(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号に対して、直流電圧を加算するオフセット加算手段と、可変ゲインで増幅する増幅手段と、前記オフセット加算手段によるオフセット加算処理および前記増幅手段による増幅処理後の撮像信号に対して該撮像信号に含まれる光学的黒レベルをサンプルホールドするサンプルホールド手段と、所定の基準値と前記サンプルホールド手段により保持された光学的黒レベルの差分にもとづいて、負帰還信号として前記直流電圧を発生する負帰還信号発生手段と、前記負帰還信号発生手段に設けられ、前記オフセット加算手段において加算される前記直流電圧を制限する帰還制限手段と、を備えた撮像装置において、
前記帰還制限手段は、前記増幅手段のゲインに応じて、負帰還信号に対する帰還制限レベルを可変することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号に対して、直流電圧を加算するオフセット加算手段と、可変ゲインで増幅する増幅手段と、前記オフセット加算手段によるオフセット加算処理および前記増幅手段による増幅処理後のアナログ撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、前記ＡＤ変換手段により得られたデジタル信号に含まれる光学的黒レベルを抽出する光学的黒レベル抽出手段と、所定の基準値と前記光学的黒レベル抽出手段により抽出された光学的黒レベルとの差分にもとづいて、負帰還信号として前記直流電圧を発生する負帰還信号発生手段と、前記負帰還信号発生手段に設けられ、前記オフセット加算手段において加算される前記直流電圧を制限する帰還制限手段と、を備えた撮像装置において、
前記帰還制限手段は、前記増幅手段のゲインに応じて、負帰還信号に対する帰還制限レベルを可変することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
撮影素子からの電気信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段を含むフィードバック方式のＯＢクランプ回路とを備え、前記ＯＢクランプ回路における負帰還信号の振幅を所定値以下に制限する撮像装置の撮像方法であって、
前記増幅手段のゲインを可変設定する際に、設定するゲインに応じて前記所定値を変更することを特徴とする撮像装置の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
通常、ＣＣＤ等の固体撮像素子で撮像した静止画像や動画像を表示したり、記録したりする際に、撮像信号の明るさの基準として、撮像素子の光学的黒（オプティカルブラック、以降ＯＢと記す）レベルが利用される。ＯＢとは、撮像素子の受光画素部の中で遮光されて入射光に依存しない画素出力のことを指す。
【０００２】
このＯＢレベルを撮像信号の黒基準とする直流分再生（クランプ）回路で、ビデオカメラ等で一般的によく利用されるフィードバッククランプ方式の装置構成の一例を図４に、主要動作波形を図５に示し、その動作について簡単に説明する。
【０００３】
図４において、まず、たとえばＣＣＤなどの固体撮像素子１０１があり、この撮像素子１０１から出力される撮像信号が、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路と呼ばれる回路１０２に入力されてリセットノイズが除去された後に、オフセット加算回路１０３に入力されて所定のオフセット電圧が加算されて、そのオフセット加算出力が可変増幅器１０４に入力される。
【０００４】
また、ＣＤＳ回路１０２は、端子１０６より入力された所定の基準電圧ＶＲＥＦによって撮像信号のフィードスルー部の基準とするＣＤＳ回路を成しており、同様に、可変増幅器１０４は、基準電圧ＶＲＥＦを撮像信号の直流増幅の基準とする直流増幅器を成している。
【０００５】
可変増幅器１０４は、ＣＣＤ１０１の出力感度ばらつきを補正したり、撮像装置の感度設定を切り換えるためのゲイン可変手段であるが、以降、撮像装置のクランプ動作を簡略かつ明確に説明するために、ゲイン１倍として簡易的に扱うものとする。
【０００６】
可変増幅器１０４からの増幅出力信号は、一方で、不図示の画像処理・記録・表示回路に入力されるとともに、他方で、サンプルホールド回路１０７に入力され、端子１０９より入力されたＯＢ画素の読み出しタイミングに同期するＯＢクランプパルスによって、サンプルホールドされたＯＢレベルが、積分アンプ１０５に入力される。
【０００７】
積分アンプ１０５は、コンデンサ１０５ｂ、抵抗１０５ｃにより所定の積分時定数を成しており、前記サンプルホールドされたＯＢレベルと、端子１０６より入力される所定の基準電圧ＶＲＥＦとの差分電圧（クランプ誤差電圧）が前記積分時定数にて積分されるとともに、その出力（電圧ＶＲＥＦからのずれ量）が、オフセット加算回路１０３に入力されて減算されるネガティブフィードバック制御の構成になっている。
【０００８】
図５は、可変増幅器１０４の出力信号１１ＣのＯＢレベルが直流電圧レベルＶＲＥＦにクランプされて収束する様子と、そのときの各部の動作波形を示したものである。
【０００９】
信号波形１１ＡはＣＤＳ１０２の出力波形であり、撮像素子１０１から読み出された１水平ライン毎に、所定期間のＯＢ画素出力を持っており、このＯＢ画素出力期間の一部をサンプルホールドするタイミング信号がＯＢクランプパルス１１Ｄである。
【００１０】
信号波形１１ＡのＯＢ画素出力は、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路１０２の働きにより、前記基準電圧ＶＲＥＦに比較的近い直流電圧を保っているが、実際には、撮像素子１０１のフィードスルー成分と信号成分との差成分（ＣＣＤオフセット）および、撮像素子の温度に依存する暗電流成分が重畳されてオフセット誤差を有している（通常、数ミリ〜数十ミリボルト）。
【００１１】
このオフセット誤差は、撮像素子ごとにばらつき、また、温度により変動する。そして、このオフセット誤差が可変増幅器１０４によって増幅されて最終的に、撮像信号の黒レベル変動ＶＥＲＲとして出力される。
【００１２】
黒レベル変動ＶＥＲＲは、サンプルホールド回路１０７および積分アンプ１０５によって、ＶＲＥＦ電圧の差分として検出され、積分されて図５に示す積分出力信号１１Ｂとして出力され、出力１１Ｂの電圧ＶＲＥＦからのずれ量が、ＣＤＳ回路１０２の出力信号１１Ａより減算される。
【００１３】
ＯＢクランプパルス１１Ｄの出力毎に、この動作が繰り返されることにより、積分出力１１Ｂおよび可変増幅器１０４の出力信号のＯＢ画素出力は、信号波形１１Ｃのごとく基準電圧ＶＲＥＦへと収束する。
【００１４】
ところで、このようなフィードバック方式のＯＢクランプ回路では、黒レベル変動ＶＥＲＲを積分して負帰還する場合の積分の時定数が非常に重要である。
【００１５】
時定数が短いと水平ライン毎の出力ＯＢレベルのＶＲＥＦ電圧への追従応答性が速くなる反面、クランプ動作毎の変動量（変動頻度）もその分多くなり、横スジ状のノイズを発生し易くなる。
【００１６】
そのため、時定数は、この横スジ状のノイズが画質上問題にならない程度に所定の長さに設定せざるを得ない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のフィードバック方式のＯＢクランプ回路においては、ＯＢの変動量の主要因として撮像素子のＣＣＤオフセットおよび暗電流成分によるオフセット誤差を想定しており、これらのオフセット誤差成分を補正することを主眼に設計がなされている。
【００１８】
本来、これらのオフセット誤差成分は、撮像信号のフルレンジ（〜１ボルト）に対して、その１０分の１以下（数ミリ〜数十ミリボルト）と、あまり大きなものではない。
【００１９】
ところで、ＣＣＤなどの固体撮像素子に直射日光などの強い光が入射されると、光電変換部で電荷がオーバフローを起こす、所謂、ブルーミングとよばれる現象が発生する。ブルーミングが発生すると、本来は受光画素部の中で遮光されていて入射光に依存しないＯＢ画素部にもオーバフローした電荷が流入して蓄積される場合がある。
【００２０】
この場合のＯＢレベルは、前記オフセット誤差成分とは異なり、正確な黒基準になり得ないばかりか、激しいブルーミングに対しては撮像信号のフルレンジのレベル（ＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴ）変動にまで及ぶ。
【００２１】
図６は、ブルーミング発生時のクランプ動作を説明するための各部の動作波形を示したものである。ＣＤＳ出力１１ＡのＯＢ出力は、ブルーミングの発生にともない急速にＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴに達する。ＰＧＡ出力１１ＣのＯＢ出力は、積分アンプ１０５で設定された時定数による応答時間で、ＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴまで上昇した誤ったＯＢレベルに対して、ゆるやかに基準電圧ＶＲＥＦまで引き下げられる。
【００２２】
このように、従来のクランプ回路構成では、ブルーミング発生時に、適正なＯＢレベルを大きく逸脱する誤った黒レベルに追従してしまい、撮像信号全体が黒沈みを起こしてしまうという問題があった。
【００２３】
また、適正なＯＢレベルを大きく逸脱する誤った黒レベルに追従した結果、撮像素子のブルーミングが解消した後も、正常なＯＢレベルへの復帰時間が非常に長くかかってしまい、その間、黒沈みの状態が続くという問題があった。
【００２４】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、ＯＢ出力を大きく誤った黒レベルに追従して撮像信号に黒沈みを生じるという問題のない撮像装置、撮像装置の撮像方法を提供することを目的とするものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、撮像装置を次の（１）、（２）のとおりに構成し、撮像装置の撮像方法を次の（３）のとおりに構成する。
（１）被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号に対して、直流電圧を加算するオフセット加算手段と、可変ゲインで増幅する増幅手段と、前記オフセット加算手段によるオフセット加算処理および前記増幅手段による増幅処理後の撮像信号に対して該撮像信号に含まれる光学的黒レベルをサンプルホールドするサンプルホールド手段と、所定の基準値と前記サンプルホールド手段により保持された光学的黒レベルの差分にもとづいて、負帰還信号として前記直流電圧を発生する負帰還信号発生手段と、前記負帰還信号発生手段に設けられ、前記オフセット加算手段において加算される前記直流電圧を制限する帰還制限手段と、を備えた撮像装置において、
前記帰還制限手段は、前記増幅手段のゲインに応じて、負帰還信号に対する帰還制限レベルを可変する撮像装置。
（２）被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号に対して、直流電圧を加算するオフセット加算手段と、可変ゲインで増幅する増幅手段と、前記オフセット加算手段によるオフセット加算処理および前記増幅手段による増幅処理後のアナログ撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、前記ＡＤ変換手段により得られたデジタル信号に含まれる光学的黒レベルを抽出する光学的黒レベル抽出手段と、所定の基準値と前記光学的黒レベル抽出手段により抽出された光学的黒レベルとの差分にもとづいて、負帰還信号として前記直流電圧を発生する負帰還信号発生手段と、前記負帰還信号発生手段に設けられ、前記オフセット加算手段において加算される前記直流電圧を制限する帰還制限手段と、を備えた撮像装置において、
前記帰還制限手段は、前記増幅手段のゲインに応じて、負帰還信号に対する帰還制限レベルを可変する撮像装置。
（３）撮影素子からの電気信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段を含むフィードバック方式のＯＢクランプ回路とを備え、前記ＯＢクランプ回路における負帰還信号の振幅を所定値以下に制限する撮像装置の撮像方法であって、
前記増幅手段のゲインを可変設定する際に、設定するゲインに応じて前記所定値を変更す撮像装置の撮像方法。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を撮像装置の実施例により詳しく説明する。本発明は、装置の形に限らず、実施例の説明に裏付けられて方法の形で実施することもできる。
【００３７】
【実施例】
(実施例１)
図１は、実施例１である“撮像装置”の要部である、フィードバック方式のＯＢクランプ回路の構成を示すブロック図である。
【００３８】
まず、図１の構成について説明する。
【００３９】
１は被写体の光学像を電気信号に変換するＣＣＤ（ＣＣＤイメージセンサ）であり、このＣＤＤ１から出力される撮像信号が、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路と呼ばれる回路２に入力されてリセットノイズが除去された後に、オフセット加算回路３に入力されて所定のオフセット電圧が加算されて、そのオフセット加算出力が可変増幅器４に入力される。
【００４０】
また、ＣＤＳ回路２は、端子６より入力された所定の基準電圧ＶＲＥＦを撮像信号のフィードスルー部の基準とするＣＤＳ回路を成しており、同様に、可変増幅器４は、基準電圧ＶＲＥＦを撮像信号の直流増幅の基準とする直流増幅器を成している。
【００４１】
可変増幅器４は、ＣＣＤ１の出力感度ばらつきを補正したり、撮像装置の感度設定を切り換えるためのゲイン可変手段であるが、以降、本実施例においては、撮像装置のクランプ動作を簡略かつ明確に説明するために、ゲイン１倍として簡易的に扱うものとする。
【００４２】
可変増幅器４からの増幅出力信号は、一方で、不図示の画像処理・記録・表示回路に入力されるとともに、他方で、サンプルホールド回路７に入力され、端子９より入力されたＯＢ画素の読み出しタイミングに同期するＯＢクランプパルスによって、サンプルホールドされたＯＢレベルが、積分アンプ５（請求項の負帰還信号生成手段に相当する）に入力される。
【００４３】
積分アンプ５は、コンデンサ５ｂ，抵抗５ｃとにより所定の積分時定数を成しており、前記サンプルホールドされたＯＢレベルと、端子６より入力される所定の基準電圧ＶＲＥＦとの差分電圧（クランプ誤差電圧）が前記積分時定数にて積分されるとともに、その出力（電圧ＶＲＥＦからのずれ量）が、減算値としてオフセット加算回路３に入力されて減算されるフィードバック制御の構成になっている。
【００４４】
さらに積分アンプ５は、振幅制限用ダイオード５ｅおよび５ｆがそれぞれアノードとカソードの極性を逆向きにしてコンデンサ５ｂと並列に接続されることで、積分アンプ５に入力されたクランプ誤差電圧に対して、その積分アンプ５の出力を一定の電圧振幅（ダイオード５ｅ，５ｆの順方向電圧でそれぞれ向きが逆）で制限する働きをする。
【００４５】
可変増幅器４の出力信号１ＣのＯＢレベルが直流電圧レベルＶＲＥＦにクランプされて収束する際の様子は、前記従来例の図５に示した例と全く同様であるので、ここでは図示しない。
【００４６】
ＣＣＤ出力１ＡのＯＢ画素出力は、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路２の働きにより、基準電圧ＶＲＥＦに比較的近い直流電圧を保っているが、実際には、ＣＣＤ１のフィードスルー成分と信号成分との差成分（ＣＣＤオフセット）および、撮像素子の温度に依存する暗電流成分が重畳されてオフセット誤差を有している（通常、数ミリ〜数十ミリボルト）。
【００４７】
このオフセット誤差は、撮像素子ごとにばらつき、また、温度により変動する。そして、このオフセット誤差が可変増幅器４によって増幅されて最終的に、撮像信号の黒レベル変動ＶＥＲＲとして出力される。
【００４８】
黒レベル変動ＶＥＲＲは、サンプルホールド回路７および積分アンプ５によって、ＶＲＥＦ電圧の差分として検出され、積分されて、積分出力信号１Ｂとして出力され、出力１Ｂの電圧ＶＲＥＦからのずれ量がＣＤＳ回路２の出力信号１Ａより減算される。
【００４９】
このとき、前記オフセット誤差による積分出力に対して電圧を制限することの無いように、これよりも大きな順方向電圧を持つダイオード素子５ｅおよび５fが選定されるものとする。
【００５０】
これによって、ＯＢクランプパルス１Ｄの出力毎に、この動作が繰り返されることにより、積分出力１Ｂおよび可変増幅器４の出力信号のＯＢ画素出力は、基準電圧ＶＲＥＦへと収束する。
【００５１】
次に、本実施例におけるブルーミング発生時のクランプ動作を説明する。
【００５２】
図２は、本実施例におけるブルーミング発生時のクランプ動作を説明するための各部の動作波形を示したものである。
【００５３】
ＣＤＳ出力１ＡのＯＢ出力は、ブルーミングの発生にともない急速に上昇しＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴに達する。ＰＧＡ出力１ＣのＯＢ出力は、最初、ＣＤＳ出力１ＡのＯＢ出力上昇に合わせて上昇を開始し、サンプルホールド回路７を通じて積分アンプ５へ入力されて、積分アンプ５で設定された時定数による応答時間で、上昇したＣＤＳ出力１ＡのＯＢレベルに対してゆるやかに基準電圧ＶＲＥＦまで引き下げるように働く。
【００５４】
しかし、急速にＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴまで上昇したＯＢ出力に対して、積分アンプ５に入力されたＯＢ変動ＶＳＡＴはそのまま積分されることはなく、ダイオード５ｅおよび５ｆとで構成された振幅制限器によって所定の電圧ＶＣＬＩＰでオフセット加算器３への減算量を制限される。
【００５５】
そのために、通常のクランプ動作時のように積分出力１Ｂおよび可変増幅器４の出力信号のＯＢ画素出力は基準電圧ＶＲＥＦへと収束するのではなく、振幅制限電圧ＶＣＬＩＰに収束する。
【００５６】
このとき、可変増幅器４のＯＢ出力は本来の正しいＯＢ出力レベルに対して、おおよそＶＣＬＩＰ電圧分だけ上昇したところで基準電圧ＶＲＥＦにクランプされることになるので、撮像信号としては、電圧ＶＣＬＩＰによる上昇分だけが黒沈みする結果となる。したがって、ＶＣＬＩＰ電圧を適切に設定することによりクランプ後の撮像信号の黒沈みを抑えることができる。
【００５７】
ＣＣＤのブルーミングが解消した後には、今度は、可変増幅器４のＯＢ出力は本来の正しいＯＢ出力レベルに対して、ブルーミングにより上昇したＶＣＬＩＰ電圧の変動分だけ基準電圧ＶＲＥＦに引き上げられる。したがって、ＶＣＬＩＰ電圧を適切に設定することにより、クランプ後の撮像信号が正しいＯＢ出力レベルに復帰するのに要する時間も短縮することができる。
【００５８】
たとえば、ＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴが１Ｖのとき、ＶＣＬＩＰ電圧を０．２Ｖで設定すれば、ブルーミングに際して、黒沈み量と復帰時間を、およそ５分の１に抑えることができる。
【００５９】
また、クランプの基本的な動作を簡略に説明するために、本実施例では、可変増幅器４のゲインを１倍の扱いとしたが、可変増幅器４のゲイン設定によってオフセット加算回路３におけるオフセット補正量がゲイン倍されることを考えれば、適切なＶＣＬＩＰ電圧がゲイン設定値を考慮して決定されることは言うまでもない。
【００６０】
（実施例２）
ところで、前記実施例１で示したダイオードの素子特性（ダイオードの順方向電圧）を利用した帰還制限手段では、制限すべき電圧レベル（ＶＣＬＩＰ電圧）を素子特性に依存するために、高精度で調整することができない。
【００６１】
また、ブルーミングによるＯＢ変動を制限するのに適切なＶＣＬＩＰ電圧は可変増幅器の設定ゲインに依存する。
【００６２】
そこで、可変増幅器の設定ゲインに応じてＶＣＬＩＰ電圧を切り換えることにより、撮像装置の感度可変幅である低ゲインから高ゲインまでのすべての範囲において同様の効果が得られるようにその構成および動作を工夫したものが、これから説明する実施例２である。
【００６３】
図３は、実施例２である“撮像装置”の要部の構成を示すブロック図である。
【００６４】
図３の構成について説明する。
【００６５】
３１は被写体の光学像を電気信号に変換するＣＣＤ（ＣＣＤイメージセンサ）であり、このＣＤＤ３２から出力される撮像信号が、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路と呼ばれる回路３２に入力されてリセットノイズが除去された後に、オフセット加算回路３５に入力されて所定のオフセット電圧が加算されて、そのオフセット加算出力が可変増幅器３８に入力される。
【００６６】
また、ＣＤＳ回路３２は、端子３３より入力された所定の基準電圧ＶＲＥＦを撮像信号のフィードスルー部の基準とするＣＤＳ回路を成しており、同様に、可変増幅器３８は、基準電圧ＶＲＥＦを撮像信号の直流増幅の基準とする直流増幅器を成している。
【００６７】
可変増幅器３８は、ＣＣＤ１の出力感度ばらつきを補正したり、撮像装置の感度設定を切り換えるためのゲイン可変手段である。
【００６８】
可変増幅器３８からの増幅出力信号は、Ａ／Ｄ変換器３９に入力されてデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された撮像信号は、一方で、不図示の画像処理・記録・表示回路に入力されるとともに、他方で、デジタル演算回路４２に入力されてデジタル信号の中に含まれるＯＢレベルが抽出されて電流ＤＡＣ４０（Ｄ／Ａ変換器）を介してアナログ電流値に変換されて出力される。
【００６９】
デジタル演算回路４２および電流ＤＡＣ４０には、端子４３よりＯＢ画素の読み出しタイミングに同期するＯＢクランプパルスが入力されており、これによりＯＢレベルの抽出および電流ＤＡＣ４０の駆動が行われる。
【００７０】
電流ＤＡＣ４０の出力は一端を接地されたコンデンサ３７に接続されており、出力電流をコンデンサ３７に充放電することによって、前記抽出されたＯＢレベルが電流値とコンデンサ３７によって構成される所定の時定数にて積分されるとともに、その出力がバッファ回路３６を介して減算値としてオフセット加算回路３５に入力されて減算されるフィードバック制御の構成になっている。
【００７１】
さらに電流ＤＡＣ４０の出力には、電圧制限回路３４が接続される。電圧制限回路３４は、ＮＰＮトランジスタ３４ｂ，ＰＮＰトランジスタ３４ｄ，抵抗３４ｃとで構成されており、相補特性のトランジスタ３４ｂ，３４ｄで形成されたエミッタフォロアバッファが従属に接続されており、その出力が電流ＤＡＣ４０の出力に接続されている。
【００７２】
端子３４ａより与えられた制限電圧ＶＣＬＩＰは、トランジスタによる電圧温度ドリフトがキャンセルされる形でＤＡＣ４０の出力へと伝達される。
【００７３】
電流ＤＡＣ４０の出力電流とコンデンサ３７により積分出力された電圧が制限電圧ＶＣＬＩＰより小さい場合には、トランジスタ３４ｄがカットオフしてトランジスタ３４ｄのエミッタにはほとんど電流が流れないので、電圧制限回路３４は電気的に電流ＤＡＣ４０の出力から切り離された状態となり、制限電圧ＶＣＬＩＰより大きい場合には、トランジスタ３４ｄのエミッタを通じてコンデンサ３７より電流が引き出されることで、電流ＤＡＣ４０の出力は制限電圧ＶＣＬＩＰで制限される。
【００７４】
可変増幅器３８の出力信号のＯＢレベルが直流電圧レベルＶＲＥＦにクランプされて収束する際の様子は、すでに説明した従来例の図５に示した例と全く同様であるので、ここでは図示しない。
【００７５】
ＣＣＤ出力のＯＢ画素出力は、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路３２の働きにより、基準電圧ＶＲＥＦに比較的近い直流電圧を保っているが、実際には、ＣＣＤ１のフィードスルー成分と信号成分との差成分（ＣＣＤオフセット）および、撮像素子の温度に依存する暗電流成分が重畳されてオフセット誤差を有している（通常、数ミリ〜数十ミリボルト）。
【００７６】
このオフセット誤差は、撮像素子ごとにばらつき、また、温度により変動する。そして、このオフセット誤差が可変増幅器３８によって増幅されて最終的に、撮像信号の黒レベル変動ＶＥＲＲとして出力される。
【００７７】
黒レベル変動ＶＥＲＲは、デジタル演算回路４２，電流ＤＡＣ４０によって検出され、積分されて、バッファ回路３６を介して積分出力信号としてＣＤＳ回路３２の出力信号より減算される。
【００７８】
ＯＢクランプパルスの出力毎に、この動作が繰り返されることにより、黒レベル変動ＶＥＲＲはゼロに近づき、ＣＤＳ回路３２のＯＢ出力が基準電圧ＶＲＥＦに近づくとともに、これに対応してＡ／Ｄ変換後のＯＢレベルも所定の目標値へと収束する。
【００７９】
ここで、端子３４ａより与えられる制限電圧ＶＣＬＩＰは、不図示のシステム電圧制御用のＤＡ変換器により供給される制御電圧とし、増幅器３８のゲイン設定値に応じて可変設定されうるものとする。
【００８０】
すなわち、ゲイン設定値が１倍のときの基準電圧ＶＲＥＦに対する振幅変動の制限量をＡとし、かつ、ゲイン設定値が１倍のときの基準電圧ＶＲＥＦに対する振幅変動の制限量Ａは、前記撮像素子のもつオフセット誤差を超えない、すなわち、オフセット誤差による変動量を制限することのない制限量に設定されるものとする。
【００８１】
このとき、
ゲイン設定値が１倍のときの制限電圧ＶＣＬＩＰは、ＶＲＥＦ＋Ａ
ゲイン設定値が２倍のときの制限電圧ＶＣＬＩＰは、ＶＲＥＦ＋Ａ／２
ゲイン設定値が４倍のときの制限電圧ＶＣＬＩＰは、ＶＲＥＦ＋Ａ／４
という具合に、振幅変動の制限量が、ゲイン設定値と反比例に設定して切り換えて与えられる。
【００８２】
このような具合に制限電圧ＶＣＬＩＰを設定することで、可変増幅器３８のゲイン設定値が、１倍，２倍，４倍のいづれの場合においても、可変増幅器３８の出力側に対応する制限電圧を一定電圧Ａに保つことができる。
【００８３】
次に、本実施例におけるブルーミング発生時のクランプ動作を説明する。
【００８４】
ブルーミング発生時のクランプ動作を説明するための各部の動作波形であるが、実施例１の説明で用いた図２の様子とほぼ同様であるので、図２を用いて（差異の部分を含めて）以下に説明する。
【００８５】
ＣＤＳ３１の出力である１ＡのＯＢ出力は、ブルーミングの発生にともない急速に上昇しＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴに達する。ＰＧＡ３８の出力である１ＣのＯＢ出力は、最初、ＣＤＳ出力１ＡのＯＢ出力上昇に合わせて上昇を開始し、ＡＤ変換器３９およびをデジタル演算回路４２、電流ＤＡＣ４０を通じてコンデンサ３７へ電流値として入力されて、電流ＤＡＣ４０とコンデンサ３７とで設定された時定数による応答時間で、積分出力１Ｂとして、上昇したＣＤＳ出力１ＡのＯＢレベルに対してゆるやかに基準電圧ＶＲＥＦまで引き下げるように働く。
【００８６】
しかし、急速にＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴまで上昇したＯＢ出力に対して、コンデンサ３７に入力された電流値がはそのまま積分されてＯＢ変動ＶＳＡＴに電圧上昇することはなく、電圧制限回路３４によって所定の電圧ＶＣＬＩＰでオフセット加算器３５への減算量が制限される。
【００８７】
そのために、通常のクランプ動作時のように積分出力１Ｂおよび可変増幅器３８の出力信号のＯＢ画素出力は基準電圧ＶＲＥＦへと収束するのではなく、振幅制限電圧ＶＣＬＩＰに収束する。
【００８８】
このとき、可変増幅器３８のＯＢ出力は本来の正しいＯＢ出力レベルに対して、おおよそＶＣＬＩＰ電圧分だけ上昇したところで基準電圧ＶＲＥＦにクランプされることになるので、撮像信号としては、電圧ＶＣＬＩＰによる上昇分だけが黒沈みが減少する結果となる。したがって、ＶＣＬＩＰ電圧を適切に設定することによりクランプ後の撮像信号の黒沈みを抑えることができる。
【００８９】
ＣＣＤのブルーミングが解消した後には、今度は、可変増幅器３８のＯＢ出力は本来の正しいＯＢ出力レベルに対して、ブルーミングにより上昇したＶＣＬＩＰ電圧の変動分だけ基準電圧ＶＲＥＦに引き上げられる。したがって、ＶＣＬＩＰ電圧を適切に設定することにより、クランプ後の撮像信号が正しいＯＢ出力レベルに復帰するのに要する時間も短縮することができる。
【００９０】
たとえば、ＣＣＤ飽和レベルＶＳＡＴが１Ｖのとき、（ＶＣＬＩＰ−ＶＲＥＦ）電圧を、０．２Ｖで設定すれば、ブルーミングに際して、黒沈み量と復帰時間を、およそ５分の１に抑えることができる。
【００９１】
そして、すでに説明したように、前記（ＶＣＬＩＰ−ＶＲＥＦ）電圧は、
可変増幅器３８のゲインに依らず、一定の振幅制限量Ａに設定されるので、前記黒沈み量と復帰時間も、可変増幅器３８のゲインに依らず、一定の効果が実現できる。
【００９２】
なお、実施例１，２においては、従来例における装置構成と対比するために、従来例の装置構成をベースに、撮像素子，ＣＤＳ回路，オフセット加算器，ゲイン可変増幅器の順番で信号処理の構成を成した一例を説明したものだが、本発明の、オフセット加算器へのオフセット加算を制限する、即ち、撮像手段の素子ばらつきや温度特性および増幅手段による変動量をおおよそ逸脱する負帰還信号に対して帰還制限を行うという主旨に基づけば、必ずしも、信号処理の順番は前述の構成に限定されるものではない。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＣＤのブルーミングの発生によって、たとえＣＣＤ出力に適正レベルを大きく逸脱するＯＢレベル変動が発生したとしても、フィードバッククランプ回路の帰還信号に適切な帰還制限手段を設けることによりオフセット加算量が制限されるので、ＯＢ出力を大きく誤った黒レベルに追従して撮像信号に黒沈みを生じるという問題のない撮像信号を得ることができる。
【００９４】
また、ＣＣＤのブルーミングが解消した後も、正常なＯＢレベルへの復帰が速やかに行えるので、応答性に優れた撮像信号を得ることができる。
【００９５】
また、請求項４，８，１０記載の発明によれば、前記可変増幅手段のゲインに応じて、負帰還信号に対する帰還制限レベルを可変するので、前記黒沈み量と復帰時間について、撮像装置の感度可変幅である低ゲインから高ゲインまでのすべての範囲において、感度によらない効果の安定した撮像信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１の要部構成を示すブロック図
【図２】  ブルーミング発生時のクランプ動作の説明図
【図３】  実施例２の要部構成を示すブロック図
【図４】  従来例の構成を示すブロック図
【図５】  クランプ動作の説明図
【図６】  従来例におけるブルーミング発生時のクランプ動作の説明図
【符号の説明】
１      ＣＣＤ
２      ＣＤＳ回路
３      オフセット加算回路
４      可変増幅器
５      積分アンプ
５ｅ，５ｆ    振幅制限器
６      基準電圧ＶＲＥＦ
７      サンプルホールド回路
【図１】
0004078091.tif 000002
【図２】
0004078091.tif 000003
【図３】
0004078091.tif 000004
【図４】
0004078091.tif 000005
【図５】
0004078091.tif 000006
【図６】
0004078091.tif 000007