KR101426198B1

KR101426198B1 - 촬상 장치, 촬상 방법 및 기록 매체

Info

Publication number: KR101426198B1
Application number: KR1020130019849A
Authority: KR
Inventors: 히로시 스즈키
Original assignee: 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-08-01
Also published as: CN103297686A; JP5794176B2; KR20130100707A; US8934037B2; JP2013183319A; CN103297686B; US20130229553A1

Abstract

수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군을 갖고, 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호를 롤링 셔터 방식에 의해 라인 단위로 읽어내는 촬상부와, 상기 촬상부로부터 소정의 프레임 주기로 연속해서 복수의 프레임 화상을 읽어내는 경우에, 각각의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치를 프레임 단위로 주기적으로 전환하는 구동 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

촬상 장치, 촬상 방법 및 기록 매체{IMAGING DEVICE, IMAGING METHOD AND RECORDING MEDIUM}

본 발명은 롤링 셔터 방식을 이용한 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다.

근래, CMOS(Complementary Meta1 0xide Semiconductor)형의 촬상 장치(이하, CMOS 이미지 센서라 함)를 이용한 디지털 카메라나 비디오 카메라가 일반적으로 보급되고 있다. CMOS 이미지 센서는 수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군 중에서 X주사(수직 주사), Y주사(수평 주사)에 의해서 각 화소의 신호를 출력시키는 구조이다.

CMOS 이미지 센서의 구동 방법으로서는 예를 들면 특허문헌 1(일본국 특허공개공보 제2008-288904호)에 기재되어 있는 롤링 셔터 방식이 일반적이다. 롤링 셔터 방식은 수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군을 1프레임 기간에 라인마다 차례로 주사하고, 각 화소의 신호를 차례로 읽어내는 것이다.

도 6은 종래의 롤링 셔터 방식에 의한 CMOS 이미지 센서의 동작 타이밍을 나타내는 타이밍도이다. 도면에 있어서, 1,…n-1, n, n+1,…N은 라인 번호이다. 통상, CMOS 이미지 센서는 리세트 펄스(Vr), 전송 펄스(Vrd), 선택 펄스(Vsel)로 이루어지는 구동 신호에 의해서 구동된다. 즉, 각 라인의 화소는 리세트 펄스(Vr), 전송 펄스(Vrd)의 입력 타이밍에서 노광 개시로 되고, 그 후, 리세트 펄스(Vr), 전송 펄스(Vrd), 선택 펄스(Vsel)의 입력 타이밍에서 노광 종료로 되며, 그 직후의 일정한 읽어냄 기간 1H에 1라인분의 화소 신호가 읽어내어진다.

이 읽어냄 기간 1H는 구체적으로는 「1라인분의 화소 신호의 읽어냄 기간 + 수평 블랭킹 기간」이다. 그리고, 읽어냄 기간 1H×라인수에 상당하는 기간이, 동화상 촬영을 실행하는 경우에 있어서의 최단의 1프레임 기간으로 된다. 따라서, 동화상 촬영시에는 예를 들면 화소 신호를 읽어내는 라인을 일정한 라인 간격으로 솎아내는 솎아냄 읽어냄을 실행하는 것에 의해, 더욱 고속의 프레임 레이트에서의 촬영이 가능하게 된다.

그러나, CMOS 이미지 센서를 롤링 셔터 방식으로 구동해서 동화상 촬영을 실행하는 경우, 설정 가능한 최장의 노광 시간(셔터 스피드)은 1프레임 기간과 대략 동등한 시간으로 된다. 그 때문에, 프레임 레이트가 고속으로 되면 될수록 노출의 추종 범위가 좁아진다.

따라서, 피사체의 밝기에 따라서는 적절한 노출시간을 확보할 수 없고, 그 결과, 투영되는 동화상이 어두워지는 경우가 있다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 이러한 종래의 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 고속 동화상 촬영을 실행하는 경우에 있어서의 노출의 추종 범위를 넓힐 수 있는 촬상장치 및 촬상방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 양태는 수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군을 갖고, 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호를 롤링 셔터 방식에 의해 라인 단위로 읽어내는 촬상부와, 동화상 촬영에 있어서, 상기 촬상부로부터 소정의 프레임 주기로 연속해서 복수의 프레임 화상을 읽어내는 경우에, 각각의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치를 프레임 단위로 주기적으로 전환하는 구동 수단을 구비하는 정보 처리 장치이다.

또, 본 발명의 다른 양태는 수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군을 갖고, 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호를 롤링 셔터 방식에 의해 라인 단위로 읽어내는 처리와, 동화상 촬영에 있어서, 촬상부로부터 소정의 프레임 주기로 연속해서 복수의 프레임 화상을 읽어내는 경우에, 각각의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치를 프레임 단위로 주기적으로 전환하는 처리를 포함하는 정보 처리 방법이다.

또, 본 발명의 다른 양태는 컴퓨터에, 수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군을 갖고, 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호를 롤링 셔터 방식에 의해 라인 단위로 읽어내는 처리와, 동화상 촬영에 있어서, 촬상부로부터 소정의 프레임 주기로 연속해서 복수의 프레임 화상을 읽어내는 경우에, 각각의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치를 프레임 단위로 주기적으로 전환하는 처리를 실행시키는 프로그램을 저장한 기록 매체이다.

본 발명에 따르면, 고속 동화상 촬영을 실행하는 경우에 있어서의 노출의 추종 범위를 넓히는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명을 적용한 CMOS 이미지 센서 및 촬상부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 수직 시프트 레지스터의 회로 구성도이다.
도 3은 촬상부에 있어서의 화소군을 복수 라인으로 그룹화했을 때의 각 그룹을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 촬상 방법으로 동화상 촬영을 실행할 때의 타이밍도이다.
도 5는 그룹 분할수의 결정 수순의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 종래의 촬상 방법으로 동화상 촬영을 실행할 때의 타이밍도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 CMOS 이미지 센서(1)를 나타내는 개략 구성도이다.

CMOS 이미지 센서(1)는 다수의 화소(2)가 수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 촬상부(3)와, 구동 수단인 수직 시프트 레지스터(4), 열 CDS(Correlated Double Sampling) 회로(5), 수평 시프트 레지스터(6), TG(Timing Generator)(7) 등을 갖는 구성이다. 촬상부(3)에는 각 화소(2)에 대해, 열마다 수직 신호선(8)이 배선되고, 행마다 전송 신호선(9), 리세트 신호선(10), 선택 신호선(11)이 배선되어 있다.

또, 도 1에 나타낸 바와 같이, 각 화소(2)는 포토 다이오드 PD, 전송 트랜지스터 RTG, 증폭 트랜지스터 Amp, 화소 선택 트랜지스터 Sel, 리세트 트랜지스터 RG, 플로팅 디퓨전 FD로 구성된다.

포토 다이오드 PD는 입사광에 따른 신호 전하를 생성하고 축적하는 광전 변환부이다. 전송 트랜지스터 RTG는 전송 신호선(9)으로부터 게이트에 인가되는 전송 펄스(Vrd-n)가 고레벨의 기간에 온되고, 포토 다이오드 PD에 축적되어 있는 신호 전하를 플로팅 디퓨전 FD에 전송한다.

증폭 트랜지스터 Amp는 플로팅 디퓨전 FD에 전송된 신호 전하에 따른 전압이 게이트에 입력되는 것에 의해, 플로팅 디퓨전 FD에 전송된 신호 전하에 따른 신호를 생성한다.

화소 선택 트랜지스터 Sel은 선택 신호선(11)으로부터 게이트에 인가되는 선택 펄스(Vsel-n)가 고레벨의 기간에 온되고, 소스에 접속된 수직 신호선(8)과 증폭 트랜지스터 Amp의 소스의 사이를 도통시킨다. 이것에 의해, 특정의 화소(2)의 신호가 수직 신호선(8)에 출력된다.

리세트 트랜지스터 RG는 리세트 신호선(10)으로부터 게이트에 인가되는 리세트 펄스(Vr-n)가 고레벨의 기간에 온되고, 플로팅 디퓨전 FD의 전하를 리세트한다.

한편, 수직 시프트 레지스터(4)는 전술한 전송 펄스(Vrd-n), 선택 펄스(Vsel-n), 리세트 펄스(Vr-n)로 이루어지는 구동 신호를 적절히 발생하고, 촬상부(3)의 화소군을 라인(행) 단위로 수직 방향(상하 방향)으로 주사하면서, 각 라인의 화소(2)에 대해 포토 다이오드 PD에 있어서의 신호 전하의 일소 및 새로운 신호 전하의 축적을 개시하기 위한 셔터 주사, 및 각 라인의 화소(2)에 대해 신호 읽어냄을 실행하기 위한 읽어냄 주사를 실행한다. 셔터 주사에 의해서 포토 다이오드 PD의 불필요한 전하가 리세트된 타이밍에서, 읽어냄 주사에 의해 신호의 읽어냄이 개시되는 타이밍까지의 기간이 노광 기간이다. 또한, 수직 시프트 레지스터(4)의 상세에 대해서는 후술한다.

열 CDS 회로(5)는 촬상부(3)의 각 열에 배치되고, 수직 시프트 레지스터(4)에 의해서 선택된 읽어냄 행의 각 화소(2)로부터 수직 신호선(8)에 출력되는 신호에 대해, CDS 처리에 의한 리세트 노이즈나 각 화소(2) 고유의 고정 패턴 노이즈의 제거를 실행하고, 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지한다.

수평 시프트 레지스터(6)는 열 CDS 회로(5)의 출력단에 접속된 도시하지 않은 수평 선택 스위치에 의해서 수평 주사를 실행하고, 열 CDS 회로(5)에 일시적으로 유지되어 있는 1라인분의 화소 신호를 수평 신호선(12)에 차례로 출력한다.

TG(7)는 수직 시프트 레지스터(4), 열 CDS 회로(5), 수평 시프트 레지스터(6)의 동작의 기준으로 되는 수직 동기 신호, 수평 동기 신호를 포함하는 타이밍 신호를 생성하고, 수직 시프트 레지스터(4), 수평 시프트 레지스터(6)에 공급한다.

또, 수직 시프트 레지스터(4) 및 TG(7)의 동작은 CPU(13)에 의해 제어된다. CPU(13)는 CMOS 이미지 센서(1)를 구비한 동화상 촬영 기능을 갖는 디지털 카메라나 비디오 카메라 등을 제어하는 것이다.

다음에, 본 실시형태에 있어서의 수직 시프트 레지스터(4)의 상세에 대해 설명한다. 도 2는 수직 시프트 레지스터(4)의 회로 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 수직 시프트 레지스터(4)에는 전체 라인수 설정 레지스터(41), 그룹 분할수 설정 레지스터(42), 노광 시간 설정 레지스터(43)의 3 종류의 레지스터가 마련되어 있다. 3종류의 레지스터(41, 42, 43)는 CMOS 이미지 센서(1)의 구동시에 CPU(13)에 의해 적절히 설정되는 임의의 파라미터 등을 유지하는 것이다.

즉, 전체 라인수 설정 레지스터(41)는 프레임 화상의 생성에 사용하는 화소의 라인수를 전체 라인수(Lall)로서 유지한다. 그룹 분할수 설정 레지스터(42)는 촬상부(3)의 화소군을 복수 라인으로 이루어지는 복수 그룹으로 분할할 때의 그룹 분할수(N)를 유지한다. 노광 시간 설정 레지스터(43)는 촬상부(3)에 있어서 프레임 화상의 생성에 사용하는 각 화소(2)의 노광 시간(Exp-time)을 유지한다. 또한, 노광 시간 설정 레지스터(43)에는 CPU(13)에 의해 설정된 노광 시간이, TG(7)로부터 수직 시프트 레지스터(4)에 공급되는 수평 동기 신호(H-sync)의 펄스 수로 환산된 값으로서 유지된다.

또, 수직 시프트 레지스터(4)에는 그룹내 라인수 산출 회로(44), 노광 개시 타이밍 발생 회로(45), 노광 종료 타이밍 발생 회로(46), 노광 개시 타이밍 카운터(47), 노광 종료 타이밍 카운터(48), 노광 개시 라인 번호 생성 회로(49), 노광 종료 라인 번호 생성 회로(50), 구동 신호 출력 회로(51)가 마련되어 있다.

그룹내 라인수 산출 회로(44)는 상기 그룹 분할수(N)와 상기 전체 라인수(Lall)로부터, 각 그룹에 있어서의 라인 수(Lgrp)를 하기의 식 1에 의해 산출해서 유지한다.

Lgrp = Lall/N… (식 1)

노광 개시 타이밍 발생 회로(45)는 TG(7)로부터 수직 동기 신호(V-sync)가 입력될 때마다 그룹내 라인 수(Lgrp)분의 노광 개시 타이밍 신호(Timing-s)를 순차 수평 동기 신호(H-sync)와 동기시키면서 출력한다.

노광 개시 타이밍 카운터(47)는 노광 개시 타이밍 신호(Timing-s)가 입력될 때마다 카운트값(Count-s)을 인크리먼트하면서 출력하고, 카운트값(Count-s)이 전체 라인수(Lall)에 도달할 때마다 0으로 초기화된다.

노광 개시 라인 번호 생성 회로(49)는 노광 개시 타이밍 카운터(47)의 카운트값(Count-s)과, 그룹내 라인수(Lgrp)와, 그룹 분할수(N)로부터 노광 개시 라인 번호(Line-s)를 하기의 식 2에 의해 산출하고, 구동 신호 출력 회로(51)에 출력한다.

Line-s=int{Count-s/Lgrp}+{Count-s mod Lgrp}×N…(식 2)

(단, int는 몫(정수부)을 구하는 함수, mod 는 나눗셈의 나머지를 구하는 함수)

노광 종료 타이밍 발생 회로(46)는 순차 입력되는 노광 개시 타이밍 신호(Timing-s)를 노광 시간(Exp-time)만큼 지연시킨 노광 종료 타이밍 신호(Timing-e)를 순차 출력한다.

노광 종료 타이밍 카운터(48)는 노광 종료 타이밍 신호(Timing-e)가 입력될 때마다 카운트값(Count-e)을 인크리먼트하면서 출력하고, 카운트값(Count-e)이 전체 라인수(Lall)에 도달할 때마다 0으로 초기화된다.

노광 종료 라인 번호 생성 회로(50)는 노광 종료 타이밍 카운터(48)의 카운트값(Count-e)과, 그룹내 라인 수(Lgrp)와, 그룹 분할 수(N)로부터 노광 종료 라인 번호(Line-e)를 하기의 식 3에 의해 산출하고, 구동 신호 출력 회로(51)에 출력한다.

Line-e=int{Count-e/Lgrp}+{Count-e mod Lgrp}×N…(식 3)

구동 신호 출력 회로(51)는 노광 개시 타이밍 신호(Timing-s)가 입력될 때마다 노광 개시 라인 번호(Line-s)에서 선택되는 라인에 대응하는 구동 신호, 즉 리세트 펄스(Vr-n), 전송 펄스(Vrd-n)를, 노광 개시를 나타내는 상태에서 차례로 출력한다. 또, 구동 신호 출력 회로(51)는 노광 종료 타이밍 신호(Timing-e)가 입력될 때마다 노광 종료 라인 번호(Line-e)에서 선택되는 라인에 대응하는 구동 신호, 즉 리세트 펄스(Vr-n), 전송 펄스(Vrd-n), 선택 펄스(Vsel-n)를 노광 종료를 나타내는 상태에서 차례로 출력한다.

그리고, CMOS 이미지 센서(1)에 있어서는 동화상 촬영시에 수직 시프트 레지스터(4)가 후술하는 동작에 의해서, 촬상부(3)를 롤링 셔터 방식으로 구동하고, 각 화소(2)로부터 동화상을 구성하는 프레임 화상의 생성에 관한 화소의 신호를 라인 단위로 차례로 읽어낸다. 그 때, 수직 시프트 레지스터(4)는 종래와는 달리, 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호의 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인을 프레임 단위로 주기적으로 변화시키는 것에 의해, 프레임 주기보다 긴 주기로 각 라인의 화소로부터 화소 신호를 출력시킨다.

즉, 본 실시형태에 있어서 수직 시프트 레지스터(4)는 프레임 화상의 생성에 관한 화소군을, 각각이 소정의 라인 간격으로 배치된 복수 라인으로 이루어지는 복수 그룹으로 분할하고, 화소 신호의 읽어냄 대상으로 되는 그룹을 프레임마다 전환하는 동시에, 각 그룹의 화소군으로부터 1프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호를 그룹수에 대응하는 주기로 차례로 출력시킨다.

이하, 수직 시프트 레지스터(4)의 동작을 도면에 따라 구체적으로 설명한다.여기서는 편의상, 촬상부(3)에 있어서의 화소군의 총 라인 수가 도 3에 나타내는 바와 같이 "15"인 것으로 한다. 또, CPU(13)에 의해서, 전체 라인수 설정 레지스터(41)에는 프레임 화상의 생성에 사용하는 화소의 라인수인 전체 라인수(Lall)로서 "15"가 설정되고, 그룹 분할수 설정 레지스터(42)에는 그룹 분할수(N)로서 "3"이 설정된 것으로 한다.

즉, 수직 시프트 레지스터(4)가, 촬상부(3)의 전체 화소를, 도 3에 나타내는 바와 같이 각각이 3라인 간격으로 배치된 5라인으로 이루어지는 제 1 그룹, 제 2 그룹, 제 3 그룹으로 분할해서 구동하는 경우에 대해 설명한다. 도 4는 그 경우의 구동 타이밍을 나타내는 타이밍도이다.

이러한 구동시에 있어서는 그룹내 라인수 산출 회로(44)에 있어서 산출되는 각 그룹에 있어서의 라인수(Lgrp)가 "5"이고, 노광 개시 타이밍 발생 회로(45)는 수직 동기 신호(V-sync)가 입력될 때마다 수평 동기 신호(H-sync)와 동기해서 5라인분의 노광 개시 타이밍 신호(Timing-s)를 차례로 출력한다. 그 동안, 노광 개시 타이밍 신호(Timing-s)가 입력될 때마다 노광 개시 타이밍 카운터(47)의 카운트값(Count-s)이 "0"∼"14"로 반복 변화된다.

그리고, 구동 개시 당초의 수직 동기 신호(V-sync)의 입력 직후에 있어서 노광 개시 타이밍 카운터(47)의 카운트값(Count-s)이 "0"∼"4"로 변화하는 동안에는 노광 개시 라인 번호 생성 회로(49)에 있어서, 노광 개시 라인 번호(Line-s)로서 "0, 3, 6, 9, 12"가 차례로 생성된다. 이것에 수반해서, 구동 신호 출력 회로(51)로부터, 라인 번호가 "0"의 라인을 포함하는 도 3에 나타낸 제 1 그룹에 속하는 각 라인의 화소군에 대해, 리세트 펄스(Vr-n), 전송 펄스(Vrd-n)가 차례로 출력된다.즉, 제 1 그룹에 속하는 각 라인이 셔터 주사되고, 각 라인의 화소군이 차례로 노광을 개시한다.

또, 다음의 수직 동기 신호(V-sync)의 입력 직후에 있어서 노광 개시 타이밍 카운터(47)의 카운트값(Count-s)이 "5"∼"9"로 변화하는 동안에는 노광 개시 라인 번호 생성 회로(49)에 있어서, 노광 개시 라인 번호(Line-s)로서 "1, 4, 7, 10, 13"이 차례로 생성된다. 이것에 수반해서, 구동 신호 출력 회로(51)로부터, 라인 번호가 "1"의 라인을 포함하는 도 3에 나타낸 제 2 그룹에 속하는 각 라인의 화소군에, 리세트 펄스(Vr-n), 전송 펄스(Vrd-n)가 차례로 출력된다. 즉, 제 2 그룹에 속하는 각 라인이 셔터 주사되고, 각 라인의 화소군이 차례로 노광을 개시한다.

또한, 다음의 수직 동기 신호(V-sync)의 입력 직후에 있어서 노광 개시 타이밍 카운터(47)의 카운트값(Count-s)이 "10"∼"14"로 변화하는 동안에는 노광 개시 라인 번호 생성 회로(49)에 있어서, 노광 개시 라인 번호(Line-s)로서 "2, 5, 8, 11, 14"가 차례로 생성된다. 이것에 수반해서, 구동 신호 출력 회로(51)로부터, 라인 번호가 "2"의 라인을 포함하는 도 3에 나타낸 제 3 그룹에 속하는 각 라인의 화소군에, 리세트 펄스(Vr-n), 전송 펄스(Vrd-n)가 차례로 출력된다. 즉, 제 3 그룹에 속하는 각 라인이 셔터 주사되고, 각 라인의 화소군이 차례로 노광을 개시한다.

또, 수직 시프트 레지스터(4)에 있어서는 상기의 동작과 병행해서 노광 종료 타이밍 발생 회로(46)가, 순차 입력되는 노광 개시 타이밍 신호(Timing-s)의 입력 타이밍으로부터, 노광 시간 설정 레지스터(43)에 설정된 노광 시간(Exp-time)만큼 지연시킨 타이밍, 즉 노광 시간(Exp-time)에 대응하는 수평 동기 신호(H-sync)의 펄스수만큼 지연시킨 타이밍에서 노광 종료 타이밍 신호(Timing-e)를 차례로 출력한다.

그 동안, 노광 종료 타이밍 신호(Timing-e)이 입력될 때마다 노광 종료 타이밍 카운터(48)의 카운트값(Count-e)이 "0"∼"14"로 반복 변화된다.

그리고, 구동 개시 당초의 수직 동기 신호(V-sync)의 입력 타이밍으로부터 노광 시간(Exptime)만큼 지연시킨 후의 타이밍에서 노광 종료 타이밍 카운터(48)의 카운트값(Count-e)이 "0"∼"4"로 변화하는 동안, 노광 종료 라인 번호 생성 회로(50)에 있어서, 노광 종료 라인 번호(Line-e)로서 "0, 3, 6, 9, 12"가 차례로 생성된다.

이것에 수반해서, 구동 신호 출력 회로(51)로부터 제 1 그룹에 속하는 각 라인의 화소군에 대해, 리세트 펄스(Vr-n), 전송 펄스(Vrd-n), 선택 펄스(Vsel-n)가 라인마다 차례로 출력된다. 즉, 제 1 그룹에 속하는 각 라인에 대해 읽어냄 주사가 실행되고, 각 라인의 화소 신호가 1번째의 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호로서 차례로 읽어내어진다.

또, 다음의 수직 동기 신호(V-sync)의 입력 타이밍으로부터 노광 시간(Exp-time)만큼 지연시킨 후의 타이밍에서, 노광 종료 타이밍 카운터(48)의 카운트값(Count-e)이 "5"∼"9"로 변화하는 동안에는 노광 종료 라인 번호 생성 회로(50)에 있어서, 노광 종료 라인 번호(Line-e)로서 "1, 4, 7, 10, 13"이 차례로 생성된다.

이것에 수반해서, 구동 신호 출력 회로(51)로부터 제 2 그룹에 속하는 각 라인의 화소군에 대해, 리세트 펄스(Vr-n), 전송 펄스(Vrd-n), 선택 펄스(Vsel-n)가 라인마다 차례로 출력된다. 즉, 제 2 그룹에 속하는 각 라인에 대해 읽어냄 주사가 실행되고, 각 라인의 화소 신호가 2번째의 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호로서 차례로 읽어내어진다.

또한, 다음의 수직 동기 신호(V-sync)의 입력 타이밍으로부터 노광 시간(Exp-time)만큼 지연시킨 후의 타이밍에서, 노광 종료 타이밍 카운터(48)의 카운트값(Count-e)이 "10"∼"14"로 변화하는 동안에는 노광 종료 라인 번호 생성 회로(50)에 있어서, 노광 종료 라인 번호(Line-e)로서 "2, 5, 8, 11, 14"가 차례로 생성된다.

이것에 수반해서, 구동 신호 출력 회로(51)로부터 제 3 그룹에 속하는 각 라인의 화소군에 대해, 리세트 펄스(Vr-n), 전송 펄스(Vrd-n), 선택 펄스(Vsel-n)가 라인마다 차례로 출력된다. 즉, 제 3 그룹에 속하는 각 라인에 대해 읽어냄 주사가 실행되고, 각 라인의 화소 신호가 3번째의 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호로서 차례로 읽어내어진다.

이후, 상기와 마찬가지의 동작이 반복되는 것에 의해, 수직 동기 신호(V-sync)가 입력될 때마다(프레임마다) 각 그룹에 속하는 복수의 라인의 화소군의 신호가 프레임 주기보다도 긴 3프레임 주기에서 차례로 읽어내어진다. 즉, 각 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호로서 3분의 1로 솎아내어진 라인수의 화소 신호가 차례로 읽어내어지는 동시에, 솎아내어지는 라인이 프레임마다 차례로 전환된다.

이것에 의해, 화소 신호의 솎아냄 읽어냄을 실행하는 것에 의해서 고속 프레임 레이트에서의 동화상 촬영을 할 수 있다. 동시에, 프레임 레이트가 설정 가능한 최대의 프레임 레이트, 즉 1프레임 기간이 최단인 경우에 있어서도, 설정 가능한 최대의 노광 시간(Exp-time(Max))으로서, 화소 신호의 솎아냄 읽어냄을 실행하지 않는 경우와 마찬가지의 시간이 확보된다.

따라서, 고속 프레임 레이트에서의 동화상 촬영시에 있어서도 노출의 추종 범위가 넓고, 종래라면 적절한 노출 시간을 확보할 수 없는 바와 같은 어두운 피사체를 촬영하는 경우에도 적절한 노출 시간을 확보할 수 있어, 촬영 결과로서 최적 밝기의 동화상을 얻을 수 있다.

그런데, 동화상 촬영시에 있어서의 노출의 추종 범위는 동일 그룹의 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 읽어내는 주기가 길수록 넓어지지만, 그룹 분할수가 많아질수록 화질이 저하한다. 그 때문에, 그룹 분할수는 프레임 레이트, 및/또는 적절한 노출을 얻기 위해 확보해야 하는 노광 시간이나, 동화상에 요구되는 해상도에 따른 범위내에서 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다. 이에 관해, 본 실시형태에 있어서는 그룹 분할수를 그룹 분할수 설정 레지스터(42)에서 적절히 설정할 수 있는 구성이며, 그룹 분할수가 제어 가능하기 때문에, 상기의 요구에도 대응 가능하다.

그룹 분할수 설정 레지스터(42)에 설정하는 그룹 분할수의 결정 방법에 대해서는 임의이지만, 예를 들면 CPU(13)에 도 5에 나타낸 처리에 의해서 그룹 분할수를 결정시키면, 그룹 분할수를 더욱 적절한 것으로 할 수 있다.

도 5는 CMOS 이미지 센서(1)를 구비한 동화상 촬영 기능을 갖는 디지털 카메라나 비디오 카메라 등에 있어서, 동화상 촬영시에 CPU(13)가, 예를 들면 유저의 요구에 따라 해상도와 프레임 레이트의 어느 한쪽을 우선해서 그룹 분할수를 결정하는 경우의 처리를 나타내는 흐름도이다.

이하, 처리 내용을 설명하면, CPU(13)는 해상도를 우선하는 경우에 있어서는(스텝 S1: YES), 유저가 원하는 해상도를 만족시키는 출력 라인수 L을 산출한다(스텝 S2). 다음에, CPU(13)는 CMOS 이미지 센서(1)의 화소의 전체의 라인수를 Lall로 했을 때에, 하기의 식 4를 만족시키는 N(정수)의 최대값을 구한다(스텝 S3).

N<(Lall÷L)…(식 4)

그리고, CPU(13)는 구한 N을 그룹 분할 수로서 결정하고, 그것을 그룹 분할수 설정 레지스터(42)에 설정한다(스텝 S4). 이것에 의해 요구되는 해상도에 대응한 더욱 적절한 그룹 분할수를 결정할 수 있다.

한편, CPU(13)는 프레임 레이트를 우선하는 경우에 있어서는(스텝 S1: NO), 유저가 원하는 프레임 레이트를 만족시키는 프레임 시간 Tframe을 산출한다(스텝 S5). 다음에, CPU(13)는 AE(Auto Exposure) 처리에 의해 피사체의 밝기에 따른 적절한 셔터 스피드 Tshut를 산출한 후(스텝 S6), 하기의 식 5를 만족시키는 N(정수)의 최소값을 구한다(스텝 S7).

N>(Tshut÷Tframe)…(식 5)

그리고, CPU(13)는 구한 N을 그룹 분할 수로서 결정하고, 그것을 그룹 분할수 설정 레지스터(42)에 설정한다(스텝 S4). 이것에 의해 요구되는 프레임 레이트에 대응한 더욱 적절한 그룹 분할수를 결정할 수 있다. 그 결과, 촬영 결과로서, 화질의 저하를 필요하고 또한 최소한으로 억제하면서, 최적인 밝기의 동화상을 얻을 수 있다.

또한, 여기서는 프레임 레이트를 우선하는 경우, 그룹 분할 수로서 셔터 스피드를 감안한 그룹 분할수, 즉 최적인 밝기의 동화상을 얻을 수 있는 그룹 분할수를 결정하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 그룹 분할수는 셔터 스피드를 감안하지 않고, 단순히 프레임 레이트에만 대응한 것으로 해도 좋다. 또, 프레임 레이트가 고정인 경우에 있어서는 그룹 분할수는 셔터 스피드에만 의거하여, 적절한 노출이 얻어지는 노광 시간의 확보가 가능하게 되는 최소값으로 해도 좋다.

또, 본 실시형태에 있어서는 편의상, CMOS 이미지 센서(1)에 의해 프레임 화상으로서 흑백 화상을 촬상하는 것을 전제로 한 설명을 했지만, 말할 필요도 없이 본 발명은 프레임 화상으로서 컬러 화상을 촬상하는 경우에 있어서도 유효하다.

그 경우, 예를 들면, CMOS 이미지 센서(1)가 베이어 배열의 필터 어레이를 구비한 구성이면, 촬상부(3)에는 G와 B의 화소가 교대로 배열된 GB행과, G와 R의 화소가 교대로 배열된 GR행이 V방향으로 교대로 배열되어 있다. 따라서, 서로 인접하는 GB행과 GR행으로 이루어지는 1조의 라인을, 본 실시형태에서 설명한 각 그룹에 있어서의 1라인분으로 해서, 각 그룹으로부터 프레임 화상의 생성에 관한 화소의 신호를 라인 단위로 차례로 읽어내도록 하면, 프레임 화상으로서 컬러 화상을 촬상할 수 있다.

1; CMOS 이미시 센서 2; 화소
3; 촬상부 4; 수직 시프트 레지스터
5; 열 CDS 회로 6 수평 시프트 레지스터
7; TG 8; 수직 신호선
9; 전송 신호선 10; 리세트 신호선
11; 선택 신호선 12; 수평 신호선
13; CPU 41; 전체 라인수 설정 레지스터
42; 그룹 분할수 설정 레지스터
43; 노광 시간 설정 레지스터
44; 그룹내 라인수 산출 회로
45; 노광 개시 타이밍 발생 회로
46; 노광 종료 타이밍 발생 회로
47; 노광 개시 타이밍 카운터
48; 노광 종료 타이밍 카운터
49; 노광 개시 라인 번호 생성 회로
50; 노광 종료 라인 번호 생성 회로
51; 구동 신호 출력 회로
Amp; 증폭 트랜지스터
FD; 플로팅 디퓨전
PD; 포토 다이오드
RG; 리세트 트랜지스터
RTG; 전송 트랜지스터
Sel; 화소 선택 트랜지스터

Claims

수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군을 갖고, 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호를 롤링 셔터 방식에 의해 라인 단위로 읽어내는 촬상부와,
동화상 촬영에 있어서, 상기 촬상부로부터 소정의 프레임 주기로 연속해서 복수의 프레임 화상을 읽어내는 경우에, 각각의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치를 프레임 단위로 주기적으로 전환하는 구동 수단을 구비하고,
상기 구동 수단은 연속하는 2개의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치가 중복되지 않도록 함으로써, 동화상 촬영에 있어서의 상기 소정의 프레임 주기보다 긴 주기로 각 라인의 화소로부터 화소 신호를 출력시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 구동 수단은 각 라인에 대해, 노광을 개시시키는 타이밍과 화소 신호를 출력시키는 타이밍을 반복 지시하고, 노광을 개시시키고 나서 화소 신호를 출력시킬 때까지의 기간인 노광 시간의 최대 길이를, 동화상 촬영에 있어서의 상기 소정의 프레임 주기보다 길게 설정 가능하게 한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 구동 수단은 1프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호의 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인을 그룹화하는 동시에, 그룹수에 대응하는 주기로 각 라인의 화소로부터 화소 신호를 출력시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 구동 수단은 상기 화소군으로 이루어지는 전체 라인을 상기 그룹수에 대응하는 라인 간격으로 다른 그룹에 차례로 할당하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 구동 수단은 동일 그룹내의 전체 라인의 화소의 노광을 동일한 프레임 기간에 순차 개시 또는 종료시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 그룹수를 제어하는 구동 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동 제어 수단은 상기 그룹수를, 요구되는 프레임 레이트에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동 제어 수단은 상기 그룹수를 각 그룹의 화소군에 확보해야 하는 노광 시간에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동 제어 수단은 상기 그룹수를, 요구되는 프레임 레이트와, 각 그룹의 화소군에 확보해야 할 노광 시간에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동 제어 수단은 상기 그룹수를 프레임 화상의 해상도에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 각 라인의 화소로부터 화소 신호를 출력시키는 주기를 넘지 않는 범위에서, 노광 시간을 임의로 설정하는 노광 제어 수단을 더 구비하고,
상기 구동 제어 수단은 상기 그룹수를, 상기 노광 제어 수단에 의해 설정 가능한 최대 노광 시간에 따라 설정하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군을 갖고, 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호를 롤링 셔터 방식에 의해 라인 단위로 읽어내는 처리와, 동화상 촬영에 있어서, 촬상부로부터 소정의 프레임 주기로 연속해서 복수의 프레임 화상을 읽어내는 경우에, 각각의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치를 프레임 단위로 주기적으로 전환하는 처리를 포함하고,
상기 전환하는 처리는 연속하는 2개의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치가 중복되지 않도록 함으로써, 동화상 촬영에 있어서의 상기 소정의 프레임 주기보다 긴 주기로 각 라인의 화소로부터 화소 신호를 출력시키는 것을 특징으로 하는 촬상방법.
컴퓨터에,
수직 방향과 수평 방향으로 이차원 배열된 화소군을 갖고, 프레임 화상의 생성에 관한 화소 신호를 롤링 셔터 방식에 의해 라인 단위로 읽어내는 처리와, 동화상 촬영에 있어서, 촬상부로부터 소정의 프레임 주기로 연속해서 복수의 프레임 화상을 읽어내는 경우에, 각각의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치를 프레임 단위로 주기적으로 전환하는 처리를 실행시키고,
상기 전환하는 처리는 연속하는 2개의 프레임 화상에서 읽어냄 대상으로 하는 복수 라인의 위치가 중복되지 않도록 함으로써, 동화상 촬영에 있어서의 상기 소정의 프레임 주기보다 긴 주기로 각 라인의 화소로부터 화소 신호를 출력시키는 프로그램을 저장한 기록 매체.