JP2004040317A

JP2004040317A - タイミング信号発生装置、システム及び撮像装置

Info

Publication number: JP2004040317A
Application number: JP2002192248A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Tanaka; 田中　康之
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05
Also published as: US20040008388A1; US7283169B2

Abstract

【課題】発生するタイミングを柔軟に変更できるタイミングジェネレータを構成すること。
【解決手段】タイミングジェネレータ（１１１）は、複数の波形生成部（２０５）を有し、各波形生成部は、生成する信号波形のデータを外部から入力して格納するレジスタ（２１１）と、前記レジスタに格納したデータに基づいて、信号を生成して出力する波形生成回路（２１５）とを有し、前記レジスタに格納されるデータを所定のタイミングで更新する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイミング信号装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエリア型固体撮像素子の駆動回路の構成例を図９に示す。同図において、エリア撮像素子１０１にはタイミングジェネレータ９０９から水平転送パルスが印加され、またＶドライバ１０５を通じて垂直転送パルスが印加される。水平・垂直転送パルスに応じてエリア撮像素子１０１から撮像された信号が読み出され、アナログフロントエンド１０３に入力する。アナログフロントエンド１０３は相関２重サンプリング（ＣＤＳ）、ゲイン調整、Ａ／Ｄ変換を順次施し、処理した結果をデジタル信号としてデジタル処理部（ＤＳＰ）９０５に入力する。デジタル処理部９０５は、入力されたデジタル信号を用いて、輝度と色差信号からなる画像信号を生成し、端子１０７に出力する。デジタル処理部９０５はタイミングジェネレータ９０９が発生するクロックに従って動作し、ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式等の所定方式に従ったＨＤ・ＶＤパルスを発生してタイミングジェネレータ９０９に返す。タイミングジェネレータ９０９は当該ＨＤ・ＶＤパルスを基にエリア撮像素子１０１の各種読み出しパルスを生成することで、フレーム同期を取る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のタイミングジェネレータ９０９はエリア撮像素子１０１に合わせて専用に作られ、汎用性が無かった。また、動画撮影モードの他に静止画撮影モードやモニターモード（静止画を撮影する前にフレームを合わせるために、エリア撮像素子の全画面を２フィールドかけて読み出すモード）など、異なる複数のモードを設ける場合には、これら各モードに対応したエリア撮像素子１０１の駆動及び読み出した信号の処理を行えるようにタイミングジェネレータ９０９を作る必要があり、変更が必要になった場合にはタイミングジェネレータ９０９自体を作り直さなければならず、コストもかかっていた。
【０００４】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、発生するタイミングを柔軟に変更できるタイミング信号発生装置、システム及び撮像装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のタイミング信号発生装置は複数の波形生成手段を有し、各波形生成手段は、生成する信号波形のデータを外部から入力し、格納する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に格納したデータに基づいて、信号を生成して出力する信号生成手段とを有し、前記第１の記憶手段に格納されるデータは所定のタイミングで更新される。
【０００６】
本発明の好適な一様態によれば、前記タイミング信号発生装置は、撮像素子を駆動するために用いられ、前記第１の記憶手段に格納されるデータは１水平期間毎に更新される。上記構成によれば、タイミング信号発生装置には汎用性があり、撮像素子に合わせて専用に作る必要がないため、タイミングジェネレータの開発期間を短縮し、コストを削減することができる。
【０００７】
また、本発明のタイミング信号発生システムは、上記タイミング信号発生装置と、前記信号波形のデータを生成し、前記タイミング信号発生装置に供給するデータ生成手段とを有する。上記構成によれば、データ発生手段をタイミング信号発生装置の外部に構成するので、メモリや垂直カウンタによる規模の増加によるタイミング信号発生装置のコストアップを最小限に抑えることができる。
【０００８】
また、本発明の好適な一様態によれば、前記タイミング信号発生装置は撮像素子を駆動するために用いられ、前記データ生成手段は、水平ブランキング期間に前記データを供給する。上記構成によれば、画面へのノイズ混入の可能性を抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、１０１はエリア撮像素子、１１１はタイミングジェネレータ、１０５は垂直ドライバ、１０３はアナログフロントエンド、１０９はデジタル信号処理部（ＤＳＰ）、１０７はＤＳＰ１０９からの画像信号を外部に出力するための端子である。
【００１１】
図２は、エリア撮像素子１０１の一般的な構成の概略を示す図であり、垂直転送ＣＣＤ１１を垂直転送パルスＶ１〜Ｖ４により４相駆動する例を示している。図２において、１０は各光電変換素子、１１は垂直転送ＣＣＤ、１２は水平転送ＣＣＤ、１３は出力アンプである。なお、図２は図の簡略化のために２４画素分のみを示しているが、実際には非常に多数の画素により構成されている。
【００１２】
エリア撮像素子１０１には、タイミングジェネレータ１１１から水平転送パルスＨ１、Ｈ２、及びＣＣＤに内蔵された出力アンプの電圧を規定値に設定するためのリセットゲートパルス（不図示）などが印加される。更に、タイミングジェネレータ１１１から垂直ドライバ１０５を経由して垂直転送パルスＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が印加され、駆動される。タイミングジェネレータ１１１及び垂直ドライバ１０５の駆動に従ってエリア撮像素子１０１で撮像された信号は、アナログフロントエンド１０３で相関２重サンプリング（ＣＤＳ）、ゲイン調整、Ａ／Ｄ変換が施されてデジタルデータとして出力される。デジタルデータ化された画像信号はＤＳＰ１０９に入力され、ＤＳＰ１０９では輝度信号と色差信号から構成される画像信号を生成し、端子１０７に出力する。また、本実施の形態においては、ＤＳＰ１０９はタイミングジェネレータ１１１と共に各種波形発生の一翼を担う。
【００１３】
図３は、本実施の形態におけるタイミングジェネレータ１１１の詳細構成を示すブロック図である。２０１はＤＳＰ１０９からコマンドを入力するための入力端子、２０３はＤＳＰ１０９からの水平タイミング信号（ＨＤ）を入力するための入力端子、２０５−１〜２０５−ｎは波形生成部、２０７は水平（Ｈ）カウンタ、２０９はデコーダである。波形生成部２０５−１〜２０５−ｎはそれぞれ、レジスタ２１１、レジスタ２１３、波形生成回路２１５、及びスイッチ２１０、２１２を有する。
【００１４】
波形生成部２０５−１〜２０５−ｎは、垂直ドライバ１０５に印加するセンサーゲートパルスＳＧ１、ＳＧ３、４相の垂直転送パルスＸＶ１、ＸＶ２、ＸＶ３、ＸＶ４や、エリア撮像素子１０１に印加する２相の水平転送パルスＨ１、Ｈ２、また、アナログフロントエンド１０３における処理の同期信号である相関２重サンプリングパルスＳＨＰ、ＳＨＤ、プリブランキング部を示すＰＢＬＫパルス、オプティカルブラック部を示すＯＢパルス、ダミー画素を示すＤＭパルス等の各波形を形成するために、各波形用にそれぞれ用意されているが、波形生成部２０５−１〜２０５−ｎの内部構成は基本的に同じである。
【００１５】
なお、水平転送パルスＨ１、Ｈ２については、波形そのものを発生させることもできるが、それよりも水平転送パルスＨ１及びＨ２を発生させない時間（例えば、垂直転送パルスが発生する時間）、水平転送パルスＨ１及びＨ２をマスクするように制御した方が装置効率が良い。これについては、波形生成部２０５の内部構成も含めて後述する。
【００１６】
次に、上記構成を有する本実施の形態のタイミングジェネレータ１１１の動作について説明する。
【００１７】
端子２０３に入力されたＨＤ信号の立下りでＨカウンタ２０７は０にリセットされ、クロックＤＣＬＫの各クロック毎にカウントアップする。Ｈカウンタ２０７の値はデコーダ２０９に加えられる一方、波形生成部２０５−１〜２０５−ｎそれぞれに内蔵された波形生成回路２１５にも与えられる。ＨＤ信号の立下がりによりＨカウンタ２０７が０にリセットされると、デコーダ２０９はφＤ０をＨｉｇｈ（以下、「Ｈ」）にして、波形生成部２０５−１〜２０５−ｎ全てに出力する。これによりスイッチ２１２が閉じ、後述するようにしてこのタイミング以前にレジスタ２１１に格納されたコマンドがレジスタ２１３に転送され、波形生成回路２１５はレジスタ２１３に格納されたコマンドに基づいて波形生成を開始する。波形生成の詳細については後述する。
【００１８】
クロックＤＣＬＫによってＨカウンタ２０７がカウントアップして１となると、デコーダ２０９はφＤ０をＬｏｗ（以下、「Ｌ」）に戻し、φＤ１をＨとする。これにより、波形生成部２０５−１のスイッチ２１０が閉じて、端子２０１から入力されるコマンドが、波形生成部２０５−１のレジスタ２１１に格納される。更にＨカウンタ２０７がカウントアップして２となると、デコーダ２０９はφＤ１をＬにし、φＤ２をＨとすることにより波形生成部２０５−２のスイッチ２１０を閉じる。これにより、端子２０１から入力されるコマンドが今度は波形生成部２０５−２のレジスタ２１１に格納される。同様にして、Ｈカウンタ２０７がカウントアップすると共に、対応する波形生成部２０７−ｎのスイッチ２１０９が閉じ、レジスタ２１１にコマンドが順次格納されていくことになる。この処理は、必要な種類の信号に対応する回数、または、波形生成部２０５の数に対応する回数、実施される。
【００１９】
次に、ＨＤ信号の立下がりでＨカウンタ２０７が再び０にリセットされると、デコーダ２０９はφＤ０をＨにする。これにより、波形生成部２０５−１〜２０５−ｎ全てのスイッチ２１２が閉じ、レジスタ２１１に格納されたコマンドがレジスタ２１３に格納される。以降、上述したようにして各φＤｎ信号を順次Ｈにすることにより新たなコマンドがレジスタ２１１に格納される一方、波形生成回路２１５はレジスタ２１３に格納されているコマンドに従って、波形を生成する。
【００２０】
以上述べたように、発生させたい波形データを一つ前の水平期間にレジスタ２１１に格納させるように構成する。
【００２１】
次に、本実施の形態におけるコマンドの例と、波形生成回路２１５における波形生成の方法について説明する。ここでは、図４に示すような波形を有する垂直転送パルスＸＶ１〜ＸＶ４を波形生成部２０５−１〜２０５−４で、水平転送パルスＨ１、Ｈ２を波形生成部２０５−５及び２０５−６で生成する場合を例にとって説明する。
【００２２】
コマンドは、波形の初期値と、１以上の変化点を示すカウント値とを示し、この場合、図５に示すような値を有する。
【００２３】
波形生成部２０５−１は、Ｈカウンタ２０７の値（以降、「カウンタ値」と呼ぶ。）が１の時（φＤ１＝Ｈ）に、初期値がＨ、変化点１＝１２、変化点２＝１５を示すコマンドをレジスタ２１１に格納する。Ｈカウンタ値が次に０になったタイミングで、波形生成回路２１５は初期値Ｈの出力を開始する（ｔ０）。そして、カウンタ値が変化点１の示す値１２になると、その出力を反転する（ｔ２）。更に、カウンタ値が変化点２の値１５になると、その出力を反転する。このように、変化点において出力を反転することにより、図４のＸＶ１に示す波形を生成する。
【００２４】
同様にして、波形生成部２０５−２〜２０５〜４も信号φＤ２〜Ｄ４がＨになるタイミングで、図５に示すコマンドをそれぞれレジスタ２１１に格納し、次にＨカウンタ値が０になったタイミングでこのコマンドをレジスタ２１３に移し、初期値の出力を開始し、変化点で出力を反転することで、図４のＸＶ２〜ＸＶ４に示す波形を生成する。このように出力として２値を想定しているのでレベルが遇数回反転すると同じ値に戻る。
【００２５】
波形生成部２０５−５及び２０５−６は水平転送パルスＨ１，Ｈ２を生成するが、上述のようにして水平転送パルスＨ１，Ｈ２を生成すると、各カウンタ値毎に出力を反転する必要があるため変化点の数が膨大になってしまい、レジスタの容量を大きくしなければならず、更には、全ての変化点のデータを１ＤＣＬＫ期間（つまり、カウンタ値が５又は６の間）にレジスタ２１１に格納しきれないことが考えられる。従って、波形生成部２０５−５及び２０５−６の波形生成回路２１５は、図６に示すような構成にすると効率的である。
【００２６】
図６において、Ｈ信号生成部２２０は、ＤＣＬＫ信号に同期して、図４のＨ１又はＨ２の内ｔ９以降に示す信号を常に生成して出力する。一方、マスク回路２２１は、Ｈカウンタ値が５及び６の時にレジスタ２１１に格納しておき、その後レジスタ２１３に移しておいた図５に示す初期値及び変化点１の情報に基づいて、初期値Ｌ、変換２３の信号ＭＳＫを出力する。このマスク回路２２１からの出力ＭＳＫと、Ｈ信号生成部２２０からの信号をＡＮＤゲート２２２で演算することで、図５のＨ１及びＨ２に示す信号を生成することができる。このようにすることで、少ないコマンド量で水平転送パルスＨ１及びＨ２を生成することができる。
【００２７】
なお、図６に示す構成ではＡＮＤゲート２２２を用いたが、本発明の構成はこれに限るものではなく、例えばＨ信号生成部２２０と出力端子２１７との間にマスク回路２２１の出力によってＯＮ／ＯＦＦされるスイッチを設けるなど、Ｈ信号生成部２２０の出力を必要に応じてマスクするための構成は、様々なものが考えられる。
【００２８】
なお、変化点の数を０にするか、もしくは変化点の値を１ＨＤ期間にカウントされる値よりも大きな値にすることにより、水平期間内に変化しない波形を生成させることももちろん可能である。また、上記例では、変化点の数が２つの場合について説明したが、３つ以上にすることも可能である。
【００２９】
上記説明した要領で、各波形生成回路について１水平期間（ＨＤ）毎に初期値、変化点の数及びカウント値を制御することにより、各水平期間毎に望みの波形生成回路から望みの波形を出力させることが可能となる。
【００３０】
次に、上記コマンドを生成するための、ＤＳＰ１０９に内蔵される波形発生関係部位の構成図を図７に示す。
【００３１】
４０１はクロックＤＣＬＫが入力される入力端子、４０３は垂直（Ｖ）カウンタ、４０５は水平（Ｈ）カウンタ、４０７はレジスタ、４０９はスイッチ、４１１はコマンドの出力端子、４１３はＨＤの出力端子、４１５はアドレス生成部、４１７はマイコンバス、４１９、４２１はメモリである。キーボードや各種スイッチなど、ユーザーが不図示の操作部を介して所望の駆動信号を示すデータを入力すると、そのデータがマイコンバス４１７を介してメモリ４１９又は４２０に格納される。
【００３２】
垂直カウンタ４０３と水平カウンタ４０５はエリア撮像素子１０１から２次元画像を読み出すタイミングを生成するためのカウンタであり、当該２つのカウンタのカウント値はアドレス生成部４１５に加えられる。アドレス生成部４１５は、垂直と水平のカウント値を用いてメモリ４１９、４２１に加えるアドレスを生成し、メモリ４１９、４２１に加える。また、垂直カウンタ４０３の出力はレジスタ４０７に加えられる。レジスタ４０７はフレームごとに反転し、結果をスイッチ４０９に加えることで、メモリ４１９と４２１はフレームごとに交互に選択され、端子４１１にコマンドが出力される。また、水平カウンタ４０５はＨＤ信号を生成し端子４１３に出力する。
【００３３】
端子４１１と４１３に出力される信号の様子を図８に示す。同図に示すように、Ｈブランキング信号の立下りでコマンドが出力され、必要数（例えば、必要な信号数や、波形生成部の数）コマンドが出力されると停止する。Ｈブランキング内でコマンドの出力を終える用にすることにより、コマンドデータがエリア撮像素子の出力に漏れこみ、ノイズ源となる可能性を最小限に抑えることができる。
【００３４】
図７に示す構成では、メモリ４１９、４２１のうち現在スイッチ４０９で選択されていない側のメモリへ、次の１フレーム後に発生させたい波形のデータをあらかじめ書き込んでおく。次のフレームになると、スイッチ４０９が先ほど波形のデータを書き込んだ側に切り替えられ、各水平期間ごとに発生させる全波形それぞれについての初期値とあらかじめそれぞれの波形について決められた数の変化点についての波形データが読み出され、出力端子４１１及び図３の入力端子２０１を通じて波形生成部２０５に与えられる。また、Ｈカウンタ２０７とＨカウンタ４０５とは水平ブランキング信号ＨＤを用いて同期を取っている。
【００３５】
このようにメモリ４１９、４２１のような大規模なメモリを、プロセスが進み低電圧駆動されるＤＳＰ１０９側に持ち、エリア撮像素子１０１の駆動パルスを発生するタイミングジェネレータ１１１側には水平カウンタのみを持たせることにより、異なるエリア撮像素子を用いる場合でも柔軟に対応することができ、ＤＳＰやタイミングジェネレータの開発コストの削減をも図ることができる。
【００３６】
以上述べてきたように、次のフレーム用のデータをメモリ４１９または４２１に書き込み、各フレームでは、各水平期間毎に次の水平期間の波形のデータをあらかじめＤＳＰ１０９からタイミングジェネレータ１１１に書き込んでおく構成とすることにより、エリア撮像素子に対して固有ではない、汎用性のあるタイミングジェネレータを構成することができる。また、動画撮影モード、静止画撮影モード、モニターモードなど、複数のモードで駆動しようとする場合には、メモリ４１９、４２１に書き込むデータを変化させるだけで、さまざまなモードによる駆動を容易に実現することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、本発明のタイミングジェネレータをエリア撮像素子の駆動用に用いられる場合について説明したが、用途は撮像装置に限るものではなく、タイミング制御を必要とする様々な装置に用いることが可能であることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
上記の通り本発明によれば、発生するタイミングを柔軟に変更できるタイミング信号発生装置及びシステムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】エリア撮像素子の一般的な構成の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるタイミングジェネレータの詳細構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態のタイミングジェネレータによる駆動信号の生成を説明するタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における図４に示す駆動信号を生成するためのコマンドの一例を示す図である。
【図６】水平転送パルスを生成する波形生成部の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるＤＳＰ１０９に内蔵した波形発生関係部位の構成を示すブロック図である。
【図８】端子４１１と４１３に出力される信号の様子を説明するタイミングチャートである。
【図９】従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１　エリア撮像素子
１０３　アナログフロントエンド
１０５　Ｖドライバ
１０９　ＤＳＰ
１１１　タイミングジェネレータ
２０５　波形生成部
２０７　Ｈカウンタ
２０９　デコーダ
２１１、２１３　レジスタ
２１５　波形生成回路
４０３　垂直カウンタ
４０５　水平カウンタ
４１５　アドレス生成部
４１９、４２１　メモリ

Claims

複数の波形生成手段を有するタイミング信号発生装置であって、各波形生成手段は、
生成する信号波形のデータを外部から入力し、格納する第１の記憶手段と、
前記第１の記憶手段に格納したデータに基づいて、信号を生成して出力する信号生成手段とを有し、
前記第１の記憶手段に格納されるデータは所定のタイミングで更新されることを特徴とするタイミング信号発生装置。
第２の記憶手段と、
前記第１の記憶手段に前記信号波形のデータを格納する前に、前記第１の記憶手段に記憶されている信号波形のデータを前記第２の記憶手段に移し、前記第２の記憶手段から前記信号生成手段に当該データを供給させる制御手段と
を更に有することを特徴とする請求項１に記載のタイミング信号発生装置。
前記信号波形のデータは、前記信号生成手段が発生する信号の初期値と、信号値を反転させるタイミングを示すデータとを含み、
前記信号生成手段は、前記データにより示されるタイミングで信号値を反転することにより信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載のタイミング信号発生装置。
所定周期でカウントアップするカウント手段を更に有し、
前記信号波形のデータはカウント値を含み、前記信号生成手段は前記カウント値と前記カウント手段によるカウント値とが一致したタイミングで信号値を反転することを特徴とする請求項３に記載のタイミング信号発生装置。
前記カウント手段のリセットに応じて、前記信号波形のデータを外部から入力し、前記第１の記憶手段に格納することを特徴とする請求項４に記載のタイミング信号発生装置。
前記タイミング信号発生装置は、撮像素子を駆動するために用いられ、前記第１の記憶手段に格納されるデータは１水平期間毎に更新されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のタイミング信号発生装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載のタイミング信号発生装置と、
前記信号波形のデータを生成し、前記タイミング信号発生装置に供給するデータ生成手段と
を有することを特徴とするタイミング信号発生システム。
前記タイミング信号発生装置は撮像素子を駆動するために用いられ、前記データ生成手段は、水平ブランキング期間に前記データを供給することを特徴とする請求項７に記載のタイミング信号発生システム。
前記データ生成手段は、複数の撮像モードに対応する異なる信号波形のデータを生成できることを特徴とする請求項８に記載のタイミング信号発生システム。
前記データ生成手段は、生成した信号波形のデータを格納する複数の記憶手段を有し、
前記データ生成手段は、前記タイミング信号発生装置にデータを供給している記憶手段とは異なる記憶手段に生成した信号波形のデータを格納し、データを供給する記憶手段とデータを格納する記憶手段とを切り換えて用いることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のタイミング信号発生システム。
撮像手段と、前記撮像手段へタイミング信号を供給する請求項７乃至１０のいずれかに記載のタイミング信号発生システムとを有する撮像装置。