(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換するための複数の画素により形成されるイメージエリアと、黒基準レベルを形成するために遮光された光電変換するための複数の画素により形成されるオプチカルブラック領域とを有する撮像素子と、
該オプチカルブラック領域の出力異常を検出するオプチカルブラック領域異常検知手段と、
該オプチカルブラック領域異常検知手段により異常が検知されると、該撮像素子に入射する光量を減ずるように制御する露光量制御手段とを有し、
該オプチカルブラック領域異常検知手段は、該撮像素子の該オプチカルブラック領域を少なくとも該イメージエリアからの距離が異なる複数のブロックに分割し、各オプチカルブラック領域のブロックの出力を積分し、それぞれのブロックの積分値を比較することでオプチカルブラック領域の出力異常を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
さらに、該オプチカルブラック領域異常検知手段により異常が検知されたら、異常である旨の警告を行う警告手段を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
さらに、該オプチカルブラック領域異常検知手段により異常が検知されると、該撮像素子の出力の感度設定を下げる感度制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
さらに、撮影をする命令を与えるためのシャッターと、
該オプチカルブラック領域異常検知手段により異常が検知されると、該シャッターが押されても撮影がされないようにする撮影禁止手段とを有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
さらに、動画撮像時には、該オプチカルブラック領域異常検知手段により異常が検知されると、該撮像素子に入射する光量を減ずるように制御し、静止画撮像時には、該撮像素子に入射する光量を減ずるように制御された撮像信号のレベルから、該静止画撮像時に適正となる露光量を測定して露光量を決める露光量制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】
さらに、動画撮像時に該オプチカルブラック領域異常検知手段により異常が検知されると、該撮像素子に入射する光量を減ずるように制御する露光量制御手段と、
動画撮像時に該オプチカルブラック領域異常検知手段により異常が検知されると、該撮像素子の出力の感度設定を下げる感度制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項７】
光電変換するための複数の画素により形成されるイメージエリアと、黒基準レベルを形成するために遮光された光電変換するための複数の画素により形成されるオプチカルブラック領域とを含む撮像素子を有する撮像装置の撮像方法であって、
該オプチカルブラック領域を少なくとも該イメージエリアからの距離が異なる複数のブロックに分割し、各オプチカルブラック領域のブロックの出力を積分し、それぞれのブロックの積分値を比較することでオプチカルブラック領域の出力異常を検出するオプチカルブラック領域異常検知ステップと、
該オプチカルブラック領域異常検知ステップにより異常が検知されると、該撮像素子に入射する光量を減ずるように制御する露光量制御ステップとを有することを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置及び撮像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラの撮像信号処理系と感度・露光制御系の構成とを説明するための回路ブロック図の従来例である。
【０００３】
１は被写体を像面に結像するためのレンズ、２はレンズからの像面光量を制御するための絞り、３はレンズからの光の像面への入射を必要時間のみ照射するためのメカニカルシャッター、４は結像された光の像を電気的な信号に変換するための固体撮像素子で、おもにＣＣＤエリアセンサが用いられる。近年、Ｘ−Ｙアドレス方式のＣＭＯＳセンサがもちいられることも増えている。以下の説明はＣＣＤエリアセンサで説明される。５はＣＣＤエリアセンサを駆動するための必要な振幅のパルスを供給する撮像素子駆動回路、６はＣＣＤの出力を二重相関サンプリングするＣＤＳ回路である。７はＣＤＳ回路の出力信号を増幅するためのＡＧＣ回路であり、使用者が好みでカメラの感度設定を変える場合、あるいは、低輝度時にカメラが自動的にゲインアップする場合、この回路のゲイン設定が変えられることとなる。８はＡＧＣ回路の出力信号のうち、後記するＯＢ電位を基準の電位にクランプするためのクランプ回路、９はクランプ回路から出力されるアナログ撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路である。１０は映像処理回路であり、デジタル信号に変換された撮像信号を輝度と色（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの色差信号か、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号）の映像信号に処理する映像信号処理回路11、入力されるＣＣＤ信号のレベルから測光量を測定する測光回路12、また、図示されていないが、入力されるＣＣＤ信号から被写体の色温度を測定して上記映像信号処理回路のホワイトバランスに必要な情報を引き出すＷＢ回路などにより構成される。13はカメラ各部の回路に必要なタイミングパルスを発生するタイミングパルス発生回路である。14はカメラを制御するＣＰＵで、上記の測光回路の情報に基づき、感度、露光を制御すべく、上記のＡＧＣ回路のゲインを変える命令を出したり、露光制御回路16に露出をどのようにするかの命令を出したりする機能などを有する。
【０００４】
図７は固体撮像素子４のＣＣＤセンサの構造図である。71は光を電荷に変換するホトダイオード（ＰＤ）、72は垂直列の各ＰＤの電荷を読み出して転送する垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）、73は各ＶＣＣＤから転送された電荷を横１行ずつの信号電荷として転送する水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）、74はＨＣＣＤの電荷を電圧信号に変換する出力アンプである。ＰＤとＶＣＣＤで形成されるエリアのうちの75は光学レンズで結像した像を電荷に変換するイメージエリア、76はイメージエリアと同様に構成されたＰＤとＶＣＣＤ上をアルミなどの遮光部材でおおうことで黒基準となる暗時レベル電荷を取得するためのオプチカルブラック（ＯＢ）領域である。ＯＢ領域は通常、各水平ラインの先頭（アンプ側）が後部に数十画素設けられる。最近では、後部にもうけられることが多く、図７はこれにならった。また、実際にはＯＢ部は、図示した以外にＨＣＣＤに接して数行〜１０行位の垂直ＯＢライン、上の数十列のＯＢの反対側（図９ではアンプ側）に数列から１０列くらいのＯＢ部が設けられることが多い。
【０００５】
上の構成によるデジタルスチルカメラの動作を、さらに図８のタイミングチャートを加えて説明する。
【０００６】
デジタルスチルカメラは、ファインダーとして液晶フィルタにＣＣＤの動画出力を表示する方法が用いられる。この場合、数百万画素のＣＣＤセンサでファインダ動画のために必要な画素数とフレームレートを出すためには、ＣＣＤの全画素を読み出すのでは、画素数は必要以上であり、さらには読み出し時間が動画表示のためには遅すぎることとなる。そこで、ＣＣＤを、ライン間引き、あるいはライン加算などの方法で読み出し画素数をファインダ表示に適したライン数の信号にへらして、かつ、これによりファインダ動画として必要なレートに早める駆動方法（ファインダモード駆動）がなされる。
【０００７】
図８のＴｆはファインダ動作期間である。センサはファインダモード駆動で駆動される。ＴｆｃはＣＣＤセンサのファインダー駆動での一画面を出力する期間である。このときメカニカルシャッター３は開いた状態に保持されている。レンズ１を通った光学像はＣＣＤ４に結像され、ファインダーモード駆動で出力され、ＣＤＳ回路６、ＡＧＣ回路７、クランプ回路８、ＡＤ変換回路９の前段処理を通してデジタル撮像信号として出力し、これが映像信号処理回路11で映像信号に処理され液晶ファインダーに表示される。そして、この映像処理がなされる過程で、測光回路12で撮像信号のレベルを測定し、その情報にもとづきＣＰＵ14で露光量を適正とする条件を命令する。ファインダー動作期間の露出制御はメカニカル絞りでの絞り値とＣＣＤの電子シャッターによるシャッター秒時とを変えることでなされる。ＣＣＤの電子シャッターはＣＣＤのＰＤの深さ方向に設けられるポテンシャルバリアの開閉でなされる。図８のΦＶｓｕｂパルスは電子シャッターのためのパルスでパルスＨｉｇｈでＰＤに蓄積された信号電荷がＣＣＤの深さ方向（基板、サブストレート）に吐き出される。したがって、ファインダ動作時のシャッター秒時は電子シャッターパルスが停止したところから、ＰＤからＶＣＣＤに電荷が読み出される（Ｔｆｃの最初）までの時間Ｔｆｅとなる。
【０００８】
カメラ使用者はファインダで撮りたい被写体をきめるとシャッターボタンを押す。通常、このスイッチは、深さ方向に２段になっており、半押し状態で検知されるスイッチをＳ１、最後まで押したところで検知されるスイッチをＳ２とする。Ｓ１まで押された段階で、カメラはピントの追込みと本露光時のシャッター秒時と絞り開口を決める。露光条件はＳ１が押された時点でのファインダー駆動時のＣＣＤ出力から判断される。Ｓ２が押されると本露光撮影がされるが、そのときの露光条件はＳ１押し時点で決定された絞り値とシャッター秒時で決まるわけであり、絞り値はメカニカル絞りの絞り開口径、シャッター秒時は、ＣＣＤの電子シャッターパルスを露光開始時間とし、メカニカルシャッター閉で終了するシャッター秒時（Ｔｓｅ）とによって決定される。メカニカルシャッター閉後にＣＣＤのＰＤに蓄積された電荷は、それぞれ別々に（加算されることなく）、全画素の信号が読み出される。ＣＣＤの信号はＣＤＳ回路６、ＡＧＣ回路７、クランプ回路８、ＡＤ変換回路の前段処理を通してデジタル撮像信号として出力し、これが映像信号処理回路11で映像信号に処理され媒体に記録される。また、媒体に記録される本画像を液晶ファインダー表示に適した画像サイズにリサイズした画像を別途生成し、これをあらかじめ決められた撮影画像表示時間ファインダーに表示する。液晶のファインダ撮影画像の表示時間が終了すると、ふたたびファインダー駆動にもどり、カメラの使用者は、次の被写体を選ぶことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例のデジタルスチルカメラにおいては、たとえば、図９に示すように、イメージ部のＯＢに接する部分に太陽77のような強烈な光が入射すると、ファインダ画像が黒つぶれし、画像が劣化する問題があった。以下、この問題のおこるメカニズムを説明する。
【００１０】
図９はＣＣＤエリアセンサに光学像が結像しているところのイメージ図である。761、762、763はＯＢ領域である。761は水平後ＯＢ、762は垂直前ＯＢ、763は水平前ＯＢと呼ぶこととする。水平ＣＣＤ73の反対側に数ラインのＯＢ（垂直後ＯＢ）が設けられる場合もある。以下では、水平後ＯＢ、水平前ＯＢは、単に、後ＯＢ、前ＯＢとも呼ばれる。垂直ＯＢの場合は、必ず、垂直ＯＢと記す。
【００１１】
図６のクランプ回路８は、通常、垂直前ＯＢ762と水平後ＯＢ761をクランプする。クランプする基準電位は、たとえばＡＤ変換回路が１０Ｂｉｔであれば、黒レベルが３２ＬＳＢくらいになるような電位とされる。
【００１２】
図１０はクランプ回路の動作を説明するための図で、（１）はＡＧＣ回路出力（すなわちクランプ回路入力）、（２）はクランプパルスで、パルスＨｉｇｈ時にクランプパルスＨｉｇｈの巾の期間のＡＧＣ出力部をクランプ基準電位にひっぱりこむ動作をする。（３）、（４）はＡＤ回路入力で、（３）は正常時の状態を示し、（４）は後に説明される異常時の状態を示す。なお、（１）の波形形状は正常時のもので、異常時は（４）の波形形状と同じ形状となる（正常、異常の差異は以下で述べる）。Ｔｈは撮像信号の１ライン分に相当する期間で、このうちＴ763は前ＯＢ出力期間、Ｔ761は後ＯＢ出力期間である。Tisはセンサのイメージ領域の撮像信号期間、TemはセンサのＨＣＣＤの空転送（ＨＣＣＤの転送段数分以上の転送をすることで、無電荷状態を出力する）、あるいはＨＣＣＤ転送停止をする有効でない期間である。
【００１３】
通常、ＣＣＤ４からの信号はＣＤＳ回路、ＡＧＣ回路を経て、ＡＤ回路に入力する前にＡＤ回路のダイナミックレンジを有効に使うために、ＣＣＤ撮像信号のＯＢ部をＡＤ回路のボトムレベルよりやや高い電位にクランプする（図１０（３））。クランプ回路８でのクランプはアナログ信号でおこなわれるので、以下アナログクランプとも呼ぶ。
【００１４】
クランプ回路８では、後ＯＢのうちの前半部（Tobbの期間）がクランプされる。そして、後段の映像信号処理回路11はアナログクランプされた領域を以外のＯＢ領域の出力レベルを黒レベルとしてイメージ部の出力値を補正し（所謂デジタルクランプ）、輝度、色処理を行う。ここで、デジタルクランプするのは、アナログクランプされた信号を、さらに高い精度でクランプするための、追込みのためである。また、アナログクランプする場所とデジタルクランプする場所をかえたのは、アナログクランプした場合のクランプ箇所の信号が多少ひずむために、ＡＤ変換した後の信号レベルがクランプ部とクランプしなかった部分とで多少のレベル差を生じることによる。
【００１５】
さて、図９に示すようにイメージ部のＯＢに接する部分に太陽のような強烈な光77が入射するような場合、ＶＣＣＤの転送時に発生するスミア電荷（ＶＣＣＤ上部はアルミなどの遮光部材により遮光するが、ＰＤからの斜め入射光などによりＶＣＣＤに発生する電荷が偽信号となり、これをスミアという）がＶＣＣＤの飽和容量を超え、さらにＨＣＣＤに入り込む電荷がＨＣＣＤの飽和容量を超えることで、ＨＣＣＤの電荷があふれ、ＨＣＣＤの前後、とくに転送時にあふれるために転送後段へのあふれが多くなる。このために、本来、遮光時の電荷量（暗電流分のみ）であるべきＯＢ領域に出力電荷が生じることとなる。この電荷はＨＣＣＤの飽和量まで達し、光の強さにより、イメージ部に近い領域から、飽和に達する画素が異なり、光の量が強めであれば、後ＯＢ761の先頭の数ライン程度が飽和出力となり、強いときは後ＯＢ全段が飽和出力に達するばかりか、次のラインの前ＯＢにまで影響を及ぼすことがある。
【００１６】
通常、ＣＣＤの画素電荷を蓄積するウエルから電荷があふれ、隣接画素に電荷がこぼれる現象をブルーミングとよぶが、上の現象は、特にＯＢ部にあふれる電荷であり、以降、ＯＢブルーミングと表現することとする。
【００１７】
上でＯＢブルーミング発生のメカニズムをＶＣＣＤのスミア成分を起因として述べたが、ＶＣＣＤでのブルーミングもその原因となり、この要因が強いと、たとえば、図９のような位置に太陽があるとした場合、ＯＢブルーミングは、後ＯＢの全ラインに及ばず太陽のある近辺のみに生じることとなる。
【００１８】
以上は、ブルーミングによりＯＢに電荷が発生する場合を述べたが、この他に、イメージ部から入射した光が、基板裏面で反射してＯＢ領域内に光が回りこみ、これがＯＢ内で光電変換されて発生する電荷がある。またセンサのイメージ部とＯＢ部エリアの外部より周りこんでくる光がＯＢで光電変換されることもある。ＯＢブルーミングはＯＢ部のイメージ部に近い側から光の強さが強くなるにしたがって、飽和容量に達するセルが増えていくが、このような、光の回り込みにより発生するＯＢ出力では、強烈な光が入射した近辺のＯＢ部のみ出力が高くなるが、そのレベルは、必ずしも飽和量に達せず、中間的な出力レベルとなる。以下では、このような要因のＯＢ出力はＯＢ光漏れと呼ぶこととする。
【００１９】
図１０（４）はＯＢブルーミングが生じた場合の波形である。ＯＢ領域の半分までブルーミングが達している。このようなＯＢブルーミングの発生している出力信号をクランプした場合の電位関係が図１０（４）に示されている。飽和に達しているＯＢ部でクランプされるために、飽和レベルがクランプの基準電位となる。先にも述べたが、このレベルは１０ＢｉｔのＡＤ回路であれば３２ＬＳＢくらいとされる。したがって、イメージ部の信号は、クランプされたＯＢ部の信号レベル以下の部分が３２ＬＳＢ以下の値となり、０ＬＳＢ以下のレベルに相当する信号部分はすべて０ＬＳＢとなる。このようにＡＤ変換された信号はアナログクランプされない後ＯＢの後段領域部を黒基準（０レベル）として信号処理されるが、図１０（４）の信号では、この部分までＯＢブルーミングは達しておらず、したがって、この部分の値は０ＬＳＢとなる。したがって、処理された信号は０〜３２ＬＳＢ程度の値となり、本来高い輝度の部分の信号が低出力値としてカウントされ、その他の部分は０となる。すなわちＡＤ回路の０ＬＳＢ電位レベル以下の部分は沈み、高輝度部のみは、暗く、わずかに形状が表れる画像となる。
【００２０】
上ではデジタルクランプ部位までＯＢブルーミングが達していない場合を述べたが、ＯＢブルーミングが後ＯＢ全体に達している場合は全面完全黒の画像となる。
【００２１】
なお、実際のカメラでの撮影では、図９のような位置に急に太陽が入ってきた場合、図１０（４）のような電位関係にただちにいたるわけではなく、クランプ回路の応答速度に応じて、順次図１０（３）から（４）の電位関係に変化する。ファインダー上では順次黒部が広がり、色合いが変化する（黒バランスのずれ量の変化）過程がみられることとなる。
【００２２】
また、ＯＢ光漏れの場合では、強い光の入っている近辺のＯＢ光漏れをしているラインが沈みぎみとなり（沈む量はＯＢ出力レベルによる）、強い光のあたった部分に横筋が生じたようにみえる。そして、横筋内の低輝度部は黒沈みし、黒沈みするレベルより高い部分は、黒沈みにより黒バランスのずれた色となり、出力が高くなるほど現実の色に近づく。
【００２３】
さて、以上に、ＯＢブルーミング、光漏れが起きた場合の画像の劣化のメカニズムを説明した。しかし、この問題は、カメラのシステム上では、さらに複雑化する。以下、それを述べる。
【００２４】
ＥＶＦ動作においては通常（ＯＢ正常時）は、ＡＤ変換された後、位置画面の信号レベルから露出レベルの適否が判断され、適した露光量となるように露出制御、または、ＡＧＣのゲインが制御される。ここで、通常は絞りと電子シャッターによる露出制御が優先され、露出制御範囲をこえるレベルに達するとアンプのゲイン制御がなされる（通常低輝度ゲインアップとしてシステム化される。高輝度ゲインダウンが採用されることは、感度とダイナミックレンジに制限のあるＣＣＤを使用していることからあまりおこなわれない）。
【００２５】
ここで、画像の露出レベルの測定（測光）は、たとえば、全画素の積分値を用いるような場合（平均測光）、あるいは画面内を複数領域に分け、各領域の積分値を画面内の場所による重み付けをして演算する方法（たとえば中央重点測光など）がとられる。重み付けの仕方を撮影する被写体により変えるようにモード設定することなども行われる。
【００２６】
ＥＶＦ動作時、図９のように太陽が入った場合、図１０（３）の状態から（４）のようなブルーミング波形となる。そして、電位関係も（３）から（４）に変化する。その変化はクランプ回路の応答速度に依存する。本来の黒レベルから黒電位が黒沈み方向に変動することとなり、イメージ部の出力値は小さくなり、測光値が減ずる。測光値が小さくなったことで、ＣＰＵは露出量を増加すべく電子シャッターと絞りを露光量を増す方向にすべく命令を出す。これは、さらにＯＢブルーミングの量を増やすようにする命令である。
【００２７】
これにより、黒沈み量は変化しないか、もしくはさらに大きくなる。したがって、命令後の測光量はやはりアンダーであると判断され、露光量は最大になるべくところまで増やされる。ここで、ついに、露出量は制御範囲外として、超低輝度と判断し、カメラの感度設定を変えるべくＡＧＣアンプのゲインアップを行い、さらに最大ゲインにまで上げられる。
【００２８】
以上、ＯＢブルーミングで説明したが、ＯＢ光漏れでも同様な挙動をすることとなる。ただし、ＯＢ光漏れの場合、ＯＢの出力レベルがＯＢブルーミングより低くでること、ＯＢの出力があがる領域が狭いことから、自動露出制御（ＡＥ）が狂う変化の時間がＯＢブルーミングの場合よりゆるやかになる。
【００２９】
以上のようにＯＢブルーミング、ＯＢ光漏れは画質を異常にするばかりでなく、ＡＥ制御をも狂わすのである。
【００３０】
上に述べたのはＥＶＦ動作時のＡＥの誤制御に関するものであるが、これが本露光時（取得したい本スチル画像を記録する動作で、先に述べたようにメカニカルシャッターを閉じたのちにＣＣＤの信号電荷が読み出される）の場合にはこれがどのように影響するかを以下に説明する。
【００３１】
図９のようにＯＢ部近辺に太陽などの強烈な光源が入って画面が黒沈みをして色合いもおかしくなりながらもシャッターボタンを押したとする。この場合、通常、シャッターの半押し（Ｓ１）が押されたときに測光、及び本露光時のシャッタースピード、絞り値が決定される。上でＥＶＦ時のＡＥが狂うプロセスを説明したが、この時点で行われる本露光のための測光値も、また、異常である。すなわち、正常なる露出量よりもオーバーの命令がなされる。露出最大で感度設定最大とされる可能性が高い。Ｓ２で本露光される。すなわち、まず、電子シャッターでＰＤの電荷がリセットされて、測光値から割り出されたシャッター秒時時間露出後にメカニカルシャッターが閉じられる。メカニカルシャッターが閉じられると、通常、ＰＤの信号電荷読み出しの前にＶＣＣＤの不要電荷の吐き出しのためにＶＣＣＤを高速で転送段数分以上の転送（ＶＣＣＤクリア）がおこなわれる、ＶＣＣＤクリア後にＰＤの信号電荷がＶＣＣＤに読み出され、順次各画素の電荷が読み出される（本画像読み出し）。本露光読み出し時にはメカニカルシャッターが閉じられているために、スミアは生じず、また、上記したＯＢブルーミングの発生もない。ただし、光漏れによるＯＢの偽信号電荷分は、ＶＣＣＤで光電変換した分はＶＣＣＤクリアで除去されるが、ＰＤで光電変換された分は除去されることなく読み出されることとなる。
【００３２】
さて、このようにして読み出される本露光画像信号は、露光量が正常状態よりはるかにオーバーな状態で撮影されたものである。しかしながら、ＶＣＣＤクリアでＯＢ部が正常な暗電荷となっている（便宜上、光漏れの場合をここでは記す：現実に光漏れ分は無いか、きわめて少量なので、なしとしての記述は現実とあまり離れない）。このため、本露光の画像はオーバー画像、それも、オーバーすぎるために、真っ白画像となることが多い。なお、ＯＢ光漏れのある場合はＯＢ光漏れしているラインが光漏れ分下がることとなるが、通常光漏れの量は少ないことから画像の飽和レベルで全体が白くなっている画像にうすい筋がでることがあるという程度の影響となる。
【００３３】
なお、このように全体が白くなる画像はクランプの応答速度が速い場合である。もし、クランプの応答速度が遅いと、ＥＶＦ時のＯＢ電位と本露光時のＯＢ電位の差から、本露光時のＯＢのクランプの基準電位への引き込みが間に合わず、本露光の読み出しラインで早いラインから遅いラインにかけて、徐々に正常電位になるような場合、画面上部は黒つぶれ画像で画面下部は正常画像となり、全体として異常な画像となる。クランプの応答速度がさらに遅いと上部真っ黒で下側が黒つぶれ画像、さらに遅いと、真っ黒画像がとれることとなる。このような本画像時の挙動を考える。画像が半分つぶれているような画像がとれないようにクランプの速度を早くしておきたいところであるが、クランプの応答性が速いとクランプする部分のキズ（センサのキズ、あるいは外部ノイズ）に対して敏感になり、ＯＢ正常の通常撮影画像においても横筋ノイズの大きい画像がとれることとなり、必ずしも応答速度が速いことがよいこととはいえない。
【００３４】
本発明は、以上の問題点を解消するためになされたもので、ＯＢ近辺に強い光が入っても画像を劣化することのないようにすることを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、光電変換するための複数の画素により形成されるイメージエリアと、黒基準レベルを形成するために遮光された光電変換するための複数の画素により形成されるオプチカルブラック領域とを有する撮像素子と、該オプチカルブラック領域の出力異常を検出するオプチカルブラック領域異常検知手段と、該オプチカルブラック領域異常検知手段により異常が検知されると、該撮像素子に入射する光量を減ずるように制御する露光量制御手段とを有し、該オプチカルブラック領域異常検知手段は、該撮像素子の該オプチカルブラック領域を少なくとも該イメージエリアからの距離が異なる複数のブロックに分割し、各オプチカルブラック領域のブロックの出力を積分し、それぞれのブロックの積分値を比較することでオプチカルブラック領域の出力異常を検出することを特徴とする撮像装置が提供される。
【００３６】
本発明の他の観点によれば、光電変換するための複数の画素により形成されるイメージエリアと、黒基準レベルを形成するために遮光された光電変換するための複数の画素により形成されるオプチカルブラック領域とを含む撮像素子を有する撮像装置の撮像方法であって、該オプチカルブラック領域を少なくとも該イメージエリアからの距離が異なる複数のブロックに分割し、各オプチカルブラック領域のブロックの出力を積分し、それぞれのブロックの積分値を比較することでオプチカルブラック領域の出力異常を検出するオプチカルブラック領域異常検知ステップと、該オプチカルブラック領域異常検知ステップにより異常が検知されると、該撮像素子に入射する光量を減ずるように制御する露光量制御ステップとを有することを特徴とする撮像方法が提供される。
【００３７】
本発明によれば、オプチカルブラック領域の出力異常を検出することにより、絞りの絞り込み、感度設定の変更等を行うことができるので、ＯＢブルーミングによる画質劣化を防ぐことができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態を用いたデジタルスチルカメラの撮像信号処理系と感度・露光制御系の構成を示した回路ブロック図である。
図６と同番号は従来例で説明されたものと同じである。ただ、本実施形態では、映像処理回路10に新たにＯＢ積分回路17を設けている。図示しなかったが、従来例の問題点の説明でＯＢの積分値を黒基準とするデジタルクランプの動作を述べた。その意味では従来の映像処理回路10の中にもＯＢ積分回路は存在している。ここで特に図示したのは、本実施形態のＯＢ積分回路が、本実施形態では従来とは異なる目的で重要な役割をもつためである。そして、本ＯＢ積分回路は、全ＯＢ領域を複数のブロックに分け、その各々の積分処理をすることを特徴とする。ＯＢ積分回路17から出力される各ブロックのＯＢ積分値はＣＰＵ14のＯＢレベルブロック比較部１８でＯＢレベルブロック比較され、その差が、あらかじめ規定された一定レベルを超える場合にＯＢ領域の信号に異常があると判断する。
【００３９】
図２は、本実施形態のクランプ回路におけるレベル設定を説明する図であり、従来例とはクランプ位置が異なり、これにともないＯＢブルーミング発生時のＡＤ入力レンジに対するレベル変動がない状態が示されている。
【００４０】
図３〜図５は本実施形態で行われるＯＢブロック積分のブロック分けの実施形態の代表例数点である。
【００４１】
以下、本実施形態を説明するが、ＯＢブロックは図３（１）が用いられる。
本実施形態でのＡＤ回路前段ＯＢクランプ回路のクランプ位置は後ＯＢのイメージ部から離れた部分でなされる。ＯＢブルーミングはＨＣＣＤで、ＯＢ部に近いイメージエリアに強い光が入射することで、この部位での過飽和電荷がＨＣＣＤ後段部に漏れ込むことで起こることはすでに述べた。ここで、ＯＢ部に近いイメージエリアに入射する光がＯＢブルーミングを発生する光量から強くなるほど漏れ電荷はＯＢのより後段にまで達することとなる。したがって、ＯＢ領域のイメージ部に近い領域をクランプする場合とイメージ部から離れた部位のＯＢをクランプする場合とで、クランプレベルが変動する光量に差異があることとなり、後者の方がより強い光までＡＤ入力での電位に変動が無いこととなる。
【００４２】
従来例で例示した図１０（４）と本実施形態の図２（４）はそれを明示している。図１０（４）と図２（４）は同量のＯＢブルーミングが生じており、後ＯＢ部の前半分まで漏れ電荷がいたっている。しかしながら、図１０（４）では後ＯＢの前段部をクランプしているために、撮像信号の飽和レベルはＡＤ入力ダイナミックレンジのボトム近傍の電位となっているのに対して、図２（４）では、正常時と同じ電位レベルとなっている。このように、ＯＢクランプの位置を後段とすることで、ＯＢ近傍の強い光に対してのクランプ変動しない限界光量が高くできるのである。
【００４３】
だが、この対策のみでは、実は、ＯＢブルーミングに対する耐性を上げたこととはならない。なぜなら、従来例の説明で述べたがＡＤ変換された後にデジタルクランプをする処理が必要であるが、従来例ではアナログクランプを後ＯＢの前半をクランプし、デジタルクランプは後ＯＢの後半部のデータの積分データからＯＢレベルの平均値を演算することで黒レベルをもとめて、イメージ部の、光量に応じる出力の絶対値を演算していた。本実施形態ではアナログクランプを後ＯＢの後半部にしたので、デジタルクランプは後ＯＢの前半部にすることとなる。このためにＡＤ変換されるまでは正しいレベル関係をたもつことができたのが、デジタルクランプ処理で出力数値が崩れることとなる。すなわち、後ＯＢ前半部は飽和値にあり、これを黒基準レベルとすると、全イメージエリアの数値は０となる（画像に黒以下は存在しないのでマイナス値はない）。すなわち、とれる画像は真っ黒となり、従来例で述べたＡＥの光量増加方向へのシフトが始まる。これを防止する手段として設定されたのが、本実施形態の特徴であるＯＢブロック積分とこれのブロック間比較である。
【００４４】
図２（４）のように正常な電位レベルでＡＤ回路でデジタルデータに変換された撮像信号のＯＢ領域の信号は、図３（１）のようにＡブロックとＢブロックとに分けられ、それぞれの積分値がＯＢ積分回路17により出力される。通常であれば、この２ブロックでの差分はほぼ０である。従来例の説明でも述べたがアナログクランプされると多少波形にひずみが生じるために必ずしも０とはならないので、その差分、及びセンサが固有にもつ、画素欠陥や、ＡＤ変換前のアナログノイズの影響等でも、わずかに差が生じることがある。
【００４５】
ＯＢレベルブロック比較回路１８では、ＯＢ積分回路１７のＡ、Ｂ各ブロックの積分値出力を比較して、上のような本来もつ（ＯＢブルーミングやＯＢ光漏れのない通常時に存在する）差分を加味して決められるＯＢ以上検知限度を超える差が検知されると、異常に強い光が入射していると判断し、メカニカル絞り、撮像素子の電子シャッターによる露出制御を光量を絞る方向に制御する（露光量制御手段１５）、あるいは感度設定を下げる（感度制御手段１５）、あるいは、感度を最低とし露出も最小とするといった制御がなされることとなる。これにより、ＯＢブルーミング、あるいはＯＢブルーミングによる悪影響は抑えられることとなる（ＯＢブルーミングが発生しないような露光量となるようＡＥが設定される）。
【００４６】
さて、上のように制御した場合、ＯＢブルーミングの発生しない露出条件では、画像としてアンダー気味となることもある。そのため、ＯＢ検知された後しばらくは上で設定された露出値、感度値に保持され、一定時間たつと、通常測光し、通常のＡＥ条件に切りかえられる。このとき、強烈な光がＯＢ近傍からはなれていれば、適正な露光レベルでの撮像状態（ファインダー状態）となるが、未だ、ＯＢ近傍に強い光があれば、ふたたび、ＯＢブロック検知により、露出を押さえた条件が継続される。
【００４７】
なお、ＯＢ検知によりファインダー画像がアンダー露光となった状態でシャッターボタンが押されると、Ｓ１で露光量が測定され、露光量はアンダーとして測定されるが、そのアンダー量を補正して適正な露光量が得られる露出条件が求められ、この条件で本露光撮影がなされる（本露光時はＶＣＣＤクリアによりＯＢブルーミングは排除されるので、これにより、適正でクランプ変動による劣化も見られない画像が得られる）。このように、ファインダー時にはＯＢブルーミングが起きないようにアンダー露光にされるが、本露光時には適正露光となるのである。もし、ファインダー時にアンダーで本露光時適正ということ、すなわち、ファインダー画像と本露光撮像とのＡＥレベル差が無いようにしたいのであれば、ファインダーモードでは、ファインダー表示前に適正露出に見えるようにＡＧＣゲインを高めに切りかえるとよい。このようにすれば、使用者には、異常時による動作の変化は、一切認知されない。すなわち、使用時の不快感を一切あたえないですむのである。
【００４８】
以上ではＯＢの異常を検知して、露出を光量を下げるように制御したが、別の実施形態として以下の方法をとってもよい。
【００４９】
（第２の実施形態）
ＯＢブルーミングが起こるような撮影条件は、撮像素子に対しての信頼性（耐光性）の観点から望ましくなく、かつ、正常な動作を妨げることからも、ＯＢブロック積分比較により、異常を検知したら、ＬＥＤ（警告手段）などにより異常撮影であることを警告する。
【００５０】
（第３の実施形態）
ＯＢの異常を検知した場合、本露光を禁止し、シャッターを押しても、本撮影が出来ないようにする（撮影禁止手段）。
【００５１】
さて、さらに、ＯＢのブロック設定に関して、他の実施形態を述べる。
強烈な光がいきなりＯＢ近辺に入りこみ、かつ、それが極めて強い光であるために後ＯＢ全段にＯＢブルーミングがいたる場合、アナログクランプで電位関係がくずれ、かつ、ＯＢブロック積分でＡ、Ｂの積分値に差がつかないことがある。
【００５２】
このような場合の対策をも考慮したのが、図３（２）である。すなわち後ＯＢ部以外のＯＢ部も比較対象としたものである。図３（２）では垂直前ＯＢと水平前ＯＢを比較対象に加えている。図示しないが、水平後ＯＢと水平前ＯＢのみ、水平後ＯＢと垂直前ＯＢのみといった設定でもよい。このようにすることにより、ＯＢブルーミングの発生箇所とかけはなれた部分との比較ができるようになり、全面ブルーミングが起きているような状態以外はＯＢの異常を検知することが可能となる。図４（３）は図３（２）と同様の効果をねらうものであるが、ブロックの設定場所が異なる。後ＯＢの全面にＯＢブルーミングが発生しているような場合、垂直ＯＢの後段部（水平後ＯＢの近辺）にブルーミングの影響が及んでいることがありうること、また水平後ＯＢのブルーミングが大きい場合、次のラインの水平前ＯＢ側にブルーミングがいたることがあることから、垂直前ＯＢの積分領域を中央側に絞った例である。図４（４）は後ＯＢのＡ、Ｂ領域とＯＢ積分されない領域80にわけたものである。
【００５３】
80はアナログクランプの領域とし、アナログクランプによるひずみによる影響の無い部分のみをＯＢブロック積分に用いるものである。アナログクランプしたところと、そうでない場所とに生じる段差の影響がさけられる。
【００５４】
図５（５）はＯＢ光漏れの検知制度を高めるためのブロック分割である。ＯＢブルーミングは、通常、縦列に対して一様におこるが、ＯＢ光漏れは、近辺で強い入射光のあるＯＢの局所にのみ発生する。また、先に述べたが、ＯＢブルーミングが列全体におよばない場合がある。このためにブロックを細分することで検知度を高める必要がある。また、このように細分されたブロックであれば、ＯＢレベルを変動させている原因がＯＢブルーミングかＯＢ光漏れかの認定もできる。その場合、ブロックをより細分化して、各ＯＢブロックの数値と強弱関係をみることで、ＯＢ光漏れ、前列のおよぶＯＢブルーミング、局所にとどまるＯＢブルーミングを識別することとなる。
【００５５】
そして、ＯＢ光漏れに対してはＯＢブルーミングの場合と、先の異常時の露光量を低減する制御の量を少なめにするというように、それぞれの問題に対して、画質の劣化（たとえば異常検知後の露出レベルの適正量からの差）を最小限にとどめることができる。
【００５６】
以上述べたようにＯＢブロックを複数ブロックに分けてそれぞれの積分値を比較することでＯＢ部の異常を検知し、またＯＢ異常時の絞りの絞り込み、シャッターの短秒時化、感度設定の変更とにより、従来みられたＯＢブルーミングによる画質劣化を防ぐことができる。
【００５７】
なお、本実施形態はデジタルスチルカメラのみならず、デジタルムービーカメラ、デジタル監視カメラ、あるいはアナログのカメラにおいても適用できるものであるのはいうまでもない。アナログ回路の場合、ＯＢブロック積分の回路は複雑となるので、特に回路例は図示しない。
【００５８】
また、デジタルムービーカメラでは、近年、静止画もとれる機能が付加された製品もでている。この場合、上のデジタルスチールカメラの例でいわれているファインダー画像は、通常のビデオ画像のことになる。
【００５９】
また、固体撮像素子としてＣＣＤをもって説明してきたが、これをＣＭＯＳセンサ等のＣＣＤ以外の固体撮像素子にも適用できる。その場合、ＯＢブルーミングはＣＣＤに特有の現象であるが、ＯＢ光漏れは、どのような撮像素子にも起こりうるし、また、撮像素子によっては上以外のＯＢ異常といわれる現象が起こることもあるであろう。
【００６０】
以上説明したように、ＯＢブロックを複数ブロックに分けてそれぞれの積分値を比較することでＯＢ部の異常を検知し、またＯＢ異常時の絞りの絞り込み、シャッターの短秒時化、感度設定の変更とにより、従来みられたＯＢブルーミングによる画質劣化を防ぐことができる。
【００６１】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、オプチカルブラック領域の出力異常を検出することにより、絞りの絞り込み、感度設定の変更等を行うことができるので、ＯＢブルーミングによる画質劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の回路ブロック図である。
【図２】本実施形態のクランプ波形図である。
【図３】本実施形態のＯＢブロック分割図である。
【図４】本実施形態のＯＢブロック分割図である。
【図５】本実施形態のＯＢブロック分割図である。
【図６】従来例の回路ブロック図である。
【図７】ＣＣＤ撮像素子の構成図である。
【図８】デジタルカメラのタイミング図である。
【図９】ＣＣＤ撮像素子の結像の図である。
【図１０】従来例のクランプ波形図である。
【符号の説明】
１  レンズ
２  絞り
３  メカニカルシャッター
４  固体撮像素子
５  撮像素子駆動回路
６  ＣＤＳ回路
７  ＡＧＣ回路
８  クランプ回路
９  ＡＤ変換回路
１０  映像処理回路
１１  映像信号処理回路
１２  測光回路
１３  タイミングパルス発生回路
１４  ＣＰＵ
１５  感度、露光制御部
１６  露光制御回路
１７  ＯＢ積分回路
１８  ＯＢレベルブロック比較回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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