KR101130375B1 - 촬상 장치, 촬상 소자 및 촬상 장치의 제어 방법 - Google Patents

촬상 장치, 촬상 소자 및 촬상 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 예를 들면 동화상에 의한 촬상 결과를 기록하는 비디오 카메라, 전자 스틸 카메라, 감시 장치 등에 적용하여, 데이터 압축 수단(8)에서의 처리 시간(TC)에 응하여, 촬상 수단(3)의 전하 축적 시간(TE) 또는 프레임 주기, 또는 데이터 압축 수단(8)의 처리 시간(TC)을 가변한다.
촬상 장치, 촬상 소자, CCD

Description

촬상 장치, 촬상 소자 및 촬상 장치의 제어 방법{IMAGE PICKUP DEVICE, IMAGE PICKUP ELEMENT AND IMAGE PICKUP DEVICE CONTROL METOHD}
본 발명은, 촬상 장치, 촬상 소자 및 촬상 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 예를 들면 동화상에 의한 촬상 결과를 기록하는 비디오 카메라, 전자 스틸 카메라, 감시 장치 등에 적용할 수 있다. 본 발명은, 데이터 압축 수단에서의 처리 시간에 응하여, 촬상 수단의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변함에 의해, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축할 수 있도록 한다.
종래, 비디오 카메라에서는, CCD(Charge Coupled Device) 고체 촬상 소자를 이용하여, 필드 판독에 의한 1/60초의 필드 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하고, 이 촬상 결과를 데이터 압축하여 광디스크 등의 기록 매체에 기록하고 있다. 또한 이와 같은 비디오 카메라에서는, 전하 축적 시간의 제어에 의해 이른바 전자 셔터의 기능을 확보하고, 고속으로 이동하는 피사체를 고화질로 촬상하고 있다.
이에 대해, 근래, CMOS 고체 촬상 소자가 실용에 제공되어 있고, 이와 같은 CMOS 고체 촬상 소자에 관해서는, 예를 들면 일본 특개2004-31785호 공보 등에, 주변 회로와 일체화하는 구성이 제안되고 있다.
이와 같은 CMOS 고체 촬상 소자에서는, 수백프레임/초의 고전송 레이트에 의해 촬상 결과를 취득할 수 있다. 이로써 이와 같은 CMOS 고체 촬상 소자를 이용하여, 나아가서는 고속화한 CCD 고체 촬상 소자를 이용하여, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득함에 의해, 종래에 비하여 한층 더 현장감이 높은 촬상 결과를 얻을 수 있다고 생각된다.
그러나 이와 같이 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하는 경우에서는, 그만큼, 기록, 전송에 제공하는 데이터량도 현격하게 증대하고, 데이터 압축의 처리가 시간에 대지 못하게 되어, 전체의 처리에 파탄을 초래할 우려가 있다.
본 발명은 이상의 점을 고려하여 이루어진 것으로, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축할 수 있는 촬상 장치, 촬상 소자 및 촬상 장치의 제어 방법을 제안하고자 하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 촬상 장치에 적용하여, 구동 회로에 의한 구동에 의해 촬상 결과를 출력하는 촬상 수단과, 상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 데이터 압축하여 출력하는 데이터 압축 수단과, 상기 데이터 압축 수단에서 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간에 응하여, 상기 촬상 수단의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 상기 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 제어 수단을 구비하도록 한다.
본 발명의 구성에 의해, 촬상 장치에 적용하여, 구동 회로에 의한 구동에 의해 촬상 결과를 출력하는 촬상 수단과, 상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 데이터 압축하여 출력하는 데이터 압축 수단과, 상기 데이터 압축 수단에서 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간에 응하여, 상기 촬상 수단의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 상기 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 제어 수단을 구비하도록 하면, 촬상 결과에 의한 화상이 복잡한 경우 등에 있어서, 처리 시간이 길어지는 경우에는, 코마 드롭(drop frame)이 발생하지 않도록 할 수 있고, 또한 이와는 역으로 촬상 결과에 의한 화상이 거의 움직임이 없는 화상, 이른바 평탄한 화상 등으로서, 처리 시간이 짧아지면, 그만큼, 촬상 결과의 프레임 주파수를 증대시켜서 현장감이 높은 화상을 기록, 전송할 수 있다. 이로써 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축할 수 있다.
또한 본 발명은, 구동 회로에 의한 구동에 의해 촬상 결과를 출력하는 촬상 수단과, 상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 데이터 압축하여 출력하는 데이터 압축 수단을 일체화한 촬상 소자에 적용하여, 상기 데이터 압축 수단에서 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간에 응하여, 상기 촬상 수단의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 상기 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 제어 수단의 전부 또는 일부를 갖도록 한다.
이로써 본 발명의 구성에 의하면, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축할 수 있는 촬상 소자를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 구동 회로에 의한 구동에 의해 촬상 결과를 출력하는 촬상 수단과, 상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 데이터 압축하여 출력하는 데이터 압축 수단을 구비하는 촬상 장치의 제어 방법에 적용하여, 상기 데이터 압축 수단에서 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간에 응하여, 상기 촬상 수단의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 상기 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변한다.
이로써 본 발명의 구성에 의하면, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축할 수 있는 촬상 장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1의 실시예에 관한 촬상 장치를 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 촬상 장치를 도시하는 블록도.
도 3은 도 2의 촬상 장치의 동작의 설명에 제공하는 타임 차트.
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 제 3의 실시예에 관한 촬상 장치의 설명에 제공하는 약선도.
도 5는 본 발명의 제 5의 실시예에 관한 촬상 장치에 적용되는 집적회로를 도시하는 단면도.
도 6의 (A) 및 (B)는 CCD 고체 촬상 소자에 의한 복수 계통에 의한 출력의 설명을 도시하는 모식도.
도 7의 (A) 및 (B)는 CMOS 고체 촬상 소자에 의한 복수 계통에 의한 출력의 설명을 도시하는 모식도.
도 8은 본 발명의 제 6의 실시예에 관한 촬상 장치에 적용되는 집적회로를 도시하는 사시도.
도 9의 (A), (B), (C) 및 (D)는 도 8의 촬상 장치에서의 촬상 결과의 출력의 설명에 제공하는 모식도.
도 10은 데이터 압축 수단의 각 계통의 처리의 설명에 제공하는 평면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1, 11 : 촬상 장치 2 : 렌즈
3 : 촬상 소자 4 : 광학 로우패스 필터
5 : 색보정 필터 6 : 구동부
7 : 아날로그 디지털 변환 회로 8, 13 : 화상 압축부
9, 14 : 제어부 12 : 메모리부
51, 61 : 집적회로 52 : 소자층
53 : 포토다이오드 54 : 실리콘산화막
56 : 실리콘질화막 57 : 색 필터
58 : 마이크로 렌즈 69, 63 : 배선층
62 : 반도체 기판 C1 내지 C3 : 처리 회로
이하, 적절히 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 기술한다.
(1) 제 1의 실시예의 구성
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시예에 관한 촬상 장치를 도시하는 블록도이다. 이 촬상 장치(1)는, 소망하는 피사체의 촬상 결과를 데이터 압축하여 기록 매체에 기록하고, 또한 소망하는 전송 대상에 송출한다.
여기서 이 촬상 장치(1)에서, 렌즈(2)는, 유저에 의한 조작에 응동하여 줌 배율, 조리개를 가변하여 촬상 소자(3)의 촬상면에 입사광을 집광한다. 광학 로우패스 필터(4)는, 이 렌즈(2)의 출력광에서 공간 주파수가 높은 성분을 억압하고, 계속되는 색 보정 필터(5)는, 광학 로우패스 필터(4)로부터 출사되는 출사광의 색 온도를 보정하여 출사한다.
촬상 소자(3)는, 예를 들면 CMOS 고체 촬상 소자에 의해 형성되고, 구동부(6)로부터 출력되는 각종 타이밍 신호에 의해 동작하여, 촬상면에 형성된 광학상을 각 화소에 의해 광전변환하여 촬상 신호(S1)를 출력한다. 이 처리에 있어서, 촬상 소자(3)는, 소정의 전하 축적 시간에 의해, 각 화소의 입사광을 광전변환 처리하면서 광전변환 처리 결과를 각 화소에서 축적하고, 전하 축적 시간의 종료에 의해, 각 화소에 축적한 광전변환 처리 결과를 전송하여 촬상 신호(S1)에 의해 출력함과 함께, 계속되는 프레임에 관한 광전변환 처리를 시작한다. 이로써 촬상 소자(3)는, 전하 축적 시간에 대응하는 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 출력한다. 또한 종래의 비디오 신호에 비하여 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 출력한다.
구동부(6)는, 제어부(9)의 제어에 의해, 이 촬상 소자(3)의 각종 타이밍 신호를 생성하여 촬상 소자(3)에 출력하고, 이로써 제어부(9)의 제어에 의해 촬상 소자(3)의 동작을 제어한다. 이 제어에 있어서, 구동부(6)는, 촬상 소자(3)의 전하 축적 시간이 제어부(9)에 의해 지시되는 전하 축적 시간(TE)이 되도록, 타이밍 신호를 출력한다. 이로써 이 실시예에서는, 제어부(9)의 제어에 의해 촬상 소자(3)의 전하 축적 시간(TE)을 제어하고, 나아가서는 촬상 결과의 프레임 주기를 가변한다. 그리고 여기서, 프레임 주기는 1프레임의 기간이다.
아날로그 디지털 변환 회로(AD)(7)는, 이 촬상 신호(S1)를 아날로그 디지털 변환 처리하여 화상 데이터(D1)를 출력한다. 이 촬상 장치(1)는, 도시하지 않은 신호 처리 회로에 의해 이 화상 데이터(D1)를 화소 보간 처리, 색공간 변환 처리, 에지 강조 처리, 노이즈 제거 처리 등을 한 후, 화상 압축부(8)에 입력한다.
화상 압축부(8)는, 이 화상 데이터(D1)를 데이터 압축하고, 그 처리 결과에 의한 부호화 데이터(D2)를 기록계, 전송계에 출력하고, 이로써 이 촬상 장치(1)에서는, 이 기록계에 의해 소정의 기록 매체에 부호화 데이터(D2)를 기록하고, 또한 이 전송계에 의해 부호화 데이터(D2)를 외부 기기에 전송한다. 화상 압축부(8)는, 이 데이터 압축의 처리에 있어서, 예를 들면 MPEG의 수법을 적용하여 제어부(9)에 의해 지시되는 고정의 양자화 스케일에 의해 데이터 압축하고, 이로써 화상 데이터(D1)에 있어서의 부호화 처리의 난이도에 따라, 부호화 처리에 요하는 시간을 가변하여 일정한 화질에 의해 부호화 데이터(D2)를 생성한다. 화상 압축부(8)는, 이 1장의 픽처에 관한 화상 데이터(D1)의 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간(TC)을 검출하고, 이 처리 시간(TC)을 제어부(9)에 통지한다.
제어부(9)는, 마이크로컴퓨터에 의한 연산 처리 수단에 의해 구성되고, 소정의 제어 프로그램의 실행에 의해, 유저에 의해 조작자의 조작에 응동하여 이 촬상 장치(1) 전체의 동작을 제어한다. 또한 이 실시예에서, 이 제어 프로그램은, 이 촬상 장치(1)에 사전에 인스톨되어 제공되는 것이지만, 이 제어 프로그램에 있어서는, 인터넷 등의 네트워크를 통한 다운로드에 의해, 나아가서는 기록 매체로부터의 다운로드에 의해 제공하도록 하여도 좋고, 이와 같은 기록 매체로서는, 광디스크, 메모리 카드 등, 여러가지의 기록 매체를 널리 적용할 수 있다.
이렇게 하여 제어부(9)는, 유저에 의해 전원이 켜지면 동작을 시작하고, 유저에 의한 조작자(操作子)의 조작에 응동하여 촬상 소자(3)에 의해 촬상 결과의 취득을 시작하도록, 또한 이 촬상 결과의 기록, 전송을 시작하도록, 전체의 동작을 제어한다. 또한 제어부(9)는, 이와 같이 하여 촬상 결과의 취득, 기록, 전송을 시작하면, 화상 압축부(8)에서 검출되는 처리 시간(TC)에 응하여 화상 데이터(D1)의 처리 속도를 가변한다. 이로써 제어부(9)는, 부호화 데이터(D2)에서의 코마 드롭을 방지하고, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축한다.
구체적으로 이 실시예에 있어서, 유저가 데이터 압축 처리의 우선 모드를 선택하고 있는 경우, 제어부(9)는, 화상 압축부(8)의 처리 시간(TC)에 응하여, 촬상 소자(3)의 전하 축적 시간(TE)을 가변함에 의해, 부호화 데이터(D2)에서의 코마 드롭을 방지한다. 즉 제어부(9)는, 화상 데이터(D1)에 의한 화상이 복잡한 화상이어서, 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)이 길어지고, 그 결과, 전하 축적 시간(TE)에 비하여 처리 시간(TC)이 길어지면, 그만큼, 전하 축적 시간(TE)을 증대시키고, 이로써 부호화 데이터(D2)에서의 코마 드롭을 방지한다.
또한 이와는 역으로, 화상 데이터(D1)에 의한 화상이 거의 움직임이 없는 화상, 이른바 평탄한 화상 등이어서, 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)이 짧아지면, 그만큼, 전하 축적 시간(TE)을 단축하고, 높은 프레임 주파수에 의한 현장감이 높은 화상을 기록한다. 또한 이 데이터 압축 처리의 우선 모드에 있어서, 제어부(9)는, 유저가 데이터 압축 모드를 지정하고 있는 경우, 이 지시된 데이터 압축 모드에서의 양자화 스케일 등에 의해 데이터 압축하도록 화상 압축부(8)의 동작을 제어한 상태에서, 이들의 제어를 실행한다.
이에 대해 유저가 프레임 레이트의 우선 모드를 선택하고 있는 경우, 제어부(9)는, 유저에 의해 지시된 프레임 주기에 의해 화상 데이터(D1)를 기록하도록, 화상 압축부(8)에서의 처리 속도(TC)를 가변한다. 즉 이 경우, 제어부(9)는, 이 유저에 의해 지시된 프레임 주기에 의해 화상 데이터(D1)를 출력하도록, 촬상 소자(3)의 전하 축적 시간(TE)을 제어한 상태에서, 화상 데이터(D1)에 의한 화상이 복잡한 화상이어서, 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)이 길어지고, 그 결과, 전하 축적 시간(TE)에 비하여 처리 시간(TC)이 길어지면, 그만큼, 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)을 단축시키고, 이로써 부호화 데이터(D2)에서의 코마 드롭을 방지한다.
또한 이와는 역으로, 화상 데이터(D1)에 의한 화상이 거의 움직임이 없는 화상, 이른바 평탄한 화상 등이어서, 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)이 짧아지면, 그만큼, 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)을 증대시키고, 이로써 높은 프레임 주파수에 의한 현장감이 높은 화상을 기록한다. 또한 이들의 제어에 있어서, 제어부(9)는, 화상 압축부(8)의 동작 기준인 클록 주파수의 전환에 의해 처리 시간(TC)을 가변하는 것이지만, 이에 대신하여, 또는 이에 더하여 양자화 스케일의 전환에 의해 처리 시간(TC)을 가변하여도 좋다.
(2) 제 1의 실시예의 동작
이상의 구성에 있어서, 이 촬상 장치(1)에서는, 렌즈(2)에 의해 촬상 소자(3)의 촬상면에 피사체의 화상이 형성되고, 이 화상의 촬상 결과가 촬상 소자(3)로부터 출력되어 아날로그 디지털 변환 회로(7)에 의해 화상 데이터(D1)로 변환된다. 이 화상 데이터(D1)는, 에지 강조 등의 처리가 실행된 후, 화상 압축부(8)에 의해 데이터 압축되어 부호화 데이터(D2)로 변환되고, 이 부호화 데이터(D2)가 기록 매체에 기록되고, 나아가서는 외부 기기에 전송된다. 이로써 촬상 장치(1)에서는, 촬상 결과를 데이터 압축하여 기록하고, 또한 전송한다.
이들 일련의 처리에 있어서, 화상 데이터(D1)는, 이 화상 압축부(8)에서의 데이터 압축에 요하는 처리 시간(TC)이 계측되고, 이 처리 시간(TC)과 촬상 소자(3)에서의 전하 축적 시간(TE)과의 비교에 의해 각 부분에서의 처리 속도가 가변된다. 즉 화상 데이터(D1)에 의한 화상이 복잡한 경우 등에 있어서, 전하 축적 시간(TE)에 비하여 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)이 길어지는 경우에는, 이 처리 시간(TC)에 의해 부호화 데이터(D2)에서의 코마 드롭이 발생하지 않도록, 각 부분에서의 처리 속도가 가변 제어된다. 또한 이와는 역으로, 화상 데이터(D1)에 의한 화상이 거의 움직임이 없는 화상, 이른바 평탄한 화상 등이어서, 전하 축적 시간(TE)에 비하여 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)이 짧아지면, 이 경우도 각 부분에서의 처리 속도가 가변 제어되고, 이로써 현장감이 높은 화상에 의해 기록된다.
이 실시예에서는, 유저가 데이터 압축 처리의 우선 모드를 선택하고 있는 경우, 이 처리 속도의 제어 대상이 촬상 소자(3)의 전하 축적 시간으로 설정되고, 전하 축적 시간(TE)에 비하여 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)이 길어지는 경우에는, 이 처리 시간(TC)에 의해 부호화 데이터(D2)에서의 코마 드롭이 발생하지 않도록, 촬상 소자(3)에서의 전하 축적 시간(TE)이 길어지도록 제어되고, 이로써 화상 데이터(D1)의 프레임 주파수가 저감된다. 또한 전하 축적 시간(TE)에 비하여 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)이 짧아지면, 촬상 소자(3)의 전하 축적 시간(TE)이 짧아지도록 제어되고, 이로써 프레임 주파수가 증대된다.
이로써 이 실시예에서는, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축하여 소망하는 기록 매체에 기록할 수 있고, 또한 전송할 수 있다.
이에 대해 유저가 프레임 레이트의 우선 모드를 선택하고 있는 경우, 이 처리 속도의 제어 대상이 화상 압축부(8)로 설정되고, 코마 드롭하지 않도록, 또한 가능한 한 고화질에 의해 데이터 압축하도록, 화상 압축부(8)에서의 처리 속도(TC)가 전환된다. 이로써 이 경우도, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축하여 소망하는 기록 매체에 기록할 수 있고, 또한 전송할 수 있다.
(3) 제 1의 실시예의 효과
이상의 구성에 의하면, 데이터 압축에 요하는 처리 시간에 응하여, 촬상 소자에서의 전하 축적 시간을 가변함에 의해, 또는 데이터 압축의 처리 시간을 가변함에 의해, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축하여 소망하는 기록 매체에 기록하고, 또한 전송할 수 있다.
즉 처리 시간이, 전하 축적 시간보다 길어지면, 전하 축적 시간이 길어지도록, 촬상 수단인 촬상 소자의 동작을 제어함에 의해, 코마 드롭을 방지하여 확실하게 촬상 결과를 처리할 수 있다.
또한 처리 시간이, 전하 축적 시간보다 길어지면, 처리 시간이 짧아지도록, 데이터 압축 수단인 화상 압축부의 처리 속도를 제어함에 의해서도, 코마 드롭을 방지하여 확실하게 촬상 결과를 처리할 수 있다.
또한 이 데이터 압축 수단의 처리 시간의 가변이, 데이터 압축 수단의 클록의 전환에 의한 처리 시간의 가변인 것에 의해, 소비 전력을 필요없이 증대시키는 일 없이, 확실하게 촬상 결과를 처리할 수 있다.
(4) 제 2의 실시예
도 2는, 도 1과의 대비에 의해 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 촬상 장치를 도시하는 블록도이다. 이 촬상 장치(11)에서는, 화상 압축부(8)의 입력측에 메모리 부(12)가 마련되고, 또한 화상 압축부(8), 제어부(9)에 대신하여, 화상 압축부(13), 제어부(14)가 마련되어 있는 점을 제외하고, 제 1의 실시예의 촬상 장치(1)와 동일하게 구성된다. 또한 이 도 2에서는, 이로써 제 1의 실시예에 관한 촬상 장치(1)와 동일한 구성은, 대응하는 부호를 붙여서 나타내고, 중복된 설명은 생략한다.
이 촬상 장치(11)에 있어서, 메모리부(12)는, 복수 프레임분의 화상 데이터(D1)를 축적할 수 있도록 형성되고, 제어부(14)의 제어에 의해 순차로 입력되는 화상 데이터(D1)를 축적하고, 또한 축적한 화상 데이터를 화상 압축부(13)에 출력한다.
화상 압축부(13)는, 촬상 장치(1)의 화상 압축부(8)와 마찬가지로 하여 제어부(14)의 제어에 의해 순차로 입력되는 화상 데이터(D1)를 데이터 압축하고, 그 처리 결과에 의한 부호화 데이터(D2)를 기록계, 전송계에 출력한다. 이 처리에 있어서, 화상 압축부(13)는, 아날로그 디지털 변환 회로(7)로부터 출력되는 화상 데이터(D1)를 직접 입력하고, 또는 메모리부(12)를 통하여 입력하고, 이 화상 데이터(D1)를 데이터 압축하도록 형성되고, 이로써 촬상 장치(11)는, 메모리부(12)를 버퍼 메모리로서 사용하여, 데이터 압축에 관한 처리 시간(TC)의 변동에 의한 영향을 이 메모리부(12)에 의해 완화하여 화상 데이터(D1)를 처리한다.
제어부(14)는, 제어부(9)와 마찬가지로 하여, 이 촬상 장치(11) 전체의 동작을 제어한다. 이 처리에 있어서 제어부(14)는, 화상 압축부(8)에서 검출되는 처리 시간(TC)에 응하여, 화상 압축부(13)의 처리 대상을, 아날로그 디지털 변환 회 로(7)로부터 직접 입력되는 화상 데이터(D1)와, 메모리부(12)를 통하여 입력되는 화상 데이터(D1)로 전환하고, 이로써 데이터 압축에 관한 처리 시간(TC)이 변동한 경우에도, 코마 드롭하는 일 없이 고화질에 의해 화상 데이터(D1)를 데이터 압축한다.
즉 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이, 연속하는 픽처(T1, T2, T3, ……)에 의한 화상 데이터(D1)가 입력되어 있는 경우에 있어서, 픽처(T3)의 데이터 압축 처리에 3프레임분의 처리 시간(TC)을 요한 경우, 이대로는 부호(B)로 도시하는 바와 같이, 계속되는 2개의 픽처(T4, T5)에 대해서는, 데이터 압축 처리할 시간이 없어지고, 이로 인해 부호화 데이터(D2)에서는 코마 드롭하게 된다.
제어부(14)는, 이로 인해 도 3의 (C) 및 (D)에 도시하는 바와 같이, 픽처(T3)까지의 동안, 아날로그 디지털 변환 회로(7)로부터 직접 입력되는 화상 데이터(D1)를 데이터 압축하도록 화상 압축부(8)의 동작을 제어한 후, 계속되는 픽처(T4) 이후에서는, 메모리부(12)에 일시 보존한 화상 데이터(D1)를 데이터 압축하도록, 화상 압축부(8)의 동작을 제어한다. 즉 이 경우, 제어부(14)는, 이 계속되는 픽처(T4) 이후를 일시 기록하도록 메모리부(12)의 동작을 제어하고, 또한 이 메모리부(12)에 일시 기록한 화상 데이터(D1)를 처리하도록 화상 압축부(13)의 동작을 제어한다.
또한 이와 같이 하여 메모리부(12)에 일시 보존한 화상 데이터(D1)를 데이터 압축하도록 화상 압축부(8)의 동작을 제어하고, 화상 압축부(13)에서의 처리 시간이 짧아져서, 화상 압축부(13)에서의 처리가 촬상 소자(3)로부터의 화상 데이 터(D1)의 직접적인 출력에 따라붙으면, 메모리부(12)에 일시 보존한 화상 데이터(D1)에 대신하여, 아날로그 디지털 변환 회로(7)로부터 직접 입력되는 화상 데이터(D1)를 데이터 압축하도록 화상 압축부(8)의 동작을 제어한다. 즉 이 경우, 제어부(14)는, 메모리부(12)에서의 화상 데이터(D1)의 기록을 소정의 픽처에서 중지하고, 아날로그 디지털 변환 회로(7)로부터 직접 입력되는 화상 데이터(D1)를 처리하도록 화상 압축부(8)의 동작을 제어한다.
제어부(14)는, 이로써 메모리부(12)를 이용하여, 화상 압축부(13)에서의 처리 시간(TC)의 변동에 의한 코마 드롭을 방지하여 고화질에 의해 화상 데이터(D1)를 처리한다. 또한 이와 같이 처리하여, 메모리부(12)를 이용한 처리에 의해서는 코마 드롭을 방지할 수 없게 되면, 제 1의 실시예에 관해 상술한 바와 마찬가지로 하여 촬상 소자(3)의 전하 축적 시간(TE)의 증대에 의해, 또는 화상 압축부(13)에서의 처리 시간(TC)의 저감에 의해 코마 드롭을 방지한다. 또한 이와는 역으로, 화상 압축부(13)의 처리에 촬상 소자(3)로부터의 화상 데이터 출력이 시간에 대지 못하게 되면, 제 1의 실시예에 관해 상술한 바와 마찬가지로 하여 촬상 소자(3)의 전하 축적 시간(TE)의 저감에 의해, 또는 화상 압축부(13)에서의 처리 시간의 증대에 의해 가능한 한 고화질에 의해 화상 데이터(D1)를 처리한다.
이상의 구성에 의하면, 데이터 압축 수단에서의 처리 시간에 응하여, 촬상 수단의 전하 축적 시간, 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 구성에 있어서, 데이터 압축 수단의 처리 시간에 응하여, 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 일시 기억하여 데이터 압축 수단에서 데이터 압축함에 의해, 처리 시간의 변동을 데이터 압축 수단에 의해 완화하여, 높은 프레임 주기에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 한층 더 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축하여 소망하는 기록 매체에 기록하고, 또한 전송할 수 있다.
(5) 제 3의 실시예
이 실시예에서는, 촬상 소자로부터 출력되는 화상 데이터의 샘플링 수의 제어에 의해, 데이터 압축 수단의 처리 속도를 가변하고, 이로써 코마 드롭을 방지하여 고화질에 의해 화상 데이터를 기록한다. 이 실시예에서는, 이 샘플링 수의 제어에 관한 구성이 다른 점을 제외하고, 도 1 또는 도 2에 관해 상술한 촬상 장치(1 또는 11)와 동일하게 구성됨에 의해, 이 실시예에서는, 이 도 1 또는 도 2를 이용하여 구성을 설명한다.
이 실시예에 있어서, 구동부(6)는, 제어부(9 또는 14)의 제어에 의해, 촬상 소자(3)에 출력하는 타이밍 신호를 전환하고, 이로써 도 4의 (A)와의 대비에 의해 도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이, 촬상 결과를 출력 가능한 촬상 소자(3)의 유효 화소 영역(AR)에 대해, 이 유효 화소 영역(AR)으로부터 일부 영역(ARA)을 잘라내고, 이 잘라낸 일부 영역(ARA)의 촬상 결과만을 선택적으로 촬상 소자(3)로부터 출력할 수 있도록 구성되어 있다.
제어부(9 또는 14)는, 상술한 화상 압축부(8 또는 13)의 직접적인 제어에 의한 처리 시간(TC)의 가변에 대신하여, 이 일부 영역(ARA)의 크기의 가변에 의해, 촬상 결과의 샘플링 수를 가변하여 화상 압축부(8 또는 13)에서 처리 시간(TC)을 가변하고, 이로써 코마 드롭을 방지하고, 또한 가능한 한 고화질에 의해 촬상 결과 를 데이터 압축한다.
즉 제어부(9 또는 14)는, 화상 압축부(8)의 처리 시간(TC)이 전하 축적 시간(TE)에 비하여 길어지면, 일부 영역(ARA)의 크기를 작게 하고, 이로써 촬상 결과의 샘플링 수의 저감에 의해 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)을 단축한다. 또한 이와는 역으로 화상 압축부(8)의 처리 시간(TC)이 전하 축적 시간(TE)에 비하여 짧아지면, 일부 영역(ARA)의 크기를 크게 하여, 이로써 촬상 결과의 샘플링 수의 증대에 의해 화상 압축부(8)에서의 처리 시간(TC)을 길게 한다. 또한 이와 같이 샘플링 수의 제어에 의해 처리 시간(TC)을 가변하여, 이 일부 영역(ARA)의 크기가 유저에 의해 지시된 범위를 일탈하는 경우에는, 샘플링 수의 제어에 대신하여, 제 1의 실시예 또는 제 2의 실시예에 관해 상술한 수법에 의해, 코마 드롭을 방지한다. 또한 이와 같은 촬상 결과의 선택적인 출력에 관한 일부 영역(ARA)은 이 촬상 장치에서의 손 흔들림 보정의 처리에 관한 영역이고, 이로써 이 실시예에서는, 손 흔들림 보정에 관한 구성을 유효하게 이용하여 전체 구성을 간략화한다.
이 실시 예와 같이, 촬상 결과의 샘플링 수의 가변에 의해 화상 압축부(8)에서의 처리 시간을 가변하도록 하여도, 제 1의 실시예 또는 제 2의 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(6) 제 4의 실시예
이 실시예에서는, 촬상 소자로부터 출력되는 화상 데이터의 샘플링 수의 제어에 대신하여, 화상 압축부에 입력되는 화상 데이터의 샘플링 수의 제어에 의해 코마 드롭을 방지하여 고화질에 의해 화상 데이터를 기록한다. 이 실시예에서는, 이 샘플링 수의 제어에 관한 구성이 다른 점을 제외하고, 제 3의 실시예에 관해 상술한 촬상 장치와 동일하게 구성됨에 의해, 이 실시예에서는, 이 제 3의 실시예에서 유용(流用)한 도 1 또는 도 2를 이용하여 구성을 설명한다.
이 실시예에 관한 촬상 장치(1 또는 11)에서는, 아날로그 디지털 변환 회로(7)의 출력단(出力段)에 프레임 메모리가 마련되고, 아날로그 디지털 변환 회로(7)로부터 출력되는 화상 데이터를 이 프레임 메모리에 일시 기록한다. 또한 이 프레임 메모리에 관한 판독 어드레스의 제어에 의해, 프레임 메모리에 기록한 화상 데이터에 의한 화상으로부터 일부 영역(ARA)을 잘라내고, 이 잘라낸 일부 영역(ARA)에 관한 화상 데이터(D1)를 선택적으로 프레임 메모리로부터 판독하여 데이터 압축 처리한다. 또한, 이 도 2에 관해 상술한 촬상 장치(11)에서는, 이 프레임 메모리를 메모리부(12)에 의해 구성하여도 좋다.
이 실시 예와 같이, 촬상 소자로부터 출력되는 화상 데이터의 샘플링 수의 제어에 대신하여, 데이터 압축 수단의 입력단에서 화상 데이터의 샘플링 수를 제어하도록 하여도, 제 3의 실시예과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(7) 제 5의 실시예
도 5는, 본 발명의 제 5의 실시예에 관한 촬상 장치에 적용되는 집적회로의 일부를 도시하는 단면도이다. 이 실시예에서는, 이 집적회로에 의해 제 1의 실시예 내지 제 4의 실시예에 관한 촬상 장치를 구성한다.
여기서 이 집적회로(51)는, 촬상 소자(3)와 주변 회로를 일체화하여 형성되고, 제 1의 실시예에 관한 촬상 장치(1)에서는, 이 일체화에 관한 주변 회로에 구 동부(6), 아날로그 디지털 변환 회로(7), 화상 압축부(8)가 적용된다. 또한 제 2의 실시예에 관한 촬상 장치(11)에서는, 이 일체화에 관한 주변 회로에, 또한 메모리부(12)가 적용되고, 제 3의 실시예, 4에 관한 촬상 장치에서는, 마찬가지의 대응하는 구성이 주변 회로에 적용된다. 이로써 이 실시예에 관한 촬상 장치에서는, 전체 구성을 간략화한다.
집적회로(51)는, 화소부를 매트릭스형상으로 배치하여 촬상 소자부가 형성되고, 이 촬상 소자부에 의해 촬상 소자(3)가 형성된다. 또한 이 촬상 소자부의 주위에 주변 회로부가 형성되고, 이 주변 회로부에 상술한 구동부(6) 등이 적절히 배치된다. 이로써 도 5는, 이 촬상 소자부와 주변 회로부와의 일부를 도시하는 단면도이다.
집적회로(51)는, 10 내지 20[㎛] 정도의 두께의 실리콘(Si)층에 의해 소자층(52)이 형성되고, 화소부에서는, 이 소자층(52)에, 화소 단위의 광전변환 처리에 관한 포토다이오드(53)가 형성되고, 주변 회로부에서는, 이 소자층(52)의 하층측에, 주변 회로를 구성하는 MOSFET 등의 각 회로 소자가 형성된다.
집적회로(51)는, 이 소자층(52)의 상층에, 순차적으로, 실리콘산화(SiO2)막(54), 차광막(55), 실리콘질화막(SiN)(56), 색 필터(57), 마이크로 렌즈(58)가 적층된다. 또한 이 소자층(52)의 하층에, 포토다이오드(53), 주변 회로의 회로 소자를 배선하는 배선층(59)이 형성되고, 이 배선층(59)의 하층측에, 전체를 지지하는 기판 지지재(60)가 마련된다. 이로써 집적회로(51)는, 수광면과는 역측에 배선 층(59)이 마련되고, 배선층을 수광면측에 마련하는 경우의 여러가지의 부적합함을 일거에 해결하여 배선의 자유도를 현격하게 향상한다. 또한 이와 같이 배선층을 수광면측에 마련하는 부적합함으로서는, 배선층을 형성하는 배선에 의한 각 화소에의 입사광량의 감소, 인접 화소에의 크로스토크 등이 있다.
또한 집적회로(51)는, 이와 같이 수광면과는 역측에 배선층(59)이 형성됨에 의해, 두께가 얇은 반도체 기판을 배선층(59)측에서 처리하고 포토다이오드(53), 주변 회로의 회로 소자를 형성한 후, 이 반도체 기판에 배선층(59), 기판 지지재(60)를 순차 형성하고, 그 후, 이 반도체 기판을 뒤집어서 CMP에 의해 연마하여 소자층(52)이 완성되고, 차광막(55), 실리콘질화막(SiN)(56), 색 필터(57), 마이크로 렌즈(58)를 순차적으로 형성하여 작성된다.
이 실시예에 관한 촬상 장치는, 이와 같이 수광면과는 역측에 배선층(59)을 형성하여, 배선의 자유도가 현격하게 향상한 점을 유효하게 이용하여, 촬상 결과를 고속 판독한다. 여기서 이와 같은 고속 판독에서는, 촬상 결과인 다수의 화소에 의한 광전변환 결과를 복수 계통에 의해 동시 병렬적으로 출력함에 의해 실행한다. 이로써 각 계통의 출력에 관한 데이터 레이트를 r로 하고, 이 계통수를 N으로 하면, 촬상 소자 전체의 데이터 레이트는, R=N×r에 의해 표시되고, 촬상 결과를 고속으로 출력할 수 있다.
또한 마찬가지의 촬상 소자인 CCD(Charge Coupled Device) 고체 촬상 소자에서는, 웨이퍼 프로세스의 관계에 의해, 이 동시 병렬로 출력하는 계통수(N)가 최대로 8 정도인 것에 대하여, 이 실시예에 관한 집적회로(51)에 의한 촬상 소자에서 는, 계통수(N)를 수 100 이상으로 설정할 수 있고, 이로써 종래에 비하여 현격하게 고속도로 촬상 결과를 출력할 수 있다.
또한 도 6은, 이와 같은 CCD 고체 촬상 소자로부터의 촬상 결과의 출력을 도시하는 모식도이고, 도 6의 (A)는, 1계통에 의해 출력하는 경우이고, 이 경우, 각 화소에 보존된 축적 전하를 수직 전송 레지스터에 전송하고, 이 수직 전송 레지스터에 전송한 축적 전하를 수평 전송 레지스터에 순차적으로 전송하면서 수평 전송 레지스터에 의해 순차적으로 전송하여 출력한다. 이에 대해 도 6의 (B)는, 8계통에 의해 촬상 결과를 출력하는 경우이고, 8개의 수평 전송 레지스터를 마련하고, 수직 전송 레지스터에 전송한 축적 전하를 이들 8개의 수평 전송 레지스터에 의해 순차적으로 출력하는 경우이다.
이에 대해 도 7은, CMOS 고체 촬상 소자로부터의 촬상 결과의 출력을 도시하는 모식도이다. 도 7의 (A)는, 칼럼선 단위로 순차적으로 각 화소에 의한 촬상 결과를 출력하는 방식이고, 이 경우, 칼럼선의 수만큼 동시 병렬적으로 촬상 결과를 출력하게 된다. 이 실시예에서는, 이 도 7의 (A)에 도시하는 방식에 의해 칼럼선 단위로 촬상 결과를 출력하도록 하여, 칼럼선의 수에 대응하는 복수의 아날로그 디지털 변환 회로에 의해 각 칼럼선 출력을 각각 아날로그 디지털 변환 처리하고, 복수 계통의 화상 데이터를 생성한다. 또한 이 화상 데이터를 제 1의 실시예 내지 4에 상술한 바와 같이 데이터 압축 처리하여, 또한 이 데이터 압축 처리에 요하는 처리 시간에 응하여 촬상 소자의 전하 축적 시간, 화상 압축부의 처리 시간을 제어한다.
이렇게 하여 이 실시예에서는, 이와 같이 복수 계통에 의해 촬상 결과를 출력함에 의해, 높은 프레임 주파수에 의한 촬상 결과를 확실하게 취득할 수 있도록 하여, 이 높은 프레임 주파수에 의한 촬상 결과를 확실하게 데이터 압축할 수 있다.
또한 실용상 충분한 전송 속도를 확보할 수 있는 경우, 이와 같은 칼럼선의 수에 의한 동시 병렬적인 촬상 결과의 출력에 대신하여, 예를 들면 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이, 복수의 칼럼선에서 촬상 결과를 다중화하여 출력하도록 하여도 좋다. 또한 이 도 7의 (B)의 예는, 2개의 칼럼선에서 촬상 결과를 다중화하여 출력하는 것이고, 이 경우, 칼럼선 수의 1/2의 계통수에 의해 동시 병렬적으로 촬상 결과를 출력하게 된다.
제 5의 실시예의 구성에 의하면, 촬상 수단, 촬상 수단의 구동 회로, 데이터 압축 수단을 일체로 집적회로화 함에 의해, 전체 구성을 소형화, 간략화할 수 있다.
또한 이때 수광면과는 역측에 배선층을 형성하고, 이 배선층에 의해 촬상 수단과 주변 회로를 접속함에 의해, 높은 자유도에 의해 배선층의 배선을 형성할 수 있고, 이로써 높은 프레임 주파수에 의한 촬상 결과를 확실하게 처리할 수 있다.
(8) 제 6의 실시예
도 8은, 본 발명의 제 6의 실시예에 관한 촬상 장치에 적용되는 집적회로의 일부를 도시하는 사시도이다. 이 실시예에서는, 이 집적회로에 의해 제 1의 실시예 내지 제 4의 실시예에 관한 촬상 장치를 구성한다. 또한 이 집적회로(61)에 있어 서, 제 5의 실시예에 관해 상술한 집적회로(51)와 동일한 구성은, 대응하는 부호를 붙여서 나타내고, 중복된 설명은 생략한다.
여기서 이 집적회로(61)는, 촬상 소자(3)와 주변 회로를 일체화하여 형성되고, 이 주변 회로가 제 5의 실시예에 관한 주변 회로와 동일하게, 제 1의 실시예에 관한 촬상 장치(1)에서는, 이 일체화에 관한 주변 회로에 구동부(6), 아날로그 디지털 변환 회로(7), 화상 압축부(8)가 적용되고, 또한 제 2의 실시예에 관한 촬상 장치(11)에서는, 이 일체화에 관한 주변 회로에, 또한 메모리부(12)가 적용되고, 제 3의 실시예, 4에 관한 촬상 장치에서는, 동일하게 대응하는 구성이 주변 회로에 적용된다. 이로써 이 실시예에 관한 촬상 장치에서는, 전체 구성을 간략화한다.
이 집적회로(61)는, 주변 회로부에 촬상 소자부를 적층하여 형성되고, 주변 회로부는, 소정의 반도체 프로세스에 의해, 반도체 기판(62)상에 주변 회로를 구성하는 반도체 소자를 형성한 후, 이들 반도체 소자의 상층에 배선층(63)을 형성하여 이들 반도체 소자를 접속함에 의해 형성된다. 주변 회로부는, 이 배선층(63)의 표층에 촬상 소자부와의 접속용의 전극 등이 형성된다.
촬상 소자부는, 제 4의 실시예에 관해 상술한 바와 마찬가지로, 화소부를 매트릭스형상으로 배치하여 형성되고, 10 내지 20[㎛] 정도의 두께의 실리콘(Si)층에 의해 소자층(52)이 형성된다. 촬상 소자부는, 이 소자층(52)에 화소 단위의 광전변환 처리에 관한 포토다이오드가 형성된다.
촬상 소자부는, 이 소자층(52)의 상층에, 순차로 실리콘산화막, 차광막, 실리콘질화막, 색 필터(57), 마이크로 렌즈(58)가 적층되어 촬상면이 형성되는 것에 대해, 소자층(52)의 하층에, 배선층(59)이 형성된다. 촬상 소자부는, 이 배선층(59)의 하층측에 주변 회로부가 마련되고, 주변 회로부의 배선층(63)과 배선층(59)이 접속되어 촬상 소자와 주변 회로가 일체로 집적회로화 된다.
이로써 집적회로(61)는, 수광면과는 역측에 배선층(59)이 마련되고, 배선층(59)을 수광면측에 마련하는 경우의 여러가지의 부적합함을 일거에 해결하여 배선의 자유도를 현격하게 향상한다. 또한 이와 같이 수광면과는 역측에 형성된 배선층(59)을 통하여 주변 회로를 형성한 주변 회로부와 일체화됨에 의해, 촬상 소자부와 주변 회로부를 다른 웨이퍼 프로세스에 의해 작성하여 일체화할 수 있고, 그만큼, 촬상 소자부와 주변 회로부를 각각에 적합한 웨이퍼 프로세스에 의해 작성하여, 전체로서 각종의 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 주변 회로를 형성한 주변 회로부는, 각 반도체 소자, 배선 패턴 폭을 작게 하여 고밀도로 형성함에 의해, 칩 사이즈를 소형화하여 소비 전력을 삭감할 수 있다. 그러나 촬상 소자부는, 화소 사이즈를 작게 하면, 그만큼 감도가 저하되고, 또한 화소수에 따라 칩 면적도 커진다. 이로 인해 이 실시 예와 같이 촬상 소자부와 주변 회로부를 다른 웨이퍼 프로세스에 의해 작성하고 일체화한 경우에서는, 촬상 소자부, 주변 회로부의 각각에 적합한 웨이퍼 프로세스에 의해 작성할 수 있고, 그만큼, 전체로서의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 이와 같이 수광면과는 역측에 형성된 배선층(59)을 통하여 주변 회로를 형성한 주변 회로부와 일체화됨에 의해, 이 집적회로(61)는, 제 5의 실시예에 관해 상술한 바와 마찬가지로 하여, 두께가 얇은 반도체 기판을 배선층(59)측부터 처리 하여 포토다이오드를 형성한 후, 이 반도체 기판에 배선층(59)을 형성하고, 별도 공정에 의해 작성된 주변 회로부가 적층된다. 그 후, 집적회로(61)는, 이 반도체 기판을 뒤집어서 CMP에 의해 연마하여 소자층(52)을 완성하고, 차광막, 색 필터(57), 마이크로 렌즈(58) 등을 순차적으로 형성하여 작성된다.
이와 같은 다른 웨이퍼 프로세스에 의한 반도체 기판의 적층에 의한 집적회로(61)에 있어서, 촬상 소자(3)는 도 9의 (A)에 도시하는 바와 같이, 각 화소 출력이 각각 주변 회로에 출력되고 아날로그 디지털 변환 처리에 의해 화상 데이터(D1)로 변환된다. 이로써 이 실시예에서는, 화소를 단위로 하여 동시 병렬적으로 촬상 결과를 출력하여 고속도로 촬상 결과를 출력한다.
또한 이와 같은 동시 병렬적인 촬상 결과의 출력은, 필요에 따라, 도 9의 (B)에 도시하는 바와 같이, 칼럼선을 단위로 하여 실행하도록 하여도 좋고, 또한 도 9의 (C)에 도시하는 바와 같이, 라인을 단위로 하여 실행하도록 하여도 좋고, 나아가서는 도 9의 (D)에 도시하는 바와 같이, 수평 방향 및 수직 방향, 복수 화소에 의한 블록을 단위로 하여 실행하도록 하여도 좋다. 또한 이들의 칼럼선, 라인, 블록을 단위로 한 촬상 결과의 동시 병렬적인 출력은 이들 각 단위마다, 아날로그 디지털 변환 회로를 마련하여 화상 데이터를 생성한다.
주변 회로는, 이와 같이 하여 고속도로 촬상 결과를 입력하도록 하여, 이들 동시 병렬적으로 얻어지는 화상 데이터(D1)를 나열하는 대신에 데이터 압축 처리한다. 주변 회로는, 이 데이터 압축 처리에 관한 화상 압축부(8, 13)가, 도 8에 도시하는 바와 같이, 3계통의 처리 회로(C1 내지 C3)에 의해 형성되고, 이들 3계통의 처리 회로(C1 내지 C3)에 화상 데이터를 분배하고, 이들 3계통의 동시 병렬적인 처리에 의해 고속도로 데이터 압축한다.
또한, 이 동시 병렬적인 처리에 관한 처리 회로(C1 내지 C3)의 선택적인 구동에 의해, 또한 이 선택적인 구동에 대응하도록 화상 데이터(D1)의 분배를 전환함에 의해, 데이터 압축에 요하는 처리 시간(TC)을 가변한다.
이 실시예에서는, 촬상 소자부의 배선층의 하층에 주변 회로를 형성함에 의해, 한층 더 높은 자유도에 의해 촬상 소자와 주변 회로를 일체로 집적회로화 할 수 있고, 이로써, 높은 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 취득하여 기록, 전송하는 경우에도, 확실하게 촬상 결과를 데이터 압축할 수 있다.
즉 이 경우, 촬상 소자부와 주변 회로부를 다른 웨이퍼 프로세스에 의해 작성함에 의해, 각각에 적합한 웨이퍼 프로세스에 의해 작성하여, 전체의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수 계통의 동시 병렬적인 처리에 의해 화상 데이터를 데이터 압축하도록 하여, 이 동시 병렬적인 처리에 관한 계통수의 전환에 의해, 데이터 압축의 처리 시간을 가변하도록 하여도, 상술한 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(9) 제 7의 실시예
이 실시예에서는, 제 6의 실시예에 관해 상술한 구성에 있어서, 이 데이터 압축 처리에 대응하는 순서에 의해, 각 화소의 촬상 결과를 각 계통으로부터 출력한다.
즉, 예를 들면 데이터 압축 처리가 소정 라인 수의 탭 입력을 갖는 2차원 필 터의 처리에 관한 라인 베이스 웨이브릿 변환 처리인 경우, 이 실시예에서는, 이 라인 베이스 웨이브릿 변환 처리에 대응하여, 도 9의 (C)에 도시하는 라인 단위의 출력을 더욱 복수 라인으로 통합하고, 이로써 라인 단위에 의한 복수 계통에 의해 동시 병렬적으로 촬상 결과를 출력한다. 이렇게 하여 이 복수 라인이 2라인인 경우, 도 7의 (B)에 도시하는 접속에 의해 각 화소의 촬상 결과를 출력하게 된다. 또한 이 라인 단위의 촬상 결과를 처리하여 화상 데이터를 생성한 후, 이 화상 데이터를 데이터 압축하도록 하여, 이 데이터 압축 처리의 순서에 대응하는 순서에 의해 각 라인의 촬상 결과를 출력한다. 이로써 이 라인 베이스 웨이브릿 변환 처리에 의한 경우, 각 라인에서는, 래스터 주사의 순서에 대응하는 수평 방향에의 순서에 의해 각 화소의 촬상 결과를 순차적으로 출력한다.
이에 대해 이 라인 베이스 웨이브릿 변환 처리에 관한 라인을 촬상 소자의 칼럼선 방향으로 설정한 데이터 압축 처리는, 도 9의 (B)에 도시하는 칼럼선을 단위의 출력을 복수의 칼럼선으로 종합하여 촬상 결과를 출력하도록 하여, 촬상 결과의 상방향으로부터 하방향의 순서로 순차 촬상 결과를 출력한다.
이에 대해 예를 들면 MPEG 등의 처리인 매크로 블록을 단위로 한 움직임 보상 및 직교 변환 처리에 관한 데이터 압축 처리는, 예를 들면 도 9의 (D)에 도시하는 바와 같이, 수직 방향 및 수평 방향, 소정의 복수 화소에 의한 블록을 단위로 하여 촬상 결과를 출력하도록 하여, 이 블록을 매크로 블록의 크기로 설정하고, 각 블록에서는, 이 매크로 블록에 관한 데이터 압축 처리의 순서에 의해 촬상 결과를 출력한다.
이들에 의해 이 실시예는, 배선층의 하층에 주변 회로를 형성하는 구성을 유효하게 이용하여, 고속도로 촬상 결과를 데이터 압축 처리하여, 높은 프레임 주파수에 의한 촬상 결과를 확실하게 처리한다.
또한 이에 대해 화상 압축부(8, 13)는, 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 복수의 화소에 의한 블록을, 순차로, 각 처리 계통(C1 내지 C3)에 할당하여, 동시 병렬적으로 데이터 압축의 처리를 실행한다. 이로써 화상 압축부는, 매크로 블록을 단위로 한 데이터 압축의 처리에서, 도 8과의 대비에 의해 도 10에 도시하는 바와 같이, 순차 래스터 주사의 순서에 의해 순차로 순환적으로 각 매크로 블록을 처리 회로(C1 내지 C3)에 할당하여, 데이터 압축 처리한다.
이에 대해 라인 베이스 웨이브릿 변환 처리에 관한 데이터 압축 처리에 있어서, 제 7(B)도, 도 9의 (C)에 관해 상술한 라인 단위에 의한 처리에서는, 촬상 결과에 관한 화상을 수직 방향으로 등분할하여 처리 회로(C1 내지 C3)에 할당하고, 데이터 압축의 처리를 실행한다. 또한 라인 베이스 웨이브릿 변환 처리에 관한 데이터 압축 처리에 있어서, 도 9의 (B)에 도시하는 칼럼선 단위에 의한 처리에서는, 촬상 결과에 관한 화상을 수평 방향으로 등분할하여 처리 회로(C1 내지 C3)에 할당하고, 데이터 압축의 처리를 실행한다.
이들에 의해 이 실시예에서는, 데이터 압축 처리에 있어서의 병렬 처리의 계통수를 전환하여 데이터 압축의 처리 속도를 가변하는 경우, 이 계통수의 전환에 대응하도록 각 계통에의 할당을 전환한다.
이 실시예에 의하면, 촬상 결과를 복수 계통에 의해 동시 병렬적으로 출력하 도록 하여, 칼럼선을 단위로 하여 데이터 압축 수단의 처리의 순서에 대응하는 순서에 의한 촬상 결과를 출력함에 의해, 또는 라인을 단위로 한 데이터 압축 수단의 처리의 순서에 대응하는 순서에 의해 촬상 결과를 출력함에 의해, 나아가서는 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 복수의 화소에 의한 블록을 단위로 한 데이터 압축 수단의 처리의 순서에 대응하는 순서에 의해 촬상 결과를 출력함에 의해, 배선층의 하층에 주변 회로를 형성하는 구성을 유효하게 이용하여, 고속도로 촬상 결과를 데이터 압축 처리하여, 높은 프레임 주파수에 의한 촬상 결과를 확실하게 처리할 수 있다.
(10) 다른 실시예
또한 상술한 실시예에서는, 데이터 압축 처리에 관한 처리 속도를 여러가지의 수법에 의해 가변하는 경우에 관해 기술하였지만, 본 발명은 이것으로 한하지 않고, 상술한 실시예에 관한 여러가지의 수법의 조합에 의해 데이터 압축 처리에 관한 처리 속도를 가변하도록 하여도 좋다.
또한 상술한 제 2의 실시예에서는, 데이터 압축 수단에서의 처리 시간에 응하여, 촬상 수단의 전하 축적 시간, 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 구성에 있어서, 데이터 압축 수단의 처리 시간에 응하여, 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 일시 기억하여 데이터 압축 수단에서 데이터 압축하는 경우에 관해 기술하였지만, 본 발명은 이것으로 한하지 않고, 실용상 충분히, 고 프레임 주파수에 의해 촬상 결과를 데이터 압축 처리할 수 있는 경우에는, 촬상 수단의 전하 축적 시간, 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 구성을 생략하도록 하여도 좋 다.
또한 상술한 실시예에서는, 구동 회로, 아날로그 디지털 변환 회로, 화상 압축부에 의한 주변 회로, 이들에 메모리부를 가한 주변 회로를 촬상 소자부를 일체로 집적회로화 하는 경우에 관해 기술하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 이들에 더하여 제어부의 전부 또는 일부를 일체로 집적회로화 하도록 하여도 좋다.
또한 상술한 실시예에서는, 전하 축적 시간과 처리 시간과의 비교에 의해 각 부분을 제어하는 경우에 관해 기술하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 프레임 주기와 처리 시간과의 비교에 의해 각 부분을 제어하도록 하여도 좋다.
또한 상술한 실시예에서는, 촬상 수단에 CMOS 고체 촬상 소자를 적용하여 전하 축적 시간의 제어에 의해 촬상 결과의 프레임 주기를 가변하는 경우에 관해 기술하였지만, 본 발명은 이것으로 한하지 않고, 전하 축적 시간을 일정하게 유지하고 프레임 주기를 가변하도록 하여도 좋고, 또한 CMOS 고체 촬상 소자에 대신하여, CCD 고체 촬상 소자를 적용하는 경우에도 널리 적용할 수 있다.
본 발명은, 촬상 장치, 촬상 소자 및 촬상 장치의 제어 방법에 관한 것으로서, 예를 들면 동화상에 의한 촬상 결과를 기록하는 비디오 카메라, 전자 스틸 카메라, 감시 장치 등에 적용할 수 있다.

Claims (35)

  1. 구동 회로에 의한 구동에 의해 촬상 결과를 출력하는 촬상 수단과,
    상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 데이터 압축하여 출력하는 데이터 압축 수단과,
    상기 데이터 압축 수단의 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간에 응하여, 상기 촬상 수단의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 상기 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 처리 시간이, 상기 전하 축적 시간 또는 프레임 주기보다 길어지면, 그만큼 상기 전하 축적 시간 또는 프레임 주기가 길어지도록, 상기 촬상 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 처리 시간이, 상기 전하 축적 시간 또는 프레임 주기보다 길어지면, 상기 처리 시간이 짧아지도록, 상기 데이터 압축부를 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 일시 기억하여 상기 데이터 압축 수단에 출력하는 기억 수단을 가지며,
    상기 제어 수단은,
    상기 처리 시간에 응하여, 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 상기 기억 수단에, 일시 기억하여 상기 데이터 압축 수단에서 데이터 압축하도록, 상기 기억 수단, 상기 데이터 압축 수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 압축 수단의 처리 시간의 가변이,
    상기 데이터 압축 수단의 클록의 전환에 의한 상기 처리 시간의 가변인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 촬상 수단은,
    유효 촬상 영역의 일부 영역의 촬상 결과를 선택적으로 출력하고,
    상기 데이터 압축 수단의 처리 시간의 가변이,
    상기 일부 영역의 크기의 가변에 의한 상기 데이터 압축 수단에서 처리하는 샘플링 수의 가변에 의한 상기 처리 시간의 가변인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 압축 수단은,
    기억 수단을 통하여, 상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과에 의한 화상의 일부 영역의 촬상 결과를 선택적으로 취득하여 처리하고,
    상기 데이터 압축 수단의 처리 시간의 가변이,
    상기 일부 영역의 크기의 가변에 의한 상기 데이터 압축 수단에서 처리하는 샘플링 수의 가변에 의한 상기 처리 시간의 가변인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 촬상 수단은,
    상기 구동 회로, 상기 데이터 압축 수단 중 적어도 하나를 포함하는 주변 회로와 일체로 집적회로화 하여 형성된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 촬상 수단은,
    매트릭스형상으로 광전변환부를 배치한 부위의, 수광면과는 역측의 면에 형성된 배선층에 의해, 상기 주변 회로와 접속된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 주변 회로가,
    상기 배선층의 하층에 형성된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 촬상 수단의 촬상 결과를, 복수 계통에 의해 동시 병렬적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 복수 계통에 의한 동시 병렬적인 촬상 결과의 출력이,
    칼럼선을 단위로 한 상기 데이터 압축 수단의 처리의 순서에 대응하는 순서에 의한 각 화소의 촬상 결과의 출력인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 복수 계통에 의한 동시 병렬적인 촬상 결과의 출력이,
    라인을 단위로 한 상기 데이터 압축 수단의 처리의 순서에 대응하는 순서에 의한 각 화소의 촬상 결과의 출력인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 복수 계통에 의한 동시 병렬적인 촬상 결과의 출력이,
    상기 촬상 결과에 의한 화상에 대해 설정된, 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 복수의 화소에 의한 블록을 단위로 한, 상기 데이터 압축 수단의 처리의 순서에 대응하는 순서에 의한 각 화소의 촬상 결과의 출력인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 압축 수단은,
    복수 계통의 병렬 처리에 의해 상기 촬상 결과를 데이터 압축 처리하고,
    상기 데이터 압축 수단의 처리 시간의 가변이,
    상기 데이터 압축 수단의 처리에 관한 계통수의 전환에 의한 상기 처리 시간의 가변인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 데이터 압축 수단은,
    상기 촬상 결과에 의한 화상에 대해 설정된, 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 복수의 화소에 의한 블록을 상기 각 계통에 순차적으로 할당하여 데이터 압축의 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 매트릭스형상으로 각 화소의 광전변환부를 배치한 부위와, 상기 주변 회로가 다른 웨이퍼 생성 프로세스에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  18. 구동 회로에 의한 구동에 의해 촬상 결과를 출력하는 촬상 수단과,
    상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 데이터 압축하여 출력하는 데이터 압축 수단을 일체화한 촬상 소자로서,
    상기 데이터 압축 수단에서 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간에 응하여, 상기 촬상 수단의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 상기 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 제어 수단의 전부 또는 일부를 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  19. 구동 회로에 의한 구동에 의해 촬상 결과를 출력하는 촬상 수단과,
    상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 결과를 데이터 압축하여 출력하는 데이터 압축 수단을 구비하는 촬상 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 데이터 압축 수단에서 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간에 응하여, 상기 촬상 수단의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 상기 데이터 압축 수단의 처리 시간을 가변하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 제어 방법.
  20. 구동 회로에 의한 구동에 의해 촬상 결과를 출력하는 촬상부와,
    상기 촬상부로부터 출력되는 촬상 결과를 데이터 압축하여 출력하는 데이터 압축부와,
    상기 데이터 압축부의 데이터 압축 처리에 요한 처리 시간에 응하여, 상기 촬상부의 전하 축적 시간 또는 프레임 주기, 또는 상기 데이터 압축부의 처리 시간을 가변하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  21. 제 14항에 있어서,
    상기 블록이 매크로 블록이고,
    상기 데이터 압축 수단은,
    상기 매크로 블록을 단위로 한 움직임 보상 및 직교 변환 처리에 의해, 상기 촬상 결과를 데이터 압축 처리하여 출력하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  22. 제 14항에 있어서,
    상기 촬상 수단은,
    상기 단위마다 각각 설치된 아날로그 디지털 변환 회로에 의해, 상기 촬상 결과를 상기 단위마다 아날로그 디지털 변환 처리하여 출력하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  23. 제 14항에 있어서,
    상기 블록이 매크로 블록이고,
    상기 데이터 압축 수단은,
    상기 매크로 블록을 단위로 한 움직임 보상 및 직교 변환 처리에 의해, 상기 촬상 결과를 데이터 압축 처리하여 출력하고,
    상기 촬상 수단은,
    상기 매크로 블록마다 각각 설치된 아날로그 디지털 변환 회로에 의해, 상기 촬상 결과를 순차적으로 아날로그 디지털 변환 처리하여 출력하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 데이터 압축 수단은,
    매크로 블록을 단위로 한 움직임 보상 및 직교 변환 처리에 의해, 상기 촬상 결과를 데이터 압축 처리하여 출력하고,
    상기 촬상 수단은,
    상기 데이터 압축 처리의 순서에 의해, 상기 매크로 블록의 촬상 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 기재된 촬상 장치.
  25. 제 17항에 있어서,
    상기 촬상 수단은,
    상기 촬상 결과를, 복수 계통에 의해 동시 병렬적으로, 각 계통에 설치된 아날로그 디지털 변환 회로에 의해 아날로그 디지털 변환 처리하여 출력하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  26. 제 17항에 있어서,
    상기 촬상 수단은,
    상기 촬상 결과를, 각 계통이 매크로 블록인 복수 계통에 의해, 각 계통에 각각 설치된 아날로그 디지털 변환 회로에 의해 아날로그 디지털 변환 처리하여 출력하고,
    상기 데이터 압축 수단은,
    상기 매크로 블록을 단위로 한 움직임 보상 및 직교 변환 처리에 의해, 상기 촬상 결과를 데이터 압축 처리하고 출력하고,
    상기 촬상 수단은,
    상기 데이터 압축 처리의 순서에 의해, 상기 매크로 블록의 촬상 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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