JP2004229119A - Ｍｏｓ型固体撮像素子およびこれを備えた撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小容量のメモリで、フレームレートを低下させずに、任意の領域において異なる解像度の画像を出力できるＭＯＳ型固定撮像素子およびこれを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】画素１１７ごとにフォトダイオード１０１とアンプ１０２とを有するＭＯＳ型固体撮像素子１００であって、画像における解像度の異なる範囲と、その範囲の解像度とに応じて、読み出す画素を選択する選択信号１１４、１０８の信号間隔の粗密を決定する範囲指定部１０６、１１０と、それらの指示に応じた選択信号１１４、１０８を出力することで、全ての画素の中から選択された画素にのみ選択信号１１４、１０８を送る選択部１０５、１０９とを備え、選択信号１１４、１０８が入力された画素１１７のアンプ１０２は、画素１１７のフォトダイオード１０１に蓄積された電荷を画素信号として出力する。
【選択図】 図１
【解決手段】画素１１７ごとにフォトダイオード１０１とアンプ１０２とを有するＭＯＳ型固体撮像素子１００であって、画像における解像度の異なる範囲と、その範囲の解像度とに応じて、読み出す画素を選択する選択信号１１４、１０８の信号間隔の粗密を決定する範囲指定部１０６、１１０と、それらの指示に応じた選択信号１１４、１０８を出力することで、全ての画素の中から選択された画素にのみ選択信号１１４、１０８を送る選択部１０５、１０９とを備え、選択信号１１４、１０８が入力された画素１１７のアンプ１０２は、画素１１７のフォトダイオード１０１に蓄積された電荷を画素信号として出力する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＯＳ型固体撮像素子（ＭＯＳセンサ）およびＭＯＳ型固体撮像素子（ＭＯＳセンサ）を備えている撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、監視カメラなどに用いられる、取り込んだ画像情報のうち必要な部分の解像度を上げて伝送もしくは蓄積等する撮像装置の需要が高まっている。また、それに応えるための画像圧縮方式であるＪＰＥＧ２０００のような規格も提唱されてきている。
【０００３】
このような撮像装置に用いられる撮像デバイスとしては、ＭＯＳ型固体撮像素子（以下、ＭＯＳセンサという）やＣＣＤ型固体撮像素子（以下、ＣＣＤセンサという）がある。ＭＯＳセンサは、低消費電力が特徴であり、携帯電話に搭載されるカメラの普及により需要が増えている。一方、従来から使用されているＣＣＤセンサは、フォトダイオードに蓄積された電荷を完全転送できる構造を有し、低ノイズを実現できる。
【０００４】
ＣＣＤセンサとＭＯＳセンサは、駆動方法に伴う映像の読み出し動作が異なっている。ＣＣＤセンサの場合、フォトダイオードと対に、電荷を転送するための垂直ＣＣＤを有し、さらに水平方向へ高速に電荷を転送するための水平ＣＣＤを有する。ＣＣＤセンサは、フォトダイオードに蓄積された電荷を、全画素同時刻に垂直ＣＣＤへ読み出し、その後順次、垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤへ電荷の転送を行い、出力アンプで映像信号として読み出す。
【０００５】
ＭＯＳセンサは、電荷を転送するためのＣＣＤを有しておらず、フォトダイオードごとに画素アンプが配置されている。ＭＯＳセンサは、フォトダイオードに蓄積された電荷を、垂直選択信号と水平選択信号による指示を受け、画素アンプで信号電圧とし、それを出力アンプに送り、映像信号として読み出す。
【０００６】
ＣＣＤセンサおよびＭＯＳセンサのいずれの場合においても、信号出力時には、画素に対応したフォトダイオードに蓄積された電荷をすべて読み出さなければならない。
【０００７】
さらに、具体的に、画像情報の任意の領域の解像度が可変である従来のＣＣＤセンサを用いた撮像装置について説明する。まずＣＣＤセンサの構成について説明する。図６は、従来の撮像装置におけるＣＣＤセンサのブロック図である。ＣＣＤセンサ６００は、画素ごとに、フォトダイオード６０１と、フォトダイオード６０１と対に設置され、電荷を転送するための垂直ＣＣＤ６０２と、水平ＣＣＤ６０３と、垂直ＣＣＤ６０２と水平ＣＣＤ６０３とで電荷転送された信号を電流出力として出力する出力アンプ６０４を備えている。
【０００８】
次に、ＣＣＤセンサ６００の動作について説明する。撮像装置で被写体を撮影すると、レンズ等の光学手段を介して入射された被写体光が、光電変換を行うためのフォトダイオード６０１で、信号電荷に光電変換される。垂直ＣＣＤ駆動信号入力端６０６から入力された垂直ＣＣＤ駆動信号６０８によって垂直ＣＣＤ６０２が駆動し、フォトダイオード６０１に蓄積された信号電荷が垂直ＣＣＤ６０２に読み出される。垂直ＣＣＤ６０２に読み出された信号電荷は、さらに垂直ＣＣＤ駆動信号６０８によって順次、水平ＣＣＤ６０３へ転送される。水平ＣＣＤ駆動信号入力端６０７から入力された水平ＣＣＤ駆動信号６０９によって駆動した水平ＣＣＤ６０３は、読み出された信号電荷を高速に出力アンプ６０４に送る。出力アンプ６０４で、信号電荷は電流出力であるＣＣＤ信号６１１に変換され、信号出力端６０５から読み出される。
【０００９】
次に、ＣＣＤセンサ６００を備えた撮像装置の動作について図６と図７を用いて説明する。図７は、従来の撮像装置のブロック図である。タイミング発生部７０３は、図６に示す水平ＣＣＤ駆動信号６０９と垂直ＣＣＤ駆動信号６０８を発生し、水平ＣＣＤ駆動信号入力端６０７と垂直ＣＣＤ駆動信号入力端６０６からＣＣＤセンサ６００に入力する。フォトダイオード６０１に蓄積された電荷信号は、垂直ＣＣＤ駆動信号６０８と水平ＣＣＤ駆動信号６０９に応じて、順次ＣＣＤ信号６１１として、ＣＣＤセンサ６００から信号出力端６０５を介して出力され、信号処理部７０２へ送られる。信号処理部７０２ではＣＣＤ信号６１１に、色分離、ホワイトバランス処理、ガンマ補正、アパーチャー処理、ゲインコントロール処理、オフセットコントロール処理など一般的な撮像信号処理を施し、多値化された信号を生成する。
【００１０】
生成された１画面分の信号は、メモリ制御部７０６を通じてメモリ７０５へ記録される。１画面分の信号のうちの任意の領域の解像度を変更するためには、あらかじめ、領域とその解像度をタイミング発生部７０３へ設定しておく。タイミング発生部７０３は、領域とその解像度をメモリ制御部７０６に指示する。それをもとに、メモリ制御部７０６では、解像度を下げて読み出す部分に関してはフィルタ処理を施しデータ量を削減する。また解像度を上げて読み出す部分に関しては、ＣＣＤセンサ６００から読み出された信号をそのまま出力する。この信号を信号出力端７０４から出力し、１画面中の任意の領域ごとに解像度が異なる画像を得る。
【００１１】
また、例えば、上記以外にも、多数解像度能力を有する撮像素子が特許文献１に開示されている。この撮像素子は、信号対ノイズ比が調節可能な多数解像度能力を有する撮像素子であって、多数解像度信号処理機能性は、高速度撮像を達成するよう同一チップ上に提供され、無関係のおよびピックアップされたノイズ全てが除去されるように配置された全差動回路を持つ改良された画素ビニング手法を用いている。
【００１２】
【特許文献１】
特表２００２−５０７８６３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では１画面中に複数の解像度を有する画像を得るには一旦、撮像デバイスからすべての画素信号を読み出し、少なくとも１画面の信号をメモリに蓄える必要がある。そのため、容量の大きなメモリが必要になる。
【００１４】
また、撮像デバイスは、出力アンプの周波数特性と水平駆動信号の周波数特性により、動作周波数の上限が制限されるため、画素数が多くなってくるとすべての画素信号を読み出すまでに時間がかかり、撮像できるフレームレートを遅くしなければならないという問題がある。
【００１５】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、小容量のメモリで、フレームレートを低下させずに、任意の領域において異なる解像度の画像を出力できるＭＯＳ型固定撮像素子およびこれを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＭＯＳ型固体撮像素子は、画素ごとにフォトダイオードとアンプとを有するＭＯＳ型固体撮像素子であって、画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とに応じて、読み出す画素を選択する選択信号の信号間隔の粗密を決定する範囲指定部と、前記範囲指定部からの指示に応じた前記選択信号を出力することで、全ての画素の中から選択された画素にのみ前記選択信号を送る選択部とを備え、前記選択信号が入力された画素の前記アンプは、前記画素の前記フォトダイオードに蓄積された電荷を画素信号として出力する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のＭＯＳ型固体撮像素子は、１画面内に解像度の異なる領域を有する画像を読み出すために、選択信号の信号間隔を変えて、読み出す画素数を変更するため、出力される画素信号が、全画素数以下になる。それにより、撮像装置は、画素数分のメモリを配置しなくてもよく、メモリを小容量化することができ、フレームレートを低下させる必要もない。また、撮像装置は、メモリを持たない構成とすることもできる。
【００１８】
また、好ましくは、前記画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とを、あらかじめ記憶している記憶部をさらに備えている。それにより、範囲指定部の回路の実現性が容易であり、回路の簡略化が可能となる。そのため、チップサイズが低減でき低コストで実現できる
また、好ましくは、前記範囲指定部に指示される、画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とは、外部から、動的に変更される。それにより、解像度が異なる領域が画面内で動く場合に有効である。例えば、画面内で人物が動き、その動作に応じて解像度が異なる領域がアクティブに変化させることができる。このため、監視カメラ等に用いて使用する場合、人物特定などに有効である。
【００１９】
また、好ましくは、前記画素ごとに色フィルタをさらに備えている。それにより、色成分を有する画素信号においても、読み出す画素数を減少させるため、撮像装置は、画素数分のメモリを配置しなくてもよく、メモリを小容量化することができ、フレームレートを低下させる必要もない。また、撮像装置は、メモリを持たない構成とすることもできる。
【００２０】
また、好ましくは、前記画素全体において、解像度を低下させる領域では、同一の色成分を有する前記画素信号は混合または平均化して出力する。それにより、解像度を低下させる領域においてＭＯＳセンサ内で画素混合または、平均化を行うことで空間ＬＰＦが施された信号となり、折り返しノイズが低減された良好な画像を得ることができる。
【００２１】
また、外部に、画像信号を出力する際に、前記画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とを表わす情報を付加して出力してもよい。
【００２２】
また、本発明の撮像装置は、上述のＭＯＳ型固体撮像素子を備えている。それにより、１画面内に解像度の異なる領域を有する画像を読み出すために、選択信号の粗密の信号間隔を変えて、読み出す画素数を変更することができる。そのため、出力される信号が、全画素数以下になり、画素数分のメモリを配置しなくてもよく、メモリを小容量化することができ、フレームレートを低下させる必要もない。また、撮像装置は、メモリを持たない構成とすることもできる。
【００２３】
また、本発明の撮像装置は、上述のＭＯＳ型固体撮像素子を備え、前記ＭＯＳ型固体撮像素子から出力される前記画像信号の、解像度の異なる領域の境界にフィルタ処理を施すフィルタ部を備え、前記フィルタ部は、前記画像信号に付加された、前記情報に応じて、前記粗密さの間隔に連携してタップ係数を変更する。それにより、画像中の解像度の切り替わり領域に生じる、周波数特性の不連続による画像の歪みを、滑らかな画像にすることができる。
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を用いて説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るＭＯＳ型固定撮像素子およびこれを備えた撮像装置について説明する。図１は実施の形態１に係る撮像装置のＭＯＳセンサのブロック図である。
【００２６】
ＭＯＳセンサ１００は、フォトダイオード１０１、画素アンプ１０２、水平読み出し部１０３、水平選択切り替え回路１０４、水平選択回路１０５、水平範囲指定回路１０６、水平範囲指定入力信号端１０７、垂直選択回路１０９、垂直範囲指定回路１１０、垂直範囲指定入力信号端１１１、出力アンプ１１２、信号出力端１１３を備えている。
【００２７】
フォトダイオード１０１と、それと対をなす画素アンプ１０２が、画素１１７ごとに配置されている。フォトダイオード１０１は、レンズ等の光学手段（図示せず）によって、被写体から得た光を光電変換する。画素アンプ１０２は、フォトダイオード１０１が光電変換によって、蓄積した電荷を画素信号に変換する。
【００２８】
画素１１７の列ごとに配置された水平読み出し部１０３はそれぞれ、一列分の画素アンプ１０２と接続され、列状に配置された画素１１７から画素信号を読み出す。水平選択切り替え回路１０４は列状に配置された画素１１７から読み出された画素信号を列ごとに切り替える。
【００２９】
水平選択回路１０５は、読み出す画素の画素信号を列ごとに選択するための水平選択信号１１４を出力する。水平選択信号１１４は水平読み出し部１０３に送られる。
【００３０】
水平範囲指定回路１０６は、水平範囲指定信号入力端１０７から入力される水平範囲指定信号１１５をもとに、水平選択信号１１４の信号間隔の粗密を決定し、水平選択回路１０５に指示する。水平範囲指定信号１１５は、画像における水平方向の解像度の異なる範囲と、その範囲の解像度を指定する信号である。水平選択信号１１４の信号間隔の粗密は、水平選択回路１０５が水平選択信号１１４を生成するために必要である。
【００３１】
垂直選択回路１０９は、画素１１７の行ごとに接続されている。垂直選択回路１０９は、読み出す画素の画素信号を行ごとに選択するための垂直選択信号１０８を出力し、各行ごとの画素アンプ１０２に送る。
【００３２】
垂直範囲指定回路１１０は、垂直範囲指定信号入力端１１１から入力される垂直範囲指定信号１１６をもとに、垂直選択信号１０８の信号間隔の粗密を決定し、垂直選択回路１０８に指示する。垂直範囲指定信号１１６は、画像における垂直方向の解像度の異なる範囲と、その範囲の解像度を指定する信号である。垂直選択信号１０８の信号間隔の粗密は、垂直選択回路１０９が垂直選択信号１０８を生成するために必要である。
【００３３】
出力アンプ１１２は、画素信号をＭＯＳセンサ信号１１８（画像信号）として読み出すためのものであり、ＭＯＳセンサ信号１１８は信号出力端１１３から出力される。
【００３４】
ＭＯＳセンサ１００の動作について説明する。まず、被写体光が光電変換され、フォトダイオード１０１に蓄積された信号電荷のうち、垂直選択信号１０８および水平選択信号１１４によって選択された、読み出す画素の画素信号が水平読み出し部１０３を通じて出力アンプ１１２からＭＯＳセンサ信号１１８として読み出され、信号出力端１１３より出力される。
【００３５】
読み出す画素を選択する際、画像において解像度を異なる範囲と、その範囲の解像度は、垂直範囲指定信号１１６と水平範囲指定信号１１５によって垂直範囲指定回路１１０と水平範囲指定回路１０６に入力される。垂直範囲指定回路１１０と水平範囲指定回路１０６では、それらをもとに垂直選択信号１０８および水平選択信号１１４の信号間隔の粗密の程度を垂直選択回路１０９および水平選択回路１０５に指示する。垂直選択回路１０９および水平選択回路１０５によって垂直選択信号１０８および水平選択信号１１４が出力され、読み出す画素を選択することができる。
【００３６】
例えば、解像度が低くてもよい領域の画素信号は、全ての画素から読み出すのではなく、行方向および列方向の少なくとも一方向において、１画素おきに画素を選択して読み出す。つまり、解像度の低い領域においては、画素を間引きして画素信号を読み出すことになる。また、高い解像度が必要な領域においては、その領域すべての画素の画素信号を読み出すようにすればよい。このようにすることで、ＭＯＳセンサ１００から出力されるＭＯＳセンサ信号１１８のデータ量は、１画面の全画素分よりも小さくなるので、小容量のメモリに記憶することができる。
【００３７】
図２は、実施の形態１に係るＭＯＳセンサの各選択信号のタイミングチャートを示している。図２を用いて、具体的な選択信号のタイミングチャートについて説明する。なお、選択信号は、垂直選択信号であっても水平選択信号であっても、画像の列か行かの違いだけであるので、同様のタイミングチャートとなる。図２のタイミングチャートは、１画面の画像における任意位置のＮ番目の画素を起点に、読み出す画素数を１／２にして解像度を低くした領域と、すべての画素を読み出し、解像度が等倍である領域とが存在する場合の選択信号のタイミングチャートである。なお、Ｎは自然数である。Ｎ番目の画素からＮ＋１７番目の画素まで順次読み出されるとする。図２において、横軸は時間軸である。すなわち、選択信号２０１ａ〜２０１ｒの順で信号が出力される。画素を１／２に間引いて（の解像度で）読み出す領域における選択信号２０１ａ〜２０１ｆは、連続ではなく次段の信号との間に１パルス分、間を置いて入力されている。一方、画素を等倍の解像度で読み出す領域の選択信号２０１ｇ〜２０１ｍは、間を置かずに連続して入力されている。さらに、選択信号２０１ｎ〜２０１ｒは、再び画素を１／２の解像度で読み出す領域なので、選択信号２０１ａ〜２０１ｆと同様に、次段の信号との間に１パルス分、間を置いて入力されている。
【００３８】
選択信号が入力された画素の画素信号は出力されるが、例えば選択信号２０１ａと選択信号２０１ｂとの間は、１パルス空いているので、選択信号２０１ａで出力された画素に隣接する画素の画素信号は出力されず、さらに隣の画素の画素信号が選択信号２０１ｂで出力される。このようにして、画素が１／２間引きされ、この領域の解像度は１／２となる。なお、選択信号２０１ｇ〜２０１ｍは、間を置かずに入力されているので、連続して隣接する画素の画素信号が出力されるので解像度は落ちない。
【００３９】
次に、さらに具体的に、水平選択信号と垂直選択信号の両方を考慮して説明する。図３は実施の形態１に係るＭＯＳセンサの各画素の水平選択信号および垂直選択信号のタイミングチャートと画素との関係を示す説明図である。図３において、垂直選択回路１０９および水平選択回路１０５から垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇおよび水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊが各画素アンプに入力され、入力された画素からは画素信号が出力される。
【００４０】
水平選択信号１１４ａが入力されてから１パルス空いて、水平選択信号１１４ｂが入力され、さらに水平選択信号１１４ｉまでは連続で入力され、水平選択信号１１４ｉが入力されてから１パルス空いて、水平選択信号１１４ｊが入力されている。また、垂直選択信号１０８ａが入力されてから１パルス空いて、垂直選択信号１０７ｂが入力され、垂直選択信号１０８ｅまでは連続で入力され、垂直選択信号１０８ｅが入力されてから１パルス空いて、垂直選択信号１０８ｆが、さらに１パルス空いて、垂直選択信号１０８が入力されている。以上のように、垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇおよび水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊによって、読み出す画素が選択される。読み出し対象の画素の粗と密の箇所を作ることで、画素部３０１において、領域ごとに異なる解像度を有する。
【００４１】
ＭＯＳセンサの画素部３０１は、各画素１１７が配列されてなる。垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇの入力で行が選択され、水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊの入力で列が選択され、各入力に対する画素１１７から画素信号が出力される。各画素１１７のうち、図３中でドットを付した画素が、画素信号を出力し、それ以外の画素１１７は、画素信号を出力しない。領域３０４においては、全ての画素が選択され画素信号が出力される。しかし、それ以外の領域は、１／２の画素が間引かれているため、解像度は１／２となる。このようにして、領域３０４の全画素信号と、それ以外の領域に関しては、１／２に間引かれた画素信号とが、出力アンプから映像信号として出力される。このときに、垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇおよび水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊの粗、密の情報がヘッダ情報として、ＭＯＳセンサ信号に付加されるようにしてもよい。それにより、画像情報を受け取った機器で粗密の情報を有効利用した表示等ができる。
【００４２】
また、領域３０４は、撮影される被写体によって動的に変化することも可能であり、例えば、被写体の人物の動きによって、領域３０４を自動的に移動させることも可能である。
【００４３】
また、実施の形態１では、領域３０４が長方形であるが、曲線で囲まれた領域でも設定可能であり、ペン入力やテンプレート入力などの領域指定を用いることもできる。また、垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇおよび水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊの、周波数成分を変更することで解像度を変化させているが、例えば、２値化（白黒表示）、色変換、表示／非表示の領域指定などの用途と組み合わせてもよい。
【００４４】
なお、解像度を下げる領域においては、一行または一列置きに読み出す画素を選択したが、二行または二列以上置きに、読み出す画素を選択してもよく、そうすることで、解像度を元の１／２よりも小さくすることができる。
【００４５】
なお、画素の粗密の範囲とその程度は固定であってもよく、その場合は、水平範囲指定回路１０６と垂直範囲指定回路１１０が記憶部（図示せず）を備え、粗密の範囲とその程度を記憶しておけばよい。それによって、回路構成を簡略化することができ、コストを下げることができる。
【００４６】
また、外部から画素の粗密の範囲とその程度を動的に変更できるようにしてもよい。例えば、ＭＯＳセンサ１００内のレジスタで、外部からプログラミングすることで任意の範囲において、任意の解像度を自由に変更することが可能である。
【００４７】
次に、上述のＭＯＳセンサ１００を備えた実施の形態１に係る撮像装置について説明する。図４は、実施の形態１に係る撮像装置のブロック図である。
【００４８】
撮像装置は、ＭＯＳセンサ１００と、ＭＯＳセンサ１００から出力された出力信号を色分離、ホワイトバランス処理、ガンマ補正、アパーチャー処理、ゲインコントロール処理、オフセットコントロール処理など一般的な撮像信号処理を施し、多値化された信号を生成する信号処理部４０２と、ＭＯＳセンサ１００の駆動信号を発生するためのタイミング発生部４０４と、解像度の異なる領域の境界に対してフィルタ処理を施すための境界領域フィルタ部４０３と、信号出力端４０５とを備えている。
【００４９】
解像度が異なる領域の境界部分の画素信号は、タイミング発生部４０４から境界領域フィルタ部４０３へ信号として渡し、その境界部分が解像度的に滑らかになるようにあらかじめ指定されたフィルタ特性で境界部分のフィルタ処理を行う。フィルタ特性は周波数成分の歪みを低減するための空間フィルタである。ＭＯＳセンサ信号に付加された水平選択信号１１４または垂直選択信号１０８の粗密の程度に応じて、フィルタのタップ係数が変更される。つまり、水平選択信号１１４または垂直選択信号１０８の間隔が粗くなる場合、解像度は低くなるため、空間フィルタの周波数特性においてカットオフ周波数が低くなるように、タップ係数を調整する。
【００５０】
また、水平選択信号１１４または垂直選択信号１０８の間隔が密になる場合、解像度は高くなるため、空間フィルタの周波数特性が高くなるようにする。つまり、カットオフ周波数が、入力信号のナイキスト周波数の１／２に設定されるようにする。それにより、解像度が異なる領域の境界が目立たなくなり、良好な画像を得ることできる。
【００５１】
なお、本実施の形態のＭＯＳセンサは、任意の領域で解像度を可変とするとしたが、可変とせず全画素の信号を読み出すことも可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る撮像装置について図を用いて説明する。実施の形態２の撮像装置は、実施の形態１の撮像装置のＭＯＳセンサのフォトダイオードに、色信号を生成するための色フィルタが形成された構成である。したがって、実施の形態２のＭＯＳセンサおよび撮像装置のブロック図は、図１および図４と同様である。
【００５３】
色フィルタが形成されている場合は、出力される画素信号の順序は、解像度を変えたときと変えないときで同一の読み出し順序とするため、隣接する２画素または２ラインごとに間引きもしくは、混合もしくは平均化することで、解像度を低下させることができる。ＭＯＳセンサ内で混合もしくは平均化して画素を読み出すことで、解像度を落として読み出した部分について空間ＬＰＦ効果が施されたＭＯＳセンサ信号を得ることができる。したがって、折り返しノイズが低減された良好な画像を出力することができる。
【００５４】
そこで、注目画素の周囲に配置された同一色の色フィルタに対応した信号成分を混合して、解像度を変更した場合の動作説明を図５を用いておこなう。図５は実施の形態２に係るＭＯＳセンサの各画素の水平選択信号および垂直選択信号のタイミングチャートと画素との関係を示す説明図である。
【００５５】
ＭＯＳセンサの画素部５０１は、各画素５１７が図５に示すように配列されてなる。また、各画素５１７には、図５に示すように、ＲＧＢの各色フィルタが形成され、色信号を生成する。垂直選択回路５０９から各画素５１７の画素アンプに入力される垂直選択信号５０８ａ〜５０８ｇで行が選択される。水平選択回路５０５から各画素５１７の画素アンプに入力される水平選択信号５１４ａ〜５１４ｊで列が選択される。各入力に対する画素５１７から画素信号が出力される。
【００５６】
画素部５０１の領域５０４について解像度を上げて読み出す場合、水平選択信号５１４ａ〜５１４ｊにおいては、解像度を上げて読み出す領域５０４に対応する水平選択信号５１４ｃ〜５１４ｇは信号間隔を密にする。領域５０４に含まれない部分については、解像度を１／２に下げて読み出しを行うため、水平選択信号５１４ａ〜５１４ｃ、５１４ｈ〜５１４ｊの信号間隔を粗にする。この際、注目画素の周囲に配置された同一色成分の画素は同時に読み出し、画素信号の読み出し部で混合する。
【００５７】
また、垂直選択信号５０８も同様に領域５０４について解像度を上げて読み出す場合は、垂直選択信号５０８ｃ〜５０８ｅであり、解像度を１／２に下げて読み出す選択信号は５０８ａ〜５０８ｂ、５０８ｆ〜５０８ｇである。垂直選択信号でも、同一色成分の色フィルタが形成されている画素を同時に読み出し、画素信号の読み出し部で混合する。
【００５８】
このようにして解像度を下げて読み出す領域においては、同一色成分の色フィルタが形成された画素信号を混合して読み出してもよい。そうすることで、良好な画像を出力することができる。なお、色フィルタは、原色のＲＧＢ以外の補色などの色フィルタであっても同様にして、同一色成分の色フィルタが形成された画素信号を混合または平均化して読み出すことができ、同様の効果を奏する。
【００５９】
なお、実施の形態２の撮像装置は、上述した色フィルタを有するＭＯＳセンサを用いて、図４に示す撮像装置を構成すればよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明のＭＯＳ型固定撮像素子およびこれを備えた撮像装置によれば、メモリを小容量化することができ、フレームレートを低下させずに、任意の領域において異なる解像度の画像を出力できる。また、撮像装置は、メモリを持たない構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像装置のＭＯＳセンサのブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係るＭＯＳセンサの各選択信号のタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態１に係るＭＯＳセンサの各画素の水平選択信号および垂直選択信号のタイミングチャートと画素との関係を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態１に係る撮像装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態２に係るＭＯＳセンサの各画素の水平選択信号および垂直選択信号のタイミングチャートと画素との関係を示す説明図
【図６】従来の撮像装置におけるＣＣＤセンサのブロック図
【図７】従来の撮像装置のブロック図
【符号の説明】
１００ ＭＯＳセンサ
１０１ フォトダイオード
１０２ 画素アンプ
１０３ 水平読み出し部
１０４ 水平選択切り替え回路
１０５、５０５ 水平選択回路
１０６ 水平範囲指定回路
１０７ 水平範囲指定入力端
１０８、１０８ａ〜１０８ｇ、５０８ａ〜５０８ｇ 垂直選択信号
１０９、５０９ 垂直選択回路
１１０ 垂直範囲指定回路
１１１ 垂直範囲指定入力端
１１２ 出力アンプ
１１３ 信号出力端
１１４、１１４ａ〜１１４ｊ、５１４ａ〜５１４ｊ 水平選択信号
１１５ 水平範囲指定信号
１１６ 垂直範囲指定信号
１１７、５１７ 画素
１１８ 映像信号
２０１ａ〜２０１ｒ 選択信号
３０１、５０１ 画素部
３０４、５０４ 領域
４０２ 信号処理部
４０３ フィルタ部
４０４ タイミング発生部
４０５ 信号出力端
６００ ＣＣＤセンサ
６０１ フォトダイオード
６０２ 垂直ＣＣＤ
６０３ 水平ＣＣＤ
６０４ 出力アンプ
６０５ 信号出力端
６０６ 垂直ＣＣＤ駆動信号入力端
６０７ 水平ＣＣＤ駆動信号入力端
６０８ 垂直ＣＣＤ駆動信号
６０９ 水平ＣＣＤ駆動信号
６１０ 画素
６１１ 映像信号
７０２ 信号処理部
７０３ タイミング発生部
７０４ 信号出力端
７０５ メモリ
７０６ メモリ制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＯＳ型固体撮像素子（ＭＯＳセンサ）およびＭＯＳ型固体撮像素子（ＭＯＳセンサ）を備えている撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、監視カメラなどに用いられる、取り込んだ画像情報のうち必要な部分の解像度を上げて伝送もしくは蓄積等する撮像装置の需要が高まっている。また、それに応えるための画像圧縮方式であるＪＰＥＧ２０００のような規格も提唱されてきている。
【０００３】
このような撮像装置に用いられる撮像デバイスとしては、ＭＯＳ型固体撮像素子（以下、ＭＯＳセンサという）やＣＣＤ型固体撮像素子（以下、ＣＣＤセンサという）がある。ＭＯＳセンサは、低消費電力が特徴であり、携帯電話に搭載されるカメラの普及により需要が増えている。一方、従来から使用されているＣＣＤセンサは、フォトダイオードに蓄積された電荷を完全転送できる構造を有し、低ノイズを実現できる。
【０００４】
ＣＣＤセンサとＭＯＳセンサは、駆動方法に伴う映像の読み出し動作が異なっている。ＣＣＤセンサの場合、フォトダイオードと対に、電荷を転送するための垂直ＣＣＤを有し、さらに水平方向へ高速に電荷を転送するための水平ＣＣＤを有する。ＣＣＤセンサは、フォトダイオードに蓄積された電荷を、全画素同時刻に垂直ＣＣＤへ読み出し、その後順次、垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤへ電荷の転送を行い、出力アンプで映像信号として読み出す。
【０００５】
ＭＯＳセンサは、電荷を転送するためのＣＣＤを有しておらず、フォトダイオードごとに画素アンプが配置されている。ＭＯＳセンサは、フォトダイオードに蓄積された電荷を、垂直選択信号と水平選択信号による指示を受け、画素アンプで信号電圧とし、それを出力アンプに送り、映像信号として読み出す。
【０００６】
ＣＣＤセンサおよびＭＯＳセンサのいずれの場合においても、信号出力時には、画素に対応したフォトダイオードに蓄積された電荷をすべて読み出さなければならない。
【０００７】
さらに、具体的に、画像情報の任意の領域の解像度が可変である従来のＣＣＤセンサを用いた撮像装置について説明する。まずＣＣＤセンサの構成について説明する。図６は、従来の撮像装置におけるＣＣＤセンサのブロック図である。ＣＣＤセンサ６００は、画素ごとに、フォトダイオード６０１と、フォトダイオード６０１と対に設置され、電荷を転送するための垂直ＣＣＤ６０２と、水平ＣＣＤ６０３と、垂直ＣＣＤ６０２と水平ＣＣＤ６０３とで電荷転送された信号を電流出力として出力する出力アンプ６０４を備えている。
【０００８】
次に、ＣＣＤセンサ６００の動作について説明する。撮像装置で被写体を撮影すると、レンズ等の光学手段を介して入射された被写体光が、光電変換を行うためのフォトダイオード６０１で、信号電荷に光電変換される。垂直ＣＣＤ駆動信号入力端６０６から入力された垂直ＣＣＤ駆動信号６０８によって垂直ＣＣＤ６０２が駆動し、フォトダイオード６０１に蓄積された信号電荷が垂直ＣＣＤ６０２に読み出される。垂直ＣＣＤ６０２に読み出された信号電荷は、さらに垂直ＣＣＤ駆動信号６０８によって順次、水平ＣＣＤ６０３へ転送される。水平ＣＣＤ駆動信号入力端６０７から入力された水平ＣＣＤ駆動信号６０９によって駆動した水平ＣＣＤ６０３は、読み出された信号電荷を高速に出力アンプ６０４に送る。出力アンプ６０４で、信号電荷は電流出力であるＣＣＤ信号６１１に変換され、信号出力端６０５から読み出される。
【０００９】
次に、ＣＣＤセンサ６００を備えた撮像装置の動作について図６と図７を用いて説明する。図７は、従来の撮像装置のブロック図である。タイミング発生部７０３は、図６に示す水平ＣＣＤ駆動信号６０９と垂直ＣＣＤ駆動信号６０８を発生し、水平ＣＣＤ駆動信号入力端６０７と垂直ＣＣＤ駆動信号入力端６０６からＣＣＤセンサ６００に入力する。フォトダイオード６０１に蓄積された電荷信号は、垂直ＣＣＤ駆動信号６０８と水平ＣＣＤ駆動信号６０９に応じて、順次ＣＣＤ信号６１１として、ＣＣＤセンサ６００から信号出力端６０５を介して出力され、信号処理部７０２へ送られる。信号処理部７０２ではＣＣＤ信号６１１に、色分離、ホワイトバランス処理、ガンマ補正、アパーチャー処理、ゲインコントロール処理、オフセットコントロール処理など一般的な撮像信号処理を施し、多値化された信号を生成する。
【００１０】
生成された１画面分の信号は、メモリ制御部７０６を通じてメモリ７０５へ記録される。１画面分の信号のうちの任意の領域の解像度を変更するためには、あらかじめ、領域とその解像度をタイミング発生部７０３へ設定しておく。タイミング発生部７０３は、領域とその解像度をメモリ制御部７０６に指示する。それをもとに、メモリ制御部７０６では、解像度を下げて読み出す部分に関してはフィルタ処理を施しデータ量を削減する。また解像度を上げて読み出す部分に関しては、ＣＣＤセンサ６００から読み出された信号をそのまま出力する。この信号を信号出力端７０４から出力し、１画面中の任意の領域ごとに解像度が異なる画像を得る。
【００１１】
また、例えば、上記以外にも、多数解像度能力を有する撮像素子が特許文献１に開示されている。この撮像素子は、信号対ノイズ比が調節可能な多数解像度能力を有する撮像素子であって、多数解像度信号処理機能性は、高速度撮像を達成するよう同一チップ上に提供され、無関係のおよびピックアップされたノイズ全てが除去されるように配置された全差動回路を持つ改良された画素ビニング手法を用いている。
【００１２】
【特許文献１】
特表２００２−５０７８６３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では１画面中に複数の解像度を有する画像を得るには一旦、撮像デバイスからすべての画素信号を読み出し、少なくとも１画面の信号をメモリに蓄える必要がある。そのため、容量の大きなメモリが必要になる。
【００１４】
また、撮像デバイスは、出力アンプの周波数特性と水平駆動信号の周波数特性により、動作周波数の上限が制限されるため、画素数が多くなってくるとすべての画素信号を読み出すまでに時間がかかり、撮像できるフレームレートを遅くしなければならないという問題がある。
【００１５】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、小容量のメモリで、フレームレートを低下させずに、任意の領域において異なる解像度の画像を出力できるＭＯＳ型固定撮像素子およびこれを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＭＯＳ型固体撮像素子は、画素ごとにフォトダイオードとアンプとを有するＭＯＳ型固体撮像素子であって、画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とに応じて、読み出す画素を選択する選択信号の信号間隔の粗密を決定する範囲指定部と、前記範囲指定部からの指示に応じた前記選択信号を出力することで、全ての画素の中から選択された画素にのみ前記選択信号を送る選択部とを備え、前記選択信号が入力された画素の前記アンプは、前記画素の前記フォトダイオードに蓄積された電荷を画素信号として出力する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のＭＯＳ型固体撮像素子は、１画面内に解像度の異なる領域を有する画像を読み出すために、選択信号の信号間隔を変えて、読み出す画素数を変更するため、出力される画素信号が、全画素数以下になる。それにより、撮像装置は、画素数分のメモリを配置しなくてもよく、メモリを小容量化することができ、フレームレートを低下させる必要もない。また、撮像装置は、メモリを持たない構成とすることもできる。
【００１８】
また、好ましくは、前記画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とを、あらかじめ記憶している記憶部をさらに備えている。それにより、範囲指定部の回路の実現性が容易であり、回路の簡略化が可能となる。そのため、チップサイズが低減でき低コストで実現できる
また、好ましくは、前記範囲指定部に指示される、画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とは、外部から、動的に変更される。それにより、解像度が異なる領域が画面内で動く場合に有効である。例えば、画面内で人物が動き、その動作に応じて解像度が異なる領域がアクティブに変化させることができる。このため、監視カメラ等に用いて使用する場合、人物特定などに有効である。
【００１９】
また、好ましくは、前記画素ごとに色フィルタをさらに備えている。それにより、色成分を有する画素信号においても、読み出す画素数を減少させるため、撮像装置は、画素数分のメモリを配置しなくてもよく、メモリを小容量化することができ、フレームレートを低下させる必要もない。また、撮像装置は、メモリを持たない構成とすることもできる。
【００２０】
また、好ましくは、前記画素全体において、解像度を低下させる領域では、同一の色成分を有する前記画素信号は混合または平均化して出力する。それにより、解像度を低下させる領域においてＭＯＳセンサ内で画素混合または、平均化を行うことで空間ＬＰＦが施された信号となり、折り返しノイズが低減された良好な画像を得ることができる。
【００２１】
また、外部に、画像信号を出力する際に、前記画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とを表わす情報を付加して出力してもよい。
【００２２】
また、本発明の撮像装置は、上述のＭＯＳ型固体撮像素子を備えている。それにより、１画面内に解像度の異なる領域を有する画像を読み出すために、選択信号の粗密の信号間隔を変えて、読み出す画素数を変更することができる。そのため、出力される信号が、全画素数以下になり、画素数分のメモリを配置しなくてもよく、メモリを小容量化することができ、フレームレートを低下させる必要もない。また、撮像装置は、メモリを持たない構成とすることもできる。
【００２３】
また、本発明の撮像装置は、上述のＭＯＳ型固体撮像素子を備え、前記ＭＯＳ型固体撮像素子から出力される前記画像信号の、解像度の異なる領域の境界にフィルタ処理を施すフィルタ部を備え、前記フィルタ部は、前記画像信号に付加された、前記情報に応じて、前記粗密さの間隔に連携してタップ係数を変更する。それにより、画像中の解像度の切り替わり領域に生じる、周波数特性の不連続による画像の歪みを、滑らかな画像にすることができる。
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を用いて説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るＭＯＳ型固定撮像素子およびこれを備えた撮像装置について説明する。図１は実施の形態１に係る撮像装置のＭＯＳセンサのブロック図である。
【００２６】
ＭＯＳセンサ１００は、フォトダイオード１０１、画素アンプ１０２、水平読み出し部１０３、水平選択切り替え回路１０４、水平選択回路１０５、水平範囲指定回路１０６、水平範囲指定入力信号端１０７、垂直選択回路１０９、垂直範囲指定回路１１０、垂直範囲指定入力信号端１１１、出力アンプ１１２、信号出力端１１３を備えている。
【００２７】
フォトダイオード１０１と、それと対をなす画素アンプ１０２が、画素１１７ごとに配置されている。フォトダイオード１０１は、レンズ等の光学手段（図示せず）によって、被写体から得た光を光電変換する。画素アンプ１０２は、フォトダイオード１０１が光電変換によって、蓄積した電荷を画素信号に変換する。
【００２８】
画素１１７の列ごとに配置された水平読み出し部１０３はそれぞれ、一列分の画素アンプ１０２と接続され、列状に配置された画素１１７から画素信号を読み出す。水平選択切り替え回路１０４は列状に配置された画素１１７から読み出された画素信号を列ごとに切り替える。
【００２９】
水平選択回路１０５は、読み出す画素の画素信号を列ごとに選択するための水平選択信号１１４を出力する。水平選択信号１１４は水平読み出し部１０３に送られる。
【００３０】
水平範囲指定回路１０６は、水平範囲指定信号入力端１０７から入力される水平範囲指定信号１１５をもとに、水平選択信号１１４の信号間隔の粗密を決定し、水平選択回路１０５に指示する。水平範囲指定信号１１５は、画像における水平方向の解像度の異なる範囲と、その範囲の解像度を指定する信号である。水平選択信号１１４の信号間隔の粗密は、水平選択回路１０５が水平選択信号１１４を生成するために必要である。
【００３１】
垂直選択回路１０９は、画素１１７の行ごとに接続されている。垂直選択回路１０９は、読み出す画素の画素信号を行ごとに選択するための垂直選択信号１０８を出力し、各行ごとの画素アンプ１０２に送る。
【００３２】
垂直範囲指定回路１１０は、垂直範囲指定信号入力端１１１から入力される垂直範囲指定信号１１６をもとに、垂直選択信号１０８の信号間隔の粗密を決定し、垂直選択回路１０８に指示する。垂直範囲指定信号１１６は、画像における垂直方向の解像度の異なる範囲と、その範囲の解像度を指定する信号である。垂直選択信号１０８の信号間隔の粗密は、垂直選択回路１０９が垂直選択信号１０８を生成するために必要である。
【００３３】
出力アンプ１１２は、画素信号をＭＯＳセンサ信号１１８（画像信号）として読み出すためのものであり、ＭＯＳセンサ信号１１８は信号出力端１１３から出力される。
【００３４】
ＭＯＳセンサ１００の動作について説明する。まず、被写体光が光電変換され、フォトダイオード１０１に蓄積された信号電荷のうち、垂直選択信号１０８および水平選択信号１１４によって選択された、読み出す画素の画素信号が水平読み出し部１０３を通じて出力アンプ１１２からＭＯＳセンサ信号１１８として読み出され、信号出力端１１３より出力される。
【００３５】
読み出す画素を選択する際、画像において解像度を異なる範囲と、その範囲の解像度は、垂直範囲指定信号１１６と水平範囲指定信号１１５によって垂直範囲指定回路１１０と水平範囲指定回路１０６に入力される。垂直範囲指定回路１１０と水平範囲指定回路１０６では、それらをもとに垂直選択信号１０８および水平選択信号１１４の信号間隔の粗密の程度を垂直選択回路１０９および水平選択回路１０５に指示する。垂直選択回路１０９および水平選択回路１０５によって垂直選択信号１０８および水平選択信号１１４が出力され、読み出す画素を選択することができる。
【００３６】
例えば、解像度が低くてもよい領域の画素信号は、全ての画素から読み出すのではなく、行方向および列方向の少なくとも一方向において、１画素おきに画素を選択して読み出す。つまり、解像度の低い領域においては、画素を間引きして画素信号を読み出すことになる。また、高い解像度が必要な領域においては、その領域すべての画素の画素信号を読み出すようにすればよい。このようにすることで、ＭＯＳセンサ１００から出力されるＭＯＳセンサ信号１１８のデータ量は、１画面の全画素分よりも小さくなるので、小容量のメモリに記憶することができる。
【００３７】
図２は、実施の形態１に係るＭＯＳセンサの各選択信号のタイミングチャートを示している。図２を用いて、具体的な選択信号のタイミングチャートについて説明する。なお、選択信号は、垂直選択信号であっても水平選択信号であっても、画像の列か行かの違いだけであるので、同様のタイミングチャートとなる。図２のタイミングチャートは、１画面の画像における任意位置のＮ番目の画素を起点に、読み出す画素数を１／２にして解像度を低くした領域と、すべての画素を読み出し、解像度が等倍である領域とが存在する場合の選択信号のタイミングチャートである。なお、Ｎは自然数である。Ｎ番目の画素からＮ＋１７番目の画素まで順次読み出されるとする。図２において、横軸は時間軸である。すなわち、選択信号２０１ａ〜２０１ｒの順で信号が出力される。画素を１／２に間引いて（の解像度で）読み出す領域における選択信号２０１ａ〜２０１ｆは、連続ではなく次段の信号との間に１パルス分、間を置いて入力されている。一方、画素を等倍の解像度で読み出す領域の選択信号２０１ｇ〜２０１ｍは、間を置かずに連続して入力されている。さらに、選択信号２０１ｎ〜２０１ｒは、再び画素を１／２の解像度で読み出す領域なので、選択信号２０１ａ〜２０１ｆと同様に、次段の信号との間に１パルス分、間を置いて入力されている。
【００３８】
選択信号が入力された画素の画素信号は出力されるが、例えば選択信号２０１ａと選択信号２０１ｂとの間は、１パルス空いているので、選択信号２０１ａで出力された画素に隣接する画素の画素信号は出力されず、さらに隣の画素の画素信号が選択信号２０１ｂで出力される。このようにして、画素が１／２間引きされ、この領域の解像度は１／２となる。なお、選択信号２０１ｇ〜２０１ｍは、間を置かずに入力されているので、連続して隣接する画素の画素信号が出力されるので解像度は落ちない。
【００３９】
次に、さらに具体的に、水平選択信号と垂直選択信号の両方を考慮して説明する。図３は実施の形態１に係るＭＯＳセンサの各画素の水平選択信号および垂直選択信号のタイミングチャートと画素との関係を示す説明図である。図３において、垂直選択回路１０９および水平選択回路１０５から垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇおよび水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊが各画素アンプに入力され、入力された画素からは画素信号が出力される。
【００４０】
水平選択信号１１４ａが入力されてから１パルス空いて、水平選択信号１１４ｂが入力され、さらに水平選択信号１１４ｉまでは連続で入力され、水平選択信号１１４ｉが入力されてから１パルス空いて、水平選択信号１１４ｊが入力されている。また、垂直選択信号１０８ａが入力されてから１パルス空いて、垂直選択信号１０７ｂが入力され、垂直選択信号１０８ｅまでは連続で入力され、垂直選択信号１０８ｅが入力されてから１パルス空いて、垂直選択信号１０８ｆが、さらに１パルス空いて、垂直選択信号１０８が入力されている。以上のように、垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇおよび水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊによって、読み出す画素が選択される。読み出し対象の画素の粗と密の箇所を作ることで、画素部３０１において、領域ごとに異なる解像度を有する。
【００４１】
ＭＯＳセンサの画素部３０１は、各画素１１７が配列されてなる。垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇの入力で行が選択され、水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊの入力で列が選択され、各入力に対する画素１１７から画素信号が出力される。各画素１１７のうち、図３中でドットを付した画素が、画素信号を出力し、それ以外の画素１１７は、画素信号を出力しない。領域３０４においては、全ての画素が選択され画素信号が出力される。しかし、それ以外の領域は、１／２の画素が間引かれているため、解像度は１／２となる。このようにして、領域３０４の全画素信号と、それ以外の領域に関しては、１／２に間引かれた画素信号とが、出力アンプから映像信号として出力される。このときに、垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇおよび水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊの粗、密の情報がヘッダ情報として、ＭＯＳセンサ信号に付加されるようにしてもよい。それにより、画像情報を受け取った機器で粗密の情報を有効利用した表示等ができる。
【００４２】
また、領域３０４は、撮影される被写体によって動的に変化することも可能であり、例えば、被写体の人物の動きによって、領域３０４を自動的に移動させることも可能である。
【００４３】
また、実施の形態１では、領域３０４が長方形であるが、曲線で囲まれた領域でも設定可能であり、ペン入力やテンプレート入力などの領域指定を用いることもできる。また、垂直選択信号１０８ａ〜１０８ｇおよび水平選択信号１１４ａ〜１１４ｊの、周波数成分を変更することで解像度を変化させているが、例えば、２値化（白黒表示）、色変換、表示／非表示の領域指定などの用途と組み合わせてもよい。
【００４４】
なお、解像度を下げる領域においては、一行または一列置きに読み出す画素を選択したが、二行または二列以上置きに、読み出す画素を選択してもよく、そうすることで、解像度を元の１／２よりも小さくすることができる。
【００４５】
なお、画素の粗密の範囲とその程度は固定であってもよく、その場合は、水平範囲指定回路１０６と垂直範囲指定回路１１０が記憶部（図示せず）を備え、粗密の範囲とその程度を記憶しておけばよい。それによって、回路構成を簡略化することができ、コストを下げることができる。
【００４６】
また、外部から画素の粗密の範囲とその程度を動的に変更できるようにしてもよい。例えば、ＭＯＳセンサ１００内のレジスタで、外部からプログラミングすることで任意の範囲において、任意の解像度を自由に変更することが可能である。
【００４７】
次に、上述のＭＯＳセンサ１００を備えた実施の形態１に係る撮像装置について説明する。図４は、実施の形態１に係る撮像装置のブロック図である。
【００４８】
撮像装置は、ＭＯＳセンサ１００と、ＭＯＳセンサ１００から出力された出力信号を色分離、ホワイトバランス処理、ガンマ補正、アパーチャー処理、ゲインコントロール処理、オフセットコントロール処理など一般的な撮像信号処理を施し、多値化された信号を生成する信号処理部４０２と、ＭＯＳセンサ１００の駆動信号を発生するためのタイミング発生部４０４と、解像度の異なる領域の境界に対してフィルタ処理を施すための境界領域フィルタ部４０３と、信号出力端４０５とを備えている。
【００４９】
解像度が異なる領域の境界部分の画素信号は、タイミング発生部４０４から境界領域フィルタ部４０３へ信号として渡し、その境界部分が解像度的に滑らかになるようにあらかじめ指定されたフィルタ特性で境界部分のフィルタ処理を行う。フィルタ特性は周波数成分の歪みを低減するための空間フィルタである。ＭＯＳセンサ信号に付加された水平選択信号１１４または垂直選択信号１０８の粗密の程度に応じて、フィルタのタップ係数が変更される。つまり、水平選択信号１１４または垂直選択信号１０８の間隔が粗くなる場合、解像度は低くなるため、空間フィルタの周波数特性においてカットオフ周波数が低くなるように、タップ係数を調整する。
【００５０】
また、水平選択信号１１４または垂直選択信号１０８の間隔が密になる場合、解像度は高くなるため、空間フィルタの周波数特性が高くなるようにする。つまり、カットオフ周波数が、入力信号のナイキスト周波数の１／２に設定されるようにする。それにより、解像度が異なる領域の境界が目立たなくなり、良好な画像を得ることできる。
【００５１】
なお、本実施の形態のＭＯＳセンサは、任意の領域で解像度を可変とするとしたが、可変とせず全画素の信号を読み出すことも可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る撮像装置について図を用いて説明する。実施の形態２の撮像装置は、実施の形態１の撮像装置のＭＯＳセンサのフォトダイオードに、色信号を生成するための色フィルタが形成された構成である。したがって、実施の形態２のＭＯＳセンサおよび撮像装置のブロック図は、図１および図４と同様である。
【００５３】
色フィルタが形成されている場合は、出力される画素信号の順序は、解像度を変えたときと変えないときで同一の読み出し順序とするため、隣接する２画素または２ラインごとに間引きもしくは、混合もしくは平均化することで、解像度を低下させることができる。ＭＯＳセンサ内で混合もしくは平均化して画素を読み出すことで、解像度を落として読み出した部分について空間ＬＰＦ効果が施されたＭＯＳセンサ信号を得ることができる。したがって、折り返しノイズが低減された良好な画像を出力することができる。
【００５４】
そこで、注目画素の周囲に配置された同一色の色フィルタに対応した信号成分を混合して、解像度を変更した場合の動作説明を図５を用いておこなう。図５は実施の形態２に係るＭＯＳセンサの各画素の水平選択信号および垂直選択信号のタイミングチャートと画素との関係を示す説明図である。
【００５５】
ＭＯＳセンサの画素部５０１は、各画素５１７が図５に示すように配列されてなる。また、各画素５１７には、図５に示すように、ＲＧＢの各色フィルタが形成され、色信号を生成する。垂直選択回路５０９から各画素５１７の画素アンプに入力される垂直選択信号５０８ａ〜５０８ｇで行が選択される。水平選択回路５０５から各画素５１７の画素アンプに入力される水平選択信号５１４ａ〜５１４ｊで列が選択される。各入力に対する画素５１７から画素信号が出力される。
【００５６】
画素部５０１の領域５０４について解像度を上げて読み出す場合、水平選択信号５１４ａ〜５１４ｊにおいては、解像度を上げて読み出す領域５０４に対応する水平選択信号５１４ｃ〜５１４ｇは信号間隔を密にする。領域５０４に含まれない部分については、解像度を１／２に下げて読み出しを行うため、水平選択信号５１４ａ〜５１４ｃ、５１４ｈ〜５１４ｊの信号間隔を粗にする。この際、注目画素の周囲に配置された同一色成分の画素は同時に読み出し、画素信号の読み出し部で混合する。
【００５７】
また、垂直選択信号５０８も同様に領域５０４について解像度を上げて読み出す場合は、垂直選択信号５０８ｃ〜５０８ｅであり、解像度を１／２に下げて読み出す選択信号は５０８ａ〜５０８ｂ、５０８ｆ〜５０８ｇである。垂直選択信号でも、同一色成分の色フィルタが形成されている画素を同時に読み出し、画素信号の読み出し部で混合する。
【００５８】
このようにして解像度を下げて読み出す領域においては、同一色成分の色フィルタが形成された画素信号を混合して読み出してもよい。そうすることで、良好な画像を出力することができる。なお、色フィルタは、原色のＲＧＢ以外の補色などの色フィルタであっても同様にして、同一色成分の色フィルタが形成された画素信号を混合または平均化して読み出すことができ、同様の効果を奏する。
【００５９】
なお、実施の形態２の撮像装置は、上述した色フィルタを有するＭＯＳセンサを用いて、図４に示す撮像装置を構成すればよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明のＭＯＳ型固定撮像素子およびこれを備えた撮像装置によれば、メモリを小容量化することができ、フレームレートを低下させずに、任意の領域において異なる解像度の画像を出力できる。また、撮像装置は、メモリを持たない構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像装置のＭＯＳセンサのブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係るＭＯＳセンサの各選択信号のタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態１に係るＭＯＳセンサの各画素の水平選択信号および垂直選択信号のタイミングチャートと画素との関係を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態１に係る撮像装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態２に係るＭＯＳセンサの各画素の水平選択信号および垂直選択信号のタイミングチャートと画素との関係を示す説明図
【図６】従来の撮像装置におけるＣＣＤセンサのブロック図
【図７】従来の撮像装置のブロック図
【符号の説明】
１００ ＭＯＳセンサ
１０１ フォトダイオード
１０２ 画素アンプ
１０３ 水平読み出し部
１０４ 水平選択切り替え回路
１０５、５０５ 水平選択回路
１０６ 水平範囲指定回路
１０７ 水平範囲指定入力端
１０８、１０８ａ〜１０８ｇ、５０８ａ〜５０８ｇ 垂直選択信号
１０９、５０９ 垂直選択回路
１１０ 垂直範囲指定回路
１１１ 垂直範囲指定入力端
１１２ 出力アンプ
１１３ 信号出力端
１１４、１１４ａ〜１１４ｊ、５１４ａ〜５１４ｊ 水平選択信号
１１５ 水平範囲指定信号
１１６ 垂直範囲指定信号
１１７、５１７ 画素
１１８ 映像信号
２０１ａ〜２０１ｒ 選択信号
３０１、５０１ 画素部
３０４、５０４ 領域
４０２ 信号処理部
４０３ フィルタ部
４０４ タイミング発生部
４０５ 信号出力端
６００ ＣＣＤセンサ
６０１ フォトダイオード
６０２ 垂直ＣＣＤ
６０３ 水平ＣＣＤ
６０４ 出力アンプ
６０５ 信号出力端
６０６ 垂直ＣＣＤ駆動信号入力端
６０７ 水平ＣＣＤ駆動信号入力端
６０８ 垂直ＣＣＤ駆動信号
６０９ 水平ＣＣＤ駆動信号
６１０ 画素
６１１ 映像信号
７０２ 信号処理部
７０３ タイミング発生部
７０４ 信号出力端
７０５ メモリ
７０６ メモリ制御部
Claims (8)
- 画素ごとにフォトダイオードとアンプとを有するＭＯＳ型固体撮像素子であって、
画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とに応じて、読み出す画素を選択する選択信号の信号間隔の粗密を決定する範囲指定部と、
前記範囲指定部からの指示に応じた前記選択信号を出力することで、全ての画素の中から選択された画素にのみ前記選択信号を送る選択部とを備え、
前記選択信号が入力された画素の前記アンプは、前記画素の前記フォトダイオードに蓄積された電荷を画素信号として出力する、ＭＯＳ型固体撮像素子。 - 前記画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とを、あらかじめ記憶している記憶部をさらに備えている、請求項１に記載のＭＯＳ型固体撮像素子。
- 前記範囲指定部に指示される、画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とは、外部から、動的に変更される、請求項１に記載のＭＯＳ型固体撮像素子。
- 前記画素ごとに色フィルタをさらに備えた、請求項１に記載のＭＯＳ型固体撮像素子。
- 前記画素全体において、解像度を低下させる領域では、同一の色成分を有する前記画素信号は混合または平均化して出力する、請求項４に記載のＭＯＳ型固体撮像素子。
- 外部に、画像信号を出力する際に、前記画像における解像度の異なる範囲と、前記範囲の解像度とを表わす情報を付加して出力する、請求項１に記載のＭＯＳ型固体撮像素子。
- 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のＭＯＳ型固体撮像素子を備えた、撮像装置
- 請求項６に記載のＭＯＳ型固体撮像素子を備えた撮像装置であって、
前記ＭＯＳ型固体撮像素子から出力される前記画像信号の、解像度の異なる領域の境界にフィルタ処理を施すフィルタ部を備え、
前記フィルタ部は、前記画像信号に付加された、前記情報に応じて、前記粗密さの間隔に連携してタップ係数を変更する、撮像装置。
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