JP2006262086A - 撮像装置の駆動方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】特定画素の間引きや、加算せずにフレームレートの高速化を実現する撮像装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】水平駆動パルスφHが水平ブランキング期間中であり、かつ垂直駆動パルスφVが垂直ブランキング期間中に、垂直駆動パルスφVの読み出しパルスによって電荷が光電変換部から垂直CCDに読み出される。垂直CCDに読み出された電荷は、水平ブランキング期間毎に垂直方向に1ライン分転送される。一連の動作を映像期間中に繰り返し、全ての画素に電荷を転送する。高フレームレート時の水平駆動周波数fHHは、低フレームレート時の水平駆動周波数fHLに対してfHH>fHLを満たすように設定する。高フレームレート時の水平ブランキング期間HH_blkは、低フレームレート時の水平ブランキング期間HL_blkに対してHH_blk=HL_blkを満たすように設定する。
【選択図】図3

Description

本発明は、フレームレートの高速化を行うことを目的とした撮像装置の駆動方法に関する。
撮像デバイスとして例えばCCD(harge oupled evice)撮
像素子を用いたカメラシステムにおいて、フレームレートを高速化する用途としては、N
TSC方式のテレビジョン信号の60フィールド/秒よりも速いフレームレートにて撮像する高速撮像や、デジタルスチルカメラなどで多画素/低フレームレートのものをNTSC方式の60フィールド/秒にする用途などがある。
特にデジタルスチルカメラでは、垂直方向の一部の画素の信号電荷のみを読み出し、残りの画素の信号電荷は使わないようにする、いわゆる垂直間引き動作を行うことで、フレームレートの高速化を実現していた。
また、特許文献1には、垂直→水平転送を一時的に阻止する部分と通常転送する部分を交互に設け、カラーコーディングに合った信号電荷の加算を水平転送部で行い、色情報を維持しながら水平画素情報を圧縮し、さらに画像処理回路で信号の並べ替えを行うことにより、水平駆動周波数や画角を変えずにフレームレートの高速化を行う方法が示されている。
特開2000−138943号公報
従来技術で示したフレームレートを高速化する方法は、特定の画素を間引いて、さらに特定の電極で加算するため、通常のフレームレートより画素情報が少なくなり解像度低下による画質劣化という課題を有している。
さらに、解像度が低い固体撮像素子に解像度以上の光が入り込むときに生じる、いわゆるモアレと呼ばれる画質劣化が生じるという課題を有している。
また、駆動パルスのタイミングが複雑になるため、タイミングジェネレータの回路が大規模化しやすく、画素を並べ替えるために画像処理回路が複雑になる。
前記課題に鑑み、特定画素の間引きや、加算せずにフレームレートの高速化を実現する撮像装置の駆動方法を提供する。
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像装置の駆動方法は、垂直転送部から水平転送部へ電荷信号の転送を行う固体撮像素子があり、固体撮像素子の動作モードは、通常の撮像動作を実現する通常モードと、フレームレートの高速動作を実現する高速化モードを備え、動作モードの切り替えは水平駆動周波数の切り替えにより行い、さらに水平ブランキング期間を保持するよう動作モードの切り替えを行うことを特徴とするものである。
なお、本発明の撮像装置の駆動方法は、動作モードの切り替えは、垂直駆動パルスの周波数を保持した状態で行うことがより好ましい。
なお、本発明の撮像装置の駆動方法は、動作モードの切り替えは、垂直駆動パルスの位相差を保持した状態で行うことがより好ましい。
なお、本発明の撮像装置の駆動方法は、動作モードの切り替えは、読み出しパルスの幅を保持した状態で行うことがより好ましい。
なお、本発明の撮像装置の駆動方法は、動作モードの切り替えは、リセットパルスの幅を保持した状態で行うことがより好ましい。
本発明に係る撮像装置の駆動方法は、特定の画素を間引き、および特定の電極で画素加算を行わないので、高解像度の画像を得ることが出来る。
また、モアレと呼ばれる画像不良を防止することが出来る。
以下、本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動方法を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置を示した装置構成図である。
また、図2は、本発明の実施形態に係る駆動タイミングの基本構成を示す水平駆動パルスφHおよび垂直駆動パルスφVのタイミングチャートである。
まず、図1に示すように受光部、垂直CCD、水平CCDなどを備えた固体撮像素子1があり、固体撮像素子1には光学レンズ部8を通って光が入力する。
また、固体撮像素子1により光電変換された信号を受けて増幅、A/D変換、D/A変換、階調補正やフィルタリングなどの各種補正などの信号処理を制御する画像処理部7がある。
さらに、垂直駆動部4、リセット駆動部3および水平駆動部2を備えたタイミングジェネレータ6と、水平駆動周波数を切り替える水平駆動周波数切り替え部5がある。
水平駆動周波数切り替え部5は、タイミングジェネレータ6に内蔵したクロックに基づいて、水平駆動周波数を低速または高速に切り替える信号をタイミングジェネレータ6に送る。
この水平駆動周波数の切り替え信号を受けたタイミングジェネレータ6は、水平駆動周波数の切り替え指示信号を固体撮像素子1に送る。
本発明に係る撮像装置は以上の構成を備えている。
次に、図2を用いて、1フレーム分の駆動タイミングを説明する。
まず、水平駆動パルスφHが水平ブランキング期間中であり、かつ垂直駆動パルスφVが垂直ブランキング期間中に、垂直駆動パルスφVの読み出しパルスによって電荷が光電変換部から垂直CCDに読み出される。
次に、垂直CCDに読み出された電荷は、水平ブランキング期間毎に垂直方向に1ライン分転送される。
この転送により垂直CCDから水平CCDに転送された電荷は、水平転送期間中に1ライン分の電荷が出力アンプに転送される。
この一連の動作を映像期間中に繰り返し、全ての画素に電荷を転送する。
その後、再び電荷転送のない垂直ブランキング期間中に、読み出しパルスにより光電変換部から垂直CCDに電荷を読み出す。
この読み出しパルスから次の読み出しパルスまでの期間が1フレームである。
さらに、図3を用いて、本発明の実施形態の駆動タイミングを詳細に説明する。
図3は、本発明の実施形態に係る水平駆動パルスφHの詳細タイミングチャートであり、図3(a)は低フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスを示し、図3(b)は、高フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスを示している。
図3(b)に示すように、本実施形態では高フレームレート時の水平駆動周波数fHHは、低フレームレート時の水平駆動周波数fHLに対してfHH>fHLを満たすように設定する。
さらに、高フレームレート時の水平ブランキング期間HH_blkは、低フレームレート時の水平ブランキング期間HL_blkに対してHH_blk=HL_blkを満たすように設定する。
以上のような本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、水平駆動周波数を切り替えることによってフレームレートが可変できる。
このとき、高フレームレート時と低フレームレート時の画素数は、間引きをしないため同一数になる。
したがって、画素情報が少ない為に生じる解像度の低下や、解像度が低下した時に解像度以上の光が入り込む時に生じるモアレによる画質劣化を防ぐことが出来る。
さらに、画素の間引きや画素加算による転送方法に比べ、駆動パルスのタイミングの変更が少ないため、タイミングジェネレータの回路の大規模化を抑えることができる。
一方、画素の間引きや画素加算を行わずに高フレームレート化をさせる別の方法としては、水平駆動周波数とともに垂直駆動周波数を高速化させる方法がある。
図8は、この方法を用いたときの1フレーム分の駆動タイミングであり、図8(a)は低フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスを示し、図8(b)は、高フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスを示している。
図8に示すように、この方法は1フレーム分の駆動タイミングは水平周波数とともに垂直周波数を高速化させたため、水平ブランキング期間HH_blkはHH_blk<HL_blkの関係となる。
このため、水平ブランキング期間の縮小により垂直転送時間を確保できず、高フレームレート時は電荷転送期間の減少による転送不良がおき、解像度低下、固定パターンノイズ、CCD出力の線形性低下、さらに読み出しパルスの幅の縮小による転送不良および残像などの画像劣化が発生する。
しかし、本発明の実施形態に係る駆動方法は、図3に示すように、水平駆動周波数を切り替えてフレームレートを可変する時に、水平ブランキング期間は低フレームモード時の水平ブランキング期間:HL_blkと同一期間、すなわちHL_blk=HH_blkとしたことを特徴とする。
この特徴を備えた本実施形態に係る駆動方法は、高フレームレート時も垂直転送時間を十分確保できるため、垂直転送効率や垂直CCDの飽和電荷量の減少を抑え、電荷量の減少による画像劣化を抑えることが出来る。
さらに、この特徴を備えた本実施形態に係る駆動方法は、垂直CCDの特性変動が少ないため、画像処理装置の調整や電源電圧の調整が不要となる。
次に、垂直駆動パルスφVの詳細条件を説明する。
図4は、本発明の実施形態に係る水平駆動パルスφHの詳細タイミングチャートであり、図4(a)は低フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスφH1L、φH2Lおよび垂直駆動パルスφV1L、φV2L、φV3L、φV4Lを示し、図4(b)は、本実施形態で高フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスφH1H、φH2Hおよび垂直駆動パルスφV1H、φV2H、φV3H、φV4Hを示している。
また、低フレームレート時の水平駆動周波数はfHL、垂直駆動周波数はfVLであり、高フレームレート時の水平駆動周波数をfHH、垂直駆動周波数をfVHとする。
図4からわかるように、本実施形態ではfHH>fHLおよびfVL=fVHが成り立つように、垂直駆動パルスφV1H、φV2H、φV3H、φV4Hを動作させる。
さらに、垂直駆動パルスφV1H、φV2H、φV3H、φV4Hは、各水平ブランキング期間:HH_blk内で動作を行う。
すなわち、高フレームレート時の垂直駆動パルスφV1H、φV2H、φV3H、φV4Hの垂直駆動周波数、低フレームレート時の垂直駆動パルスφV1L、φV2L、φV3L、φV4Lは同一周波数である。
このため、垂直転送パルスの高速化による波形鈍りがなくなり、垂直転送効率や垂直CCDの飽和電荷量の減少および電荷量減少による画像劣化を防ぐことができる。
また、転送効率や垂直CCDの飽和電荷量などの垂直CCDの特性変動が少ないため、画像処理装置の調整や電源電圧の調整が不要となる。
なお、垂直転送パルスの高速化時に各垂直駆動パルス間の位相差に変化が生じないようにすることが好ましい。
このとき、水平駆動周波数によらず垂直CCD各電極間の転送時間が変わらないので、さらに垂直転送効率や垂直CCDの飽和電荷量の減少および電荷量減少による画像劣化を防ぐことが出来る。
なお、図4に示した本実施形態では4相の垂直駆動パルスを用いたが、4相以上の垂直駆動パルスの場合でも本発明は有効である。
次に、読み出しパルス条件の詳細条件について説明する。
図5(a)は低フレームレート時のフォトダイオードから垂直CCDに電荷を転送する為の読み出しパルスを示し、また図5(b)は高フレームレート時のフォトダイオードから垂直CCDに電荷を転送する為の読み出しパルスを示す。
図5からわかるように、低フレームレート時の水平駆動周波数fHL、読み出しパルスの幅VHLと、および高フレームレート時の水平駆動周波数fHH、読み出しパルスの幅VHHについて、fHH>fHLおよびfVL=fVHであり、さらにVHH=VHLを満たすように設定する。
このとき、フォトダイオードから垂直CCDへの電荷の読み出し不良を防ぐことが出来る。
次に、パルス幅の詳細条件について説明する。
図6(a)は低フレームレート時のパルス幅を示し、また図6(b)は高フレームレート時のパルス幅を示す。
図6からわかるように、低フレームレート時の水平駆動周波数fHL、垂直CCDの最終電極に印加されるパルスφVL_lastの立ち上がりから水平駆動パルスφHLの立ち下がりまでの幅WLと、高フレームレート時の水平駆動周波数fHH、垂直CCDの最終電極に印加されるパルスφVH_lastの立ち上がりから水平駆動パルスφHHの立ち下がりまでの幅WHは、fHH>fHLおよびfVL=fVHであり、さらにWH=WLとなるようにする。
このとき、垂直CCDの最終電極から水平CCDへの電荷転送時間が縮小しないため、電荷転送不良に起因する固定パターンノイズの発生を抑え、画質劣化を防ぐことが出来る。
次に、リセットパルスの条件について詳細に説明する。
図7(a)は、低フレームレート時の水平駆動パルスφH1L、φH2LとリセットパルスφRLを示し、図7(b)は高フレームレート時の水平駆動パルスφH1H、φH2HとリセットパルスφRHを示す。
図7(a)(b)に示すように、低フレームレート時の水平駆動周波数をfHL、リセットパルス幅をWrLとすると、高フレームレート時の水平駆動周波数fHH、リセットパルス幅WrHは、fHH>fHLおよびfVL=fVHであり、さらにWrL=WrHが成り立つようにする。
このとき、不要電荷は十分にリセットすることができるため、CCD出力の線形性を保持することが出来る。
本発明に係る撮像装置の駆動方法は、特定の画素を間引いたり、加算することをせずにフレームレートの高速化を実現することができ、ハイビション放送用カメラや家庭用デジタルビデオカメラ向けなど高画質が必要な撮像装置の駆動方法として有用である。
本発明の実施形態に係る撮像装置の構成図 本発明の実施形態に係る撮像装置の水平駆動と垂直駆動の駆動タイミングを示した図 本発明の実施形態に係る撮像装置の水平駆動の駆動タイミングを示した図 本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示し、特に垂直駆動パルスの詳細を説明した図 本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示し、特に読み出しパルスの詳細を説明した図 本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示し、パルス幅の詳細を説明した図 本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示し、特にリセットパルスの詳細を説明した図 従来技術の水平駆動周波数と垂直駆動周波数のタイミングチャートを示した図
符号の説明
1 固体撮像素子
2 水平駆動部
3 リセット駆動部
4 垂直駆動部
5 水平駆動周波数切り替え部
6 タイミングジェネレータ
7 画像処理部
8 光学レンズ部

Claims (5)

  1. 垂直転送部から水平転送部へ電荷信号の転送を行う固体撮像素子があり、
    前記固体撮像素子の動作モードは、通常の撮像動作を実現する通常モードと、フレームレートの高速動作を実現する高速化モードを備え、
    前記動作モードの切り替えは水平駆動周波数の切り替えにより行い、
    さらに水平ブランキング期間を保持するよう前記動作モードの切り替えを行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
  2. 前記動作モードの切り替えは、垂直駆動パルスの周波数を保持した状態で行うことを特徴とする請求項1記載の撮像装置の駆動方法。
  3. 前記動作モードの切り替えは、前記垂直駆動パルスの位相差を保持した状態で行うことを特徴とする請求項1記載の撮像装置の駆動方法。
  4. 前記動作モードの切り替えは、読み出しパルスの幅を保持した状態で行うことを特徴とする請求項1記載の撮像装置の駆動方法。
  5. 前記動作モードの切り替えは、リセットパルスの幅を保持した状態で行うことを特徴とする請求項1記載の撮像装置の駆動方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009188857A (ja) * 2008-02-08 2009-08-20 Casio Comput Co Ltd 撮像装置、撮像方法、及びプログラム
CN103424197A (zh) * 2013-07-29 2013-12-04 西北核技术研究所 一种利用it-ccd测量脉冲激光重频的方法
CN103424198A (zh) * 2013-07-29 2013-12-04 西北核技术研究所 基于主光斑消隐技术的it-ccd测量脉冲激光重频的方法

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