KR20070052357A - 촬상장치 - Google Patents

Abstract

이 촬상장치는, RGB에 대응한 각 CCD(2a∼2c)로부터 출력되는 제1∼제3 화소 신호 중 적어도 제3 화소 신호를 수평 반전시키는 수평 반전부(6)와, 제1∼제3 CCD(2a∼2c)에 대해 수평 방향의 화소를 2n＋1(n=0, 1, 2, …)개씩 가산하도록 제어 가능한 CCD 구동 제어부(9)를 구비하고, CCD 구동 제어부(9)는, 제2 화소 신호를 제1 화소 신호에 대해 n 화소 지연시킨 타이밍으로부터 화소 가산을 행하고, 제3 화소 신호를 제2 화소 신호에 대해 n화소 지연시킨 타이밍으로부터 화소 가산을 행하도록 제어하는 것이다. 이 촬상장치에 의하면, 해상도 열화를 억제하면서, 고감도의 화상이 얻어진다.

Description

촬상장치{IMAGE PICKUP DEVICE}

본 발명은, 화소 가산에 의해 고감도화를 실현하는 촬상장치에 관한 것이다.

근년, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라 등의 촬상장치는, 촬상소자의 일종인 CCD를 3개 탑재하고, 피사체로부터의 광신호를 R·G·B의 삼원색으로 분해하여 신호 처리하여, 영상 신호를 생성함으로써, 고화질화를 도모하고 있다.

또, 최근의 촬상장치에는, 광량이 부족한 장소에 있어서, 스트로브 등의 보조 광을 발광시키지 않고 밝은 영상을 촬영 가능한 「고감도 촬영기능」이 탑재되어 있다. 고감도 촬영기능은, 촬상소자에 있어서 광전 변환된 복수의 화소 신호를 가산시킴으로써, 영상 신호 전체를 밝게 하는 기능이다.

도 9는 종래의 촬상장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 9에 있어서, 프리즘(91)은, 피사체 상을 R(빨강)·G(초록)·B(파랑)의 삼원색으로 분해한다. 고체 촬상소자(이하, CCD라 적는다)(92a∼92c)는, 프리즘(91)에서 RGB의 성분으로 분해된 광신호를, 각각 RGB의 전기신호로 변환한다. 또한, CCD(92a)는 B 신호를 광전 변환하는 CCD(이하, B－CCD라 적는다)이고, CCD(92b)는 G 신호를 광전 변환하는 CCD(이하, G－CCD라 적는다)이고, CCD(92c)는 R 신호를 광전 변환하는 CCD(이하, R－CCD라 적는다)이다.

상관 2중 샘플링부(이하, CDS부라 적는다)(93a∼93c)는, CCD(92a∼92c)의 출력에 대해 샘플링과 홀드 동작을 행하고, 노이즈를 저감시킨다. 자동 게인 제어 증폭부(이하, AGC부라 적는다)(94)는, CDS부(93a∼93c)의 출력 신호에 대해, 신호 레벨을 일정하게 유지하도록 게인 제어를 행한다. 아날로그-디지털 변환기(이하 A/D 변환기라 적는다)(95)는, AGC부(94)로부터 출력되는 아날로그 신호를, 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호 처리부(96)는, A/D 변환기(95)로부터 출력되는 디지털화된 영상 신호에 대해, 디지털 신호 처리를 행하고, 휘도 신호(이하 Y 신호라 적는다), 및 색차 신호(이하 C 신호라 적는다)를 출력한다.

CCD 구동부(97)는, CCD(92a∼92c)를 구동시키는 것으로, 구체적으로는 CCD(92a∼92c)에 있어서의 수직 전송이나 수평 전송 동작을 행하도록 구동시키고 있다. CCD 구동 제어부(98)는, CCD 구동부(97)를 제어함으로써 화소 가산 등을 행하도록 제어한다. CDS 제어부(99)는, CDS부(93a∼93c)의 샘플점을 제어한다.

이하, 종래의 촬상장치의 동작에 대해 설명한다.

도 9에 있어서, 입사되는 피사체로부터의 반사광을, 프리즘(91)에서 RGB의 3 원색의 성분으로 분해한다. 분해된 광신호 중, B 신호는 CCD(92a)에 입력되고, G 신호는 CCD(92b)에 입력되고, R 신호는 CCD(92c)에 입력되어, 각각 아날로그 전기신호로 변환되어 출력된다.

CCD(92a∼92c)로부터 출력되는 아날로그 전기신호는, CDS부(93a∼93c)로 입력되고, 아날로그 전기신호에 있어서의 리셋부와 데이터부의 양쪽에 대해 샘플 및 홀드 동작을 행한다. 다음으로, 리셋부와 데이터부의 차분을 취하고, CCD의 리셋 노이즈를 저감시킨다. 또한, CDS부(93a∼93c)가 샘플 및 홀드하는 타이밍은, CDS 제어부(99)에 의해 제어된다.

CDS부(93a∼93c)로부터 출력되는 신호는, AGC부(94)에서 증폭되어 일정한 신호 레벨로 된다. AGC부(94)의 출력 신호는, A/D 변환기(95)에서 디지털 신호로 변환되고, 디지털 신호 처리부(96)에 출력된다. 디지털 신호 처리부(96)에서는, 입력되는 RGB 신호에 대해 매트릭스 연산을 행하고, Y 신호 및 C 신호를 생성하여 출력한다.

한편, CCD 구동 제어부(98)는, 프리즘에 입사되는 광량이 충분한 경우(예를 들면, 주간의 옥외 촬영 등)는, CCD 구동부(97)에 대해, 통상의 구동을 행하도록 제어한다. 즉, 화소 가산을 행하지 않도록 제어한다. 또, 촬영 환경에 있어서의 광량이 충분하지 않은 경우(예를 들면, 야간 촬영이나 옥내 촬영 등)는, CCD 구동부(97)에 대해, 수평 방향으로 화소 가산 제어를 행하고, 고감도 영상을 얻는다.

도 10(a)는 CCD 구동부(97)에 있어서의 통상 구동시의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 10(b)는 CCD 구동부(97)에 있어서의 화소 가산시의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.

도 10(a)에 나타내는 바와 같이 통상 구동시는, CCD에 있어서의 수평 전송부의 구동 펄스 H1 및 H2 펄스의 주기와, CCD에 있어서의 수평 전송부 후단에 배치된 전하 검출 증폭부의 리셋 펄스(RG)의 주기가 동일해지도록, CCD 구동 제어부(98)가 CCD 구동부(97)를 제어하고 있다.

한편, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 화소 가산시는, 리셋 펄스(RG)의 주기 가, H1, H2 펄스의 배의 주기가 되도록, CCD 구동부(97)를 제어하고 있다. 이에 의해 수평 전송부로부터 출력되는 연속 2 화소분의 신호 전하가, 리셋되지 않고 전하 검출 증폭부에 축적된다. 즉, 화소 가산이 실행된 것이　된다. 따라서, 도 10(b)의 데이터부에 나타내는 바와 같이, 통상 구동시의 데이터부에 비해 약 2배의 신호 레벨을 얻을 수 있다.

또, 고해상도의 화상을 얻을 수 있는 「화소 시프트 기술」이 있다. 이하, 화소 시프트 기술에 대해 설명한다.

도 11(a)는 수평 화소 시프트를 행하고 있지 않은 경우(이하 「수평 화소 시프트 배치 무」라고 칭한다)의 CCD의 공간 위치 관계를 나타내고, 도 11(b)는 수평 화소 시프트를 행하고 있는 경우(이하 「수평 화소 시프트 배치 유」라고 칭한다)의 CCD의 공간 위치 관계를 나타낸 모식도이다.

도 11(a)에 나타내는 「수평 화소 시프트 배치 무」의 경우는, RGB에 대응한 각 CCD가, 공간적으로 수평 방향에 대해 동일 위치에 배치되어 있는데 대해, 도 11(b)에 나타내는 「수평 화소 시프트 배치 유」의 경우는, R－CCD 및 B－CCD가, G－CCD에 대해 공간적으로 수평 방향으로 1/2 화소 간격분 어긋나 배치되어 있다. 또한, 서로 어긋나 배치되어 있는 각각의 CCD의 시프트량(Wh)은, 이하의 관계로 되어 있다.

Wh=(1+a)Ph/2

상기 수식에 있어서, Ph는, 각 CCD에 있어서의 수평 방향의 화소 배열 간격이다. a는, 각 CCD의 실장시의 배치 치수 오차를 고려에 넣은 수치이며, 일반적으 로는 a≤±0.1이며, a=≤±0.05가 바람직하고, a=0이면 더 바람직하다. 즉, a의 값이 작을수록, 해상도의 개선 효과가 향상한다.

도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 수평 화소 시프트 배치를 행한 경우는, 휘도 신호를 얻을 때에 G 신호와 다른 신호를 등량 가산시킴으로써, CCD에 의한 샘플링 처리에 의해 발생하는 엘리어싱 성분을 제거하여, 도 11(a)에 나타내는 화소 시프트 배치 무의 경우에 비해 높은 해상도를 얻을 수 있다.

다음으로, 프리즘 유닛의 구성에 대해 설명한다.

도 13(a)는 갭이 없는 프리즘 유닛을 나타내는 모식도이고, 도 13(b)는 에어 갭을 구비한 프리즘 유닛을 나타내는 모식도이다. 도 13(a)에 나타내는 바와 같이 갭이 없는 프리즘 유닛은, 도 13(b)에 나타내는 프리즘 유닛에 있어서의 제1 프리즘(31a)과 제3 프리즘(31c) 사이에 구비되어 있는 에어 갭(33)을 없앤 것으로, 프리즘 유닛 전체가 일체화된 심플한 구조가 되고, 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있다(특허문헌 1 참조).

그러나, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이 에어 갭(33)이 있는 프리즘 유닛에서는, 각 프리즘에서 분해된 후의 R, G, B 각 성분은, 프리즘을 통과하는 동안의 경계면에서의 반사 횟수가 0회 또는 2회(짝수회)인데 대해, 도 13(a)에 나타내는 갭이 없는 프리즘 유닛에서는, R, G 성분은 프리즘 경계면에서의 반사 횟수는 0회 또는 2회(짝수회)인데, B 성분의 반사 횟수는 1회(홀수회)이다. 따라서, B－CCD(32a)에 입사되는 피사체 상은, R－CCD(32c) 및 G－CCD(32b)에 입사되는 피사체 상에 대해, 좌우가 반대인 경상(鏡像)이 된다. 따라서, 갭이 없는 프리즘 유닛이 탑재되어 있는 촬상장치에서는, B－CCD(32a)로부터 출력되는 B 신호를, 수평 방향으로 반전시키는 처리가 필요하게 된다.

다음으로, 갭이 없는 프리즘 유닛의 동작에 대해 설명한다.

도 14(a)는 수평 방향으로 724 화소를 구비하고 있는 CCD에 있어서, 수평 화소 가산을 행하지 않는 경우의 RGB의 각 CCD로부터 출력되는 화소의 공간 위치를 나타낸 모식도이다. 여기에서는 설명을 간단히 하기 위해, 수평 화소 시프트 배치는 행하지 않는 것으로 한다. 수평 화소 시프트 배치를 행하고 있지 않기 때문에, R, G, B 각 화소의 수평 방향의 공간 위치는 동일해진다.

갭이 없는 프리즘 유닛이 탑재되어 있는 CCD의 경우, B－CCD로부터 출력되는 화상은, R－CCD 및 G－CCD로부터 출력되는 화상에 대해, 좌우가 반전된 화상이 되어 있다. 따라서, 그대로의 화상에서는 후단의 신호 처리부(예를 들면, 도 9에 있어서의 디지털 신호 처리부(96))로부터 출력되는 Y 신호 및 C 신호는, B 성분만큼 반전한 영상 신호가 되고, 정상인 영상이 되지 않는다.

그래서 도14(a)에 나타내는 바와 같이, B 신호에 대해 수평 반전 처리를 행한다. 즉, R－CCD, G－CCD로부터 출력되는 R0, R1, …, R722, R723, 및 G0, G1, …, G722, G723의 화소에 대해, B－CCD로부터 출력되는 B 화소의 순서를, B723, B722, …, B1, B0의 순이 되도록 수평 반전 처리를 행한다. 이 처리에 의해, 촬상장치의 최종 출력 신호는 정상인 것이 된다.

특허문헌 1：일본국 특허 공개공보 소50－159618호

그러나, 상기의 구성에 의한 촬상장치에서는, 다음과 같은 과제가 있다.

우선, 수평 화소 시프트 배치를 행함으로써 생기는 문제에 대해 설명한다.

도 12(a)는 수평 화소 가산을 행하지 않은 경우의, 각 CCD로부터 출력되는 화소의 공간 위치 관계를 나타낸 모식도이다. 수평 화소 시프트 배치에서는, G－CCD로부터 출력되는 화소 G0, G1…은, R－CCD 및 B－CCD로부터 출력되는 화소 R0, R1… 및 B0, B1…에 대해, 수평 방향으로 공간적으로 1/2 화소 간격분(도 12에 있어서의 1/2d) 어긋나 배치되어 있다. 또한, 도 12에 있어서, d는 1 화소 간격을 나타내고 있다.

이에 대해 수평 2 화소 가산을 행한 경우, G－CCD에서는, 도 12(a)에 있어서의 G0과 G1, G2와 G3, …와 같이 화소 가산되고, 도 12(b)에 나타내는 바와 같이 G0＇, G2＇, G4＇, …의 화소가 CCD로부터 출력된다. 또, 도 12(b)에 나타내는 바와 같이, R－CCD 및 B－CCD에 있어서도 G-CCD와 동일한 구동이 행해지기 때문에, R－CCD로부터는 R0＇, R2＇, R4＇, …의 화소가 출력되고, B－CCD로부터는 B0＇, G2＇, B4＇, …의 화소가 출력된다.

여기서 화소 가산후의 R, G, B 각각의 화소의 공간 위치는, 도 12(b)에 나타내는 바와 같이, 화소 가산전의 화소 간격의 1/2의 위치, 즉 화소 가산후의 화소 간격의 1/4(도 12에 있어서의 1/4D)에 위치하게 된다. 이와 같이, G 화소의 공간 위치가, R 화소 및 B 화소에 대해 1/2의 어긋남은 아니게 되기 때문에, 이대로는 엘리어싱 성분(Aliasing Distortion)을 제거하여 해상도 향상의 효과를 얻을 수는 없게 된다. 또, 화소 가산됨으로써 수평 방향의 화소수가 반으로 감소하기 때문에, 화소 가산시에는 수평 해상도가 현저하게 열화하게 된다. 이는, 수평으로 화소 가 산하는 화소수를 바꾼 경우라도 마찬가지이다.

다음으로, 갭이 없는 프리즘 유닛을 탑재함으로써 생기는 문제에 대해 설명한다.

도 14(b)는 수평으로 3 화소 가산을 행한 경우의, RGB의 각 CCD로부터 출력되는 화소의 공간 위치를 나타낸 모식도이다. 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위해, 수평 화소 시프트 배치는 행하지 않는 것으로 한다. 수평 화소 시프트 배치를 행하고 있지 않기 때문에, R, G, B 각 화소의 수평 방향의 공간 위치는 동일해진다.

도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 수평 화소 가산처리를 행한 경우, 수평 반전 처리를 행해도 불량이 있는 화상이 되게 된다. 즉, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이 수평 3 화소의 화소 가산을 행한 경우, G－CCD에서는 G0과 G1과 G2, G3과 G4와 G5가 화소 가산되고, G1＇, G4＇, …, G721＇와 같이 출력된다. R－CCD, B－CCD에서도 마찬가지로　 R1＇, R4＇, …, R721＇또는 B1＇, B4＇,…, B721＇와 같이 출력된다. 그리고 B－CCD 출력은 수평 반전 처리가 실시되어, B721＇, B718＇, …, B1＇의 순이 된다.

여기서, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 화소 가산전은 G1, R1의 화소의 공간 위치에 대응하는 B 화소는 B722인데 대해, 화소 가산후의 B 화소는 공간 위치가 어긋난 B721＇의 화소가 된다. 그 이외의 화소에 대해서도 마찬가지로, 화소 가산 및 수평 반전 처리후의 B 화소의 공간 위치는, R 화소 및 G 화소의 공간 위치에 대해 어긋나게 된다. 따라서, 촬상장치의 최종 출력 신호는, B 화소 성분만큼 수평 방향으로 어긋나게 되어, 영상 신호에 색 시프트가 발생하게 된다.

본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하여, 해상도 열화를 억제하면서 고감도이고 색 시프트가 없는 화상이 얻어지는 촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 과제를 해결하기 위해 제1 구성의 촬상장치는, 복수의 프리즘이 갭 없이 접합되고, 입사되는 광신호를 RGB의 삼원색의 성분으로 분해시키는 프리즘 유닛과, 상기 프리즘 유닛에서 분해된 RGB의 각 광신호를 각각 독립하여 광전 변환하여 제1∼제3 화소 신호를 출력하는 제1∼제3 촬상소자로 구성되고, 상기 촬상소자에 있어서의 수평 방향의 화소 배열 간격을 Ph로 했을 때, 다른 촬상소자에 대한 상기 제1 촬상소자의 시프트량(Wh)이,

Wh=(1＋a)Ph/2(a는 정수)

의 관계가 되도록 배치되어 있는 촬상부와, 상기 촬상부로부터 출력되는 화소 신호에 대해, 각각 샘플 및 홀드 처리를 행하는 샘플 홀드부와, 상기 샘플 홀드부로부터 출력되는 화소 신호의 신호 레벨이 일정해지도록 이득 제어가 행해지는 자동 이득 제어부와, 상기 자동 이득 제어부로부터 출력되는 화소 신호에 의거하여, 휘도 신호와 색차 신호를 생성하는 신호 처리부를 구비한 촬상장치로서, 상기 자동 이득 제어부로부터 출력되는 화소 신호 중 적어도 제3 화소 신호를 수평 반전시키고, 상기 제3 화소 신호를 상기 신호 처리부로 출력하는 수평 반전부와, 상기 제1∼제3 촬상소자를 각각 독립하여 동작 제어함과 함께, 상기 제1∼제3 촬상소자에 대해 수평 방향의 화소를 2n＋1(n=0, 1, 2, …)개씩 가산하도록 제어 가능한 CCD 구동 제어부를 구비하고, 상기 CCD 구동 제어부는, 상기 제2 화소 신호를 상기 제1 화소 신호에 대해 n화소 어긋난 화소를 포함한 2n＋1 화소분의 화소의 조합으로 가산을 행하고, 제3 화소 신호는 상기 촬상소자의 유효 화소수를 2n＋1로 제산한 나머지 수에 대응한 화소의 조합으로 가산을 행하도록 제어하는 것이다.

또, 제2 구성의 촬상장치는, 복수의 프리즘이 갭 없이 접합되고, 입사되는 광신호를 RGB의 삼원색의 성분으로 분해시키는 프리즘 유닛과, 상기 프리즘 유닛에서 분해된 RGB의 각 광신호를 각각 독립하여 광전 변환하여 제1∼제3 화소 신호를 출력하는 제1∼제3 촬상소자로 구성되고, 상기 촬상소자에 있어서의 수평 방향의 화소 배열 간격을 Ph로 했을 때, 다른 촬상소자에 대한 상기 제1 촬상소자의 시프트량(Wh)이,

Wh=(1＋a)Ph/2(a는 정수)

의 관계가 되도록 배치되어 있는 촬상부와, 상기 촬상부로부터 출력되는 화소 신호에 대해, 각각 샘플 및 홀드 처리를 행하는 복수의 샘플 홀드부와, 상기 샘플 홀드부로부터 출력되는 화소 신호의 신호 레벨이 일정해지도록 이득 제어가 행해지는 자동 이득 제어부와, 상기 자동 이득 제어부로부터 출력되는 화소 신호에 의거하여, 휘도 신호와 색차 신호를 생성하는 신호 처리부를 구비한 촬상장치로서, 상기 자동 이득 증폭부로부터 출력되는 화소 신호에 있어서의 휘도 신호의 평균 레벨을 산출하는 평균 레벨 산출부와, 상기 복수의 촬상소자에 있어서 수평 방향으로 가산하는 화소의 조합을, 상기 촬상소자마다 독립하여 제어 가능한 CCD 구동 제어부와, 상기 복수의 샘플 홀드부를 각각 독립하여 제어 가능한 CDS 제어부와, 상기 CCD 구동 제어부에 의한 화소 가산의 조합과, 상기 복수의 샘플 홀드부가 샘플 동작을 행할 때의 샘플점을, 연동하여 변경시키는 시스템 제어부를 구비하고, 상기 시스템 제어부는, 상기 평균 레벨 산출부에서 산출된 평균값이 소정값 이상의 경우는, 상기 CCD 구동 제어부 및 상기 CDS 제어부에 대해 화소 가산을 행하지 않도록 제어하고, 소정 값 미만의 경우는 상기 CCD 구동 제어부 및 상기 CDS 제어부에 대해 화소 가산을 행하도록 제어하는 것이다.

(발명의 효과)

상기 구성의 디스크 장치에 의하면, 해상도 열화를 억제하면서, 고감도의 화상이 얻어진다. 또, 갭이 없는 프리즘 유닛을 탑재해도, 색 시프트의 발생이 없는 영상을 얻을 수 있음과 함께, 소형화 및 저비용화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 촬상장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 2는 실시형태 1에 있어서의 CCD의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 3은 실시형태 1에 있어서의 수평 화소 가산을 행하지 않는 경우의 CCD 구동 동작 및 CDS부의 제어 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.

도 4는 실시형태 1에 있어서의 수평 화소 가산을 행하는 경우의 CCD 구동 동작 및 CDS부의 제어 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.

도 5는 실시형태 1에 있어서의 각 CCD로부터 출력되는 화소 신호의 공간 위치 관계를 나타내는 모식도이다.

도 6은 실시형태 1에 있어서의 각 CCD로부터 출력되는 화소 신호의 공간 위치 관계를 나타내는 모식도이다.

도 7은 실시형태 2에 의한 촬상장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 8은 실시형태 2에 있어서의 조도 저하에 대한, AGC부가 승산하는 게인, 평균 레벨 산출부의 출력, 시스템 제어부에 의한 수평 가산 화소수의 변화를 나타내는 특성 곡선도이다.

도 9는 종래의 촬상장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 10은 종래의 촬상장치에 있어서의 CCD 구동 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.

도 11은 종래의 촬상장치에 있어서의 수평 화소 시프트 배치의 개념을 나타내는 설명도이다.

도 12는 종래의 수평 화소 시프트 배치된 촬상장치에 이용되는 R, G, B－CCD로부터 출력되는 각 화소의 공간 위치 관계를 나타내는 모식도이다.

도 13은 갭이 없는 프리즘과 에어 갭이 있는 프리즘의 구성을 나타내는 설명도이다.

도 14는 종래의 갭이 없는 프리즘을 이용한 촬상장치에 이용되는 R, G, B－CCD로부터 출력되는 각 화소의 공간 위치 관계를 나타내는 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 프리즘 2 CCD

3 CDS부 4 AGC부

5 A/D 변환기 6 수평 반전부

7 디지털 신호 처리부 8 CCD 구동부

9 CCD 구동 제어부 10 CDS 제어부

11 수평 반전 제어부 12 시스템 제어부

본 발명의 제1 구성의 촬상장치는, 상기 복수의 촬상소자에 있어서 수평 방향으로 가산하는 화소의 조합을, 상기 촬상소자마다 독립하여 제어 가능한 CCD 구동 제어부와, 상기 복수의 샘플 홀드부에 있어서, 상기 샘플 홀드부마다 독립하여 제어 가능한 CDS 제어부와, 상기 CCD 구동 제어부에 의한 화소 가산의 조합과, 상기 복수의 샘플 홀드부가 샘플 동작을 행할 때의 샘플점을, 연동하여 변경시키는 시스템 제어부를 구비한 구성으로 해도 된다.

또, 상기 CCD 구동 제어부는, 상기 제1 화소 신호를 상기 제2 화소 신호에 대해 n화소 지연시킨 타이밍으로부터 화소 가산을 행하고, 상기 제3 화소 신호를 상기 제1 화소 신호에 대해 n화소 지연시킨 타이밍으로부터 화소 가산을 행하도록 제어하는 구성으로 해도 된다.

본 발명의 제2 구성의 촬상장치는, 상기 복수의 촬상소자는, 수평 방향으로 2n＋1(n=0, 1, 2, …)개씩의 화소 가산을 행하는 구성이고, 상기 평균 레벨 산출부에서 산출된 평균값이 소정 값 이상의 경우는 n=0으로 하고, 소정 값 미만의 경우는 n≥1로 한 구성으로 해도 된다.

(실시형태 1)

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 촬상장치의 기본적인 요부 구성을 예시하는 블럭도이다.

도 1에 있어서, 프리즘(1)은, 복수의 프리즘을 갭 없이 접합되어 있는 갭이 없는 프리즘 유닛으로 구성되고, 입사되는 피사체 상을 RGB의 삼원색의 성분으로 분해한다. 또한, 프리즘(1)에서 분해된 광신호를, 각각 G 신호, R 신호, B 신호로 한다.

CCD 이미지 센서(이하, CCD라 적는다)(2a∼2c)는, 프리즘(1)에서 RGB 각 색으로 분해된 RGB 신호를, 각각 전기신호로 변환한다. 또한, B－CCD(2a)는 B 신호를 광전 변환하는 CCD이고, G－CCD(2b)는 G 신호를 광전 변환하는 CCD이고, R－CCD(2c)는 R 신호를 광전 변환하는 CCD이다. 또, R－CCD(2b) 및 B－CCD(2c)는, G－CCD(2a)에 대해, 공간적으로 수평 방향으로 1/2 화소분 어긋난 배치(이하, 「수평 화소 시프트 배치」라고 칭한다)로 되어 있다.

CDS부(3a∼3c)는, CCD(2a∼2c)의 출력 신호에 대해, 샘플링과 홀드 동작을 행하고, 그에 따라 영상 신호중의 노이즈를 저감시킨다. AGC부(4)는, CDS부(3a∼3c)로부터 출력되는 RGB 신호에 대해, 신호 레벨을 일정하게 유지하도록 게인 제어를 행한다. A/D 변환기(5)는, AGC부(4)로부터 출력되는 아날로그 RGB 신호를 디지털 RGB 신호로 변환한다. 수평 반전부(6)는, A/D 변환기(5)로부터 출력되는 B 신호에 대해, 수평 반전 처리를 행하는 것이다. 구체적인 수평 반전 처리의 동작은 후술한다. 디지털 신호 처리부(7)는, A/D 변환기(5)로부터 출력되는 G 신호 및 R 신호, 및 수평 반전부(6)로부터 출력되는 B 신호에 대해 디지털 신호 처리를 행하고, Y 신호(휘도 신호) 및 C 신호(색차 신호)를 생성하여 출력한다.

CCD 구동부(8a∼8c)는, 각각 CCD(2a∼2c)를 구동한다. CCD 구동 제어부(9)는, CCD 구동부(8a∼8c)를 제어함으로써, 화소 가산처리 등을 행하도록 제어한다. CDS 제어부(10a∼10c)는, 각각 CDS부(3a∼3c)에 있어서의 샘플링 처리의 타이밍을 제어한다. 수평 반전 제어부(11)는, 수평 반전부(6)에 있어서 반전 처리하는 화소의 범위를 제어한다. 시스템 제어부(12)는, 후술하는 조작부(13)에 있어서의 조작 입력에 의거하여, CCD 구동 제어부(9), CDS 제어부(10a∼10c) 및 수평 반전 제어부(11)를 동작 제어한다. 또, 시스템 제어부(12)로부터 각 부에 대한 제어 내용의 변경은, 연동하여 행하고 있다. 조작부(13)는, 유저에 의해 조작됨으로써, 촬상장치에 있어서의 각종 설정 조작이나 촬영 조작 등을 행할 수 있다. 본 실시형태에서는, 적어도, 화소 가산을 행하지 않고 촬영을 실행하는 통상 촬영 모드와, 화소 가산을 행하여 촬영을 실행하는 고감도 촬영 모드의 선택 조작이 가능하다.

이하, 촬상장치의 동작에 대해 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 프리즘(1)에 입사되는 피사체로부터의 반사광은, RGB의 삼원색의 성분으로 분해된다. 분해된 광신호는, 각각 CCD(2a∼2c)에 입사된다. 여기서, 프리즘(1)은 도 13(a)에 나타내는 것과 같은 갭이 없는 프리즘 유닛으로 구성되어 있으므로, B－CCD(32c)에는, G－CCD(32a) 및 R－CCD(32b)에 입사되는 피사체 상의 경상(좌우 반전한 영상)이 입사된다. 이는, 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, G－CCD(32a) 및 R－CCD(32b)에 입사되는 광신호는, 프리즘(31a 및 31b) 내를 0회 또는 짝수회 반사되는데 대해, B－CCD(32c)에 입사되는 광신호는, 프리즘 (31c) 내를 홀수회 반사되기 때문이다.

다음으로, CCD(2a∼2c)는, 입사되는 피사체 상을 나타내는 광신호를, 각각 아날로그 전기신호로 변환하고, G 신호, R 신호, B 신호(이하, 「RGB 신호」라고 총칭한다)를 출력한다.

CCD(2a∼2c)로부터 출력되는 RGB 신호는, CDS부(3a∼3c)에 입력된다. CDS부(3a∼3c)에서는, 입력되는 RGB 신호에 있어서의 리셋부 및 데이터부의 샘플 및 홀드 동작을 행하고, 그 차분을 취함으로써 RGB 신호에 있어서의 리셋 노이즈를 저감시킨다. CDS부(3a∼3c)가 샘플링하는 타이밍은, 각각 CDS 제어부(10a∼10c)로부터 출력되는 샘플링 펄스에 의해 제어된다.

CDS부(3a∼3c)로부터 출력되는 RGB 신호는, AGC부(4)에 있어서 증폭되어 일정의 신호 레벨로 된다. AGC부(4)로부터 출력되는 RGB 신호는, A/D 변환기(5)에서 디지털 신호로 변환된다. A/D 변환기(5)로부터 출력되는 G 신호와 R 신호는 디지털 신호 처리부(7)에 입력되고, B 신호는 수평 반전부(6)에 입력된다.

B 신호는, 전술한 바와 같이, R 신호 및 G 신호에 의거하는 영상 신호에 대해 좌우 반전된 영상 신호로 되어 있기 때문에, 원래와 같은 정회전의 상이 되도록, 수평 반전부(6)에 있어서 반전 처리되고 나서, 디지털 신호 처리부(6)에 출력된다. 또한, 수평 전송부(6)에 있어서, 영상 신호에 있어서의 반전 동작을 행하는 범위는, 수평 반전 제어부(11)에서 제어된다.

디지털 신호 처리부(7)에서는, 입력되는 RGB의 각 디지털 신호에 의거하여, Y 신호(휘도 신호) 및 C 신호(색차 신호)를 생성하여 출력한다.

다음으로, CCD의 구성에 대해 설명한다.

도 2는 CCD의 내부 구조를 나타내는 모식도이고, G－CCD(2a)를 예시하고 있다. 또한, CCD(2a)는, 예를 들면 수평의 유효 화소수가 726 화소로 구성되어 있다.

도 2에 있어서, 수광부(21)는, 포토 다이오드 등의 수광 소자로 구성되고, 입사되는 빛을 수광하여 전하를 발생시킨다. 또, 수광부(21)는, 수십만∼수백만개의 수광 소자가 매트릭스 형상으로 배치되어 구성되어 있다. 수직 전송부(22)는, 수광부(21)로부터 출력되는 전하를 수직 방향으로 전송시키는 것이고, 수광부(21)와 동수 혹은 배수의 수직 전송 CCD로 구성되어 있다. 수평 전송부(23)는, 수직 전송부(22)에 의해 전송된 전하를, 수평 방향으로 전송시키는 것이고, 수평 전송 CCD로 구성되어 있다. 전하 검출 증폭부(24)는, 수평 전송부(23)에 의해 전송된 전하를 검출하여 증폭하고, 전기신호를 출력한다. 또, 전하 검출 증폭부(24)는, 화소 가산 동작시는 입력되는 전하를 축적한다. 또한, 수직 전송부(22), 수평 전송부(23), 전하 검출 증폭부(24)는, 각각 도 1에 있어서의 CCD 구동 제어부(8a∼8c)로부터 출력되는 펄스에 의해, 동작 제어된다.

도 2에 있어서, 입사되는 광은, 수광부(21)에 있어서 수광되어 전하가 발생되고, 발생된 전하를 소정 시간 축적한다. 이때의 전하 축적 시간은, 도 1에 있어서의 CCD 구동부(8a∼8c)에 있어서 제어된다.

수광부(21)에서 축적된 전하는, 수직 전송부(22)에 있어서 수직 방향으로 전송된다. 수직 방향으로 전송된 전하는, 수평 전송부(23)에 있어서 수평 방향으로 전송된다. 수평 전송부(23)에서 전송된 전하는, 전하 검출 증폭부(24)에서 검출되 어 증폭되고, 전기신호(G 신호)가 출력된다.

도시하지 않았지만, R－CCD(2b) 및 B－CCD(2c)도, 상기와 동일하게 동작한다.

다음으로, 통상 촬영시의 동작에 대해 설명한다.

또한, 이하의 설명에서는, CCD(2a∼2c)에 있어서의 동작을 중심으로 설명을 한다. 또, 「통상 촬영」이란, 주간의 옥외 촬영 등과 같이, 촬영 환경에 있어서의 광량이 충분한 경우를 상정하고 있다. 동작적으로는, CCD(2a∼2c)에 있어서 화소 가산처리를 행하지 않고 촬영을 행하는 것을 말한다.

도 1에 있어서, 우선 유저는, 조작부(13)를 조작하여 통상 촬영을 행하도록 지시 입력한다. 조작부(13)가 조작됨으로써, 시스템 제어부(12)는, CCD 구동 제어부(9)에 대해, CCD(2a∼2c)를 통상 구동(화소 가산을 행하지 않는 구동)시키도록 제어한다. CCD 구동 제어부(9)는, 각 CCD 구동부(8a∼8c)에 대해 통상의 CCD 구동을 실행하도록 제어함으로써, CCD(2a∼2c)로부터는 각 화소에 대응한 전기신호(화소 신호)를 출력한다.

도 3은, CCD(2a∼2c)의 통상 구동시(화소 가산을 행하지 않을 때)에 있어서의 CCD 구동 동작 및 CDS부(3a∼3c)의 제어 동작을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 3에 있어서, 구동 펄스 H1 및 H2는, CCD(2a∼2c)에 있어서의 수평 전송부(23)(도 2 참조)를 구동 제어하는 펄스이다. 리셋 펄스(RG)는, CCD(2a∼2c)에 있어서의 전하 검출 증폭부(24)(도 2 참조)에 축적되는 전하를 리셋하는 펄스이고, CCD 구동부(8a∼8c)로부터 출력된다. 샘플링 펄스 DS1 및 DS2는, CCD(2a∼2c)의 출력에 대해 CDS 부(3a∼3c)가 샘플링을 행하기 위한 펄스이다. 샘플링 펄스(DS1)는 CCD 출력의 리셋부를 샘플링하고, 샘플링 펄스(DS2)는 CCD 출력의 데이터부를 샘플링하기 위해, 각각 CDS 제어부(10a∼10c)로부터 출력된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 통상 촬영시는, 수평 전송부(23)(도 2 참조)의 구동 펄스 H1 및 H2의 주기와 리셋 펄스(RG)의 주기가 일치하도록 제어됨과 함께, 각 리셋 펄스(R－RG, G－RG, B－RG)의 위상이 모두 같은 위상이 되도록 제어된다. 이러한 구동 펄스와 리셋 펄스에 의거하여, CCD 구동 제어부(9)가 CCD 구동부(8a∼8c)를 제어함으로써, CCD(2a∼2c)로부터는, 수평 방향의 화소가 화소 가산처리되어 있지 않은 RGB 신호가, 같은 타이밍에서 출력된다.

또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 시스템 제어부(12)는, CDS 제어부(10a∼10c)에 있어서의 샘플링의 타이밍이, 각 CCD(2a∼2c)의 출력 신호에 있어서의 리셋부와 데이터부의 타이밍에 일치하도록 제어하고 있다. 즉, G－CCD(2a), R－CCD(2b), B－CCD(2c)로부터 출력되는 각 신호의 리셋부 및 데이터부가 같은 타이밍이기 때문에, CDS 제어부(10a∼10c)로부터 출력되는 G-DS1, G－DS2, R－DS1, R－DS2, B－DS1, B－DS2 펄스가, 모두 같은 위상이 되도록 제어된다. 이에 의해, CCD(2a∼2c)로부터 출력되는 화소 신호에 있어서의 리셋 노이즈를 제거할 수 있다.

도 5(a)∼(d)는 통상 촬영시에 있어서의 CCD(2a∼2c)로부터 출력되는 화소의 공간 위치를 나타낸 모식도이다. 통상 촬영시는, 수평 화소의 화소 가산처리가 행해지고 있지 않기 때문에, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, G 화소(G0, G1, …, G725)의 공간 위치는, R 화소(R0, R1, …, R725)의 공간 위치에 대해, 1/2 화소 간 격분 어긋나 있다. 또한, 도 5에 있어서, d는 1 화소분의 간격을 나타내고 있다. 1/2d는 1/2 화소분의 간격을 나타내고, G 화소와 R 화소의 어긋남량을 나타내고 있다.

또, 본 실시형태의 촬상장치에는 갭이 없는 프리즘 유닛이 탑재되어 있기 때문에, B－CCD(2c)로부터 출력되는 B 신호로 구성되는 영상은, G－CCD(2a), R－CCD(2b)로부터 출력되는 G 신호 및 R 신호로 구성되는 영상에 대해, 좌우가 반전되어 있다. 그래서, 수평 반전부(6)가, A/D 변환기(5)로부터 출력되는 B 신호에 대해 수평 반전 처리를 행한다. 즉, 도 5(c)에 나타내는 B 화소의 전 유효화소(B0, B1, …, B725)에 대해 수평 반전 처리를 행함으로써, 수평 반전부(6)로부터는 도 5(d)에 나타내는 바와 같이 B725, B724, …, B0의 순으로 화소 신호가 출력된다. 또한, 수평 반전부(6)에 있어서 반전시키는 화소의 범위는, 수평 반전 제어부(11)에 의해 지정된다.

또, A/D 변환기(5)로부터 출력되는 R 신호와 G 신호는, 그대로 디지털 신호 처리부(7)에 출력되기 때문에, 디지털 신호 처리부(7)에는, 도 5(a)에 나타내는 G 신호와, 도 5(b)에 나타내는 R 신호와, 도 5(d)에 나타내는 B 신호가 입력된다. 따라서, 도 5(b)에 나타내는 R 화소의 공간 위치와, 도 5(d)에 나타내는 수평 반전후의 B 화소의 공간 위치가 일치하고, 또 도 5(a)에 나타내는 G 화소는, R 화소 및 B 화소에 대해 1/2 화소 간격분 어긋나 있는 상태가 된다.

따라서, 촬상장치의 최종 출력인 디지털 신호 처리부(7)로부터는, B 신호의 공간 위치 시프트에 의한 색 시프트가 없고, 또한 수평 화소 시프트 배치에 의해 높은 해상도의 신호가 출력된다.

다음으로, 고감도 촬영시의 동작에 대해 설명한다.

도 1에 있어서, 야간의 옥외 촬영 등과 같이 촬영 환경이 저조도인 경우에, 유저가 조작부(13)를 조작함으로써, 촬상장치를 고감도 촬영 모드로 이행시킬 수 있다. 고감도 촬영 모드로 이행되면, 시스템 제어부(12)는 화소 가산처리를 행하도록 각 부를 제어한다. 시스템 제어부(12)는, 우선 CCD 구동 제어부(9)에 대해, 수평 방향의 3 화소의 가산처리를 행하게 하도록 제어한다.

다음으로, 고감도 촬영시에 있어서의 화소 가산처리에 대해 설명한다. 도 4는 CCD(2a∼2c)에 있어서의 수평 방향의 3 화소를 가산할 때의 CCD 구동 동작 및 CDS부(3a∼3c)의 제어 동작을 나타내는 타이밍 차트이다. 각 펄스의 구체 설명에 대해서는, 도 3을 참조하여 전술했으므로 생략한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, CCD 구동 제어부(9)는, 우선 CCD 구동부(8a∼8c)로부터 출력되는 각 리셋 펄스(RG)의 주기를 변경한다. 즉, 3 화소의 가산을 행하기 위해, RG 펄스의 주기를 H1 펄스 및 H2 펄스의 주기의　3배가 되도록 한다. 다음으로, R－RG 펄스의 위상을, G－RG 펄스의 위상보다, H1 또는 H2 펄스의 1 주기분 늦춘다. 또, B－RG 펄스의 위상을, R－RG 펄스의 위상보다, H1 또는 H2 펄스의 1 주기분 늦춘다.

이상과 같이 CCD 구동 제어부(9)에 있어서 설정되어 있는 펄스에 의거하여, CCD(2a∼2c)가 구동됨으로써, 도 2에 나타내는 CCD의 수평 전송부(23)로부터 출력되는 연속 3 화소분의 신호 전하가, 리셋되지 않고, 전하 검출 증폭부(24)에 축적 된다. 따라서, 도 4의 데이터부에 나타내는 바와 같이, 통상 구동시(도 3 참조)에 비해, 3배의 진폭 레벨을 가지는 신호를 얻을 수 있다. 즉, 고감도의 영상 신호를 얻을 수 있다.

또, 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 RG 펄스의 위상이 어긋나 있으므로, 각 CCD(2a∼2c)로부터 출력되는 신호의 리셋부 및 데이터부는, 각각 H1 및 H2 펄스 1주기분씩 어긋나게 된다. 그래서, 시스템 제어부(12)는, CDS 제어부(3a∼3c)로부터 출력되는 DS1 및 DS2 펄스의 위상을, 데이터부 및 리셋부에 맞추도록 제어한다. 즉, R－DS1 및 R－DS2 펄스는, G－DS1 및 G－DS2 펄스보다, H1 및 H2 펄스 1 주기분 늦추고, B－DS1 및 B－DS2 펄스는, R－DS1 및 R－DS2 펄스보다, H1 및 H2 펄스 1 주기분 늦춘다. 이와 같이 설정되어 있는 DS1 및 DS2 펄스에 의거하여 CDS부(3a∼3c)가 동작 제어됨으로써, CDS부(3a∼3c)는 화소 가산된 화소 신호에 대해 샘플 및 홀드 동작을 행할 수 있다.

도 5(e)∼(h)는 수평 3 화소 가산 처리시에 CCD(2a∼2c)로부터 출력되는 화소의 공간 위치를 나타내는 모식도이다. G－CCD(2a)에서는, 도 5(a)에 나타내는 화소 G0, G1, G2가 가산되고, 화소 G3, G4, G5가 가산되어, 이후, 화소 G723, G724, G725의 가산까지 실행된다. 가산후는, 도 5(e)에 나타내는 바와 같이, 화소 G1＇, G4＇, …, G724＇가 출력된다.

또, R－CCD(2b)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 R－RG 펄스의 위상이 G－RG 펄스의 위상보다 H1 및 H2 펄스 1 주기분, 즉 1 화소분 늦어 있기 때문에, R－CCD(2b)에 있어서 화소 가산되는 화소의 조합이, G－CCD(2a)에 있어서의 화소의 조 합과 다르다. 즉, R－CCD(2b)에서는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 화소 R1, R2, R3가 가산되고, R4, R5, R6와 같이 가산되어, 이후, 화소 R721, R722, R723까지의 가산이 실행된다. 가산후는, 도 5(f)에 나타내는 바와 같이, 화소 R2＇, R5＇, …, R722＇가 출력된다.

또, B－CCD(2c)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 B－RG 펄스의 위상이 R－RG의 위상보다 1 화소분 늦는다. 따라서, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 화소 B2, B3, B4가 가산되고, 화소 B5, B6, B7가 가산되어, 이후, 화소 B722, B723, B724까지의 가산이 실행된다. 가산후는, 도 5(g)에 나타내는 바와 같이, 화소 B3＇, B6＇, …, B723＇가 출력된다.

모두 수평 3 화소 가산되어 있기 때문에, 가산후의 화소의 공간 위치는, 가산전의 3 화소의 중앙의 화소의 공간 위치에 일치한다.

다음으로, B－CCD(2c)로부터 출력되는 B 신호(도 5(g) 참조)는, 그 후 A/D 변환기(5)를 거쳐 수평 반전부(6)에서 수평 반전 처리된다. 수평 반전부(6)는, 도 5(g)에 나타내는 화소 B3＇, B6＇, …, B723＇의 241 화소에 대해 반전 처리를 행한다. 또한, 수평 반전부(6)는, 수평 반전 제어부(11)에 의해 동작 제어된다. 수평 반전부(6)는, 입력되는 화소 B3＇, B6＇, …, B723＇를 반전시키고, 도 5(h)에 나타내는 바와 같이 화소 B723＇, B720＇, …, B3＇의 순으로 화소 신호를 출력한다.

다음으로, 화소 가산되었을 때의 R, G, B 각 화소의 공간 위치 관계에 대해 설명한다.

우선, R 화소와 B 화소에 대해서는, 도 5(b) 및 (d)에 나타내는 화소 가산전 은 화소 R2의 공간 위치에 대응하는 B 화소는 B723이고, 화소 R5에 대응하는 B 화소는 B720인데 대해, 도 5(f) 및 (h)에 나타내는 화소 가산후는 화소 R2＇에 대응하는 B 화소는 B723＇이고, 화소 R5＇에 대응하는 B 화소는 B720＇이다. 즉, 화소 가산전과 화소 가산후에서, 각 화소의 공간 위치는 일치하고 있다. 또한, R 화소, B 화소에 있어서의 다른 화소도 마찬가지이다.

또, R 화소에 대한 G 화소의 공간적인 상대위치는, 도 5(e) 및 (f)에 나타내는 바와 같이 화소 가산후의 화소 간격의 1/2에 위치한다. 즉, 가산후도 수평 화소 시프트 배치가 유지되게 된다.

이상과 같이, 촬상장치의 최종 출력인 디지털 신호 처리부(7)의 출력 신호는, 수평 3 화소 가산후에 있어서는 화소수가 1/3로 줄지만, 최종 출력의 신호 레벨은 3배가 된다. 또, 수평 화소 시프트 배치의 효과에 의해, 해상도 열화가 억제된다. 또, B 화소의 공간 위치 시프트에 의한 색 시프트는 전혀 발생하지 않는다. 따라서, 고감도 촬영시에 있어서의 화질을 향상시킬 수 있다.

또, 갭이 없는 프리즘을 사용하고 있기 때문에, 소형화 및 저비용화의 효과도 얻어진다.

또한, 실시형태 1에 있어서, 수평은 3 화소 가산을 행하고 있지만, 가산하는 화소수는 「3」에 한정하는 것이 아니라, 2n＋1(n=1, 2, …)개의 가산을 행하는 처리이면 된다. 2n＋1개의 화소를 가산하는 구성이면, 화소 가산후에 있어서도 수평 화소 시프트 배치가 유지되고, 또한, 수평 반전후의 B 화소의 공간 위치 시프트를 방지할 수 있다.

예를 들면, 도 6은 수평 5 화소 가산 전후의, CCD(2a∼2c)로부터 출력되는 화소의 공간 위치를 나타내는 모식도이다. 이 경우, 화소 가산을 행할 때의 화소의 조합이, G 화소는 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 G0∼G4, R 화소는 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 R2∼R6, B 화소는 6(c)에 나타내는 바와 같이 B4∼B8가 되도록 제어되어 있다. 또, 좌우 반전부(6)가, 도 6(g)에 나타내는 화소 B6＇, …, B721＇의 144 화소를 반전시키도록 동작함으로써, 도 6(h)에 나타내는 화소 B721＇, …B6＇와 같이, 화소 가산후의 R 화소의 공간 위치(도 6(f) 참조)와 화소 가산 및 수평 반전 후의 B 화소의 공간 위치가 일치한다. 또, 도 6(e)에 나타내는 G 화소의 공간 위치는, 도 6(f)에 나타내는 R 화소 및 도 6(h)에 나타내는 B 화소의 화소 간격의 1/2에 위치하게 된다. 따라서, 수평 3 화소 가산과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시형태 1에 있어서, CCD(2a∼2c)는 수평 방향에만 화소 시프트 배치를 행한 것이지만, 수평, 수직 모두 화소 시프트 배치를 행한 경우라도, 수평 방향의 화소 가산에 대해서는 동일한 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.

또, 실시형태 1에 있어서, CCD(2a∼2c)의 수평 유효 화소수는 726개로 구성되어 있지만, 그에 한정하는 것이 아니라, 본 발명은 그 이외의 화소수를 가지는 CCD의 경우라도, 유효 화소수 및/또는 가산 화소수에 따라, B 화소의 조합을 바꿈으로써 동일한 효과가 얻어진다. 예를 들면, 유효 화소수가 727 화소이고, 3 화소 가산을 행하는 경우, B 화소의 조합은 B0∼B2, B3∼B5, …, 의 조합으로 변경함으로써, 동일한 효과가 얻어진다. 또, 유효 화소수가 727 화소이고, 5 화소 가산을 행하는 경우, B 화소의 조합은 B0∼B4, B5∼B9, …, 의 조합으로 변경함으로써, 동 일한 효과가 얻어진다. 또, 유효 화소수가 725 화소이고, 5 화소 가산을 행하는 경우, B 화소의 조합은 B3∼B7, B8∼B12, …, 의 조합으로 변경함으로써, 동일한 효과가 얻어진다.

또, 실시형태 1에서는, B－CCD(2c)로부터 출력되는 영상 신호가 좌우 반전되고 있지만, 좌우 반전되어 있는 영상 신호가 출력되는 것은 반드시 B－CCD(2c)라고는 할 수 없다. 좌우 반전되어 있는 영상 신호가 출력되는 것은, 프리즘(1)의 구조에 의해 결정되기 때문에, G－CCD(2a)나 R－CCD(2b)로부터 좌우 반전 영상이 출력될 가능성도 있다. G－CCD(2a)나 R－CCD(2b)로부터 출력되는 영상 신호가 좌우 반전되어 있는 경우는, A/D 변환기(5)의 출력단에, G 신호 또는 R 신호를 수평 반전시키는 수평 반전부(6)을 배치시킴으로써, 실시형태 1과 동일하게 Y 신호 및 C 신호를 출력시킬 수 있어, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(실시형태 2)

도 7은 실시형태 2에 있어서의 촬상장치의 구성을 예시한 블럭도이다. 도 7에 있어서, 도 1과 동일한 동작을 행하는 블록에는, 도 1과 동일한 부호를 부여하고, 그 블록에 있어서의 상세 설명은 생략한다.

Y 매트릭스부(14)는, A/D 변환기(5) 또는 수평 반전부(6)로부터 출력되는 디지털 RGB 신호를 토대로 매트릭스 연산을 행하고, Y 신호를 생성한다. 평균 레벨 산출부(15)는, Y 매트릭스부(14)로부터 출력되는 신호에 대해, 화면 전체의 평균 휘도 레벨을 산출하고, 산출된 평균 휘도 레벨을 시스템 제어부(12)에 출력한다.

실시형태 2의 촬상장치와 실시형태 1의 촬상장치가 다른 점은, Y 매트릭스부 (14)와 평균 레벨 산출부(15)를 구비한 점과, 시스템 제어부(12)의 동작이다. 이하, 상기 차이점을 중심으로 동작을 설명한다.

Y 매트릭스부(14)는, A/D 변환기(5)로부터 출력되는 R 신호 및 G 신호와, 수평 반전부(6)로부터 출력되는 B 신호에 의거하여 매트릭스 연산을 행하고, Y 신호(휘도 신호)를 생성하여 평균 레벨 산출부(15)에 출력한다. 평균 레벨 산출부(15)는, Y 매트릭스부(14)로부터 출력되는 Y 신호에 의거하여, 전화면의 휘도 레벨의 평균값(Sav)을 산출하고, 그 값을 시스템 제어부(12)에 출력한다. 시스템 제어부(12)는, Sav의 값을 관측하고, 어느 일정한 레벨(Slmt)보다 하회한 경우는, CCD 구동 제어부(9), CDS 제어부(10a∼10c), 수평 반전 제어부(11)를 연동하여 제어하고, 수평 화소 가산처리를 행한다. 즉, 촬상장치의 주위의 밝기에 연동시켜, 통상 구동과 화소 가산 구동을 전환하고 있다.

다음으로, 입사되는 피사체 상의 조도가 연속적으로 저하하는 경우의 동작을 설명한다.

도 8(a)은 프리즘(1)에 입사되는 피사체 상의 조도의 변화를 나타내는 특성도이다. (b)는 AGC부(4)의 게인의 특성도이다. (c)는 평균 레벨 산출부(15)로부터 출력되는 평균값(Sav)의 특성도이다. (d)는 시스템 제어부(12)의 제어에 의해 행해지는 수평 화소 가산수의 변화를 나타낸 특성도이다. 또한, 도 8에 있어서, 가로축은 시간(t)이다.

도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 시간의 경과와 함께 조도가 내려가면, AGC부(4)에 입력되는 화소 신호의 레벨은 내려간다. AGC부(4)는, 화소 신호의 레벨이 내 려가는데 연동하여, 출력 신호 레벨이 일정하게 유지하도록 승산 게인(G)을 올린다(도 8(b)의 t0∼t1). AGC부(4)에 있어서 신호 레벨이 일정해지도록 제어되면, 평균 레벨 산출부(15)로부터 출력되는 평균값(Sav)은, 도 8(c)의 t0∼t1에 나타내는 바와 같이, 일정한 값이 된다.

도 8(b)에 나타내는 바와 같이, AGC부(4)에 있어서 승산할 수 있는 게인에는 상한(Gmax)이 있어, 게인이 Gmax에 달한 뒤에도 조도가 내려가면(도 8(a)의 t1∼t2), AGC부(4)의 출력은 일정 레벨을 유지하지 못하고 내려간다. 따라서, 도 8(c)의 t1∼t2에 나타내는 바와 같이, 평균 레벨 산출부(14)로부터 출력되는 평균값(Sav)도, Slmt보다 내려간다.

평균값(Sav)이 Slmt보다 내려가면, 도 8(d)에 나타내는 바와 같이, 시스템 제어부(12)는 수평 3 화소 가산을 행하도록 촬상소자 제어부(9), CDS 제어부(10a∼10c), 수평 반전 제어부(11)를 연동하여 제어한다. 이 경우의 제어는, 실시형태 1에서 서술한 대로이므로, 상세 설명은 생략한다.

화소 가산처리를 행하도록 제어됨으로써, CCD(2a∼2c)로부터 출력되는 신호의 레벨은, 화소 가산전의 신호 레벨의 3배가 되고, AGC부(4)에 입력되는 신호 레벨도 3배가 된다. 따라서, AGC 게인은, 도 8(b)의 t2에 나타내는 바와 같이, 일단 Gmax/3까지 내려가, 출력 신호 레벨을 일정 레벨로 유지하고자 한다.

t2 이후, 더 조도가 내려가면, 도 8(b)에 나타내는 AGC부(4)의 승산 게인은, t3의 타이밍에서 다시 상한(Gmax)에 도달한다.

t2∼t3에 나타내는 바와 같이, 여전히 조도가 내려가면, 전술과 동일하게 평 균 레벨 산출부(15)로부터 출력되는 평균값(Sav)의 레벨이 Slmt를 하회하기 때문에, 도 8(d)에 나타내는 바와 같이 시스템 제어부(12)는 수평 5 화소 가산을 행하도록 제어를 행한다.

그에 따라, AGC부(4)의 입력 신호 레벨은, 수평 3 화소 가산시에 비해 5/3배로 올라간다. AGC부(4)는, 레벨을 일정하게 유지하기 위해, 게인을 일단(3/5)×Gmax까지 내린다(도 8(b)의 t4).

t4 이후, 조도가 더 내려가면, AGC부(4)의 게인은 상승하고, 레벨을 일정하게 유지하도록 제어된다.

상기 구성에 의하면, Y 매트릭스부(14)와 평균 레벨 산출부(15)를 구비하고, 입사되는 피사체 상의 휘도 레벨에 의거하여, 자동적으로 레벨을 일정하게 유지하도록 수평 화소 가산 동작을 제어하고 있기 때문에, 유저에 있어서의 통상 촬영 모드 혹은 고감도 촬영 모드의 모드 선택 조작을 필요로 하지 않고, 조작성을 향상시킬 수 있다.

또, 화소 가산시, G 화소와 R 화소 및 B 화소와는 수평 화소 시프트 배치를 유지할 수 있으므로, 해상도 열화가 억제되고, 또한 B 화소의 공간 위치 시프트에 의한 색 시프트는 전혀 발생하지 않는다. 또, 갭이 없는 프리즘을 사용하고 있기 때문에, 그에 따른 소형화 및 저비용화의 효과가 얻어진다.

또한, 실시형태 2에 있어서, 수평은 3 화소, 또는 5 화소 가산을 행하고 있지만, 이에 한정하는 것이 아니라, 2n＋1(n=1, 2, …)개의 가산을 행하도록 제어시킴으로써, 화소 가산후에 있어서도 수평 화소 시프트 배치를 유지할 수 있고, 또 한, 수평 반전후의 B 화소의 공간 위치 시프트를 방지할 수 있다.

본 발명에 관한 촬상장치는, 갭이 없는 프리즘이 탑재된 저비용의 촬상장치에 유용하다.

Claims (5)

1. 복수의 프리즘이 갭 없이 접합되고, 입사되는 광신호를 RGB의 삼원색의 성분으로 분해시키는 프리즘 유닛과,

   상기 프리즘 유닛에서 분해된 RGB의 각 광신호를 각각 독립하여 광전 변환하여 제1∼제3 화소 신호를 출력하는 제1∼제3 촬상소자로 구성되고, 상기 촬상소자에 있어서의 수평 방향의 화소 배열 간격을 Ph로 했을 때, 다른 촬상소자에 대한 상기 제1 촬상소자의 시프트량(Wh)이,

   Wh=(1＋a)Ph/2(a는 정수)

   의 관계가 되도록 배치되어 있는 촬상부와,

   상기 촬상부로부터 출력되는 화소 신호에 대해, 각각 샘플 및 홀드 처리를 행하는 샘플 홀드부와,

   상기 샘플 홀드부로부터 출력되는 화소 신호의 신호 레벨이 일정해지도록 이득 제어가 행해지는 자동 이득 제어부와,

   상기 자동 이득 제어부로부터 출력되는 화소 신호에 의거하여, 휘도 신호와 색차 신호를 생성하는 신호 처리부를 구비한 촬상장치로서,

   상기 자동 이득 제어부로부터 출력되는 화소 신호 중 적어도 제3 화소 신호를 수평 반전시키고, 상기 제3 화소 신호를 상기 신호 처리부로 출력하는 수평 반전부와,

   상기 제1∼제3 촬상소자를 각각 독립하여 동작 제어함과 함께, 수평 방향의 화소를 2n＋1(n=0, 1, 2, …)개씩 가산하도록 상기 제1∼제3 촬상소자에 대해 제어 가능한 CCD 구동 제어부를 구비하고,

   상기 CCD 구동 제어부는, 상기 제1 화소 신호를 상기 제2 화소 신호에 대해 n화소 어긋난 화소를 포함한 2n＋1 화소분의 화소의 조합으로 가산을 행하고, 제3 화소 신호는 상기 촬상소자의 유효 화소수를 2n＋1로 제산한 나머지 수에 대응한 화소의 조합으로 가산을 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 촬상소자에 있어서 수평 방향으로 가산하는 화소의 조합을, 상기 촬상소자마다 독립하여 제어 가능한 CCD 구동 제어부와,

   상기 복수의 샘플 홀드부에 있어서, 상기 샘플 홀드부마다 독립하여 제어 가능한 CDS 제어부와,

   상기 CCD 구동 제어부에 의한 화소 가산의 조합과, 상기 복수의 샘플 홀드부가 샘플 동작을 행할 때의 샘플점을, 연동하여 변경시키는 시스템 제어부를 구비한 촬상장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 CCD 구동 제어부는, 상기 제3 화소 신호를 상기 제2 화소 신호에 대해 n화소 지연시킨 타이밍으로부터 화소 가산을 행하고, 상기 제1 화소 신호를 상기 제3 화소 신호에 대해 n화소 지연시킨 타이밍으로부터 화소 가산을 행하도록 제어 하는 촬상장치.
4. 복수의 프리즘이 갭 없이 접합되고, 입사되는 광신호를 RGB의 삼원색의 성분으로 분해시키는 프리즘 유닛과,

   상기 프리즘 유닛에서 분해된 RGB의 각 광신호를 각각 독립하여 광전 변환하여 제1∼제3 화소 신호를 출력하는 제1∼제3 촬상소자로 구성되고, 상기 촬상소자에 있어서의 수평 방향의 화소 배열 간격을 Ph로 했을 때, 다른 촬상소자에 대한 상기 제1 촬상소자의 시프트량(Wh)이,

   Wh=(1＋a)Ph/2(a는 정수)

   의 관계가 되도록 배치되어 있는 촬상부와,

   상기 촬상부로부터 출력되는 화소 신호에 대해, 각각 샘플 및 홀드 처리를 행하는 복수의 샘플 홀드부와,

   상기 샘플 홀드부로부터 출력되는 화소 신호의 신호 레벨이 일정해지도록 이득 제어가 행해지는 자동 이득 제어부와,

   상기 자동 이득 제어부로부터 출력되는 화소 신호에 의거하여, 휘도 신호와 색차 신호를 생성하는 신호 처리부를 구비한 촬상장치로서,

   상기 자동 이득 증폭부로부터 출력되는 화소 신호에 있어서의 휘도 신호의 평균 레벨을 산출하는 평균 레벨 산출부와,

   상기 복수의 촬상소자에 있어서 수평 방향으로 가산하는 화소의 조합을, 상기 촬상소자마다 독립하여 제어 가능한 CCD 구동 제어부와,

   상기 복수의 샘플 홀드부를 각각 독립하여 제어 가능한 CDS 제어부와,

   상기 CCD 구동 제어부에 의한 화소 가산의 조합과, 상기 복수의 샘플 홀드부가 샘플 동작을 행할 때의 샘플점을, 연동하여 변경시키는 시스템 제어부를 구비하고,

   상기 시스템 제어부는, 상기 평균 레벨 산출부에서 산출된 평균값이 소정 값 이상의 경우는, 상기 CCD 구동 제어부 및 상기 CDS 제어부에 대해 화소 가산을 행하지 않도록 제어하고, 소정 값 미만의 경우는 상기 CCD 구동 제어부 및 상기 CDS 제어부에 대해 화소 가산을 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 복수의 촬상소자는, 수평 방향으로 2n＋1(n=0, 1, 2, …)개씩의 화소 가산을 행하는 구성이고,

   상기 평균 레벨 산출부에서 산출된 평균값이 소정 값 이상의 경우는 n=0으로 하고, 소정값 미만의 경우는 n≥1로 한 촬상장치.

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