(57)【要約】【課題】  任意の画素領域を選択して信号を読み出す場合に、選択された領域以外に強い光が入射してもスミア、ブルーミングが発生しない撮像装置を提供する。【解決手段】  光電変換を行う画素を複数２次元配列した画素部（画素領域）４と、画素部４の任意の領域を選択し、当該選択された画素の信号を出力する信号出力部３と、画素部４内の遮光する領域を変更可能な遮光部（遮光板、遮光板駆動部）＃１〜＃８と、画素部の任意の選択領域を除く領域を遮光するように遮光部＃１〜＃８を制御する制御部５とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う画素を複数２次元配列した画素部と、
前記画素部の任意の領域を選択し、当該選択された画素の信号を出力する信号出力部と、
前記画素部内の遮光する領域を変更可能な遮光部と、
前記画素部の任意の選択領域を除く領域を遮光するように前記遮光部を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記遮光部は、
遮光板と、当該遮光板を前記画素部に対して移動させる駆動部とを具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記遮光部は、
透過率が変更自在な液晶部と、当該液晶部の透過率を変更する駆動部とを具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記遮光された前記画素部の画素の信号に基づいて、前記選択領域の画素の黒レベルを設定する黒レベル設定部を更に具備することを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記遮光された前記画素部の画素の信号に基づいて、前記選択領域の画素から得られる信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去部を更に具備することを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等、画素領域を任意に選択できる固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元固体撮像素子において、高フレームレート化を実現する方法として従来から多数の提案がなされている。
具体的には、２次元に配列された画素の信号を個々に全て読み出すのではなく、ある一部の画素領域のみを選択して読み出す方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、図７、あるいは図８に示されるように、非選択画素領域（選択画素領域を除く画素領域）に強い光があたった時に発生するスミアまたはブルーミング成分が、選択画素領域の画素信号に混入し、当該選択画素領域の信号に基づく画像の画質が劣化することがある。
【０００３】
この対策として、選択画素領域が位置する画素行以外の行を水平走査期間毎にリセットすることにより、非選択画素領域のスミアまたはブルーミング等を抑圧する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。また、水平走査期間毎にオーバーフロー動作（飽和信号以上に蓄積される余剰電荷を排出する動作）を行うことにより、非選択画素領域のスミアを抑圧する技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平９−３１２８０６号公報
【特許文献２】特許第２５５７８６６号公報
【特許文献３】特開平８−３４０４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献２，３に開示された技術によっても、依然として以下に説明する共通の課題が解決されないという問題を抱えている。
すなわち、リセットまたはオーバーフロー動作は１水平走査期間内に１回のみであり、非選択画素領域の画素は１水平走査期間分の露光時間を有している。このため、太陽光の直接撮影等できわめて強い光が画素に入射した場合は、上記した特許文献２に開示された技術を用いても、１水平期間内に画素内に蓄積される光電荷がスミアまたはブルーミングを発生するレベルに達し、従って、「非選択画素領域で発生したスミアまたはブルーミング成分が選択画素領域の画素信号に混入することにより、当該選択画素領域の信号に基づく画像の画質が劣化する」という上記した課題は解決されない。
また、図８に示されるように、選択画素領域の左右に入射した光により発生するブルーミングについては解決できない。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、非選択画素領域においてスミア、ブルーミングが発生しない撮像装置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】
【０００６】
上記した課題を解決するために本発明に係る撮像装置は、光電変換を行う画素を複数２次元配列した画素部と、前記画素部の任意の領域を選択し、当該選択された画素の信号を出力する信号出力部と、前記画素部内の遮光する領域を変更可能な遮光部と、前記画素部の任意の選択領域を除く領域を遮光するように前記遮光部を制御する制御部とを具備することを特徴とする。
この構成によれば、制御部の働きにより、画素部の任意の選択領域を除く領域が遮光部によって遮光されるため、選択された領域以外に光が入射してもスミア、ブルーミングは発生しない。
【０００７】
本発明に係る撮像装置において、前記遮光部は、遮光板と、当該遮光板を前記画素部に対して移動させる駆動部とを具備することを特徴とする。
この構成によれば、駆動部によって遮光板が画素部に対して移動させられ、設定領域を除く領域が遮光されるため、選択された領域以外に光が入射してもスミア、ブルーミングは発生しない。
【０００８】
本発明に係る撮像装置において、前記遮光部は、透過率が変更自在な液晶部と、当該液晶部の透過率を変更する駆動部とを具備することを特徴とする。
この構成によれば、駆動部によって液晶部の透過率が変更され、設定領域を除く領域が遮光されるため、選択された領域以外に光が入射してもスミア、ブルーミングは発生しない。
【０００９】
本発明に係る撮像装置においては、前記遮光された前記画素部の画素の信号に基づいて、前記選択領域の画素の黒レベルを設定する黒レベル設定部を更に具備することを特徴とする。
この構成によれば、黒レベル設定部が、遮光部により遮光された領域の信号に基づいて黒レベルを設定するため、撮像装置の半導体製造工程において黒レベル設定のための領域（ＯＢ画素領域）の製造工程を省略することができ、このことにより、撮像素子、更には当該撮像素子を用いた撮像装置の製造コストを下げることができる。
【００１０】
本発明に係る撮像装置においては、前記遮光された前記画素部の画素の信号に基づいて、前記選択領域の画素から得られる信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去部を更に具備することを特徴とする。
この構成によれば、ノイズ除去部が、遮光部により遮光された領域の信号に基づいてノイズ除去を行うため、撮像装置の半導体製造工程においてノイズ除去のための領域（ＯＢ画素領域）の製造工程を省略することができ、撮像素子、更には当該該撮像素子を用いた撮像装置の製造コストを下げることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機械的に、あるいは液晶を用いた遮光板を用いることにより、選択された領域以外に光が入射してもスミア、ブルーミングは発生せず、選択領域の画質劣化を避けることができる。また、前記遮光した領域の画素の信号を用いて黒レベル設定、ノイズ除去を行うことができる。これにより、撮像装置の半導体製造工程においてＯＢ画素領域の製造工程を省略することができ、撮像素子、更には当該該撮像素子を用いた撮像装置の製造コストを下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
まず、図１を参照しながら本発明に係る撮像装置の第１の実施形態について説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示されるように、本実施形態の撮像装置は、垂直方向の任意の行選択ができる垂直走査回路１と、水平方向の任意の列選択ができる水平走査回路２と、画素信号を読み出す読み出しアンプ３と、光電変換素子を画素として用いた画素領域４とを備え、更に、画素領域４の周辺に配置された遮光板＃１〜＃４を備えている。
遮光板＃１〜＃４は、光を透過せず、それぞれに用意された遮光板駆動部＃５〜＃８で駆動され、遮光板＃１〜＃４により遮光する画素領域を適宜変更することができるものとする。遮光板駆動部＃５〜＃８は、制御部５で制御される。なお、図１（ｂ）では、遮光板駆動部＃５〜＃８と、制御部５の図示は省略している。また、垂直走査回路１と水平走査回路２で選択された選択画素領域の画素信号は、読み出しアンプ３から出力されるように構成されている。
【００１３】
図１（ａ）において、選択画素領域は全画素領域と等しく、図１（ｂ）において、選択画素領域は中央の一部の画素領域になっている。
遮光板＃１〜＃４は、図１（ａ）に示す全画素領域選択時には画素領域と重ならない位置にあるのに対し、図１（ｂ）に示す一部画素領域選択時には非選択画素領域を覆う位置にある。この時、非選択画素領域には一切光が入らないため、従来とは異なり、非選択画素領域に極めて強い光があたってもスミア、あるいはブルーミングは発生しない。これは、選択画素領域の左右であっても同様である。従って、選択画素領域の画素信号へのスミア、ブルーミング成分の混入は発生しない。
【００１４】
次に、第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置を示す。この図２において図１の第１の実施形態と同じ機能を持つコンポーネントについては図１に示すものと同じ符号を付している。
第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なり、機械的に遮光する遮光板＃１〜＃４の代わりに、液晶遮光板＃１〜＃３を設けている。また、液晶駆動部＃５〜＃７は、それぞれ液晶遮光板＃１〜＃３を遮光状態または透過状態のいずれかに設定し、制御部５は、液晶駆動部＃５〜＃７を制御する。なお、図２（ｂ）では、制御部５および液晶駆動部＃５〜＃７の図示を省略している。
【００１５】
図２（ａ）において、選択画素領域は全画素領域と等しく、図２（ｂ）において、選択画素領域は中央の一部の画素領域になっている。
図２（ａ）において、液晶遮光板＃１〜＃３は全て透過状態になっており、選択領域の全画素に光が入射可能である。一方、図２（ｂ）に示す一部画素領域選択時は、非選択画素領域を覆う液晶遮光板＃１および＃３が遮光状態、選択画素領域を覆う液晶遮光板＃２が透過状態になる。従って、選択画素領域には光が入射可能となる一方、非選択画素領域には一切光が入らないため、従来とは異なり、非選択画素領域に極めて強い光があたってもスミア、ブルーミングは発生しない。このため、選択画素領域の信号劣化は発生しない。
【００１６】
次に、第３の実施形態について説明する。図３は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置を示す。この図３において図１の第１の実施形態と同じ機能を持つコンポーネントについては図１に示すものと同じ符号を付している。第３の実施形態では、黒レベル設定部６がさらに設けられる。この第３の実施形態は、上記した第１と第２の実施形態で示した撮像装置の一応用例である。
一般に、撮像素子には図３（ａ）に示すように、半導体製造工程上で画素の上部にアルミ等による金属遮光膜を形成した、いわゆるＯＢ（Optical Black）画素領域を設け、当該ＯＢ画素領域の信号を、光学的黒レベルを決める黒基準信号として用いている。
【００１７】
上記した第１および第２の実施形態による撮像装置は、そもそも機械的または液晶を用いた遮光手段を用いているため、図３（ｂ）に示すようにＯＢ画素領域に相当する領域を遮光手段（ここでは遮光板＃１）で遮光することにより、当該領域の信号を黒基準信号として用いることができる。すなわち、遮光手段で遮光された画素領域の信号に基づき、黒レベル設定部６で光学的黒レベルを決めることができる。このため、ＯＢ画素領域の製造工程を省略して撮像素子の製造コストを下げ、更には該撮像素子を用いた撮像装置の製造コストを下げることができる。
【００１８】
次に、第４の実施形態について説明する。図４〜図６は、本発明の第４の実施形態を示したものであり、上記した第１と第２の実施形態で示した撮像装置の更なる応用例を示したものである。
図４は、第４の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す。この図４において図１の第１の実施形態と同じ機能を持つコンポーネントについては図１に示すものと同じ符号を付している。第４の実施形態では、ノイズ（スミア）除去部７がさらに設けられる。
【００１９】
図５にノイズ除去の原理が示されている。特定画素に極めて強い光が照射されるとスミアが発生し、当該照射画素以外の選択画素領域内の照射画素と同列の画素および遮光された画素内における同列の画素の各信号にも、スミア信号成分が加わる。これを図５の（ａ）ＬｉｎｅＡ、（ｂ）ＬｉｎｅＢに示す。
図５の（ａ）は、図４中におけるＬｉｎｅＡの信号の態様を示し、（ｂ）は、図４中におけるＬｉｎｅＢの信号の態様を示す。また、（ｃ）は、ＬｉｎｅＢからスミア成分のみを抽出した補正信号であり、図４のノイズ（スミア）除去部７において補正信号をＬｉｎｅＡの信号から減算することにより、スミア成分が除去された信号である補正後のＬｉｎｅＡの信号を得ることができる。補正後のＬｉｎｅＡ信号は（ｄ）に示されている。
【００２０】
図６に、補正の効果が、補正前（ａ）と補正後（ｂ）として画像で表現されている。すなわち、スミア成分が付加された画像からスミア成分のみ抽出した補正信号を減算することでスミア成分が除去された画像を生成している。
例えば、従来、特開２００１−８６４１３号公報に開示された技術では、遮光された画素領域の信号としてＯＢ画素信号を用いていたが、上記した本発明の第１および第２の実施形態による撮像装置では、機械的または液晶を用いた遮光手段による遮光領域の画素信号を用いて補正信号を生成できるため、ＯＢ画素領域は不要となる。これにより、ＯＢ画素領域の製造工程を省略して撮像素子の製造コストを下げ、更には当該撮像素子を用いた撮像装置の製造コストを下げることができる。
【００２１】
なお、上記した第１〜第４の実施形態で示した遮光手段は、撮像装置の光学系において特定領域の光線をさえぎることができる箇所であれば、その配置箇所は任意である。例えば、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラであれば、撮像素子を保護する保護ガラス表面、またはその近傍、赤外線カットフィルター表面またはその近傍、光学的ローパスフィルター表面またはその近傍、シャッター部、クィックリターンミラー部等に配置できる。遮光手段を撮像素子上面すぐ近くに配置する、いわゆるオンチップ化することも可能である。または、本発明において採用される撮像素子は、任意の画素領域を選択可能な素子であれば、ＣＣＤに限定されず、ＣＭＯＳセンサ、その他ＭＯＳ型の撮像素子などの各種が利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態におけるノイズ除去の原理を説明するために引用した図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における補正の効果を説明するために引用した図である。
【図７】従来の撮像装置の一例を示す図である。
【図８】従来の撮像装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…垂直走査回路、２…水平走査回路、３…読み出しアンプ、４…画素領域、＃１〜＃４…遮光板（液晶遮光板）、＃５〜＃８…遮光板駆動部（液晶駆動部）、５…制御部、６…黒レベル設定部、７…ノイズ除去部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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