JPH10210370A

JPH10210370A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH10210370A
Application number: JP9014236A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Ishida; 孝芳石田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】過大光がＣＣＤに入射した場合でも適正な露
光制御ならびに映像信号処理を行い、良好な画面表示を
行う。【解決手段】ＣＣＤの水平期間の一部で、リセットパ
ルスＦＲに対して、水平転送パルスＦＨ１、ＦＨ２の位
相を反転させ、ＯＢ信号と疑似的な疑似ＯＢ信号を生成
すると共に、クランプパルス発生回路からクランプパル
スが供給された際に、上記疑似ＯＢ信号をクランプする
疑似ＯＢクランプ回路を設ける。これにより、過大光が
ＣＣＤに入射し、ＯＢ部に転送電荷があふれた場合に、
ＯＢ部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、黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベル、
すなわち、疑似的なＯＢレベルが生成される。上記の疑
似的なＯＢレベルに基づいて露光制御を行えば、通常の
ＯＢレベルの変動の影響を受けることがなく、良好な画
面表示を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、監視カメラ、ドア
ホンカメラ、テレビ電話用カメラ、ビデオカメラムービ
ー等に使用される固体撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、固体撮像素子（Charge Coupl
ed Device ；以下、ＣＣＤと略称する）を内蔵したＣＣ
Ｄカメラ等の固体撮像装置が種々提案されている。この
種の固体撮像装置は、図７に示すように、レンズ５１を
介して入射する被写体画像を撮像するＩＴ（Interline
Transfer）型のＣＣＤ５２と、ＣＤＳ（Corelated Doub
le Sampling ）回路５３と、ＯＢ（Optical Black ）ク
ランプ回路５４と、映像信号処理部５５とを備えてい
る。

【０００３】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、上記信号のクロ
ック成分が上記ＣＤＳ回路５３にて除去され、ノイズが
軽減される。ＣＣＤ５２における後述のＯＢ部７３（図
８参照）からの出力信号は、ＯＢクランプ回路５４にて
クランプ、すなわち、直流レベルに固定される。これに
より、黒の基準となる信号レベルが生成される。映像信
号処理部５５では、このようにして得られた信号レベル
を基準にして各種の処理が行われる。

【０００４】上記映像信号処理部５５は、同図に示すよ
うに、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路５６と、
補正処理回路５７と、ペデスタルクランプ回路５８と、
駆動回路５９とで構成されている。

【０００５】上記ＡＧＣ回路５６では、ＯＢクランプ回
路５４からの入力信号の強弱に応じて利得（ゲイン）が
自動的に制御される。そして、ＡＧＣ回路５６からの出
力信号は、補正処理回路５７でガンマ補正され、ペデス
タルクランプ回路５８でペデスタルレベルにてクランプ
された後、駆動回路５９からビデオ信号として出力され
る。

【０００６】このように、一般的には、映像信号処理部
５５にて各種信号処理が行われる前に、上記ＯＢクラン
プ回路５４にてクランプ動作が行われる。そして、映像
信号処理部５５では、上記ＯＢクランプ回路５４にてク
ランプされた信号のレベルを基準として各種の処理が行
われ、テレビモニタ等の表示装置に適応した映像信号
が、上記映像信号処理部５５からビデオ信号として出力
される。

【０００７】また、上記固体撮像装置は、ＯＢクランプ
回路５４からの出力信号を検波する検波回路６０と、該
検波回路６０から出力される信号に基づいて、アイリス
ならびに露光の制御等を行う露光制御部６１と、露光制
御部６１からの出力に基づいてＣＣＤ５２を駆動させる
ＣＣＤ駆動回路６２とを備えている。露光制御部６１お
よびＣＣＤ駆動回路６２においても、ＯＢクランプ回路
５４にてクランプされた信号のレベルを基準にしてそれ
ぞれの動作が行われる。なお、上記の露光は、例えば上
記ＣＣＤ５２が備える電子シャッタ機能を用いて制御さ
れる。

【０００８】ここで、ＣＣＤ５２の１チップの基本構成
を図８（ａ）および（ｂ）に示す。通常、ＣＣＤ５２
は、光電変換素子である複数のフォトダイオード７４…
が受光基板７１上に２次元的に配列されてなっている。
そして、被写体画像光を受光することが可能な有効画素
部７２と、ダミー画素部としてのＯＢ部７３とが受光基
板７１上に形成されている。

【０００９】上記のＯＢ部７３のフォトダイオード７４
…の上方には、アルミ等の遮光部材が敷設されており、
被写体画像光が上記遮光部材によって遮光されるように
なっている。これにより、ＯＢ部７３のフォトダイオー
ド７４…からの出力は、光学的な黒レベルの基準として
用いられる。

【００１０】また、ＣＣＤ５２は、フォトダイオード７
４…の各列に沿って設けられた垂直ＣＣＤシフトレジス
タ７５…と、該垂直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ＣＣ
Ｄシフトレジスタ７６とを有している。これにより、フ
ォトダイオード７４…にて光電変換され、対応する垂直
ＣＣＤシフトレジスタ７５に送られた電荷は、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。そして、水平ＣＣ
Ｄ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（出力回
路）７７に順次転送され、電気信号として外部に出力さ
れる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
上記の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り、固体撮像装置の用途が著し
く広がってきている。このようなカメラは当然、屋外を
撮影することが多いので、太陽光などの過大光がＣＣＤ
５２に入射することがある。

【００１２】ここで、通常動作時および過大光入射時の
それぞれにおいて、ＣＣＤ５２からの出力信号、ＣＤＳ
回路５３からの出力信号、駆動回路５９からの映像信号
の各波形を図９（ａ）および（ｂ）に示す。

【００１３】同図（ｂ）に示すように、過大光がＣＣＤ
５２に入射すると、ＯＢ部７３のフォトダイオード７４
…からの電荷の出力期間（ＯＢ期間）において、ＯＢ部
７３のフォトダイオード７４…からの電荷の出力、すな
わち、ＯＢレベルが、同図（ａ）で示した通常動作時よ
りも高レベルに変動していることがわかる。これは以下
の理由によるものである。

【００１４】すなわち、過大光がＣＣＤ５２に入射する
と、受光部（有効画素部７２のフォトダイオード７４
…）で発生した電荷が、対応する垂直ＣＣＤシフトレジ
スタ７５の容量を越えて、水平ＣＣＤシフトレジスタ７
６の走査期間中に水平ＣＣＤシフトレジスタ７６に漏れ
込む。さらには、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６に漏れ
込んだ電荷が、水平ＣＣＤシフトレジスタ７６の容量を
も越えて、本来は電荷が転送されることのないＯＢ部７
３にも転送される。その結果、ＯＢレベルが通常動作時
よりも高レベルに変動するのである。

【００１５】このように、過大光がＣＣＤ５２に入射し
てＯＢレベルが通常よりも高レベルに変動すると、ＯＢ
部７３からの出力が光学的な黒レベルの基準とはならな
くなる。このため、黒い部分はつぶれて沈んだ画面表示
となる。

【００１６】また、ＯＢレベルが通常よりも高レベルと
なることにより、映像信号の出力は実際よりも低レベル
となる。すると、露光制御においては、露光時間を延ば
す方向に制御され、さらに現象が悪化する。したがっ
て、上記従来の構成では、光量が大きい場合に、明るい
被写体が画面上で真っ黒に見え、光源以外での被写体の
認識ができなくなるという問題が生ずる。

【００１７】そこで、例えば特開昭６０−１０９２７２
号公報に開示された固体撮像装置では、受光部とＯＢ部
との間に、上記ＯＢ部と同じ大きさか、それより行方向
寸法がやや大きい余剰電荷吸収用および電荷排出用のド
レイン領域を配することによって、受光部とＯＢ部とを
所定間隔でもって分離すると共に、それらに対応するよ
うに水平ＣＣＤシフトレジスタを独立して設けることに
より、受光部からＯＢ部への電荷の漏洩の防止を試みて
いる。

【００１８】しかし、上記構成では、受光部とＯＢ部と
の間に上記ドレイン領域を配したり、各水平ＣＣＤシフ
トレジスタから転送されてくる電荷を合流させて出力す
る構成のため、ＣＣＤの構造が複雑なものとなり、固体
撮像装置の価格上昇を招き兼ねない。

【００１９】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、簡単な構成で、過大光が
ＣＣＤ５２に入射した場合でも適正な露光制御を行って
良好な画面表示を行うことのできる固体撮像装置を提供
することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る固
体撮像装置は、上記の課題を解決するために、被写体画
像に対応する光を受光する有効画素部と黒レベルに対応
した信号を出力するオプティカルブラック部とを有する
固体撮像素子と、上記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信号をクランプする第１クランプ
手段と、上記第１クランプ手段にてクランプされた信号
のレベルを基準にして、上記固体撮像素子の有効画素部
から出力される信号に対して映像信号処理を行う映像信
号処理部と、上記固体撮像素子の露光を制御する露光制
御部とが設けられた固体撮像装置であって、上記固体撮
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、上記黒レベルと略等しいレベルに対応した信号を
生成すると共に上記信号をクランプする第２クランプ手
段が設けられ、上記露光制御部は、上記第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にして上記固
体撮像素子の露光を制御することを特徴としている。

【００２１】上記の構成によれば、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信号が、第１クラン
プ手段にてクランプされる。そして、このクランプされ
た信号のレベルに基づいて、固体撮像素子の有効画素部
から出力される信号が、映像信号処理部にて処理され
る。

【００２２】一方、第２クランプ手段によって、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が変化
され、上記黒レベルと略等しいレベルに対応した信号が
生成されると共に上記信号がクランプされる。

【００２３】このとき、露光制御部は、上記第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にして固
体撮像素子の露光を制御するので、固体撮像素子に太陽
光などの過大光が入射した場合でも、適正に露光制御を
行うことができ、その結果、良好な画面表示を行うこと
ができる。

【００２４】つまり、通常、太陽光などの過大光が固体
撮像素子に入射すると、上記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ることのない
オプティカルブラック部にも転送され、黒レベルが通常
に比べて変動する。その結果、オプティカルブラック部
からの出力が光学的な黒レベルの基準とはならなくな
る。

【００２５】しかし、上記構成によれば、過大光が固体
撮像素子に入射した場合に、たとえオプティカルブラッ
ク部に電荷が転送されたとしても、水平転送パルスの位
相変化によって上記電荷が一旦排出され、その結果、本
来の黒レベルと略等しいレベルに対応した信号が疑似的
に生成される。そして、露光制御がこの疑似的な信号に
基づいて行われる。

【００２６】したがって、第２クランプ手段を追加した
だけの比較的簡単な構成により、過大光が固体撮像素子
に入射し、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
しいレベルでもって露光制御を行うことができる。その
結果、過大光が固体撮像素子に入射した場合でも、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調整されるの
で、本来の黒レベルに基づいて処理を行う映像信号処理
をも適正に行うことができる。

【００２７】請求項２の発明に係る固体撮像装置は、上
記の課題を解決するために、請求項１の構成に加えて、
上記露光制御部の制御情報に基づいて入射光量が所定量
以上であるか否かを検出する光量検出手段と、上記光量
検出手段によって入射光量が所定量以上であることが判
明した場合に、上記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切り換えるパルス切り換え手段と
が設けられていることを特徴としている。

【００２８】上記の構成によれば、光量検出手段によっ
て入射光量が所定量以上であることが判明した場合に
は、パルス切り換え手段によって固体撮像素子の水平期
間の一部で水平転送パルスの位相が切り換えられる。こ
れにより、固体撮像素子のオプティカルブラック部に蓄
積された電荷が一旦排出され、上記オプティカルブラッ
ク部から本来の黒レベルと略等しいレベルの信号が出力
される。

【００２９】そして、上記信号は第１クランプ手段にて
クランプされ、このクランプされた信号のレベルを基準
にして、映像信号処理部にて映像信号処理が行われる。
つまり、上記構成では、露光制御と同様に映像信号処理
においても、本来の黒レベルと疑似的なレベルを基準に
して処理が行われる。

【００３０】ところで、上記疑似的なレベルはあくまで
も本来の黒レベルに疑似的なものであり、上記本来の黒
レベルと全く同一ではない。したがって、映像信号処理
は極力、正規の黒レベルを基準にして行われることが望
ましい。そこで、入射光量が所定量よりも小さい場合、
例えば最大限の露光制御を行うことによって、オプティ
カルブラック部での電荷のあふれは回避される。その結
果、本来の黒レベルを基準にして映像信号処理を的確に
行うことができる。

【００３１】しかし、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オプティカルブラ
ック部に電荷があふれ、黒レベルが変動する。そこで、
上記構成によれば、入射光量が所定量以上となった場合
には、本来の黒レベルと疑似的なレベルを基準にして映
像信号処理が行われる。

【００３２】したがって、上記構成によれば、入射光量
の大小によって、映像信号処理を行う際の黒レベルの基
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
することのできないくらいの強烈光が固体撮像素子に入
射し、オプティカルブラック部に電荷があふれた場合で
も、十分とは言えないが疑似的なレベルを基準にして映
像信号処理を行うことにより、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。

【００３３】請求項３の発明に係る固体撮像装置は、上
記の課題を解決するために、被写体画像に対応する光を
受光する有効画素部と黒レベルに対応した信号を出力す
るオプティカルブラック部とを有する固体撮像素子と、
上記固体撮像素子のオプティカルブラック部から出力さ
れる信号をクランプする第１クランプ手段と、上記固体
撮像素子の有効画素部から出力される信号に対して映像
信号処理を行う映像信号処理部と、上記固体撮像素子の
露光を制御する露光制御部とが設けられた固体撮像装置
であって、上記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、上記黒レベルと略等しいレ
ベルに対応した信号を生成すると共に上記信号をクラン
プする第２クランプ手段と、上記第１クランプ手段から
の出力または上記第２クランプ手段からの出力のどちら
か一方が上記映像信号処理部に入力されるように、上記
両者の出力を切り換える出力切り換え手段と、上記露光
制御部の制御情報に基づいて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が設けられ、上記出
力切り換え手段は、上記光量検出手段によって入射光量
が所定量より小さいことが判明した場合に、上記第１ク
ランプ手段からの出力を上記映像信号処理部に入力する
一方、上記光量検出手段によって入射光量が所定量以上
であることが判明した場合に、上記第２クランプ手段か
らの出力を上記映像信号処理部に入力することを特徴と
している。

【００３４】上記の構成によれば、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にして、露光制御
部によって固体撮像素子の露光が制御される。これによ
り、固体撮像素子に太陽光などの過大光が入射した場合
でも、適正に露光制御を行って良好な画面表示を行うこ
とができる。

【００３５】つまり、通常、太陽光などの過大光が固体
撮像素子に入射すると、上記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ることのない
オプティカルブラック部にも転送され、黒レベルが通常
に比べて変動する。その結果、オプティカルブラック部
からの出力が光学的な黒レベルの基準とはならなくな
る。

【００３６】しかし、上記構成によれば、過大光が固体
撮像素子に入射した場合に、たとえオプティカルブラッ
ク部に電荷が転送されたとしても、水平転送パルスの位
相変化によって上記電荷が一旦排出され、その結果、本
来の黒レベルと略等しいレベルに対応した信号が疑似的
に生成される。そして、露光制御がこの疑似的な信号に
基づいて行われる。

【００３７】したがって、上記構成によれば、過大光が
固体撮像素子に入射し、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
レベルと略等しいレベルでもって露光制御を行うことが
できる。その結果、過大光が固体撮像素子に入射した場
合でも、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
調整されるので、本来の黒レベルに基づいて処理を行う
映像信号処理をも適正に行うことができる。

【００３８】また、光量検出手段によって入射光量が所
定量より小さいことが判明した場合には、出力切り換え
手段の作用によって、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。この場合、本来の黒レベル
に対応した信号に基づいて適正な映像信号処理が行われ
る。

【００３９】一方、光量検出手段によって入射光量が所
定量以上であることが判明した場合には、第２クランプ
手段によって、固体撮像素子の水平期間の一部で水平転
送パルスの位相が変化され、上記黒レベルと略等しい疑
似的なレベルに対応した信号が生成されると共に上記信
号がクランプされる。そして、出力切り換え手段の作用
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。この場合、本来の黒レベルと疑似的な
レベルに対応した信号に基づいて適正な映像信号処理が
行われる。

【００４０】したがって、上記構成によれば、入射光量
の大小によって、映像信号処理を行う際の黒レベルの基
準となるレベルが出力切り換え手段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のできないくら
いの強烈光が固体撮像素子に入射し、オプティカルブラ
ック部に電荷があふれた場合でも、十分とは言えないが
疑似的なレベルを基準にして映像信号処理を行うことが
でき、その結果、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。

【００４１】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態１〕本発明の実施の一形態について、図１
ないし図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。

【００４２】本実施形態における固体撮像装置は、図２
に示すように、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）１、
ＣＤＳ（Corelated Double Sampling ）回路２、ＯＢ
（Optical Black ）クランプ回路３、クランプパルス発
生回路４、疑似ＯＢクランプ回路５、クランプパルス発
生回路６、映像信号処理部７、検波回路８、露光制御部
９、およびＣＣＤ駆動回路１０を備えている。

【００４３】ＣＣＤ１は、図示しないレンズを介して入
射する被写体画像を撮像するＩＴ（Interline Transfe
r）型の固体撮像素子である。このＣＣＤ１は、図示は
しないが、被写体画像に対応する光を受光する有効画素
部と黒レベルに対応した信号を出力するオプティカルブ
ラック部（以下、ＯＢ部と略称する）とを有している。
なお、ＣＣＤ１の１チップの構成は、図８（ａ）および
（ｂ）で示した従来のＣＣＤ５２の構成と全く同一であ
り、その詳細な説明については省略する。ＣＤＳ回路２
は、ＣＣＤ１からの出力信号のクロック成分を除去し、
ノイズを軽減する。

【００４４】ＯＢクランプ回路３（第１クランプ手段）
は、クランプパルス発生回路４からクランプパルスＣＰ
１が供給された際に、ＣＣＤ１におけるＯＢ部からの信
号（以下、ＯＢ信号と称する）をクランプ、すなわち、
直流レベルに固定する。これにより、クランプされた信
号のレベル（以下、ＯＢレベルと称する）が黒の基準と
なる。

【００４５】クランプパルス発生回路４は、ＯＢクラン
プ回路３が上記ＯＢ信号をクランプするためのクランプ
パルスＣＰ１を発生し、このクランプパルスＣＰ１をＯ
Ｂクランプ回路３に供給する。

【００４６】疑似ＯＢクランプ回路５（第２クランプ手
段）は、ＣＣＤ１の水平期間の一部で水平転送パルスＦ
Ｈ１、ＦＨ２の位相を変化させ、上記ＯＢレベルと略等
しいレベルに対応した疑似的な信号を生成すると共に上
記信号をクランプする。詳しくは、疑似ＯＢクランプ回
路５は、図３に示すように、ＣＣＤ１の水平期間の一部
で、リセットパルスＦＲに対して、水平転送パルスＦＨ
１、ＦＨ２の位相を反転させて、ＯＢ部に転送された電
荷を全てリセットドレインＲＤ（図１参照）に排出さ
せ、上記ＯＢ信号と疑似的な疑似ＯＢ信号を生成すると
共に、クランプパルス発生回路６からクランプパルスＣ
Ｐ２が供給された際に、上記疑似ＯＢ信号をクランプ
し、黒レベル（ＯＢレベル）と略等しいレベル、すなわ
ち、疑似的なＯＢレベルを生成する。

【００４７】クランプパルス発生回路６は、疑似ＯＢク
ランプ回路５が上記疑似ＯＢ信号をクランプするための
クランプパルスＣＰ２を発生し、このクランプパルスＣ
Ｐ２を疑似ＯＢクランプ回路５に供給する。

【００４８】映像信号処理部７は、ＡＧＣ（Automatic
Gain Control）回路、補正処理回路、ペデスタルクラン
プ回路、駆動回路（いずれも図示せず）で構成され、Ｏ
Ｂクランプ回路３にて得られるＯＢレベルを基準とし
て、ＣＣＤ１の有効画素部から出力される信号に対して
各種の処理を行う。これにより、テレビモニタ等の表示
装置に適応した映像信号が、映像信号処理部７からビデ
オ信号として出力される。なお、映像信号処理部７は、
図７で示した従来の固体撮像装置の映像信号処理部５５
と同一の構成であるので、映像信号処理部７を構成する
各々の回路の詳細な説明については省略する。

【００４９】検波回路８は、疑似ＯＢクランプ回路５か
らの出力信号を検波する。露光制御部９は、上記検波回
路８から出力される信号に基づいて、ＣＣＤ１のアイリ
スならびに露光の制御等を行う。ＣＣＤ駆動回路１０
は、上記露光制御部９の制御に基づいてＣＣＤ１を駆動
させる。露光制御部９およびＣＣＤ駆動回路１０は、疑
似ＯＢクランプ回路５にてクランプされた信号のレベル
（疑似的なＯＢレベル）を基準にして、それぞれの動作
を行う。なお、上記の露光は、例えば上記ＣＣＤ１が備
える電子シャッタ機能を用いて制御される。

【００５０】次に、本実施形態における固体撮像装置の
動作について、図１および図３に基づいて説明する。

【００５１】まず、図示しないレンズを介して入射する
被写体画像がＣＣＤ１によって撮像されると、図３
（ａ）および（ｂ）に示すような水平転送パルスＦＨ
１、ＦＨ２、リセットパルスＦＲにより、同図（ｂ）に
示すようなＣＣＤ１からの出力信号の波形が得られる。
なお、同図（ｂ）は、同図（ａ）中のＡ部の拡大図を示
している。ＣＣＤ１の出力信号は、ＣＤＳ回路２にてそ
のクロック成分が除去され、ノイズが軽減された後、Ｏ
Ｂクランプ回路３および疑似ＯＢクランプ回路５に入力
される。

【００５２】ＯＢクランプ回路３では、クランプパルス
発生回路４から供給されるクランプパルスＣＰ１によ
り、ＣＣＤ１からのＯＢ信号がクランプされ、黒レベル
となるＯＢレベルが生成される。この生成されたＯＢレ
ベルに基づき、映像信号処理部７にて各種映像処理が行
われ、映像信号処理部７からビデオ信号が出力される。

【００５３】一方、疑似ＯＢクランプ回路５では、リセ
ットパルスＦＲに対して、水平転送パルスＦＨ１、ＦＨ
２の位相が反転され、ＣＣＤ１からの出力として疑似Ｏ
Ｂ信号が生成される（なお、この疑似ＯＢ信号が出力さ
れている期間を、以下では疑似ＯＢ期間と称する）。こ
の疑似ＯＢ信号は、クランプパルス発生回路６から供給
されるクランプパルスＣＰ２によりクランプされ、黒レ
ベル（ＯＢレベル）と略等しい疑似的なＯＢレベルが生
成される。

【００５４】疑似ＯＢクランプ回路５からの出力信号が
検波回路８にて検波されると、ＣＣＤ駆動回路１０は、
露光制御部９の制御により、ＣＣＤ１の出力信号が一定
となるようにＣＣＤ１の電子シャッタを駆動させる。こ
のとき、露光制御部９の制御は、上記の疑似的なＯＢレ
ベルに基づいて行われる。

【００５５】ここで、上記疑似ＯＢクランプ回路５にお
ける詳細な動作について、図１（ａ）および（ｂ）に基
づいて説明する。なお、図１（ａ）は、ＣＣＤ１の駆動
タイミングを示し、図１（ｂ）は、ＣＣＤ１の出力部付
近の水平転送電荷のポテンシャルを示している。

【００５６】ＣＣＤ１の有効画素部からの信号、すなわ
ち、有効映像信号が出力されている有効映像信号期間で
は、時刻ｔ１において、リセットゲート１１にａレベル
のリセットパルスＦＲが加えられる。これにより、変換
部１２のポテンシャルはリセット部と等しいポテンシャ
ルにリセットされる。

【００５７】時刻ｔ２では、リセットパルスＦＲがｂレ
ベルとなることにより、リセットゲート１１下のポテン
シャルは上がるが、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、このようにリセットゲート１１
下にポテンシャルの差が生じるのは、リセットパルスＦ
Ｒの誘導によるものである。

【００５８】そして、時刻ｔ３では、水平転送パルスＦ
Ｈ１がローレベル、水平転送パルスＦＨ２がハイレベル
となることにより、ポテンシャルが同図に示すように遷
移し、電荷が変換部に転送される。このように転送され
た電荷による変換部の電位変化が信号出力として読み出
される。なお、同図において、ＣＣＤ出力信号における
斜線部分は、転送電荷量を示している。

【００５９】次に、ＣＣＤ１に過大光が入射したときに
は、疑似ＯＢクランプ回路５により、リセットパルスＦ
Ｒに対して、水平転送パルスＦＨ１、ＦＨ２の位相が反
転され、疑似ＯＢ信号が生成される。つまり、時刻ｔ４
では、加えられたリセットパルスＦＲに対して、水平転
送パルスＦＨ１がローレベル、水平転送パルスＦＨ２が
ハイレベルとなるため、変換部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。以降、時刻ｔ５、
ｔ６、ｔ４…のような波形図が繰り返される結果、同図
（ａ）で示すように、疑似ＯＢ期間では転送電荷が無い
場合とほぼ等しい疑似ＯＢ信号が得られる。

【００６０】以上のように、本実施形態における固体撮
像装置では、過大光がＣＣＤ１に入射し、基準となるＯ
Ｂレベルが変動した場合でも、本来のＯＢレベルと略等
しい疑似的なＯＢレベルでもって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、良好な画面表示を行うことができる。また、このよ
うな露光制御により、ＣＣＤ１への入射光量が調整され
るので、本来の黒レベルに基づいて処理を行う映像信号
処理をも適正に行うことができる。

【００６１】なお、この疑似的なＯＢレベルは、リセッ
トパルスＦＲの誘導等の影響により、本来の黒レベル
（ＯＢレベル）と全く同一のレベルではないので、映像
信号処理の基準としては適切ではない。

【００６２】しかし、本実施形態では、上記の疑似的な
ＯＢレベルではなく本来の黒レベルを基準にして映像信
号処理が行われ、露光制御のみが上記の疑似ＯＢレベル
を基準にして行われている。したがって、本実施形態の
固体撮像装置では、常に適正な映像信号処理を行うこと
ができる。

【００６３】〔実施の形態２〕本発明の実施の他の形態
について、図４に基づいて説明すれば以下のとおりであ
る。なお、実施の形態１で用いた部材と同一の機能を有
する部材には同一の部材番号を付記し、その説明を省略
する。

【００６４】本実施形態における固体撮像装置は、実施
の形態１で説明した固体撮像装置の構成に加え、露光制
御部９からの制御情報に基づいて入射光量を検出する光
量検出部２１と、信号切り換え部２２（出力切り換え手
段）とを備えている。この信号切り換え部２２は、上記
光量検出部２１の検出した入射光量が所定量よりも小さ
い場合に、ＯＢクランプ回路３からの出力を映像信号処
理部７に入力する一方、上記光量検出部２１の検出した
入射光量が所定量以上の場合に、疑似ＯＢクランプ回路
５からの出力を映像信号処理部７に入力するようにスイ
ッチングを行う。

【００６５】なお、露光制御部９は、ＣＣＤ１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
を制御するので、光量検出部２１において、入射光量が
所定量以上であるか否かは、ＣＣＤ１の電子シャッタ速
度が所定の値以上になったか否かによって判断される。

【００６６】上記の構成において、光量検出部２１の検
出結果により、入射光量が所定量よりも小さいことが判
明した場合、信号切り換え部２２のスイッチングによ
り、ＯＢクランプ回路３からの出力信号が映像信号処理
部７に入力される。したがって、映像信号処理部７にお
ける各種映像信号処理は、実施の形態１と同様に、ＯＢ
クランプ回路３にて得られる、本来の黒レベルであるＯ
Ｂレベルを基準にして行われる。

【００６７】ところで、疑似的なＯＢレベルはあくまで
も本来の黒レベルに疑似的なものであり、上記本来の黒
レベルと全く同一ではない。したがって、映像信号処理
は極力、正規の黒レベルを基準にして行われることが望
ましい。そこで、入射光量が所定量よりも小さい場合、
例えば最大限の露光制御を行うことによって、オプティ
カルブラック部での電荷のあふれは回避される。その結
果、本来の黒レベルを基準にして映像信号処理を的確に
行うことができる。

【００６８】一方、光量検出部２１の検出結果により、
入射光量が所定量以上であることが判明した場合、信号
切り換え部２２のスイッチングにより、疑似ＯＢクラン
プ回路５からの出力信号が映像信号処理部７に入力され
る。したがって、映像信号処理部７における各種信号処
理は、疑似ＯＢクランプ回路５にて得られる疑似的なＯ
Ｂレベルを基準にして行われる。これは、入射光量が所
定量以上の場合に、最大限の露光制御を行ってもなおオ
プティカルブラック部に電荷があふれ、黒レベルが変動
するためである。

【００６９】また、露光制御においては、光量検出部２
１の検出結果にかかわらず、実施の形態１と同様に、露
光制御部９によって疑似ＯＢクランプ回路５にて得られ
る疑似的なＯＢレベルに基づいて露光制御が行われ、Ｃ
ＣＤ駆動回路１０によってＣＣＤ１の電子シャッタが駆
動される。

【００７０】このように、本実施形態における固体撮像
装置では、入射光量の大小によって、映像信号処理を行
う際の黒レベルの基準となるレベルが信号切り換え部２
２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
することのできないくらいの強烈光がＣＣＤ１に入射
し、ＯＢ部に電荷があふれた場合でも、十分とは言えな
いが疑似的なＯＢレベルを基準にして映像信号処理を行
うことができ、その結果、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。

【００７１】〔実施の形態３〕本発明の実施のさらに他
の形態について、図５および図６に基づいて説明すれば
以下のとおりである。なお、実施の形態１または２で用
いた部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号
を付記し、その説明を省略する。

【００７２】本実施形態における固体撮像装置は、実施
の形態１で説明した固体撮像装置の構成に加え、露光制
御部９からの制御情報に基づいて入射光量を検出する光
量検出部２１と、パルス切り換え部３１（パルス切り換
え手段）とを備えている。このパルス切り換え部３１
は、光量検出部２１によって入射光量が所定量以上であ
ることが判明した場合に、ＣＣＤ１の水平期間の一部で
水平転送パルスＦＨ１、ＦＨ２の位相を切り換える。詳
しくは、上記パルス切り換え部３１は、上記光量検出部
２１の検出した入射光量が所定量以上の場合に、ＣＣＤ
１の水平期間内のＯＢ期間の最初で、リセットパルスＦ
Ｒに対して、水平転送パルスＦＨ１、ＦＨ２の位相を反
転させる。

【００７３】上記の構成において、光量検出部２１の検
出結果により、ＣＣＤ１への入射光量が所定量よりも小
さいことが判明した場合には、実施の形態１と同様の動
作が行われる。すなわち、供給されたクランプパルスＣ
Ｐ１によってクランプされた、本来の黒レベルとなるＯ
Ｂレベルに基づき、映像信号処理部７にて各種映像処理
が行われ、映像信号処理部７からビデオ信号が出力され
る。

【００７４】一方、光量検出部２１によって、ＣＣＤ１
への入射光量が所定量以上であることが判明した場合に
は、パルス切り換え部３１によって、図６に示すよう
に、ＣＣＤ１のＯＢ部からの出力期間であるＯＢ期間の
最初で、リセットパルスＦＲに対して、水平転送パルス
ＦＨ１、ＦＨ２の位相が反転される。これにより、上記
ＯＢ期間は、実質的に疑似的なＯＢ期間となる。そし
て、クランプパルス発生回路４から供給されるクランプ
パルスＣＰ１により、ＣＣＤ１からの出力信号がクラン
プされ、本来のＯＢレベルと疑似的なＯＢレベルが生成
される。映像信号処理部７は、ＯＢクランプ回路３にて
得られた疑似的なＯＢレベルに基づき、各種映像処理を
行う。

【００７５】また、露光制御においては、供給されたク
ランプパルスＣＰ２によって疑似ＯＢクランプ回路５に
てクランプされた、黒レベル（ＯＢレベル）と略等しい
疑似的なＯＢレベルに基づいて、露光制御部９による露
光制御が行われる。

【００７６】以上のように、本実施形態の固体撮像装置
では、入射光量の大小によって、映像信号処理を行う際
の黒レベル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のできないくらいの強烈光がＣ
ＣＤ１に入射し、オプティカルブラック部に電荷があふ
れた場合でも、十分とは言えないが疑似的なＯＢレベル
を基準にして映像信号処理が行われ、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。

【００７７】

【発明の効果】請求項１の発明に係る固体撮像装置は、
以上のように、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、黒レベルと略等しいレベル
に対応した信号を生成すると共に上記信号をクランプす
る第２クランプ手段が設けられ、露光制御部は、上記第
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
にして上記固体撮像素子の露光を制御する構成である。

【００７８】それゆえ、第２クランプ手段を追加した比
較的簡単な構成を採用することにより、過大光が固体撮
像素子に入射し、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
と略等しいレベルでもって露光制御を行うことができ
る。その結果、過大光が固体撮像素子に入射した場合で
も、良好な画面表示を行うことができるという効果を奏
する。また、このような露光制御により、固体撮像素子
への入射光量が調整されるので、本来の黒レベルに基づ
いて処理を行う映像信号処理をも適正に行うことができ
るという効果を併せて奏する。

【００７９】請求項２の発明に係る固体撮像装置は、以
上のように、請求項１の構成に加えて、上記露光制御部
の制御情報に基づいて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、上記光量検出手段によっ
て入射光量が所定量以上であることが判明した場合に、
上記固体撮像素子の水平期間の一部で水平転送パルスの
位相を切り換えるパルス切り換え手段とが設けられてい
る構成である。

【００８０】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、入射光量の大小によって、映像信号処理を行う際
の黒レベル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のできないくらいの強烈光が固
体撮像素子に入射し、オプティカルブラック部に電荷が
あふれた場合でも、十分とは言えないが疑似的なレベル
を基準にして映像信号処理を行うことにより、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
ができるという効果を奏する。

【００８１】請求項３の発明に係る固体撮像装置は、以
上のように、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、黒レベルと略等しいレベルに
対応した信号を生成すると共に上記信号をクランプする
第２クランプ手段と、第１クランプ手段からの出力また
は上記第２クランプ手段からの出力のどちらか一方が映
像信号処理部に入力されるように、上記両者の出力を切
り換える出力切り換え手段と、露光制御部の制御情報に
基づいて入射光量が所定量以上であるか否かを検出する
光量検出手段とが設けられ、上記出力切り換え手段は、
上記光量検出手段によって入射光量が所定量より小さい
ことが判明した場合に、上記第１クランプ手段からの出
力を上記映像信号処理部に入力する一方、上記光量検出
手段によって入射光量が所定量以上であることが判明し
た場合に、上記第２クランプ手段からの出力を上記映像
信号処理部に入力する構成である。

【００８２】それゆえ、過大光が固体撮像素子に入射
し、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レ
ベルでもって露光制御を行うことができる。その結果、
過大光が固体撮像素子に入射した場合でも、良好な画面
表示を行うことができるという効果を奏する。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
調整されるので、本来の黒レベルに基づいて処理を行う
映像信号処理をも適正に行うことができるという効果を
奏する。

【００８３】また、入射光量の大小によって、映像信号
処理を行う際の黒レベルの基準となるレベルが出力切り
換え手段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
回避することのできないくらいの強烈光が固体撮像素子
に入射し、オプティカルブラック部に電荷があふれた場
合でも、十分とは言えないが疑似的なレベルを基準にし
て映像信号処理を行うことができ、その結果、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
ができるという効果を併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示し、（ａ）は、ＣＣ
Ｄの駆動タイミングを示す信号波形図であり、（ｂ）
は、上記ＣＣＤにおける水平転送電荷のポテンシャルを
示す説明図である。

【図２】本発明の実施の一形態における固体撮像装置の
概略の構成を示すブロック図である。

【図３】上記固体撮像装置において、（ａ）は、水平転
送パルスとリセットパルスとの関係を示す説明図であ
り、（ｂ）は、同図（ａ）で示したＡ部の拡大図であ
る。

【図４】本発明の他の実施の形態における固体撮像装置
の概略の構成を示すブロック図である。

【図５】本発明のさらに他の実施の形態における固体撮
像装置の概略の構成を示すブロック図である。

【図６】上記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７】従来の固体撮像装置の概略の構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】（ａ）および（ｂ）は、上記固体撮像装置に内
蔵された固体撮像素子の１チップの構成を示す説明図で
ある。

【図９】（ａ）は、上記固体撮像装置の通常動作時の信
号波形図であり、（ｂ）は、上記固体撮像装置に過大光
が入射したときの信号波形図である。

【符号の説明】

１ＣＣＤ（固体撮像素子）３ＯＢクランプ回路（第１クランプ手段）５疑似ＯＢクランプ回路（第２クランプ手段）７映像信号処理部９露光制御部２１光量検出部（光量検出手段）２２信号切り換え部（出力切り換え手段）３１パルス切り換え部（パルス切り換え手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体画像に対応する光を受光する有効画
素部と黒レベルに対応した信号を出力するオプティカル
ブラック部とを有する固体撮像素子と、上記固体撮像素子のオプティカルブラック部から出力さ
れる信号をクランプする第１クランプ手段と、上記第１クランプ手段にてクランプされた信号のレベル
を基準にして、上記固体撮像素子の有効画素部から出力
される信号に対して映像信号処理を行う映像信号処理部
と、上記固体撮像素子の露光を制御する露光制御部とが設け
られた固体撮像装置であって、上記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、上記黒レベルと略等しいレベルに対応
した信号を生成すると共に上記信号をクランプする第２
クランプ手段が設けられ、上記露光制御部は、上記第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に
して上記固体撮像素子の露光を制御することを特徴とす
る固体撮像装置。
【請求項２】上記露光制御部の制御情報に基づいて入射
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、上記光量検出手段によって入射光量が所定量以上である
ことが判明した場合に、上記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切り換えるパルス切り換
え手段とが設けられていることを特徴とする請求項１に
記載の固体撮像装置。
【請求項３】被写体画像に対応する光を受光する有効画
素部と黒レベルに対応した信号を出力するオプティカル
ブラック部とを有する固体撮像素子と、上記固体撮像素子のオプティカルブラック部から出力さ
れる信号をクランプする第１クランプ手段と、上記固体撮像素子の有効画素部から出力される信号に対
して映像信号処理を行う映像信号処理部と、上記固体撮像素子の露光を制御する露光制御部とが設け
られた固体撮像装置であって、上記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、上記黒レベルと略等しいレベルに対応
した信号を生成すると共に上記信号をクランプする第２
クランプ手段と、上記第１クランプ手段からの出力または上記第２クラン
プ手段からの出力のどちらか一方が上記映像信号処理部
に入力されるように、上記両者の出力を切り換える出力
切り換え手段と、上記露光制御部の制御情報に基づいて入射光量が所定量
以上であるか否かを検出する光量検出手段とが設けら
れ、上記出力切り換え手段は、上記光量検出手段によって入
射光量が所定量より小さいことが判明した場合に、上記
第１クランプ手段からの出力を上記映像信号処理部に入
力する一方、上記光量検出手段によって入射光量が所定
量以上であることが判明した場合に、上記第２クランプ
手段からの出力を上記映像信号処理部に入力することを
特徴とする固体撮像装置。