JP2001054019A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2001054019A
JP2001054019A JP11223079A JP22307999A JP2001054019A JP 2001054019 A JP2001054019 A JP 2001054019A JP 11223079 A JP11223079 A JP 11223079A JP 22307999 A JP22307999 A JP 22307999A JP 2001054019 A JP2001054019 A JP 2001054019A
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JP
Japan
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signal
timing
solid
imaging device
processing circuit
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JP11223079A
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Koji Tomota
幸治 友田
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロック周波数は一定として、クロック周波
数を撮像の環境や信号処理等に応じて、周波数変換器で
校正したタイミングを発生するタイミング発生器を備え
た装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 固体撮像素子の画素部に蓄積された電荷
をリセットするパルスのタイミングと、該画素部に蓄積
された電荷を転送、読み出しするパルスのタイミングを
同時に制御することを特徴とする。また、上記撮像装置
において、前記固体撮像素子の露光量を評価する手段
と、その評価値に応じて蓄積時間を制御する手段を有す
る。また、上記撮像装置において、前記固体撮像素子の
周辺回路部の電源の導通、非導通を制御する手段を有
し、前記画素部に蓄積された電荷の読み出しする期間の
み前記周辺回路部を導通させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子の光
電荷を読み出す際の光環境に即した蓄積時間に比例した
読み出しクロックとした撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、固体撮像素子を用いたカメラで撮
像する場合、撮影環境で薄暗い場所で撮像すると画像信
号成分に対してノイズ成分が高いので、S/Nが悪化す
る。
【0003】この固体撮像素子には、CCD(Charge C
oupled Device:電荷結合素子)があり、CCDを用いた
場合、暗い環境では光電荷の蓄積時間を長くして露光量
を増加して撮像していた。従って、通常の光環境と暗い
環境では、撮像した光電荷を垂直走査方向に転送して撮
像メモリに格納しており、水平走査方向は一定の周波数
frで走査している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体撮
像装置では、固体撮像素子や、固体撮像素子から読み出
した画像信号の各種の信号処理回路等への基準クロック
信号を供給するのは、一定クロック周波数であり、被写
体の撮像上の光量環境に対して、クロック周波数を任意
に提供することはなかった。そのため、暗い環境であっ
ても同一のクロック周波数を供給して撮像時間を長くす
るために入力するパルスの数を制御するような回路を設
けることが行われるが、一般にクロック周波数が高くな
ると、信号処理回路等での消費電力が大きくなるという
問題もあり、装置全体でのクロック周波数についての考
察は十分ではなかった。
【0005】本発明は、クロック周波数は一定として、
クロック周波数を撮像の環境や信号処理等に応じて、周
波数変換器で校正したタイミングを発生するタイミング
発生器を備えた装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体撮像素子
の画素部に蓄積された電荷をリセットするパルスのタイ
ミングと、該画素部に蓄積された電荷を転送、読み出し
するパルスのタイミングを同時に制御することを特徴と
する。
【0007】また、上記撮像装置において、前記固体撮
像素子の露光量を評価する手段と、その評価値に応じて
蓄積時間を制御する手段を有する。また、上記撮像装置
において、前記固体撮像素子の周辺回路部の電源の導
通、非導通を制御する手段を有し、前記画素部に蓄積さ
れた電荷の読み出しする期間のみ前記周辺回路部を導通
させることを特徴とする。また、上記撮像装置におい
て、前記固体撮像素子の画素部に蓄積された電荷を転
送、読み出しする期間が蓄積時間と比例関係となるよう
制御することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明による実施形態について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0009】[第1の実施形態]図2は、本発明の第1
の実施形態による撮像装置に係る固体撮像素子3の概略
構成図である。図2において、13はクロックCLK発
振器、10はCLK発振器13から出力されるクロック
周波数を露光量に応じて変換する周波数変換器、5はプ
リ露光により撮像素子の露光量を演算処理し、その評価
値に応じて周波数変換器10を制御する演算処理回路、
11は周波数変換器10の周波数に応じて固体撮像素子
の垂直方向及び水平方向の走査用タイミング信号を供給
するタイミング発生器である。
【0010】図2において、行(垂直)方向および列
(水平)方向にマトリクス状に配列され、入射光をその
光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数
のセンサ部301と、各センサ301からの信号電荷を
垂直転送する垂直シフトレジスタV−SR303と、水
平転送する水平シフトレジスタH−SR305と、転送
された信号電荷を順次電圧信号に変換して出力するアン
プ306とで構成されている。
【0011】撮像エリアのセンサ部301は例えばPN
接合のフォトダイオードとフォトダイオードに蓄積され
た信号電荷を転送、リセットを行うTFT部からなって
いる。この固体撮像素子の1画素は、フォトダイオード
に光電変換された光電荷を転送パルスで転送する転送M
OSと、転送された光電荷を蓄積するフローティングゲ
ートを有してソースフォロワにより出力するソースフォ
ロワMOSと、フローティングゲートの光電荷をリセッ
トパルスによりリセットするリセットMOSと、ソース
フォロワMOSを選択パルスで活性化して該当するフォ
トダイオードの光電荷を選択する選択MOSとから構成
される。この転送パルスと、リセットパルス、選択パル
スは各行共にV−SR303から供給される。
【0012】この画素に対して、まず転送パルスで転送
するため、V−SR303から転送パルスが印加された
行のフォトダイオードに蓄積された信号電荷は、各MO
SのTFT部に適用なパルスが印加されることにより、
H−SR305に配置した容量部に転送される。この転
送された信号電荷を1走査線(1ライン)に相当する部
分に画素毎の光電荷を順次水平方向に転送される。水平
方向に順次転送された信号電荷は、アンプ306、例え
ばフローティング・ディフュージョン・アンプによって
出力される。
【0013】この固体撮像素子3を駆動するための各種
のタイミング信号はタイミング発生器11より供給され
る。図1は撮像装置の構成図である。図1において、1
は被写体の光を収束するレンズ系、3は上記固体撮像素
子を収納した撮像素子、12は撮像素子3より出力され
る撮像信号を増幅するゲイン可変のAGC回路、7はア
ナログの撮像信号をデジタル信号に変換するA/D変換
器、11は撮像素子の駆動信号、その他垂直同期信号P
V,水平同期信号PH,画素クロックPC,リセット信
号PR,サンプリング信号PS,信号読み出し信号EP
を発生させるタイミング信号発生器である。
【0014】また、4はA/D変換器7より出力される
撮像信号を処理し、赤、緑、青の原色信号R,G,B、
あるいは輝度信号Yおよび色差信号U,Vの形式をもっ
て出力される信号処理回路、5は信号処理回路4より出
力される映像信号の処理及び撮像装置の制御を行う演算
処理装置の演算処理回路、8は演算処理回路5より出力
される映像信号を画像として記録するメモリ装置であ
る。なお、演算処理回路5の出力を不図示の画像表示装
置に直接表示することで、リアルタイムに撮像素子で取
得した画像を表示することができる。
【0015】また、13は図2に示した基準クロック信
号を発生するCLK発振器であり、10は同様にCLK
発振器13のクロック信号に対して演算処理回路5から
の露光量測量時やオートフォーカス時、光環境状態によ
る撮像条件を変化する等の場合に応じてクロック信号等
を制御される周波数変換器である。
【0016】(撮像装置の動作の説明)本撮像装置は、
タイミング発生器11の内部で生成される同期信号に従
って、撮像素子3,A/D変換器7を制御し、撮像素子
3より出力される撮像信号を信号処理回路4に送る。信
号処理回路4はA/D変換器7より出力された撮像信号
を、赤、緑、青の原色信号R,G,B、あるいは輝度信
号Yおよび色差信号U,Vの映像信号へ変換処理を行
う。信号処理回路4はタイミング発生器11より出力さ
れる画素クロックPCに同期して、映像信号を出力す
る。演算処理回路5は、信号処理回路4より出力される
映像信号を、タイミング発生器11より出力される垂直
同期信号PVに同期してメモリ8へと記録する。メモリ
8は、撮像装置より取り外し可能な媒体であっても、無
くても良い。また、演算処理回路5は、内部に読み書き
可能な計算用メモリ領域、レジスタを複数個装備してい
る。
【0017】この撮像動作中に、本撮像装置は、信号処
理回路4より出力される輝度信号Yの平均をとり露光デ
ータとする。
【0018】(蓄積時間1のタイミング)以下に、図3
を用いて動作タイミングを説明する。図3に蓄積時間1
のタイミング図を示す。図3の信号PV,PH,PCは
それぞれ図2のタイミング発生器11で生成される垂直
同期信号、水平同期信号、画素クロック信号であり、P
Rは撮像素子3に蓄積された電荷をリセットする信号で
ある。リセット信号PRは水平同期信号PHに同期し、
撮像素子3を行単位でリセットMOSを活性化して電荷
のリセットを行っている。よって、垂直シフトレジスタ
V−SR303からパルスが始めに印加された行の蓄積
時間はT1となる。以下、行単位で時間的にずれた時間
で蓄積されるが、水平同期信号PHと画素クロック信号
PCは同期がとれているので、蓄積時間T1の長さは行
毎に変わることはない。
【0019】(従来のタイミング図)これに対して、比
較例として、従来のタイミング図を図4に示して相違点
を説明する。撮像装置の露光量が小さく、目標値に達し
ていない場合、図1のAGC回路12のゲインを可変し
て、露光量の調整を行うが、十分に調整できない場合、
撮像素子3の蓄積時間を調整して露光量を稼ぐ。図4に
おいては、蓄積時間を仮に2倍にして説明する。信号P
V,PH,PC,PRの周波数は蓄積時間1のタイミン
グ図と同様で、蓄積時間を2倍にするために、電荷のリ
セットから読み出しまでの時間(=蓄積時間T2)を調
整することで、蓄積時間を2倍にしている。
【0020】(本実施形態のタイミング図)図5におい
ても、従来のタイミングと同様に蓄積時間を仮に2倍に
して説明する。図2の演算処理回路5で演算処理した露
光量に応じて、周波数変換器10に周波数を2倍にする
信号を送り制御する。その結果、タイミング発生器11
から周波数が2倍になった信号PV,PH,PC,PR
が発振され、図に示すように蓄積時間も2倍となる(T
2=T1×2)。また、信号読み出し期間に同期した信
号EPをタイミング発生器11で生成し、周辺回路のア
ンプ306やA/D変換器7などの電源をON/OFF
することで、消費電力の低減になる。周辺回路は信号読
み出し時以外は動作しなくても良い。
【0021】[第2の実施形態]図6は、第2の実施形
態の固体撮像素子3の概略構成図である。図6は図2と
同様な構成で、重複する内容に関しては、図2の説明で
補い説明を省略する。308のSWはアンプ306の電
源をON/OFFするスイッチで、タイミング発生器1
1から生成される信号EPで制御される。
【0022】本実施形態の動作について、図5を参照し
て説明する。従来のタイミングと同様に蓄積時間を仮に
2倍にして説明する。図6の演算処理回路5で演算処理
した露光量に応じて、周波数変換器10に周波数を2倍
にする信号を送り制御する。その結果、タイミング発生
器11から周波数が2倍になった信号PV,PH,P
C,PRが発振され、図に示すように蓄積時間も2倍と
なる(T2=T1×2)。また、信号読み出し期間に同
期した信号EPをタイミング発生器11で生成し、周辺
回路のアンプ306やA/D変換器7などの電源と共
に、固体撮像素子のアンプ306の電源をON/OFF
することで、本装置全体の消費電力を低減することがで
きる。これは、周辺回路は信号読み出し時以外は動作し
なくてもよいからである。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、蓄積時間に比例して読
み出しクロックを変更するので、入力するパルスの数を
制御するような特別な回路を設けることなく、撮影時間
を長くできる。また、固体撮像素子の画素部に蓄積され
た電荷を読み出す期間のみ、周辺回路部を非導通とする
ことで、撮像装置の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による撮像装置の各ブロック
図である。
【図2】本発明の実施形態による撮像装置の撮像素子部
分の各ブロック図である。
【図3】本発明の実施形態による撮像装置の各タイミン
グ図である。
【図4】従来例による撮像装置の各タイミング図であ
る。
【図5】本発明の実施形態による撮像装置の各タイミン
グ図である。
【図6】本発明の実施形態による撮像装置の各ブロック
図である。
【符号の説明】
1 レンズ系 3 固体撮像素子 4 信号処理回路 5 演算処理回路 7 A/D変換器 8 メモリ 10 周波数変換器 11 タイミング発生器 12 AGC回路 13 CLK発生器 301 撮像エリアを示すセンサ部 303 垂直シフトレジスタV−SR 305 水平シフトレジスタH−SR 306 アンプ 308 スイッチ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体撮像素子の画素部に蓄積された電荷
    をリセットするパルスのタイミングと、該画素部に蓄積
    された電荷を転送、読み出しするパルスのタイミングを
    同時に制御することを特徴とする撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記固体撮像素子の露光量を評価する手
    段と、その評価値に応じて蓄積時間を制御する手段を有
    する請求項1記載の撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記固体撮像素子の周辺回路部の電源の
    導通、非導通を制御する手段を有し、前記画素部に蓄積
    された電荷の読み出しする期間のみ前記周辺回路部を導
    通させる請求項1記載の撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記固体撮像素子の画素部に蓄積された
    電荷を転送、読み出しする期間が蓄積時間と比例関係と
    なるよう制御することを特徴とする請求項1記載の撮像
    装置。
  5. 【請求項5】 固体撮像素子の画素部に蓄積された電荷
    を読み出す撮像装置において、基準クロック信号を発生
    するクロック発振器と、被写体の撮像時に露光量を決定
    し自動露光時に露出を決定する演算処理回路と、前記演
    算処理回路の制御により前記基準クロック信号を周波数
    変換する周波数変換器と、前記周波数変換器の周波数信
    号から前記固体撮像素子の読み取りタイミングを発生す
    るタイミング発生器とを備えたことを特徴とする撮像装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006137567A1 (en) 2005-06-21 2006-12-28 Ricoh Company, Ltd. Imaging apparatus, imaging control method and recording medium readable by computer
KR100718646B1 (ko) 2005-08-05 2007-05-15 삼성전자주식회사 아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 씨모스 이미지센서, 그리고 씨모스 이미지 센서의 동작 방법
US20100321516A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 Casio Computer Co., Ltd. Digital camera apparatus and recording medium for recording computer program for such apparatus

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