JP4192022B2

JP4192022B2 - 固体電子撮像装置の制御装置および方法

Info

Publication number: JP4192022B2
Application number: JP2003108503A
Authority: JP
Inventors: 直基久保
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP2004320177A

Description

【０００１】
【技術分野】
この発明は，固体電子撮像装置の制御装置および方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
固体電子撮像装置は，ディジタル・スチル・カメラなどに利用される。ディジタル・スチル・カメラにおいては消費電力の削減が要求されることから，固体電子撮像装置を駆動する場合においても低消費電力が要求される。低消費電力を達成するものとして，クロック・パルスの周波数を変更するものがある（例えば，特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開2000−19693号公報
【０００４】
しかしながら，まだ消費電力の削減の要求には完全に応えたとは必ずしもいえない。
【０００５】
【発明の開示】
この発明は，消費電力を削減することを目的とする。
【０００６】
この発明による固体電子撮像装置の制御装置は，対象物を撮像し，対象画像を表す画像データを，与えられる読み出し駆動パルスに応じて，出力する固体電子撮像装置，高速読み出し時には高速読み出し駆動パルスを生成し，低速読み出し時には低速読み出し駆動パルスを生成し，生成された駆動パルスを上記固体電子撮像装置に与えるドライバ，および低速読み出し時には高速読み出し時に比べてドライブ能力が低下するように，上記ドライバを制御するドライバ制御回路を備えていることを特徴とする。
【０００７】
この発明は，上記固体電子撮像装置の制御装置に適した方法も提供している。すなわち，この方法は，対象物を撮像し，対象画像を表す画像データ（映像信号）を，与えられる読み出し駆動パルスに応じて，出力する固体電子撮像装置において，高速読み出し時には高速読み出し駆動パルスを生成し，低速読み出し時には低速読み出し駆動パルスを生成し，生成された駆動パルスを上記固体電子撮像装置に与えるドライバを設け，低速読み出し時には高速読み出し時に比べてドライブ能力が低下するように，上記ドライバを制御するものである。
【０００８】
この発明によると，ドライバにおいて，高速読み出し時には高速読み出し駆動パルスが生成され，低速読み出し時には低速読み出し駆動パルスが生成される。低速読み出し時には，高速読み出し時に比べ能力が低下するようにドライバが制御される。ドライバの能力が低下させられることにより，一般的にドライバにおいて消費される電力が少なくなる。消費電力が削減する。
【０００９】
撮像モードの設定に応じて，上記固体電子撮像装置から出力された画像データによって表される画像を表示画面上に表示する表示装置を制御する表示制御手段，および記録モードの設定に応じて，上記固体電子撮像装置から出力された画像データを記録媒体に記録する記録制御手段をさらに備えてもよい。この場合，撮像モードの設定を高速読み出しの設定とし，記録モードの設定を低速読み出しの設定とする。
【００１０】
撮像モードが設定される場合には，表示画面上に対象画像が表示されるにすぎないので，必ずしも高画質の画像である必要がない。このために，画像データの量が少ないことが多い。固体電子撮像装置が低速駆動パルスにより駆動させられても，表示できる。これに対して，記録モードが設定される場合には，高画質の画像を記録することが多いので，画像データの量が多いことが一般的である。高速駆動パルスにより固体電子撮像装置が駆動させられる。データ量が多くても画像データを記録媒体に記録できる。
【００１１】
上記ドライバは，複数のバッファ回路（３ステート・バッファ）を備えているものでもよい。この場合，上記ドライバ制御回路は，複数のバッファ回路のうち実質的にオフする回路の数を増やすことによりドライバ能力を低下するように上記ドライバを制御するものとなろう。
【００１２】
ドライバを構成する複数のバッファ回路のうち，実質的にオフするバッファ回路の数が多くなる。バッファ回路がオンとなっていると突入電流が流れることがあり，この突入電流により電力が消費されてしまうが，オフとなるバッファ回路の数が多いので突入電流が流れるバッファ回路の数が少なくなる。消費電力が少なくなる。
【００１３】
【実施例の説明】
図１は，この発明の実施例を示すもので，ディジタル・スチル・カメラの電気的構成の一部を示すブロック図である。
【００１４】
ディジタル・スチル・カメラの全体の動作は，ＣＰＵ13によって統括される。
【００１５】
ディジタル・スチル・カメラには，撮像モードを設定する撮像モード設定スイッチ５および記録モード設定スイッチ６が設けられている。これらの撮像モード設定スイッチ５および記録モード設定スイッチ６からの出力信号は，ＣＰＵ６に入力する。
【００１６】
ディジタル・スチル・カメラには，撮像素子としてＣＣＤ１が設けられている。このＣＣＤ１は，多数のフォトダイオード，垂直転送路および水平転送路を備えている。被写体（対象物）を撮像することによりフォトダイオードに信号電荷が蓄積される。信号電荷は，垂直転送路にシフトされ，垂直転送路に垂直転送パルスが与えられることにより，垂直転送路内を垂直転送されていく。垂直転送された信号電荷は，水平転送路にシフトされ，水平転送路に水平転送パルスが与えられることにより，水平方向に転送されていく。水平転送路からの信号電荷が出力することによりＣＣＤ１から映像信号出力となる。
【００１７】
ＣＰＵ13によって制御されるタイミング・ジェネレータ４から水平転送パルスを生成するためのクロック・パルスが水平ドライバ２に与えられる。また，ＣＰＵ13によって制御されるレジスタ３により水平ドライバ２に含まれる３ステート・バッファのオン，オフ（ハイ・インピーダンス状態）が制御される。水平ドライバ２から水平転送パルスφＨ１およびφＨ２が出力され，上述のようにＣＣＤ１の水平転送路に与えられる。同様に，垂直ドライバ（図示略）によって垂直転送パルスが生成され，ＣＣＤ１の垂直転送路に与えられる。
【００１８】
詳しくは，後述するように，この実施例によるディジタル・スチル・カメラにおいては，被写体を撮像しているときには，低速の水平転送パルスφＨ１およびφＨ２がＣＣＤ１に与えられる。被写体を表す画像データをメモリ・カード12に記録するときには，高速の水平転送パルスφＨ１およびφＨ２がＣＣＤ１に与えられる。低速の水平転送パルスφＨ１およびφＨ２がＣＣＤ１に与えられるときには，水平ドライバ２内に含まれる複数の３ステート・バッファのうちいくつかの３ステート・バッファがオフとされる。３ステート・バッファがオフとなることにより，３ステート・バッファ内に流れる貫通電流が無くなり，消費電力が削減される。
【００１９】
撮像モード設定スイッチ５により撮像モードが設定されると，ＣＣＤ１によって周期的に被写体が撮像され，被写体像を表すアナログ映像信号が出力される。アナログ映像信号は，ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路７に与えられ，相関二重サンプリングが行われる。ＣＤＳ回路７から出力された映像信号は，アナログ／ディジタル変換回路８においてディジタル画像データに変換される。変換された画像データは，ディジタル信号処理回路９に入力し，ガンマ補正，白バランス調整などの所定の信号処理が行われる。ディジタル信号処理回路９から出力された画像データは，表示装置10に与えられる。表示装置10の表示画面上に撮像された被写体像が表示される。
【００２０】
撮像モードが設定されている場合に，記録モード設定スイッチ６により記録モードが設定されると，上述のようにディジタル信号処理回路９から出力された画像データは記録制御回路11に入力する。記録制御回路11によって，ムービ画像データがメモリ・カード12に記録される。
【００２１】
図２は，ＣＣＤ１の一部と水平ドライバ２の電気的構成を示している。
【００２２】
水平ドライバ２には，バッファ装置21と反転バッファ装置22とが含まれている。これらのバッファ装置21と反転バッファ装置22とに，タイミング・ジェネレータ４から出力された水平転送パルス生成用のクロック・パルスＨ12が与えられる。バッファ装置21からは，クロック・パルスＨ12とほぼ同様の水平転送パルスφＨ１が出力され，反転バッファ装置22からは，クロック・パルスＨ12が反転したパルスとほぼ同様の水平転送パルスφＨ２が出力される。
【００２３】
ＣＣＤ１には，上述したように信号電荷を水平方向に転送する水平転送路30が含まれている。水平転送路３上には，水平転送パルスφＨ１またはφＨ２が与えられる水平転送電極31または32が交互に形成されている。水平転送路30の出力端には，アウトプット・ゲート33が形成されている。アウトプット・ゲート33には，フローティング・ディフュージョン・アンプリファイア34が接続されている。アウトプット・ゲート33から出力された信号電荷がフローティング・ディフュージョン・アンプリファイア34を介して出力されることにより，上述したように，ＣＣＤ１から映像信号が出力されることとなる。
【００２４】
図３は，水平ドライバ２を構成するバッファ装置21の電気的構成を示している。図３においては，レジスタ３も図示されている。
【００２５】
バッファ装置21には，Ｎ個の３ステート・バッファ41〜4Nが含まれている。これらの３ステート・バッファ41〜4Nは，並列接続されており，タイミング・ジェネレータ４から与えられるクロック・パルスＨ12がすべての３ステート・バッファ41〜4Nに入力する。これらの３ステート・バッファ41〜4Nには，レジスタ３から制御信号が与えられ，オン，オフ（ハイ・インピーダンス状態）が制御される。３ステート・バッファ41〜4Nの出力がバッファ装置21の出力φＨ１となる。
【００２６】
図４は，３ステート・バッファ41〜4Nのオン，オフ状態とバッファ装置21のドライブ能力との関係を示している。
【００２７】
図４においては，数字が高いほどドライブ能力が高いことを示している。ドライブ能力が高いとは，入力するクロック・パルスＨ12に対応して急峻な立ち上がりまたは立ち下がりを有する水平転送パルスφＨ１およびφＨ２を生成できることをいう。
【００２８】
すべての３ステート・バッファ41〜4Nのすべてがオフ（ハイ・インピーダンス状態：ＨｉＺ）の場合には，バッファ装置21から水平転送パルスφＨ１が出力せず，ドライブ能力は「０」である。オンとなる３ステート・バッファ41〜4Nの数が多くなるにつれて，バッファ装置21のドライブ能力が高くなっていく。３ステート・バッファ41〜4Nのすべてがオンとなると，最高のドライブ能力「Ｎ」となる。
【００２９】
図６は，図５に示す３ステート・バッファに入力するパルスと貫通電流とを示している。
【００３０】
３ステート・バッファには，２つのトランジスタが含まれている。これらの２つのトランジスタのベース同士が接続されている。その接続点が入力端子となっており，タイミング・ジェネレータ４からのクロック・パルスＨ12が与えられる。一方のトランジスタのエミッタと他方のトランジスタのコレクタとが接続され，その接続点が出力端子となっている。
【００３１】
３ステート・バッファにパルスが入力するとその立ち上がりおよび立ち下がりの時点において２つのトランジスタが同時にオンすることがある。これにより，一方のトランジスタと他方のトランジスタとの間に突入電流が発生することがある。突入電流が発生することにより，水平ドライバ２における消費電力が増加する。
【００３２】
この実施例においては，上述したように，画像データを記録しない撮像モードのときには，低速の水平転送パルスφＨ１およびφＨ２をＣＣＤ１に与え，Ｎ個の３ステート・バッファのうちいくつかの３ステート・バッファをオフすることにより，３ステート・バッファにおいて生じる突入電流を少なくし，水平ドライバ２の消費電力を削減するものである。
【００３３】
図６（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は，タイミング・ジェネレータ４から出力されるクロック・パルスＨ12_H ，水平転送パルスＨ１およびＣＣＤ１から出力される映像信号を示している。クロック・パルスＨ12_H は，高速のものである。
【００３４】
クロック・パルスＨ12_H が水平ドライバ２に入力することにより，水平ドライバ２において水平転送パルスφＨ１_H およびφＨ２_H が生成される。水平転送パルスφＨ１は，クロック・パルスＨ12_H に同期して立ち上がり，かつ立ち下がるが，必ずしも急峻に立ち上がることはできない。それらの立ち上がり時間Δｔ11および立ち下がり時間Δｔ12は，水平ドライバ２のドライブ能力に依存する。水平ドライバ２のドライブ能力が高いほど立ち上がり時間Δｔ11および立ち下がり時間Δｔ12は短くなる。逆に水平ドライバ２のドライブ能力が低いほど立ち上がり時間Δｔ11および立ち下がり時間Δｔ12は長くなる。図６（Ｂ）には，水平転送パルスφＨ１_H しか図示されていないが，水平転送パルスφＨ２_H も同様である。
【００３５】
（Ｃ）を参照して，ＣＣＤ１の出力信号のうち，レベルＬ11，Ｌ12で示す部分がＣＣＤ１に蓄積された信号電荷の量を示している（映像信号期間ということにする）。水平転送パルスφＨ１_H およびφＨ２_H が急峻に立ち上がることができないことから，ＣＣＤ１の出力信号も符号51で示すように，立ち下がり時間に応じて立ち下がり，急峻に立ち下がらない。ＣＤＳ回路７においては，サンプリング・タイミングＳ11，Ｓ12，Ｓ13などに示すように，映像信号期間内における所定のタイミングでＣＣＤ１の出力信号がサンプリングされる。このために，本来の信号電荷の量を示す信号部分をサンプリングせずに符号51で示すように立ち下がる途中の信号部分をサンプリングすることがある。ＣＣＤ１への入射光量に応じた正確なレベルを検出することができないことがある。
【００３６】
符号51で示すように，ＣＣＤ１の出力信号の立ち下がりは，上述したように水平ドライバ２のドライブ能力に依存する。ドライブ能力が高いほど，符号52で示すように，立ち下がりを急峻にできる。
【００３７】
この実施例においては，ＣＣＤ１から映像信号を高速に読み出す場合には，水平ドライバ２のドライブ能力が高くされる。ＣＣＤ１の出力信号の立ち下がりが急峻となるので，ＣＤＳ７において立ち下がり途中の信号をサンプリングしてしまうこともない。比較的正確に，ＣＣＤ１への入射光量に応じた正確なレベルを検出することができる。
【００３８】
図７（Ａ）は，タイミング・ジェネレータ４から出力されるクロック・パルスＨ12_L を，（Ｂ）および（Ｃ）は，水平転送パルスを示している。（Ｂ）は，水平ドライバ２のドライブ能力が高い場合の水平転送パルスφＨ１を，（Ｃ）は，水平ドライバ２のドライブ能力が低い場合の水平転送パルスφＨ１_L をそれぞれ示している。（Ｄ）は，ＣＣＤ１の出力信号を示している。
【００３９】
クロック・パルスＨ12_L が低速の場合であっても，水平転送パルスに立ち上がり時間および立ち下がり時間が生じるのはクロック・パルスが高速の場合と同様である。
【００４０】
（Ｂ）に示すように，水平ドライバ２のドライブ能力が高い場合には，水平転送パルスφＨ１（φＨ２も同様）の立ち上がり時間Δｔ21および立ち下がり時間Δｔ22は比較的短い。これに対して，（Ｃ）に示すように，水平ドライバ２のドライブ能力が低い場合には，水平転送パルスφＨ１_L （φＨ２_L も同様）の立ち上がり時間Δｔ31および立ち下がり時間Δｔ32は比較的長い。
【００４１】
（Ｃ）に示すように，水平ドライバ２のドライブ能力が低い場合には，符号53で示すようにＣＣＤ１の出力信号の立ち下がり時間が長くかかってしまう。しかしながら，水平ドライバ２から出力されるクロック・パルスＨ12_L が低速の場合には，映像信号期間も長い。このため，ＣＤＳ７におけるサンプリング・タイミングＳ21，Ｓ22などをＣＣＤ１の出力信号が完全に立ち下がった後にすることができる。水平ドライバ２のドライブ能力が低下した場合であっても，ＣＣＤ１への入射光量に応じた正確なレベルＬ21，Ｌ22などを検出することができる。水平ドライバ２のドライブ能力を低下させているので，水平ドライバ２の消費電流を少なくすることができる。
【００４２】
以上述べたように，タイミング・ジェネレータ４から出力されるクロック・パルスＨ12が高速であるか低速であるかに関わらず，立ち上がり時間および立ち下がり時間が生じる。これらの立ち上がり時間および立ち下がり時間は，水平ドライバ２のドライブ能力が高いほど短く，ドライブ能力が低いほど長い。
【００４３】
この実施例においては，撮像モードが設定されているときには，低速のクロック・パルスＨ12を水平ドライバ２に与え，かつ水平ドライバ２のドライブ能力を低くするものである。ドライブ能力が低くされることにより，上述のように，水平ドライバ２の消費電力を削減できる。また，記録モードが設定されているときには，高速のクロック・パルスＨ12が水平ドライバ２に与えられ，かつ水平ドライバ２のドライブ能力が高くされる。
【００４４】
水平転送パルスφＨ１およびφＨ２の立ち上がり時間および立ち下がり時間が長くなると，ＣＣＤ１から出力される画像データを正確にサンプリングすることができないことがある。上述のように，この実施例においては，水平ドライバ２に低速クロック・パルスが与えられたときに，水平ドライバ２のドライブ能力が低くされるので，水平転送パルスφＨ１およびφＨ２の立ち上がり時間および立ち下がり時間が長くなっても，ＣＣＤ１から出力される画像データを比較的正確にサンプリングすることができる。
【００４５】
図８は，設定されたモードとタイミング・ジェネレータ４から出力されるクロック・パルスと水平ドライバとの関係を示している。
【００４６】
撮像モード設定スイッチ５によって撮像モードが設定されていると（例えば，時刻t0からt1の間），タイミング・ジェネレータ４から水平ドライバ２に与えられるクロック・パルスＨ12は，低速のものとされる。また，ドライブ能力が低くなるようにレジスタ３によって水平ドライバ２が制御される。ドライブ能力が低くなるので，水平ドライバ２の消費電力を削減できる。また，ドライブ能力が低くなっても，ＣＣＤ１に与えられる水平転送パルスφＨ１およびφＨ２は低速なので，上述したように，ＣＣＤ１から出力される映像信号を比較的正確にサンプリングすることができる。さらに，撮像モードの場合には，ＣＣＤ１から出力される映像信号の量が少ない。このために，低速の水平転送パルスφＨ１およびφＨ２がＣＣＤ１に与えられ，低速読み出しとなっても，ＣＣＤ１から映像信号を読み出すことができる。
【００４７】
記録モードが設定されると（例えば，時刻t1からt2の間），タイミング・ジェネレータ４から水平ドライバ２に与えられるクロック・パルスＨ12は，高速のものとされる。また，ドライブ能力が高くなるようにレジスタ３によって水平ドライバ２が制御される。ドライブ能力が高いので，ＣＤＳ回路７において比較的正確に映像信号をサンプリングできる。記録モードが設定されているときには，ＣＣＤ１から高画質の映像信号（信号量の多い映像信号）が出力されるが，高速の転送パルスφＨ１およびφＨ２がＣＣＤ１に与えられるので，映像信号の読み出しに支障を及ぼすこともない。
【００４８】
上記実施例においては，水平ドライバ２の制御について述べたが，ＣＣＤ１の垂直転送路に垂直転送パルスを与える垂直ドライバにも同様に適用できるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディジタル・ムービ・カメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】水平ドライバとＣＣＤの一部の構成を示している。
【図３】バッファ回路の電気的構成を示している。
【図４】３ステート・バッファの動作状態とドライブ能力との関係を示している。
【図５】３ステート・バッファの入力パルスと貫通電流との関係を示している。
【図６】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は，クロック・パルス，水平転送パルスおよびＣＣＤの出力信号を示すタイム・チャートである。
【図７】（Ａ）から（Ｄ）は，クロック・パルスと水平転送パルスとＣＣＤの出力信号を示すタイム・チャートである。
【図８】設定されたモードとクロック・パルスの周波数とドライブ能力とを示すタイム・チャートである。
【符号の説明】
１ＣＣＤ
２水平ドライバ
３レジスタ
４タイミング・ジェネレータ
５撮像モード設定スイッチ
６記録モード設定スイッチ
13 ＣＰＵ
21 バッファ回路
22 反転バッファ回路
30 水平転送路
41〜4N ３ステート・バッファ
Ｔｒ１，Ｔｒ２トランジスタ

Claims

対象物を撮像し，対象画像を表す映像信号を，与えられる読み出し駆動パルスに応じて，出力する固体電子撮像装置，
高速読み出し時には高速読み出し駆動パルスを生成し，低速読み出し時には低速読み出し駆動パルスを生成し，生成された駆動パルスを上記固体電子撮像装置に与える駆動パルス装置，
低速読み出し時には高速読み出し時に比べてドライブ能力が低下するように，上記駆動パルス装置を制御する制御回路，
撮像モード時に，上記固体電子撮像装置から出力された映像信号によって表される画像を表示画面上に表示する表示装置を制御する表示制御手段，および
記録モード時に，上記固体電子撮像装置から出力された映像信号がアナログ／ディジタル変換された画像データを記録媒体に記録する記録制御手段，
を備え，
撮像モード時に上記低速読み出しパルスを生成し，記録モード時に上記高速読み出しパルスを生成し，
上記駆動パルス装置は，複数の３ステート・バッファのみからなるバッファ回路を備え，
上記制御回路は，複数の３ステート・バッファのうちハイ・インピーダンス状態にする３ステート・バッファの数を増やすことにより上記ドライブ能力を低下するように上記駆動パルス装置を制御するものである，
固体電子撮像装置の制御装置。
固体電子撮像装置が，対象物を撮像し，対象画像を表す映像信号を，与えられる読み出し駆動パルスに応じて，出力し，
駆動パルス装置が，高速読み出し時には高速読み出し駆動パルスを生成し，低速読み出し時には低速読み出し駆動パルスを生成し，生成された駆動パルスを上記固体電子撮像装置に与え，
制御装置が，低速読み出し時には高速読み出し時に比べてドライブ能力が低下するように，上記駆動パルス装置を制御し，
表示制御手段が，撮像モード時に，上記固体電子撮像装置から出力された映像信号によって表される画像を表示画面上に表示する表示装置を制御し，
記録制御手段が，記録モード時に，上記固体電子撮像装置から出力された映像信号がアナログ／ディジタル変換された画像データを記録媒体に記録し，
撮像モード時に上記低速読み出しパルスを生成し，記録モード時に上記高速読み出しパルスを生成し，
上記駆動パルス装置は，複数の３ステート・バッファのみからなるバッファ回路を備え，
上記制御回路は，複数の３ステート・バッファのうちハイ・インピーダンス状態にする３ステート・バッファの数を増やすことにより上記ドライブ能力を低下するように上記駆動パルス装置を制御するものである，
固体電子撮像装置の制御方法。