JP4243457B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に関し、特に、受光領域が複数に分割され複数の受光領域それぞれから映像出力を行う固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6に、CCD(Charge Coupled Device)撮像素子の構成例を示す。図6(A)に示す構成例は、受光領域10が分割されていない。受光領域10から水平電荷転送CCD12に垂直転送された各画素の信号電荷は水平電荷転送CCD12を水平転送され、出力アンプ14で増幅され、1つの映像出力端子16から出力される。
【0003】
水平電荷転送CCD12の段数は受光領域10の1水平ラインの有効画素数よりも数画素から数十画素分多く作成されており、有効画素の映像出力が開始される前に、水平電荷転送CCD12や出力アンプ14を安定させる期間が設けられている。これは水平ブランキング期間に停止していた水平電荷転送CCD12や出力アンプ14が駆動開始時の初期駆動特性が安定時駆動特性より悪く、この初期駆動特性が有効画素の映像出力に影響を与えないようにするためである。
【0004】
図6(B)に示す構成例は、撮像素子の出力信号のデータレートを向上させるため、受光領域が3つに分割されている。受光領域10a,10b,10cから水平電荷転送CCD12a,12b,12cにそれぞれ垂直転送された各画素の信号電荷は水平電荷転送CCD12a,12b,12cそれぞれを水平転送され、出力アンプ14a,14b,14cで増幅され、3つの映像出力端子16a,16b,16cから出力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図6(B)に示すような撮像素子では、それぞれの受光領域10a,10b,10cが隙間なく並んでいるために、水平電荷転送CCD12a,12b,12cは有効画素数よりも多くの段数を作ることが困難であり、水平電荷転送CCD12a,12b,12cの駆動開始時には、いきなり映像出力端子16a,16b,16cから映像出力が行われる。このため、水平電荷転送CCD12a,12b,12cや出力アンプ14a,14b,14cの初期駆動特性の影響が映像信号に現れ、水平有効映像期間の開始直後の映像信号にリンギングや傷が現れる。
【0006】
また、撮像素子の出力信号は後段の映像信号処理回路のローパスフィルタやアンプ回路により帯域制限を受けるため、有効映像期間開始後、直ちに正確な第1画素の信号レベルを得ることが困難であった。このため、受光領域を分割され出力された映像信号を再び合成し、1枚の画像に戻した場合、その繋ぎ目部分、つまり、各受光領域の境目に縦筋状のノイズが発生し、なめらかな映像信号を得ることが難しいという問題があった。
【0007】
受光領域を分割された撮像素子において、上記の問題点を軽減するために素子構造を工夫したものが提案されている(参考文献1:森中他,”8チャンネル並列読み出しCCDの開発”,映像情報メディア学会技術報告 Vol.25,No.3,pp7−11(2001))。
【0008】
また、水平有効映像期間の開始直後に発生するリンギングや傷を後処理にて補正する方法も提案されている(参考文献2:三谷他,”超高精細カラー撮像実験装置の検討”,映像情報メディア学会 2000年冬季大会,4−1,pp71)。
【0009】
しかし、これらの方法を用いても各受光領域の境目部分の映像信号はサンプルホールドパルスや後続回路等により影響を受け、これらの影響は非線形要素が顕著であるため、補正が困難であるという問題があった。
【0010】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、受光領域の境目におけるノイズを低減してなめらかな映像信号を得ることができ、サンプルホールドパルスや後続回路の影響で発生する画質劣化を低減できる撮像装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、複数の受光領域それぞれから映像信号を出力する固体撮像素子と、
前記複数の受光領域それぞれから出力される映像信号それぞれをサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
前記固体撮像素子の各受光領域の水平電荷転送回路を駆動する駆動パルスと前記駆動パルスのタイミングに合わせた前記サンプルホールド回路を駆動するサンプルホールドパルスを発生する駆動回路とを有し、
前記各受光領域の最初と最後の画素の少なくともいずれか一方の信号を出力したのち前記水平電荷転送回路及び前記サンプルホールド回路を間欠駆動させることにより、
受光領域の境目におけるノイズを低減してなめらかな映像信号を得ることができ、後続回路の影響で発生する画質劣化を低減できる。
【0012】
請求項2に記載の発明では、前記駆動回路は、前記各受光領域の最初と最後の画素の少なくともいずれか一方の画素の信号を出力したのち、1画素分の水平電荷転送周期又はそれ以上の所定期間だけ前記水平電荷転送回路及び前記サンプルホールド回路の動作を停止させ間欠駆動させることにより、
受光領域の境目におけるノイズを低減してなめらかな映像信号を得ることができ、後続回路の影響で発生する画質劣化を低減できる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、前記サンプルホールド回路から出力される各受光領域の映像信号それぞれを常時一定周期でサンプルホールドする第2サンプルホールド回路を設けたことにより、
映像信号にサンプルホールドパルスが漏れ込んだ傷の影響で発生する画質劣化を低減できる。
【0014】
請求項4に記載の発明では、前記駆動回路は、前記サンプルホールド回路に供給するサンプルホールドパルスを、前記固体撮像素子から読み出した映像信号の雑音除去を行う相関二重サンプリング回路で用いるパルス信号から生成することにより、
駆動回路の構成を簡単にすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明撮像装置の第1実施例のブロック構成図を示す。同図中、撮像素子20は、図6(B)に示すものと同様な領域分割型の撮像素子である。撮像素子20はN個の受光領域に分割されており、N個の水平電荷転送CCD及び出力アンプを有している。駆動回路22は撮像素子20に駆動パルスを供給してN系統の映像信号を出力させる。
【0016】
このN系統の映像信号はサンプルホールド回路(S/H)24に供給され、駆動回路22から供給されるサンプルホールドパルスによってサンプルホールドされた後、映像出力端子26からN系統の映像信号が出力される。
【0017】
図2及び図3は、図1に示す撮像装置の駆動タイミングチャートを示す。通常、1ライン内の水平ブランキング期間、つまり、図2(A)に示す水平ブランキングパルスがローレベルの期間は、各受光領域の垂直電荷転送CCDからN個の水平電荷転送CCDに電荷を転送する期間であるため、駆動パルスとしての水平電荷転送パルスは図2(B)に示すようにローレベルの状態とし、水平電荷転送CCDの転送動作を停止している。
【0018】
一方、リセット動作は、その初期駆動特性が大きく出力映像信号に影響するため一定動作を続けることが好ましく、水平ブランキング期間にも撮像素子20内のN個の出力アンプには図2(C)に示すように一定周期のリセットパルスが加えられ、リセット動作が続けられている。
【0019】
そこで、有効映像期間の開始後、図2(B)に示すように水平電荷転送パルスを1クロックだけ駆動し、図2(D)に示すように各受光領域における最初の第1画素の信号のみを出力する。その後、水平電荷転送休止期間(図では水平電荷転送パルスの2クロック周期)を設け、再び水平電荷転送パルスを加えることによって、第2、第3画素信号を順に読み出す。なお、水平電荷転送休止期間は1クロック周期以上であれば、任意に設定することができる。
【0020】
N個の出力アンプから出力される映像信号は図2(D)に示すように第1画素の信号が1画素期間(1クロック周期)出力された後、水平電荷転送休止期間に対応する2クロック周期の期間だけ無信号期間があり、続いて第2、第3画素と1受光領域分の映像信号が出力される。上記N系統の映像信号はサンプルホールド回路24に供給される。
【0021】
サンプルホールド回路24は駆動回路22で生成される水平電荷転送パルスに同期したサンプリングパルスによって制御される。このサンプルホールドパルスは図2(E)に示すように第1画素の信号をサンプルホールドした後、2クロック周期だけ停止し、サンプルホールド回路24に第2画素の信号が入力されるまで第1画素の信号をホールドする。また、同様に有効映像期間の最後において各受光領域における最後の第n画素の信号をサンプルホールドした後、ある一定期間(2クロック周期)だけホールド状態にする。
【0022】
これにより、サンプルホールド回路24から得られる1ラインの有効映像信号は、図2(F)及び図3(A)に示すように最初の第1画素、及び最後の第n画素の信号が1画素期間より2クロック周期だけ長くされ出力されることになる。図3(A)に示す信号が得られれば、後段のアンプ回路やローパスフィルタ等で帯域制限されても、図3(B)に示すように第1画素の信号の立ち上がりや第n画素の信号の立ち下がり特性が鈍るだけであり、図3(C)に示すタイミングのパルスを用いて、第1画素の信号の立ち上がりや第n画素の信号の立ち下がりをさけて適当な部分をサンプルホールド、またはAD変換することにより、図3(D)に示すように第1画素、第n画素の出力レベルが正確なものとなることは明らかである。この結果、領域分割された撮像素子の出力信号を1つに合成した際に、その繋ぎ目部分、つまり、受光領域の境目におけるノイズを低減してなめらかな映像信号を得ることができる。
【0023】
図4は、本発明撮像装置の第2実施例のブロック構成図を示す。同図中、図1と同一部分には同一符号を付す。図4において、撮像素子20は、図6(B)に示すものと同様な領域分割型の撮像素子である。撮像素子20はN個の受光領域に分割されており、N個の水平電荷転送CCD及び出力アンプを有している。駆動回路28は撮像素子20に駆動パルスを供給してN系統の映像信号を出力させる。
【0024】
このN系統の映像信号はサンプルホールド回路24に供給され、駆動回路28から供給されるサンプルホールドパルスによってサンプルホールドされた後、サンプルホールド回路30に供給され、駆動回路28から供給されるサンプルホールドパルスによってサンプルホールドされ、映像出力端子32からN系統の映像信号が出力される。
【0025】
図5は、図4に示す撮像装置の駆動タイミングチャートを示す。駆動回路28は駆動回路22と同一の駆動パルス及びサンプルホールドパルスを生成して撮像素子20及びサンプルホールド回路24を第1実施例と同一動作を行わせる。
【0026】
即ち、図5(A)に示す水平ブランキングパルスがローレベルの期間は、各受光領域の垂直電荷転送CCDからN個の水平電荷転送CCDに電荷を転送する期間であるため、駆動パルスとしての水平電荷転送パルスは図5(B)に示すようにローレベルの状態とし、水平電荷転送CCDの転送動作を停止している。
【0027】
一方、リセット動作は、その初期駆動特性が出力映像信号に大きく影響するため一定動作を続けることが好ましく、水平ブランキング期間にも撮像素子20内のN個の出力アンプには図5(C)に示すように一定周期のリセットパルスが加えられ、リセット動作が続けられている。
【0028】
そこで、有効映像期間の開始後、図5(B)に示すように水平電荷転送パルスを1クロックだけ駆動し、図5(D)に示すように各受光領域における最初の第1画素の信号のみを出力する。その後、水平電荷転送休止期間(図では水平電荷転送パルスの2クロック周期)を設け、再び水平電荷転送パルスを加えることによって、第2、第3画素信号を順に読み出す。なお、水平電荷転送休止期間は1クロック周期以上であれば、任意に設定することができる。
【0029】
N個の出力アンプから出力される映像信号は図5(D)に示すように第1画素の信号が1画素期間(1クロック周期)出力された後、水平電荷転送休止期間に対応する2クロック周期の期間だけ無信号期間があり、続いて第2、第3画素と1受光領域分の映像信号が出力される。上記N系統の映像信号はサンプルホールド回路24に供給される。
【0030】
サンプルホールド回路24は駆動回路28で生成される素子駆動パルスに同期したサンプリングパルスによって制御される。このサンプルホールドパルスは図5(E)に示すように第1画素の信号をサンプルホールドした後、2クロック周期だけ停止し、サンプルホールド回路24に第2画素の信号が入力されるまで第1画素の信号をホールドする。また、同様に有効映像期間の最後において各受光領域における最後の第n画素の信号をサンプルホールドした後、ある一定期間(2クロック周期)だけホールド状態にする。
【0031】
これにより、サンプルホールド回路24から得られる1受光領域の有効映像信号は、図5(F)に示すように最初の第1画素、及び最後の第n画素の信号が1画素期間より2クロック周期だけ長くされ出力されることになる。
【0032】
サンプルホールド回路24の出力時点での映像信号には、図5(I)の拡大図に示すように、画素信号サンプル時にサンプルホールドパルスが映像信号に漏れ込んで傷が発生する。傷の発生頻度が各画素において不均一であれば、傷の成分がノイズ成分となり画質劣化につながる恐れがある。特に高感度の撮像装置においては、後続回路での増幅度が大きくなるため、上記の傷による劣化が目立ちやすくなる。
【0033】
そのため、本実施例ではサンプルホールド回路30を追加し、図5(G)に示すように周期が均一なサンプルホールドパルスを使ってサンプルホールド回路24の出力信号を再度サンプルホールドする。なお、サンプルホールド回路30のサンプルホールドパルスは、サンプルホールド回路30のサンプルホールドパルスに対して位相を例えば180度ずらしている。これによって、サンプルホールド回路30の出力信号は、図5(H)及び図5(J)の拡大図に示すように、サンプルホールドパルスの漏れ込みが時間的に均一化され、高倍率での増幅後もサンプルホールドパルスによる劣化を低減することができる。
【0034】
なお、固体撮像素子から読み出した映像信号の雑音除去を行う後続回路の相関二重サンプリング(CSD)回路で用いるパルス信号を駆動回路22,28に供給し、駆動回路22,28は、このパルス信号を基にサンプルホールド回路24,30それぞれに供給するサンプルホールドパルスを生成する構成としても良い。この場合には駆動回路22,28の構成が簡単になる。
【0035】
なお、サンプルホールド回路30が請求項記載の第2サンプルホールド回路に対応する。
【0036】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1に記載の発明は、各受光領域の最初と最後の画素の少なくともいずれか一方の信号を出力したのち水平電荷転送回路及びサンプルホールド回路を間欠駆動させることにより、受光領域の境目におけるノイズを低減してなめらかな映像信号を得ることができ、後続回路の影響で発生する画質劣化を低減できる。
【0037】
また、請求項2に記載の発明では、各受光領域の最初と最後の画素の少なくともいずれか一方の画素の信号を出力したのち、1画素分の水平電荷転送周期又はそれ以上の所定期間だけ水平電荷転送回路及びサンプルホールド回路の動作を停止させ間欠駆動させることにより、受光領域の境目におけるノイズを低減してなめらかな映像信号を得ることができ、後続回路の影響で発生する画質劣化を低減できる。
【0038】
また、請求項3に記載の発明は、サンプルホールド回路から出力される各受光領域の映像信号それぞれを常時一定周期でサンプルホールドする第2サンプルホールド回路を設けたことにより、映像信号にサンプルホールドパルスが漏れ込んだ傷の影響で発生する画質劣化を低減できる。
【0039】
また、請求項4に記載の発明では、駆動回路は、サンプルホールド回路に供給するサンプルホールドパルスを、固体撮像素子から読み出した映像信号の雑音除去を行う相関二重サンプリング回路で用いるパルス信号から生成することにより、駆動回路の構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明撮像装置の第1実施例のブロック構成図である。
【図2】図1に示す撮像装置の駆動タイミングチャートである。
【図3】図1に示す撮像装置の駆動タイミングチャートである。
【図4】本発明撮像装置の第2実施例のブロック構成図である。
【図5】図4に示す撮像装置の駆動タイミングチャートである。
【図6】CCD撮像素子の構成例を示す図である。
【符号の説明】
10a,10b,10c 受光領域
12a,12b,12c 水平電荷転送CCD
14a,14b,14c 出力アンプ
20 撮像素子
22,28 駆動回路
24,30 サンプルホールド回路
26,32 映像出力端子
Claims (5)
- 複数の受光領域それぞれから映像信号を出力する固体撮像素子と、
前記複数の受光領域それぞれから出力される映像信号それぞれをサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
前記固体撮像素子の各受光領域の水平電荷転送回路を駆動する駆動パルスと前記駆動パルスのタイミングに合わせた前記サンプルホールド回路を駆動するサンプルホールドパルスを発生する駆動回路とを有し、
前記各受光領域の最初と最後の画素の少なくともいずれか一方の信号を出力したのち前記水平電荷転送回路及び前記サンプルホールド回路を間欠駆動させることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1記載の撮像装置において、
前記駆動回路は、前記各受光領域の最初と最後の画素の少なくともいずれか一方の画素の信号を出力したのち、1画素分の水平電荷転送周期又はそれ以上の所定期間だけ前記水平電荷転送回路及び前記サンプルホールド回路の動作を停止させ間欠駆動させることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1又は2記載の撮像装置において、
前記サンプルホールド回路から出力される各受光領域の映像信号それぞれを常時一定周期でサンプルホールドする第2サンプルホールド回路を設けたことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至3のいずれか記載の撮像装置において、
前記駆動回路は、前記サンプルホールド回路に供給するサンプルホールドパルスを、前記固体撮像素子から読み出した映像信号の雑音除去を行う相関二重サンプリング回路で用いるパルス信号から生成することを特徴とする撮像装置。 - 請求項3記載の撮像装置において、
前記第2サンプルホールド回路に供給するサンプルホールドパルスを、前記固体撮像素子から読み出した映像信号の雑音除去を行う相関二重サンプリング回路で用いるパルス信号から生成することを特徴とする撮像装置。
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