JP4412599B2 - 固体撮像装置および電子情報機器 - Google Patents

Description

本発明は、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とを検出し、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固体撮像装置および、こ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装置用カメラなどの電子情報機器に関する。

従来から、固体撮像素子（Ｃｈａｒｇｅ ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ：以下、ＣＣＤという）を内蔵したＣＣＤカメラ用の固体撮像装置など、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例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ＣＣＤ１０２の１チップの基本構成例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１００は、レンズ１０１を介して入射される被写体画像光を撮像するＩＴ（ＩｎｔｅｒｌｉｎｅＴｒａｎｓｆｅｒ）型ＣＣＤ１０２を有している。

このＣＣＤ１０２は、図１５(ａ) および図１５(ｂ)に示すように、基板１０２Ａ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１０２Ｂが設けられている。この有効画素部１０２Ｂには、光電変換素子である複数のフォトダイオード１０２Ｂ１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１０２Ｂの周辺には、ＯＢ（オプティカルブラック）部１０２Ｃが設けられている。このＯＢ部１０２Ｃにも、光電変換素子であるフォトダイオード１０２Ｂ１と同様の複数のフォトダイオード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、これらをアルミニウムなどの遮光部材１０２Ｃ１によって覆っている。この遮光部材１０２Ｃ１によって、被写体画像に対応する光が遮光されて、ＯＢ部１０２Ｃのフォトダイオードには光が入射されず、ＯＢ部１０２Ｃのフォトダイオード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）が出力されることになる。

また、ＣＣＤ１０２には、フォトダイオード１０２Ｂ１の各列に沿って設けられた垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ２と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ２からの電荷を電荷検出部（出力回路）１０２Ｂ３に転送する水平ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ４とが設けられている。各フォトダイオード１０２Ｂ１によって光電変換され、対応する垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ２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１０２Ｂ４の方向に順次転送される。水平ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ４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１０２Ｂ３に順次転送され、被写体画像の電気信号として外部に出力される。

このようにして、ＣＣＤ１０２からの出力信号は、図１４に示すようにＣＤＳ（Ｃｏｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路１０３に入力される。１水平期間におけるＣＣＤ１０２からの出力信号がＣＤＳ回路１０３に入力されると、信号に含まれるクロック成分がＣＤＳ回路１０３により除去されてノイズが軽減される。

このＣＤＳ回路１０３からの出力信号は、ＯＢクランプ回路１０４に入力される。ＣＤＳ回路１０３によってノイズが軽減されたＣＣＤ１０２からの出力信号のうち、ＣＣＤ１０２のＯＢ部１０２Ｃからの出力信号（ＯＢ信号）は、ＯＢクランプ回路１０４によりクランプされて直流レベルに固定され、これによって、光学的な黒の基準レベルとして用いられるＯＢレベル信号が生成される。また、ＣＣＤ１０２の有効画素部１０２Ｂからの出力信号は、ＯＢ部１０２ＣからのＯＢ信号の信号レベル（ＯＢ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１０４からの出力信号は、映像信号処理部１０５に入力される。この映像信号処理部１０５では、有効画素部１０２Ｂからの出力信号に対して、ＯＢクランプ回路１０４でクランプされた信号レベル（ＯＢレベル）を基準として、各種の信号処理が行われる。

映像信号処理部１０５には、ＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路１０５Ａが設けられており、このＡＧＣ回路１０５Ａでは、ＯＢクランプ回路１０４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１０５Ａからの出力信号は補正処理回路１０５Ｂに入力され、補正処理回路１０５Ｂ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１０５Ｂからの出力信号はペデスタルクランプ回路１０５Ｃに入力され、このペデスタルクランプ回路１０５Ｃ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１０５Ｃからの出力信号は駆動回路１０５Ｄに入力され、この駆動回路１０５Ｄからは、モニタなどの表示装置に適応した映像信号がビデオ信号として外部に出力される。

一方、ＯＢクランプ回路１０４からの出力信号は、検波回路１０６に入力され、この検波回路１０６によって検波される。この検波回路１０６からの出力信号（ＯＢレベル信号）に基づいて、露光制御部１０７から、ＣＣＤ１０２のアイリスおよび露光を制御するための制御信号がＣＣＤ駆動回路１０８に出力される。このＣＣＤ駆動回路１０８では、露光制御部１０７から出力された制御信号に基づいて、ＣＣＤ１０２を駆動する。この露光制御部１０７およびＣＣＤ駆動回路１０８では、ＯＢクランプ回路１０４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、ＣＣＤ１０２の露光制御は、例えばＣＣＤ１０２に備わった電子シャッタ機能などを用いて制御される。

ところで、近年、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１００がドアホンや車載用カメラなど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、太陽光などの過大光がＣＣＤ１０２に入射されることがある。

図１６（ａ）は、図１４の固体撮像装置が通常動作しているときのＣＣＤ出力、ＣＤＳ出力および映像出力の各信号波形図であり、図１６（ｂ）は、図１４の固体撮像装置に過大光が入射されたときのＣＣＤ出力、ＣＤＳ出力および映像出力の各信号波形図である。なお、ＣＣＤ出力はＣＣＤ１０２からの出力信号、ＣＤＳ出力はＣＤＳ回路１０３からの出力信号、映像出力は駆動回路１０５Ｄからの映像信号である。

図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、１水平期間には、有効画素部１０２Ｂから被写体画像光に対応する画素信号が出力される有効映像信号期間と、この有効映像信号期間後に、ＯＢ部１０２Ｃ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、１水平期間に続く次の１水平帰線期間では、垂直転送部１０２Ｂ２から水平転送部１０２Ｂ４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１０２Ｂ４から転送されて、電荷検出部１０２Ｂ３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。また、アウトプットゲートＯＧは、電荷検出部１０２Ｂ３のリセットレベルが水平転送パルスの振幅により揺さぶられるのを防止するためのＤＣ電圧である。

図１６（ａ）に示すように、通常動作時において、有効映像信号期間には、有効画素部１０２Ｂからの被写体画像に対応する画素信号（ＣＣＤ出力）がＣＣＤ１０２から出力されてＣＤＳ回路１０３に入力され、ＣＤＳ回路１０３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。また、この有効映像信号期間に続くＯＢ期間には、ＯＢ部１０２Ｃからの黒レベルに対応する信号（ＯＢ信号）がＣＣＤ１０２から出力されてＣＤＳ回路１０３に入力され、ＣＤＳ回路１０３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１０３からの出力信号（ＣＤＳ出力）は、ＯＢクランプ回路１０４を介して映像信号処理部１０５に入力される。この映像信号処理部１０５では、有効画素部１０２Ｂからの出力信号に対して、ＯＢ部１０２Ｃからの出力ＯＢ信号の信号レベル（ＯＢレベル）を基準として各種の信号処理が行われ、映像信号がビデオ信号として出力（映像出力）される。

これに対して、図１６（ｂ）に示すように、直射日光などの過大光がＣＣＤ１０２に入射されると、有効画素部１０２Ｂのフォトダイオード１０２Ｂ１から電荷信号（画素信号）が出力される有効映像信号期間の途中でＣＣＤ１０２からの出力信号が急激に増大し、ＯＢ部１０２Ｃのフォトダイオードから電荷信号が出力されるＯＢ期間には、ＯＢ部１０２Ｃ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１０３によってクロック成分が除去された信号（ＣＤＳ出力）が生成され、映像信号処理部１０５で、有効画素部１０２Ｂからの出力信号に対して、ＯＢ部１０２Ｃ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。この結果、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。ＣＣＤ１０２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の一つは以下の通りである。

即ち、過大光入射時のＯＢレベルの変動について説明する。まず、過大光がＣＣＤ１０２に入射されると、有効画素部１０２Ｂの受光部（各フォトダイオード１０２Ｂ１）において発生した電荷信号（画素信号）が、対応する垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ２の容量を超えて、水平ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ４の走査期間中に、水平ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ４に溢れ出す。さらに、水平ＣＣＤシフトレジスタ１０２Ｂ４の容量を超えて、本来は遮光されているため光電変換される電荷がない領域であるＯＢ部１０２Ｃにも電荷が溢れ出す。この結果、ＯＢ部１０２Ｃ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１０５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１０２Ｂからの出力信号に対して信号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、ある一定レベルを保持するため、ＣＣＤ１０２への露光時間を延ばすように、露光制御が行われる。この結果、ＣＣＤ１０２に入射される光量がさらに多くなり、さらにＯＢ部１０２Ｃに溢れ出す電荷量が多くなって表示状態が更に悪化する。

このように、上記従来の固体撮像装置１００では、太陽光などの強烈光が直に入射された場合に、被写体を認識することができないほど暗くなるという問題がある。

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（ＣＣＤ１０２に相当）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、生成させた信号を基準として、ＣＣＤ１０２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ＣＣＤ１０２に入射した場合であっても、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、上記従来の特許文献１の固体撮像装置では、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、水平ＣＣＤシフトレジスタから順次転送させる電荷信号（画素信号）を電荷検出部で検出させるために用いられるものであるが、黒レベルと略等しいレベルに対応する信号を水平転送パルスから生成させるために、水平転送クロックφＨ１およびφＨ２に両パルスの位相を変化させる必要があり、制御構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、簡単な制御構成によって、過大光がＣＣＤに入射した場合であっても、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とを検出し、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固体撮像装置において、信号読出し期間の一部期間で、リセットゲートに印加するリセットパルスがローレベルからハイレベルに変化後に、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極に印加するクロック電圧または所定の直流レベルをローベルからハイレベルに変化させ、該リセットゲートに印加するリセットパルスがハイレベルからローレベルに変化する前に、該隣接する電極に印加するクロック電圧または所定の直流レベルをハイレベルからローレベルに変化させることによって、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擬似黒レベル信号生成駆動を行う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ものであり、そのことにより上記目的が達成される。

さらに、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第２クランプ手段の何れかで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。

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、該複数の光電変換素子に被写体画像光が入射されて電気信号が出力される有効画素部、および該有効画素部の周辺に垂直方向および水平方向に配列された複数の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が出力されるオプティカルブラック部を有する固体撮像素子と、該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、リセットゲートに印加するリセットパルスがローレベルからハイレベルに変化後に、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極に印加するクロック電圧または所定の直流レベルをローベルからハイレベルに変化させ、該リセットゲートに印加するリセットパルスがハイレベルからローレベルに変化する前に、該隣接する電極に印加するクロック電圧または所定の直流レベルをハイレベルからローレベルに変化させることによって、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擬似黒レベル信号生成駆動を行う撮像素子駆動手段と、生成された該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クランプ手段で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第２クランプ手段の何れかでクランプされた信号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ものであり、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、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。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記第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前記映像信号処理部に入力する出力切り換え手段をさらに有し、前記出力切り換え手段は、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に切り換え、また、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、前記第２クランプ手段からの出力に切り換える。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における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、前記一部期間とは別の期間で前記撮像素子駆動手段が前記擬似黒レベル信号生成駆動を行うよう制御するパルス切り換え手段をさらに有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における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。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における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基準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制御の少なくとも何らかが行なわれる。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における基準信号は水平帰線レベル信号である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、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撮像素子駆動手段が前記擬似黒レベル信号生成駆動を行うよう制御するパルス切り換え手段をさらに有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、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、前記レベル差検出手段による検出結果と該光量検出手段による検出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、前記一部期間とは別の期間で前記撮像素子駆動手段が前記擬似黒レベル信号生成駆動を行うよう制御するパルス切り換え手段をさらに有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記黒レベル信号と擬似黒レベル信号とを切り換えて前記映像信号処理部に入力させる出力切り換え手段をさらに有し、該出力切り換え手段は、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該黒レベル信号に切り換え、また、該レベル差検出手段によって該レベル差が所定量以上であると検出された場合に該擬似黒レベル信号に切り換える。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、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、前記黒レベル信号と擬似黒レベル信号とを切り換えて前記映像信号処理部に入力させる出力切り換え手段とをさらに有し、前記出力切り換え手段は、前記レベル差検出手段によるレベル差検出結果と該光量検出手段による検出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に切り換え、また、該レベル差検出手段による検出結果と該光量検出手段による検出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前記擬似黒レベル信号に切り換える。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における一部期間およびこれとは別の一部期間は、前記固体撮像素子において前記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ている。

本発明の電子情報機器は、請求項１〜１５の何れかの固体撮像装置を用いて画像撮影可能であり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下に、本発明の作用を説明する。

通常、太陽光など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、本来は遮光されて光電変換によって発生する電荷のない領域であるオプティカルブラック部（ＯＢ部）にも溢れ出し、ＯＢ部で生成されるＯＢレベルが通常動作時のレベルから変動する。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。

本発明（実施形態１、図１参照）にあっては、固体撮像素子の水平期間の一部期間でフローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧またはＤＣレベルを印加することにより、固体撮像素子に太陽光などの過大光が入射されてＯＢ部に電荷が溢れ出した場合であっても、ＯＢ部に溢れ出した電荷がリセットドレイン側に一旦排除されて、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、本来の黒レベルと略等しい擬似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、フローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加す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あっても、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クランプ手段で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。

次に、本発明（実施形態２、図４参照）にあっては、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、この光量検出手段によって、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に、第１クランプ手段からの出力に切り換えて映像信号処理部に入力させ、また、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に切り換えて映像信号処理部に入力させるように切り換える出力切り換え手段とをさらに具備している。

通常、太陽光等の過剰光が固体撮像素子に入射すると、固体撮像素子の有効画素部で発生した電荷が、本来は遮光されているため光電変換され発生する電荷がない領域であるオプティカルブラック部（ＯＢ部）にも溢れ出し、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。

上記構成により、信号読出し期間（水平期間）の一部期間でフローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加するよう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部に電荷が溢れ出した場合でも、ＯＢ部に溢れ出した電荷が一旦リセットドレイン側に排除されて、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。

光量検出手段で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、光量検出手段で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信号処理される。

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。この結果、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部に溢れ出した場合であっても、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、従来のように画面が暗く沈む、画面が破綻するなどといった最悪の事態を回避することができる。

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信号処理される。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。

次に、本発明（実施形態３、図５参照）にあっては、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か否かを検出する光量検出手段と、この光量検出手段によって、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、フローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加し、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。よって、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部に溢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部に溢れ出してしまい、ＯＢレベルが変動する。

上記構成により、光量検出手段で入射光量が所定量以上であることが検出された場合にのみ、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）の一部でフローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加するように切り換えられる。これにより、固体撮像素子のＯＢ部に溢れ出した電荷が一旦リセットドレイン側へ排除され、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クランプ手段でクランプされた、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信号処理される。

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部に溢れ出した場合でも、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、従来のように画面が暗く沈む、画面が破綻するなどといった最悪の事態を回避することができる。

次に、本発明（実施形態４、図７および請求項８〜１０参照）にあっては、第１クランプ手段にてクランプされた信号レベルと、第２クランプ手段にてクランプされた信号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多いときには露光制御(電子シャッタなどの制御)を行なった後、光量検出手段にて電子シャッタ速度を検出して、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など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。

次に、本発明（実施形態５、請求項１１および図９参照）にあっては、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以上であることが検出された場合に、固体撮像素子の水平期間の他の一部期間でに隣接する電極にクロック電圧または直流レベルを印加させるパルス切り換え手段とをさらに有している。

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。

上記構成により、光量検出手段で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部に溢れ出すことを回避することができる。この結果、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部に溢れ出し、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フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極にクロック電圧または直流レベルが印加される。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クランプ手段で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信号処理される。

したがって、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によって不具合が生じているか否かを判断し、その判断結果に応じて、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。この結果、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部に溢れ出した場合であっても、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、従来のように画面が暗く沈む、画面が破綻するなどといった最悪の事態を回避することができる。

次に、本発明（実施形態６、図１０および請求項１２参照）にあっては、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、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以上であることが検出され、かつ、光量検出手段によって、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、または、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検出され、かつ、光量検出手段によって、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、または、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以上であること検出され、かつ、光量検出手段によって、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に、水平期間の他の一部期間（別の期間）でフローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極にクロック電圧または直流レベルを印加するパルス切り換え手段とをさらに有する。

例えば、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２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で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（過大光入射）が発生しており、レベル差が所定量未満であれば不具合（過大光入射）が発生していないと判断することができると共に、光量検出手段で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、適正に露光制御を行うことができる。

次に、本発明（実施形態７、図１１および請求項１３参照）にあっては、レベル差検出手段によって、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映像信号処理部に入力され、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映像信号処理部に入力されるように、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。

通常、太陽光など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、本来は遮光され光電変換により発生する電荷がない領域であるオプティカルブラック部（ＯＢ部）にも溢れ出し、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。

上記構成により、固体撮像素子の水平期間の一部期間でフローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加されるため、固体撮像素子に太陽光などの過大光が入射されてＯＢ部に電荷が溢れ出した場合であっても、ＯＢ部に溢れ出した電荷が一旦リセットドレイン側に排除されて、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あっても、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信号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、レベル差検出手段によって、第１クランプ手段でクランプされた第１信号レベルと、第２クランプ手段でクランプされた第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クランプ手段で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よって、第１クランプ手段でクランプされた第１信号レベルと、第２クランプ手段でクランプされた第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クランプ手段で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信号処理される。

以上により、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によって不具合が生じているか否かを判断し、その判断結果に応じて、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号に切り換えて、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部に溢れ出した場合であっても、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、従来のように画面が暗く沈む、画面が破綻するなどといった最悪の事態を回避することができる。

次に、本発明（実施形態８、図１２および請求項１４参照）にあっては、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、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所定量未満であることが検出され、かつ、光量検出手段によって、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に第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、また、レベル差検出手段によって、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所定量以上であることが検出され、かつ、光量検出手段によって、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、または、レベル差検出手段によって、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所定量未満であること検出され、かつ、光量検出手段によって、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、または、レベル差検出手段によって、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所定量以上であること検出され、かつ、光量検出手段によって、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に、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ように、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有する。

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て、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レベル差検出手段で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、光量検出手段で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。これによって、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、水平期間（信号読出し期間）の一部期間または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と等しい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と等しいポテンシャルにリセットされ、水平転送部から漏れ出した電荷をリセットドレイン側に完全に排出させることができる。

また、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、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。この場合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。

以上により、本発明（実施形態１および図１参照）によれば、固体撮像素子の信号読出し期間（１水平期間）の一部期間でフローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加させ、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、フローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加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あっても、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。

このような露光制御によって、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）に基づいて信号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（実施形態２および図４参照）によれば、固体撮像素子の水平期間の一部期間でフローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルが印加され、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あっても、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。

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、光量検出手段で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、光量検出手段で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信号処理される。

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あっても、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、従来のように画面が暗く沈む、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（実施形態３および図５参照）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、水平期間の別の一部期間でフローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルが印加に切り換えられ、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信号処理される。

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あっても、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、従来のように画面が暗く沈む、画面が破綻するなど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（実施形態４および図７参照）によれば、レベル差検出手段によって、光量検出に時間がかかる光量検出手段などを用いなくても不具合の有無を正確に判断することができ、処理時間を短くすることができる。

さらに、本発明（実施形態５および図９参照）によれば、レベル差検出手段により不具合が生じているか否かを判断し、その判断結果に応じて、パルス切り換え手段によって、フローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極にクロック電圧または直流レベルを印加して、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号を生成することで、適正な映像信号処理を行うことができる。この結果、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部に溢れ出した場合であっても、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、従来のように画面が暗く沈む、画面が破綻するなど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（実施形態６および図１０参照）によれば、光量検出手段とレベル差検出手段によって、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、適正に露光制御を行うことができる。

さらに、本発明（実施形態７および図１１参照）によれば、レベル差検出手段による検出結果に応じて、出力切り換え手段が、映像信号処理を行う際に黒レベルの基準となる信号に切り換えて、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部に溢れ出した場合であっても、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、従来のように画面が暗く沈む、画面が破綻するなど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（実施形態８および図１２参照）によれば、光量検出手段とレベル差検出手段によって、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。これによって、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。

以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態１〜１０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の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態１の固体撮像装置１０は、固体撮像素子としてのＣＣＤ１と、ＣＤＳ回路２と、ＯＢクランプ回路３Ａと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂと、クランプパルス発生回路４Ａ，４Ｂと、映像信号処理部５と、検波回路６と、露光制御部７と、撮像素子駆動手段としてのＣＣＤ駆動回路８とを有している。これらのＯＢクランプ回路３Ａおよびクランプパルス発生回路４Ａ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３Ｂおよびクランプパルス発生回路４Ｂ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ＣＣＤ１０２の場合と同様に、基板上に、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が設けられている。この有効画素部には、光電変換素子である複数のフォトダイオード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、この有効画素部の周辺には、ＯＢ（オプティカルブラック）部が設けられている。このＯＢ部にも、光電変換素子である複数のフォトダイオード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、これらの複数のフォトダイオードはアルミニウムなど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、それがＯＢ部の複数のフォトダイオードには入射されず、ＯＢ部のフォトダイオード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、複数のフォトダイオードの各列に沿って設けられた垂直ＣＣＤシフトレジスタと、この垂直ＣＣＤシフトレジスタからの電荷を電荷検出部（出力回路）に転送する水平ＣＣＤシフトレジスタとが設けられている。各フォトダイオードによって光電変換され、対応する垂直ＣＣＤシフトレジスタ側に移動した電荷は、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４に同期して、垂直ＣＣＤシフトレジスタ内を水平ＣＣＤシフトレジスタの方向に順次転送される。水平ＣＣＤシフトレジスタ側に転送した電荷は、水平転送クロックφＨ１、φＨ２に同期して、水平ＣＣＤシフトレジスタ内を電荷検出部の方向に順次転送されて、被写体画像の電気信号として外部に出力される。

図２Ａは、本実施形態１の固体撮像装置１０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とアウトプットゲートパルスＦＯＧとの関係を示す信号波形図であり、図２Ｂは、図２Ａの要部を拡大した水平転送パルスＦＨ１およびＦＨ２、アウトプットゲートパルスＦＯＧおよびリセットパルスＦＲと、ＣＣＤの駆動タイミングとの関係を示す各信号波形図である。

図示しないレンズを介して入射される被写体画像光がＣＣＤ１によって撮像されると、図２Ａに示すような水平転送パルスＦＨ１およびＦＨ２、アウトプット電圧クロックＦＯＧと，リセットパルスＦＲによって、ＣＣＤ１からは図２Ｂに示すような各波形の信号が出力される。図２Ｂにおいて、ＣＣＤ出力信号における網目部分は、被写体画像の電気信号として電荷検出部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により除去されて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（ＣＤＳ出力）は、第１クランプ手段としてのＯＢクランプ回路３Ａに入力される。このＯＢクランプ回路３Ａには、クランプパルス発生回路４Ａが接続されており、図２Ａに示すように、ＯＢ期間において、クランプパルス発生回路４Ａ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部からの出力信号（ＯＢ信号）が、ＯＢクランプ回路３Ａ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の有効画素部からの出力信号は、ＯＢ部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３Ａから出力されるＯＢレベルの信号は、映像信号処理部５に入力される。映像信号処理部５では、有効画素部からの出力信号に対して、ＯＢクランプ回路３ＡでクランプされたＯＢレベルの信号を基準として、各種の信号処理が行われる。映像信号処理部５には、図１４に示す従来の固体撮像装置１００と同様に、ＡＧＣ回路が設けられており、ＡＧＣ回路では、ＯＢクランプ回路３Ａ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回路からの出力信号は補正処理回路に入力され、補正処理回路からはガンマ補正された信号が出力される。補正処理回路からの出力信号はペデスタルクランプ回路に入力され、ペデスタルクランプ回路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からの出力信号は駆動回路に入力され、駆動回路からは、テレビモニタなどの表示装置の特性に適応した映像信号が、ビデオ信号ＶＩＤＥＯ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（ＣＤＳ出力）は、第２クランプ手段としての擬似ＯＢクランプ回路３Ｂにも入力されている。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ＣＣＤ１の１水平期間の一部（擬似ＯＢ期間）で、フローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部；フローティング・ディフージョンとは浮遊拡散層のことである）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)に直流（ＤＣ）レベルをクロック電圧または直流（ＤＣ）レベルに変えて印加させ、ＯＢ部に溢れ出し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３Ｂから露光制御部７には、フローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にＤＣレベルをクロック電圧またはＤＣレベルに変えるような制御信号は出力されない。フローティング・ディフージョンアンプ部（電荷電圧変換部）に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にＤＣレベルをクロック電圧又はＤＣレベルに変える制御をＣＣＤ１に対して行うのは例えばＣＣＤ駆動回路８である。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。

擬似ＯＢクランプ回路３Ｂには、クランプパルス発生回路４Ｂ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４Ｂ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３Ｂ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３Ａは、本実施形態１の固体撮像装置１０におけるＣＣＤ１の駆動タイミングを示す信号波形図であり、図３Ｂは、有効映像信号期間におけるＣＣＤ１の水平転送電荷のポテンシャルを示す模式図である。図３Ｃは、擬似ＯＢ期間におけるＣＣＤ１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、図３Ａ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３Ａおよび図３Ｂに示すように、有効映像信号期間においてＣＣＤ１の有効画素部から電荷信号が読み出される。

まず、時刻ｔ１において、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浅いレベルに、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深いレベルとなり、水平ＣＣＤシフトレジスタ１Ａにおいて、アウトプットゲートＯＧの方向に電荷が順次転送される。アウトプットゲートＯＧは、ＣＣＤ１の有効画素部からの電荷を電圧変換するため、電荷検出部である電荷変換部１Ｂ（電荷電圧変換部）のリセットレベルが水平転送パルスＦＨ１，ＦＨ２の影響を受けて、揺さぶられるとノイズなどの問題が発生する可能性があるため、ローレベルで固定したままである（なお、従来の固体撮像素子ではアウトプットゲートＯＧは所定のＤＣレベルで固定されている。）。図３Ｂに示すようにリセットゲートＲＧにローレベルのリセットパルスＦＲが加えられ、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルは浅くなっており、電荷変換部１Ｂで水平ＣＣＤシフトレジスタ１Ａから転送された電荷に応じた電荷電圧に変換されこの電位変動が信号出力としてＣＣＤ１から読み出される。

次に、時刻ｔ２では、水平転送パルスＦＨ１がハイレベル、水平転送パルスＦＨ２がローレベルに反転して、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深いレベルに、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浅いレベルに遷移する。これによって、水平ＣＣＤシフトレジスタ１Ａにおいて水平転送電極ＦＨ２から水平転送電極ＦＨ１の方向に電荷が転送される。

時刻ｔ３〜ｔ５では、リセットゲートＲＧのリセットパルスＦＲがハイレベルになり、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルは深くなって、電荷変換部１Ｂは電荷電圧が変換された電荷がリセットドレインＲＤ側に排出されて、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、リセットパルスＦＲがローレベルとなり、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルは浅くなるが、電荷変換部１Ｂには時刻ｔ３、４，５で電荷電圧が変換された電荷はリセットドレインＲＤ側に排出されたため、ポテンシャルは上記時刻ｔ３でのポテンシャルと同じレベルである。時刻ｔ２と時刻ｔ６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ＲＧ下のポテンシャルに差が生じる。

時刻ｔ７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浅いレベルに、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深いレベルに遷移する。これによて、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アウトプットゲートＯＧ下のポテンシャルよりも浅くなり、電荷が電荷変換部１Ｂ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１Ｂの電位が変動し、この電位変動が信号出力としてＣＣＤ１から読み出される。

図３Ａおよび図３Ｃに示すように、擬似ＯＢ期間においてＣＣＤ１のＯＢ部から電荷信号（画素信号）が読み出される。

まず、時刻ｔ８，１５において、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浅いレベルに、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深いレベルとなり、水平ＣＣＤシフトレジスタ１Ａにおいて、アウトプットゲートＯＧの方向に電荷が転送される。アウトプットゲートＯＧは有効画素部の電荷を光電変換するため、電荷検出部である電荷変換部１Ｂのリセットレベルが水平転送パルスＦＨ１，ＦＨ２の影響を受けて、揺さぶられるとノイズなどの問題が発生する可能性があるため、ローレベルで固定したままである。また、図３Ｃに示すリセットゲートＲＧにローレベルのリセットパルスＦＲが加えられ、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルは浅くなっており、電荷変換部１Ｂで水平ＣＣＤシフトレジスタ１Ａから転送された電荷により電荷電圧が変換され、この電位変動が信号出力としてＣＣＤ１から読み出される。

次に、時刻ｔ９，１６では、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深いレベルに、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浅いレベルに遷移する。これによって、水平ＣＣＤシフトレジスタ１Ａにおいて水平転送電極ＦＨ２下から、水平転送電極下ＦＨ１の方向に電荷が転送される。

時刻ｔ１０，１７では、リセットゲートＲＧのリセットパルスＦＲがハイレベルとなり、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルは深くなり、電荷変換部１Ｂは電荷電圧が変換された電荷がリセットドレインＲＤ側に排出されて、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ｔ１１，１８では、アウトプットゲートＯＧのアウトプットパルスＦＯＧがハイレベルとなり、アウトプットゲートＯＧ下のポテンシャルは深くなる。このため、アウトプットゲートＯＧ下のポテンシャルがバリアとなって、水平転送パルスＦＨ１が加えられる転送電極下で保持されていた電荷が、アウトプットゲートＯＧ下のポテンシャルバリアがなくなって、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルは深くなっているため、電荷変換部１ＢからリセットゲートＲＧへと電荷は、転送され電荷電圧が変化されることなくリセットドレインＲＤ側に排出されて、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。この結果、過大光がＣＣＤ１に入射された場合であっても電荷変換部１ＢからリセットゲートＲＧへと電荷は、転送され電荷電圧が変化されることなくリセットドレインＲＤ側に排出されて、擬似ＯＢ期間で、ＯＢ部へと転送電荷が溢れ出す電荷がない場合と略等しい擬似ＯＢ信号が得られる。このとき、アウトプットゲートＯＧがアウトプットパルスＦＯＧをハイレベルに印加することで、電荷検出部である電荷変換部１Ｂのリセットレベルが水平転送パルスＦＨ１，ＦＨ２の影響を受けて、揺さぶられるとノイズなどの問題が発生する可能性があるが、本時刻ｔ１１，ｔ１８では、水平転送パルスＦＨ１が加えられる転送電極下で保持されていた電荷をリセットドレインＲＤ側に排出させる目的であり、問題の発生はない。

時刻ｔ１２、１９では、アウトプットゲートＯＧのアウトプットパルスＦＯＧがローレベルとなり、アウトプットゲートＯＧ下のポテンシャルは浅くなる。このとき、アウトプットゲートＯＧ、電荷変換部１Ｂ、リセットゲートＲＧで電荷が残っている可能性があるため、最初にアウトプットゲートＯＧのポテンシャルを浅くすることでアウトプットゲートＯＧ下の電荷を電荷変換部１Ｂへ転送させる。

時刻ｔ１３，２０では、リセットパルスＦＲがローレベルとなり、リセットゲートＲＧ下のポテンシャルは浅くなり、電荷変換部１Ｂのポテンシャルは上記時刻ｔ１０，１７でのポテンシャルと同じレベルである。時刻ｔ１０，１７と時刻ｔ１３，２０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ＲＧ下のポテンシャルに差が生じる。

時刻ｔ１４，２１において、水平転送パルスＦＨ１がローレベル、水平転送パルスＦＨ２がハイレベルとなって、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浅いレベルに、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深いレベルとなり、水平ＣＣＤシフトレジスタ１ＡにおいてアウトプットゲートＯＧの方向に電荷が転送される。

擬似ＯＢクランプ回路３Ｂから出力される擬似ＯＢレベルの信号は、検波回路６に入力されて、検波回路６によって検波される。検波回路６から出力される検波信号に基づいて、露光制御部７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８に出力される。このＣＣＤ駆動回路８では、露光制御部７から出力される信号に基づいて、ＣＣＤ１を駆動制御する。露光制御部７およびＣＣＤ駆動回路８では、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂ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の露光制御は、例えばＣＣＤ１に備わった電子シャッター機能など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１０では、過大光がＣＣＤ１に入射して、光学的な黒の基準となるＯＢレベルが変動した場合であっても、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に入射した場合でも、良好な画面表示を得ることができる。

この場合、この擬似ＯＢレベルは、リセットパルスＦＲによる誘導などの影響によって、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、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にＤＣレベルをクロック電圧又はＤＣレベルに変えて印加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３Ｂ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について説明したが、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５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３Ａと擬似ＯＢクランプ回路３Ｂとの各出力を切り換える場合について説明する。

図４は、本実施形態２の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。なお、図４では、図１の実施形態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。

図４に示すように、固体撮像装置２０は、図１に示す実施形態１の固体撮像装置１０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７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７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できるようになっている。

信号切り換え部２２は、光量検出部２１により検出された入射光量が所定量未満である場合には、ＯＢクランプ回路３Ａの出力が映像信号処理５に入力し、また、光量検出部２１により検出された入射光量が所定量以上である場合には、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂの出力が映像信号処理５に入力するように、スイッチ手段を切り換えるようになっている。

一方、擬似ＯＢレベルとは、本来の黒レベル（本来のＯＢレベル）と異なり擬似的な黒レベルであり、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、映像信号処理部５では、上記実施形態１の場合と同様に、ＯＢクランプ回路３Ａから出力されるＯＢレベルの信号を基準として、各種の信号処理が行われる。この場合に、例えば最大限の露光制御を行うことによって、ＯＢ部へ電荷が溢れ出す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部５による映像信号処理を適正に行うことができる。

また、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、映像信号処理部５では、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂから出力される擬似ＯＢレベルの信号を基準として、各種の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部に電荷が溢れ出し、ＯＢレベルが変動するからである。

露光制御部７では、光量検出部２１における検出結果に関らず、上記実施形態１の場合と同様に、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂで得られる、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８によってＣＣＤ１の電子シャッタが制御される。

以上のように、本実施形態２の固体撮像装置２０によれば、ＣＣＤ１に入射される光量の大小によって、映像信号処理部５で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。この結果、特に、最大限の露光制御を行っても、ＯＢ部への電荷の溢れ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、画面が破綻するなどといった従来の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５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３Ａと擬似ＯＢクランプ回路３Ｂ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、ＯＢクランプ回路３Ａと擬似ＯＢクランプ回路３Ｂと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の構成に加えて、ＯＢ期間（１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、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にＤＣレベルをクロック電圧又はＤＣレベルに変えて印加することによって、ＯＢクランプ回路３Ａに擬似黒レベル信号をクランプさせる場合について説明する。

図５は、本実施形態３の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。なお、図５では、図１の実施形態１の場合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。

図５に示すように、本実施形態３の固体撮像装置３０は、図１に示す実施形態１の固体撮像装置１０の構成に加えて、光量検出部２１と、この光量検出部２１からの出力（入射光量）に応じてパルスを切り換えるパルス切り換え部３１とを備えている。

光量検出部２１では、上記実施形態２の場合と同様に、露光制御部７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３１では、光量検出部２１で検出された入射光量が所定量以上である場合に、ＣＣＤ１の１水平期間の一部（ＯＢ期間）でフローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にＤＣレベルをクロック電圧又はＤＣレベルに変えて印加する。

図６は、図５の固体撮像装置３０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、固体撮像装置３０は、光量検出部２１で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の場合と同様に、ＯＢ期間にはフローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にＤＣレベルのままで切り換えられず、ＯＢクランプ回路３Ａ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。この場合に、映像信号処理部５では、上記実施形態１の場合と同様に、ＯＢクランプ回路３Ａ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、固体撮像装置３０は、量検出部２１で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３１によって、図６に示すように、ＣＣＤ１の１水平期間の一部（ＯＢ期間）で、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にＤＣレベルをクロック電圧又はＤＣレベルに変えて印加させ、ＯＢ部に溢れ出し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３Ａ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３Ａ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５では、ＯＢクランプ回路３Ａ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７では、光量検出部２１による検出結果に関らず、上記実施形態１の場合と同様に、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３Ｂ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８によってＣＣＤ１の電子シャッタが制御される。

以上のように、本実施形態３の固体撮像装置３０では、ＣＣＤ１に入射される光量の大小によって、映像信号処理部５により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部への電荷溢れ出し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、画面が破綻するなどといった従来のような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１０，２０，３０においては、１水平期間の一部でフローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にＤＣレベルをクロック電圧又はＤＣレベルに変えて印加させることによって、過大光がＣＣＤ１に入射する場合でも、適正な露光制御が行われる。

また、上記各実施形態１〜３の固体撮像装置１０，２０，３０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６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（電子シャッタなどの制御）を行った後、光量検出部で電子シャッタ速度を検出させて、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など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４〜１０では、以上のような問題を解決することができる本発明の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の場合に加えて、水平帰線レベル信号を基準にして、ＯＢクランプ回路３Ａから出力される信号レベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂ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例を示すブロック図である。なお、図７では、上記実施形態１の場合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。

図７に示すように、本実施形態４の固体撮像装置４０は、図１に示す実施形態１の固体撮像装置１０の構成に加えて、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４１と、これにクランプパルスＣＰ３を供給するクランプパルス発生回路４２とを備えている。また、この固体撮像装置４０は、図１に示す実施形態１の固体撮像装置１０の検波回路６および露光制御部７に代えて、レベル差検出手段としての検波回路６Ａおよび露光制御部７Ａを有している。

検波回路６Ａは、ＯＢクランプ回路３Ａから出力される信号レベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂから出力される信号レベルとのレベル差が、水平帰線クランプ回路４１からの水平帰線レベル信号を基準値として、その基準値以上か未満かの比較結果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する。

露光制御部７Ａは、検波回路６Ａからの比較結果（検出結果）に応じて露光量制御を行う。

図８は、図７の固体撮像装置４０の駆動タイミングを示す信号波形図である。

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４２からクランプパルスＣＰ３が発生すると、水平帰線クランプ回路４１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、１水平期間においては、クランプパルス発生回路４Ａから出力されるクランプパルスＣＰ１によってＯＢクランプ回路３ＡでＯＢレベル信号がクランプされ、クランプパルス発生回路４Ｂから出力されるクランプパルスＣＰ２パルスによって擬似ＯＢクランプ回路３Ｂで擬似ＯＢレベル信号がクランプされる。

検波回路６Ａは、水平帰線クランプ回路４１から出力された水平帰線レベル信号のレベルを基準値として、第１クランプ手段としてのＯＢクランプ回路３Ａ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３Ｂから出力される信号（第２信号）のレベルとの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、その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検出する。この検波回路６Ａによる検出処理は即座に判断できるため、信号処理の時間を短縮することができる。

検波回路６Ａによる比較結果（検出結果）に基づいて露光制御部７Ａにおいて露光制御が為される。

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を比較する検波回路６Ａを設け、この比較結果（検出結果）に応じて露光制御部７Ａで露光量制御を行な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なってもよい。また、検波回路６Ａ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、検出レベル差と所定値とを比較した比較結果に応じて光量制御および露光制御の少なくともいずれかを行な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の構成に加えて、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１水平期間内のＯＢ期間内でフローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧又はＤＣレベルを印加させるように切り換える場合について説明する。

図９は、本実施形態５の固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。なお、図９では、上記実施形態４の場合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。

図９に示すように、本実施形態５の固体撮像装置５０は、図７に示す上記実施形態４の固体撮像装置４０の構成に加えて、上記実施形態３の光量検出部２１の代りに、上記実施形態４の場合と同様の検波回路６Ａからのレベル差検出出力（過大光照射かどうかの検出結果）に応じてパルスを切り換えるパルス切り換え部３１Ａを備えている。

上記構成により、上記実施形態４の場合と同様に、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路４２からクランプパルスＣＰ３が発生すると、水平帰線クランプ回路４１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。

一方、水平帰線期間前の水平期間のＯＢ期間において、クランプパルス発生回路４Ａから出力されるＣＰ１パルスによってＯＢクランプ回路３ＡでＯＢレベル信号がクランプされ、さらに、疑似ＯＢ期間において、クランプパルス発生回路４Ｂから出力されるＣＰ２パルスによって擬似ＯＢクランプ回路３Ｂで擬似ＯＢレベル信号がクランプされる。

検波回路６Ａでは、水平帰線クランプ回路４１から出力された水平帰線レベル信号のレベルを基準（基準値）にして、第１クランプ手段としてのＯＢクランプ回路３Ａ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３Ｂから出力される信号（第２信号）のレベルとのレベル差がその基準値以上か基準値未満かを検出する。

このとき、検波回路６Ａにおいて、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（基準値）以上であることが検出された場合には、過大光照射であると判断して、パルス切り換え部３１Ａで、検波回路６Ａからの検出結果信号に基づいて、ＣＣＤ１の水平期間内のＯＢ期間内でフローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧又はＤＣレベルを印加させるように、アウトプットゲートパルスＦＯＧが切り換えられる。このパルス切り換え部３１Ａによって、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧又はＤＣレベルが印加され、ＯＢ部に溢れ出した電荷が全てリセットドレインＲＤ側に排出される。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３Ａ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３Ａ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５では、ＯＢクランプ回路３Ａ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。

また、検波回路６Ａにおいて、ＯＢクランプ回路３Ａ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３Ｂ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（基準値）未満であることが検出された場合には、上記実施形態４の場合と同様に、パルス切り換え部３１Ａで、検波回路６Ａからの検出結果信号に基づいて、ＯＢ期間にはアウトプットゲートパルスＦＯＧは切り換えられず、ＯＢクランプ回路３Ａ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５では、上記実施形態４の場合と同様に、ＯＢクランプ回路３Ａ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。

露光制御部７では、検波回路６Ａの検出結果に関わらず、上記実施形態１の場合と同様に、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３Ｂでクランプされた、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８Ａ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５０では、ＯＢクランプ回路３Ａでクランプされた信号のレベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂでクランプされた信号のレベルとのレベル差に応じ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露光制御処理を行うことができるので、従来のように画面が黒く沈む、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、ＯＢクランプ回路３Ａでクランプされた信号のレベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂで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場合に過大光照射であると判断する上記実施形態５の構成に加えて、光量検出部２１で検出されるＣＣＤ１への入射光量の大小によっても、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について説明する。

図１０は、本実施形態６の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。なお、図１０では、上記実施形態５の場合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。

図１０に示すように、本実施形態６の固体撮像装置６０は、上記実施形態３の固体撮像装置３０の場合と同様の光量検出部２１に加えて、上記実施形態５の構成と同様の水平帰線クランプ回路４１、クランプパルス発生回路４２および検波回路６Ａを備えている。また、固体撮像装置６０は、上記実施形態３のパルス切り換え部３１に代えて、ＣＣＤ１への入射光量の大小だけではなく、検波回路６Ａからの検出結果をも考慮してパルス切り換えを行うパルス切り換え部３１Ａ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、パルス切り換え部３１Ａによってパルス切り換えを行うことができる。

光量検出部２１では、上記実施形態３の光量検出部２１の場合と同様に、露光制御部７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７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。

パルス切り換え部３１Ａでは、検波回路６Ａ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速度が所定の値以上であることが検出された場合にのみ、ＣＣＤ１のＯＢ部からの出力期間でフローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧又はＤＣレベルを印加することにより、ＯＢ部に溢れ出した電荷を全てリセットドレインＲＤ側に排出させる。

上記構成により、上記実施形態５の固体撮像装置５０の場合と同様に、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路４２からクランプパルスＣＰ３が発生すると、水平帰線クランプ回路４１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。

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

検波回路６Ａでは、水平帰線クランプ回路４１から出力された水平帰線レベル信号を基準値として、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がその基準値以上か否かを検出する。

この検波回路６Ａ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、および／または、光量検出部２１によって電子シャッタ速度が所定の値未満であることが検出された場合には、レベル差が所定量未満であった上記実施形態５の場合と同様に、パルス切り換え部３１Ａによって、ＯＢ期間にはフローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧又はＤＣレベルを印加するようには切り換えられず、ＯＢクランプ回路３Ａ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映像信号処理部５に出力される。映像信号処理部５では、上記実施形態４と同様に、ＯＢクランプ回路３Ａ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６Ａ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３１Ａによって、ＣＣＤ１のＯＢ部からの出力期間でフローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧又はＤＣレベルが印加され、ＯＢ部に溢れ出した電荷が全てリセットドレインＲＤ側に排出される。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４Ａ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３Ａ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５では、ＯＢクランプ回路３Ａ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７では、検波回路６Ａの検出結果に関わらず、上記実施形態５の場合と同様に、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３Ｂでクランプされた、本来の黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい擬似ＯＢレベルを基準とした露光制御が行われるように動作し、光量検出部２１を介してＣＣＤ駆動回路８ＡからＣＣＤ１の電子シャッタ速度が制御される。

以上のように、本実施形態６の固体撮像装置６０では、ＯＢクランプ回路３Ａでクランプされた信号のレベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂで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で検出される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、従来のような画面が黒く沈む、画面が破綻するなど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３Ａ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３Ｂでクランプされた第２信号のレベルとのレベル差に応じて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６Ａで検出することができ、この検出結果に基づいて、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、信号切り換え部２２ＡによってＯＢクランプ回路３Ａと擬似ＯＢクランプ回路３Ｂの各出力のいずれかに切り換える場合について説明する。

図１１は、本実施形態７の固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。なお、図１１では、上記実施形態４の場合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。

図１１に示すように、本実施形態７の固体撮像装置７０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４に示す実施形態２において、光量検出部２１からの光量検出出力に応じてＯＢクランプ回路３Ａと擬似ＯＢクランプ回路３Ｂの各出力を切り換える信号切り換え部２２に代えて、検波回路６Ａからのレベル差検出出力に応じてＯＢクランプ回路３Ａと擬似ＯＢクランプ回路３Ｂの各出力を切り換える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。

上記構成により、上記実施形態４の固体撮像装置４０の場合と同様に、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路４２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４１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。

水平期間においては、クランプパルス発生回路４Ａから出力されるＣＰ１パルスによってＯＢクランプ回路３ＡでＯＢレベル信号がクランプされ、クランプパルス発生回路４Ｂから出力されるＣＰ２パルスによって擬似ＯＢクランプ回路３Ｂで擬似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６Ａは、水平帰線クランプ回路４１から出力された水平帰線レベル信号を基準（基準値）として、第１クランプ手段としてのＯＢクランプ回路３Ａ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３Ｂから出力される信号（第２信号）のレベルとのレベル差が所定値以上か否かを検出する。

例えば、検波回路６Ａ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（基準値未満）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３Ａからの出力が映像信号処理部５に入力される。映像信号処理部５では、上記実施形態４の場合と同様に、ＯＢクランプ回路３Ａ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）に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。

また、検波回路６Ａ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３Ｂからの出力が映像信号処理部５に入力される。映像信号処理部５では、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂ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としては、ＯＢクランプ回路３Ａ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３Ｂ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部に電荷が溢れ出してＯＢレベルが変動しているからである。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ＲＤで充分に電荷が排出しきれない状態である。

以上のように、本実施形態７の固体撮像装置７０では、ＯＢクランプ回路３Ａ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３Ｂでクランプされた第２信号のレベルとのレベル差に応じて不具合（強烈光照射）が生じているか否かを速やかに判断することができ、この判断結果に従って、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、従来のように画面が破綻するなど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、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３Ａと擬似ＯＢクランプ回路３Ｂの各出力をいずれかに切り換える上記実施形態２に、ＯＢクランプ回路３Ａから出力される信号レベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂから出力される信号レベルとのレベル差に応じて、ＣＣＤ１に対する過大光照射の有無を検出して、これに基づいて露光制御を行う上記実施形態７を加えた場合について説明する。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６Ａによる検出情報に基づいて検出される。

図１２は、本実施形態８の固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。なお、図１２では、上記実施形態２，４，７の場合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。

図１２に示すように、本実施形態８の固体撮像装置８０は、図１１に示す実施形態７の固体撮像装置７０の構成に加えて、検波回路６Ａによる検出情報に基づいて光量が検出される光量検出部２１を備え、光量検出部２１からの検出出力に応じて出力切り換え部２２Ｂを切り換え制御する。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３Ａまたは擬似ＯＢクランプ回路３Ｂと、映像信号処理部５との接続を行うことができる。

この固体撮像装置８０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の電子シャッタが駆動制御（シャッタ速度）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７０の場合と同様に、水平帰線期間において、クランプパルス発生回路４２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４１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。

また、１水平期間においては、クランプパルス発生回路４Ａから出力されるＣＰ１パルスによってＯＢクランプ回路３ＡでＯＢレベル信号がクランプされ、クランプパルス発生回路４Ｂから出力されるＣＰ２パルスによって擬似ＯＢクランプ回路３Ｂで擬似ＯＢレベル信号がクランプされる。

さらに、検波回路６Ａでは、水平帰線クランプ回路４１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３Ａ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３Ｂ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。

検波回路６Ａ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、出力切り換え部２２Ｂでスイッチが切り換えられて、ＯＢクランプ回路３Ａからの出力が映像信号処理部５に入力される。映像信号処理部５では、上記実施形態４の場合と同様に、ＯＢクランプ回路３Ａ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。

また、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（ＣＣＤ１）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、または、検波回路６Ａ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、または、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、出力切り換え部２２Ｂでスイッチが切り換えられて、疑似ＯＢクランプ回路３Ｂからの出力が映像信号処理部５に入力される。映像信号処理部５では、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂ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７Ａ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の場合と同様に、疑似ＯＢクランプ回路３Ｂで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８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８０では、ＯＢクランプ回路３Ａでクランプされた信号のレベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂで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で検出された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、従来のように画面が黒く沈む、画面が破綻するなど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４２から出力されたＣＰ３パルスにより水平帰線クランプ回路４１でクランプした水平帰線レベル信号を基準にして、ＯＢクランプ回路３Ａでクランプされた第１信号レベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂでクランプされた第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５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３Ａからの出力が映像信号処理部５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３Ｂからの出力が映像信号処理部５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、フリッカなど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４１で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３Ａでクランプされた第１信号レベルと、擬似ＯＢクランプ回路３Ｂでクランプされた第２信号レベルとのレベル差と、入射光量とによって出力切り換えスイッチ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フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加し、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４Ｂからクランプパルスが供給した場合に、擬似ＯＢ信号をクランプする擬似ＯＢクランプ回路３Ｂを設けている。過大光がＣＣＤ１に入射してＯＢ部に転送電荷があふれた場合に、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極(アウトプットゲートＯＧ)にクロック電圧または直流レベルを印加させることによって、ＯＢ部に溢れ出した電荷がリセットドレインＲＤ側に排出され、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ＣＣＤ１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、上記実施形態２では、光量検出部２１が検出した入射光量に応じて、映像信号処理部５で信号処理を行う基準の黒レベル信号として、出力切り換え部２２によって、ＯＢクランプ回路３Ａと擬似ＯＢクランプ回路３Ｂとの各出力を切り換える場合について説明したが、これに限らず、出力切り換え部２２を設けずに、光量検出部２１による検出結果に基づいて、ＣＣＤ駆動回路８による撮像駆動制御および露光制御部７による露光量制御の少なくとも何れかが行われるようにしてもよい。もちろん、上記実施形態２においても、光量検出部２１による検出結果に基づいて、ＣＣＤ駆動回路８による撮像駆動制御および露光制御部７による露光量制御の少なくとも何れかが行われているが、この場合には、出力切り換え部２２が設けられている。

また、上記実施形態５では、図９に示すように、露光制御部７において、検波回路６Ａの検出結果に関わらず、上記実施形態１の場合と同様に、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３Ｂで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るように構成したが、これに限らず、図１７（実施形態９）の固体撮像装置５０Ａに示すように検波回路６Ａの検出結果に応じて露光制御が行われるように構成してもよい。この場合に、検波回路６Ａ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（検出結果）と、基準信号である水平帰線レベル信号のレベルとを比較し、この比較結果または検出結果に応じて露光制御部７で露光量制御を行なう。

さらに、上記実施形態６では、図１０に示すように、露光制御部７において、検波回路６Ａの検出結果に関わらず、上記実施形態１の場合と同様に、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３Ｂで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るように構成したが、これに限らず、図１８（実施形態１０）の固体撮像装置６０Ａに示すように検波回路６Ａの検出結果に応じて露光制御が行われるように構成してもよい。この場合に、検波回路６Ａ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（検出結果）と、基準信号である水平帰線レベル信号のレベルとを比較し、この比較結果または検出結果に応じて露光制御部７で露光量制御を行なう。

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、本発明の作用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９０は、操作部９１をユーザが入力操作することにより、その入力した操作指令に基づいて、本発明の固体撮像装置１０，２０，３０，４０，５０（または５０Ａ），６０（または６０Ａ），７０または８０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９２の表示画面上に画像表示が為される。また、各種信号処理後の画像データはメモリ９３に記憶可能であり、このメモリ９３に記憶させた画像データを適宜取り出して表示部９２の表示画面上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１０，２０，３０，４０，５０（または５０Ａ），６０（または６０Ａ），７０または８０を電子情報機器９０に用いた場合にも、過大光が入射した場合に、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作用効果を奏する。

また、以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜１０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１〜１０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１〜１０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、ＣＣＤで光電変換された映像信号と黒レベル信号とを検出し、このＣＣＤからの黒レベル信号を基準として映像信号を信号処理する固体撮像装置および、こ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装置用カメラなどの電子情報機器の分野において、簡単な制御構成によって、過大光がＣＣＤに入射した場合であっても、適正な露光制御を行って、良好な画面表示を行うことができる。

本実施形態１の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 図１の固体撮像装置における水平転送パルスＦＨ１およびＦＨ２、アウトプットゲートパルスＦＯＧおよびリセットパルスＦＲとの関係を示す信号波形図である。 図２Ａの要部を拡大した水平転送パルスＦＨ１およびＦＨ２、アウトプットゲートパルスＦＯＧおよびリセットパルスＦＲと、図１のＣＣＤの駆動タイミングとの関係を示す信号波形図である。 図１のＣＣＤの駆動タイミングを示す信号波形図である。 有効映像信号期間において、図１のＣＣＤにおける水平転送電荷のポテンシャルを示す模式図である。 擬似ＯＢ期間において、図１のＣＣＤにおける水平転送電荷のポテンシャルを示す模式図である。 本実施形態２の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 本実施形態３の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 図５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。 本実施形態４の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 図７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。 本実施形態５の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 本実施形態６の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 本実施形態７の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 本実施形態８の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 本発明の固体撮像装置を用いた電子情報機器の基本構成例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例を示すブロック図である。 (ａ)および(ｂ)はそれぞれ、図１４のＣＣＤにおける１チップの基本構成例を示す模式図である。 （ａ）は、図１４の固体撮像装置が通常動作しているときのＣＣＤ出力、ＣＤＳ出力および映像出力の各信号波形図であり、（ｂ）は、図１４の固体撮像装置に過大光が入射されたときのＣＣＤ出力、ＣＤＳ出力および映像出力の各信号波形図である。 本実施形態９の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 本実施形態１０の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ ＣＣＤ（固体撮像素子）
２ ＣＤＳ回路
３Ａ ＯＢクランプ回路
３Ｂ 擬似ＯＢクランプ回路
４Ａ，４Ｂ，４２ クランプパルス発生回路
５ 映像信号処理部
６ 検波回路
６Ａ 検波回路（レベル差検出手段）
７，７Ａ 露光制御部
８，８Ａ ＣＣＤ駆動回路（撮像素子駆動手段）
１Ａ 水平ＣＣＤシフトレジスタ
１Ｂ 変換部
２１ 光量検出部（光量検出手段）
２２，２２Ａ，２２Ｂ 出力切り換え部（出力切り換え手段）
３１，３１Ａ パルス切り換え部（パルス切り換え手段）
４１ 水平帰線クランプ回路
９０ 電子情報機器
１０，２０，３０，４０，５０，５０Ａ，６０，６０Ａ，７０，８０ 固体撮像装置
９２ 表示部
９３ メモリ
９１ 操作部
１０２Ｂ 有効画素部
１０２Ｃ ＯＢ部
ＯＧ アウトプットゲート
ＲＧ リセットゲート

Claims (15)

1. 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とを検出し、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固体撮像装置において、
   信号読出し期間の一部期間で、リセットゲートに印加するリセットパルスがローレベルからハイレベルに変化後に、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極に印加するクロック電圧または所定の直流レベルをローベルからハイレベルに変化させ、該リセットゲートに印加するリセットパルスがハイレベルからローレベルに変化する前に、該隣接する電極に印加するクロック電圧または所定の直流レベルをハイレベルからローレベルに変化させることによって、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擬似黒レベル信号生成駆動を行う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。
2. 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で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。
3. 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、該複数の光電変換素子に被写体画像光が入射されて電気信号が出力される有効画素部、および該有効画素部の周辺に垂直方向および水平方向に配列された複数の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が出力されるオプティカルブラック部を有する固体撮像素子と、
   該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、リセットゲートに印加するリセットパルスがローレベルからハイレベルに変化後に、フローティング・ディフージョンアンプ部に隣接する電極に印加するクロック電圧または所定の直流レベルをローベルからハイレベルに変化させ、該リセットゲートに印加するリセットパルスがハイレベルからローレベルに変化する前に、該隣接する電極に印加するクロック電圧または所定の直流レベルをハイレベルからローレベルに変化させることによって、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擬似黒レベル信号生成駆動を行う撮像素子駆動手段と、
   生成された該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クランプ手段で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第２クランプ手段の何れかでクランプされた信号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。
4. 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。
5. 前記第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前記映像信号処理部に入力する出力切り換え手段をさらに有し、
   前記出力切り換え手段は、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に切り換え、また、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、前記第２クランプ手段からの出力に切り換える請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 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、前記一部期間とは別の期間で前記撮像素子駆動手段が前記擬似黒レベル信号生成駆動を行うよう制御す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。
7. 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２または３の何れかに記載の固体撮像装置。
8. 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基準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制御の少なくとも何らかが行なわれる請求項２または３の何らかに記載の固体撮像装置。
9. 前記基準信号は水平帰線レベル信号である請求項８に記載の固体撮像装置。
10. 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撮像素子駆動手段が前記擬似黒レベル信号生成駆動を行うよう制御するパルス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。
11. 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、
    前記レベル差検出手段による検出結果と該光量検出手段による検出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、前記一部期間とは別の期間で前記撮像素子駆動手段が前記擬似黒レベル信号生成駆動を行うよう制御するパルス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。
12. 前記黒レベル信号と擬似黒レベル信号とを切り換えて前記映像信号処理部に入力させる出力切り換え手段をさらに有し、
    該出力切り換え手段は、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該黒レベル信号に切り換え、また、該レベル差検出手段によって該レベル差が所定量以上であると検出された場合に該擬似黒レベル信号に切り換える請求項７または８に記載の固体撮像装置。
13. 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、
    前記黒レベル信号と擬似黒レベル信号とを切り換えて前記映像信号処理部に入力させる出力切り換え手段とをさらに有し、
    前記出力切り換え手段は、前記レベル差検出手段によるレベル差検出結果と該光量検出手段による検出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に切り換え、また、該レベル差検出手段による検出結果と該光量検出手段による検出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前記擬似黒レベル信号に切り換える請求項７または８に記載の固体撮像装置。
14. 前記一部期間およびこれとは別の一部期間は、前記固体撮像素子において前記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ている請求項１〜１３の何れかに記載の固体撮像装置。
15. 請求項１〜１４の何れかの固体撮像装置を用いて画像撮影可能とする電子情報機器。
    

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