JP2008078794A - 撮像素子駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モアレなどの発生の少ない間引き出力を行なわせる。
【解決手段】撮像素子駆動装置はタイミングジェネレータとシステムコントローラを有する。撮像素子駆動装置は画素信号を出力させる画素２６を選択する。撮像素子駆動装置が行および列を選択した画素から画素信号を出力する。撮像素子の画素２６を覆うカラーフィルタをベイヤー方式にしたがって配置する。撮像素子駆動装置は列方向に沿って３画素おきに画素信号を出力させる。撮像素子駆動装置は行方向に沿って３画素おきに画素信号を出力させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像素子からの画素信号を間引き出力させるための撮像手段駆動装置に関する。

画素数の大きな撮像素子を有し、静止画および動画を撮影可能なデジタルカメラが知られている。このようなデジタルカメラによって動画を撮影するときは、撮像素子から信号を出力させる画素を間引くことが知られている。なお、このような間引き出力とは、撮像素子から画像信号を出力させるときに、画像全体の読出し期間中に一部の画素から信号を読出すことである。

出力する画素を間引くことにより、動解像度の低下が防止されている。すなわち、単一の画素による画素信号の生成と出力とにかかる時間を一定に保ったまま、受光面全体の読出し動作の高速化が図られている。しかし、動解像度の低下を防ぐために必要な画素の間引きを行なうことにより、実際の情報が欠落するために偽の模様や、モアレが発生する問題が生じていた。

そこで、撮像素子の全画素から信号を出力させ、後段の画像処理において画素加算することにより、間引き出力を行ったときと同じデータサイズの画像信号を得ることが提案されている（特許文献１参照）。画素加算することによりモアレの発生を防ぐことが可能であるが、撮像素子の全画素から信号を出力させる必要があるため撮像素子における出力の速度を高速化することは困難だった。
特開２００３−３３３６１０号公報

したがって、本発明ではモアレなどの発生を防ぎながら撮像素子の間引き出力を行わせる撮像素子駆動装置の提供を目的とする。

本発明の撮像素子駆動装置は、第１の方向に沿って配置され第１の方向に沿って色の異なるｍ種類（ｍは２以上の整数）のカラーフィルタによって順番に繰返して覆われカラーフィルタを透過した色成分の光の受光量に応じた画素信号を出力する画素を有する撮像素子を駆動する撮像素子駆動装置であって、画素の一部から画素信号を出力させる間引き出力を行なうときには第１の方向に沿ってα×ｍ＋１（αは正の整数）個おきの画素から順番に画素信号を出力させることを特徴としている。

さらに、画素は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配置され、第２の方向に沿って色の異なるｎ種類（ｎは２以上の整数）のカラーフィルタによって順番に繰返して覆われ、間引き出力を行なうときには第１の方向に沿ってα×ｍ＋１個おきの画素からの画素信号の出力を第２の方向に沿ってβ×ｎ＋１（βは正の整数）列おきに順番に行なわせることが好ましい。

本発明によれば、モアレなどの少ない再現性の良い画像を得ることが可能な間引き出力を撮像素子に行なわせることが可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した撮像素子駆動装置および撮像素子を有するデジタルカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。デジタルカメラ１０は、レンズ１１、撮像素子２０、デジタル信号処理回路１２、システムコントローラ１３、およびタイミングジェネレータ１４などによって構成される。

レンズ１１は、撮像素子２０に光学的に接続される。レンズ１１を透過する被写体の光学像が撮像素子２０の受光面に入射する。撮像素子２０は、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。受光面において被写体の光学像が受光されることにより、光学像に対応する画像信号が生成される。

撮像素子２０において生成された画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１５においてアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された画像信号はデジタル信号処理回路１２に送られる。

デジタル信号処理回路１２に送られた画像信号は、信号処理の作業用メモリであるＤＲＡＭ１６に格納される。ＤＲＡＭ１６に格納された画像信号は、デジタル信号処理回路１２において、所定の信号処理が施される。

所定の信号処理が施された画像信号は、モニタ１７に送られる。モニタ１７において、送られた画像信号に対応する画像が表示される。また、所定の信号処理が施された画像信号は、コネクタ（図示せず）を介して接続される外部メモリ１８に格納可能である。

デジタルカメラ１０の各部位は、システムコントローラ１３によって制御される。タイミングジェネレータ１４により撮像素子２０およびシャッタ１９が駆動される。撮像素子２０およびシャッタ１９が駆動されることにより、画像信号を生成させる。

タイミングジェネレータ１４による各部位の駆動は、システムコントローラ１３により制御される。したがって、タイミングジェネレータ１４とシステムコントローラ１３とによって、撮像素子駆動装置（図示せず）が形成される。

次に撮像素子２０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、撮像素子駆動装置および撮像素子駆動装置によって駆動される撮像素子の構成を示すブロック図である。

撮像素子２０はＣＭＯＳ撮像素子であり、撮像部２１、行選択回路２２、列選択回路２３、水平読出し線２４、および列選択トランジスタ２５などによって構成される。撮像部２１と行選択回路２２とが直接接続される。水平読出し線２４は列選択トランジスタ２５を介して撮像部２１と接続される。列選択回路２３と列選択トランジスタ２５とが接続される。

撮像部２１の撮像面には複数の画素２６がマトリックス状に配置される。各画素２６はＲ（ｅｄ）カラーフィルタ、Ｇ（ｒｅｅｎ）カラーフィルタ、およびＢ（ｌｕｅ）カラーフィルタのいずれかのカラーフィルタによって覆われる。カラーフィルタはベイヤー方式に従って配置される。

したがって、行方向にはＲカラーフィルタおよびＧカラーフィルタの２種類のカラーフィルタが交互に繰返し配置される。またはＧカラーフィルタおよびＢカラーフィルタの２種類のカラーフィルタが交互に繰返し配置される。

また、列方向にもＲカラーフィルタおよびＧカラーフィルタの２種類のカラーフィルタが交互に繰返し配置される。またはＧカラーフィルタおよびＢカラーフィルタが交互に繰返し配置される。

Ｒカラーフィルタに覆われた画素２６は、赤色成分の受光量に応じたＲ画素信号を生成する。Ｇカラーフィルタに覆われた画素２６は、緑色成分の受光量に応じたＧ画素信号を生成する。Ｂカラーフィルタに覆われた画素２６は、青色成分の受光量に応じたＢ画素信号を生成する。被写体像全体の画像信号は複数の画素信号によって構成される。

生成した画素信号の出力は画素２６毎に行われる。出力を行う画素２６は行選択回路２２及び列選択回路２３により直接的あるいは間接的に選択される。行選択回路２２により読出しを行う画素２６の行が選択される。

選択された画素２６から出力される画素信号が、列選択トランジスタ２５に出力される。列選択トランジスタ２５に出力された画素信号は、列選択回路２３に選択され、水平読出し線２４に出力される。

水平読出し線２４に出力された画素信号は、出力部２７を介して、Ａ／Ｄコンバータ１５を介してデジタル信号処理回路１２に送られる。画素信号はデジタル信号処理回路１２において所定の信号処理が行われ、画像信号としてモニタ１７や外部メモリ１８などに送られる。

行選択回路２２および列選択回路２３は、タイミングジェネレータ１４に接続される。タイミングジェネレータ１４により行選択回路２２および列選択回路２３が駆動され、画素信号を出力させる画素２６が選択される。

すべての画素２６から画素信号を出力させる全画素出力方式、行方向の一部の画素２６から画素信号を出力させる第１の間引き出力方式、列方向の一部の画素２６から画素信号を出力させる第２の間引き出力方式、および列方向、行方向の一部の画素２６から画素信号を出力させる第３の間引き出力方式のいずれかの方式により、撮像素子２６からの画素信号の出力が行なわれる。

全画素出力方式のとき、最上段から１行目の画素２６が行選択回路２２により選択される。１行目の画素２６の選択により、１行目に配置されたすべての画素２６から画素信号が出力可能になる。

１行目の画素２６が選択されている状態で、左側の１列目の画素２６に接続される列選択トランジスタ２５から２列目、３列目、・・・、最後の列であるｓ列目の列選択トランジスタ２５が順番に、列選択回路２３により選択される。列選択トランジスタ２５の選択は、列選択トランジスタ２５の導通／非導通により実行される。列選択トランジスタ２５を導通することにより、１行１列目、１行２列目、・・・、１行ｓ列目の画素２６の画素信号が順番に出力される。

１行目に配置された画素２６からの画素信号の出力が終わると、１行目の画素２６の選択が解除され、２行目の画素２６が行選択回路２２により選択される。１行目と同様に列選択回路２３による列選択トランジスタ２５の選択により、２行１列目、２行２列目、・・・、２行ｓ列目の画素２６の画素信号が順番に出力される。

以後、同様に３行目、・・・、最後の行であるｔ行目の画素２６が選択され、３行目に配置された全画素２６から、・・・、ｔ行目に配置された全画素２６から順番に画素信号が出力される。

第１の間引き出力方式のとき、最上段から１行目の画素２６が行選択回路２２により選択される。１行目の画素２６の選択により、１行目に配置されたすべての画素２６から画素信号が出力可能になる。

１行目の画素２６が選択されている状態で、全画素読出しと同様にすべての列選択トランジスタ２５が順番に選択され、１行１列目、１行２列目、・・・、１行ｓ列目の画素２６の画素信号が順番に出力される。

１行目に配置された画素２６からの画素信号の出力が終わると、１行目の画素２６の選択が解除される。全画素出力と異なり、１行目の画素２６の選択の解除の後、２行分の画素２６が間引かれ、４行目の画素２６が選択される。１行目と同様にして、４行１列目、４行２列目、・・・、４行ｓ列目の画素２６の画素信号が順番に出力される。

以後、７行目、１０行目、・・・、３×ｕ−２行目（ｕは正の整数）の画素２６が選択され、２行分の画素信号を間引いた第１の間引き出力が実行される。なお、第１の間引き出力方式では、３行毎に画素信号の出力を行なうので、列方向に沿ってＧ画素信号、Ｒ画素信号、Ｇ画素信号、・・・、またはＢ画素信号、Ｇ画素信号、Ｂ画素信号、・・・を順番に繰返して出力可能である。

第２の間引き出力方式のとき、最上段から１行目の画素２６が行選択回路２２により選択される。１行目の画素２６の選択により、１行目に配置されたすべての画素２６から画素信号が出力可能になる。

全画素出力と異なり、１行目の画素２６が選択されている状態で、１列目、４列目、・・・、３×ｖ−２列目（ｖは正の整数）の列選択トランジスタ２５が順番に選択され、１行１列目、１行４列目、・・・、１行３×ｖ−２列目の画素２６の画素信号が順番に出力される。

１行目に配置された画素２６からの画素信号の出力が終わると、１行目の画素２６の選択が解除され、２行目の画素２６が選択される。１行目の画素２６の選択と同様に、１列目、４列目、・・・、３×ｖ−２列目（ｖは正の整数）の列選択トランジスタ２５が順番に選択され、２行１列目、２行４列目、・・・、２行３×ｖ−２列目の画素２６の画素信号が順番に出力される。

以後、３行目、・・・、ｔ行目の画素が選択され、２列分の画素信号を間引いた第２の間引き出力が実行される。なお、第２の間引き出力方式では、３列毎に画素信号の出力を行なうので、行方向に沿ってＧ画素信号、Ｂ画素信号、Ｇ画素信号、・・・、またはＲ画素信号、Ｇ画素信号、Ｒ画素信号、・・・を順番に繰返して出力可能である。

第３の間引き出力方式のとき、最上段から１行目の画素２６が行選択回路２２により選択される。１行目の画素２６が選択されている状態で、１列目、４列目、・・・、３×ｖ−２列目の列選択トランジスタが順番に選択され、１行１列目、１行４列目、・・・、１行３×ｖ−２列目の画素２６の画素信号が順番に出力される。

１行目に配置された画素２６からの画素信号の出力が終わると、１行目の画素の選択が解除される。全画素出力および第２の間引き出力と異なり、１行目の画素２６の選択の解除の後、２行分の画素２６が間引かれ、４行目の画素２６が選択される。１行目と同様にして、４行１列目、４行４列目、・・・、４行３×ｖ−２列目の画素２６の画素信号が順番に出力される。

以後、７行目、１０行目、・・・、３×ｕ−２行目の画素２６が選択され、列方向および行方向に２画素分の画素信号を間引いた第３の間引き出力が実行される。

なお、第３の間引き出力方式では、３行毎に画素信号の出力を行なうので、列方向に沿ってＧ画素信号、Ｒ画素信号、Ｇ画素信号、・・・、またはＢ画素信号、Ｇ画素信号、Ｂ画素信号、・・・を順番に繰返して出力可能である。また、３列毎に画素信号の出力を行なうので、行方向に沿ってＧ画素信号、Ｂ画素信号、Ｇ画素信号、・・・、またはＲ画素信号、Ｇ画素信号、Ｒ画素信号、・・・を順番に繰返して出力可能である。

以上のような構成の撮像素子駆動装置によれば、一部の画素２６の画素信号を間引いて出力させることが出来る。したがって、１フレームの画像信号の出力の高速化を図ることが可能になる。

また、以下に説明するようにモアレの発生を低減化することも可能となった。従来のベイヤー方式の撮像素子の間引き出力では、２行２列に並ぶ画素によって形成されるカラーフィルタ繰返し単位２８毎に間引き出力が行なわれていた。例えば、列方向に向かって２つのカラーフィルタ繰返し単位２８が間引かれる場合は、Ｒ画素信号およびＢ画素信号を出力する画素２６の間隔は６行間隔であり、Ｇ画素信号を出力する画素の間隔は、１行、５行、１行、５行、・・・の間隔となる（図３参照）。そのため、画像信号の高速化を図ることは可能であるが、Ｇ画素信号の最大間隔（５行）が大きいため撮像した画像にモアレが発生することが多くなった。

一方、本実施形態の撮像素子駆動装置による間引き出力では、Ｇ画素信号の最大間隔を小さくすることが可能になる。図４に示す例では、Ｒ画素信号およびＢ画素信号については６行間隔となり、Ｇ画素信号については３行間隔で一定となる。それゆえ、Ｇ画素信号の解像度の低下を抑制することが可能である。したがって、図３に示す従来例の構成に比較して、モアレの発生を低減化させることが可能となる。

なお、本実施形態では、第１〜第３の間引き出力方式のいずれかの方式にしたがって間引き出力可能な構成であるが、第１〜第３の間引き出力方式の少なくとも一つの間引き出力方式にしたがって間引き出力が可能な構成であってもよい。

また、本実施形態では、列方向に沿って２種類のカラーフィルタにより各画素が順番に繰返し覆われる構成であるが、２以上のｍ種類のカラーフィルタにより各画素が順番に覆われてもよい。ただし、ｍ種類のカラーフィルタにより覆われる場合は、ｍ＋１画素おきに画素信号の間引き出力を行なわせる必要がある。

また、本実施形態では、行方向に沿って２種類のカラーフィルタにより各画素が順番に繰返し覆われる構成であるが、２以上のｎ種類のカラーフィルタにより各画素が順番に覆われてもよい。ただし、ｎ種類のカラーフィルタにより覆われる場合は、ｎ＋１画素おきに画素信号の間引き出力を行わせる必要がある。

したがって、カラーフィルタの配置は本実施形態のようなベイヤー方式に限られず、他の配列方式によりカラーフィルタが配置されてもよい。さらには、補色フィルタのように列方向と行方向に沿ったカラーフィルタの種類が異なる配置であっても、本実施形態と同様の効果を得ることは可能である。

また、本実施形態では、間引き出力をするときに列方向に沿って３画素おきに画素信号の出力を行なう構成であるが、３画素おきに限られない。本実施形態のように列方向に沿って２種類のカラーフィルタによって画素が覆われる場合は、α×２＋１（αは正の整数）画素おきに画素信号の出力を行えばよい。

さらに、列方向に沿ってｍ種類のカラーフィルタによって画素が覆われる場合は、α×ｍ＋１画素おきに画素信号の出力を行えばよい。

また、本実施形態では、間引き出力をするときに行方向に沿って３画素おきに画素信号の出力を行なう構成であるが、３画素おきに限られない。列方向と同様に、ｎ種類のカラーフィルタによって画素が覆われる場合はβ×ｎ＋１（βは正の整数）画素おきに画素信号の出力を行えばよい。

また、本実施形態では、撮像素子はＣＭＯＳ撮像素子であるが、ＣＣＤ撮像素子などの他の種類の撮像素子であってもよい。

本発明の一実施形態を適用した撮像素子駆動装置および撮像素子を有するデジタルカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。 撮像素子駆動装置および撮像素子駆動装置に駆動される撮像素子の構成を示すブロック図である。 従来の間引き出力方式に従った列方向に沿った画素信号の出力状態を示す図である。 本実施形態の間引き出力方式に従った列方向に沿った画素信号の出力状態を示す図である。

符号の説明

１０ デジタルカメラ
１３ システムコントローラ
１４ タイミングジェネレータ
２０ 撮像素子
２２ 行選択回路
２３ 列選択回路
２５ 列選択トランジスタ
２６ 画素

Claims (2)

1. 第１の方向に沿って配置され、前記第１の方向に沿って色の異なるｍ種類（ｍは２以上の整数）のカラーフィルタによって順番に繰返して覆われ、前記カラーフィルタを透過した色成分の光の受光量に応じた画素信号を出力する画素を有する撮像素子を駆動する撮像素子駆動装置であって、
   前記画素の一部から前記画素信号を出力させる間引き出力を行なうときには前記第１の方向に沿ってα×ｍ＋１（αは正の整数）個おきの前記画素から順番に前記画素信号を出力させる
   ことを特徴とする撮像素子駆動装置。
2. 前記画素は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配置され、前記第２の方向に沿って色の異なるｎ種類（ｎは２以上の整数）のカラーフィルタによって順番に繰返して覆われ、
   前記間引き出力を行なうときには、前記第１の方向に沿ってα×ｍ＋１個おきの前記画素からの前記画素信号の出力を、前記第２の方向に沿ってβ×ｎ＋１（βは正の整数）列おきに順番に行なわせる
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子駆動装置。

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