JP2005328476A - 撮像装置、および固体撮像素子の駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 あらかじめ記憶された欠陥画素の位置情報に基づく欠陥画素の信号補正を行うことが可能とされた、光学的手段を用いないズーム機能を具備する撮像装置を提供する。
【解決手段】 ＣＣＤの受光面上の水平ラインのうち、指定された倍率Ｎに対応する必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、タイミングＴ１０４からの垂直有効期間内にＮ水平走査期間に１回ずつ間欠的に転送させ、また、必要領域より画面上方に相当する上方不要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、垂直有効期間の直前のタイミングＴ１０３〜Ｔ１０４に高速に転送させるように、ＣＣＤの駆動タイミングを制御する。これにより、転送停止期間（タイミングＴ１０２〜Ｔ１０３）において、垂直転送部のポテンシャルギャップに起因する欠陥画素が発生した場合に、その欠陥画素位置が倍率Ｎに応じて変化することがなくなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、固体撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置、およびその固体撮像素子の駆動制御方法に関し、特に、固体撮像素子によって撮像された画像の一部領域を拡大してズーム機能を実現する撮像装置、および固体撮像素子の駆動制御方法に関する。

近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラが広く普及しているが、このような撮像装置の多くはズーム機能を備えている。ズーム機能の実現方法としては、光学レンズの移動機構を用いる方法と、このようなレンズ移動機構を用いずに行う方法があり、後者の方法の一つに、インターライン転送方式の固体撮像素子において、受光面の拡大すべき範囲内の画素の信号電荷をＮ水平走査期間（ただし、Ｎ≧１）に１回ずつ間欠的に転送することで、Ｎ倍のズーム倍率を得る方法があった（例えば、特許文献１参照）。

図９は、上記方法を用いた場合のＣＣＤの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
インターライン転送方式のＣＣＤでは、光電変換を行う受光部がマトリクス状に多数配置され、列方向に配列された受光部に対してそれぞれ垂直転送レジスタが配置され、各垂直転送レジスタが１つの水平転送レジスタに接続されている。そして、各受光部から対応する垂直転送レジスタに転送された信号電荷が、水平転送レジスタにより行単位で順次転送される。

このようなＣＣＤにより光学的手段を用いずにＮ倍ズーム機能を実現するには、ＣＣＤの受光面の中央の一部を拡大範囲として、水平駆動信号（ＨＤ）および垂直駆動信号（ＶＤ）に従って図９に示すようなタイミングでＣＣＤを駆動する。すなわち、垂直ブランキング期間において、すべての受光部の信号電荷を掃き出し（タイミングＴ３０１〜Ｔ３０２）、次に、ＣＣＤの受光面上端部の不要領域の信号電荷を高速転送して排出する（タイミングＴ３０２〜Ｔ３０３）。そして、タイミングＴ３０４からの垂直有効期間において、垂直方向の必要領域の信号電荷を、水平同期に対する１／Ｎの速度で間欠的に転送する。なお、垂直有効期間では、受光面の左右端部の不要電荷は破棄する。このような駆動タイミングに従って出力された画像信号では、受光面の拡大範囲に対応する画像がＮ倍に拡大されることになり、Ｎ倍のズーム画像が光学的手段を用いずに得られる。

一方、インターライン転送方式の固体撮像素子では、垂直転送レジスタの電荷転送領域にポテンシャルギャップが存在する場合に、この位置に対応する画素が欠陥画素（黒点）となるという問題があった。このような問題に対して、垂直転送レジスタのドレイン領域部から垂直転送レジスタに電荷を注入し得るようにし、不要電荷とする電荷をドレイン領域部にはき出した後、ドレイン領域部から注入させた電荷を水平転送レジスタに転送し、その後、受光部から信号電荷とする電荷を垂直転送レジスタに読み出すようにした固体撮像装置があった（例えば、特許文献２参照）。また、このように固体撮像素子の構造を変えずに、欠陥画素の位置をあらかじめメモリに記憶しておいて、固体撮像素子からの出力画像信号中の欠陥画素の信号を、その周囲の画素信号を用いて補間する方法が、より一般的に用いられている。
特開平１−１５７６７８号公報（第５頁−第９頁、図１−４） 特開昭６３−２５７３８８号公報（第５０５頁、図７）

ところで、図９に示したようにＣＣＤを駆動することによりズーム機能を実現する場合、垂直ブランキング期間および垂直有効期間は、撮像信号の出力フレームレート（例えば３０フレーム／秒）に合わせて固定されており、また、不要範囲の信号電荷を高速転送するときの転送周波数は基本的に一定であることから、ズーム倍率が１．２倍など、高速転送により排出するライン数が少ないときには、タイミングＴ３０３〜Ｔ３０４に生じる転送停止期間が長くなる。この転送停止期間では信号電荷が垂直転送レジスタに蓄積されるので、上述したようなポテンシャルギャップによる欠陥が垂直転送レジスタに存在した場合には、それに対応する位置の画素が欠陥画素となる。

ここで、タイミングＴ３０２〜Ｔ３０３において高速転送されるライン数はズーム倍率に応じて変化することから、転送停止期間において発生する欠陥画素の全画像中の位置はズーム倍率に応じて変化してしまう。このため、欠陥画素の位置をあらかじめメモリに記憶しておくことができず、欠陥画素をその周囲の画素信号で補間する方法を採ることができないことが問題となっていた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、あらかじめ記憶された欠陥画素の位置情報に基づく欠陥画素の信号補正を行うことが可能とされた、光学的手段を用いないズーム機能を具備する撮像装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、光学的手段を用いないズーム機能が実現され、その出力信号に対して、あらかじめ記憶された欠陥画素の位置情報に基づく欠陥画素の信号補正を行うことが可能とされる固体撮像素子の駆動制御方法を提供することである。

本発明では上記課題を解決するために、固体撮像素子によって撮像された画像の一部領域を拡大してズーム機能を実現する撮像装置において、ズーム倍率Ｎ（ただし、Ｎ≧１）の入力を受け付けるズーム倍率受付手段と、前記固体撮像素子の受光面上の水平ラインのうち前記ズーム倍率Ｎに対応する必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、垂直有効期間内にＮ水平走査期間に１回ずつ間欠的に転送させ、前記必要領域より画面上方に相当する上方不要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、前記垂直有効期間の直前に高速に転送させるように、前記固体撮像素子の駆動タイミングを発生するタイミング信号発生手段とを有することを特徴とする撮像装置が提供される。

このような撮像装置では、上方不要領域の信号電荷が垂直ブランキング期間内に高速に排出された後、必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷が垂直有効期間内にＮ水平走査期間に１回ずつ間欠的に転送されることで、必要領域をＮ倍に拡大した画像の信号が得られる。ここで、上方不要領域の信号電荷の高速転送の直後に、必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷の間欠転送が開始されることにより、それらの間に固体撮像素子上の垂直レジスタにおける電荷転送が停止する期間が生じず、この転送停止期間は上方不要領域の電荷転送以前になる。従って、垂直レジスタの欠陥により転送停止期間に生じる欠陥画素の位置は、ズーム倍率Ｎに関係なく常に同じ位置となる。

また、本発明では、固体撮像素子によって撮像された画像の一部領域を拡大してズーム機能を実現するための固体撮像素子の駆動制御方法において、ズーム倍率受付手段が、ズーム倍率Ｎ（ただし、Ｎ≧１）の入力を受け付け、タイミング信号発生手段が、前記固体撮像素子の受光面上の水平ラインのうち前記ズーム倍率Ｎに対応する必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、垂直有効期間内にＮ水平走査期間に１回ずつ間欠的に転送させ、前記必要領域より画面上方に相当する上方不要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、前記垂直有効期間の直前に高速に転送して排出させるように、前記固体撮像素子の駆動タイミングを発生することを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法が提供される。

このような固体撮像素子の駆動制御方法では、上方不要領域の信号電荷が垂直ブランキング期間内に高速に排出された後、必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷が垂直有効期間内にＮ水平走査期間に１回ずつ間欠的に転送されることで、必要領域をＮ倍に拡大した画像の信号が得られる。ここで、上方不要領域の信号電荷の高速転送の直後に、必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷の間欠転送が開始されることにより、それらの間に固体撮像素子上の垂直レジスタにおける電荷転送が停止する期間が生じず、この転送停止期間は上方不要領域の電荷転送以前になる。従って、垂直レジスタの欠陥により転送停止期間に生じる欠陥画素の位置は、ズーム倍率Ｎに関係なく常に同じ位置となる。

本発明によれば、垂直レジスタのポテンシャルギャップに起因する欠陥画素の位置が、倍率Ｎに関係なく常に同じ位置になるので、上記要因による欠陥画素の位置情報をあらかじめ保持しておき、その位置情報に基づいて、周囲の画素の信号を用いた画素補間により欠陥画素の信号を補正することが可能となり、光学的手段を用いない高画質のズーム機能を低コストで実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。

図１に示す撮像装置は、固体撮像素子を用いて撮像した静止画像の信号をデジタルデータ化し、その信号に基づく画像を図示しないモニタに表示したり、記録媒体に記録することを可能にする装置である。このような構成の撮像装置は、例えばデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、あるいは、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）などの携帯型情報処理機器の撮像機能などとして実現される。

この撮像装置は、図１に示すように、光学ブロック１１、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）処理回路１２、カメラ信号処理回路１３、制御部１４、入力部１５、およびＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable ROM）１６を具備している。また、光学ブロック１１内のＣＣＤ１１ａの駆動タイミングなどを与えるために、駆動パルス発生回路２１、間欠転送タイミング制御部２２、高速転送タイミング制御部２３、および高速転送参照値演算部２４を具備している。

光学ブロック１１は、図示しない光学レンズやシャッタ、アイリスと、これらを通過した被写体からの光を光電変換するＣＣＤ１１ａなどを含む。シャッタやアイリスの動作は制御部１４により制御され、ＣＣＤ１１ａの駆動タイミングは駆動パルス発生回路２１の発生するタイミングパルスに基づいて駆動される。なお、本実施の形態では、インターライン転送方式を採るＣＣＤ１１ａが用いられ、このＣＣＤ１１ａの受光面上の一部の画素信号を間欠転送することで、光学的手段によらないズーム機能（以下、デジタルズーム機能と呼称する）が実現される。

ＡＦＥ処理回路１２は、ＣＣＤ１１ａから出力されたアナログ画像信号に対して、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理により、Ｓ／Ｎ（Signal／Noise）比を良好に保つようにサンプルホールドを行い、さらにＡＧＣ（Auto Gain Control）処理により利得を制御し、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタル方式の画像信号を出力する。

カメラ信号処理回路１３は、ＡＦＥ処理回路１２からの画像データに対して各種のカメラ信号処理を施すブロックであり、本実施の形態では特に、欠陥画素の信号を補正する欠陥補正部１３ａと、デジタルズーム画像を生成するズーム補間部１３ｂを具備する。

欠陥補正部１３ａは、制御部１４から受け取った欠陥画素の位置情報に基づいて、ＡＦＥ処理回路１２から出力されるデジタル画像信号のうち、欠陥画素とその周囲画素の信号を制御部１４に出力する。そして、制御部１４により補間演算された欠陥画素の信号で元の信号を置換する。

ズーム補間部１３ｂは、デジタルズームの倍率Ｎが１より大きくされた場合に作動し、制御部１４から受け取ったデジタルズームの倍率情報に基づいて、欠陥補正部１３ａからの出力画像信号から水平方向の不要領域に含まれる画素信号を廃棄した上で、複数ライン分の画素信号を順次制御部１４に出力し、補間処理された信号を受け取ることで、倍率Ｎに応じて拡大された画像の信号を生成する。

なお、カメラ信号処理回路１３ではさらに、ズーム補間部１３ｂからの出力画像信号に対して、ＡＷＢ（Auto White Balance）処理、ＡＦ（Auto Focus）処理、ＡＥ（Auto Exposure）処理などの各種カメラ信号処理が施され、処理後の画像信号は、撮像画像をモニタに表示させるためのグラフィックインタフェース（図示せず）や、所定の圧縮符号化方式によるエンコーダ（図示せず）などに送出される。

制御部１４は、この撮像装置内の各部を統括的に制御する回路であり、例えば、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭなどを具備するマイクロコンピュータとして実現される。また、制御部１４は、入力キーなどを備える入力部１５から、ユーザの入力操作に応じた制御信号を受け取る。また、制御部１４にはＥＥＰＲＯＭ１６が接続され、ＥＥＰＲＯＭ１６には、制御部１４が実行する各種プログラムや、処理に必要なデータなどが記憶されている。

制御部１４は、ズーム補間部１３ｂの出力画像信号や各種設定値に基づいて、所望の露出となるように光学ブロック１１、ＡＦＥ処理回路１２、カメラ信号処理回路１３などを制御する。また、ＥＥＰＲＯＭ１６に記憶された欠陥画素情報１６ａを読み込んで、欠陥位置情報を欠陥補正部１３ａに出力し、これに応じて欠陥補正部１３ａから出力された画素信号を用いて欠陥画素の信号補間を行う。

なお、欠陥補正部１３ａは、制御部１４の制御の下で、例えば電源投入時などの出荷後の所定タイミングで、ＣＣＤ１１ａから出力された画像信号から新たな欠陥画素を検出し、制御部１４が検出された欠陥画素の位置を欠陥画素情報１６ａに記憶するようにしてもよい。この場合、その後の撮像時には、更新された欠陥画素情報１６ａを基に、欠陥補正部１３ａの欠陥補正を行うことにより、出荷後に発生したＣＣＤ１１ａ上の欠陥画素についても補正可能として、画質を保つことができる。

さらに、本実施の形態では特に、入力部１５のズーム操作キーなどを通じた入力操作より指定されるデジタルズームの倍率Ｎに基づいて、ＣＣＤ１１ａによる撮像画像の必要領域および不要領域のライン数を演算し、間欠転送タイミング制御部２２および高速転送参照値演算部２４に出力して、ＣＣＤ１１ａの高速転送および間欠転送を実行させる。そして、ズーム補間部１３ｂから供給される画素信号を用いて補間処理を行い、必要領域を拡大した画像の信号を生成させる。

高速転送参照値演算部２４は、倍率Ｎに応じた不要領域のライン数を制御部１４から受け取って、不要領域の画素信号を高速転送するのに必要な時間を、水平同期のカウント数として算出して、高速転送タイミング制御部２３に出力する。なお、高速転送参照値演算部２４の機能は、制御部１４によって実現されてもよい。高速転送タイミング制御部２３は、高速転送参照値演算部２４からのカウント数に基づいて、高速転送の開始タイミングを示すパルスを駆動パルス発生回路２１に与える。

一方、間欠転送タイミング制御部２２は、制御部１４から倍率Ｎに応じた必要領域のライン数を受け取って、必要領域の画素信号を間欠転送させるための開始タイミングおよび間欠転送の同期タイミングを示すパルスを駆動パルス発生回路２１に与える。そして、駆動パルス発生回路２１は、間欠転送タイミング制御部２２および高速転送タイミング制御部２３からの出力パルスに従って、ＣＣＤ１１ａを駆動するための各種駆動パルスを出力する。

図２は、インターライン転送方式のＣＣＤ１１ａの構造を模式的に示す図である。
図２に示すように、ＣＣＤ１１ａには、垂直方向および水平方向にそれぞれ多数の行および列だけマトリクス状に受光部１０１が配置され、各行について垂直転送部１０２が設けられ、それらの垂直転送部１０２が水平転送部１０３に接続されている。また、水平転送部１０３には、画素信号を外部に出力するための出力部１０４が接続されている。

受光部１０１にはフォトダイオードが設けられ、光学ブロック１１を通じて受光面に入射した光の強さと時間に応じて、電荷が蓄積される。そして、受光部１０１は、駆動パルス発生回路２１からの駆動パルス信号に応じて、蓄積された電荷を対応する垂直転送部１０２に転送する。

垂直転送部１０２は、接続された受光部１０１から転送された電荷を受け取り、駆動パルス発生回路２１からの駆動パルス信号に応じて、電荷を１画素ずつ水平転送部１０３に転送する。水平転送部１０３は、各垂直転送部１０２から受け取った電荷を１ラインずつ出力部１０４に転送する。これにより、画素信号が１ラインずつ順次出力される。

また、デジタルズームが行われる場合には、倍率Ｎに応じた受光面上の必要領域に含まれる受光部１０１の電荷のみが使用され、それ以外の受光部１０１の電荷は破棄される。
ここで、図３は、デジタルズームによる画像の拡大について説明するための図である。

図３（Ａ）において、画像１１１は、ＣＣＤ１１ａの受光面の全域により撮像された画像である。そして、デジタルズームの倍率Ｎが１より大きくなったとき、例えば図中破線で囲まれた部分が必要領域１１２とされ、この必要領域１１２の画素信号を用いて補間処理が行われることで、図３（Ｂ）のような拡大画像１２１が得られる。

このようなデジタルズーム機能が実現されるために、ＣＣＤ１１ａでは、必要領域１１２に含まれない画素のうち、画面上の上方の領域１１３ｂに含まれるラインの画素信号が、垂直ブランキング期間において高速に転送され、破棄される。次に、垂直有効期間において、必要領域１１２を含む領域１１３ａ内のラインが、水平同期に対して１／Ｎの速度で間欠的に転送され、ＡＦＥ処理回路１２に供給される。この後、垂直ブランキング期間において、領域１１３ｃに含まれるラインの画素信号が高速に転送され、破棄される。

なお、ＣＣＤ１１ａから出力された領域１１３ａ内のラインの画素信号のうち、水平方向の不要な領域１１４ｂおよび１１４ｃに含まれる画素信号については、カメラ信号処理回路１３のズーム補間部１３ｂにより破棄され、領域１１４ａに含まれる画素信号のみが有効とされる。そして、有効とされた画素信号を用いて、拡大された画像の信号が補間処理により生成されることになる。

ところで、ＣＣＤ１１ａの垂直転送部１０２の備えるレジスタには、ポテンシャルギャップに起因する欠陥が存在する場合があり、そのようなレジスタに受光部１０１からの電荷が長時間蓄積されたときには、対応する位置の画素が黒点として目立つようになる。本実施の形態では、このような欠陥画素の位置についてはＥＥＰＲＯＭ１６の欠陥画素情報１６ａとして記憶され、この記憶情報に基づいて、欠陥画素の信号がカメラ信号処理回路１３の欠陥補正部１３ａにより補正される。このとき、デジタルズームの倍率Ｎに応じて上記要因による欠陥画素の位置が変化しないように、以下の図４のようなタイミングでＣＣＤ１１ａが駆動される。

図４は、本実施の形態に係る撮像装置において、デジタルズーム機能を使用した場合のＣＣＤ１１ａの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
垂直駆動信号（ＶＤ）がＬレベルとなる直前では、前フレーム（またはフィールド）の画面下方の不要領域（図３の領域１１３ｃ）に含まれるラインの高速転送が行われている。そして、ＶＤがＬレベルになると（タイミングＴ１０１）、駆動パルス発生回路２１は全電荷の掃き出しを行うための駆動パルス信号をＣＣＤ１１ａに供給する。全電荷が読み出されると（タイミングＴ１０２）、転送が停止される。

このとき、高速転送参照値演算部２４は、指定された倍率Ｎに応じた画面上方の不要領域（図３の領域１１３ｂ）に含まれるライン数を制御部１４から受け取り、この不要領域を高速転送するために必要な時間（カウント数）を算出する。ここで、高速転送時の転送周波数は倍率Ｎに関係なく一定であるので、この転送周波数とライン数とを基に高速転送に要する時間を算出することができる。

高速転送タイミング制御部２３は、ＶＤがＨレベルとなるまでのＨＤのカウント数と、高速転送参照値演算部２４により算出されたカウント数とを基に、高速転送を開始するタイミングＴ１０３を逆算して、このタイミングＴ１０３で駆動パルス発生回路２１に対してパルス信号を出力する。これにより、駆動パルス発生回路２１は、領域１１３ｂのラインの画素信号を高速転送させるようにＣＣＤ１１ａに対して駆動パルス信号を供給し、高速転送が行われる。

その後、領域１１３ｂについての高速転送の終了時に垂直有効期間が開始される（タイミングＴ１０４）。このとき、間欠転送タイミング制御部２２は、倍率Ｎに応じた必要領域（図３の領域１１３ａ）に含まれるライン数を制御部１４から受け取り、間欠転送の同期タイミングを示すパルスを駆動パルス発生回路２１に与える。これにより、駆動パルス発生回路２１が間欠転送のための駆動パルス信号をＣＣＤ１１ａに供給し、必要領域のラインの画素信号が、水平同期に対して１／Ｎの速度で読み出される。

なお、図示しないが、垂直有効期間が終了すると、画面下方の不要領域（領域１１３ｃ）が高速転送されて排出される。これにより、１フレーム（またはフィールド）分の画像信号の転送処理が終了する。

以上の駆動制御において、転送停止期間（タイミングＴ１０２〜Ｔ１０３）では、垂直転送部１０２にポテンシャルギャップに起因する欠陥が存在した場合に、その位置が欠陥画素となる。しかし、転送停止期間は全電荷の読み出し後に設けられ、転送停止期間の直後に必要領域の間欠転送が行われるので、デジタルズームの倍率Ｎが変化した場合にも、上記要因による欠陥画素の発生位置は変化することがない。

従って、上記要因による欠陥画素の位置をあらかじめ欠陥画素情報１６ａに保持しておき、この情報に基づいて、欠陥補正部１３ａにより上記要因による欠陥画素を補正することが可能となる。このような欠陥画素の補正方法は、上記要因による欠陥画素を撮影のたびに検出する必要がなく、この検出のための特殊な演算を用いることなく補正を行うことが可能となるので、このような欠陥補正方法が利用可能となることで、光学的手段を用いない高画質のズーム機能を低コストで実現することが可能となる。

〔第２の実施の形態〕
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。

図５に示す撮像装置において、図１との違いは、高速転送参照値演算部２４の代わりに、高速転送参照値読み出し部２５が設けられている点である。この高速転送参照値読み出し部２５にはＲＯＭ２６が接続されており、ＲＯＭ２６には、デジタルズームの倍率Ｎごとに高速転送に必要な時間が格納されたルックアップテーブル（ＬＵＴ）２６ａが記憶されている。

例えば、デジタルズームの倍率Ｎとして１倍，１．２倍，１．５倍，２倍，３倍の５通りが設定可能である場合、ＬＵＴ２６ａには、それぞれの倍率Ｎに対応する不要領域（図３の領域１１３ｂ）のライン数から、その不要領域の画素信号を高速転送するのに要する時間を、水平同期のカウント数としてあらかじめ算出しておき、それらのカウント数を倍率Ｎに対応付けて記憶しておく。

そして、デジタルズーム機能が作動した場合に、高速転送参照値読み出し部２５は、指定された倍率Ｎに応じた不要領域のライン数を制御部１４から受け取ってＬＵＴ２６ａを参照し、ライン数に対応するカウント数を読み出して、高速転送タイミング制御部２３に供給する。これにより、上記の図４に示したようなタイミングでＣＣＤ１１ａが駆動される。

以上の第２の実施の形態では、あらかじめＬＵＴ２６ａに記憶された時間情報を読み出すだけで、不要領域の信号電荷の高速転送の開始タイミングを求めることができるので、処理負荷を軽減することができる。なお、高速転送参照値読み出し部２５の機能は、制御部１４により実現されてもよい。

〔第３の実施の形態〕
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。

図６に示す撮像装置において、図１との違いは、高速転送参照値演算部２４の代わりに、高速転送参照値出力デコーダ２７が設けられている点である。この高速転送参照値出力デコーダ２７は、ハードウェアロジック回路からなり、指定された倍率Ｎに応じた不要領域のライン数が制御部１４から供給されると、そのライン数をデコードして、高速転送に要する時間情報（カウント数）を高速転送タイミング制御部２３に出力する。これにより、上記の図４に示したようなタイミングでＣＣＤ１１ａが駆動される。

このように、高速転送に要する時間情報をハードウェアロジック回路によるデコード処理によって出力する構成としたことで、上記図１のようにこの情報を演算する演算回路を設けた場合や、上記図５のようにＬＵＴ２６ａが格納されたＲＯＭ２６を設けた場合と比較して、回路規模を縮小することが可能となる。

〔第４の実施の形態〕
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る撮像装置では、後の図８で示すように、ＣＣＤ１１ａの転送停止期間を、垂直有効期間の終了後に設けている。このため、指定されたデジタルズームの倍率Ｎに応じて、垂直有効期間がシフトすることから、図７に示すように、ＣＣＤ１１ａを駆動するパルスを発生するための構成が、図１の場合と異なっている。

図７において、高速転送参照値演算部２４は、図１の場合と同様に、倍率Ｎに応じた不要領域のライン数を制御部１４から受け取って、不要領域の画素信号を高速転送するのに必要な時間を、水平同期のカウント数として算出する。ただし、算出したカウント数は、高速転送タイミング制御部２３ａおよび間欠転送参照値演算部２９の双方に供給される。

高速転送タイミング制御部２３ａは、高速転送参照値演算部２４からのカウント数を基に、画面上方および画面下方の各不要領域の画素信号についての高速転送の開始タイミングを示すパルスを、駆動パルス発生回路２１ａに出力する。このとき、画面上方の不要領域についての高速転送が、ＣＣＤ１１ａの全電荷の読み出し直後から開始されるようにし、その全電荷の読み出し開始の直前に、直前フレーム（またはフィールド）についての画面下方の不要領域についての高速転送が行われるようにされる。

間欠転送参照値演算部２９は、制御部１４から倍率Ｎに応じた必要領域のライン数を受け取るとともに、高速転送参照値演算部２４により演算されたカウント数を受け取り、必要領域についての間欠転送の開始タイミングおよび終了タイミングの基準となるカウント数を算出して、間欠転送タイミング制御部２２ａに出力する。

間欠転送タイミング制御部２２ａは、間欠転送参照値演算部２９からのカウント数を基に、必要領域内のラインについての間欠転送の開始タイミングおよび終了タイミングをそれぞれ示すパルスを駆動パルス発生回路２１ａに出力する。このとき、間欠転送が行われる期間が、図１の場合よりシフトされる。

そして、駆動パルス発生回路２１ａは、間欠転送タイミング制御部２２ａおよび高速転送タイミング制御部２３ａからの出力パルスに従って、ＣＣＤ１１ａを駆動するための各種駆動パルスを出力する。

図８は、本実施の形態に係る撮像装置において、デジタルズーム機能を使用した場合のＣＣＤ１１ａの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
本実施の形態では例として、ＶＤがＬレベルとなったとき（タイミングＴ２０１）に、全電荷の読み出し開始タイミングが与えられるようにされている。そして、全電荷の読み出しが終了すると（タイミングＴ２０２）、画面上方の不要領域に含まれるラインの高速転送が開始される。この高速転送の開始タイミングは、高速転送タイミング制御部２３ａの出力パルスによって与えられる。さらに、高速転送が終了すると（タイミングＴ２０３）、必要領域に含まれるラインの間欠転送が開始される。

ここで、高速転送に要する時間はデジタルズームの倍率Ｎに応じて変化することから、間欠転送参照値演算部２９は、高速転送に要する時間情報を高速転送参照値演算部２４から受け取って、必要領域についての間欠転送の開始タイミングおよび終了タイミングの基準となる時間情報を演算し、高速転送タイミング制御部２３ａに出力する。例えば、ＶＤがＬレベルとなるタイミングＴ２０１を基準として、間欠転送の開始タイミングおよび終了タイミングを求めるための水平同期のカウント数を演算する。

なお、間欠転送タイミング制御部２２ａは、必要領域のライン数に応じた転送周波数を駆動パルス発生回路２１ａに通知する。また、その転送周波数の同期パルスを駆動パルス発生回路２１ａに出力してもよい。以上のような制御より、駆動パルス発生回路２１ａの出力する駆動パルスに従って、ＣＣＤ１１ａでは、画面上方の不要領域についての高速転送直後に、必要領域についての間欠転送が実行される。

その後、間欠転送が終了すると（タイミングＴ２０４）、垂直ブランキング期間に入って、ＣＣＤ１１ａにおける転送が停止され、さらに、タイミングＴ２０５において、画面下方の不要領域に含まれるラインの高速転送が開始される。この開始タイミングは、高速転送参照値演算部２４が例えば次にＶＤがＬレベルとなるタイミングを基準として算出したカウント数に基づいて、高速転送タイミング制御部２３ａからパルスが出力されることで与えられる。

また、図示しないが、画面下方の不要領域についての高速転送が終了すると、再び全電荷の読み出しが行われ、次のフレーム（またはフィールド）の画面上方の不要領域についての高速転送が開始される。

以上の駆動制御では、画面上方の不要領域についての高速転送期間の直後に、必要領域についての間欠転送が行われるので、垂直転送部１０２にポテンシャルギャップに起因する欠陥が存在した場合にも、その欠陥画素の位置がデジタルズームの倍率Ｎに応じて変化することがなく、あらかじめ欠陥画素情報１６ａに保持されていた欠陥画素の位置情報に基づいて、欠陥補正部１３ａにより上記要因による欠陥画素を補正することが可能となる。

また、転送停止期間が間欠転送の直後に設けられ、この期間の後に全電荷が読み出されてから、次のフレーム（またはフィールド）についての画素信号の読み出しが行われることから、出力される画像信号に上記要因による欠陥画素がきわめて発生しにくくなるという効果も得られる。

なお、上記の駆動制御例では、間欠転送の後に転送停止期間を設けているが、間欠転送の直後に画面下方の不要領域についての高速転送を行い、その後にＶＤはＬレベルとなるまでの期間で転送を停止するように制御してもよい。

また、高速転送参照値演算部２４および間欠転送参照値演算部２９により出力される時間情報（カウント数）は、デジタルズームの倍率Ｎが指定されるたびに演算される他に、例えば、倍率Ｎごとのカウント数が保持されたルックアップテーブルをメモリに保持しておき、倍率Ｎの指定に応じて対応する値を読み出すようにしてもよい。あるいは、ハードウェアロジック回路からなるデコード回路により、倍率Ｎの指定に応じて上記カウント数がデコードされるようにしてもよい。

本発明は、上述したように、静止画像および動画像をそれぞれデジタルデータとして記録するデジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラや、携帯電話機、ＰＤＡなどの携帯型情報処理機器の具備する撮像機能の他、テレビ電話用やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）用、コンピュータゲーム用などの小型カメラなどにも適用することが可能である。特に、本発明は、携帯型情報処理機器や小型カメラなど、光学ズーム機能を設けることが困難な小型・薄型の撮像装置に対して好適である。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。 インターライン転送方式のＣＣＤの構造を模式的に示す図である。 デジタルズームによる画像の拡大について説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置において、デジタルズーム機能を使用した場合のＣＣＤの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置において、デジタルズーム機能を使用した場合のＣＣＤの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 光学的手段を用いない従来のズーム機能の実現方法におけるＣＣＤの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１１……光学ブロック、１１ａ……ＣＣＤ、１２……ＡＦＥ処理回路、１３……カメラ信号処理回路、１３ａ……欠陥補正部、１３ｂ……ズーム補間部、１４……制御部、１５……入力部、１６……ＥＥＰＲＯＭ、１６ａ……欠陥画素情報、２１……駆動パルス発生回路、２２……間欠転送タイミング制御部、２３……高速転送タイミング制御部、２４……高速転送参照値演算部

Claims (9)

1. 固体撮像素子によって撮像された画像の一部領域を拡大してズーム機能を実現する撮像装置において、
   ズーム倍率Ｎ（ただし、Ｎ≧１）の入力を受け付けるズーム倍率受付手段と、
   前記固体撮像素子の受光面上の水平ラインのうち前記ズーム倍率Ｎに対応する必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、垂直有効期間内にＮ水平走査期間に１回ずつ間欠的に転送させ、前記必要領域より画面上方に相当する上方不要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、前記垂直有効期間の直前に高速に転送させるように、前記固体撮像素子の駆動タイミングを発生するタイミング信号発生手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記ズーム倍率受付手段からの前記ズーム倍率Ｎに応じた前記上方不要領域の水平ライン数と、当該水平ラインの信号電荷を高速転送する際の転送周波数とに基づいて、当該水平ライン分の高速転送に要する時間を算出する演算手段をさらに有し、
   前記タイミング信号発生手段は、前記演算手段の算出結果に基づいて高速転送の開始タイミングを発生することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記上方不要領域に含まれる水平ラインの信号電荷の高速転送に要する時間を前記ズーム倍率Ｎごとにあらかじめ記憶した記憶手段をさらに有し、
   前記タイミング信号発生手段は、前記ズーム倍率受付手段からの前記ズーム倍率Ｎに対応する前記記憶手段の記憶情報に基づいて高速転送の開始タイミングを発生することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記ズーム倍率受付手段からの前記ズーム倍率Ｎに応じた前記上方不要領域の水平ライン数に基づいて、当該水平ラインの信号電荷の高速転送に要する時間をデコードして出力するハードウェアロジック回路からなるデコード手段をさらに有し、
   前記タイミング信号発生手段は、前記デコード手段のデコード結果に基づいて高速転送の開始タイミングを発生することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
5. 前記タイミング信号発生手段は、さらに、垂直ブランキング期間において、前記上方不要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を高速転送する直前に、前記固体撮像素子に蓄積された全電荷を排出させるように、前記駆動タイミングを発生することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
6. 前記上方不要領域の水平ラインの信号電荷の高速転送に要する前記ズーム倍率Ｎに応じた時間に基づいて、前記必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷の間欠転送期間の開始タイミングおよび終了タイミングを与えるための基準時間を算出する演算手段をさらに有し、
   前記タイミング信号発生手段は、前記演算手段の算出結果に基づいて前記間欠転送期間の開始タイミングおよび終了タイミングを発生することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
7. 前記必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷の間欠転送期間の開始タイミングおよび終了タイミングを与えるための基準時間を前記ズーム倍率Ｎごとにあらかじめ記憶した記憶手段をさらに有し、
   前記タイミング信号発生手段は、前記ズーム倍率受付手段からの前記ズーム倍率Ｎに対応する前記記憶手段の記憶情報に基づいて、前記間欠転送期間の開始タイミングおよび終了タイミングを発生することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
8. 前記上方不要領域の水平ラインの信号電荷の高速転送に要する前記ズーム倍率Ｎに応じた時間に基づいて、前記必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷の間欠転送期間の開始タイミングおよび終了タイミングを与えるための基準時間をデコードして出力するハードウェアロジック回路からなるデコード手段をさらに有し、
   前記タイミング信号発生手段は、前記デコード手段のデコード結果に基づいて前記間欠転送期間の開始タイミングおよび終了タイミングを発生することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
9. 固体撮像素子によって撮像された画像の一部領域を拡大してズーム機能を実現するための固体撮像素子の駆動制御方法において、
   ズーム倍率受付手段が、ズーム倍率Ｎ（ただし、Ｎ≧１）の入力を受け付け、
   タイミング信号発生手段が、前記固体撮像素子の受光面上の水平ラインのうち前記ズーム倍率Ｎに対応する必要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、垂直有効期間内にＮ水平走査期間に１回ずつ間欠的に転送させ、前記必要領域より画面上方に相当する上方不要領域に含まれる水平ラインの信号電荷を、前記垂直有効期間の直前に高速に転送して排出させるように、前記固体撮像素子の駆動タイミングを発生する、
   ことを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。

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