JP2008028811A - アナログフロントエンド装置および撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】露光制御期間が1水平期間未満の高速電子シャッター動作させるモードにおいて、制御パルスが有効データ出力期間に同時動作として進行し、制御パルス出力動作による不連続ノイズ成分が各部に悪影響を与える結果、画像に固定パターンノイズ(FPN)が出現する。
【解決手段】固体撮像センサ20からの画像信号をデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部3と、固体撮像センサを連続・不連続に駆動する駆動パルスを周期的に発生し、固体撮像センサを不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成出力するタイミングジェネレータ2と、出力停止位置信号が有効のときは前処理部3から不連続な状態で入力されてくる画像データを変換して連続的な画像データを生成する連続データ生成部10と、連続データ生成部が生成した画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置30に転送出力するデジタルデータ出力部7を備える。
【選択図】図1
【解決手段】固体撮像センサ20からの画像信号をデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部3と、固体撮像センサを連続・不連続に駆動する駆動パルスを周期的に発生し、固体撮像センサを不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成出力するタイミングジェネレータ2と、出力停止位置信号が有効のときは前処理部3から不連続な状態で入力されてくる画像データを変換して連続的な画像データを生成する連続データ生成部10と、連続データ生成部が生成した画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置30に転送出力するデジタルデータ出力部7を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、デジタルカメラにおいて、固体撮像センサとデジタル信号処理装置との間に介在されるアナログフロントエンド装置にかかわり、特には画像データ転送中のデジタルノイズの影響を抑制する技術に関する。
近年、カメラ業界において、アナログ技術からデジタル技術への移行には目覚ましいものがある。特にフィルムも現像も不要なデジタルスチルカメラは活況を呈している。携帯電話もカメラ搭載型が主流を占めるようになり、高画素化とともに画像処理による画質の向上には著しいものがある。
図5は、従来のアナログフロントエンド装置の構成を示すブロック図である。20はMOS型のイメージセンサである固体撮像センサ、30は画像処理などを行うデジタル信号処理装置(DSP)、A′はアナログフロントエンド装置、1は周期的な同期信号を発生する同期信号発生部、2は固体撮像センサ20を駆動するためのパルスを発生するタイミングジェネレータ、3は前処理部、4はCDS(相関二重サンプリング)部、5はGCA(ゲインコントロールアンプ)部、6はA/D変換部、7はデジタルデータ出力部、8はCPUインターフェース、9は外部からの入力クロックを逓倍して出力するクロック逓倍部である。
従来のアナログフロントエンド装置A′においては、撮像光が図示しないレンズを介して固体撮像センサ20に入射されると、フォトダイオードなどにより電気信号に変換され、タイミングジェネレータ2からの垂直および水平の駆動パルスによ、りアナログ連続信号である画像信号が生成出力される。出力された画像信号は、CDS部4のサンプルホールド回路によって1/fノイズが適切に低減された後、GCA部5でゲインコントロールされ、A/D変換部6によってデジタルの画像信号データ(RGBデータ)に変換される。変換された画像信号データはデジタルデータ出力部7からパラレルデータ形式またはパラレルからシリアルに変換されたシリアルデータ形式で外部のデジタル信号処理装置20に出力され、輝度信号処理、色分離、カラーマトリクス処理などの各種の処理が施される。
固体撮像センサ20における電子シャッター機構が全画素同時読み出し方式でなく逐次読み出しタイプのローリングシャッター方式の場合、電子シャッター駆動制御パルスをラインごとに出力する。
ハイライトな環境下で電子シャッターを高速に動作させるに際して、露光制御期間が1水平期間未満である場合は、図6に示すように、有効データ期間内でタイミングジェネレータ2から制御パルスを出力し、固体撮像センサ20に入力する。固体撮像センサ20はタイミングジェネレータ2からの制御パルスにより駆動され、有効データ出力期間と同時進行でCDS、GCA、A/D変換を行い、その結果のセンサ出力データをデジタルデータ出力部7より出力する。このとき、有効データ期間内で制御パルス出力による動作ノイズは、固体撮像センサ10、アナログフロントエンド装置A′ともに有効期間中に発生している。
特開2005−244709号公報(第5−6頁、第1図)
上記従来のアナログフロントエンド装置では、露光制御期間が1水平期間未満で高速電子シャッター動作させるモードにおいて、有効データ期間内の任意の位置で出力される制御パルス出力動作が有効データ出力期間に同時動作として進行するため、制御パルス動作による不連続ノイズ成分が各部(固体撮像センサの内部、固体撮像センサとアナログフロントエンド装置との接続部、アナログフロントエンド装置のタイミングジェネレータ、CDS部、GCA部、A/D変換部)に悪影響を与える結果、画像に固定パターンノイズ(FPN(Fixed Pattern Noise))が出現する(図6の画像データP0の「5」「10」「15」「20」参照)。
本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータを出力できるアナログフロントエンド装置を提供することを目的としている。
本発明によるアナログフロントエンド装置は、
被写体の光像を光電変換する固体撮像センサから出力されるアナログの画像信号を入力してデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部と、
前記固体撮像センサを連続・不連続に駆動する駆動パルスを周期的に発生するとともに、前記駆動パルスに同期して前記固体撮像センサを不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成出力するタイミングジェネレータと、
前記前処理部からの前記画像データを入力して、前記タイミングジェネレータからの前記出力停止位置信号が無効のときは前記画像データをスルーさせ、前記出力停止位置信号が有効のときは不連続な状態で入力されてくる前記画像データを変換して連続的な画像データを生成する連続データ生成部と、
前記連続データ生成部が生成した画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置に転送出力するデジタルデータ出力部とを備えたものである。
被写体の光像を光電変換する固体撮像センサから出力されるアナログの画像信号を入力してデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部と、
前記固体撮像センサを連続・不連続に駆動する駆動パルスを周期的に発生するとともに、前記駆動パルスに同期して前記固体撮像センサを不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成出力するタイミングジェネレータと、
前記前処理部からの前記画像データを入力して、前記タイミングジェネレータからの前記出力停止位置信号が無効のときは前記画像データをスルーさせ、前記出力停止位置信号が有効のときは不連続な状態で入力されてくる前記画像データを変換して連続的な画像データを生成する連続データ生成部と、
前記連続データ生成部が生成した画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置に転送出力するデジタルデータ出力部とを備えたものである。
この構成において、通常動作時には、固体撮像センサから得られる画像信号は連続的な信号であり、前処理部からの画像データも連続的なものとなる。そして、タイミングジェネレータの出力停止位置信号は無効であって、連続データ生成部では前処理部からの連続的な画像データをスルーさせてデジタルデータ出力部よりデジタル信号処理装置へデータ転送する。
一方、電子シャッターを1水平期間未満で動作させる高速電子シャッター動作時には、固体撮像センサから得られる画像信号は不連続的な信号であり、前処理部からの画像データも不連続的なものとなる。そして、タイミングジェネレータの出力停止位置信号は有効となり、連続データ生成部では前処理部からの不連続な画像データを出力停止位置信号を用いて連続的な画像データに変換し、デジタルデータ出力部よりデジタル信号処理装置へデータ転送する。
すなわち、高速電子シャッター動作時には、有効期間での制御パルス出力動作ゆえに発生する不連続ノイズ成分が発生するタイミングにおいて、固体撮像センサの出力を一時的に停止して不連続出力とする。そして、連続データ生成部によって不連続な画像データを連続的な画像データに変換して出力する。その結果、各部(固体撮像センサの内部、固体撮像センサとアナログフロントエンド装置との接続部、アナログフロントエンド装置のタイミングジェネレータ、前処理部)に対する不連続ノイズ成分に起因する画像への固定パターンノイズが抑制され、高品質なセンサデータが得られることになる。
上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記タイミングジェネレータは、前記固体撮像センサの露光制御期間として1水平期間未満を設定する際に、水平方向の画素信号読み出しパルスを一時的に停止し、停止期間において前記固体撮像センサの蓄積電荷量を制御するパルスを出力したのち、水平方向の画素信号読み出しパルスを再開するという態様がある。
この構成によれば、高速電子シャッター時における不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングの管理をアナログフロントエンド装置側で行える。
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記連続データ生成部は、1水平期間内に画像データの出力を停止する回数と1回の停止期間のクロック数を掛け合わせた時間を処理にかかる最小の群遅延とし、1回の停止期間分のクロック遅延器を前記停止回数分接続し、1水平期間の先頭から順番に停止位置にて1停止期間遅延前の画像データを選択することにより前記連続的な画像データを生成するという態様がある。
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理した上で、連続データ生成部を制御することにより、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記連続データ生成部は、有効データの1水平期間分以上の記録容量をもつメモリを搭載し、前記メモリに対して1水平期間の先頭から順番に前記画像データを書き込む際に、前記固体撮像センサの出力停止位置での無効データ部分を破棄した上で書き込み、かつ前記メモリからの前記画像データの読み出しは連続的に行って前記連続的な画像データを出力するという態様がある。
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理した上で、連続データ生成部のメモリ書き込みと読み出しを制御することにより、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記連続データ生成部は、有効データの1水平期間分以上の記録容量をもつメモリを搭載し、前記メモリに対して1水平期間の先頭から順番に前記画像データを書き込む際に、前記固体撮像センサの出力停止位置での無効データを含める状態で書き込み、かつ前記メモリからの前記画像データの読み出しは前記無効データ部分をスキップして前記連続的な画像データを出力するという態様がある。
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理した上で、連続データ生成部のメモリ書き込みと読み出しを制御することにより、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記デジタルデータ出力部は、水平ブランキング期間において、画素クロックのn逓倍(nは2以上の自然数)の読み出しタイミングで、前記メモリから前記連続的な画像データをパラレルデータ形式またはシリアルデータ形式で読み出すという態様がある。
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理した上で、連続データ生成部のメモリ書き込みと読み出しを制御して水平ブランキング期間で出力することにより、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記タイミングジェネレータは、前記出力停止位置信号をタイミングフラグ信号として出力するという態様がある。あるいは、前記タイミングジェネレータは、前記出力停止位置信号を、1水平期間中に動作するカウンタ値を用いたアドレス信号として出力するという態様もある。
さらに、上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記タイミングジェネレータおよび前記連続データ生成部は、独立に前記固体撮像センサの出力停止位置を設定するレジスタを備えているという態様がある。
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理することにより、電子シャッターモードの切り替え時の設定変更のみで対応可能となり、外部のデジタル信号処理装置では通常連続読み出しと同じインターフェースでよいことになる。
また、本発明による撮像装置は、上記のいずれかのアナログフロントエンド装置と、前記固体撮像センサと、前記デジタル信号処理装置と、レンズおよびモニタとを備えたものである。
本発明によれば、高速電子シャッター動作時には、有効期間での制御パルス出力動作ゆえに発生する不連続ノイズ成分が発生するタイミングにおいて、固体撮像センサの出力を一時的に停止して不連続出力とし、連続データ生成部によって不連続な画像データを連続的な画像データに変換して出力するので、各部に対する不連続ノイズ成分に起因する画像への固定パターンノイズを抑制し、高品質なセンサデータを得ることができる。
以下、本発明にかかわるアナログフロントエンド装置の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態のアナログフロントエンド装置の構成を示すブロック図である。図1において、Aはアナログフロントエンド装置、20はMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のイメージセンサである固体撮像センサ、30は画像処理などを行うデジタル信号処理装置(DSP)である。1は周期的な同期信号を発生する同期信号発生部(SSG:Synchronous Signal Generator)、2は固体撮像センサ20を駆動するパルスを周期的に発生するタイミングジェネレータ、3は固体撮像センサ20から出力されるアナログの画像信号を入力してデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部である。前処理部3は、固体撮像センサ20から入力したアナログ電荷信号からノイズを除去するCDS(相関二重サンプリング)部4と、信号のゲインを制御するとともにフィードバック制御により直流成分を制御するGCA(ゲインコントロールアンプ)部5と、nビットのA/D変換部6とから構成されている。7は画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置30に転送出力するデジタルデータ出力部、8は外部CPUとのインターフェース、9は外部から入力されるクロックをn逓倍して内部に供給するクロック逓倍部である。新たな構成要素としての10は固体撮像センサ20から出力されCDS部4、GCA部5およびA/D変換部6を介して入力されてくるデータが不連続な場合に、その不連続なデータを連続的な画像データに変換する連続データ生成部である。タイミングジェネレータ2は、固体撮像センサ20を連続・不連続に駆動するパルスを周期的に発生するとともに、駆動パルスに同期して固体撮像センサ20を不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成し、連続データ生成部10に出力するように構成されている。
図2はタイミングジェネレータ2から1水平期間中の高速電子シャッター対応の制御パルスを出力する際に、周期的に固体撮像センサ20を停止させて連続・不連続に駆動した場合の固体撮像センサ20の出力データ配置の一例を示す。
図3は連続データ生成部10の構成例を示す。図4は水平駆動の停止回数が4回で1回の停止期間が1T期間である場合を想定した場合の連続データ生成部10の動作タイミングチャートの一例である。HBLKは水平ブランキングパルスである。
1水平期間内に停止される回数を4回とし、1回の停止期間のクロック数を1として最小の群遅延を4クロックとし、1回の停止期間分の1クロック遅延器11を停止回数分すなわち4個接続して内部遅延を構成し、1水平期間の先頭から順番に停止位置にて1停止期間の遅延前のデータをセレクタ12で選択することにより、連続的な画像データを出力する構成の一例を示す。
次に、上記のように構成された本実施の形態のアナログフロントエンド装置Aの動作を説明する。
まず、撮像光が図示しないレンズを介して固体撮像センサ20に入射されると、固体撮像センサ20のフォトダイオードなどにより電気信号に変換される。そして、タイミングジェネレータ2からの垂直駆動パルスおよび水平駆動パルスにより、アナログ点順次信号である画像信号が生成出力される。固体撮像センサ20から出力された画像信号は、前処理部3におけるCDS部4のサンプルホールド回路によって1/fノイズが適切に低減された後、GCA部5でゲインコントロールされ、A/D変換部6によってデジタルの画像信号データ(RGBデータ)に変換される。この画像信号データは連続データ生成部10を経由して、デジタルデータ出力部7からパラレルデータ形式またはパラレルからシリアルに変換されたシリアルデータ形式で外部のデジタル信号処理装置20に出力される。デジタル信号処理装置20に取り込まれたセンサデータは、輝度信号処理、色分離、カラーマトリクス処理などの各種の処理が施される。
次に、ハイライトな環境下で電子シャッターを高速に動作させるに際して、露光制御期間が1水平期間未満である場合の動作を説明する。
タイミングジェネレータ2は、1水平期間未満の電子シャッター制御用のパルスを出力する際、図2に示すパルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジで水平方向の画素信号読み出しパルスを一時的に停止する。そして、停止期間において、ノイズの発生源となる固体撮像センサ20の蓄積電荷量を制御するためパルスの論理を反転出力する。そして、水平方向の画素信号読み出しを再開させる。
図2では、有効期間内の2つのパルスを想定して、立ち上がりと立ち下がりのエッジ位置は4箇所存在する。このとき、固体撮像センサ20からの画素読み出しは停止しているので、固体撮像センサ20から出力される不連続な画像データP0は4つの無効データを有することになる。すなわち、固体撮像センサ20からの出力不連続な画像データP0は、周期的な不連続情報を含むものとなる。
周期的な不連続情報を含む不連続な画像データP0は、CDS部4のサンプルホールド回路によって上記の通常動作と同様に1/fノイズが適切に低減される。さらに、GCA部5でゲインコントロールされ、A/D変換部6によって周期的な不連続情報を含む画像信号データに変換される。さらに、この周期的な不連続情報を含む画像信号データは、連続データ生成部10によって連続的な画像データに変換される。
(1)連続データ生成部10の構成としての第1の実施例を説明する。
図3は水平駆動の停止回数が4回で、1回の停止期間が1T期間である場合を想定した連続データ生成部10の具体的構成を示す。11は1クロック遅延器、12はセレクタである。1クロック遅延器11とセレクタ12の組が4つシリーズに接続されている。1水平期間内に停止される回数を4回とし、かつ1回の停止期間のクロック数を1として最小の群遅延を4クロックとした場合に対応している。すなわち、1回の停止期間のクロック数が1であるので、遅延器として1クロック遅延器11を採用している。また、1水平期間内に停止される回数が4回であるので、1クロック遅延器11とセレクタ12の組の数を4としている。
図4は図3の構成に対応した連続データ生成部10の動作を示すタイミングチャートである。入力されてくる不連続な画像データP0に対して、1クロック遅延の画像データをP1、2クロック遅延信号をP2、3クロック遅延信号をP3、4クロック遅延信号をP4とする。また、4クロック遅延の不連続な画像データP4に対応する1回目の出力停止位置信号をS4、3クロック遅延の不連続な画像データP3に対応する2回目の出力停止位置信号をS3、2クロック遅延の不連続な画像データP2に対応する3回目の出力停止位置信号をS2、1クロック遅延の不連続な画像データP1に対応する4回目の出力停止位置信号をS1としている。各セレクタ12は、出力停止位置信号S1〜S4を選択制御信号として動作する。
不連続な画像データP0とこの不連続な画像データP0を1段目の1クロック遅延器11で遅延させた1クロック遅延の不連続な画像データP1とを1段目のセレクタ12で選択し、2段目に出力する。その選択信号Q2と1クロック遅延の不連続な画像データP1を2段目の1クロック遅延器11で遅延させた2クロック遅延の不連続な画像データP2とを2段目のセレクタ12で選択し、3段目に出力する。その選択信号Q3と2クロック遅延の不連続な画像データP2を3段目の1クロック遅延器11で遅延させた3クロック遅延の不連続な画像データP3とを3段目のセレクタ12で選択し、4段目に出力する。その選択信号Q4と3クロック遅延の不連続な画像データP3を4段目の1クロック遅延器11で遅延させた4クロック遅延の不連続な画像データP4とを4段目のセレクタ12で選択し、連続的な画像データPoutとして出力する。
不連続な画像データP0は1段目の1クロック遅延器11によって1クロック遅延の不連続な画像データP1となり、1段目のセレクタ12に入力される。1クロック遅延の不連続な画像データP1は2段目の1クロック遅延器11によって2クロック遅延の不連続な画像データP2となり、2段目のセレクタ12に入力される。2クロック遅延の不連続な画像データP2は3段目の1クロック遅延器11によって3クロック遅延の不連続な画像データP3となり、3段目のセレクタ12に入力される。3クロック遅延の不連続な画像データP3は4段目の1クロック遅延器11によって4クロック遅延の不連続な画像データP4となり、4段目のセレクタ12に入力される。
4段目のセレクタ12において、出力停止位置信号S4が“L”レベルの期間では4クロック遅延の不連続な画像データP4が4T分選択され、「1」,「2」,「3」,「4」のデータとなる(タイミングt1〜t2)。
タイミングt2において、出力停止位置信号S4が“H”レベルになると、4段目のセレクタ12は、3段目のセレクタ12からの選択信号Q4を選択することになる。3段目のセレクタ12においては、タイミングt3までは出力停止位置信号S3が“L”レベルとなっているので、3段目のセレクタ12は3クロック遅延の不連続な画像データP3を選択する。したがって、“H”レベル側選択状態の4段目のセレクタ12は、3クロック遅延の不連続な画像データP3において、タイミングt2〜t3のデータ「5」,「6」,「7」,「8」を選択出力することになる。
タイミングt3において、出力停止位置信号S3が“H”レベルになると、3段目のセレクタ12は、2段目のセレクタ12からの選択信号Q3を選択することになる。2段目のセレクタ12においては、タイミングt4までは出力停止位置信号S2が“L”レベルとなっているので、2段目のセレクタ12は2クロック遅延の不連続な画像データP2を選択する。したがって、“H”レベル側選択状態の3段目および4段目のセレクタ12は、2クロック遅延の不連続な画像データP2において、タイミングt3〜t4のデータ「9」,「10」,「11」,「12」を選択出力することになる。
タイミングt4において、出力停止位置信号S2が“H”レベルになると、2段目のセレクタ12は、1段目のセレクタ12からの選択信号Q2を選択することになる。1段目のセレクタ12においては、タイミングt5までは出力停止位置信号S1が“L”レベルとなっているので、1段目のセレクタ12は1クロック遅延の不連続な画像データP1を選択する。したがって、“H”レベル側選択状態の2段目、3段目および4段目のセレクタ12は、1クロック遅延の不連続な画像データP1において、タイミングt4〜t5のデータ「13」,「14」,「15」,「16」を選択出力することになる。
タイミングt5において、出力停止位置信号S1が“H”レベルになると、1段目のセレクタ12は、不連続な画像データP0を選択することになる。したがって、“H”レベル側選択状態の1段目、2段目、3段目および4段目のセレクタ12は、不連続な画像データP0において、タイミングt5以降のデータ「17」,「18」,「19」を選択出力することになる。これが連続的な画像データPoutである。
以上を総合すると、連続データ生成部10は、4段目のセレクタ12から有効な連続データの「1」〜「19」を出力することになる。
(2)連続データ生成部10の構成としての第2の実施例を説明する。
第2の実施例において、連続データ生成部10は内部に1ライン分の画像データを格納するためのRAMで構成されたメモリ13を搭載する。図2に示す不連続な画像データP0が入力されると、メモリ13に対する書き込み制御により、無効データ期間部分はアドレスを保持して書き込みを行わずスキップする。こうすることにより、メモリ13に書き込まれたデータが連続的な画像データとなる。書き込み動作前に開始するメモリ読み出し制御は、先頭アドレスから順番に読み出すことにより、任意の遅延をもった連続的な画像データを出力することができる。
また、メモリ13へのデータ書き込み時に、無効データを含む不連続な画像データP0をそのまま書き込み、メモリ読み出し制御で先頭アドレスから順番に読み出す際に、無効データ期間部分のアドレスをスキップして読み出すように構成してもよい。この場合も、任意の遅延をもった連続的な画像データを出力することができる。
連続データ生成部10のメモリ制御アドレスは、タイミングジェネレータ2から供給してもよいし、連続データ生成部10の内部にアドレス発生カウンタを独立にもっていてもよい。
連続データ生成部10とタイミングジェネレータ2が各々水平アドレスカウンタを内蔵して、不連続な画像データを制御する際は、タイミングジェネレータ2と連続データ生成部10に対して独立に不連続位置設定レジスタを備えた構成とし、あらかじめCPUインターフェース8を介して動作設定を行う。
このように構成することで、不連続期間をアナログフロントエンド装置A側で管理することができる。そして、高速電子シャッター動作させる際の制御パルス動作による不連続ノイズ成分が発生するタイミングの前後は、各部(固体撮像センサの内部、固体撮像センサとアナログフロントエンド装置との接続部、アナログフロントエンド装置のタイミングジェネレータ、CDS部、GCA部、A/D変換部)の動作を停止する。水平駆動パルス、センサアナログ信号に影響を与えずに画像データをデジタル変換した後、連続データ生成部10によって固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。
本発明のアナログフロントエンド装置は、MOSセンサを用いてハイライトな環境下で電子シャッターを高速に動作させるに際して、有効期間での制御パルス出力動作ゆえに発生する不連続ノイズ成分の影響を排除し、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータを出力することができるもので、デジタルカメラにおいて固体撮像センサとデジタル信号処理装置との間の中継装置として有用である。
A アナログフロントエンド装置
1 同期信号発生部(SSG)
2 タイミングジェネレータ
3 前処理部
4 CDS部
5 GCA部
6 A/D変換部
7 デジタルデータ出力部
8 CPUインターフェース
9 クロック逓倍部
10 連続データ生成部
11 1クロック遅延器
12 セレクタ
13 メモリ(RAM)
20 固体撮像センサ
30 デジタル信号処理装置(DSP)
1 同期信号発生部(SSG)
2 タイミングジェネレータ
3 前処理部
4 CDS部
5 GCA部
6 A/D変換部
7 デジタルデータ出力部
8 CPUインターフェース
9 クロック逓倍部
10 連続データ生成部
11 1クロック遅延器
12 セレクタ
13 メモリ(RAM)
20 固体撮像センサ
30 デジタル信号処理装置(DSP)
Claims (10)
- 被写体の光像を光電変換する固体撮像センサから出力されるアナログの画像信号を入力してデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部と、
前記固体撮像センサを連続・不連続に駆動する駆動パルスを周期的に発生するとともに、前記駆動パルスに同期して前記固体撮像センサを不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成出力するタイミングジェネレータと、
前記前処理部からの前記画像データを入力して、前記タイミングジェネレータからの前記出力停止位置信号が無効のときは前記画像データをスルーさせ、前記出力停止位置信号が有効のときは不連続な状態で入力されてくる前記画像データを変換して連続的な画像データを生成する連続データ生成部と、
前記連続データ生成部が生成した画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置に転送出力するデジタルデータ出力部とを備えたアナログフロントエンド装置。 - 前記タイミングジェネレータは、前記固体撮像センサの露光制御期間として1水平期間未満を設定する際に、水平方向の画素信号読み出しパルスを一時的に停止し、停止期間において前記固体撮像センサの蓄積電荷量を制御するパルスを出力したのち、水平方向の画素信号読み出しパルスを再開する請求項1に記載のアナログフロントエンド装置。
- 前記連続データ生成部は、1水平期間内に画像データの出力を停止する回数と1回の停止期間のクロック数を掛け合わせた時間を処理にかかる最小の群遅延とし、1回の停止期間分のクロック遅延器を前記停止回数分接続し、1水平期間の先頭から順番に停止位置にて1停止期間遅延前の画像データを選択することにより前記連続的な画像データを生成する請求項1または請求項2に記載のアナログフロントエンド装置。
- 前記連続データ生成部は、有効データの1水平期間分以上の記録容量をもつメモリを搭載し、前記メモリに対して1水平期間の先頭から順番に前記画像データを書き込む際に、前記固体撮像センサの出力停止位置での無効データ部分を破棄した上で書き込み、かつ前記メモリからの前記画像データの読み出しは連続的に行って前記連続的な画像データを出力する請求項1から請求項3までのいずれかに記載のアナログフロントエンド装置。
- 前記連続データ生成部は、有効データの1水平期間分以上の記録容量をもつメモリを搭載し、前記メモリに対して1水平期間の先頭から順番に前記画像データを書き込む際に、前記固体撮像センサの出力停止位置での無効データを含める状態で書き込み、かつ前記メモリからの前記画像データの読み出しは前記無効データ部分をスキップして前記連続的な画像データを出力する請求項1から請求項3までのいずれかに記載のアナログフロントエンド装置。
- 前記デジタルデータ出力部は、水平ブランキング期間において、画素クロックのn逓倍(nは2以上の自然数)の読み出しタイミングで、前記メモリから前記連続的な画像データをパラレルデータ形式またはシリアルデータ形式で読み出す請求項4または請求項5に記載のアナログフロントエンド装置。
- 前記タイミングジェネレータは、前記出力停止位置信号をタイミングフラグ信号として出力する請求項1から請求項6までのいずれかに記載のアナログフロントエンド装置。
- 前記タイミングジェネレータは、前記出力停止位置信号を、1水平期間中に動作するカウンタ値を用いたアドレス信号として出力する請求項1から請求項6までのいずれかに記載のアナログフロントエンド装置。
- 前記タイミングジェネレータおよび前記連続データ生成部は、独立に前記固体撮像センサの出力停止位置を設定するレジスタを備えた請求項1から請求項6までのいずれかに記載のアナログフロントエンド装置。
- 請求項1から請求項9までのいずれかに記載のアナログフロントエンド装置と、前記固体撮像センサと、前記デジタル信号処理装置と、レンズおよびモニタとを備えた撮像装置。
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