JP3239087B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
生するノイズが、画像信号に影響を与えにくいようにし
た撮像装置に関する。
込む場合、被写体原稿を走査して読み取るイメージスキ
ャナを用いることがよく知られているが、近年では、立
体的な被写体にも対応できる電子スチルカメラを用いる
ことも考えられている。この電子スチルカメラは、例え
ば、CCDイメージセンサ及びその駆動回路からなり、
コンピュータの指示に応答する駆動回路が、CCDイメ
ージセンサの受光部に蓄積される情報電荷を転送出力し
て被写体映像に対応した映像信号を得るように構成され
る。
示すブロック図で、図6は、従来の電子スチルカメラを
動作させる駆動クロックの波形図である。フレーム転送
方式のCCDイメージセンサ1は、受光部i、蓄積部
s、水平転送部h及び出力部dより構成される。受光部
iは、垂直方向に連続し、互いに平行に配列される複数
のシフトレジスタからなり、これらのシフトレジスタの
各ビットが電極の作用によって電位的に区画されて複数
の受光画素が定義される。これにより、光学系によって
受光部iに照射される被写体像に応じて、シフトレジス
タの各ビット、即ち、受光画素に情報電荷が蓄積され
る。蓄積部sは、受光部iの各シフトレジスタに連続す
る複数のシフトレジスタからなり、受光部iのシフトレ
ジスタから情報電荷を受け取って蓄積する。水平転送部
hは、各ビットが蓄積部sのシフトレジスタの出力端に
対応付けられる単一のシフトレジスタからなり、蓄積部
sから1水平ライン毎に受け取った情報電荷を順次転送
出力する。そして、出力部dは、水平転送部hの出力側
に設けられ、水平転送部hから出力される情報電荷を1
画素毎に電圧値に変換し、画像信号y0(t)として出力す
る。
される画像信号y0(t)に対し、サンプルホールド、レベ
ルクランプ等の処理を施し、所定のフォーマットに従う
画像信号y1(t)を生成する。例えば、サンプルホールド
処理においては、CCD1の出力部dの動作に同期して
リセットレベルと信号レベルとが交互に繰り返される画
像信号y0(t)に対して、信号レベルのみが取り出され
る。また、レベルクランプ処理においては、画像信号y
0(t)の水平走査期間の終端に設定される黒基準レベルが
各水平走査期間毎に所定のレベルにクランプされる。A
/D変換回路3は、アナログ処理回路2から入力される
画像信号y1(t)をアナログ処理回路2の動作、即ち、C
CD1の出力動作に従うタイミングで量子化し、受光部
iの各受光画素に対応する情報をデジタル値で表す画像
データD1(n)を生成する。デジタル処理回路4は、A/
D変換回路3から入力される画像データD1(n)に対し
て、色分離、マトリクス演算等の処理を施し、輝度情報
及び色差情報を含む画像データD2(n)を生成する。例え
ば、色分離処理においては、CCD1の受光部iに装着
されるカラーフィルタの色配列に従って画像データD1
(n)が振り分けられ、複数の色成分情報が生成される。
また、マトリクス演算処理においては、振り分けられた
各色成分が合成されて輝度情報が生成されると共に、各
色成分情報から輝度情報が差し引かれて色差情報が生成
される。そして、このデジタル処理回路4から出力され
る画像データD2(n)は、所定の出力フォーマットに従っ
て、コンピュータ機器へ供給される。
の各種タイミング信号に応答し、CCD1の各部に対し
て多相の駆動クロックを供給する。例えば、受光部i及
び蓄積部sに対し、4相の転送クロックφv、φsをそれ
ぞれ供給し、水平転送部hに対して2相の転送クロック
φhを供給する。垂直転送クロックφvは、図6に示すよ
うに、受光部iに蓄積された情報電荷を全て排出する排
出パルス及び受光部iの1画面分の情報電荷を蓄積部s
へ転送する読出パルスを有する。蓄積転送クロックφs
は、垂直転送クロックφvの読出パルスに対応する読込
パルス及び蓄積部sの情報電荷を1水平ライン毎に水平
転送部hへ転送するライン送りパルスを有する。そし
て、水平転送クロックφhは、水平転送部hの1行分の
情報電荷を出力部dへ転送する出力パルスを有する。こ
れにより、排出パルスの終わりから読出パルスの始まり
までの間に受光部iに蓄積される情報電荷が、受光部i
から蓄積部sへ転送されて一時的に保持され、この蓄積
部sから水平転送部hを介して1行単位で転送出力され
るようになる。
器側から供給される撮像命令P及び転送命令Tに応答
し、CCD1の各転送駆動のタイミングを指定するタイ
ミング信号RT、VT、HTを発生し、駆動回路5に供
給する。同時に、アナログ処理回路2、A/D変換回路
3及びデジタル処理回路4に対して、基準クロックCK
を供給し、各回路の動作をCCD1の出力動作に同期さ
せる。排出タイミング信号RTは、撮像命令Pに応答
し、駆動回路5に対して垂直転送クロックφvの排出パ
ルスの発生を指示する。垂直転送タイミング信号VT
は、排出タイミング信号RTに対して露光期間の分だけ
遅れ、駆動回路5に対して垂直転送クロックφvの排出
パルス及び蓄積転送クロックφsの読込パルスの発生を
指示する。水平転送タイミング信号HTは、転送命令T
に応答し、駆動回路5に対して、蓄積転送クロックφs
のライン送りパルス及び水平転送クロックφhの出力パ
ルスの発生を指示する。水平転送タイミング信号HTに
ついては、1トリガで1つのライン送りパルス及び出力
パルスを発生させるか、あるいは、1トリガで複数のラ
イン送りパルス及び出力パルスを等間隔で発生させるよ
うに構成される。
像命令Pに応答して所望の被写体映像が撮された後、転
送命令Tに応答して被写体映像を表す画像データD2(n)
が出力される。
子スチルカメラから画像データを取り込む場合、コンピ
ュータ機器側では、画像データの入力に対応できるよう
に、内部の処理が一時的に停止される。情報量の大きな
画像データが1画面分連続してコンピュータ機器に入力
されると、内部の処理を停止する時間が長くなるため、
通常は、画像データは、コンピュータ機器側の各部の処
理状況にあわせて1ライン単位で入力される。このよう
な入力方法に対応した撮像装置は、本出願人が提案した
特願平5−225801号(特開平7−87404号)
に開示されている。
データを入力する際の転送周波数が予め定められてい
る。この周波数は、必ずしも電子スチルカメラからの画
像データの出力周波数には一致していない。このため、
電子スチルカメラの出力部分に画像メモリを設け、この
画像メモリに一時的に記憶した画像データをコンピュー
タ機器の転送周波数に従う周期で読み出せるように構成
される。
CCD1の駆動周波数と画像データD2(n)の出力周波数
とが異なる場合、互いの周波数の差に起因する低周波ノ
イズが画像信号y0(t)に混入するため、そのノイズが再
生画面上に縦縞となって表れるという問題が生じる。即
ち、カメラ内部で周波数の異なる2種類のクロックを用
いなければならないため、それぞれのクロックに従う各
部の動作タイミングのずれが、電源ラインや接地ライン
の電位変動を招き、CCD1の出力部dやアナログ処理
回路2において、画像信号y0(t)にノイズ成分が重畳す
ることになる。特に、アナログ処理回路2やデジタル処
理回路4の処理系をタイミング制御回路6などの制御系
と共に集積化して1チップ構成とする場合には、動作周
波数の違いによる低周波ノイズの影響は大きくなる。
させることなく、コンピュータ機器に対して効率よく画
像情報を供給できる電子スチルカメラ(撮像装置)の提
供を目的とする。
解決するためになされたもので、その特徴とするところ
は、複数の受光画素が行列配置され、照射される被写体
映像に対応する情報電荷を各受光画素に蓄積する固体撮
像素子と、上記固体撮像素子の各受光画素に蓄積される
情報電荷を受光画素に隣接する蓄積領域へ転送した後、
蓄積領域から1水平ライン毎に転送出力して1水平ライ
ン単位で連続する画像信号を得る駆動回路と、上記画像
信号に対して信号処理を施すアナログ処理回路と、信号
処理された上記画像信号を量子化して上記固体撮像素子
の各受光画素に対応する画像データを生成するA/D変
換回路と、上記画像データを1水平ライン単位で記憶す
るラインメモリと、上記ラインメモリから読み出される
上記画像データに対して信号処理を施すデジタル処理回
路と、を備え、上記駆動回路の動作に上記アナログ処理
回路及び上記A/D変換回路の動作を同期させ、水平走
査期間の始まりの所定期間内に上記駆動回路及びアナロ
グ処理回路を動作させ、残余の水平走査期間に上記デジ
タル処理回路を動作させることにある。
ログ処理回路及びA/D変換回路と、これらの回路とは
非同期のデジタル処理回路とが、各水平走査期間内で時
分割に動作する。このため、固体撮像素子の出力動作の
期間中に異なる周波数で動作する回路がなくなり、固体
撮像素子から出力される画像信号にノイズが重畳しにく
くなる。
の電子スチルカメラの構成を示すブロック図であり、図
2は、その電子スチルカメラを動作させる駆動クロック
の波形図である。CCDイメージセンサ11は、図5の
CCD1と同一のものであり、受光部iに蓄積される1
画面分の情報電荷を蓄積部sへ転送した後、その情報電
荷を水平転送部hを介して1水平ライン毎に転送出力す
ることで、画像信号y0(t)を出力する。
入力される画像信号y0(t)に対し、サンプルホールド、
レベルクランプ等の処理を施し、所定のフォーマットに
従う画像信号y1(t)を生成する。このアナログ処理回路
12による処理は、図5のアナログ処理回路2と同一で
ある。A/D変換回路13は、アナログ処理回路12か
ら入力される画像信号y1(t)をアナログ処理回路12の
出力動作に従うタイミングで量子化し、CCD11の受
光部iの各受光画素に対応する情報をデジタル値で表す
画像データD1(n)を生成する。ラインメモリ14は、画
像データD1(n)を適数ライン分記憶できる容量を有し、
A/D変換回路13により生成される画像データD1(n)
を順次取り込んで記憶する。デジタル処理回路15は、
ラインメモリ14から読み出される画像データD1(n)に
対して、色分離、マトリクス演算等の処理を施し、輝度
情報及び色差情報を含む画像データD2(n)を生成する。
このデジタル処理回路15における処理自体は、図5の
デジタル処理回路4と同一である。
路17からの各種タイミング信号に応答し、CCD11
の各部に対して多相の駆動クロックを供給する。CCD
11の受光部iに供給される垂直転送クロックφvは、
図6の垂直転送クロックφvと同一であり、排出パルス
及び読み出しパルスを有し、これらのパルスの間の期間
に露光期間を設定する。蓄積部sに供給される蓄積転送
クロックφsは、垂直転送クロックφvの読出パルスに対
応した読み込みパルス及びライン送りパルスを有し、水
平転送部hに供給される水平転送クロックφhは、ライ
ン送りパルスに対応する出力パルスを有する。出力パル
スは、ライン送りパルスの発生周期よりも短い期間(例
えば、前半の期間)に、水平転送部hから1ライン分の
情報電荷を全て出力できるように周波数が設定される。
即ち、図6に示す蓄積転送クロックφs及び水平転送ク
ロックφhと比較すると、出力パルスの周波数が同じで
あればライン送りパルスの周期が長く設定され、ライン
送りパルスの周期が同じであれば出力パルスの周波数が
高く設定される。通常は、出力パルスの周波数が、各回
路の基準の動作周波数に応じて決定されるため、出力パ
ルスの周波数に応じてライン送りパルスの周期が設定さ
れる。以上の転送クロックによれば、水平走査期間(ラ
イン送りパルスの1周期)の始まりの所定期間内に1ラ
イン分の画像情報が出力されるCCD出力(画像信号y
0(t))を得ることができる。
令Pに応答し、CCD11の各転送駆動のタイミングを
指定するタイミング信号RT、VT、HTを発生し、駆
動回路16に供給する。同時に、アナログ処理回路1
2、A/D変換回路13及びラインメモリ14に対し
て、第1の基準クロックCK1を供給し、アナログ処理
回路12及びA/D変換回路13の動作とラインメモリ
14の書き込み動作とをCCD11の出力動作に同期さ
せる。さらに、第2のタイミング制御回路18に対し
て、1ライン分の情報電荷の転送出力が完了したことを
示すタイミング信号TEを供給する。
応答し、駆動回路5に対して垂直転送クロックφvの排
出パルスの発生を指示する。垂直転送タイミング信号V
Tは、排出タイミング信号RTに対して所望の露光期間
の分だけ遅れ、駆動回路5に対して垂直転送クロックφ
vの排出パルス及び蓄積転送クロックφsの読込パルスの
発生を指示する。排出タイミング信号RTに対する垂直
転送タイミング信号VTの遅れ、即ち、露光期間の長さ
は、画像信号y0(t)の平均レベルを所定の範囲に納める
ようにして設定される。水平転送タイミング信号HT
は、垂直転送タイミング信号VTに連続し、駆動回路5
に対して、蓄積転送クロックφsのライン送りパルス及
び水平転送クロックφhの出力パルスの発生を指示す
る。このライン送りパルス及び出力パルスの発生によ
り、CCD11の水平転送部hから1ライン分の情報電
荷が出力され、画像信号y0(t)が得られる。この画像信
号y0(t)に対しては、アナログ処理回路12により各種
の処理が施され、さらに、A/D変換回路13により量
子化処理が施される。量子化により得られた画像データ
D1(n)は、一旦ラインメモリ14に書き込まれる。
令Tに応答し、ラインメモリ14及びデジタル処理回路
15に対して第2の基準クロックCK2を供給する。こ
の第2の基準クロックCK2は、デジタル処理回路15
から画像データD2(n)を受け取るコンピュータ機器の転
送周波数に一致するものであり、第1の基準クロックC
K1とは非同期である。さらに、第2の基準クロックC
K2は、第1のタイミング制御回路17から供給される
転送完了タイミング信号TEに従い、各水平走査期間に
CCD11から1水平ライン分の情報電荷の転送出力が
完了した後に供給が開始される。これにより、CCD1
1の出力動作中に、デジタル処理回路15が第2の基準
クロックに従うタイミングで動作しなくなり、第1の基
準クロックCK1と第2の基準クロックCK2との周波
数の差に起因するノイズの発生を防止している。
ングを説明するタイミング図である。画像データy0(t)
に対するアナログ処理、画像データy1(t)に対する量子
化処理及び画像データD1(n)の書き込みは、各水平走査
期間の始まりの所定期間内に完了される。これらのタイ
ミングは、CCD11の水平転送部h及び出力部dの動
作タイミングに同期している。即ち、蓄積転送クロック
φsのライン送りパルスの周期が1水平走査期間とな
り、その水平走査期間の始まりの一部が読出処理期間に
設定され、この読出処理期間内でアナログ処理回路1
2、A/D変換回路13及びラインメモリ14が互いに
同期するタイミングで動作する。画像データD1(n)の読
み出し、画像データD1(n)に対するデジタル処理及び画
像データD2(n)の出力は、水平走査期間の途中、アナロ
グ処理回路12の処理動作が完了してから始められ、水
平走査期間の終わりまでの間に完了される。即ち、各水
平走査期間で、読出処理期間を除いた期間に、処理出力
期間が設定され、この処理出力期間内でラインメモリ1
4及びデジタル処理回路15が互いに同期するタイミン
グで動作する。これらのタイミングは、画像データD2
(n)を受けるコンピュータ機器の取り込み動作に同期し
ており、原則的にCCD11の出力動作には同期してい
ない。
期間と処理出力期間とに分けられ、各期間でCCD11
の駆動と画像データD2(n)の出力とを独立に行うように
したことで、それぞれの周波数を自由に設定することが
できる。以上の実施の形態においては、静止画像を得る
場合を例示したが、CCD11の動作周波数を高くして
水平走査のブランキング期間内に1ライン分の情報電荷
の出力を完了させるようにすれば、動画を得るようにす
ることも可能である。即ち、動画を表示する画像信号
は、図4に示すように、水平走査期間の区切りで、同期
信号等を含むブランキング期間が設定されており、この
ブランキング期間内に納まるように読出処理期間を設定
すれば、静止画像を得る場合と同様に、ノイズの重畳を
伴うことなく、自由な周波数で画像データを転送させる
ことが可能になる。
と画像情報の出力系とをそれぞれごく時の周波数で動作
させることができるようになる。このため、撮像装置か
ら得られる画像データの転送周波数を、装置に内蔵され
る撮像素子の駆動周波数に関係なく自由に選択すること
ができる。
る。
である。
る。
ある。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 複数の受光画素が行列配置され、照射さ
れる被写体映像に対応する情報電荷を各受光画素に蓄積
する固体撮像素子と、上記固体撮像素子の各受光画素に
蓄積される情報電荷を受光画素に隣接する蓄積領域へ転
送した後、蓄積領域から1水平ライン毎に転送出力して
1水平ライン単位で連続する画像信号を得る駆動回路
と、上記画像信号に対して信号処理を施すアナログ処理
回路と、信号処理された上記画像信号を量子化して上記
固体撮像素子の各受光画素に対応する画像データを生成
するA/D変換回路と、上記画像データを1水平ライン
単位で記憶するラインメモリと、上記ラインメモリから
読み出される上記画像データに対して信号処理を施すデ
ジタル処理回路と、を備え、上記駆動回路の動作に上記
アナログ処理回路及び上記A/D変換回路の動作を同期
させ、水平走査期間の始まりの所定期間内に上記駆動回
路及びアナログ処理回路を動作させ、残余の水平走査期
間に上記デジタル処理回路を動作させることを特徴とす
る撮像装置。 - 【請求項2】 一定周期の基準クロックに基づいて上記
駆動回路の動作タイミングを制御し、この動作タイミン
グに上記アナログ処理回路及び上記A/D変換回路の動
作を同期させると共に、上記基準クロックに従うタイミ
ングで上記画像データを上記ラインメモリに記憶させる
第1のタイミング制御回路と、上記基準クロックに非同
期で上記ラインメモリから上記画像データを読み出すと
共に、上記デジタル処理回路の動作タイミングを制御す
る第2のタイミング制御回路と、をさらに備えたことを
特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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