(57)【要約】【課題】  垂直転送に起因する電源変動に応じてクランプ回路の動作を切り換えることにより、数ラインおきに発生する撮像信号のレベル差を吸収し、記録画像の画質を改善させる。【解決手段】  複数の受光部がマトリクス状に配列され、前記受光部の垂直列ごとに設けられた各受光部から電荷を転送する垂直転送部と、前記垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部とを有し、全画素の信号電荷を独立に読み出す静止画撮影モードにおいては、１行分の画素の信号電荷を複数回に分けて水平転送部にて転送し、読み出される構造を持つ固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される撮像信号の黒レベルをクランプする黒レベルクランプ手段と、前記黒レベルクランプ手段のクランプ動作を切り換える手段とを備えた撮像装置において、静止画撮影モードにおける１行分の画素の信号電荷が読み出される期間内に、黒レベルクランプ手段のクランプ動作を切り換えることを特徴としている。【選択図】図４
2012100061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光部がマトリクス状に配列され、前記受光部の垂直列ごとに設けられた各受光部から電荷を転送する垂直転送部と、前記垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部とを有し、全画素の信号電荷を独立に読み出す静止画撮影モードにおいては、１行分の画素の信号電荷を複数回に分けて水平転送部にて転送し、読み出される構造を持つ固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号の黒レベルをクランプする黒レベルクランプ手段と、
前記黒レベルクランプ手段のクランプ動作を切り換えるためのクランプ動作切り換え手段とを備えた撮像装置において、
静止画撮影モードにおける１行分の画素の信号電荷が読み出される期間内において、黒レベルクランプ手段のクランプ動作を切り換えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記クランプ動作切り換え手段は、固体撮像素子における垂直転送が行われる水平ラインと、垂直転送が行われない水平ラインとで、黒レベルクランプ手段のクランプ動作を切り換え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】
前記黒レベルクランプ手段において複数のクランプ回路を備え、
前記クランプ動作切り換え手段は、固体撮像素子における垂直転送が行われる水平ラインと、垂直転送が行われない水平ラインとで、クランプ回路を切り換え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】
前記クランプ動作切り換え手段において、映像信号黒レベルに対して選択的にオフセットを付加する回路を備え、
前記クランプ動作切り換え手段は、固体撮像素子における垂直転送が行われる水平ラインと、垂直転送が行われない水平ラインとで、異なる量のオフセットを付加することを特徴とする請求項１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、固体撮像素子を用いた撮像装置における画像ノイズ低減手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラでは、撮像デバイスとして、全画素の信号電荷を同時刻に一斉に垂直転送部に読み出し、かつ当該垂直転送部中で混合せずに転送して出力するいわゆる全画素読み出し方式の固体撮像素子が用いられている。
【０００３】
デジタルスチルカメラ用の固体撮像素子は、高画質、高解像度の静止画撮影を目的として、今日でも更なる多画素化が進められている。
【０００４】
ところで、デジタルスチルカメラの場合、撮影時にピントを合わせたり、撮影時のカメラアングルを調整したりするためには、撮像中の画像をモニタリングする必要がある。そのために、デジタルスチルカメラには一般的に、撮像画像を写し出すモニタ、例えば液晶モニタが装備されている。
【０００５】
モニタリングモードでは、液晶モニタに撮像中の画像がリアルタイムで表示され、その目的を果たすためには、フレームレートをある程度以上に保つ必要がある。また動画記録モードを備えたデジタルスチルカメラも多く、最近ではＨＤ動画に対応しているものもある。動画記録モードでも、ある程度のフレームレートが必要とされることは言うまでもない。
【０００６】
固体撮像素子の多画素化が進む中で、モニタリングモード等のフレームレートを維持するために、従来は垂直方向の一部のラインを間引いて読み出し、垂直方向の情報量を低減する、いわゆる間引き技術が用いられてきた。
【０００７】
しかしながら、垂直方向の間引きだけでは限界があり、フレームレートを上げるためには水平転送部の駆動周波数を高くせざるを得なく、消費電力の増加が問題となった。また垂直方向だけを間引くことは、スミアや偽色等による画質劣化の問題もあった。そこで最近では、水平方向の情報量も圧縮する技術が用いられるようになってきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
特許文献１のように、垂直方向、水平方向ともに情報量を圧縮することが出来れば、多画素の固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラにおいても、動画モードに要求されるフレームレートを実現した上で、画質劣化を抑制することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２９１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の固体撮像素子では、当然のことながら、全画素を間引きせずに独立に読み出す、すなわち静止画撮影も可能である。ただし、動画性能向上を追求した構造となっているために、その読み出し方法は従来の全画素読み出し方法とは異なっている。
【００１１】
該特許文献中でも説明があるように、例えば水平間引き加算を行う単位を３列とした構造の場合には、全画素の信号電荷を独立に読み出す静止画撮影モードでは、１行分の画素の信号電荷を３回に分けて読み出す３ラインシーケンスとなっている。この３ラインシーケンスで出力される画素信号は、後段の信号処理系においてラインメモリなどを用いて、３ラインの画素信号を交互に並び替える処理が行われることで、元の１行分の画素配列に戻される。
【００１２】
以降、該特許文献に記載のような固体撮像素子の構造を「水平分割読み出し構造」と呼ぶこととする。この新しい構造により、これまでには無かった新たな問題も見つかっている。
【００１３】
図１に固体撮像素子における垂直転送と撮像信号の黒レベルとの関係を示す。（ａ）は水平分割読み出し構造の場合で、静止画撮影モードの読み出しにおいては、１行分の画素の信号電荷を３回に分けて読み出すものとする。垂直転送は３ラインに一度だけ行われる。垂直転送には大きな電流が必要であり、どんなに優れた電源回路であっても垂直転送に起因する電源変動が３ラインに１回発生してしまう。この電源変動のために、固体撮像素子から出力される撮像信号の黒レベルも影響を受けて、３ラインおきにレベル差が発生する。この３ラインおきに発生するレベル差は、後段の信号処理系において並び替え処理が行われ３画素周期のレベル差となる。
【００１４】
（ｂ）は従来構造の場合であり、静止画撮影モードの読み出しにおいては、垂直転送部から１行分の画素の信号電荷が一度に水平転送部に転送され順次読み出される。垂直転送は水平同期期間の初めに毎回行われ、撮像信号の黒レベル変動は水平同期信号に同期しており、ライン間でレベル差が発生することは無かった。
【００１５】
図２に一般的な撮像装置におけるクランプ動作の説明を示す。（ａ）はクランプ動作に関わる部分の簡単なブロック図であり、（ｂ）はクランプ目標レベルとデジタル信号処理回路に入力される映像信号の黒レベルとの関係を示す図である。クランプ回路は、撮像素子から出力される撮像信号の黒レベル（例えばオプティカルブラック部の信号）を所定のレベルにクランプするために、あらかじめ設定されたクランプ目標レベルとの誤差を検出しフィードバックさせる。通常は、ある程度まとまったライン数（少なくとも３ライン以上）の黒レベルを平均化してフィードバックさせるため、従来のクランプ方法では３ラインおきに発生するレベル差はそのまま残ってしまう。この３ラインおきに発生するレベル差は、後段の信号処理系において並び替え処理が行われ、記録画像においては３画素周期のレベル差が縦筋となって見えてしまう。
【００１６】
そこで本発明は、垂直転送に起因する電源変動に応じてクランプ回路の動作を切り換えることにより、数ラインおきに発生する撮像信号のレベル差を吸収し、記録画像の画質を改善させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の撮像装置は、複数の受光部がマトリクス状に配列され、前記受光部の垂直列ごとに設けられた各受光部から電荷を転送する垂直転送部と、前記垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部とを有し、全画素の信号電荷を独立に読み出す静止画撮影モードにおいては、１行分の画素の信号電荷を複数回に分けて水平転送部にて転送し、読み出される構造を持つ固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される撮像信号の黒レベルをクランプする黒レベルクランプ手段と、前記黒レベルクランプ手段のクランプ動作を切り換える手段とを備えた撮像装置において、静止画撮影モードにおける１行分の画素の信号電荷が読み出される期間内に、黒レベルクランプ手段のクランプ動作を切り換えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、垂直転送に起因する電源変動に応じてクランプ回路の動作を切り換えることにより、数ラインおきに発生する撮像信号のレベル差を吸収し、記録画像の画質を改善させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】固体撮像素子における垂直転送と撮像信号の黒レベルとの関係を示す図で
【図２】一般的な撮像装置におけるクランプ動作の説明を示す図である。
【図３】本発明の撮像装置の実施形態を示し、概略構成を説明するブロック図である。
【図４】本発明の撮像装置におけるクランプ動作の説明を示す図である。
【図５】本発明の撮像装置におけるクランプ動作の説明を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施例１］
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図３は、本発明を適用し得る撮像装置の実施形態を示す構成ブロック図である。図３を参照して被写体撮影時の一般的な動作について説明する。
【００２２】
本実施形態の撮像装置は、レンズ及び絞りからなる光学系１、メカニカルシャッタ（メカシャッタと図示する）２、撮像素子３、アナログ信号処理回路４、タイミング信号発生回路５、駆動回路６を有している。タイミング信号発生回路５は、アナログ信号処理回路４及び駆動回路６で必要となるタイミングを供給するためのものである。
【００２３】
また、撮影した画像データに必要な信号処理を行うデジタル信号処理回路７、信号処理された画像データを記憶する画像メモリ８、撮像装置から取り外し可能な画像記録媒体９、信号処理された画像データを画像記録媒体９に記録する記録回路１０、信号処理された画像データを表示する画像表示装置１１、画像表示装置１１に画像を表示する表示回路１２等を有している。システム制御部１３は、前記の各ユニットを含む撮像装置全体を制御している。
【００２４】
システム制御部１３は明るさに応じて光学系１の絞りを制御することにより撮像素子３に入射する被写体光量を調整する。さらに、タイミング信号発生回路５、駆動回路６を介して撮像素子３の電荷蓄積時間を変化させて露光量を制御する。
【００２５】
撮像素子３は、受像面に結像された被写体像をその光量に応じた量の信号電荷に変換して蓄積する。蓄積された信号電荷は駆動回路６から入力される転送パルスによって転送され、出力回路で信号電圧に変換された後、順次読み出されアナログ信号処理回路４に入力される。アナログ信号処理回路４はＡ／Ｄ変換器を含んでいる。
【００２６】
アナログ信号処理回路４に含まれるＡ／Ｄ変換器においてデジタル化された信号はデジタル信号処理回路７に入力される。デジタル信号処理回路７では、デジタル画像信号に対して、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等を行う。画像メモリ８は、信号処理中のデジタル画像信号を一時的に記憶したり、信号処理されたデジタル画像信号である画像データを記憶したりするために用いられる。
【００２７】
デジタル信号処理回路７で信号処理された画像データや画像メモリ８に記憶されている画像データは、記録回路１０において画像記録媒体９に適したデータ（例えば階層構造を持つファイルシステムデータ）に変換されて画像記録媒体９に記録されたり、デジタル信号処理回路７で解像度変換処理を実施された後、表示回路１２において画像表示装置１１に適した信号（例えばＮＴＳＣ方式のアナログ信号やＬＣＤ表示用のＲＧＢ信号等）に変換されて画像表示装置１１に表示されたりする。
【００２８】
システム制御部１３はタイミング信号発生回路５、駆動回路６、デジタル信号処理回路７、画像メモリ８、記録回路１０、表示回路１２に対して必要な制御を行う。
【００２９】
以下、水平分割読み出し構造をもつ撮像素子を用いる場合の具体的なクランプ動作について説明する。
【００３０】
図４に本発明の撮像装置におけるクランプ動作の説明を示す。（ａ）は、アナログ信号処理回路の詳細を示すブロック図である。アナログ信号処理回路は、ＣＤＳ回路１４、Ａ／Ｄ変換器１５、切り換え回路１６、クランプ回路Ａ１７、クランプ回路Ｂ１８からなる。
【００３１】
撮像素子から出力された撮像信号は、ＣＤＳ回路１４で信号成分が抽出され、Ａ／Ｄ変換器１５にてデジタル信号に変換される。クランプ回路Ａ１７およびクランプ回路Ｂ１８は、ともに撮像信号の黒レベル（例えばオプティカルブラック部の信号）を所定のレベルにクランプするために、あらかじめ設定されたクランプ目標レベルとの誤差を検出しフィードバックさせる。切り換え回路１６は、システム制御部１３から出力されるクランプ回路切り換え信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１５からの出力信号をどちらのクランプ回路に入力するか、またどちらのクランプ回路からのフィードバック信号をＡ／Ｄ変換器１５の入力段にフィードバックさせるかを切り換える。
【００３２】
（ｂ）はクランプ切り換え動作とデジタル信号処理回路に入力される映像信号の黒レベルとの関係を示す図である。ここでは、静止画撮影モードの読み出しにおいて、１行分の画素の信号電荷を３回に分けて読み出すものとする。図に示すように垂直転送は３ラインに一度だけ行われるので、便宜上、ａライン、ｂライン、ｃラインと３つに分けて呼ぶこととする。ａラインは垂直転送が行われるラインであり、ｂラインおよびｃラインは垂直転送が行われないラインである。
【００３３】
ａラインの撮像信号が読み出されている時には、Ｈｉレベルのクランプ回路切り換え信号がシステム制御部１３から出力される。この時、切り換え回路１６はクランプ回路Ａ１７へと接続されクランプ動作が行われる。クランプ回路Ａ１７は、撮像信号の黒レベル（例えばオプティカルブラック部の信号）を所定のレベルにクランプするために、あらかじめ設定されたライン数の黒レベルを平均化して、あらかじめ設定されたクランプ目標レベルとの誤差を検出しフィードバックさせる。
【００３４】
ｂラインまたはｃラインの撮像信号が読み出されている時には、Ｌｏレベルのクランプ回路切り換え信号がシステム制御部１３から出力され、切り換え回路１６はクランプ回路Ｂ１８へと接続され、クランプ動作が行われる。クランプ回路Ｂ１８は、撮像信号の黒レベル（例えばオプティカルブラック部の信号）を所定のレベルにクランプするために、あらかじめ設定されたライン数の黒レベルを平均化して、あらかじめ設定されたクランプ目標レベルとの誤差を検出しフィードバックさせる。
【００３５】
ａラインと、ｂラインおよびｃラインとでは固体撮像素子から出力される撮像信号の黒レベルにレベル差があるが、３ラインおきに出力されるａラインどうしではレベル差はほとんど無い。またｂラインどうしおよびｃラインどうしについてもレベル差はほとんど無い。クランプ回路Ａ１７およびクランプ回路Ｂ１８は、それぞれ設定されたクランプ目標レベルに近づくように動作する。両者のクランプ目標レベルを同値に設定すれば、最終的な映像信号黒レベルは図中の太い点線で示すようにａライン、ｂライン、ｃラインの区別無く同じレベルにクランプされる。（図中の細い実線は従来クランプ方式の場合である。）
なお、垂直転送の行われるａラインと、垂直転送の行われないｂラインおよびｃラインとでクランプ回路を２つ設けるようにしたが、ａライン、ｂライン、ｃライン独立にクランプ回路を３つ設けるようにしてもよい。
【００３６】
また、静止画撮影モードの読み出しにおいて、１行分の画素の信号電荷を３回に分けて読み出す場合を例に説明をしたが、４回あるいはそれ以上の回数に分けて読み出す場合についても、同様の手法を用いることが出来る。
【００３７】
［実施例２］
図５に本発明の撮像装置における第２のクランプ動作の説明を示す。（ａ）は、アナログ信号処理回路の詳細を示すブロック図である。アナログ信号処理回路は、ＣＤＳ回路１４、Ａ／Ｄ変換器１５、切り換え回路１６、クランプ回路Ａ１７からなる。
【００３８】
撮像素子から出力された撮像信号は、ＣＤＳ回路１４で信号成分が抽出され、Ａ／Ｄ変換器１５にてデジタル信号に変換される。クランプ回路Ａ１７は、撮像信号の黒レベル（例えばオプティカルブラック部の信号）を所定のレベルにクランプするために、あらかじめ設定されたクランプ目標レベルとの誤差を検出しフィードバックさせる。切り換え回路１６は、Ａ／Ｄ変換器１５からの出力信号をクランプ回路Ａ１７に入力する一方で、システム制御部１３から出力されるクランプ回路切り換え信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１５からの出力信号に対して選択的にオフセット量を付加してデジタル信号処理回路へと出力する。
【００３９】
（ｂ）はクランプ切り換え動作とデジタル信号処理回路に入力される映像信号の黒レベルとの関係を示す図である。ここでは、静止画撮影モードの読み出しにおいて、１行分の画素の信号電荷を３回に分けて読み出すものとする。図に示すように垂直転送は３ラインに一度だけ行われるので、便宜上、ａライン、ｂライン、ｃラインと３つに分けて呼ぶこととする。ａラインは垂直転送が行われるラインであり、ｂラインおよびｃラインは垂直転送が行われないラインである。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器１５からの出力信号がクランプ回路Ａ１７へと入力されクランプ動作が行われるのは、ａライン、ｂライン、ｃライン共通である。
【００４１】
また、ｂラインまたはｃラインの撮像信号が読み出されている時には、Ｌｏレベルのクランプ回路切り換え信号がシステム制御部１３から出力され、切り換え回路１６はＡ／Ｄ変換器１５からの出力信号をそのままデジタル信号処理回路へも出力する。
【００４２】
一方、ａラインの撮像信号が読み出されている時には、Ｈｉレベルのクランプ回路切り換え信号がシステム制御部１３から出力される。この時、切り換え回路１６はＡ／Ｄ変換器１５からの出力信号に対して、ｂラインまたはｃラインとのレベル差が無くなるようにあらかじめ設定されたオフセット量を付加してデジタル信号処理回路へと出力する。最終的なデジタル信号処理回路入力信号の黒レベルは図中の太い点線で示すようにａライン、ｂライン、ｃラインの区別無く同じレベルにクランプされる。
【００４３】
オフセット量は、撮像装置を動作させるためのプログラム内において固定の値でも良いし、撮像装置の個体別にそれぞれメモリ等に記憶して置くようにしても良い。あるいは切り換え回路１６内で、ａラインと、ｂラインおよびｃラインとのレベル差を検出してフィードバックさせるようにしても良い。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、垂直転送に起因する電源変動に応じてクランプ回路の動作を切り換えるようにしたので、数ラインおきに発生する撮像信号のレベル差を吸収し、記録画像の画質を改善させることが出来る。
【符号の説明】
【００４５】
１  光学系
２  メカニカルシャッタ
３  撮像素子
４  アナログ信号処理回路
５  タイミング信号発生回路
６  駆動回路
７  デジタル信号処理回路
８  画像メモリ
９  記録媒体
１０  記録回路
１１  表示装置
１２  表示回路
１３  システム制御部
１４  ＣＤＳ回路
１５  Ａ／Ｄ変換器
１６  切り換え回路
１７  クランプ回路Ａ
１８  クランプ回路Ｂ
【図１】
2012100061.tif 000003
【図３】
2012100061.tif 000004
【図２】
2012100061.tif 000005
【図４】
2012100061.tif 000006
【図５】
2012100061.tif 000007