JP2003092705A

JP2003092705A - 撮像装置

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Publication number: JP2003092705A
Application number: JP2001283474A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ogasawara; 努小笠原; Yoshiro Udagawa; 善郎宇田川; Kenichi Kondo; 健一近藤; Toshikazu Yanai; 敏和柳井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-03-28
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: JP4672933B2

Abstract

(57)【要約】【課題】イメージエリアセンサにおいて遮光領域の異
常によるクランプ誤動作を原因とする測光ミスを防止す
る。【解決手段】遮光領域の所定ブロック毎の積分値と基
準値を比較し、積分値が基準値以上のブロックがあった
時に遮光領域の異常を検出し、異常が検出されたブロッ
クの位置に基づいて受光領域の測光枠を設定する。ま
た、遮光領域の異常検出時に露光条件を保持する。更
に、遮光領域の異常が検出された時に露光条件をメモリ
に記憶しておいた１つ前の条件に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来例の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
系の構成を示すブロック図である。図中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ある。固体撮像素子４としては、
主にＣＣＤエリアセンサが用いられる。また、近年、Ｘ
−Ｙアドレス方式のＣＭＯＳセンサも用いられている。
ここでは、ＣＣＤエリアセンサを用いるものとする。５
はＣＣＤエリアセンサを駆動するための駆動パルスを供
給する撮像素子駆動回路、６はＣＣＤエリアセンサの出
力を二重相関サンプリングするＣＤＳ回路である。

【０００３】７はＣＤＳ回路６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ＣＤＳ回路６のゲイン設定
が変えられる。８はＡＧＣ回路の出力信号のうち後述す
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８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。

【０００４】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、入力されたＣＣＤ信号のレベルから
測光量を測定する測光回路１２、入力されたＣＣＤ信号
から被写体の色温度を測定して映像信号処理回路１１の
ホワイトバランスに必要な情報を引き出すＷＢ回路（図
示せず）等から構成されている。１３はカメラ各部の回
路に必要なパルスタイミングを発生するタイミングパル
ス発生回路、１４はカメラを制御するＣＰＵで、測光回
路１２の情報に基づいて感度、露光を制御すべくＡＧＣ
回路７のゲインを変える命令を発行したり、あるいは露
光制御回路１６に露出をどのようにするかの命令を発行
する機能等を有する。

【０００５】図８は固体撮像素子（ＣＣＤセンサ）４を
示す図である。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ＶＣＣＤ７
２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ＨＣＣＤ７３の
電荷を電圧信号に変換する出力アンプである。ＰＤ７１
とＶＣＣＤ７２で形成されたエリアのうち７５で示す領
域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
７１とＶＣＣＤ７２上をアルミ等の遮光部材で覆うこと
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。

【０００６】通常、ＯＢ領域７６は各水平ラインの先頭
（アンプ側）か後部に数十画素設けられている。最近で
は後部に設けられることが多く、図８はこれにならって
後部に設けた例を示している。また、実際にはＯＢ領域
７６はＨＣＣＤ７３に接して数行〜１０行位の垂直ＯＢ
ライン、あるいは受光領域を挟んでその反対側に数列か
ら１０列くらいのＯＢ領域が設けられることが多い。

【０００７】次に、図７のデジタルスチルカメラの動作
を図９のタイミングチャートを参照しながら説明する。
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ー動画
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、更には読み出し時間が動画表示のためには遅
すぎる。そこで、ＣＣＤセンサをライン間引き、あるい
はライン加算等の方法で読み出し画素数をファインダー
表示に適したライン数の信号に減らしてファインダー動
画として必要なレートに早める駆動方法（ファインダー
モード駆動）が採られている。

【０００８】図９のＴｆはファインダー動画期間であ
る。ＣＣＤセンサはファインダーモード駆動で動作す
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。この時、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ＣＣＤセンサ４に結像され、ファインダーモー
ド駆動で出力される。ＣＣＤセンサ４の出力信号はＣＤ
Ｓ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さ
れ、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。この映像処理過程
で測光回路１２で撮像信号のレベルを測定し、その情報
に基づきＣＰＵ１４で露光量を適正とする命令を発行す
る。

【０００９】ファインダー動作期間の露出制御はメカニ
カル絞り２での絞り値とＣＣＤセンサの電子シャッター
によるシャッター秒時とを変えることで行う。ＣＣＤセ
ンサの電子シャッターはＣＣＤセンサのＰＤ７１の深さ
方向に設けられたポテンシャルバリアの開閉で行う。図
９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ＰＤ７１に蓄積された信号電荷がＣ
ＣＤセンサの深さ方向（基板、サブストレート）に吐き
出される。従って、ファインダー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ＰＤ７
１からＶＣＣＤに電荷が読み出される（Ｔｆｃの最初）
まで時間Ｔｆｅとなる。

【００１０】カメラ使用者はファインダーで撮りたい被
写体を決めるとメカニカルシャッター３を押下する。通
常、このシャッターは深さ方向に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センサ出力
から判断される。

【００１１】この時、測光枠を指定しその枠内領域の積
分値もしくは平均値を求めることにより本撮影（スイッ
チＳ２）での露光量を決定するが、測光枠の領域設定の
１例を図１０〜図１２に示す。これらの図では測光枠を
受光領域全体にとり、その受光領域を均等に１６分割
（縦４、横４）した例である。図１０（ａ）は１６分割
を平等の重み付けで扱い、測光枠の１６分割すべての積
分値（平均値）を適正にし本撮影（Ｓ２）を行う設定で
ある。重み付けは図中２０１で示すようにすべて１であ
り、各測光枠の重み付けをすべて１とすることを示す。

【００１２】図１０（ａ）の測光枠では主被写体（ここ
では中心に存在する人を指す）が背景より暗い場合にそ
のまま暗く撮影してしまう。これを解決するために図１
０（ｂ）に示すように中心に重み付けした測光計算を行
うことがある。図中の重み付け１，２は重み付けの条件
が異なる（２＞１）ことを示すものであり、重み付け係
数２が１の２倍であるとは限らない。これにより背景は
図１０（ａ）の測光方法に比べ明るく（露出オーバー）
なるが、主被写体は適正露光にすることが可能となる。
また、図１１（ａ）、（ｂ）は主被写体が中心でなく、
左右に存在する場合の測光方法であり、効果は図１０
（ｂ）の場合と同様である。但し、図１１（ａ）、
（ｂ）においては、撮影者が手動で測光枠を左右に動か
さない場合、カメラがフォーカス制御等と連動して枠を
左右に動かす必要がある。また、図１０（ｂ）の場合は
重み付け２の周辺（１の部分）に太陽が入ると適正露光
にならないことがあるが、図１２に示すように受光領域
中央の周辺を０とすることによって適正露光にすること
が可能である。

【００１３】次に、Ｓ２が押下されると本露光撮影を行
うが、その時の露光条件は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
センサ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（Ｔｓ
ｅ）とによって決定される。メカニカルシャッター閉後
にＣＣＤセンサの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。

【００１４】ＣＣＤセンサの信号はＣＤＳ回路６、ＡＧ
Ｃ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され、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、これを予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。液晶のファインダー撮影画像の表示時
間が終了すると、再びファインダー駆動に戻り、カメラ
の使用者は次の被写体を選ぶことができる。

【００１５】

【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、例えば、図１
３に示すようにイメージ部のＯＢ領域に接する部分に太
陽７７のような強烈な光が入射すると、ファインダー画
像が黒つぶれし、画像が劣化する問題があった。以下、
これのメカニズムを説明する。図１３はＣＣＤエリアセ
ンサに光学像が結像している状態を示すイメージ図であ
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Ｏ
Ｂ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。

【００１６】以下の説明では、水平後ＯＢ、水平前ＯＢ
は、単に後ＯＢ、前ＯＢという。垂直ＯＢの場合は必ず
垂直ＯＢという。図７のクランプ回路８は通常７６２と
７６１をクランプする。クランプする基準電位は、例え
ば、ＡＤが１０Ｂｉｔであれば黒レベルが３２ＬＳＢく
らいになるような電位とする。

【００１７】図１４はクランプ回路８の動作を説明する
ための図で、（ａ）はＡＧＣ回路出力（即ちクランプ回
路入力）、（ｂ）はクランプパルスで、パルスＨｉｇｈ
時にクランプパルスＨｉｇｈの幅の期間のＡＧＣ出力部
をクランプ基準電位に引き込むためのパルスである。
（ｃ）、（ｄ）はＡＤ変換入力で、（ｃ）は正常時の状
態を示し、（ｄ）は後述する異常時の状態を示す。な
お、（ａ）の波形形状は正常時のもので、異常時は
（ｄ）の波形と同じ形状となる（正常、異常の差異は後
述する）。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ＣＣＤセンサのイメージ
領域の撮像信号期間、ＴｅｍはＣＣＤ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。

【００１８】通常、ＣＣＤセンサ４からの信号はＣＤＳ
回路６、ＡＧＣ回路５を経て、ＡＤ変換回路９に入力す
る前にＡＤ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のボトムレベルよりやや
高い電位にクランプする（図１４（ｃ））。クランプ回
路８でのクランプはアナログ信号で行うので、以下アナ
ログクランプともいう。クランプ回路８は後ＯＢのうち
の前半部（Ｔｏｂｂの期間）をクランプし、後段の映像
信号処理回路１１はアナログランプされた領域以外のＯ
Ｂ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、更に高い精度でクランするための
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変えているのは、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歪むた
めにＡＤ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。

【００１９】ここで、図１３に示すようにイメージ部の
ＯＢ領域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上部はアルミ等の遮光部材により遮光す
るが、ＰＤからの斜め入射光等により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ＶＣＣ
Ｄの飽和容量を超え、更にＨＣＣＤに入り込む電荷がＨ
ＣＣＤの飽和容量を超えることで、ＨＣＣＤの電荷が溢
れ、ＨＣＣＤの前後、特に転送時に溢れるために転送後
段への溢れが多くなる。このため、本来、遮光時の電荷
量（暗電流分のみ）であるべきＯＢ領域７１に出力電荷
が生じる。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、強い時は後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。

【００２０】通常、ＣＣＤの画素電荷を蓄積するウエル
から電荷が溢れ、隣接画素に電荷がこぼれる現象をブル
ーミングというが、以上のような現象は特にＯＢ領域に
溢れる電荷であり、以降、ＯＢブルーミングと表現す
る。このようにＯＢブルーミング発生のメカニズムをＶ
ＣＣＤ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、
例えば、図１３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。

【００２１】以上これまでブルーミングによりＯＢ領域
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
が回り込み、これがＯＢ領域内で光電変換されて発生す
る電荷がある。また、ＣＣＤセンサのイメージ部とＯＢ
領域エリアの外部より回り込む光がＯＢ領域で光電変換
されることもある。ＯＢブルーミングはＯＢ領域のイメ
ージ部に近い側から光の強さが強くなるに従って飽和容
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出力は、強烈な光が入射した近辺
のＯＢ領域のみ出力が高くなり、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、こ
のような要因のＯＢ出力はＯＢ光漏れと呼ぶ。

【００２２】図１４（ｄ）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を図１４
（ａ）に示す。飽和に達しているＯＢ領域でクランプさ
れるために、飽和レベルがクランプ基準電位となる。先
にも述べたがこのレベルは１０ＢＩＴのＡＤであれば３
２ＬＳＢくらいである。従って、イメージ部の信号はク
ランプされたＯＢ領域の信号レベル以下の部分が３２Ｌ
ＳＢ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。

【００２３】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１４（ｄ）の信号はこ
の部分までＯＢブルーミングは達しておらず、この部分
の値は０ＬＳＢとなる。従って、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。即ち、ＡＤ０ＬＳＢ電位レベル以下の部分は沈み、
高輝度部のみは、暗く、僅かに形状が現れる画像とな
る。なお、この場合は、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。

【００２４】また、実際のカメラでの撮影では図１３に
示すような位置に急に太陽が入ってきた場合、図１４
（ｄ）のような電位関係に直ちに至るわけではなく、ク
ランプ回路８の応答速度に応じて順次図１４（ｃ）から
（ｄ）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。また、ＯＢ光漏れの場合、強い
光の入っている近辺のＯＢ光漏れしているラインが沈み
ぎみとなり（沈み量はＯＢ出力レベルによる）、強い光
の当たった部分に横筋が生じたように見える。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。以上、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
ムを説明したが、この問題はカメラのシステム上では更
に複雑化する。以下、それを述べる。

【００２５】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、露出制御範囲を越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、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行われない。

【００２６】ここで、画像の露出レベルの測定（測光）
は、例えば、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
（例えば、中央重点測光等）が採られている。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
すること等も行われる。

【００２７】ＥＶＦ動作時、図１３のように太陽が入っ
た場合、図１４（ｃ）の状態から（ｄ）のようなブルー
ミング波形となる。電位関係も図１４（ｃ）から（ｄ）
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。即ち、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、測光値が減少する。測光値が小さくなったことでＣ
ＰＵは露出量を増加すべく電子シャッターと絞りを露光
量を増す方向にするように命令を出す。これは、更にＯ
Ｂブルーミングの量を増やすようにする命令である。こ
れにより、黒沈み量は変化しないか、もしくは更に大き
くなる。従って、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まで増やされる。

【００２８】露光量が最大になると、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、更に最大ゲイ
ンにまで上げられる。以上、ＯＢブルーミングの場合を
説明したが、ＯＢ光漏れの場合でも同様な挙動をする。
但し、ＯＢ光漏れの場合、ＯＢの出力レベルがＯＢブル
ーミングより低いこと、ＯＢの出力が上がる領域が狭い
ことから、自動露出制御（ＡＥ）が狂う変化の時間がＯ
Ｂブルーミングの場合よりゆるやかになる。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。

【００２９】以上述べたのはＥＶＦ動作時のＡＥの誤制
御に関してであるが、これが本露光時、即ち、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後にＣＣＤセンサの信号電
荷を読み出す場合にはどのように影響するかを以下に説
明する。図１３のようにＯＢ領域近辺に太陽等の強烈な
光が入って画面が黒沈みをして色合いもおかしくなりな
がらもメカニカルシャッター３を押したとする。この場
合、通常、シャッターの半押し（Ｓ１）の時に測光及び
本露光時のシャッタースピード、絞り値が決定される。
以上のように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異常で
ある。即ち、正常な露出量よりもオーバーの命令が発行
され、露出最大で感度設定最大とされる可能性が高い。

【００３０】次に、シャッターのＳ２で本露光を行う。
即ち、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３が閉じられる。メカニカルシ
ャッター３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ＶＣＣ
Ｄを高速で転送段数分以上の転送（ＶＣＣＤクリア）を
行う。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、スミアは生じずＯＢブルーミ
ングの発生もない。但し、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。

【００３１】このようにして読み出された本露光画像信
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、ＶＣＣＤクリアでＯＢ領
域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、極めて少量
なので無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薄い
筋がでる程度の影響となる。

【００３２】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
度が更に遅いと上部真っ黒で下側が黒つぶれ画像、更に
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と、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良いとは言えなかった。

【００３３】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たもので、その目的は、ＯＢ領域近辺に強い光が入って
も画像の劣化を防止することができる撮像装置を提供す
ることにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、複数の
画素から成る受光領域及び複数の画素から成り黒基準信
号を作成するための上部を遮光された遮光領域を有する
撮像手段と、前記撮像手段に入射する光量を制御する露
光制御手段と、前記遮光領域の所定ブロック毎に出力を
積分又は平均する手段と、前記所定ブロック毎の積分値
又は平均値と予め設定された基準値とを比較し、積分値
又は平均値が基準値以上のブロックがあった時に遮光領
域の異常を検出する手段と、前記検出手段により遮光領
域の異常が検出された時に異常が検出されたブロックの
位置に基づいて受光領域の測光枠を設定する手段とを備
えたことを特徴とする撮像装置によって達成される。

【００３５】また、本発明の目的は、複数の画素から成
る受光領域及び複数の画素から成り黒基準信号を作成す
るための上部を遮光された遮光領域を有する撮像手段
と、前記撮像手段に入射する光量を制御する露光制御手
段と、前記遮光領域の所定ブロック毎に出力を積分又は
平均する手段と、前記所定ブロック毎の積分値又は平均
値と予め設定された基準値とを比較し、積分値又は平均
値が基準値以上のブロックがあった時に遮光領域の異常
を検出する手段と、前記検出手段により遮光領域の異常
が検出された時に前記露光制御手段による露光条件を保
持する手段とを備えたことを特徴とする撮像装置によっ
て達成される。

【００３６】更に、本発明の目的は、複数の画素から成
る受光領域及び複数の画素から成り黒基準信号を作成す
るための上部を遮光された遮光領域を有する撮像手段
と、前記撮像手段に入射する光量を制御する露光制御手
段と、前記露光制御手段の露光条件を記憶する手段と、
前記遮光領域の所定ブロック毎に出力を積分又は平均す
る手段と、前記所定ブロック毎の積分値又は平均値と予
め設定された基準値とを比較し、積分値又は平均値が基
準値以上のブロックがあった時に遮光領域の異常を検出
する手段と、前記検出手段により遮光領域の異常が検出
された時に前記記憶手段に記憶されている１つ前の露光
条件を前記露光制御手段の露光条件として設定する手段
とを備えたことを特徴とする撮像装置によって達成され
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３８】（第１の実施形態）図１は本発明の撮像装
置の第１の実施形態を示すブロック図である。なお、図
１では図７の従来装置と同一部分は同一符号を付して説
明を省略する。本実施形態では、映像処理回路１０内に
ＯＢ積分回路１７が設けられ、ＣＰＵ１４内にはＯＢレ
ベルブロック比較部１８が設けられている。固体撮像素
子４は前述のように受光領域とＯＢ領域を含んでいる
が、ＯＢ領域は複数のブロックに分割されている。ＯＢ
積分回路１７はＯＢ領域の複数のブロック毎に積分処理
を行い、ブロック毎の出力の積分値をＯＢレベルブロッ
ク比較部１８に出力する。

【００３９】ＯＢレベルブロック比較部１８はブロック
毎に積分値と予め設定された基準値とを比較し、１つで
も積分値が基準値以上のブロックがあればＯＢ領域の信
号に異常があると判断し、ＯＢ異常情報を感度・露光制
御部１５に通知する。また、遮光領域の複数のブロック
のうち積分値が基準値以上のブロックの位置情報を同時
に通知する。本実施形態では、詳しく後述するように遮
光領域の異常が検出された時に異常が検出されたブロッ
クの位置を考慮して受光領域の測光枠の設定を行う。な
お、遮光領域の複数のブロックの出力の平均値を算出
し、ブロック毎の平均値と所定の基準値を比較してＯＢ
異常を検出してもよい。

【００４０】ここで、固体撮像素子４の受光領域内に設
ける測光枠を仮に１６分割とし、遮光領域に異常を生じ
ていない場合の露光量制御は図１０〜図１２と同様の測
光枠設定・露光量計算の重み付けとする。一方、遮光領
域近傍に高輝度入射があり遮光領域に異常が生じた場
合、測光枠設定・露光量計算の重み付けが図１２の設定
であると高輝度入射領域を露光量計算から除外するた
め、次回の露光量設定では露光量を絞る制御にはならな
い。また、測光枠設定・露光量計算の重み付けが図１０
（ａ），（ｂ）、図１１（ａ），（ｂ）の設定でも同様
に高輝度入射領域を露光量計算にて重視されないため、
さほど露光量を絞る制御にはならない。よって、遮光領
域に異常が生じた場合、次回の露光量制御にて入射光量
を増す方向で制御されるため、本撮影における撮影画像
が真っ白になってしまうことは前に述べた通りである。

【００４１】そこで、本実施形態では遮光領域の異常を
防ぐために、原因となる遮光領域近傍の高輝度入射を防
ぐことを目的とするものである。具体的に説明すると、
まずファインダーモード駆動で遮光領域に異常が生じた
場合、即ち、ＯＢレベルブロック比較部１８からＯＢ異
常情報が出力された場合、遮光領域上あるいはその近傍
の受光領域に異常発生の原因となる高輝度入射があると
考えられる。例えば、図２（ａ）に示すように画面の右
下隅部に太陽７７の強い光が入射したものとする。な
お、図２（ａ）において斜線部は遮光領域であり、前述
のように複数のブロックに分割されている。遮光領域に
囲まれた中央部は受光領域であり、例えば、１６個のブ
ロックに分割されている。

【００４２】このように高輝度入射があると、遮光領域
内の太陽７７の入射位置のブロックあるいはその近傍の
ブロックで積分値（平均値）が基準値以上となり、ＯＢ
異常情報が出力される。図２（ａ）の例では、高輝度入
射を検出するため、遮光領域近傍に入射する高輝度入射
光のみを考慮する測光枠の設定、即ち、ＯＢ異常が検出
されたブロックの位置に基づいて図２（ａ）に示すよう
に高輝度入射光の近傍であるブロック（“１”で示す）
を測光枠として設定する。“０”のブロックは測光対象
外の領域である。これにより、通常の画像全面あるいは
中央で露光量計算を行う場合と比べて次回の露光量を大
きく絞ることになるため、高輝度入射を抑えられ、遮光
領域の異常を防ぐことが可能である。なお、図２（ａ）
の例は水平遮光領域の異常が原因で水平クランプエラー
が発生することを防止するために、水平クランプに用い
る水平遮光領域に隣接する測光枠のみを測光対象とする
測光枠設定である。

【００４３】図２（ｂ）は同様の位置に太陽７７の強い
光が入射した場合の他の測光枠設定を示す図である。図
２（ｂ）の例は垂直遮光領域の異常が原因で垂直クラン
プエラーが発生を防止するために、垂直クランプに用い
る垂直遮光領域に隣接する測光枠（“１”で示す）のみ
を測光対象とする測光枠設定である。また、図３（ａ）
は受光領域と遮光領域の境界でＶＣＣＤ７２からＨＣＣ
Ｄ７３（図８参照）に転送する領域を広く測光対象とす
る例、図３（ｂ）はＶＣＣＤ７２からＨＣＣＤ７３に転
送する領域を狭く測光対象とする例である。なお、受光
領域の分割数は１６に限ることはなく、分割方法も縦４
列、横４列としているが、縦横同数に限ることはない。
また、全分割枠を同一サイズとしているが、同一サイズ
に限ることはない。

【００４４】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。第２の実施形態の構成、目
的、制御等は第１の実施形態と同様であるが、ＯＢ異常
が検出された時の測光枠の設定方法が異なっている。第
１の実施形態では受光領域の予め分割された測光枠を選
択しているが、本実施形態では受光領域内に任意の範囲
に測光枠を設定するものである。図４（ａ），（ｂ）、
図５（ａ），（ｂ）は本実施形態の測光枠設定の例を示
す。太陽７７の強い光は同じ位置に入射するものとす
る。

【００４５】これらの図では、遮光領域の異常の原因と
なる遮光領域近傍の高輝度入射光を検出するために予め
設定する測光範囲を太線で示している。図４（ａ）は高
輝度入射により遮光領域の異常が発生する可能性のある
受光領域の範囲を含み、ある程度の大きさを持った測光
範囲を設定する例である。図４（ｂ）は高輝度入射によ
り遮光領域の異常が発生する可能性のある遮光領域近傍
の受光領域に広く測光範囲を設定する例である。図５
（ａ）は通常撮影時に設定する測光枠と別に高輝度入射
により遮光領域の異常が発生する可能性のある受光領域
に測光範囲を設定する例である。図５（ｂ）は通常撮影
時に設定する測光枠と別に図４（ｂ）で示した遮光領域
近傍の受光領域に測光範囲を設定する例である。

【００４６】（第３の実施形態）高輝度入射等により本
撮影前の撮影画像にて遮光領域にブルーミング等の異常
が発生した場合、ＯＢクランプ動作により受光領域が沈
む結果となり、次回の本撮影の露光設定を入射光量を増
やす設定となる。結果として本撮影で得られる画像はほ
ぼ真っ白になることは前に述べた通りである。また、本
撮影時は本撮影前の撮影と異なり、読み出し前にＶＣＣ
Ｄの空転送（クリア）により遮光領域が正常となること
も前に述べた通りである。そこで、本実施形態では、Ｏ
Ｂレベルブロック比較部１８で遮光領域の異常が検出さ
れた場合、露光条件をその時の条件に保持するものであ
る。即ち、感度・露光制御部１５はＯＢレベルブロック
比較部１８からＯＢ異常情報を受信すると現在の露光条
件を保持する。

【００４７】これにより、例えば、本撮影前の撮影画像
にて遮光領域に異常が発生し、次回の露出設定計算にて
本撮影での露光条件設定が入射光量を増やす設定を示し
たとしても、その設定をせずに現在の設定を保持するこ
とにより本撮影時に露出オーバーとなる現象を回避でき
る。また、露光条件設定を保持することにより露光量も
変わらない。更に、前述のように本撮影ではＶＣＣＤの
空転送により遮光領域が正常となりＯＢクランプ動作も
正常に行われ、結果としてＯＢクランプ異常による沈ん
だ黒画像も回避できる。

【００４８】ここで、特に、図１では図示しないが、Ｏ
Ｂ領域の異常が発生した場合、カメラの表示機能を利用
して警告を表示することにより、撮影者が異常を認識で
きるならばファインダーモード駆動での異常画像を把握
できる。更に、撮影者が被写体（シーン）を変えること
により異常画像発生原因である高輝度入射を回避するこ
とが可能となる。このＯＢ領域の異常を使用者に知らせ
ることは、第１、第２の実施形態や後述する第４の実施
形態に用いてもよい。

【００４９】（第４の実施形態）図６は本発明の第４の
実施形態を示すブロック図である。図１との違いは、感
度・露光設定２０を記憶するメモリ１９を設けている点
である。その他は図１と同様である。従来、露光量は絞
りと露光時間により制御することは前に述べた通りであ
る。また、画像を生成する上で、アナログアンプにより
センサ出力にゲインをかけることも述べた通りである。
ここで、露光量制御の設定を変更することにより遮光領
域の異常が発生した場合、露光量を減らしてゲインをか
けることにより最終出力画像のレベルを一定にするか、
最終出力画像のレベルを減ずることにより遮光領域の異
常の発生を回避することを考える。

【００５０】例えば、図１３のシーンにおいて、画像周
辺に高輝度被写体が存在し、中央に暗い被写体が存在す
る場合、露光量設定を計算するための測光枠を中心にと
ると露光量を増やす設定となる。これがもし、前のシー
ンにて高輝度被写体が測光枠に収まる場所に存在した場
合、露光量を減らす設定となっている。つまり、図１３
のシーンにて固定している間に露光量を増やす設定に変
化する。そこで、本実施形態では露光条件の設定を変更
する際に、現在の設定、つまり１つ前の露光条件をメモ
リ１９に保持しておく。これにより、遮光領域の異常が
発生した場合、感度・露光制御１５はメモリ１９に記憶
している１つ前の露光条件を参照し、露光条件の設定を
前の設定に戻すことにより露光量を減じることで遮光領
域の異常の発生を回避できる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、遮
光領域の異常検出時に測光枠を異常が検出された遮光領
域近傍に設定することにより、露光量を減じることがで
き、高輝度入射を抑えることができるため遮光領域の異
常を防ぐことができる。また、遮光領域の異常検出時に
露光条件を保持することにより、本撮影時に露出オーバ
ーとならず、本撮影時に真っ白画像になる事態を回避す
ることができる。更に、遮光領域の異常検出時に露光条
件を１つ前の条件に戻すことにより、露光量を減じるこ
とができ、遮光領域の異常の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の第１の実施形態を示すブロ
ック図である。

【図２】図１の実施形態の受光領域の測光枠設定の例を
示す図である。

【図３】図１の実施形態の受光領域の測光枠設定の例を
示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態の測光枠設定の例を示
す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態の測光枠設定の例を示
す図である。

【図６】本発明の第４の実施形態を示すブロック図であ
る。

【図７】従来例の撮像装置を示すブロック図である。

【図８】図７の装置の固体撮像素子のイメージエリア及
びＯＢ領域を示す図である。

【図９】図７の装置の動作を示すタイミングチャートで
ある。

【図１０】図７の装置における測光枠の領域設定の例を
示す図である。

【図１１】図７の装置における測光枠の領域設定の例を
示す図である。

【図１２】図７の装置における測光枠の領域設定の例を
示す図である。

【図１３】固体撮像素子のイメージ部のＯＢ領域に接す
る部分に強烈な光が入射した様子を示す図である。

【図１４】図７の装置のクランプ回路の動作を説明する
図である。

【符号の説明】

１レンズ２メカニカル絞り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６ＣＤＳ回路７ＡＧＣ回路８クランプ回路９ＡＤ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１４ＣＰＵ１５感度・露光制御部１６露出制御回路１７ＯＢ積分回路１８ＯＢレベルブロック比較部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｑ // Ｈ０４Ｎ 101:00 101:00 (72)発明者近藤健一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者柳井敏和東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H002 BB05 BB06 DB01 DB02 DB06 DB14 DB15 DB19 DB23 DB24 DB27 DB31 DB32 FB30 FB31 FB58 FB71 HA04 HA07 JA07 2H102 AA01 AA16 AA17 AA22 AA42 AA71 AB21 5C022 AA13 AB06 AB17 AB52 AC03 AC42 AC69 5C024 BX01 CX12 GY01 GZ03 GZ38 GZ40 HX09 HX21 HX23 HX29 HX31 HX57 JX09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素から成る受光領域及び複数の
画素から成り黒基準信号を作成するための上部を遮光さ
れた遮光領域を有する撮像手段と、前記撮像手段に入射
する光量を制御する露光制御手段と、前記遮光領域の所
定ブロック毎に出力を積分又は平均する手段と、前記所
定ブロック毎の積分値又は平均値と予め設定された基準
値とを比較し、積分値又は平均値が基準値以上のブロッ
クがあった時に遮光領域の異常を検出する手段と、前記
検出手段により遮光領域の異常が検出された時に異常が
検出されたブロックの位置に応じて受光領域の測光枠を
設定する手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記受光領域は複数のブロックに分割さ
れており、前記測光枠設定手段は分割されたブロックの
うち遮光領域の異常が検出されたブロックに近い１つ以
上のブロックを選択することによって測光枠を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】前記測光枠設定手段は、異常が検出され
たブロックの位置に応じて受光領域内の任意の範囲に測
光枠を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像
装置。
【請求項４】前記検出手段により遮光領域の異常が検
出された時に遮光領域の異常を報知する手段を有するこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮
像装置。
【請求項５】複数の画素から成る受光領域及び複数の
画素から成り黒基準信号を作成するための上部を遮光さ
れた遮光領域を有する撮像手段と、前記撮像手段に入射
する光量を制御する露光制御手段と、前記遮光領域の所
定ブロック毎に出力を積分又は平均する手段と、前記所
定ブロック毎の積分値又は平均値と予め設定された基準
値とを比較し、積分値又は平均値が基準値以上のブロッ
クがあった時に遮光領域の異常を検出する手段と、前記
検出手段により遮光領域の異常が検出された時に前記露
光制御手段による露光条件を保持する手段とを備えたこ
とを特徴とする撮像装置。
【請求項６】前記検出手段で遮光領域の異常が検出さ
れた時に遮光領域の異常を報知する手段を有することを
特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】複数の画素から成る受光領域及び複数の
画素から成り黒基準信号を作成するための上部を遮光さ
れた遮光領域を有する撮像手段と、前記撮像手段に入射
する光量を制御する露光制御手段と、前記露光制御手段
の露光条件を記憶する手段と、前記遮光領域の所定ブロ
ック毎に出力を積分又は平均する手段と、前記所定ブロ
ック毎の積分値又は平均値と予め設定された基準値とを
比較し、積分値又は平均値が基準値以上のブロックがあ
った時に遮光領域の異常を検出する手段と、前記検出手
段により遮光領域の異常が検出された時に前記記憶手段
に記憶されている１つ前の露光条件を前記露光制御手段
の露光条件として設定する手段とを備えたことを特徴と
する撮像装置。
【請求項８】前記検出手段で遮光領域の異常が検出さ
れた時に遮光領域の異常を報知する手段を有することを
特徴とする請求項７に記載の撮像装置。