JP2006197229A - 撮像装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 強い光が入射したときに画像が黒沈みする現象を防止する手段を含む撮像装置において、異常なＯＢ（オプティカルブラック）レベルが設定される不具合を解決することができる撮像装置、カメラを提供する。
【解決手段】 入射光量に応じた電圧を生成する単位セルを備える撮像装置１００であって、前記単位セルが行列状に複数個配列された撮像部１０１と、前記撮像手段の1行分の単位セルを順に選択する行選択部１０３と、前記行選択部１０３により選択された１行分の各単位セルの入射光量に応じた電圧を出力する出力回路１０７とを含み、先頭行の選択を開始する前の一定の期間は、前記電圧の出力を停止するタイミング制御部１０９を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光を入射して光電変換する単位セルが、半導体基板上に２次元に配置してなる撮像装置に関する。

近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラや携帯用カメラなどの、撮像装置を用いた撮像機器が一般に普及している。その中で、撮像装置の高画素化・高性能化への市場要望が高まっている。

これらの機器には、撮像装置として増幅型のイメージセンサを備えるものがある。増幅型のイメージセンサには、低消費電力や雑音が低いなどの優れた特徴がある。その反面、強い光を入射した時に画像が黒沈みするという問題がある。

特許文献１には、各画素セルの出力電圧に基づいて強い光の入射を検出して、高輝度情報を出力するＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが開示されている。これにより、強い光を入射した時に画像が黒沈みする問題を防止することが可能であると記載されている。

図１２は、撮像装置の概略図である。また、図１３には各画素セルの出力電圧に基づいて強い光の入射を検出して、高輝度情報を出力するＭＯＳイメージセンサの回路図例、図１４には、その駆動タイミング例をそれぞれ示す。バイパストランジスタ２１は、強い光の入射を検出し、高輝度情報を出力する役割を担っている。

各画素セルの信号の読み出しは、通常の露光の場合以下のように行われる。受光素子８に蓄えられた電荷を電荷検出部１４に読み出す。読み出された電荷は、増幅用トランジスタ１２、行選択トランジスタ１３を介して第１出力信号線１５に伝達される。第１出力信号線１５の電位変動がクランプ容量１８を介して、第２出力信号線２２に伝達される。第２出力信号線２２に伝達された電位変動は、列選択トランジスタ２３がＯＮすると出力回路６へ伝達される。

次に強い光の入射した場合の動作を説明する。強い光が入射した場合、受光素子８に蓄えられた電荷がリードトランジスタ１１の電位障壁を乗り越えて電荷検出部１４に漏れ込んでくる。

バイパストランジスタ２１がない場合、クランプトランジスタ２０がＯＮ時に、この電荷の漏れ込みが発生すると、第１出力信号線１５に信号は伝達されている。しかしながらクランプトランジスタ２０がＯＮの状態であるため、第２出力信号線２２の電位はクランプ電圧（ここではＶＤＤ）にクランプされており、この期間の第１出力信号線１５の電位変動は第２出力信号線２２には伝達されない。その後、クランプトランジスタ２０がＯＦＦになり読み出しを行っても、実際の第１出力信号線１５の電位レベルに応じた電位変動が第２出力信号線２２に伝達されない。最悪の場合、クランプトランジスタ２０がＯＮ時の電荷の漏れ込みが電荷検出部１４のダイナミックレンジに達して、第１出力信号線１５の電位も変化しなくなる。そのため、その後サンプリングトランジスタ１７がＯＮになり読み出し動作を行っても全く第２出力信号線２２に信号が伝達されない。このことにより、その部分は黒沈みした画像となる。

それに対し、バイパストランジスタ２１がある場合、第１出力信号線１５の電位レベルが所定範囲である場合はバイパストランジスタ２１がＯＦＦ状態で通常の読み出し動作が問題なく行われる。しかしながら、所定範囲外である場合には、バイパストランジスタ２１がＯＮ状態となる。このため第１出力信号線１５の電位レベルがバイパストランジスタ２１を介して第２出力信号線２２に伝達されるように設定される。バイパストランジスタ２１のＯＮ／ＯＦＦする範囲はそのゲート電圧により調整できる。バイパストランジスタ２１がＯＮする時の第１出力信号線１５の電位レベルが、第２出力信号線２２で検出される飽和信号の電位レベルよりも低くすることにより、図１３に示す回路は負極性の出力で、電位が低いほど最終の出力としては大きくなる。このため、強い光が入射した場合に出力される信号は通常読み出しの飽和信号より大きい高輝度情報を示すことになる。
特開２００４−３１２７００号公報

ここで、増幅型のイメージセンサはＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサのように、各画素セルの受光素子８に蓄えられた電荷を同時に読み出すことができないため、歪みのない良好な画像、特に静止画像を得るためには高速駆動が必要となる。しかし、高画素化に伴い高速駆動が困難になると、メカニカルシャッタもしくは、メカニカルシャッタと全画素同時リセット駆動を併用する等で、全画素の受光素子８がリセットされている状態を作り出し、全画素の受光素子８の蓄積時間を等しくするように露光制御する必要がある。

図１５に、前記の露光制御の概略、図１６に全画素同時リセット駆動手段をもつ撮像装置２８の概略図を示す。図１５の露光制御について説明する。まず、露光期間の前に受光素子８のリセットを行い、露光が始まる時点では、全ての画素セルの受光素子８はリセットされている状態である。次に露光を行い、その後、蓄えられた電荷を読み出す前に、メカニカルシャッタにより撮像領域を遮光し、読み出し動作を行う。前記の露光制御により全画素の受光素子８は同時刻に露光が開始され、露光時間も等しくなるので、歪みのない良好な画像が取得できる。

通常読み出し動作時には、各行を順次走査する行選択手段は常に動作しており、画素のリセットと読み出しを制御しているが、前記の露光制御期間中には、メカニカルシャッタや全画素同時リセット駆動により露光制御を行うため、行選択手段は停止している。行選択手段が停止している状態では、すべての行は非選択の状態、つまり各画素の信号が第１出力信号線１５に読み出されていない状態である。

特許文献１においては、黒沈みする画素センサを検出する際の指標として画素出力電圧を用いており、強い光が入射した際に、その出力電圧が所定の信号範囲を超える場合、高輝度を示す信号を出力することにより、黒沈みする画素を検出している。その高輝度を示す信号電圧は、前記のように、画素出力電圧が所定の信号範囲内である場合に出力される飽和信号レベルよりもかなり大きなレベルである。

図１５に示す露光制御駆動では、蓄積時間を均一にするために撮像装置の読み出し画素を指定する行選択手段をある一定期間止める必要があり、その期間はリードトランジスタ１１、リセットトランジスタ１０、行選択トランジスタ１３はオフ状態にあり、各画素の信号が第１出力信号線１５に読み出されてない。ただし、増幅用トランジスタ１２とでソースフォロワ回路を構成する負荷トランジスタ７は動作しているため、第１出力信号線１５は負荷トランジスタを介してバイパストランジスタ２１が制御する所定の信号範囲外の低電位になっている。行選択手段は停止しているものの、列選択手段から選択信号が供給されるため、信号処理手段５および列選択トランジスタ２３が動作し、実際に光入射はないが、バイパストランジスタ２１がＯＮして、第２出力信号線２２に第１出力信号線１５の信号が高輝度情報として読み出される。

この期間に読み出される信号は全て高輝度を示す信号電圧相当となっており、高輝度を示す高輝度信号（飽和信号より大きい）が全撮像領域の輝度信号として扱われるため、画質に悪影響を及ぼす恐れがある。

通常、ＭＯＳセンサでは、画素領域の一部を遮光膜等で遮光した領域（オプティカルブラック部）を設け、その領域からの信号レベルをオプティカルブラックレベル（ＯＢレベル）として、撮像領域の信号レベルの基準としている。そして、図１７に示すような信号処理部を用いて、通常の出力信号２９とＯＢ部のＯＢ出力信号３０との差分を取ることにより、信号情報のみを抽出するように構成している。なおこの信号処理部は、出力回路6の出力端子に接続される。ここで、ノイズの少ない安定したＯＢレベルを得るため、所定期間の時間平均をもってＯＢレベルとしている。つまり、所定の時定数をもって平滑化動作を行っている。例えば、ＯＢレベルを平滑コンデンサ３２により平滑化している。

しかしながら、全画素同時リセットを行って電荷蓄積を行う場合、蓄積時間を均一にするために撮像装置の読み出し画素を指定する行選択部をある一定期間止める必要があるが、この期間中は常に高輝度を示す信号電圧相当の信号が出力されているため、ＯＢレベルとして高輝度を示す信号電圧相当の信号が設定されてしまう。そして、蓄積期間が完了して、行選択動作により信号の読み出しに移行し、正常なＯＢレベルが第１出力信号線１５に読み出されるが、上記のようにノイズの少ない安定したＯＢレベルを得るため、平滑コンデンサ３２により平滑化処理を行っているので、正常な値に復帰するのに時間を要する。したがって、読み出し開始時には、異常なＯＢレベルが設定されて、適切な信号の差分情報が取れなくなり、図１８に示すように現象としては画面の一部が黒く沈む現象が発生するため問題である。通常読み出しが始まるとＯＢレベルは徐々に改善されて信号レベルも徐々に正常に戻る。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、強い光が入射したときに画像が黒沈みする現象を防止する手段を含む撮像装置において、異常なＯＢレベルが設定される不具合を解決することができる撮像装置、カメラを提供することを目的とする。

上記課題を解決し上記目的を達成するために、入射光量に応じた電圧を生成する単位セルを備える撮像装置であって、前記単位セルが行列状に複数個配列された撮像手段と、
前記撮像手段の1行分の単位セルを順に選択する行選択手段と、前記行選択手段により選択された１行分の各単位セルの入射光量に応じた電圧を出力する処理手段とを含み、先頭行の選択を開始する前の一定の期間は、前記電圧の出力を停止する制御手段を有することを特徴としている。

このように、本発明の撮像装置では、先頭行の選択を開始する前の一定の期間は、制御手段により、電圧の出力を停止する。これにより、異常なＯＢレベルが設定され黒沈みが発生することを回避することができる。

ここで、前記処理手段は、前記単位セルの入射光量が所定の範囲内にある場合には入射光量に比例した電圧を出力し、前記単位セルの入射光量が所定範囲外にある場合には、高輝度を示す電圧を出力してもよい。

この構成によれば、処理手段において、入射光量の大きさによって出力する電圧を設定できるという効果がある。

ここで、先頭行の選択を開始する前の一定期間は、露光期間を含んでもよい。
この構成によれば、露光期間を含む期間おいて電圧の出力を停止することができるという効果がある。

ここで、先頭行の選択を開始する前の一定期間は、さらに全単位セルのリセット期間を含んでもよい。

この構成によれば、全単位セルのリセット期間を含む期間において電圧の出力を停止することができるという効果がある。

ここで、さらに、列毎の単位セルに接続された信号線と、前記信号線に接続された負荷回路を有する負荷部を含み、前記制御手段は、前記負荷部の機能を停止し無負荷状態にすることにより前記電圧の出力を停止してもよい。

この構成によれば、負荷部の機能を停止し無負荷状態にすることで電圧の出力を停止することができるという効果がある。

ここで、前記撮像手段と前記処理手段との間に接続された前記電圧をサンプリングするサンプリング部を含み、前記制御手段は、前記サンプリング部におけるサンプリングを停止することにより前記電圧の出力を停止してもよい。

この構成によれば、サンプリング部におけるサンプリングを停止することにより電圧の出力を停止することができるという効果がある。

ここで、さらに、前記撮像手段の列を順に選択する列選択手段を含み、前記制御手段は、列選択手段の列選択動作を停止させることにより前記電圧の出力を停止してもよい。

この構成によれば、列選択動作を停止させることにより電圧の出力を停止することができるという効果がある。

ここで、前記撮像手段は、一部の単位セルを遮光したオプティカルブラック部を有し、前記処理手段に接続され、前記オプティカルブラック部からの電圧をサンプリングする第１サンプリング部を備える出力手段を含み、前記制御手段は、前記第1サンプリング部におけるサンプリングを停止させることにより前記電圧の出力を停止してもよい。

この構成によれば、第１サンプリング部におけるサンプリングを停止させることにより電圧の出力を停止することができるという効果がある。

なお、カメラにおいても同様の手段、効果を有している。

上記の構成によれば、全画素の受光素子の蓄積時間を等しくするために、行選択部を停止して蓄積動作を行った場合においても、行選択部を停止している際に高輝度を示す電圧情報を出力させないため読出し開始時にＯＢレベルが異常レベルとなって黒沈みする問題を解決し、良好な画像を得ることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施形態における撮像装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１の固体撮像装置１００は、撮像部１０１、負荷回路部１０２、行選択部１０３、列選択部１０４、全画素同時リセット部１０５、信号処理回路部１０６、出力回路１０７、信号処理部１０８、タイミング制御部１０９から構成される。全画素同時リセット部１０５に関しては、メカニカルシャッタが目的の機能を担い、省かれる場合もある。

撮像部１０１は、単位セルが２次元に配列された撮像領域である。ここでは、４×３の２次元状に配列された１２画素を例にしているが、実際の画素数は、数十万から数百万個程度である。また、画素領域の一部には遮光膜等で遮光した画素（ＯＢ画素）を設けられている。負荷回路部１０２は、縦１列毎に同一の回路が１個接続されており、出力電圧を読み出すために、列単位で撮像部１０１の画素に負荷をかける回路である。

行選択部１０３は、横１行毎に、ＲＥＳＥＴ、ＲＥＡＤ、ＬＳＥＬの３本の制御線を備え、撮像部１０１の画素に対して、行単位で、リセット（初期化）、リード（読み出し）及び、行選択を制御する。列選択部１０４は制御線を備え、列を順次選択する。全画素同時リセット部１０５は全行のＲＥＳＥＴ、ＲＥＡＤを同時に制御し、各単位セルの受光素子の蓄積時間をリセットする。信号処理回路部１０６は、縦１列毎に同一の回路が１個接続されており、撮像手段１からの列単位の出力を処理して、順次出力する。出力回路１０７は、信号処理回路部１０６の出力に必要な変換を施して出力する。

信号処理部１０８は、出力回路１０７からの信号を処理し信号出力を行う。タイミング制御部１０９は負荷回路部１０２、行選択部１０３、列選択部１０４、全画素同時リセット部１０５、信号処理回路部１０６、信号処理部１０８にそれぞれタイミング制御信号を出力する。

図２は、実施形態１の固体撮像装置１００の回路の概略を示す図である（全画素同時リセット部１０５は不図示）。ここでは１画素のみを示している。負荷回路部１０２は、第１出力信号線２１８とＧＮＤとの間に接続された負荷トランジスタ２０１を含み、負荷トランジスタ２０１のゲートには所定の負荷電圧（ＬＧ）が供給される。

撮像部１０１は、初期化時の電圧を増幅したリセット電圧と読み出し時の電圧を増幅したリード電圧とを第１出力信号線２１８に出力することを特徴とし、入射した光を光電変換し、電荷を出力するフォトダイオード等の受光素子２１１と、受光素子２１１により発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷を電圧信号に変換するコンデンサ２１２と、コンデンサ２１２の示す電圧が初期電圧（ここではＶＤＤ）になるようにリセットするリセットトランジスタ２１３と、受光素子２１１により出力される電荷をコンデンサ２１２に供給するリードトランジスタ２１４と、コンデンサ２１２の示す電圧に追従して変化する電圧を出力する増幅用トランジスタ２１５と、行選択部１０４から行選択信号を受けたときに増幅用トランジスタ２１５の出力を第１出力信号線２１８に出力する行選択トランジスタ２１６とを含む。ここでは、以後の説明を容易にするために、リセットトランジスタ２１３、リードトランジスタ２１４、及び増幅用トランジスタ２１５が接続している部分を特に電荷検出部２１７と呼称することとする。

信号処理回路部１０６は、リード電圧が所定の範囲の電圧である場合に、当該単位セルにより出力されるリセット電圧と当該リード電圧との差分を示す輝度情報を出力し、当該リード電圧が所定の電圧の範囲にない場合に、高輝度を示す輝度情報を出力することを特徴とし、第１出力信号線２１８と第２出力信号線２２６との間に直列に接続されたサンプリングトランジスタ２２１及びクランプ容量２２２と、第２出力信号線２２６とＧＮＤとの間に直列に接続されたクランプトランジスタ２２４と、クランプ容量２２２と並列に接続され、クランプ容量２２２の端子間にかかる電圧が所定の電圧を超えない場合には、この端子間を非導通状態とし、この端子間にかかる電圧が所定の電圧を超えた場合には、この端子間を導通状態にするバイパストランジスタ２２５とを含む。

ここで、撮像部１０１にはリセットパルス（初期化信号：ＲＥＳＥＴ）、リードパルス（読み出しパルス：ＲＥＡＤ）、及び、行選択パルス（行選択信号：ＬＳＥＬ）が、信号処理回路部１０６には、サンプリングパルス（ＳＰ）、及び、クランプパルス（ＣＰ）が決められたタイミングで供給され、これら各制御パルスにそれぞれ対応するトランジスタが開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）される。

図１４は、各制御パルスのタイミングを示す図である。図１4に示すようなタイミングで各制御パルスを与えることで、行選択トランジスタ２１６をＯＮした状態で、クランプトランジスタ２２４をＯＮし、第２信号出力線を基準電圧にした状態で第１出力信号線２１８にリセット電圧を出力させ（図１４のａ）、ここでリセット電圧が所定の範囲の電圧であるときには基準電圧とリセット電圧との差分相当がクランプ容量２２２に保持され（図１４のｂ）、その後、クランプトランジスタ２２４をＯＦＦにした状態で第１出力信号線２１８にリード電圧を出力させ（図１４のｃ）、ここでリード電圧が所定の範囲の電圧であるときには第２出力信号線２２６の電圧が、当該リセット電圧と当該リード電圧との差分相当だけ当該基準電圧から変化し（図１４のｄ）、これを輝度情報として出力することができ、また、リード電圧が所定の範囲の電圧でないときには、バイパストランジスタ２２５が端子間を導通状態にすることにより、第２出力信号線２２６の電圧がリード電圧に置き換えられ、これを輝度情報として出力することができる。

ここで、所定の範囲の設定方法は、例えば、バイパストランジスタ２２５のゲートにバイアス電圧を常時、または必要なタイミングに供給してもよい。バイパストランジスタ２２５のゲートに印加されるバイアス電圧もしくはパルスを以降はＳＫＩＰとする。

以上、本発明に必要な撮像装置の構造・駆動方法を示したが、強い光が入射したときに画像が黒沈みする現象を防止する手段として、バイパストランジスタ２２５を設けたときの動作の詳細は、特許文献１に掲載されておりここでは省略する。また、リードトランジスタ２１４がない撮像装置でも同様の方法で黒沈みを防止することができる。

前記の撮像装置は、全画素同時リセット部１０５に接続されており、動作としては、ある期間に全ての行のリセットトランジスタ２１３とリードトランジスタ２１４をＯＮさせることによって、受光素子２１１に蓄積されている電荷をリセットする。

図３は、実施形態１の撮像装置における全画素の受光素子２１１がリセットされている状態を作り出し、全画素の受光素子２１１の蓄積時間を等しくするように露光制御する際の各制御パルスの図である。図３のＡ期間は、通常の読み出し動作（露光制御動作でない動作）が行われる期間を示す。

図３のＢ期間は、全画素リセットフレームもしくは全画素リセット前フレームであり、行選択部１０３の走査はこの期間で全段終了すると、一定期間は停止している。この区間を設けない場合、全画素リセットができない、もしくは、ある行以降は行選択手段が走査しているため、全画素リセットを行っても全画素の蓄積時間を同一にすることができない。

図３のＣ期間は、全画素同時リセット動作・露光、もしくは露光が行われるフレームで期間であり、メカニカルシャッタの開閉のタイミングもしくは全画素同時リセット部１０５で蓄積時間を調整することができる。

図３のＤ期間は、全画素リセット後、露光が終了し、読み出しが行われる期間である。この期間では、メカニカルシャッタを用いて、撮像部１０１に光が入射しないようにし、全画素で蓄積時間が同一になるようにする必要がある。

図３に示すように露光制御駆動を行うために、Ｂ期間で行選択部１０３が走査し終わった後の期間と、Ｃ期間は行選択部１０３の選択動作を停止させているため、この区間でＳＫＩＰを通常動作時と同様に供給すると、第１出力信号線２１８はＧＮＤレベルまで低下しているため、バイパストランジスタ２２５で制御される所定の範囲外であるので結果として高輝度信号が出力される。そのため、このＢ期間で行選択部１０３が走査し終わった後の期間と、Ｃ期間はバイパストランジスタ２２５を非導通にするため、ＳＫＩＰをタイミング制御部１０９によってＬ固定することで、高輝度信号が出力されなくなる。

第１の実施形態によれば、ＳＫＩＰをＬ固定し、バイパストランジスタ２２５を非導通にすることで、露光制御動作駆動のときに行選択部１０３が停止している期間に高輝度を示す信号電圧は出力されることはなくなる。そのため、異常なＯＢレベルが設定されることはなくなり、黒沈みが発生することを回避できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成は、図１、２、１４に示した第１の実施形態と同様である。図４は、第２の実施形態の撮像装置における露光制御駆動時の各制御パルスの図である。第２の実施形態では、タイミング制御部１０９によってＬＧをＬ固定し、負荷トランジスタ２０１を非導通にすることで、バイパストランジスタ２２５が導通する範囲に第１出力信号線２１８の電位にならないため、高輝度信号が出力されなくなる。

第２の実施形態によると、ＬＧをＬ固定して負荷トランジスタ２０１を非導通にすることで、露光制御駆動のときに行選択手段が停止している期間に高輝度を示す信号電圧は出力されることはなくなる。そのため、異常なＯＢレベルが設定されることはなくなり、黒沈みが発生することを回避できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の構成は、図１、２、１４に示した第１の実施形態と同様である。図５は、第３の実施形態の撮像装置における露光制御駆動時の各制御パルスの図である。第３の実施形態は、タイミング制御部１０９によってＳＰをＬ固定してサンプリングトランジスタ２２１を非導通にすることで、第１出力信号線２１８のバイパストランジスタ２２５が導通する範囲に第１出力信号線２１８の電位があったとしても、高輝度信号が出力されなくなる。
第３の実施形態によると、ＳＰをＬ固定してサンプリングトランジスタ２２１を非導通にすることで、露光制御駆動のときに行選択部が停止している期間に高輝度を示す信号電圧は出力されることはなくなる。そのため、異常なＯＢレベルが設定されることはなくなり、黒沈みが発生することを回避できる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の構成は、図１、２、１４に示した第１の実施形態と同様である。第４の実施形態によると、露光制御駆動のときに行選択部が停止している期間に、同時に列選択部も停止することで、撮像装置から信号は出力されないので、高輝度を示す信号電圧は出力されることはなくなる。そのため、異常なＯＢレベルが設定されることはなくなり、黒沈みが発生することを回避できる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態の構成の内、撮像手段１は、図１、２、１４に示した第１の実施形態と同様である。図６には、第５の実施形態に係る信号処理部１０８、タイミング制御部１０９の概略図である。図６の信号処理部は、MOS型撮像装置から出力されるフィードスルーの信号と出力信号の差分を取るCDS回路３０１、CDS回路３０１から出力されるOBレベルの信号を検出するOBクランプ回路３０４、OBレベルと有効画素の信号レベルの差分を取り、ゲイン調整するGCA３０２で構成される。OBクランプ回路３０４は、クランプイントランジスタ３０５と、OB信号レベルを保持するために必要な時定数の容量を持ったコンデンサ３０６とにより構成され、タイミング制御部１０９とクランプイントランジスタ３０５とにより、MOS型撮像装置から出力されるOB領域の出力信号をOBレベル検出部３０７で検出する。

図７は、制御タイミング例を表す。MOS型撮像装置の１ラインの読み出し時間は、ラインの選択、がそのリセット、読み出しを行うＨブランキング期間、有効画素の信号出力期間、OB画素の信号出力期間で成り立っており、OB画素の信号出力期間でCPINをHにして、クランプイントランジスタ３０５をオンにすることにより信号レベルを検出する。

図８は、第５の実施形態の撮像装置における露光制御駆動時の各制御パルスの図である。第５の実施形態は、ＯＢ出力信号３０９として高輝度信号が出力されている場合でも、露光制御駆動のときには、クランプイントランジスタ３０５を非導通にするために、タイミング制御部１０９よりＣＰＩＮをＬ固定にすることで、ＯＢレベルには高輝度信号の悪影響は及ばない。

第５の実施形態によれば、露光制御駆動のときに行選択部１０３が停止している期間に、クランプイントランジスタ３０５を非導通にすることで、適切なＯＢレベルが保持され、黒沈みが発生することを回避できる。

なお、上記各実施の形態において、信号処理部１０８は固体撮像装置１００の外にあるとしたが、固体撮像装置１００の内部に含まれても良い。

（第６の実施形態）
実施形態１〜５は、各単位セルが４つのトランジスタで構成されている場合で示したが、３つのトランジスタで構成する場合でも同様の効果が得られる。図９に３トランジスタ構成の回路図例を示す。３つのトランジスタの動作は特開２００３−４６８６４に掲載されており、ここでは省略する。３つのトランジスタと４つのトランジスタの場合で、第１出力信号線１５の出力レベルは異なり、バイパストランジスタ２２５のゲート電圧ＳＫＩＰはそれぞれの場合で黒沈み現象を検出できるように調整される。３つのトランジスタの構成においても、行選択手段が選択動作を停止している期間において、同様の問題が発生するが、実施形態１〜５に示した方法によれば、単位セルが３つのトランジスタ構成においても異常なＯＢレベルが設定されることはなくなり、黒沈みが発生することを回避できる。

（第７の実施形態）
前記実施形態１〜６は、高輝度判定手段としてバイパストランジスタを用いた構成で示したが、図１０のような回路を用いてもよい。第１出力信号線２１８電位が所定範囲内である場合、電圧検出部６０２が第１出力信号線２１８の電位が所定範囲内であることを検出し、切り替えスイッチ６０３では通常時出力信号線６０１と第２出力信号線２２６が接続され、通常時の信号が出力される。第１出力信号線２１８の電位が所定範囲内でない場合、電圧検出部が第１出力信号線２１８の電位が所定範囲内でないことを検出し、切り替えスイッチ６０３では通常時出力信号線６０１と高輝度信号参照出力線６０４が接続され、高輝度を示す信号である所定電位Ｖｒｅｆが第２出力信号線２２６に出力されることにより、黒沈みする現象を防止することができる。第１出力信号線２１８の電位が所定範囲内でない場合に高輝度を示す信号を出力する。そのため異常なＯＢレベルが設定される問題が発生するが、実施形態２〜５に示した方法でこの回路においても黒沈みが発生することを回避できる。

（第８の実施形態）
図１１は、上述した第１〜７の実施形態の撮像装置を撮像カメラに適用した場合の図である。図１１に記載したカメラは、被写体の光学像を撮像素子に結像させるレンズ４０１、レンズを通った光学像の光学処理を行う光学系４０２、光学像を電気信号に変換する第１〜７の実施形態のＭＯＳ型撮像装置４０３、ＭＯＳ型撮像装置４０３から出力されるフィードスルーの信号と出力信号の差分を取るＣＤＳ回路４０４、ＣＤＳから出力されるＯＢレベルの信号を検出するＯＢクランプ回路４０５、ＯＢレベルと有効画素の信号レベルの差分を行い、ゲイン調整するＧＣＡ４０６、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ４０７、信号勝利と駆動タイミングの制御を行うＤＳＰ４０８、ＤＳＰよりタイミングを発生させるＴＧ４０９で構成される。

上述した第１〜７実施形態の撮像装置を使用することにより、大光量の光が入射しても黒沈みは発生せず、また歪のない静止画を得ることができる撮像カメラを実施できる。

本発明は、家庭用ビデオカメラ、デジタルスチルカメラや携帯電話用カメラなどの撮像機器において、強い光が入射したときに画像が黒沈みする現象を防止する撮像装置として適用することができる。

本発明に係る撮像装置の概略構成図である。 本発明に係る撮像装置の概略回路図である。 第１の実施形態に係る撮像装置の制御方法の概略図である。 第２の実施形態に係る撮像装置の制御方法の概略図である。 第３の実施形態に係る体撮像装置の制御方法の概略図である。 信号処理部の回路図である 。 OBレベルの検出例である。 第５の実施形態に係る撮像装置の制御方法の概略図である。 第６の実施形態に係る撮像装置の概略回路図である。 第７の実施形態に係る撮像装置の概略回路図である。 第８の実施形態に係るカメラの概略構成図である。 従来の撮像装置の概略構成図である。 従来の撮像装置の概略回路図である。 駆動タイミングの例を示す図である。 露光制御駆動の概略を示す図である。 全画素同時リセット部を設けた従来の撮像装置の概略構成図である。 従来の信号処理部の回路図である。 画面上部黒化現象の概略図である

符号の説明

１、１０１ 撮像部
２、１０２ 負荷回路部
３、１０３ 行選択部
４、１０４ 列選択部
５、１０６ 信号処理回路部
６、１０７ 出力回路
７、２０１ 負荷トランジスタ
８、２１１ 受光素子
９、２１２ コンデンサ
１０、２１３ リセットトランジスタ
１１、２１４ リードトランジスタ
１２、２１５ 増幅用トランジスタ
１３、２１６ 行選択トランジスタ
１４、２１７ 電荷検出部
１５、２１８ 第一出力信号線
１７、２２１ サンプリングトランジスタ
１８、２２２ クランプ容量
１９、２２３ サンプリング容量
２０、２２４ クランプトランジスタ
２１、２２５ バイパストランジスタ
２２、２２６ 第二出力信号線
２３、２２７ 列選択トランジスタ
２５、１０５ 全画素同時リセット部
２６ 画面上部黒化部
２７ 撮像画像
２８、１００、５００、６００ 固体撮像装置
２９、３０３ 出力信号
３０、３０９ ＯＢ出力信号
３１、３０５ クランプイントランジスタ
３２、３０６ 平滑コンデンサ
３３、３０７ ＯＢレベル検出部
３４、３０２、４０６ ＧＣＡ回路
１０８、４１０ 信号処理部
１０９、４１１ タイミング制御部
３０１ ＣＤＳ回路
３０４、４０５ ＯＢクランプ回路
４００ 撮像カメラ
４０１ レンズ
４０２ 光学系
４０３ ＭＯＳ型撮像素子
４０４ ＣＤＳ回路
４０７ ＡＤＣ回路
４０８ ＤＳＰ回路
４０９ ＴＧ回路
６０１ 通常時出力信号線
６０２ 電圧検出部
６０３ 切り替えスイッチ
６０４ 高輝度信号参照出力線

Claims (9)

1. 入射光量に応じた電圧を生成する単位セルを備える撮像装置であって、
   前記単位セルが行列状に複数個配列された撮像手段と、
   前記撮像手段の1行分の単位セルを順に選択する行選択手段と、
   前記行選択手段により選択された１行分の各単位セルの入射光量に応じた電圧を出力する処理手段とを含み、
   先頭行の選択を開始する前の一定の期間は、前記電圧の出力を停止する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記処理手段は、前記単位セルの入射光量が所定の範囲内にある場合には入射光量に比例した電圧を出力し、前記単位セルの入射光量が所定範囲外にある場合には、高輝度を示す電圧を出力することを特徴とする請求項１の撮像装置。
3. 先頭行の選択を開始する前の一定期間は、露光期間を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２の撮像装置。
4. 先頭行の選択を開始する前の一定期間は、さらに全単位セルのリセット期間を含むことを特徴とする請求項３の撮像装置。
5. さらに、列毎の単位セルに接続された信号線と、
   前記信号線に接続された負荷回路を有する負荷部を含み、
   前記制御手段は、前記負荷部の機能を停止し無負荷状態にすることにより前記電圧の出力を停止することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の撮像装置。
6. 前記撮像手段と前記処理手段との間に接続された前記電圧をサンプリングするサンプリング部を含み、
   前記制御手段は、前記サンプリング部におけるサンプリングを停止することにより前記電圧の出力を停止することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の撮像装置。
7. さらに、前記撮像手段の列を順に選択する列選択手段を含み、
   前記制御手段は、列選択手段の列選択動作を停止させることにより前記電圧の出力を停止することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の撮像装置。
8. 前記撮像手段は、一部の単位セルを遮光したオプティカルブラック部を有し、
   前記処理手段に接続され、前記オプティカルブラック部からの電圧をサンプリングする第１サンプリング部を備える出力手段を含み、
   前記制御手段は、前記第1サンプリング部におけるサンプリングを停止させることにより前記電圧の出力を停止することを特徴とする請求項１〜４の何れか記載の撮像装置。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の撮像装置を搭載することを特徴とするカメラ。

Images