(57)【要約】【課題】  本発明は、撮像装置に関し、構成が大幅に変更されることなく、黒レベルの精度が安定に高く維持されることを目的とする。【解決手段】  第１転送路と、前記第１転送路に沿って配列された有効画素列と、前記有効画素列の一端部に配されたオプティカルブラック画素とからなる第１転送列を複数列有し、前記各第１転送路で転送された画素電荷をさらに転送する第２転送路と、前記有効画素と前記オプティカルブラック画素とに蓄積した電荷を前記第１および前記第２転送路で転送して出力する転送出力部とを備えた撮像素子と、前記複数列の有効画素列に入射する被写体光量の分布を測定する測光部と、第２転送路に沿って出力された複数の前記オプテイカルブラック画素の出力電荷をクランプするクランプ回路と、前記測定の結果に基づいて前記クランプ回路がクランプする範囲を変更するクランプ制御部とを備えて構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１転送路と、前記第１転送路に沿って配列された有効画素列と、前記有効画素列の一端部に配されたオプティカルブラック画素とからなる第１転送列を複数列有し、前記各第１転送路で転送された画素電荷をさらに転送する第２転送路と、前記有効画素および前記オプティカルブラック画素に蓄積した電荷を前記第１転送路および前記第２転送路で転送して出力する転送出力部とを備えた撮像素子と、
前記複数列の有効画素列に入射する被写体光量の分布を測定する測光部と、
前記転送出力部によって第２転送路に沿って出力された複数の前記オプテイカルブラック画素の出力電荷をクランプするクランプ回路と、
前記測光部による分布測定結果に基づいて前記クランプ回路によりクランプする範囲を変更するクランプ制御部と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記クランプ制御部は、前記測光部によって光量が多いと測定された領域に存在する有効画素と共通の第１転送路によって読み出されるオプティカルブラック画素の出力値を除いた範囲でクランプするようにクランプ範囲を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記クランプ制御部は、前記測光部によって光量が多いと測定された領域の第１転送路方向に位置するオプティカルブラック画素およびその近隣の所定範囲に位置するオプティカルブラック画素の出力値を除いた範囲でクランプするようにクランプ範囲を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記測光部は前記撮像素子とは異なる測光素子を有し、前記複数列の有効画素に入射する被写体の光量分布が測定可能である
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記測光部は前記撮像素子の有効画素の出力値によって入射する被写体の光量分布を測定する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記クランプ制御部は、撮像条件に応じてクランプ範囲を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記撮像素子への入射光量を制御するシャツタと絞りとを備え、
前記クランプ制御部は、シャツタ開口時間が短く、絞り値が小さい場合にクランプ範囲を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共通の転送路に沿って配列された有効画素列を複数有し、かつこれらの転送路の一端に個別に配置されたオプティカルブラック画素からなるオプティカルブラック領域を有する撮像素子によって撮像が行われる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ(Charge Coupled Device) その他のイメージ・センサは、低廉化に応じて携帯電話端末等の小型の電子機器にも多く搭載され、かつ画素数が８００万を超えるものも量産されつつある。また、ＣＣＤイメージセンサでは、光が入射しない状態であっても個々の受光素子に発生する熱雑音の温度勾配が大きい。したがって、ＣＣＤイメージセンサの有効な撮像面の外側には、その熱雑音に起因する暗電流の補償の基準として、遮光された受光素子の集合であるオプティカルブラック領域が配置される。さらに、このようなＣＣＤイメージセンサによって出力された信号は、このオプティカルブラック領域のレベルが差し引かれることによって、黒レベルの再生が図られる。
【特許文献１】特開２００４−２２２１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ＣＣＤイメージセンサでは、暗い背景の局部に太陽その他の強い光源が含まれる被写体の撮影に用いられた場合には、この光源の大きな光量（輝度）に起因して「スミア」や「ブルーミング」が発生する。このような場合には、水平オプティカルブラック領域の内、その光源がとらえられる画素と垂直転送路が共通である特定の領域のレベルには、この光源の大きな光量（輝度）に起因して大きな誤差を伴う。したがって、ＣＣＤイメージセンサが搭載された撮像装置や電子カメラでは、黒レベルの再生の精度が低下し、例えば、被写体が全体に暗めに撮影される可能性があった。
【０００４】
本発明は、構成が大幅に変更されることなく、黒レベルの精度が安定に高く維持される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】
【０００５】
本発明にかかわる撮像装置では、撮像素子は、第１転送路と、前記第１転送路に沿って配列された有効画素列と、前記有効画素列の一端部に配されたオプティカルブラック画素とからなる第１転送列を複数列有し、前記各第１転送路で転送された画素電荷をさらに転送する第２転送路と、前記有効画素および前記オプティカルブラック画素に蓄積した電荷を前記第１転送路および前記第２転送路で転送して出力する転送出力部とを備える。測光部は、前記複数列の有効画素列に入射する被写体光量の分布を測定する。クランプ回路は、前記転送出力部によって第２転送路に沿って出力された複数の前記オプテイカルブラック画素の出力電荷をクランプする。クランプ制御部は、前記測光部による分布測定結果に基づいて前記クランプ回路によりクランプする範囲を変更する。
【発明の効果】
【０００６】
上述したように本発明によれば、撮像系の特性が広範な温度に亘って安定に高く維持され、かつ撮像装置、電子カメラその他の機器の性能および付加価値が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
本実施形態は、図１に示すように、電子カメラ１０として構成される。電子カメラ１０には、撮影レンズ１０ａと、その撮影レンズ１０ａの像空間に撮像面が位置する撮像素子（ＣＣＤ）１１とが備えられる。撮影レンズ１０ａは、図示されない絞りやメカニカルシャッタと共に光学系１０opt を構成する。撮像素子１１のクロック端子には、信号電荷の蓄積、排出、読み出しなどを実現するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１２の第一の出力が接続される。さらに、撮像素子１１の出力は、アナログフロントエンド部（ＡＦＥ)(以下、「ＡＦＥ」という。）１３を介して画像処理プロセッサ１４に入力される。なお、ＡＦＥ１３の初段および最終段には、クランプ回路１３ＣとＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１３ＡＤとがそれぞれ配置される。また、タイミングジェネレータ１２の第二の出力は、ＡＦＥ１３の対応するクロック端子に接続される。
【０００８】
画像処理プロセッサ１４は、所定の画像信号処理を高速に実現するハードウエアの集合として構成される。画像処理プロセッサ１４のバス端子は、内部バス１５を介してＣＰＵ１６のバス端子に接続される。画像処理プロセッサ１４およびＣＰＵ１６のクロック端子には、タイミングジェネレータ１２の第三の出力が接続される。なお、ＣＰＵ１６は、光学系駆動部１０ｄおよびＣＣＤ駆動部１１ｄの入力と、既述のクランプ回路１３Ｃの制御端子とにそれぞれ接続された３つの出力ポートを有する。これらの光学系駆動部１０ｄおよびＣＣＤ駆動部１１ｄの出力は、上述した光学系１０opt および撮像素子１１の制御端子にそれぞれ接続される。
【０００９】
また、電子カメラ１０には、後述する画像データを一時記憶するための画像メモリ１７が備えられる。画像処理プロセッサ１４およびＣＰＵ２２は、それぞれ専用のデータバス１８を介してこの画像メモリ１７に接続される。さらに、電子カメラ１０には、モニタ画像を表示するためのモニタ１８が設けられる。このモニタ１８には、ＣＰＵ１６の対応する出力ポートが接続される。また、電子カメラ１０には、メモリカード２０の着脱が可能なカードインターフェース（ＩＦ）２１が設けられ、このカードインターフェース２１は、上述した内部バス１５に接続される。さらに、電子カメラ１０には、操作部２２が設けられる。この操作部２２の出力は、ＣＰＵ１６の対応する入力ポートに接続される。
【００１０】
以下、図１を参照して本実施形態における各部の基本的な動作を説明する。
ＣＰＵ１６は、操作部２２を介して操作者が行う操作に応じて、絞り値、シャッタ速度その他の撮影条件に併せて、撮影のきっかけを得る。光学系１０opt 、撮像素子１１、ＡＦＥ１３および画像処理プロセッサ１４は、そのＣＰＵ１６の統括の下で連係する。このような連係の過程では、光学系１０opt および撮像素子１１は、上述した絞り値、シャッタ速度等に基づいて被写体の撮像を行う。その撮像の結果として撮像素子１１から出力された信号は、クランプ回路１３Ｃによって黒レベルの再生が図られる。さらに、この黒レベルの再生が施されることによって生成された信号は、ＡＦＥ１３において、撮像素子１１で発生したアンプ雑音およびリセット雑音の除去がＣＤＳ（Correllated Double Sam- pling)方式に基づいて図られた後に、Ａ／Ｄ変換器１３ＡＤによってディジタル信号に変換される。画像処理プロセッサ１４は、このディジタル信号に、信号レベル補正、ＷＢ(White Balance) 補正、γ補正、色補間、色差変換、ＪＰＥＧ圧縮等の画像処理を施すことによって、画像データを生成する。さらに、画像処理プロセッサ１４は、このようにして生成された画像データをＣＰＵ１６の配下で適宜モニタ１８に出力し、あるいは画像メモリ１７に蓄積し、さらに、カードインターフェース２１を介してメモリカード２０に記録する。
【００１１】
図２は、本実施形態の動作を説明する図である。
図３は、本実施形態におけるＣＰＵの動作フローチャートである。
以下、図１〜図３を参照して本実施形態の動作を説明する。本実施形態の特徴は、後述する通りにＣＰＵ１６によって行われる処理と、そのＣＰＵ１６の配下で作動するクランプ回路１３Ｃの動作とにある。
【００１２】
撮像素子１１の撮像面に配置され、かつ有効画素に該当する何れの受光素子も、既述の「スミア」や「ブルーミング」が発生する可能性は、その受光素子に入射する光の輝度が大きいほど、かつ露光時間が短いほど、さらに、絞り値が小さいほど高い。しかし、このような可能性は、一般に、これらの輝度、露光時間および絞り値の組み合わせに基づく評価が可能である。
【００１３】
ＣＰＵ１６の主記憶の特定の領域には、図４(a) に示す露光判定テーブル１６Ｔが配置される。この露光判定テーブル１６Ｔは、撮像面上における受光素子（画素）とその受光素子に最寄りの水平オプティカルブラックとの間に形成された共通の垂直転送路の長さ（以下、単に「転送路長」という。）の昇順に対応した複数の面の集合として構成される。このような面は、上述した輝度の昇順、露光時間の降順および絞り値の降順に対応し、これらの輝度、露光時間、絞り値の値の全ての組み合わせに併せて、後述する二値情報が予め登録されたレコードの列として構成される。この二値情報の論理値は、上述した最寄りの水平オプティカルブロックのレベルに伴う誤差が許容されない程度で、該当する受光素子に「スミア」や「ブルーミング」が発生する可能性がある場合に限って、論理値が「１」に設定される。なお、上述した組み合わせの内、この二値情報の論理値が「１」となる組み合わせの集合は、図４(b) に示すように、既述の輝度、露光時間および絞り値の全ての組み合わせを示す３次元空間の内、その３次元空間の原点を含む所定の閉空間の外側に相当する。
【００１４】
また、ＣＰＵ１６は、操作部２２を介して撮影条件として与えられた露光時間および絞り値を取得すると、有効撮像面から共通の垂直転送路を介して読み出される画素の列毎に、該当する列に含まれる画素の全てについて以下の処理を反復する。
(1) 有効撮像面上における該当する画素の位置に基づいて既述の転送路長を求め（図３ステップＳ１）、露光判定テーブル１６Ｔの面の内、この転送路長に対応した面（以下、「特定の面」という。）を特定する（図３ステップＳ２）。
(2) この特定の面に含まれるレコードの内、輝度、露光時間および絞り値の組み合わせに対応するレコード（以下、「特定のレコード」という。）を特定する（図３ステップＳ３）。
(3) その特定のレコードに含まれる二値情報の論理和を順次求める（図３ステップＳ４）。
(4) この二値情報の論理値が「１」である場合には、該当する垂直転送路の水平走査線上における位置を記憶する（図３ステップＳ５）。
(5) 該当する画素の列に含まれる全ての画素について上記処理(1)〜(4)を反復する。
(6) 求められた論理和の値が「０」である場合には、その旨を示す「通知」をクランプ回路に引き渡す（図３ステップＳ６）。しかし、この論理和の値が「１」である場合には、上述したように記憶された「垂直転送路の位置」の一部または全てをクランプ回路１３Ｃに引き渡す（図３ステップＳ７）。
【００１５】
クランプ回路１３Ｃは、上述した「通知」がＣＰＵ１６によって引き渡された場合には、撮像素子１１の撮像面の何れにおいても、既述の大きな誤差が生じる程度では「スミア」や「ブルーミング」が発生する可能性がないので、この撮像素子１１に備えられた水平オプティカルブラック領域の全てを黒レベルの再生に用いる。
しかし、ＣＰＵ１６によって上述した「垂直転送路の位置」が引き渡された場合には、クランプ回路１３Ｃは、撮像素子１１に備えられた水平オプティカルブラック領域の内、下記の何れかの「特定の水平オプティカルブラック領域」をフレーム周期で識別し、その「特定の水平オプティカルブラック領域」のみを黒レベルの再生に用いる。ここに、「特定の水平オプティカルブラック領域」は、図２に示すように、水平オプティカルブラック領域の内で以下の何れかの条件を満たすオプティカルブラック画素の集合となる。
(a) 記憶された垂直転送路に接続されたオプティカルブラックだけを除いた領域(1)
(b) 記憶された垂直転送路に接続されたオプティカルブラックの中で最先のオプティカルブラックよりも先に読み出される領域(2)
(c) 記憶された垂直転送路に接続されたオプティカルブラックの中で最後のオプティカルブラックよりも後に読み出される領域(3)
(d) 記憶された垂直転送路に接続されたオプティカルブラックを除いた領域の中で連続個数の最も多い領域(4)
なお、このように黒レベルの再生に用いられる「特定の水平オプティカルブラック領域」は、ＣＰＵ１６の配下で作動するクランプ回路１３Ｃの内部では、図２の上部に記載されるように、撮像素子１１の水平走査に同期したパルス信号の論理値に応じて限定される。
【００１６】
すなわち、黒レベルの再生に用いられる水平オプティカルブラック領域は、既述の共通の垂直転送路毎に、該当する垂直転送路を介して信号電荷が読み出される画素の全てに既述の「スミア」や「ブルーミング」が発生する可能性がない領域のみに限定される。したがって、本実施形態によれば、従来例に比べて、水平オプティカルブラック領域に基づいて再生される黒レベルの精度が向上し、かつ高く維持される。
【００１７】
なお、本実施形態では、既述の輝度、露光時間、絞り値の組み合わせに基づいて露光判定テーブル１６Ｔが参照されることによって、許容されない程度で「スミア」や「ブルーミング」が発生する可能性がある受光素子の有無が垂直転送路毎に判別されている。しかし、このような判別は、その判別の精度の低下が許容される場合には、例えば、これらの既述の輝度、露光時間、絞り値の何れか１つのみ、または所望の２つの組み合わせに基づいて判定されてもよい。
【００１８】
また、本実施形態では、上述した輝度は、撮像素子１１が測光センサとして兼用されることによって求められる。しかし、この測光センサは撮像素子１１とは別に設けられ、かつ既述の露光判定テーブル１６Ｔの参照は、これらの測光センサと、撮像素子１１の有効撮像面との間における相似関係に基づいて行われてもよい。さらに、本実施形態では、既述の通りに限定された水平オプティカルブラック領域は、その水平オプティカルブラック領域と共に撮像素子１１に設けられた垂直オプティカルブラック領域の上端部（水平オプティカルブラックの左端または右端と交わる箇所）におけるレベルの偏差の補正に用いることも可能である。しかし、このような水平オプティカル領域の用途は、如何なるものであってもよい。また、本実施形態では、黒レベルの補正に用いられる水平オプティカルブラック領域は、撮像素子１１の撮像面の光学的な感度が一様であることを前提として行われる。しかし、撮像用のレンズの周辺部と中心部とにおける光学的な感度に許容されない程度に大きな差がある場合には、例えば、既述の露光判定テーブル１６Ｔの参照に先行して、個々の受光素子（画素）の輝度がその受光素子の撮像面における位置に応じて重み付けられることによって、その感度の偏差が圧縮されてもよい。
【００１９】
さらに、本実施形態では、露光判定テーブル１６Ｔは、転送路長に対応した複数の面の集合として構成されている。しかし、このような露光判定テーブル１６Ｔは、「スミア」や「ブルーミング」の影響を被る水平オプティカルブラック領域の特定が転送路長の如何にかかわらず所望の精度で達成される場合には、１つの面のみで構成されてもよい。また、本実施形態では、図１に示す電子カメラ１０に本発明が適用されている。しかし、本発明は、このような電子カメラ１０に限定されず、例えば、単なる撮像装置その他の多様な機器にも適用可能である。さらに、本実施形態では、黒レベルの再生に用いられる水平オプティカルブラック領域は、既述の「スミア」や「ブルーミング」の影響を被らず、あるいは被り難いと推定された領域に限定されている。しかし、このような水平オプティカルブラック領域が限定される要因は、既述の輝度、露光時間、絞り値の何れかに基づいて定まり、かつ該当する水平オプティカルブラック領域の出力に伴う誤差が許容されない程度に大きくなる要因であれば、如何なるものであってもよい。
【００２０】
また、本実施形態では、撮像素子１１としてＣＣＤイメージセンサが用いられているが、このような撮像素子１１は、上述した「ブルーミング」の影響を被る可能性があるＣ−ＭＯＳイメージセンサであってもよい。さらに、本実施形態では、スミア・ブルーミングが発生した転送路を記憶しているが、この記憶する過程に幅を持たせ、所定値を越える場合に記憶するようにしてもよい。所定値は、画質にほとんど影響しない値を設定すればよい。また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で多様な構成の実施形態が可能であり、かつ構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本実施形態の動作を説明する図である。
【図３】本実施形態におけるＣＰＵの動作フローチャートである。
【図４】露光判定テーブルの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０…電子カメラ，  １０ａ…撮影レンズ，  １０opt …光学系，  １０ｄ…光学系駆動部，  １１…撮像素子（ＣＣＤ），  １２…タイミングジェネレータ（ＴＧ），  １３…アナログフロントエンド部（ＡＦＥ），  １３Ｃ…クランプ回路，  １６…ＣＰＵ，  １７…画像メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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