JP4338133B2

JP4338133B2 - 固体撮像装置および電子情報機器

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Publication number: JP4338133B2
Application number: JP2003373730A
Authority: JP
Inventors: 保伸堀内
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2005136922A

Description

本発明は、固体撮像装置およびそれを用いた例えば監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラおよび携帯電話用カメラ等の電子情報機器に関する。

従来から、固体撮像素子（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ：以下、ＣＣＤと略称する）を内蔵したＣＣＤカメラ用の固体撮像装置等、様々な固体撮像装置が提案されている。

図１４は、従来の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図であり、図１５（ａ）および図１５（ｂ）はそれぞれ、図１４のＣＣＤ５２の１チップの基本的な構成を示す模式図である。

図１４に示すように、この固体撮像装置は、レンズ５１を介して入射される被写体画像を撮像するＩＴ（ＩｎｔｅｒｌｉｎｅＴｒａｎｓｆｅｒ）型ＣＣＤ５２を有している。

このＣＣＤ５２は、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、基板７１上に、被写体画像に対応する光（被写体画像光）が入射される有効画素部７２が設けられている。この有効画素部７２には、光電変換素子である複数のフォトダイオード７４が垂直方向および水平方向に２次元的に配列されており、被写体画像光に対応する電気信号が出力される。また、有効画素部７２の一方の側方には、ＯＢ（オプティカルブラック）部７３が設けられている。ＯＢ部７３にも、光電変換素子である複数のフォトダイオード７４が垂直方向および水平方向に２次元的に配列されており、アルミニウム等の遮光部材によって覆われている。これによって、被写体画像光が遮光されて、ＯＢ部７３のフォトダイオード７４には光が入射されず、ＯＢ部７３のフォトダイオード７４からは光学的な黒の基準として用いられる電気信号（ＯＢレベルの信号）が出力される。

また、ＣＣＤ５２には、フォトダイオード７４の各列に沿って設けられた垂直ＣＣＤシフトレジスタ７５と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ７５からの電荷を電荷検出部（出力回路）７７に転送する水平ＣＣＤシフトレジスタ７６とが設けられている。フォトダイオード７４によって光電変換され、対応する垂直ＣＣＤシフトレジスタ７５に移動された電荷は、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４に同期して、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６の方向に順次転送される。水平ＣＣＤシフトレジスタ７６に転送された電荷は、水平転送クロックφＨ１、φＨ２に同期して、電荷検出部７７に順次転送され、電気信号として外部に出力される。

ＣＣＤ５２から出力される信号は、図１４に示すようにＣＤＳ（ＣｏｒｅｌａｔｅｄＤｏｕｂｌｅＳａｍｐｌｉｎｇ）回路５３に入力される。１水平期間におけるＣＣＤ５２からの出力信号がＣＤＳ回路５３に入力されると、信号に含まれるクロック成分がＣＤＳ回路５３にて除去され、ノイズが軽減される。

ＣＤＳ回路５３から出力される信号は、ＯＢクランプ回路５４に入力される。ＣＤＳ回路５３によってノイズが軽減されたＣＣＤ５２からの出力信号のうち、ＣＣＤ５２のＯＢ部７３からの出力信号（ＯＢ信号）は、ＯＢクランプ回路５４にてクランプされて直流レベルに固定され、これによって、光学的な黒の基準として用いられるＯＢレベルの信号が生成される。また、ＣＣＤ５２の有効画素部７２からの出力信号は、ＯＢ部７３の信号レベルを基準にクランプされたレベルで出力される。

ＯＢクランプ回路５４から出力される信号は、映像信号処理部５５に入力される。映像信号処理部５５では、有効画素部７２からの出力信号に対して、ＯＢクランプ回路５４でクランプされた信号レベル（ＯＢレベル）を基準として、各種処理が行われる。映像信号処理部５５には、ＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）回路５６が設けられており、ＡＧＣ回路５６では、ＯＢクランプ回路５４から入力される信号の強弱に応じて、利得（ゲイン）が制御される。

ＡＧＣ回路５６からの出力信号は補正処理回路５７に入力され、補正処理回路５７からはガンマ補正された信号が出力される。補正処理回路５７からの出力信号はペデスタルクランプ回路５８に入力され、ペデスタルクランプ回路５８では入力された信号がペデスタルレベルにクランプされる。ペデスタルクランプ回路５８からの出力信号は駆動回路５９に入力され、駆動回路５９からは、テレビモニタ等の表示装置に適応した映像信号が、ビデオ信号として出力される。

また、ＯＢクランプ回路５４から出力される信号は、検波回路６０にも入力され、検波回路６０によって検波される。検波回路６０から出力される信号に基づいて、露光制御部６１から、ＣＣＤ５２のアイリスおよび露光を制御するための信号がＣＣＤ駆動回路６２に出力される。ＣＣＤ駆動回路６２では、露光制御部６１から出力される信号に基づいて、ＣＣＤ５２を駆動する。露光制御部６１およびＣＣＤ駆動回路６２では、ＯＢクランプ回路５４にてクランプされた信号レベル（ＯＢレベル）を基準として、それぞれの動作が行われる。また、ＣＣＤ５２の露光は、例えばＣＣＤ５２に備わった電子シャッター機能等を用いて制御される。

ところで、近年では、固体撮像装置の用途が広がっており、上述したような固体撮像装置がドアホン、車載用カメラ等にも搭載されるようになっている。このようなカメラは、しばしば、屋外を撮影するために用いられるため、太陽光等の過大光がＣＣＤ５２に入射されることがある。

図１６（ａ）および図１６（ｂ）はそれぞれ、通常動作時および過大光入射時のそれぞれについて、ＣＣＤ５２からの出力信号、ＣＤＳ５３からの出力信号、駆動回路５９からの映像信号の各波形を示すグラフである。

図１６（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、１水平期間には、有効画素部７２から被写体画像光に対応する信号が出力される有効映像信号期間と、ＯＢ部７３から黒レベルに対応するＯＢ信号が出力されるＯＢ期間とが設けられている。また、水平期間に続く水平帰線期間では、垂直転送部から水平転送部に電荷を転送させている。リセットパルスＦＲは、水平転送部から転送されて、検出部で電荷電圧変換された電荷をリセットドレインＲＤに排出させるためのパルスである。

図１６（ａ）に示す通常動作時において、有効映像信号期間には、有効画素部７２からの被写体画像光に対応する信号（ＣＣＤ出力）がＣＣＤ５２から出力されてＣＤＳ回路５３に入力され、ＣＤＳ回路５３によってクロック成分が除去された信号が出力される。また、ＯＢ期間には、ＯＢ部７３からの黒レベルに対応する信号（ＯＢ信号）がＣＣＤ５２から出力されてＣＤＳ回路５３に入力され、ＣＤＳ回路５３によってクロック成分が除去された信号（ＣＤＳ出力）が出力される。

ＣＤＳ回路５３から出力される信号は、ＯＢクランプ回路５４を介して映像信号処理部５５に入力される。映像信号処理部５５では、有効画素部７２から出力された信号に対して、ＯＢ部７３から出力されたＯＢ信号のレベル（ＯＢレベル）を基準として各種処理が行われ、映像信号が出力（映像出力）される。

これに対して、図１６（ｂ）に示すように、過大光がＣＣＤ５２に入射されると、有効画素部７２のフォトダイオード７４から電荷が出力される有効映像信号期間の途中でＣＣＤ５２から出力される信号が急激に増大し、ＯＢ部７３のフォトダイオードから電荷が出力されるＯＢ期間には、ＯＢ部７３のフォトダイオードから出力される電荷量を示すＯＢレベルが、図１６（ａ）に示す通常動作時に出力されるＯＢレベルよりも高いレベルに変動する。ＣＤＳ回路５３によってクロック成分が除去された信号が生成され、映像信号処理部５５では、有効画素部７２からの出力信号に対して、ＯＢ部７３からの高レベルの信号を基準として各種処理が行われる。その結果、明るい被写体を撮像した場合であっても、暗い画面が表示されるという問題がある。ＣＣＤ５２に過大光が入射された場合に、このようにＯＢレベルが変動する理由は以下の通りである。

過大光がＣＣＤ５２に入射すると、有効画素部７２の受光部（フォトダイオード７４）において発生した電荷が、対応する垂直ＣＣＤシフトレジスタ７５の容量を超えて、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６の走査期間中に、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６に流れ込む。さらに、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６の容量を超えて、本来は電荷が転送されない領域であるＯＢ部７３にも漏れ出す。

その結果、ＯＢ部７３から出力されるＯＢレベルが通常動作時よりも高くなり、光学的な黒の基準とは異なる明るいレベルになるため、暗い部分では階調差がなくなって、全体的に暗い沈んだ画面表示となる。

また、映像信号処理部５５では、通常動作時よりも高レベルに変動したＯＢレベルを基準として、有効画素部７２からの信号に対して処理が行われるため、映像信号の出力は実際よりも低レベルとなる。このため、ＣＣＤ５２への露光時間を延ばすように、露光制御が行われる。その結果、ＣＣＤ５２に入射される光量がさらに多くなり、さらにＯＢ部７３に漏れ出す電荷が多くなって表示状態が悪化する。

このように、上記従来の固体撮像装置では、光量が大きい場合に明るい被写体を撮像しても、画面上では黒く見えるため、所定の光量よりも光量が大きい光源を用いた場合には、被写体を認識することができないという問題がある。

この問題を解決するために、例えば特許文献１には、固体撮像素子の水平期間の一部で水平転送パルスの位相を変化させて黒レベルと略等しいレベルに対応する信号を生成させ、生成された信号を基準として、ＣＣＤ５２の露光量を制御する固体撮像装置が開示されている。この固体撮像装置によれば、過大光がＣＣＤ５２に入射された場合でも、黒レベルと略等しいレベルに対応する信号を基準として、適正な露光制御を行うことができる。
特開平１０−２１０３７０号公報

しかしながら、水平転送パルスは、水平転送クロックφＨ１およびφＨ２に同期して、ＣＣＤシフトレジスタ７６の電荷を電荷検出部７７に順次転送させるために用いられるものである。よって、上記特許文献１に開示されている固体撮像装置では、黒レベルと略等しいレベルに対応する信号を生成させるために、水平転送クロックφＨ１およびφＨ２の両パルスの位相を変化させる必要があり、制御が複雑になるという問題がある。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、簡単な制御によって、過大光がＣＣＤに入射した場合でも、適正な露光制御を行って、良好な画面表示を得ることができる固体撮像装置およびこれを用いた電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子で光電変換された映像信号と黒レベル信号を検出し、該固体撮像素子からの黒レベル信号を基準として該映像信号を信号処理すると共に、該検出映像信号と黒レベル信号をリセットパルスによりリセットする固体撮像装置において、信号読出し期間の一部期間で、黒レベルと略等しい擬似黒レベル信号を該固体撮像素子に生成させるように該リセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化させる撮像素子駆動手段と、該擬似黒レベル信号を基準として、該撮像素子駆動手段を介して該固体撮像素子の露光量を制御させる露光制御部とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、黒レベル信号をクランプする第１クランプ手段と、前記擬似黒レベル信号をクランプする第２クランプ手段と、該第１クランプ手段および該第２クランプ手段の何れかにてクランプされた信号のレベルを基準として、該固体撮像素子からの映像信号に対して映像信号処理を行う映像信号処理部とをさらに有する。

次に、本発明の固体撮像装置は、複数の光電変換素子が水平方向および垂直方向に配列され、各光電変換素子に被写体画像光が入射されて電気信号を出力する有効画素部、および該有効画素部の周辺に複数の光電変換素子が垂直方向に配列され、各光電変換素子には被写体画像光が遮光されて入射されず、黒レベルに対応する電気信号を出力するオプティカルブラック部を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子のオプティカルブラック部から出力される黒レベル信号をクランプする第１クランプ手段と、固体撮像素子の水平期間の一部期間で、該固体撮像素子に黒レベルと略等しいレベルの擬似黒レベル信号を生成させるようにリセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化させる撮像素子駆動手段と、生成された擬似黒レベル信号をクランプする第２クランプ手段と、該第２クランプ手段にてクランプされた擬似黒レベル信号のレベルを基準として、該撮像素子駆動手段を介して該固体撮像素子の露光量を制御させる露光制御部と、該第１クランプ手段および該第２クランプ手段の何れかにてクランプされた信号のレベルを基準として、該固体撮像素子の有効画素部から出力される映像信号に対して映像信号処理を行う映像信号処理部とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。

通常、太陽光等の過剰光が固体撮像素子に入射されると、固体撮像素子の有効画素部で発生した電荷が、本来は電荷が転送されない領域であるオプティカルブラック部（ＯＢ部）にも漏れ出し、ＯＢ部で生成されるＯＢレベルが通常動作時から変動する。その結果、ＯＢレベルを光学的な黒レベルの基準として用いることができなくなる。

上記構成によれば、固体撮像素子の水平期間の一部期間でリセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化させるため、固体撮像素子に太陽光等の過大光が入射されてＯＢ部に電荷が漏れ出た場合でも、ＯＢ部に漏れ出した電荷が一旦排除されて、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した信号（擬似ＯＢ信号）が擬似的に生成される。この擬似ＯＢ信号は、第２クランプ手段によってクランプされる。露光制御部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、本来の黒レベル信号に対応した擬似ＯＢレベルの信号を基準として、固体撮像素子の露光が制御される。

したがって、一般的な固体撮像装置に第２クランプ手段を追加するという比較的簡易な構成と、リセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化させるという比較的容易な制御によって、過大光が固体撮像素子に入射されて基準となる黒レベルが変動した場合でも、そのような変動の影響を受けずに、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）を基準として適正な露光制御を行うことができ、良好な画面表示を行うことができる。

また、第１クランプ手段によって、固体撮像素子のＯＢ部から出力される信号（ＯＢ信号）がクランプされる。映像信号処理部では、この第１クランプ手段にてクランプされた信号レベル（ＯＢレベル）を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。このとき、以上のような露光制御により、固体撮像素子への入射光量が制御されているので、本来の黒レベル（ＯＢレベル）に基づいて処理が行われる映像信号処理についても、適正に行うことができる。

また、好ましくは、前記露光制御部からの制御情報に基づいて、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であるか否かを検出する光量検出手段と、該光量検出手段によって、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、リセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に、信号読出し期間（水平期間）の一部期間とは別の一部期間で変化させるパルス切り換え手段とをさらに具備している。

上記擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）は、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似的なレベルであり、本来の黒レベルと全く同一ではない。したがって、映像信号処理については、極力、本来の黒レベルを基準として行うことが望ましい。

固体撮像素子への入射光量が所定量未満である場合には、例えば最大限の露光制御を行うことによって、有効画素部の受光部で発生した電荷が垂直ＣＣＤシフトレジスタおよび水平ＣＣＤシフトレジスタの容量を超えてＯＢ部に漏れ出すことを回避することができる。その結果、本来の黒レベルに基づいて映像信号処理を適正に行うことができる。しかしながら、固体撮像素子への入射光量が所定量以上である場合には、最大限の露光制御を行っても、有効画素部の受光部で発生した電荷がＯＢ部に漏れ出してしまい、ＯＢレベルが変動する。

上記構成によれば、光量検出手段にて入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、パルス切り換え手段によって、固体撮像素子の信号読出し期間（水平期間）の一部でリセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に切り換えられる。これにより、固体撮像素子のＯＢ部に蓄積された電荷が一旦排除され、ＯＢ部から本来の黒レベルと略等しいレベルに対応した信号（擬似ＯＢ信号）が生成される。この擬似ＯＢ信号は、第１クランプ手段によってクランプされる。映像信号処理部では、この第１クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。

したがって、入射光量の大小に応じて、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号が生成され、入射光量の変化に対応して、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないほど、強烈な光が固体撮像素子に入射され、有効画素部の受光部で生成された電荷がＯＢ部に漏れ出した場合でも、十分とは言えないが、擬似的な黒レベルを基準として映像信号処理を行うことにより、画面が暗く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、露光制御部からの制御情報に基づいて、固体撮像素子への入射光量が所定量以上であるか否かを検出する光量検出手段と、該光量検出手段によって、該固体撮像素子への入射光量が所定量未満であることが検出された場合に、第１クランプ手段からの出力が該映像信号処理部に入力され、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、第２クランプ手段からの出力が該映像信号処理部に入力されるように、該第１クランプ手段と第２クランプ手段との各出力を切り換える出力切り換え手段とを有する。

上記構成によれば、信号読出し期間（水平期間）の一部期間でリセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に切り換えられるため、固体撮像素子に太陽光等の過大光が入射されてＯＢ部に電荷が漏れ出した場合でも、ＯＢ部に漏れ出した電荷が排除されて、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した信号が擬似的に生成される。この擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号は、第２クランプ手段によってクランプされる。露光制御部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベルの信号を基準として、固体撮像素子の露光が制御される。

したがって、過大光が固体撮像素子に入射されて基準となるＯＢレベルが変動した場合でも、そのような変動の影響を受けずに、本来の黒レベルと略等しい擬似的な黒レベルを基準として露光制御を行うことができ、良好な画面表示を行うことができる。また、このような露光制御により、固体撮像素子への入射光量が制御されるので、本来の黒レベルに基づいて処理が行われる映像信号処理についても適正に行うことができる。

光量検出手段にて固体撮像素子への入射光量が所定量未満であると検出された場合には、出力切り換え手段によって、第１クランプ手段からの出力が映像信号処理部に入力される。映像信号処理部では、第１クランプ手段にてクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）の信号に基づいて、映像信号処理を適正に行うことができる。

また、光量検出手段にて固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合には、出力切り換え手段によって、第２クランプ手段からの出力が映像信号処理部に入力される。映像信号処理部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。

したがって、入射光量の大小に応じて、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号が出力切り換え手段によって切り換えられ、入射光量の変化に対応して、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないほど、強烈な光が固体撮像素子に入射され、有効画素部の受光部で生成された電荷がＯＢ部に漏れ出した場合でも、十分とは言えないが、擬似的な黒レベルを基準として映像信号処理を行うことにより、画面が暗く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

これによって、電荷が水平転送部から電荷検出部（変換部）に転送されるタイミングで、固体撮像素子の電荷検出部（変換部）のポテンシャルがリセットドレインと等しいポテンシャルにリセットされるため、水平転送部から転送されて漏れ出した電荷をリセットドレインに排出させることができる。

また、好ましくは、前記露光制御部からの制御情報に基づいて、前記固体撮像素子への入射光量が所定量以上であるか否かを検出する光量検出手段と、該光量検出手段によって、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、リセットパルスを、固体撮像素子の水平期間の他の一部（別の期間；ＯＢ期間）でロウレベルを一定レベル以上に保持させるパルス切り換え手段とをさらに有する。

固体撮像素子への入射光量が所定量未満である場合には、例えば最大限の露光制御を行うことによって、有効画素部の受光部で発生した電荷が垂直ＣＣＤシフトレジスタおよび水平ＣＣＤシフトレジスタの容量を超えてＯＢ部に漏れ出すことを回避することができる。その結果、本来の黒レベルに基づいて映像信号処理を適正に行うことができる。しかしながら、固体撮像素子への入射光量が所定量以上である場合には、最大限の露光制御を行っても、有効画素部の受光部で発生した電荷がＯＢ部に漏れ出し、ＯＢレベルが変動する。

上記構成によれば、光量検出手段にて入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、パルス切り換え手段によって、固体撮像素子の水平期間の一部期間でリセットパルスが切り換えられてロウレベルを一定レベル以上に保持される。これにより、固体撮像素子のＯＢ部に蓄積された電荷が排除され、ＯＢ部から本来の黒レベルと略等しいレベルに対応した信号（擬似ＯＢ信号）が生成される。この擬似ＯＢ信号は、第１クランプ手段によってクランプされる。映像信号処理部では、この第１クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。

従って、入射光量の大小に応じて、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号が生成され、入射光量の変化に対応して、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないほど、強烈な光が固体撮像素子に入射され、有効画素部の受光部で生成された電荷がＯＢ部に漏れ出した場合でも、十分とは言えないが、擬似的な黒レベルを基準として映像信号処理を行うことにより、画面が暗く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

また、好ましくは、前記第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと、前記第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差を検出するレベル差検出手段をさらに有する。

固体撮像素子への入射光量を検出する場合には、第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルを基準として、例えば検波回路などによって固体撮像素子からの出力電圧を検出し、その出力電圧を基に、出力電圧が大きいときには露光制御（電子シャッター等の制御）を行った後、光量検出手段にて電子シャッター速度を検出して、その速度値によって入射光量の大小を判断することができる。この場合、光量検出に時間がかかるため、その間に画像みだれ等が発生することが考えられる。

上記構成によれば、第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差を検出することによって、レベル差が所定値以上あれば不具合が発生しており、レベル差が所定値未満の場合（またはレベル差がない場合）には不具合が生じていないと判断することができるため、光量検出手段などを用いなくても不具合の有無を判断することができ、処理時間を短くすることができる。

また、好ましくは、前記レベル差検出手段によって、該第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと該第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出された場合に、リセットパルスを、固体撮像素子の水平期間の他の一部期間でロウレベルを一定レベル以上に保持させるパルス切り換え手段とをさらに有する。

上記構成によれば、光量検出手段にて入射光量を検出する代りに、レベル差検出手段を用いて第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差を検出し、そのレベル差が所定量未満である場合には、例えば最大限の露光制御を行うことによって、有効画素部の受光部で発生した電荷が垂直ＣＣＤシフトレジスタおよび水平ＣＣＤシフトレジスタの容量を超えてＯＢ部に漏れ出すことを回避することができる。その結果、本来の黒レベルに基づいて映像信号処理を適正に行うことができる。しかしながら、レベル差が所定量以上である場合には、最大限の露光制御を行っても、有効画素部の受光部で発生した電荷がＯＢ部に転送され、ＯＢレベルが変動する。

よって、レベル差が所定量以上であることが検出された場合には、パルス切り換え手段によって、固体撮像素子の水平期間の一部期間でリセットパルスが切り換えられてロウレベルを一定レベル以上に保持される。これにより、固体撮像素子のＯＢ部に蓄積された電荷が（一旦）排除され、ＯＢ部から本来の黒レベルと略等しいレベルに対応した信号（擬似ＯＢ信号）が生成される。この擬似ＯＢ信号は、第１クランプ手段によってクランプされる。映像信号処理部では、この第１クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。

したがって、第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差によって不具合が生じているか否かを判断し、その結果に応じて、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号が生成され、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないほど、強烈な光が固体撮像素子に入射され、有効画素部の受光部で生成された電荷がＯＢ部に漏れ出した場合でも、十分とは言えないが、擬似的な黒レベルを基準として映像信号処理を行うことにより、画面が暗く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

また、好ましくは、前記露光制御部からの制御情報に基づいて、前記固体撮像素子への入射光量が所定量以上であるか否かを検出する光量検出手段と、該レベル差検出手段によって、前記第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと前記第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出され、かつ、該光量検出手段によって、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合、および、該レベル差検出手段によって、該第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと該第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量未満であること検出され、かつ、該光量検出手段によって、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、リセットパルスを、固体撮像素子の水平期間の他の一部期間（別の期間）でロウレベルを一定レベル以上に保持させるパルス切り換え手段とをさらに有する。

第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量に近接している場合、第１クランプ手段から出力される正規のＯＢ信号レベルと第２クランプ手段から出力される擬似ＯＢ信号レベルとが全く同じレベルではないために、画面の変化時に違和感が生じることがある。また、レベル差が所定量以上である場合と所定量未満である場合とが繰り返される場合には、第１クランプ手段から出力される正規ＯＢレベルを基準とした映像と第１クランプ手段から出力される擬似ＯＢレベルを基準とした映像とで交互に切り換えられ、フリッカなどの画像不良が発生することが考えられる。

上記構成によれば、第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差をレベル差検出手段にて検出することによって、レベル差が所定量以上であれば不具合が発生しており、レベル差が所定量未満であれば不具合が発生していないと判断することができると共に、光量検出手段にて入射光量が所定量以上であるか否かを検出することによって、さらに精度良くパルス切り換えを行うことができる。これにより、固体撮像素子に太陽光などの過大光が入射された場合でも、適正に露光を行うことができる。

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、レベル差検出手段によって、第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量未満であることが検出された場合に、該第１クランプ手段からの出力が映像信号処理部に入力され、該第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと該第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出された場合に、該２クランプ手段からの出力が該映像信号処理部に入力されるように、該第１クランプ手段と第２クランプ手段とを切り換える切り換え手段を有する。

上記構成によれば、固体撮像素子の水平期間の一部期間でリセットパルスがロウレベルを一定レベル以上に保持されるため、固体撮像素子に太陽光等の過大光が入射されてＯＢ部に電荷が漏れ出した場合でも、ＯＢ部に転送された電荷が排除されて、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した信号が擬似的に生成される。この擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号は、第２クランプ手段によってクランプされる。露光制御部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベルの信号を基準として、固体撮像素子の露光が制御される。

また、レベル差検出手段にて、第１クランプ手段にてクランプされた第１信号レベルと第２クランプ手段にてクランプされた第２信号レベルとのレベル差を検出して不具合の有無を判断し、レベル差が所定量未満であると検出された場合には、出力切り換え手段によって、第１クランプ手段からの出力が映像信号処理部に入力される。映像信号処理部では、第１クランプ手段にてクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）の信号に基づいて、映像信号処理を適正に行うことができる。

また、レベル差検出手段にて第１クランプ手段にてクランプされた第１信号レベルと第２クランプ手段にてクランプされた第２信号レベルとのレベル差が所定量以上であることが検出された場合には、出力切り換え手段によって、第２クランプ手段からの出力が映像信号処理部に入力される。映像信号処理部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと該第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差を検出するレベル差検出手段と、露光制御部からの制御情報に基づいて、固体撮像素子への入射光量が所定量以上であるか否かを検出する光量検出手段と、該レベル差検出手段によって、該第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと該第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量未満であることが検出され、かつ、該光量検出手段によって、該固体撮像素子への入射光量が所定量未満であることが検出された場合に該第１クランプ手段からの出力が該映像信号処理部に入力され、該レベル差検出手段によって、該第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと該第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出され、かつ、該光量検出手段によって、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合、および、該レベル差検出手段によって、該第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと該第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量未満であること検出され、かつ、該光量検出手段によって、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、該２クランプ手段からの出力が該映像信号処理部に入力されるように、該第１クランプ手段と該第２クランプ手段との各出力を切り換える出力切り換え手段を有する。

第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差が所定量に近接している場合、第１クランプ手段から出力される正規のＯＢ信号レベルと第２クランプ手段から出力される擬似ＯＢ信号レベルとが全く同じレベルではないために、画面の変化時に違和感が生じることがある。また、レベル差が所定量以上である場合と所定量未満である場合とが繰り返される場合には、画面が第１クランプ手段からの出力を基準とした映像と第２クランプ手段からの出力を基準とした映像とで交互に切り換えられ、フリッカなどの画像不良が発生することが考えられる。

上記構成によれば、第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルとのレベル差をレベル差検出手段にて検出することによって、レベル差が所定量以上であれば不具合が発生しており、レベル差が所定量未満であれば不具合が発生していないと判断することができると共に、光量検出手段にて入射光量が所定量以上であるか否かを検出することによって、さらに精度良く第１クランプ手段と第２クランプ手段との各出力の切り換えを行うことができる。これにより、固体撮像素子に太陽光などの過大光が入射された場合でも、適正に映像信号処理を行うことができる。

例えば、リセットパルスは、前記水平期間（信号読出し期間）の一部期間または前記水平期間の別の一部期間において、電荷検出部のポテンシャルがリセットドレイン以上のポテンシャルにリセットされる電圧に設定される。これによって、固体撮像素子の電荷検出部（変換部）のポテンシャルがリセットドレイン以上のポテンシャルにリセットされ、水平転送部から転送されて漏れ出した電荷をリセットドレインに完全に排出させることができる。

また、前記水平期間（信号読出し期間）の一部期間は、例えば固体撮像素子においてオプティカルブラック部から信号が出力される期間またはその後に設定され得る。また、前記水平期間（信号読出し期間）の別の一部期間も、例えば固体撮像素子のオプティカルブラック部から信号が出力される期間に設定される。さらに、好ましくは、この別の一部期間は水平期間（信号読出し期間）の一部期間の前に設定されてもよい。

以上詳述したように、本発明によれば、固体撮像素子の信号読出し期間（水平期間）の一部期間でリセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化され、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した擬似黒レベル信号が生成されて、第２クランプ手段によってクランプされる。露光制御部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の露光が制御される。

したがって、一般的な固体撮像装置に第２クランプ手段を追加するという比較的簡易な構成と、リセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に保持させるという比較的容易な制御によって、過大光が固体撮像素子に入射されて基準となる黒レベルが変動した場合でも、そのような変動の影響を受けずに、本来の黒レベルと略等しい擬似的な黒レベルを基準として適正な露光制御を行うことができ、良好な画面表示を行うことができる。

また、このような露光制御により、固体撮像素子への入射光量が制御されるので、第１クランプ手段にてクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）に基づいて処理が行われる映像信号処理についても、適正に行うことができる。

また、本発明によれば、光量検出手段にて入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、パルス切り換え手段によって、固体撮像素子の水平期間の別の一部期間でリセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に切り換えられ、ＯＢ部から本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した信号が出力されて第１クランプ手段によってクランプされる。映像信号処理部では、この第１クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。

したがって、入射光量の大小に応じて、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号が生成され、入射光量の変化に対応して、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないほど、強烈な光が固体撮像素子に入射された場合でも、十分とは言えないが、擬似的な黒レベルを基準として映像信号処理を行うことにより、画面が暗く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

さらに、本発明によれば、固体撮像素子の水平期間の一部期間でリセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化され、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した信号が擬似的に生成されて、第２クランプ手段によってクランプされる。露光制御部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の露光が制御される。

したがって、過大光が固体撮像素子に入射されて基準となるＯＢレベルが変動した場合でも、そのような変動の影響を受けずに、本来の黒レベルと略等しい擬似的な黒レベルを基準として露光制御を行うことができ、良好な画面表示を行うことができる。

また、このような露光制御により、固体撮像素子への入射光量が制御されるので、光量検出手段にて入射光量が所定量未満であることが検出された場合には、出力切り換え手段によって、第１クランプ手段からの出力が映像信号処理部に入力される。映像信号処理部では、本来の黒レベル（ＯＢレベル）に基づいて適正に映像信号処理を行うことができる。

また、光量検出手段にて入射光量が所定量以上であることが検出された場合には、出力切り換え手段によって、第２クランプ手段からの出力が映像信号処理部に入力される。映像信号処理部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。

したがって、入射光量の大小に応じて、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号が出力切り換え手段によって切り換えられ、入射光量の変化に対応して、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないほど、強烈な光が固体撮像素子に入射された場合でも、十分とは言えないが、擬似的な黒レベルを基準として映像信号処理を行うことにより、画面が暗く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

さらに、本発明にあっては、固体撮像素子の信号読出し期間（水平期間）の一部期間でリセットパルスがロウレベルを一定レベル以上に保持され、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した擬似黒レベル信号が生成されて、第２クランプ手段によってクランプされる。露光制御部では、この第２クランプ手段にてクランプされた擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の露光が制御される。

したがって、一般的な固体撮像素子に第２クランプ手段を追加するという比較的簡易な構成と、リセットパルスをロウレベルを一定レベル以上に保持させるという比較的安易な制御によって、過大光が固体撮像素子に入射されて基準となる黒レベルが変動した場合でも、そのような変動の影響を受けずに、本来の黒レベルと略等しい擬似的な黒レベルを基準として露光制御を行うことができ、良好な画面表示を行うことができる。

また、このような露光制御により、固体撮像素子への入射光量が制御できるので、第１クランプ手段にてクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）に基づいて処理が行われる映像処理についても、適正に行うことができる。

また、本発明によれば、光量検出手段にて入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、パルス切り換え手段によって、固体撮像素子の水平期間の一部でリセットパルスがロウレベルを一定レベル以上に保持され、ＯＢ部から本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した信号が出力されて第１クランプ手段によってクランプされる。映像信号処理部では、この第１クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される映像信号が映像信号処理される。

また、本発明によれば、レベル差検出手段にて第１クランプ手段でクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段でクランプされた信号のレベルとのレベル差が検出され、そのレベル差が所定量以上であることが検出された場合に、パルス切り換え手段によって、固体撮像素子の水平期間の別の一部期間でリセットパルスがロウレベルを一定レベル以上に保持され、ＯＢ部から本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した信号が出力されて第１クランプ手段によってクランプされる。映像信号処理部では、この第１クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の有効画素部から出力される信号が処理される。

入射光量を検出するためには、例えば第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルを基準として、例えば検波回路などによって固体撮像素子の出力電圧を検出し、その出力電圧を基に、出力電圧が大きいときには露光制御（電子シャッター等の制御）を行った後、光量検出手段にて電子シャッター速度を検出させ、その速度値で判断することが考えられるが、この処理には時間がかかるため、瞬時に入射光量が所定量以上であるか否かを判断することはできない。

これに対して、本発明のレベル差検出手段により第１クランプ手段でクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段でクランプされた信号のレベルとのレベル差を検出することによって、短時間で不具合の発生を判断できて、パルス切り換えを素早く行うことができる。

また、レベル差検出手段にて検出されたレベル差と共に、光量検出手段にて検出された固体撮像素子への入射光量を判断基準として用いることによって、さらに精度よく、パルス切り換えを行うことができる。

さらに、本発明によれば、固体撮像素子の水平期間の一部期間でリセットパルスがロウレベルを一定レベル以上に保持され、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルに対応した信号が擬似的に生成されて、第２クランプ手段によってクランプされる。露光制御部では、この第２クランプ手段にてクランプされた、擬似的な黒レベル（擬似ＯＢレベル）の信号を基準として、固体撮像素子の露光が制御される。

このような露光制御により、固体撮像素子への入射光量が制御されるので、光量検出手段にて入射光量が所定量未満であることが検出された場合には、出力切り換え手段によって、第１クランプ手段からの出力が映像信号処理部に入力される。映像信号処理部では、本来の黒レベル（ＯＢレベル）に基づいて適正に映像信号処理を行うことができる。

よって、入射光量の大小に応じて、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号が出力切り換え手段によって切り換えられ、入射光量の変化に対応して、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないほど、強烈な光が固体撮像素子に入射された場合でも、十分とは言えないが、擬似的な黒レベルを基準として映像信号処理を行うことにより、画面が暗く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

さらに、本発明にあっては、レベル差検出手段にて第１クランプ手段でクランプされた信号のレベルと第２クランプ手段でクランプされた信号のレベルとのレベル差を検出することによって、短時間で不具合の発生を判断して、第１クランプ手段と第２クランプ手段との各出力を切り換えて、映像信号処理部に供給される出力信号を切り換えることができる。また、レベル差検出手段にて検出されたレベル差と共に、光量検出手段にて検出された固体撮像素子への入射光量を判断基準として用いることによって、さらに精度よく、各出力信号の切り換えを行うことができる。

以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態１〜８について、図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態１の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。

この固体撮像装置は、図１に示すように、固体撮像素子としてのＣＣＤ１と、ＣＤＳ回路２と、ＯＢクランプ回路３と、クランプパルス発生回路４と、擬似ＯＢクランプ回路５と、クランプパルス発生回路６と、映像信号処理部７と、検波回路８と、露光制御部９と、撮像素子駆動手段としてのＣＣＤ駆動回路１０とを有している。これらのＯＢクランプ回路３およびクランプパルス発生回路４により第１クランプ手段が構成される。また、擬似ＯＢクランプ回路５およびクランプパルス発生回路６により第２クランプ手段が構成される。

ＣＣＤ１は、例えばＩＴ型ＣＣＤであり、図示しないレンズを介して入射される被写体画像を撮像する。ＣＣＤ１は、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示す従来のＣＣＤ５２と同様に、基板７１上に、被写体画像に対応する光（被写体画像光）が入射される有効画素部７２が設けられている。この有効画素部７２には、光電変換素子である複数のフォトダイオード７４が垂直方向および水平方向に２次元的に配列されており、被写体画像に対応する電気信号が出力される。また、有効画素部７２の一方の側方には、ＯＢ（オプティカルブラック）部７３が設けられている。ＯＢ部７３には、光電変換素子である複数のフォトダイオード７４が垂直方向および水平方向に配列されており、アルミニウム等の遮光部材によって覆われている。これによって、被写体画像に対応する光が遮光されて、ＯＢ部７３のフォトダイオード（フォトダイオード７４と同等）には入射されず、ＯＢ部７３のフォトダイオード７４からは光学的な黒の基準として用いられる電気信号（ＯＢ信号）が出力される。また、ＣＣＤ１には、フォトダイオード７４の各列に沿って設けられた垂直ＣＣＤシフトレジスタ７５と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ７５からの電荷を電荷検出部（出力回路）７７に転送する水平ＣＣＤシフトレジスタ７６とが設けられている。フォトダイオード７４によって光電変換され、対応する垂直ＣＣＤシフトレジスタ７５に移動された電荷は、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４に同期して、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６の方向に順次転送される。水平ＣＣＤシフトレジスタ７６に転送された電荷は、水平転送クロックφＨ１、φＨ２に同期して、電荷検出部７７に順次転送され、電気信号として外部に出力される。

図２は、本実施形態１の固体撮像装置における水平転送パルス（水平転送クロック）ＦＨ１およびＦＨ２とリセットパルスＦＲとの関係を示す信号波形図であり、ＣＣＤの駆動タイミングを示す信号波形図である。

図示しないレンズを介して入射される被写体画像がＣＣＤ１によって撮像されると、図２に示すような水平転送パルスＦＨ１およびＦＨ２と、リセットパルスＦＲによって、ＣＣＤ１からは図２に示すような波形の信号が出力される。図２において、ＣＣＤ出力信号における網目部分は、電気信号として電荷検出部７７（図１５（ｂ）参照）で電荷が電圧変換された電圧を示している。

ＣＣＤ１から出力される信号（ＣＣＤ出力）は、ＣＤＳ回路２に入力される。１水平期間におけるＣＣＤ１からの出力信号がＣＤＳ回路２に入力されると、信号に含まれるクロック成分がＣＤＳ回路２にて除去され、ノイズが軽減される。

ＣＤＳ回路２にてクロック成分が除去された信号は、第１クランプ手段としてのＯＢクランプ回路３に入力される。ＯＢクランプ回路３には、クランプパルス発生回路４が接続されており、図２に示すように、ＯＢ期間において、クランプパルス発生回路４からクランプパルスＣＰ１が供給されたときに、ＣＤＳ回路２から入力されたＣＣＤ１のＯＢ部７３からの出力信号（ＯＢ信号）が、ＯＢクランプ回路３によってクランプされて直流レベルに固定される。これによって、光学的な黒の基準として用いられるＯＢレベルの信号が生成される。また、ＣＣＤ１の有効画素部７２からの出力信号は、ＯＢ部７３の信号レベルを基準にクランプされたレベルで出力信号が出力される。

ＯＢクランプ回路３から出力されるＯＢレベルの信号は、映像信号処理部７に入力される。映像信号処理部７では、有効画素部７２からの出力信号に対して、ＯＢクランプ回路３でクランプされたＯＢレベルの信号を基準として、各種処理が行われる。映像信号処理部７には、図１４に示す従来の固体撮像装置と同様に、ＡＧＣ回路５６が設けられており、ＡＧＣ回路５６では、ＯＢクランプ回路３から入力される信号の強弱に応じて、利得（ゲイン）が制御される。ＡＧＣ回路５６からの出力信号は補正処理回路５７に入力され、補正処理回路５７からはガンマ補正された信号が出力される。補正処理回路５７からの出力信号はペデスタルクランプ回路５８に入力され、ペデスタルクランプ回路５８では入力された信号がペデスタルレベルにクランプされる。ペデスタルクランプ回路５８からの出力信号は駆動回路５９に入力され、駆動回路５９からは、テレビモニタ等の表示装置に適応した映像信号が、ビデオ信号として出力される。

また、ＣＤＳ回路２によってクロック成分が除去された信号は、第２クランプ手段としての擬似ＯＢクランプ回路５にも入力される。

図２に示すように、ＣＣＤ１の水平期間の一部（擬似ＯＢ期間）で、リセットパルスＦＲのLOW（ロウ）レベルを一定レベル以上に変化させ、ＯＢ部７３に転送された電荷を全てリセットドレインＲＤに排出させる。擬似ＯＢクランプ回路５からＣＣＤ駆動回路１０には、リセットパルスＦＲのLOWレベルを一定レベル以上に変化させるような制御信号は出力されない。リセットパルスＦＲのLOWレベルを一定レベル以上に変化させる制御をＣＣＤ１に対して行うのは例えばＣＣＤ駆動回路１０である。これによって、本来の黒レベルと略等しいレベルに対応した擬似的な信号（黒レベル信号に対応した擬似ＯＢ信号）が生成されてＣＣＤ１から出力される。一定レベル以上とは、リセットパルスと同じ電位以上で、リセットパルスが印加されるゲート絶縁膜が破壊されない電位以下である。

擬似ＯＢクランプ回路５には、クランプパルス発生回路６が接続されており、擬似ＯＢ期間において、クランプパルス発生回路６からクランプパルスＣＰ２が供給されたときに、上記擬似ＯＢ信号が、擬似ＯＢクランプ回路５によってクランプされて直流レベルに固定される。これによって、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルの信号が生成される。

図３（ａ）は、本実施形態１の固体撮像装置におけるＣＣＤの駆動タイミングを示す信号波形図であり、図３（ｂ）は、ＣＣＤの水平転送電荷のポテンシャルを示す模式図である。なお、この図において、ＣＣＤ出力信号における網目部分は転送電荷量を示している。

図３（ａ）および図３（ｂ）において、有効画素部７２からの信号が出力される有効映像信号期間では、時刻ｔ１において、水平転送パルスＦＨ１がハイレベル、水平転送パルスＦＨ２がローレベルとなり、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６において出力ゲートＯＧの方向に電荷が転送される。また、図３（ｂ）に示すリセットゲート１１にハイレベル（ｂのレベル）のリセットパルスＦＲが加えられ、変換部１２のポテンシャルがリセットドレインＲＤと等しいポテンシャルにリセットされる。

時刻ｔ２では、リセットパルスＦＲがローレベル（ｃのレベル）となり、リセットゲート１１下のポテンシャルは高くなるが、変換部１２のポテンシャルは上記時刻ｔ１でのポテンシャルと同じレベルである。時刻ｔ１と時刻ｔ２とにおいては、リセットパルスＦＲの誘導によって、このようにリセットゲート１１下のポテンシャルに差が生じる。

時刻ｔ３では、水平転送パルスＦＨ１がローレベル、水平転送パルスＦＨ２がハイレベルとなり、水平転送パルスＦＨ１が加えられる転送電極下のポテンシャルが低いレベルに、水平転送パルスＦＨ２が加えられる転送電極下のポテンシャルが高いレベルに遷移する。ＦＨ２が加えられる転送電極下のポテンシャルが出力ゲートＯＧ下のポテンシャルよりも高くなり、電荷が変換部１２（図１５（ｂ）の電荷検出部７７）に転送される。このように転送された電荷によって、変換部１２の電位が変化し、この電位変化が信号出力としてＣＣＤ１から読み出される。

次に、擬似ＯＢ期間では、時刻ｔ４において、水平転送パルスＦＨ１がハイレベル、水平転送パルスＦＨ２がローレベルとなり、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６において出力ゲートＯＧの方向に電荷が転送される。また、擬似ＯＢクランプ回路５によって、リセットパルスＦＲのハイレベルが一定レベル以上に保持され、リセットパルスＦＲはハイレベル（ａのレベル）のままとなる。

時刻ｔ５では、擬似ＯＢクランプ回路５によってリセットパルスＦＲのLOWレベルが一定レベル以上に保持されているため、リセットパルスＦＲが通常のハイレベル以上（ｂのレベル）であり、リセットゲート１１下のポテンシャルが低くなったままで、変換部１２のポテンシャルがリセットドレインＲＤと等しいポテンシャルにリセットされる。

時刻ｔ６では、水平転送パルスＦＨ１がローレベル、水平転送パルスＦＨ２がハイレベルとなり、水平転送パルスＦＨ１が加えられる転送電極下のポテンシャルが低いレベルに、水平転送パルスＦＨ２が加えられる転送電極下のポテンシャルが高いレベルに遷移する。水平転送パルスＦＨ２が加えられる転送電極下のポテンシャルが出力ゲートＯＧ下のポテンシャルよりも高くなり、電荷が変換部１２に転送されるが、リセットゲート１１下のポテンシャルが低くなっているため、変換部１２に転送された電荷は全てリセットドレインＲＤに排出される。その結果、過大光がＣＣＤ１に入射された場合であっても、擬似ＯＢ期間では、ＯＢ部７３への転送電荷が無い場合と略等しい擬似ＯＢ信号が得られる。

擬似ＯＢクランプ回路５から出力される擬似ＯＢレベルの信号は、検波回路８に入力され、検波回路８によって検波される。検波回路８から出力される信号に基づいて、露光制御部９から、ＣＣＤ１のアイリスおよび露光を制御するための信号がＣＣＤ駆動回路１０に出力される。ＣＣＤ駆動回路１０では、露光制御部９から出力される信号に基づいて、ＣＣＤ１が駆動される。露光制御部９およびＣＣＤ駆動回路１０では、擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた信号レベル（擬似ＯＢレベル）を基準として、それぞれの動作が行われる。また、ＣＣＤ１の露光は、例えばＣＣＤ１に備わった電子シャッター機能等を用いて制御される。

以上のように、本実施形態１の固体撮像装置では、過大光がＣＣＤ１に入射されて、光学的な黒の基準となるＯＢレベルが変動した場合でも、本来の黒レベルと略等しい擬似的なＯＢレベルによって適正な露光制御を行うことができる。その結果、過大光がＣＣＤ１に入射された場合でも、良好な画面表示を得ることができる。

なお、この擬似ＯＢレベルは、リセットパルスＦＲによる誘導等の影響によって、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と全く同一レベルであるとは言えないため、映像信号処理の基準として用いるためには適していない。このため、本実施形態１では、露光制御のみを、擬似ＯＢレベルを基準として行っており、映像信号処理は、擬似ＯＢレベルではなく、ＯＢレベルを基準として行っている。このような擬似ＯＢレベルを基準とした露光制御によって、ＣＣＤ１への入射光量が調整されるので、ＯＢレベルに基づいて処理が行われる映像信号処理についても、適正に行うことが可能となる。
（実施形態２）
上記実施形態１では、リセットパルスＦＲのLOWレベルを一定レベル以上に変化させて生成した擬似黒レベル信号を擬似ＯＢクランプ回路５でクランプさせ、この擬似黒レベル信号を基準として露光制御を行う場合（請求項１〜３に対応）であるが、本実施形態２では、これに加えて、入射光量に応じて、映像信号処理部７で信号処理を行う基準の黒レベル信号として、ＯＢクランプ回路３と擬似ＯＢクランプ回路５との各出力を切り換える場合（請求項４に対応）である。

図４は、本実施形態２の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において、上記実施形態１と同一の機能を有する構成部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。

この固体撮像装置は、図１に示す上記実施形態１の固体撮像装置の構成に加えて、光量検出部２１と、出力切り換え手段としての信号切り換え部２２とを備えている。

光量検出部２１では、露光制御部９からの制御情報に従って、ＣＣＤ１への入射光量が検出される。露光制御部９では、ＣＣＤ１からの出力信号レベルが一定となるように、ＣＣＤ１の電子シャッターが制御される。このため、光量検出部２１では、ＣＣＤ１の電子シャッター速度が所定の値以上であるか否かによって、入射光量が所定量以上であるか否かを判断することができる。

光量検出部２１にて検出された入射光量が所定量未満である場合には、信号切り換え部２２でスイッチが切り換えられて、ＯＢクランプ回路３からの出力が映像信号処理７に入力される。映像信号処理部７では、上記実施形態１と同様に、ＯＢクランプ回路３から出力されるＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

擬似ＯＢレベルは、本来の黒レベル（本来のＯＢレベル）と擬似的なレベルであり、本来のＯＢレベルと全く同一のレベルではない。したがって、映像信号出力は極力、本来のＯＢレベルを基準として行うことが望ましい。そこで、入射光量が所定量未満である場合には、例えば最大限の露光制御を行うことによって、ＯＢ部７３へ電荷が漏れるのを防ぐことができるため、本来のＯＢレベルを基準として映像信号処理を適正に行うことができる。

一方、光量検出部２１にて検出された入射光量が所定量以上である場合には、信号切り換え部２２でスイッチが切り換えられて、擬似ＯＢクランプ回路５からの出力が映像信号処理７に入力される。映像信号処理部７では、擬似ＯＢクランプ回路５から出力される擬似ＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

このように擬似ＯＢレベルを用いる理由は、入射光量が所定量以上の場合には、最大限の露光制御を行っても、なお、ＯＢ部７３に電荷が漏れ、ＯＢレベルが変動するからである。

露光制御部９では、光量検出部２１での検出結果に関らず、上記実施形態１と同様に、擬似ＯＢクランプ回路５にて得られる、本来の黒レベル（本来のＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルを基準として露光制御が行われ、ＣＣＤ駆動回路１０によってＣＣＤ１の電子シャッターが制御される。

以上のように、本実施形態２の固体撮像装置では、ＣＣＤ１に入射される光量の大小によって、映像信号処理を行う際に光学的な黒の基準となるレベルが、信号切り換え部２２によって切り換えられるので、入射光量の変化に対応して、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても、ＯＢ部への電荷漏れ（電荷転送）を回避することができないような強烈な光がＣＣＤ１に入射されても、擬似ＯＢレベルを基準として映像信号処理を行うことができるので、十分とは言えないが、画面が黒く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

なお、本実施形態２では、入射光量に応じて、映像信号処理部７で信号処理を行う基準の黒レベル信号として、ＯＢクランプ回路３と擬似ＯＢクランプ回路５との各出力を切り換える場合について説明したが、入射光量に応じて、露光制御を行う基準の黒レベル信号として、擬似ＯＢクランプ回路５とＯＢクランプ回路３の各出力を切り換える場合についても考えられる。
（実施形態３）
本実施形態３では、上記実施形態１，２に加えて、ＯＢ期間（水平期間の一部期間（擬似ＯＢ期間）とは別の一部期間）において、入射光量が所定量以上のときに、リセットパルスＦＲのLOWレベルを一定レベル以上に変化させることによって、ＯＢクランプ回路３に擬似黒レベル信号をクランプさせる場合である。

図５は、本実施形態３の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において、上記実施形態１，２と同一の機能を有する構成部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。

この固体撮像装置は、図１に示す上記実施形態１の固体撮像装置の構成に加えて、光量検出部２１と、パルス切り換え部２３とを備えている。光量検出部２１では、上記実施形態２と同様に、露光制御部９からの制御情報に従って、ＣＣＤ１への入射光量が検出される。パルス切り換え部２３では、光量検出部２１にて検出された入射光量が所定量以上である場合に、ＣＣＤ１の水平期間の一部（ＯＢ期間）でリセットパルスＦＲのLOWレベルが一定レベル以上に保持される。

図６は、本実施形態の固体撮像装置の駆動タイミングを示す信号波形図である。

図６に示すように、光量検出部２１にて検出された入射光量が所定量未満である場合には、上記実施形態１と同様に、ＯＢ期間にはリセットパルスＦＲのLOWレベルが一定レベル以上に保持されず、ＯＢクランプ回路３からクランプパルスＣＰ１によってクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）の信号が出力される。映像信号処理部７では、上記実施形態１と同様に、ＯＢクランプ回路３から出力される本来のＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

また、図６に示すように、光量検出部２１にて検出された入射光量が所定量以上である場合には、パルス切り換え部２３によって、ＣＣＤ１の水平期間の一部（ＯＢ期間）で、リセットパルスＦＲのLOWレベルが一定レベル以上に保持され、ＯＢ部７３に転送された電荷が全てリセットドレインＲＤに排出される。これによって、黒レベルと略等しいレベルに対応した、擬似的な信号（擬似ＯＢ信号）が生成されてＣＣＤ１から出力される。ＯＢ期間において、ＯＢクランプ回路３にクランプパルスＣＰ１が供給されたときに、上記擬似ＯＢ信号が、ＯＢクランプ回路３によってクランプされて直流レベルに固定される。これによって、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルの信号が生成される。映像信号処理部７では、ＯＢクランプ回路３から出力される擬似ＯＢレベルの信号を基準として、各種処理が行われる。

露光制御部９では、光量検出部２１での検出結果に関らず、上記実施形態１と同様に、クランプパルスＣＰ２が供給されたときに擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルを基準として露光制御が行われ、ＣＣＤ駆動回路１０によってＣＣＤ１の電子シャッターが制御される。

以上のように、本実施形態３の固体撮像装置では、ＣＣＤ１に入射される光量の大小によって、映像信号処理を行う際に光学的な黒の基準となるレベルが生成されるので、入射光量の変化に対応して、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても、ＯＢ部への電荷転送を回避することができないような強烈な光がＣＣＤ１に入射されても、擬似ＯＢレベルを基準として映像信号処理を行うことができるので、十分とは言えないが、画面が黒く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

ところで、上記各実施形態１〜３の固体撮像装置においては、水平期間の一部でリセットパルスのLOWレベルを一定レベル以上に保持させることによって、過大光がＣＣＤ１に入射された場合でも、適正な露光制御が行われる。

上記各実施形態１〜３の固体撮像装置では、第２クランプ手段にてクランプされた信号のレベルを基準として、検波回路８よってＣＣＤ１からの出力電圧を検出し、その出力電圧を基にして出力電圧が大きいときに露光制御（電子シャッター等の制御）を行った後、光量検出部で電子シャッター速度を検出させて、速度値によって光量が所定量以上であるか否かを判断しているため、過大光が入射されて問題が生じているか否かを判断するために処理時間がかかり、その間に画像みだれ等の不具合が発生することが考えられる。

そこで、以下の各実施形態４〜８では、以上のような問題を解決することができる固体撮像装置について説明する。
（実施形態４）
本実施形態４では、上記実施形態１に加えて、水平帰線レベル信号を基準にして、ＯＢクランプ回路３から出力される信号レベルと、擬似ＯＢクランプ回路５から出力される信号レベルとのレベル差を検出することによりＣＣＤ１に対する過大光照射の有無を検出し、これに応じて露光制御を行う場合である。

図７は、本実施形態４の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において、上記実施形態１と同一の機能を有する構成部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。

この固体撮像装置は、図１に示す上記実施形態１の固体撮像装置の構成に加えて、図７に示すように、入射光量に無関係の水平帰線期間の水平帰線レベル信号をクランプする水平帰線クランプ回路２４とクランプパルス発生回路２５とを備えている。

図８に示すように、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路２５からクランプパルスＣＰ３が発生されると、水平帰線クランプ回路２４によって、ＣＣＤ１において入射される光量などに影響されない水平帰線レベル信号がクランプされる。

一方、水平期間においては、クランプパルス発生回路４から出力されるＣＰ１パルスによってＯＢクランプ回路３にてＯＢレベル信号がクランプされ、クランプパルス発生回路６から出力されるＣＰ２パルスによって擬似ＯＢクランプ回路６にて擬似ＯＢレベル信号がクランプされる。

レベル差検出手段としての検波回路８Ａは、水平帰線クランプ回路２４から出力された水平帰線レベル信号を基準にして、第１クランプ手段としてのＯＢクランプ回路３から出力される信号（第１信号）のレベルと、第２クランプ手段としての擬似ＯＢクランプ回路５から出力される信号（第２信号）のレベルとのレベル差を検出する。

このように、ＯＢクランプ回路３から出力される第１信号のレベルと擬似ＯＢクランプ回路５から出力される第２信号のレベルとのレベル差を検出することによって、レベル差が所定値以上あれば過大光の照射などによって不具合が発生しており、レベル差が所定値未満であれば不具合が発生していないと即座に判断することができるため、処理時間を短縮することができる。

なお、本実施形態４では、黒レベル信号と擬似黒レベル信号とのレベル差を検出し、この検出したレベル差と基準信号である水平帰線レベル信号のレベルと比較する検波回路８Ａを設け、この比較結果に応じて露光量制御を行うように構成したが、これに限らず、この比較結果に応じて撮像駆動制御または、撮像駆動制御および露光量制御を行ってもよい。また、この検波回路８Ａが黒レベル信号と擬似黒レベル信号とのレベル差を検出し、この検出結果に応じて撮像駆動制御および露光量制御の少なくとも何れかを行うようにすることもできる。
（実施形態５）
本実施形態５では、上記実施形態４に加えて、上記レベル差が所定量以上である場合に過大光照射であると判断して、ＣＣＤ１の水平期間内のＯＢ期間内でリセットパルスＦＲのLOWレベルが一定レベル以上に保持されるように切り換える場合である。

図１１は、本実施形態５の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において、上記実施形態４と同一の機能を有する構成部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。

この固体撮像装置は、図１１に示すように、上記実施形態２，３の固体撮像装置の光量検出部２１の代りに、上記実施形態４と同様の水平帰線クランプ回路２４およびクランプパルス発生回路２５を備えている。

この固体撮像装置では、上記実施形態４の固体撮像装置と同様に、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路２５からクランプパルスＣＰ３が発生されると、水平帰線クランプ回路２４によって、ＣＣＤに入射される光量などに影響されない水平帰線レベル信号がクランプされる。

一方、水平期間においては、クランプパルス発生回路４から出力されるＣＰ１パルスによってＯＢクランプ回路３にてＯＢレベル信号がクランプされ、クランプパルス発生回路６から出力されるＣＰ２パルスによって擬似ＯＢクランプ回路５にて擬似ＯＢレベル信号がクランプされる。

検波回路８Ａは、水平帰線クランプ回路２４から出力された水平帰線レベル信号を基準にして、第１クランプ手段としてのＯＢクランプ回路３から出力される信号（第１信号）のレベルと、第２クランプ手段としての擬似ＯＢクランプ回路５から出力される信号（第２信号）のレベルとのレベル差を検出する。

パルス切り換え部２３Ｂでは、検波回路８Ａによって、第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出された場合に、ＣＣＤ１の水平期間内のＯＢ期間内でリセットパルスＦＲのLOWレベルが一定レベル以上に保持されるように、リセットパルスＦＲが切り換えられる。

検波回路８Ａにおいて、ＯＢクランプ回路３から出力される第１信号のレベルと擬似ＯＢクランプ回路５から出力される第２信号のレベルとのレベル差が所定量未満であることが検出された場合には、上記実施形態４と同様に、ＯＢ期間にはリセットパルスＦＲは切り換えられず、ＯＢクランプ回路３からクランプパルスＣＰ１によってクランプされた、本来の黒レベルの信号が出力される。映像信号処理部７では、上記実施形態４と同様に、ＯＢクランプ回路３から出力される本来のＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

また、検波回路８Ａにおいて、ＯＢクランプ回路３から出力される第１信号のレベルと擬似ＯＢクランプ回路５から出力される第２信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出された場合には、パルス切り換え部２３Ｂによって、ＣＣＤ１のＯＢ部からの出力期間でリセットパルスのLOWレベルを一定レベル以上に保持され、ＯＢ部７３に転送された電荷が全てリセットドレインＲＤに排出される。これによって、黒レベルと略等しいレベルに対応した、擬似的な信号（擬似ＯＢ信号）が生成されてＣＣＤ１から出力される。ＯＢ期間において、ＯＢクランプ回路３からクランプパルスＣＰ１が供給されたときに、上記擬似ＯＢ信号が、ＯＢクランプ回路３によってクランプされて直流レベルに固定される。これによって、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルの信号が生成される。映像信号処理部７では、ＯＢクランプ回路３から出力される擬似ＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

露光制御部９では、検波回路８Ａの検出結果に関わらず、上記実施形態４と同様に、クランプパルスＣＰ２が供給されたときに擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルを基準として露光制御が行われ、ＣＣＤ１駆動回路１０ＡによってＣＣＤ１の電子シャッターが制御される。

以上のように、本実施形態５の固体撮像装置では、ＯＢクランプ回路３にてクランプされた信号のレベルと擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた信号のレベルとのレベル差によって過大光照射の有無を速やかに判断することができ、この判断に従って映像信号処理を行う際に光学的な黒の基準となる一定レベルが生成されるので、入射光量の変化に応じた適正な映像信号処理を行うことができる。特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないような強烈光がＣＣＤ１に入射しても、擬似ＯＢレベルを基準として映像信号処理を行うことができるので、十分とは言えないが画面が黒く沈む、画面が破綻する等の最悪の事態を回避することができる。
（実施形態６）
本実施形態６では、上記実施形態５に加えて、ＯＢクランプ回路３にてクランプされた信号のレベルと擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた信号のレベルとのレベル差の他に、および光量検出部２１にて検出されるＣＣＤ１への入射光量の大小によって映像信号処理を行う際に光学的な黒の基準となるレベルを生成する場合である。

図１０は、本実施形態６の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において、上記実施形態５と同一の機能を有する構成部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。

この固体撮像装置は、図１０に示すように、上記実施形態３の固体撮像装置と同様の光量検出部２１に加えて、上記実施形態５と同様の水平帰線クランプ回路２４、クランプパルス発生回路２５、検波回路８Ａおよびパルス切り換え部２３Ｂを備えている。これによって、上記実施形態５よりも精度よく、パルス切り換えを行うことができる。

この固体撮像装置において、光量検出部２１では、上記実施形態３の固体撮像装置と同様に、露光制御部９からの制御情報に従って、ＣＣＤ１への入射光量が検出される。露光制御部９では、ＣＣＤ１からの出力信号レベルが一定となるように、ＣＣＤ１の例えば電子シャッタースピードが制御される。このため、光量検出部２１では、ＣＣＤ１の例えば電子シャッター速度が所定値以上であるか否かによって、入射光量が所定量以上であるか否かを判断することができる。

また、上記実施形態５の固体撮像装置と同様に、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路２５からクランプパルスＣＰ３が発生されると、水平帰線クランプ回路２４によって、ＣＣＤに入射される光量などに影響されない水平帰線レベル信号がクランプされる。

また、水平期間においては、クランプパルス発生回路４から出力されるＣＰ１パルスによってＯＢクランプ回路３にてＯＢレベル信号がクランプされ、クランプパルス発生回路６から出力されるＣＰ２パルスによって擬似ＯＢクランプ回路５にて擬似ＯＢレベル信号がクランプされる。

検波回路８Ａは、水平帰線クランプ回路２４から出力された水平帰線レベル信号を基準にして、第１クランプ手段としてのＯＢクランプ回路３から出力される信号（第１信号）のレベルと、第２クランプ手段としての擬似ＯＢクランプ回路から出力される信号（第２信号）のレベルとのレベル差を検出する。

この検波回路８Ａによって第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量未満であることが検出され、かつ、光量検出部２１によって電子シャッター速度が所定の値未満であることが検出された場合には、上記実施形態５と同様に、パルス切り換え部２３Ｂによって、ＯＢ期間にはリセットパルスＦＲは切り換えられず、ＯＢクランプ回路３からクランプパルスＣＰ１によってクランプされた、本来の黒レベルの信号が出力される。映像信号処理部７では、上記実施形態４と同様に、ＯＢクランプ回路３から出力される本来のＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

一方、検波回路８Ａによって第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出され、かつ、光量検出部２１によって電子シャッター速度が所定の値以上であることが検出された場合には、パルス切り換え部２３Ｂによって、ＣＣＤ１のＯＢ部７３からの出力期間でリセットパルスＦＲのLOWレベルを一定レベル以上に保持され、ＯＢ部７３に転送された電荷が全てリセットドレインＲＤに排出される。これによって、黒レベルと略等しいレベルに応じた擬似的な信号（擬似ＯＢ信号）が生成されてＣＣＤ１から出力される。ＯＢ期間において、クランプパルス発生回路４からクランプパルスＣＰ１が供給されたときに、上記擬似ＯＢ信号が、ＯＢクランプ回路３によってクランプされて直流レベルに固定される。これによって、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルの信号が生成される。映像信号処理部７では、ＯＢクランプ回路３から出力される擬似ＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

露光制御部９では、検波回路８Ａの検出結果に関わらず、上記実施形態４と同様に、クランプパルスＣＰ２が供給されたときに擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルを基準として露光制御が行われ、ＣＣＤ１駆動回路１０または１０ＡによってＣＣＤ１の電子シャッター速度が制御される。

以上のように、本実施形態６の固体撮像装置では、ＯＢクランプ回路３にてクランプされた信号のレベルと擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた信号のレベルとのレベル差、および光量検出部２１にて検出されるＣＣＤ１への入射光量の大小によって映像信号処理を行う際に光学的な黒の基準となるレベルが生成されるので、入射光量の変化に対応して、より適正な映像信号処理を行うことができる。特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないような強烈光がＣＣＤ１に入射し、擬似ＯＢレベルを基準として映像信号処理を行うことができるので、十分とは言えないが画面が黒く沈む、画面が破綻する等の最悪の事態を回避することができる。
（実施形態７）
本実施形態７では、ＯＢクランプ回路３でクランプされた第１信号のレベルと擬似クランプ回路５でクランプされた第２信号のレベルとのレベル差によってＣＣＤ１に所定以上の強烈光が照射されているかどうかを検波回路８Ａにて検出することができ、これに基づいて、映像信号処理を行う際の光学的な黒レベルの基準となるレベルとして、上記実施形態４に加えて、信号切り換え部２２ＡによってＯＢクランプ回路３と擬似ＯＢクランプ回路５の各出力を切り換える場合である。

図１１は、本実施形態７の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において、上記実施形態４と同一の機能を有する構成部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。

この固体撮像装置は、図７に示す実施形態４の固体撮像装置の構成に加えて、図１１に示すように出力切り換え手段としての信号切り換え部２２Ａを備えている。

この固体撮像装置においては、上記実施形態４の固体撮像装置と同様に、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路２５からクランプパルスＣＰ３が発生されると、水平帰線クランプ回路２４によって、ＣＣＤ１に入射される光量などに影響されない水平帰線レベル信号がクランプされる。

検波回路８Ａによって第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量未満であることが検出された場合には、信号切り換え部２２Ａでスイッチが切り換えられて、ＯＢクランプ回路３からの出力が映像信号処理部７に入力される。映像信号処理部７では、上記実施形態４と同様に、ＯＢクランプ回路３から出力されるＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

擬似ＯＢレベルは、本来の黒レベル（本来のＯＢレベル）と擬似的なレベルであり、本来のＯＢレベルと全く同じレベルではない。したがって、映像信号出力は極力、本来のＯＢレベルを基準として行うことが望ましい。そこで、レベル差が所定量未満である場合には、不具合（ＣＣＤ１に対する過大入射光量時）が生じていないものと判断して、本来のＯＢレベルを基準として映像信号処理を行う。

一方、検波回路８Ａによって第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出された場合には、信号切り換え部２２Ａでスイッチが切り換えられて、疑似ＯＢクランプ回路５からの出力が映像信号処理部７に入力される。映像信号処理部７では、擬似ＯＢクランプ回路５から出力される擬似ＯＢレベルを基準として、各信号処理が行われる。

このように、擬似ＯＢレベルを用いる理由は、ＯＢクランプ回路３でクランプされた第１信号のレベルと擬似ＯＢクランプ回路５でクランプされた第２信号のレベルとでレベル差が所定値以上であると確認された場合には、ＯＢ部７３に電荷が転送されてＯＢレベルが変動するからである。レベル差が所定値以上であるということは、ＣＣＤ１に入射される光量が多いためにリセットドレインで充分に電荷が排出しきれない。

以上のように、本実施形態７の固体撮像装置では、ＯＢクランプ回路３でクランプされた第１信号のレベルと擬似クランプ回路５でクランプされた第２信号のレベルとのレベル差によって不具合が生じているか否かを速やかに判断することができ、この判断に従って、映像信号処理を行う際の光学的な黒レベルの基準となるレベルが、信号切り換え部２２Ａによって切り換えられるので、入射光量の変化に応じてその都度、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、強烈光がＣＣＤ１に入射されても、擬似ＯＢレベルを基準として映像信号処理を行うことができるので、十分とは言えないが、画面が破綻する等の最悪の事態を回避することができる。
（実施形態８）
本実施形態８では、上記実施形態７に加えて、少なくとも光量検出部２１によるＣＣＤ１への検出照射光量に基づいて、映像信号処理を行う際の光学的な黒レベルの基準となるレベルとして、出力切り換え部２２ＢによってＯＢクランプ回路３と擬似ＯＢクランプ回路５の各出力を切り換える場合である。なお、光量検出部２１による光量検出は、上記実施形態７の検波回路８Ａによる検出情報に基づいて検出されてもよい。

図１２は、本実施形態８の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において、上記実施形態７と同一の機能を有する構成部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。

この固体撮像装置は、図１１に示す上記実施形態７の固体撮像装置の構成に加えて、図１２に示すように光量検出部２１を備え、光量検出部２１からの検出出力に応じて信号切り換え部２２Ｂを切り換える。これによって、上記実施形態７よりも精度よく、ＯＢクランプ回路３または擬似ＯＢクランプ回路５と、映像信号処理部７との接続を行うことができる。

この固体撮像装置において、光量検出部２１では、露光制御部９からの制御情報に従って、ＣＣＤ１への入射光量が検出される。露光制御部９では、ＣＣＤ１からの出力信号レベルが一定となるように、ＣＣＤ１の電子シャッターが駆動制御（シャッター速度）される。このため、光量検出部２１では、ＣＣＤ１の電子シャッター速度が所定の値以上であるか否かによって、入射光量が所定量以上であるか否かを判断することができる。

また、上記実施形態７の固体撮像装置と同様に、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路２５からクランプパルスＣＰ３が発生されると、水平帰線クランプ回路２４によって、ＣＣＤに入射される光量などに影響されない、水平帰線レベル信号がクランプされる。

検波回路８Ａによって第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量未満であることが検出され、かつ、光量検出部２１によってＣＣＤ１（固体撮像素子）への入射光量が所定量未満であることが検出された場合には、信号切り換え部２２Ｂでスイッチが切り換えられて、ＯＢクランプ回路３からの出力が映像信号処理部７に入力される。映像信号処理部７では、上記実施形態４と同様に、ＯＢクランプ回路３から出力されるＯＢレベルの信号を基準として、各種信号処理が行われる。

一方、検波回路８Ａによって第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出され、かつ、光量検出部２１によって固体撮像素子への入射光量が所定量未満であることが検出された場合、および、検波回路８Ａによって第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量未満であることが検出されても、光量検出部２１によって固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合、および、検波回路８Ａによって第１信号のレベルと第２信号のレベルとのレベル差が所定量以上であることが検出され、かつ、光量検出部２１によって固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合には、信号切り換え部２２Ｂでスイッチが切り換えられて、疑似ＯＢクランプ回路５からの出力が映像信号処理部７に入力される。映像信号処理部７では、擬似ＯＢクランプ回路５から出力される擬似ＯＢレベルを基準として、各種信号処理が行われる。

露光制御部９では、光量検出部２１の検出結果に関わらず、上記実施形態４と同様に、疑似ＯＢクランプ回路５にて得られる本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい疑似ＯＢレベルを基準として露光制御が行われて、ＣＣＤ駆動回路１０ＡによってＣＣＤ１の電子シャッタが駆動制御される。

以上のように、本実施形態８の固体撮像装置では、ＯＢクランプ回路３にてクランプされた信号のレベルと擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた信号のレベルとのレベル差、および光量検出部２１にて検出されるＣＣＤ１への入射光量の大小によって映像信号処理を行う際に光学的な黒の基準となるレベルが、信号切り換え部２２Ｂによって切り換えられるので、入射光量の変化に対応して、その都度、適正な映像信号処理を行うことができる。その結果、特に、最大限の露光制御を行っても回避することができないような強烈な光がＣＣＤ１に入射されても、擬似ＯＢレベルを基準として映像信号処理を行うことができるので、十分とは言えないが、画面が黒く沈む、画面が破綻する等といった最悪の事態を回避することができる。

また、クランプパルス発生回路２５から出力されたＣＰ３パルスによりＯＢクランプ回路２４にてクランプされた水平帰線レベル信号を基準にして、ＯＢクランプ回路３にてクランプされた第１信号レベルと擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた第２信号レベルとのレベル差のみによって、映像信号処理部７に入力される黒レベル出力を切り換えた場合には、光量対レベル差が極端に急峻な場合に、レベル差が所定量の近辺で変化すると、ＯＢクランプ回路３からの出力が映像信号処理部７に入力されてＯＢクランプレベルを基準にして映像処理が行われる場合と、疑似ＯＢクランプ回路５からの出力が映像信号処理部７に入力されて擬似ＯＢクランプレベルを基準にして映像処理が行われる場合とが繰り返されて画面が変化し、フリッカ等の画像不具合が発生することが考えられる。

これに対して、本実態形態８では、水平帰線クランプ回路２４にてクランプされた水平帰線レベル信号を基準にして、ＯＢクランプ回路３にてクランプされた第１信号レベルと擬似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた第２信号レベルとのレベル差と、入射光量とによって切り換えスイッチ２２Ｂの切り換えを判断するため、このような画像不具合の発生を抑制することができる。

以上により、本実施形態１〜８によれば、水平期間の一部期間でリセットパルスのLOWレベルを一定レベル以上に変化させ、黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベルの擬似ＯＢ信号を生成し、クランプパルス発生回路６からクランプパルスが供給された場合に、擬似ＯＢ信号をクランプする擬似ＯＢクランプ回路５を設けている。過大光がＣＣＤに入射してＯＢ部に転送電荷があふれた場合に、リセットパルスＦＲの波形反転によって、ＯＢ部に転送された電荷がリセットドレインＲＤに排出され、黒レベルと略等しい擬似ＯＢレベルが生成される。この擬似ＯＢレベルを基準として露光制御を行うことにより、従来のようにＯＢレベルの変動による影響を受けることなく、良好な画面表示を行うことができる。したがって、過大光がＣＣＤに入射した場合でも、適正な露光制御を容易に行って、良好な画面表示を得ることができる。

なお、本発明の固体撮像装置を各種カメラなどの電子情報機器に容易に組み込むことができて、本発明の効果を得ることができる。例えば、図１３に示すように、電子情報機器１００は、操作部１０４をユーザが入力操作することにより、その操作指令に基づいて、本発明の固体撮像装置１０１を用いて被写体画像を外部光として取り入れて電子シャッタを作動させて撮像し、その撮像した画素データを画像データとして各種信号処理を行う。各種信号処理後の画像データに基づいて表示部１０２にて画像表示が為される。各種信号処理後の画像データはメモリ１０３に記憶可能であり、このメモリ１０３に記憶させた画像データを適宜取り出して表示部１０２に表示出力させることもできる。このように、本発明の固体撮像装置１０１を電子情報機器１００に用いた場合にも、過大光が入射した場合にも、適正な露光制御を容易に行って、良好な画面表示を得ることができる本発明の効果を奏するものである。

また、以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜８を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜８に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜８の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、固体撮像装置およびそれを用いた例えば監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラおよび携帯電話用カメラ等の電子情報機器の分野において、過大光がＣＣＤに入射した場合でも、適正な露光制御を容易に行って、良好な画面表示を得ることができる。

本発明の実施形態１の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。（ａ）は本発明の実施形態１の固体撮像装置における水平転送パルスＦＨ１およびＦＨ２とリセットパルスＦＲとの関係とＣＣＤの駆動タイミングを示す信号波形図である。（ａ）は本発明の実施形態１の固体撮像装置におけるＣＣＤの駆動タイミングを示す信号波形図であり、（ｂ）はＣＣＤの水平転送電荷のポテンシャルを示す模式図である。本発明の実施形態２の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態３の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態３の固体撮像装置における、ＣＣＤの駆動タイミングを示す信号波形図である。本発明の実施形態４の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態４の固体撮像装置におけるＣＣＤの駆動タイミングを示す信号波形図である。本発明の実施形態５の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態６の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態７の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態８の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の固体撮像装置を電子情報機器に適用させた場合の電子情報機器の基本構成を示すブロック図である。従来の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。固体撮像装置に備わった固体撮像素子の１チップ分の概略構成を示す模式図である。（ａ）は固体撮像装置が通常動作している時の信号波形図であり、（ｂ）は固体撮像装置に過大光が入射されたときの信号波形図である。

符号の説明

１、５１ＣＣＤ（固体撮像素子）
２、５３ＣＤＳ回路
３、５４ＯＢクランプ回路
４、６、２５クランプパルス発生回路
５擬似ＯＢクランプ回路
７、５５映像信号処理部
８、６０検波回路
８Ａレベル差検出手段
９、６１露光制御部
１０、１０Ａ、６２ＣＣＤ駆動回路（撮像素子駆動手段）
１１リセットゲート
１２変換部
２１光量検出部（光量検出手段）
２２出力切り換え部
２３，２３Ａ、２３Ｂパルス切り換え部（パルス切り換え手段）
２４水平帰線クランプ回路
５２レンズ
５６ＡＧＣ回路
５７補正処理回路
５８ペデスタルクランプ回路
５９駆動回路
７１基板
７２有効画素部
７３ＯＢ部
７４フォトダイオード
７５垂直ＣＣＤシフトレジスタ
７６水平ＣＣＤシフトレジスタ
７７電荷検出部
１００電子情報機器
１０１固体撮像装置
１０２表示部
１０３メモリ
１０４操作部

Claims

固体撮像素子で光電変換された映像信号と黒レベル信号を検出し、該固体撮像素子からの黒レベル信号を基準として該映像信号を信号処理すると共に、該検出映像信号と黒レベル信号をリセットパルスによりリセット可能とする固体撮像装置において、
信号読出し期間の一部期間で、本来の黒レベルに等しい擬似黒レベル信号を該固体撮像素子に生成させるように該リセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化させる撮像素子駆動手段と、
該擬似黒レベル信号を基準として、該撮像素子駆動手段を介して該固体撮像素子の露光量を制御させる露光制御部とを有する固体撮像装置。
前記黒レベル信号をクランプする第１クランプ手段と、
前記擬似黒レベル信号をクランプする第２クランプ手段と、
該第１クランプ手段および第２クランプ手段の何れかにてクランプされた信号のレベルを基準として、該固体撮像素子からの映像信号に対して映像信号処理を行う映像信号処理部とをさらに有する請求項１に記載の固体撮像装置。
複数の光電変換素子が水平方向および垂直方向に配列され、各光電変換素子に被写体画像光が入射されて電気信号を出力する有効画素部、および該有効画素部の周辺に複数の光電変換素子が垂直方向に配列され、各光電変換素子には被写体画像光が遮光されて入射されず、黒レベルに対応する電気信号を出力するオプティカルブラック部を有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子のオプティカルブラック部から出力される黒レベル信号をクランプする第１クランプ手段と、
該固体撮像素子の水平期間の一部期間で、該固体撮像素子に黒レベルに等しい擬似黒レベル信号を生成させるようにリセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化させる撮像素子駆動手段と、
生成された擬似黒レベル信号をクランプする第２クランプ手段と、
該第２クランプ手段にてクランプされた擬似黒レベル信号のレベルを基準として、該撮像素子駆動手段を介して該固体撮像素子の露光量を制御させる露光制御部と、
該第１クランプ手段および該第２クランプ手段の何れかにてクランプされた信号のレベルを基準として、該固体撮像素子の有効画素部から出力される映像信号に対して映像信号処理を行う映像信号処理部とを有する固体撮像装置。
前記露光制御部からの制御情報に基づいて、前記固体撮像素子への入射光量が所定量以上であるか否かを検出する光量検出手段をさらに有し、該光量検出手段による検出結果に基づいて、前記撮像素子駆動手段による撮像駆動制御および前記露光制御部による露光量制御の少なくとも何れかが行われる請求項２または３に記載の固体撮像装置。
前記光量検出手段によって、前記固体撮像素子への入射光量が所定量未満であることが検出された場合に、前記第１クランプ手段からの出力が前記映像信号処理部に入力され、該固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、前記第２クランプ手段からの出力が該映像信号処理部に入力されるように、該第１クランプ手段と第２クランプ手段との各出力を切り換える出力切り換え手段をさらに有する請求項４記載の固
体撮像装置。
前記光量検出手段によって、前記固体撮像素子への入射光量が所定量以上であることが検出された場合に、前記リセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に、オプティカルブラック部から信号が出力される期間で変化させるパルス切り換え手段をさらに有する請求項４に記載の固体撮像装置。
前記黒レベル信号と擬似黒レベル信号とのレベル差を検出するレベル差検出手段をさらに有し、該レベル差検出手段による検出結果に基づいて、前記撮像素子駆動手段による撮像駆動制御および前記露光制御部による露光量制御の少なくとも何れかが行われる請求項１〜４の何れかに記載の固体撮像装置。
前記黒レベル信号と擬似黒レベル信号とのレベル差を検出し、該検出したレベル差と水平帰線レベル信号のレベルとを比較するレベル差検出手段をさらに有し、該レベル差検出手段による比較結果に基づいて、前記撮像素子駆動手段による撮像駆動制御および前記露光制御部による露光量制御の少なくとも何れかが行われる請求項１〜４の何れかに記載の固体撮像装置。
前記レベル差検出手段によって前記レベル差が所定量未満であると検出された場合に前記黒レベル信号が前記映像信号処理部に入力され、前記レベル差が所定量以上であると検出された場合に前記擬似黒レベル信号が該映像信号処理部に入力されるように、該黒レベル信号と擬似黒レベル信号とを切り換える出力切り換え手段をさらに有する請求項７または８に記載の固体撮像装置。
前記レベル差検出手段によるレベル差と前記光量検出手段による入射光量との各検出結果が共に所定量未満である場合に前記黒レベル信号が該映像信号処理部に入力され、該各検出結果のうち少なくとも何れかの検出結果が所定量以上である場合に前記擬似黒レベル信号が該映像信号処理部に入力されるように、該黒レベル信号と擬似黒レベル信号とを切り換える出力切り換え手段をさらに有する請求項７または８に記載の固体撮像装置。
前記レベル差検出手段によって、前記レベル差が所定量以上であることが検出された場合に前記リセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に、オプティカルブラック部から信号が出力される期間で変化させるパルス切り換え手段とをさらに有する請求項７または８に記載の固体撮像装置。
前記レベル差検出手段によるレベル差と前記光量検出手段による入射光量との各検出結果
のうち少なくとも何れかの検出結果が所定量以上である場合に、オプティカルブラック部から信号が出力される期間で前記リセットパルスのロウレベルを一定レベル以上に変化させるパルス切り換え手段とをさらに有する請求項７または８に記載の固体撮像装置。
請求項１〜１２の何れかの固体撮像装置を用いて画像撮影を可能とする電子情報機器。