JP2003198953A

JP2003198953A - 撮像装置及び撮像方法

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Publication number: JP2003198953A
Application number: JP2001390080A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kondo; 健一近藤; Yoshiro Udagawa; 善郎宇田川; Tsutomu Ogasawara; 努小笠原; Toshikazu Yanai; 敏和柳井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-11
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP4047000B2

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像手段の遮光領域（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課
題とする。【解決手段】光電変換するための複数の画素により形
成される受光領域と、黒基準信号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
遮光領域とを有する撮像手段（４）と、該撮像手段の該
遮光領域を複数のブロックに分割し、各遮光領域のブロ
ックの出力を積分し、それぞれのブロックの積分値を比
較することで遮光領域の画素の異常を検出する遮光領域
異常検知手段（１７，１８）を有する撮像装置が提供さ
れる。

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ＣＣ
Ｄ４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ΦＶｓ
ｕｂパルスは電子シャッターのためのパルスでパルスＨ
ｉｇｈ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Ｏ
Ｂ762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Ｈｉｇ
ｈ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（Ｈ
ＣＣＤ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（ＶＣ
ＣＤ上部はアルミなどの遮光部材により遮光するが、Ｐ
Ｄ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ＨＣＣ
Ｄ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、Ｏ
Ｂ光漏れでも同様な挙動をすることとなる。ただし、Ｏ
Ｂ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Ｏ
Ｂ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受
光領域と、黒基準信号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遮光領域と
を有する撮像手段と、該遮光領域の出力異常を検出する
遮光領域異常検知手段とを有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受光領域と、黒基準
信号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遮光領域とを有する撮像装置
の撮像方法であって、該遮光領域を複数のブロックに分
割し、各遮光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遮光領域の画素の
異常を検出する遮光領域異常検知ステップを有すること
を特徴とする撮像方法が提供される。

【００３７】本発明によれば、遮光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Ｏ
Ｂ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Ａ
Ｄ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、Ｏ
Ｂ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、あるいは感度設定を下げる、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。

【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Ｏ
Ｂ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Ｏ
Ｂ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Ｏ
Ｂ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Ｏ
Ｂ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Ｏ
Ｂ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、
遮光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露光制御回路１７ＯＢ積分回路１８ＯＢレベルブロック比較回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小笠原努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） 5C022 AB12 AB20 AB52 AC01 AC18 AC31 AC42 AC69 5C024 CX12 EX34 GZ36 HX18 HX29 HX31

Claims

【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
成される受光領域と、黒基準信号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
遮光領域とを有する撮像手段と、該遮光領域の出力異常を検出する遮光領域異常検知手段
とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】該遮光領域異常検知手段は、該撮像手段
の該遮光領域を複数のブロックに分割し、各遮光領域の
ブロックの出力を積分し、それぞれのブロックの積分値
を比較することで遮光領域の画素の異常を検出すること
を特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】さらに、該遮光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４】さらに、該遮光領域異常検知手段により
異常が検知されると、該撮像手段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、該遮光領域異常検知手段により
異常が検知されると、該撮像手段の出力のゲインを下げ
て増幅するアンプ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６】さらに、撮影をする命令を与えるための
撮影命令スイッチと、該遮光領域異常検知手段により異常が検知されると、該
撮影命令スイッチ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７】さらに、ビデオ動画撮像のため、あるい
はファインダーとしての動画を表示するためなどに該撮
像手段を動画駆動する動画撮像駆動手段と、静止画を撮り込むために該撮像手段を駆動する静止画撮
像駆動手段と、動画撮像駆動時には、該遮光領域異常検知手段により異
常が検知されると、該撮像手段に入射する光量を減ずる
ように制御し、静止画撮像駆動時には、該撮像手段に入
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、該静止画撮像駆動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８】さらに、ビデオ動画撮像のため、あるい
はファインダーとしての動画を表示するためなどに該撮
像手段を動画駆動する動画撮像駆動手段と、静止画を撮り込むために該撮像手段を駆動する静止画撮
像駆動手段と、該撮像手段の出力を増幅するアンプ手段と、動画撮像駆動時に該遮光領域異常検知手段により異常が
検知されると、該撮像手段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、動画撮像駆動時に該遮光領域異常検知手段により異常が
検知されると、該撮像手段の出力のゲインを高くして増
幅するアンプ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９】該遮光領域異常検知手段は、該撮像手段
の該遮光領域を複数のブロックに分割し、各遮光領域の
ブロックの出力を積分し、それぞれのブロックの積分値
を比較することで遮光領域の画素の異常を検出すること
を特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の撮像
装置。
【請求項１０】光電変換するための複数の画素により
形成される受光領域と、黒基準信号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
る遮光領域とを有する撮像装置の撮像方法であって、該遮光領域を複数のブロックに分割し、各遮光領域のブ
ロックの出力を積分し、それぞれのブロックの積分値を
比較することで遮光領域の画素の異常を検出する遮光領
域異常検知ステップを有することを特徴とする撮像方
法。