JP2007336477A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＤＣ回路への入力信号のダイナミックレンジを必要以上に制限することを回避しながら、撮像素子からの画像信号情報をクリップ処理で損ねることを抑制することができる撮像装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】水平１行分の信号レベルを検出する（ステップＳ２０５）。検出された信号には、水平方向サグの影響で、クランプレベル以下の黒信号レベルが存在することがある。ＡＤＣ回路によるクリップ処理で、水平方向サグの影響により、ＣＣＤからの画像信号情報が損ねられていないか判定する（ステップＳ２０６）。例えば、入力信号の一部が、予め定められている基準値以下であるか否かの判定を行う。ここで用いる基準値は、例えば黒信号レベルの平均値より小さい値である。画像信号情報が損ねられていると判定した場合には、ステップＳ２０３に戻り、ステップＳ２０５で得られた水平１行分の信号レベルを参照して目標値を変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＣＤ等の固体撮像素子で撮像した静止画像や動画像を記録及び再生するデジタルカメラ等に好適な撮像装置及びその制御方法に関する。

近年、固体メモリ素子を有するメモリカードを記録媒体として、ＣＣＤ等の固体撮像素子で撮像した静止画像や動画像を記録及び再生するデジタルカメラ等の撮像装置が盛んに開発され、市販されている。

図７は、従来のデジタルカメラにおいて、撮像部に固体撮像素子であるＣＣＤセンサを用いた場合の画像信号処理部の一般的な構成を示すブロック図である。図７において、７０１はＣＣＤセンサ（不図示）に接続される相関２重サンプリング（ＣＤＳ）回路であり、７０２は所望の増幅度に設定可能なプログラマブルゲインアンプ（ＰＧＡ）回路であり、７０４はアナログデジタル変換（ＡＤＣ）回路である。また、７０５はＣＣＤ出力信号中の黒信号レベルを検出する黒レベル検出回路であり、７０６は黒信号レベルを基準にクランプレベルを設定するクランプレベル設定回路である。また、７０７は設定されたクランプレベルから帰還量を制御する帰還量制御回路であり、７０８はデジタルアナログ変換（ＤＡＣ）回路である。これらの黒レベル検出回路７０５、クランプレベル設定回路７０６、帰還量制御回路７０７及びＤＡＣ７０８からクランプシステム７０が構成されている。更に、７０３はＰＧＡ回路７０２から出力された画像信号とＤＡＣ回路７０８から出力されたオフセット信号とを互いに加算する加算回路である。

ＣＣＤセンサの後段には、ＣＣＤ転送時に生じたリセットノイズ成分を除去するためのＣＤＳ回路７０１を有するのが一般的である。ＣＣＤセンサの内部では、受光素子により露光、蓄積された電荷が転送パルスによって１画素ずつ分出力部のフローティングキャパシタに転送され、１画素の信号がフローティングキャパシタから出力バッファに与えられる。そして、電圧信号に変換されて、１画素単位の画像信号が順次出力されるようになされている。フローティングキャパシタは１画素の信号を出力するごとにリセットパルスによりクリアされる。このように、ＣＣＤ出力信号は、１画素ごとに、フローティングキャパシタのリセット動作により発生するリセット成分と、リセットパルスの相関ノイズが重畳するフィードスルー部分と画像信号部分とからなる。ＣＤＳ回路７０１は、ＣＣＤ出力信号のうちフィードスルー部分のレベルと画像信号部分のレベルとの差分を求め、これによって相関ノイズ成分を画像信号から排除するノイズ除去回路として機能する。

ＣＤＳ回路７０１の出力画像信号は、ＰＧＡ回路７０２によって、ＡＤＣ回路７０４の入力レンジに合わせて、所定の信号レベルに増幅された後に、ＡＤＣ回路７０４によってデジタル信号に変換される。その後、更に後段の、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等を行う信号処理回路（不図示）に伝送される。

図８は、ＡＤＣ回路７０４の一例を示す図である。図８において、画像信号が印加される入力端子８０１は、２５５個のコンパレータＣ８００１〜Ｃ８２５５の一方入力端子に接続される。ＡＤＣ回路７０４の入力の上限電圧であるＶ１が印加される端子８０２と、ＡＤＣ回路７０４の入力の下限電圧であるＶ２が印加される端子８０３との間には直列接続された２５６個の抵抗Ｒ８００１〜Ｒ８２５６が介挿されている。また、抵抗Ｒ８００１〜Ｒ８２５６の一方端（Ｖ１が印加される端子８０２側）は、コンパレータＣ８００１〜Ｃ８２５５の他方入力端子に接続されている。

コンパレータＣ８００１〜Ｃ８２５５は、夫々、画像信号レベルを異なる直流電圧と比較し、「１」又は「０」の比較結果を出力する。具体的には、画像信号レベルが直流電圧未満であれば「０」が出力され、画像信号レベルが直流電圧以上であれば「１」が出力される。エンコーダ８０５は、コンパレータＣ８００１〜Ｃ８２５５から２５５個の比較結果、つまり画像信号レベルの評価結果を取り込み、この評価結果に対応する８ビット値を出力端子Ｓ８００１〜Ｓ８００８から夫々出力する。

抵抗Ｒ８００１の一方端８０４、即ちコンパレータＣ８００１の他方入力端子の印加電圧をＶＢとすると、画像信号レベルがＶＢに満たないとき、コンパレータＣ８００１〜Ｃ８２５５の全ての比較結果が「０」となる。そして、エンコーダ８０５は、コンパレータＣ８００１〜Ｃ８２５５の全ての比較結果が「０」を示すとき、出力端子Ｓ８００１〜Ｓ８００８の全てに「０」を印加する。これによって、ＶＢを基準レベルとするクリップ処理が施された画像データが得られる。

クランプシステム７０は、ＣＣＤ出力信号中の黒信号レベルをＤＣ基準とすると同時に、ＣＣＤオフセット、ＰＧＡ回路７０２の出力オフセットやＡＤＣ回路７０４の入力オフセット等のＤＣオフセットを補償する。クランプシステム７０でのクランプレベルは、ＣＣＤ出力信号中の黒信号のＡＤＣ回路７０４出力後のデジタルデータが所定の値（以後目標値とよぶ）になるよう設定される。このとき、ＣＣＤオフセット、ＰＧＡ回路７０２の出力オフセットやＡＤＣ回路７０４の入力オフセット等のＤＣオフセットも含められる。

図９は、固体撮像素子（ＣＣＤセンサ）の一例であるインターライン型固体撮像素子の概略的な構成を示す図である。この例では、複数の画素がマトリクス状に配列されている。また、図９においては、水平１４画素、垂直１０画素としている。

図９において、９０１は被写体からの光を受け光電変換する感光画素（以後感光画素とよぶ）であり、９０２は感光画素を遮光したオプティカルブラック画素（以後ＯＢ画素とよぶ）であり、９０３は垂直電荷転送素子である。また、９０４は水平電荷転送素子であり、９０５は出力部であり、９０６は信号出力端子である。

画素の信号電荷は、読み出しパルスに基づいて垂直電荷転送素子９０３に読み出され、夫々、転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４に印加される４相駆動パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３及びφＶ４に合わせて水平電荷転送素子９０４の方向へ順に転送される。水平電荷転送素子９０４は、垂直電荷転送素子９０３から転送されてきた水平１行分の信号電荷を、夫々、転送電極Ｈ１及びＨ２に印加される２相駆動パルスφＨ１及びφＨ２に合わせて順次出力部９０５に転送する。そして、出力部９０５に転送されてきた信号電荷は電圧に変換され、信号出力端子９０６から画像信号として出力される。

図１０は、水平１行分の信号電荷読み出し方法を示すタイミングチャートである。図１０には、水平同期信号であるＨＤパルス信号、ブランキング信号であるＰＢＬＫパルス信号、上記φＨ１及びφＨ２パルス信号、φＨ１及びφＨ２パルス信号駆動回路に流れる電流、ならびに電源電圧を示している。

図１０において、水平ブランキングアクティブ期間中はφＨ１及びφＨ２パルス信号は出力されず、水平ブランキング解除後に、φＨ１及びφＨ２パルス信号が出力される。ここでのパルス信号駆動回路電流の急激な変化により、電源電圧に、図示した電源サグが発生し、この影響を受け、ＣＤＳ回路７０１の出力信号に水平方向のサグが発生することがある。

図１１に、水平方向のサグが発生したＣＤＳ回路７０１の出力画像信号が、ＰＧＡ回路７０２により所定の信号レベルに増幅された後、加算回路７０３により所定の演算をされた、ＡＤＣ回路７０４の水平１行分の入力信号の一例を示す。

図１１において、横軸は水平方向画素を示し、縦軸は入力信号電圧を示し、ＶＢはクリップ処理が施される基準レベルを示し、ＶＧは黒信号の目標値に対応するＡＤＣ入力レベルを示している。ここで、入力信号はＯＢ画素行の信号を示しており、最終的にＶＧに収束しているが、水平方向前半画素では水平方向サグの影響を受け、本来の黒信号レベルより低下している。このような水平方向サグは、感光画素行に対しても、ＯＢ画素行と同様の影響を与える。このため、撮像した静止画像や動画像では、ＣＣＤの全ての水平行における前半画素の出力信号が正規より低いレベルとなる。この結果、左側が沈んだ画像になってしまう。但し、このような電源サグに起因する水平方向サグは、水平方向画素に対する黒信号レベルの低下量がわかれば、後段の信号処理で補正することが可能である。

しかし、水平方向サグの影響が、図１２に示すようなものである場合、即ち、入力信号の一部がＶＢ以下であると、ＡＤＣ回路によるクリップ処理で、該当する画素に対する信号情報を失ってしまい、後段の信号処理での補正も不可能となってしまう。

その対策として、黒信号の目標値を上げることが考えられるが、必要以上に目標値を上げることは、ＡＤＣ回路への入力信号のダイナミックレンジを制限することとなるので得策ではない。そこで、例えば特許文献１では、クランプシステムの目標値を、１行分の黒信号レベルを検出し、その最小の黒信号レベルを基準に再設定している。これによりＡＤＣ回路への入力信号のダイナミックレンジが必要以上に制限されなくなり、有効な技術である。

特開２００５−１０１９８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された、１行分の黒信号の最小レベルからクランプシステムの目標値を再設定する場合、以下の問題が発生する。

図１３は、図１２に示す入力信号に対して特許文献１に記載された技術を採用して目標値を再設定した場合の水平方向サグの影響を示す図である。図１３に示すように、特許文献１に記載された技術では、クランプシステムの目標値を再設定した後でも、入力信号の一部がＶＢ以下になっており、ＡＤＣ回路によるクリップ処理で、該当する画素に対する信号情報を失ってしまう。この結果、後段の信号処理での補正も不可能となってしまう。

本発明の目的は、ＡＤＣ回路への入力信号のダイナミックレンジを必要以上に制限することを回避しながら、撮像素子からの画像信号情報をクリップ処理で損ねることを抑制することができる撮像装置及びその制御方法を提供することである。

本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

本発明に係る撮像装置は、被写体の光学像を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、前記アナログデジタル変換手段の出力信号中の黒信号レベルを検出する黒信号レベル検出手段と、前記黒信号レベル検出手段により検出された黒信号レベルと、予め定められた基準黒信号レベルとを比較する黒信号レベル比較手段と、前記光電変換手段の出力信号の黒信号レベルに対してクランプレベルを設定するクランプレベル設定手段と、を有し、前記クランプレベル設定手段は、前記黒信号レベル検出手段により検出された黒信号レベルが前記基準黒信号レベル以下の場合に、前記クランプレベルの設定値を変更することを特徴とする。

本発明に係る撮像装置の制御方法は、被写体の光学像を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を備えた撮像装置の制御方法であって、前記アナログデジタル変換手段の出力信号中の黒信号レベルを検出する黒信号レベル検出ステップと、前記黒信号レベル検出ステップにおいて検出した黒信号レベルと、予め定められた基準黒信号レベルとを比較する黒信号レベル比較ステップと、前記光電変換ステップにおいて取得したアナログ信号の黒信号レベルに対してクランプレベルを設定するクランプレベル設定ステップと、を有し、前記クランプレベル設定ステップにおいて、前記黒信号レベル検出ステップにおいて検出した黒信号レベルが前記基準黒信号レベル以下の場合に、前記クランプレベルの設定値を変更することを特徴とする。

従来の撮像装置では、クランプシステムの目標値を評価する際、入力信号の一部がＶＢ以下になっていると、ＡＤＣ回路によるクリップ処理で、該当する画素に対する信号情報が失われ、最適な目標値の再設定ができなくなっている。これに対し、本発明では、適切にクランプレベルを調整するため、光電変換手段により取得された画像信号情報をクリップ処理で損ねることがない。

本発明によれば、光電変換手段により取得された信号に水平方向サグが生じた場合であっても、検出した黒信号レベルに応じてクランプレベルの設定値を変更することができる。従って、アナログデジタル変換手段への入力信号のダイナミックレンジを必要以上に制限することを回避しながら、画像信号情報をクリップ処理で損ねることも抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置（デジタルカメラ）を示すブロック図である。

図１において、１０１はレンズ及び絞りからなる撮像光学系であり、１０２はメカニカルシャッタ（メカシャッタと図示する）であり、１０３はＣＣＤセンサ（撮像素子）である。また、１０４はアナログ信号処理を行うＣＤＳ回路であり、１０５は所望の増幅度に設定可能なＰＧＡ回路である。ＣＣＤセンサ１０３の構造は、図９に示すものと同様である。

また、１１０はＣＣＤ出力信号中の黒信号レベルを検出する黒レベル検出回路であり、１２３は黒レベル検出回路１１０により検出された黒信号レベルと黒信号レベルの平均値よりも小さい基準値とを比較する黒レベル比較回路である。また、１１１は黒信号レベルを基準にクランプレベルを設定するクランプレベル設定回路であり、１１２は設定されたクランプレベルから帰還量を制御する帰還量制御回路であり、１１３はＤＡＣ回路である。これらの黒レベル検出回路１１０、クランプレベル設定回路１１１、帰還量制御回路１１２及びＤＡＣ回路１１３がクランプシステム１０に含まれている。

また、１０６はＰＧＡ回路１０５から出力された画像信号とＤＡＣ回路１１３から出力されたオフセット信号とを互いに加算する加算回路であり、１０７はＡＤＣ回路である。１０８は、ＣＣＤセンサ１０３、ＣＤＳ回路１０４及びＡＤＣ回路１０７を動作させる信号を発生するタイミング信号発生回路であり、１０９は、光学系１０１、メカニカルシャッタ１０２及びＣＣＤセンサ１０３の駆動回路である。１１４は撮影した画像データに必要な信号処理を行う信号処理回路であり、１１５は信号処理された画像データを記憶する画像メモリであり、１１６は撮像装置から取り外し可能な画像記録媒体である。１１７は信号処理された画像データを画像記録媒体１１６に記録する記録回路であり、１１８は信号処理された画像データを表示する画像表示装置であり、１１９は画像表示装置１１８に画像を表示する表示回路である。

また、１２０は撮像装置全体を制御するシステム制御部であり、１２１は不揮発性メモリ（ＲＯＭ）である。不揮発性メモリ１２１には、システム制御部１２０により実行される制御方法を記載したプログラム、プログラムを実行する際に使用されるパラメータ及びテーブル等の制御データ、並びにキズアドレス等の補正データが記憶されている。１２２は不揮発性メモリ１２１に記憶されたプログラム、制御データ及び補正データが転送されて記憶し、システム制御部１２０が撮像装置を制御する際に使用する揮発性メモリ（ＲＡＭ）である。

次に、上述のように構成された撮像装置を用いてメカニカルシャッタ１０２を使用した撮影動作について説明する。なお、撮影動作に先立ち、撮像装置の電源投入時等のシステム制御部１２０の動作開始時において、不揮発性メモリ１２１から必要なプログラム、制御データ及び補正データを揮発性メモリ１２２に転送して記憶してある。また、これらのプログラムやデータは、システム制御部１２０が撮像装置を制御する際に使用される。更に、必要に応じて、追加のプログラムやデータが不揮発性メモリ１２１から揮発性メモリ１２２に転送されたり、システム制御部１２０により直接不揮発性メモリ１２１内のデータが読み出されて使用されたりする。

先ず、光学系１０１は、システム制御部１２０からの制御信号により、絞りとレンズを駆動して、適切な明るさに設定された被写体像を撮像素子１０３上に結像させる。次に、メカニカルシャッタ１０２は、システム制御部１２０からの制御信号により、必要な露光時間となるようにＣＣＤセンサ１０３の動作に合わせてＣＣＤセンサ１０３を遮光するように駆動される。この時、ＣＣＤセンサ１０３が電子シャッタ機能を有する場合は、メカニカルシャッタ１０２と併用して、必要な露光時間を確保してもよい。ＣＣＤセンサ１０３は、システム制御部１２０により制御されるタイミング信号発生回路１０８が発生する動作パルスをもとにした駆動パルスで駆動され、被写体像を光電変換により電気信号に変換してアナログ画像信号として出力する。ＣＣＤセンサ１０３から出力されたアナログの画像信号は、タイミング信号発生回路１０８が発生する動作パルスにより、ＣＤＳ回路１０４でクロック同期性相関ノイズを除去し、ＡＤＣ回路１０７でデジタル画像信号に変換される。次に、システム制御部１２０により制御される信号処理回路１１４が、デジタル画像信号に対して、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等を行う。

画像メモリ１１５は、信号処理中のデジタル画像信号を一時的に記憶したり、信号処理されたデジタル画像信号である画像データを記憶したりするために用いられる。信号処理回路１１４により信号処理された画像データや画像メモリ１１５に記憶されている画像データは、記録回路において画像記録媒体１１６に適したデータ（例えば階層構造を持つファイルシステムデータ）に変換されて画像記録媒体１１６に記録される。また、信号処理回路１１４により解像度変換処理を実施された後、表示回路１１９により画像表示装置１１８に適した信号（例えばＮＴＳＣ方式のアナログ信号等）に変換されて画像表示装置１１８に表示されることもある。

信号処理回路１１４は、システム制御部１２０からの制御信号に基づく信号処理をせずに、デジタル画像信号をそのまま画像データとして、画像メモリ１１５や記録回路に出力してもよい。また、信号処理回路１１４は、システム制御部１２０から要求があった場合に、信号処理の過程で生じたデジタル画像信号や画像データの情報をシステム制御部１２０に出力することがある。このような情報としては、例えば、画像の空間周波数、指定領域の平均値、圧縮画像のデータ量等の情報、又はこれらから抽出された情報が挙げられる。更に、記録回路１１７は、システム制御部１２０から要求があった場合に、画像記録媒体１１６の種類や空き容量等の情報をシステム制御部１２０に出力する。

また、クランプシステム１０は、ＣＣＤ出力信号中の黒信号レベルをＤＣ基準とすると同時に、ＣＣＤオフセット、ＰＧＡ回路１０５の出力オフセットやＡＤＣ回路１０７の入力オフセット等のＤＣオフセットを補償する。クランプシステム１０でのクランプレベルは、ＣＣＤ出力信号中の黒信号のＡＤＣ回路１０７出力後のデジタルデータが目標値になるよう設定される。このとき、ＣＣＤオフセット、ＰＧＡ回路１０５の出力オフセットやＡＤＣ回路１０７の入力オフセット等のＤＣオフセットも含められる。更に、本実施形態では、これらの点で、クランプシステム１０は、図７に示す従来のクランプシステム７０に類似しているが、下記の点で従来のクランプシステム７０と大きく相違している。

図２は、本発明の第１の実施形態におけるクランプシステム１０の動作を示すフローチャートである。図２には、クランプレベル設定までの手順の一例を示してある。

図２において、クランプレベルの設定を開始すると（ステップＳ２０１）、メカニカルシャッタ１０２を用いて遮光を行う（ステップＳ２０２）。次に、クランプレベル設定回路１１１は、ＣＣＤ出力信号中の黒信号のＡＤＣ回路１０７出力後のデジタルデータが、予め定めた目標値になるよう設定する（ステップＳ２０３）。次いで、ＣＣＤ１０３からの信号電荷の読み出しを行う（ステップＳ２０４）。

遮光されたＣＣＤ１０３からの出力信号は全て黒信号であり、ＯＢ画素だけでなく感光画素の出力も黒信号として用いることができる。ＣＣＤ出力信号中の黒信号レベルを検出する黒レベル検出回路１１０により、水平１行分の信号レベルを検出する（ステップＳ２０５）。但し、検出された信号には、水平方向サグの影響で、クランプレベル以下の黒信号レベルが存在することがある。

そこで、本実施形態では、ステップＳ２０６において、黒レベル比較回路１２３が、ＡＤＣ回路１０７によるクリップ処理で、水平方向サグの影響により、ＣＣＤ１０３からの画像信号情報が損ねられていないか判定する。例えば、黒レベル比較回路１２３は、入力信号の一部が、予め定められている基準値以下であるか否かの判定を行う。ここで用いる基準値は、例えば黒信号レベルの平均値より小さい値（例えばＶＢ）であり、黒信号レベルの平均値は、例えば、黒レベル検出回路１１０により検出された水平１行分の黒信号レベルの平均値である。

そして、画像信号情報が損ねられていると判定した場合には、ステップＳ２０３に戻り、ステップＳ２０５で得られた水平１行分の信号レベルを参照し、例えば最小の黒信号レベルを基準に目標値を変更する。

一方、画像信号情報が損ねられていないと判定した場合は、現在の値をクランプレベル設定値とした上で（ステップＳ２０７）、遮光解除し（ステップＳ２０８）、クランプレベルの設定を終了する（ステップＳ２０９）。そして、このクランプレベルにて撮影を行う。

即ち、本実施形態では、ステップＳ２０６において画像信号情報が損ねられていないと判定するまで、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理を繰り返す。このように繰り返す場合に読み出す水平１行分の信号は、次に読み出される水平１行分の画素の信号となる。

なお、ステップＳ２０３では、予め定める設定値として、水平方向サグの影響でＣＣＤセンサ１０３からの画像信号情報がＡＤＣ回路１０７によるクリップ処理で損ねることのない充分に大きい値を選択することが好ましい。このような設定は、ＡＤＣ回路１０７への入力信号のダイナミックレンジを必要以上に制限することとなるが、遮光状態では、問題にならない。このため、ステップＳ２０５において検出される水平１行分の信号レベルは、該当する画素に対する正しい信号情報となる。この結果、その後のステップＳ２０３において、得られた水平１行分の黒信号レベルを参照し、例えば最小の黒信号レベルを基準に目標値を変更することにより、最小の繰り返し回数でクランプレベルの設定を完了させることができる。

また、ＣＣＤ出力信号中の黒信号レベルを検出する黒レベル検出回路１１０により検出した複数行分の水平信号レベルを平均化や積分することにより、ノイズの影響を低減し、安定した黒信号レベルの比較を行うことも可能である。

これらの機能及び動作により、水平方向サグの影響を受けた入力信号であっても、撮影動作開始前に、クランプシステム１０の目標値を適切に決定することができる。しかも、ＡＤＣ回路１０７への入力信号のダイナミックレンジを必要以上に制限することはなく、更に撮像素子（ＣＣＤセンサ１０３）からの画像信号情報をＡＤＣ回路１０７によるクリップ処理で損ねることもない。

（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１の実施形態では、ＣＣＤセンサ（撮像素子）の構成が第１の実施形態と相違している。また、この相違に伴ってクランプシステム１０の動作も相違している。図３は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置におけるインターライン型固体撮像素子の概略的な構成を示す図である。

第２の実施形態では、複数の画素がマトリクス状に配列されている。また、図３においては、水平１４画素、垂直１０画素としている。また、図３において、３０１は被写体からの光を受け光電変換する感光画素であり、３０２は感光画素を遮光したＯＢ画素であり、３０３は垂直電荷転送素子であり、３０４は水平電荷転送素子であり、３０５は出力部であり、３０６は信号出力端子である。

画素の信号電荷は、読み出しパルスに基づいて垂直電荷転送素子３０３に読み出され、夫々、転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４に印加される４相駆動パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３及びφＶ４に合わせて水平電荷転送素子３０４の方向へ順に転送される。水平電荷転送素子３０４は、垂直電荷転送素子３０３から転送されてきた水平１行分の信号電荷を、夫々、転送電極Ｈ１及びＨ２に印加される２相駆動パルスφＨ１及びφＨ２に合わせて順次出力部３０５に転送する。そして、出力部３０５に転送されてきた信号電荷は電圧に変換され、信号出力端子３０６から画像信号として出力される。

なお、第１の実施形態では、図９に示す従来の固体撮像素子と同様に、１０行の画素行のうちの１行がＯＢ画素行となっているが、第２の実施形態では、１０行の画素行のうちの４行がＯＢ画素行となっている。

次に、第２の実施形態におけるクランプシステム１０の動作について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態におけるクランプシステム１０の動作を示すフローチャートである。図４には、クランプレベル設定までの手順の一例を示してある。

図４において、クランプレベルの設定を開始すると（ステップＳ４０１）、クランプレベル設定回路１１１は、ＣＣＤ出力信号中のＯＢ画素信号のＡＤＣ回路１０７出力後のデジタルデータが、予め定めた目標値になるよう設定する（ステップＳ４０２）。次に、ＣＣＤ１０３からの信号電荷の読み出しを行う（ステップＳ４０３）。

次いで、ＣＣＤ出力信号中の黒信号であるＯＢ画素信号レベルを検出する黒レベル検出回路１１０により、水平ＯＢ画素行１行分の黒信号レベルを検出する（ステップＳ４０４）。但し、検出された信号には、水平方向サグの影響で、クランプレベル以下の黒信号レベルが存在することがある。

そこで、本実施形態でも、ステップＳ４０５において、黒レベル比較回路１２３が、ＡＤＣ回路１０７によるクリップ処理で、水平方向サグの影響により、ＣＣＤ１０３からの画像信号情報が損ねられていないか判定する。例えば、黒レベル比較回路１２３は、入力信号の一部が、予め定められている基準値以下であるか否かの判定を行う。ここで用いる基準値は、例えば黒信号レベルの平均値より小さい値（例えばＶＢ）であり、黒信号レベルの平均値は、例えば、黒レベル検出回路１１０により検出された水平ＯＢ画素行１行分の黒信号レベルの平均値である。

そして、画像信号情報が損ねられていると判定した場合には、ステップＳ４０２に戻り、ステップＳ４０４で得られた水平ＯＢ画素行１行分の黒信号レベルを参照し、例えば最小の黒信号レベルを基準に目標値を変更する。

一方、画像信号情報が損ねられていないと判定した場合は、現在の値をクランプレベル設定値とした上で（ステップＳ４０６）、クランプレベルの設定を終了する（ステップＳ４０７）。そして、このクランプレベルにて撮影を行う。

即ち、本実施形態では、ステップＳ４０５において画像信号情報が損ねられていないと判定するまで、ステップＳ４０２〜Ｓ４０４の処理を繰り返す。このように繰り返す場合に読み出す水平１行分のＯＢ画素の信号は、次に読み出される水平１行分のＯＢ画素の信号となるので、本実施形態では４回までしか判定できないが、ＯＢ画素行を増やすことで、繰り返し回数を増やすこともできる。

なお、第１の実施形態と同様に、ステップＳ４０２では、予め定める設定値として、水平方向サグの影響でＣＣＤセンサ１０３からの画像信号情報がＡＤＣ回路１０７によるクリップ処理で損ねることのない充分に大きい値に設定することが好ましい。また、ＣＣＤ出力信号中の黒信号レベルを検出する黒レベル検出回路１１０により検出した複数行分の水平信号レベルを平均化や積分することも好ましい。

このような第２の実施形態によれば、メカニカルシャッタ１０２での遮光に拘らずＣＣＤセンサ１０３の黒信号を取得できる。これにより、被写体からの光を受け光電変換する感光画素行の信号電荷読み出し前に、感光画素を遮光したＯＢ画素行の信号電荷読み出しを行えば、水平方向サグの影響を受けた入力信号であっても、適切な処理を行うことができる。即ち、感光画素信号の読み出しまでに、クランプシステム１０の目標値を決定することができる。しかも、ＡＤＣ回路１０７への入力信号のダイナミックレンジを必要以上に制限することはなく、更に撮像素子（ＣＣＤセンサ１０３）からの画像信号情報をＡＤＣ回路１０７によるクリップ処理で損ねることもない。

なお、第２の実施形態では、被写体からの光を受け光電変換する感光画素行とは別に、ＯＢ画素行が４列設けられているが、感光画素を遮光したＯＢ画素行が２行以上設けられていればよい。また、２行以上のＯＢ画素行の一部又は全部が、光電変換素子を含まない画素（擬似画素）からなる擬似画素行に置換されていてもよい。即ち、ＯＢ画素行と擬似画素行とが光学的黒画素行として総計で２行以上設けられていればよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、クランプシステムの構成が第１の実施形態と相違している。図５は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置（デジタルカメラ）を示すブロック図である。

第３の実施形態では、第１の実施形態におけるクランプシステム１０の黒レベル検出回路１１０と黒レベル比較回路１２３との間に、黒レベル検出回路の出力信号の高域成分を除去する高域成分除去回路５０１が付加されてクランプシステム５０が構成されている。他の構成は、第１の実施形態と同様である。

図６に、水平方向のサグが発生したＣＤＳ回路１０４の出力画像信号が、ＰＧＡ回路１０５により所定の信号レベルに増幅された後、加算回路１０６により所定の演算をされた、ＡＤＣ回路１０７の水平１行分の入力信号の一例を示す。

図６において、横軸は水平方向画素を示し、縦軸は入力信号電圧を示し、ＶＢはクリップ処理が施される基準レベルを示し、ＶＧは黒信号の目標値に対応するＡＤＣ入力レベルを示している。ここで、入力信号はＯＢ画素行の信号を示しており、その検出範囲に画素欠陥（黒点欠陥）が存在することとする。そして、画素欠陥による信号レベル変化を除くと、最終的にＶＧに収束するが、水平方向前半画素では水平方向サグの影響を受け、本来の黒信号レベルより低下している。

このような入力信号に対して第１の実施形態におけるステップＳ２０５の処理を行うと、黒点欠陥のある画素信号を最小の黒信号レベルと誤検出してしまい、所望のクランプレベル設定を行うことができない場合がある。

このような画素欠陥による信号レベル変化は画素単位で発生するため、水平方向サグの影響による信号レベル変化に対し、高い周波数成分を有する。これに対し、第３の実施形態では、高域成分除去回路５０１により画素欠陥による信号レベル変化を除去することとしている。

このため、画素欠陥による信号レベル変化を除去した信号に対してステップＳ２０５の処理を行うこととなるため、所望のクランプレベル設定を実行することができる。これは、第２の実施形態に応用した場合も同様であり、ステップＳ４０４において適切な検出を行うことができる。

従って、被写体からの光を受け光電変換する感光画素行の信号電荷読み出し前に、感光画素を遮光したＯＢ画素行の信号電荷読み出しを行えば、水平方向サグの影響を受けた入力信号であっても、適切な処理を行うことができる。即ち、感光画素信号の読み出しまでに、クランプシステム５０の目標値を決定することができる。しかも、ＡＤＣ回路１０７への入力信号のダイナミックレンジを必要以上に制限することはなく、更に撮像素子（ＣＣＤセンサ１０３）からの画像信号情報をＡＤＣ回路１０７によるクリップ処理で損ねることもない。

なお、これらの第１乃至第３の実施形態では、デジタルカメラを例に挙げて説明しているが、本発明はビデオカメラを含む任意の撮像装置に適応可能であり、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することもできる。

また、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラム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を記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるクランプシステム１０の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置におけるインターライン型固体撮像素子の概略的な構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるクランプシステム１０の動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る撮像装置における水平方向サグの影響の一例を示す図である。 従来のデジタルカメラにおいて、撮像部に固体撮像素子であるＣＣＤセンサを用いた場合の画像信号処理部の一般的な構成を示すブロック図である。 ＡＤＣ回路７０４の一例を示す図である。 従来のインターライン型固体撮像素子の概略的な構成を示す図である。 水平１行分の信号電荷読み出し方法を示すタイミングチャートである。 従来の撮像装置における水平方向サグの影響の一例を示す図である。 従来の撮像装置における水平方向サグの影響の他の例を示す図である。 図１２に示す入力信号に対して特許文献１に記載された技術を採用した場合の水平方向サグの影響を示す図である。

符号の説明

１０１：撮像光学系
１０２：メカニカルシャッタ
１０３：撮像素子
１０４：ＣＤＳ回路
１０５：ＰＧＡ回路
１０６：加算回路
１０７：ＡＤＣ回路
１０８：タイミング信号発生回路
１０９：駆動回路
１１０：黒レベル検出回路
１１１：クランプレベル設定回路
１１２：帰還量制御回路
１１３：ＤＡＣ回路
１１４：信号処理回路
１１５：画像メモリ
１１６：画像記録媒体
１１７：記録回路
１１８：画像表示装置
１１９：表示回路
１２０：システム制御部
１２１：不揮発性メモリ
１２２：揮発性メモリ
１２３：黒レベル比較回路
３０１：感光画素
３０２：ＯＢ画素
３０３：垂直電荷転送素子
３０４：水平電荷転送素子
３０５：出力部
５０１：高域成分除去回路

Claims (9)

1. 被写体の光学像を電気信号に変換する光電変換手段と、
   前記光電変換手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
   前記アナログデジタル変換手段の出力信号中の黒信号レベルを検出する黒信号レベル検出手段と、
   前記黒信号レベル検出手段により検出された黒信号レベルと、予め定められた基準黒信号レベルとを比較する黒信号レベル比較手段と、
   前記光電変換手段の出力信号の黒信号レベルに対してクランプレベルを設定するクランプレベル設定手段と、
   を有し、
   前記クランプレベル設定手段は、前記黒信号レベル検出手段により検出された黒信号レベルが前記基準黒信号レベル以下の場合に、前記クランプレベルの設定値を変更することを特徴とする撮像装置。
2. 前記基準黒信号レベルは、黒信号レベルの平均値より小さいレベルであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記光電変換手段への入射光を遮断する遮光手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記光電変換手段は、
   光を受け光電変換する複数の感光画素からなる感光画素行と、
   前記感光画素行と平行な方向に延び、光を受けても電気信号に変換することがない２以上の光学的黒画素からなる光学的黒画素行と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記光学的黒画素行は、少なくとも、遮光された感光画素からなる複数の遮光感光画素からなる遮光感光画素行又は光電変換素子を含まない複数の擬似画素からなる擬似画素行の一方からなることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記黒信号レベル検出手段による検出信号の高域成分を除去する演算手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 被写体の光学像を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を備えた撮像装置の制御方法であって、
   前記アナログデジタル変換手段の出力信号中の黒信号レベルを検出する黒信号レベル検出ステップと、
   前記黒信号レベル検出ステップにおいて検出した黒信号レベルと、予め定められた基準黒信号レベルとを比較する黒信号レベル比較ステップと、
   前記光電変換ステップにおいて取得したアナログ信号の黒信号レベルに対してクランプレベルを設定するクランプレベル設定ステップと、
   を有し、
   前記クランプレベル設定ステップにおいて、前記黒信号レベル検出ステップにおいて検出した黒信号レベルが前記基準黒信号レベル以下の場合に、前記クランプレベルの設定値を変更することを特徴とする撮像装置の制御方法。
8. 前記基準黒信号レベルとして、黒信号レベルの平均値より小さいレベルを用いることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置の制御方法。
9. 前記光電変換手段への入射光を遮断する遮光ステップを有することを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像装置の制御方法。

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