JP4872502B2 - 撮像装置、及びそのクランプ方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子を備えたデジタルカメラ等の撮像装置、及び撮像装置における撮像信号のクランプ方法に関するものである。

従来、デジタルカメラに用いられているＣＣＤ等にあっては光を遮断した状態でも暗電流が生じている。そのため、ＣＣＤの受光面の一部（外周部分）にアルミニウム等の遮光幕によるオプティカルブラック領域（以下、ＯＢ領域という）を設けて、そのＯＢ領域において暗電流の基準値を検出し、その検出値によって撮像信号をクランプすることにより、暗電流による画像ノイズが除去されている。

ところが上記ＯＢ領域は光の入射が遮断されているものの、ＯＢ領域にも有効画素領域と同様フォトダイオードや信号線、垂直転送用ＣＣＤが存在するため、遮光幕の遮光性が不完全であったり、非常に強い光の入射に伴い半導体基板内部で発生した電荷が信号電荷の転送経路に混入することによるスミア等が発生したりすると、上述した基準値として正しい値を得ることができない。

これを解決可能とする技術として、例えば下記特許文献１には、有効画素領域の左側のＯＢ領域に太陽等の強い光が直接入射する様な場合には、強い光が入射していない右側のＯＢ領域のみを使って基準値を検出する等、スミア等の発生の有無によってクランプ処理に使用するＯＢ領域を切り替える（変更する）ことにより常に適切なクランプ処理を可能とする技術が記載されている。
特開２００５−１７６１１５号公報

しかしながら、上記のようにスミア等の発生の有無によってクランプ処理に使用するＯＢ領域を切り替える技術においても、クランプ処理に使用するＯＢ領域の全体又は大部分にスミア等による影響が生じていたり、ＯＢ領域の遮光幕が不完全である場合等には、依然として暗電流の正しい基準値を取得することができないという問題があった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、スミアが発生した場合であっても、その影響を受けることなく常に適切なクランプ処理を行うことが可能な撮像装置、及びそのクランプ方法と、それらの実現に使用するプログラムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため請求項１の発明にあっては、固体撮像素子を備えた撮像装置において、前記固体撮像素子の出力信号を基準レベルにクランプするクランプ手段と、前記固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出するスミア検出手段と、このスミア検出手段による検出結果に応じ、前記クランプ手段により出力信号のクランプに使用される基準レベルを、前記出力信号における、前記固体撮像素子の受光面に設けられているオプティカルブラック領域の画素の信号レベルから前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送路の水平方向一端に設けられたダミーピクセルの信号レベルに切り換える切換手段と、前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送期間内に、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記基準レベルの取得タイミングの同期対象となるダミー転送期間と、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記ダミー転送期間とは異なる余剰電荷転送期間とを確保する水平転送制御手段とを備えたものとした。

また、請求項２の発明にあっては、前記水平転送制御手段は、前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送数を、前記ダミーピクセルに応じた数だけ増減することにより、前記余剰電荷転送期間を確保するものとした。

また、請求項３の発明にあっては、前記スミア検出手段は、前記固体撮像素子のオプティカルブラック領域の画素の信号レベルに基づいて固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出するものとした。

また、請求項４の発明にあっては、前記固体撮像素子のオプティカルブラック領域は、受光面における複数行分の画素からなる水平オプティカルブラック領域、及び受光面における複数列分の画素からなる垂直オプティカルブラック領域であり、前記スミア検出手段は、前記水平オプティカルブラック領域又は前記垂直オプティカルブラック領域のいずれか一方の領域の画素の信号レベルに基づいて固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出するものとした。

また、請求項５の発明にあっては、前記固体撮像素子のオプティカルブラック領域は、受光面における複数行分の画素からなる水平オプティカルブラック領域、及び受光面における複数列分の画素からなる垂直オプティカルブラック領域であり、前記切換手段は、前記スミア検出手段による検出結果に応じ、前記クランプ手段により出力信号のクランプに使用される基準レベルを、前記水平オプティカルブラック領域又は前記垂直オプティカルブラック領域のいずれか一方の領域の画素の信号レベルから前記ダミーピクセルの信号レベルに切り換えるものとした。

また、請求項６の発明にあっては、固体撮像素子の出力信号を基準レベルにクランプする方法であって、前記固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出する工程と、その工程での検出結果に応じ、前記出力信号のクランプに使用される基準レベルを、前記出力信号における、前記固体撮像素子の受光面に設けられているオプティカルブラック領域の画素の信号レベルから前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送路の水平方向一端に設けられたダミーピクセルの信号レベルに切り換える工程と、前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送期間内に、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記基準レベルの取得タイミングの同期対象となるダミー転送期間と、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記ダミー転送期間とは異なる余剰電荷転送期間とを確保する工程とを含む方法とした。

また、請求項７の発明にあっては、固体撮像素子を備えた撮像装置が有するコンピュータに、前記固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出する手順と、その手順での検出結果に応じ、前記出力信号のクランプに使用される基準レベルを、前記出力信号における、前記固体撮像素子の受光面に設けられているオプティカルブラック領域の画素の信号レベルから前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送路の水平方向一端に設けられたダミーピクセルの信号レベルに切り換える手順と、前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送期間内に、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記基準レベルの取得タイミングの同期対象となるダミー転送期間と、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記ダミー転送期間とは異なる余剰電荷転送期間とを確保する手順とを実行させるためのプログラムとした。

本発明によれば、スミアが発生した場合であっても、その影響を受けることなく常に適切なクランプ処理を行うことが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。
（実施形態１）
図１は、第１の実施の形態に係るデジタルカメラ１の要部を示すブロック図である。デジタルカメラ１は、撮影光学系（レンズ）２により結像された被写体の光学像を光電変換し、撮像信号として出力する撮像素子３により被写体を撮像する。

本実施の形態の撮像素子３はＣＣＤイメージセンサであり、図２は、撮像素子３の受光面を示した図である。図示したように撮像素子３の受光面には、中央部の有効画像領域３ａと、その周辺にアルミニウム等の遮光幕に覆われたオプティカルブラック領域である垂直ＯＢ領域３ｂ（下辺側）、及び水平ＯＢ領域３ｃ（右辺側）が設けられている。

また、図３は、撮像素子３の概略構造を示した模式図である。撮像素子３は、上述した受光面（オプティカルブラック領域を含む）において各画素を構成するフォトダイオード３１と、各列のフォトダイオード３１間にトランスファゲート３２を介して各フォトダイオード３１に接続された垂直転送ＣＣＤ３３と、その最後の行（図で一番上）の垂直転送ＣＣＤ３３にそれぞれ接続された水平転送ＣＣＤ３４とを有している。なお、同図は、説明の便宜上、撮像素子３を、画素数が水平１３画素、垂直６画素で、下２行部分が垂直ＯＢ領域３ｂで、垂直ＯＢ領域３ｂを除く右４列部分が水平ＯＢ領域３ｃとして示したものである。

また、撮像素子３には、各垂直転送ＣＣＤ３３の信号電荷が転送される水平転送ＣＣＤ３４と、その電荷転送側（図で左端）に設けられるとともに、いずれの垂直転送ＣＣＤ３３にも接続されていない以外は水平転送ＣＣＤ３４と同一構造を有する３画素分のダミー用レジスタ３５が設けられており、それらによって水平転送部が構成されている。そして、ダミー用レジスタ３５に、上記水平転送部で水平転送された信号電荷が順に入力する出力回路（ＦＤアンプ）３６が接続されている。

ここで、ダミー用レジスタ３５は、撮像素子３においてダミーピクセル（ダミービット）、すなわち有効画像領域３ａから信号電荷は垂直転送されないが、撮像素子３の駆動時には、各ライン出力において各水平転送ＣＣＤ３４に垂直転送された信号電荷の先頭側にその数（３画素）分だけ付加される見かけ上の画素を構成するものである。また、撮像素子３から出力されるダミーピクセルの画素値は暗電流成分のみが含まれた値となり、基本的には垂直ＯＢ領域３ｂ及び水平ＯＢ領域３ｃとほぼ同様の値となる。なお、上記ダミーピクセルは、撮像素子３から出力された後いずれかの信号処理（又は画像処理）において破棄される。

一方、図１に示したように、撮像素子３は、ＴＧ（タイミングジェネレータ）４により生成されるタイミング信号（水平転送パルス、垂直転送パルス等）に基づきＨドライバ（水平ドライバ）５及びＶドライバ（垂直ドライバ）６によって駆動されることにより、前記出力回路３６からアナログフロントエンド回路部７へ画素信号を出力する。

アナログフロントエンド回路部７は、ＴＧ（タイミング発生器）４から供給されるタイミング信号に基づき動作し、入力した画素信号を最終的にデジタル信号に変換してＤＳＰ（デジタル信号処理回路）８へ出力するものであり、ＣＤＳ（相関二重サンプル）回路７１、ゲイン調整アンプ（Ｇａｉｎ）７２、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換）回路７３、黒レベル基準電圧設定回路７４から構成される。

ＣＤＳ回路７１は、撮像素子３からの信号の読出し時に発生するノイズを低減させたり、本発明のクランプ手段として機能し、黒レベル基準電圧設定回路７４により設定される黒レベル基準電圧に基づいて所定のクランプ動作を行い撮像信号から暗電流成分を除去する。

黒レベル基準電圧設定回路７４は、ＴＧ４から供給されるクランプパルスに応じて、後述する所定の水平転送期間における出力信号の信号レベルを上記黒レベル基準電圧としてＣＤＳ回路７１に設定する。

ゲイン調整アンプ７２は、ＣＤＳ回路７１で処理された撮像信号のゲインをＣＰＵ９の指令に従い調整することにより撮影感度を調整し、ＡＤＣ回路７３は、ゲイン調整後の撮像信号を構成する各画素信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ８へ出力する。

ＤＳＰ８は、アナログフロントエンド回路部７から出力された撮像信号を蓄積し、フレーム毎の画像データ（ベイヤーデータ等）に対するホワイトバランス調整やカラーバランス調整、調整後の画像データを画素毎のＲＧＢデータに変換するカラー補間、補間後の画像データに対する輪郭強調、階調補正等の各種の画像処理を行う。

ＤＳＰ８による処理後の画像データは、表示部１０へ送られスルー画像として画面表示されたり、ＣＰＵ９により圧縮符号化され、静止画撮影時には静止画データとして、また動画撮影時には動画データとしてメモリ１１に記録されたりする。

メモリ１１は、不揮発性のフラッシュメモリ等であり、その内部には、上記画像データ（静止画データや動画データ）が格納される画像データ記憶領域１０１と、プログラム記憶領域１０２、パラメータ記憶領域１０３が確保されている。

プログラム記憶領域１０２には、ＤＳＰ８による上述した各種の画像処理に際して使用される画像処理プログラムや、ＣＰＵ９による装置各部の制御に使用される各種の制御プログラム、特にＣＰＵ９を本発明のスミア検出手段、水平転送制御手段として機能させることにより、後述するクランプ制御処理を行わせるためのプログラムが格納されている。

パラメータ記憶領域１０３には、ＣＰＵ９がクランプ制御処理に際して使用するパラメータ、すなわちスミア判断閾値（Ｖｔｈ）、１ラインの基準となる水平転送クロック数（Ｈｃｌｋ）、余剰転送クロック数（Ｈα）を含む各種パラメータが格納されているとともに、前記クランプ制御処理に際しては後述する垂直ＯＢピクセルの画素データ値（Ｖｏｂ）が適宜記憶される。

一方、図４は、動画撮影中や静止画撮影でのスルー画像表示中にＣＰＵ９が実行する撮像信号のクランプ処理に関する制御内容を示したフローチャートである。

ＣＰＵ９は、撮像素子３による撮像開始に際し、まず１ライン分の水平転送クロック数に、前述した有効画像領域３ａ及び水平ＯＢ領域３ｃの水平画素数にダミーピクセル分を加えたクロック数である基準クロック数（Ｈｃｌｋ）を設定し、それに応じた垂直転送パルス、水平転送パルスをＴＧ４に発生させ、同時に、暗電流成分のクランプに使用する基準値の検出時期を、水平ＯＢ領域３ｃの画素（以下、水平ＯＢピクセルという。）の信号電荷が水平転送される水平ＯＢ転送期間に設定する、つまり水平ＯＢピクセルの画素値を使用するクランプ設定を行い、ＴＧ４に水平ＯＢ転送期間Ｔ４に同期するクランプパルスを発生させる（ステップＳ１）。

図５は、上記各パルスによる撮像開始直後、及び通常時の動作を示したタイミングチャートであり、図示したように、通常時における撮像素子（ＣＣＤ）３の駆動期間は、垂直転送期間Ｔ１、ダミー転送期間Ｔ２、有効画素転送期間Ｔ３、水平ＯＢ転送期間Ｔ４により構成される。なお、ダミー転送期間Ｔ２は、図４に示したダミー用レジスタ３５における信号電荷の出力（掃出し）期間である。

上記のように、撮像素子３による撮像開始直後においては水平ＯＢピクセルの画素値を使用するクランプ設定が行われることにより、前記クランプパルスに応じてアナログフロントエンド回路部７の黒レベル基準電圧設定回路７４において水平ＯＢ転送期間Ｔ４の出力信号の電圧が黒レベル基準電圧としてＣＤＳ回路７１に設定され、その黒レベル基準電圧に基づいたクランプ動作がＣＤＳ回路７１によって行われる。

その後、ＣＰＵ９は、撮像素子３から１ライン分の画像データが転送（出力）される毎に（ステップＳ２でＹＥＳ）、その転送ラインが有効画素ラインに接している垂直ＯＢ領域３ｂ内のラインであるか否かを確認する（ステップＳ３）。そして、有効画素ラインに接している転送ライン（以下、スミア検出用ラインという。）であれば（ステップＳ３でＹＥＳ）、引き続き、その転送ラインの画素データ値（Ｖｏｂ）が所定のスミア判断閾値（Ｖｔｈ）を超えているか否かに基づいて垂直ＯＢ領域３ｂにおけるスミアの有無を判断する（ステップＳ４）。

なお、上記画素データ値（Ｖｏｂ）は、例えば転送ラインの各画素データのうちで最大の画素データ値であり、またスミア判断閾値（Ｖｔｈ）は、予想される暗電流に応じた画素データ値以上の値である。

そして、転送ラインの画素データ値（Ｖｏｂ）がスミア判断閾値（Ｖｔｈ）以下であって、垂直ＯＢ領域３ｂにスミアが発生していないと判断した場合には（ステップＳ４でＮＯ）、現在のクランプ設定が後述するダミーピクセルの画素値を基準とする設定でなく、前述した水平ＯＢ領域３ｃ（水平ＯＢピクセル）を基準とするものであれば（ステップＳ５でＮＯ）、そのままステップＳ２へ戻る。すなわち、次フレームの駆動期間においても撮像開始直後と同様のクランプ動作が継続される。

逆に、現在のクランプ設定が後述するダミーピクセルの画素値を基準とする設定であったときには（ステップＳ５でＹＥＳ）、クランプ設定を水平ＯＢ領域３ｃを基準とする設定に切り換えた後（ステップＳ６でＮＯ）、ステップＳ２へ戻る。

また、ステップＳ４の判断結果がＹＥＳであって、転送ラインの画素データ値（Ｖｏｂ）がスミア判断閾値（Ｖｔｈ）を超えており、垂直ＯＢ領域３ｂにスミアが発生していると判断した場合には、さらに、現在のクランプ設定が前述した水平ＯＢ領域３ｃを基準とするクランプ設定であるか否かを判別する（ステップＳ７）。そのとき、現在のクランプ設定が水平ＯＢ領域３ｃを基準とする設定でなく、後述するダミーピクセルの画素値を基準とする設定であれば（ステップＳ７でＮＯ）、そのままステップＳ２へ戻る。すなわち、次フレームの駆動期間においてもダミーピクセルの画素値を基準とする設定に応じたクランプ動作が継続される。

また、上記と逆に、現在のクランプ設定が水平ＯＢ領域３ｃを基準とするクランプ設定であったときには（ステップＳ７でＹＥＳ）、まず１ライン分の水平転送クロック数を、前記基準クロック数（Ｈｃｌｋ）に余剰転送クロック数（Ｈα）を加えたクロック数に増加して、それに応じた垂直転送パルス、水平転送パルスをＴＧ４に発生させ、同時に、暗電流成分のクランプに使用する基準値の検出時期を水平ＯＢ画素転送期間Ｔ４に代えてダミーピクセルの信号電荷が水平転送されるダミー転送期間Ｔ２に設定する、つまりクランプ設定をダミーピクセルの画素値を基準とするクランプ設定に切り換え、ＴＧ４にダミー転送期間Ｔ２に同期するクランプパルスを発生させる（ステップＳ８）。

図６は、上記各パルスによるスミア発生時の動作を示したタイミングチャートであり、図示したように、スミア発生時における撮像素子（ＣＣＤ）３の駆動期間には、上記水平転送クロック数が増加されることにより、水平ＯＢ転送期間Ｔ４の後に余剰電荷転送期間Ｔ５が確保される。

また、ダミーピクセルを基準とするクランプ設定が行われることにより、前記クランプパルスに応じてアナログフロントエンド回路部７の黒レベル基準電圧設定回路７４においてダミー転送期間Ｔ２の画像信号、つまりスミアが発生していないときの水平ＯＢ領域３ｃの画素値とほぼ同様の暗電流成分を含む出力信号の電圧が黒レベル基準電圧としてＣＤＳ回路７１に設定され、その黒レベル基準電圧に基づいたクランプ動作がＣＤＳ回路７１によって行われる。すなわち、図６において破線による楕円で示したような暗電流以外のスミアによる電荷が含まれる水平ＯＢ転送期間Ｔ４の信号レベルに代えて、暗電流のみによる信号レベルを基準としたクランプ動作が次フレームの駆動期間に行われる。

これ以後、ＣＰＵ９は、上述したステップＳ２〜ステップＳ８の処理を繰り返し行うことにより、撮像素子３の駆動期間中における撮像信号のクランプ処理を制御する。

つまり、次フレームの駆動期間中に黒レベル基準電圧として使用される信号レベルが、スミアの有無に応じ、水平ＯＢピクセルの信号レベル又はダミーピクセルの信号レベルに適宜（１フレームを最小切替単位として）切り替えられる。同時に各フレームにおいては、撮像素子３の出力信号が１ライン転送毎に設定される黒レベル基準電圧（水平ＯＢピクセル又はダミーピクセルの信号レベル）でクランプされる。

以上のように本実施の形態においては、撮像素子３を駆動しているとき、スミアが発生していないと判断されている通常時には、水平ＯＢピクセルの画素値を黒レベル基準電圧（暗電流の基準値）とすることによって、撮像信号に対する適切なクランプ処理を行うことができる。また、スミアが発生している場合には、仮にクランプ処理に使用する水平ＯＢ領域３ｃの全体又は大部分にスミア等による影響が生じていたり、水平ＯＢ領域３ｃの遮光幕が不完全であったりする場合であっても、それらの影響を受けることがないダミーピクセルの画素値を黒レベル基準電圧（暗電流の基準値）とすることによって、撮像信号に対する適切なクランプ処理を行うことができる。したがって、撮影期間中にはスミアの発生の有無に関係なく、常に適切なクランプ処理を行うことができる。

しかも、本実施の形態においては、スミアが発生している場合には、水平ＯＢ転送期間Ｔ４の後に余剰電荷転送期間Ｔ５を確保することにより、１ライン分の水平転送が終了した後、前述したダミー用レジスタ３５に電荷が残存していたとしても、その電荷を黒レベル基準電圧として使用する以前に掃き出させることができる。したがって、ダミーピクセルの画素値を、スミアが発生していないときの水平ＯＢピクセルの画素値により近い値とすることができ、黒レベル基準電圧としてより正確な値を取得することができる。その結果、スミアが発生しているときのクランプ処理をより適切に行うことができる。

なお、本実施の形態では、１フレーム分の撮像信号の転送（出力）途中において、スミア検出用ラインにおけるスミアの有無を判断し、その判断結果に応じてクランプ設定を水平ＯＢピクセルの画素値を使用する設定、又はダミーピクセルの画素値を基準とする設定に逐次変更するリアルタイム処理としたが、以下のようにしてもよい。

例えば、ＤＳＰ８のバッファメモリに１フレーム分の全ての撮像信号が蓄積された段階で、スミア検出用ラインにおけるスミアの有無を判断し、その判断結果に応じ現在の蓄積フレームの画像データに対するクランプ設定、及びクランプ処理を行うようにしてもよい。その場合には、前述した動画撮影中や静止画撮影でのスルー画像表示中に限らず、静止画撮影時にも対応することができる。

また、スミアの有無を、有効画素ラインに接している垂直ＯＢ領域３ｂ内の転送ライン（スミア検出用ライン）の出力信号から判断するものについて説明したが、スミアの有無を垂直ＯＢ領域３ｂ内の複数ライン分の画素データ値（Ｖｏｂ）の平均値や最大値等から判断することにより、スミアの検出精度を上げてもよい。さらには、スミアの有無を、複数フレーム分のスミア検出用ラインに基づいて複数フレーム毎に判断してもよい。

また、スミアの有無を判断する際には、クランプ設定が頻繁に変わることを防ぐために、スミア検出用ラインの画素データ値（Ｖｏｂ）等に、いったんヒステリシスを持たせるため所定の演算を行い、その演算結果に基づきスミアの有無を判断するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、スミアが発生していない通常時にはクランプ設定を、水平ＯＢピクセルの画素値を使用するクランプ設定とし、水平ＯＢ転送期間Ｔ４の画像信号の信号レベルを黒レベル基準電圧としてＣＤＳ回路７１に設定するようにしたが、通常時にはクランプ設定を、垂直ＯＢピクセル（垂直ＯＢ領域の画素）の画素値を使用するクランプ設定とし、水平転送期間の出力信号の信号レベルを黒レベル基準電圧としてＣＤＳ回路７１に設定するようにしてもよい。

また、スミアが発生している場合にのみ、水平ＯＢ転送期間Ｔ４の後に余剰電荷転送期間Ｔ５を確保するようにしたが、これに限らず、余剰電荷転送期間Ｔ５は、スミアが発生していない通常時を含めて常時確保される構成であっても構わない。

また、ＣＰＵ９によるクランプ処理の制御に使用されるスミア判断閾値（Ｖｔｈ）や余剰転送クロック数（Ｈα）等のパラメータが、メモリ１１（パラメータ記憶領域１０３）に格納する場合について説明したが、上記パラメータを、例えばＤＳＰ８内のレジスタに格納する構成としてもよく、さらには、アナログフロントエンド回路部７内やＴＧ４内のレジスタに格納する構成としてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態で説明したクランプ処理とほぼ同様の処理をハードウェアによって実現するデジタルカメラに関するものである。図７は、本実施の形態におけるデジタルカメラ５１の要部を示すブロック図である。以下、図１に示したものと異なる部分について説明する。

すなわちデジタルカメラ５１においては、アナログフロントエンド回路部７に、前述した黒レベル基準電圧設定回路７４に代えてＯＢクランプ回路７５、ダミークランプ回路７６、クランプスイッチ回路７７が設けられている。

ＯＢクランプ回路７５は、前述した水平ＯＢ転送期間Ｔ４の画像信号の信号レベルを黒レベル基準電圧としてＣＤＳ回路７１に設定する回路であり、ダミークランプ回路７６は、前述したダミー転送期間Ｔ２の画像信号の信号レベルを黒レベル基準電圧としてＣＤＳ回路７１に設定する回路である。

クランプスイッチ回路７７は、所定のスミア判断閾値（Ｖｔｈ）を記憶するレジスタ７７ａを含むとともに、水平ＯＢ転送期間Ｔ４にＣＤＳ回路７１から出力された撮像信号の出力値を監視し、その出力値が前記スミア判断閾値（Ｖｔｈ）以下のときには、ＯＢクランプ回路７５によって黒レベル基準電圧をＣＤＳ回路７１に設定させ、スミアが発生している場合のように出力値がスミア判断閾値（Ｖｔｈ）以上のときには、ダミークランプ回路７６によって黒レベル基準電圧をＣＤＳ回路７１に設定させる回路であって、本発明のスミア検出手段、切換手段として機能する。

そして、本実施の形態においては、アナログフロントエンド回路部７が、ＴＧ４に対して、ＯＢクランプ回路７５によってＣＤＳ回路７１に黒レベル基準電圧が設定されている間には、１ライン分の水平転送クロック数が前記基準クロック数（Ｈｃｌｋ）である図５に示した垂直転送パルス、水平転送パルスを発生させるための信号を送り、かつダミークランプ回路７６によってＣＤＳ回路７１に黒レベル基準電圧が設定されている間には、１ライン分の水平転送クロック数が前記基準クロック数（Ｈｃｌｋ）に前記余剰転送クロック数（Ｈα）を加えたクロック数である図６に示した垂直転送パルス、水平転送パルスを発生させるための信号を送る構成となっており、本発明の水平転送制御手段として機能する。

また、前記メモリ１１のパラメータ記憶領域１０３には、前述したスミア判断閾値（Ｖｔｈ）、水平転送クロック数（Ｈｃｌｋ）、余剰転送クロック数（Ｈα）を除いた各種パラメータ、すなわちＣＰＵ９が装置各部の制御に必要とする各種パラメータが記憶されている。なお、これ以外の構成については図１に示したものと同様であるため、同一部分に同一符号を付し説明を省略する。

したがって、以上の構成を備えることによりデジタルカメラ５１にあっては、第１の実施の形態で説明したものと同様に、撮影期間中にはスミアの発生の有無に関係なく、常に適切なクランプ処理を行うことができ、しかもスミアが発生している場合には、黒レベル基準電圧としてより正確な値を取得することができ、スミアが発生しているときのクランプ処理をより適切に行うことができる。

また、本実施の形態においては、クランプスイッチ回路７７が、水平ＯＢ転送期間Ｔ４にＣＤＳ回路７１から出力された撮像信号の出力値に基づいて、ＣＤＳ回路７１に設定する黒レベル基準電圧を、ＯＢクランプ回路７５側で取得された信号レベルとダミークランプ回路７６側で取得された信号レベルとに切り換える構成、つまりスミアの発生を水平ＯＢ領域３ｃの画素値により検出する構成であるため、第１の実施の形態とは異なり、スミアが発生した場合には、いずれの水平ラインの信号電荷を出力しているときでも、それに適したクランプ動作に直ちに移行することができる。

なお、本実施の形態のように本発明に係るクランプ処理をハードウェアによって実現する場合であっても、第１の実施の形態と同様に、スミアの検出を垂直ＯＢ領域３ｂの画素値に基づき行うようにしてもよい。その場合であっても、撮影期間中にはスミアの発生の有無に関係なく、常に適切なクランプ処理を行うことができる。また、スミアの発生の有無に関係なく、水平ＯＢ転送期間Ｔ４の後に余剰電荷転送期間Ｔ５が常時確保される構成であっても構わない。

（他の実施形態）
また、以上説明した第１及び第２の実施の形態では、スミアが発生しているときには、ダミー転送期間Ｔ２中における撮像素子３の出力値に基づいたクランプ処理を行うようにしたが、それとは別に、垂直転送期間Ｔ１中における撮像素子３の出力値に基づいたクランプ処理を行うようにすることもできる。

図８は、それを第１の実施の形態で説明した構成のデジタルカメラ１において実施する場合におけるスミア発生時の動作の一例を示した図６に対応するタイミングチャートである。この場合、垂直転送期間Ｔ１中における撮像素子３の出力値は基本的には"０"であるため、スミアが発生していたとしても、水平ＯＢ転送期間Ｔ４中中における撮像素子３の出力値（水平ＯＢ領域３ｃの画素値）に基づくクランプ処理を行う場合に比べ、より正確な黒レベル基準電圧を取得することができ、スミア成分を含む誤った黒レベル基準電圧による不適切なクランプ処理（クランプミス）を回避することができる。

また、図８には、クランプパルスに応じた黒レベル基準電圧の取得タイミングを垂直転送期間Ｔ１の中程とした例を示したが、黒レベル基準電圧の取得タイミングは、垂直転送期間Ｔ１の開始直後や終了直前であっても構わない。また、余剰電荷転送期間Ｔ５は確保しなくともよい。

なお、以上の説明においては、本発明をデジタルカメラに適用する場合について説明したが、これに限らず、本発明はデジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話端末、カメラ付きＰＤＡ等の他の撮像装置にも採用することができる。

第１の実施の形態のデジタルカメラの要部を示すブロック図である。 撮像素子の受光面を示した図である。 撮像素子の概略構造を示した模式図である。 ＣＰＵによる撮像信号のクランプ処理に関する制御内容を示したフローチャートである。 撮像開始直後、及び通常時の動作を示したタイミングチャートである。 スミア発生時の動作を示したタイミングチャートである。 第２の実施の形態のデジタルカメラの要部を示すブロック図である。 他の実施の形態を示す図６に対応するタイミングチャートである。

符号の説明

１ デジタルカメラ
３ 撮像素子
３ａ 有効画像領域
３ｂ 垂直ＯＢ領域
３ｃ 水平ＯＢ領域
４ ＴＧ（タイミング発生器）
７ アナログフロントエンド回路部
９ ＣＰＵ
１１ メモリ
３１ フォトダイオード
３２ トランスファゲート
３３ 垂直転送ＣＣＤ
３４ 水平転送ＣＣＤ
３５ ダミー用レジスタ
３６ 出力回路
５１ デジタルカメラ
７１ ＣＤＳ回路
７２ ゲイン調整アンプ
７３ ＡＤＣ回路
７４ 黒レベル基準電圧設定回路
７５ ＯＢクランプ回路
７６ ダミークランプ回路
７７ クランプスイッチ回路
７７ａ レジスタ

Claims (7)

1. 固体撮像素子を備えた撮像装置において、
   前記固体撮像素子の出力信号を基準レベルにクランプするクランプ手段と、
   前記固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出するスミア検出手段と、
   このスミア検出 手段による検出結果に応じ、前記クランプ手段により出力信号のクランプに使用される基準レベルを、前記出力信号における、前記固体撮像素子の受光面に設けられているオプティカルブラック領域の画素の信号レベルから前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送路の水平方向一端に設けられたダミーピクセルの信号レベルに切り換える切換手段と、
   前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送期間内に、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記基準レベルの取得タイミングの同期対象となるダミー転送期間と、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記ダミー転送期間とは異なる余剰電荷転送期間とを確保する水平転送制御手段と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記水平転送制御手段は、前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送数を、前記ダミーピクセルに応じた数だけ増減することにより、前記余剰電荷転送期間を確保することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記スミア検出手段は、前記固体撮像素子のオプティカルブラック領域の画素の信号レベルに基づいて固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記固体撮像素子のオプティカルブラック領域は、受光面における複数行分の画素からなる水平オプティカルブラック領域、及び受光面における複数列分の画素からなる垂直オプティカルブラック領域であり、
   前記スミア検出手段は、前記水平オプティカルブラック領域又は前記垂直オプティカルブラック領域のいずれか一方の領域の画素の信号レベルに基づいて固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記固体撮像素子のオプティカルブラック領域は、受光面における複数行分の画素からなる水平オプティカルブラック領域、及び受光面における複数列分の画素からなる垂直オプティカルブラック領域であり、
   前記切換手段は、前記スミア検出手段による検出結果に応じ、前記クランプ手段により出力信号のクランプに使用される基準レベルを、前記水平オプティカルブラック領域又は前記垂直オプティカルブラック領域のいずれか一方の領域の画素の信号レベルから前記ダミーピクセルの信号レベルに切り換える
   ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の撮像装置。
6. 固体撮像素子の出力信号を基準レベルにクランプする方法であって、
   前記固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出する工程と、
   その工程での検出結果に応じ、前記出力信号のクランプに使用される基準レベルを、前記出力信号における、前記固体撮像素子の受光面に設けられているオプティカルブラック領域の画素の信号レベルから前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送路の水平方向一端に設けられたダミーピクセルの信号レベルに切り換える工程と、
   前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送期間内に、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記基準レベルの取得タイミングの同期対象となるダミー転送期間と、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記ダミー転送期間とは異なる余剰電荷転送期間とを確保する工程と
   を含むことを特徴とするクランプ方法。
7. 固体撮像素子を備えた撮像装置が有するコンピュータに、
   前記固体撮像素子におけるスミアの発生の有無を検出する手順と、
   その手順での検出結果に応じ、前記出力信号のクランプに使用される基準レベルを、前記出力信号における、前記固体撮像素子の受光面に設けられているオプティカルブラック領域の画素の信号レベルから前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送路の水平方向一端に設けられたダミーピクセルの信号レベルに切り換える手順と、
   前記固体撮像素子における信号電荷の水平転送期間内に、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記基準レベルの取得タイミングの同期対象となるダミー転送期間と、前記ダミーピクセルの信号電荷の出力期間であって前記ダミー転送期間とは異なる余剰電荷転送期間とを確保する手順と
   を実行させるためのプログラム。

Images