(57)【要約】【構成】撮像面１６ａは、垂直方向に配列された４８０個の水平画素列を有する。４８０個の水平画素列で生成された電荷は、垂直転送レジスタ１６ｃによって垂直方向に転送される。水平転送レジスタ１６ｄは、垂直転送レジスタ１６ｃの終端に到達した電荷を１水平画素列ずつ水平方向に転送する。水平転送レジスタ１６ｄによって転送された電荷に基づく生画像信号は、クランプ回路によってクランプされる。ここで、４８０個の水平画素列の各々は、６７２個の画素を有する。水平転送レジスタ１６ｄは、１水平画素列に注目した転送動作を、６８４個の画素を転送できる期間にわたって実行する。クランプ回路は、“６７２”および“６８４”の相違に起因する空送り期間にクランプ処理を実行する。【効果】高精度のクランプ処理を実現できる。【選択図】図２
2007221337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に配列されたＫ個（Ｋ：２以上の整数）の水平画素列を有する撮像面、
前記Ｋ個の水平画素列で生成された電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段、
前記垂直転送手段の終端に到達した電荷をＬ個（Ｌ：Ｋを下回る整数）の水平画素列ずつ水平方向に転送する水平転送手段、および
前記水平転送手段によって転送された電荷に基づく画像信号をクランプするクランプ手段を備え、
前記Ｋ個の水平画素列の各々はＭ個（Ｍ：２以上の整数）の画素を有し、
前記水平転送手段は前記Ｌ個の水平画素列に注目した転送動作をＮ個（Ｎ：Ｍを上回る整数）の画素を転送できる期間にわたって実行し、
前記クランプ手段は前記Ｍ個および前記Ｎ個の相違に起因する空送り期間の信号レベルに基づいてクランプ処理を実行する、撮像装置。
【請求項２】
前記クランプ手段によってクランプされた画像信号に基づく動画像を再現する再現手段をさらに備える、請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記Ｌは“１”であり、前記クランプ手段は１水平画素列毎にクランプ処理を実行する、請求項１または２記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像装置に関し、特にたとえば、イメージセンサから出力された画像信号をクランプする、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の装置の一例が、特許文献１に開示されている。この従来技術は、ＣＣＤセンサの水平転送の休止期間において出力される信号の輝度レベルに注目してクランプ処理を実行しようとするものである。これによって、ＣＣＤセンサの光学的黒エリアへの光の漏れ込みに起因するクランプレベルの変動が防止される。
【特許文献１】特開２００５−５７６０８号公報［H04N 5/335, 5/16］
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来技術のような休止期間に注目したクランプ処理は、ＣＣＤセンサの電荷転送路で発生する暗電流ノイズのレベルを正確に反映せず、クランプ処理の精度に問題がある。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、高精度のクランプ処理を実現できる、撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に従う撮像装置(10)は、垂直方向に配列されたＫ個（Ｋ：２以上の整数）の水平画素列を有する撮像面(16a)、Ｋ個の水平画素列で生成された電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段(16c)、垂直転送手段の終端に到達した電荷をＬ個（Ｌ：Ｋを下回る整数）の水平画素列ずつ水平方向に転送する水平転送手段(16d)、および水平転送手段によって転送された電荷に基づく画像信号をクランプするクランプ手段(24)を備え、Ｋ個の水平画素列の各々はＭ個（Ｍ：２以上の整数）の画素を有し、水平転送手段はＬ個の水平画素列に注目した転送動作をＮ個（Ｎ：Ｍを上回る整数）の画素を転送できる期間にわたって実行し、クランプ手段はＭ個およびＮ個の相違に起因する空送り期間の信号レベルに基づいてクランプ処理を実行する。
【０００６】
撮像面は、垂直方向に配列されたＫ個（Ｋ：２以上の整数）の水平画素列を有する。Ｋ個の水平画素列で生成された電荷は、垂直転送手段によって垂直方向に転送される。水平転送手段は、垂直転送手段の終端に到達した電荷をＬ個（Ｌ：Ｋを下回る整数）の水平画素列ずつ水平方向に転送する。水平転送手段によって転送された電荷に基づく画像信号は、クランプ手段によってクランプされる。
【０００７】
ここで、Ｋ個の水平画素列の各々は、Ｍ個（Ｍ：２以上の整数）の画素を有する。水平転送手段は、Ｌ個の水平画素列に注目した転送動作をＮ個（Ｎ：Ｍを上回る整数）の画素を転送できる期間にわたって実行する。クランプ手段は、Ｍ個およびＮ個の相違に起因する空送り期間の信号レベルに基づいてクランプ処理を実行する。
【０００８】
Ｌ個の水平画素列に注目した水平転送期間は、Ｍ画素よりも多いＮ画素を転送できる期間である。これによって、被写界像を表す電荷が欠落する空送り期間がＬ個の水平画素列毎に発生する。クランプ処理は、このような空送り期間の信号レベルに基づいて実行される。空送り期間の信号レベルは、水平転送手段で発生した暗電流ノイズレベルを反映する。クランプ処理はこの暗電流ノイズレベルを考慮して実行され、これによって高精度のクランプ処理が実現される。
【０００９】
請求項２に従う撮像装置は、請求項１に従属し、クランプ手段によってクランプされた画像信号に基づく動画像を再現する再現手段(48)をさらに備える。
【００１０】
請求項３の発明に従う撮像装置は、請求項１または２に従属し、Ｌは“１”であり、クランプ手段は１水平画素列毎にクランプ処理を実行する。これによって、精度がさらに向上する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、Ｌ個の水平画素列に注目した水平転送期間は、Ｍ画素よりも多いＮ画素を転送できる期間である。これによって、被写界像を表す電荷が欠落する空送り期間がＬ個の水平画素列毎に発生する。クランプ処理は、このような空送り期間の信号レベルに基づいて実行される。空送り期間の信号レベルは、水平転送手段で発生した暗電流ノイズレベルを反映する。クランプ処理はこの暗電流ノイズレベルを考慮して実行され、これによって高精度のクランプ処理が実現される。
【００１２】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照して、この実施例のビデオカメラ（撮像装置）１０は、光学レンズ１２を含む。被写界の光学像は、光学レンズ１２を介してＣＣＤイメージャ１６の撮像面１６ａ（図２参照）に照射される。撮像面１６ａは、原色ベイヤ配列を有する色フィルタ１４によって覆われる。
【００１４】
図２を参照して、複数の画素（受光素子）１６ｂ，１６ｂ，…は、撮像面１６ａの水平方向および垂直方向に広がる。水平方向には６７２個の画素が並び、垂直方向には４８０個の画素が並ぶ。つまり、撮像面１６ａには、６７２個の垂直画素列と４８０個の水平画素列が形成される。６７２個の垂直画素列には、６７２個の垂直転送レジスタ１６ｃ，１６ｃ，…が割り当てられる。また、水平転送レジスタ１６ｄは、６７２個の垂直転送レジスタ１６ｃ，１６ｃ，…の終端に設けられる。さらに、水平転送レジスタ１６ｄの出力端には、ＦＤ(Floating Diffusion)アンプ１６ｅが設けられる。
【００１５】
撮像面１６ａは、ＯＢ(Optical Black)エリアと有効画像エリアとによって形成される。ＯＢエリアは、水平方向において有効画像エリアと接する。ＯＢエリアに属する複数の画素１６ｂ，１６ｂ，…は、樹脂（図示せず）によってモールドされる。有効画像エリアに属する複数の画素１６ｂ，１６ｂ，…は、色フィルタ１４を形成する複数の色要素によってそれぞれ覆われる。有効画像エリアの画素１６ｂで生成される電荷量は、Ｒ，ＧまたはＢの光量を反映する。なお、ＯＢエリアの水平方向には、３２の画素が配置される。
【００１６】
電源が投入されると、ＣＰＵ５４によってＴＧ／ＳＧ１８が起動される。ＴＧ／ＳＧ１８は、撮像面１６ａの露光動作とこれによって生成された電荷の読み出し動作とを１／３０秒毎に実行するべく、電荷掃き捨てパルス，垂直転送パルスおよび水平転送パルスを含む複数のタイミングパルスを発生する。
【００１７】
複数の画素１６ｂ，１６ｂ，…の各々は、光電変換によって電荷を生成する。電荷掃き捨てパルスの出力が中断される期間に生成された電荷は、垂直転送パルスに重畳された読み出しパルスに応答して垂直転送レジスタ１６ｃに読み出される。垂直転送レジスタ１６ｃ上の電荷は、垂直転送パルスに応答して図４（Ａ）に示す要領で垂直方向に転送される。水平転送レジスタ１６ｄに到達した電荷は、水平転送パルスに応答して図４（Ｂ）に示す要領で水平方向に転送される。水平転送を施された電荷はその後、ＦＤアンプ１６ｅから出力される。出力される電荷は、３０ｆｐｓのフレームレートを有する生画像信号を形成する。
【００１８】
ＴＧ／ＳＧ１８は、図３に示すように構成される。Ｈカウンタ１８ａは、画素クロックに応答してインクリメントされる。Ｈカウンタ１８ａのカウント値は、比較器１８ｂによって“７２９”と比較される。比較器１８ｂの出力レベルは、カウント値が“７２９”と異なるときＬレベルを示す一方、カウント値が“７２９”と一致するときＨレベルを示す。Ｈカウンタ１８ａは、比較器１８ｂの出力の立ち上がりに応答してリセットされる。したがって、Ｈカウンタ１８ａのカウント値は、画素クロックに応答して“０”〜“７２９”の間で変化する。
【００１９】
Ｖカウンタ１８ｃは、比較器１８ｂの出力の立ち上がりに応答してインクリメントされる。Ｖカウンタ１８ｃのカウント値は、比較器１８ｄによって“５１９”と比較される。比較器１８ｄの出力レベルは、カウント値が“５１９”と異なるときＬレベルを示す一方、カウント値が“５１９”と一致するときＨレベルを示す。Ｖカウンタ１８ｃは、比較器１８ｄの出力の立ち上がりに応答してリセットされる。Ｖカウンタ１８ｃのカウント値は、比較器１８ｃの出力の立ち上がりに応答して“０”〜“５１９”の間で変化する。
【００２０】
なお、Ｖカウンタ１８ｃのリセット周期は、１／３０秒に相当する。また、Ｈカウンタ１８ａのリセット周期は、１／（３０＊５２０）秒に相当する。
【００２１】
比較器１８ｂの出力は水平同期信号Ｈｓｙｎｃを兼ね、比較器１８ｄの出力は垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを兼ねる。垂直同期信号Ｖｓｙｎｃおよび水平同期信号Ｈｓｙｎｃはそれぞれ、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す要領で発生する。
【００２２】
ドライバ１８ｅは、Ｈカウンタ１８ａおよびＶカウンタ１８ｃの各々のカウント値とＣＰＵ５４によって設定された露光時間データとに基づいて、電荷掃き捨てパルスを出力する。ドライバ１８ｆは、Ｈカウンタ１８ａおよびＶカウンタ１８ｃの各々のカウント値に基づいて、垂直転送パルスを出力する。ドライバ１８ｇは、Ｈカウンタ１８ａおよびＶカウンタ１８ｃの各々のカウント値に基づいて、水平転送パルスを出力する。
【００２３】
垂直転送パルスは図５（Ｃ）に示す要領で発生し、水平転送パルスは図５（Ｄ）に示す要領で発生する。垂直転送パルスは、１／３０秒あたり４８０回立ち下がる。垂直転送レジスタ１６ｃに読み出された電荷は、垂直転送パルスが発生する毎に１水平画素列に相当する距離だけ垂直方向に転送される。水平転送パルスは、各々の垂直転送パルスに対応して６８４回立ち上がる。水平転送レジスタ１６ｄに到達した電荷は、水平転送パルスが発生する毎に１垂直画素列に相当する距離だけ水平方向に転送される。６８４回の水平転送動作が完了すると、次の垂直転送パルスが発生するまで、水平転送動作が休止される。
【００２４】
各フレームの生画像信号を形成する電荷は、こうして１水平画素列ずつＣＣＤイメージャ１６から出力される。出力される電荷には、垂直転送レジスタ１６ｃおよび水平転送レジスタ１６ｄで発生した暗電流ノイズ成分が含まれる。
【００２５】
各々の水平画素列を形成する画素数は“６７２”である一方、各々の水平画素列に対して実行される水平転送動作の回数は“６８４”である。この結果、図６（Ａ）および図６（Ｂ）から分かるように、被写界像を表す電荷が欠落する空送り期間が、水平転送動作の休止期間の直前に発生する。空送り期間の出力レベルは、暗電流ノイズを反映する。
【００２６】
図１に戻って、ＣＣＤイメージャ１６から出力された生画像信号は、ＣＤＳ回路２０およびＡＧＣ回路２２で相関２重サンプリングおよび自動ゲイン調整を施される。ＣＤＳ回路２０およびＡＧＣ回路２２のいずれの処理も、ＴＧ／ＳＧ１８から出力されたタイミング信号に応答して実行される。
【００２７】
クランプ回路２４を形成する加算器２６は、ＡＧＣ回路２２から出力された生画像信号にＤ／Ａ変換器３８から出力されたオフセット信号を加算し、Ａ／Ｄ変換器２８は、加算器２６から出力された生画像信号をディジタル信号である生画像データに変換する。
【００２８】
クランプパルス発生回路３０は、図３に示すＨカウンタ１８ａおよびＶカウンタ１８ｃの各々のカウント値に基づいて、上述の空送り期間に立ち上がるクランプパルスを発生する。クランプパルスは、図６（Ｃ）に示す要領で変化する。スイッチＳＷ１は、クランプパルスがハイレベルのときオン状態となり、与えられたクランプパルスがローレベルのときオフ状態となる。この結果、暗電流ノイズレベルデータが、スイッチＳＷ１によって抽出される。
【００２９】
スイッチＳＷ１から出力された暗電流ノイズレベルデータは、演算器３４のマイナス入力端子に与えられる。一方、クランプレベル設定回路３２は、クランプレベルデータを演算器３４のプラス入力端子に与える。クランプレベルデータは、既定の黒レベルに相当するデータ値を有する。演算器３４は、かかるクランプレベルデータから暗電流ノイズレベルデータを減算し、これによって得られた減算データをＬＰＦ３６に向けて出力する。
【００３０】
ＬＰＦ３６は、演算器３４からの減算データを平滑してオフセットデータを生成する。生成されたオフセットデータは、Ｄ／Ａ変換器３８によってアナログ信号であるオフセット信号に変換される。加算器２６は、こうして求められたオフセット信号をＡＧＣ回路２２からの生画像信号に加算する。
【００３１】
信号処理回路４０は、Ａ／Ｄ変換器２８から出力された各フレームの生画像データに色分離，白バランス調整，ＹＵＶ変換の一連の処理を施し、ＹＵＶ形式の画像データを作成する。作成された画像データは、メモリ制御回路４２によってＳＤＲＡＭ４４に書き込まれる。
【００３２】
ビデオエンコーダ４６は、ＳＤＲＡＭ４４に格納された画像データをメモリ制御回路４２を通して読み出し、読み出された画像データをコンポジットビデオ信号に変換する。変換されたコンポジットビデオ信号はＬＣＤモニタ４８に与えられ、この結果、被写界を表すリアルタイム動画像（スルー画像）が画面に表示される。
【００３３】
キー入力装置５６によって記録操作が行われると、ＣＰＵ５４からＩ／Ｆ５０に対して記録命令が与えられる。Ｉ／Ｆ５０は、ＳＤＲＡＭ４４に格納された画像データをメモリ制御回路４２を通して読み出し、読み出された画像データを圧縮状態で記録媒体５２に記録する。
【００３４】
以上の説明から分かるように、撮像面１６ａは、垂直方向に配列された４８０個（＝Ｋ個）の水平画素列を有する。４８０個の水平画素列で生成された電荷は、垂直転送レジスタ１６ｃによって垂直方向に転送される。水平転送レジスタ１６ｄは、垂直転送レジスタ１６ｃの終端に到達した電荷を１個（＝Ｌ個）の水平画素列ずつ水平方向に転送する。水平転送レジスタ１６ｄによって転送された電荷に基づく生画像信号は、クランプ回路２４によってクランプされる。
【００３５】
ここで、４８０個の水平画素列の各々は、６７２個（＝Ｍ個）の画素を有する。水平転送レジスタ１６ｄは、１個の水平画素列に注目した転送動作を６８４個（＝Ｎ個）の画素を転送できる期間にわたって実行する。クランプ回路２４は、“６７２”および“６８４”の相違に起因する空送り期間の信号レベルに基づいてクランプ処理を実行する。
【００３６】
１個の水平画素列に注目した水平転送期間は、６７２画素よりも多い６８４画素を転送できる期間である。これによって、被写界像を表す電荷が欠落する空送り期間が１水平画素列毎に発生する。クランプ処理は、このような空送り期間に実行される。空送り期間の信号レベルは、水平転送レジスタ１６ｄで発生した暗電流ノイズレベルを反映する。クランプ処理はこの暗電流ノイズレベルを考慮して実行され、これによって高精度のクランプ処理が実現される。
【００３７】
なお、この実施例では、電荷の出力経路は１つであるが、撮像面を複数の部分撮像エリアに分割し、複数の部分撮像エリアで生成された電荷を複数の出力経路からそれぞれ出力するようにしてもよい。また、この実施例では、１水平画素列毎に水平転送を実行するようにしているが、２以上の水平画素列毎に水平転送を実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１実施例に適用されるＣＣＤイメージャの一例を示す図解図である。
【図３】図１実施例に適用されるＴＧ／ＳＧの構成の一例を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）はＣＣＤイメージャの垂直転送動作の一例を示す図解図であり、（Ｂ）はＣＣＤイメージャの水平転送動作の一例を示す図解図である。
【図５】（Ａ）は垂直同期信号の一例を示す波形図であり、（Ｂ）は水平同期信号の一例を示す波形図であり、（Ｃ）は垂直転送パルスの一例を示す波形図であり、そして（Ｄ）は水平転送パルスの一例を示す波形図である。
【図６】（Ａ）は水平転送パルスの一部を示す波形図であり、（Ｂ）はＣＣＤイメージャの出力の一例を示す図解図であり、そして（Ｃ）はクランプパルスの一例を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  …ビデオカメラ  
１６  …ＣＣＤイメージャ
１８  …ＴＧ／ＳＧ
２４  …クランプ回路
２６  …加算器
３０  …クランプパルス発生回路
４８  …ＬＣＤモニタ
【図１】
2007221337.tif 000003
【図２】
2007221337.tif 000004
【図３】
2007221337.tif 000005
【図４】
2007221337.tif 000006
【図５】
2007221337.tif 000007
【図６】
2007221337.tif 000008