JP2004023615A - 撮像装置、撮像方法及びそれらを備える携帯端末装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置は、フレームレートを20fps又は20/2m(mは整数)fpsになるように調整することで撮像された映像からフリッカ雑音を除去する。そのために、撮像装置は、水平転送クロックの周波数fclk、水平画素カウント数Nh1や垂直ラインカウント数Nvを調整する。さらに、1フレームレートの長さを調整するための端数カウントを設けることにより調整を行う。また、携帯端末装置に、当該撮像装置を組み込む。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像装置のフリッカ補正に係る発明であって、特に、情報機器又は携帯電話等の携帯端末との組み合わせにおいて好適な小型の撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
通常、交流電源によって点灯された照明の下で被写体を撮像すると、その撮像の映像信号にはフリッカ雑音が含まれる。従来、このフリッカ雑音を補正する方法として、例えば特開昭52−122039に示されている。この方法では、まず、フリッカ雑音の逆位相となる波形を撮像装置の垂直変更周波数と交流電源周波数から同期合成する。次に、その波形をフリッカ雑音が含まれている映像信号に重畳する。これにより、映像信号に含まれるフリッカ雑音を除去することができる。
【0003】
また、フリッカ雑音を除去する回路を含む撮像装置として、例えば特開平6−38078に示されている。この撮像装置では、まず、撮像素子(以下、CCD素子ともいう。)の出力映像信号の信号レベル値とCCD素子が適正露出時間で撮影した場合の信号レベル値とを比較して、露出時間の差を求める。次に、撮像装置で採用している垂直走査周期と被写体の照明光の強度変化の周期との違いによって生じるフリッカ雑音の周期の1周期前の適正露出時間のデータと、露出時間の差のデータとを演算してCCD素子の新たな露出時間値を定める。そして、撮像装置は、この新たな露出時間値を実現するために駆動タイミングのデータを求める。一方、撮像装置は、別に発振器を設け、この発振器により発振される一定周期のパルスをカウンタで計数する。次に、撮像装置は、このカウンタで計数された計数値と駆動タイミングのデータとを比較器で比較することにより一致する時点を検出する。そして、撮像装置は、比較器によって検出された一致点から垂直帰線期間内に設定されている電荷読出駆動の時点までの期間、CCD素子を被写体の光学像情報により露光させる。これにより、撮像装置は、出力映像信号に生じるフリッカ雑音を除去する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記に述べたフリッカ雑音を補正する方法では、フリッカ雑音の逆位相となる波形を同期合成するため、交流電源周波数を検出する必要があった。そのため、この方法を利用する撮像装置では、必ず交流電源周波数を検出する装置を設ける必要があり、撮像装置の構成を複雑化、大型化するという問題があった。
【0005】
また、上記に述べたフリッカ雑音を除去する回路を含む撮像装置では、CCD素子の出力映像信号の信号レベル値と適正露出時間で撮影した場合の信号レベル値とを比較して、露出時間の差を求める等の複雑な処理を行う必要があった。そのため、この撮像装置では、フリッカ雑音を除去するための処理時間が必要となる問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、小型で、構成の容易なフリッカ雑音を除去可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、小型で、構成の容易なフリッカ雑音を除去可能な撮像装置、撮像方法及びそれらを備える携帯端末装置を実現することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る解決手段は、1垂直周期の長さが変更可能な撮像装置の撮像方法であって、1垂直周期の長さが20fps又は20/2m(mは整数)fpsになるように調整する。
【0009】
本発明の請求項2に係る解決手段は、前記請求項1記載の撮像装置の撮像方法であって、システム周波数が変化する場合であっても、前記1垂直周期の長さが20fps又は20/2m(mは整数)fpsになるように調整する。
【0010】
本発明の請求項3に係る解決手段は、撮像装置を備え、無線通信機能を有する携帯端末装置であって、前記撮像装置が、請求項1又は請求項2に記載の撮像方法を実行する。
【0011】
本発明の請求項4に係る解決手段は、被写体の画像を与える入射光を光電変換して電荷を取り出す撮像素子と、撮像素子に蓄積された電荷を垂直方向に転送するタイミングである第1カウントを生成する垂直ラインカウンタと、撮像素子に蓄積された電荷を水平方向に転送するタイミングである第2カウントを生成する水平画素カウンタと、第1カウント及び第2カウントに基づき撮像素子に蓄積された電荷を転送するための制御信号を出力する駆動部とを備え、垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタは、1垂直周期の長さを調整するための端数カウントを生成する。
【0012】
本発明の請求項5に係る解決手段は、請求項4記載の撮像装置であって、水平画素カウンタは、垂直ラインカウンタが生成した端数カウント時に、カウントを初期化するための閾値を変化させることにより、端数カウントのカウント数を調整する。
【0013】
本発明の請求項6に係る解決手段は、請求項4記載の撮像装置であって、垂直ラインカウンタは、端数カウントを生成せず、水平画素カウンタは、カウントを初期化するための閾値を変化させることにより、端数カウントを生成し、端数カウントのカウント数を調整する。
【0014】
本発明の請求項7に係る解決手段は、請求項4乃至請求項6のいずれかに撮像装置であって、垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタは、1垂直周期の長さが20fps又は20/2m(mは整数)fpsとなるように端数カウントを調整する。
【0015】
本発明の請求項8に係る解決手段は、請求項4乃至請求項7のいずれかに記載の撮像装置であって、駆動部は、端数カウント時に電荷を転送するための制御信号を出力しない。
【0016】
本発明の請求項9に係る解決手段は、請求項4乃至請求項8のいずれかに記載の撮像装置であって、撮像装置は、撮像素子に電荷が蓄積される電荷蓄積時間を任意に制御するための電子シャッタをさらに備える。
【0017】
本発明の請求項10に係る解決手段は、請求項4乃至請求項9のいずれかに記載の撮像装置と、システム周波数の変更要求を撮像装置に出力するメインシステム制御部と、撮像装置が出力する撮像信号を受信し、撮像信号に対して所定の信号処理を行うメイン信号部とを備え、撮像装置は、メインシステム制御部からのシステム周波数の変更要求により第1カウントのカウント数,第2カウントのカウント数,端数カウントのカウント数を再設定する。
【0018】
本発明の請求項11に係る解決手段は、請求項10記載の携帯端末装置であって、携帯端末装置は、無線通信機能をさらに備える。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【0020】
(実施の形態1)
図1に本実施の形態に係る撮像素子及びタイミング生成部の構成概略図を示す。ここで、フォトダイオード(PD)1は、被写体の画像を与える入射光を光電変換して蓄積電荷として取り出すものであり、1水平ラインに沿って配列した複数の画素に該当する。そして、この蓄積電荷は、垂直CCD(charge coupled device)2に読み出され、垂直方向に転送される。垂直転送された蓄積電荷は、さらに水平CCD(HCCD)3により水平方向に転送される。そして、水平転送された蓄積電荷は、CCD出力4として出力される。
【0021】
蓄積電荷がフォトダイオード1からCCD出力4として出力されるまでの転送のタイミングを制御しているのがタイミング生成部5である。このタイミング生成部5は、主に垂直ラインカウンタ6、水平画素カウンタ7、垂直ライン駆動部8及び水平画素駆動部9から構成されている。垂直ラインカウンタ6は、蓄積電荷を垂直方向に転送するタイミングである垂直ラインカウント(第1カウント)を生成している。水平画素カウンタ7は、蓄積電荷を水平方向に転送するタイミングである水平画素カウント(第2カウント)を生成している。垂直ライン駆動部8は、垂直ラインカウンタ6及び水平画素カウンタ7で生成された垂直ラインカウント及び水平画素カウントに基づいて、垂直CCD(VCCD)2を駆動するための垂直転送クロックφV1〜φV4を生成している。水平画素駆動部9は、垂直ラインカウンタ6及び水平画素カウンタ7で生成された垂直ラインカウント及び水平画素カウントに基づいて、水平CCD3を駆動するための水平転送クロックφH1〜φH2を生成している。本実施の形態の撮像装置は、上記の撮像素子が含まれている。
【0022】
次に、被写体の照明に蛍光灯を用いた場合、蛍光灯は一般的に商用電源で交流点灯されているので、その発光強度は交流周波数の2倍の周期で変動している。そのため、被写体を蛍光灯照明下で撮像するとちらつきが生じる。これが、フリッカ雑音である。例えば、商用電源の周波数が50Hz(1/50秒)である場合、フリッカ雑音の周波数は商用電源の周波数の2倍の100Hz(1/100秒)である。
【0023】
図2に照明の光強度変化及び撮像装置の蓄積電荷変化の概念図を示す。ここで、横軸は時間(秒)、縦軸は照明の光強度及び電荷の蓄積量を示す。また、図2(a)は商用電源の周波数が50Hz(1/50秒)である場合を示し、図2(b)は商用電源の周波数が60Hz(1/60秒)である場合を示す。
【0024】
まず、商用電源の周波数が50Hz(1/50秒)である場合を考えると、図2(a)に示すように100Hz(1/100秒)の周波数で照明の光強度が変化している。一方、撮像装置は、1垂直周期(以下、フレームレートともいう。)の間電荷を蓄積して垂直CCD2に出力する。そのため、1フレームレート内の含まれる照明の光強度変化のピーク数がフレームレート毎に異なると、蓄積される電荷量が変動する。その結果、撮像された映像にフリッカ雑音が重畳することになる。そこで、フリッカ雑音を除去するためには、1フレームレート内の含まれる照明の光強度変化のピーク数をフレームレート毎に等しくなるように、1フレームレートの長さを調整する。ここで、フレームレートの長さを20fps(frame per second)とすると、図2(a)に示すようにA期間に含まれる照明の光強度変化のピーク数は5個、B期間に含まれる照明の光強度変化のピーク数は5個となる。従って、フレームレートの長さが20fps(1/20秒)であれば、A期間とB期間に含まれる蓄積電荷量は同じとなり、撮像された映像からフリッカ雑音を除去できる。
【0025】
また、図2(b)に示すように商用電源の周波数が60Hz(1/60秒)である場合、120Hz(1/120秒)の周波数で照明の光強度が変化している。この場合も、フレームレートの長さを20fps(1/20秒)とすると、図2(b)に示すようにA期間に含まれる照明の光強度変化のピーク数は6個、B期間に含まれる照明の光強度変化のピーク数は6個となる。従って、フレームレートの長さが20fps(1/20秒)であれば、A期間とB期間に含まれる蓄積電荷量は同じとなり、撮像された映像からフリッカ雑音を除去できる。
【0026】
よって、撮像装置は、フレームレートの長さが20fpsであればA期間及びB期間以外の任意の期間でもその期間内に蓄積される電荷量は同じになり、撮像された映像からフリッカ雑音を除去できる。さらに、撮像装置は、20/2m(mは整数)fpsとした場合でも、20fpsの場合と同様に蓄積される電荷量は同じになり、撮像された映像からフリッカ雑音を除去できる。
【0027】
ここで、システム周波数の1つである水平転送クロックの周波数をfclk、水平画素カウント数をNh1、垂直ラインカウント数をNvとすると、フレームレート(Ft)は、Ft=fclk/(Nh1×Nv)の関係を満たしている。なお、水平画素カウント数は、水平画素カウントのカウント数で、水平有効画素数と水平オプティカルブラック画素数(以下、水平OB画素数という。)と水平ブランキング数との合計で求まる。垂直ラインカウント数とは、垂直ラインカウントのカウント数で、垂直有効画素数と垂直オプティカルブラック画素数(以下、垂直OB画素数という。)と垂直ブランキング数との合計で求まる。
【0028】
本実施の形態の撮像装置は、フレームレートの長さを20fps又は20/2m(mは整数)fpsになるように調整することで撮像された映像からフリッカ雑音を除去する。そのためには、水平転送クロックの周波数fclk、水平画素カウント数Nh1や垂直ラインカウント数Nvを調整することが考えられる。たとえ、水平転送クロックの周波数fclkが変化しても、他のパラメータを制御することにより、フレームレートの長さを20fps又は20/2m(mは整数)fpsに維持することが可能である。
【0029】
また、撮像状態の照度が暗く変化した場合、撮像装置では、蓄積電荷を増やしてSN比を上げようとする。そのため、撮像装置はフレームレートを小さくして対策をしている。実際、撮像装置では、室内で撮像するときと野外で撮像するときとで、撮像状態の照度が変化する。これによるフレームレートの変化を20fps又は20/2m(mは整数)fpsになるように調整することで撮像された映像からフリッカ雑音を除去することができる。
【0030】
さらに、1フレームレートの長さを柔軟に調整するために、これらのパラメータ以外に1フレームレートの長さを調整するための端数カウントを設けることも考えられる。この端数カウントは、垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタがカウントを生成し、この端数カウントのカウント数を変化させることにより1フレームレートの長さを調整することができる。以下に、この端数カウントを用いたフレームレートの調整について説明する。
【0031】
図3に、端数カウントを含む垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタのカウントの模式図を示す。垂直ラインカウンタ6の垂直ラインカウントCv(以下、カウントCvともいう。)が0のとき、水平画素カウンタ7の水平画素カウントCh(以下、カウントChともいう。)は1から水平画素カウント数Nh0までカウントする。カウントChが水平画素カウント数Nh0までカウントするとカウントCvは1繰り上がり、カウントChは1に戻る。そして、カウントCvが1となり、水平画素カウンタ7のカウントChは1から水平画素カウント数Nh1までカウントする。また、カウントChがNh1までカウントするとカウントCvは1繰り上がり、カウントChは1に戻る。そして、カウントCvが2となり、水平画素カウンタ7のカウントChは1から水平画素カウント数Nh1までカウントする。
【0032】
以後、同様にカウントCvが垂直ラインカウント数Nvになるまで繰り返され、カウントCvがNv、カウントChがNh1までカウントするとカウントCvは0、カウントChは1に戻る。なお、水平画素カウント数Nh1及び垂直ラインカウント数Nv1は、水平画素カウント及び垂直ラインカウントのカウント数、水平画素カウント数Nh0は、端数カウントのカウント数でもあるが、カウントを初期化するための閾値でもある。また、ここで1フレームレートとは、カウントCvが0、カウントChが1からカウントCvがNv、カウントChがNh1までの期間をいう。
【0033】
ここで、端数カウント10は、カウントCvが0でカウントChが1から水平画素カウント数Nh0までのカウントをいう。この端数カウント10は、1フレームレートの長さを調整するために設けられている。また、端数カウント10の時以外のカウントChの閾値である水平画素カウント数Nh1は、水平有効画素数と水平OB画素数と水平ブランキング数との合計で定められる。しかし、端数カウント10の時のカウントChの閾値である水平画素カウント数Nh0は、1フレームレートの長さを調整するために定められる。従って、本実施の形態では、1フレームレート内に端数カウント10を設け、端数カウント10の時のカウントChの閾値である水平画素カウント数Nh0を変化させることによってフリッカ雑音を除去できる1フレームレートの長さを調整している。これにより、撮像対象物を撮像するための条件(例えば、商用電源の周波数)やシステム周波数(例えば、水平転送クロックの周波数)が逐次変化する場合にも、水平画素カウント数Nh0を変化させることでフリッカ雑音を除去できる。本実施の形態の撮像装置では、水平画素カウント数Nh0を調整して1フレームレートの長さを20fps又は20/2m(mは整数)fpsにしている。
【0034】
本実施の形態の撮像装置では、垂直ラインカウント数を1つ増やして端数カウント10を設けたため、フレームレート(Ft)は、Ft=fclk/(Nh1×Nv+Nh0×1)の関係となる。これにより、本実施の形態の撮像装置は、任意の水平転送クロック周波数、任意の水平及び垂直の有効画素数並びに水平及び垂直のOB画素数の場合でも、端数カウントのカウント数を変化、調整することでフリッカ雑音を除去することができる。また、本実施の形態の撮像装置は小型で、容易に構成することができる。
【0035】
なお、上記で説明した本実施の形態の撮像装置では、端数カウント10が垂直ラインカウントCv=0の1つだけに設けられている。しかし、端数カウント10は、垂直ラインカウントCv=0の1つだけに限られず、複数設けても良い。例えば、端数カウント10を垂直ラインカウントCv=−1,Cv=0の2つ設け、それぞれの端数カウント10のカウント数である水平画素カウント数に、Nh0の1/2の水平画素カウント数を割り当てることが考えられる。また、上記で説明した本実施の形態の撮像装置では、端数カウント10をフレームレートの先頭に設けているが、これに限られず1フレームレートの途中や最後であっても良い。
【0036】
さらに、上記で説明した本実施の形態の撮像装置では、垂直ラインカウンタ6及び水平画素カウンタ7のカウンタがアップカウンタであるとして説明してきた。しかし、これらのカウンタが、ダウンカウンタやグレーコードカウンタでも良い。また、カウンタのステップ数並びに水平転送クロック及び垂直転送クロックのトリガーポイントの極性は任意に設定することができる。
【0037】
(変形例)
本実施の形態の変形例を以下に示す。
【0038】
上記の実施の形態では、図3に示すように垂直ラインカウント数を増やすことにより、端数カウント10を設けている。しかし、必ずしも垂直ラインカウント数を増やす必要はなく、水平画素カウント数を増やすだけでも端数カウント10を設けることが可能である。その方法について以下で説明する。
【0039】
図4に変形例の垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタのカウントの模式図を示す。まず、垂直ラインカウンタ6のカウントCvが1のとき、水平画素カウンタ7のカウントChは1からカウント数Nh2までカウントする。カウントChがカウントNh2までカウントするとカウントCvは1繰り上がり、カウントChは1に戻る。そして、カウントCvが2となり、水平画素カウンタ7のカウントChは1から水平画素カウント数Nh1までカウントする。また、カウントChがNh1までカウントするとカウントCvは1繰り上がり、カウントChは1に戻る。そして、カウントCvが3となり、水平画素カウンタ7のカウントChは1からNh1までカウントする。以後同様にカウントCvが垂直ラインカウントNvになるまで繰り返され、カウントCvがNv、カウントChがNh1までカウントするとカウントCv及びカウントChはともに1に戻る。なお、1フレームレートは、カウントCvが1、カウントChが1からカウントCvがNv、カウントChがNh1までの期間をいう。
【0040】
ここで、端数カウント10は、カウントCvが1でカウントChがNh1+1からカウント数Nh2までのカウントをいう。また、端数カウント10の時以外のカウントChの閾値である水平画素カウント数Nh1は、水平有効画素数と水平OB画素数と水平ブランキング数との合計で定められる。しかし、端数カウント10の時のカウントChの閾値である水平画素カウント数Nh2は、1フレームレートの長さを調整するために定められる。従って、本実施の形態では、1フレームレート内に端数カウント10を設け、端数カウント10の時のカウントChの閾値である水平画素カウント数Nh2を変化させることによってフリッカ雑音を除去できる1フレームレートの長さを調整している。これにより、撮像対象物を撮像するための条件(例えば、商用電源の周波数)やシステム周波数(例えば、水平転送クロックの周波数)が逐次変化する場合にも、水平画素カウント数Nh2を変化させることでフリッカ雑音を除去できる。本実施の形態の撮像装置では、端数カウント10の水平画素カウント数Nh2を調整して1フレームレートの長さを20fps又は20/2m(mは整数)fpsにすることができる。
【0041】
本変形例の撮像装置では、水平画素カウントのみに端数カウント10を設けたため、フレームレート(Ft)は、Ft=fclk/(Nh1×(Nv−1)+Nh2×1)の関係となる。これにより、本変形例の撮像装置は、任意の水平転送クロック周波数、任意の水平及び垂直の有効画素数並びに水平及び垂直のOB画素数の場合でも、端数カウントを調整することでフリッカ雑音を除去することができる。また、本変形例の撮像装置も小型で、容易に構成することができる。
【0042】
なお、上記で説明した本変形例の撮像装置では、端数カウント10が垂直ラインカウントCv=1の1つだけに設けられている。しかし、端数カウント10は、垂直ラインカウントCv=1の1つだけに限られず、複数設けても良い。例えば、端数カウント10を垂直ラインカウントCv=1,Cv=2の2つ設け、それぞれの端数カウント10のカウント数である水平画素カウント数に、(Nh2−Nh1)の1/2のカウンタ数を割り当てることが考えられる。
【0043】
(実施の形態2)
図5に本実施の形態の撮像装置の構成概略図を示す。ここで、撮像素子11は、図1に示したようにフォトダイオード1、垂直CCD2及び水平CCD3により構成されている。そして、撮像素子11は、タイミング生成部5から垂直転送クロックφVn、水平転送クロックφHmが供給され蓄積電荷を転送する。撮像システム制御部12は、タイミング生成部5にシステム周波数(以下、転送クロックともいう。)を供給することや外部へ同期信号を供給して撮像装置全体のタイミングを制御している。撮像信号制御部13は、撮像システム制御部12の制御信号により撮像素子11のCCD出力から映像信号として取り出している。
【0044】
図6に本実施の形態の撮像装置のタイミングチャートを示す。ここで、水平有効画素数は800、水平OB画素数+水平ブランキング数は10、垂直有効画素数は600、垂直OB画素数は10、垂直ブランキング数は7、水平転送クロックの周波数は5MHzとした場合について考える。
【0045】
まず、図6中の垂直カウントは、1フレームレートの垂直ラインカウンタ6のカウントCvを示している。ここで、Cv=0の期間は、端数カウント10を示し、Cv=2の期間は、フォトダイオード1から垂直CCD2へ蓄積電荷の読み出し期間を示している。また、VB F1は、前段の1番目のブランキングが選択されている期間を、OB F1は、前段の1番目のオプティカルブラック(OB)が選択されている期間を、DT1は、1番目の有効画素が選択されている期間を、OB B1は、後段の1番目のオプティカルブラック(OB)が選択されている期間を、VB B1は、後段の1番目のブランキングが選択されている期間をそれぞれ示している。
【0046】
垂直同期信号VD及び水平同期信号HDは、撮像装置の垂直及び水平方向に入力される信号の同期タイミングを示している。また、垂直転送クロックφV1〜φV4は、撮像素子11に蓄積された電荷を転送するための制御信号であり、水平転送クロックφH1〜φH2は、垂直方向に転送されて電荷を水平方向に転送するための制御信号である。ブランキングPBLKは、有効画素からの信号がある期間を示すための信号パルスである。
【0047】
ここで、本実施の形態の撮像装置では、端数カウント10の期間(Cv=0)の垂直転送クロックφV1〜φV4及び水平転送クロックφH1〜φH2の制御信号が出力されていない。これにより、撮像装置は、端数カウント10以外の期間(Cv>0)において垂直転送クロックφV1〜φV4及び水平転送クロックφH1〜φH2の制御信号を周期的に出力するだけで良く、端数カウント10の期間(Cv=0)のため特殊な制御信号を供給する必要がなくなる。また、垂直ラインカウンタ6のカウントCvの値に応じて、垂直転送クロックφV1〜φV4及び水平転送クロックφH1〜φH2の出力制御信号を切り替えることが可能になり、端数カウント10の期間内の処理を独立に行うことが可能となる。
【0048】
なお、上記の設定より、本実施の形態の撮像装置は、垂直ラインカウント数Nvが617、水平画素カウント数Nh1が810、水平転送クロックの周波数fclkが5MHzとなる。そして、端数カウント10の期間内(Cv=0)の水平画素カウント数Nh0を230とすると、フレームレートは、実施の形態1で示したFt=fclk/(Nh1×Nv+Nh0×1)の関係より、Ft=5×106/(810×617+230×1)=10fpsとなる。つまり、本実施の形態では、フリッカ雑音を除去し、かつ、有効画素数800×600の撮像素子11をフレームレート10fpsで駆動するすることが可能な撮像装置を得ることができる。
【0049】
さらに、Cv=2の読み出し期間に水平転送クロックのφH1〜φH2を停止させることにより読み出しパルスによるノイズの影響を転送電荷から取り除くことも可能になる。また、Cv=0の期間に水平転送クロックのφH1〜φH2を停止させる構成について述べたが、停止させない構成でも良く、この場合、転送クロックを区別することなく常時動作させるだけで良いため、簡単なシステム構成が可能となる。
【0050】
(実施の形態3)
上記の実施の形態では、端数カウントのカウント数を変化、調整することでフリッカ雑音を除去することが可能な撮像装置を示した。本実施の形態においては、上記の実施の形態の撮像装置に加えて電子シャッタを用いた高速シャッタ機能を搭載した撮像装置を示す。
【0051】
図7に照明の光強度変化、電子シャッタのSUBパルス及び撮像装置の蓄積電荷変化の概念図を示す。ここで、横軸は時間(秒)、縦軸は照明の光強度、SUBパルスの強度及び電荷の蓄積量を示す。図2でも説明したように、商用電源の周波数の2倍の周波数で照明の光強度が変化している。本実施の形態の撮像装置は、電荷読み出しタイミングaから撮像素子11のフォトダイオード1に電荷が蓄積され、電子シャッタのSUBパルスが印加されると、それまでに蓄積した電荷を放出する。その後、再び撮像素子11のフォトダイオード1に電荷が蓄積されるが、電子シャッタのSUBパルスが印加されると、それまでに蓄積した電荷を放出する。
【0052】
本実施の形態の撮像装置では、電子シャッタのSUBパルスが印加することにより蓄積した電荷を放出し、1フレームレート内で蓄積される電荷の期間を制御している。最後に電子シャッタのSUBパルスが印加されたときから次の電荷読み出しタイミングbまでに撮像素子11のフォトダイオード1に蓄積された電荷が、1フレームレートの期間に映像信号として撮像装置に蓄積される電荷となる。
【0053】
なお、本実施の形態の撮像装置では、端数カウントのカウント数を変化させ、1フレームレート内に同数の電子シャッタのSUBパルスを印可している。そのため、1フレームレートの期間に映像信号として撮像装置に蓄積される電荷は、フレームレート毎に等しくなる。図7に示したA期間とB期間は、同じ電荷量が蓄積される。
【0054】
図8に本実施の形態の撮像装置のタイミングチャートを示す。ここで、図8中の垂直カウントは、上記の実施の形態で示したように1フレームレートの垂直ラインカウンタ6のカウントCvを示している。Cv=0の期間は、端数カウント10を示し、Cv=2の期間は、フォトダイオード1から垂直CCD2へ蓄積電荷の読み出し期間を示している。VB F1は、前段の1番目のブランキングが選択されている期間を、OB F1は、前段の1番目のオプティカルブラック(OB)が選択されている期間を、DT1は、1番目の有効画素が選択されている期間を、OB B1は、後段の1番目のオプティカルブラック(OB)が選択されている期間を、VB B1は、後段の1番目のブランキングが選択されている期間をそれぞれ示している。
【0055】
垂直同期信号VD及び水平同期信号HDは、撮像装置の垂直及び水平方向に入力される信号の同期タイミングを示している。また、垂直転送クロックφV1〜φV4は、撮像素子11に蓄積された電荷を転送するための制御信号であり、水平転送クロックφH1〜φH2は、垂直方向に転送されて電荷を水平方向に転送するための制御信号である。電子シャッタクロックSUBは、撮像素子11のフォトダイオード1に蓄積されて電荷を放出させる電子シャッタのSUBパルスである。ブランキングPBLKは、有効画素からの信号がある期間を示すための信号パルスである。
【0056】
本実施の形態の撮像装置は、図8に示すように、蓄積電荷の読み出し期間Cv=2以降の垂直カウント毎に電子シャッタのSUBパルスを供給する。本実施の形態の撮像装置は、この供給するパルスの数を制御することにより、電荷が撮像素子11のフォトダイオード1に蓄積される期間を制御することができる。つまり、この供給するパルスの数を多くすれば、電荷が撮像素子11のフォトダイオード1に蓄積される期間は短くなり、逆に、この供給するパルスの数を少なくすれば、電荷が撮像素子11のフォトダイオード1に蓄積される期間は長くなる。
【0057】
ここで、電荷が撮像素子11のフォトダイオード1に蓄積される期間は、撮像装置におけるシャッタスピードである。本実施の形態の撮像装置のように電子シャッタのSUBパルスを供給することにより、撮像装置のシャッタスピードを変化させることができる。なお、本実施の形態の撮像装置も、上記の実施の形態で示した端数カウントのカウント数の変化、調整を行っているため、フリッカ雑音を除去することが可能な撮像装置でもある。
【0058】
(変形例)
上記の実施の形態3で示した撮像装置では、フォトダイオード1から垂直CCD2へ蓄積電荷の読み出し期間Cv=2以降の垂直カウント毎に電子シャッタクロックSUBのパルスを供給している。そのため、電荷が撮像素子11のフォトダイオード1に蓄積される期間は、垂直カウントの期間より短い期間にすることはできない。つまり、実施の形態3で示した撮像装置では、垂直カウントの期間より短いシャッタスピードにすることはできなかった。
【0059】
そこで、本変形例では、垂直カウントの期間より短い超高速シャッタスピードを可能にする。図9に本実施の形態の撮像装置のタイミングチャートを示す。ここで、垂直カウントは、上記の実施の形態で示したように1フレームレートの垂直ラインカウンタ6のカウントCvを示している。ここで、Cv=0の期間は、端数カウント10を示し、Cv=2の期間は、フォトダイオード1から垂直CCD2へ蓄積電荷の読み出し期間を示している。
【0060】
垂直同期信号VD及び水平同期信号HDは、撮像装置の垂直及び水平方向に入力される信号の同期タイミングを示している。また、垂直転送クロックφV1〜φV4は、撮像素子11に蓄積された電荷を転送するための制御信号であり、水平転送クロックφH1〜φH2は、垂直方向に転送されて電荷を水平方向に転送するための制御信号である。電子シャッタクロックSUBは、撮像素子11のフォトダイオード1に蓄積されて電荷を放出させる電子シャッタのSUBパルスである。ブランキングPBLKは、有効画素からの信号がある期間を示すための信号パルスである。
【0061】
ここで、本変形例と実施の形態3との違いは、電子シャッタのSUBパルスが、垂直カウントのCv=1の期間に存在する点である。本変形例では、Cv=1期間の最後の電子シャッタのSUBパルスから蓄積電荷の読み出し期間Cv=2までの間が、撮像素子11のフォトダイオード1に電荷が蓄積される期間となる。つまり、この期間が本変形例でのシャッタスピードとなる。これにより、本変形例の撮像装置では、シャッタスピードを1/垂直ライン数より小さくすることが可能になる。なお、本実施の形態の撮像装置も、上記の実施の形態で示した端数カウントのカウント数の変化、調整を行っているため、フリッカ雑音を除去することが可能な撮像装置でもある。
【0062】
(実施の形態4)
本実施の形態は、実施の形態1(その変形例を含む)乃至実施の形態3(その変形例を含む)の撮像装置を具備する、端末装置(例えばPDA)又は無線通信機能を有する携帯端末装置(例えば携帯電話)に、関している。以下では、便宜上、実施の形態1を、携帯端末装置に適用した一例について、説明をする。
【0063】
図10は、携帯端末装置を用いたシステムの構成例を示すブロック図である。図10中に、図5に示す撮像装置の構成要素と同じものには、同一の参照符号が付けられており、新たな構成要素は、メインシステム制御部14、メイン信号処理部15、表示装置16、記憶装置17である。ここで、メインシステム制御部14は、撮像システム制御部12を制御し、メイン信号処理部15での信号処理を制御する。メイン信号処理部15は、撮像信号処理部13からの映像信号を表示装置16に表示できるように映像データに処理する。記憶装置17は、メイン信号処理部15からの映像データをメモリーへ記録する。
【0064】
撮像素子の撮像システム制御部12にシステム周波数(以下、転送クロックともいう。)の変更要求がある場合、携帯端末装置のメインシステム制御部14は、水平画素カウント数Nh1及び垂直ラインカウント数Nv、端数カウントのカウント数である水平画素カウント数Nh0などの設定を変更する手順を統一している。これにより、撮像装置の設定手順が同じであれば、任意の通信機能を有する携帯端末装置等は、フリッカ雑音を除去できる実施の形態1の撮像装置を組み込むことができる。また、通信機能を有する携帯端末装置内で転送クロックが切り替わるような場合においても、携帯端末装置のメインシステム制御部14は、周波数毎に水平画素カウント数Nh0、水平画素カウント数Nh1及び垂直ラインカウント数Nvを設定しておくことでフリッカ雑音のない撮像装置を有する携帯端末装置が可能である。
【0065】
次に、図11は、本携帯端末装置における転送クロックが変更された場合の処理を示すフローチャートである。まず、本携帯端末装置の電源が投入されるとメインシステム制御部14が、撮像システム制御部12の水平画素カウント数Nh1及び垂直ラインカウント数Nv、端数カウントのカウント数である水平画素カウント数Nh0の初期設定をする(ステップ1)。次に、撮像システム制御部12は、メインシステム制御部14からの転送クロック変更要求があるまで待ち続ける(ステップS2)。
【0066】
撮像システム制御部12は、メインシステム制御部14からの転送クロック変更要求を受けると水平画素カウント数Nh1及び垂直ラインカウント数Nvを再設定する(ステップS3)。次に、撮像システム制御部12は、再設定した水平画素カウント数Nh1及び垂直ラインカウント数Nvに基づいて端数カウントのカウント数である水平画素カウント数Nh0を再設定する(ステップS4)。再設定された水平画素カウント数Nh0、水平画素カウント数Nh1及び垂直ラインカウント数Nvに基づき垂直転送クロックφV1〜φV4及び水平転送クロックφH1〜φH2生成する。そして、次に撮像システム制御部12が、メインシステム制御部14からの転送クロック変更要求があるまで待ち続ける(ステップS5)。
【0067】
以上の動作により、本携帯端末装置が動的にシステム周波数(水平転送クロックの周波数等)を変化させた場合であっても、当該システム周波数(水平転送クロックの周波数等)に応じて動的にフリッカ雑音の除去が可能である。
【0068】
【発明の効果】
本発明の請求項1に記載の撮像方法は、1垂直周期の長さを20fps又は20/2m(mは整数)fpsに調整することで、常に、フリッカ雑音を除去することができる効果がある。
【0069】
本発明の請求項2に記載の撮像方法は、システム周波数が変化しても、1垂直周期の長さを20fps又は20/2m(mは整数)fpsに調整することで、常に、フリッカ雑音を除去することができる効果がある。
【0070】
本発明の請求項3に記載の携帯端末装置は、1垂直周期の長さを20fps又は20/2m(mは整数)fpsに調整する撮像方法実行する撮像装置を具備することで、フリッカ雑音が除去された撮像が可能な携帯端末装置を構成することができる効果がある。
【0071】
本発明の請求項4に記載の撮像装置は、垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタが1垂直周期の長さを調整するための端数カウントを生成するので、フリッカ雑音を除去することができ、装置も小型で、容易に構成することができる効果がある。
【0072】
本発明の請求項5に記載の撮像装置は、水平画素カウンタは、カウントを初期化するための閾値を変化させることにより、端数カウントのカウント数を調整することで、商用電源の周波数が変化した場合やシステム周波数(水平転送クロックの周波数等)が変化した場合に、フリッカ雑音を除去することができ、装置も小型化できる効果がある。
【0073】
本発明の請求項6に記載の撮像装置は、垂直ラインカウンタは、端数カウントを生成せず、水平画素カウンタが、カウントを初期化するための閾値を変化させることにより、端数カウントを生成し、カウント数を調整することで、商用電源の周波数が変化した場合やシステム周波数(水平転送クロックの周波数等)が変化した場合に、フリッカ雑音を除去することができ、装置も小型化できる効果がある。
【0074】
本発明の請求項7に記載の撮像装置は、垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタは、1垂直周期の長さが20fps又は20/2m(mは整数)fpsとなるように端数カウント時のカウント数を調整することで、商用電源で交流点灯されている蛍光灯下で発生するフリッカ雑音を除去することができ、装置も小型化できる効果がある。
【0075】
本発明の請求項8に記載の撮像装置は、駆動部は、端数カウント時に電荷を転送するための制御信号を出力しないので、端数カウントの期間内の処理を独立に行うことが可能となる効果がある。
【0076】
本発明の請求項9に記載の撮像装置は、撮像素子に電荷が蓄積される電荷蓄積時間を任意に制御するための電子シャッタをさらに備えるので、フリッカ雑音を除去することが可能で、かつ、シャッタスピードを変化させることができる効果がある。
【0077】
本発明の請求項10に記載の携帯端末装置は、メインシステム制御部からの転送クロックの変更要求により第1カウントのカウント数,第2カウントのカウント数,端数カウントのカウント数を再設定するので、任意の携帯端末装置等に、フリッカ雑音を除去できる撮像装置を組み込むことができる効果がある。
【0078】
本発明の請求項11に記載の携帯端末装置は、無線通信機能をさらに備えるので、任意の通信機能を有する携帯端末装置等に、フリッカ雑音を除去できる撮像装置を組み込むことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る撮像素子及びタイミング生成部の構成概略図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る照明の光強度変化及び撮像装置の蓄積電荷変化の概念図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタのカウントの模式図である。
【図4】本発明の実施の形態1の変形例に係る垂直ラインカウンタ及び水平画素カウンタのカウントの模式図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る撮像装置の構成概略図である。
【図6】本発明の実施の形態2に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図7】本発明の実施の形態3に係る照明の光強度変化、電子シャッタのSUBパルス及び撮像装置の蓄積電荷変化の概念図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図9】本発明の実施の形態3に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図10】本発明の実施の形態4に係る携帯端末装置を用いたシステムの構成例を示すブロック図である。
【図11】本発明の実施の形態4に係るシステム周波数の変更された場合の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 フォトダイオード、2 垂直CCD、3 水平CCD、4 CCD出力、5 タイミング生成部、6 垂直ラインカウンタ、7 水平画素カウンタ、8 垂直ライン駆動部、9 水平画素駆動部、10 端数カウント、11 撮像素子、12 撮像システム制御部、13 撮像信号処理部、14 メインシステム制御部、15 メイン信号処理部、16 表示装置、17 記憶装置。
Claims (11)
- 1垂直周期の長さが変更可能な撮像装置の撮像方法であって、
1垂直周期の長さが20fps又は20/2m(mは整数)fpsになるように調整することを特徴とする、
撮像方法。 - 前記請求項1記載の撮像装置の撮像方法であって、
システム周波数が変化する場合であっても、前記1垂直周期の長さが20fps又は20/2m(mは整数)fpsになるように調整することを特徴とする、
撮像方法。 - 撮像装置を備え、無線通信機能を有する携帯端末装置であって、
前記撮像装置が、請求項1又は請求項2に記載の撮像方法を実行することを特徴とする、
携帯端末装置。 - 被写体の画像を与える入射光を光電変換して電荷を取り出す撮像素子と、
前記撮像素子に蓄積された前記電荷を垂直方向に転送するタイミングである第1カウントを生成する垂直ラインカウンタと、
前記撮像素子に蓄積された前記電荷を水平方向に転送するタイミングである第2カウントを生成する水平画素カウンタと、
前記第1カウント及び前記第2カウントに基づき前記撮像素子に蓄積された前記電荷を転送するための制御信号を出力する駆動部とを備え、
前記垂直ラインカウンタ及び前記水平画素カウンタは、1垂直周期の長さを調整するための端数カウントを生成することを特徴とする、
撮像装置。 - 請求項4記載の撮像装置であって、
前記水平画素カウンタは、前記垂直ラインカウンタが生成した前記端数カウント時に、カウントを初期化するための閾値を変化させることにより、前記端数カウントのカウント数を調整することを特徴とする、
撮像装置。 - 請求項4記載の撮像装置であって、
前記垂直ラインカウンタは、前記端数カウントを生成せず、
前記水平画素カウンタは、カウントを初期化するための閾値を変化させることにより、前記端数カウントを生成し、前記端数カウントのカウント数を調整することを特徴とする、
撮像装置。 - 請求項4乃至請求項6のいずれかに記載の撮像装置であって、
前記垂直ラインカウンタ及び前記水平画素カウンタは、1垂直周期の長さが20fps又は20/2m(mは整数)fpsとなるように前記端数カウントを調整することを特徴とする、
撮像装置。 - 請求項4乃至請求項7のいずれかに記載の撮像装置であって、
前記駆動部は、前記端数カウント時に前記電荷を転送するための制御信号を出力しないことを特徴とする、
撮像装置。 - 請求項4乃至請求項8のいずれかに記載の撮像装置であって、
前記撮像装置は、前記撮像素子に前記電荷が蓄積される電荷蓄積時間を任意に制御するための電子シャッタをさらに備えることを特徴とする、
撮像装置。 - 請求項4乃至請求項9のいずれかに記載の前記撮像装置と、
システム周波数の変更要求を前記撮像装置に出力するメインシステム制御部と、
前記撮像装置が出力する撮像信号を受信し、前記撮像信号に対して所定の信号処理を行うメイン信号部とを備え、
前記撮像装置は、前記メインシステム制御部からの前記システム周波数の変更要求により前記第1カウントのカウント数,前記第2カウントのカウント数,前記端数カウントのカウント数を再設定することを特徴とする、
携帯端末装置。 - 請求項10記載の携帯端末装置であって、
前記携帯端末装置は、無線通信機能をさらに備えることを特徴とする、
携帯端末装置。
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