JP2010034845A - 撮像装置及び撮影制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】露光終了後、OB部400から出力される撮像信号であるOB信号に対しては、CDS回路6にてデータレベルのサンプリングを2回行って1つのOB信号から2つのOB信号を擬似的に作り出す。これにより、クランプ回路9において黒レベルが安定するまでに必要なOB信号の総数をnとしたとき、OB部400から出力されるOB信号の数が1/nとなるような状況(画素混合や画素間引きを実施した場合や、OB部400にある光電変換素子の数が1/n個である場合等)であっても、有効画素部200からの撮像信号である有効信号の出力前に黒レベルを安定させることができる。したがって、黒浮きや黒沈みを防止して画質劣化を防ぐことができる。
【選択図】図4
Description
シリコン等の半導体基板には、有効画素部200と、OB部300と、OB部400とを備える画素領域100が形成されている。
図13に示すように、露光終了後、垂直電荷転送路内の不要電荷を高速に掃き出し、その後、空転送を実施してから、露光期間中に各光電変換素子で発生した電荷を垂直電荷転送路に読み出す。露光開始から読み出し終了までの間は、クランプ回路には信号が入力されないため、クランプ回路で決定される黒レベルは一定の低い値になっている。
露光開始から電荷の読み出しまでの動作は図13と同じである。電荷読み出し後、例えば垂直電荷転送路において電荷を混合し、各光電変換素子から読み出した電荷の総数を半分にして、該混合後の電荷の転送を行うものとする。この場合、OB部400からは600個のOB信号しか出力されなくなる。このため、OB部400からのOB信号の出力が完了した時点では、図14に示すように、黒レベルが安定レベルに達していない。
図1は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系には、被写体側から順に撮影レンズ1と、絞り2と、赤外線カットフィルタ3と、光学ローパスフィルタ4と、図12に示した構成のCCD型の固体撮像素子5とが設けられている。尚、固体撮像素子5は、図12に示すような画素領域100を有し、画素領域100内の各光電変換素子の近傍に該光電変換素子で発生した電荷に応じた電圧信号を出力するCMOS回路を設けて撮像信号を外部に取り出すCMOS型であっても良い。CMOS型の場合、例えば、画素領域100のOB部400側からライン毎に撮像信号を出力させていく方式とすれば良い。
例えば、水平電荷転送路500の駆動周波数を、第一の制御を行う期間の半分にした場合、図3に示すように、第一の制御時には2つの撮像信号がCDS回路6に入力される期間において、第二の制御時には1つの撮像信号がCDS回路6に入力されてくることなる。つまり、データレベルが入力されている期間を図2の場合よりも長くとることができる。
システム制御部11は、600個のOB信号のうち、例えば1個目〜500個目までのOB信号が固体撮像素子5から出力される期間では第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号の出力期間では第一の制御を実施する。
[第二パターン]
システム制御部11は、600個のOB信号のうち、例えば1個目〜200個目までのOB信号が固体撮像素子5から出力される期間では第一の制御を実施し、201個目〜600個目のOB信号が固体撮像素子5から出力される期間では第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
[第三パターン]
システム制御部11は、600個のOB信号のうち、1個目〜600個目までのOB信号が固体撮像素子5から出力される期間では第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
[第四パターン]
システム制御部11は、固体撮像素子5からOB信号が出力される期間では第二の制御を実施し、有効信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
撮影モードに設定され、撮影指示がなされると、制御切替え演算部19は、設定された撮影条件が混合間引き駆動を行う撮影条件であるかを判定する(ステップS1)。ステップS1でYESの判定がなされた場合、制御切り替え演算部19により第一の制御と第二の制御を組み合わせた制御を行う命令がシステム制御部11になされる。
第二の制御時に設定されるmの値は制御切替え演算部19により、撮影条件に基づくMの値、nの値、及びOB部400にある光電変換素子の総数によって決められ、ここからシステム制御部11に通知される。例えば、M=2、n=1000、OB部400の光電変換素子の総数=500であれば、mの値は4に設定される。
第二の制御が実施されている期間、固体撮像素子5からの撮像信号の出力速度は遅くなり、1つの撮像信号からm個の撮像信号がCDS回路6により抽出されて後段回路に入力される。
以上の説明により、第一の制御と第二の制御を組み合わせて実施するのであれば、OB部400に設けるOB画素領域の数をn(=1000)個より少なくしても問題はないことが分かる。本実施形態では、OB部400に設けるOB画素領域の数を例えば600個にしたデジタルカメラについて説明する。以下、固体撮像素子5から上記S個の撮像信号を出力させるように固体撮像素子5を駆動することを通常駆動という。
本実施形態のデジタルカメラのシステム制御部11は、通常駆動実施時、撮像信号の出力期間中、上記第一パターン〜第四パターンのいずれかの制御を常に実施する。これにより、黒浮きや黒沈みを常に防止することができる。
本実施形態のデジタルカメラのシステム制御部11は、混合間引き駆動実施時、固体撮像素子5からの撮像信号の出力開始から最初の有効信号が出力されるまでの期間、クランプ回路9にOB信号が少なくともn(=1000)個入力されるように、該期間中に出力されるOB信号のうちの少なくとも一部に対して第二の制御を実施し、それ以外の撮像信号に対しては第一の制御を実施する。
システム制御部11は、300個のOB信号のうち、例えば1個目〜300個目までのOB信号が固体撮像素子5から出力される期間ではm=4とする第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号の出力期間では第一の制御を実施する。
[第六パターン]
システム制御部11は、300個のOB信号のうち、例えば1個目〜250個目までのOB信号が固体撮像素子5から出力される期間ではm=4とする第二の制御を実施し、それ以降の撮像信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
[第七パターン]
システム制御部11は、固体撮像素子5からOB信号が出力される期間ではm=4とする第二の制御を実施し、有効信号が出力される期間では第一の制御を実施する。
撮影モードに設定され、撮影指示がなされると、制御切替え演算部19は、設定された撮影条件により、VGA7で設定されるゲインが閾値G以上であるかを判定する(ステップS21)。ゲインが閾値Gよりも下であった場合、制御切替え演算部19は、固体撮像素子5の温度が閾値T以上であるかを判定する(ステップS22)。
第一実施形態では、第二の制御を実施しているときの固体撮像素子5からの撮像信号の出力周波数を小さく方法を採用することで、CDS回路6の性能を向上させることなく、第二の制御を実施可能にするものとした。第三実施形態では、この方法の別の例について説明する。
図7において“RS”は出力部600の電荷をリセットするためのリセットパルス、“H”は水平電荷転送路500の断面ポテンシャルを示している。図7に示した“OB”はOB信号に対応する電荷を示しており、この電荷が水平電荷転送路500に形成されたポテンシャル井戸(電荷蓄積パケット)内に蓄積されている状態を示している。
図10及び図11は、水平電荷転送路500に電荷蓄積パケットと空パケットを1つずつ交互に形成する固体撮像素子の駆動方法の一例を説明するための図である。
図10及び図11において、“R”を付したブロックは赤色成分の電荷を発生する光電変換素子を示し、“G”を付したブロックは赤色成分の電荷を発生する光電変換素子を示し、“B”を付したブロックは赤色成分の電荷を発生する光電変換素子を示す。又、図11では、ラインメモリ“LM”を有する固体撮像素子を前提とし、水平電荷転送路500が8相駆動可能な構成となっていることを前提としている。
9 クランプ回路
200 有効画素部
400 OB部
Claims (16)
- 被写体光を受光して電荷を発生する多数の有効画素領域と、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光された多数のOB画素領域とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域から出力された有効信号及び前記OB画素領域から出力されたOB信号の各々から、ノイズ成分を除くデータ成分を抽出するデータ成分抽出手段と、
前記データ成分抽出手段によって抽出された前記OB信号のデータ成分のn(nは2以上の自然数)個の平均を算出して、前記有効信号のデータ成分の黒レベルを決定する黒レベル決定手段とを備え、
前記データ成分抽出手段は、1つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出をm(mは2以上の自然数)回行う複数抽出処理を、前記固体撮像素子から出力される多数の前記OB信号の少なくとも一部の各OB信号に対して実施する撮像装置。 - 請求項1記載の撮像装置であって、
前記データ成分抽出手段が、前記複数抽出処理では、前記撮像信号のフィードスルーレベルを1回サンプリングし、前記撮像信号のデータレベルをm回サンプリングし、サンプリングしたm個の前記データレベルの各々と1つの前記フィードスルーレベルとの差分をとることでm個の前記データ成分を抽出する撮像装置。 - 請求項1又は2記載の撮像装置であって、
前記データ成分抽出手段が、前記固体撮像素子からの撮像信号の出力開始から最初の前記有効信号が出力されるまでの期間に、前記黒レベル決定手段に前記OB信号のデータ成分がn個入力されるように、前記期間中に出力される前記OB信号のうちの少なくとも一部に対して前記複数抽出処理を実施する撮像装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載の撮像装置であって、
前記複数抽出処理の実施対象となるOB信号を出力させる期間の前記固体撮像素子からの撮像信号の出力周波数が、該OB信号以外の撮像信号を出力させる期間の該出力周波数よりも低くなるように前記固体撮像素子を駆動する駆動手段を備える撮像装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載の撮像装置であって、
前記複数抽出処理の実施対象となるOB信号を前記固体撮像素子から出力させる際、前記固体撮像素子の水平電荷転送路に、前記OB信号に対応する電荷蓄積パケットと前記電荷蓄積パケットに対応する(m−1)個の空パケットとを交互に形成し、前記電荷蓄積パケット内の電荷を該電荷に応じた電圧信号を出力する前記固体撮像素子の出力部に転送して該電圧信号を出力させた後、次の前記電荷蓄積パケット内の電荷を前記出力部に転送するまでの間、前記電荷をリセットせずに前記空パケット内の電荷を前記出力部に転送する駆動手段を備える撮像装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項記載の撮像装置であって、
前記データ成分抽出手段は、前記固体撮像素子から出力することのできる最大の撮像信号数をSとしたときに、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数が(S/M(Mは2以上の自然数))となるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合に前記複数抽出処理を実施し、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数がSとなるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合には、1つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を1回行う単数抽出処理のみを実施する撮像装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号を増幅する増幅手段を備え、
前記データ成分抽出手段は、前記増幅手段で設定されるゲインが閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記ゲインが閾値よりも下のときには1つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を1回行う単数抽出処理のみを実施する撮像装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記データ成分抽出手段は、前記温度検出手段で検出された温度が閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記温度が閾値よりも下のときには1つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を1回行う単数抽出処理のみを実施する撮像装置。 - 被写体光を受光して電荷を発生する多数の有効画素領域と、黒レベル決定用の信号を出力するための遮光された多数のOB画素領域とを含む固体撮像素子を有する撮像装置による撮影制御方法であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号のうち、前記有効画素領域から出力された有効信号及び前記OB画素領域から出力されたOB信号の各々から、ノイズ成分を除くデータ成分を抽出するデータ成分抽出ステップと、
前記データ成分抽出ステップによって抽出された前記OB信号のデータ成分のn(nは2以上の自然数)個の平均を算出して、前記有効信号のデータ成分の黒レベルを決定する黒レベル決定ステップとを備え、
前記データ成分抽出ステップでは、1つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出をm(mは2以上の自然数)回行う複数抽出処理を、前記固体撮像素子から出力される多数の前記OB信号の少なくとも一部の各OB信号に対して実施する撮影制御方法。 - 請求項9記載の撮影制御方法であって、
前記複数抽出処理では、前記撮像信号のフィードスルーレベルを1回サンプリングし、前記撮像信号のデータレベルをm回サンプリングし、サンプリングしたm個の前記データレベルの各々と1つの前記フィードスルーレベルとの差分をとることでm個の前記データ成分を抽出する撮影制御方法。 - 請求項9又は10記載の撮影制御方法であって、
前記データ成分抽出ステップでは、前記固体撮像素子からの撮像信号の出力開始から最初の前記有効信号が出力されるまでの期間に、前記黒レベル決定ステップを実施する手段に前記OB信号のデータ成分がn個入力されるように、前記期間中に出力される前記OB信号のうちの少なくとも一部に対して前記複数抽出処理を実施する撮影制御方法。 - 請求項9〜11のいずれか1項記載の撮影制御方法であって、
前記第二の処理の実施対象となるOB信号を出力させる期間の前記固体撮像素子からの撮像信号の出力周波数が、該OB信号以外の撮像信号を出力させる期間の該出力周波数よりも低くなるように前記固体撮像素子を駆動する駆動ステップを備える撮影制御方法。 - 請求項9〜11のいずれか1項記載の撮影制御方法であって、
前記複数抽出処理の実施対象となるOB信号を前記固体撮像素子から出力させる際、前記固体撮像素子の水平電荷転送路に、前記OB信号に対応する電荷蓄積パケットと前記電荷蓄積パケットに対応する(m−1)個の空パケットとを交互に形成し、前記電荷蓄積パケット内の電荷を該電荷に応じた電圧信号を出力する前記固体撮像素子の出力部に転送して該電圧信号を出力させた後、次の前記電荷蓄積パケット内の電荷を前記出力部に転送するまでの間、前記電荷をリセットせずに前記空パケット内の電荷を前記出力部に転送する駆動ステップを備える撮影制御方法。 - 請求項9〜13のいずれか1項記載の撮影制御方法であって、
前記データ成分抽出ステップでは、前記固体撮像素子から出力することのできる最大の撮像信号数をSとしたときに、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数が(S/M(Mは2以上の自然数))となるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合に前記複数抽出処理を実施し、前記固体撮像素子から出力される撮像信号数がSとなるようなモードで前記固体撮像素子が駆動されている場合には、1つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を1回行う単数抽出処理のみを実施する撮影制御方法。 - 請求項9〜13のいずれか1項記載の撮影制御方法であって、
前記固体撮像素子から出力される撮像信号を増幅する増幅ステップを備え、
前記データ成分抽出ステップでは、前記増幅ステップで設定されるゲインが閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記ゲインが閾値よりも下のときには1つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を1回行う単数抽出処理のみを実施する撮影制御方法。 - 請求項9〜13のいずれか1項記載の撮影制御方法であって、
前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出ステップを備え、
前記データ成分抽出ステップでは、前記温度検出ステップで検出された温度が閾値以上のときに前記複数抽出処理を実施し、前記温度が閾値よりも下のときには1つの前記撮像信号に対して前記データ成分の抽出を1回行う単数抽出処理のみを実施する撮影制御方法。
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