画像信号処理装置
【課題】 撮像した画像の黒レベルを適切に調整する。
【解決手段】 画像信号処理装置はデジタル信号処理回路１２を有する。デジタル信号処理回路１２を撮像素子３０とシステムコントローラ１３に接続する。撮像素子３０は撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号を生成する。システムコントローラ１３は露光時間を設定する。デジタル信号処理回路１２は、画素信号、黒色信号、およびダミー信号を受け取る。デジタル信号処理回路１２は露光時間を認識する。デジタル信号処理回路１２は渡航時間と所定の切替時間を比較する。露光時間が切替時間より長いときは黒色信号を用いて撮像画素信号の黒レベル調整を行う。露光時間が切替時間より短いときはダミー信号を用いて撮像画素信号の黒レベル調整を行う。
【解決手段】 画像信号処理装置はデジタル信号処理回路１２を有する。デジタル信号処理回路１２を撮像素子３０とシステムコントローラ１３に接続する。撮像素子３０は撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号を生成する。システムコントローラ１３は露光時間を設定する。デジタル信号処理回路１２は、画素信号、黒色信号、およびダミー信号を受け取る。デジタル信号処理回路１２は露光時間を認識する。デジタル信号処理回路１２は渡航時間と所定の切替時間を比較する。露光時間が切替時間より長いときは黒色信号を用いて撮像画素信号の黒レベル調整を行う。露光時間が切替時間より短いときはダミー信号を用いて撮像画素信号の黒レベル調整を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像手段において生成した画像信号を適切な基準信号を用いて黒レベルの調整を行う画像信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体像を忠実に再現するために、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子によって生成される画像信号の黒レベルを調整することが知られている。すなわち、受光により生成した画素信号から、黒色を撮影したときの画素信号に相当する画素信号の差分をとることにより黒レベルの調整が行われる。
【０００３】
黒色を撮影したときの画素信号に相当する画素信号を生成する方法は従来公知である。例えば、遮光したフォトダイオードによって黒に相当する画素信号が生成可能である。しかし、完全な遮光は難しいため光が光電変換手段に漏れることがあった。
【０００４】
また、黒色を撮影したときの画素信号に相当する画素信号を電気的に生成することも提案されている。例えば、ＣＣＤ撮像素子の転送ＣＣＤに空送りの転送パルスを流し、光電変換手段で生成した信号電荷を有さない状態での画素信号がダミー信号として生成される（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このように電気的に生成したダミー信号には、暗電流などのようにフォトダイオードにおいて発生するノイズが含まれないため、このようなノイズが多く発生する場合に、適切な黒レベル調整が出来なかった。
【特許文献１】特開平６−５３４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明では、画像信号の黒レベルを適切に調整する画像信号処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の画像信号処理装置は、被写体を撮像して画像信号を生成する撮像手段への露光時間を認識する第１の認識手段と、露光時間が予め定められた切替時間を超えている場合は撮像手段に設けられる受光面が遮光されたブラック画素からの信号出力に基づいて生成される黒色信号を画像信号の黒色の基準とし露光時間が切替時間を下回る場合は露光時間が実質的にゼロであるときの画像信号に相当するダミー信号を画像信号の黒色の基準として画像信号の黒レベルを調整する調整手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
なお、撮像手段に撮像される被写体画像のＩＳＯ感度設定を認識する第２の認識手段を備え、調整手段はＩＳＯ感度設定が高感度になるほど切替時間を短く設定することが好ましい。または、画像信号を増幅させるためのゲインを認識する第２の認識手段を備え、調整手段はゲインが大きくなるほど切替時間を短く設定することが好ましい。
【０００９】
なお、撮像手段は、入射光の受光量に応じた電荷を生成する複数の第１の光電変換部と、第１の光電変換部と同一の特性を有しブラック画素を形成するする第２の光電変換部と、電荷に基づいて画素信号を生成する第１の信号生成部とを有し、画像信号は複数の第１の光電変換手段のそれぞれが生成する電荷に基づいて生成される撮像画素信号によって形成されることが好ましい。
【００１０】
また、撮像手段は、第１の光電変換部または第２の光電変換部が生成する電荷を第１の信号生成部に送る電荷転送部を備え、ダミー信号は電荷転送部の空送り時に信号生成部により生成されることが好ましい。または、撮像手段は、第１の信号生成部が受取る電荷をリセットさせ第１の信号生成部の入力端の電気信号を駆動電源に基づく第１の基準信号に変化させる第１のリセット部と、第１のリセット手段と同一の特性であり第１の基準信号と実質的に同一の第２の基準信号を出力端から出力する第２のリセット部と、第１の信号生成部と同一の特性であり第２のリセット手段から出力される第２の基準信号に基づいてダミー信号を生成する第２の信号生成部とを備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の撮像装置は、入射光の受光量に応じた電荷を生成する複数の第１の光電変換部と、受光面が遮光される第１の光電変換手段と同一の特性を有する第２の光電変換部と、電荷に基づいて画素信号を生成する第１の信号生成部とを備え、入射光を受光させる時間である露光時間が実質的にゼロであるときの画素信号に相当するダミー信号を生成する撮像手段と、露光時間を認識する第１の認識手段と、露光時間が予め定められた切替時間を超えている場合は第２の光電変換手段が生成する信号電荷に基づいて生成される画素信号である黒色信号を第１の光電変換手段が生成する信号電荷に基づいて生成される画素信号である撮像画素信号の黒色の基準とし、露光時間が切替時間を下回る場合はダミー信号を撮像画素信号の黒色の基準として撮像画素信号の黒レベルを調整する信号処理手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮像素子によって撮像される画像の黒レベルを適切に調整することが可能で、画質の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した画像信号処理装置を有するデジタルカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【００１４】
デジタルカメラ１０は、撮影光学系１１、例えばＣＣＤなどの撮像素子３０、デジタル信号処理回路１２、システムコントローラ１３、モニタ１４等によって構成される。
【００１５】
撮影光学系１１と撮像素子３０とは、光学的に接続される。被写体の光学像が撮影光学系１１を透過して撮像素子３０の受光面に入射される。撮像素子３０において、被写体像に相当する画像信号が生成される。
【００１６】
撮像素子３０は、Ａ／Ｄコンバータ１５を介してデジタル信号処理回路１２に接続される。撮像素子３０において生成した画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１５によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００１７】
デジタル信号に変換された画像信号はデジタル信号処理回路１２に送られ、信号処理用のメモリであるＤＲＡＭ１６に格納される。ＤＲＡＭ１６に格納された画像信号に対して、デジタル信号処理回路１２によって、後述する黒レベル調整処理を含む所定の信号処理が行われる。
【００１８】
デジタル信号処理回路１２は、システムコントローラ１３を介してモニタ１４に接続される。所定の信号処理を施した画像信号はモニタ１４に送られ、モニタ１４には画像信号に相当する画像が表示される。
【００１９】
また、システムコントローラ１３にはメモリコネクタ１８が接続される。メモリコネクタ１８には着脱式メモリ（図示せず）が着脱自在であり、所定の信号処理を施した画像信号は着脱式メモリに格納可能である。
【００２０】
システムコントローラ１３は、レリーズボタン（図示せず）や電源スイッチ（図示せず）、モード切替スイッチ（図示せず）、シャッタ調整ダイヤル（図示せず）、ＩＳＯ感度設定ダイヤル（図示せず）などによって構成される操作部１９に接続される。操作部１９への入力に基づいて、システムコントローラ１３によって、デジタルカメラ１０の所定の動作が実行される。
【００２１】
たとえば、モード切替スイッチの入力により自動露出モードが選択されると、システムコントローラ１３によりシャッタおよび絞り（図示せず）が制御される。すなわち、測光センサ２０により検出される周囲光量に基づいて、シャッタスピードおよび絞りの開口度が算出される。さらに算出されたシャッタスピードに基づいて電子シャッタまたはシャッタ（図示せず）が駆動される。また算出された開口度に基づいて絞りが駆動される。
【００２２】
なお、シャッタ調整ダイヤルへの入力により、シャッタスピードの手動設定も可能である。シャッタ調整ダイヤルへのシャッタスピードの入力に基づいて、システムコントローラ１３にシャッタスピードが設定され、電子シャッタまたはシャッタが駆動される。
【００２３】
なお、システムコントローラ１３によって、デジタルカメラ１０の全体の動作が制御される。例えば、撮像素子３０を駆動する撮像素子駆動回路２１もシステムコントローラ１３によって制御される。また、システムコントローラ１３が行なうデジタルカメラの制御のために必要なデータがＲＯＭ１７に格納される。
【００２４】
次に、撮像素子３０の構造および撮像素子３０から出力される信号について図２を用いて説明する。図２は撮像素子３０の概略構成を示す回路図である。撮像素子３０は、画素３１、垂直ＣＣＤ３２、水平ＣＣＤ３３（電荷転送部）、フローティングディフュージョン（ＦＤ）３４、リセットトランジスタ３５、増幅トランジスタ３６、相関二重サンプリング・サンプルホールド（ＣＤＳ／ＳＨ）回路３７、および出力部３８によって構成される。なお、本実施形態において画素３１は、光電変換を行なうフォトダイオード（ＰＤ）である。
【００２５】
撮像素子３０の受光面は、撮像領域ＩＡと黒色領域ＢＡとに分けられる。撮像領域ＩＡまたは黒色領域ＢＡには、複数の画素３１がマトリック状に配置される。撮像領域ＩＡ内に配置された画素３１では、入射光の受光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。黒色領域ＢＡ内に配置された画素３１（ブラック画素）は遮光されており、暗電流などのノイズとなる電荷が生成され、蓄積される。
【００２６】
垂直方向（図２における上下方向）に並ぶ複数の画素３１は垂直ＣＣＤ３２に接続される。また、垂直ＣＣＤ３２の一端は、水平ＣＣＤ３３に接続される。水平ＣＣＤ３３の出力端は、ＦＤ３４に接続される。
【００２７】
各画素３１において生成される信号電荷は、垂直ＣＣＤ３２によって水平ＣＣＤ３３に転送される。水平ＣＣＤ３３に転送された信号電荷は、ＦＤ３４に転送される。垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３に信号電荷を転送させるための、垂直転送パルスおよび水平転送パルスは、撮像素子駆動回路２１から、それぞれ垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３に入力される。
【００２８】
ＦＤ３４はキャパシタであり、転送される信号電荷が蓄積される。また、蓄積した信号電荷に応じてＦＤ３４の電位が変わる。また、ＦＤ３４はリセットトランジスタ３５に接続される。
【００２９】
リセットトランジスタ３５は、リセット信号に応じてＦＤ３４に蓄積された信号電荷を所定の電圧の電圧源Ｖｄｄに掃出させる。信号電荷を掃出させることにより、ＦＤ３４をリセットさせ、また、ＦＤ３４の電位をＶｄｄの電位からリセットトランジスタの閾値電圧分を引いた電位にリセットさせる。
【００３０】
また、ＦＤ３４は増幅トランジスタ３６の副電極に接続される。増幅トランジスタ３６の主電極は、ＣＤＳ／ＳＨ回路３７を介して出力部３８に接続される。増幅トランジスタ３６の主電極からは、ＦＤ３４の電位に応じた信号電位が画素信号として出力される。すなわち、ＦＤ３４と増幅トランジスタ３６とによって、信号電荷から画素信号が生成される。
【００３１】
ＣＤＳ／ＳＨ回路３７によって、画素信号の相関二重サンプリングが行なわれる。すなわち、ＦＤ３４をリセットしたときの信号電位と、信号電荷をＦＤ３４に蓄積したときの信号電位との差分が撮像素子３０から出力される画素信号としてサンプルホールドされる。相関二重サンプリングされた画素信号は、出力部３８を介して撮像素子３０の外部に出力される。
【００３２】
なお、撮像領域ＩＡ内の複数の画素３１の信号電荷に基づいて生成した複数の画素信号が、被写体の光学像を受光して生成した撮像画素信号として出力される。また、黒色領域ＢＡ内の画素３１の信号電荷に基づいて生成した黒色信号が、画像信号の黒レベルを調整するための画素信号として出力される。
【００３３】
なお、水平ＣＣＤ３３における信号電荷の転送に必要なパルス以上の水平転送パルスが、水平ＣＣＤ３３に入力される。この余分なパルスにより、空送りが発生し、空送りのときの水平ＣＣＤ３３の信号出力に基づく画素信号がダミー信号として生成される。
【００３４】
すなわち、この余分なパルスによって水平ＣＣＤ３３に形成される電位の井戸には、画素３１で生成された信号電荷は転送されない。この電位の井戸の電荷がＦＤ３４によって検出される。ＦＤ３４、リセットトランジスタ３５、および増幅トランジスタ３６によって、この電位の井戸から検出した電荷に基づいてダミー信号が生成される。
【００３５】
なお、リセットトランジスタ３５をリセットさせるためのリセット信号およびＣＤＳ／ＳＨ回路３７に画素信号を相関二重サンプリングさせるためのＳＨ信号は撮像素子駆動回路２１から所定のタイミングで出力される。
【００３６】
次に、本実施形態で行なわれる黒レベル調整処理について説明する。撮像素子３０から出力される撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号はＡ／Ｄコンバータ１５でデジタル信号に変換され、デジタル信号処理回路１２に入力される。
【００３７】
撮像画素信号の黒レベル調整は、デジタル信号処理回路１２が撮像画素信号と黒色信号または撮像画素信号とダミー信号との差分に相当する信号を生成することにより、実行される。なお、黒色信号とダミー信号のいずれを用いて撮像画素信号の黒レベル調整を行うかについての判別信号が、システムコントローラ１３からデジタル信号処理回路１２に入力される。
【００３８】
判別信号は、システムコントローラ１３において生成される。判別信号は、撮像画像信号および黒色信号を生成したときのシャッタスピード、すなわち撮像素子３０に被写体の光学像を露光させた露光時間に基づいて生成される。また、判別信号は、黒色信号とダミー信号のいずれかを選択するために定められる切替時間に基づいて生成される。
【００３９】
前述のように露光時間は、システムコントローラ１３において算出または設定される。また、切替時間はＲＯＭ１７に記憶されており、ＲＯＭ１７からシステムコントローラ１３に読込まれる。
【００４０】
露光時間が切替時間より長いときは、黒色信号を選択させる判別信号が生成される。一方、露光時間が切替時間より短いときは、ダミー信号を選択させる判別信号が生成される。
【００４１】
なお、複数の異なる切替時間がＲＯＭ１７には記憶されている。それぞれの切替時間は、設定される被写体画像のＩＳＯ感度に対応している。ＩＳＯ感度設定ダイヤルの入力により設定されるＩＳＯ感度に応じて、対応する切替時間がシステムコントローラ１３に選択され、読込まれる。
【００４２】
なお、ＩＳＯ感度が高感度であるほど切替時間は短くなるように設定される。逆にＩＳＯ感度が低感度であるほど切替時間は長くなるように設定される。
【００４３】
図３に、本実施形態におけるＩＳＯ感度と対応する切替時間との関係を示す。本実施形態では、ＩＳＯ感度とは反比例の関係にあるように切替時間が設定される。すなわち、ＩＳＯ感度が５０、１００、２００、４００と増加するにつれて、切替時間は２、１、０．５、０．２５に減少するように設定される。
【００４４】
黒色信号またはダミー信号のいずれかに基づいて、１フレームを構成するすべての撮像画素信号の黒レベル調整が行われる。なお、黒レベル調整の行われた撮像画素信号は、前述のＩＳＯ感度に応じてゲイン調整処理が行われ、その他の所定の信号処理が行われる
【００４５】
次に、システムコントローラ１３およびデジタル信号処理回路１２によって行われる黒レベル調整処理を含む画像信号の処理について、図４を用いて説明する。図４は、１フレームの画像信号の生成および信号処理の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、ステップＳ１００で、レリーズスイッチがＯＮ入力されているかの判断を行う。ＯＦＦの場合は、ＯＮになるまでステップＳ１００を繰返す。ＯＮである場合はステップＳ１０１に進む。
【００４７】
ステップＳ１０１では、ＩＳＯ感度の設定を確認する。ＩＳＯ感度設定ダイヤルによって設定されたＩＳＯ感度を確認し、確認したＩＳＯ感度に応じた切替時間を黒レベル調整のために選択する。また、確認したＩＳＯ感度に応じたゲインを増幅処理のために選択する。
【００４８】
次のステップＳ１０２において、測光センサ２０によって周囲光量を測光し、測光した周囲光量に基づいて絞りの開口度およびシャッタスピードを求める。次にステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２で求めた絞りの開口度に応じて絞りを駆動する。
【００４９】
次にステップＳ１０４に進み、撮像素子３０によって被写体像を撮像させる。なお、ステップＳ１０２において求めたシャッタスピードとなるようにシャッタまたは電子シャッタを駆動する。またはシャッタスピードが入力されている場合は、入力されたシャッタスピードとなるようにシャッタまたは電子シャッタを駆動する。
【００５０】
撮像動作を実行するとステップＳ１０５に進み、撮像素子３０から出力される撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号をＤＲＡＭ１６に格納する。格納後ステップＳ１０６に進む。
【００５１】
ステップＳ１０６において、システムコントローラ１３からデジタル信号処理回路１２に露光時間が読込まれ、ステップＳ１０１において選択された切替時間と、露光時間との比較が行なわれる。露光時間が切替時間より長い場合は、ステップＳ１０７に進む。
【００５２】
ステップＳ１０７では、ＤＲＡＭ１６に格納された撮像画素信号に対して黒色信号を用いて黒レベル調整を行う。すなわち、撮像画素信号と黒色信号との差分を生成し、黒レベル調整を施した撮像画素信号としてＤＲＡＭ１６に格納する。
【００５３】
一方、ステップＳ１０６において、露光時間が切替時間より短い場合は、ステップ１０８に進み、ダミー信号を用いて黒レベル調整を行う。すなわち、撮像画素信号とダミー信号との差分を生成し、黒レベル調整を施した撮像画素信号としてＤＲＡＭ１６に格納する。
【００５４】
ステップＳ１０７またはステップＳ１０８の終了後、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、ステップＳ１０１において選択されたゲインによって撮像画素信号の増幅処理を行う。
【００５５】
増幅処理の終了後、ステップＳ１１０において、その他の所定の信号処理を施して、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、信号処理を施した撮像画素信号を画像信号として、着脱式メモリまたは内蔵メモリ（図示せず）に格納する。着脱式メモリまたは内蔵メモリに画像信号を格納後に本処理は終了する。
【００５６】
以上のように、本実施形態の画像信号処理装置によれば、画像信号の黒レベル調整が最適に行われるため、撮像した画像の画質が向上する。
【００５７】
露光時間が長い場合は暗電流が大きくなるので、露光時間が長い場合、暗電流も含む黒色信号を用いることによって画像信号の黒レベルは最適に調整される。なお、露光時間が長いときは被写体の反射光は暗いことが一般的であるため、黒色領域の画素３１に光が漏れる問題は生じにくい。一方、露光時間が短い場合は、撮像画素信号における暗電流の影響は小さいので、光の漏れ込みの影響を受けないダミー信号を用いることによって画像信号の黒レベルは最適に調整される。
【００５８】
なお、設定するＩＳＯ感度に応じて切替時間を設定することにより、画像信号の黒レベルは最適に調整される。ＩＳＯ感度が高感度である場合は暗電流の影響が大きくなるので、切替時間が一定であると暗電流の影響が無視できない場合であってもダミー信号が用いられることがある。そこで、高感度になるほど切替時間を短くし、低感度になるほど切替時間を長くすることによって、黒レベル調整のための黒色信号とダミー信号との選択が適切に行なわれる。
【００５９】
なお、本実施形態においてＩＳＯ感度の設定に応じて切替時間を変更させる構成であるが、同じ露光時間における暗電流の影響を増大させる因子に対応させて切替時間を変更させる構成であってもよい。
【００６０】
例えば、画像信号のゲインを直接、調整できるカメラである場合は、入力されて認識されるゲインに応じて切替時間を変更させればよい。ゲインが大きくなるほど暗電流の影響が大きくなるので、切替時間を短く変更させることにより本実施形態と同じ効果が得られる。
【００６１】
なお、本実施形態の画像信号処理装置は、ＣＣＤから出力される信号の処理を行っているが、撮像画素信号、黒色信号、および露光時間が実質的にゼロであるときの画素信号に相当するダミー信号を生成するいかなる撮像素子に対して用いることが可能である。
【００６２】
例えば、以下に説明するＣＭＯＳ撮像素子に対しても用いることが可能である。図５を用いて、撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号を生成可能なＸＹアドレス方式であるＣＭＯＳ撮像素子の構造について説明する。図５は、撮像画素信号、黒色信号、ダミー信号の生成が可能なＣＭＯＳ撮像素子３０’の概略構成を示す回路図である。
【００６３】
ＣＭＯＳ撮像素子３０’は、撮像部３９’、ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’、列選択トランジスタ４０’、および出力部３８’によって構成される。撮像部３９’において撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号が生成される。
【００６４】
撮像画素信号および黒色信号がＣＤＳ／ＳＨ回路３７’によって相関二重サンプリングされる。列選択トランジスタ４０’により選択されて、ダミー信号または相関二重サンプリングされた撮像画素信号あるいは黒色信号が出力部３８’を介して出力される。
【００６５】
撮像部３９’の受光面には、撮像領域ＩＡ’、黒色領域ＢＡ’、ダミー領域ＤＡ’が設けられる。撮像領域ＩＡ’、黒色領域ＢＡ’、およびダミー領域ＤＡ’にはそれぞれ撮像画素３１’ｉ、黒色画素３１’ｂ、ダミー画素３１’ｄが設けられる。
【００６６】
撮像画素３１’ｉの構成について図６を用いて説明する。図６は、撮像画素３１’ｉの回路図である。撮像画素３１’ｉは、フォトダイオード（ＰＤ）４１’、フローティングディフュージョン（ＦＤ）３４’、転送トランジスタ４２’、リセットトランジスタ３５’（第１のリセット部）、増幅トランジスタ３６’、および行選択トランジスタ４３’によって構成される。
【００６７】
ＰＤ４１’では受光量に応じた信号電荷が生成される。また、ＰＤ４１’には、生成された信号電荷が蓄積される。ＰＤ４１’に蓄積された信号電荷は、転送トランジスタ４２’によって、ＦＤ３４’に転送される。
【００６８】
ＦＤ３４’は、ＰＤ４１’から転送される信号電荷を受取ることが可能なキャパシタであり、受取った信号電荷に応じた電位に変わる。また、ＦＤ３４’は、リセットトランジスタ３５’に接続される。
【００６９】
リセットトランジスタ３５’は、リセット信号ΦＲに応じてＦＤ３４’に蓄積された信号電荷を所定の電圧の電圧源Ｖｄｄに掃出させる。信号電荷を掃出させることにより、ＦＤ３４’をリセットさせ、また、ＦＤ３４’の電位をＶｄｄの電位に応じた電位にリセットさせる。
【００７０】
また、ＦＤ３４’は増幅トランジスタ３６’の副電極に接続される。増幅トランジスタ３６’の主電極は、行選択トランジスタ４３’を介してＣＤＳ／ＳＨ回路３７’に接続される。増幅トランジスタ３６’の主電極からは、ＦＤ３４’の電位に応じた信号電位が画素信号として出力可能になる。行選択トランジスタ４３’により画素信号をＣＤＳ／ＳＨ回路３７’に出力するタイミングが制御される。
【００７１】
ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’によって、画素信号の相関二重サンプリングが行なわれる。すなわち、ＦＤ３４’をリセットしたときの信号電位と信号電荷をＦＤ３４’に蓄積したときの信号電位との差分が撮像素子３０’から出力される画素信号としてサンプルホールドされる。
【００７２】
ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’の出力端は列選択トランジスタ４０’および水平出力線４４’を介して出力部３８’に接続される。ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’によってサンプルホールドされた画素信号を出力部３８’に出力するタイミングは、列選択トランジスタ４０’によって制御される。
【００７３】
なお、転送トランジスタ４２’に信号電荷の転送を行なわせるための転送信号ΦＴ、リセットトランジスタ３５’にＦＤ３４’のリセットを行なわせるリセット信号ΦＲ、行選択トランジスタ４３’に画素信号を出力可能にする行選択信号ΦＳＣ、ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’に画素信号の相関二重サンプリングさせるためのＳＨ信号ΦＳＨ、および列選択トランジスタ４０’に画素信号を出力させるための列選択信号ΦＳＲは、撮像素子駆動回路２１により所定のタイミングで出力される。
【００７４】
黒色画素３１’ｂの構成は、ＰＤ４１’が遮光されている以外の構成および画素信号の生成のための動作は撮像画素の構成と同じである。
【００７５】
次に、ダミー画素３１’ｄの構成について図７を用いて説明する。図７は、ダミー画素３１’ｄの回路図である。ダミー画素３１’ｄは、ＦＤ３４’、リセットトランジスタ３５’（第２のリセット部）、増幅トランジスタ３６’、及び行選択トランジスタ４３’によって構成される。
【００７６】
増幅トランジスタ３６’の主電極は、電源線Ｖｄｄとダミー画素出力線４５’とに接続される。増幅トランジスタ３６’とダミー画素出力線４５’との間が、行選択トランジスタ４３’と定電流源Ｉｓｓとを介して接地される。リセットトランジスタ３５’の主電極は、電源線ＶｄｄとＦＤ３４’に接続され、ＦＤ３４’は増幅トランジスタ３６’の副電極に接続される。
【００７７】
リセットトランジスタ３５’の副電極と行選択トランジスタ４３’の副電極とが、電源線Ｖｄｄに接続される。すなわち、ダミー画素３１’ｄは、ＰＤと転送トランジスタが省かれ、リセットトランジスタ３５’の副電極と行選択トランジスタ４３’の副電極とが電源線Ｖｄｄに接続される点で撮像画素３１’ｉと異なっている。
【００７８】
ダミー画素出力線４５’は、列選択トランジスタ４０’および水平出力線４４’を介して出力部３８’に接続される。ダミー画素３１’ｄから出力されるダミー信号を出力部３８’に出力するタイミングは、列選択トランジスタ４０’によって制御される。
【００７９】
なお、撮像部３９’の製造プロセスにおいて撮像画素３１’ｉ、黒色画素３１’ｂ、ダミー画素３１’ｄは同時に形成される。ダミー画素３１’ｄを構成するＦＤ３４’、リセットトランジスタ３５’、増幅トランジスタ３６’、及び行選択トランジスタ４３’の特性は、撮像画素３１’ｉ或いは黒色画素３１’ｂを構成するＦＤ３４’、リセットトランジスタ３５’、増幅トランジスタ３６’、及び行選択トランジスタ４３’の特性と同じである。
【００８０】
以上のようなダミー画素３１’ｄの構成により、ダミー画素出力線４５’の電位は、電源線Ｖｄｄおよびリセットトランジスタ３５’の特性に応じた電位（第２の基準信号）となる。この電位は、撮像画素３１’ｉまたは黒色画素３１’ｂにおいて、ＦＤ３４’をリセットさせたときの信号電位（第１の基準信号）と略等しく、Ｖｄｄの電位からリセットトランジスタ３５’の閾値電圧分を引いた電位である。つまり、ダミー画素出力線４５’の電位は、露光時間がゼロであるときの画素信号の信号電位と同じである。
【００８１】
以上のように、ダミー画素により露光時間が実質的にゼロであるときの画素信号に相当するダミー信号を生成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態を適用した画像信号処理装置を有するデジタルカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図３】ＩＳＯ感度と対応付けられた切替時間との関係を示す図である。
【図４】１フレームの画像信号の生成および信号処理の動作を示すフローチャートである。
【図５】ＣＭＯＳ撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図６】ＣＭＯＳ撮像素子における撮像画素の回路図である。
【図７】ＣＭＯＳ撮像素子におけるダミー画素の回路図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０ デジタルカメラ
１２ デジタル信号処理回路
１３ システムコントローラ
１５ Ａ／Ｄコンバータ
１６ ＤＲＡＭ
１７ ＲＯＭ
１９ 操作部
３０、３０’ 撮像素子
３１’ｉ 撮像画素
３１’ｂ 黒色画素
３１’ｄ ダミー画素
３３ 水平ＣＣＤ
３４、３４’ フローティングディフュージョン（ＦＤ）
３５、３５’ リセットトランジスタ
３６、３６’ 増幅トランジスタ
３７、３７’ 相関二重サンプリング・サンプルホールド（ＣＤＳ／ＳＨ）回路
３８、３８’ 出力部
４１’ フォトダイオード（ＰＤ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像手段において生成した画像信号を適切な基準信号を用いて黒レベルの調整を行う画像信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体像を忠実に再現するために、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子によって生成される画像信号の黒レベルを調整することが知られている。すなわち、受光により生成した画素信号から、黒色を撮影したときの画素信号に相当する画素信号の差分をとることにより黒レベルの調整が行われる。
【０００３】
黒色を撮影したときの画素信号に相当する画素信号を生成する方法は従来公知である。例えば、遮光したフォトダイオードによって黒に相当する画素信号が生成可能である。しかし、完全な遮光は難しいため光が光電変換手段に漏れることがあった。
【０００４】
また、黒色を撮影したときの画素信号に相当する画素信号を電気的に生成することも提案されている。例えば、ＣＣＤ撮像素子の転送ＣＣＤに空送りの転送パルスを流し、光電変換手段で生成した信号電荷を有さない状態での画素信号がダミー信号として生成される（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このように電気的に生成したダミー信号には、暗電流などのようにフォトダイオードにおいて発生するノイズが含まれないため、このようなノイズが多く発生する場合に、適切な黒レベル調整が出来なかった。
【特許文献１】特開平６−５３４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明では、画像信号の黒レベルを適切に調整する画像信号処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の画像信号処理装置は、被写体を撮像して画像信号を生成する撮像手段への露光時間を認識する第１の認識手段と、露光時間が予め定められた切替時間を超えている場合は撮像手段に設けられる受光面が遮光されたブラック画素からの信号出力に基づいて生成される黒色信号を画像信号の黒色の基準とし露光時間が切替時間を下回る場合は露光時間が実質的にゼロであるときの画像信号に相当するダミー信号を画像信号の黒色の基準として画像信号の黒レベルを調整する調整手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
なお、撮像手段に撮像される被写体画像のＩＳＯ感度設定を認識する第２の認識手段を備え、調整手段はＩＳＯ感度設定が高感度になるほど切替時間を短く設定することが好ましい。または、画像信号を増幅させるためのゲインを認識する第２の認識手段を備え、調整手段はゲインが大きくなるほど切替時間を短く設定することが好ましい。
【０００９】
なお、撮像手段は、入射光の受光量に応じた電荷を生成する複数の第１の光電変換部と、第１の光電変換部と同一の特性を有しブラック画素を形成するする第２の光電変換部と、電荷に基づいて画素信号を生成する第１の信号生成部とを有し、画像信号は複数の第１の光電変換手段のそれぞれが生成する電荷に基づいて生成される撮像画素信号によって形成されることが好ましい。
【００１０】
また、撮像手段は、第１の光電変換部または第２の光電変換部が生成する電荷を第１の信号生成部に送る電荷転送部を備え、ダミー信号は電荷転送部の空送り時に信号生成部により生成されることが好ましい。または、撮像手段は、第１の信号生成部が受取る電荷をリセットさせ第１の信号生成部の入力端の電気信号を駆動電源に基づく第１の基準信号に変化させる第１のリセット部と、第１のリセット手段と同一の特性であり第１の基準信号と実質的に同一の第２の基準信号を出力端から出力する第２のリセット部と、第１の信号生成部と同一の特性であり第２のリセット手段から出力される第２の基準信号に基づいてダミー信号を生成する第２の信号生成部とを備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の撮像装置は、入射光の受光量に応じた電荷を生成する複数の第１の光電変換部と、受光面が遮光される第１の光電変換手段と同一の特性を有する第２の光電変換部と、電荷に基づいて画素信号を生成する第１の信号生成部とを備え、入射光を受光させる時間である露光時間が実質的にゼロであるときの画素信号に相当するダミー信号を生成する撮像手段と、露光時間を認識する第１の認識手段と、露光時間が予め定められた切替時間を超えている場合は第２の光電変換手段が生成する信号電荷に基づいて生成される画素信号である黒色信号を第１の光電変換手段が生成する信号電荷に基づいて生成される画素信号である撮像画素信号の黒色の基準とし、露光時間が切替時間を下回る場合はダミー信号を撮像画素信号の黒色の基準として撮像画素信号の黒レベルを調整する信号処理手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮像素子によって撮像される画像の黒レベルを適切に調整することが可能で、画質の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した画像信号処理装置を有するデジタルカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【００１４】
デジタルカメラ１０は、撮影光学系１１、例えばＣＣＤなどの撮像素子３０、デジタル信号処理回路１２、システムコントローラ１３、モニタ１４等によって構成される。
【００１５】
撮影光学系１１と撮像素子３０とは、光学的に接続される。被写体の光学像が撮影光学系１１を透過して撮像素子３０の受光面に入射される。撮像素子３０において、被写体像に相当する画像信号が生成される。
【００１６】
撮像素子３０は、Ａ／Ｄコンバータ１５を介してデジタル信号処理回路１２に接続される。撮像素子３０において生成した画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１５によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００１７】
デジタル信号に変換された画像信号はデジタル信号処理回路１２に送られ、信号処理用のメモリであるＤＲＡＭ１６に格納される。ＤＲＡＭ１６に格納された画像信号に対して、デジタル信号処理回路１２によって、後述する黒レベル調整処理を含む所定の信号処理が行われる。
【００１８】
デジタル信号処理回路１２は、システムコントローラ１３を介してモニタ１４に接続される。所定の信号処理を施した画像信号はモニタ１４に送られ、モニタ１４には画像信号に相当する画像が表示される。
【００１９】
また、システムコントローラ１３にはメモリコネクタ１８が接続される。メモリコネクタ１８には着脱式メモリ（図示せず）が着脱自在であり、所定の信号処理を施した画像信号は着脱式メモリに格納可能である。
【００２０】
システムコントローラ１３は、レリーズボタン（図示せず）や電源スイッチ（図示せず）、モード切替スイッチ（図示せず）、シャッタ調整ダイヤル（図示せず）、ＩＳＯ感度設定ダイヤル（図示せず）などによって構成される操作部１９に接続される。操作部１９への入力に基づいて、システムコントローラ１３によって、デジタルカメラ１０の所定の動作が実行される。
【００２１】
たとえば、モード切替スイッチの入力により自動露出モードが選択されると、システムコントローラ１３によりシャッタおよび絞り（図示せず）が制御される。すなわち、測光センサ２０により検出される周囲光量に基づいて、シャッタスピードおよび絞りの開口度が算出される。さらに算出されたシャッタスピードに基づいて電子シャッタまたはシャッタ（図示せず）が駆動される。また算出された開口度に基づいて絞りが駆動される。
【００２２】
なお、シャッタ調整ダイヤルへの入力により、シャッタスピードの手動設定も可能である。シャッタ調整ダイヤルへのシャッタスピードの入力に基づいて、システムコントローラ１３にシャッタスピードが設定され、電子シャッタまたはシャッタが駆動される。
【００２３】
なお、システムコントローラ１３によって、デジタルカメラ１０の全体の動作が制御される。例えば、撮像素子３０を駆動する撮像素子駆動回路２１もシステムコントローラ１３によって制御される。また、システムコントローラ１３が行なうデジタルカメラの制御のために必要なデータがＲＯＭ１７に格納される。
【００２４】
次に、撮像素子３０の構造および撮像素子３０から出力される信号について図２を用いて説明する。図２は撮像素子３０の概略構成を示す回路図である。撮像素子３０は、画素３１、垂直ＣＣＤ３２、水平ＣＣＤ３３（電荷転送部）、フローティングディフュージョン（ＦＤ）３４、リセットトランジスタ３５、増幅トランジスタ３６、相関二重サンプリング・サンプルホールド（ＣＤＳ／ＳＨ）回路３７、および出力部３８によって構成される。なお、本実施形態において画素３１は、光電変換を行なうフォトダイオード（ＰＤ）である。
【００２５】
撮像素子３０の受光面は、撮像領域ＩＡと黒色領域ＢＡとに分けられる。撮像領域ＩＡまたは黒色領域ＢＡには、複数の画素３１がマトリック状に配置される。撮像領域ＩＡ内に配置された画素３１では、入射光の受光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。黒色領域ＢＡ内に配置された画素３１（ブラック画素）は遮光されており、暗電流などのノイズとなる電荷が生成され、蓄積される。
【００２６】
垂直方向（図２における上下方向）に並ぶ複数の画素３１は垂直ＣＣＤ３２に接続される。また、垂直ＣＣＤ３２の一端は、水平ＣＣＤ３３に接続される。水平ＣＣＤ３３の出力端は、ＦＤ３４に接続される。
【００２７】
各画素３１において生成される信号電荷は、垂直ＣＣＤ３２によって水平ＣＣＤ３３に転送される。水平ＣＣＤ３３に転送された信号電荷は、ＦＤ３４に転送される。垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３に信号電荷を転送させるための、垂直転送パルスおよび水平転送パルスは、撮像素子駆動回路２１から、それぞれ垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３に入力される。
【００２８】
ＦＤ３４はキャパシタであり、転送される信号電荷が蓄積される。また、蓄積した信号電荷に応じてＦＤ３４の電位が変わる。また、ＦＤ３４はリセットトランジスタ３５に接続される。
【００２９】
リセットトランジスタ３５は、リセット信号に応じてＦＤ３４に蓄積された信号電荷を所定の電圧の電圧源Ｖｄｄに掃出させる。信号電荷を掃出させることにより、ＦＤ３４をリセットさせ、また、ＦＤ３４の電位をＶｄｄの電位からリセットトランジスタの閾値電圧分を引いた電位にリセットさせる。
【００３０】
また、ＦＤ３４は増幅トランジスタ３６の副電極に接続される。増幅トランジスタ３６の主電極は、ＣＤＳ／ＳＨ回路３７を介して出力部３８に接続される。増幅トランジスタ３６の主電極からは、ＦＤ３４の電位に応じた信号電位が画素信号として出力される。すなわち、ＦＤ３４と増幅トランジスタ３６とによって、信号電荷から画素信号が生成される。
【００３１】
ＣＤＳ／ＳＨ回路３７によって、画素信号の相関二重サンプリングが行なわれる。すなわち、ＦＤ３４をリセットしたときの信号電位と、信号電荷をＦＤ３４に蓄積したときの信号電位との差分が撮像素子３０から出力される画素信号としてサンプルホールドされる。相関二重サンプリングされた画素信号は、出力部３８を介して撮像素子３０の外部に出力される。
【００３２】
なお、撮像領域ＩＡ内の複数の画素３１の信号電荷に基づいて生成した複数の画素信号が、被写体の光学像を受光して生成した撮像画素信号として出力される。また、黒色領域ＢＡ内の画素３１の信号電荷に基づいて生成した黒色信号が、画像信号の黒レベルを調整するための画素信号として出力される。
【００３３】
なお、水平ＣＣＤ３３における信号電荷の転送に必要なパルス以上の水平転送パルスが、水平ＣＣＤ３３に入力される。この余分なパルスにより、空送りが発生し、空送りのときの水平ＣＣＤ３３の信号出力に基づく画素信号がダミー信号として生成される。
【００３４】
すなわち、この余分なパルスによって水平ＣＣＤ３３に形成される電位の井戸には、画素３１で生成された信号電荷は転送されない。この電位の井戸の電荷がＦＤ３４によって検出される。ＦＤ３４、リセットトランジスタ３５、および増幅トランジスタ３６によって、この電位の井戸から検出した電荷に基づいてダミー信号が生成される。
【００３５】
なお、リセットトランジスタ３５をリセットさせるためのリセット信号およびＣＤＳ／ＳＨ回路３７に画素信号を相関二重サンプリングさせるためのＳＨ信号は撮像素子駆動回路２１から所定のタイミングで出力される。
【００３６】
次に、本実施形態で行なわれる黒レベル調整処理について説明する。撮像素子３０から出力される撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号はＡ／Ｄコンバータ１５でデジタル信号に変換され、デジタル信号処理回路１２に入力される。
【００３７】
撮像画素信号の黒レベル調整は、デジタル信号処理回路１２が撮像画素信号と黒色信号または撮像画素信号とダミー信号との差分に相当する信号を生成することにより、実行される。なお、黒色信号とダミー信号のいずれを用いて撮像画素信号の黒レベル調整を行うかについての判別信号が、システムコントローラ１３からデジタル信号処理回路１２に入力される。
【００３８】
判別信号は、システムコントローラ１３において生成される。判別信号は、撮像画像信号および黒色信号を生成したときのシャッタスピード、すなわち撮像素子３０に被写体の光学像を露光させた露光時間に基づいて生成される。また、判別信号は、黒色信号とダミー信号のいずれかを選択するために定められる切替時間に基づいて生成される。
【００３９】
前述のように露光時間は、システムコントローラ１３において算出または設定される。また、切替時間はＲＯＭ１７に記憶されており、ＲＯＭ１７からシステムコントローラ１３に読込まれる。
【００４０】
露光時間が切替時間より長いときは、黒色信号を選択させる判別信号が生成される。一方、露光時間が切替時間より短いときは、ダミー信号を選択させる判別信号が生成される。
【００４１】
なお、複数の異なる切替時間がＲＯＭ１７には記憶されている。それぞれの切替時間は、設定される被写体画像のＩＳＯ感度に対応している。ＩＳＯ感度設定ダイヤルの入力により設定されるＩＳＯ感度に応じて、対応する切替時間がシステムコントローラ１３に選択され、読込まれる。
【００４２】
なお、ＩＳＯ感度が高感度であるほど切替時間は短くなるように設定される。逆にＩＳＯ感度が低感度であるほど切替時間は長くなるように設定される。
【００４３】
図３に、本実施形態におけるＩＳＯ感度と対応する切替時間との関係を示す。本実施形態では、ＩＳＯ感度とは反比例の関係にあるように切替時間が設定される。すなわち、ＩＳＯ感度が５０、１００、２００、４００と増加するにつれて、切替時間は２、１、０．５、０．２５に減少するように設定される。
【００４４】
黒色信号またはダミー信号のいずれかに基づいて、１フレームを構成するすべての撮像画素信号の黒レベル調整が行われる。なお、黒レベル調整の行われた撮像画素信号は、前述のＩＳＯ感度に応じてゲイン調整処理が行われ、その他の所定の信号処理が行われる
【００４５】
次に、システムコントローラ１３およびデジタル信号処理回路１２によって行われる黒レベル調整処理を含む画像信号の処理について、図４を用いて説明する。図４は、１フレームの画像信号の生成および信号処理の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、ステップＳ１００で、レリーズスイッチがＯＮ入力されているかの判断を行う。ＯＦＦの場合は、ＯＮになるまでステップＳ１００を繰返す。ＯＮである場合はステップＳ１０１に進む。
【００４７】
ステップＳ１０１では、ＩＳＯ感度の設定を確認する。ＩＳＯ感度設定ダイヤルによって設定されたＩＳＯ感度を確認し、確認したＩＳＯ感度に応じた切替時間を黒レベル調整のために選択する。また、確認したＩＳＯ感度に応じたゲインを増幅処理のために選択する。
【００４８】
次のステップＳ１０２において、測光センサ２０によって周囲光量を測光し、測光した周囲光量に基づいて絞りの開口度およびシャッタスピードを求める。次にステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２で求めた絞りの開口度に応じて絞りを駆動する。
【００４９】
次にステップＳ１０４に進み、撮像素子３０によって被写体像を撮像させる。なお、ステップＳ１０２において求めたシャッタスピードとなるようにシャッタまたは電子シャッタを駆動する。またはシャッタスピードが入力されている場合は、入力されたシャッタスピードとなるようにシャッタまたは電子シャッタを駆動する。
【００５０】
撮像動作を実行するとステップＳ１０５に進み、撮像素子３０から出力される撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号をＤＲＡＭ１６に格納する。格納後ステップＳ１０６に進む。
【００５１】
ステップＳ１０６において、システムコントローラ１３からデジタル信号処理回路１２に露光時間が読込まれ、ステップＳ１０１において選択された切替時間と、露光時間との比較が行なわれる。露光時間が切替時間より長い場合は、ステップＳ１０７に進む。
【００５２】
ステップＳ１０７では、ＤＲＡＭ１６に格納された撮像画素信号に対して黒色信号を用いて黒レベル調整を行う。すなわち、撮像画素信号と黒色信号との差分を生成し、黒レベル調整を施した撮像画素信号としてＤＲＡＭ１６に格納する。
【００５３】
一方、ステップＳ１０６において、露光時間が切替時間より短い場合は、ステップ１０８に進み、ダミー信号を用いて黒レベル調整を行う。すなわち、撮像画素信号とダミー信号との差分を生成し、黒レベル調整を施した撮像画素信号としてＤＲＡＭ１６に格納する。
【００５４】
ステップＳ１０７またはステップＳ１０８の終了後、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、ステップＳ１０１において選択されたゲインによって撮像画素信号の増幅処理を行う。
【００５５】
増幅処理の終了後、ステップＳ１１０において、その他の所定の信号処理を施して、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、信号処理を施した撮像画素信号を画像信号として、着脱式メモリまたは内蔵メモリ（図示せず）に格納する。着脱式メモリまたは内蔵メモリに画像信号を格納後に本処理は終了する。
【００５６】
以上のように、本実施形態の画像信号処理装置によれば、画像信号の黒レベル調整が最適に行われるため、撮像した画像の画質が向上する。
【００５７】
露光時間が長い場合は暗電流が大きくなるので、露光時間が長い場合、暗電流も含む黒色信号を用いることによって画像信号の黒レベルは最適に調整される。なお、露光時間が長いときは被写体の反射光は暗いことが一般的であるため、黒色領域の画素３１に光が漏れる問題は生じにくい。一方、露光時間が短い場合は、撮像画素信号における暗電流の影響は小さいので、光の漏れ込みの影響を受けないダミー信号を用いることによって画像信号の黒レベルは最適に調整される。
【００５８】
なお、設定するＩＳＯ感度に応じて切替時間を設定することにより、画像信号の黒レベルは最適に調整される。ＩＳＯ感度が高感度である場合は暗電流の影響が大きくなるので、切替時間が一定であると暗電流の影響が無視できない場合であってもダミー信号が用いられることがある。そこで、高感度になるほど切替時間を短くし、低感度になるほど切替時間を長くすることによって、黒レベル調整のための黒色信号とダミー信号との選択が適切に行なわれる。
【００５９】
なお、本実施形態においてＩＳＯ感度の設定に応じて切替時間を変更させる構成であるが、同じ露光時間における暗電流の影響を増大させる因子に対応させて切替時間を変更させる構成であってもよい。
【００６０】
例えば、画像信号のゲインを直接、調整できるカメラである場合は、入力されて認識されるゲインに応じて切替時間を変更させればよい。ゲインが大きくなるほど暗電流の影響が大きくなるので、切替時間を短く変更させることにより本実施形態と同じ効果が得られる。
【００６１】
なお、本実施形態の画像信号処理装置は、ＣＣＤから出力される信号の処理を行っているが、撮像画素信号、黒色信号、および露光時間が実質的にゼロであるときの画素信号に相当するダミー信号を生成するいかなる撮像素子に対して用いることが可能である。
【００６２】
例えば、以下に説明するＣＭＯＳ撮像素子に対しても用いることが可能である。図５を用いて、撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号を生成可能なＸＹアドレス方式であるＣＭＯＳ撮像素子の構造について説明する。図５は、撮像画素信号、黒色信号、ダミー信号の生成が可能なＣＭＯＳ撮像素子３０’の概略構成を示す回路図である。
【００６３】
ＣＭＯＳ撮像素子３０’は、撮像部３９’、ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’、列選択トランジスタ４０’、および出力部３８’によって構成される。撮像部３９’において撮像画素信号、黒色信号、およびダミー信号が生成される。
【００６４】
撮像画素信号および黒色信号がＣＤＳ／ＳＨ回路３７’によって相関二重サンプリングされる。列選択トランジスタ４０’により選択されて、ダミー信号または相関二重サンプリングされた撮像画素信号あるいは黒色信号が出力部３８’を介して出力される。
【００６５】
撮像部３９’の受光面には、撮像領域ＩＡ’、黒色領域ＢＡ’、ダミー領域ＤＡ’が設けられる。撮像領域ＩＡ’、黒色領域ＢＡ’、およびダミー領域ＤＡ’にはそれぞれ撮像画素３１’ｉ、黒色画素３１’ｂ、ダミー画素３１’ｄが設けられる。
【００６６】
撮像画素３１’ｉの構成について図６を用いて説明する。図６は、撮像画素３１’ｉの回路図である。撮像画素３１’ｉは、フォトダイオード（ＰＤ）４１’、フローティングディフュージョン（ＦＤ）３４’、転送トランジスタ４２’、リセットトランジスタ３５’（第１のリセット部）、増幅トランジスタ３６’、および行選択トランジスタ４３’によって構成される。
【００６７】
ＰＤ４１’では受光量に応じた信号電荷が生成される。また、ＰＤ４１’には、生成された信号電荷が蓄積される。ＰＤ４１’に蓄積された信号電荷は、転送トランジスタ４２’によって、ＦＤ３４’に転送される。
【００６８】
ＦＤ３４’は、ＰＤ４１’から転送される信号電荷を受取ることが可能なキャパシタであり、受取った信号電荷に応じた電位に変わる。また、ＦＤ３４’は、リセットトランジスタ３５’に接続される。
【００６９】
リセットトランジスタ３５’は、リセット信号ΦＲに応じてＦＤ３４’に蓄積された信号電荷を所定の電圧の電圧源Ｖｄｄに掃出させる。信号電荷を掃出させることにより、ＦＤ３４’をリセットさせ、また、ＦＤ３４’の電位をＶｄｄの電位に応じた電位にリセットさせる。
【００７０】
また、ＦＤ３４’は増幅トランジスタ３６’の副電極に接続される。増幅トランジスタ３６’の主電極は、行選択トランジスタ４３’を介してＣＤＳ／ＳＨ回路３７’に接続される。増幅トランジスタ３６’の主電極からは、ＦＤ３４’の電位に応じた信号電位が画素信号として出力可能になる。行選択トランジスタ４３’により画素信号をＣＤＳ／ＳＨ回路３７’に出力するタイミングが制御される。
【００７１】
ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’によって、画素信号の相関二重サンプリングが行なわれる。すなわち、ＦＤ３４’をリセットしたときの信号電位と信号電荷をＦＤ３４’に蓄積したときの信号電位との差分が撮像素子３０’から出力される画素信号としてサンプルホールドされる。
【００７２】
ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’の出力端は列選択トランジスタ４０’および水平出力線４４’を介して出力部３８’に接続される。ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’によってサンプルホールドされた画素信号を出力部３８’に出力するタイミングは、列選択トランジスタ４０’によって制御される。
【００７３】
なお、転送トランジスタ４２’に信号電荷の転送を行なわせるための転送信号ΦＴ、リセットトランジスタ３５’にＦＤ３４’のリセットを行なわせるリセット信号ΦＲ、行選択トランジスタ４３’に画素信号を出力可能にする行選択信号ΦＳＣ、ＣＤＳ／ＳＨ回路３７’に画素信号の相関二重サンプリングさせるためのＳＨ信号ΦＳＨ、および列選択トランジスタ４０’に画素信号を出力させるための列選択信号ΦＳＲは、撮像素子駆動回路２１により所定のタイミングで出力される。
【００７４】
黒色画素３１’ｂの構成は、ＰＤ４１’が遮光されている以外の構成および画素信号の生成のための動作は撮像画素の構成と同じである。
【００７５】
次に、ダミー画素３１’ｄの構成について図７を用いて説明する。図７は、ダミー画素３１’ｄの回路図である。ダミー画素３１’ｄは、ＦＤ３４’、リセットトランジスタ３５’（第２のリセット部）、増幅トランジスタ３６’、及び行選択トランジスタ４３’によって構成される。
【００７６】
増幅トランジスタ３６’の主電極は、電源線Ｖｄｄとダミー画素出力線４５’とに接続される。増幅トランジスタ３６’とダミー画素出力線４５’との間が、行選択トランジスタ４３’と定電流源Ｉｓｓとを介して接地される。リセットトランジスタ３５’の主電極は、電源線ＶｄｄとＦＤ３４’に接続され、ＦＤ３４’は増幅トランジスタ３６’の副電極に接続される。
【００７７】
リセットトランジスタ３５’の副電極と行選択トランジスタ４３’の副電極とが、電源線Ｖｄｄに接続される。すなわち、ダミー画素３１’ｄは、ＰＤと転送トランジスタが省かれ、リセットトランジスタ３５’の副電極と行選択トランジスタ４３’の副電極とが電源線Ｖｄｄに接続される点で撮像画素３１’ｉと異なっている。
【００７８】
ダミー画素出力線４５’は、列選択トランジスタ４０’および水平出力線４４’を介して出力部３８’に接続される。ダミー画素３１’ｄから出力されるダミー信号を出力部３８’に出力するタイミングは、列選択トランジスタ４０’によって制御される。
【００７９】
なお、撮像部３９’の製造プロセスにおいて撮像画素３１’ｉ、黒色画素３１’ｂ、ダミー画素３１’ｄは同時に形成される。ダミー画素３１’ｄを構成するＦＤ３４’、リセットトランジスタ３５’、増幅トランジスタ３６’、及び行選択トランジスタ４３’の特性は、撮像画素３１’ｉ或いは黒色画素３１’ｂを構成するＦＤ３４’、リセットトランジスタ３５’、増幅トランジスタ３６’、及び行選択トランジスタ４３’の特性と同じである。
【００８０】
以上のようなダミー画素３１’ｄの構成により、ダミー画素出力線４５’の電位は、電源線Ｖｄｄおよびリセットトランジスタ３５’の特性に応じた電位（第２の基準信号）となる。この電位は、撮像画素３１’ｉまたは黒色画素３１’ｂにおいて、ＦＤ３４’をリセットさせたときの信号電位（第１の基準信号）と略等しく、Ｖｄｄの電位からリセットトランジスタ３５’の閾値電圧分を引いた電位である。つまり、ダミー画素出力線４５’の電位は、露光時間がゼロであるときの画素信号の信号電位と同じである。
【００８１】
以上のように、ダミー画素により露光時間が実質的にゼロであるときの画素信号に相当するダミー信号を生成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態を適用した画像信号処理装置を有するデジタルカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図３】ＩＳＯ感度と対応付けられた切替時間との関係を示す図である。
【図４】１フレームの画像信号の生成および信号処理の動作を示すフローチャートである。
【図５】ＣＭＯＳ撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図６】ＣＭＯＳ撮像素子における撮像画素の回路図である。
【図７】ＣＭＯＳ撮像素子におけるダミー画素の回路図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０ デジタルカメラ
１２ デジタル信号処理回路
１３ システムコントローラ
１５ Ａ／Ｄコンバータ
１６ ＤＲＡＭ
１７ ＲＯＭ
１９ 操作部
３０、３０’ 撮像素子
３１’ｉ 撮像画素
３１’ｂ 黒色画素
３１’ｄ ダミー画素
３３ 水平ＣＣＤ
３４、３４’ フローティングディフュージョン（ＦＤ）
３５、３５’ リセットトランジスタ
３６、３６’ 増幅トランジスタ
３７、３７’ 相関二重サンプリング・サンプルホールド（ＣＤＳ／ＳＨ）回路
３８、３８’ 出力部
４１’ フォトダイオード（ＰＤ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像して画像信号を生成する撮像手段への露光時間を認識する第１の認識手段と、
前記露光時間が予め定められた切替時間を超えている場合は、前記撮像手段に設けられる受光面が遮光されたブラック画素からの信号出力に基づいて生成される黒色信号を前記画像信号の黒色の基準とし、前記露光時間が前記切替時間を下回る場合は、前記露光時間が実質的にゼロであるときの前記画像信号に相当するダミー信号を前記画像信号の黒色の基準として前記画像信号の黒レベルを調整する調整手段とを備える
ことを特徴とする画像信号処理装置。
【請求項２】
前記撮像手段に撮像される被写体画像のＩＳＯ感度設定を認識する第２の認識手段を備え、前記調整手段は前記ＩＳＯ感度設定が高感度になるほど前記切替時間を短く設定することを特徴とする請求項１に記載の画像信号処理装置。
【請求項３】
前記画像信号を増幅させるためのゲインを認識する第２の認識手段を備え、前記調整手段は前記ゲインが大きくなるほど前記切替時間を短く設定することを特徴とする請求項１に記載の画像信号処理装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、入射光の受光量に応じた電荷を生成する複数の第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部と同一の特性を有し、前記ブラック画素を形成するする第２の光電変換部と、前記電荷に基づいて画素信号を生成する第１の信号生成部とを有し、
前記画像信号は、複数の前記第１の光電変換手段のそれぞれが生成する電荷に基づいて生成される撮像画素信号によって形成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の画像信号処理装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記第１の光電変換部または前記第２の光電変換部が生成する電荷を前記第１の信号生成部に送る電荷転送部を備え、前記ダミー信号は前記電荷転送部の空送り時に前記信号生成部により生成されることを特徴とする請求項４に記載の画像信号処理装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、
前記第１の信号生成部が受取る電荷をリセットさせ、前記第１の信号生成部の入力端の電気信号を駆動電源に基づく第１の基準信号に変化させる第１のリセット部と、
前記第１のリセット手段と同一の特性であり、前記第１の基準信号と実質的に同一の第２の基準信号を出力端から出力する第２のリセット部と、
前記第１の信号生成部と同一の特性であり、前記第２のリセット手段から出力される前記第２の基準信号に基づいて前記ダミー信号を生成する第２の信号生成部とを備える
ことを特徴とする請求項４に記載の画像信号処理装置。
【請求項７】
入射光の受光量に応じた電荷を生成する複数の第１の光電変換部と、受光面が遮光される前記第１の光電変換手段と同一の特性を有する第２の光電変換部と、前記電荷に基づいて画素信号を生成する第１の信号生成部とを備え、前記入射光を受光させる時間である露光時間が実質的にゼロであるときの前記画素信号に相当するダミー信号を生成する撮像手段と、
前記露光時間を認識する第１の認識手段と、
前記露光時間が予め定められた切替時間を超えている場合は、前記第２の光電変換手段が生成する前記信号電荷に基づいて生成される前記画素信号である黒色信号を、前記第１の光電変換手段が生成する前記信号電荷に基づいて生成される前記画素信号である撮像画素信号の黒色の基準とし、前記露光時間が前記切替時間を下回る場合は前記ダミー信号を前記撮像画素信号の黒色の基準として前記撮像画素信号の黒レベルを調整する信号処理手段とを備える
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
被写体を撮像して画像信号を生成する撮像手段への露光時間を認識する第１の認識手段と、
前記露光時間が予め定められた切替時間を超えている場合は、前記撮像手段に設けられる受光面が遮光されたブラック画素からの信号出力に基づいて生成される黒色信号を前記画像信号の黒色の基準とし、前記露光時間が前記切替時間を下回る場合は、前記露光時間が実質的にゼロであるときの前記画像信号に相当するダミー信号を前記画像信号の黒色の基準として前記画像信号の黒レベルを調整する調整手段とを備える
ことを特徴とする画像信号処理装置。
【請求項２】
前記撮像手段に撮像される被写体画像のＩＳＯ感度設定を認識する第２の認識手段を備え、前記調整手段は前記ＩＳＯ感度設定が高感度になるほど前記切替時間を短く設定することを特徴とする請求項１に記載の画像信号処理装置。
【請求項３】
前記画像信号を増幅させるためのゲインを認識する第２の認識手段を備え、前記調整手段は前記ゲインが大きくなるほど前記切替時間を短く設定することを特徴とする請求項１に記載の画像信号処理装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、入射光の受光量に応じた電荷を生成する複数の第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部と同一の特性を有し、前記ブラック画素を形成するする第２の光電変換部と、前記電荷に基づいて画素信号を生成する第１の信号生成部とを有し、
前記画像信号は、複数の前記第１の光電変換手段のそれぞれが生成する電荷に基づいて生成される撮像画素信号によって形成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の画像信号処理装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記第１の光電変換部または前記第２の光電変換部が生成する電荷を前記第１の信号生成部に送る電荷転送部を備え、前記ダミー信号は前記電荷転送部の空送り時に前記信号生成部により生成されることを特徴とする請求項４に記載の画像信号処理装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、
前記第１の信号生成部が受取る電荷をリセットさせ、前記第１の信号生成部の入力端の電気信号を駆動電源に基づく第１の基準信号に変化させる第１のリセット部と、
前記第１のリセット手段と同一の特性であり、前記第１の基準信号と実質的に同一の第２の基準信号を出力端から出力する第２のリセット部と、
前記第１の信号生成部と同一の特性であり、前記第２のリセット手段から出力される前記第２の基準信号に基づいて前記ダミー信号を生成する第２の信号生成部とを備える
ことを特徴とする請求項４に記載の画像信号処理装置。
【請求項７】
入射光の受光量に応じた電荷を生成する複数の第１の光電変換部と、受光面が遮光される前記第１の光電変換手段と同一の特性を有する第２の光電変換部と、前記電荷に基づいて画素信号を生成する第１の信号生成部とを備え、前記入射光を受光させる時間である露光時間が実質的にゼロであるときの前記画素信号に相当するダミー信号を生成する撮像手段と、
前記露光時間を認識する第１の認識手段と、
前記露光時間が予め定められた切替時間を超えている場合は、前記第２の光電変換手段が生成する前記信号電荷に基づいて生成される前記画素信号である黒色信号を、前記第１の光電変換手段が生成する前記信号電荷に基づいて生成される前記画素信号である撮像画素信号の黒色の基準とし、前記露光時間が前記切替時間を下回る場合は前記ダミー信号を前記撮像画素信号の黒色の基準として前記撮像画素信号の黒レベルを調整する信号処理手段とを備える
ことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３５２７５８（Ｐ２００６−３５２７５８Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７９２５７（Ｐ２００５−１７９２５７）
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
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