(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に行列状に配列された複数の光電変換素子からなる固体撮像素子を備え、前記複数の光電変換素子に対する駆動状態が異なる静止画モードおよびモニタモードを有するとともに、前記固体撮像素子により被写体を撮像し、前記固体撮像素子から出力される撮像信号を電気処理して、前記被写体の映像信号を生成する撮像装置において、
前記固体撮像素子からの撮像信号をフィールドクランプ処理する手段と、
前記固体撮像素子からの撮像信号をラインクランプ処理する手段と、
前記静止画モードに対応させて前記ラインクランプ処理を行い、前記モニタモードに対応させて前記フィールドクランプ処理を行うように切り替える手段と
を設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置の駆動方法であって、
複数の光電変換素子に対する駆動モードとして静止画モードおよびモニタモードを切り替えて固体撮像素子により被写体を撮像し、その固体撮像素子から出力される撮像信号を電気処理して被写体の映像信号を生成するに際し、
前記静止画モードに対応させて前記固体撮像素子からの撮像信号に対するラインクランプ処理を行い、
前記モニタモードに対応させて前記固体撮像素子からの撮像信号に対するフィールドクランプ処理を行うように切り替える
ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、行列配列された複数の光電変換素子からなる固体撮像素子により異なる駆動モードで被写体を撮像する撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、固体撮像素子として例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅの略語とする）により被写体を撮像し、そのＣＣＤから出力される撮像信号を電気処理（アナログ形式あるいはデジタル形式での信号処理）して、被写体の映像信号を生成する撮像装置が利用されており、この撮像装置として、特に近年では、撮像信号をデジタル処理するデジタルスチルカメラが、一般ユーザにも広く利用されるようになってきている。
【０００３】
このようなデジタルスチルカメラ業界においては、固体撮像素子（おもにＣＣＤ）の高画素化にともない、銀塩カメラのように、クリアで高精細な画質に対する需要が高まっている。
【０００４】
その反面、固体撮像素子の画素数の増加にともなう１画素あたりのセルサイズの縮小化に起因するノイズの増加が無視できないものになっている。
このような従来の撮像装置について、デジタルスチルカメラを一例に挙げて以下に説明する。
【０００５】
図１は従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。図１において、１００は固体撮像素子であるＣＣＤ、１０１はＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇの略語とする）部、１０２はアナログクランプ部、１０３は自動利得調整（ＡＧＣ）部、１０４はアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ）部、１０５はデジタルクランプ処理部、１０６はＹＣ処理部、１０７は複数のメモリ素子からなる画像データ記録部、１０８は液晶表示素子などの画像表示部である。
【０００６】
以上のように構成された撮像装置について、その動作を以下に説明する。
まず、図１に示すデジタルスチルカメラには「モニタモード」と「静止画モード」の２つの駆動モードが存在し、前者のモニタモードは、ＣＣＤ１００から定期的な間隔で画素間引きを行いながら撮像信号を出力し、撮影における画角などを決定するために最終的に画像表示部１０８へと表示するモードであり、後者の静止画モードは、ＣＣＤ１００を駆動する際に垂直ＣＣＤ部の高速転送による電荷掃き出し期間が存在するモードで、通常、静止画を撮像する際に用いられるモードであり、「静止画撮像モード」として用いられる。
【０００７】
以上のような従来の撮像装置における２つの駆動モードについて、その動作を以下に説明する。
まず、モニタモードにおいては、ＣＣＤ１００に対して、被写体である撮像対象からの光が入力され、ＣＣＤ１００上に配置された光電変換素子であるフォトダイオードで光電変換される。その後、ＮＴＳＣ等の規格に準拠するために特定の画素を行単位に間引いて、垂直ＣＣＤに読み出し、垂直・水平ＣＣＤによって転送され、出力アンプを介してＣＣＤ１００の出力を得る。一方、静止画モードでは、垂直ＣＣＤの電荷を、高速転送期間を設けて掃き出す処理が行われる。
【０００８】
その後、両モードに共通して、ＣＣＤ１００に起因するノイズを減少させるためのＣＤＳ１０１において、ノイズが除去される。アナログクランプ部１０２において、黒レベルを決定するために、ＣＣＤ１００に配置されたＯＢ部（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ部の略語とする）からの出力信号を用いて得られたＯＢレベルを元に、アナログ的なラインクランプを行う。
【０００９】
そして、ＡＧＣ部１０３でアナログクランプ部１０２からの出力信号のゲインを調整し、Ａ／Ｄ部１０４で、そのアナログ／デジタル変換動作によって、アナログ値であったＣＣＤ出力信号が、デジタル値に変換される。
【００１０】
その後、モニタモードでは、デジタルクランプ処理部１０５において、フィールドクランプ手段１０５ｂにより、１Ｖ（垂直）期間のＯＢ部からの出力信号を加算平均し、ＯＢ部の１画面全体の平均値をＯＢデータとして、次のフィールドの画素信号データから減算処理を行うことで、フィールドクランプ処理が施される。
【００１１】
一方、静止画モードの時には、デジタルクランプ処理部１０５においては、モニタモードから移行する際、一画面分のＯＢデータの平均値を得るために、一度全画面をメモリブロック１０５ａに書き込み、そのメモリブロック１０５ａからの読み込みを行う際に、フィールドクランプ手段１０５ｂにより、メモリ書き込みを行った際に得たＯＢレベルを用いてフィールドクランプ処理を行う。
【００１２】
その処理結果が、両モード共通に、デジタルクランプ処理部１０５のインターフェース手段１０５ｃを通じて出力され、その処理結果に基づいてＹＣ処理部１０６において、ＣＣＤ１００の表面上に配置したカラーフィルタ配列に準拠した信号をＹＣ信号へと変換する。その後に、画像表示部１０８において、例えば液晶表示素子（ＬＣＤ）に画像表示する。また、画像データ記録部１０７において、画像をＪＰＥＧ等に圧縮変換した後に、複数のメモリ素子からなる記録媒体に出力し記録される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の撮像装置においては、図１に示すように、アナログクランプ部１０２の他に、フィールドクランプ手段１０５ｂが唯一のクランプ手段として設けられたデジタルクランプ処理部１０５を有し、装置の駆動モードに係わらず、デジタルクランプ処理部１０５におけるフィールドクランプ手段１０５ｂのみを用いてデジタルＯＢクランプ処理を行っていた。
【００１４】
このようなシステム構成において、撮像モードとして静止画モードで駆動した場合、図２に示すように、垂直ＣＣＤの高速転送期間２００である電荷の掃き出し期間が存在し、この掃き出し期間は、スミア・暗電流等のノイズ成分が垂直ＣＣＤを高速転送することにより出力部を介して排出されるので、ＯＢ信号は存在できない無効期間出力２０１となる。
【００１５】
従って、上記の無効期間出力２０１となる掃き出し期間中にはＯＢクランプを停止しなければならないため、アナログクランプパルスを停止しなければならず、アナログクランプ部１０２のＯＢレベルは大きく変動する可能性があり、結果として、垂直ＣＣＤの高速転送による電荷の掃きだし期間直後において、瞬時に最適なアナログクランプのＯＢレベルを得ることが難しく、そのアナログ回路の時定数の大きさによって、Ｖサグ（段差）２０２等のノイズの原因になるが、このＶサグ２０２は後段のデジタルクランプ処理部１０５におけるフィールドクランプ手段１０５ｂで除去することが不可能であるという問題点を有していた。
【００１６】
くわえて、デジタルスチルカメラにおいては、モニタモードから静止画モードに駆動が変化され、その駆動モードが変化した際にモニタモードにおいてＣＣＤ１００からは画素間引きをしているので、画素間引きを行っていない静止画モードとＯＢレベルを比較すると有意の差があり、デジタルクランプ処理部１０５におけるデジタルクランプの最適なＯＢレベルを得ることができない。
【００１７】
そのため、モニタモードから移行した直後の静止画モード用のＯＢレベルを決定するために、最低１フレーム以上ＣＣＤ取り込みの完了を待って、そのデータを用いてＯＢクランプ処理を行わなければならず、撮影処理の高速化という点においても大きなネックになるという問題点を有していた。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、静止画モードにおけるＶサグ（段差）等のノイズの除去、及びＯＢデータを得るために撮像信号を１画面以上取り込みを待ってクランプを行う必要がないことによる撮像処理の高速化を実現することができる撮像装置およびその駆動方法を提供する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の撮像装置およびその駆動方法は、任意に選択された駆動モードに対して、任意のＯＢクランプのモードを選択することが可能になり、駆動モードとしてモニタモードで駆動した際には、ＯＢクランプの手段としてフィールドクランプ手段を選択してフィールドクランプ処理し、また静止画モードで駆動した際には、ＯＢクランプの手段としてラインクランプ手段を選択してラインクランプ処理することを特徴とする。
【００２０】
以上により、従来除去が困難であった静止画モードにおけるＶサグ（段差）等のノイズの除去、及び従来のようにＯＢデータを得るために撮像信号を１画面以上取り込みを待ってクランプを行う必要がないことによる撮像処理の高速化を実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の撮像装置は、２次元的に行列状に配列された複数の光電変換素子からなる固体撮像素子を備え、前記複数の光電変換素子に対する駆動状態が異なる静止画モードおよびモニタモードを有するとともに、前記固体撮像素子により被写体を撮像し、前記固体撮像素子から出力される撮像信号を電気処理して、前記被写体の映像信号を生成する撮像装置において、前記固体撮像素子からの撮像信号をフィールドクランプ処理する手段と、前記固体撮像素子からの撮像信号をラインクランプ処理する手段と、前記静止画モードに対応させて前記ラインクランプ処理を行い、前記モニタモードに対応させて前記フィールドクランプ処理を行うように切り替える手段とを設けた構成とする。
【００２２】
請求項２に記載の撮像装置の駆動方法は、請求項１に記載の撮像装置の駆動方法であって、複数の光電変換素子に対する駆動モードとして静止画モードおよびモニタモードを切り替えて固体撮像素子により被写体を撮像し、その固体撮像素子から出力される撮像信号を電気処理して被写体の映像信号を生成するに際し、前記静止画モードに対応させて前記固体撮像素子からの撮像信号に対するラインクランプ処理を行い、前記モニタモードに対応させて前記固体撮像素子からの撮像信号に対するフィールドクランプ処理を行うように切り替える方法とする。
【００２３】
これらの構成および方法によると、任意に選択された駆動モードに対して、任意のＯＢクランプのモードを選択することが可能になり、駆動モードとしてモニタモードで駆動した際には、ＯＢクランプの手段としてフィールドクランプ手段を選択してフィールドクランプ処理し、また静止画モードで駆動した際には、ＯＢクランプの手段としてラインクランプ手段を選択してラインクランプ処理する。
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態を示す撮像装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図３は本実施の形態の撮像装置におけるＯＢクランプ処理部の機能を示すブロック図である。図３に示すように、この撮像装置は、その撮像システムＳ１からＯＢクランプ処理部Ｂ１に対して現在の駆動モードの通知３００を行い、その駆動モード通知３００を基にＯＢクランプ処理部Ｂ１がクランプのモードを切り替える処理を行うための機能を有するモード別クランプ処理部３０１を備えている。
【００２５】
図４は図３に示すクランプモードの切り替え処理を行う機能を有する一実施の形態の撮像装置であるデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図であり、その動作を以下に説明する。
【００２６】
図４に示されるデジタルスチルカメラは、モニタモードと静止画モードの二つの駆動モードを有する撮像システムであり、その動作は先ず、図４に示すデジタルスチルカメラに対して、その外部または内部に設けられた駆動モード切り替え部Ｍ１からの駆動モード信号４００、４０２により現在の駆動モードが通知される。
【００２７】
その駆動モード信号４００によって、固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅの略語とする）４０１に対する駆動モードが変更され、さらに、駆動モード信号４０２によって、ＯＢクランプ処理を行うデジタルクランプ処理部４０７に対しても、同様の駆動モードの通知が行われる。
【００２８】
そして、ＣＣＤ４０１で光電変換され出力された信号はＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇの略語とする）４０３において相関二重サンプリング処理され、アナログクランプ処理部４０４においてアナログクランプ処理が施される。
【００２９】
このとき、撮像装置がモニタモードで駆動されている場合は、高速転送による電荷の排出期間が存在せず、またモニタモードにおいては、ＮＴＳＣやＰＡＬ等の規格に適合させる目的で画素の間引きが行われているために、垂直ＣＣＤに読み出されなかった画素の行アドレスに対応した垂直ＣＣＤの暗電流成分によるノイズが撮像信号に混入し、Ｓ／Ｎ比が劣化した状態になっている。
【００３０】
また、撮像装置が静止画モードで駆動されている場合には、高速転送期間が存在するために、高速転送期間直後においてＯＢレベルを決定することが困難になり、結果として、アナログクランプ部４０４において図５（ｃ）に示すようなＶサグ（段差）を生じた状態になっている。
【００３１】
その後、両駆動モードについてもＡＧＣ部４０５においてゲインが調整され、Ａ／Ｄ部４０６においてＡ／Ｄ変換される。
そしてデジタルクランプ処理部４０７においてデジタルクランプ処理が施されるわけであるが、本実施の形態の撮像装置では、駆動モード信号４０２によって、ＯＢクランプ処理を行うデジタルクランプ処理部４０７に対して現在の撮像装置の駆動モードが通知されており、このデジタルクランプ処理部４０７において、従来では単一のクランプ処理（フィールドクランプ処理のみ）しか行えなかったが、撮像装置の駆動モードに応じて、例えば「モニタモードに対しては、フィールドクランプ手段４０７ａにより、１Ｖ（垂直）期間にＯＢ部を加算平均し、そのＯＢ部の１画面全体の平均値をＯＢデータとして、次のフィールドの画素信号データから減算処理を行うことでクランプ処理を行うフィールドクランプ処理を実行する」、および「静止画モードに対しては、ラインクランプ手段４０７ｂにより、１Ｈ（水平）以上の期間にＯＢ部を加算平均し、例えば４Ｈライン（１Ｈライン以上でＳ／Ｎを確保可能なライン数）の平均値を、ＯＢデータとして、次のＨラインの画素信号データから減算処理を行うことでクランプ処理を行うラインクランプ処理を実行する」というように、フィールドクランプ処理およびラインクランプ処理の各クランプ処理から、撮像装置の駆動モードの特性において最適なクランプ処理を選択し、実行することが可能になっている。
【００３２】
次に、「モニタモード時」と「静止画モード時」において、クランプモードを変化させた時の動作を説明する。
撮像装置をモニタモードで駆動している場合には、従来の単一デジタルクランプ処理しか行えないシステムにおいて、ラインクランプ処理を行うことで発生していた、ＯＢデータのバラツキによるライン毎のノイズが低減される。
【００３３】
また、撮像装置を静止画モードで駆動している場合には、従来の単一のデジタルクランプ処理しか行えないシステムにおいて、アナログクランプ部４０４で撮像装置が静止画モードで駆動されていた場合発生していたＶサグ（段差）は、デジタルクランプ処理部４０７において、ラインクランプ手段４０７ｂによるラインクランプ処理が選択可能であるので、Ｖサグ（段差）等の垂直方向に変化するＯＢ部のノイズ成分を大幅に抑圧することが可能である。また、ラインクランプ手段４０７ｂによるラインクランプ処理では、フィールドクランプ手段４０７ａによるフィールドクランプ処理のように、ＯＢデータを得るために１画面以上ＣＣＤ取り込みを行った上でクランプする処理する必要でないので、高速な撮影及び出力が可能となる。
【００３４】
以上のように処理された撮像信号が、駆動モード信号４０２に基づく撮像装置の駆動モードに応じて、切り替え手段４０７ｃを通じてデジタルクランプ処理部４０７から出力され、その後、ＹＣ処理部４０８でＹＣ処理され、画像データ記録部４０９において、記録媒体に書き込まれるか、または液晶表示素子などの画像表示部４１０に入力され液晶パネル上に画像表示される。
【００３５】
以上のように、ＯＢクランプ処理を行うデジタルクランプ処理部４０７のフィールドクランプ手段４０７ａおよびラインクランプ手段４０７ｂに対して駆動モードを通知する機能と、デジタルクランプ処理部４０７に対して処理に共通部分の多い複数のクランプ処理機能をもたせ、そのクランプ処理機能を駆動モード別に機能させることにより、静止画モードに適しているラインクランプ処理を選択することで、従来のデジタルクランプ処理部１０５でフィールドクランプ処理のみを用いていたことによって、図６に示すように発生していたラインクランプのレベル差によるライン毎のノイズを、図８に示すように除去することが可能であるとともに、図７に示すように、除去が困難であった図５に示すようなアナログクランプ部１０２のＶサグ（段差）を除去することが可能である。このことによって、格段の画質の向上を図ることが可能である。
【００３６】
また、従来の撮像装置において、モニタモードから静止画モードにモードを変更した直後の静止画撮像においては、垂直ＣＣＤの駆動モードの変更に起因する暗電流成分差による絶対ＯＢレベルの変動のために、図９に示すように、フィールドクランプの性質上必要であったＯＢデータを得るために１画面以上のＣＣＤ取り込みを行ってクランプ処理を行うことが不要となることから、撮影の高速化も実現可能であり、図１０に示すように、従来には必要であったデータ取り込み用のメモリブロック１０５ａも不要となる。さらに、前述の機能を実現するにあたり、大幅な回路の増加を伴わず実現することが大きな特徴である。したがって、その実用的効果は極めて大である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、任意に選択された駆動モードに対して、任意のＯＢクランプのモードを選択することが可能になり、駆動モードとしてモニタモードで駆動した際には、ＯＢクランプの手段としてフィールドクランプ手段を選択してフィールドクランプ処理し、また静止画モードで駆動した際には、ＯＢクランプの手段としてラインクランプ手段を選択してラインクランプ処理することができる。
【００３８】
そのため、従来除去が困難であった静止画モードにおけるＶサグ（段差）等のノイズの除去、及び従来のようにＯＢデータを得るために撮像信号を１画面以上取り込みを待ってクランプを行う必要がないことによる撮像処理の高速化を実現することができる。
【００３９】
また、フィールドクランプおよびラインクランプ等のそれぞれのＯＢクランプ処理の間には類似部分が多いため、既存の回路に対しても大きな変更を加えることなく、回路規模的にもあまり大きくならずに、容易に画質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の撮像装置の構成を示すブロック図
【図２】同従来例におけるアナログクランプ部の静止画モード時の動作説明図
【図３】本発明の実施の形態の撮像装置におけるＯＢクランプ処理部の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態の撮像装置の構成を示すブロック図
【図５】従来の撮像装置における静止画モードでフィールドクランプを行った場合の問題説明図
【図６】同従来例におけるモニタモードでラインクランプを行った場合の問題説明図
【図７】本発明の実施の形態の撮像装置における静止画モードでラインクランプを行った場合の説明図
【図８】同実施の形態におけるモニタモードでフィールドクランプを行った場合の説明図
【図９】従来の撮像装置におけるモニタモードから静止画モードへの移行時にフィールドクランプのみを行った場合の問題説明図
【図１０】本発明の実施の形態の撮像装置におけるモニタモードから静止画モードへの移行時にラインクランプとフィールドクランプとが切り換え可能な場合の説明図
【符号の説明】
４００    駆動モード信号（ＣＣＤ切り替え用）
４０１    固体撮像素子（ＣＣＤ）
４０２    駆動モード信号（クランプ処理切り替え用）
４０３    相関二重サンプリング部（ＣＤＳ）
４０４    アナログクランプ部
４０５    自動利得調整部（ＡＧＣ）
４０６    アナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）
４０７    デジタルクランプ処理部
４０８    ＹＣ処理部
４０９    画像データ記録部
４１０    画像表示部
Ｍ１    駆動モード切り替え部
【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】
0004039788.tif 000008
【図８】
0004039788.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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