JP2007134805A - 電子撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高画素数を有する固体撮像素子を用いたビデオカメラにおいて、低消費電力化を実現できる電子撮像装置を提供。
【解決手段】 固体撮像素子の全画素を分割した分割エリア、例えば全画素を２つのエリアに分割した場合に、分割エリア１を奇数Ｖ（フィールド）で読み出し、分割エリア２を偶数Ｖで読み出すと共に、分割エリア１は偶数Ｖ、分割エリア２は奇数Ｖで読み出し動作を停止することにより、各分割エリアの駆動部の平均消費電力を低減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は固体撮像素子が有する全画素を数個の領域に分割した分割エリアをもつ固体撮像素子を用いた電子撮像装置に関するものである。

近年、ビデオカメラは多画素化を実現するため、高画素数を有する固体撮像素子を使用するようになっている。しかし、ビデオカメラでは１フレーム３０コマ(ＮＴＳＣの場合の垂直同期信号１／６０、ＰＡＬの場合は１／５０)を実現しなければならないため、高画素数を有する固体撮像素子を使用した場合、有効エリアの全画素を読み出すためには、読み出し用クロックパルスの周波数を高くしなければならないため、固体撮像素子の転送部の高周波化及びＣＣＤ出力をサンプリング処理するＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路を有するＡＦＥ（アナログフロントエンド）の高周波設計が必要となる。このように高画素数の固体撮像素子を使用した場合には、駆動周波数の高周波化が伴うために消費電力が増大し、さらに高周波設計されたデバイスが新たに必要になることより、コストも増大してしまう。このような状況を鑑み、高画素数を有する固体撮像素子を用いる場合には、駆動周波数の高速化を避けるための手法が提案されており、例えば、特開２００４−１９４０２３公報には、固体撮像素子の全画素に分割エリアを設けて、該分割エリアを順に読み出すことにより、１ＨＤ期間に数エリア分（例えば、分割エリアが４エリアなら、１ＨＤ期間に読み出すエリアも４エリア）のデータを出力することにより、固体撮像素子の駆動周波数を低下させて消費電力の増加を防止する手法が提案されている。また、固体撮像素子の有する全画素に分割エリアを設けることにより発生する画面上の不一致（例えば、分割エリア毎の輝度レベルの違い等）を補正する手法も同時に提案されている。
特開２００４−１９４０２３号公報

このように、高画素数を有する固体撮像素子を用いた電子撮像装置では、固体撮像素子が有する全画素数を分割して、分割エリア毎に電荷読み出し、蓄積、垂直転送、水平転送の一連の動作を行い、１ＨＤ期間に全画素のデータを出力するため、固体撮像素子の駆動周波数を低下することは可能であるが、転送部が数倍（分割エリア分）必要となるため、転送部の消費電力を低下させることが難しく、固体撮像素子が有する画素数に応じて消費電力が増大してしまう。本発明では、高画素数を有する固体撮像素子を用いたビデオカメラにおいて、固体撮像素子の全画素を分割した分割エリアにおいて、フィールド毎（１Ｖ、２Ｖ、・・・）に分割した画素エリアを交互に読み出し、読み出していない方のエリアを停止することにより、分割エリア毎に設けている駆動部の消費電力を低減することで低消費電力化を実現できる電子撮像装置を提供することを目的とする。

高画素数を有する固体撮像素子を用いた電子撮像装置において、固体撮像素子の全画素を分割した分割エリア、例えば全画素を２つのエリアに分割した場合に、分割エリア１を１Ｖ、３Ｖ、５Ｖといったように奇数Ｖ（フィールド）で読み出し、分割エリア２を２Ｖ、４Ｖ、６Ｖといったように偶数Ｖで読み出すと共に、分割エリア１は偶数Ｖ、分割エリア２は奇数Ｖで読み出し動作を停止することにより、各分割エリアの駆動部の平均消費電力を低減する。さらに、それぞれの分割エリアにおいて、休止したＶ（フィールド）期間は前のＶ（フィールド）で読み出したデータ及びもう一方の分割エリアの現フィールドで読み出したデータより補間データを生成することで、画像を生成する。

本発明にかかる電子撮像装置は、固体撮像素子の有する全画素を分割した分割エリア毎に独立した蓄積部と、転送部と、駆動部を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の水平転送部を駆動するための駆動回路と、該固体撮像素子の垂直転送部を駆動するための駆動回路と、固体撮像素子からの信号データを相関二重サンプル及びＡ／Ｄ変換するための、ＣＤＳ／ＡＤ回路と、それぞれの分割エリアから読み出されて信号データを合成するための回路と、固体撮像素子の電子シャッタのスピードに応じて、分割エリア毎の駆動パターンを変化させるための手段と、ＲＥＣ（記録）時とＰＡＵＳＥ（待機）時を判定し、これを固体撮像素子の水平転送部及び垂直転送部を駆動するための駆動回路に情報を伝達するための手段と、該手段に応じて、固体撮像素子の分割エリア毎の読み出しタイミングを変化させるための手段を有し、ＲＥＣ時及びＰＡＵＳＥ時の判定情報に応じて、固体撮像素子の分割エリア毎の読み出しタイミングをフィールド毎に交互に行なうか否かを切替えること、さらに電子シャッタスピードが低速シャッタ（１／３０以下）であるかを判定して、低速シャッタ時には固体撮像素子の分割エリア毎の読み出しタイミングをフィールド毎に交互に実行することにより、高画素数の固体撮像素子を用いた場合でも、低消費電力化を実現可能であることを特徴としている。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

本発明の実施例を図１を元に説明する。レンズ１を通った光信号は絞り２を介して、ＣＣＤ３に入力される。ＣＣＤ３は有効画素の全画素において、数分割した分割エリアを備え、それぞれの分割エリアにおいて駆動回路を備えている。ここでは、分割エリアを２つ（Ａｃｈ、Ｂｃｈとする）持つＣＣＤを例とする。ＣＣＤ３は分割エリアＡｃｈとＢｃｈの水平転送部をそれぞれ駆動するためのＨＴＧ７より出力されるパルスＨａと、Ｈｂ及び垂直転送部をそれぞれ駆動するためのＶＴＧ８より出力されるパルスＶａと、Ｖｂにより駆動され、入射された光信号を光電変換により、電気信号に変換して出力する。ＨＴＧ７及びＶＴＧ８はＣＰＵ９によって制御され、例えばＨＴＧ７は３V振幅のクロックパルスを一定の周期で出力する。また、ＶＴＧ８はＣＣＤ３の読み出しパルスであるため、高い電圧、例えば１５Vと、−８Vで構成される。ＣＰＵ９はＨＴＧ７と、ＶＴＧ８が一定周期又は低消費電力モード用のクロックパルスを発生するためのデータを出力する。低消費電力モードについては、後に説明する。ＣＣＤ３の出力信号はリセットノイズを取り除くための相関二重サンプリングを行なうＣＤＳ回路及びＡＧＣアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換するA／D変換器を有するＡＦＥ４に入力され、デジタル信号に変換された後、マルチプレクス５に入力される。マルチプレクス５はＡＦＥ４から出力されたＣＣＤ分割エリア毎のデータＤＡｃｈと、ＤＢｃｈを１つの画像に合成するマルチプレクス処理と、低消費電力モードの場合に、各分割エリアのデータを２Ｖに一度、補間データを生成し、該補間データと、マルチプレクス５に入力された信号を合成した後、カメラ信号処理回路６に入力される。カメラ信号処理回路６はＹＣ分離を行い、輝度信号処理、色信号処理を施して、映像信号を生成する。生成された映像信号はディスプレイ１０に送られ表示される。さらに表示回路１１を介して、ＬＣＤ１２に入力され、表示される。さらに外部記録トリガボタンであるＲＥＣ／ＰＡＵＳＥボタン１３が押されていない（ＰＡＵＳＥ状態）場合には、低消費電力モードでＣＣＤ３はフィールド間飛び越しで読み出し動作を実行し、押された場合（ＲＥＣ状態）では、低消費電力モードを解除し、ＣＣＤ３は通常読み出し動作を行なう。このときにＣＣＤ３の読み出し動作状態をＬＣＤ１２に表示して、ユーザーに知らせても良い。次に本特許について図２を元に詳しく説明する。ＣＰＵ９内部にはフィールド飛越し読出しデータ１１０と、通常読出しデータ１１１と、該データ出力を切り替えるための切り替えスイッチ１０９を備えており、ＲＥＣ／ＰＡＵＳＥ検出１１２からの信号、例えばＲＥＣ／ＰＡＵＳＥ検出１１２からの出力信号がＰＡＵＳＥ状態を示す信号であれば、フィールド飛越し読出しデータを出力するように切り替えスイッチ１０９を切り替え、ＲＥＣ状態を示す信号であれば、通常読出しデータを出力するように切り替えスイッチ１０９を切り替える。また、電子シャッタスピード判定１１３からの出力にも応じて、該切り替えスイッチ１０９を切り替える。例えば、電子シャッタスピード判定１１３から低速シャッタ（1／３０以下）を示す信号が出力された場合には、フィールド飛越し読出しデータを出力し、それ以外の場合（1／６０以上）には、通常読出しデータを出力する。これにより、有効画素を２つに分割した分割エリアＡｃｈ、Ｂｃｈを有するＣＣＤ３は、それぞれＶＴＧ８内部に備えたＡｃｈ用信号を出力するＶＴＧａ１０２と、Ｂｃｈ用信号を出力するＶＴＧｂ１０３から出力されるＶａと、Ｖｂにより読み出し動作および垂直転送動作を行い、それぞれＨＴＧ７内部に備えたＡｃｈ用信号を出力するＨＴＧａ１００と、Bch用信号を出力するＨＴＧｂ１０１から出力される水平転送パルスＨａ，ＲＧａと、Ｈｂ，ＲＧｂにより、水平転送動作を行い、信号ＤＡｃｈと、ＤＢｃｈをＡＦＥ４に出力する。ＡＦＥ４は相関二重サンプリングおよびＡ／Ｄ変換を行い、マルチプレクス５に信号を出力する。マルチプレクス５内部にはそれぞれＣＣＤ３のＡｃｈと、Ｂｃｈ信号に対してのフィールドメモリ１０４と、フィールド補間生成１０６と、またフィールドメモリ１０５と、フィールド補間生成１０７を備え、さらにＡｃｈと、Ｂｃｈの信号を合成するための合成回路１０８を備えている。次にマルチプレクス５の動作と、フィールド飛越し読出し動作と、通常読出し動作について図３と、図4を元に詳しく説明する。通常読出し動作は、図３に示すとおり、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ、５Ｖ、６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ・・・というように各フィールドで常時、分割エリアＡｃｈと、Ｂｃｈから信号を読出すように動作する。このときのマルチプレクス５内部のフィールドメモリ１０４と、フィールド補間生成１０６、またフィールドメモリ１０５と、フィールド補間生成１０７は入力された信号をそのままスルーして、合成回路１０８に信号を入力する。合成回路１０８は分割エリアＡｃｈと、Ｂｃｈの信号より、１つの画像を生成するための合成処理を施し、画像を示すデータ（ＲＡＷＤＡＴＡ）を出力する。次にフィールド飛越し読出し動作は、図４に示すとおり、通常読出し動作とは異なり、分割エリアＡｃｈは、１Ｖ、３Ｖ、５Ｖ、７Ｖ・・・といった奇数フィールド（Ｖ）時に信号を読出すように動作する。また、分割エリアＢｃｈは、２Ｖ、４Ｖ、６Ｖ、８Ｖ・・・といった偶数フィールド（Ｖ）時に信号を読出すように動作する。このときのマルチプレクス５内部の動作は、Ａｃｈと、Ｂｃｈそれぞれについてフィールドメモリ１０４と、フィールドメモリ１０５にあるフィールド分のデータ（例えば２０Ｖ）を格納し、出力する。次にフィールド補間生成１０６と、フィールド補間生成１０７に信号が伝達される。Ａｃｈは前記のとおり奇数フィールド時のみしか信号を読出していないため、偶数フィールド時の信号が欠けている。これを補うため、例えば２Ｖ時の信号は、１Ｖ前の信号より補間してデータを生成する。さらに、急激な輝度信号変化にも対応するため、もう一方の分割エリアであるＢｃｈの２Ｖ時の信号（Ｂｃｈは偶数フィールド時のみ読出し動作を行うため）より、輝度信号レベルを生成して、Ａｃｈの１Ｖ前の信号と比較して、差分を生じた場合に、Ａｃｈの補間データに差分を合成し、出力する。もう一方の分割エリアであるＢｃｈについても、奇数フィールド時の信号を１Ｖ前の信号およびＡｃｈの現フィールドでの信号から補間データを生成し、出力する。出力されたＡｃｈと、Ｂｃｈのデータはそれぞれ合成回路１０８に入力され、１つの画像を生成するための処理を施し、画像データを示すデータ（ＲＡＷＤＡＴＡ）を出力する。このようにＰＡＵＳＥ状態または、シャッタスピードが低速の場合には、２つに分割された分割エリアを有するＣＣＤの各エリアの片方を奇数フィールド時、もう一方を偶数フィールド時というように交互に読出すよう制御することにより、分割エリアを同時に駆動する必要がないため、消費電力を低減することが可能である。尚、フィールド飛越し読出し動作中は、ＬＣＤ等の表示装置にＣＣＤの動作を表示して、ユーザーに知らせてもよい。また、ＰＡＵＳＥ状態と、電子シャッタスピードについてＯＲをとって、どちらかの状態になったら、フィールド飛越し読出し動作を実行してもよい。さらに、ＡＦＥ４に内蔵しているＡＧＣに連動して動作してもよい。本特許では、固体撮像素子の分割エリアが２つの場合について説明したが、分割エリアが複数の場合でも同様の制御をすることが可能である。また、固体撮像素子にＣＣＤを使用した実施例を用いて説明したが、固体撮像素子にＣＭＯＳを使用した電子撮像素子にも適用することができる。

本発明の電子撮像装置における一実施例の構成を示す。 本発明の電子撮像装置におけるＣＣＤの詳細な駆動回路の一実施例を示す。 本発明の電子撮像装置における分割エリアを設けた固体撮像素子の通常読み出し方式の一実施例を示す。 本発明の電子撮像装置における分割エリアを設けた固体撮像素子のフィールド飛越し読出しの一実施例を示す。

符号の説明

１ レンズ
２ 絞り
３ ＣＣＤ
４ ＡＦＥ
５ マルチプレクス
６ カメラ信号処理回路
７ ＨＴＧ
８ ＶＴＧ
９ ＣＰＵ
１０ ディスプレイ
１１ 表示回路
１２ ＬＣＤ
１３ ＲＥＣ／ＰＡＵＳＥボタン
１００ ＨＴＧａ
１０１ ＨＴＧｂ
１０２ ＶＴＧａ
１０３ ＶＴＧｂ
１０４，１０５ フィールドメモリ
１０６，１０７ フィールド補間生成
１０８ 合成回路
１０９ 切り替えスイッチ
１１０ フィールド飛越し読出しデータ（低消費電力モード）
１１１ 通常読出しデータ
１１２ ＲＥＣ／ＰＡＵＳＥ検出
１１３ 電子シャッタスピード判定

Claims (5)

1. 固体撮像素子が有する全画素を数個の分割エリアに分割した固体撮像素子を用いた電子撮像装置において、分割エリアの画素を交互に読み出すことにより、低消費電力化を実現することを特徴とする電子撮像装置。
2. 請求項１に記載の電子撮像装置において、各分割エリアをフィールド毎、片方の分割エリアを奇数フィールドで、もう一方の分割エリアを偶数フィールドで、交互に読み出すことを特徴とする電子撮像装置。
3. 請求項１に記載の電子撮像装置において、外部トリガに応じて、固体撮像素子が有する各分割エリアの読出し方式を通常、または交互とで切り替えることを特徴とする電子撮像装置。
4. 請求項３に記載の電子撮像装置において、外部ＲＥＣ（記録）ボタンが押されたのを検出して、固体撮像素子の読出し方式を通常読み出し方式に切り替えることを特徴とする電子撮像装置。
5. 請求項３に記載の電子撮像装置において、電子シャッタスピードが1／３０以下かあるいは1／６０以上かを検出して、1／３０以下の場合に固体撮像素子の読出し方式をフィールド毎に各分割エリアを交互に読み出すことを特徴とする電子撮像装置。

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