JP2002300478A

JP2002300478A - 撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体

Info

Publication number: JP2002300478A
Application number: JP2001097043A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kurokawa; 信二黒川; Yasuyuki Yamazaki; 康之山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】強い光が入射しＯＢ期間に電荷が漏れこんだ
場合でも、クランプレベルを本来のレベルに早く収束さ
せることにより、静止画の撮影において適正なレベルの
画像が得られるようにする。【解決手段】静止画を撮影する場合、所定時間露光し
た後（時間ｔ３から時間ｔ４）、シャッター手段を閉
じ、露光期間に固体撮像素子３の有効画素部に蓄積され
た信号を読み出す（時間ｔ７から時間ｔ８）前に、シャ
ッター手段を閉じた状態で、所定の期間前記固体撮像素
子の有効画素及びオプティカルブラック部から垂直転送
部への電荷の読み出しを禁止し、垂直転送部及び水平転
送部の電荷のみを読み出す空読み出しを行うようにする
（時間ｔ５から時間ｔ６）。

Description

【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、撮像装置
の制御方法、プログラム、及びコンピュータ読み取り可
能な記憶媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、固体撮像素子（例えばＣＣ
Ｄ）を用いた撮像装置が種々提案されている。図１０に
は、従来の撮像装置における固体撮像素子からクランプ
回路部までの構成を表すブロック図を示す。このように
した撮像装置では、レンズを介して入射する被写体光を
固体撮像素子３で受光し、固体撮像素子３の出力信号を
相関二重サンプリング（以下、ＣＤＳとも表す）を行う
ＣＤＳ部４に入力し、クロックの除去やノイズの軽減を
行う。ＣＤＳ部４の出力信号はクランプ回路部５に入力
され、固体撮像素子３の遮光された画素の出力で黒レベ
ルに対応したオプティカルブラック（以下、ＯＢとも表
す）部を、クランプパルスＣＰＯＢの制御により一定の
直流電位にクランプし、黒の基準となる信号レベルを生
成する。その後、Ａ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換された画像
データは、後段の信号処理部へ入力されて、表示又は記
録等所望の形式となるように種々の信号処理や変換がな
される。

【０００３】ここで、図１１（ａ）、（ｂ）に、固体撮
像素子３の基本的な構成を示す。固体撮像素子は、被写
体光を受光可能な有効画素領域１１１と、アルミ等で遮
光を施したオプティカルブラック領域１１２とからな
る。有効画素領域１１１とオプティカルブラック領域１
１２には、各画素に対応してそれぞれフォトダイオード
１１３、１１４が設けられている。オプティカルブラッ
ク領域１１２のフォトダイオード１１４からの出力は光
学的な黒レベルの基準として用いられる。

【０００４】更に、フォトダイオード１１３、１１４の
各列に沿って設けられた垂直転送レジスタ１１５と、垂
直転送レジスタ１１５からの電荷を出力回路１１７に転
送する水平転送レジスタ１１６とを有する。これによ
り、フォトダイオード１１３で光電変化された電荷は、
対応する垂直転送レジスタ１１５に送られ、垂直転送パ
ルスＶφ１〜Ｖφ４に同期して水平転送レジスタ１１６
へと順次送られる。水平転送レジスタ１１６へ送られた
電荷は、水平転送パルスＨφ１、Ｈφ２に同期して出力
回路１１７へと順次送られ、後段回路へと出力される。
また、１１８は水平転送レジスタ１１６のうちで垂直転
送レジスタ１１５から電荷が転送されない部分所謂ダミ
ー部である。

【０００５】ところで、図１０に示す従来の撮像装置の
クランプ回路において、クランプの時定数を短くした場
合、ライン間で異なるＯＢレベルをサンプルホールドし
てクランプすることになり、結果として画面上に水平方
向の筋状のノイズとなり画質に影響を与えてしまうこと
がある。そのため、従来の撮像装置のクランプ回路にお
いては、画質と応答スピードを考慮して、ＯＢクランプ
時の時定数はある程度長くしておく必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体撮
像素子３にスポット光や太陽光等の非常に強い光が入射
した場合、受光可能な有効画素領域１１１で発生した電
荷がオーバーフローを起こし、垂直転送レジスタ１１５
及び水平転送レジスタ１１６までに至り、本来電荷がほ
とんど転送されないＯＢ部に対応する電荷の転送期間つ
まりＯＢ期間にも多くの電荷が転送されることになる。
その結果、ＣＤＳ部４から出力される信号のＯＢレベル
は、本来の黒レベルとは異なった通常よりも高いレベル
となってしまう。

【０００７】図１２により現象を追ってみると、同図
（ａ）に示すように、通常動作時のＣＣＤ出力は、有効
画素期間に被写体光に相当する電荷が蓄積され、ＯＢ期
間は遮光されているため電荷は発生しない。これをＣＤ
Ｓ部４において、サンプルホールドパルスＳＨ１でリセ
ットレベルをサンプルホールドし、サンプルホールドパ
ルスＳＨ２で信号レベルをサンプルホールドし、その差
を信号レベルとして取り出す相関二重サンプリングを行
うと、図に示すようなＣＤＳ出力信号が得られる。な
お、図に示すＣＤＳ出力波形は、信号レベルが高い（Ｃ
ＣＤにおいて多くの電荷が蓄積されたとき）と上方向と
なるように変換されている。このＣＤＳ出力信号をクラ
ンプ回路部５でクランプパルスがＬＯＷとなる期間でＯ
Ｂ部をクランプすることにより、一定の直流電位にな
り、後段のＡ／Ｄ変換や種々の信号処理を行う際の基準
レベルとなる。

【０００８】ところで、スポット光や太陽光等の非常に
強い光が入射し、ＯＢ期間にも電荷が転送されると、図
１２（ｂ）に示すように、ＣＤＳ出力のＯＢ期間の信号
レベルは本来の黒レベルよりも高いものとなってしま
う。この状態で、クランプ回路部５によりＯＢ部をクラ
ンプしてしまうと、この高くなってしまったレベルが信
号の基準レベルとなり、図に示すＣＤＳ出力のように有
効画素部の信号とのレベル差が少なくなり、結果的に暗
い映像信号が得られることになる。更に、ＯＢ部の電位
が高くなり有効画素部と同電位となってしまった場合に
は、結果的に得られるものは真っ黒な映像信号となって
しまう。

【０００９】図１３は、１水平期間における通常動作時
とＯＢ部に電荷が漏れ込んだ時とのＣＤＳ出力の波形を
表したものである。通常時のＣＤＳ出力のようにＯＢレ
ベルが本来のレベルにあれば、有効画素期間の信号レベ
ルは正しく処理されるが、ＯＢ期間電荷漏れ込み時のＣ
ＤＳ出力に示したような変動した黒レベルでクランプす
れば、変動した黒レベル以下の信号は黒とみなされ暗い
映像信号が得られることが容易に理解できる。更に、Ｏ
Ｂ期間に多くの電荷が漏れこんでしまい、ＯＢ期間と有
効画素部の最も高いところとが同電位となってしまった
場合には、結果として得られる画像は真っ黒となってし
まうことも容易に理解できる。

【００１０】ところで、非常に強い光の入射が収まった
場合や静止画撮影のように例えばメカニカルシャッター
で露光を終了した場合は、ＯＢ期間での電荷の漏れが徐
々に減少する。しかしながら、上述したような理由でク
ランプの時定数をある程度長くしている場合は、本来の
レベルとは異なるレベルがクランプされる時間が長く維
持され、本来クランプされるべき正しいレベルに戻るま
でにかなりの時間がかかってしまう。

【００１１】図１４に示すように、ＯＢ期間に電荷が漏
れこんだ状態で静止画の撮影を行うと、静止画の露光期
間のＣＤＳ出力のＯＢレベルは本来の黒レベルよりも高
い状態にある。メカニカルシャッターが閉じて静止画の
露光が終了すると、固体撮像素子３への光の入射はなく
なるため、固体撮像素子３の静止画の読み出し開始から
ある時点まではクランプレベルは徐々に本来の値に戻り
つつあるが、本来の黒レベルを得ることができない期間
が発生してしまう。そのため、画面の一部の輝度レベル
が本来のレベルとならず、結果として所望の画像が得ら
れないことがあるという問題があった。

【００１２】本発明は、上記のような問題を解決するた
めに成されたものであり、強い光が入射しＯＢ期間に電
荷が漏れこんだ場合でも、クランプレベルを本来のレベ
ルに早く収束させることにより、適正なレベルの画像が
得られるようにすることを目的とする。

【００１３】

【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、本発明の撮像装置について説明すれば、被写体光
を受光して電荷を発生する有効画素部、黒レベルに対応
した信号を出力するための遮光されたオプティカルブラ
ック部、前記有効画素部及び前記オプティカルブラック
部から読み出された電荷を垂直方向に転送するための垂
直転送部、及び前記垂直転送部で転送された電荷を水平
方向に転送するための水平転送部を有する固体撮像素子
と、前記固体撮像素子に被写体光が入射しないように遮
光するためのシャッター手段とを備えた撮像装置であっ
て、所定時間露光した後前記シャッター手段を閉じ、露
光期間に前記固体撮像素子の有効画素部に蓄積された信
号を読み出す前に、前記シャッター手段を閉じた状態
で、所定の期間前記固体撮像素子の有効画素及びオプテ
ィカルブラック部から垂直転送部への電荷の読み出しを
禁止し、垂直転送部及び水平転送部の空読み出しを行う
制御手段を備えた点に特徴を有する。

【００１４】本発明の他の撮像装置は、被写体光を受光
して電荷を発生する有効画素部、黒レベルに対応した信
号を出力するための遮光されたオプティカルブラック
部、前記有効画素部及び前記オプティカルブラック部か
ら読み出された電荷を垂直方向に転送するための垂直転
送部、及び前記垂直転送部で転送された電荷を水平方向
に転送するための水平転送部を有する固体撮像素子と、
露光期間に前記固体撮像素子の有効画素部に蓄積された
信号を読み出す前に、前記水平転送部の空読み出しを行
う制御手段とを備えた点に特徴を有する。

【００１５】また、本発明の撮像装置の他の特徴とする
ところは、前記固体撮像素子の出力信号からノイズを除
去するための相関二重サンプリング手段と、前記相関二
重サンプリング手段の出力信号のうち、前記オプティカ
ルブラック部分の信号を所定の基準電圧にクランプする
ためのクランプ手段と、前記クランプ手段の出力信号を
アナログ信号からデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ
変換手段とを備えた点にある。

【００１６】また、本発明の撮像装置の他の特徴とする
ところは、前記固体撮像素子からの空読み出しの期間
に、前記クランプ手段の時定数を短くする制御手段を備
えた点にある。

【００１７】また、本発明の撮像装置の他の特徴とする
ところは、前記固体撮像素子からの空読み出しの期間
に、前記クランプ手段で１水平期間に複数回クランプを
行わせる制御手段を備えた点にある。

【００１８】また、本発明の撮像装置の他の特徴とする
ところは、前記空読み出しの期間を任意に設定可能とし
た点にある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム、及びコン
ピュータ読み取り可能な記憶媒体の実施の形態について
説明する。

【００２０】（第１の実施の形態）図１には、本実施の
形態の撮像装置の構成を示す。同図において、１は被写
体の光学像を固体撮像素子３に結像させるレンズであ
る。２はシャッター機能を有し、レンズ１を通った光量
を制御するための絞りを兼ねた絞り・シャッターであ
る。３はレンズ１で結像された被写体光を電気信号とし
て取り込むための固体撮像素子である。４は固体撮像素
子３より出力される電気信号のクロックの除去やノイズ
を軽減するための相関二重サンプリングを行うＣＤＳ部
である。５は固体撮像素子３の遮光された画素の出力で
光学的黒レベルに対応したオプティカルブラック部を所
定の基準電圧にクランプするクランプ回路部である。６
はクランプ出力の信号をアナログ信号からデジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換部である。

【００２１】７は表示や記録等をするために所望の形式
となるように種々の信号処理や変換を行う信号処理部で
ある。８は固体撮像素子３、ＣＤＳ部４、クランプ回路
部５、及びＡ／Ｄ変換部６へ必要なパルスを発生するタ
イミングパルス発生部である。９はレンズ１や絞り・シ
ャッター２を駆動するための光学系駆動部である。１０
は撮像装置全体の制御及び各種演算を行うシステム制御
部である。１１は信号処理部７からの信号を受けてＬＣ
Ｄ等に表示する表示部である。１２は画像データの記録
又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体で
ある。

【００２２】次に、図２のフローチャートを参照して、
本実施の形態の撮像装置の基本動作について説明する。
撮像装置は、メインスイッチがオンされると（ステップ
Ｓ３０１）、メイン電源及びコントロール系の電源をオ
ンする。そして、モードが撮影又は再生かを判断し（ス
テップＳ３０２）、撮影モードであれば撮影シーケンス
に入る。再生モードであれば、再生シーケンスに行き、
記録媒体１２からデータを一旦信号処理部７に取り込み
（ステップＳ３１９）、表示のための信号処理を行い、
ＬＣＤ等に画像を表示する（ステップＳ３２０）。その
後、メインスイッチがオフされるまで画像を表示し、メ
インスイッチがオフされたら（ステップＳ３２１）、画
像の表示を中止し電源をオフする。

【００２３】上記ステップＳ３０２の判断において撮影
シーケンスに入った場合は、ＡＦレンズのレンズ位置を
リセット位置まで駆動し（ステップＳ３０３）、固体撮
像素子３やタイミングパルス発生部７等の撮像系回路の
電源をオンする。システム制御部１０の制御により光学
系駆動部９からの信号で絞り・シャッター２をまず開放
にした後（ステップＳ３０４）、固体撮像素子３を通っ
た信号をＣＤＳ部４で相関二重サンプリング、クランプ
回路部５でＯＢ部をクランプ、Ａ／Ｄ変換部６でＡ／Ｄ
変換を行い、その変換された画像データを信号処理部７
で処理し、更にシステム制御１０に入力し、ここで測光
値を演算する（ステップＳ３０５）。この測光を行った
結果に応じてシステム制御１０はプログラム線図によ
り、絞り、シャッタースピード決定し制御する（ステッ
プＳ３０６）。

【００２４】表示モードを確認し（ステップＳ３０
７）、表示ＯＮのモードの場合はＬＣＤ等の表示を行い
（ステップＳ３０８）、そうでない場合はレリーズスイ
ッチの第１のスイッチがオンされるまで待機する。第１
のスイッチがオンされると（ステップＳ３０９）、再び
測光を行い（ステップＳ３１０）、その結果に応じてシ
ステム制御１０は再度プログラム線図により、絞り、シ
ャッタースピード決定し再度制御する（ステップＳ３１
１）。

【００２５】次に、固体撮像素子３、ＣＤＳ部４、クラ
ンプ部５、Ａ／Ｄ変換部６を通った信号から信号処理部
７で高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算をシ
ステム制御１０で行う（ステップＳ３１２）。その後、
レンズを駆動して合焦か否かを判断し（ステップＳ３１
３）、合焦していないと判断したときは再びレンズを駆
動し測距を行う。

【００２６】合焦後、レリーズスイッチの第２のスイッ
チがオンされるまで待機し、第２のスイッチがオンされ
たら（ステップＳ３１４）、静止画の露光を行う（ステ
ップＳ３１５）。露光が終了すると、固体撮像素子３、
ＣＤＳ部４、クランプ部５、Ａ／Ｄ変換部６を通った画
像データは信号処理部７で所望の信号処理がなされ、シ
ステム制御１０の制御により半導体メモリ等の着脱可能
な記録媒体１２に記録される。

【００２７】このとき、第２のスイッチが押され続けて
いた場合は（ステップＳ３１６）、ＬＣＤ等に画像を表
示し（ステップＳ３１７）第２のスイッチがオフされる
まで表示し続け、オフされたときには表示を止めて撮影
を終了する。上記ステップＳ３１６で最初から第２のス
イッチがオフだった場合は、表示を行わずに撮影を終了
する。

【００２８】メインスイッチがオフされていなければ
（ステップＳ３１８）、レリーズスイッチの第１のスイ
ッチが押されるまでのシーケンスを再度行い、レリーズ
スイッチの第１のスイッチがオンされるまで待機する。
メインスイッチがオフされれば、光学ブロックの各メカ
は所定の位置に戻りメインの電源を切る。

【００２９】以下、本実施の形態の動作について、図３
のタイミングチャート、図４の固体撮像素子３からクラ
ンプ回路部５までの構成、及び、タイミングパルス発生
部８の構成を表すブロック図を用いて説明する。

【００３０】図３において、ＶＤ、ＨＤは垂直及び水平
同期信号であり、固体撮像素子３から信号処理部７まで
に至るブロックにおいて撮影系のタイミングの基本とな
る同期パルスである。

【００３１】Ｖφ１、Ｖφ３は、固体撮像素子３を構成
する垂直転送レジスタにおいて電荷を転送させるための
垂直転送パルスＶφ１〜Ｖφ４のうちの一部であり、電
荷をフォトダイオードから垂直転送レジスタへシフトさ
せる読み出しパルスを有する。ＭＡＳＫは、Ｖ１、Ｖ３
に加算しＶφ１、Ｖφ３を生成する読み出し信号をマス
クするためのマスク信号である。ＳＵＢは、フォトダイ
オードの電荷を基板方向にクリアすることにより露光を
制御するためのパルスである。

【００３２】シャッターは、絞りを兼ねたメカニカルな
シャッターの開閉を表す。ＣＰＯＢは、光学的黒レベル
であるオプティカルブラック部をクランプするためのタ
イミングパルス発生部から出力されるクランプパルスで
ある。固体撮像素子出力は、固体撮像素子３の出力信号
である。ＣＤＳ出力のＯＢレベルは、ＣＤＳ部４の出力
信号でＯＢ部の信号レベルを示したものである。

【００３３】また、図４において、Ｖφ１、Ｖφ３は、
それぞれの読み出しパルスをマスク信号とのＡＮＤをと
って加算した信号で、固体撮像素子３へ出力する。ＳＨ
１、ＳＨ２は、ＣＤＳ部４で相関二重サンプリングを行
うためのパルスで、サンプルホールドパルスＳＨ１でリ
セットレベルを、サンプルホールドパルスＳＨ２で信号
レベルをサンプルホールドするためのパルスである。

【００３４】図３のタイミングチャートにおいて、固体
撮像素子３から露光と電荷の読み出しを連続的に繰り返
し行っている状態のある時間ｔ１において、固体撮像素
子３にスポット光や太陽光等の非常に強い光が入射した
場合、有効画素領域で発生した電荷がオーバーフローを
起こし、垂直転送レジスタ及び水平転送レジスタまでに
至り、本来電荷がほとんど転送されないＯＢ部に対応す
る電荷の転送期間つまりＯＢ期間にも多くの電荷が転送
されることになる。そのため、ＣＤＳ出力のＯＢレベル
は、図に示すように本来の黒レベルと異なった通常より
も高いレベルとなる。

【００３５】時間ｔ２でレリーズスイッチの第２のスイ
ッチが押されると、固体撮像素子３の駆動モードを変更
する等の静止画撮影のための露光の準備をする。その
後、フォトダイオードの電荷を基板方向にクリアするた
めの最後のＳＵＢパルスが出た時間ｔ３から露光を開始
し、メカニカルシャッターが閉じきった時間ｔ４で露光
を終了する。すなわち、時間ｔ３から時間ｔ４までの間
が、静止画撮影の露光期間となる。同図において、シャ
ッターがＬＯＷとなっている期間は、メカニカルシャッ
ターが閉じていることを示す。

【００３６】静止画の露光終了後、読み出しパルスをマ
スクするＭＡＳＫ信号がＨＩからＬＯＷに切り換わる。
図４に示すように、ＭＡＳＫ信号をＬＯＷにすると読み
出しパルスはＭＡＳＫ信号とのＡＮＤをとっているので
ＡＮＤ出力はＬＯＷとなり、Ｖφ１及びＶφ３には読み
出しパルスが現れない。そのため、時間ｔ５の時点で
は、時間ｔ３から時間ｔ４の静止画の露光期間に蓄積し
た電荷をフォトダイオードから垂直転送レジスタにはシ
フトしない。したがって、時間ｔ５から時間ｔ６までの
期間は垂直及び水平転送レジスタの電荷のみの転送を行
うことになる。この動作を、「空読み出し」と呼ぶ。

【００３７】このようにして静止画の露光期間の電荷を
読み出さずにフォトダイオードにとどめておき、垂直及
び水平転送レジスタに残っていた電荷のみを転送するこ
とが重要である。強い光が入射した場合、垂直、水平転
送部、及びＯＢ部にオーバーフローした電荷は、時間ｔ
５以前の読み出し期間で読み出しきれずに残っている場
合があるため、この期間に垂直及び水平転送レジスタの
電荷の転送を行うことにより、この残っている不要な電
荷を捨てることができる。

【００３８】また、本来、時間ｔ６から時間ｔ７期間の
ように同じ効果を目的とした電荷を早く捨てるための高
速掃き捨て期間が存在するが、本当に強い光が固体撮像
素子３に入射した場合には、この高速掃き捨て期間だけ
ではオーバーフローした電荷をすべて掃き捨てるには不
十分である。その点からも、時間ｔ５から時間ｔ６まで
の空読み出し転送期間は重要であり、不要な電荷の掃き
捨てに大きな効果がある。

【００３９】この空読み出し期間は、システム制御１０
によりタイミングパルス発生部８を制御することによ
り、任意に時間設定することができる。例えば、露光と
電荷の読み出しを連続的に繰り返し行っている状態いわ
ゆる動画時と同じ期間としても良いし、静止画の露光時
の読み出し期間と同じ長さとしても良い。また、全くの
任意の時間に設定しても良い。一般的には、撮像装置の
レリーズタイムラグを少なくするためにも、掃き捨ても
効果が期待される最短の時間に設定することが望まし
い。

【００４０】この空読み出しを行った後で読み出される
信号のＯＢ部には電荷はなくなり、図３に示すように、
ＣＤＳ出力後のＯＢレベルは本来の黒レベルに戻る。そ
の結果、後段のクランプ回路部５では本来の黒レベルを
クランプすることになり、更に後段のＡ／Ｄ変換部６、
信号処理部７においても本来の信号レベルの状態で処理
することが可能となり、結果として所望の画像を得るこ
とができる。

【００４１】このように空読み出し期間（時間ｔ５から
時間ｔ６）を設けることにより、ＯＢ部のレベルを復帰
させることができるわけである。また、この空読み出し
の方法は回路的な変更を行うことなしに実現できるため
コスト的にも有用である。

【００４２】空読み出し終了後、時間ｔ６で読み出しパ
ルスをマスクするＭＡＳＫ信号をＬＯＷからＨＩに切り
換え、時間ｔ４から時間ｔ７までの期間固体撮像素子３
のフォトダイオードに蓄積したままの電荷を時間ｔ７で
垂直転送レジスタにシフトし、時間ｔ８までの期間で垂
直及び水平転送パルスで順次転送し、静止画の露光分の
電荷を読み出す。

【００４３】読み出した信号は、固体撮像素子３の出力
以降のＣＤＳ部４から信号処理部７までの処理がなさ
れ、最終的に記録媒体１２に記録される。時間ｔ９で再
びメカニカルシャッターを開け、ＬＣＤ等の表示のモー
ドであれば画像表示状態になり、次の静止画の露光に備
える。

【００４４】（第２の実施の形態）図５〜７を用いて、
第２の実施の形態について説明する。なお、撮像装置の
基本構成及び基本動作は、図１、２を用いて上述したの
と同様であり、その説明は省略する。また、図３を用い
て説明したタイムチャートも、ＣＤＳ出力のＯＢレベル
以外（図６を参照）は同じであり、図３のタイムチャー
トを用いた詳細な説明は省略する。

【００４５】図５に示すように、本実施の形態における
撮像装置は、第１の実施の形態で説明した撮像装置の構
成のうちのクランプ回路部５及びタイミングパルス発生
部８に、空読み出し期間にクランプの時定数を変えるた
めのスイッチを備え、そのスイッチをパルスにより制御
するようにしている。

【００４６】インバータ５０１は、読み出しパルス１又
は読み出しパルス２をマスクするためのＭＡＳＫ信号の
極性を反転する。コンデンサ５０２、コンデンサ５０３
は、クランプ回路のクランプ時定数を決定するものであ
り、コンデンサ５０２とコンデンサ５０３の和が時定数
となる。コンデンサ５０２は増幅器５０６に接続され、
コンデンサ５０３はスイッチ５０４を介してコンデンサ
５０２と並列に接続され増幅器５０６に接続する。スイ
ッチ５０４、スイッチ５０５は、制御信号がＬＯＷ期間
オンするスイッチであり、それぞれＭＡＳＫの反転パル
スとクランプパルスＣＰＯＢで制御される。スイッチ５
０５の一方は増幅器５０６に接続され、他方はクランプ
の基準電圧を与える基準電圧源５０７に接続する。

【００４７】図６は、本実施の形態の場合の図３のタイ
ムチャートにおける時間ｔ４から時間ｔ７（図３を参
照）までの期間を示したものである。なお、図３におけ
る時間ｔ４以前及び時間ｔ７以降は第１の実施の形態で
述べたとおりであり、その説明は省略する。時間ｔ４で
静止画の露光期間が終了後、読み出しパルスをマスクす
るＭＡＳＫ信号がＨＩからＬＯＷに切り換わり、時間ｔ
５においてはＶφ１及びＶφ３には読み出しパルスが現
れない。固体撮像素子３のフォトダイオードに蓄積され
た静止画の露光分の電荷は、次に読み出しパルスが出力
されるまでこのフォトダイオードに蓄積されたままとな
る。

【００４８】このとき、ＭＡＳＫはインバータ５０１に
も入力され、極性が反転されＮＭＡＳＫ信号となる。Ｎ
ＭＡＳＫ信号はクランプ回路部５のスイッチ５０４を制
御し、時間ｔ４から時間ｔ６における空読み出し期間を
含むこの１Ｖ期間はＨＩとなり、スイッチ５０４をオー
プンにする。その結果、並列接続されているコンデンサ
５０２、５０３のうちコンデンサ５０３の接続がオープ
ンとなり、コンデンサの容量が減少するためクランプ回
路の時定数が短くなり、時間ｔ５から時間ｔ６の空読み
出し期間のＣＤＳ出力のＯＢレベルはクランプ回路の時
定数が長いときよりも本来の黒レベルへと早く収束する
ことになる。

【００４９】時間ｔ６でＮＭＡＳＫ信号はＬＯＷとな
り、スイッチ５０４をショートしクランプの時定数は本
来の時定数へと戻る。したがって、時間ｔ７以降の静止
画の読み出し期間は本来の横筋状のノイズに効果のある
クランプ時定数でクランプを行うことができる。

【００５０】つまり、スイッチ５０４でクランプ時定数
を切り換えることにより、読み出し時において横筋状の
ノイズに効果がある画質に影響が出ない長いクランプ時
定数でクランプでき、空読み出し期間はＣＤＳ出力のＯ
Ｂレベルの本来の黒レベルへの復帰が早まる短いクラン
プ時定数でクランプできる効果を有する。更には、空読
み出し期間を任意に設定できる構成をとっておけば、こ
の期間を更に効果的に短くすることが可能となり、撮像
装置全体の処理時間を短縮することができるため、結果
的にシャッタータイムラグの短縮の効果も得ることがで
きる。

【００５１】更に、図７に示した構成のクランプ回路に
ついて説明する。なお、図５と同じ機能を有するものに
は同じ番号を付してある。このクランプ回路は増幅器５
０６を有し、ＣＤＳ出力が増幅器６の入力に接続され、
映像信号が増幅して出力される。増幅器５０６の出力
は、後段のＡ／Ｄ変換部６に接続されるとともにクラン
プパルスＣＰＯＢで制御されるスイッチ５０５に接続さ
れる。スイッチ５０５のもう一方は差動増幅器５０８に
接続され、差動増幅器５０８は基準レベルＶｒを発生す
る基準電圧源５０７が接続された入力を有し、増幅器５
０６と基準電圧源５０７の差に応じた出力生成する。こ
の出力を積分器５０９に入力する。コンデンサ５０２、
５０３は、積分器５０９の積分の時定数を決定するコン
デンサであり、コンデンサ５０３の一方はＮＭＡＳＫ信
号で制御されるスイッチ５０４が接続され、スイッチ５
０４により積分器５０９との接続、非接続が制御され
る。更に、積分器５０９の出力は増幅器５０６に接続さ
れ、これによって差動増幅器５０８は増幅器５０６の帰
還回路を形成している。

【００５２】この形式のクランプ回路は、いわゆるフィ
ードバック型のクランプ回路である。このようなクラン
プ回路においてもスイッチ５０４によってコンデンサ５
０３の接続を制御することにより、積分時定数つまりク
ランプの応答性を変えることが可能である。したがっ
て、図５に示したのと同様に、読み出し時において横筋
状のノイズに効果がある画質に影響が出ない長いクラン
プ時定数でクランプでき、空読み出し期間はＣＤＳ出力
のＯＢレベルの本来の黒レベルへの復帰が早まる短いク
ランプ時定数でクランプできる効果を有し、ＣＤＳ出力
のＯＢレベルを本来の黒レベルへ早く復帰させることが
可能である。つまり、クランプの時定数を短くしクラン
プの応答性を早める方法は、クランプ回路の形式を問わ
ず有効であることが分かる。

【００５３】（第３の実施の形態）図８、９を用いて、
第３の実施の形態について説明する。なお、撮像装置の
基本構成及び基本動作は、図１、２を用いて上述したの
と同様であり、その説明は省略する。また、図３を用い
て説明したタイムチャートも、ＣＤＳ出力のＯＢレベル
以外は同じであり、図３のタイムチャートを用いた詳細
な説明は省略する。更に、図６を用いた説明したＮＭＡ
ＳＫ以外は同じであり、その説明は省略する。

【００５４】図８に示すように、本実施の形態における
撮像装置は、第１の実施の形態で説明した撮像装置の構
成のうちのタイミング発生部８に、クランプ回路部５へ
のクランプパルスを、従来のクランプパルスＣＰＯＢ
と、他のクランプパルスＣＰ２とをＡＮＤ処理する機能
を備えている。ＣＰ２は、図９に示すように、水平帰線
期間と有効画素期間の間にある所謂ダミー期間にＬＯＷ
となるパルスであり、空読み出し期間のみパルスが発生
し、空読み出し以外の期間は常時ＨＩレベルである。こ
のダミー期間は水平転送レジスタのうちで垂直転送レジ
スタから電荷を転送されない部分で、本来の光学的黒レ
ベルと全く一致するものではないが擬似的な黒レベルと
見なすことができる。

【００５５】ＡＮＤ回路６０１によって、ＣＰＯＢ２と
いうパルスが、制御信号がＬＯＷ期間クランプを行うク
ランプ回路部５に入力される。したがって、１水平期間
にＯＢ期間と擬似的なＯＢ期間の２回クランプ動作を行
うことが可能となる。

【００５６】図６において、時間ｔ５から時間ｔ６期間
においては、図９のＣＰＯＢ２がクランプ回路部５に入
力されるため、１水平期間に２回クランプ動作を行うこ
とになる。そのため、時間ｔ５から時間ｔ６の期間空読
み出ししている間のＣＤＳ出力のＯＢレベルは、図示の
ように本来の黒レベルへと早く収束することが可能とな
る。

【００５７】時間ｔ６でＣＰ２は常時ＨＩとなりクラン
プ回路部５へのクランプパルスＣＰＯＢ２は本来のＣＰ
ＯＢと同じ波形へと戻る。したがって、時間ｔ７以降の
静止画の読み出し期間は本来のクランプパルスでクラン
プを行うことができる。

【００５８】つまり、クランプパルスを元のＣＰＯＢへ
と戻すことにより、露光と読み出しを連続的に繰り返し
行っている期間や静止画の読み出しの時は本来の黒レベ
ルをクランプでき、空読み出し期間は本来の光学的黒レ
ベルと全く一致するものではないが擬似的な黒レベルの
ダミー期間をもクランプすることで、ＣＤＳ出力のＯＢ
レベルの本来の黒レベルへの復帰を早める効果を有す
る。更には、空読み出し期間を任意に設定できる構成を
とっておけば、この期間を更に効果的に短くすることが
可能となり、撮像装置全体の処理時間を短縮することが
できるため、結果的にシャッタータイムラグの短縮の効
果も得ることができる。また、本実施の形態において
は、回路的な構成を変更することなくパルスの制御のみ
で実現可能であるのでコストをかけずに実現できるとい
う効果も有する。

【００５９】（その他の実施の形態）上述した実施の形
態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるよ
うに、該各種デバイスと接続された装置或いはシステム
内のコンピュータに対し、上記実施の形態の機能を実現
するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、
そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ或いは
ＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って上記各種デバ
イスを動作させることによって実施したものも、本発明
の範疇に含まれる。

【００６０】また、この場合、上記ソフトウェアのプロ
グラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現す
ることになり、そのプログラムコード自体は本発明を構
成する。そのプログラムコードの伝送媒体としては，プ
ログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するための
コンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネット等
のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける
通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用
いることができる。

【００６１】さらに、上記プログラムコードをコンピュ
ータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコ
ードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプ
ログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフ
ロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光デ
ィスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、
不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができ
る。

【００６２】また、コンピュータが供給されたプログラ
ムコードを実行することにより、上述の実施の形態の機
能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコ
ンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティン
グシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共
同して上述の実施の形態の機能が実現される場合にもか
かるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれる
ことはいうまでもない。

【００６３】さらに、供給されたプログラムコードがコ
ンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続され
た機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そ
のプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボー
ドや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の
一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の
形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれること
はいうまでもない。

【００６４】なお、上記実施の形態において示した各部
の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたって
の具体化のほんの一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、本発明はその精神、又はそ
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。

【００６５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、クラ
ンプの応答スピードを優先するがためにクランプの時定
数を短くし横引き状のノイズが発生してしまうことなし
に、横引き状のノイズに効果のある本来のクランプ時定
数のままで、画像信号読み出しを開始する前までにＯＢ
部のレベルを復帰させることができ、所望の画像を得る
ことができる。また、この空読み出しは、回路的な変更
を行うことなしに実現することができるので、コスト的
にも有用である。

【００６６】更に、空読み出し期間において、クランプ
回路の時定数を短くすることにより、更に早くＯＢ部の
レベルを復帰させる効果を有する。また、空読み出し
期間において、１水平期間に複数回クランプすることで
より、早くＯＢ部のレベルを復帰させる効果を有する。
これらの方法も、回路的な変更を行うことなしに実現す
ることができるので、コスト的にも有用である。

【００６７】更には、空読み出し期間を任意に設定可能
な構成にしておけば、空読み出しの効果がある最短の期
間に設定することが可能となり、シャッタータイムラグ
の短縮の効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】撮像装置の構成を示す図である。

【図２】撮像装置の基本動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】第１の実施の形態におけるタイミングチャート
である。

【図４】第１の実施の形態における固体撮像素子３から
クランプ回路部５までの構成、及び、タイミングパルス
発生部８の構成を示すブロック図である。

【図５】第２の実施の形態における固体撮像素子３から
クランプ回路部５までの構成、及び、タイミングパルス
発生部８の構成を示すブロック図である。

【図６】第２の実施の形態における時間ｔ４から時間ｔ
７までの期間を示したタイムチャートである。

【図７】フィードバック型クランプ回路の構成を示す図
である。

【図８】第３の実施の形態における固体撮像素子３から
クランプ回路部５までの構成、及び、タイミングパルス
発生部８の構成を示すブロック図である。

【図９】第３の実施の形態におけるタイムチャートであ
る。

【図１０】従来の撮像装置における固体撮像素子からク
ランプ回路部までの構成を表すブロック図である。

【図１１】固体撮像素子のチップの構成を説明するため
の図である。

【図１２】ＣＣＤ出力の波形とＣＤＳ出力の波形とを表
す図である。

【図１３】１水平期間における通常動作時とＯＢ部に電
荷が漏れ込んだ時とのＣＤＳ出力の波形を表す図であ
る。

【図１４】ＯＢ部に電荷が漏れ込んだ時のＣＤＳ出力の
ＯＢレベルを表す図である。

【符号の説明】

１レンズ２絞り・シャッター３固体撮像素子４ＣＤＳ部５クランプ回路部６Ａ／Ｄ変換部７信号処理部８タイミング発生部９光学系駆動部１０システム制御部１１表示部１２記録媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C024 CX00 CX06 GY01 GZ01 HX09 HX13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体光を受光して電荷を発生する有効
画素部、黒レベルに対応した信号を出力するための遮光
されたオプティカルブラック部、前記有効画素部及び前
記オプティカルブラック部から読み出された電荷を垂直
方向に転送するための垂直転送部、及び前記垂直転送部
で転送された電荷を水平方向に転送するための水平転送
部を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子に被写体
光が入射しないように遮光するためのシャッター手段と
を備えた撮像装置であって、所定時間露光した後前記シャッター手段を閉じ、露光期
間に前記固体撮像素子の有効画素部に蓄積された信号を
読み出す前に、前記シャッター手段を閉じた状態で、所
定の期間前記固体撮像素子の有効画素及びオプティカル
ブラック部から垂直転送部への電荷の読み出しを禁止
し、垂直転送部及び水平転送部の空読み出しを行う制御
手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】被写体光を受光して電荷を発生する有効
画素部、黒レベルに対応した信号を出力するための遮光
されたオプティカルブラック部、前記有効画素部及び前
記オプティカルブラック部から読み出された電荷を垂直
方向に転送するための垂直転送部、及び前記垂直転送部
で転送された電荷を水平方向に転送するための水平転送
部を有する固体撮像素子と、露光期間に前記固体撮像素子の有効画素部に蓄積された
信号を読み出す前に、前記水平転送部の空読み出しを行
う制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】前記固体撮像素子の出力信号からノイズ
を除去するための相関二重サンプリング手段と、前記相
関二重サンプリング手段の出力信号のうち、前記オプテ
ィカルブラック部分の信号を所定の基準電圧にクランプ
するためのクランプ手段と、前記クランプ手段の出力信
号をアナログ信号からデジタル信号に変換するためのＡ
／Ｄ変換手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は
２に記載の撮像装置。
【請求項４】前記固体撮像素子からの空読み出しの期
間に、前記クランプ手段の時定数を短くする制御手段を
備えたことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】前記固体撮像素子からの空読み出しの期
間に、前記クランプ手段で１水平期間に複数回クランプ
を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする請求項３
に記載の撮像装置。
【請求項６】前記空読み出しの期間を任意に設定可能
としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に
記載の撮像装置。
【請求項７】被写体光を受光して電荷を発生する有効
画素部、黒レベルに対応した信号を出力するための遮光
されたオプティカルブラック部、前記有効画素部及び前
記オプティカルブラック部から読み出された電荷を垂直
方向に転送するための垂直転送部、及び前記垂直転送部
で転送された電荷を水平方向に転送するための水平転送
部を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子に被写体
光が入射しないように遮光するためのシャッター手段と
を備えた撮像装置の制御方法であって、所定時間露光した後前記シャッター手段を閉じ、露光期
間に前記固体撮像素子の有効画素部に蓄積された信号を
読み出す前に、前記シャッター手段を閉じた状態で、所
定の期間前記固体撮像素子の有効画素及びオプティカル
ブラック部から垂直転送部への電荷の読み出しを禁止
し、垂直転送部及び水平転送部の空読み出しを行うこと
を特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項８】被写体光を受光して電荷を発生する有効
画素部、黒レベルに対応した信号を出力するための遮光
されたオプティカルブラック部、前記有効画素部及び前
記オプティカルブラック部から読み出された電荷を垂直
方向に転送するための垂直転送部、及び前記垂直転送部
で転送された電荷を水平方向に転送するための水平転送
部を有する固体撮像素子を備えた撮像装置の制御方法で
あって、露光期間に前記固体撮像素子の有効画素部に蓄積された
信号を読み出す前に、前記水平転送部の空読み出しを行
うことを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項９】被写体光を受光して電荷を発生する有効
画素部、黒レベルに対応した信号を出力するための遮光
されたオプティカルブラック部、前記有効画素部及び前
記オプティカルブラック部から読み出された電荷を垂直
方向に転送するための垂直転送部、及び前記垂直転送部
で転送された電荷を水平方向に転送するための水平転送
部を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子に被写体
光が入射しないように遮光するためのシャッター手段と
を備えた撮像装置の制御を行うプログラムであって、所定時間露光した後前記シャッター手段を閉じ、露光期
間に前記固体撮像素子の有効画素部に蓄積された信号を
読み出す前に、前記シャッター手段を閉じた状態で、所
定の期間前記固体撮像素子の有効画素及びオプティカル
ブラック部から垂直転送部への電荷の読み出しを禁止
し、垂直転送部及び水平転送部の空読み出しを行うこと
を特徴とするプログラム。
【請求項１０】被写体光を受光して電荷を発生する有
効画素部、黒レベルに対応した信号を出力するための遮
光されたオプティカルブラック部、前記有効画素部及び
前記オプティカルブラック部から読み出された電荷を垂
直方向に転送するための垂直転送部、及び前記垂直転送
部で転送された電荷を水平方向に転送するための水平転
送部を有する固体撮像素子を備えた撮像装置の制御を行
うプログラムであって、露光期間に前記固体撮像素子の有効画素部に蓄積された
信号を読み出す前に、前記水平転送部の空読み出しを行
うことを特徴とするプログラム。
【請求項１１】請求項9又は１０に記載のプログラム
を格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能
な記憶媒体。