(57)【要約】【課題】暗時水平シェーディングが大きい場合または暗電流が大きい場合においても、垂直シェーディングの出現を抑制することができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置において、垂直ＯＢ領域に対応するセンサ出力信号のうち、垂直ＯＢクランプ期間に渡って出力される信号ＶＯＢ０〜ＶＯＢ８が、垂直ＯＢ用クランプパルスに従って、そのレベルがＯＢクランプレベルＬ１になるようにクランプされる。そして、信号ＶＯＢ９は、ＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスが示す期間Ｓ１０５に渡って、クランプされずに出力される。ここで、上記期間Ｓ１０５は、水平ＯＢ部期間（ＨＯＢ部期間）Ｓ１０３と同じ期間である。クランプ電圧生成回路１０７は、クランプ回路１０３でクランプされずに出力された信号のレベルを、水平ＯＢクランプ期間の水平ＯＢ部期間（ＨＯＢ部期間）Ｓ１０３のＯＢクランプレベルＬ２とする。【選択図】図２
2007104222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直光学的黒領域および水平光学的黒領域を有する撮像素子と、クランプ期間信号により指示される期間に従って、前記撮像素子から出力される撮像信号をクランプ電圧に応じてクランプするクランプ回路と、前記クランプ期間信号を生成するクランプ期間信号生成回路と、前記クランプ回路の出力に基づいて前記クランプ電圧を生成するクランプ電圧生成回路とを備える撮像装置において、
前記クランプ期間信号生成回路は、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間で、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングするための期間を指示するサンプリング期間信号を生成し、
前記クランプ電圧生成回路は、前記クランプ回路から前記サンプリング期間信号に従ってクランプされずに出力された撮像信号に基づいて、前記水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
垂直光学的黒領域および水平光学的黒領域を有する撮像素子と、クランプ期間信号により指示される期間に従って、前記撮像素子から出力される撮像信号をクランプ電圧に応じてクランプするクランプ回路と、前記クランプ期間信号を生成するクランプ期間信号生成回路と、前記クランプ回路の出力に基づいて前記クランプ電圧を生成するクランプ電圧生成回路とを備える撮像装置において、
前記クランプ期間信号生成回路は、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間で、前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングするための期間を指示するサンプリング期間信号を生成し、
前記クランプ電圧生成回路は、前記クランプ回路から前記サンプリング期間信号に従ってクランプされずに出力された撮像信号に基づいて、前記水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
垂直光学的黒領域および水平光学的黒領域を有する撮像素子と、クランプ期間信号により指示される期間に従って、前記撮像素子から出力される撮像信号をクランプ電圧に応じてクランプするクランプ回路と、前記クランプ期間信号を生成するクランプ期間信号生成回路と、前記クランプ回路の出力に基づいて前記クランプ電圧を生成するクランプ電圧生成回路とを備える撮像装置の撮像方法において、
前記クランプ期間信号生成回路により、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間で、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングするための期間を指示するサンプリング期間信号を生成し、
前記クランプ電圧生成回路により、前記クランプ回路から前記サンプリング期間信号に従ってクランプされずに出力された撮像信号に基づいて、前記水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成することを特徴とする撮像方法。
【請求項４】
垂直光学的黒領域および水平光学的黒領域を有する撮像素子と、クランプ期間信号により指示される期間に従って、前記撮像素子から出力される撮像信号をクランプ電圧に応じてクランプするクランプ回路と、前記クランプ期間信号を生成するクランプ期間信号生成回路と、前記クランプ回路の出力に基づいて前記クランプ電圧を生成するクランプ電圧生成回路とを備える撮像装置の撮像方法において、
前記クランプ期間信号生成回路により、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間で、前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングするための期間を指示するサンプリング期間信号を生成し、
前記クランプ電圧生成回路により、前記クランプ回路から前記サンプリング期間信号に従ってクランプされずに出力された撮像信号に基づいて、前記水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成することを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラなどの撮像装置においては、被写体の階調を忠実に再現するために、撮像素子から出力される撮像信号のうち、撮像面上の遮光膜が設けられている光学的黒領域（以下、ＯＢ領域という）から出力された撮像信号が所定レベルにクランプされる。このようなクランプ動作を行う方式として、例えば、クランプ動作の応答時間を短くするためのデジタルフィードバッククランプ方式がある（例えば特許文献１参照）。また、Ａ／Ｄ出力をＡ／Ｄ前段アナログ部にフィードバックする方式がある（特許文献２参照）。
【０００３】
次に、デジタルフィードクランプ方式を用いた撮像装置について図４〜図１０を参照しながら説明する。図４は従来のデジタルフィードバック方式を用いた撮像装置の主要部構成を示すブロック図である。図５は図４の撮像素子における撮像面の構成を模式的に示す図である。図６は撮像装置における各種信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。図７は暗電流が大きい場合のクランプ動作を示すタイミングチャートである。図８は暗時水平シェーディングを模式的に示す図である。図９は暗時水平シェーディングがある場合のクランプ動作を示すタイミングチャートである。図１０は暗時水平シェーディングがある場合に得られる画像を模式的に示す図である。
【０００４】
デジタルフィードクランプ方式を用いた撮像装置は、図４に示すように、画像を光電変換して撮像信号を出力するＣＣＤなどの撮像素子１０１を備える。撮像素子１０１には、図５に示すように、有効画素領域１と、垂直ＯＢ領域２、および水平ＯＢ領域３とが設けられている。撮像素子１０１から出力された撮像信号は、ＰＧＡ回路１０２へ入力される。ＰＧＡ回路１０２は、撮像素子１０１の蓄積電荷のノイズを低減する２重相関サンプリング回路と、撮像信号のゲインを調節する回路とを含む。そして、ＰＧＡ回路１０２から出力された撮像信号は、コンデンサＣを通すことによって、交流的に結合され、クランプ回路１０３へ入力される。
【０００５】
クランプ１０３は、ＰＧＡ回路１０２から出力された撮像信号の電圧レベルを、クランプパルス生成回路２０６で生成されたＯＢクランプパルスで、クランプ電圧生成回路１０７で生成された電圧レベルに設定する（以下、クランプという）。クランプ回路１０３から出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１０４において、例えば１２ビットのデジタル信号に変換され、このデジタル信号は、信号処理回路１０５およびクランプ電圧生成回路１０７へ入力される。信号処理回路１０５は、上記デジタル信号に対して所定の信号処理を施す。
【０００６】
クランプパルス生成回路２０６は、クランプ電圧生成回路１０７より出力された電圧でクランプするときのタイミングを示すＯＢクランプパルスを生成する。クランプ電圧生成回路１０７には、Ａ／Ｄ変換器１０４から出力されたデジタル信号が入力される。
【０００７】
クランプ電圧生成回路１０７は、クランプパルス生成回路２０６からのＯＢクランプパルスに従って、入力されたデジタル信号を取り込む。ここで、取り込まれるデジタル信号は、撮像素子１０１からの垂直および水平ＯＢ領域２，３に対応する撮像信号（Ｙ信号のＯＢレベル）に対応する信号である。そして、クランプ電圧生成回路１０７は、取り込まれた信号を１水平ライン毎に積分し、または予め設定された間隔毎に積分し、その積分値が一定値になるようなクランプ電圧を生成する。この生成されたクランプ電圧は、クランプ回路１０３へ入力される。このようにして、クランプ回路１０３とＡ／Ｄ変換器１０４とクランプ電圧生成回路１０７との間で閉ループが形成され、クランプ電圧生成回路１０７から出力されるクランプ電圧は、結果的に、信号処理回路５に入力される信号のＯＢレベルを一定に保つようにフィードバックされることになる。
【０００８】
このような構成を有する撮像装置においては、図６に示すように、垂直同期信号が示す１フレーム期間Ｓ７中に、水平同期信号、センサ出力信号、ＯＢクランプパルスが出力される。ここで、センサ出力信号は、撮像素子１０１からの撮像信号であり、垂直ＯＢ領域２に対応するセンサ出力信号Ｓ１、水平ＯＢ領域３に対応するセンサ出力信号Ｓ２、有効画素領域１に対応するセンサ出力信号Ｓ３を含む。
【０００９】
センサ出力信号Ｓ１は、垂直ＯＢクランプ期間Ｓ９に渡って、水平同期信号が示す１水平期間Ｓ６に同期して、出力される。センサ出力信号Ｓ２およびＳ３は、垂直ＯＢクランプ期間Ｓ９に続く水平ＯＢクランプ期間Ｓ１０に渡って、１水平期間Ｓ６毎に出力される。垂直ＯＢクランプ期間Ｓ９中、垂直ＯＢ用クランプパルスＳ４が出力される。また、水平ＯＢクランプ期間Ｓ１０中、水平ＯＢ用クランプパルスＳ５が出力される。
【００１０】
ここで、暗電流が大きい場合、図７に示すように、垂直および水平ＯＢ領域のセンサ出力信号に関して、その暗電流成分は、暗電流が０のときのレベルＬ４に対してレベルＬ５になる。そして、垂直および水平ＯＢ領域に対応するセンサ出力信号は、上述したクランプ動作により、レベルＶＯＢに近づけられる。これにより暗電流成分が抑圧されることになる。
【特許文献１】特開平０８−１９５８９４号公報
【特許文献２】特開平０９−０８３８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、垂直ＯＢ領域と水平ＯＢ領域の両方を有する撮像素子の場合、その特性から、水平方向に暗出力が変化する暗時水平シェーディングが存在する場合がある。これは、例えば図８に示すように、画面左側を「０」としたときに、画面右側に移動するに従って増加するような暗出力変化（Ｖｓｈ）となる。
【００１２】
上述したように、垂直ＯＢ領域および水平ＯＢ領域に対応する信号は、クランプによりレベルＶＯＢに近づけられる。垂直ＯＢ領域に関しては、大きな暗電流成分を抑える必要があるので、１水平ラインのほぼ全域に渡る信号が、クランプに使用されることになる。そのため、図８のような画面右側に移動するに従って増加するような暗出力変化があると、増加した暗出力をレベルＶＯＢに近づけるようにクランプされる。その後、図８の画面左側に近い水平ＯＢ領域に対応する信号に対してクランプを行うと、クランプ回路は暗出力差を解消するように動作する。結果的にクランプ後の出力には、図９に示すような暗出力差６に対応した垂直シェーディングが現れる。これにより、図１０に示すように、画面の左上部を黒沈みさせることになる。
【００１３】
本発明の目的は、暗時水平シェーディングが大きい場合または暗電流が大きい場合においても、垂直シェーディングの出現を抑制することができる撮像装置および撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するため、垂直光学的黒領域および水平光学的黒領域を有する撮像素子と、クランプ期間信号により指示される期間に従って、前記撮像素子から出力される撮像信号をクランプ電圧に応じてクランプするクランプ回路と、前記クランプ期間信号を生成するクランプ期間信号生成回路と、前記クランプ回路の出力に基づいて前記クランプ電圧を生成するクランプ電圧生成回路とを備える撮像装置において、前記クランプ期間信号生成回路は、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間で、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングするための期間を指示するサンプリング期間信号を生成し、前記クランプ電圧生成回路は、前記クランプ回路から前記サンプリング期間信号に従ってクランプされずに出力された撮像信号に基づいて、前記水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するため、垂直光学的黒領域および水平光学的黒領域を有する撮像素子と、クランプ期間信号により指示される期間に従って、前記撮像素子から出力される撮像信号をクランプ電圧に応じてクランプするクランプ回路と、前記クランプ期間信号を生成するクランプ期間信号生成回路と、前記クランプ回路の出力に基づいて前記クランプ電圧を生成するクランプ電圧生成回路とを備える撮像装置において、前記クランプ期間信号生成回路は、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間で、前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングするための期間を指示するサンプリング期間信号を生成し、前記クランプ電圧生成回路は、前記クランプ回路から前記サンプリング期間信号に従ってクランプされずに出力された撮像信号に基づいて、前記水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００１６】
本発明は、上記目的を達成するため、垂直光学的黒領域および水平光学的黒領域を有する撮像素子と、クランプ期間信号により指示される期間に従って、前記撮像素子から出力される撮像信号をクランプ電圧に応じてクランプするクランプ回路と、前記クランプ期間信号を生成するクランプ期間信号生成回路と、前記クランプ回路の出力に基づいて前記クランプ電圧を生成するクランプ電圧生成回路とを備える撮像装置の撮像方法において、前記クランプ期間信号生成回路により、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間で、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングするための期間を指示するサンプリング期間信号を生成し、前記クランプ電圧生成回路により、前記クランプ回路から前記サンプリング期間信号に従ってクランプされずに出力された撮像信号に基づいて、前記水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成することを特徴とする撮像方法を提供する。
【００１７】
本発明は、上記目的を達成するため、垂直光学的黒領域および水平光学的黒領域を有する撮像素子と、クランプ期間信号により指示される期間に従って、前記撮像素子から出力される撮像信号をクランプ電圧に応じてクランプするクランプ回路と、前記クランプ期間信号を生成するクランプ期間信号生成回路と、前記クランプ回路の出力に基づいて前記クランプ電圧を生成するクランプ電圧生成回路とを備える撮像装置の撮像方法において、前記クランプ期間信号生成回路により、前記垂直光学的黒領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間で、前記水平光学的黒領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングするための期間を指示するサンプリング期間信号を生成し、前記クランプ電圧生成回路により、前記クランプ回路から前記サンプリング期間信号に従ってクランプされずに出力された撮像信号に基づいて、前記水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成することを特徴とする撮像方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、暗時水平シェーディングが大きい場合または暗電流が大きい場合においても、垂直シェーディングの出現を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態に係る撮像装置の主要部構成を示すブロック図である。図２は図１の撮像装置における暗時水平シェーディングがある場合のクランプ動作を示すタイミングチャートである。図３は図１のクランプパルス生成回路１０６によりＯＢクランプパルスのタイミングチャートである。
【００２１】
本実施の形態の撮像装置は、図１に示すように、図４に示す従来に撮像装置と同様の回路構成を有する。ここでは、同一のブロックには、同一の符号を付し、その説明は省略する。そして、従来の撮像装置と異なる部分について説明する。
【００２２】
本実施の形態においては、クランプパルス生成回路１０６が、垂直ＯＢ領域に対応する撮像信号をクランプせずにサンプリングすることを指示するためのＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスを生成する。このＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスは、垂直ＯＢ領域に対応する撮像信号の垂直クランプ期間と水平ＯＢ領域に対応する撮像信号の水平クランプ期間との間の期間にクランプ回路１０３へ入力される。クランプ回路１０３は、ＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスに従って対応する期間の垂直ＯＢ領域の撮像信号をクランプされずに出力する。このクランプされず出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１０４でデジタル信号に変換された後に、クランプ電圧生成回路１０７へ入力される。クランプ電圧生成回路１０７は、入力されたデジタル信号に基づいて、水平クランプ期間におけるクランプ電圧を生成する。
【００２３】
具体的には、図３に示すように、撮像素子１０１からは、垂直ＯＢ部期間Ｓ１０１に、撮像素子１０１の垂直ＯＢ領域に対応する撮像信号として、１０行の信号ＶＯＢ０〜ＶＯＢ９が順次出力される。ここで、垂直ＯＢ部期間Ｓ１０１の信号ＶＯＢ０〜ＶＯＢ９のうち、各信号ＶＯＢ０〜ＶＯＢ８に対してそれぞれをクランプするためのＯＢクランプパルスがクランプパルス生成回路１０６から出力される。これにより、各信号ＶＯＢ０〜ＶＯＢ８は、クランプ回路１０３において、ＯＢクランプパルスの期間（すなわち１水平ラインの相当期間）クランプされる。そして、信号ＶＯＢ９に対しては、上記ＶＯＢクランプレベルサンプリングパルス（図２のＳ１０５）が出力され、この信号ＶＯＢ９は、クランプされずに出力される。ＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスが示す期間は、後述する水平ＯＢ部期間（ＨＯＢ部期間）Ｓ１０３と同じ期間である。
【００２４】
垂直ＯＢ部期間Ｓ１０１に続く有効画素部期間Ｓ１０２においては、水平ＯＢ領域に対応する撮像信号と有効画素領域に対応する撮像信号とを含む信号が順次出力される。有効画素部期間Ｓ１０２には、水平ＯＢ領域に対応する撮像信号の水平走査期間である水平ＯＢ部期間（ＨＯＢ部期間）Ｓ１０３と、有効画素領域に対応する撮像信号の水平走査期間である有効画素部水平走査期間Ｓ１０４とが含まれる。ここで、水平ＯＢ部期間（ＨＯＢ部期間）Ｓ１０３においては、水平ＯＢ領域に対応する撮像信号をクランプするためのＯＢクランプパルスが出力される。これにより、水平ＯＢ領域に対応する撮像信号がクランプされる。
【００２５】
このような構成を有する撮像装置においては、図２に示すように、垂直同期信号が示す１フレーム期間中に、水平同期信号、センサ出力信号、ＯＢクランプパルスが出力される。ここで、センサ出力信号は、撮像素子１０１からの撮像信号であり、垂直ＯＢ領域に対応するセンサ出力信号、水平ＯＢ領域に対応するセンサ出力信号、有効画素領域１に対応するセンサ出力信号を含む。
【００２６】
上記垂直ＯＢ領域に対応するセンサ出力信号のうち、垂直ＯＢクランプ期間に渡って出力される信号ＶＯＢ０〜ＶＯＢ８は、垂直ＯＢ用クランプパルスに従って、そのレベルがＯＢクランプレベルＬ１になるようにクランプされる。そして、信号ＶＯＢ９に対しては、ＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスが出力され、信号ＶＯＢ９は、このＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスが示す期間Ｓ１０５に渡って、クランプされずに出力される。ここで、ＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスが示す期間Ｓ１０５は、水平ＯＢ部期間（ＨＯＢ部期間）Ｓ１０３と同じ期間である。
【００２７】
このようにクランプ回路１０３でクランプされずに出力された信号は、クランプ電圧生成回路１０７に入力される。これにより、クランプ回路１０３でクランプされずに出力された信号のレベルが、水平ＯＢクランプ期間の水平ＯＢ部期間（ＨＯＢ部期間）Ｓ１０３（図３を参照）のＯＢクランプレベルＬ２とされることになる。よって、垂直ＯＢ領域と水平ＯＢ領域の両方を有する撮像素子１０１を用いる場合においても、従来のように暗時シェーディングの影響によるレベル変動などを抑制することができる。その結果、暗電流の多い場合でも、垂直シェーディングの出現を抑制することができ、信号処理回路１０８に入力される撮像信号のＯＢレベルを一定に保持することができる。
【００２８】
本実施の形態においては、信号ＶＯＢ９をこのＶＯＢクランプレベルサンプリングパルスが示す期間Ｓ１０５に渡ってクランプしないようにしている。この代わりに、水平ＯＢクランプ期間の水平ＯＢ部期間（ＨＯＢ部期間）の最初期間に、ＨＯＢクランプレベルサンプリングパルスを出力し、水平ＯＢ領域に対応する信号をサンプリングするような構成を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像装置の主要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１の撮像装置における暗時水平シェーディングがある場合のクランプ動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１のクランプパルス生成回路１０６によりＯＢクランプパルスのタイミングチャートである。
【図４】従来のデジタルフィードバック方式を用いた撮像装置の主要部構成を示すブロック図である。
【図５】図４の撮像素子における撮像面の構成を模式的に示す図である。
【図６】撮像装置における各種信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】暗電流が大きい場合のクランプ動作を示すタイミングチャートである。
【図８】暗時水平シェーディングを模式的に示す図である。
【図９】暗時水平シェーディングがある場合のクランプ動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】暗時水平シェーディングがある場合に得られる画像を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０１  撮像素子
１０３  クランプ回路
１０６  クランプパルス生成回路
１０７  クランプ電圧生成回路
【図１】
2007104222.tif 000003
【図２】
2007104222.tif 000004
【図３】
2007104222.tif 000005
【図４】
2007104222.tif 000006
【図５】
2007104222.tif 000007
【図６】
2007104222.tif 000008
【図７】
2007104222.tif 000009
【図８】
2007104222.tif 000010
【図９】
2007104222.tif 000011
【図１０】
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