ信号生成手段を制御することにより、パラメータに応じたクランプ信号が生成され、このクランプ信号でクランプ手段に供給される撮像信号のクランプする範囲を調整することができる。
【００１２】
また、本発明は上述した課題を解決するために、入射光を電気信号に変換する複数の受光素子が２次元アレイ状に配され、複数の受光素子は、入射光が有効に入射される第１の領域と、第１の領域の外周にあって入射光が遮光された第２の領域とに配設され、さらに第２の領域を囲み受光素子のない第３の領域を有し、電気信号を撮像信号として出力する固体撮像素子を用い、この撮像信号における黒レベルをクランプし、このクランプした撮像信号に信号処理を施して画像データを生成する固体撮像装置の信号処理方法において、予備的な測光にともない少なくとも、撮像信号に対するクランプの決定に用いるパラメータを調べる第１の工程と、このパラメータを用いて黒レベルのクランプをどのように行うかの判断を行い、この判断に応じてクランプ信号の生成を制御する第２の工程と、パラメータにともなう制御に応じて撮像信号に対するクランプ信号を生成する第３の工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の固体撮像装置の信号処理方法は、予備的な測光において撮像信号に対するクランプ決定のパラメータを調べ、このパラメータに応じて黒レベルのクランプ処理に対する判断を行い、判断結果からクランプ信号の生成を制御することにより、撮像信号に対するクランプ信号を生成し、生成したクランプ信号により、撮像信号のクランプする範囲を調整する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。
【００１５】
本実施例は、本発明の固体撮像装置を一眼レフタイプのディジタルカメラ１０に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００１６】
一眼レフタイプのディジタルカメラ１０には、図１に示すように、光学系１２、撮像部１４、前処理部１６、信号処理部１８、温度センサ部２０、システム制御部２２、操作部２４、タイミング信号発生器２６、ドライバ２８、モニタ３０およびストレージ３２が含まれる。光学系１２は交換可能な機構を有している。光学系１２には、図示しないが、光学系レンズ、ズーム機構、絞り調節機構、およびオートフォーカス（ＡＦ：　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｆｏｃｕｓ）調節機構が含まれている。
【００１７】
ズーム機構は、図示しないが被写界の画角を調整する。ＡＦ調節機構は、複数の光学レンズの配置を自動的に変位調節して被写体を焦点の合った位置関係に調節する機構である。機構のそれぞれには、上述した位置に光学レンズを移動させるためモータが配設されている。これらの機構は、各モータにドライバ２８からそれぞれ供給される駆動信号２８ａに応動して動作している。
【００１８】
絞り調節機構は、具体的に図示しないが入射光量を調節するＡＥ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）調節機構であり、ドライバ２８からの駆動信号２８ｂに応じてリング部を回転させる。リング部は、羽根を部分的に重ならせてアイリスの形状を丸く形成し、入射する光束を通すようにアイリスを形成する。このようにして絞り調節機構はアイリスの口径を変えている。絞り調節機構は、メカニカルシャッタをレンズシャッタとして光学系レンズに組み込んでもよい。
【００１９】
メカニカルシャッタは、撮像部１４に撮影のとき以外に光が照射されないように遮光するとともに、露光の開始と終了により露光時間を決める機能を有している。メカニカルシャッタには、たとえば一眼レフカメラで使用されているようなフォーカルプレン式がある。この方式は、シャッタ幕が縦または横に走り、この瞬間にできるスリットで露光を行うものである。また、上述したようにレンズシャッタ式を用いてもよい。メカニカルシャッタは、ドライバ２８から供給される駆動信号２８ｃに応じてシャッタを開閉する。
【００２０】
撮像部１４は、光学ローパスフィルタ１４ａおよび色フィルタが配された固体撮像素子１４ｂを備えている。光学ローパスフィルタ１４ａは、入射光の空間周波数をナイキスト周波数以下にするフィルタである。固体撮像素子１４ｂの要部を図２および図３に示す。固体撮像素子１４ｂは、図２（ａ）に示すように、２次元アレイ状に受光素子を配設して入射光側の撮像面を形成し、各受光素子から映像信号として読み出される有効画素領域１４０と、遮光された光学的な黒領域（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｂｌａｃｋ　ａｒｅａ：ＯＢ部）１４２とに分けられている。固体撮像素子１４ｂのＯＢ部１４２には、受光素子が配設されている。また、固体撮像素子１４ｂは、図示しないがＯＢ部１４２のさらに外周領域に遮光された受光素子のないダミー（または空）領域を備えている。
【００２１】
固体撮像素子１４ｂは、インターライントランスファ（Ｉｎｔｅｒｌｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ：　ＩＴ）型の電荷結合素子（ＣＣＤ：　Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）であり、図２（ｂ）に示す太線１４４で囲む領域を１画素とする受光素子を２次元状にアレイ状に配設している。各受光素子には、入射光を取り込む開口領域１４４ａが形成されている。開口領域１４４ａの直下には、光電変換デバイスとしてフォトダイオードが配設されている。形成したフォトダイオードには、隣接して垂直転送レジスタ１４４ｂが形成されている。垂直転送レジスタ１４４ｂは、２つのフォトダイオードに対して隣接させてたとえば、４つのＣＣＤ　Ｖ１〜Ｖ４を１単位として駆動するように形成している。４つの垂直転送レジスタ１４４ｂには、それぞれ垂直駆動信号φＶ１〜φＶ４が供給されている。
【００２２】
受光素子の構造を図３を用いて簡単に説明する。図３の受光素子は、有効画素領域１４２とＯＢ部１４４の各受光素子に対して図２（ｂ）に示す破断線ＩＩｂ−ＩＩｂに沿って切断した断面を示している。前者の受光素子の場合、Ｎ型半導体基板１４０ａの上面１４０ｂにＰ型ウェル１４０ｃが積層形成されている。Ｐ型ウェル１４０ｃには、開口領域１４４ａがカバーされるように対応させてＮ＋層１４０ｄ，　Ｐ＋層１４０ｅと順次積層させてフォトダイオードを形成している。断面に対するフォトダイオードの両側には独立にチャネルストッパ１４０ｆ，　１４０ｆが形成されている。さらにチャネルストッパ１４０ｆ，　１４０ｆの外側には、Ｎ型半導体により垂直転送レジスタ１４４に対応する埋込みチャネル１４０ｇ，　１４０ｇがそれぞれ形成されている。　Ｐ＋層１４０ｅ、チャネルストッパ１４０ｆ，　１４０ｆおよび埋込みチャネル１４０ｇ，　１４０ｇで形成される面１４０ｈを平坦化する。
【００２３】
垂直転送レジスタ１４４が形成される面１４０ｉ上に図示しないが酸化シリコン膜等を用いた絶縁膜を介して転送電極１４０ｊ，　１４０ｊがポリシリコンにより形成される。転送電極は、たとえば２つもけるようにしてもよい。開口領域１４４ａを除く領域は遮光膜１４０ｋ，　１４０ｋにより遮光されている。遮光膜１４０ｋ，　１４０ｋには、開口領域１４４ａが入射光照射領域として形成されている。遮光膜１４０ｋ，　１４０ｋとしては、タングステン（Ｗ）等が用いられている。遮光膜１４０ｋ，　１４０ｋは、上述したように転送電極１４０ｊ，　１４０ｊを覆い、開口領域１４４ａを形成するため、遮光膜１４０ｋ，　１４０ｋは、折曲形成される。遮光膜１４０ｋ，　１４０ｋを覆うように、ホスホシリケートガラス等で形成された層間絶縁膜（図示せず）が形成され、遮光膜１４０ｋ，　１４０ｋの表面上が平坦化されている。
【００２４】
この平坦化された開口領域１４４ａ上には、色フィルタセグメント１４０ｍが形成される。色フィルタセグメント１４０ｍは、塗布する材質による入射光の波長選択性を利用して色分解する機能を有する。色フィルタセグメント１４０ｍ上に層間絶縁膜を形成して平坦化し、この上にマイクロレンズ１４０ｎを形成する。
【００２５】
図３（ｂ）に示すように、本実施例の固体撮像素子１４ｂは、ＯＢ部１４４にも受光素子を形成している。図３（ａ）の受光素子と構造的な相違は、遮光膜１４０ｋを折曲することなく、面１４０ｉや色フィルタセグメント１４０ｍと同様に平行に形成する点である。これにより、ＯＢ部１４４の受光素子は、開口領域１４４ａおよび転送電極１４０ｊ，　１４０ｊすべてが遮光膜１４０ｋに覆われる。
【００２６】
図１に戻って、固体撮像素子１４ｂにはドライバ２８から駆動信号２８ｄが供給されている。駆動信号２８ｄは、固体撮像素子１４ｂの動作モードや読出し制御に応じてフィールドシフトパルス、水平駆動信号φＨ、垂直駆動信号φＶおよびＯＦＤ（Ｏｖｅｒ　ＦｌｏｗＤｒａｉｎ）信号等が供給される。固体撮像素子１４ｂは、読出し制御に応じて得られたアナログ電圧信号１４ｃを前処理部１６に出力する。
【００２７】
前処理部１６には、ノイズ除去に相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ：　ＣＤＳ）回路、ゲイン調整アンプ（ＧＣＡ：　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、およびＡ／Ｄ変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が含まれている。ＣＤＳ回路には、クランプ調整回路１６ａが含まれる。ＣＤＳ回路には、タイミング信号発生器２６からＣＤＳ用のクランプパルス（またはリセットパルス）２６ａ、図示しないサンプリング信号が供給され、Ａ／Ｄ変換器には、変換クロック信号２６ｂが供給されている。クランクパルス２６ａは、システム制御部２２から供給される制御信号２２ａに応じてパルス幅を変化させたクランプパルスである。また、クランプ調整回路１６ａは、後段で説明するようにクランプ切換制御信号２２ｂがシステム制御部２２から供給され、制御を受けるようにしてもよい。
【００２８】
クランプ調整回路１６ａには、図４に示すように、コンデンサ１６０、切換スイッチ１６２、コンデンサ１６４および抵抗器１６６ａ，　１６６ｂが配設されている。コンデンサ１６０は、アナログ電圧信号１４ｃの直流成分をカットし、切換スイッチ１６２は、クランクパルス２６ａに応じてクランプするタイミングおよびクランプのオン／オフを切り換える。また、時定数は、コンデンサ１６４の容量値Ｃと抵抗器１６６ｂの抵抗値Ｒの積で決まる。前処理部１６は、供給されるアナログ信号１４ｃに対してノイズ除去、波形整形、ディジタル化を行って得られた撮像データのすべてをディジタルデータ１６ｂとして信号処理部１８に出力する。
【００２９】
信号処理部１８は、画像メモリ、ＷＢ（Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）ゲイン部、ガンマ変換部、同時化処理部、補正部、圧縮／伸長処理部および画像縮小部等を含んでいる。また、信号処理部１８には、図示しないがこの他に信号発生回路も含まれている。
【００３０】
信号処理部１８には、システム制御部２２から制御信号２２ｃが供給されている。信号処理部１８の図示しない信号発生回路は制御信号２２ｃに応動して動作する。信号発生回路は、複数の周波数を生成することができるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路を有している。信号発生回路は、源発の発振周波数を基準クロックとして逓倍して複数種類のクロック信号を生成し、図示しないがシステム制御部２２およびタイミング信号発生器２６に出力している。
【００３１】
一方、信号処理部１８には、タイミング信号発生器２６からタイミング信号２６ｃが供給されている。このタイミング信号は、水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤおよび後述する各部の動作クロック等を含んでいる。
【００３２】
画像メモリは、バッファメモリである。画像メモリには、画像データ１６ｂが入力され、一時的に記憶される。画像メモリは、システム制御部２２からの制御信号２２ｃに応じて書込み／読出し制御が行われ、受光素子の位置を考慮した間引き読出し等も行われる。また、画像メモリは、同じ画素データを繰り返して読み出す場合、不揮発性メモリを用いることが好ましい。画像メモリは、制御信号２２ｃに応じて一時的に格納した画素データをＷＢゲイン部に出力する。
【００３３】
ＷＢゲイン部は、供給される画素データに対するホワイトバランス調整・ゲイン補正を行う機能を有している。ＷＢゲイン部は、システム制御部２２の制御により調整した画素データをガンマ補正部に送る。ガンマ変換部には、たとえばガンマ補正用のルックアップテーブルが含まれている。ガンマ変換部は、供給される画像データをテーブルのデータを用いてガンマ補正する機能を有している。ガンマ変換部は、システム制御部２２の制御に応じて同時化処理部に出力する。ガンマ変換部は、図１に示した補正した画素データ１８ａとしてシステム制御部２２に出力する。
【００３４】
同時化処理部は、供給される画素データを用いて画素補間処理および色補間処理を行う機能を有している。画素補間処理は、受光素子の画素ずらし配列にともない生じる受光素子のない空領域、仮想画素の補間を行う。画素補間処理には、生成した画素データを広帯域化する機能を含んでもよい。色補間処理は、単板色フィルタの使用により三原色ＲＧＢの内、画素データが一色にしか対応していないので、他の二色に対応する画素データを生成し、全画素に対応して三原色ＲＧＢを揃える（同時化）。同時化処理部は、システム制御部２２の制御に応じて補正部に出力する。
【００３５】
補正部は、プレーンな３色の画像データを基に色差マトリクス処理、輪郭強調処理およびゲイン調整等の補正処理を施す機能を有している。色差マトリクス処理は、供給される画素データと所定の係数を用いて輝度データＹと色データＣｂ，　Ｃｒや色差データ　（Ｂ−Ｙ），　（Ｒ−Ｙ）を生成する。補正部は、さらに生成した画像データに対して階調補正、輪郭強調処理およびゲイン調整を施す。補正部は、システム制御部２２の制御に応じて生成した画像データを圧縮／伸長処理部に供給する。
【００３６】
圧縮／伸長処理部は、静止画や動画（ムービ）モードにおいて供給される画像データにＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ　ｃｏｄｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）やＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　ｃｏｄｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）−１，　ＭＰＥＧ−２等の規格でそれぞれ、圧縮処理を施す。圧縮／伸長処理部は、システム制御部２２の制御に応じて圧縮処理した画像データ１８ｂをストレージ部３２に送って記録する。圧縮／伸長処理部では、ストレージ部３２に記録した画像データ１８ｂをシステム制御部２２の制御に応じて読み出して伸長処理が施される。この伸長処理は、圧縮処理の逆処理である。
【００３７】
画像縮小部は、供給される画像データのサイズを考慮して間引き処理を行い、モニタ３０の表示サイズ・表示形式データに調整する機能を有している。画像縮小部は、システム制御部２２の制御に応じて調整された画像データ１８ｃをモニタ３０に供給する。
【００３８】
図１に戻って、温度センサ部２０は、図示しないが温度センサおよびＡ／Ｄ変換器を備えている。温度センサは、固体撮像素子１４ｂ、撮像部１４またはその周囲における温度を測定し、測定した温度をＡ／Ｄ変換器に送る。Ａ／Ｄ変換器は、測定した温度をディジタル化し、温度データ２０ａをシステム制御部２２に供給する。
【００３９】
システム制御部２２は、カメラ全体の汎用な部分やディジタル処理を行う部分を制御するマイクロコンピュータまたはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。システム制御部２２は、図示しないが評価値算出機能部を含んでいる。システム制御部２２は、操作部２４から供給されるモード信号２４ａに応じてディジタルカメラ１０を静止画撮影モードまたは動画撮影モードに設定する。システム制御部２２は、この設定するモード信号２４ａと、図示しないレリーズシャッタボタンから撮像タイミングを報知するトリガ信号２４ｂとを受けて、測光が行われ、この測光により得られた画素データ１８ａを信号処理部１８から取り込む。
【００４０】
評価値算出機能部には、絞り値・シャッタ速度を算出する演算回路が含まれている。評価値算出機能部は、供給される画像データ１８ａを基に輝度分布の演算処理により測光の評価値を算出する。測光の評価値とは、単に積算値を示す場合もあれば、評価関数Ｐの値を示す場合もある。
【００４１】
なお、評価値算出部は、システム制御部２２への配設に限定することなく、信号処理部１８に配設するようにしてもよい。この場合、信号処理部１８は、ガンマ補正した画像データ１８ａでなく、演算により算出した積算値１８ａをシステム制御部２２に供給する。
【００４２】
システム制御部２２は、評価値算出機能部での絞り値・シャッタ速度および判断結果に応じた制御信号２２ａ，　２２ｃ，　２２ｄおよび切換制御信号２２ｂをそれぞれ生成する。生成した制御信号２２ａ，　２２ｃ，　２２ｄは、システム制御部２２にて信号電荷読出しをどのように行うかに応じて生成されている。これら制御信号２０ａ，　２０ｃ，　２０ｄは、それぞれ、タイミング信号発生器２４、信号処理部１８およびドライバ２８に供給される。システム制御部２２は、信号処理部１８内におけるライン補間や信号発生回路に対する制御、および信号処理を行う上での制御をも考慮した制御信号２２ｃを生成する。また、システム制御部２２は、制御信号の内、露出時間や温度データ２０ａに応じてクランプ調整回路１６ａのタイミングや時定数における各スレッショルド値を基準に切り換える制御信号２０ａおよび切換制御信号２２ｂのいずれか一方を生成している。この他、図示しないが、システム制御部２２は、ストレージ３２における読出し／書込み制御も行っている。
【００４３】
操作部２４には、モード選択部およびレリーズシャッタボタンが含まれている。モード選択部は、静止画撮影モードと動画撮影モードの内、いずれのモードにするかの選択を行う。モード選択部は、選択したモード信号２４ａをシステム制御部２２に出力する。レリーズシャッタボタンは、２段階のストロークを有するボタンで、第１段のストロークでディジタルカメラ１０を予備撮像の段階（Ｓ１）にし、第２段のストロークで本撮像の段階（Ｓ２）にするトリガ信号２４ｂをシステム制御部２２に出力する。操作部２４には、この他、ズーム選択スイッチおよび十字ボタンを設けてもよく、液晶表示パネルに表示される条件を選択する機能を持たせてもよい。
【００４４】
タイミング信号発生器２６は、信号処理部１８から供給されるクロック信号（図示せず）を基準にシステム制御部２２から供給される制御信号２２ａに応じてタイミング信号を生成する。タイミング信号は、垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルスならびにＣＤＳ用クランクパルス２６ａおよびＡ／Ｄ変換クロック信号２６ｂ等がある。タイミング信号発生器２６は、これら生成した垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルスを含むタイミング信号２６ｄを動作に応じてそれぞれ、ドライバ２８に供給し、クランクパルス２６ａおよび変換クロック信号２６ｂを前処理部１６に供給している。そして、信号処理部１８には、タイミング信号２６ｃが供給されている。
【００４５】
ドライバ２８は、供給されるタイミング信号２６ｄや制御信号２２ｄを基に駆動信号２８ａ，　２８ｂ，　２８ｃ，　２８ｄを生成する駆動回路を有している。ドライバ２８は、制御信号２２ｄを基に駆動信号２８ａ，　２８ｂを光学系１４の光学レンズおよび絞り調節機構にそれぞれ供給してＡＦ調節やＡＥ調節を行わせる。ドライバ２８は、レリーズシャッタボタンから供給される本撮像のタイミングに応動してメカニカルシャッタの開閉を行う駆動信号２８ｃをメカニカルシャッタに出力する。また、ドライバ２８は、タイミング信号２６ｄを基に生成した駆動信号２８ｄを固体撮像素子１４ｂに供給し、各受光素子の感光領域に信号電荷を露光期間中に蓄積させ、蓄積した信号電荷を垂直転送レジスタ１４４ｂに読み出して、水平転送レジスタに転送させ、さらに水平転送レジスタ、出力アンプを経てアナログ電圧信号（または撮像信号）１４ｃを出力している。
【００４６】
モニタ３０には、信号処理部１８からの画像データ１８ｃが供給される。モニタ３０には、一般的に液晶モニタが用いられる。液晶モニタには、液晶表示コントローラが配設されている。液晶コントローラは、画像データ１８ｃを基に液晶分子の並び方や電圧の印加によりスイッチング制御している。この制御により液晶モニタは、画像を表示する。モニタ３０は、液晶モニタに限定されず、小型、画像の確認および電力の消費が抑えられる表示機器であれば十分に用いることができることは言うまでもない。
【００４７】
ストレージ３２は、半導体メモリ等を記録媒体として用いて、信号処理部１８から供給される画像データ１８ｂを記録する。記録媒体には、光ディスクや光磁気ディスク等を用いてもよい。ストレージ３２は、各記録媒体に適したピックアップやピックアップと磁気ヘッドを組み合わせて記録再生用ヘッドを用いてデータの書込み／読出しを行う。データの書込み／読出しは、図示しないがシステム制御部２２の制御に応じて行われる。このようにディジタルカメラ１０が構成されている。
【００４８】
ここで、固体撮像素子（ＣＣＤ）１４ｂの出力としてアナログ電圧信号１４ｃは、１Ｈラインを取り出すと、図５（ａ）に示すダミー領域１７０、ＯＢ領域１７２、有効画素領域１７４、ＯＢ領域１７６およびダミー領域１７８の各領域に分けられる。ディジタルカメラ１０は、温度や露出時間等により、遮光してもＯＢレベルと有効画素領域のレベルに段差が生じ、画像中の水平方向にスジが現れる現象をことを説明した。この現象は、受光素子の暗電流に起因して生じている可能性がある。
【００４９】
ＣＤＳでのクランプ機能が完全に機能する理想的な場合、図５（ｂ）に示すように遮光時のＣＣＤ出力は、ＯＢ領域１７２，　１７６のクランプが有効画素領域１７４から得られるレベルと同じで平坦になり、ＯＢとの間に段差は生じない。
【００５０】
ところで、暗電流は、温度に関して８℃〜１０℃上昇すると、２倍になることが知られている。また、暗電流は、露出時間の増加に比例して増えることも知られている。暗電流が発生しやすい長時間露出や高温環境で遮光して撮影すると、ＯＢ部を基準にクランプしても暗電流の影響を大きく受けてしまう。この結果、図５（ｃ）に示すように、有効画素領域１７４のレベルが相対的に弱くなる。このため、ＯＢ領域１７２，　１７６と有効画素領域１７４の間で段差を生じる。逆に、暗電流が少ない高速露出や低温環境の場合、遮光撮影すると、この場合の暗電流を基準にするから、図５（ｄ）に示すように、有効画素領域１７４のレベルが相対的に大きくなる。
【００５１】
このような現象を防止するため、ディジタルカメラ１０は、前処理部１６のクランプ調整回路１６ａにおけるクランプを温度や露出時間を考慮して行わせる。クランプパルスは、図６に示すように、１Ｈ期間の内、後ろ側のＯＢ部に入れて黒レベルを決定する。また、クランプに対する温度と露出時間についてあらかじめ上限と下限のスレッショルドを設定する。上限のスレッショルドを超える長時間や高温の場合、クランプパルス幅を広げるようにシステム制御部２２でタイミング信号発生器２６を制御する。また、下限のスレッショルドを下回るようなたとえば、過大な入射光を扱う場合、クランプパルス幅を狭くするようにシステム制御部２２でタイミング信号発生器２６を制御する。ディジタルカメラ１０におけるこの基本的なクランプ決定の手順を図６に示す。
【００５２】
ディジタルカメラ１０は、予備撮影か否かの判断を行う（ステップＳ１０）。予備撮影でない場合（ＮＯ）、予備撮影まで待機する。予備撮影の場合（ＹＥＳ）、測光へ進む。直ちに被写界に対して測光を行う（ステップＳ１２）。測光は、固体撮像素子１４ｂから得られるアナログ電圧信号１４ｃをディジタル化し、信号処理部１８を介してガンマ補正を施された画素データ１８ａをシステム制御部２２に送る。同時に温度センサ部２０で温度測定を行う（ステップＳ１４）。測定された温度データ２０ａもシステム制御部２２に供給される。本実施例のディジタルカメラ１０において条件調査手段は、温度センサ部２０およびシステム制御部２２が対応している。
【００５３】
システム制御部２２では、画素データ１８ａから評価値を算出し、本撮像における露出時間や絞り値を設定する。システム制御部２２では、この評価値の設定と温度データの両方を考慮して、クランプパルス幅があらかじめ設定しているクランプ決定のパラメータ（露出時間と温度データ）における上限のスレッショルド値より大きいか否かの判断を行う（ステップＳ１６）。このスレッショルド値より大きい場合（ＹＥＳ）、クランクパルス幅を広くする設定へ進む（ステップＳ１８へ）。また、スレッショルド値以下の場合（ＮＯ）、下限より小さいか否かの判断に進む（ステップＳ２０へ）。
【００５４】
次にクランクパルス幅を通常のパルス幅よりも広くする設定を行う（ステップＳ１８）。この設定により、実際、クランプ調整回路１６ａは、切換スイッチ１６２がオンの間、コンデンサ１６４に充電し、一定の直流値にする。切換スイッチ１６２がオフになると、コンデンサ１６４は放電する。広いパルス幅にすることから、クランプ調整回路１６ａはクランプする黒レベルと有効画素領域１７４との相対的なレベル差がなくなる動作を可能にし、黒レベル動作の安定化だけでなく、黒潰れを防止する。
【００５５】
次にシステム制御部２２では、この設定と温度データの両方を考慮して、クランプパルス幅があらかじめ設定しているクランプ決定のパラメータにおける下限より小さいか否かの判断を行う（ステップＳ２０）。このスレッショルドより小さい場合（ＹＥＳ）、クランクパルス幅を狭くする設定へ進む（ステップＳ２２へ）。また、スレッショルド以上の場合（ＮＯ）、通常のクランプパルス幅の範囲内と判断してクランプ決定に進む（ステップＳ２４へ）。
【００５６】
次にクランクパルス幅を通常のパルス幅よりも狭くする設定を行う（ステップＳ２２）。過大な光が入射されることがあり、ミスクランプを起こしかねない場合がある。このような場合には、通常より短いパルス幅でクランプさせ、クランプの黒レベルを低くする。このように３つの範囲に関する判断を行ってクランプのパルス幅が決定する（ステップＳ２４）。この決定後、クランプパルス幅の決定処理を終了する。本撮像において決定したクランプパルス幅で撮影を行う。
【００５７】
なお、スレッショルド値は、露出時間が１秒または４秒を考慮して設定するとよい。また、温度におけるスレッショルド値は、露出時間よりも暗電流の発生を受け易いので、実験的に設定してもよい。スレッショルド値は、これらのクランプ決定のパラメータを組み合わせて設定してもよい。
【００５８】
このように動作させると、ＯＢ部１７２，　１７６に発生する白傷の影響を緩和することができる。特に暗電流の発生し易い長時間露出や周囲温度が高い場合、クランプパルス幅を通常より長く設定する。これにより、積分領域が大きくなり黒潰れ現象を防止することができる。
【００５９】
ディジタルカメラ１０に生じる黒潰れや黒浮き対策は、露出時間と温度がクランプ決定のパラメータを満たすか否かに応じてクランプパルスのパルス幅を変える方法に限定されない。ディジタルカメラ１０のアナログ信号処理における他の実施例を説明する。本実施例で、クランプするスレッショルド値との判断は先の実施例と同じであるが、判断結果に対する対処が異なる。クランプパルス２６ａは、ＯＢ部とダミー領域とに切り換えて挿入される。ＯＢ部１７６の選択はクランプ決定のパラメータ（露出時間・温度）がスレッショルド値の範囲内にあり、通常の範囲内と判断された場合であり、ダミー領域１７８の選択はスレッショルド値を越えた場合である。ダミー領域１７８は、暗電流の影響を受けないので、有効画素領域１７４の黒レベルより浮き上がることがない。
【００６０】
実際の動作としては、システム制御部２２にて前述したように条件を用いて判断を行い、判断結果に応じた制御信号２２ａをタイミング信号発生器２６に供給する。タイミング信号発生器２６は、クランプパルス２６ａの切換タイミングを切り換えて切換スイッチ１６２に供給する。特に、少なくとも、長時間露出および温度データのいずれか一方がスレッショルド値を越えたとき黒潰れ等の現象が発生するとしてダミー領域１７８をクランプするタイミングでクランプパルス２６ａが供給される。これにより、有効画素領域１７４の黒潰れによる画像劣化を防止することができる。
【００６１】
さらに、クランプ調整回路１６ａは、変形例として複数の積分時定数を有し、この積分時定数を切り換えるように制御してもよい。クランプ調整回路１６ａは、基本的に図４と同じであり、共通する構成要素に同じ参照符号を付して説明を省略する。図８に示すクランプ調整回路１６ａには、切換スイッチ１６２Ｓ、積分時定数回路１６Ａ，　１６Ｂ、抵抗器１６８ａが含まれている。切換スイッチ１６２Ｓは、端子ａ，　ｂで積分時定数回路１６Ａ，　１６Ｂのいずれかを選択するスイッチである。積分時定数回路１６Ａは、図４に示したコンデンサ１６４と同じ値のコンデンサ１６４ａおよび抵抗器１６６ｂを用いている。また、積分時定数回路１６Ｂは、コンデンサ１６４ｂおよび抵抗器１６８ｂを有している。積分時定数回路１６Ｂは、積分時定数回路１６Ａの時定数より大きい時定数の回路である。すなわち、積分時定数回路１６Ｂは、少なくとも、コンデンサ１６４ｂおよび抵抗器１６８ｂのいずれかの値が大きい。
【００６２】
クランプ調整回路１６ａに対してシステム制御部２２は、露出時間および温度データを考慮してスレッショルド値の判断条件が満たされるか否かを判断し、この判断結果に応じた制御信号２２ａをタイミング信号発生器２６に供給する。タイミング信号発生器２６は、切換信号としてクランプパルス２６ａを切換スイッチ１６２Ｓに供給する。また、システム制御部２２は、直接的に切換制御信号２２ｂを供給して切換制御してもよい。
【００６３】
本実施例では、クランプ調整回路１６ａには、暗電流が発生し易い長時間露出や高温の場合、回路時定数の通常より長い積分時定数回路１６Ｂまたは端子ｂ側が選択されるようにタイミング信号発生器２４からクランプパルス２６ａが供給される。この選択により、画像劣化の原因となる黒潰れを防止することができる。
【００６４】
なお、コンデンサや抵抗器の値を変える素子を用いて値を制御してもよい。このようなコンデンサとしては、たとえば、可変容量ダイオードがあり、電圧で制御できる。これにより一層細かな時定数を設定することができる。
【００６５】
以上のように構成することにより、露出時間と温度に依存して生じる暗電流の影響をなくす。ディジタルカメラ１０では、特に長時間露出や高温でＯＢ部に生じる白傷をなくすようにクランプすることにより、有効画素領域における画像データの劣化を防止することができる。
【００６６】
具体的には、長時間露出や高温にあるか否かをシステム制御部２２で判断し、判断結果に応じて制御してクランプパルスを調整する。第１に、クランプパルスは、パルス幅を通常より広くする。第２に、クランプパルスは、クランプ位置をダミー領域にする。第３に、クランプパルスは、より大きな積分時定数を選択する。これらの調整により、有効画素領域に黒潰れや黒浮き等の画像劣化を防止することができる。
【００６７】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、条件調査手段で撮像信号に対するクランプ決定のパラメータを調べて制御手段に送り、制御手段でクランプ決定のパラメータに応じてクランプ信号生成手段を制御して、パラメータに応じたクランプ信号が生成され、このクランプ信号でクランプ手段に供給される撮像信号のクランプする範囲を調整することができる。これにより、有効画素領域における画像データの劣化を防止することができる。
【００６８】
本発明の固体撮像装置の信号処理方法によれば、予備的な測光において撮像信号に対するクランプ決定のパラメータを調べ、このクランプ決定のパラメータに応じて黒レベルのクランプ処理に対する判断を行い、判断結果からクランプ信号の生成を制御して、撮像信号に対するクランプ信号を生成し、生成したクランプ信号で撮像信号のクランプする範囲を調整することにより、有効画素領域に黒潰れや黒浮き等の発生を回避し、画像劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置をディジタルカメラに適用した概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の撮像部における固体撮像素子の有効画素領域とＯＢ部ならびに受光素子の配置を説明する図である。
【図３】図２（ｂ）に示す破断線ＩＩｂ−Ｉｉｂに沿った切断面の断面図である。
【図４】図１の前処理部にて用いるクランプ調整回路の概略的な構成を示す回路図である。
【図５】図１の固体撮像素子による１Ｈ期間における出力波形と遮光時における出力波形のそれぞれを示す波形図である。
【図６】図１の固体撮像素子からの出力信号に対するクランクパルスの挿入位置を説明する図である。
【図７】図６のクランクパルスのパルス幅を決定する手順を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の固体撮像装置における変形例として適用したクランプ調整回路の概略的な構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０　ディジタルカメラ
１２　光学系
１４　撮像部
１４ｂ　固体撮像素子
１６　前処理部
１６ａ　クランプ調整回路
１８　信号処理部
２０　温度センサ部
２２　システム制御部
２４　操作部
２６　タイミング信号発生器
２８　ドライバ
【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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【図８】
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