JP2008172330A - 固体撮像装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像領域内にアスペクト比の異なる複数の有効画素領域が区画される固体撮像装置において、撮像領域の外周に沿ってＯＢクランプ用の遮光画素配列を設ける場合、チップに占める画素面積の比率が増大してしまう。
【解決手段】画素アレイ領域１０４内には、アスペクト比の異なる２つの有効画素領域１０２及び１０３が、イメージサークルＣＲに内接し、かつ、互いに交差するように設けられる。また、有効画素領域１０２及び１０３のいずれにも含まれない画素を遮光することによって、画素アレイ領域１０４の４隅に遮光領域１１１〜１１４領域が形成されている。所望の有効画素領域１０２または１０３と共に、４つの遮光領域１１１〜１１４の少なくとも１つを走査することによって、基準となる遮光画素出力を取得することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置及び撮像装置に関し、より特定的には、アスペクト比の異なる複数種類の映像信号を取得することができる固体撮像装置及びこれを備える撮像装置に関するものである。

固体撮像装置には、その外部環境が大きく変化した場合でも、安定した映像を出力できる性能が要求されている。そこで、有効画素領域の前段部分または後段部分（すなわち、有効画素領域の前または後に走査される部分）に遮光した画素を設け、その遮光画素の出力を基準として有効画素領域の各画素の信号レベルを補正するＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）クランプ方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載されている従来の固体撮像装置の概略構成を示す図である。

図９に示される固体撮像装置は、行列状に配置される複数の画素ＰＸＬと、画素行を順に選択する垂直走査回路８０１と、画素列を順に選択する水平走査回路８０２と、水平走査回路８０２による走査に従って出力される画素信号に種々の信号処理を施す信号処理回路８０３とを備える。尚、以下では、説明を容易にするため、ｉ行目のｊ列に配置される画素をＰＸＬ（ｉ，ｊ）と表す。

図９に示される画素ＰＸＬ（１，１）〜ＰＸＬ（５，５）は、同一の構造を有するが、ハッチングが施された５列目の画素ＰＸＬ（１，５）〜ＰＤ（５，４）は、遮光膜によって遮光されている。

画素信号の読み出し時には、まず、垂直走査回路８０１によって選択されたｉ行目の画素ＰＸＬ（ｉ，１）〜ＰＸＬ（ｉ，５）から画素信号が同時に出力される。次に、水平走査回路８０２が画素の各列を順に選択すると、ｉ行目の画素ＰＸＬ（ｉ，１）〜ＰＸＬ（ｉ，５）から出力された画素信号が順に信号処理回路８０３に出力される。尚、垂直走査回路８０１及び水平走査回路８０２は、シフトレジスタによって構成されており、任意の行及び列から走査を開始することができる。

信号処理回路８０３は、遮光画素ＰＬＸ（ｉ，５）の出力信号を基準として、水平走査回路８０２から出力された画素信号のレベルを補正する。例えば、信号処理回路８０３は、画素ＰＬＸ（３，４）の画素信号から遮光ＰＸＬ（３，５）の画素信号を減算することによって、遮光されていない画素ＰＸＬ（３，４）の画素信号を補正する。

図１０は、図９に破線で示される領域からの画素信号の読み出し方法を示すタイミングチャートである。

まず、期間ＡＣにおいて、垂直走査回路８０１が３行目の画素ＰＸＬを選択した後、水平走査回路８０２が３〜５列目を順に選択する（期間Ａ）。この結果、画素ＰＸＬ（３，３）、ＰＸＬ（３，４）及びＰＸＬ（３，５）の画素信号が順に信号処理回路８０３に出力される。

次に、期間ＢＣにおいて、垂直走査回路８０１が４行目の画素ＰＸＬを選択した後、水平走査回路８０２が３〜５列目を順に選択する（期間Ｂ）。この結果、画素ＰＸＬ（４，３）、ＰＸＬ（４，４）及びＰＸＬ（４，５）の画素信号が順に信号処理回路８０３に出力される。
特開２００５−１９２２５０号公報 特開２００６−１０９０５０号公報

上記の従来の固体撮像装置においては、所定のアスペクト比を有する単一の画素領域に対して、ＯＢクランプに用いられる１列分の遮光画素が配置されている。

しかしながら、アスペクト比が異なる複数種類の映像信号を取得できる固体撮像装置（以下、「マルチアスペクト対応固体撮像装置」という）に、従来技術の遮光画素を設ける場合には、次のような問題が考えられる。

第１に、マルチアスペクト対応固体撮像装置は、例えば「１６：９」と「４：３」のようにアスペクト比が異なる複数のイメージエリアを備えるので、これらの複数のイメージエリアを包含する１つの領域全体に対して、１列または１行分の遮光画素を設ける必要がある。この場合、画素数が必要以上に増加し、チップの面積に対して画素が占める面積の比率が大きくなるという問題がある。

第２に、マルチアスペクト対応固体撮像装置では、あるアスペクト比（例えば、「４：３」）を有する映像信号が必要な場合であっても、アスペクト比の異なる複数のイメージエリア（例えば、「４：３」と「１６：９」）を包含する領域内の画素信号を全て読み出してから、信号処理によって所望のアスペクト比の映像信号を取り出す必要がある。この場合、所望のアスペクト比の映像信号には不要な画素信号が読み出されるため、映像の読み出しに要する時間が増大するという問題がある。

それ故に、本発明は、撮像エリアの面積と映像の出力時間とを増加することなく、アスペクト比の異なる複数種類の映像を撮像することができる固体撮像装置及びこれを備える撮像装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数の画素が行列状に配列された画素アレイ領域を有する固体撮像装置に関するものである。当該固体撮像装置は、画素アレイ領域内において、アスペクト比の異なる複数の有効画素領域を部分的に重ね合わせて構成され、入射光強度に応じた信号を出力する複数の有効画素を含む撮像領域と、画素アレイ領域のコーナー部に配置され、入射光に対して遮光された遮光画素を含む第１の遮光領域とを備える。

また、第２の発明は、第１の発明に係る固体撮像装置と、固体撮像装置から出力される画素信号に所定の信号処理を施す信号処理回路とを備える撮像装置に関するものである。

この場合、有効画素領域の各々は、集光された入射光によって形成されるイメージサークルに内接して、互いに交差するように設けられることが好ましい。

また、上記の固体撮像装置は、有効画素領域の１つに含まれる有効画素の各々と、第１の遮光領域に含まれる遮光画素とを任意の順序で走査する走査回路を更に備えていても良い。

上記の固体撮像装置は、画素アレイ領域のコーナー部に配置され、入射光に対して遮光された遮光画素を含む第２の遮光領域を更に備えていても良い。

この場合、固体撮像装置は、有効画素領域の１つに含まれる有効画素の各々と、第１及び第２の遮光領域の少なくとも一方に含まれる遮光画素とを任意の順序で走査する走査回路を更に備えていても良い。

上記の固体撮像装置において、画素アレイ領域の４隅に、第１の遮光領域と、３つの第２の遮光領域とが設けられても良い。

また、上記の撮像装置は、遮光画素の１つから出力された信号のレベルを記憶する基準信号格納メモリと、遮光画素の１つから出力された信号のレベルと、基準信号格納メモリに記憶されているレベルとを比較し、遮光画素の１つの出力信号レベルの変動量が所定の閾値を超える場合に、走査回路によって走査される遮光領域を切り替える基準信号比較回路とを更に備えていても良い。

更に、上記の撮像装置は、第１及び第２の遮光領域の各々に含まれる遮光画素の出力信号レベルに基づいて、画素アレイ領域内のシェーディング成分を近似的に求める基準信号演算回路を更に備えていても良い。この場合、信号処理回路が、更に、基準信号演算回路によって求められたシェーディング成分を用いて、有効画素の出力信号レベルを補正することが好ましい。

本発明に係る固体撮像装置は、画素アレイ領域のうち、有効画素領域が設けられないコーナー部分に遮光画素が配置される。したがって、基準信号源として機能する画素を配置することによって画素アレイ領域の面積が増加せず、チップ面積に占める画素アレイ領域の割合の増加を抑制することができる。

また、例えば、ＸＹアドレス型のイメージセンサのように、画素アレイ領域内の任意の画素を選択的に走査することができる固体撮像装置においては、所望の有効画素領域と共に、遮光画素の一部のみを走査することによって、画素信号を読み出しに要する時間を短縮することも可能となる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置を模式的に示すブロック図である。

撮像装置（カメラ）１は、アスペクト比の異なる複数種類の映像信号を取得できる固体撮像装置１１０と、固体撮像装置１１０の撮像面へと入射光を集光するレンズ１０９と、固体撮像装置１１０から出力される画素信号に種々の画像処理を施す信号処理回路１０８と、固体撮像装置１１０に駆動パルスを供給する駆動回路（図示せず）とを備える。固体撮像装置１１０の撮像面上には、レンズ１０９によって像が結ばれ、イメージサークルＣＲが形成される。

図２は、図１に示される固体撮像装置の撮像領域を模式的に示す平面図である。

固体撮像装置１１０は、光電変換部を含む画素が行方向及び列方向の二次元状に複数配列された矩形状の画素アレイ領域１０４を備える。より詳細には、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、画素アレイ領域１０４は、アスペクト比が異なり、部分的に重なり合う２つの有効画素領域１０２及び１０３と、遮光領域１１１〜１１４とを含んでいる。

図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、有効画素領域１０２及び１０３は、いずれもイメージサークルＣＲに内接し、かつ、互いに交差するように、画素アレイ領域１０４内にレイアウトされている。有効画素領域１０２は、第１のアスペクト比（ａ：ｂ）を有し、有効画素領域１０３は、第１のアスペクト比とは異なる第２のアスペクト比（ｃ：ｄ）を有している。

また、図２（ｃ）に示されるように、遮光領域１１１〜１１４の各々は、画素アレイ領域１０４の４隅において、有効画素領域１０２及び１０３の両方に外接する矩形状の領域としてレイアウトされている。言い換えれば、遮光領域１１１〜１１４は、矩形状の画素アレイ領域１０４のうち、有効画素領域１０２及び１０３のいずれにも属さない領域である。遮光領域１１１〜１１４の各々は、画素アレイ領域１０４の４隅に位置する１以上の画素を含んでいる。ただし、遮光領域１１１〜１１４は、遮光膜等を設けることによって、入射光から遮蔽されている。

このように、本実施形態に係る固体撮像装置１１０は、アスペクト比の異なる２つの有効画素領域１０２及び１０３を包含する画素アレイ領域１０４を有している。したがって、有効画素領域１０２内の画素の各々から信号を読み出すことによって、第１のアスペクト比（ａ：ｂ）を有する映像を取り出し、有効画素領域１０３内の画素の各々から信号を読み出すことによって、第２のアスペクト比（ｃ：ｄ）を有する映像を取り出すことができる。

尚、以下においては、説明を容易にするために、有効画素領域１０２及び１０３に含まれる画素を「有効画素」といい、遮光領域１１１〜１１４に含まれる画素を「遮光画素」という。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。

図３では、説明の簡略化のため、画素アレイ領域１０４が５×５の画素配列である場合を想定する。また、以下の説明においては、ｉ行目のｊ列に配置される画素をＰＸＬ（ｉ，ｊ）と表す。また、画素アレイ領域１０４の４隅に位置する４つの画素ＰＸＬ（１，１）、ＰＸＬ（５，１）、ＰＸＬ（１，５）及びＰＸＬ（５，５）は遮光されている。

固体撮像装置１１０は、画素アレイ領域１０４と、垂直走査回路３０１と、水平走査回路３０２とを含んでいる。

上述したように、画素アレイ領域１０４は、有効画素領域１０２及び１０３と、遮光領域１１１〜１１４とを含んでいる。図３の例では、アスペクト比が５：３の有効画素領域１０２には、２〜４行目に配置される１５個の画素（２≦ｉ≦４、１≦ｊ≦５）が含まれ、アスペクト比が３：５の有効画素領域１０３には、２〜４列目に配置される１５個の画素（１≦ｉ≦５、２≦ｊ≦４）が含まれる。また、遮光領域１１１、１１２、１１３及び１１４は、遮光画素ＰＸＬ（１，１）、ＰＸＬ（５，１）、ＰＸＬ（１，５）及びＰＸＬ（５，５）をそれぞれ含む。

垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２は、図示しない駆動回路から供給される制御信号に従って、画素配列の行及び列を順に選択するシフトレジスタである。垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２の走査開始位置、走査終了開始位置は、駆動信号によって任意に設定することができる。したがって、走査開始及び終了位置を変えることによって、画素アレイ領域１０４内の任意の領域から画素信号を読み出すことができる。垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２による走査に従い、各画素ＰＸＬ（ｉ，ｊ）の画素信号は、後段の信号処理回路１０８へと順に出力される。

信号処理回路１０８は、固体撮像装置１１０から出力された画素信号に種々の演算処理を施す。この演算処理の１つとして、遮光画素の出力信号を用いた画素信号の補正処理が挙げられる。例えば、遮光画素ＰＸＬ（１，１）及びＰＸＬ（１，２）の画素信号が固体撮像装置１１０から出力された場合、信号処理回路１０８は、画素ＰＸＬ（１，２）の出力信号から遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号を減算する。この結果、遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号を基準として補正された画素ＰＸＬ（１，２）の出力信号が得られる。

次に、図３に示される固体撮像装置１１０の駆動方法について詳細に説明する。

図４は、図３に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図４においては、遮光画素から信号（ＯＢ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）が出力される期間が斜線で示されている。また、図４に示される期間Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５及びＣ１〜Ｃ５は、一行の各画素から信号を読み出すための画素信号読み出し期間を表す。更に、期間Ａ１Ｃ〜Ａ５Ｃ、Ｂ１Ｃ〜Ｂ５Ｃ及びＣ１Ｃ〜Ｃ５Ｃは、垂直走査回路３０１が各画素行を選択する期間を表す。

＜Ａ．画素アレイ領域１０４からの画素信号の読み出し＞
図４（ａ）は、図３に示される画素アレイ領域１０４の出力信号（すなわち、有効画素及び遮光画素を含む全画素の出力信号）を得るための駆動方法を示す。

まず、期間Ａ１において、垂直走査回路３０１による１行目の各画素の選択に続いて（期間Ａ１Ｃ）、水平走査回路３０２が１〜５列を順に走査すると、１行目の画素ＰＸＬ（１，１）〜ＰＸＬ（１，５）の信号が順に信号処理回路１０８へと出力される。

同様に、期間Ａ２において、垂直走査回路３０１による２行目の各画素の選択に続いて（期間Ａ２Ｃ）、水平走査回路３０２が１〜５列を順に走査すると、２行目の画素ＰＸＬ（２，１）〜ＰＸＬ（２，５）の信号が順に信号処理回路１０８へと出力される。

以降、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２が順に全ての行及び列を選択することによって、画素アレイ領域１０４に含まれる全ての画素ＰＸＬ（１，１）〜ＰＸＬ（５，５）の出力信号を得て、目的の撮像フレームを構成することができる。

図４（ａ）に示される駆動方法では、画素アレイ領域１０４の４隅に位置する遮光画素ＰＸＬ（１，１）、ＰＸＬ（１，５）、ＰＸＬ（５，１）及びＰＸＬ（５，５）のＯＢ信号は、期間Ａ１及びＡ５に出力される。信号処理回路１０８は、４つの遮光画素のうち少なくとも１つから出力されたＯＢ信号を基準として、有効画素から出力された画素信号を補正することができる。

＜Ｂ．有効画素領域１０２からの画素信号の読み出し＞
図４（ｂ）は、図３に示される有効画素領域１０２の映像信号（すなわち、第２〜３列の画素の出力信号）を得るための駆動方法を示す。

まず、期間Ｂ１において、垂直走査回路３０１による１行目の各画素の選択に続いて（期間Ｂ１Ｃ）、水平走査回路３０２が１列目を走査して、遮光画素ＰＸＬ（１，１）の画素信号を信号処理回路１０８に出力する。

次に、期間Ｂ２において、垂直走査回路３０１による２行目の各画素の選択に続いて（期間Ｂ２Ｃ）、水平走査回路３０２が第２〜４列を順に走査し、画素ＰＸＬ（２，２）〜ＰＸＬ（２，４）の画素信号を順に信号処理回路１０８に出力する。

以後、第３〜５行目についても同様に第２〜４列の画素信号を選択的に読み出すことによって、第１のアスペクト比（３：５）を有する有効画素領域１０２の映像信号を得ることができる。

図４（ｂ）に示される駆動方法では、有効画素領域１０２の隅に隣接する遮光画素ＰＬ（１，１）のＯＢ信号が期間Ｂ１に出力される。信号処理回路１０８は、遮光画素ＰＸＬ（１，１）から出力されたＯＢ信号を基準として、有効画素領域１０２から出力された素信号を補正することができる。特に、この駆動方法では、基準信号が画素信号読み出し期間の早い段階で出力されるため、図４（ａ）の駆動方法と比べて、有効画素領域１０２の映像信号をより早く取得することができる。図４（ｂ）に示される駆動方法は、例えば、予め有効画素領域１０２の映像信号のみが必要であるとわかっている場合に有効である。

＜Ｃ．有効画素領域１０３からの画素信号の読み出し＞
図４（ｃ）は、図３に示される有効画素領域１０３の出力信号（すなわち、第２〜３行の画素の出力信号）を得るための駆動方法を示す。

まず、期間Ｃ１において、垂直走査回路３０１による１行目の各画素の選択に続いて（期間Ｃ１Ｃ）、水平走査回路３０２が１列目を走査して、遮光画素ＰＸＬ（１，１）の画素信号を信号処理回路１０８に出力する。

次に、期間Ｃ２において、垂直走査回路３０１による２行目の各画素の選択に続いて（期間Ｃ２Ｃ）、水平走査回路３０２が第１〜５列を順に走査し、画素ＰＸＬ（２，１）〜ＰＸＬ（２，５）の画素信号を順に信号処理回路１０８に出力する。

以後、第３及び４行目についても同様に第１〜５列の各画素を順に読み出すことによって、第２のアスペクト比（５：３）を有する有効画素領域１０３の映像信号を得ることができる。

図４（ｃ）に示される駆動方法においても、有効画素領域１０３の隅に隣接する遮光画素ＰＸＬ（１，１）のＯＢ信号が期間Ｃ１に出力される。信号処理回路１０８は、遮光画素ＰＸＬ（１，１）から出力されたＯＢ信号を基準として、有効画素領域１０３から出力された画素信号を補正することができる。この駆動方法でも、図４（ｂ）の駆動方法と同様に、基準信号が画素信号読み出し期間の早い段階で出力されるため、図４（ａ）の駆動方法と比べて、有効画素領域１０３の映像信号をより早く取得することができる。図４（ｃ）に示される駆動方法は、例えば、予め有効画素領域１０３の映像信号のみが必要であるとわかっている場合に有効である。

以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置１１０においては、画素アレイ領域１０４内には、アスペクト比の異なる２つの有効画素領域１０２及び１０３と、画素アレイ領域１０４の４隅において、有効画素領域１０２及び１０３の両方に外接する遮光領域１１１〜１１４とが設けられている。このような構成によれば、画素アレイ領域１０４の外周の一辺全体に沿って、遮光画素を配置する必要がないので、チップ上を占める撮像エリアの面積を小さくすることが可能となる。

また、映像信号の読み出し時にあっては、読み出し対象の有効画素領域と、これに隣接する遮光領域１１１〜１１４のいずれかを走査することによって、読み出しに要する時間を短縮することができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。

本実施形態に係る撮像装置（カメラ）２は、第１の実施形態に係る撮像装置１に加えて、基準信号格納メモリ５０８及び基準信号比較回路５０７を更に備えている。ただし、図５においては、信号処理回路の記載は省略されている。また、本実施形態に係る固体撮像装置１１０の基本的な構成は、第１の実施形態に係るものと同様である。以下においては、本実施形態と第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

基準信号格納メモリ５０８は、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２によって選択された画素の出力信号を記憶することができるメモリである。基準信号比較回路５０７は、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２によって選択された画素の出力信号のレベルと、基準信号格納メモリ５０８に保持されている信号のレベルとの比較演算を行う。その後、基準信号比較回路５０７は、比較結果に基づいて、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２の走査位置を調節するための信号を出力する。

具体的に、本実施形態にあっては、基準信号格納メモリ５０８には、いずれかの遮光画素の出力信号（ＯＢ信号）が保持され、基準信号比較回路５０７は、基準信号格納メモリ５０８を参照して、画素信号補正の基準となるＯＢ信号のレベル変動を検出する。例えば、ある時点における画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号のレベルが基準として基準信号格納メモリ５０８に格納されている場合を想定する。基準信号比較回路５０７は、当該ある時点から所定時間経過後に画素ＰＸＬ（１，１）から出力された画素信号のレベルと、基準信号格納メモリ５０８に既に保持されているレベルとを比較し、基準信号の電圧レベルが変動したか否かを判定する。画素ＰＸＬ（１，１）のレベルの変動量が所定の閾値を超える場合、基準信号比較回路５０７は、基準信号源となる遮光画素を変更するため、新たな遮光画素の位置（例えば、５行目の第５列）を示す信号を垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２に出力する。

図６は、図５に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートであり、図７は、図５に示される固体撮像装置の制御処理を示すフローチャートである。以下、図６及び７を併せて参照しながら、有効画素領域１０２からの映像信号の取得処理を例として、本実施形態に係る固体撮像装置１１０の駆動方法について説明する。

＜期間Ｔ０〜Ｔ３＞
まず、固体撮像装置１１０からの画素信号の読み出し開始直後の期間Ｔ０において、垂直走査回路３０１が１行目の画素を選択する。続いて、期間Ｔ１に水平走査回路３０２が１列目を選択すると、遮光画素ＰＸＬ（１，１）の画素信号が読み出される。読み出された遮光画素ＰＸＬ（１，１）の信号レベルは、期間Ｔ２の間に、基準信号格納メモリ５０８に格納される（ステップＳ１）。

２回目以降のフレーム読み出し時には、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２は、１行目の第１列を選択して、基準信号格納メモリ５０８に保持される信号レベルを出力した遮光画素ＰＸＬ（１，１）の画素信号を出力する（ステップＳ２）。

次に、基準信号比較回路５０７は、ステップＳ２で読み出された遮光画素ＰＸＬ（１，１）の信号レベルと、基準信号格納メモリ５０８に保持される信号レベルとを比較する（ステップＳ３）。より詳細には、基準信号比較回路５０７は、基準信号格納メモリ５０８に保持されている信号レベルに対して、ステップＳ１で読み出された信号レベルの変動量を求め、求めた変動量が所定の閾値を超えているか否かを判定する。

遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号レベルの変動量が閾値を超えている場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、基準信号比較回路５０７は、後述のステップＳ６へ進む。それ以外の場合には（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ２で読み出した遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号レベルを基準信号格納メモリ５０８に格納する。また、信号処理回路（図示せず）は、ステップＳ２で読み出した遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号レベルを基準として、有効画素の出力信号を補正する（ステップＳ４）。尚、有効画素の出力信号の補正方法は、第１の実施形態と同様である。

以後、遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号レベルの変動量が閾値以下であり（ステップＳ３でＮＯ）、かつ、次のフレームの読み出しが行われる間は（ステップＳ５でＹＥＳ）、撮像装置２は、上記のステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返し実行する（期間Ｔ３）。次のフレームの読み出しが行われない場合（ステップＳ５でＮＯ）、撮像装置２は処理を終了する。

＜期間Ｔ４〜Ｔ６＞
次に、図６に示される期間Ｔ４において、遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号レベルが大きく変動した場合を想定する。遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号レベルが変動する要因としては、例えば、画素アレイ領域１０４上の遮光画素ＰＸＬ（１，１）の周辺部分に被写体側から極めて強度の大きな光が入射し、有効画素（すなわち、遮光されていない画素）からの光漏れ等によって画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号レベルが本来の基準信号より大きくなってしまうことが考えられる。

基準信号比較回路５０７は、期間Ｔ４の間に遮光画素ＰＸＬ（１，１）から出力された信号レベルを固体撮像装置１１０から受け取ると、期間Ｔ５において、受け取った信号レベルと、基準信号格納メモリ５０８に保持されるレベルとを比較する（上記のステップＳ３の比較演算）。

遮光画素ＰＸＬ（１，１）の出力信号レベルの増加量が所定の閾値を超えている場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、基準信号比較回路５０７は、遮光画素ＰＸＬ（１，１）に代えて別の遮光画素を基準として選択するために、当該別の遮光画素のアドレスを示す信号を垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２に出力する。本実施形態の例では、基準信号比較回路５０７は、５行目及び第５列のアドレスを指定する信号を、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２のそれぞれに出力する。

次に、期間Ｔ６において、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２が遮光画素ＰＸＬ（５，５）を選択すると、遮光画素ＰＸＬ（５，５）の画素信号が固体撮像装置１１０から出力される。出力された遮光画素ＰＸＬ（５，５）の画素信号は、基準信号格納メモリ５０８に格納される（ステップＳ６）。

遮光画素ＰＸＬ（５，５）が基準信号源として選択されている間は、フレーム読み出し毎に、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２は、５行目の第５列を選択して、遮光画素ＰＸＬ（５，５）の画素信号を出力する（ステップＳ７）。

次に、基準信号比較回路５０７は、ステップＳ６で読み出された遮光画素ＰＸＬ（５，５）の信号レベルと、基準信号格納メモリ５０８に保持される信号レベルとを比較する（ステップＳ８）。より詳細には、基準信号格納メモリ５０８に保持される信号レベルに対して、ステップＳ７で読み出された信号のレベル変動量が所定の閾値を超えているか否かを判定する。

遮光画素ＰＸＬ（５，５）の出力信号レベルの変動量が閾値を超えている場合には（ステップＳ８でＹＥＳ）、基準信号比較回路５０７は、上述のステップＳ２へ進む。それ以外の場合には（ステップＳ８でＮＯ）、ステップＳ７で読み出した遮光画素ＰＸＬ（５，５）の出力信号レベルを基準信号格納メモリ５０８に格納すると共に、遮光画素ＰＸＬ（５，５）の出力信号レベルを基準として、有効画素の出力信号を順に読み出す（ステップＳ９）。

以後、遮光画素ＰＸＬ（５，５）の出力信号レベルの変動量が閾値以下であり（ステップＳ８でＮＯ）、かつ、次のフレームの読み出しが行われる間は（ステップＳ１０でＹＥＳ）、撮像装置２は、上記のステップＳ７〜Ｓ９の処理を繰り返し実行する。次のフレームの読み出しが行われない場合（ステップＳ１０でＮＯ）、撮像装置２は処理を終了する。

以上の処理によれば、基準信号比較回路５０７による比較演算の結果に基づいて、遮光画素ＰＸＬ（１，１）とＰＸＬ（５，５）のうち、出力信号レベルの変動量が大きくない方が基準信号源として選択される。したがって、本実施形態に係る撮像装置２によれば、基準信号源として選択されている遮光画素の出力レベルが大きく変動しても、そのレベル変動を検知して、他の遮光画素から基準信号を読み出すことができる。それ故に、本実施形態に係る撮像装置２では、太陽等の高輝度の被写体から光が入射した場合でも、基準信号（ＯＢ信号）の出力元を、高輝度の光が照射されている遮光画素から、高輝度の光が照射されていない遮光画素に切り替えて、安定したＯＢクランプを実現することができる。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。

本実施形態に係る撮像装置（カメラ）３は、第１の実施形態に係る撮像装置１の信号処理回路１０８に代えて、基準信号演算回路７０８及び信号処理回路７０７を備えている。ただし、本実施形態に係る固体撮像装置１１０の基本的な構成は、第１の実施形態に係るものと同様である。以下においては、本実施形態と第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

基準信号演算回路７０８は、遮光画素ＰＸＬ（１，１）、ＰＸＬ（１，５）、ＰＸＬ（５，１）及びＰＸＬ（５，５）から出力される基準信号に基づいて、画素アレイ領域１０４の特性を算出する演算回路である。例えば、基準信号演算回路７０８は、各遮光画素の出力信号レベルを用いた直線近似によって、画素アレイ領域１０４のシェーディング特性を求めることができる。

信号処理回路１０８は、基準信号演算回路７０８によって求められた画素アレイ領域１０４の特性に基づいて、垂直走査回路３０１及び水平走査回路３０２によって選択された画素の出力信号を補正する。

ここで、基準信号演算回路７０８が実行する演算処理の例として、画素アレイ領域１０４のシェーディング特性を算出する方法について説明する。以下の説明においては、有効画素領域１０３と、４つの遮光画素ＰＸＬ（１，１）、ＰＸＬ（１，５）、ＰＸＬ（５，１）及びＰＸＬ（５，５）とが併せて走査される場合を想定する。

まず、基準信号演算回路７０８は、一対の遮光画素ＰＸＬ（１，１）及びＰＸＬ（１，５）の出力信号レベルを取得し、遮光画素ＰＸＬ（１，１）からの水平方向の距離に対する信号レベルの変化量を傾きとする直線を近似的に算出する。

次に、基準信号演算回路７０８は、一対の遮光画素ＰＸＬ（１，１）及びＰＸＬ（５，１）の出力信号レベルを取得し、遮光画素ＰＸＬ（１，１）からの垂直方向の距離に対する信号レベルの変化量を傾きとする直線を近似的に算出する。

以後、基準信号演算回路７０８は、求めた水平方向及び垂直方向の近似直線を用いて、各有効画素のシェーディング成分を算出することができる。

例えば、画素ＰＸＬ（２，２）から画素信号が出力された場合、基準信号演算回路７０８は、求めた１対の近似式から、座標（２，２）における水平方向のシェーディング成分と、垂直方向のシェーディング成分とをそれぞれ求める。その後、信号処理回路１０８は、基準信号演算回路７０８によって算出されたシェーディング成分に基づいて、画素ＰＸＬ（２，２）の出力信号レベルを補正する。この結果、画素アレイ領域１０４のシェーディング特性を考慮した映像信号を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置３によれば、画素アレイ領域１０４の４隅に配置される遮光画素の出力信号に基づいて、画素アレイ領域１０４の水平方向及び垂直方向のシェーディング成分を近似的に算出することができるので、画素アレイ領域１０４のシェーディング特性が補正された映像信号を取得することが可能となる。

尚、上記の第１〜第３の各実施形態では、遮光領域１１１〜１１４の各々が１つの遮光画素を含む例について説明したが、各遮光領域は２以上の遮光画素を含んでいても良い。

また、上記の第１〜第３の各実施形態では、画素アレイ領域１０４の４隅全部に遮光画素が配置されているが、４隅のうち少なくとも１箇所に遮光画素が設けられていても良い。

また、上記の第１〜第３の各実施形態では、画素アレイ領域１０４が２つの有効画素領域１０２及び１０３を含む例について説明したが、画素アレイ領域１０４は、アスペクト比の異なる３以上の有効画素領域を含んでいても良い。

更に、上記の第１〜第３の各実施形態において固体撮像装置１１０の外部に配置されている各要素（信号処理回路１０８、基準信号比較回路５０７、基準信号格納メモリ５０８、信号処理回路７０７、基準信号演算回路７０８）は、固体撮像装置１１０の一部として構成しても良い。

本発明は、例えば、２以上の異なるアスペクト比の映像信号を出力する固体撮像装置及びこれを備える撮像装置等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置を模式的に示すブロック図 図１に示される固体撮像装置の撮像領域を模式的に示す平面図 本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図 図３に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図 図５に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート 図５に示される固体撮像装置の制御処理を示すフローチャート 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す図 従来の固体撮像装置の概略構成を示す図 図９に破線で示される領域からの画素信号の読み出し方法を示すタイミングチャート

符号の説明

１〜３ 撮像装置
１０２、１０３ 有効画素領域
１０４ 画素アレイ領域
１０８、７０７ 信号処理回路
１０９ レンズ
１１０ （マルチアスペクト対応）固体撮像装置
１１１〜１１４ 遮光領域
３０１ 垂直走査回路
３０２ 水平走査回路
５０７ 基準信号比較回路
５０８ 基準信号格納メモリ
７０８ 基準信号演算回路
ＣＲ イメージサークル

Claims (14)

1. 複数の画素が行列状に配列された画素アレイ領域を有する固体撮像装置であって、
   前記画素アレイ領域内において、アスペクト比の異なる複数の有効画素領域を部分的に重ね合わせて構成され、入射光強度に応じた信号を出力する複数の有効画素を含む撮像領域と、
   前記画素アレイ領域のコーナー部に配置され、入射光に対して遮光された遮光画素を含む第１の遮光領域とを備える、固体撮像装置。
2. 前記有効画素領域の各々は、集光された入射光によって形成されるイメージサークルに内接して、互いに交差するように設けられることを特徴とする、請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記有効画素領域の１つに含まれる有効画素の各々と、前記第１の遮光領域に含まれる遮光画素とを任意の順序で走査する走査回路を更に備える、請求項１記載の固体撮像装置。
4. 前記画素アレイ領域のコーナー部に配置され、入射光に対して遮光された遮光画素を含む第２の遮光領域を更に備える請求項２記載の固体撮像装置。
5. 前記有効画素領域の１つに含まれる有効画素の各々と、前記第１及び第２の遮光領域の少なくとも一方に含まれる遮光画素とを任意の順序で走査する走査回路を更に備える、請求項４記載の固体撮像装置。
6. 前記画素アレイ領域の４隅に、前記第１の遮光領域と、３つの前記第２の遮光領域とが設けられることを特徴とする、請求項４記載の固体撮像装置。
7. 撮像装置であって、
   複数の画素が行列状に配列された画素アレイ領域を有する固体撮像装置と、
   前記固体撮像装置から出力される画素信号に所定の信号処理を施す信号処理回路とを備え、
   前記固体撮像装置は、
   前記画素アレイ領域内において、アスペクト比の異なる複数の有効画素領域を部分的に重ね合わせて構成され、入射光強度に応じた信号を出力する複数の有効画素を含む撮像領域と、
   前記画素アレイ領域のコーナー部に配置され、入射光に対して遮光された遮光画素を含む第１の遮光領域とを含み、
   前記信号処理回路は、前記遮光画素の出力信号レベルを基準として、前記有効画素の出力信号レベルを補正する、撮像装置。
8. 前記有効画素領域の各々は、集光された入射光によって形成されるイメージサークルに内接して、互いに交差するように設けられることを特徴とする、請求項７記載の撮像装置。
9. 前記固体撮像装置は、前記有効画素領域の１つに含まれる有効画素の各々と、前記第１の遮光領域に含まれる遮光画素とを任意の順序で走査する走査回路を更に含む、請求項７記載の撮像装置。
10. 前記固体撮像装置は、前記画素アレイ領域のコーナー部に配置され、入射光に対して遮光された遮光画素を含む第２の遮光領域を更に備える、請求項８記載の撮像装置。
11. 前記固体撮像装置は、前記有効画素領域の１つに含まれる有効画素の各々と、前記第１及び第２の遮光領域の少なくとも一方に含まれる遮光画素とを任意の順序で走査する走査回路を更に備える、請求項１０記載の撮像装置。
12. 前記画素アレイ領域の４隅に、前記第１の遮光領域と、３つの前記第２の遮光領域とが設けられることを特徴とする、請求項１０記載の撮像装置。
13. 前記遮光画素の１つから出力された信号のレベルを記憶する基準信号格納メモリと、
    前記遮光画素の１つから出力された信号のレベルと、前記基準信号格納メモリに記憶されているレベルとを比較し、前記遮光画素の１つの出力信号レベルの変動量が所定の閾値を超える場合に、前記走査回路によって走査される遮光領域を切り替える基準信号比較回路とを更に備える、請求項１１記載の撮像装置。
14. 前記第１及び第２の遮光領域の各々に含まれる遮光画素の出力信号レベルに基づいて、前記画素アレイ領域内のシェーディング成分を近似的に求める基準信号演算回路を更に備え、
    前記信号処理回路は、更に、前記基準信号演算回路によって求められたシェーディング成分を用いて、前記有効画素の出力信号レベルを補正することを特徴とする、請求項１１記載の撮像装置。

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