JP4420004B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に係り、特に固体撮像素子から出力される映像信号を、撮像エリアの左右を２つ又はそれ以上に分割して読み出す撮像装置に関する。

近年、撮像装置はカメラ一体型ＶＴＲの一般家庭への普及を背景に、固体撮像素子を用いて得られる映像信号に信号処理を施し、パソコン等のメディアへ静止画像としてデータ転送可能な電子スチルカメラ機能を付加したカメラ一体型ＶＴＲも商品化され、広く一般に普及しつつある。また、大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）プロセスの微細化加工技術の進歩発展に伴い、固体撮像素子の総画素数も飛躍的に多画素化する傾向にある。

また、このようなカメラ一体型ＶＴＲにおいては、固体撮像素子から出力される映像信号について、固体撮像素子の撮像エリアの端に、予め黒レベル検出用の画素が垂直方向に各ライン数十画素程度配置されており、それらの画素から出力される信号について複数画素を抽出し、加算平均して得られるレベルを、無光量時の信号レベルとして、撮像エリアの信号出力から減算することにより、映像信号の黒レベルを規定するのが一般的であり、このような補正をＯＢクランプと呼んでいる。

ところで、前述したように、上記の固体撮像素子の多画素化につれて、１ライン当たりの画素数も増加することになるが、固体撮像素子から１ラインの映像信号を出力するための時間は、テレビジョン方式の規格によって規定されるため、必然的に固体撮像素子から信号を出力させるための信号読み出し用クロック周波数も画素数に比例して高くなるのが一般的である。

しかしながら、固体撮像素子からの信号読み出し用クロック周波数が高くなると、後段の信号処理回路も同じ周波数で処理を行う必要があり、回路設計上の制約が増大する。また、ノイズ対策及び輻射対策等をより入念に行う必要も生じる。そこで、これらの手間を回避するための手段として、固体撮像素子の撮像エリアを左右２つ又はそれ以上に多分割し、それぞれ独立に信号出力チャンネルを設けて読み出すことにより、従来必要とされる半分の周波数で、固体撮像素子から信号出力を読み出すという手法が採られるようになった。

しかし、上記のような固体撮像素子から出力される映像信号を、撮像エリアを左右２つ又はそれ以上に分割して読み出す、カメラ一体型ＶＴＲに搭載された撮像装置では、信号出力チャンネルが複数になるため、各チャンネルの出力バッファの特性にばらつきが発生し、その結果として、各チャンネル間の出力の境界面に段差が発生してしまう。また、上記の固体撮像素子における各チャンネルの出力バッファに温度変化による出力ばらつきが発生した場合、更に境界面での段差が撮像時間の増加と共に拡大してしまう。

また、撮像エリアを左右２つに分割して読み出す、カメラ一体型ＶＴＲに搭載された撮像装置では、左右のエリアからそれぞれ出力される映像信号のＯＢレベルが、固体撮像素子製造時の拡散ばらつき等により差が生じ、その結果、ＯＢ全体を加算平均した平均値を用いると、正確なＯＢクランプを行うことができず、画面の左右で黒レベルに差が発生してしまう。

また、多画素化された撮像装置では、例えば３６ＭＨｚという高周波数の駆動パルスで電荷を転送するため、矩形波であるはずのパルスが鈍ると共に、転送段数が非常に多いことから、転送効率劣化が無視できず、理論上０になるはずの、各ライン間のＯＢレベル差が発生する。

更に、従来の撮像装置では、黒レベル検出用画素の信号レベルを加算平均したものを、全撮像エリアの基準黒レベルにしてしまうと、撮像エリアの上下でオフセットを持ってしまい、正しく黒レベル調整ができないエリアができてしまう場合がある。更に、無光量時にも各色フィルタからの微小な変調成分が出力されるため、各色信号を全加算して求めた基準黒レベルとのオフセットが生じてしまう。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、固体撮像素子の撮像エリアを左右に２分割又はそれ以上に多分割して読み出し映像信号を外部へ出力する際に、ＯＢクランプの精度改善を図り得る撮像装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、固体撮像素子の撮像エリアを左右に２分割又はそれ以上に多分割して読み出す際のＯＢクランプを、画面の左右で補正差がでないように確実に行う撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、第１の発明の撮像装置は、撮像エリアが水平方向に複数に分割されると共に、撮像エリアの左右両端にそれぞれ第１及び第２のＯＢエリアが設けられた固体撮像素子と、固体撮像素子の複数の分割撮像エリアから各々出力された撮像信号から、第１及び第２のＯＢエリアから各々出力された光学的な黒レベルを示す第１及び第２のＯＢ信号のうち、いずれかのＯＢ信号を減算することにより、撮像信号のＯＢクランプを行うＯＢクランプ処理部とを備えた撮像装置であって、ＯＢクランプ処理部を、第１のＯＢエリアについて、各ライン毎の第１のＯＢ補正レベルを算出する第１のＯＢ補正レベル算出手段と、第２のＯＢエリアについて、各ライン毎の第２のＯＢ補正レベルを算出する第２のＯＢ補正レベル算出手段と、第１のＯＢ補正レベル算出手段からの全ラインの第１のＯＢ補正レベルを格納し、複数の分割撮像エリアのうち第１のＯＢエリアに近い方の分割撮像エリアの各ラインの撮像信号に対して、格納している第１のＯＢ補正レベルを出力して減算する第１の補正手段と、第２のＯＢ補正レベル算出手段からの全ラインの第２のＯＢ補正レベルを格納し、複数の分割撮像エリアのうち第２のＯＢエリアに近い方の分割撮像エリアの各ラインの撮像信号に対して、格納している第２のＯＢ補正レベルを出力して減算する第２の補正手段とを有する構成としたものである。

この発明では、多画素の固体撮像素子のようにＯＢエリアの電荷転送段数の違い（ＯＢエリアの上部にある画素では転送段数が多く、ＯＢエリアの下部にある画素では転送段数が少ない）によるＯＢ信号レベルの差が顕著に現れる場合でも、撮像エリアの左右にある第１及び第２のＯＢエリアのそれぞれについて、各ライン毎の第１及び第２のＯＢ補正レベルを算出して、対応するラインの撮像信号と減算するようにしたため、正しいＯＢクランプ処理ができる。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明の撮像装置は、第１の発明の第１のＯＢレベル算出手段を、第１のＯＢエリア内に垂直方向及び水平方向共に複数の画素からなる第１のブロックを複数設け、複数の第１のブロック内のＯＢ信号レベルの平均値をブロック別に算出し、それら複数の平均値を基に画面の垂直方向に補正の傾きを持たせて、各ライン毎の第１のＯＢ補正レベルを算出する手段であり、第２のＯＢレベル算出手段は、第２のＯＢエリア内に垂直方向及び水平方向共に複数の画素からなる第２のブロックを複数設け、複数の第２のブロック内のＯＢ信号レベルの平均値をブロック別に算出し、それら複数の平均値を基に画面の垂直方向に補正の傾きを持たせて、各ライン毎の第２のＯＢ補正レベルを算出する手段としたことを特徴とする。

この発明では、第１のＯＢエリア及び第２のＯＢエリアのそれぞれに複数のブロックを設けて、各ブロック毎にＯＢ信号レベルの平均値を算出し、それらの平均値に基づき各ブロック間の複数ラインのＯＢ信号レベルの画面垂直方向に補正の傾きを持たせたＯＢ補正レベルを求めて、撮像信号と減算するようにしたため、正しいＯＢクランプ処理ができる。

また、第３の発明の撮像装置は、上記の複数の第１のブロックの第１のＯＢエリア内の位置と、複数の第２のブロックの第２のＯＢエリア内の位置を、外部から任意に移動させる手段を更に有することを特徴とする。これにより、ノイズや固体撮像素子上の画素欠陥等による影響が最も少ない部分に上記のブロックを移動させることができる。

この発明では、複数の第１のブロックの第１のＯＢエリア内の位置と、複数の第２のブロックの第２のＯＢエリア内の位置を、外部から任意に移動させる手段を有することにより、ノイズや固体撮像素子上の画素欠陥等による影響が最も少ない部分に上記のブロックを移動させるようにしたため、より高精度のＯＢクランプ処理ができる。

本発明によれば、多画素の固体撮像素子のようにＯＢエリアの電荷転送段数の違い（ＯＢエリアの上部にある画素では転送段数が多く、ＯＢエリアの下部にある画素では転送段数が少ない）によるＯＢ信号レベルの差が顕著に現れる場合でも、撮像エリアの左右にある第１及び第２のＯＢエリアのそれぞれについて、各ライン毎の第１及び第２のＯＢ補正レベルを算出して、対応するラインの撮像信号と減算することにより、正しいＯＢクランプ処理ができるため、撮像エリアの上下及び左右で基準黒レベルとのオフセットを生じることなく、画面全体にわたって正しい黒レベル及び無彩色の再現ができ、その結果、黒レベル変動による映像のシェーディングや低照度の不自然な色付きを抑圧することができる。

また、本発明によれば、複数の第１のブロックの第１のＯＢエリア内の位置と、複数の第２のブロックの第２のＯＢエリア内の位置を、外部から任意に移動させる手段を有することにより、ノイズや固体撮像素子上の画素欠陥等による影響が最も少ない部分に上記のブロックを移動させるようにしたため、より高精度のＯＢクランプ処理ができる。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明の参考例になる撮像装置の実施の形態のブロック図を示す。この実施の形態はカメラ一体型ＶＴＲに適用された撮像装置で、光学レンズ部１により集光された被写体からの入射光は、固体撮像素子２に照射されて光電変換される。

図２は固体撮像素子２の一実施の形態の構成図を示す。同図に示すように、固体撮像素子２は、その撮像面が、水平方向に２分割された撮像エリア２１Ａ及び２１Ｂと、撮像エリア２１Ａ、２１Ｂの端に各々設けられた光学的黒レベル検出エリアであるＯＢエリア２２Ａと２２Ｂとを有する構成とされ、更に撮像エリア２１Ａ及びＯＢエリア２２Ａの各画素からの電荷が垂直転送路（図示せず）を垂直転送されて蓄積され、それを水平転送する水平ＣＣＤ２４Ａと、撮像エリア２１Ｂ及びＯＢエリア２２Ｂの各画素からの電荷が垂直転送路（図示せず）を垂直転送されて蓄積され、それを水平転送する水平ＣＣＤ２４Ｂと、水平ＣＣＤ２４Ａ、２４Ｂから出力された映像信号を増幅する出力アンプ２５Ａ、２５Ｂとから構成されている。出力アンプ２５Ａ及び２５Ｂからは独立に、左右の撮像エリア２１Ａ及び２１Ｂで撮像された映像信号が１ライン毎に出力される。

かかる固体撮像素子２を用いることにより、本実施の形態は、従来必要とされる固体撮像素子の駆動周波数の１／２倍の周波数でシステムを構成することができ、その結果、従来とほぼ同一のシステムを流用して高画質な映像を記録媒体に記録することができる。

固体撮像素子２の出力アンプ２５Ａ及び２５Ｂから、図１の固体撮像素子駆動部１２からの駆動信号に基づき、並列に出力された左右２チャンネルの映像信号は、図１のアナログ信号処理部３に供給され、ここでそれぞれ相関二重サンプリング、自動利得制御（ＡＧＣ）等を行われた後、Ａ／Ｄ変換部４に供給されてディジタル化される。ディジタル化された２チャンネルの映像信号は、ＯＢクランプ処理部５で制御部１１からの制御信号に基づき、ＯＢクランプ処理及び後述の固体撮像素子２の左右の出力アンプのゲイン差調整を施された後、画素密度変換部６で画素密度変換（単位時間内の画素間引きなど）されることにより、１チャンネルの映像信号に変換される。

画素密度変換部６から出力された１チャンネルの映像信号は、ディジタル信号処理部７に供給されて各種の信号処理が施され、更に所定の標準方式テレビジョン信号データに変換された後、Ｄ／Ａ変換部８に供給されてアナログ信号のテレビジョン信号に変換されて外部画像表示部９により画像表示される。また、これと同時に、ディジタル信号処理部７から記録再生に適した信号形態とされた映像信号が取り出され、ＶＴＲ記録部１０に供給されて回転ヘッドにより磁気テープに記録される。

次に、本参考例に係るＯＢクランプ処理部５での、固体撮像素子２の左右の出力アンプの出力ゲイン差の調整動作について、詳細に説明する。図２に示した出力アンプ２５Ａ及び２５Ｂは、同一の固定増幅率となるように設計されているが、実際には、その製造時ばらつきにより、ゲイン差が発生してしまい、その結果、左右の映像信号の境界面で段差が生じてしまう。

そこで、ＯＢクランプ処理部５は、例えば図３に示すようなブロック構成とされる。図２に示した撮像エリア２１Ａで撮像された映像信号は、Ａ／Ｄ変換部４でディジタル化されて図３のＯＢクランプ回路３１Ａに供給され、ここでＯＢエリア２２Ａからの信号について複数画素を抽出し、加算平均して得られるレベルを、無光量時の信号レベルとして、撮像エリア２１Ａで撮像された映像信号から減算する公知のクランプ処理される。また、撮像エリア２１Ａで撮像された映像信号は、境界面積算部３２Ａに供給される。

一方、これと同時に、図２に示した撮像エリア２１Ｂで撮像された映像信号は、Ａ／Ｄ変換部４でディジタル化されて図３のＯＢクランプ回路３１Ｂに供給され、ここでＯＢエリア２２Ｂからの信号に基づいてＯＢクランプ回路３１Ａと同様の公知のクランプ処理されると共に、境界面積算部３２Ｂに供給される。

境界面積算部３２Ａ及び３２Ｂは、ＯＢクランプ前の入力映像信号を、撮像エリア２１Ａ及び２１Ｂの各境界近傍画素を数画素、例えば８画素抽出して、それぞれについて加算平均をとる。図３の変化量演算部３３Ａは、境界面積算部３２Ａの出力信号のうち、図２に２３１、２３３、２３５及び２３７で示す撮像エリア２１Ａの撮像エリア２１Ｂに接した、４つの監視エリアの各々の各画素の信号を別々に積算する。また、これと同時に、図３の変化量演算部３３Ｂは、境界面積算部３２Ｂの出力信号のうち、図２に２３２、２３４、２３６及び２３８で示す撮像エリア２１Ｂの撮像エリア２１Ａに接した、４つの監視エリアの各々の各画素の信号を別々に積算する。上記の監視エリア２３１は監視エリア２３２に、監視エリア２３３は監視エリア２３４に、監視エリア２３５は監視エリア２３６に、そして監視エリア２３７は監視エリア２３８にそれぞれ隣接している。

ここで、上記の監視エリア２３１、２３３、２３５及び２３７と、監視エリア２３２、２３４、２３６及び２３８のそれぞれは、例えば、図４に示すような８画素×６４ライン分のエリアである。この監視エリア内の画素は、奇数ラインでは、シアン（Ｃｙ）の色フィルタを持つ１画素と、イエロー（Ｙｅ）の色フィルタを持つ１画素からの出力が交互に４画素ずつ全部で８画素出現し、偶数ラインでは、マゼンタ（Ｍｇ）の色フィルタを持つ１画素と、グリーン（Ｇ）の色フィルタを持つ１画素からの出力が交互に４画素ずつ全部で８画素出現し、各色フィルタ１２８画素の全部で５１２画素からなる。

なお、上記の監視エリア２３１、２３３、２３５及び２３７と、監視エリア２３２、２３４、２３６及び２３８のそれぞれの撮像エリア２１Ａ、２１Ｂ上の位置は、図１における制御部１１からの制御によって、任意の位置に移動することができる。

ここで、図３の変化量演算部３３Ａは、境界面積算部３２Ａの出力信号のうち、４つの監視エリア２３１、２３３、２３５及び２３７のそれぞれについて各画素の信号を別々に積算するのであるが、各監視エリア内の５１２画素のデータを一括で積算するのではなく、上記の４つの色フィルタを持つ色毎の１２８画素毎に積算を別々に行う。すなわち、変化量演算部３３Ａは、監視エリア２３１のシアンの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｃ１、イエローの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｙ１、マゼンタの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｍ１及びグリーンの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｇ１とを第１の積算部で積算する。

同様に、変化量演算部３３Ａは、監視エリア２３２のシアンの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｃ２、イエローの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｙ２、マゼンタの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｍ２及びグリーンの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｇ２とを第２の積算部で積算し、監視エリア２３３のシアンの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｃ３、イエローの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｙ３、マゼンタの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｍ３及びグリーンの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｇ３とを第３の積算部で積算し、監視エリア２３４のシアンの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｃ４、イエローの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｙ４、マゼンタの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｍ４及びグリーンの色フィルタを持つ１２８画素の積算値Ｇ４とを第４の積算部で積算する。

同様に、図３の変化量演算部３３Ｂも、境界面積算部３２Ｂの出力信号のうち、４つの監視エリア２３２、２３４、２３６及び２３８内の各々の５１２画素のデータを一括で積算するのではなく、上記の４つの色フィルタを持つ色毎の１２８画素毎に積算を別々に行う。これにより、色フィルタ毎の変調度の違いによる誤差を吸収し、より正確な段差検出を行うことができる。

変化量演算部３３Ａ内の補間演算部３３１Ａは、このようにして得られた４つの監視エリア２３１、２３３、２３５及び２３７の各色フィルタを持つ画素毎の積算値（Ｃ１、Ｙ１、Ｍ１、Ｇ１）、（Ｃ２、Ｙ２、Ｍ２、Ｇ２）、（Ｃ３、Ｙ３、Ｍ３、Ｇ３）及び（Ｃ４、Ｙ４、Ｍ４、Ｇ４）のうち、まず、同じシアンの色フィルタを持つ画素の積算値同士の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）から、図５に示すような各ラインでの補正値を算出する。同様にして、変化量演算部３３Ａ内の補間演算部３３１Ａは、イエローの色フィルタを持つ画素の積算値同士の値（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４）から、マゼンタの色フィルタを持つ画素の積算値同士の値（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）から、グリーンの色フィルタを持つ画素の積算値同士の値（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）からそれぞれ図５に示すような各ラインでの補正値を算出する。

変化量演算部３３Ｂ内の補間演算部３３１Ｂも、上記の補間演算部３３１Ａと同様に、４つの監視エリア２３２、２３４、２３６及び２３８の各色フィルタを持つ画素毎の積算値のうち、同じ色フィルタを持つ画素の積算値同士の値から各ラインでの補正値を算出する。これを毎画面繰り返すことで、信号レベルがある一定のレベルに収束し、各画面での瞬間的な信号変化による影響を排除し、ノイズによる誤差の影響を低下させ、より高精度な段差検出を行うことができる。

図３に示すレベル比較部３４は、変化量演算部３３Ａ及び３３Ｂの出力補正値のうち、８つの監視エリア２３１〜２３８のうち隣り合った２つの監視エリアにおいて同一ラインの同一色フィルタの補正値同士でレベル比較を行い、差分を取って段差値を得た後、線形補間によってレベル補正値を得る。

すなわち、隣り合った２つの監視エリアにおいて同一ラインの同一色フィルタの補正値同士の差分である段差値（信号レベル差）は、図５にＩ〜IVで示すようになり、レベル比較部３４は、これら４つの段差値から、線形補間により各ラインの段差値を求めて予め用意したライン数分のレベル比較部３４内のバッファに格納しておき、各ラインに対応した値をもって、各ラインにおけるレベルの比に対応したレベル補正値を得る。

例えば、同じラインにおける変化量演算部３３Ａの出力がａ、変化量演算部３３Ｂの出力がｂであった場合、レベル比較部３４はレベル比が（ａ／ｂ）であるので、図３の乗算器３５Ａに対してはレベル補正値（ｂ／ａ）を出力してＯＢクランプ回路３１Ａの出力信号に乗算させると共に、乗算器３５Ｂに対してはレベル補正値１を出力してＯＢクランプ回路３１Ｂの出力信号に乗算させる。

これにより、出力アンプ２５Ａ、２５Ｂの製造時ばらつきによるゲイン差に起因した出力ばらつきを持つ撮像装置においても、図１に示すＯＢクランプ処理部５からは、分割された撮像エリア２１Ａ及び２１Ｂで段差がでないようにＯＢクランプ処理された映像信号を取り出すことができる。この結果、システムを破綻させることなく、固体撮像素子を備えた撮像装置の歩留まりを向上させ、コスト削減を図ることができる。

次に、図２に示した固体撮像素子を有する撮像装置のＯＢクランプ処理部５の他の実施の形態について説明する。図６は上記の撮像装置のＯＢクランプ処理部５の他の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図３に示したＯＢクランプ処理部５では、左右の信号レベルを得るための信号を、ＯＢクランプ回路３１Ａ、３１Ｂの入力前の映像信号をサンプリングして求めていたが、図６に示すＯＢクランプ処理部５では、ＯＢクランプ回路３１Ａ、３１ＢによるＯＢクランプ処理及び乗算器３５Ａ、３５Ｂによるレベル補正を行った後の信号をサンプリングする点に特徴がある。

図６において、乗算器３５Ａから取り出された、撮像エリア２１Ａのレベル補正後の映像信号は、境界面積算部３６Ａに供給されて図３の境界面積算部３２Ａと同様の積算処理された後変化量演算部３７Ａに供給される。一方、乗算器３５Ｂから取り出された、撮像エリア２１Ｂのレベル補正後の映像信号は、境界面積算部３６Ｂに供給されて図３の境界面積算部３２Ｂと同様の積算処理された後変化量演算部３７Ｂに供給される。変化量演算部３７Ａ、３７Ｂは、それぞれ図３の変化量演算部３３Ａ、３３Ｂと同様の変化量演算を行ってレベル補正値を生成し、乗算器３５Ａ、３５Ｂに供給する。

この実施の形態では、左右の撮像エリア２１Ａ及び２１Ｂの映像信号のレベル差の補正をフィードバック構成にする事で、固体撮像素子２の出力アンプ２５Ａと２５Ｂのゲイン差を常に０となるようなレベル制御を行い、自己管理型のシステムを構築することができる。

また、更に、図１のディジタル信号処理部７の出力信号及び水平・垂直同期信号から、左右の撮像エリア２１Ａ及び２１Ｂの境界位置を検出して、最終的に信号レベルの差による段差が発生していないかを監視することにより、更に検出精度を高めることもできる。

なお、上記の図３及び図６に示すＯＢクランプ処理部５の各実施の形態は、レベル差検出のための、検出用信号のサンプリング位置の違いによるものであるが、これらのサンプリング位置のうち、１つ又は複数のサンプリング位置からの検出情報を組み合わせてシステムを構築することも可能である。

次に、本発明になる撮像装置を実施例を用いて説明する。図７は本実施例に適用される撮像装置のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。この実施例はカメラ一体型ＶＴＲに適用された撮像装置で、光学レンズ部１により集光された被写体からの入射光は、固体撮像素子１４に照射されて光電変換される。

図８は図７中の固体撮像素子１４の一例の構成図を示す。同図に示すように、固体撮像素子１４は、その撮像面が、水平方向に２分割された撮像エリア４１Ａ及び４１Ｂと、撮像エリア４１Ａ、４１Ｂの端に各々設けられた光学的黒レベル検出エリアであるＯＢエリア４２Ａと４２Ｂとを有する構成とされ、更に撮像エリア４１Ａ及びＯＢエリア４２Ａの各画素からの電荷が垂直転送路（図示せず）を垂直転送されて蓄積され、それを水平転送する水平ＣＣＤ４４Ａと、撮像エリア４１Ｂ及びＯＢエリア４２Ｂの各画素からの電荷が垂直転送路（図示せず）を垂直転送されて蓄積され、それを水平転送する水平ＣＣＤ４４Ｂと、図示しない出力アンプから構成されている。水平ＣＣＤ４４Ａ及び４４Ｂからは独立に、左右の撮像エリア４１Ａ及び４１Ｂで撮像された映像信号が１ライン毎に出力される。

かかる固体撮像素子１４を用いることにより、本実施例は、従来必要とされる固体撮像素子の駆動周波数の１／２倍の周波数でシステムを構成することができ、その結果、従来とほぼ同一のシステムを流用して高画質な映像を記録媒体に記録することができる。

固体撮像素子１４から、図７の固体撮像素子駆動部１２からの駆動信号に基づき、並列に出力された左右２チャンネルの映像信号は、図７のアナログ信号処理部３、Ａ／Ｄ変換部４を経由してＯＢクランプ処理部１５に供給され、ここで制御部１１からの制御信号に基づき、ＯＢクランプ処理及び後述のＯＢの信号レベル差調整を施される。ＯＢクランプ処理部１５以降の信号処理は、図１に示した撮像装置の信号処理と同一である。

次に、本実施例に係るＯＢクランプ処理部１５での動作について、図面と共に詳細に説明する。前述したように、本実施例で使用される固体撮像素子１４は、図８に示したように左右対称な構成となっており、撮像エリア４１Ａ及びＯＢエリア４２Ａから読み出された映像信号は、１ライン毎に水平ＣＣＤ４４Ａ及び図示しない出力アンプを経て外部へ出力され、またこれと並行して、撮像エリア４１Ｂ及びＯＢエリア４２Ｂから読み出された映像信号は、１ライン毎に水平ＣＣＤ４４Ｂ及び図示しない出力アンプを経て外部へ出力される。

ここで、左右のＯＢエリア４２Ａ及び４２Ｂにおける画素は、フォトダイオード、色フィルタ、オンチップレンズ及び垂直ＣＣＤ（垂直転送路）を持ち、中央部の撮像エリア４１Ａ及び４１Ｂと同一の構造であるが、撮像エリア４１Ａ及び４１Ｂとは異なり、ＯＢエリア４２Ａ及び４２Ｂの画素は遮光されており、外部からの入射光はＯＢエリア４２Ａ及び４２Ｂのフォトダイオードまでには到達しない。従って、ＯＢエリア４２Ａ及び４２Ｂから出力される信号は、常に光学的な黒レベル（ＯＢレベル）の信号を出力する。

このＯＢエリア４２Ａ及び４２Ｂから出力されるＯＢレベルの信号も各ライン毎に、図８の水平ＣＣＤ４４Ａ、４４Ｂ及び図示しない出力アンプを経て外部へ出力されるが、一方、後段の図７のＯＢクランプ処理部１５では、入力された各ＯＢエリア４２Ａ及び４２Ｂから出力されるＯＢレベルデータのうち、各々任意の４ブロック（図８に示すように、ＯＢエリア４２Ａではブロック４３Ａ１〜４３Ａ４、ＯＢエリア４２Ｂではブロック４３Ｂ１〜４３Ｂ４）のＯＢレベルデータについて、各ブロック毎に独立して加算する。

上記のブロック４３Ａ１〜４３Ａ４とブロック４３Ｂ１〜４３Ｂ４のそれぞれは、例えば、図９に示すような水平方向１６画素、垂直方向６４画素の計１０２４画素のエリアである。１つのブロック内では、奇数ラインでは、シアン（Ｃｙ）の色フィルタを持つ１画素と、イエロー（Ｙｅ）の色フィルタを持つ１画素からの出力が交互に８画素ずつ全部で１６画素出現し、偶数ラインでは、マゼンタ（Ｍｇ）の色フィルタを持つ１画素と、グリーン（Ｇ）の色フィルタを持つ１画素からの出力が交互に８画素ずつ全部で１６画素出現し、各色フィルタ２５６画素の全部で１０２４画素からなる。

ＯＢクランプ処理部１５は、上記のブロック４３Ａ１〜４３Ａ４と、ブロック４３Ｂ１〜４３Ｂ４の各々からのＯＢレベルデータを独立して加算して得られた値の平均値から、各ラインのレベルを算出し、これを左右の各撮像エリア４１Ａ、４１Ｂから出力される値からそれぞれ減ずることにより、ＯＢクランプを実現する。

なお、上記のブロック４３Ａ１〜４３Ａ４とブロック４３Ｂ１〜４３Ｂ４のそれぞれのＯＢエリア４２Ａ、４２Ｂ上の位置は、図７における制御部１１からの制御によって、任意の位置に移動することができ、ノイズや固体撮像素子上の画素欠陥等による影響が最も少ない部分を積算することが可能である。

次に、上記のＯＢクランプ処理部１５の構成及び動作について更に詳細に説明する。図１０は上記のＯＢクランプ処理部１５の一実施の形態の要部のブロック図を示す。図１０はＯＢクランプ処理部１５の左右撮像エリアのうち一方の撮像エリア用のＯＢクランプ処理部を代表して示しており、実際には図１０に示す回路構成が並列に２つ設けられる。

図７に示したＡ／Ｄ変換部４でディジタル化された２チャンネルの映像信号がＯＢクランプ処理部１５に供給されるが、そのうちの１チャンネルの映像信号（ここでは撮像エリア４１Ａ及びＯＢエリア４２Ａからの映像信号とする）が、図１０に示すＯＢ ＢＬＫ積算部５１と減算器５４にそれぞれ供給される。ＯＢ ＢＬＫ積算部５１は、撮像エリア４１Ａ及びＯＢエリア４２Ａからのディジタル映像信号を入力信号として受け、内部のＯＢ位置ゲート５１１により、図７に示した制御部１１からの４つのブロック４３Ａ１〜４３Ａ４の位置情報に基づいて、水平同期信号及び垂直同期信号を用いて、４つのブロック４３Ａ１〜４３Ａ４のＯＢレベルデータをゲート出力して図１０の加算器５１２に供給し、加算器５１２の出力と加算することで積算する。

ＯＢ ＢＬＫ積算部５１で得られた４つのブロック４３Ａ１〜４３Ａ４の各ブロック毎のＯＢレベルデータの積算値は、変化量演算部５２内の平均化部５２１に供給されて互いに独立に平均化された後、変化量演算部５２内の演算部５２２で各ライン毎のＯＢ補正レベルが求められる。すなわち、演算部５２２は、平均化部５２１から入力される平均値が、ラインＬａからラインＬｂまでのブロック４３Ａ１ではＡＶ１、ラインＬｃからラインＬｄまでのブロック４３Ａ２ではＡＶ２、ラインＬｅからラインＬｆまでのブロック４３Ａ３ではＡＶ３、ラインｇからラインＬｈまでのブロック４３Ａ４ではＡＶ４とすると、以下の演算を行う。

ブロック４３Ａ１での垂直方向の中心位置は（Ｌａ＋Ｌｂ）／２、ブロック４３Ａ２での垂直方向の中心位置は（Ｌｃ＋Ｌｄ）／２、ブロック４３Ａ３での垂直方向の中心位置は（Ｌｅ＋Ｌｆ）／２、ブロック４３Ａ４での垂直方向の中心位置は（Ｌｇ＋Ｌｈ）／２であるので、ブロック４３Ａ１の中心画素とブロック４３Ａ２の中心画素との距離Ｄ（Ａ１２）は、
Ｄ（Ａ１２）＝｛（Ｌｃ＋Ｌｄ）／２｝−｛（Ｌａ＋Ｌｂ）／２｝
となり、そのときのＯＢレベルの変化量Ｘ（Ａ１２）は、
Ｘ（Ａ１２）＝ＡＶ２−ＡＶ１
である。

従って、ブロック４３Ａ１とブロック４３Ａ２間の各ラインでのＯＢ補正レベルＯＢＡ１２（ｎ）は、ブロック４３Ａ１の中心画素からブロック４３Ａ２の中心画素へ向かってのライン数をｎとすると、次式で与えられる。

ＯＢＡ１２（ｎ）＝ｎ・Ｘ（Ａ１２）／Ｄ（Ａ１２）＋ＡＶ１
同様にして、ブロック４３Ａ２とブロック４３Ａ３間の各ラインでのＯＢ補正レベルと、ブロック４３Ａ３とブロック４３Ａ４間の各ラインでのＯＢ補正レベルも求められる。

また、固体撮像素子１４の垂直方向のライン数を４８０とすると、１ライン目からブロック４３Ａ１の中心ラインまでのＯＢ補正レベルＯＢＡ０１（ｎ）と、ブロック４３Ａ４の中心ラインから４８０ライン目までのＯＢ補正レベルＯＢＡ４５（ｎ）は、それぞれブロック４３Ａ１と４３Ａ２間の傾き、ブロック４３Ａ３と４３Ａ４間の傾きを流用して次式で算出される。

ＯＢＡ０１（ｎ）＝ＡＶ１−（Ｌａ−ｎ）・Ｘ（Ａ１２）／Ｄ（Ａ１２）
ＯＢＡ４５（ｎ）＝ｎ・Ｘ（Ａ３４）／Ｄ（Ａ３４）＋ＡＶ４

図１１は、このようにして変化量演算部５２において得られた各ラインのＯＢ補正レベルを示す。この各ラインのＯＢ補正レベルは、補正値格納部５３内の４８０個並列に設けられたレジスタ５３１のうち、対応するラインに割り当てられたレジスタにそれぞれ一旦格納される。その後、映像信号補正時に、水平同期信号及び垂直同期信号から入力映像信号のライン数を検出し、その検出ラインに対応したラインのＯＢ補正レベルを、対応するレジスタ５３１から補正値格納部５３内のスイッチ回路５３２により選択して減算器５４に供給し、入力映像信号と減算することにより、ＯＢクランプを実現する。

このように、ライン毎にＯＢレベルの変化を検出し、ＯＢ補正レベルを変化させることにより、より精度の高いＯＢクランプを行うことができ、多画素の固体撮像素子１４であっても、安定して正しい黒レベル及び無彩色の再現ができる。その結果、黒レベル変動による映像のシェーディングや低照度時の不自然な色付きを抑圧することができる。

なお、本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、例えば、図１及び図３に示した参考例の実施の形態においては、左右の出力アンプ２５Ａ、２５Ｂの製造時ばらつきによるゲイン差検出のためのサンプリング信号として、左右それぞれ任意の４つの監視エリアの映像信号を抽出し、積算を行い、そこから得られる値を用いて各ラインにおけるゲイン差を演算によって算出し、補正を行っているが、これに代わり、各ライン毎に全てのレベル値を計算し、それぞれのラインにおける補正レベルを個別に算出し、得られた補正レベルを、図１及び図３に示した実施の形態と同様に、制御部１１内に設けた補正値格納部に各ライン毎に用意されたバッファへ一時的に格納して映像信号の補正を行うようにしてもよい。

この場合は、例えば、各ライン毎に左右それぞれ１６画素分の映像信号を抽出し、これらの加算平均をとることで、そのラインでのレベル差とする。また、各ラインにおいて、異なる２種類の色フィルタを持つ画素からの出力が１クロック毎に出力されるので、各色フィルタ毎に８画素ずつの積算を行い、それぞれを減算することにより、より精度の高いゲイン差補正を実現することができる。

また、以上の実施例においては、撮像エリアを水平方向に２分割して信号出力の読み出しを行う固体撮像素子を用いていたが、これを水平方向に３つ以上に分割して出力する場合にも、前述の参考例と同一の方法で、それぞれの境界面での信号レベル差を補正してもよく、あるいは、左右両端の２つのＯＢエリア各々に複数のブロックを設けてそのＯＢ信号を抽出し、積算を行い、そこから得られる値を用いて各ラインにおけるＯＢ補正レベルを算出し、ＯＢクランプ処理を行うようにしてもよい。

また、図８に示すブロック４３Ａ１〜４３Ａ４とブロック４３Ｂ１〜４３Ｂ４のそれぞれでＯＢレベルデータの積算を行う場合、図９に示したように、１つのブロック内では、奇数ラインでは、シアン（Ｃｙ）の色フィルタを持つ１画素と、イエロー（Ｙｅ）の色フィルタを持つ１画素からの出力が交互に８画素ずつ全部で１６画素出現し、偶数ラインでは、マゼンタ（Ｍｇ）の色フィルタを持つ１画素と、グリーン（Ｇ）の色フィルタを持つ１画素からの出力が交互に８画素ずつ全部で１６画素出現し、各色フィルタ２５６画素の全部で１０２４画素からなる。

そこで、図７及び図８に示した実施例のように上記の１ブロックから出力される１０２４画素のデータを一括で積算するのではなく、各色フィルタからの色毎に積算を別々に行うようにしてもよい。具体的には、図１０に示したＯＢ ＢＬＫ積算部５１を２つ用意し、各ライン毎の積算を行う際に、１画素ずつ交互に積算回路へ信号を入力し、色別に積算を行う。また、変化量演算部５２の積算値を格納するバッファを４ブロック×４色の計１６個にする。すなわち、図１０における変化量演算部５２及び補正値格納部５３については、各色フィルタ毎に４チャンネル用意する。これにより、クロックの飛び込みやノイズ等による誤差を吸収し、より正確なＯＢクランプを行うことができる。

また、図７及び図８に示した実施例では、固体撮像素子１４から出力されるＯＢエリア４２Ａ及び４２Ｂの信号について、各々任意の４ブロックを抽出し、積算を行い、そこから得られる値を用いて各ラインにおけるＯＢ補正レベルを算出し、ＯＢクランプ処理を行っていたが、これに代わり、各ライン毎に全てのＯＢ値を計算し、それぞれのラインにおけるＯＢ補正レベルを算出し、得られたＯＢ補正レベルを補正値格納部５３と同様の補正値格納部に各ライン毎に用意されたバッファへ一時的に格納し、映像信号の補正を行うようにしてもよい。

この場合、例えば、各ライン毎に１６画素分のＯＢエリアを抽出し、これらを積算し、平均をとることで、そのラインでの補正値とする。また、各ラインにおいて、異なる２種類の色フィルタを持つＯＢ画素の出力が１クロック毎に出力されるので、上記の例と同様に、各色フィルタ毎に８画素ずつの積算を行い、それぞれを減算することにより、より精度の高いＯＢクランプを実現することができる。

本発明の参考例になる撮像装置の実施の形態のブロック図である。 図１中の固体撮像素子の一実施の形態の構成図である。 図１中のＯＢクランプ処理部の一例のブロック図である。 図２中の各監視エリアの一例の構成図である。 図３のＯＢクランプ処理部で算出した各ラインにおける信号レベル差を示す図である。 図１中のＯＢクランプ処理部の他の例のブロック図である。 本実施例に適用される撮像装置のブロック図である。 図７中の固体撮像素子の一実施の形態の構成図である。 図８中のＯＢエリア内の各ブロックの一例の構成図である。 図７中のＯＢクランプ処理部の要部の一例のブロック図である。 図１０のＯＢクランプ処理部で算出した各ラインにおけるＯＢ補正レベルを示す図である。

符号の説明

１ 光学レンズ部
２、１４ 固体撮像素子
３ アナログ信号処理部
４ Ａ／Ｄ変換部
５、１５ ＯＢクランプ処理部
６ 画素密度変換部
７ ディジタル信号処理部
８ Ｄ／Ａ変換部
９ 外部画像表示部
１０ ＶＴＲ記録部
１１ 制御部
１２ 固体撮像素子駆動部
２１Ａ、２１Ｂ、４１Ａ、４１Ｂ 撮像エリア
２２Ａ、２２Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ ＯＢエリア
２３１〜２３８ 監視エリア
２４Ａ、２４Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ 水平ＣＣＤ
２５Ａ、２５Ｂ 出力アンプ
３１Ａ、３１Ｂ ＯＢクランプ回路
３２Ａ、３２Ｂ、３６Ａ、３６Ｂ 境界面積算部
３３Ａ、３３Ｂ、３７Ａ、３７Ｂ、５２ 変化量演算部
３４、３８ レベル比較部
３５Ａ、３５Ｂ 乗算器
４３Ａ１、４３Ａ２、４３Ａ３、４３Ａ４、４３Ｂ１、４３Ｂ２、４３Ｂ３、
４３Ｂ４ ＯＢエリア内のブロック
５１ ＯＢ ＢＬＫ積算部
５３ 補正値格納部
５４ 減算器

Claims (3)

1. 撮像エリアが水平方向に複数に分割されると共に、前記撮像エリアの左右両端にそれぞれ第１及び第２のＯＢエリアが設けられた固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記複数の分割撮像エリアから各々出力された撮像信号から、前記第１及び第２のＯＢエリアから各々出力された光学的な黒レベルを示す第１及び第２のＯＢ信号のうち、いずれかのＯＢ信号を減算することにより、前記撮像信号のＯＢクランプを行うＯＢクランプ処理部とを備えた撮像装置であって、
   前記ＯＢクランプ処理部を、
   前記第１のＯＢエリアについて、各ライン毎の第１のＯＢ補正レベルを算出する第１のＯＢ補正レベル算出手段と、
   前記第２のＯＢエリアについて、各ライン毎の第２のＯＢ補正レベルを算出する第２のＯＢ補正レベル算出手段と、
   前記第１のＯＢ補正レベル算出手段からの全ラインの第１のＯＢ補正レベルを格納し、前記複数の分割撮像エリアのうち前記第１のＯＢエリアに近い方の分割撮像エリアの各ラインの撮像信号に対して、格納している前記第１のＯＢ補正レベルを出力して減算する第１の補正手段と、
   前記第２のＯＢ補正レベル算出手段からの全ラインの第２のＯＢ補正レベルを格納し、前記複数の分割撮像エリアのうち前記第２のＯＢエリアに近い方の分割撮像エリアの各ラインの撮像信号に対して、格納している前記第２のＯＢ補正レベルを出力して減算する第２の補正手段と
   を有する構成としたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１のＯＢレベル算出手段は、前記第１のＯＢエリア内に垂直方向及び水平方向共に複数の画素からなる第１のブロックを複数設け、複数の前記第１のブロック内のＯＢ信号レベルの平均値をブロック別に算出し、それら複数の平均値を基に画面の垂直方向に補正の傾きを持たせて、前記各ライン毎の第１のＯＢ補正レベルを算出する手段であり、前記第２のＯＢレベル算出手段は、前記第２のＯＢエリア内に垂直方向及び水平方向共に複数の画素からなる第２のブロックを複数設け、複数の前記第２のブロック内のＯＢ信号レベルの平均値をブロック別に算出し、それら複数の平均値を基に画面の垂直方向に補正の傾きを持たせて、前記各ライン毎の第２のＯＢ補正レベルを算出する手段であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 複数の前記第１のブロックの前記第１のＯＢエリア内の位置と、複数の前記第２のブロックの前記第２のＯＢエリア内の位置を、外部から任意に移動させる手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。

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