JP2000165757A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像素子から全画素を読み出して走査線
数最多の信号を方式変換することにより、任意な映像信
号方式を得る。 【解決手段】 固体撮像素子駆動回路１０２発生の駆動
パルスによって、固体撮像素子１０１から順次走査で全
画素の電荷を読み出し、前処理回路１０３、量子化回路
１０４で処理され、記憶回路１０５、１０６にディジタ
ル化された全画素が記憶される。両記憶回路からは制御
回路１０７のアドレス指定によって画素が読み出され、
加算器１０８は読み出された画素を加算して飛び越し走
査、順次走査やフレームレート変換を行える。固体撮像
素子のフォトダイオードの全画素からなる走査線数最多
の映像信号を一旦記憶し、隣接画素と加算の組み合わせ
を自由にできるので、順次走査信号と飛び越し走査信号
を同時に得ることもでき、任意の方式に変換することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子から
得られる映像信号を方式変換することによって複数の映
像信号方式を得ることのできる撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子を用いて光電変換により撮
像を行い、方式変換を行う撮像装置の一つは、放送技術
１９９８年５月号４２０頁から４２５頁に記載されてい
る。これは固体撮像素子を交換することにより、各種映
像信号方式を出力できるものである。図１１はこの撮像
方式の概略ブロック図を示している。固体撮像素子１１
０１は、撮像により光電変換を行い、前処理回路１１０
２にて信号が増幅された後、量子化回路１１０３で量子
化されて方式１のディジタル映像信号が出力される。ま
た、量子化回路１１０３の出力は、方式変換回路１１０
４によって別の映像信号の方式２に変換される。このと
き固体撮像素子１１０１を交換することによって、方式
１と方式２と別の映像信号方式を得ることができる。

【０００３】また別の方式変換を内蔵した撮像装置とし
ては、特開平９−３２２０６７号公報に記載されたもの
が知られている。この固体撮像装置のブロック図を図１
２に示す。固体撮像素子１２０１は、タイミングジェネ
レータ１２０２によって発生される駆動パルスにより撮
像を行う。飛び越し走査ＯＮ／ＯＦＦ切り替え回路１２
０３は、タイミングジェネレータ１２０２が発生するパ
ルスを飛び越し走査駆動用か順次走査駆動用のいずれか
にするかを切り替える。飛び越し走査か順次走査かの切
り替えは、垂直方向におけるフォトダイオードの電荷混
合の組み合わせを変えることで実現できる。

【０００４】図７はこの原理を示したものであり、
（ａ）の飛び越し走査において、固体撮像素子内で始め
のフィールドでは垂直方向のａ行とｂ行、ｃ行とｄ行の
電荷が混合されてラインが生成される。また次のフィー
ルドでは垂直方向のｂ行とｃ行、ｄ行とｅ行の電荷が混
合されてラインを生成する。また（ｂ）の順次走査で
は、常にa 行とb 行、ｃ行とｄ行を混合してラインを生
成する。

【０００５】図１２において、前処理回路及びＡ／Ｄ変
換器１２０４は、固体撮像素子１２０１の信号をディジ
タル化し、ディジタルプロセス回路１２０５は、このデ
ィジタル化された信号をガンマ補正や輪郭補正などのデ
ィジタル信号処理を施してＡ出力を行う。ディジタルプ
ロセス回路１２０５出力は、垂直方向ＤＤ変換回路１２
０６により走査線変換が行われてＢ出力となる。またＰ
／ｉ変換回路１２０７によって、順次走査の信号は飛び
越し走査の信号に変換されてＣ出力となる。

【０００６】以上のように、従来の技術では、固体撮像
素子を交換して対応したり、固体撮像素子内で行う垂直
方向の電荷混合の組み合わせを変えたりすることによ
り、固体撮像素子から得られた映像信号を方式変換し、
複数の映像信号方式を得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の前者の方式では、各種映像信号方式を得るため
に、固体撮像素子を交換する作業が発生する問題点があ
る。また従来技術の後者の方式では、順次走査と飛び越
し走査を行う時に垂直方向のフォトダイオードの電荷が
固体撮像素子内部で混合されることによって、互いに隣
接したフォトダイオードの位置の電荷が保存されないた
め、変換することのできる映像信号方式が限定されてし
まう問題点がある。

【０００８】例えば、垂直方向の２画素を混合して順次
走査を行うときは、図７（ａ）で示すように走査線数が
垂直方向のフォトダイオード数の半分に低下するため、
これ以上の走査線数の信号方式が得られなくなる。ま
た、図７（ａ）の飛び越し走査では、一度固体撮像素子
内で垂直方向のｂ行とｃ行、ｄ行とｅ行の電荷が混合さ
れてラインが生成されると、順次走査におけるa 行とb
行、ｃ行とｄ行を混合したラインを生成することができ
なくなってしまうので、図７の飛び越し走査と順次走査
の信号を同時に得ることができなくなる。すなわち、固
体撮像素子内で空間的に異なる位置のフォトダイオード
の電荷が混合されると、方式変換できる映像信号方式が
限定されてしまう。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点を解決
するものであり、方式変換できる映像信号方式が限定さ
れることがなく、任意の映像信号方式に変換して出力す
ることのできる撮像装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、全画素の電荷を固体撮像素子から読み出
すことによって空間的に異なるフォトダイオードの位置
の画素を固体撮像素子内部で混合せず外部で混合するよ
うにしたものであり、方式変換できる映像信号方式が限
定されることがなく、任意の映像信号方式に変換して出
力することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、順次走査と飛び越し走査の映像信号を同時に出力す
ることができ、光電変換によって撮像を行う固体撮像素
子が順次走査駆動される撮像装置であって、固体撮像素
子から全画素を読み出すための固体撮像素子駆動手段
と、読み出された画素信号を増幅して量子化する手段
と、量子化された画素信号を加算混合する画素混合手段
とを備えた撮像装置であり、垂直方向のフォトダイオー
ド数と同じ走査線数の信号を得て、画素の混合加算を外
部回路によって自由に行えるので、任意に方式変換でき
る作用を有する。

【００１２】本発明の請求項２に記載の発明は、画素混
合手段が、混合前の画素を記憶しておく第１の画素記憶
手段と、一定時間が経過した後に固体撮像素子から読み
出された同一位置の画素を記憶する第２の画素記憶手段
と、第１および第２の画素記憶手段からそれぞれ画素を
読み出す制御手段と、読み出された画素を混合する加算
手段とを有することを特徴とする請求項１記載の撮像装
置であり、垂直方向のフォトダイオード数と同じ走査線
数の信号を得て、かつ固体撮像素子の電荷の取扱量を増
やすのと等価な処理によってフレームレートを変えられ
るので、任意に方式変換できる作用を有する。

【００１３】本発明の請求項３に記載の発明は、固体撮
像素子の構造が、光電変換を行なった全ての画素の電荷
を蓄積することのできる蓄積エリアを有する撮像装置で
あって、第１の垂直ブランキング期間中に全てのフォト
ダイオードに蓄積された電荷を第１の蓄積エリアに転送
し、一定時間の経過した第２の垂直ブランキング期間に
全てのフォトダイオードに蓄積された電荷を第２の蓄積
エリアに転送し、空間的に同一位置の第１の蓄積エリア
に蓄積されている電荷と第２の蓄積エリアに蓄積されて
いる電荷とを蓄積エリア内で混合して撮像を行うことを
特徴とする撮像装置であり、請求項２とは異なる構成に
より垂直方向のフォトダイオード数と同じ走査線数の信
号を得て、かつ固体撮像素子の電荷の取扱量を増やして
フレームレートを変えられるので、任意に方式変換でき
る作用を有する。

【００１４】本発明の請求項４に記載の発明は、固体撮
像素子の構造が、光電変換を行なった全ての画素の電荷
を蓄積することのできる蓄積エリアを有する撮像装置で
あって、第１の垂直ブランキング期間に全てのフォトダ
イオードに蓄積された電荷を第１の蓄積エリアに転送
し、一定時間の経過した第２の垂直ブランキング期間に
全てのフォトダイオードに蓄積された電荷を第２の蓄積
エリアに転送し、空間的に同一位置の第１の蓄積エリア
に蓄積されている電荷と第２の蓄積エリアに蓄積されて
いる電荷とを水平方向転送時に混合して撮像を行うこと
を特徴とする撮像装置であり、請求項２や請求項３とは
異なる構成により垂直方向のフォトダイオード数と同じ
走査線数を得て、かつ固体撮像素子の電荷の取扱量を増
やしてフレームレートを変えられるので、任意に方式変
換できる作用を有する。

【００１５】本発明の請求項５に記載の発明は、画素混
合手段が、画素の加算混合を行う際に、垂直方向画素の
画素混合の組み合わせを切り替えることを特徴とする請
求項１記載の撮像装置であり、順次走査と飛び越し走査
とを容易に切り替えできる作用を有する。

【００１６】本発明の請求項６に記載の発明は、順次走
査と飛び越し走査の映像信号を同時に出力することがで
き、光電変換によって撮像を行う固体撮像素子が順次走
査駆動される撮像装置であって、固体撮像素子から全画
素を読み出すための固体撮像素子駆動手段と、読み出さ
れた画素信号を増幅して量子化する手段と、量子化され
た画素信号を加算混合するその組み合わせが異なる複数
の画素混合手段と、複数の画素混合手段の出力から異な
る映像信号方式に変換する複数の方式変換手段とを備え
たことを特徴とする撮像装置であり、１つの撮像素子か
ら全画素を読み出して、複数の画素混合手段を用いてフ
レームレート変換を行ったり、順次走査信号と飛び越し
走査信号とを同時に得られるようにしたり、複数の方式
変換手段を用いてこれらの信号の水平画素数と垂直ライ
ン数を変換することによって、垂直方向のフォトダイオ
ード数と同じ走査線数の映像信号方式から任意の複数の
方式に変換できるという作用を有する。

【００１７】本発明の請求項７に記載の発明は、順次走
査と飛び越し走査の映像信号を同時に出力することがで
き、光電変換によって撮像を行う固体撮像素子が順次走
査駆動される撮像装置であって、固体撮像素子から全画
素を読み出すための固体撮像素子駆動手段と、読み出さ
れた画素信号を増幅して量子化する手段と、量子化され
た画素信号を加算混合する画素混合手段と、画素混合手
段の出力から異なる映像信号方式に変換する方式変換手
段と、固体撮像素子から読み出された画素信号を画素混
合手段を通すかまたは通さないかを選択する選択手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置であり、固体撮像素
子から全画素を読み出して、一組の画素混合手段と方式
変換手段とを用いて、画素混合手段の動作をフレームレ
ート変換にするか、または順次走査か飛び越し走査への
変換かを選択できることによって、複数の映像信号方式
から一つを選択して出力でき、回路構成を簡単にできる
作用を有する。

【００１８】本発明の請求項８に記載の発明は、固体撮
像素子から読み出された画素信号を方式変換手段を通す
かまたは通さないかを選択する選択手段を備えたことを
特徴とする請求項７記載の撮像装置であり、画素混合手
段および方式変換手段の両方を通さない、あるいは方式
変換手段を通さない方式だけを選択できる作用を有す
る。

【００１９】本発明の請求項９に記載の発明は、方式変
換手段が 映像信号方式を変換するためのフィルタ回路
の係数を切り替える手段を有し、画素混合手段からの制
御信号によりフィルタ回路の係数を切り替えることを特
徴とする請求項７または８記載の撮像装置であり、水平
方向画素数と垂直方向のライン数を変換する方式変換手
段のフィルタ回路の係数を自由に選択できる作用を有す
る。

【００２０】本発明の請求項１０に記載の発明は、画素
混合手段が、半導体メモリーによる画素記憶手段を含む
ことを特徴とする請求項１、２または５から９のいずれ
かに記載の撮像装置であり、回路構成に簡単にできる作
用を有する。

【００２１】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の請求項１に対応する実
施の形態１における撮像装置の画素の混合加算を行う回
路構成を示すブロック図である。図１において、１０１
は固体撮像素子、１０２は固体撮像素子を駆動する固体
撮像素子駆動回路である。固体撮像素子駆動回路１０２
は、固体撮像素子１０１を順次走査で全画素読み出しを
行うようにするタイミングを発生するのが好ましい。１
０３は前処理回路、１０４は量子化回路である。１０
５、１０６は半導体メモリーからなる記憶回路、１０７
は各記憶回路１０５、１０６からの読み出しを制御する
制御回路、１０８は各記憶回路１０５、１０６から読み
出された画素を加算する加算器であり、これらにより、
画素混合手段を構成する。

【００２２】固体撮像素子１０１から出力された画素信
号は、前処理回路１０３により量子化可能な信号振幅ま
で増幅され、量子化回路１０４により量子化される。量
子化回路１０４から出力される画素信号のうち、所定の
タイミングで読み出された画素は第１の画素記憶手段で
ある記憶回路Ａ１０５に記憶され、一定時間が経過した
後に固体撮像素子から読み出された同一位置の画素は、
第２の画素記憶手段である記憶回路Ｂ１０６に記憶され
る。各記憶回路１０５、１０６に記憶された画素は、制
御回路１０７により読み出されて、加算器１０８により
混合加算されて出力される。

【００２３】本実施の形態１は、以上のように構成され
ているので、画素を混合するにあたり、半導体メモリー
の画素の格納アドレスを制御回路１０７で指定すること
によって、互いに隣接した任意のフォトダイオードの画
素を混合することができ、任意な走査を実現することが
できる。従来の方式変換内蔵の撮像装置では、あらかじ
め垂直方向の画素が決まった組み合わせて混合されてい
るため、変換される走査線数や、走査方式に限定があっ
たが、本実施の形態１では、全画素を記憶回路１０５、
１０６に記憶することによって、垂直方向のフォトダイ
オードの数と同一の走査線数の映像信号方式から方式変
換することができる。

【００２４】（実施の形態２）本発明の請求項２に対応
する実施の形態２は、装置構成として図１に示した実施
の形態１と同じものを使用する。本実施の形態２では、
時間的に異なる全ての画素をそれぞれ図１の記憶回路Ａ
１０５と記憶回路Ｂ１０６とに記憶し、同一位置のフォ
トダイオードの画素を制御回路１０７により読み出し、
加算器１０８により画素を混合する。

【００２５】図２はこのときの固体撮像素子の電荷転送
原理を示したものである。図２において、固体撮像素子
１０１は、受光部２０１内のフォトダイオード２０２で
撮像により光電変換する手段と、蓄積部２０４に転送す
る手段と、水平ＣＣＤ２０５に転送する手段を備えてお
り、垂直ブランキング期間に転送を行うことによって全
画素を読み出し、外部回路にて画素の混合を行う。

【００２６】ここで、転送の詳細について説明すると、
転送１では、フォトダイオード２０２の全ての電荷が垂
直ＣＣＤ２０３に読み出され、垂直ブランキング期間に
蓄積部２０４に転送される。蓄積部２０４に蓄積された
電荷は、順次水平ＣＣＤ２０５により転送されて固体撮
像素子１０１から出力される。その後、図１の前処理回
路１０３と量子化回路１０４によりディジタル化され、
記憶回路Ａ１０５に記憶される。一定時間後、同様にし
てフォトダイオードに蓄積された電荷は蓄積部２０４に
転送され、水平ＣＣＤ２０５と前処理回路１０３と量子
化回路１０４で処理されて、記憶回路Ｂ１０６に記憶さ
れる。

【００２７】図３は本実施の形態２における固体撮像素
子から読み出された画素を混合する原理を示した図であ
る。制御回路１０７は、固体撮像素子１０１の撮像面に
おいて、図３の水平方向座標ｘと垂直方向座標ｙとで示
される記憶回路Ａ１０５に記憶されたフォトダイオード
の画素Ｐ（ｘ、ｙ）と、一定時間後に記憶回路Ｂ１０６
に記憶された同一位置のフォトダイオードの画素Ｑ
（ｘ、ｙ）とを混合加算してＲ（ｘ、ｙ）の画素を得ら
れるように制御を行う。これにより、フォトダイオード
の隣接画素を混合しないので、全画素を保存しつつフレ
ームレートを変えることができる。

【００２８】本実施の形態２では、２回に分けて蓄積し
た電荷を垂直ＣＣＤ２０３と水平ＣＣＤ２０５で転送
し、外部回路で画素を混合するので、見かけ上取り扱い
電荷量を増やすことができ、ダイナミックレンジを向上
させてフレームレートを変えることができる。そしてフ
レームレートを変えつつ垂直方向のフォトダイオードの
数と同一の走査線数の映像信号方式から方式変換でき
る。

【００２９】なお、本実施の形態２では、図２のような
蓄積部２０４がある固体撮像素子を例として説明した
が、蓄積部がない固体撮像素子についても適用可能であ
る。

【００３０】（実施の形態３）図４は本発明の請求項３
に対応する実施の形態３における固体撮像素子の垂直電
荷転送の原理を示したものであり、装置構成は、図１か
ら記憶回路Ａ１０５、記憶回路Ｂ１０６、制御回路１０
７および加算器１０８からなる外部回路を除いたものと
同じである。図４に示した固体撮像素子の構造は図２と
同じである。図４では、始めにフォトダイオードに蓄積
された全画素の電荷を垂直ブランキング期間に転送１と
して領域１に転送し、次の垂直ブランキング期間にフォ
トダイオードに再び蓄積された全画素を転送２として領
域２に転送する点が異なり、他の垂直転送の原理は図２
の固体撮像素子の場合と同じである。

【００３１】図５は本実施の形態３における固体撮像素
子内の電荷混合の原理を示したものである。図５におい
て、図４のように蓄積部４０４の２つの領域に転送され
た全画素の電荷において、領域１のそれぞれの電荷は、
後に転送されてきた領域２の電荷とフォトダイオードで
同一位置の電荷混合が転送３により行われる。この転送
と蓄積部４０４における電荷混合は、例えば固体撮像素
子駆動回路のタイミング設計により実現することができ
る。混合された電荷は、転送４に示すように水平ＣＣＤ
４０５に転送され、そして水平ＣＣＤ４０５により水平
方向に転送されて出力される。このとき、領域１と領域
２を十分大きくすることによって、各画素の電荷を蓄積
して混合する領域が大きくなるので、電荷を混合する最
に電荷の取り扱い量を増加させることができ、ダイナミ
ックレンジの向上のできる画素の混合を実現することが
できる。固体撮像素子から出力された電荷は、前処理回
路から量子化回路を通って混合画素として出力される。

【００３２】以上のように、本実施の形態３によれば、
実施の形態２とは別の形態でフレームレートを可変させ
ることができ、フォトダイオードの全画素からなる走査
線数が最多の映像信号方式から方式変換できるので、隣
接した画素を混合する組み合わせを自由にできる方式変
換を後に行うことができ、任意の方式に変換することが
できる。そして固体撮像素子によって連続して同一位置
の電荷を蓄積部に転送する動作を行い、領域を大きくし
た蓄積部にて電荷混合することは、電荷の取り扱い量を
増加させることと等価であり、実施の形態１、２のよう
な画素混合手段なしでダイナミックレンジを向上させて
フレームレートを変えることができる。

【００３３】（実施の形態４）本発明の請求項４に対応
する実施の形態４における装置構成は、図１から記憶回
路Ａ１０５、記憶回路Ｂ１０６、制御回路１０７および
加算器１０８からなる外部回路を除いたものと同じであ
る。固体撮像素子の垂直電荷転送の原理は、図４に示し
た実施の形態３と同じである。

【００３４】図６は本実施の形態４における固体撮像素
子内の電荷混合の原理を示したものである。図６におい
て、領域１と領域２のそれぞれの電荷は転送５と転送６
によって、同時に水平ＣＣＤ４０５に転送されて電荷混
合が行われる。このときフォオダイオードの同一位置の
電荷が混合される。水平ＣＣＤ４０５を十分大きくする
ことによって、電荷を混合する領域が大きくなるので、
電荷の取り扱い量を増加させることができ、ダイナミッ
クレンジの向上を実現することができる。この転送と水
平ＣＣＤ４０５における電荷混合は、例えば固体撮像素
子駆動回路のタイミング設計により実現することができ
る。混合された電荷は水平ＣＣＤ４０５により水平方向
に転送されて出力される。固体撮像素子から出力された
電荷は、前処理回路から量子化回路を通って混合画素と
して出力される。

【００３５】以上のように、本実施の形態４によれば、
フォトダイオードから全画素を読み出して、実施の形態
３とは異なる形態によって固体撮像素子内で全画素の同
一位置の電荷混合を行うことができ、実施の形態１、２
のような画素混合手段なしでフレームレートを可変させ
ることができる。

【００３６】（実施の形態５）図７は本発明の請求項５
に対応する実施の形態５における垂直方向の画素混合の
組み合わせを切り替える原理を示したものであり、装置
構成は図１に示した実施の形態１と同じである。図７
（a ）の飛び越し走査の場合は、始めのフィールドでa
行とｂ行、ｃ行とｄ行の画素を混合してラインを生成す
る。そして次のフィールドでは、画素の混合加算を行う
組み合わせを変えて、b 行とc 行、d 行とe 行の画素を
混合してラインを生成する。図７（ｂ）の順次走査の場
合は、画素混合を行う組み合わせを変えずに、常にa 行
とｂ行、ｃ行とｄ行の画素を混合してラインを生成する
ことによりフレームを生成し、順次走査を行う。これら
の画素の混合組み合わせ制御を、図１の制御回路１０７
によって行う。

【００３７】本実施の形態５における固体撮像素子の動
作原理は図２と同じである。図２において、固体撮像素
子１０１は、受光部２０１内のフォトダイオード２０２
によって、光電変換する手段と、蓄積部２０４に転送す
る手段と、水平ＣＣＤ２０５に転送する手段を備えてお
り、これは垂直ブランキング期間に転送を行うことによ
って全画素を読み出し、図１の記憶回路Ａ１０５、記憶
回路Ｂ１０６、制御回路１０７および加算器１０８から
なる画素混合手段により画素の混合を行う。

【００３８】転送の詳細を図２を用いて説明する。転送
１では、フォトダイオード２０２の全電荷が垂直ＣＣＤ
２０３に読み出され、垂直ブランキング期間に蓄積部２
０４に転送される。次に蓄積部２０４の電荷は水平ＣＣ
Ｄ２０５により固体撮像素子外部へと読み出され、図１
の前処理回路１０３と量子化回路１０４によりディジタ
ル化されて、１ライン毎に交互に記憶回路Ａ１０５と記
憶回路Ｂ１０６に記憶される。制御回路１０７により記
憶回路Ａ１０５と記憶回路Ｂ１０６から画素が読み出さ
れて、加算器１０８により垂直方向の画素は混合加算さ
れ、走査線の変換が行われる。画素混合手段における画
素の混合は、図１の制御回路１０７の制御によって行わ
せることができる。

【００３９】以上のように、本実施の形態５によれば、
固体撮像素子の全画素を読み出してから垂直画素の混合
の組み合わせを変えることによって、順次走査と飛び越
し走査のいずれも実現させることができる。なお、本実
施の形態５では、図２に示すような蓄積部２０４がある
固体撮像素子を例として説明したが、蓄積部がない固体
撮像素子についても適用可能である。

【００４０】（実施の形態６）図８は本発明の請求項６
に対応する実施の形態６における撮像装置の構成を示し
たものである。図８において、８０１は固体撮像素子、
８０２は固体撮像素子８０１を駆動する固体撮像素子駆
動回路である。固体撮像素子駆動回路８０２は、固体撮
像素子８０１の全画素のフォトダイオードに蓄積された
電荷を読み出す順次走査を行うタイミング発生をするの
が好ましい。８０３は前処理回路、８０４は量子化回路
である。固体撮像素子のフォトダイオードに蓄積された
画素は、画素混合の組み合わせが異なる複数の画素混合
手段で混合され、複数の方式変換手段により複数の映像
信号方式に変換される。複数の画素混合手段として、例
えば半導体メモリーによる記憶回路８０５、８０６、８
０８、８０９、８１２、８１３と、加算器８０７、８１
０、８１４の組み合わせを用いている。また複数の方式
変換手段として、方式変換回路８１１、８１５、８１６
を用いている。

【００４１】固体撮像素子８０１から出力された信号
は、前処理回路８０３により量子化可能な信号振幅まで
増幅され、量子化回路８０４により量子化される。量子
化回路８０４の出力は、方式Ａの映像信号方式として出
力されるとともに、記憶回路Ｃ８０５、記憶回路Ｃ８０
６、記憶回路Ｅ８０８、記憶回路Ｆ８０９、記憶回路Ｇ
８１２、記憶回路Ｈ８１３へ出力されて全画素値が保存
される。記憶回路Ｃ８０５、記憶回路Ｄ８０６と加算器
８０７の動作は、図３で示すようにフォトダイオードの
同一位置の画素を全画素について混合加算する。このよ
うにして固体撮像素子８０１で撮像された信号と同一走
査線数のフレームレートを下げた方式Ｂの順次走査信号
を得ることができる。

【００４２】記憶回路Ｅ８０８、記憶回路Ｆ８０９と加
算器８１０の動作は、図７（ａ）で示す飛び越し走査の
信号を生成する動作であり、一定時間毎に垂直方向に混
合する画素の組み合わせを変更する。従って固体撮像素
子８０１で撮像された信号と同一の走査線数の飛び越し
走査となる方式Ｃの信号を得ることができる。一方、方
式Ｃの信号を、方式変換回路Ａ８１１によって画面の水
平方向の画素数を変換するフィルタや、画面の垂直方向
のライン数を変換するフィルタを用いてアスペクト比変
換をすれば、方式Ｄの信号を得ることができる。

【００４３】また、記憶回路８１２Ｇ、記憶回路Ｈ８１
３と加算器８１４の動作は、図７（ｂ）で示す順次走査
の信号を生成する動作であり、垂直方向に混合する画素
の組み合わせを変更しない。従って、固体撮像素子８０
１によって撮像された信号のライン数の半分でかつフレ
ームレートが同一の信号を得ることができる。加算器８
１４から出力されるこの信号を、方式変換回路Ｂ８１５
によって、画面の水平方向の画素数を変換するフィルタ
や、画面の垂直方向のライン数を変換するフィルタを用
いてアスペクト比変換をすれば、方式Ｅの信号を得るこ
とができる。また、固体撮像素子８０１出力の信号方式
を、方式変換器Ｃ８１６によって、画面の垂直方向のラ
イン数を変換するフィルタを用いてアスペクト比変換を
すれば、方式Ｆの信号も得ることができる。

【００４４】以上のように、本実施の形態６によれば、
１つの撮像素子から全画素を読み出して、複数の画素混
合手段を用いてフレームレート変換を行ったり、順次走
査信号と飛び越し走査信号とを同時に得られるようにし
たり、複数の方式変換手段を用いてこれらの信号の水平
画素数と垂直ライン数を変換することによって、同時に
複数の映像信号方式を得ることができる。なお、図８の
方式Ａ〜Ｆの方式は、一例であって別の走査線数と垂直
同期周波数にすることもできる。

【００４５】（実施の形態７）図９は本発明の請求項
７、８、９に対応する実施の形態７における撮像装置の
構成を示し、図１０は図９の方式変換回路の詳細につい
て示したものである。図９において、９０１は固体撮像
素子、９０２は固体撮像素子９０１を駆動する固体撮像
素子駆動回路である。固体撮像素子駆動回路９０２は、
固体撮像素子９０１の全画素のフォトダイオードに蓄積
された電荷を読み出す順次走査を行うタイミング発生を
するのが好ましい。９０３は前処理回路、９０４は量子
化回路である。固体撮像素子のフォトダイオードに蓄積
された画素は、記憶回路９０５、９０６と加算器９０７
と制御回路９０８からなる画素変換手段により混合加算
されるとともに、方式変換回路９０９により複数の映像
信号方式に変換される。さらに、各記憶回路９０５、９
０６の前段に設けられた選択スイッチ９１０により、画
素混合手段を通す場合と通さない場合とが選択され、方
式変換回路９０９の前段に設けられた選択スイッチ９１
１により、方式変換回路９０９を通す場合と通さない場
合とが選択される。これにより、例えば図８に示した方
式Ａから方式Ｆのうち任意のいずれかの方式を選択して
出力させることができる。

【００４６】固体撮像素子９０１から出力された信号
は、前処理回路９０３により量子化可能な振幅まで増幅
された後、量子化回路９０４で量子化され、記憶回路Ｉ
９０５と記憶回路Ｊ９０６とに記憶される。画素の加算
については、図３に示したフレームレートを変える方法
と、図７に示した飛び越し走査と順次走査を実現する方
法とがあるが、このいずれにするかを制御回路９０８
は、記憶回路Ｉ９０５、記憶回路Ｊ９０６に指示して読
み出しを行わせる。選択スイッチ９１０は、固体撮像素
子９０１の映像信号方式をそのまま方式変換回路Ｄ９０
９に出力させるか、または加算器９０７の出力を方式変
換回路Ｄ９０９に出力させるかを選択する。また選択ス
イッチ９１１は、方式変換回路Ｄ９０９からの信号を得
るか得ないかを選択する。これら選択スイッチ９１０、
９１１の切り替えは、操作者の指示によって行われる。

【００４７】図１０に示す方式変換回路Ｄ９０９は、画
面の水平画素数を変換する水平フィルタ回路１００１
と、垂直ライン数を変換する垂直フィルタ回路１００２
と、水平フィルタ回路のフィルタ係数を変える水平フィ
ルタ係数選択回路１００３と、垂直フィルタ回路１００
２のフィルタ係数を変える垂直フィルタ係数選択回路１
００４とから構成されている。水平フィルタ係数選択回
路１００３と垂直フィルタ係数選択回路１００４は、映
像信号を複数の方式に変換するためのフィルタ係数を複
数用意しておき、制御回路９０８からの制御信号によっ
てフィルタ係数が選択されて、水平フィルタ回路１００
１と垂直フィルタ回路１００２に与えられる。従って、
水平フィルタ回路１００１と垂直フィルタ回路１００２
は、制御信号に応じた方式に映像信号の変換を行う。

【００４８】以上のように、本実施の形態７によれば、
１つの撮像素子から全画素を読み出して、一組の画素混
合手段と方式変換手段とを用いて、画素混合手段の動作
をフレームレート変換にするか、順次走査か飛び越し走
査への変換か、または両変換を行わないようにするかを
選択でき、また水平方向画素数と垂直方向のライン数を
変換する方式変換手段のフィルタ回路の係数を自由に選
択したり、あるいは方式変換手段を動作させるかどうか
を選択できることによって、複数の映像信号方式から一
つを選択して出力でき、回路構成を簡単にすることがで
きる。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、上記実施の形態１から明らか
なように、固体撮像素子から順次走査によって読み出さ
れた全ての電荷を記憶回路に記憶してから画素の混合を
行うようにしたので、固体撮像素子のフォトダイオード
の全画素から垂直方向のフォトダイオードと同じ最多の
走査線数の映像信号方式から他の方式へ変換できる効果
を有する。従来の順次走査に基づく方式変換内蔵の撮像
装置では、垂直方向の画素の混合が既に固体撮像素子内
で行われるため、垂直方向のフォトダイオード数より少
ない走査線数になってしまうため、変換できる映像信号
方式が限定されている。本発明では、固体撮像素子内部
ではなく、外部の画素混合手段で画素の混合加算を行う
ので、隣接画素を混合する組み合わせを自由にでき、任
意の方式に変換できる効果が得られる。

【００５０】また本発明は、上記実施の形態２から明ら
かなように、固体撮像素子の電荷を全て読み出して、空
間的に同一位置の画素を混合してフレームレートを変え
るものであり、フレームレートを変えた後でも、固体撮
像素子のフォトダイオードの全画素からなる走査線数の
最多の映像信号方式から他の方式へ変換できる効果を有
する。したがって、隣接した画素を混合する組み合わせ
を後から自由に行わせることができ、任意の方式に変換
できる効果が得られる。そして外部の画素混合手段によ
り画素を混合加算することは、電荷取り扱い量を増加さ
せることと等価であり、ダイナミックレンジを向上させ
てフレームレートを変えることができる効果も得られ
る。

【００５１】また本発明は、上記実施の形態３から明ら
かなように、固体撮像素子が連続して光電変換を行い、
蓄積部の２つの領域にそれぞれ連続して電荷を転送し、
蓄積部にて電荷混合を行うことによって、本発明の実施
の形態２とは別の形態でフレームレートを可変させるこ
とができ、フォトダイオードの全画素からなる走査線数
が最多の映像信号方式から他の方式へ変換できるので、
隣接した画素を混合する組み合わせを後から自由に行わ
せることができ、任意の方式に変換できる効果が得られ
る。そして固体撮像素子によって連続して同一位置の電
荷を蓄積部に転送する動作を行い、領域を大きくした蓄
積部にて電荷混合することは、電荷の取り扱い量を増加
させることと等価であり、ダイナミックレンジを向上さ
せてフレームレートを変えることができる効果も得られ
る。

【００５２】また本発明は、上記実施の形態４から明ら
かなように、固体撮像素子が連続して光電変換する動作
を行い、蓄積部の２つの領域にそれぞれ連続して電荷を
転送し、水平ＣＣＤに電荷転送を行う最に、電荷混合を
行うことによって、本発明の実施の形態２、３とは別の
形態でフレームレートを可変させることができ、フォト
ダイオードの全画素からなる最多の走査線の映像信号方
式から他の方式へ変換できるので、隣接した画素を混合
する組み合わせを後から自由に行わせることができ、任
意の方式に変換できる効果が得られる。そして領域を大
きくした水平ＣＣＤにて電荷混合することは、最大の電
荷取り扱い量を増加させることと等価であり、ダイナミ
ックレンジを向上させてフレームレートを変えることが
できる効果も得られる。

【００５３】また本発明は、上記実施の形態５から明ら
かなように、固体撮像素子の電荷を全て読み出してか
ら、垂直画素の混合加算の組み合わせを変えることによ
って、順次走査と飛び越し走査とを実現させることがで
きる。従来は、一度固体撮像素子で垂直方向の電荷が混
合されると混合する電荷の組み合わせが決まってしまう
ので、順次走査と飛び越し走査の信号を同時に得ること
ができなかったが、本発明は、外部の画素混合手段によ
って別々に垂直画素の混合加算の組み合わせを変えるこ
とができるので、両走査の信号を同時に得ることができ
る効果が得られる。

【００５４】また本発明は、上記実施の形態６から明ら
かなように、１つの撮像素子から全画素を読み出して、
複数の画素混合手段を用いてフレームレート変換を行っ
たり、順次走査信号と飛び越し走査信号とを同時に得ら
れるようにしたり、複数の方式変換手段を用いてこれら
の信号の水平画素数と垂直ライン数を変換することによ
って、同時に複数の映像信号方式を得ることができる効
果が得られる。

【００５５】また本発明は、上記実施の形態７から明ら
かなように、１つの撮像素子から全画素を読み出して、
一組の画素混合手段と方式変換手段とを用いて、画素混
合手段の動作をフレームレート変換にするか、順次走査
か飛び越し走査への変換か、または両変換を行わないよ
うにするかを選択でき、また水平方向画素数と垂直方向
のライン数を変換する方式変換手段のフィルタ回路の係
数を自由に選択したり、あるいは方式変換手段を動作さ
せるかどうかを選択できることによって、複数の映像信
号方式から一つを選択して出力でき、回路構成を簡単に
できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における撮像装置の画素
混合回路構成を示すブロック図

【図２】本発明の実施の形態２における固体撮像素子の
動作原理を示す模式図

【図３】本発明の実施の形態２おける画素を混合する原
理を示す模式図

【図４】本発明の実施の形態３および４における固体撮
像素子の垂直電荷転送の動作原理を示す模式図

【図５】本発明の実施の形態３における固体撮像素子内
の電荷混合の動作原理を示す模式図

【図６】本発明の実施の形態４における固体撮像素子内
の電荷混合の動作原理を示す模式図

【図７】本発明の実施の形態５における垂直方向の画素
を混合する原理を示す模式図

【図８】本発明の実施の形態６における撮像装置の構成
を示すブロック図

【図９】本発明の実施の形態７における撮像装置の構成
を示すブロック図

【図１０】本発明の実施の形態７における方式変換回路
の詳細を示すブロック図

【図１１】従来の技術における撮像装置の構成の一例を
示すブロック図

【図１２】従来の技術における撮像装置の構成の他の例
を示すブロック図

【符号の説明】

１０１ 固体撮像素子 １０２ 固体撮像素子駆動回路 １０３ 前処理回路 １０４ 量子化回路 １０５ 記憶回路Ａ １０６ 記憶回路Ｂ １０７ 制御回路 １０８ 加算器 ８０１ 固体撮像素子 ８０２ 固体撮像素子駆動回路 ８０３ 前処理回路 ８０４ 量子化回路 ８０５ 記憶回路Ｃ ８０６ 記憶回路Ｄ ８０７ 加算器 ８０８ 記憶回路Ｅ ８０９ 記憶回路Ｆ ８１０ 加算器 ８１１ 方式変換回路Ａ ８１２ 記憶回路Ｇ ８１３ 記憶回路Ｈ ８１４ 加算器 ８１５ 方式変換回路Ｂ ８１６ 方式変換回路Ｃ ９０１ 固体撮像素子 ９０２ 固体撮像素子駆動回路 ９０３ 前処理回路 ９０４ 量子化回路 ９０５ 記憶回路Ｉ ９０６ 記憶回路Ｊ ９０７ 加算器 ９０８ 制御回路 ９０９ 方式変換回路Ｄ ９１０ 選択スイッチ ９１１ 選択スイッチ １００１ 水平フィルタ回路 １００２ 垂直フィルタ回路 １００３ 水平フィルタ係数選択回路 １００４ 垂直フィルタ係数選択回路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 順次走査と飛び越し走査の映像信号を同
   時に出力することができ、光電変換によって撮像を行う
   固体撮像素子が順次走査駆動される撮像装置であって、
   固体撮像素子から全画素を読み出すための固体撮像素子
   駆動手段と、読み出された画素信号を増幅して量子化す
   る手段と、量子化された画素信号を加算混合する画素混
   合手段とを備えた撮像装置。
2. 【請求項２】 画素混合手段が、混合前の画素を記憶し
   ておく第１の画素記憶手段と、一定時間が経過した後に
   固体撮像素子から読み出された同一位置の画素を記憶す
   る第２の画素記憶手段と、第１および第２の画素記憶手
   段からそれぞれ画素を読み出す制御手段と、読み出され
   た画素を混合する加算手段とを有することを特徴とする
   請求項１記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 固体撮像素子の構造が、光電変換を行っ
   た全ての画素の電荷を蓄積することのできる蓄積エリア
   を有する撮像装置であって、第１の垂直ブランキング期
   間に全てのフォトダイオードに蓄積された電荷を第１の
   蓄積エリアに転送し、一定時間の経過した第２の垂直ブ
   ランキング期間に全てのフォトダイオードに蓄積された
   電荷を第２の蓄積エリアに転送し、空間的に同一位置の
   第１の蓄積エリアに蓄積されている電荷と第２の蓄積エ
   リアに蓄積されている電荷とを蓄積エリア内で混合して
   撮像を行うことを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】 固体撮像素子の構造が、光電変換を行っ
   た全ての画素の電荷を蓄積することのできる蓄積エリア
   を有する撮像装置であって、第１の垂直ブランキング期
   間に全てのフォトダイオードに蓄積された電荷を第１の
   蓄積エリアに転送し、一定時間の経過した第２の垂直ブ
   ランキング期間に全てのフォトダイオードに蓄積された
   電荷を第２の蓄積エリアに転送し、空間的に同一位置の
   第１の蓄積エリアに蓄積されている電荷と第２の蓄積エ
   リアに蓄積されている電荷とを水平方向転送時に混合し
   て撮像を行うことを特徴とする撮像装置。
5. 【請求項５】 画素混合手段が、画素の加算混合を行う
   際に、垂直方向画素の画素混合の組み合わせを切り替え
   ることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
6. 【請求項６】 順次走査と飛び越し走査の映像信号を同
   時に出力することができ、光電変換によって撮像を行う
   固体撮像素子が順次走査駆動される撮像装置であって、
   固体撮像素子から全画素を読み出すための固体撮像素子
   駆動手段と、読み出された画素信号を増幅して量子化す
   る手段と、量子化された画素信号を加算混合するその組
   み合わせが異なる複数の画素混合手段と、複数の画素混
   合手段の出力から異なる映像信号方式に変換する複数の
   方式変換手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
7. 【請求項７】 順次走査と飛び越し走査の映像信号を同
   時に出力することができ、光電変換によって撮像を行う
   固体撮像素子が順次走査駆動される撮像装置であって、
   固体撮像素子から全画素を読み出すための固体撮像素子
   駆動手段と、読み出された画素信号を増幅して量子化す
   る手段と、量子化された画素信号を加算混合する画素混
   合手段と、画素混合手段の出力から異なる映像信号方式
   に変換する方式変換手段と、固体撮像素子から読み出さ
   れた画素信号を画素混合手段を通すかまたは通さないか
   を選択する選択手段とを備えたことを特徴とする撮像装
   置。
8. 【請求項８】 固体撮像素子から読み出された画素信号
   を方式変換手段を通すかまたは通さないかを選択する選
   択手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の撮像装
   置。
9. 【請求項９】 方式変換手段が 映像信号方式を変換す
   るためのフィルタ回路の係数を切り替える手段を有し、
   画素混合手段からの制御信号によりフィルタ回路の係数
   を切り替えることを特徴とする請求項７または８記載の
   撮像装置。
10. 【請求項１０】 画素混合手段が、半導体メモリーによ
    る画素記憶手段を含むことを特徴とする請求項１、２ま
    たは５から９のいずれかに記載の撮像装置。