JP2004096611A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】目標とするズームの倍率に応じて、駆動モードを変更することにより、動画モード時の高速読出しと、電子ズーム時の高解像度を両立することを目的とする。
【解決手段】駆動手段で２次元状に配置した光電変換部を有する画素に対し、全画素独立の読み出しモードと、少なくとも１種類のサンプル数を少なくして読み出すモードでの駆動を行い、駆動制御手段で、前記駆動手段に対し、少なくとも１つの読み出しモードでは、全画素のうち特定の領域の画素の読み出しを行わせる。
【選択図】 図７
【解決手段】駆動手段で２次元状に配置した光電変換部を有する画素に対し、全画素独立の読み出しモードと、少なくとも１種類のサンプル数を少なくして読み出すモードでの駆動を行い、駆動制御手段で、前記駆動手段に対し、少なくとも１つの読み出しモードでは、全画素のうち特定の領域の画素の読み出しを行わせる。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばデジタルスチルカメラなどに用いられる撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の撮像装置としては特開平２００１−３６９２０号広報に示されているようなものがあげられる。
【０００３】
図１４に従来の撮像装置の構成図を示す。図１４において、１は光学レンズ、２は撮像素子、３はタイミングパルスジェネレータ（ＴＧ）、４はアナログ回路、５はＡＤ変換器、６はカメラ信号処理ＤＳＰ、７はＳＤＲＡＭ、８は表示デバイス、９は記録メディア、１０はマイコンである。
【０００４】
図１５に従来の撮像装置の撮像素子の構成を示す。図１５において、１１は光電変換部、１２はアドレス駆動部、１４は出力端子である。
【０００５】
従来の撮像装置では、光学レンズ１を通して光が入射し、撮像素子２で光電変換される。
【０００６】
ここで、図１５ａでは静止画モード、図１５ｂでは動画モードでの画素駆動を表す。
静止画モードでは各画素の信号は独立に読み出される。たとえば、５００万画素の撮像素子の場合、全部の画素を読み出すには、読出しクロック２０ＭＨｚで約４分の１秒かかる。これに対し動画モードでは複数の画素の信号が撮像素子内部で画素混合されて一つの信号として出力される。
【０００７】
図１５ｂでは４つの画素を混合して読み出すので、静止画に比べて４倍の速度で読み出すことができる。これにより、読出しクロック２０ＭＨｚでは１６分の１秒での読出しが可能となる。
撮像素子の出力信号はアナログ回路４、ＡＤ変換器５を通してデジタル信号に変換され、カメラ信号処理ＤＳＰ６に転送され、カメラ信号処理が施されて輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃ）で表されるＹＣデータ（ＹＣ）としてＳＤＲＡＭ７に格納される。ここで、カメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するためにフィルタ処理とサンプリングによる電子ズーム処理、記録用の符号データを生成するために画像圧縮処理などが施され、それぞれのデータがＳＤＲＡＭ７に格納される。
ＳＤＲＡＭ７に格納されている表示用のＹＣデータは、表示デバイス８で表示される。
【０００８】
また、ＳＤＲＡＭ７に格納されている符号データは記録メディア９に記録される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２００１−３６９２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、特に動画モードの場合、カメラ信号処理で電子ズーム処理を行うことが可能であるが、画素混合を行った信号は画素混合を行わない場合に比べて解像度が劣化している。
この解像度が劣化した信号を用いて、電子ズーム処理を行うと解像度がさらに劣化してしまうという課題がある。
【００１１】
また、解像度を低下させずに電子ズームするためには、サンプル数を多くとる必要があり、駆動周波数が高くなるか、同じ駆動周波数の場合には読み出し速度が遅くなるという課題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
駆動手段で２次元状に配置した光電変換部を有する画素に対し、全画素独立の読み出しモードと、少なくとも１種類のサンプル数を少なくして読み出すモードでの駆動を行い、駆動制御手段で、前記駆動手段に対し、少なくとも１つの読み出しモードでは、全画素のうち特定の領域の画素の読み出しを行わせる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願の第１の発明は、駆動手段で２次元状に配置した光電変換部を有する画素に対し、全画素独立の読み出しモードと、少なくとも１種類のサンプル数を少なくして読み出すモードでの駆動を行い、駆動制御手段で、前記駆動手段に対し、少なくとも１つの読み出しモードでは、全画素のうち特定の領域の画素の読み出しを行わせるという作用を有する。
【００１４】
本願の第２の発明は、信号処理手段は、撮像素子から出力される画素信号を入力し、画像信号に変換するとともに画像信号の周波数特性の調整を行い、電子ズーム手段は２次元的なフィルタ処理とサンプリング処理により、電子的なズーム処理をい、システム制御手段は、電子ズームの倍率に応じて、撮像素子の駆動モードおよび信号処理手段における画像信号の周波数特性および電子ズーム手段のズーム倍率の制御を行うという作用を有する。
【００１５】
本願の第３の発明は、駆動制御手段は、少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えるという作用を有する。
【００１６】
本願の第４の発明は、位相制御手段で、駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行うという作用を有する。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１の撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本発明の目的は、目標とするズームの倍率に応じて、駆動モードを変更することにより、動画モード時の高速読出しと、電子ズーム時の高解像度を両立するというものである。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態１の撮像装置の構成を表す構成図である。図１において１は光学レンズ、２は撮像素子、３はタイミングパルスジェネレータ（ＴＧ）、４はアナログ回路、５はＡＤ変換器、６はカメラ信号処理ＤＳＰ、７はＳＤＲＡＭ、８は表示デバイス、９は記録メディア、１０はマイコン、２０はカメラ信号処理回路、２１はズーム回路、２２はメモリコントローラである。
（静止画モード）
まず初めに静止画モードでの駆動について説明する。静止画モードでの駆動は、従来の撮像装置と同様に、全画素の信号を順次出力していく。なお、本実施の形態では５００万画素の撮像素子を用いるものとする。５００万画素の撮像素子では有効画素は水平２５６０画素、垂直１９２０画素である。
光学レンズ１を通して光が入射し、撮像素子２で光電変換される。タイミングパルスジェネレータ３からは、垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤが出力され、撮像素子２に入力される。また、マイコン１０は静止画モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
図２に本実施の形態の撮像装置の撮像素子２の構成を示す。図２において、１１は光電変換部、１２は駆動手段としてのアドレス駆動部、１３は駆動制御手段としてのアドレスコントロール回路、１４は出力端子である。
光電変換部１１では、画素ごとにＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタが配置されるいわゆるベイヤー配列を構成し、Ｒ，Ｇ，Ｂの信号が得られる。
アドレスコントロール回路１３はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部１２に対し、静止画モードでの駆動を指令する。
アドレス駆動部１２は静止画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
図３に静止画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図３（ａ）は垂直駆動パルス、図３（ｂ）は水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２、．．．と順次Ｖ１９１９まで１９２０ライン分パルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、Ｈ０，Ｈ１，Ｈ２，．．．と順次Ｈ２５５９まで２５６０画素分パルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が１画素ずつ独立に順次出力端子から出力され、撮像素子２の出力信号がアナログ回路４、ＡＤ変換器５をとおしてデジタル信号に変換されカメラ信号処理ＤＳＰ６に入力される。カメラ信号処理ＤＳＰ６に入力された撮像素子の出力信号は、カメラ信号処理回路２０に転送され、カメラ信号処理が施されて輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃ）で表されるＹＣデータ（ＹＣ）としてメモリコントローラ２２を通してＳＤＲＡＭ７に格納される。なお、実施の形態１のカメラ信号処理回路２０では、ホワイトバランス処理、γ変換処理、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などの処理が施される。
また、カメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するためにズーム処理が、ズーム回路１４で施される。
【００１９】
次にＳＤＲＡＭ７に格納されているＹＣデータは、メモリコントローラ６をとおして、ＪＰＥＧ圧縮回路２３に入力され、ＪＰＥＧ方式による圧縮処理が施され、符号データ（ＪＰＣ）がメモリコントローラ２２を通してＳＤＲＡＭ７に格納される。
【００２０】
また、ＳＤＲＡＭ７に格納されている表示用のＹＣデータは、メモリコントローラ２２を通して表示回路２４に転送され表示用の信号に変換されて表示デバイス８で表示される。
【００２１】
また、ＳＤＲＡＭ７に格納されているＪＰＥＧの符号データはカードコントローラ２５をとおして、記録メディア９に記録される。
【００２２】
ここで、出力される画素数は水平２５６０画素、垂直１９２０画素の４９０万画素であり、２４ＭＨｚ動作で１秒間に約５枚の出力が可能である。
（動画モード）
次に動画モードの動作について説明する。
動画モードでも静止画モードと同様に光学レンズ１を通して光が入射し、撮像素子２で光電変換される。タイミングパルスジェネレータ３からは、垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤが出力され、撮像素子２に入力される。ここで、マイコン１０は動画モードの判別信号と３画素混合モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
アドレスコントロール回路１３はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部１２に対し、動画モードおよび、３画素混合モードでの駆動を指令する。
アドレス駆動部１２は動画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
（３画素混合モード）
図４に３画素混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図４（ａ）は垂直駆動パルス、図４（ｂ）は水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、（Ｖ０，Ｖ２，Ｖ４）、（Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７），（Ｖ６，Ｖ８，Ｖ１０）、．．．と１ラインおきの３ラインがグループとなって同時に３ラインずつ順次（Ｖ１９１４，Ｖ１９１６，Ｖ１９１８）、（Ｖ１９１７，Ｖ１９１９，Ｖ１９２１）までパルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、（Ｈ０，Ｈ２，Ｈ４）、（Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７），（Ｈ６，Ｈ８，Ｈ１０）、．．．と１画素おきの３画素がグループとなって同時に３画素ずつ順次（Ｈ２５５３，Ｈ２５５５，Ｈ２５５７），（Ｈ２５５６，Ｈ２５５８，Ｈ２５６０）、までパルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
図５に３画素混合モードでの画素の混合の様子を表す模式図を示す。Ｇの画素は太線で囲まれた１ラインおきの縦３ライン、１画素おきの横３画素の９画素が加算される。Ｒの画素は波線で囲まれた９画素、Ｂの画素は一点鎖線で囲まれた９画素が加算される。
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が垂直３ライン水平３画素の９画素分混合されて順次出力端子から出力される。動画モードでは３ライン、３画素ずつ混合されるので、出力されるライン数は１９２０／３＝６４０ライン、水平画素数は２５６０／３＝８５３画素となる。水平８５３画素、垂直６４０ラインの画素構成は約５５万画素であり、２４ＭＨｚの駆動周波数で、１秒間に約４５枚の動画撮影が可能である。しかし実際には動画撮影ではテレビ方式との整合性から秒３０枚の動画駆動が選ばれる。
撮像素子２の出力信号がアナログ回路４、ＡＤ変換器５を通してデジタル信号に変換されカメラ信号処理ＤＳＰ６に入力される。カメラ信号処理ＤＳＰ６に入力された撮像素子の出力信号は、カメラ信号処理回路２０に転送され、カメラ信号処理が施されて輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃ）で表されるＹＣデータ（ＹＣ）としてメモリコントローラ２２を通してＳＤＲＡＭ７に格納される。
なお、カメラ信号処理回路２０では、ローデータに対して、ホワイトバランス処理、γ変換処理、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などの処理が施される。動画モードでは、標準の出力信号が水平６４０画素、垂直４８０ラインのＶＧＡフォーマットであるため、カメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するため、４分の３倍の縮小電子ズーム処理がズーム回路１４で施される。
３、電子ズームモード
以上は、動画モードにおいて、電子ズーム処理が行われない場合であるが、電子ズーム処理が行われる場合の動作についてさらに説明する。
電子ズーム処理はフィルタによる補間処理とサンプリングにより、たとえば、２倍ズームの場合には、水平６４０画素、垂直４８０ラインの画像を得るのに、動画モードで出力された水平８５３画素、垂直６４０ラインの画素のうち、水平４２６画素、垂直３２０ラインの画素から補間することになる。この場合、元の画素数はＶＧＡサイズよりも小さいため、解像度は劣化する。
なお、本実施の形態では、水平６４０画素、垂直４８０ラインの標準の動画モードの画素をそれぞれその３分の４倍の水平８５３画素、垂直６４０ラインから得ているので、３分の４倍までの拡大ズームでは電子ズームによる解像度の劣化は抑えられる。
電子ズームの倍率が３分の４倍となった時点で、マイコン１０は動画モードの判別信号と２画素混合モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
アドレスコントロール回路２２はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部２１に対し、動画モードおよび、２画素混合モードでの駆動を指令する。
（２画素混合モード）
アドレス駆動部２１は動画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
図６に２画素混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図６（ａ）は垂直駆動パルス、図６（ｂ）は水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、（Ｖ２４０，Ｖ２４２）、（Ｖ２４１，Ｖ２４３）、（Ｖ２４４，Ｖ２４６）、（Ｖ２４５，Ｖ２４７），．．．と１ラインおきの２ラインがグループとなって同時に２ラインずつ順次（Ｖ１６７６，Ｖ１６７８）、（Ｖ１６７７，Ｖ１６７９）までパルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、（Ｈ３２０，Ｈ３２２）、（Ｈ３２１，Ｈ３２３）、（Ｈ３２４，Ｈ３２６）、（Ｈ３２５，Ｈ３２７）．．．と１画素おきの２画素がグループとなって同時に２画素ずつ順次（Ｈ１６７６，Ｈ１６７８），（Ｈ１６７７，Ｈ１６７９）、までパルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
【００２３】
図７に２画素混合モードでの画素混合の様子を表す模式図を示す。
【００２４】
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が垂直２ライン水平２画素の４画素分混合されて順次出力端子から出力される。２画素混合動画モードでは全画そのうち垂直２４０ラインから１６８０ラインまでの１４４０ライン、水平３２０画素から２２４０画素までの１９２０画素に対し、２ライン、２画素ずつ混合されるので、出力されるライン数は１４４０／２＝７２０ライン、水平画素数は１９２０／２＝９６０画素となる。水平９６０画素、垂直７２０ラインの画素構成は約７０万画素であり、２４ＭＨｚの駆動周波数であれば、１秒間に３０枚の動画撮影が可能である。
アナログ回路４、ＡＤ変換器５およびカメラ信号処理ＤＳＰ６の動作は上記の動画モードと同様であるためここでは省略するが、動画モードでは、標準の出力信号が水平６４０画素、垂直４８０ラインのＶＧＡフォーマットであるため、カメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するため、３分の２倍の縮小電子ズーム処理がズーム回路１４で施される。
すなわち、３画素混合動画モードで電子ズーム倍率が等倍となったのち、２画素混合モードに切り替えた時点でマイコン１０は電子ズーム倍率を３分の２倍の縮小ズームに変更する。
これは、２画素混合モードにおいて、２分の３倍までの電子ズームで解像度の劣化が抑圧されることになり、３画素混合モードでの３分の４倍と合わせて、２倍の電子ズームまで解像度の劣化が抑圧できることになる。
ここで、本実施の形態では、全画素のうち一部を切り出して出力しているために駆動周波数が上がらずにすむ。一部を切り出さない場合には、出力される画素数は５００万画素の４分の１の約１２３万画素で、２４ＭＨｚの駆動周波数では１秒あたり約２０枚になってしまう。
【００２５】
本実施の形態によれば、目標とするズームの倍率に応じて、駆動モードを変更することにより、動画モード時の高速読出しと、電子ズーム時の高解像度を両立することが可能となる。
なお、本実施の形態で、サンプリング数を３分の１にするのに画素混合を行ったが、３画素毎の間引きによっても同様の効果を得ることが出来る。ただし、間引き処理の場合には、高周波成分の折り返しにより画質が劣化する。
【００２６】
また、本実施の形態では画素上に２ラインあるいは２画素周期で色フィルタを配置する撮像素子について説明したが、色フィルタを配置しない、白黒カメラや色分解プリズムを用いるような３板カメラなどでは、１ライン飛ばしあるいは１画素飛ばしの混合を行う必要はない。
（実施の形態２）
実施の形態１で、動画時に３画素混合モードと２画素混合モードを設けたが、ズーム倍率を上げるために順次画素の混合数を減らしていった場合、次の混合モードは、混合しない１画素モードとなる。
【００２７】
しかしながら、２画素混合から１画素では垂直水平合わせて信号量が４倍になる。これは、２画素混合モードで水平６４０画素、垂直４８０ラインを得ている場合に、解像度を劣化させずに電子ズーム倍率を上げるために１画素モードにすると水平１２８０画素、垂直９６０ラインの１２３万画素が必要となる。これでは、駆動周波数を上げずに１秒あたりの出力枚数を上げることができない。
本発明の目的は、駆動制御手段は、少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えることにより、２画素混合と１画素独立の中間の解像度を得て、ズーム倍率を上げた場合でも駆動周波数を上げずに高解像度のズーム画像を得るというものである。
【００２８】
以下に実施の形態２の撮像装置について説明する。
【００２９】
静止画モード、３画素混合動画モード、２画素混合動画モードについては実施の形態１に準じるのでここでは省略する。実施の形態２では以下に示す２：１混合動画モードで撮像素子２を駆動する。
（２：１混合モード）
２画素混合動画モードでは、水平６４０画素、垂直４８０ラインの標準の動画モードの画素をそれぞれその２分の３倍の水平９６０画素、垂直７２０ラインから得ているので、２分の３倍までの拡大ズームでは電子ズームによる解像度の劣化は抑えられる。
電子ズームの倍率が２分の３倍となった時点で、マイコン１０は動画モードの判別信号と２：１混合モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
アドレスコントロール回路２２はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部２１に対し、動画モードおよび、２：１混合モードでの駆動を指令する。
アドレス駆動部２１は動画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
図８に２：１混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図８ａは垂直駆動パルス、図８ｂは水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、（Ｖ４８０，Ｖ４８２）、（Ｖ４８１、Ｖ４８３）、（Ｖ４８４）、（Ｖ４８５）、（Ｖ４８６、Ｖ４８８），（Ｖ４８７，Ｖ４８９）、（Ｖ４９０），（Ｖ４９１）．．．と１ラインおきの２ライン混合が２繰り返しと１ラインが２繰り返しが交互に順次（Ｖ１４３５，Ｖ１４３７）、（Ｖ１４３８）、（Ｖ１４３９）までパルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、（Ｈ６４０，Ｈ６４２）、（Ｈ６４１，Ｈ６４３）、（Ｈ６４４），（Ｈ６４５）、（Ｈ６４６、Ｈ６４８），（Ｈ６４７，Ｈ６４９）、（Ｈ６５０），（Ｈ６５１）．．．と１画素おきの２画素混合が２繰り返しと１画素が２繰り返しが交互に、順次（Ｈ１９１５，Ｈ１９１７），（Ｈ１９１８）、（Ｈ１９１９）までパルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
図９に２：１混合モードでの画素混合の様子を表す模式図を示す。
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が垂直２ライン水平２画素の４画素分、または垂直２ライン分のみ、または水平２画素分のみ混合されてまたは、画素混合されることなく順次出力端子から出力される。２：１混合動画モードでは全画そのうち垂直４８０ラインから１４４０ラインまでの９６０ライン、水平６４０画素から１９２０画素までの１２８０画素に対し、平均的に３ラインあたり２ライン、３画素あたり２画素ずつ混合されるので、出力されるライン数は９６０ｘ２／３＝６４０ライン、水平画素数は１２８０ｘ２／３＝８５３画素となる。水平８５３画素、垂直６４０ラインの画素構成は３画素混合モードと同じ約５５万画素であり、２４ＭＨｚの駆動周波数であれば、１秒間に３０枚の動画撮影が可能である。
アナログ回路４、ＡＤ変換器５およびカメラ信号処理ＤＳＰ６の動作は上記の動画モードと同様であるためここでは省略するが、動画モードでは、標準の出力信号が水平６４０画素、垂直４８０ラインのＶＧＡフォーマットであるため、３画素混合モードと同様にカメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するため、４分の３倍の縮小電子ズーム処理がズーム回路１４で施される。
すなわち、２画素混合動画モードで電子ズーム倍率が等倍となったのち、２：１混合モードに切り替えた時点でマイコン１０は電子ズーム倍率を４分の３倍の縮小ズームに変更する。
これは、２：１混合モードにおいて、さらに３分の４倍までの電子ズームで解像度の劣化が抑圧されることになり、３画素混合モード、２画素混合モードとあわせて、３分の８倍の電子ズームまで解像度の劣化が抑圧できることになる。
（全画素独立モード）
２：１混合動画モードでは、水平６４０画素、垂直４８０ラインの標準の動画モードの画素をそれぞれその３分の４倍の水平８５３画素、垂直６４０ラインから得ているので、３分の４倍までの拡大ズームでは電子ズームによる解像度の劣化は抑えられる。
電子ズームの倍率が３分の４倍となった時点で、マイコン１０は動画モードの判別信号と全画素独立モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
アドレスコントロール回路２２はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部２１に対し、動画モードおよび、全画素独立モードでの駆動を指令する。
アドレス駆動部２１は動画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
図１０に全画素独立動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図１０ａは垂直駆動パルス、図１０ｂは水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、（Ｖ６００），（Ｖ６０１）、（Ｖ６０２）、（Ｖ６０３）、．．．と１ラインごとに順次、（Ｖ１３１８）、（Ｖ１３１９）までパルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、（Ｈ８００）、（Ｈ８０１），（Ｈ８０２），（Ｈ８０３）、．．．と１画素ごとに、順次，（Ｈ１７５８）、（Ｈ１７５９）までパルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
図１１に全画素独立動画モードでの画素の様子を表す模式図を示す。
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が各画素独立に順次出力端子から出力される。全画素独立動画モードでは全画素のうち垂直６００ラインから１３２０ラインまでの７２０ライン、水平８００画素から１７６０画素までの９６０画素にそれぞれ独立に出力されるので、２画素混合モードと同じ約７０万画素であり、２４ＭＨｚの駆動周波数で、１秒間に３０枚の動画撮影が可能である。アナログ回路４、ＡＤ変換器５およびカメラ信号処理ＤＳＰ６の動作は上記の動画モードと同様であるためここでは省略するが、動画モードでは、標準の出力信号が水平６４０画素、垂直４８０ラインのＶＧＡフォーマットであるため、２画素混合モードと同様にカメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するため、３分の２倍の縮小電子ズーム処理がズーム回路１４で施される。
すなわち、２：１混合動画モードで電子ズーム倍率が等倍となったのち、全画素独立モードに切り替えた時点でマイコン１０は電子ズーム倍率を３分の２倍の縮小ズームに変更する。
これは、全画素独立モードにおいて、さらに２分の３倍までの電子ズームで解像度の劣化が抑圧されることになり、３画素混合モード、２画素混合モード、２：１混合モードとあわせて、４倍の電子ズームまで解像度の劣化が抑圧できることになる。
【００３０】
本実施の形態によれば、駆動制御手段が、少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えることにより、２画素混合と１画素独立の中間の解像度を得て、ズーム倍率を上げた場合でも駆動周波数を上げずに高解像度のズーム画像を得ることが可能となる。
【００３１】
（実施の形態３）
実施の形態１，２で３画素混合モード、２画素混合モード、２：１混合モード、全画素独立モードの４つの駆動モードについて説明した。
【００３２】
ここで、２画素混合モードと、２：１混合モードにより出力される信号は垂直方向あるいは水平方向の信号の位相が一定ではない。
位相が一定でない場合には、各画素からの出力信号が不均一となり画質が著しく劣化する。
本発明の目的は、信号処理手段はにおける、位相制御手段で駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行うことにより、出力信号の位相の不連続を抑圧し、高画質の画像を得るというものである。
【００３３】
以下本発明の実施の形態３の撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は本発明の実施の形態３の撮像装置の構成を表す構成図である。図１２において、２６は位相制御手段としての位相調整フィルタ、２７はラインメモリ、２８は垂直フィルタ、２９は水平フィルタである。
位相調整フィルタ以外の動作は実施の形態１及び２に準じるので、ここでは省略する。
静止画モード、３画素混合モード、全画素独立モードでは位相の不連続は発生しないので、位相調整フィルタはフィルタ処理を施さず入力信号をそのまま出力する。
２画素混合モードでは入力信号と入力信号をラインメモリ７を通して２ライン分遅延させた信号を、垂直フィルタ２８において入力信号の位相に応じて７：１または１：７の比で混合し、垂直方向に位相調整した信号として出力する。また、水平フィルタ２９において、垂直位相フィルタで位相調整した信号を入力し、入力信号水平方向の位相に応じて７：１または１：７の比で混合し、垂直方向に位相調整した信号として出力する。
図１３ａに２画素混合モードでの位相調整の関係を表す模式図を示す。図１３ａで●、
【００３４】
【外１】
【００３５】
、◆はそれぞれ２画素混合で得られる信号の空間上の画素位置、○、□、◇は位相調整フィルタによる位相調整後の空間上の画素位置である。
次に２：１混合モードでの位相調整について説明する。２：１混合モードでは入力信号と入力信号をラインメモリ７を通して２ライン分遅延させた信号を、垂直フィルタ２８において入力信号の位相に応じて１１：１または１：１１の比で混合し、垂直方向に位相調整した信号として出力する。また、水平フィルタ２９において、垂直位相フィルタで位相調整した信号を入力し、入力信号水平方向の位相に応じて１１：１または１：１１の比で混合し、垂直方向に位相調整した信号として出力する。
図１３ｂに２：１混合モードでの位相調整の関係を表す模式図を示す。図１３ａで●、
【００３６】
【外２】
【００３７】
、◆はそれぞれ２画素混合で得られる信号の空間上の画素位置、○、□、◇は位相調整フィルタによる位相調整後の空間上の画素位置である。
このようにして位相調整した信号がカメラ信号処理回路２０で信号処理されて画質の良い信号が出力される。
【００３８】
本実施の形態によれば、信号処理手段が、位相制御手段で駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行うことにより、出力信号の位相の不連続を抑圧し、高画質の画像を得ることが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、目標とするズームの倍率に応じて、駆動モードを変更することにより、動画モード時の高速読出しと、電子ズーム時の高解像度を両立することが可能となる。
【００４０】
また、駆動制御手段が、少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えることにより、２画素混合と１画素独立の中間の解像度を得て、ズーム倍率を上げた場合でも駆動周波数を上げずに高解像度のズーム画像を得ることが可能となる。
【００４１】
また、信号処理手段が、位相制御手段で駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行うことにより、出力信号の位相の不連続を抑圧し、高画質の画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の撮像装置の構成を表す構成図
【図２】実施の形態１の撮像装置の撮像素子２の構成を表す構成図
【図３】実施の形態１の撮像装置の静止画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図４】実施の形態１の撮像装置の３画素混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図５】実施の形態１の撮像装置の３画素混合動画モードでの画素の混合の様子を表す模式図
【図６】実施の形態１の撮像装置の２画素混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図７】実施の形態１の撮像装置の２画素混合動画モードでの画素混合の様子を表す模式図
【図８】実施の形態２の撮像装置の２：１混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図９】実施の形態２の撮像装置の２：１混合動画モードでの画素混合の様子を表す模式図
【図１０】実施の形態２の撮像装置の全画素独立動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図１１】実施の形態２の撮像装置の全画素独立動画モードでの画素の様子を表す模式図
【図１２】実施の形態３の撮像装置の構成を表す構成図
【図１３】実施の形態３の撮像装置の位相調整の関係を表す模式図
【図１４】従来の撮像装置の構成図
【図１５】従来の撮像装置の撮像素子の構成を表す構成図
【符号の説明】
１ 光学レンズ
２ 撮像素子
３ タイミングパルスジェネレータ
４ アナログ回路
５ ＡＤ変換器
６ カメラ信号処理ＤＳＰ
７ ＳＤＲＡＭ
８ 表示デバイス
９ 記録メディア
１０ マイコン
１１ 光電変換部
１２ アドレス駆動部
１３ アドレスコントロール回路
１４ 出力端子
２０ カメラ信号処理回路
２１ ズーム回路
２２ メモリコントローラ
２３ ＪＰＥＧ圧縮回路
２４ 表示回路
２５ カードコントローラ
２６ 位相制御手段としての位相調整フィルタ
２７ ラインメモリ
２８ 垂直フィルタ
２９ 水平フィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばデジタルスチルカメラなどに用いられる撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の撮像装置としては特開平２００１−３６９２０号広報に示されているようなものがあげられる。
【０００３】
図１４に従来の撮像装置の構成図を示す。図１４において、１は光学レンズ、２は撮像素子、３はタイミングパルスジェネレータ（ＴＧ）、４はアナログ回路、５はＡＤ変換器、６はカメラ信号処理ＤＳＰ、７はＳＤＲＡＭ、８は表示デバイス、９は記録メディア、１０はマイコンである。
【０００４】
図１５に従来の撮像装置の撮像素子の構成を示す。図１５において、１１は光電変換部、１２はアドレス駆動部、１４は出力端子である。
【０００５】
従来の撮像装置では、光学レンズ１を通して光が入射し、撮像素子２で光電変換される。
【０００６】
ここで、図１５ａでは静止画モード、図１５ｂでは動画モードでの画素駆動を表す。
静止画モードでは各画素の信号は独立に読み出される。たとえば、５００万画素の撮像素子の場合、全部の画素を読み出すには、読出しクロック２０ＭＨｚで約４分の１秒かかる。これに対し動画モードでは複数の画素の信号が撮像素子内部で画素混合されて一つの信号として出力される。
【０００７】
図１５ｂでは４つの画素を混合して読み出すので、静止画に比べて４倍の速度で読み出すことができる。これにより、読出しクロック２０ＭＨｚでは１６分の１秒での読出しが可能となる。
撮像素子の出力信号はアナログ回路４、ＡＤ変換器５を通してデジタル信号に変換され、カメラ信号処理ＤＳＰ６に転送され、カメラ信号処理が施されて輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃ）で表されるＹＣデータ（ＹＣ）としてＳＤＲＡＭ７に格納される。ここで、カメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するためにフィルタ処理とサンプリングによる電子ズーム処理、記録用の符号データを生成するために画像圧縮処理などが施され、それぞれのデータがＳＤＲＡＭ７に格納される。
ＳＤＲＡＭ７に格納されている表示用のＹＣデータは、表示デバイス８で表示される。
【０００８】
また、ＳＤＲＡＭ７に格納されている符号データは記録メディア９に記録される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２００１−３６９２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、特に動画モードの場合、カメラ信号処理で電子ズーム処理を行うことが可能であるが、画素混合を行った信号は画素混合を行わない場合に比べて解像度が劣化している。
この解像度が劣化した信号を用いて、電子ズーム処理を行うと解像度がさらに劣化してしまうという課題がある。
【００１１】
また、解像度を低下させずに電子ズームするためには、サンプル数を多くとる必要があり、駆動周波数が高くなるか、同じ駆動周波数の場合には読み出し速度が遅くなるという課題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
駆動手段で２次元状に配置した光電変換部を有する画素に対し、全画素独立の読み出しモードと、少なくとも１種類のサンプル数を少なくして読み出すモードでの駆動を行い、駆動制御手段で、前記駆動手段に対し、少なくとも１つの読み出しモードでは、全画素のうち特定の領域の画素の読み出しを行わせる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願の第１の発明は、駆動手段で２次元状に配置した光電変換部を有する画素に対し、全画素独立の読み出しモードと、少なくとも１種類のサンプル数を少なくして読み出すモードでの駆動を行い、駆動制御手段で、前記駆動手段に対し、少なくとも１つの読み出しモードでは、全画素のうち特定の領域の画素の読み出しを行わせるという作用を有する。
【００１４】
本願の第２の発明は、信号処理手段は、撮像素子から出力される画素信号を入力し、画像信号に変換するとともに画像信号の周波数特性の調整を行い、電子ズーム手段は２次元的なフィルタ処理とサンプリング処理により、電子的なズーム処理をい、システム制御手段は、電子ズームの倍率に応じて、撮像素子の駆動モードおよび信号処理手段における画像信号の周波数特性および電子ズーム手段のズーム倍率の制御を行うという作用を有する。
【００１５】
本願の第３の発明は、駆動制御手段は、少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えるという作用を有する。
【００１６】
本願の第４の発明は、位相制御手段で、駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行うという作用を有する。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１の撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本発明の目的は、目標とするズームの倍率に応じて、駆動モードを変更することにより、動画モード時の高速読出しと、電子ズーム時の高解像度を両立するというものである。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態１の撮像装置の構成を表す構成図である。図１において１は光学レンズ、２は撮像素子、３はタイミングパルスジェネレータ（ＴＧ）、４はアナログ回路、５はＡＤ変換器、６はカメラ信号処理ＤＳＰ、７はＳＤＲＡＭ、８は表示デバイス、９は記録メディア、１０はマイコン、２０はカメラ信号処理回路、２１はズーム回路、２２はメモリコントローラである。
（静止画モード）
まず初めに静止画モードでの駆動について説明する。静止画モードでの駆動は、従来の撮像装置と同様に、全画素の信号を順次出力していく。なお、本実施の形態では５００万画素の撮像素子を用いるものとする。５００万画素の撮像素子では有効画素は水平２５６０画素、垂直１９２０画素である。
光学レンズ１を通して光が入射し、撮像素子２で光電変換される。タイミングパルスジェネレータ３からは、垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤが出力され、撮像素子２に入力される。また、マイコン１０は静止画モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
図２に本実施の形態の撮像装置の撮像素子２の構成を示す。図２において、１１は光電変換部、１２は駆動手段としてのアドレス駆動部、１３は駆動制御手段としてのアドレスコントロール回路、１４は出力端子である。
光電変換部１１では、画素ごとにＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタが配置されるいわゆるベイヤー配列を構成し、Ｒ，Ｇ，Ｂの信号が得られる。
アドレスコントロール回路１３はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部１２に対し、静止画モードでの駆動を指令する。
アドレス駆動部１２は静止画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
図３に静止画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図３（ａ）は垂直駆動パルス、図３（ｂ）は水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２、．．．と順次Ｖ１９１９まで１９２０ライン分パルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、Ｈ０，Ｈ１，Ｈ２，．．．と順次Ｈ２５５９まで２５６０画素分パルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が１画素ずつ独立に順次出力端子から出力され、撮像素子２の出力信号がアナログ回路４、ＡＤ変換器５をとおしてデジタル信号に変換されカメラ信号処理ＤＳＰ６に入力される。カメラ信号処理ＤＳＰ６に入力された撮像素子の出力信号は、カメラ信号処理回路２０に転送され、カメラ信号処理が施されて輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃ）で表されるＹＣデータ（ＹＣ）としてメモリコントローラ２２を通してＳＤＲＡＭ７に格納される。なお、実施の形態１のカメラ信号処理回路２０では、ホワイトバランス処理、γ変換処理、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などの処理が施される。
また、カメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するためにズーム処理が、ズーム回路１４で施される。
【００１９】
次にＳＤＲＡＭ７に格納されているＹＣデータは、メモリコントローラ６をとおして、ＪＰＥＧ圧縮回路２３に入力され、ＪＰＥＧ方式による圧縮処理が施され、符号データ（ＪＰＣ）がメモリコントローラ２２を通してＳＤＲＡＭ７に格納される。
【００２０】
また、ＳＤＲＡＭ７に格納されている表示用のＹＣデータは、メモリコントローラ２２を通して表示回路２４に転送され表示用の信号に変換されて表示デバイス８で表示される。
【００２１】
また、ＳＤＲＡＭ７に格納されているＪＰＥＧの符号データはカードコントローラ２５をとおして、記録メディア９に記録される。
【００２２】
ここで、出力される画素数は水平２５６０画素、垂直１９２０画素の４９０万画素であり、２４ＭＨｚ動作で１秒間に約５枚の出力が可能である。
（動画モード）
次に動画モードの動作について説明する。
動画モードでも静止画モードと同様に光学レンズ１を通して光が入射し、撮像素子２で光電変換される。タイミングパルスジェネレータ３からは、垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤが出力され、撮像素子２に入力される。ここで、マイコン１０は動画モードの判別信号と３画素混合モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
アドレスコントロール回路１３はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部１２に対し、動画モードおよび、３画素混合モードでの駆動を指令する。
アドレス駆動部１２は動画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
（３画素混合モード）
図４に３画素混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図４（ａ）は垂直駆動パルス、図４（ｂ）は水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、（Ｖ０，Ｖ２，Ｖ４）、（Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７），（Ｖ６，Ｖ８，Ｖ１０）、．．．と１ラインおきの３ラインがグループとなって同時に３ラインずつ順次（Ｖ１９１４，Ｖ１９１６，Ｖ１９１８）、（Ｖ１９１７，Ｖ１９１９，Ｖ１９２１）までパルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、（Ｈ０，Ｈ２，Ｈ４）、（Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７），（Ｈ６，Ｈ８，Ｈ１０）、．．．と１画素おきの３画素がグループとなって同時に３画素ずつ順次（Ｈ２５５３，Ｈ２５５５，Ｈ２５５７），（Ｈ２５５６，Ｈ２５５８，Ｈ２５６０）、までパルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
図５に３画素混合モードでの画素の混合の様子を表す模式図を示す。Ｇの画素は太線で囲まれた１ラインおきの縦３ライン、１画素おきの横３画素の９画素が加算される。Ｒの画素は波線で囲まれた９画素、Ｂの画素は一点鎖線で囲まれた９画素が加算される。
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が垂直３ライン水平３画素の９画素分混合されて順次出力端子から出力される。動画モードでは３ライン、３画素ずつ混合されるので、出力されるライン数は１９２０／３＝６４０ライン、水平画素数は２５６０／３＝８５３画素となる。水平８５３画素、垂直６４０ラインの画素構成は約５５万画素であり、２４ＭＨｚの駆動周波数で、１秒間に約４５枚の動画撮影が可能である。しかし実際には動画撮影ではテレビ方式との整合性から秒３０枚の動画駆動が選ばれる。
撮像素子２の出力信号がアナログ回路４、ＡＤ変換器５を通してデジタル信号に変換されカメラ信号処理ＤＳＰ６に入力される。カメラ信号処理ＤＳＰ６に入力された撮像素子の出力信号は、カメラ信号処理回路２０に転送され、カメラ信号処理が施されて輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｃ）で表されるＹＣデータ（ＹＣ）としてメモリコントローラ２２を通してＳＤＲＡＭ７に格納される。
なお、カメラ信号処理回路２０では、ローデータに対して、ホワイトバランス処理、γ変換処理、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などの処理が施される。動画モードでは、標準の出力信号が水平６４０画素、垂直４８０ラインのＶＧＡフォーマットであるため、カメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するため、４分の３倍の縮小電子ズーム処理がズーム回路１４で施される。
３、電子ズームモード
以上は、動画モードにおいて、電子ズーム処理が行われない場合であるが、電子ズーム処理が行われる場合の動作についてさらに説明する。
電子ズーム処理はフィルタによる補間処理とサンプリングにより、たとえば、２倍ズームの場合には、水平６４０画素、垂直４８０ラインの画像を得るのに、動画モードで出力された水平８５３画素、垂直６４０ラインの画素のうち、水平４２６画素、垂直３２０ラインの画素から補間することになる。この場合、元の画素数はＶＧＡサイズよりも小さいため、解像度は劣化する。
なお、本実施の形態では、水平６４０画素、垂直４８０ラインの標準の動画モードの画素をそれぞれその３分の４倍の水平８５３画素、垂直６４０ラインから得ているので、３分の４倍までの拡大ズームでは電子ズームによる解像度の劣化は抑えられる。
電子ズームの倍率が３分の４倍となった時点で、マイコン１０は動画モードの判別信号と２画素混合モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
アドレスコントロール回路２２はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部２１に対し、動画モードおよび、２画素混合モードでの駆動を指令する。
（２画素混合モード）
アドレス駆動部２１は動画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
図６に２画素混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図６（ａ）は垂直駆動パルス、図６（ｂ）は水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、（Ｖ２４０，Ｖ２４２）、（Ｖ２４１，Ｖ２４３）、（Ｖ２４４，Ｖ２４６）、（Ｖ２４５，Ｖ２４７），．．．と１ラインおきの２ラインがグループとなって同時に２ラインずつ順次（Ｖ１６７６，Ｖ１６７８）、（Ｖ１６７７，Ｖ１６７９）までパルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、（Ｈ３２０，Ｈ３２２）、（Ｈ３２１，Ｈ３２３）、（Ｈ３２４，Ｈ３２６）、（Ｈ３２５，Ｈ３２７）．．．と１画素おきの２画素がグループとなって同時に２画素ずつ順次（Ｈ１６７６，Ｈ１６７８），（Ｈ１６７７，Ｈ１６７９）、までパルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
【００２３】
図７に２画素混合モードでの画素混合の様子を表す模式図を示す。
【００２４】
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が垂直２ライン水平２画素の４画素分混合されて順次出力端子から出力される。２画素混合動画モードでは全画そのうち垂直２４０ラインから１６８０ラインまでの１４４０ライン、水平３２０画素から２２４０画素までの１９２０画素に対し、２ライン、２画素ずつ混合されるので、出力されるライン数は１４４０／２＝７２０ライン、水平画素数は１９２０／２＝９６０画素となる。水平９６０画素、垂直７２０ラインの画素構成は約７０万画素であり、２４ＭＨｚの駆動周波数であれば、１秒間に３０枚の動画撮影が可能である。
アナログ回路４、ＡＤ変換器５およびカメラ信号処理ＤＳＰ６の動作は上記の動画モードと同様であるためここでは省略するが、動画モードでは、標準の出力信号が水平６４０画素、垂直４８０ラインのＶＧＡフォーマットであるため、カメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するため、３分の２倍の縮小電子ズーム処理がズーム回路１４で施される。
すなわち、３画素混合動画モードで電子ズーム倍率が等倍となったのち、２画素混合モードに切り替えた時点でマイコン１０は電子ズーム倍率を３分の２倍の縮小ズームに変更する。
これは、２画素混合モードにおいて、２分の３倍までの電子ズームで解像度の劣化が抑圧されることになり、３画素混合モードでの３分の４倍と合わせて、２倍の電子ズームまで解像度の劣化が抑圧できることになる。
ここで、本実施の形態では、全画素のうち一部を切り出して出力しているために駆動周波数が上がらずにすむ。一部を切り出さない場合には、出力される画素数は５００万画素の４分の１の約１２３万画素で、２４ＭＨｚの駆動周波数では１秒あたり約２０枚になってしまう。
【００２５】
本実施の形態によれば、目標とするズームの倍率に応じて、駆動モードを変更することにより、動画モード時の高速読出しと、電子ズーム時の高解像度を両立することが可能となる。
なお、本実施の形態で、サンプリング数を３分の１にするのに画素混合を行ったが、３画素毎の間引きによっても同様の効果を得ることが出来る。ただし、間引き処理の場合には、高周波成分の折り返しにより画質が劣化する。
【００２６】
また、本実施の形態では画素上に２ラインあるいは２画素周期で色フィルタを配置する撮像素子について説明したが、色フィルタを配置しない、白黒カメラや色分解プリズムを用いるような３板カメラなどでは、１ライン飛ばしあるいは１画素飛ばしの混合を行う必要はない。
（実施の形態２）
実施の形態１で、動画時に３画素混合モードと２画素混合モードを設けたが、ズーム倍率を上げるために順次画素の混合数を減らしていった場合、次の混合モードは、混合しない１画素モードとなる。
【００２７】
しかしながら、２画素混合から１画素では垂直水平合わせて信号量が４倍になる。これは、２画素混合モードで水平６４０画素、垂直４８０ラインを得ている場合に、解像度を劣化させずに電子ズーム倍率を上げるために１画素モードにすると水平１２８０画素、垂直９６０ラインの１２３万画素が必要となる。これでは、駆動周波数を上げずに１秒あたりの出力枚数を上げることができない。
本発明の目的は、駆動制御手段は、少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えることにより、２画素混合と１画素独立の中間の解像度を得て、ズーム倍率を上げた場合でも駆動周波数を上げずに高解像度のズーム画像を得るというものである。
【００２８】
以下に実施の形態２の撮像装置について説明する。
【００２９】
静止画モード、３画素混合動画モード、２画素混合動画モードについては実施の形態１に準じるのでここでは省略する。実施の形態２では以下に示す２：１混合動画モードで撮像素子２を駆動する。
（２：１混合モード）
２画素混合動画モードでは、水平６４０画素、垂直４８０ラインの標準の動画モードの画素をそれぞれその２分の３倍の水平９６０画素、垂直７２０ラインから得ているので、２分の３倍までの拡大ズームでは電子ズームによる解像度の劣化は抑えられる。
電子ズームの倍率が２分の３倍となった時点で、マイコン１０は動画モードの判別信号と２：１混合モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
アドレスコントロール回路２２はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部２１に対し、動画モードおよび、２：１混合モードでの駆動を指令する。
アドレス駆動部２１は動画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
図８に２：１混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図８ａは垂直駆動パルス、図８ｂは水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、（Ｖ４８０，Ｖ４８２）、（Ｖ４８１、Ｖ４８３）、（Ｖ４８４）、（Ｖ４８５）、（Ｖ４８６、Ｖ４８８），（Ｖ４８７，Ｖ４８９）、（Ｖ４９０），（Ｖ４９１）．．．と１ラインおきの２ライン混合が２繰り返しと１ラインが２繰り返しが交互に順次（Ｖ１４３５，Ｖ１４３７）、（Ｖ１４３８）、（Ｖ１４３９）までパルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、（Ｈ６４０，Ｈ６４２）、（Ｈ６４１，Ｈ６４３）、（Ｈ６４４），（Ｈ６４５）、（Ｈ６４６、Ｈ６４８），（Ｈ６４７，Ｈ６４９）、（Ｈ６５０），（Ｈ６５１）．．．と１画素おきの２画素混合が２繰り返しと１画素が２繰り返しが交互に、順次（Ｈ１９１５，Ｈ１９１７），（Ｈ１９１８）、（Ｈ１９１９）までパルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
図９に２：１混合モードでの画素混合の様子を表す模式図を示す。
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が垂直２ライン水平２画素の４画素分、または垂直２ライン分のみ、または水平２画素分のみ混合されてまたは、画素混合されることなく順次出力端子から出力される。２：１混合動画モードでは全画そのうち垂直４８０ラインから１４４０ラインまでの９６０ライン、水平６４０画素から１９２０画素までの１２８０画素に対し、平均的に３ラインあたり２ライン、３画素あたり２画素ずつ混合されるので、出力されるライン数は９６０ｘ２／３＝６４０ライン、水平画素数は１２８０ｘ２／３＝８５３画素となる。水平８５３画素、垂直６４０ラインの画素構成は３画素混合モードと同じ約５５万画素であり、２４ＭＨｚの駆動周波数であれば、１秒間に３０枚の動画撮影が可能である。
アナログ回路４、ＡＤ変換器５およびカメラ信号処理ＤＳＰ６の動作は上記の動画モードと同様であるためここでは省略するが、動画モードでは、標準の出力信号が水平６４０画素、垂直４８０ラインのＶＧＡフォーマットであるため、３画素混合モードと同様にカメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するため、４分の３倍の縮小電子ズーム処理がズーム回路１４で施される。
すなわち、２画素混合動画モードで電子ズーム倍率が等倍となったのち、２：１混合モードに切り替えた時点でマイコン１０は電子ズーム倍率を４分の３倍の縮小ズームに変更する。
これは、２：１混合モードにおいて、さらに３分の４倍までの電子ズームで解像度の劣化が抑圧されることになり、３画素混合モード、２画素混合モードとあわせて、３分の８倍の電子ズームまで解像度の劣化が抑圧できることになる。
（全画素独立モード）
２：１混合動画モードでは、水平６４０画素、垂直４８０ラインの標準の動画モードの画素をそれぞれその３分の４倍の水平８５３画素、垂直６４０ラインから得ているので、３分の４倍までの拡大ズームでは電子ズームによる解像度の劣化は抑えられる。
電子ズームの倍率が３分の４倍となった時点で、マイコン１０は動画モードの判別信号と全画素独立モードの判別信号を撮像素子２に入力する。
アドレスコントロール回路２２はモード判別信号を入力し、アドレス駆動部２１に対し、動画モードおよび、全画素独立モードでの駆動を指令する。
アドレス駆動部２１は動画モードに応じて垂直基準パルスＶＤと水平基準パルスＨＤに同期して、撮像素子２の駆動を行う。
図１０に全画素独立動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを示す。図１０ａは垂直駆動パルス、図１０ｂは水平駆動パルスである。垂直駆動パルスは、垂直基準パルスの立ち上がりを基準に、水平基準パルスと同期して、（Ｖ６００），（Ｖ６０１）、（Ｖ６０２）、（Ｖ６０３）、．．．と１ラインごとに順次、（Ｖ１３１８）、（Ｖ１３１９）までパルスがＨＩとなり、撮像素子２の垂直方向のラインが選択される。
また、水平駆動パルスでは、水平基準パルスの立ち上がりを基準に、入力クロックに同期して、（Ｈ８００）、（Ｈ８０１），（Ｈ８０２），（Ｈ８０３）、．．．と１画素ごとに、順次，（Ｈ１７５８）、（Ｈ１７５９）までパルスがＨＩとなり、各ラインにおける水平方向の画素が選択される。
図１１に全画素独立動画モードでの画素の様子を表す模式図を示す。
以上のようにして、垂直水平が選択された画素の信号が各画素独立に順次出力端子から出力される。全画素独立動画モードでは全画素のうち垂直６００ラインから１３２０ラインまでの７２０ライン、水平８００画素から１７６０画素までの９６０画素にそれぞれ独立に出力されるので、２画素混合モードと同じ約７０万画素であり、２４ＭＨｚの駆動周波数で、１秒間に３０枚の動画撮影が可能である。アナログ回路４、ＡＤ変換器５およびカメラ信号処理ＤＳＰ６の動作は上記の動画モードと同様であるためここでは省略するが、動画モードでは、標準の出力信号が水平６４０画素、垂直４８０ラインのＶＧＡフォーマットであるため、２画素混合モードと同様にカメラ信号処理ＤＳＰ６では表示用のＹＣデータを生成するため、３分の２倍の縮小電子ズーム処理がズーム回路１４で施される。
すなわち、２：１混合動画モードで電子ズーム倍率が等倍となったのち、全画素独立モードに切り替えた時点でマイコン１０は電子ズーム倍率を３分の２倍の縮小ズームに変更する。
これは、全画素独立モードにおいて、さらに２分の３倍までの電子ズームで解像度の劣化が抑圧されることになり、３画素混合モード、２画素混合モード、２：１混合モードとあわせて、４倍の電子ズームまで解像度の劣化が抑圧できることになる。
【００３０】
本実施の形態によれば、駆動制御手段が、少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えることにより、２画素混合と１画素独立の中間の解像度を得て、ズーム倍率を上げた場合でも駆動周波数を上げずに高解像度のズーム画像を得ることが可能となる。
【００３１】
（実施の形態３）
実施の形態１，２で３画素混合モード、２画素混合モード、２：１混合モード、全画素独立モードの４つの駆動モードについて説明した。
【００３２】
ここで、２画素混合モードと、２：１混合モードにより出力される信号は垂直方向あるいは水平方向の信号の位相が一定ではない。
位相が一定でない場合には、各画素からの出力信号が不均一となり画質が著しく劣化する。
本発明の目的は、信号処理手段はにおける、位相制御手段で駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行うことにより、出力信号の位相の不連続を抑圧し、高画質の画像を得るというものである。
【００３３】
以下本発明の実施の形態３の撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は本発明の実施の形態３の撮像装置の構成を表す構成図である。図１２において、２６は位相制御手段としての位相調整フィルタ、２７はラインメモリ、２８は垂直フィルタ、２９は水平フィルタである。
位相調整フィルタ以外の動作は実施の形態１及び２に準じるので、ここでは省略する。
静止画モード、３画素混合モード、全画素独立モードでは位相の不連続は発生しないので、位相調整フィルタはフィルタ処理を施さず入力信号をそのまま出力する。
２画素混合モードでは入力信号と入力信号をラインメモリ７を通して２ライン分遅延させた信号を、垂直フィルタ２８において入力信号の位相に応じて７：１または１：７の比で混合し、垂直方向に位相調整した信号として出力する。また、水平フィルタ２９において、垂直位相フィルタで位相調整した信号を入力し、入力信号水平方向の位相に応じて７：１または１：７の比で混合し、垂直方向に位相調整した信号として出力する。
図１３ａに２画素混合モードでの位相調整の関係を表す模式図を示す。図１３ａで●、
【００３４】
【外１】
、◆はそれぞれ２画素混合で得られる信号の空間上の画素位置、○、□、◇は位相調整フィルタによる位相調整後の空間上の画素位置である。
次に２：１混合モードでの位相調整について説明する。２：１混合モードでは入力信号と入力信号をラインメモリ７を通して２ライン分遅延させた信号を、垂直フィルタ２８において入力信号の位相に応じて１１：１または１：１１の比で混合し、垂直方向に位相調整した信号として出力する。また、水平フィルタ２９において、垂直位相フィルタで位相調整した信号を入力し、入力信号水平方向の位相に応じて１１：１または１：１１の比で混合し、垂直方向に位相調整した信号として出力する。
図１３ｂに２：１混合モードでの位相調整の関係を表す模式図を示す。図１３ａで●、
【００３６】
【外２】
、◆はそれぞれ２画素混合で得られる信号の空間上の画素位置、○、□、◇は位相調整フィルタによる位相調整後の空間上の画素位置である。
このようにして位相調整した信号がカメラ信号処理回路２０で信号処理されて画質の良い信号が出力される。
【００３８】
本実施の形態によれば、信号処理手段が、位相制御手段で駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行うことにより、出力信号の位相の不連続を抑圧し、高画質の画像を得ることが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、目標とするズームの倍率に応じて、駆動モードを変更することにより、動画モード時の高速読出しと、電子ズーム時の高解像度を両立することが可能となる。
【００４０】
また、駆動制御手段が、少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えることにより、２画素混合と１画素独立の中間の解像度を得て、ズーム倍率を上げた場合でも駆動周波数を上げずに高解像度のズーム画像を得ることが可能となる。
【００４１】
また、信号処理手段が、位相制御手段で駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行うことにより、出力信号の位相の不連続を抑圧し、高画質の画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の撮像装置の構成を表す構成図
【図２】実施の形態１の撮像装置の撮像素子２の構成を表す構成図
【図３】実施の形態１の撮像装置の静止画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図４】実施の形態１の撮像装置の３画素混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図５】実施の形態１の撮像装置の３画素混合動画モードでの画素の混合の様子を表す模式図
【図６】実施の形態１の撮像装置の２画素混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図７】実施の形態１の撮像装置の２画素混合動画モードでの画素混合の様子を表す模式図
【図８】実施の形態２の撮像装置の２：１混合動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図９】実施の形態２の撮像装置の２：１混合動画モードでの画素混合の様子を表す模式図
【図１０】実施の形態２の撮像装置の全画素独立動画モードでの撮像素子２の駆動パルスを表す模式図
【図１１】実施の形態２の撮像装置の全画素独立動画モードでの画素の様子を表す模式図
【図１２】実施の形態３の撮像装置の構成を表す構成図
【図１３】実施の形態３の撮像装置の位相調整の関係を表す模式図
【図１４】従来の撮像装置の構成図
【図１５】従来の撮像装置の撮像素子の構成を表す構成図
【符号の説明】
１ 光学レンズ
２ 撮像素子
３ タイミングパルスジェネレータ
４ アナログ回路
５ ＡＤ変換器
６ カメラ信号処理ＤＳＰ
７ ＳＤＲＡＭ
８ 表示デバイス
９ 記録メディア
１０ マイコン
１１ 光電変換部
１２ アドレス駆動部
１３ アドレスコントロール回路
１４ 出力端子
２０ カメラ信号処理回路
２１ ズーム回路
２２ メモリコントローラ
２３ ＪＰＥＧ圧縮回路
２４ 表示回路
２５ カードコントローラ
２６ 位相制御手段としての位相調整フィルタ
２７ ラインメモリ
２８ 垂直フィルタ
２９ 水平フィルタ
Claims (6)
- ２次元上に配置した光電変換部を有する画素に対し、
全画素を独立に読み出すモードと、少なくとも１種類のサンプル数を少なくして読み出すモードでの駆動を行う駆動手段と、
前記駆動手段に対し、少なくとも１つの読み出しモードでは、全画素のうち特定の領域の画素の読み出しを行わせる駆動制御手段と
を有する撮像装置。 - 前記サンプル数を少なくして読み出すモードは、垂直ライン数、あるいは水平サンプル数を間引く間引き読み出しであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
- 前記サンプル数を少なくして読み出すモードは、垂直方向あるいは水平方向の画素混合読み出しであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
- 撮像素子から出力される画素信号を入力し、画像信号に変換するとともに画像信号の周波数特性の調整を行う信号処理手段と、
２次元的なフィルタ処理とサンプリング処理により、電子的なズーム処理を行う電子ズーム手段と、
目標とするズーム倍率に応じて、撮像素子の駆動モードおよび信号処理手段における画像信号の周波数特性および電子ズーム手段のズーム倍率の制御を行うシステム制御手段と
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。 - 少なくとも１つの読出しモードでは色フィルタごとの画素混合の数を変えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
- 信号処理手段は、駆動モードに応じて、画像信号の位相特性の制御を行う位相制御手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
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-
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