JP4761912B2 - 電子カメラ - Google Patents

Description

この発明は、電子カメラに関し、特にたとえば被写界を表す画像信号の基準レベルを調整する、電子カメラに関する。

従来のこの種の回路の一例が、特許文献１に開示されている。この従来技術によれば、第１のクランプ回路はダミービット期間にクランプ処理を実行し、第２のクランプ回路は光学的黒期間にクランプ処理を実行する。つまり、ダミービットレベルは必ずしも光学的黒レベルと一致しないため、第１のクランプ回路で大まかなクランプ処理が実行され、続いて第２のクランプ回路で正確なクランプ処理が実行される。
特開２０００−３３３０７７号公報［H04N 5/243, 5/16, 5/335］

しかし、ＣＣＤイメージャで発生する暗電流の量は、有効画素エリアと光学的黒エリアとで異なる。有効画素エリアで発生する暗電流の量が光学的黒エリアで発生する暗電流の量よりも少ないと、画像信号を形成する被写界像成分が光学的黒エリアに注目するクランプ処理によって歪むおそれがある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、画像信号を形成する被写界像成分の歪みを防止することができる、電子カメラを提供することである。

請求項１の発明は、有効画素エリア、この有効画素エリアの左右に隣接しかつ遮光材で覆われた複数の受光素子が存在する光学的黒エリアおよび光学的黒エリアに隣接しかつ受光素子が存在しないダミーエリアを含む撮像面を有する撮像手段(18)、撮像手段によって捉えられた被写界に対応する電荷を撮像面のラスタ走査によって読み出す読み出し手段(16b)、読み出し手段によって読み出された電荷に基づく画像信号を入力してゲイン調整した画像信号を出力するＡＧＣ回路手段(24)、ＡＧＣ回路手段に設定される最適ゲインが低ゲインであるとき、光学的黒エリアでの第１タイミングでゲイン調整した画像信号をクランプして生画像信号を出力する第１クランプ手段(32a,44)、およびＡＧＣ回路手段に設定される最適ゲインが高ゲインであるとき、光学的黒エリアとダミーエリアに跨る第２タイミングでゲイン調整した画像信号をクランプして生画像信号を出力する第２クランプ手段(32b,44)を備える、電子カメラ(10)である。

このように、低ゲインのとき第１クランプ手段によって光学的黒エリアの第１タイミングでクランプし、高ゲインのとき第２クランプ手段によってダミーエリアと光学的黒エリアとを跨ぐ第２タイミングでクランプすることによって、画像信号の基準レベルは被写界像成分に適するレベルに合わせられ、被写界像成分の歪みが防止される。

請求項２の発明に従う電子カメラは、請求項１に従属し、第１および第２クランプ手段は、それぞれ、クランプした黒レベルとクランプレベルとの差分を検出する検出手段(SW1, 36)、および検出手段によって検出された差分信号を平滑する平滑手段(38)を含む。

請求項３の発明に従う電子カメラは、請求項２に従属し、第１および第２クランプ手段は、それぞれ、平滑手段の出力を生画像信号に加算する加算手段(26)をさらに含む。

請求項４の発明に従う電子カメラは、請求項１ないし３のいずれかに従属し、撮像面は光学的黒エリアおよび有効画素に割り当てられる複数の電荷転送路(18b)をさらに有する。

この発明によれば、低ゲインのとき第１クランプ手段によって光学的黒エリアの第１タイミングでクランプし、高ゲインのとき第２クランプ手段によってダミーエリアと光学的黒エリアとを跨ぐ第２タイミングでクランプすることによって、画像信号の基準レベルは被写界像成分に適するレベルに合わせられ、被写界像成分の歪みが防止される。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１を参照して、この実施例のディジタルカメラ１０は、光学レンズ１２を含む。被写界の光学像は、光学レンズ１２を介してＣＣＤイメージャ１８の撮像面に照射される。光学特性上、撮像面に照射された光学像は上下方向において反転する。

シャッタボタン５２が操作されると、ＣＰＵ５０は、被写界の明るさを測定し、測定結果に基づいて最適露光期間および最適ゲインを決定する。ＣＰＵ５０は、決定された最適露光期間に従う本露光とこの本露光によって生成された全ての電荷の読み出しとをドライバ１６ｂに命令し、さらに本露光が完了するタイミングでのシャッタ機構１４の駆動をドライバ１６ａに命令する。

ＣＰＵ５０はまた、最適ゲインをＡＧＣ回路２４に設定し、この最適ゲインの値に応じてセレクタ３０の設定を変更する。セレクタ３０は、最適ゲインが閾値以下である低ゲインのときクランプパルス発生回路３２ａを選択し、最適ゲインが閾値を上回る高ゲインのときクランプパルス発生回路３２ｂを選択する。

ドライバ１６ｂは、ＴＧ(Timing Generator)４２から出力されたタイミング信号に応答して、ＣＣＤイメージャ１８に本露光を施し、かつ本露光によって生成された全ての電荷を読み出す。この実施例のＣＣＤイメージャ１８はインタレース走査型であり、本露光によって生成された１フレームの生画像信号は複数フィールドに分けてＣＣＤイメージャ１８から読み出される。シャッタ機構１４は本露光が完了した時点でドライバ１６ａによって駆動され、これによってＣＣＤイメージャ１８への入射光が遮られる。

図２を参照して、ＣＣＤイメージャ１８は、撮像面に平面状に配列された複数の受光素子１８ａ，１８ａ，…と、複数の受光素子列にそれぞれ割り当てられた複数の垂直転送レジスタ１８ｂ，１８ｂ，…と、複数の垂直転送レジスタ１８ｂ，１８ｂ，…の終端に設けられた水平転送レジスタ１８ｃとを有する。

図３を参照して、撮像面は、有効画素エリア，光学的黒エリアおよびダミーエリアを有する。有効画素エリアは光学的黒エリアによって囲まれ、ダミーエリアはラスタ走査方向において光学的黒エリアに隣接する。図２に示す受光素子１８ａ，１８ａ，…および垂直転送レジスタ１８ｂ，１８ｂ，…は、有効画素エリアおよび光学的黒エリアの上に形成される。

ただし、有効画素エリア上の受光素子１８ａは被写界の光学像を受けるべく露出するものの、光学的黒エリア上の受光素子１８ａは図示しない遮光材によって覆われる。ダミーエリア上には、受光素子１８ａおよび垂直転送レジスタ１８ｂのいずれも存在しない。したがって、有効画素エリアは“被写界像エリア”と定義することができ、光学的黒エリアおよびダミーエリアの各々は“黒画像エリア”と定義することができる。

クランプエリア１は、光学的黒エリアに属するように撮像面に割り当てられる。クランプエリア２は、ラスタ走査方向においてダミーエリアおよび光学的黒エリアを跨ぐように、撮像面に割り当てられる。クランプエリア３は、ダミーエリアに属するように撮像面に割り当てられる。

各々の受光素子１８ａで生成された電荷は、垂直転送レジスタ１８ｂに読み出され、水平転送レジスタ１８ｃに向けて転送される。水平転送レジスタ１８ｃに到達した電荷は、その後、図示しないセンサゲートを介して出力される。

出力される電荷は、垂直転送レジスタ１８ｂで発生した暗電流に相当する成分を含む。暗電流成分の量は、垂直転送の距離が長いほど増大する。したがって、水平転送レジスタ１８ｃから離れた受光素子１８ａに対応する電荷ほど、多くの暗電流成分を含む。また、この実施例では、光学的黒エリアで発生する暗電流量は、有効画素エリアで発生する暗電流量よりも多い。

図１に戻って、クランプ回路２０は、ＴＧ４２からのタイミング信号に基づいて、クランプエリア３に対応する期間にクランプ処理を実行する。ＣＣＤイメージャ１８から出力された各ラインの生画像信号の基準レベルは、ダミーエリアに対応する黒レベルに固定される。

クランプ回路２０から出力された生画像信号は、ＣＤＳ回路２２およびＡＧＣ回路２４で相関２重サンプリングおよび自動ゲイン調整を施される。ＣＤＳ回路２２およびＡＧＣ回路２４のいずれの処理も、ＴＧ４２から出力されたタイミング信号に応答して実行される。ＡＧＣ回路２４からは、ＣＰＵ５０によって決定された最適ゲインを有する生画像信号が出力される。

上述のように、暗電流量は垂直転送の距離が長いほど増大し、かつ光学的黒エリアで発生する暗電流量は有効画素エリアで発生する暗電流量よりも多い。このため、低ゲインがＡＧＣ回路２４に設定された場合、ＡＧＣ回路２４から出力される生画像信号は、たとえば図５に示す特性を示す。一方、高ゲインがＡＧＣ回路２４に設定された場合、ＡＧＣ回路２４から出力される生画像信号は、たとえば図７に示す特性を示す。

クランプ回路４４を形成する加算器２６は、ＡＧＣ回路２４から出力された生画像信号とＤ／Ａ変換器４０から出力されたオフセット信号とを互いに加算し、Ａ／Ｄ変換器２８は、加算器２６から出力された生画像信号をディジタル信号である生画像データに変換する。Ａ／Ｄ変換器２８では、ディジタル信号への変換と同時にクリップ処理が実行される。クリップレベルは、ダミークランプレベルから所定値だけ下回る。Ａ／Ｄ変換器２８から出力される生画像データは、クリップレベル以上の生画像信号に対応するデータとなる。

クランプパルス発生回路３２ａは、ＴＧ４２から出力されるタイミング信号に基づいて、図４（Ｂ）に示すクランプパルスＰ１を発生する。クランプパルス発生回路３２ｂは、ＴＧ４２から出力されるタイミング信号に基づいて、図４（Ｃ）に示すクランプパルスＰ２を発生する。

図３に示す撮像面を垂直方向中央で水平方向に眺めると、有効画素エリア，光学的黒エリア，ダミーエリア，クランプエリア１および２は、図４（Ａ）に示すように分布する。これより、クランプパルスＰ１がクランプエリア１に対応するタイミングでハイレベルとなり、クランプパルス２がクランプエリア２に対応するタイミングでハイレベルとなることが分かる。

クランプパルスＰ１は、低ゲインがＡＧＣ回路２４に設定されたとき、セレクタ３０を介してスイッチＳＷ１に与えられる。クランプパルスＰ２は、高ゲインがＡＧＣ回路２４に設定されたとき、セレクタ３０を介してスイッチＳＷ１に与えられる。スイッチＳＷ１は、与えられたクランプパルスがハイレベルのときオン状態となり、与えられたクランプパルスがローレベルのときオフ状態となる。

クランプパルスＰ１が選択されたときは、Ａ／Ｄ変換器２８から出力される各ライン生画像データのうち、クランプエリア１に対応する黒レベルデータがスイッチＳＷ１から出力される。クランプパルスＰ２が選択されたときは、Ａ／Ｄ変換器２８から出力される生画像データのうち、クランプエリア２に対応する黒レベルデータがスイッチＳＷ１から出力される。

スイッチＳＷ１から出力された黒レベルデータは、演算器３６のマイナス入力端子に与えられる。一方、クランプレベル設定回路３４は、クランプレベルデータを演算器３６のプラス入力端子に与える。クランプレベルデータは、上述のダミークランプレベルに相当するデータ値を有する。演算器３６は、かかるクランプレベルデータから黒レベルデータを減算し、これによって得られた減算データをＬＰＦ３８に向けて出力する。

ＬＰＦ３８は、演算器３６からの減算データを平滑してオフセットデータを生成する。生成されたオフセットデータは、Ｄ／Ａ変換器３８によってアナログ信号であるオフセット信号に変換される。加算器２６は、こうして求められたオフセット信号をＡＧＣ回路２４からの生画像信号に加算する。

図５に示す特性を有する生画像信号がＡＧＣ回路２４から出力されたときは、光学的黒エリアに注目するクランプ処理が実行される。加算器２６からは、図６に示す特性を有する生画像信号が出力される。一方、図７に示す特性を有する生画像信号がＡＧＣ回路２４から出力されたときは、光学的黒エリアおよびダミーエリアに注目するクランプ処理が実行される。加算器２６からは、図８に示す特性を有する生画像信号が出力される。このような生画像信号がＡ／Ｄ変換器２８によって生画像データに変換されても、有効画素エリアに対応する被写界像成分がクリップ処理によって削られることはない。

信号処理回路４６は、かかるクランプ処理を施された生画像データをＡ／Ｄ変換器２８から取り込み、色分離，白バランス調整，ＹＵＶ変換，ＪＰＥＧ圧縮の一連の処理を施す。これによって得られた圧縮画像データは、ファイル形式で記録媒体４８に記録される。

以上の説明から分かるように、被写界は、ＣＣＤイメージャ１８によって捉えられる。ＴＧ４２は、ＣＣＤイメージャ１８によって捉えられた被写界に対応する電荷を撮像面のラスタ走査によって読み出す。読み出された電荷に基づく生画像信号は、高ゲインがＡＧＣ回路２４に設定されたとき、クランプパルスＰ２によって規定されるタイミングでクランプ回路４４によってクランプされる。

ここで、撮像面は、各々が黒画像に対応する光学的黒エリアおよびダミーエリアと、被写界像に対応する有効画素エリアとを有する。また、光学的黒エリアおよびダミーエリアは、ラスタ走査方向において互いに隣接する。さらに、撮像面で発生する暗電流の量は、光学的黒エリア，有効画素エリアおよびダミーエリアの順で減少する。さらにまた、クランプパルスＰ２によって規定されるタイミングは、ラスタ走査方向において光学的黒エリアおよびダミーエリアを跨ぐタイミングである。

このように、ＣＣＤイメージャ１８から読み出された電荷に基づく生画像信号は、撮像面で発生する暗電流の量が光学的黒エリア，有効画素エリアおよびダミーエリアの順で減少することを前提として、光学的黒エリアおよびダミーエリアを跨ぐタイミングでクランプされる。生画像信号の基準レベルは被写界像成分に適するレベルに合わせられ、これによって被写界像成分の歪みが防止される。

なお、この実施例では、ＣＣＤイメージャ１８から出力された生画像信号は、クランプ回路２０においてダミーエリアに注目したクランプ処理を施される。しかし、クランプ回路２０にセレクタ３０で選択されたクランプパルスを与え、光学的黒エリアのみに注目したクランプ処理または光学的黒エリアおよびダミーエリアの両方に注目したクランプ処理をクランプ回路２０に実行させるようにしてもよい。

この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。 図１実施例に適用されるＣＣＤイメージャが有する撮像面のマッピング状態の一例を示す図解図である。 図１実施例に適用されるＣＣＤイメージャが有する撮像面の構造の一例を示す図解図である。 （Ａ）は図２に示す撮像面の水平方向におけるエリア区分の一例を示す図解図であり、（Ｂ）はクランプパルスＰ１の一例を示す波形図であり、（Ｃ）はクランプパルスＰ２の一例を示す波形図であり、（Ｄ）は生画像信号の一例を示す波形図である。 低ゲインで増幅された生画像信号の特性の一例を示すグラフである。 低ゲインで増幅されかつ光学的黒エリアに注目してクランプされた生画像信号の特性の一例を示すグラフである。 高ゲインで増幅された生画像信号の特性の一例を示すグラフである。 高ゲインで増幅されかつ光学的黒エリアおよびダミーエリアに注目してクランプされた生画像信号の特性の一例を示すグラフである。

符号の説明

１０ …ディジタルカメラ
１８ …イメージセンサ
２０，４４ …クランプ回路
２６ …加算器
３２ａ，３２ｂ …クランプパルス発生回路
３０ …セレクタ
３４ …クランプレベル設定回路
３６ …演算器
３８ …ＬＰＦ

Claims (4)

1. 有効画素エリア、この有効画素エリアの左右に隣接しかつ遮光材で覆われた複数の受光素子が存在する光学的黒エリアおよび光学的黒エリアに隣接しかつ受光素子が存在しないダミーエリアを含む撮像面を有する撮像手段、
   前記撮像手段によって捉えられた被写界に対応する電荷を前記撮像面のラスタ走査によって読み出す読み出し手段、
   前記読み出し手段によって読み出された電荷に基づく画像信号を入力してゲイン調整した画像信号を出力するＡＧＣ回路手段、
   前記ＡＧＣ回路手段に設定される最適ゲインが低ゲインであるとき、前記光学的黒エリアでの第１タイミングで前記ゲイン調整した画像信号をクランプして生画像信号を出力する第１クランプ手段、および
   前記ＡＧＣ回路手段に設定される最適ゲインが高ゲインであるとき、前記光学的黒エリアと前記ダミーエリアに跨る第２タイミングで前記ゲイン調整した画像信号をクランプして生画像信号を出力する第２クランプ手段を備える、電子カメラ。
2. 前記第１および第２クランプ手段は、それぞれ、クランプした黒レベルとクランプレベルとの差分を検出する検出手段、および前記検出手段によって検出された差分信号を平滑する平滑手段を含む、請求項１記載の電子カメラ。
3. 前記第１および第２クランプ手段は、それぞれ、前記平滑手段の出力を前記生画像信号に加算する加算手段をさらに含む、請求項２記載の電子カメラ。
4. 前記撮像面は前記光学的黒エリアおよび前記有効画素エリアに割り当てられる複数の電荷転送路をさらに有する、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子カメラ。

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