JP2004235691A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像装置の消費電力の削減を図る。
【解決手段】マトリクス配列された複数の受光素子によって被写体の入射光像を光電変換して電荷を蓄積する受光部と、上記受光部に蓄積された画素電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部と、上記垂直転送部から転送された画素電荷を水平方向に転送する水平転送部と、上記垂直転送部を駆動する垂直転送クロックを生成して上記垂直転送部に供給するとともに、上記水平転送部を駆動する水平転送クロックH1を生成して上記水平転送部に供給するタイミング制御部と、上記水平転送部から出力された画素電荷列を所定の撮像信号に変換する信号処理部とを備え、上記タイミング制御部は、1フレーム期間内の任意の期間に水平転送クロックH1を供給しない休止期間を設ける。
【選択図】 図2
【解決手段】マトリクス配列された複数の受光素子によって被写体の入射光像を光電変換して電荷を蓄積する受光部と、上記受光部に蓄積された画素電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部と、上記垂直転送部から転送された画素電荷を水平方向に転送する水平転送部と、上記垂直転送部を駆動する垂直転送クロックを生成して上記垂直転送部に供給するとともに、上記水平転送部を駆動する水平転送クロックH1を生成して上記水平転送部に供給するタイミング制御部と、上記水平転送部から出力された画素電荷列を所定の撮像信号に変換する信号処理部とを備え、上記タイミング制御部は、1フレーム期間内の任意の期間に水平転送クロックH1を供給しない休止期間を設ける。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像装置に関し、特に携帯情報機器(携帯パソコン)や携帯電話機などの携帯端末装置に搭載するのに適した低消費電力の撮像素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
消費電力の低減を図った従来の撮像装置としては、静止画を撮影する静止画撮影モードと動画を撮影するための動画撮像モードのそれぞれの撮像モードに応じて垂直駆動信号および水平駆動信号の電圧値を変化させ、それぞれの撮像モードに適した電圧の垂直駆動信号および水平駆動信号を撮像素子に供給するものがあった(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、消費電力の低減を図った従来の他の撮像装置としては、水平走査ブランキング期間中は、撮像素子で撮像された画像信号の信号処理回路に電力を供給しないように制御しているものがあった(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
従来の撮像装置では、CCD撮像素子においての水平転送クロックによる消費電力P1は、
P1=f×C×V2…(1)
である。ここで、fは水平転送クロックの周波数、CはCCD水平転送部の静電容量、Vは水平転送クロックの電圧値である。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−57653号公報(図1)
【特許文献2】
特開平9−154065号公報(図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CCD撮像素子では、垂直転送クロック周波数=水平転送クロック周波数/水平画素数であるので、水平画素数が多くなると、水平転送クロック周波数が垂直転送クロック周波数よりも例えば2桁以上大きくなり、上記(1)式において水平転送クロック周波数fの項がV2の項よりの大きくなるので、水平転送クロック周波数fについて何ら改善がなされていない上記従来の撮像装置では、十分な消費電力削減を実現することができないという課題があった。
【0007】
この発明は、このような従来の課題を解消するためになされたものであり、水平画素数が多い撮像素子においても消費電力の削減を図ることが可能な撮像装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の撮像装置は、
複数の受光素子(フォトダイオード)によって、被写体の入射光像を光電変換し、その電荷を蓄積する受光部と、
上記受光部に蓄積された画素電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部と、
上記垂直転送部から転送された画素電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
上記垂直転送部を駆動する垂直転送クロックを生成して上記垂直転送部に供給するとともに、上記水平転送部を駆動する水平転送クロックを生成して上記水平転送部に供給するタイミング制御部と、
上記水平転送部から出力された画素電荷列を所定の撮像信号に変換する信号処理部と
を備え、
上記タイミング制御部は、上記タイミング制御部は、1フレーム期間内の任意の期間に上記水平転送クロックを供給しない休止期間を設ける
ことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1を示す撮像装置のブロック図である。この実施の形態1の撮像装置は、撮像素子1と、垂直CCD駆動信号ドライブ部2と、撮像システム制御部3と、撮像信号処理部4とを備えている。
【0010】
撮像システム制御部3は、画素クロックをカウントする水平カウンタと、上記水平カウンタが所定のカウント値に達して出力されるキャリーをカウントする垂直カウンタとを有する。
【0011】
この撮像システム制御部3は、垂直転送制御パルスφV1,φV2,φV3,φV4、読み出し制御パルスφTG1,φTG3、および電子シャッター制御パルスφOFDを生成し、これらのパルスを垂直CCD駆動信号ドライブ部2に供給する。
【0012】
また、撮像システム制御部3は、水平転送クロックH1,H2およびリセットゲートクロックRSを生成し、これらのクロックを撮像素子1に供給する。
【0013】
また、撮像システム制御部3は、CDS用黒レベルサンプルホールドパルスSHP、CDS用信号レベルサンプルホールドパルスSHD、A/DクロックADCLK、ブランキング信号PBLK、OB(光学的黒)レベル検出パルスCPOBを生成し、これらを撮像信号処理部4に供給する。
【0014】
さらに、撮像システム制御部3は、水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックを有し、このマスクブロックによって、1フレーム期間の内、任意の水平ライン期間でのみ水平転送クロックH1,H2を供給し、残りの水平ライン期間では水平転送クロックH1,H2の供給を休止することができる。さらに、上記マスクブロックによって、それぞれの水平1ライン期間の内、任意の期間でのみ水平転送クロックH1,H2を供給し、残りの期間では水平転送クロックH1,H2を供給を休止することができる。
【0015】
垂直CCD駆動信号ドライブ部2は、撮像システム制御部3からの垂直転送制御パルスφV1,φV2,φV3,φV4、読み出し制御パルスφTG1,φTG3、および電子シャッター制御パルスφOFDを高圧駆動し、垂直転送クロックV1,V2,V3,V4および電子シャッターパルスOFDを撮像素子1に供給する。なお、読み出し制御パルスφTG1,φTG3を高圧駆動した読み出しパルスは、垂直転送クロックV1,V3に重畳されて撮像素子1に供給される。
【0016】
撮像素子1は、垂直4相駆動水平2相駆動型のインライン型(インターライン型)CCDであり、受光部と、垂直転送部と、水平転送部とを有する。上記受光部は、複数の受光素子(フォトダイオード)によって、被写体の入射光像を光電変換し、その電荷を蓄積する。なお、上記受光部には、上記光像が入射するフォトダイオードからなる受光画素の他に、遮光されたフォトダイオードからなるOBレベル検出画素、およびフォトダイオードが設けられていないダミー画素を含む。
【0017】
上記垂直転送部は、受光部に蓄積された画素電荷を、垂直CCD駆動信号ドライブ部2からの垂直転送クロックV1,V2,V3,V4によって読み出して垂直方向に転送する。
【0018】
上記水平転送部は、上記垂直転送部からの画素電荷を、撮像システム制御部3からの水平転送クロックH1,H2によって水平方向に転送する。水平方向に転送された画素電荷列は、画素電荷信号OSとして撮像信号処理部4に出力される。
【0019】
撮像信号処理部4は、撮像素子1からの画素電荷信号OSを、撮像処理制御部3からのCDS用黒レベルサンプルホールドパルスSHPおよびCDS用信号レベルサンプルホールドパルスSHDによってサンプリングしてCDS処理し、このCDS処理した信号をゲイン調整し、撮像処理制御部3からのA/DクロックADCLKによってA/D変換して、撮像信号CCDOUTを出力する。
【0020】
さらに、撮像信号処理部4は、ブランキング信号PBLKおよび光学的黒レベル検出パルスCPOBによって撮像信号CCDOUTの黒レベルを補正する。
【0021】
図2および図3は撮像システム制御部3においての水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックの構成図である。
【0022】
図2のマスクブロック20には、水平転送制御クロックと、この水平転送制御クロックの反転クロックと、マスク制御信号MASKとが入力される。マスクブロック20において、水平転送制御クロックおよびマスク制御信号MASKは、ORゲートに入力され、このORゲートの出力は、水平転送クロックH1となる。また、水平転送制御クロックの反転クロックおよびマスク制御信号MASKの反転信号は、ANDゲートに入力され、このANDゲートの出力は、水平転送クロックH2となる。
【0023】
また、図3のマスクブロック21には、水平転送制御クロックと、マスク信号MASKとが入力される。マスクブロック21において、水平転送制御クロックおよびマスク制御信号MASKは、ORゲートに入力され、このORゲートの出力は水平転送クロックH1となり、このORゲートの反転出力は水平転送クロックH2となる。
【0024】
マスク制御信号MASKは、撮像システム制御部3内において、水平転送クロックを休止させるマスク期間を保持する設定値に従って、水平カウンタ値(上記水平カウンタのカウント値)および垂直カウンタ値(上記垂直カウンタのカウント値)が上記マスク期間を保持する設定値によって設定された所定値となる期間に生成される。図2のマスクブロック20および図3のマスクブロック21は、このマスク制御信号MASKによって、水平転送クロックH1,H2をマスクする構成である。上記マスク期間を保持する設定値は、例えば、撮像システム制御部3内のROM領域にあらかじめ書き込まれているか、あるいは撮像システム制御部3内のレジスタ領域にメインシステム制御部5から書き込まれる。
【0025】
例えば、マスク期間ではマスク制御信号MASK=“1”(Hレベル)とし、水平転送クロックを休止させない期間ではマスク制御信号MASK=“0”(Lレベル)とすることにより、図2のマスクブロック20または図3のマスクブロック21において、マスク制御信号MASK=“1”の期間に水平転送クロックH1,H2がマスクされ、水平転送クロックの休止期間を設けることが可能となる。
【0026】
マスク制御信号MASK=“1”の期間は、水平カウンタ値および垂直カウンタ値をもとに生成されるので、任意の水平ラインにマスク期間を設定し、任意の水平ライン単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることができる。さらには、水平1ラインの内においても、任意の画素単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることができる。
【0027】
水平転送クロックH1,H2は、画素電荷の転送効率を高くするために、波形の位相を正確に制御する必要がある。図3のマスクブロック21では、水平転送制御クロックをマスク制御信号MASKによって制御してから、水平転送クロックH1,H2を生成することによって、画素電荷の水平転送効率を落とすことなく、休止期間を設けることが可能な構成になっている。
【0028】
なお、水平転送クロックの休止期間を設けるためのマスクブロックの構成は、図2のマスクブロック20および図3のマスクブロック21の構成に限られず、マスク制御信号MASKによって水平転送クロックH1,H2を休止させる構成であれば、任意の構成が可能である。
【0029】
このように実施の形態1の撮像装置では、水平カウンタ値および垂直カウンタ値に応じて生成されるマスク制御信号MASKによって、任意の水平ライン単位および水平1ラインの内の任意の画素単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることが可能である。
【0030】
図4から図6まではこの実施の形態1の撮像装置においての1フレームの駆動タイミングチャートである。
【0031】
図4から図6までにおいて、VCOUNTは、撮像システム制御部3内の垂直カウンタのカウント値(垂直カウンタ値)である。この垂直カウンタ値VCOUNTは、撮像システム制御部3内の画素クロック数をカウントする水平カウンタが所定値HLEN0になるごとに、0からNまでカウントアップし、Nまでカウントアップしたあとは上記水平カウンタが所定値HLEN1になると0にリセットされる。垂直カウンタ値VCOUNT=Nは、撮像素子1の水平ライン数となる。
【0032】
HLEN0は、1垂直カウンタ値当たりの画素クロック数であるとともに、撮像素子1の水平1ライン当たりの画素クロック数である。また、HLEN1はフレームレートを調整するためのフレームレート調整期間(垂直走査ブランキング期間に相当する期間)の画素クロック数である。なお、HLEN1は、HLEN0と同じ値に設定することも、異なる値に設定することも可能である。
【0033】
撮像素子1においての1フレーム期間は、読み出しパルスによって受光部から垂直転送部に画素電荷が読み出される電荷読み出し期間(VCOUNT=0の期間)と、受光画素の電荷(画素データ)を転送するデータ転送期間(VCOUNT=1からVCOUNT=N−3までの期間)と、OBレベル検出画素の電荷(OBデータ)を転送するOB転送期間(VCOUNT=N−2の期間)と、ダミー画素の電荷(ダミーデータ)を転送するダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)と、フレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)とに分けられる。
【0034】
HDは、画素電荷の水平転送期間ごとに出力される水平同期信号である。この水平同期信号HDを基準として、受光部からの電荷の読み出し、または1段の垂直転送およびその垂直転送によって水平転送部に転送された電荷の水平転送がなされる。
【0035】
垂直転送クロックV1は、撮像素子1内の垂直転送部を駆動するための転送クロックであり、他の垂直転送クロックV2,V3,V4とともに、受光部からの電荷の読み出しおよび垂直転送を実現する。
【0036】
水平転送クロックH1は、撮像素子1内の水平転送部を駆動するための転送クロックであり、この水平転送クロックH1の反転クロックである水平転送クロックH2とともに、垂直転送部から転送された画素電荷の水平転送を実現する。
【0037】
図4から図6までにおいては、1垂直カウンタ値当たり2つの水平同期信号HDが出力されており、水平1ライン分の画素電荷の内、最初に奇数列の画素電荷が水平転送され、そのあと偶数列の画素電荷が水平転送される。つまり、VCOUNT=0の期間の1つ目の垂直転送クロックV1によって奇数列の画素電荷が垂直転送部に読み出され、2つ目の垂直転送クロックV1によって偶数列の画素電荷が垂直転送部に読み出される。そして、VCOUNT=1の期間の1つ目の垂直転送クロックV1によって奇数列の画素電荷が垂直転送されて1ライン目の奇数列の画素電荷が垂直転送部から水平転送部に転送され、この1ライン目の奇数列の画素電荷が1つ目の水平転送クロックH1によって水平転送され、そのあと2つ目の垂直転送クロックV1によって偶数列の画素電荷が垂直転送されて1ライン目の偶数列の画素電荷が垂直転送部から水平転送部に転送され、この1ライン目の偶数列の画素電荷が2つ目の水平転送クロックH1によって水平転送される。同様に、VCOUNT=2,3…の期間において、2ライン目,3ライン目の画素電荷がそれぞれ垂直転送および水平転送される。なお、1垂直カウンタ値当り1つの水平同期信号HDを出力することも可能である。この場合には、水平1ライン分の画素電荷が1度に水平転送される。
【0038】
従来の撮像素子においての水平転送クロックによる消費電力P1は、
P1=f×C×V2…(1)
である。ここで、fは水平転送クロックの周波数、Cは水平転送部の静電容量、Vは水平転送クロックの電圧値である。
【0039】
これに対し、この実施の形態1の撮像装置では、任意の水平ラインで水平転送クロックを休止できるので、撮像素子1においての水平転送クロックによる消費電力P2は、
P2=f×C×V2×DT…(2)
である。ここで、DTは、1周期あたりの水平転送クロックの動作期間を全体の周期で割った値であり、水平転送クロック動作期間のデューティである。この実施の形態1の撮像装置では、DT<1となるので、従来の撮像装置よりも水平転送クロックによる消費電力を削減できる。
【0040】
この実施の形態1の撮像装置では、任意の水平ライン単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることが可能であるので、水平転送クロックを必要としない任意の水平ラインで水平転送クロックを休止させることよって、上記DTを低減でき、消費電力を削減できる。さらに、水平転送クロックの休止期間において、水平転送部を用いた処理(例えば画素電荷の混合)をすることが可能となる。なお、この水平転送クロックの休止期間においての水平転送部を用いた処理については、その一例を以下の実施の形態2で説明する。
【0041】
図4では、電荷読み出し期間(VCOUNT=0の期間)、ダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)、およびフレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)において水平転送クロックを休止させている。従って、この図4では、例えばN=9でHLEN0=HLEN1のときに、DT=7/(9+1)となり、30%の消費電力削減が可能である。
【0042】
また、図5では、ダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)のみ、水平転送クロックを休止させ、電荷読み出し期間(VCOUNT=0の期間)およびフレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)では水平転送クロックを動作させている。このように、電荷読み出し期間およびフレーム調整期間で水平転送クロックを動作させることにより、水平転送部の暗電流によるノイズ成分を除去でき、画素電荷信号OSのS/N比の劣化を抑えることができる。なお、電荷読み出し期間で水平転送クロックを動作させ、フレーム調整期間では水平転送クロックを休止させても、水平転送部の暗電流によるノイズ成分を除去できる。
【0043】
また、図6では、ダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)およびフレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)において水平転送クロックを休止させるとともに、ダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)およびフレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)において、通常動作時(1垂直カウンタ値当たり2クロック)の2倍の周波数(1垂直カウンタ値当たり4クロック)の垂直転送クロックを挿入している。このように、ダミー転送期間およびフレーム調整期間に通常動作時の2倍の周波数の垂直転送クロックを挿入することにより、垂直転送部の暗電流によるノイズ成分を水平転送部に転送して除去でき、画素電荷信号OSのS/N比の劣化を抑えることができる。これとともに、ダミー転送期間およびフレーム調整期間において水平転送クロックを休止させることにより、水平転送クロックを垂直転送クロックの周期変更に応じて変更する必要がなく、回路構成を簡略にできる。
【0044】
なお、電荷読み出し期間およびダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)、または電荷読み出し期間およびフレーム調整期間、あるいは電荷読み出し期間とダミー転送期間とフレーム調整期間の内のいずれか1つのみに、水平転送クロックの休止期間を設けることも可能である。
【0045】
図7および図8はこの発明の実施の形態1の撮像装置においての長時間露光動作時の駆動タイミングチャートである。
【0046】
図7および図8において、VDは、通常動作時のフレーム期間ごとに出力される垂直同期信号である。通常動作時には、この垂直同期信号VDを基準として、1フレーム分の電荷の垂直転送および水平転送がなされる。
【0047】
読み出し制御パルスφTGは、垂直CCD駆動信号ドライブ部2において読み出しパルスを生成するための制御パルスであって、図1の読み出し制御パルスφTG1,φTG3に相当する。上記の読み出しパルスは、それぞれ垂直転送クロックV1,V3に重畳されて撮像素子1の垂直転送部に供給され、受光部からの画素電荷の読み出しを実現する。
【0048】
この実施の形態1の撮像装置では、読み出しパルス(読み出し制御パルス)を印加する周期(読み出し周期)を垂直同期信号VDの周期(通常動作時のフレーム周期)の整数倍において任意に変更することにより、長時間露光(受光部においての電荷の長時間蓄積)が可能である。
【0049】
そこで、長時間露光動作時において、読み出しパルスが印加されたVD周期にのみ、水平転送クロックを供給し、続く読み出しパルスが印加されないVD周期では、水平転送クロックを休止させることにより、上記(2)式のDTを低減でき、水平転送クロックによる消費電力を削減できる。
【0050】
長時間露光動作と通常動作の切り換えは、撮像システム制御部3によってなされる。撮像システム制御部3は、露光時間を制御し、この露光時間の設定に応じて、読み出し制御パルスの周期を変更するとともに、水平転送クロックの休止期間を変更する。
【0051】
図7では、読み出し周期は2VD周期であり、水平転送クロックは、読み出しパルスが印加される1VD期間にのみ供給され、読み出しパルスが印加されない残りの1VD期間には休止され、読み出しパルスが印加される1VD期間において電荷の垂直転送および水平転送がなされる。従って、この図7では、DT=VD/2VD=0.5となり、50%の消費電力削減が可能である。
【0052】
また、図8では、読み出し周期は3VD周期であり、水平転送クロックは、読み出しパルスが印加される1VD期間および読み出しパルスが印加される直前の1VD期間には供給され、残りの1VD期間には休止され、読み出しパルスが印加される1VD期間において電荷の垂直転送および水平転送がなされる。このように読み出しパルスが印加される直前の1VD期間に水平転送クロックを供給することにより、垂直転送部および水平転送部の暗電流によるノイズ成分を除去でき、画素電荷信号OSのS/N比の劣化を抑えることができる。この図8では、DT=2VD/3VD=0.66となり、34%の消費電力削減が可能であるとともに、S/N劣化を抑えることが可能となる。
【0053】
なお図7または図8において、図4から図6まで併用することも可能であり、このような併用により、さらに消費電力の削減効率を上げることが可能となる。
【0054】
以上のように実施の形態1によれば、1フレーム期間内の任意の期間に水平転送クロックを供給しない休止期間を設ける(1フレーム期間内の所望の位置に所望の個数および長さの上記休止期間を設ける)ことにより、消費電力を削減することができる。
【0055】
実施の形態2.
図9はこの発明の実施の形態2を示す撮像装置のブロック図である。この実施の形態2の撮像装置は、撮像素子1と、垂直CCD駆動信号ドライブ部2と、撮像システム制御部3と、撮像信号処理部4とを備えている。
【0056】
撮像システム制御部3は、画素クロックをカウントする水平カウンタと、上記水平カウンタが規定のカウント値に達して出力されるキャリーをカウントする垂直カウンタとを有する。
【0057】
この撮像システム制御部3は、垂直転送制御パルスφV1A/B,φV2,φV3A/B,φV4、読み出し制御パルスφTG1A,φTG1B,φTG3A,φTG3B、および電子シャッター制御パルスφOFDを生成し、垂直CCD駆動信号ドライブ部2に供給する。
【0058】
また、撮像システム制御部3は、水平転送クロックH1A,H1B,H1C,H1D,H2A,H2B、リセットゲートクロックRS、およびラインメモリ制御信号LMを生成し、これらを撮像素子1に供給する。さらに、撮像システム制御部3は、画素混合のためのクロックを生成し、この画素混合クロックを水平転送クロックH1A,H1B,H1C,H1D,H2A,H2Bに重畳して撮像素子1に供給する。
【0059】
また、撮像システム制御部3は、CDS用黒レベルサンプルホールドパルスSHP、CDS用信号レベルサンプルホールドパルスSHD、A/DクロックADCLK、ブランキング信号PBLK、およびOB(光学的黒)レベル検出パルスCPOBを生成し、これらを撮像信号処理部4に供給する。
【0060】
さらに、撮像システム制御部3は、水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックを有し、このマスクブロックによって1フレーム期間の内の任意の水平ライン単位および水平1ライン期間の内の任意の画素期間で水平転送クロックH1A,H1B,H1C,H1D,H2A,H2Bの供給を休止する。なお、上記マスクブロックの構成は、例えば上記実施の形態1において説明したマスクブロック20(図2参照)またはマスクブロック21(図3参照)を6相の水平転送クロックに適用したものである。
【0061】
垂直CCD駆動信号ドライブ部2は、撮像システム制御部3からの垂直転送制御パルスφV1A/B,φV2,φV3A/B,φV4、読み出し制御パルスφTG1A,φTG1B,φTG3A,φTG3B、および電子シャッター制御パルスφOFDを高圧駆動し、垂直転送クロックV1A,V1B,V2,V3A,V3B,V4および電子シャッターパルスOFDを撮像素子1に供給する。なお、読み出し制御パルスφTG1A,φTG1B,φTG3A,φTG3Bを高圧駆動した読み出しパルスは、垂直転送クロックV1A,V1B,V3A,V3Bに重畳されて撮像素子1に供給される。
【0062】
撮像素子1は、垂直6相水平6相駆動型のインライン型(インターライン型)CCDであり、受光部と、垂直転送部と、水平転送部と、ラインメモリ部とを有する。上記受光部は、複数の受光素子(フォトダイオード)を有し、被写体の入射光像を光電変換し、その電荷を蓄積する。なお、上記受光部には、上記光像が入射するフォトダイオードからなる受光画素の他に、遮光されたフォトダイオードからなるOBレベル検出画素、およびフォトダイオードが設けられていないダミー画素を含む。
【0063】
上記垂直転送部は、上記受光部に蓄積された画素電荷を、垂直CCD駆動信号ドライブ部2からの垂直転送クロックV1A,V1B,V2,V3A,V3B,V4によって読み出して垂直方向に転送する。
【0064】
上記ラインメモリ部は、上記垂直転送部から転送された水平方向の画素電荷の配列を入れ換えて上記水平転送部に転送する。
【0065】
上記水平転送部は、上記垂直転送部または上記ラインメモリ部からの画素電荷を、撮像システム制御部3からの水平転送クロックH1A,H1B,H1C,H1D,H2A,H2Bによって水平方向に転送する。水平方向に転送された画素電荷列は、画素電荷信号OSとして撮像信号処理部4に出力される。
【0066】
画素電荷が、垂直転送部からラインメモリ部を介して水平転送部に転送されるか、それとも垂直転送部からラインメモリ部を介さずに水平転送部に転送されるかは、ラインメモリ制御信号LMによって制御される。このラインメモリ制御信号信号LMには、ラインメモリ部の動作/非動作を制御するための信号およびラインメモリ部を動作させるためのクロックを含む。
【0067】
この実施の形態2の撮像装置では、受光部から読み出した全ての画素電荷を混合せずに個別に転送および出力する全画素読み出し動作と、受光部から読み出した同じ水平ラインの2画素を混合して転送および出力する画素混合読み出し動作とが可能である。全画素読み出し動作と画素混合読み出し動作の切り換えは、ラインメモリ制御信号LMによって制御される。
【0068】
また、この実施の形態2の撮像装置では、上記実施の形態1と同様に、水平カウンタ値および垂直カウンタ値をもとに生成されるマスク制御信号MASKによって、任意の水平ライン単位および画素単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることが可能である。
【0069】
図10はこの実施の形態2の撮像装置においての画素混合読み出し動作時の駆動タイミングチャートである。なお、図10において、V1は図9のV1A,V1Bに相当する垂直転送クロックであり、H1は図9のH1A,H1B,H1C,H1Dに相当する水平転送クロックである。また、VCOUNT,HLEN0,HLEN1は、上記実施の形態1の図4から図6までのものと同じである。
【0070】
図10では、奇数ラインのみまたは偶数ラインのみの同色の2画素が混合され、2垂直カウンタ値ごとに、受光部の1ライン分の画素数の1/2の数の混合画素の電荷が1度に水平転送され、撮像素子1から出力される。
【0071】
垂直カウンタ値VCOUNTが奇数のときにのみ、水平同期信号HDが生成されるようにして、垂直カウンタ値VCOUNTが偶数のときの水平同期信号HDを間引きしている。これは、例えば、垂直カウンタ値VCOUNTが偶数値の場合と奇数値の場合の水平カウンタ値を切り換えることによって可能となる。
【0072】
画素混合動作時には、読み出しパルスによって1ラインごとに画素電荷を垂直転送部に読み出す。例えば、奇数ラインのみを読み出し、偶数ラインを読み出さない。これによって、画素電荷を1ラインごとに間引くことができる。
【0073】
データ転送期間(VCOUNT=1からVCOUNT=N−1までの期間)では、2垂直カウンタ値の期間において、出力する電荷の数は、全画素読み出し動作時の1/4であるので、2垂直カウンタ値の期間の1/4の期間にのみ水平転送クロックを供給し、残りの3/4の期間では水平転送クロックを休止させる。そして、この休止期間内に、画素混合の処理がなされる。なお、この休止期間には、水平転送クロックの倍周期以上の画素混合クロック(画素混合処理のために水平転送部に供給されるクロック)が挿入される。
【0074】
図10では、垂直カウンタ値VCOUNT=1およびVCOUNT=2の期間の内の1/4の期間でのみ水平転送クロックを供給し、残りの休止期間において画素混合処理をしている。
【0075】
VCOUNT=1およびVCOUNT=2の期間においては、読み出しをしたラインの画素電荷を垂直転送クロックによって垂直転送部から出力し、ラインメモリ制御信号LMによってラインメモリ部を動作させるとともに水平転送部に画素混合クロックを供給して、1ラインの画素電荷列においての同色の2画素の電荷を加算して混合し、この同色2画素の混合電荷列を水平転送部に入れる。
【0076】
そして、水平転送クロックによって上記の画素混合電荷列を水平転送し、出力する。
【0077】
なお、読み出さなかったライン(間引きしたライン)については、垂直転送クロックを2本生成することによって垂直転送部から吐き出すことができる。
【0078】
次のVCOUNT=3およびVCOUNT=4の期間においても、上記VCOUNT=1およびVCOUNT=2の期間と同様に、読み出しをしたラインの画素電荷を垂直転送部から出力し、画素混合して水平転送する。
【0079】
これにより、同色の画素電荷の水平画素混合が可能となり、1フレーム当たりに出力されるライン数は、受光部のライン数の半分に間引かれ、1ライン当たりに出力される画素電荷数は、受光部の1ライン分の画素数の半分に間引かれるので、アスペクト比を変更せずに、1/4に縮小された画像を出力することが可能となる。
【0080】
このように、水平転送クロックの休止期間を設けることにより、上記(2)式のDT≒0.25となり、全画素読み出し動作時の消費電力を基準にすると、約75%の消費電力の削減が可能である。また、画素混合クロックを水平転送クロックの倍周期以上(整数倍の周期)に設定することにより、周波数fは1/2,1/3・・・となり、消費電力換算で、50%、33%・・・の消費電力が削減可能となる。
【0081】
例えば、水平第nラインの赤(R)、緑(G)、青(B)の画素配列が、G(1),R(1),G(2),B(1),G(3),R(2),G(4),B(2)であり、その上下の水平第(n−1)ラインおよび水平第(n+1)ラインの画素配列が、いずれもG(1),B(1),G(2),R(1),G(3),B(2),G(4),R(2)であるときには、Gは垂直方向の同じ列に隣接して配列されているが、RおよびBは垂直方向の同じ列および水平方向の同じラインのいずれにおいても隣接して配列されていない。このため、同色2画素を混合するには、転送部において水平方向または垂直方向の画素配列を入れ換える必要がある。ラインメモリ部は、このような水平ラインにおいての画素配列の入れ換えを可能にするために設けられている。
【0082】
画素混合読み出し動作時の受光部からの画素電荷の読み出しについては、例えば、読み出しパルスによって、第(n−2),n,(n+2)ラインの画素電荷のみ垂直転送部に読み出し、第(n−1),(n+1)ラインの画素電荷は垂直転送部に読み出さないようにすることにより、垂直転送部において第(n−1),(n+1)ラインは画素電荷のない空のラインとなるので、垂直転送クロックによって第(n−2),n,(n+2)ラインの画素電荷のみが垂直転送部から出力され、第(n−1),(n+1)ラインは間引かれることとなる。
【0083】
また、画素混合読み出し動作時の画素混合処理については、例えば、上記第nラインの画素電荷G(1),R(1),G(2),B(1),G(3),R(2),G(4),B(2)の内、G(1),R(1),G(2),B(1)をラインメモリ部に転送し、G(2)をラインメモリ部から水平転送部に転送し、水平転送部を2画素クロックシフトしたあと、G(1)を水平転送部に転送してG(1)+G(2)の加算混合をする。R(1)とR(2)、B(1)とB(2)についても同様である。
【0084】
なお、水平ラインの画素電荷列の順序を入れ換える手段は、上記ラインメモリ部に限定されず、画素混合の手順は上記の例に限定されるものではない。
【0085】
以上のように実施の形態2によれば、水平転送クロックを休止させて消費電力の削減するとともに、水平方向の画素電荷の配列を入れ換えるためのラインメモリ部を設け、水平転送クロックの休止期間において、上記ラインメモリ部によって水平方向の同色2画素を混合することにより、フレームレートを落とさずに画像サイズを変更できる。
【0086】
実施の形態3.
図11は本発明の実施の形態3を示す携帯情報端末装置のブロック図である。この実施の形態3の携帯端末装置は、撮像データを表示する機能、記録する機能、および通信する機能を有する携帯情報機器(携帯パソコン)または携帯電話であって、撮像素子1と、CCD駆動信号ドライブ部2と、撮像システム制御部3と、撮像信号処理部4と、メインシステム制御部5と、メイン信号処理部6と、記録装置7と、表示装置8と、通信装置9とを備えている。
【0087】
図11の実施の形態3の携帯端末装置において、撮像素子1と、CCD駆動信号ドライブ部2と、撮像システム制御部3と、撮像信号処理部4と、メインシステム制御部5と、メイン信号処理部6とは、実施の形態3の撮像装置を構成している。この実施の形態3の撮像装置は、上記実施の形態1または2の撮像装置に、撮像システム制御部3および撮像信号処理部4を設けたものである。言い換えると、実施の形態3の携帯端末装置は、上記実施の形態1または2の撮像装置を搭載して構成したものである。
【0088】
メイン信号処理部6は、メインシステム制御部5よって制御され、撮像信号処理部4から出力された撮像信号CCDOUTを白色補正し(ホワイトバランス機能)、撮像信号CCDOUTの信号レベルを検出して自動露光補正し(AE機能)、撮像信号CCDOUTのOB領域の漏れ電荷量を検出して信号レベルを補正する(スミア・暗電流補正機能)。
【0089】
また、メイン信号処理部6は、メインシステム制御部5よって制御され、モニタモードでの動作時には、撮像信号処理部4から出力された撮像信号CCDOUT、または記録装置7に記録されている撮像データを、表示装置8で表示可能なRGB信号に変換して、表示装置8に出力する。また、メイン信号処理部6は、記録モードでの動作時には、撮像信号CCDOUTを記録装置7に記録可能な撮像データに圧縮変換して、記録装置7に出力する。
【0090】
記録装置7は、記録モード動作時に、メイン信号処理部6で変換された記録フォーマットの撮像データを記録する装置であって、例えばフラッシュメモリ、FDD、HDD、DAT、DV、DVDなどの記録メディアに上記撮像データを記録することが可能である。なお、この記録装置7は、携帯端末装置内に内蔵した構成ならびに外付けの構成などが可能である。
【0091】
表示装置8は、モニタモード動作時に、メイン信号処理部6からのRGB信号を表示する装置であって、動画像表示、静止画像表示、記憶装置に記録された画像データのプレビュー表示などが可能である。
【0092】
通信装置9は、メインシステム制御部5よって制御され、携帯電話方式や無線LAN方式などの無線通信、あるいはUSBやIEEE1394などの有線通信によって、他の通信機能を有する携帯端末装置と、画像データや音声データなどを通信する。
【0093】
メインシステム制御部5は、メイン信号処理部6および通信装置9の動作を制御する。
【0094】
また、メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3からの垂直同期信号VDおよび水平同期信号HDに同期して撮像システム制御部3を制御することによって、撮像装置の電子シャッター動作、AGC(Auto Gain Control)動作、全画素読み出し動作と画素混合読み出し動作の切り換え、長時間露光動作などを制御する。
【0095】
また、メインシステム制御部5は、非同期に撮像システム制御部3を制御することによって、撮像装置の電源投入時のパワーアップシーケンス、電源OFF時のパワーダウンシーケンス、撮像装置のリセット動作などを制御する。
【0096】
また、メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3を制御し、表示装置8の表示解像度などに応じて、水平転送クロックの休止期間を制御させる。例えば、表示装置8の表示解像度が撮像素子1の画素解像度以下であれば、撮像装置を図9のような画素混合読み出し動作に設定する。撮像装置を画素混合読み出し動作に設定することにより、フレームレートを落とさずに撮像信号を表示装置8に表示でき、かつ消費電流を削減できる。また、全画素読み出しした撮像信号を表示装置8の解像度に応じた信号に変換する手段が不要になるので、消費電力を削減できる。また、表示装置8の表示解像度が撮像素子1の画素解像度以上であれば、ユーザの設定などに従って撮像装置を全画素読み出し動作または画素混合読み出し動作に設定する。
【0097】
また、メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3を制御し、ユーザによって設定された画像サイズなどに応じて、水平転送クロックの休止期間を制御させる。例えば、上記画像サイズが画素混合読み出し動作時の画素数以下であれば、撮像装置を画素混合読み出し動作に設定する。撮像装置を画素混合読み出し動作に設定することにより、フレームレートを落とさずに撮像信号を記録装置7に記録でき、かつ消費電流を削減できる。なお、上記画像サイズが画素混合読み出し動作時の画素数以上であれば、撮像装置を全画素読出し動作に設定する。
【0098】
また、メインシステム制御部5は、ユーザによって撮像装置の電源スイッチがONされたか否かおよびOFFされたか否か、ならびにユーザによってシャッタースイッチが押されたか否かなどを検出するとともに、ユーザによって設定された記録画素数を検出し、モニタモードを設定する必要があるか否かおよび記録モードを設定する必要があるか否かを判断し、モニタモードを設定する必要があると判断した場合には、モニタモードを設定し、記録モードを設定する必要があると判断した場合には、上記記録画素数設定値などに応じて記録モードを設定する。
【0099】
メインシステム制御部5は、例えば、ユーザによって撮像装置の電源スイッチがONされてからOFFされるまでの期間の内、ユーザによってシャッタースイッチが押されてから撮像信号の記録を終了するまでの期間に記録モードを設定し、撮像装置の電源スイッチがONされてからユーザによってシャッタースイッチが押されるまでの期間、および撮像信号の記録を終了してから撮像装置の電源スイッチがOFFされるまでの期間にモニタモードを設定する。モニタモードの期間では、撮像信号は表示装置8に表示され、記録モードの期間では、撮像信号は記録装置7に記録される。なお、撮像装置の電源がOFFされている期間はモニタモードおよび記録モードのいずれでもないと判断する。
【0100】
メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3を制御し、モニタモードであるか記録モードであるか(撮像信号を表示するか記録するか)に応じて、水平転送クロックの休止期間を制御させる。また、モニタモード時に動画像を表示し、記録モード時に静止画像を表示する場合には、メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3を制御し、撮像信号を動画表示するか静止画表示をするかに応じて、水平転送クロックの休止期間を制御させる。
【0101】
例えば、モニタモード時に、表示装置8の表示解像度が撮像素子1の画素解像度以下であれば、撮像装置を画素混合読み出し動作に設定し、表示装置8の表示解像度が撮像素子1の画素解像度以上であれば、ユーザの設定などに従って撮像装置を画素画素読み出し動作または画素混合読み出し動作に設定する。
【0102】
また例えば、記録モード時に、ユーザによって設定された画像サイズが画素混合読み出し動作時の画素数以下であれば、撮像装置を画素混合読み出し動作に設定し、上記画素サイズが画素混合読み出し動作時の画素数以上であれば、撮像装置を全画素読出し動作に設定する。
【0103】
あるいは、メインシステム制御部5は、記録モード時の撮像装置の動作を、画素混合読み出し動作または全画素読み出し動作のいすれかユーザによって選択された動作に設定する。これにより、上記記録画素数に応じて撮像装置の動作を自動設定する手段が不要となるので、消費電力を削減できる。
【0104】
図12はメインシステム制御部5においてモニタモードと記録モードを切り換える手順を説明するフローチャートである。図12のステップS1は、システムをモニタモードに設定する必要があるか否かおよびシステムを記録モードに切り換える必要があるか否かを判断する手順であり、ステップS2は、上記ステップS1でモニタモードに設定する必要があると判断した場合に、撮像装置をモニタモードに設定する手順であり、ステップS3は、上記S1で記録モードに切り換える必要があると判断した場合に、システムを記録モードに切り換え設定する手順であり、ステップS4は、記録モードが終了した否かを判断する手順である。
【0105】
ステップS1では、モニタモードに設定する必要があるか否かを判断し、モニタモードに設定する必要があると判断した場合にはステップS2に進む。また、すでにモニタモードに設定されている場合には、記録モードに切り換える必要があるか否かを判断し、記録モードに切り換える必要があると判断した場合にはステップS3に進む。また、モニタモードに設定する必要も記録モードに切り換える必要もないと判断した場合には、ステップS1に戻る。
【0106】
ステップS2では、システムをモニタモードに設定して、上記ステップS1に戻る。モニタモードでは、例えば撮像装置を図9のような画素混合読み出し動作に設定して水平転送クロックを休止させ、消費電力の削減を図る。
【0107】
ステップS3では、システムを記録モードに設定して、撮像信号の記録を開始し、ステップ4に進む。記録モードでは、記録サイズに応じて、例えば撮像装置を全画素読み出し動作または画素混合読み出し動作に設定する。
【0108】
ステップS4では、記録モードを終了した否かを判断し、記録モードを終了しいなければ、このステップS4の戻り、撮像データの記録を終了していれば、上記ステップS1に戻る。
【0109】
以上のように実施の形態3によれば、表示装置の表示解像度、設定された画像サイズ、撮像信号を表示するのか記録するのか、動画像表示をするのか静止画像表示をするのか、などに応じて水平転送クロックの休止期間を制御することにより、動作モードごとに効果的に消費電力を削減できる。
【0110】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、1フレーム期間内の任意の期間に水平転送クロックを供給しない休止期間を設けることにより、消費電力を削減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す撮像装置のブロック図である。
【図2】図1の撮像システム制御部においての水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックの構成図である(その1)。
【図3】図1の撮像システム制御部においての水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックの構成図である(その2)。
【図4】図1の撮像装置においての1フレーム期間の駆動タイミングチャートである(その1)。
【図5】図1の撮像装置においての1フレーム期間の駆動タイミングチャートである(その2)。
【図6】図1の撮像装置においての1フレーム期間の駆動タイミングチャートである(その3)。
【図7】図1の撮像装置においての長時間露光動作時の駆動タイミングチャートである(その1)。
【図8】図1の撮像装置においての長時間露光動作時の駆動タイミングチャートである(その2)。
【図9】この発明の実施の形態2を示す撮像装置のブロック図である。
【図10】図9においての撮像装置においての1フレーム期間の駆動タイミングチャートである。
【図11】この発明の実施の形態3を示す撮像装置のブロック図である。
【図12】図11の撮像装置においての画素混合読み出し動作時の駆動タイミングチャートである。
【符号の説明】
1 撮像素子、 2 CCD駆動信号ドライブ部、 3 撮像システム制御部、 4 撮像信号処理部、 5 メインシステム制御部、 6 メイン信号処理部、 7 記録装置、 8 表示装置、 9 通信装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像装置に関し、特に携帯情報機器(携帯パソコン)や携帯電話機などの携帯端末装置に搭載するのに適した低消費電力の撮像素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
消費電力の低減を図った従来の撮像装置としては、静止画を撮影する静止画撮影モードと動画を撮影するための動画撮像モードのそれぞれの撮像モードに応じて垂直駆動信号および水平駆動信号の電圧値を変化させ、それぞれの撮像モードに適した電圧の垂直駆動信号および水平駆動信号を撮像素子に供給するものがあった(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、消費電力の低減を図った従来の他の撮像装置としては、水平走査ブランキング期間中は、撮像素子で撮像された画像信号の信号処理回路に電力を供給しないように制御しているものがあった(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
従来の撮像装置では、CCD撮像素子においての水平転送クロックによる消費電力P1は、
P1=f×C×V2…(1)
である。ここで、fは水平転送クロックの周波数、CはCCD水平転送部の静電容量、Vは水平転送クロックの電圧値である。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−57653号公報(図1)
【特許文献2】
特開平9−154065号公報(図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CCD撮像素子では、垂直転送クロック周波数=水平転送クロック周波数/水平画素数であるので、水平画素数が多くなると、水平転送クロック周波数が垂直転送クロック周波数よりも例えば2桁以上大きくなり、上記(1)式において水平転送クロック周波数fの項がV2の項よりの大きくなるので、水平転送クロック周波数fについて何ら改善がなされていない上記従来の撮像装置では、十分な消費電力削減を実現することができないという課題があった。
【0007】
この発明は、このような従来の課題を解消するためになされたものであり、水平画素数が多い撮像素子においても消費電力の削減を図ることが可能な撮像装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の撮像装置は、
複数の受光素子(フォトダイオード)によって、被写体の入射光像を光電変換し、その電荷を蓄積する受光部と、
上記受光部に蓄積された画素電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部と、
上記垂直転送部から転送された画素電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
上記垂直転送部を駆動する垂直転送クロックを生成して上記垂直転送部に供給するとともに、上記水平転送部を駆動する水平転送クロックを生成して上記水平転送部に供給するタイミング制御部と、
上記水平転送部から出力された画素電荷列を所定の撮像信号に変換する信号処理部と
を備え、
上記タイミング制御部は、上記タイミング制御部は、1フレーム期間内の任意の期間に上記水平転送クロックを供給しない休止期間を設ける
ことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1を示す撮像装置のブロック図である。この実施の形態1の撮像装置は、撮像素子1と、垂直CCD駆動信号ドライブ部2と、撮像システム制御部3と、撮像信号処理部4とを備えている。
【0010】
撮像システム制御部3は、画素クロックをカウントする水平カウンタと、上記水平カウンタが所定のカウント値に達して出力されるキャリーをカウントする垂直カウンタとを有する。
【0011】
この撮像システム制御部3は、垂直転送制御パルスφV1,φV2,φV3,φV4、読み出し制御パルスφTG1,φTG3、および電子シャッター制御パルスφOFDを生成し、これらのパルスを垂直CCD駆動信号ドライブ部2に供給する。
【0012】
また、撮像システム制御部3は、水平転送クロックH1,H2およびリセットゲートクロックRSを生成し、これらのクロックを撮像素子1に供給する。
【0013】
また、撮像システム制御部3は、CDS用黒レベルサンプルホールドパルスSHP、CDS用信号レベルサンプルホールドパルスSHD、A/DクロックADCLK、ブランキング信号PBLK、OB(光学的黒)レベル検出パルスCPOBを生成し、これらを撮像信号処理部4に供給する。
【0014】
さらに、撮像システム制御部3は、水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックを有し、このマスクブロックによって、1フレーム期間の内、任意の水平ライン期間でのみ水平転送クロックH1,H2を供給し、残りの水平ライン期間では水平転送クロックH1,H2の供給を休止することができる。さらに、上記マスクブロックによって、それぞれの水平1ライン期間の内、任意の期間でのみ水平転送クロックH1,H2を供給し、残りの期間では水平転送クロックH1,H2を供給を休止することができる。
【0015】
垂直CCD駆動信号ドライブ部2は、撮像システム制御部3からの垂直転送制御パルスφV1,φV2,φV3,φV4、読み出し制御パルスφTG1,φTG3、および電子シャッター制御パルスφOFDを高圧駆動し、垂直転送クロックV1,V2,V3,V4および電子シャッターパルスOFDを撮像素子1に供給する。なお、読み出し制御パルスφTG1,φTG3を高圧駆動した読み出しパルスは、垂直転送クロックV1,V3に重畳されて撮像素子1に供給される。
【0016】
撮像素子1は、垂直4相駆動水平2相駆動型のインライン型(インターライン型)CCDであり、受光部と、垂直転送部と、水平転送部とを有する。上記受光部は、複数の受光素子(フォトダイオード)によって、被写体の入射光像を光電変換し、その電荷を蓄積する。なお、上記受光部には、上記光像が入射するフォトダイオードからなる受光画素の他に、遮光されたフォトダイオードからなるOBレベル検出画素、およびフォトダイオードが設けられていないダミー画素を含む。
【0017】
上記垂直転送部は、受光部に蓄積された画素電荷を、垂直CCD駆動信号ドライブ部2からの垂直転送クロックV1,V2,V3,V4によって読み出して垂直方向に転送する。
【0018】
上記水平転送部は、上記垂直転送部からの画素電荷を、撮像システム制御部3からの水平転送クロックH1,H2によって水平方向に転送する。水平方向に転送された画素電荷列は、画素電荷信号OSとして撮像信号処理部4に出力される。
【0019】
撮像信号処理部4は、撮像素子1からの画素電荷信号OSを、撮像処理制御部3からのCDS用黒レベルサンプルホールドパルスSHPおよびCDS用信号レベルサンプルホールドパルスSHDによってサンプリングしてCDS処理し、このCDS処理した信号をゲイン調整し、撮像処理制御部3からのA/DクロックADCLKによってA/D変換して、撮像信号CCDOUTを出力する。
【0020】
さらに、撮像信号処理部4は、ブランキング信号PBLKおよび光学的黒レベル検出パルスCPOBによって撮像信号CCDOUTの黒レベルを補正する。
【0021】
図2および図3は撮像システム制御部3においての水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックの構成図である。
【0022】
図2のマスクブロック20には、水平転送制御クロックと、この水平転送制御クロックの反転クロックと、マスク制御信号MASKとが入力される。マスクブロック20において、水平転送制御クロックおよびマスク制御信号MASKは、ORゲートに入力され、このORゲートの出力は、水平転送クロックH1となる。また、水平転送制御クロックの反転クロックおよびマスク制御信号MASKの反転信号は、ANDゲートに入力され、このANDゲートの出力は、水平転送クロックH2となる。
【0023】
また、図3のマスクブロック21には、水平転送制御クロックと、マスク信号MASKとが入力される。マスクブロック21において、水平転送制御クロックおよびマスク制御信号MASKは、ORゲートに入力され、このORゲートの出力は水平転送クロックH1となり、このORゲートの反転出力は水平転送クロックH2となる。
【0024】
マスク制御信号MASKは、撮像システム制御部3内において、水平転送クロックを休止させるマスク期間を保持する設定値に従って、水平カウンタ値(上記水平カウンタのカウント値)および垂直カウンタ値(上記垂直カウンタのカウント値)が上記マスク期間を保持する設定値によって設定された所定値となる期間に生成される。図2のマスクブロック20および図3のマスクブロック21は、このマスク制御信号MASKによって、水平転送クロックH1,H2をマスクする構成である。上記マスク期間を保持する設定値は、例えば、撮像システム制御部3内のROM領域にあらかじめ書き込まれているか、あるいは撮像システム制御部3内のレジスタ領域にメインシステム制御部5から書き込まれる。
【0025】
例えば、マスク期間ではマスク制御信号MASK=“1”(Hレベル)とし、水平転送クロックを休止させない期間ではマスク制御信号MASK=“0”(Lレベル)とすることにより、図2のマスクブロック20または図3のマスクブロック21において、マスク制御信号MASK=“1”の期間に水平転送クロックH1,H2がマスクされ、水平転送クロックの休止期間を設けることが可能となる。
【0026】
マスク制御信号MASK=“1”の期間は、水平カウンタ値および垂直カウンタ値をもとに生成されるので、任意の水平ラインにマスク期間を設定し、任意の水平ライン単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることができる。さらには、水平1ラインの内においても、任意の画素単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることができる。
【0027】
水平転送クロックH1,H2は、画素電荷の転送効率を高くするために、波形の位相を正確に制御する必要がある。図3のマスクブロック21では、水平転送制御クロックをマスク制御信号MASKによって制御してから、水平転送クロックH1,H2を生成することによって、画素電荷の水平転送効率を落とすことなく、休止期間を設けることが可能な構成になっている。
【0028】
なお、水平転送クロックの休止期間を設けるためのマスクブロックの構成は、図2のマスクブロック20および図3のマスクブロック21の構成に限られず、マスク制御信号MASKによって水平転送クロックH1,H2を休止させる構成であれば、任意の構成が可能である。
【0029】
このように実施の形態1の撮像装置では、水平カウンタ値および垂直カウンタ値に応じて生成されるマスク制御信号MASKによって、任意の水平ライン単位および水平1ラインの内の任意の画素単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることが可能である。
【0030】
図4から図6まではこの実施の形態1の撮像装置においての1フレームの駆動タイミングチャートである。
【0031】
図4から図6までにおいて、VCOUNTは、撮像システム制御部3内の垂直カウンタのカウント値(垂直カウンタ値)である。この垂直カウンタ値VCOUNTは、撮像システム制御部3内の画素クロック数をカウントする水平カウンタが所定値HLEN0になるごとに、0からNまでカウントアップし、Nまでカウントアップしたあとは上記水平カウンタが所定値HLEN1になると0にリセットされる。垂直カウンタ値VCOUNT=Nは、撮像素子1の水平ライン数となる。
【0032】
HLEN0は、1垂直カウンタ値当たりの画素クロック数であるとともに、撮像素子1の水平1ライン当たりの画素クロック数である。また、HLEN1はフレームレートを調整するためのフレームレート調整期間(垂直走査ブランキング期間に相当する期間)の画素クロック数である。なお、HLEN1は、HLEN0と同じ値に設定することも、異なる値に設定することも可能である。
【0033】
撮像素子1においての1フレーム期間は、読み出しパルスによって受光部から垂直転送部に画素電荷が読み出される電荷読み出し期間(VCOUNT=0の期間)と、受光画素の電荷(画素データ)を転送するデータ転送期間(VCOUNT=1からVCOUNT=N−3までの期間)と、OBレベル検出画素の電荷(OBデータ)を転送するOB転送期間(VCOUNT=N−2の期間)と、ダミー画素の電荷(ダミーデータ)を転送するダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)と、フレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)とに分けられる。
【0034】
HDは、画素電荷の水平転送期間ごとに出力される水平同期信号である。この水平同期信号HDを基準として、受光部からの電荷の読み出し、または1段の垂直転送およびその垂直転送によって水平転送部に転送された電荷の水平転送がなされる。
【0035】
垂直転送クロックV1は、撮像素子1内の垂直転送部を駆動するための転送クロックであり、他の垂直転送クロックV2,V3,V4とともに、受光部からの電荷の読み出しおよび垂直転送を実現する。
【0036】
水平転送クロックH1は、撮像素子1内の水平転送部を駆動するための転送クロックであり、この水平転送クロックH1の反転クロックである水平転送クロックH2とともに、垂直転送部から転送された画素電荷の水平転送を実現する。
【0037】
図4から図6までにおいては、1垂直カウンタ値当たり2つの水平同期信号HDが出力されており、水平1ライン分の画素電荷の内、最初に奇数列の画素電荷が水平転送され、そのあと偶数列の画素電荷が水平転送される。つまり、VCOUNT=0の期間の1つ目の垂直転送クロックV1によって奇数列の画素電荷が垂直転送部に読み出され、2つ目の垂直転送クロックV1によって偶数列の画素電荷が垂直転送部に読み出される。そして、VCOUNT=1の期間の1つ目の垂直転送クロックV1によって奇数列の画素電荷が垂直転送されて1ライン目の奇数列の画素電荷が垂直転送部から水平転送部に転送され、この1ライン目の奇数列の画素電荷が1つ目の水平転送クロックH1によって水平転送され、そのあと2つ目の垂直転送クロックV1によって偶数列の画素電荷が垂直転送されて1ライン目の偶数列の画素電荷が垂直転送部から水平転送部に転送され、この1ライン目の偶数列の画素電荷が2つ目の水平転送クロックH1によって水平転送される。同様に、VCOUNT=2,3…の期間において、2ライン目,3ライン目の画素電荷がそれぞれ垂直転送および水平転送される。なお、1垂直カウンタ値当り1つの水平同期信号HDを出力することも可能である。この場合には、水平1ライン分の画素電荷が1度に水平転送される。
【0038】
従来の撮像素子においての水平転送クロックによる消費電力P1は、
P1=f×C×V2…(1)
である。ここで、fは水平転送クロックの周波数、Cは水平転送部の静電容量、Vは水平転送クロックの電圧値である。
【0039】
これに対し、この実施の形態1の撮像装置では、任意の水平ラインで水平転送クロックを休止できるので、撮像素子1においての水平転送クロックによる消費電力P2は、
P2=f×C×V2×DT…(2)
である。ここで、DTは、1周期あたりの水平転送クロックの動作期間を全体の周期で割った値であり、水平転送クロック動作期間のデューティである。この実施の形態1の撮像装置では、DT<1となるので、従来の撮像装置よりも水平転送クロックによる消費電力を削減できる。
【0040】
この実施の形態1の撮像装置では、任意の水平ライン単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることが可能であるので、水平転送クロックを必要としない任意の水平ラインで水平転送クロックを休止させることよって、上記DTを低減でき、消費電力を削減できる。さらに、水平転送クロックの休止期間において、水平転送部を用いた処理(例えば画素電荷の混合)をすることが可能となる。なお、この水平転送クロックの休止期間においての水平転送部を用いた処理については、その一例を以下の実施の形態2で説明する。
【0041】
図4では、電荷読み出し期間(VCOUNT=0の期間)、ダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)、およびフレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)において水平転送クロックを休止させている。従って、この図4では、例えばN=9でHLEN0=HLEN1のときに、DT=7/(9+1)となり、30%の消費電力削減が可能である。
【0042】
また、図5では、ダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)のみ、水平転送クロックを休止させ、電荷読み出し期間(VCOUNT=0の期間)およびフレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)では水平転送クロックを動作させている。このように、電荷読み出し期間およびフレーム調整期間で水平転送クロックを動作させることにより、水平転送部の暗電流によるノイズ成分を除去でき、画素電荷信号OSのS/N比の劣化を抑えることができる。なお、電荷読み出し期間で水平転送クロックを動作させ、フレーム調整期間では水平転送クロックを休止させても、水平転送部の暗電流によるノイズ成分を除去できる。
【0043】
また、図6では、ダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)およびフレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)において水平転送クロックを休止させるとともに、ダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)およびフレーム調整期間(VCOUNT=Nの期間)において、通常動作時(1垂直カウンタ値当たり2クロック)の2倍の周波数(1垂直カウンタ値当たり4クロック)の垂直転送クロックを挿入している。このように、ダミー転送期間およびフレーム調整期間に通常動作時の2倍の周波数の垂直転送クロックを挿入することにより、垂直転送部の暗電流によるノイズ成分を水平転送部に転送して除去でき、画素電荷信号OSのS/N比の劣化を抑えることができる。これとともに、ダミー転送期間およびフレーム調整期間において水平転送クロックを休止させることにより、水平転送クロックを垂直転送クロックの周期変更に応じて変更する必要がなく、回路構成を簡略にできる。
【0044】
なお、電荷読み出し期間およびダミー転送期間(VCOUNT=N−1の期間)、または電荷読み出し期間およびフレーム調整期間、あるいは電荷読み出し期間とダミー転送期間とフレーム調整期間の内のいずれか1つのみに、水平転送クロックの休止期間を設けることも可能である。
【0045】
図7および図8はこの発明の実施の形態1の撮像装置においての長時間露光動作時の駆動タイミングチャートである。
【0046】
図7および図8において、VDは、通常動作時のフレーム期間ごとに出力される垂直同期信号である。通常動作時には、この垂直同期信号VDを基準として、1フレーム分の電荷の垂直転送および水平転送がなされる。
【0047】
読み出し制御パルスφTGは、垂直CCD駆動信号ドライブ部2において読み出しパルスを生成するための制御パルスであって、図1の読み出し制御パルスφTG1,φTG3に相当する。上記の読み出しパルスは、それぞれ垂直転送クロックV1,V3に重畳されて撮像素子1の垂直転送部に供給され、受光部からの画素電荷の読み出しを実現する。
【0048】
この実施の形態1の撮像装置では、読み出しパルス(読み出し制御パルス)を印加する周期(読み出し周期)を垂直同期信号VDの周期(通常動作時のフレーム周期)の整数倍において任意に変更することにより、長時間露光(受光部においての電荷の長時間蓄積)が可能である。
【0049】
そこで、長時間露光動作時において、読み出しパルスが印加されたVD周期にのみ、水平転送クロックを供給し、続く読み出しパルスが印加されないVD周期では、水平転送クロックを休止させることにより、上記(2)式のDTを低減でき、水平転送クロックによる消費電力を削減できる。
【0050】
長時間露光動作と通常動作の切り換えは、撮像システム制御部3によってなされる。撮像システム制御部3は、露光時間を制御し、この露光時間の設定に応じて、読み出し制御パルスの周期を変更するとともに、水平転送クロックの休止期間を変更する。
【0051】
図7では、読み出し周期は2VD周期であり、水平転送クロックは、読み出しパルスが印加される1VD期間にのみ供給され、読み出しパルスが印加されない残りの1VD期間には休止され、読み出しパルスが印加される1VD期間において電荷の垂直転送および水平転送がなされる。従って、この図7では、DT=VD/2VD=0.5となり、50%の消費電力削減が可能である。
【0052】
また、図8では、読み出し周期は3VD周期であり、水平転送クロックは、読み出しパルスが印加される1VD期間および読み出しパルスが印加される直前の1VD期間には供給され、残りの1VD期間には休止され、読み出しパルスが印加される1VD期間において電荷の垂直転送および水平転送がなされる。このように読み出しパルスが印加される直前の1VD期間に水平転送クロックを供給することにより、垂直転送部および水平転送部の暗電流によるノイズ成分を除去でき、画素電荷信号OSのS/N比の劣化を抑えることができる。この図8では、DT=2VD/3VD=0.66となり、34%の消費電力削減が可能であるとともに、S/N劣化を抑えることが可能となる。
【0053】
なお図7または図8において、図4から図6まで併用することも可能であり、このような併用により、さらに消費電力の削減効率を上げることが可能となる。
【0054】
以上のように実施の形態1によれば、1フレーム期間内の任意の期間に水平転送クロックを供給しない休止期間を設ける(1フレーム期間内の所望の位置に所望の個数および長さの上記休止期間を設ける)ことにより、消費電力を削減することができる。
【0055】
実施の形態2.
図9はこの発明の実施の形態2を示す撮像装置のブロック図である。この実施の形態2の撮像装置は、撮像素子1と、垂直CCD駆動信号ドライブ部2と、撮像システム制御部3と、撮像信号処理部4とを備えている。
【0056】
撮像システム制御部3は、画素クロックをカウントする水平カウンタと、上記水平カウンタが規定のカウント値に達して出力されるキャリーをカウントする垂直カウンタとを有する。
【0057】
この撮像システム制御部3は、垂直転送制御パルスφV1A/B,φV2,φV3A/B,φV4、読み出し制御パルスφTG1A,φTG1B,φTG3A,φTG3B、および電子シャッター制御パルスφOFDを生成し、垂直CCD駆動信号ドライブ部2に供給する。
【0058】
また、撮像システム制御部3は、水平転送クロックH1A,H1B,H1C,H1D,H2A,H2B、リセットゲートクロックRS、およびラインメモリ制御信号LMを生成し、これらを撮像素子1に供給する。さらに、撮像システム制御部3は、画素混合のためのクロックを生成し、この画素混合クロックを水平転送クロックH1A,H1B,H1C,H1D,H2A,H2Bに重畳して撮像素子1に供給する。
【0059】
また、撮像システム制御部3は、CDS用黒レベルサンプルホールドパルスSHP、CDS用信号レベルサンプルホールドパルスSHD、A/DクロックADCLK、ブランキング信号PBLK、およびOB(光学的黒)レベル検出パルスCPOBを生成し、これらを撮像信号処理部4に供給する。
【0060】
さらに、撮像システム制御部3は、水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックを有し、このマスクブロックによって1フレーム期間の内の任意の水平ライン単位および水平1ライン期間の内の任意の画素期間で水平転送クロックH1A,H1B,H1C,H1D,H2A,H2Bの供給を休止する。なお、上記マスクブロックの構成は、例えば上記実施の形態1において説明したマスクブロック20(図2参照)またはマスクブロック21(図3参照)を6相の水平転送クロックに適用したものである。
【0061】
垂直CCD駆動信号ドライブ部2は、撮像システム制御部3からの垂直転送制御パルスφV1A/B,φV2,φV3A/B,φV4、読み出し制御パルスφTG1A,φTG1B,φTG3A,φTG3B、および電子シャッター制御パルスφOFDを高圧駆動し、垂直転送クロックV1A,V1B,V2,V3A,V3B,V4および電子シャッターパルスOFDを撮像素子1に供給する。なお、読み出し制御パルスφTG1A,φTG1B,φTG3A,φTG3Bを高圧駆動した読み出しパルスは、垂直転送クロックV1A,V1B,V3A,V3Bに重畳されて撮像素子1に供給される。
【0062】
撮像素子1は、垂直6相水平6相駆動型のインライン型(インターライン型)CCDであり、受光部と、垂直転送部と、水平転送部と、ラインメモリ部とを有する。上記受光部は、複数の受光素子(フォトダイオード)を有し、被写体の入射光像を光電変換し、その電荷を蓄積する。なお、上記受光部には、上記光像が入射するフォトダイオードからなる受光画素の他に、遮光されたフォトダイオードからなるOBレベル検出画素、およびフォトダイオードが設けられていないダミー画素を含む。
【0063】
上記垂直転送部は、上記受光部に蓄積された画素電荷を、垂直CCD駆動信号ドライブ部2からの垂直転送クロックV1A,V1B,V2,V3A,V3B,V4によって読み出して垂直方向に転送する。
【0064】
上記ラインメモリ部は、上記垂直転送部から転送された水平方向の画素電荷の配列を入れ換えて上記水平転送部に転送する。
【0065】
上記水平転送部は、上記垂直転送部または上記ラインメモリ部からの画素電荷を、撮像システム制御部3からの水平転送クロックH1A,H1B,H1C,H1D,H2A,H2Bによって水平方向に転送する。水平方向に転送された画素電荷列は、画素電荷信号OSとして撮像信号処理部4に出力される。
【0066】
画素電荷が、垂直転送部からラインメモリ部を介して水平転送部に転送されるか、それとも垂直転送部からラインメモリ部を介さずに水平転送部に転送されるかは、ラインメモリ制御信号LMによって制御される。このラインメモリ制御信号信号LMには、ラインメモリ部の動作/非動作を制御するための信号およびラインメモリ部を動作させるためのクロックを含む。
【0067】
この実施の形態2の撮像装置では、受光部から読み出した全ての画素電荷を混合せずに個別に転送および出力する全画素読み出し動作と、受光部から読み出した同じ水平ラインの2画素を混合して転送および出力する画素混合読み出し動作とが可能である。全画素読み出し動作と画素混合読み出し動作の切り換えは、ラインメモリ制御信号LMによって制御される。
【0068】
また、この実施の形態2の撮像装置では、上記実施の形態1と同様に、水平カウンタ値および垂直カウンタ値をもとに生成されるマスク制御信号MASKによって、任意の水平ライン単位および画素単位で水平転送クロックの動作/非動作を切り換えることが可能である。
【0069】
図10はこの実施の形態2の撮像装置においての画素混合読み出し動作時の駆動タイミングチャートである。なお、図10において、V1は図9のV1A,V1Bに相当する垂直転送クロックであり、H1は図9のH1A,H1B,H1C,H1Dに相当する水平転送クロックである。また、VCOUNT,HLEN0,HLEN1は、上記実施の形態1の図4から図6までのものと同じである。
【0070】
図10では、奇数ラインのみまたは偶数ラインのみの同色の2画素が混合され、2垂直カウンタ値ごとに、受光部の1ライン分の画素数の1/2の数の混合画素の電荷が1度に水平転送され、撮像素子1から出力される。
【0071】
垂直カウンタ値VCOUNTが奇数のときにのみ、水平同期信号HDが生成されるようにして、垂直カウンタ値VCOUNTが偶数のときの水平同期信号HDを間引きしている。これは、例えば、垂直カウンタ値VCOUNTが偶数値の場合と奇数値の場合の水平カウンタ値を切り換えることによって可能となる。
【0072】
画素混合動作時には、読み出しパルスによって1ラインごとに画素電荷を垂直転送部に読み出す。例えば、奇数ラインのみを読み出し、偶数ラインを読み出さない。これによって、画素電荷を1ラインごとに間引くことができる。
【0073】
データ転送期間(VCOUNT=1からVCOUNT=N−1までの期間)では、2垂直カウンタ値の期間において、出力する電荷の数は、全画素読み出し動作時の1/4であるので、2垂直カウンタ値の期間の1/4の期間にのみ水平転送クロックを供給し、残りの3/4の期間では水平転送クロックを休止させる。そして、この休止期間内に、画素混合の処理がなされる。なお、この休止期間には、水平転送クロックの倍周期以上の画素混合クロック(画素混合処理のために水平転送部に供給されるクロック)が挿入される。
【0074】
図10では、垂直カウンタ値VCOUNT=1およびVCOUNT=2の期間の内の1/4の期間でのみ水平転送クロックを供給し、残りの休止期間において画素混合処理をしている。
【0075】
VCOUNT=1およびVCOUNT=2の期間においては、読み出しをしたラインの画素電荷を垂直転送クロックによって垂直転送部から出力し、ラインメモリ制御信号LMによってラインメモリ部を動作させるとともに水平転送部に画素混合クロックを供給して、1ラインの画素電荷列においての同色の2画素の電荷を加算して混合し、この同色2画素の混合電荷列を水平転送部に入れる。
【0076】
そして、水平転送クロックによって上記の画素混合電荷列を水平転送し、出力する。
【0077】
なお、読み出さなかったライン(間引きしたライン)については、垂直転送クロックを2本生成することによって垂直転送部から吐き出すことができる。
【0078】
次のVCOUNT=3およびVCOUNT=4の期間においても、上記VCOUNT=1およびVCOUNT=2の期間と同様に、読み出しをしたラインの画素電荷を垂直転送部から出力し、画素混合して水平転送する。
【0079】
これにより、同色の画素電荷の水平画素混合が可能となり、1フレーム当たりに出力されるライン数は、受光部のライン数の半分に間引かれ、1ライン当たりに出力される画素電荷数は、受光部の1ライン分の画素数の半分に間引かれるので、アスペクト比を変更せずに、1/4に縮小された画像を出力することが可能となる。
【0080】
このように、水平転送クロックの休止期間を設けることにより、上記(2)式のDT≒0.25となり、全画素読み出し動作時の消費電力を基準にすると、約75%の消費電力の削減が可能である。また、画素混合クロックを水平転送クロックの倍周期以上(整数倍の周期)に設定することにより、周波数fは1/2,1/3・・・となり、消費電力換算で、50%、33%・・・の消費電力が削減可能となる。
【0081】
例えば、水平第nラインの赤(R)、緑(G)、青(B)の画素配列が、G(1),R(1),G(2),B(1),G(3),R(2),G(4),B(2)であり、その上下の水平第(n−1)ラインおよび水平第(n+1)ラインの画素配列が、いずれもG(1),B(1),G(2),R(1),G(3),B(2),G(4),R(2)であるときには、Gは垂直方向の同じ列に隣接して配列されているが、RおよびBは垂直方向の同じ列および水平方向の同じラインのいずれにおいても隣接して配列されていない。このため、同色2画素を混合するには、転送部において水平方向または垂直方向の画素配列を入れ換える必要がある。ラインメモリ部は、このような水平ラインにおいての画素配列の入れ換えを可能にするために設けられている。
【0082】
画素混合読み出し動作時の受光部からの画素電荷の読み出しについては、例えば、読み出しパルスによって、第(n−2),n,(n+2)ラインの画素電荷のみ垂直転送部に読み出し、第(n−1),(n+1)ラインの画素電荷は垂直転送部に読み出さないようにすることにより、垂直転送部において第(n−1),(n+1)ラインは画素電荷のない空のラインとなるので、垂直転送クロックによって第(n−2),n,(n+2)ラインの画素電荷のみが垂直転送部から出力され、第(n−1),(n+1)ラインは間引かれることとなる。
【0083】
また、画素混合読み出し動作時の画素混合処理については、例えば、上記第nラインの画素電荷G(1),R(1),G(2),B(1),G(3),R(2),G(4),B(2)の内、G(1),R(1),G(2),B(1)をラインメモリ部に転送し、G(2)をラインメモリ部から水平転送部に転送し、水平転送部を2画素クロックシフトしたあと、G(1)を水平転送部に転送してG(1)+G(2)の加算混合をする。R(1)とR(2)、B(1)とB(2)についても同様である。
【0084】
なお、水平ラインの画素電荷列の順序を入れ換える手段は、上記ラインメモリ部に限定されず、画素混合の手順は上記の例に限定されるものではない。
【0085】
以上のように実施の形態2によれば、水平転送クロックを休止させて消費電力の削減するとともに、水平方向の画素電荷の配列を入れ換えるためのラインメモリ部を設け、水平転送クロックの休止期間において、上記ラインメモリ部によって水平方向の同色2画素を混合することにより、フレームレートを落とさずに画像サイズを変更できる。
【0086】
実施の形態3.
図11は本発明の実施の形態3を示す携帯情報端末装置のブロック図である。この実施の形態3の携帯端末装置は、撮像データを表示する機能、記録する機能、および通信する機能を有する携帯情報機器(携帯パソコン)または携帯電話であって、撮像素子1と、CCD駆動信号ドライブ部2と、撮像システム制御部3と、撮像信号処理部4と、メインシステム制御部5と、メイン信号処理部6と、記録装置7と、表示装置8と、通信装置9とを備えている。
【0087】
図11の実施の形態3の携帯端末装置において、撮像素子1と、CCD駆動信号ドライブ部2と、撮像システム制御部3と、撮像信号処理部4と、メインシステム制御部5と、メイン信号処理部6とは、実施の形態3の撮像装置を構成している。この実施の形態3の撮像装置は、上記実施の形態1または2の撮像装置に、撮像システム制御部3および撮像信号処理部4を設けたものである。言い換えると、実施の形態3の携帯端末装置は、上記実施の形態1または2の撮像装置を搭載して構成したものである。
【0088】
メイン信号処理部6は、メインシステム制御部5よって制御され、撮像信号処理部4から出力された撮像信号CCDOUTを白色補正し(ホワイトバランス機能)、撮像信号CCDOUTの信号レベルを検出して自動露光補正し(AE機能)、撮像信号CCDOUTのOB領域の漏れ電荷量を検出して信号レベルを補正する(スミア・暗電流補正機能)。
【0089】
また、メイン信号処理部6は、メインシステム制御部5よって制御され、モニタモードでの動作時には、撮像信号処理部4から出力された撮像信号CCDOUT、または記録装置7に記録されている撮像データを、表示装置8で表示可能なRGB信号に変換して、表示装置8に出力する。また、メイン信号処理部6は、記録モードでの動作時には、撮像信号CCDOUTを記録装置7に記録可能な撮像データに圧縮変換して、記録装置7に出力する。
【0090】
記録装置7は、記録モード動作時に、メイン信号処理部6で変換された記録フォーマットの撮像データを記録する装置であって、例えばフラッシュメモリ、FDD、HDD、DAT、DV、DVDなどの記録メディアに上記撮像データを記録することが可能である。なお、この記録装置7は、携帯端末装置内に内蔵した構成ならびに外付けの構成などが可能である。
【0091】
表示装置8は、モニタモード動作時に、メイン信号処理部6からのRGB信号を表示する装置であって、動画像表示、静止画像表示、記憶装置に記録された画像データのプレビュー表示などが可能である。
【0092】
通信装置9は、メインシステム制御部5よって制御され、携帯電話方式や無線LAN方式などの無線通信、あるいはUSBやIEEE1394などの有線通信によって、他の通信機能を有する携帯端末装置と、画像データや音声データなどを通信する。
【0093】
メインシステム制御部5は、メイン信号処理部6および通信装置9の動作を制御する。
【0094】
また、メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3からの垂直同期信号VDおよび水平同期信号HDに同期して撮像システム制御部3を制御することによって、撮像装置の電子シャッター動作、AGC(Auto Gain Control)動作、全画素読み出し動作と画素混合読み出し動作の切り換え、長時間露光動作などを制御する。
【0095】
また、メインシステム制御部5は、非同期に撮像システム制御部3を制御することによって、撮像装置の電源投入時のパワーアップシーケンス、電源OFF時のパワーダウンシーケンス、撮像装置のリセット動作などを制御する。
【0096】
また、メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3を制御し、表示装置8の表示解像度などに応じて、水平転送クロックの休止期間を制御させる。例えば、表示装置8の表示解像度が撮像素子1の画素解像度以下であれば、撮像装置を図9のような画素混合読み出し動作に設定する。撮像装置を画素混合読み出し動作に設定することにより、フレームレートを落とさずに撮像信号を表示装置8に表示でき、かつ消費電流を削減できる。また、全画素読み出しした撮像信号を表示装置8の解像度に応じた信号に変換する手段が不要になるので、消費電力を削減できる。また、表示装置8の表示解像度が撮像素子1の画素解像度以上であれば、ユーザの設定などに従って撮像装置を全画素読み出し動作または画素混合読み出し動作に設定する。
【0097】
また、メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3を制御し、ユーザによって設定された画像サイズなどに応じて、水平転送クロックの休止期間を制御させる。例えば、上記画像サイズが画素混合読み出し動作時の画素数以下であれば、撮像装置を画素混合読み出し動作に設定する。撮像装置を画素混合読み出し動作に設定することにより、フレームレートを落とさずに撮像信号を記録装置7に記録でき、かつ消費電流を削減できる。なお、上記画像サイズが画素混合読み出し動作時の画素数以上であれば、撮像装置を全画素読出し動作に設定する。
【0098】
また、メインシステム制御部5は、ユーザによって撮像装置の電源スイッチがONされたか否かおよびOFFされたか否か、ならびにユーザによってシャッタースイッチが押されたか否かなどを検出するとともに、ユーザによって設定された記録画素数を検出し、モニタモードを設定する必要があるか否かおよび記録モードを設定する必要があるか否かを判断し、モニタモードを設定する必要があると判断した場合には、モニタモードを設定し、記録モードを設定する必要があると判断した場合には、上記記録画素数設定値などに応じて記録モードを設定する。
【0099】
メインシステム制御部5は、例えば、ユーザによって撮像装置の電源スイッチがONされてからOFFされるまでの期間の内、ユーザによってシャッタースイッチが押されてから撮像信号の記録を終了するまでの期間に記録モードを設定し、撮像装置の電源スイッチがONされてからユーザによってシャッタースイッチが押されるまでの期間、および撮像信号の記録を終了してから撮像装置の電源スイッチがOFFされるまでの期間にモニタモードを設定する。モニタモードの期間では、撮像信号は表示装置8に表示され、記録モードの期間では、撮像信号は記録装置7に記録される。なお、撮像装置の電源がOFFされている期間はモニタモードおよび記録モードのいずれでもないと判断する。
【0100】
メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3を制御し、モニタモードであるか記録モードであるか(撮像信号を表示するか記録するか)に応じて、水平転送クロックの休止期間を制御させる。また、モニタモード時に動画像を表示し、記録モード時に静止画像を表示する場合には、メインシステム制御部5は、撮像システム制御部3を制御し、撮像信号を動画表示するか静止画表示をするかに応じて、水平転送クロックの休止期間を制御させる。
【0101】
例えば、モニタモード時に、表示装置8の表示解像度が撮像素子1の画素解像度以下であれば、撮像装置を画素混合読み出し動作に設定し、表示装置8の表示解像度が撮像素子1の画素解像度以上であれば、ユーザの設定などに従って撮像装置を画素画素読み出し動作または画素混合読み出し動作に設定する。
【0102】
また例えば、記録モード時に、ユーザによって設定された画像サイズが画素混合読み出し動作時の画素数以下であれば、撮像装置を画素混合読み出し動作に設定し、上記画素サイズが画素混合読み出し動作時の画素数以上であれば、撮像装置を全画素読出し動作に設定する。
【0103】
あるいは、メインシステム制御部5は、記録モード時の撮像装置の動作を、画素混合読み出し動作または全画素読み出し動作のいすれかユーザによって選択された動作に設定する。これにより、上記記録画素数に応じて撮像装置の動作を自動設定する手段が不要となるので、消費電力を削減できる。
【0104】
図12はメインシステム制御部5においてモニタモードと記録モードを切り換える手順を説明するフローチャートである。図12のステップS1は、システムをモニタモードに設定する必要があるか否かおよびシステムを記録モードに切り換える必要があるか否かを判断する手順であり、ステップS2は、上記ステップS1でモニタモードに設定する必要があると判断した場合に、撮像装置をモニタモードに設定する手順であり、ステップS3は、上記S1で記録モードに切り換える必要があると判断した場合に、システムを記録モードに切り換え設定する手順であり、ステップS4は、記録モードが終了した否かを判断する手順である。
【0105】
ステップS1では、モニタモードに設定する必要があるか否かを判断し、モニタモードに設定する必要があると判断した場合にはステップS2に進む。また、すでにモニタモードに設定されている場合には、記録モードに切り換える必要があるか否かを判断し、記録モードに切り換える必要があると判断した場合にはステップS3に進む。また、モニタモードに設定する必要も記録モードに切り換える必要もないと判断した場合には、ステップS1に戻る。
【0106】
ステップS2では、システムをモニタモードに設定して、上記ステップS1に戻る。モニタモードでは、例えば撮像装置を図9のような画素混合読み出し動作に設定して水平転送クロックを休止させ、消費電力の削減を図る。
【0107】
ステップS3では、システムを記録モードに設定して、撮像信号の記録を開始し、ステップ4に進む。記録モードでは、記録サイズに応じて、例えば撮像装置を全画素読み出し動作または画素混合読み出し動作に設定する。
【0108】
ステップS4では、記録モードを終了した否かを判断し、記録モードを終了しいなければ、このステップS4の戻り、撮像データの記録を終了していれば、上記ステップS1に戻る。
【0109】
以上のように実施の形態3によれば、表示装置の表示解像度、設定された画像サイズ、撮像信号を表示するのか記録するのか、動画像表示をするのか静止画像表示をするのか、などに応じて水平転送クロックの休止期間を制御することにより、動作モードごとに効果的に消費電力を削減できる。
【0110】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、1フレーム期間内の任意の期間に水平転送クロックを供給しない休止期間を設けることにより、消費電力を削減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す撮像装置のブロック図である。
【図2】図1の撮像システム制御部においての水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックの構成図である(その1)。
【図3】図1の撮像システム制御部においての水平転送クロックに休止期間を設けるためのマスクブロックの構成図である(その2)。
【図4】図1の撮像装置においての1フレーム期間の駆動タイミングチャートである(その1)。
【図5】図1の撮像装置においての1フレーム期間の駆動タイミングチャートである(その2)。
【図6】図1の撮像装置においての1フレーム期間の駆動タイミングチャートである(その3)。
【図7】図1の撮像装置においての長時間露光動作時の駆動タイミングチャートである(その1)。
【図8】図1の撮像装置においての長時間露光動作時の駆動タイミングチャートである(その2)。
【図9】この発明の実施の形態2を示す撮像装置のブロック図である。
【図10】図9においての撮像装置においての1フレーム期間の駆動タイミングチャートである。
【図11】この発明の実施の形態3を示す撮像装置のブロック図である。
【図12】図11の撮像装置においての画素混合読み出し動作時の駆動タイミングチャートである。
【符号の説明】
1 撮像素子、 2 CCD駆動信号ドライブ部、 3 撮像システム制御部、 4 撮像信号処理部、 5 メインシステム制御部、 6 メイン信号処理部、 7 記録装置、 8 表示装置、 9 通信装置。
Claims (16)
- 複数の受光素子によって被写体の入射光像を光電変換して電荷を蓄積する受光部と、
上記受光部に蓄積された画素電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部と、
上記垂直転送部から転送された画素電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
上記垂直転送部を駆動する垂直転送クロックを生成して上記垂直転送部に供給するとともに、上記水平転送部を駆動する水平転送クロックを生成して上記水平転送部に供給するタイミング制御部と、
上記水平転送部から出力された画素電荷列を所定の撮像信号に変換する信号処理部と
を備え、
上記タイミング制御部は、1フレーム期間内の任意の期間に上記水平転送クロックを供給しない休止期間を設ける
ことを特徴とする撮像装置。 - 上記タイミング制御部は、上記受光部の露光時間を制御し、この露光時間の設定に応じて上記休止期間を変更することを特徴とする撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、1フレーム期間においてのタイミングを認識するためのカウント動作をするカウンタを有し、このカウンタのカウント値が所定値である期間に上記休止期間を設けることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、1フレーム期間内の電荷読み出し期間または/およびダミー転送期間または/およびフレーム調整間に上記休止期間を設けることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、上記撮像信号を表示する表示装置の解像度に応じて上記休止期間を制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、設定された画像サイズに応じて上記休止期間を制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、上記撮像信号を表示するか記録するかに応じて上記休止期間を制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、上記撮像信号を動画表示するか静止画表示をするかに応じて上記休止期間を制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、上記休止期間において上記画素電荷に画像処理を施して出力する画像処理読み出し動作と、上記画素電荷を画像処理せずに出力する全画素読み出し動作とを切り換え設定するとともに、設定した読み出し動作に応じて上記休止期間を変更する
ことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 上記画像処理は、画像サイズの縮小処理であることを特徴とする請求項9記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、上記撮像信号を表示する表示装置の解像度に応じて、上記画像処理読み出し動作または上記全画素読み出し動作を設定することを特徴とする請求項9記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、設定された画像サイズに応じて、上記画像処理読み出し動作または上記全画素読み出し動作を設定することを特徴とする請求項9記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、上記撮像信号を表示するか記録するかに応じて、上記画像処理読み出し動作または上記全画素読み出し動作を設定することを特徴とする請求項9記載の撮像装置。
- 上記タイミング制御部は、上記撮像信号を動画表示するか静止画表示をするかに応じて、上記画像処理読み出し動作または上記全画素読み出し動作を設定することを特徴とする請求項9記載の撮像装置。
- 携帯端末装置に搭載されたことを特徴とする請求項1から14までのいずれかに記載の撮像装置。
- 通信機能を有する携帯情報機器または携帯電話機に搭載されたことを特徴とする請求項1から14までのいずれかに記載の撮像装置。
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US8045035B2 (en) | 2005-06-21 | 2011-10-25 | Ricoh Company, Ltd. | Imaging apparatus, imaging control method and recording medium readable by computer |
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-
2003
- 2003-01-28 JP JP2003018431A patent/JP2004235691A/ja active Pending
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