JP4471055B2 - Imaging apparatus and method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置及びその方法に関し、例えばビデオカメラに適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラは、被写体から入射される入射光を固体撮像素子(CCD:Charge Coupled Device )に入射し、当該CCDに入射された入射光を電気信号に光電変換することにより、被写体の画像を撮像するようになされている。
【0003】
CCDは、各画素に相当するフォトセンサー部を有し、被写体から入射される入射光を当該各フォトセンサー部によって受光する。各フォトセンサー部は、タイミングジェネレータから供給される電子シャッタパルスがオンされたタイミングで、蓄積された電荷を掃き捨て、受光した入射光を光電変換することにより電荷を得、当該電荷を蓄積する。
【0004】
電子シャッタパルスは水平周期に同期したタイミングでオンされるようになされており、各フォトセンサー部は、電子シャッタパルスが一定の時間間隔で順次オンされるタイミング毎に、蓄積されている電荷を順次掃き捨て、当該電子シャッタパルスが最後にオンされたタイミングで、電荷の蓄積を開始する。
【0005】
この状態において、各フォトセンサー部は、タイミングジェネレータから供給される読み出しパルスがオンされたタイミングで電荷の蓄積を終了し、当該蓄積した電荷を後段の垂直転送レジスタに転送する。
【0006】
このように、光電変換された電荷を蓄積する時間すなわち露光時間は、電子シャッタパルスが最後にオンされたタイミングから、読み出しパルスがオンされたタイミングまでの時間となる。
【0007】
そこでこのビデオカメラは、電子シャッタパルスが最後にオンされるタイミングを調整することにより、当該電子シャッタパルスが順次オンされる一定の時間間隔で露光時間を粗く調整し得ると共に、当該一定の時間間隔の範囲で読み出しパルスがオンされるタイミングを調整することにより、露光時間を微調整し得るようになされている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる構成のビデオカメラにおいては、読み出しパルスの発生タイミングを、水平駆動信号と同一周波数のマスタークロックを分周して生成していることから、読み出しパルスの発生タイミングを変化させ得る変化範囲と電子シャッタパルスがオンされる時間間隔との間にずれが発生し、このため垂直周期全域において1水平周期毎に露光制御が不連続になることを避け得ない問題が生じる。
【0009】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高精度で連続性の高い露光制御を行い得る撮像装置及びその方法を提案しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、撮像素子の撮像面に配置されている各画素に電荷の蓄積を開始するタイミングを第1の時間間隔で変化させると共に、各画素から蓄積されている電荷を読み出す読み出しタイミングを第1の時間間隔の範囲内で当該第1の時間間隔に比して短い第2の時間間隔で変化させることにより露光時間を変化させる撮像装置において、各画素から蓄積された電荷を読み出すための読み出しパルスを第2の時間間隔で発生させる読み出しパルス発生手段と、当該読み出しパルスが所定数発生する毎に読み出しパルスの発生タイミングを調整する読み出しパルス発生調整手段とを設けるようにした。
【0011】
この結果、垂直周期全域にわたって露光時間を滑らかに変化させることができ、従って簡易な構成で高精度かつ連続性の高い露光制御を行い得る。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【0013】
図1において、1は全体としてビデオカメラの構成を示し、被写体側から入射される入射光L1は、固体撮像素子(CCD:Charge Coupled Device )2に入射される。CCD2は、受光した入射光L1を電気信号に光電変換し、その結果得られる画像信号S1を増幅器3に送出する。
【0014】
具体的にはCCD2は、各画素に相当するフォトセンサー部を有し、被写体から入射される入射光L1を当該各フォトセンサー部によって受光する。各フォトセンサー部には、タイミングジェネレータ4からVsub 設定回路5を介して電子シャッタパルスSHTが供給されており、当該各フォトセンサー部は、電子シャッタパルスSHTがオンされたタイミングで、蓄積された電荷を掃き捨て、受光した入射光L1を光電変換することにより電荷を得、当該電荷を蓄積する。
【0015】
電子シャッタパルスSHTは水平周期に同期したタイミングでオンされるようになされており、各フォトセンサー部は、電子シャッタパルスSHTが一定の時間間隔で順次オンされるタイミング毎に、蓄積されている電荷を順次掃き捨て、当該電子シャッタパルスSHTが最後にオンされたタイミングで、電荷の蓄積を開始する。
【0016】
次いで各フォトセンサー部は、タイミングジェネレータ4から供給される読み出しパルスSG1及びSG2に基づくタイミングで電荷の蓄積を終了し、当該蓄積した電荷を後段の垂直転送レジスタに転送する。
【0017】
そしてこの垂直転送レジスタに転送された電荷は、タイミングジェネレータから供給される垂直転送パルスV1〜V4に基づくタイミングで、当該垂直転送レジスタから水平転送レジスタに転送される。
【0018】
続いて水平転送レジスタに転送された電荷は、タイミングジェネレータ4から供給される水平転送パルスH1及びH2に基づくタイミングで、水平転送レジスタから出力部に転送された後、タイミングジェネレータ4から供給されるリセットパルスRGに基づくタイミングで当該出力部から画像信号S1として出力される。
【0019】
増幅器3は、相関2重サンプリング法(CDS:Correlated Double Sampling)によって画像信号S1のノイズ成分を低減した後、所望レベルに増幅し、その結果得た画像信号S2をアナログディジタル(A/D)変換器6に送出する。
【0020】
A/D変換器6は、画像信号S2をアナログディジタル変換し、その結果得た画像データS3をカメラDSP(Digital Signal Proceesor)回路7に送出する。カメラDSP回路7は、画像データS3に対して所定の画像処理を施すことにより例えばNTSC(National Television System)方式のテレビジョン信号S4に変換し、これを外部に出力する。
【0021】
タイミングジェネレータ4は、発振器8から供給される源発振信号S5をマスタークロックMCKDとすると共に、当該源発振信号S5を2分周することによりマスタークロックMCKを生成し、当該マスタークロックMCKD及びMCKをカメラDSP回路7に送出する。これによりタイミングジェネレータ4とカメラDSP回路7は、同一のマスタークロックMCKD及びMCKによって動作するようになされている。
【0022】
このようにカメラDSP回路7は、マスタークロックMCKD及びMCKによって動作することにより、水平同期信号TGHD及び垂直同期信号TGVDを生成し、これらをタイミングジェネレータ4に送出する。またカメラDSP回路7は、画像データS3から得られる輝度情報を基にCCD2の最適な露光時間を決定し、当該決定した露光時間を露光時間設定値Tとしてタイミングジェネレータ4に送出する。
【0023】
タイミングジェネレータ4は、カメラDSP回路7から供給される水平同期信号TGHD、垂直同期信号TGVD及び露光時間設定値Tを基に、電子シャッタパルスSHT、読み出しパルスSG1及びSG2、垂直転送パルスV1〜V4、平転送パルスH1及びH2、リセットパルスRGを生成する。
【0024】
そしてタイミングジェネレータ4は、電子シャッタパルスSHTをVSUB 設定回路5に送出し、当該VSUB 設定回路5において電子シャッタパルスSHTを電圧変換することによりCCD2のリセット電位VSUB を生成し、これをCCD2に送出する。
【0025】
またタイミングジェネレータ4は、読み出しパルスSG1を垂直転送パルスV1に重畳すると共に、読み出しパルスSG2を垂直転送パルスV3に重畳し、当該読み出しパルスSG1及びSG2が重畳された垂直転送パルスV1〜V4、水平転送パルスH1及びH2、リセットパルスRGをCCD2に送出する。
【0026】
このようにタイミングジェネレータ4は、電子シャッタパルスSHT、読み出しパルスSG1及びSG2、垂直転送パルスV1〜V4、水平転送パルスH1及びH2、リセットパルスRGをCCD2に送出することにより、CCD2の露光時間を調整しながら当該CCD2を駆動するようになされている。
【0027】
ここで、露光時間(光電変換された電荷を蓄積する時間)とは、電子シャッタパルスSHTが最後にオンされたタイミングから、読み出しパルスSG1及びSG2がオンされるタイミングまでの時間である。
【0028】
このタイミングジェネレータ4は、カメラDSP回路7から供給される露光時間設定値Tに基づいて、電子シャッタパルスSHTが最後にオンされるタイミングを調整することにより、当該電子シャッタパルスSHTが順次オンされる一定の時間間隔で露光時間を粗く調整し得ると共に、当該一定の時間間隔の範囲で読み出しパルスSG1及びSG2がオンされるタイミングを調整することにより、露光時間を微調整し得るようになされている。
【0029】
ここで、電子シャッタパルスSHTによって露光時間を粗く調整する場合のタイミングチャートを図2に示す。すなわち図2(A)は垂直同期信号TGVDを示し、図2(B)は水平同期信号TGHDを示し、図2(C)は、読み出しパルスSG1及びSG2を示し、図2(D)は電子シャッタパルスSHTを示す。
【0030】
水平同期信号TGHDの1周期分である1水平周期は63.5〔μsec〕であり(図2(B))、また電子シャッタパルスSHTは水平周期に同期してオンされるパルスであることから(図2(D))、電子シャッタパルスSHTによる露光時間の調整は63.5〔μsec〕の時間間隔で行われる。
【0031】
すなわち各フォトセンサー部に蓄積されている電荷は、電子シャッタパルスSHTが63.5〔μsec〕の時間間隔でオンされるタイミング毎に掃き捨てられ、当該電子シャッタパルスSHTが最後にオンされたタイミングで露光時間が開始する。
【0032】
次いで、読み出しパルスSG1及びSG2によって露光時間を微調整する場合のタイミングチャートを図3に示す。図3(A)は水平同期信号TGHDを示し、図3(B)は電子シャッタパルスSHTを示し、図3(C)〜(D)は読み出しパルスSG1及びSG2を示す。ここで、読み出しパルスSG1及びSG2それぞれの立ち下りタイミングの中間のタイミングは、フォトセンサー部から電荷を読み出す読み出しタイミングである。
【0033】
読み出しパルスSG1及びSG2による露光時間の微調整は、当該読み出しパルスSG1及びSG2に基づく読み出しタイミングを、水平同期信号TGHDの1周期分(すなわち1水平周期)の範囲内で段階的に変化させることにより行われ、この場合、読み出しタイミングは例えば128段階で1水平周期の範囲を変化するようになされている。なお、読み出しタイミングを段階的に変化させる際の段数を制御段数と呼ぶ。
【0034】
ところで露光時間設定値Tには、電荷の読み出しタイミングを制御段数で表した読み出しタイミング設定値Hzが規定されており、図3(C)は当該タイミング設定値Hzが0のときの読み出しタイミングを示し、図3(D)は当該タイミング設定値Hzが20のときの読み出しタイミングを示し、図3(E)は当該タイミング設定値Hzが127のときの読み出しタイミングを示す。
【0035】
この読み出しタイミングは、マスタークロックMCKを分周することにより生成され、当該分周の数は、1水平周期に相当するマスタークロック数と読み出しタイミングの制御段数によって決定される。因みに、マスタークロック数は、使用されるCCD2に応じて決定され、読み出しタイミングの制御段数は2の整数乗が採用されている。
【0036】
ここで、有効画素が約38万画素のCCD2をビデオカメラ1に適用した場合における読み出しタイミングの調整について説明する。このCCD2においては、1水平周期が910マスタークロックに相当し、制御段数を128(27 )段とする場合には、7分周することが最適である。
【0037】
図4は、タイミングジェネレータ4内部の読み出し用パルス生成回路20の構成を示し、7分周ブロック21及び読み出し用パルス生成ブロック22から構成されている。
【0038】
7分周ブロック21は、マスタークロックMCK(図5(A))を7分周することにより、7マスタークロック毎にパルスP1を生成し(図5(B))、これを読み出し用パルス生成ブロック22に送出する。
【0039】
読み出し用パルス生成ブロック22は、カメラDSP回路7から供給される読み出しタイミング設定値HzまでパルスP1をカウントすることにより、当該読み出しタイミング設定値Hzに応じたパルスP1を選定し、これを基準読み出しパルスPSGとする(図5(C)〜(E))。ここで図5(C)は、読み出しタイミング設定値Hzが0の場合における基準読み出しパルスPSGを示し、図5(D)は、読み出しタイミング設定値Hzが3の場合における基準読み出しパルスPSGを示し、図5(E)は、読み出しタイミング設定値Hzが15の場合における基準読み出しパルスPSGを示す。
【0040】
タイミングジェネレータ4は、この読み出し用パルス生成回路20によって生成された基準読み出しパルスPSGを基に読み出しパルスSG1及びSG2を生成し、当該生成した読み出しパルスSG1及びSG2をCCD2に供給するようになされている。
【0041】
ところで、読み出しパルスSG1及びSG2に基づく読み出しタイミングは、7.1(≒910/128)マスタークロック毎に変化させることが望ましい。しかしながら、読み出し用パルス生成回路20を有するタイミングジェネレータ4では、読み出しタイミングを7マスタークロック毎に変化させるようになされていることから、読み出しタイミングの実際の時間間隔と理想の時間間隔との間にずれが発生し、水平周期全域の最終段でずれが大きくなる。
【0042】
また、読み出し用パルス生成回路20を有するタイミングジェネレータ4では、128段目が896(=7×128)マスタークロックであることから、当該896マスタークロックと1水平周期に相当する910マスタークロックとの間のずれが生じることになり、電子シャッタパルスSHT
による露光時間の調整と、読み出しパルスSG1及びSG2による露光時間の調整とを組み合わせると、露光時間を滑らかに変化させることができない。
【0043】
そこで本実施の形態の場合には、読み出しパルスSG1及びSG2に基づく読み出しタイミングの時間間隔を微調整することにより、垂直周期全域にわたって露光時間を滑らかに変化させるようになされている。
【0044】
図6は、有効画素が38万画素のCCD2をビデオカメラ1に適用することにより、読み出しパルスSG1及びSG2に基づく読み出しタイミングの変化範囲が1水平周期よりも短くなる場合において、当該読み出しタイミングの微調整を実現するための読み出し用パルス生成回路30の構成を示す。
【0045】
この読み出し用パルス生成回路30は、タイミングジェネレータ4の内部に設けられ、7分周ブロック31、64分周ブロック32及び読み出し用パルス生成ブロック33から構成されている。
【0046】
7分周ブロック31は、マスタークロックMCK(図7(A))を7分周することにより、7マスタークロック毎にパルスP1を生成し(図7(C))、これを読み出し用パルス発生ブロック33に送出する。
【0047】
また64分周ブロック32は、マスタークロックMCK(図7(A))を64分周することにより、64マスタークロック毎にパルスP2を生成し(図7(B))、これを7分周ブロック31に送出し当該7分周ブロック31をリセットする。これによりパルスP1は、9パルス毎に1マスタークロック分間隔の長いパルスが生成されることになる(図7(C))。
【0048】
読み出し用パルス生成ブロック33は、カメラDSP回路7から供給される読み出しタイミング設定値HzまでパルスP1をカウントすることにより、当該読み出しタイミング設定値Hzに応じたパルスP1を選定し、これを基準読み出しパルスPSGとする(図7(D)〜(F))。ここで図5(D)は、読み出しタイミング設定値Hzが0の場合における基準読み出しパルスPSGを示し、図5(E)は、読み出しタイミング設定値Hzが3の場合における基準読み出しパルスPSGを示し、図5(F)は、読み出しタイミング設定値Hzが15の場合における基準読み出しパルスPSGを示す。
【0049】
タイミングジェネレータ4は、この読み出し用パルス生成回路30によって生成された基準読み出しパルスPSGを基に読み出しパルスSG1及びSG2を生成し、当該生成した読み出しパルスSG1及びSG2をCCD2に供給するようになされている。
【0050】
図8は、有効画素が36万画素又は63万画素のCCD2をビデオカメラ1に適用することにより、読み出しパルスSG1及びSG2に基づく読み出しタイミングの変化範囲が1水平周期よりも長くなる場合において、当該読み出しタイミングの微調整を実現するための読み出し用パルス生成回路40の構成を示す。
【0051】
この読み出し用パルス生成回路40は、タイミングジェネレータ4の内部に設けられ、7分周ブロック41、20分周ブロック42、オア回路43及び読み出し用パルス生成ブロック44から構成されている。
【0052】
7分周ブロック41は、マスタークロックMCK(図9(A))を7分周することにより、7マスタークロック毎にパルスP1を生成し(図7(B))、これをオア回路43に送出する。
【0053】
また20分周ブロック42は、マスタークロックMCK(図9(A))を20分周することにより、20マスタークロック毎にパルスP2を生成し(図7(C))、これを7分周ブロック41に送出し当該7分周ブロック41をリセットすると共に、当該パルスP2をオア回路43に送出する。
【0054】
オア回路43は、パルスP1及びパルスP2の論理和をとることにより、3パルス毎に1マスタークロック分間隔の短いパルスP3を生成し(図7(D))、これを読み出し用パルス生成ブロック44に送出する。
【0055】
読み出し用パルス生成ブロック44は、カメラDSP回路7から供給される読み出しタイミング設定値HzまでパルスP3をカウントすることにより、当該読み出しタイミング設定値Hzに応じたパルスP3を選定し、これを基準読み出しパルスPSGとする(図9(E)〜(G))。ここで図9(E)は、読み出しタイミング設定値Hzが0の場合における基準読み出しパルスPSGを示し、図9(F)は、読み出しタイミング設定値Hzが3の場合における基準読み出しパルスPSGを示し、図9(G)は、読み出しタイミング設定値Hzが15の場合における基準読み出しパルスPSGを示す。
【0056】
タイミングジェネレータ4は、この読み出し用パルス生成回路40によって生成された基準読み出しパルスPSGを基に読み出しパルスSG1及びSG2を生成し、当該生成した読み出しパルスSG1及びSG2をCCD2に供給するようになされている。
【0057】
以上の構成において、読み出しパルスSG1及びSG2に基づく読み出しタイミングの変化範囲が1水平周期よりも短くなる場合には、読み出し用パルス生成回路30に64分周ブロック32を設け、当該64分周ブロック32において生成されるパルスP2によって7分周ブロック31を64マスタークロック毎にリセットすることにより、9パルス毎に1マスタークロック分間隔の長いパルスP1を生成する。
【0058】
一方、読み出しパルスSG1及びSG2に基づく読み出しタイミングの変化範囲が1水平周期よりも長くなる場合には、読み出し用パルス生成回路40に20分周ブロック42及びオア回路43を設け、当該20分周ブロック42において生成されるパルスP2によって7分周ブロック41を20マスタークロック毎にリセットすることにより、3パルス毎に1マスタークロック分間隔の短いパルスP3を生成する。
【0059】
ここで図10は、カメラDSP回路7によって指定される読み出しタイミング設定値Hzと露光時間の関係を示す。因みに、N(=2N 、nは整数)は制御段数を表す。この図10に示すように、従来の読み出し用パルス生成回路20を適用した場合には、最終段付近で露光時間の理想値に対するずれが大きくなるが、本実施の形態による読み出し用パルス生成回路30及び40を適用した場合には、最終段付近においても露光時間が理想値に近い値をとることがわかる。
【0060】
このように、読み出しタイミングの変化範囲を1水平周期すなわち電子シャッタパルスSHTがオンされる時間間隔と一致させることにより、電子シャッタパルスSHTによる露光時間の調整と、読み出しパルスSG1及びSG2による露光時間の調整を組み合わせても、露光時間を滑らかに変化させることができ、従って垂直周期全域にわたって高精度で連続性の高い露光制御を行い得る。
【0061】
また、読み出しタイミングの理想値からのずれが小さいことから、制御段数が大きい場合又は小さい場合であっても、当該読み出しタイミングの理想値に対するずれを小さくすることができ、従って水平周期全域において均一で高精度な露光制御を行い得る。
【0062】
さらに図11は、種々のCCD2をビデオカメラ1に適用した場合における読み出しタイミング設定値Hzと露光時間の関係を示す。マスタークロック数は、適用されるCCD2の種類によって異なることから、読み出しタイミングの理想値からのずれは、CCD2によって異なる。
【0063】
従って図11(A)に示すように、従来の読み出し用パルス生成回路20を適用した場合には、CCD2の種類によって露光時間にばらつきが発生するが、図11(B)に示すように、本実施の形態による読み出し用パルス生成回路30及び40を適用した場合には、CCD2の違いによる露光時間のばらつきを低減することができ、これにより異なるCCD2に対しても同一の露光制御を行い得る。
【0064】
以上の構成によれば、読み出し用パルス生成回路30及び40に64分周ブロック32及び20分周ブロック42を設け、CCD2の読み出しタイミングの時間間隔を微調整することにより、64分周ブロック32及び20分周ブロック42を設けるだけで、垂直周期全域にわたって露光時間を滑らかに変化させることができ、従って簡易な構成で高精度で連続性の高い露光制御を行い得る。
【0065】
なお上述の実施の形態においては、本発明をビデオカメラ1に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばディジタルスチルカメラのように、撮像素子の撮像面に配置されている各画素に電荷の蓄積を開始するタイミングを第1の時間間隔で変化させると共に、各画素から蓄積されている電荷を読み出す読み出しタイミングを第1の時間間隔の範囲内で当該第1の時間間隔に比して短い第2の時間間隔で変化させることにより露光時間を変化させる他の種々の撮像装置に本発明を広く適用し得る。
【0066】
また上述の実施の形態においては、本発明をCCD2に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばCMOS(Complementory Metal Oxide Semiconductor )のような他の種々の撮像素子に本発明を適用するようにしても良い。
【0067】
また上述の実施の形態においては、読み出しパルス発生手段として7分周ブロック31及び41を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、各画素から蓄積された電荷を読み出すための読み出しパルスを第2の時間間隔で発生させる他の種々の読み出しパルス発生手段を適用するようにすれば良い。
【0068】
さらに上述の実施の形態においては、読み出しパルス発生調整手段として、64分周ブロック32、20分周ブロック42及びオア回路43を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、読み出しパルスが所定数発生する毎に読み出しパルスの発生タイミングを調整する他の種々の読み出しパルス発生調整手段を適用するようにしても良い。
【0069】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、読み出しパルスが所定数発生する毎に読み出しパルスの発生タイミングを調整する読み出しパルス発生調整手段を設け、撮像素子の読み出しタイミングの時間間隔を微調整することにより、当該読み出しパルス発生調整手段を設けるだけで、垂直周期全域にわたって露光時間を滑らかに変化させることができ、従って簡易な構成で高精度かつ連続性の高い露光制御を行い得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるビデオカメラの一実施の形態を示すブロック図である。
【図2】電子シャッタパルスによる露光時間の調整の説明に供する略線図である。
【図3】読み出しパルスによる露光時間の調整の説明に供する略線図である。
【図4】従来の読み出し用パルス生成回路の構成を示すブロック図である。
【図5】従来のタイミングチャートを示す略線図である。
【図6】本実施の形態による読み出し用パルス生成回路の構成を示すブロック図である。
【図7】本実施の形態によるタイミングチャートを示す略線図である。
【図8】本実施の形態による読み出し用パルス生成回路の構成を示すブロック図である。
【図9】本実施の形態によるタイミングチャートを示す略線図である。
【図10】読み出しタイミング設定値と露光時間の関係を示す図表である。
【図11】読み出しタイミング設定値と露光時間の関係を示す図表である。
【符号の説明】
1……ビデオカメラ、2……CCD、3……増幅器、4……タイミングジェネレータ、5……Vsub 設定回路、6……A/D変換器、7……カメラDSP回路、8……発振器、20、30、40……読み出し用パルス生成回路、21、31、41……7分周ブロック、22、33、44……読み出し用パルス生成ブロック、32……64分周ブロック、42……20分周ブロック、43……オア回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus and method, and is suitable for application to, for example, a video camera.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a video camera enters incident light from a subject into a solid-state imaging device (CCD: Charge Coupled Device), and photoelectrically converts the incident light incident on the CCD into an electrical signal, thereby converting an image of the subject. It is made to take an image.
[0003]
The CCD has a photo sensor unit corresponding to each pixel, and incident light incident from a subject is received by each photo sensor unit. Each photo sensor unit sweeps away the accumulated charges at the timing when the electronic shutter pulse supplied from the timing generator is turned on, obtains charges by photoelectrically converting the received incident light, and accumulates the charges.
[0004]
The electronic shutter pulse is turned on at a timing synchronized with the horizontal period, and each photo sensor unit sequentially stores the accumulated charge at each timing when the electronic shutter pulse is sequentially turned on at a constant time interval. The charge accumulation starts at the timing when the electronic shutter pulse is finally turned on.
[0005]
In this state, each photo sensor unit ends the accumulation of charges at the timing when the readout pulse supplied from the timing generator is turned on, and transfers the accumulated charges to the subsequent vertical transfer register.
[0006]
Thus, the time for accumulating photoelectrically converted charges, that is, the exposure time, is the time from the timing when the electronic shutter pulse is last turned on to the timing when the readout pulse is turned on.
[0007]
Therefore, this video camera can adjust the exposure time roughly at a constant time interval at which the electronic shutter pulses are sequentially turned on by adjusting the timing at which the electronic shutter pulse is turned on last, and the constant time interval. The exposure time can be finely adjusted by adjusting the timing at which the readout pulse is turned on in the range of.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the video camera having such a configuration, the generation timing of the readout pulse is generated by dividing the master clock having the same frequency as that of the horizontal drive signal. There arises a problem that a deviation occurs between the time intervals when the shutter pulse is turned on, and therefore it is inevitable that the exposure control becomes discontinuous every horizontal period in the entire vertical period.
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to propose an imaging apparatus and method capable of performing exposure control with high accuracy and high continuity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the present invention, the timing at which charge accumulation is started at each pixel arranged on the imaging surface of the image sensor is changed at the first time interval, and the charge accumulated from each pixel is changed. In the imaging device that changes the exposure time by changing the readout timing for reading out the image at a second time interval shorter than the first time interval within the range of the first time interval, Read pulse generation means for generating a read pulse for reading out charges at a second time interval and read pulse generation adjusting means for adjusting the generation timing of the read pulse every time a predetermined number of the read pulses are generated are provided. did.
[0011]
As a result, the exposure time can be smoothly changed over the entire vertical period, and therefore exposure control with high accuracy and high continuity can be performed with a simple configuration.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
In FIG. 1,
[0014]
Specifically, the
[0015]
The electronic shutter pulse SHT is turned on at a timing synchronized with the horizontal period, and each photosensor unit stores the accumulated charge at each timing when the electronic shutter pulse SHT is sequentially turned on at a constant time interval. Are sequentially swept away, and charge accumulation is started at the timing when the electronic shutter pulse SHT is finally turned on.
[0016]
Next, each photo sensor unit ends the accumulation of charges at a timing based on the read pulses SG1 and SG2 supplied from the
[0017]
The charges transferred to the vertical transfer register are transferred from the vertical transfer register to the horizontal transfer register at a timing based on the vertical transfer pulses V1 to V4 supplied from the timing generator.
[0018]
Subsequently, the charges transferred to the horizontal transfer register are transferred from the horizontal transfer register to the output unit at a timing based on the horizontal transfer pulses H1 and H2 supplied from the
[0019]
The
[0020]
The A /
[0021]
The
[0022]
As described above, the
[0023]
The
[0024]
Then, the
[0025]
In addition, the
[0026]
Thus, the
[0027]
Here, the exposure time (time for accumulating the photoelectrically converted charge) is the time from the timing when the electronic shutter pulse SHT is last turned on to the timing when the readout pulses SG1 and SG2 are turned on.
[0028]
The
[0029]
Here, FIG. 2 shows a timing chart when the exposure time is roughly adjusted by the electronic shutter pulse SHT. 2A shows the vertical synchronization signal TGVD, FIG. 2B shows the horizontal synchronization signal TGHD, FIG. 2C shows the readout pulses SG1 and SG2, and FIG. 2D shows the electronic shutter. Pulse SHT is shown.
[0030]
One horizontal period, which is one period of the horizontal synchronization signal TGHD, is 63.5 [μsec] (FIG. 2B), and the electronic shutter pulse SHT is a pulse that is turned on in synchronization with the horizontal period. (FIG. 2D), the adjustment of the exposure time by the electronic shutter pulse SHT is performed at a time interval of 63.5 [μsec].
[0031]
That is, the electric charge accumulated in each photo sensor unit is swept away at every timing when the electronic shutter pulse SHT is turned on at a time interval of 63.5 [μsec], and the timing when the electronic shutter pulse SHT is turned on last. The exposure time starts.
[0032]
Next, FIG. 3 shows a timing chart when the exposure time is finely adjusted by the read pulses SG1 and SG2. 3A shows the horizontal synchronization signal TGHD, FIG. 3B shows the electronic shutter pulse SHT, and FIGS. 3C to 3D show the readout pulses SG1 and SG2. Here, the intermediate timing between the falling timings of the readout pulses SG1 and SG2 is the readout timing for reading out charges from the photosensor unit.
[0033]
The fine adjustment of the exposure time by the read pulses SG1 and SG2 is performed by changing the read timing based on the read pulses SG1 and SG2 stepwise within a range of one period (that is, one horizontal period) of the horizontal synchronization signal TGHD. In this case, the read timing is set to change the range of one horizontal cycle in 128 steps, for example. Note that the number of stages when the read timing is changed stepwise is called the number of control stages.
[0034]
Incidentally, the exposure time set value T defines a read timing set value Hz in which the charge read timing is expressed by the number of control stages. FIG. 3C shows the read timing when the timing set value Hz is 0. 3D shows the read timing when the timing set value Hz is 20, and FIG. 3E shows the read timing when the timing set value Hz is 127.
[0035]
This read timing is generated by dividing the master clock MCK, and the number of divisions is determined by the number of master clocks corresponding to one horizontal period and the number of read timing control stages. Incidentally, the number of master clocks is determined according to the
[0036]
Here, adjustment of readout timing when the
[0037]
FIG. 4 shows the configuration of the read
[0038]
The 7-divided
[0039]
The readout
[0040]
The
[0041]
By the way, it is desirable to change the read timing based on the read pulses SG1 and SG2 for every 7.1 (≈910 / 128) master clock. However, in the
[0042]
Further, in the
If the adjustment of the exposure time by the combination of the adjustment of the exposure time by the readout pulses SG1 and SG2 is combined, the exposure time cannot be changed smoothly.
[0043]
Therefore, in the case of the present embodiment, the exposure time is smoothly changed over the entire vertical period by finely adjusting the time interval of the read timing based on the read pulses SG1 and SG2.
[0044]
FIG. 6 shows that when the
[0045]
The read
[0046]
The 7-divided
[0047]
Further, the divide-by-64 block 32 divides the master clock MCK (FIG. 7A) by 64 to generate a pulse P2 for every 64 master clocks (FIG. 7B), which is divided into 7 blocks. 31 to reset the divide-by-7
[0048]
The read
[0049]
The
[0050]
FIG. 8 shows the case where the change range of the read timing based on the read pulses SG1 and SG2 becomes longer than one horizontal cycle by applying the
[0051]
The read
[0052]
The divide-by-7
[0053]
Further, the divide-by-20
[0054]
The OR
[0055]
The read
[0056]
The
[0057]
In the above configuration, when the change range of the read timing based on the read pulses SG1 and SG2 is shorter than one horizontal period, the read
[0058]
On the other hand, when the change range of the read timing based on the read pulses SG1 and SG2 becomes longer than one horizontal cycle, the read
[0059]
Here, FIG. 10 shows the relationship between the read timing set value Hz specified by the
[0060]
Thus, by adjusting the change range of the readout timing to one horizontal period, that is, the time interval when the electronic shutter pulse SHT is turned on, the adjustment of the exposure time by the electronic shutter pulse SHT and the exposure time by the readout pulses SG1 and SG2 are adjusted. Even if the adjustment is combined, the exposure time can be changed smoothly, so that exposure control with high accuracy and high continuity can be performed over the entire vertical period.
[0061]
Further, since the deviation from the ideal value of the readout timing is small, even when the number of control stages is large or small, the deviation of the readout timing with respect to the ideal value can be reduced, so that it is uniform over the entire horizontal period. High-precision exposure control can be performed.
[0062]
Further, FIG. 11 shows the relationship between the read timing setting value Hz and the exposure time when
[0063]
Therefore, as shown in FIG. 11A, when the conventional readout
[0064]
According to the above configuration, the read
[0065]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the
[0066]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the
[0067]
In the above-described embodiment, the case where the divide-by-7
[0068]
Further, in the above-described embodiment, the case where the 64 frequency dividing block 32, the 20
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the read pulse generation adjusting means for adjusting the generation timing of the read pulse every time a predetermined number of read pulses are generated is provided, and by finely adjusting the time interval of the read timing of the image sensor, By only providing the read pulse generation adjusting means, the exposure time can be smoothly changed over the entire vertical period, and therefore, exposure control with high accuracy and high continuity can be performed with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a video camera according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining adjustment of an exposure time by an electronic shutter pulse.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining adjustment of an exposure time by a readout pulse.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional read pulse generation circuit.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional timing chart.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a read pulse generation circuit according to the present embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a timing chart according to the present embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a read pulse generation circuit according to the present embodiment;
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a timing chart according to the present embodiment.
FIG. 10 is a chart showing a relationship between a read timing setting value and an exposure time.
FIG. 11 is a chart showing a relationship between a read timing setting value and an exposure time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記各画素から上記蓄積された電荷を読み出すための読み出しパルスを上記第2の時間間隔で発生させる読み出しパルス発生手段と、
上記読み出しパルスが所定数発生する毎に上記読み出しパルスの発生タイミングを調整する読み出しパルス発生調整手段と
を具えることを特徴とする撮像装置。The timing at which charge accumulation is started at each pixel arranged on the imaging surface of the image sensor is changed at a first time interval, and the readout timing at which the accumulated charge is read from each pixel is changed to the first timing. In the imaging apparatus that changes the exposure time by changing the second time interval shorter than the first time interval within the time interval,
Read pulse generating means for generating a read pulse for reading the accumulated charge from each pixel at the second time interval;
An image pickup apparatus comprising: a read pulse generation adjusting unit that adjusts a generation timing of the read pulse every time a predetermined number of the read pulses are generated.
上記読み出しタイミングを上記第2の時間間隔で変化させる際の変化範囲が上記第1の時間間隔に比して短い場合には、上記読み出しパルスが所定数発生する毎に上記第2の時間間隔に比して長い時間間隔の上記読み出しパルスを発生させる
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。The read pulse generation adjusting means is
When the change range when the read timing is changed at the second time interval is shorter than the first time interval, the read time is changed to the second time interval every time a predetermined number of read pulses are generated. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the readout pulse is generated at a longer time interval.
上記読み出しタイミングを上記第2の時間間隔で変化させる際の変化範囲が上記第1の時間間隔に比して長い場合には、上記読み出しパルスが所定数発生する毎に上記第2の時間間隔に比して短い時間間隔の上記読み出しパルスを発生させる
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。The read pulse generation adjusting means is
When the change range when changing the read timing at the second time interval is longer than the first time interval, the read time is changed to the second time interval every time a predetermined number of read pulses are generated. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the readout pulse is generated at a shorter time interval.
上記各画素から上記蓄積された電荷を読み出すための読み出しパルスを上記第2の時間間隔で発生させる第1のステップと、
上記読み出しパルスが所定数発生する毎に上記読み出しパルスの発生タイミングを調整する第2のステップと
を具えることを特徴とする撮像方法。The timing at which charge accumulation is started at each pixel arranged on the imaging surface of the image sensor is changed at a first time interval, and the readout timing at which the accumulated charge is read from each pixel is changed to the first timing. In the imaging method of the imaging apparatus that changes the exposure time by changing at a second time interval shorter than the first time interval within the range of the time interval,
A first step of generating a readout pulse for reading out the accumulated charge from each of the pixels at the second time interval;
And a second step of adjusting the generation timing of the readout pulse every time a predetermined number of the readout pulses are generated.
上記読み出しタイミングを上記第2の時間間隔で変化させる際の変化範囲が上記第1の時間間隔に比して短い場合には、上記読み出しパルスが所定数発生する毎に上記第2の時間間隔に比して長い時間間隔の上記読み出しパルスを発生させる
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像方法。In the second step,
When the change range when the read timing is changed at the second time interval is shorter than the first time interval, the read time is changed to the second time interval every time a predetermined number of read pulses are generated. The imaging method according to claim 4, wherein the readout pulse is generated at a longer time interval.
上記読み出しタイミングを上記第2の時間間隔で変化させる際の変化範囲が上記第1の時間間隔に比して長い場合には、上記読み出しパルスが所定数発生する毎に上記第2の時間間隔に比して短い時間間隔の上記読み出しパルスを発生させる
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像方法。In the second step,
When the change range when changing the read timing at the second time interval is longer than the first time interval, the read time is changed to the second time interval every time a predetermined number of read pulses are generated. The imaging method according to claim 4, wherein the readout pulse is generated at a shorter time interval.
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