(57)【要約】【課題】露光期間の設定の自由度と精度を向上させる。【解決手段】撮像素子を駆動する駆動部は、カウンタで水平転送クロックをカウントして、トリガ信号ＵＧの露光指示を示すパルスの開始でカウント値ＶＣａをリセットする。値ＶＣａのリセットから所定期間ＴＤに対応するカウント値まで、撮像素子で電荷掃き捨てを行うように電荷掃き捨て信号φＳＵＢを生成する。電荷掃き捨て開始から露光指示を示すパルスのパルス期間経過後カウント値ＶＣｂをリセットする。値ＶＣｂのリセットから水平ブランキング期間以下である所定期間ＴＤが経過して値ＶＣｂがカウント値「Ｆ」となるとき、撮像素子で電荷の読み出しを行い画像信号を生成するように、電荷読み出し信号φＳＧを生成する。トリガ信号ＵＧのパルス開始で露光開始タイミング、パルス幅で露光期間を設定できる。【選択図】        図４
2010109818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の光学像を光電変換することで得られた電荷を蓄積して、該蓄積された電荷を読み出して画像信号の生成を行う撮像部と、
前記蓄積された電荷の掃き捨てを前記撮像部で行わせる電荷掃き捨て信号と、前記画像信号を生成させるため前記蓄積された電荷の読み出しを前記撮像部で行わせる電荷読み出し信号を生成する駆動部とを有し、
前記駆動部は、露光指示の終了に基づいて、水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に前記電荷の読み出しを行うよう前記電荷読み出し信号を生成し、前記露光指示の開始に基づいて、前記電荷の掃き捨てを前記所定期間行うように前記電荷掃き捨て信号を生成する撮像装置。
【請求項２】
前記駆動部は、信号生成部と水平転送クロック信号を用いてカウント動作を行うカウンタを有し、
前記信号生成部は、前記露光指示を示すパルス信号の開始に基づき、前記カウンタのカウント値が前記所定期間に対応する値だけ変化するまで前記電荷の掃き捨てを行うように前記電荷掃き捨て信号を生成し、前記電荷の掃き捨て開始から前記パルス信号のパルス期間経過後を基準として、前記カウンタのカウント値が前記所定期間に対応する値だけ変化したとき前記電荷の読み出しを行うように前記電荷読み出し信号を生成する請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記電荷掃き捨て期間が有効映像期間内であって水平ブランキング期間でないとき、前記電荷掃き捨て期間を水平ブランキング期間に移動して前記電荷掃き捨て信号の生成を行い、前記電荷掃き捨て期間の移動に対応して前記電荷の読み出しタイミングを移動させて前記電荷読み出し信号を生成する請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記所定期間は、前記撮像部で用いられる撮像素子において予め最適な期間として規定されている期間である請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体の光学像を光電変換することで得られた電荷を蓄積して、該蓄積された電荷を読み出して画像信号の生成を行う撮像部で、露光指示の終了に基づいて、水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に前記電荷の読み出しを行うように、前記撮像部を駆動する駆動部で電荷読み出し信号を生成するステップと、
前記撮像部で、前記露光指示の開始に基づいて、前記電荷の掃き捨てを前記所定期間行うように、前記駆動部で電荷掃き捨て信号を生成するステップとを有する撮像方法。
【請求項６】
被写体の光学像を光電変換することで得られた電荷を蓄積して、該蓄積された電荷を読み出して画像信号の生成を行う撮像部で、露光指示の終了に基づいて、水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に前記電荷の読み出しを行うように電荷読み出し信号を生成して前記撮像部に供給する機能と、
前記撮像部で、前記露光指示の開始に基づいて、前記電荷の掃き捨てを前記所定期間行うように電荷掃き捨て信号を生成して前記撮像部に供給する機能を、撮像装置内のコンピュータに実現させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像装置と撮像方法およびコンピュータプログラムに関する。詳しくは、露光指示を示すパルス信号の開始で露光開始タイミング、パルス幅で露光期間を制御するように電荷読み出し信号と電荷掃き捨て信号を生成することで、露光期間の設定の自由度や精度を従来よりも向上できるようにするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置では、様々な条件の下でも適正な露出の撮像画像を得ることができるように電子シャッターが用いられている。電子シャッターでは、撮像素子で蓄積した電荷を撮像素子の半導体基板側に掃き捨てたのち露光期間のあいだ電荷蓄積を行い、蓄積された電荷を読み出して画像信号を生成することが行われている。
【０００３】
ここで、蓄積した電荷を半導体基板側に掃き捨てるときには、２０Ｖ〜３０Ｖとされた電荷掃き捨て信号が撮像素子の半導体基板に印加される。このため、特許文献１では、蓄積された電荷を半導体基板側に掃き捨てるときに、撮像素子の出力アンプの特性が変化されてしまうことを防ぎノイズを抑制するため、水平ブランキング期間中に電荷の掃き捨てが行われている。
【０００４】
図１は、従来の撮像装置の動作を示している。図１の（Ａ）は、蓄積されている電荷を読み出して画像信号を生成するための電荷読み出し信号φＳＧを示している。図１の（Ｂ）は、蓄積されている電荷を半導体基板側に掃き捨てるための電荷掃き捨て信号φＳＵＢ’を示している。図１の（Ｃ）は、蓄積電荷量を示している。蓄積された電荷は、電荷掃き捨て信号φＳＵＢ’の掃き捨てパルス、すなわち２０Ｖ〜３０Ｖの電圧とされたパルス信号が半導体基板に印加されて、半導体基板側に掃き捨てられる。その後、露光期間中に蓄積された電荷は、電荷読み出し信号φＳＧの読み出しパルスによって読み出されて、画像信号の生成が行われる。なお、図１における「Ｔh」は１水平期間を示している。
【０００５】
また、特許文献２では、水平ブランキング期間中に電荷掃き捨て信号を印加することでノイズを抑制するだけでなく、蓄積された電荷を読み出すための読み出しパルスを１水平期間内で調節することによって露光期間を変化させることが行われている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１０５５７９号公報
【特許文献２】特開平１１−４１５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、水平ブランキング期間中に電荷の掃き捨てを行う場合、露光期間が短くなってしまう場合が生じてしまう。
【０００８】
図２は、従来の撮像装置における電荷掃き捨て信号φＳＵＢ’と電荷読み出し信号φＳＧの生成動作を示している。図２の（Ａ）は、トリガ信号ＵＧを示しており、トリガ信号ＵＧのパルス開始で図２の（Ｂ）に示すように、トリガカウンタのカウント値ＶＣａを「０」にリセットする。なお、トリガカウンタと水平転送カウンタは、水平転送クロック信号によってカウント動作を行うものとする。トリガカウンタのカウント値ＶＣａがリセットされて「０」となったとき、次のクロックパルスに同期して、図２の（Ｃ）に示すように電荷掃き捨て信号φＳＵＢ’の掃き捨てパルスを開始することで、蓄積された電荷の掃き捨てを開始させる。また、トリガカウンタのカウント値ＶＣａが所定値「ｓ」となったとき、次のクロックパルスに同期して掃き捨てパルスを終了することで、電荷の掃き捨てを終了させる。水平転送カウンタは、図２の（Ｄ）に示すように、トリガ信号ＵＧのパルスが終了したとき、次のクロックパルスに同期してカウント値ＶＣｂを「０」にリセットする。その後、カウント値ＶＣｂが所定値「Ｆ」となったとき、すなわちカウント値ＶＣｂのリセットから期間ＴＤが経過したとき、図２の（Ｅ）に示すように、電荷読み出し信号φＳＧの読み出しパルスを生成して、蓄積されている電荷の読み出しを行う。したがって、露光期間は電荷掃き捨て信号φＳＵＢ’における掃き捨てパルスの終了から電荷読み出し信号φＳＧにおける読み出しパルスの開始までの期間ＴＥとなる。
【０００９】
このように、電荷掃き捨て信号φＳＵＢ’と電荷読み出し信号φＳＧを生成したとき、電荷掃き捨て信号φＳＵＢ’の掃き捨てパルスが水平転送期間内であったとき、この掃き捨てパルスを水平ブランキング期間まで遅延させると、この遅延期間分だけ露光期間が短くなってしまう。
【００１０】
また、特許文献２のように読み出しパルスを１水平期間内で調節すれば、露光期間を所望の時間に設定することが可能となる。しかし、露光開始は、特許文献１と同様に水平ブランキング期間とされるため、露光開始のタイミングを自由設定することができない。
【００１１】
そこで、この発明では、露光期間の設定の自由度と精度を従来よりも向上できる撮像装置と撮像方法およびプログラムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の第１の側面は、被写体の光学像を光電変換することで得られた電荷を蓄積して、該蓄積された電荷を読み出して画像信号の生成を行う撮像部と、前記蓄積された電荷の掃き捨てを前記撮像部で行わせる電荷掃き捨て信号と、前記画像信号を生成させるため前記蓄積された電荷の読み出しを前記撮像部で行わせる電荷読み出し信号を生成する駆動部とを有し、前記駆動部は、露光指示の終了に基づいて、水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に前記電荷の読み出しを行うよう前記電荷読み出し信号を生成し、前記露光指示の開始に基づいて、前記電荷の掃き捨てを前記所定期間行うように前記電荷掃き捨て信号を生成する撮像装置にある。
【００１３】
この発明においては、撮像部を駆動する駆動部に、信号生成部と水平転送クロック信号を用いてカウント動作を行うカウンタが設けられる。信号生成部では、露光指示を示すパルス信号の開始に基づき、カウンタのカウント値が所定期間に対応する値だけ変化するまで電荷の掃き捨てを行うよう電荷掃き捨て信号が生成される。また、露光指示の終了に基づきすなわち電荷の掃き捨て開始からパルス信号のパルス期間経過後を基準として、カウンタのカウント値が所定期間に対応する値だけ変化したとき電荷の読み出しを行うように電荷読み出し信号が生成される。
【００１４】
この発明の第２の側面は、被写体の光学像を光電変換することで得られた電荷を蓄積して、該蓄積された電荷を読み出して画像信号の生成を行う撮像部で、露光指示の終了に基づいて、水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に前記電荷の読み出しを行うように、前記撮像部を駆動する駆動部で電荷読み出し信号を生成するステップと、前記撮像部で、前記露光指示の開始に基づいて、前記電荷の掃き捨てを前記所定期間行うように、前記駆動部で電荷掃き捨て信号を生成するステップとを有する撮像方法にある。
【００１５】
この発明の第３の側面は、被写体の光学像を光電変換することで得られた電荷を蓄積して、該蓄積された電荷を読み出して画像信号の生成を行う撮像部で、露光指示の終了に基づいて、水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に前記電荷の読み出しを行うように電荷読み出し信号を生成して前記撮像部に供給する機能と、前記撮像部で、前記露光指示の開始に基づいて、前記電荷の掃き捨てを前記所定期間行うように電荷掃き捨て信号を生成して前記撮像部に供給する機能を、撮像装置内のコンピュータに実現させるためのプログラムにある。
【００１６】
なお、本発明のプログラムは、撮像装置内のコンピュータに予め記憶させておくものとする。また、本発明のプログラムは、コンピュータ可読な形式で提供する記憶媒体、通信媒体、例えば、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなどの記憶媒体、あるいは、ネットワークなどの通信媒体によって提供可能として、撮像装置内のコンピュータに記憶されているプログラムを、本発明のプログラムに更新可能としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、露光指示の終了に基づいて、水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に電荷の読み出しを行うよう電荷読み出し信号が生成される。また、露光指示の開始に基づいて、電荷の掃き捨てを所定期間行うように電荷掃き捨て信号が生成される。このため、露光指示の開始から一定期間経過後のタイミングが露光開始タイミングとして設定されて、露光指示の開始から終了までの期間が露光期間として設定されることになるので、露光期間の設定の自由度や精度を従来よりも向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．撮像装置の構成
２．撮像装置の動作
３．撮像装置を用いたシステム
【００１９】
＜１．撮像装置の構成＞
図３は、撮像装置の構成を示す機能ブロック図である。撮像装置１０は、レンズ部１１、撮像部１２、Ａ／Ｄ変換部１３、信号処理部１４、出力部１５、および駆動部２０を用いて構成されている。
【００２０】
レンズ部１１は、撮像部１２の撮像面上に被写体の光学像を結像させるレンズ等を用いて構成されている。撮像部１２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子を用いて構成されている。撮像部１２は、後述する駆動部２０から供給された駆動信号に基づき撮像素子を駆動して、光学像の光電変換により生成された電荷の蓄積や蓄積された電荷の読み出し等を行い、画像信号を生成する。また、撮像部１２は、生成したアナログの画像信号から雑音を除去する処理等を行ってＡ／Ｄ変換部１３に供給する。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換部１３は、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して信号処理部に出力する。
【００２２】
信号処理部１４は、画像信号に対して種々の信号処理を行う。例えば、信号処理部１４は輝度調整や色補正、輪郭補正等の様々な信号処理を行う。さらに、信号処理部１４は、信号処理後の画像信号を所望の映像フォーマットとして出力部１５に出力する。
【００２３】
出力部１５は、信号処理部１４から供給された映像信号を、伝送路を介して外部機器に供給する処理を行う。例えば出力部１５は、出力する映像信号のパケット化やパケット化された映像信号にヘッダ情報を付加する処理等を行い、出力映像信号Ｖoutとして有線あるいは無線の伝送路を介してコンピュータ装置等に出力する。
【００２４】
駆動部２０は、トリガ発生部２０１と、タイミングジェネレータ２０２、ドライバ２０３を有している。トリガ発生部２０１は、外部からのセンサ信号ＳＳに基づきトリガ信号を生成して、タイミングジェネレータ２０２に供給する。例えば、マシンビジョンシステムのように、複数の被写体の撮影を被写体毎に繰り返し行う場合、位置検出センサで被写体の位置検出を行い、センサ信号ＳＳを生成する。トリガ発生部２０１は、位置検出センサからのセンサ信号ＳＳに基づき、被写体の例えば所望の部分を撮像するためのトリガ信号を生成してタイミングジェネレータ２０２に供給する。
【００２５】
タイミングジェネレータ２０２は、露光指示の終了に基づいて、水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に電荷の読み出しを行うよう電荷読み出し信号を生成する処理を行う。また、タイミングジェネレータ２０２は、露光指示の開始に基づいて、電荷の掃き捨てを所定期間行うように電荷掃き捨て信号を生成する処理を行う。このタイミングジェネレータ２０２は、例えばトリガカウンタ（第１のカウンタ）と水平転送カウンタ（第２のカウンタ）、および信号生成部を用いて構成されている。
【００２６】
トリガカウンタは、水平転送クロック信号に同期してカウント動作を行う。また、トリガカウンタは、トリガ発生部２０１から供給されたトリガ信号の露光指示を示すパルスの開始に基づいてカウント値のリセットを行う。水平転送カウンタは、水平転送クロック信号に同期してカウント動作を行う。また、水平転送カウンタは、トリガ発生部２０１から供給されたトリガ信号の露光指示を示すパルスの終了に基づいてカウント値のリセットを行う。信号生成部は、露光指示を示すパルスの開始に基づき、トリガカウンタのカウント値が所定期間に対応する値だけ変化するまで電荷の掃き捨てを行うように電荷掃き捨て信号を生成してドライバ２０３に供給する。また、信号生成部は、電荷の掃き捨て開始から露光指示を示すパルスのパルス期間経過後を基準として、水平転送カウンタのカウント値が所定期間に対応する値だけ変化したとき電荷の読み出しを行うよう電荷読み出し信号を生成してドライバ２０３に供給する。
【００２７】
ドライバ２０３は、タイミングジェネレータ２０２から供給された電荷掃き捨て信号を所定の信号レベルである電荷掃き捨て信号φＳＵＢとして撮像部１２に供給する。また、ドライバ２０３は、タイミングジェネレータ２０２から供給された電荷読み出し信号を所定の信号レベルである電荷読み出し信号φＳＧとして撮像部１２に供給する。
【００２８】
＜２．撮像装置の動作＞
次に、撮像装置１０における駆動部２０の動作について図４を用いて説明する。図４の（Ａ）は水平転送クロック信号ＨＣＫを示している。図４の（Ｂ）は、センサ信号に基づきトリガ発生部２０１で生成されたトリガ信号ＵＧを示している。トリガ信号ＵＧは、電荷の掃き捨てや電荷の読み出しを開始するタイミングの基準となる信号である。このトリガ信号ＵＧのパルスは露光指示に相当するものであり、パルス開始が露光指示の開始、パルス終了が露光指示の終了である。このトリガ信号ＵＧは、上述のようにセンサ信号に基づいて生成される。
【００２９】
図４の（Ｃ）は、トリガカウンタのカウント値ＶＣａを示している。タイミングジェネレータ２０２のトリガカウンタは、水平転送クロック信号ＨＣＫに同期してカウント動作を行い、トリガ発生部２０１から供給されたトリガ信号に基づいてカウント値ＶＣａのリセット動作を行う。例えば、トリガカウンタは、トリガ信号ＵＧのパルス開始に同期してリセット動作を行い、カウント値ＶＣａを「０」とする。また、トリガカウンタは、リセット動作後、水平転送クロック信号ＨＣＫに同期してカウント値ＶＣａをカウントアップする。なお、「Ｚ」は任意の値であること示している。
【００３０】
図４の（Ｄ）は、電荷掃き捨て信号φＳＵＢを示している。タイミングジェネレータ２０２の信号生成部は、トリガカウンタのリセット動作に応じて電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスを生成する。例えば、トリガカウンタのカウント値ＶＣａがリセットされて「０」となったとき、次の水平転送クロック信号ＨＣＫのクロックパルスに同期して、電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスを開始する。ここで、掃き捨てパルスのパルス期間は、撮像素子の半導体基板に２０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加して、蓄積された電荷を半導体基板側に掃き捨てている状態の期間である。また、信号生成部は、掃き捨てパルスのパルス幅を、後述する水平転送カウンタでリセット動作が行われてから電荷読み出しが行われるまでの期間ＴＤと等しい期間とする。
【００３１】
図４の（Ｅ）は、水平転送カウンタのカウント値ＶＣｂを示している。タイミングジェネレータ２０２の水平転送カウンタは、水平転送クロック信号ＨＣＫに同期してカウント動作を行い、トリガ信号ＵＧのパルスが終了したとき、次のクロックパルスに同期してカウント値ＶＣｂを「０」にリセットする。例えば、水平転送カウンタは、トリガカウンタのカウント値ＶＣａが「Ｗ」となるときにトリガ信号ＵＧのパルスが終了する場合、次のクロックパルスに同期してカウント値ＶＣｂのリセットを行い、カウント値ＶＣｂを「０」とする。すなわち、水平転送カウンタでは、電荷の掃き捨て開始からトリガ信号ＵＧのパルス期間経過後のタイミングでカウント値ＶＣｂのリセットを行い、カウント値ＶＣｂを「０」とする。また、水平転送カウンタは、リセット動作後、水平転送クロック信号に同期してカウント値ＶＣｂをカウントアップする。なお、「Ｚ」は任意の値であること示している。
【００３２】
図４の（Ｆ）は、電荷読み出し信号φＳＧを示している。タイミングジェネレータ２０２の信号生成部は、水平転送カウンタのカウント値ＶＣｂが所定の値となったとき読み出しパルスを生成する。例えば、水平転送カウンタのカウント値が「Ｆ−１」となったとき、次のクロックパルスに同期して、読み出しパルスを生成する。
【００３３】
撮像部１２では、電荷読み出し信号φＳＧの読み出しパルスに基づき、蓄積されている電荷を読み出して画像信号の生成を行う。ここで、水平転送カウンタでリセット動作が行われてから電荷読み出しが行われるまでの期間ＴＤは、カウント値「Ｆ」×Ｔhck（水平転送クロック信号の１周期）となる。また、期間ＴＤは、上述のように、水平ブランキング期間よりも短く、撮像素子において予め最適な期間として規定されている期間とする。撮像素子では設計の段階で最適な期間が規定されており、例えば有効撮像領域がＶＧＡサイズである撮像素子では、水平転送カウンタリセットから５２０クロックの期間が予め最適な期間として規定されている。また、有効撮像領域がＵＸＧＡサイズ撮像素子では、水平転送カウンタリセットから２６２クロックの期間が予め最適な期間として規定されている。したがって、水平転送クロックを３６ＭＨｚとした場合、ＶＧＡサイズでは１４μｓｅｃ、ＵＸＧＡサイズでは７．３μｓｅｃが期間ＴＤとなる。
【００３４】
駆動部２０は、上述のように電荷掃き捨て信号φＳＵＢと電荷読み出し信号φＳＧを生成して撮像部１２に供給する。また、このように電荷掃き捨て信号φＳＵＢと電荷読み出し信号φＳＧを生成した場合、電荷掃き捨て信号φＳＵＢおける掃き捨てパルスの終了から電荷読み出し信号φＳＧにおける読み出しパルスの開始までの期間ＴＥが露光期間となる。また、電荷掃き捨て信号φＳＵＢにおける掃き捨てパルスのパルス幅を、水平転送カウンタでリセット動作が行われてから電荷読み出しが行われるまでの期間ＴＤと等しくしたことにより、トリガ信号ＵＧのパルス幅ＴＷugは、期間ＴＥと等しくなる。したがって、トリガ信号ＵＧにおけるパルス幅ＴＷugを水平転送クロック信号ＨＣＫのクロック単位で可変することで、期間ＴＥを水平転送クロック信号のクロック単位で調整することが可能となる。
【００３５】
なお、水平転送カウンタは、トリガカウンタと同様にトリガ信号ＵＧのパルスに同期してリセット動作を行うものとしてもよい。すなわち、水平転送カウンタは、トリガ信号ＵＧのパルスの終了に同期してカウント値ＶＣｂを「０」にリセットする。この場合、カウント値ＶＣｂがリセットされて「０」となったとき、次の水平転送クロック信号ＨＣＫのクロックパルスに同期して所定期間の判別を開始する。この場合、カウント値ＶＣｂが「１」〜「Ｆ」までの期間が所定期間ＴＤとなり、カウント値ＶＣｂが「Ｆ＋１」になるとき電荷読み出しを行う。
【００３６】
図５と図６は、露光期間が変化されたときの動作を示しており、図５の（Ａ）〜（Ｅ）は、露光期間が短いものとされた場合、図６の（Ａ）〜（Ｅ）は、露光期間が長いものとされた場合を示している。
【００３７】
露光期間は、上述のようにトリガ信号ＵＧのパルス幅ＴＷugと等しい。したがって、露光期間を短いものとする場合は、図５の（Ａ）に示すように、トリガ信号ＵＧのパルス幅ＴＷugを狭くして例えば「ＰＷａ」とする。
【００３８】
このトリガ信号ＵＧのパルス開始に対応して、図５の（Ｂ）に示すように、電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスが駆動部２０で生成されて撮像部１２に供給される。また、図５の（Ｃ）に示すように、トリガ信号ＵＧにおけるパルス終了の次のクロックから所定期間ＴＤが経過したのち、電荷読み出し信号φＳＧの読み出しパルスが駆動部２０で生成されて撮像部１２に供給される。さらに、掃き捨てパルスのパルス幅は所定期間ＴＤと等しくされているので、図５の（Ｄ）に示すように、露光期間ＥＰは掃き捨てパルスの終了のタイミング位置ＭＴから期間「ＰＷａ」となる。また、電荷読み出し信号φＳＧの読み出しパルスによって読み出された電荷に基づき画像信号が生成されて、図５の（Ｅ）に示すように映像出力が行われる。
【００３９】
次に、露光期間を長いものとする場合について説明する。露光期間を長いものとする場合は、図６の（Ａ）に示すように、トリガ信号ＵＧのパルス幅ＴＷugを広くして例えば「ＰＷｂ」とする。
【００４０】
このトリガ信号ＵＧのパルス開始に対応して、図６の（Ｂ）に示すように、電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスが駆動部２０で生成されて撮像部１２に供給される。また、図６の（Ｃ）に示すように、トリガ信号ＵＧにおけるパルス終了の次のクロックから所定期間ＴＤが経過したのち、電荷読み出し信号φＳＧの読み出しパルスが駆動部２０で生成されて撮像部１２に供給される。さらに、掃き捨てパルスのパルス幅は所定期間ＴＤと等しくされているので、図６の（Ｄ）に示すように、露光期間ＥＰは掃き捨てパルスの終了のタイミング位置ＭＴから期間「ＰＷｂ」となる。また、電荷読み出し信号φＳＧの読み出しパルスによって読み出された電荷に基づき画像信号が生成されて、図６の（Ｅ）に示すように映像出力が行われる。
【００４１】
また、露光期間ＥＰが短い場合には、トリガ信号ＵＧのパルス開始から映像出力が行われるまでの期間が短くなり、露光期間ＥＰが長い場合には、トリガ信号ＵＧのパルス開始から映像出力が行われるまでの期間が長くなる。このため、露光期間ＥＰを長くすると、トリガ信号ＵＧのタイミングは、フレーム画像やフィールド画像の開始方向に移動した位置となる。また、露光期間ＥＰを短くすると、トリガ信号ＵＧのタイミングは、フレーム画像やフィールド画像の終了方向に移動した位置となる。
【００４２】
以上のように電荷掃き捨て信号φＳＵＢと電荷読み出し信号φＳＧを生成すると、トリガ信号ＵＧのパルス開始で露光開始タイミング、パルス幅で露光期間を制御できるようになる。なお、上述のような場合、露光開始のタイミングは、トリガ信号ＵＧのパルス開始から常に一定の期間が経過したタイミングとなる。すなわち、トリガ信号ＵＧのパルス開始でトリガカウンタをリセットして、次のクロックパルスに同期して電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスを開始するものとした場合、常に「１Ｔhck＋ＴＤ」の期間が経過したタイミングとなる。
【００４３】
従来の撮像装置では、図２から明らかなように、電荷掃き捨て信号φＳＵＢ’のパルス終了から電荷読み出し信号φＳＧのパルス開始までが露光時間となっている。したがって、トリガ信号ＵＧのパルス幅ＴＷugを小さくしても、期間ＴＤよりも短くできない。例えば、撮像素子の有効撮像領域がＶＧＡサイズでは、水平転送クロックを３６ＭＨｚとした場合、期間ＴＤは１４μｓｅｃであるので露光期間は１４μｓｅｃ以下に設定することができない。しかし、本願発明のように電荷掃き捨て信号φＳＵＢと電荷読み出し信号φＳＧを生成することで、露光期間を１４μｓｅｃ以下に設定できるようになる。
【００４４】
次に、映像期間におけるトリガ信号ＵＧのタイミングと撮像動作について説明する。図７は、有効映像期間を説明するための図である。撮像部１２の撮像素子では、図７の（Ａ）に示すように、有効撮像領域ＡＲａと有効撮像領域の外側にオプティカルブラック領域（光学的黒領域）ＡＲｂが設けられている。このオプティカルブラック領域ＡＲｂは、オプティカルブラック領域ＡＲｂの信号を用いて有効撮像領域ＡＲａの暗電流の補正等を行うことができるように設けられている。このため、有効撮像領域ＡＲａに対応する映像期間が、図７の（Ｂ）に示すように有効映像期間となる。また、撮像装置１０を例えばマシンビジョンシステムで用いる場合、撮像画像において被写体の検査等で必要とされる領域は中央部分のみであることが多い。したがって、有効撮像領域ＡＲａから不要とされる映像部分の領域ＡＲｃを除いた領域に対応する映像期間が、図７の（Ｃ）に示すように有効映像期間となる。なお、領域ＡＲｃの画像は、被写体の検査等で必要とされない映像部分であることから、領域ＡＲｃについては、読み出した電荷を高速に掃き捨てる処理等が行われる。
【００４５】
図８は、トリガ信号のタイミングに応じた撮像動作を行うときのフローチャートである。ステップＳＴ１で駆動部２０は、トリガ信号ＵＧのパルスに応じて生成される電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスが有効映像期間内であるか否か判別する。駆動部２０は、掃き捨てパルスが有効映像期間内のタイミングであると判別したときステップＳＴ２に進み、掃き捨てパルスが有効映像期間内のタイミングではないと判別したときステップＳＴ５に進む。
【００４６】
ステップＳＴ２で駆動部２０は、トリガ信号ＵＧのパルスに応じて生成される電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスが水平転送期間内であるか否か判別する。駆動部２０は、掃き捨てパルスが水平転送期間内のタイミングであると判別したときステップＳＴ３に進み、掃き捨てパルスが水平転送期間内のタイミングでないと判別したときステップＳＴ５に進む。
【００４７】
ステップＳＴ３で駆動部２０は、電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスを水平ブランキング期間に移動してから有効とする。掃き捨てパルスが水平転送期間内である場合、掃き捨てパルスを移動することなく有効とすると水平転送期間内で撮像素子の半導体基板に例えば２０Ｖ〜３０Ｖの信号が印加されて出力映像にノイズを生じてしまう。このため、駆動部２０は、掃き捨てパルスを水平ブランキング期間に移動して、移動後の掃き捨てパルスによって撮像部１２で電荷の掃き捨てを行わせてステップＳＴ４に進む。
【００４８】
ステップＳＴ４で駆動部２０は、電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスの移動に対応して電荷読み出し信号φＳＧの読み出しパルスを移動してから有効とする。掃き捨てパルスが移動されても読み出しパルスを移動しないものとすると、掃き捨てパルスの移動に伴い露光期間が短くなって、映像信号の信号レベルが低下してしまう。このため、駆動部２０は、掃き捨てパルスの移動分だけ読み出しパルスのタイミングを移動して、移動後の読み出しパルスによって撮像部１２で電荷読み出しを行わせる。
【００４９】
ステップＳＴ５で駆動部２０は、電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスを有効とする。電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスが有効映像期間内でないときや水平転送期間内でないとき、撮像素子の半導体基板に掃き捨てパルスを印加したことによるノイズは、注目する映像に含まれない。したがって、駆動部２０は、トリガ信号ＵＧに応じて生成された電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスによって撮像部１２で電荷掃き捨てを行わせる。
【００５０】
このようにすれば、電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスが有効映像期間内でないとき、トリガ信号ＵＧによって希望するタイミングで露光を開始させることができる。すなわち、露光開始のタイミングは、図４から明らかなように、トリガ信号ＵＧのパルス開始から「１Ｔhck＋ＴＤ」の期間が経過したタイミングとなる。したがって、露光開始タイミングを所望のタイミングとする場合には、トリガ信号ＵＧのパルス開始のタイミングを、所望の露光開始タイミングよりも「１Ｔhck＋ＴＤ」の期間だけ早く行うものとすれば、所望のタイミングで露光を開始させることができる。また、トリガ信号ＵＧのパルス幅を可変することで、露光期間ＥＰを水平転送クロック信号のクロック単位で調整することも可能である。
【００５１】
また、電荷掃き捨て信号φＳＵＢの掃き捨てパルスが有効映像期間内および水平転送期間内となるときは、掃き捨てパルスが水平ブランキング期間に移動される。したがって、注目する領域の映像に、掃き捨てパルスを印加したことによるノイズを生じさせてしまうことがない。
【００５２】
さらに、ユーザが撮像条件例えば照明光の明るさや撮像装置の露出や信号利得等を設定して、画像信号が最適となる露光期間を短くして有効映像期間よりも後に露光開始が行われるようにしてもよい。この場合、掃き捨てパルスが水平ブランキング期間に移動されることがないので、撮像装置では、常にトリガ信号ＵＧによって希望するタイミングで露光を開始させることができるようになる。
【００５３】
＜３．撮像装置を用いたシステム＞
図９は、撮像装置を用いたシステムの構成を例示している。センサ５０では、例えば移動する被写体６０の位置を検出してセンサ信号ＳＳを撮像装置１０の駆動部に供給する。
【００５４】
駆動部では、上述のようにセンサ信号ＳＳに基づきトリガ信号を生成する。さらに、トリガ信号に基づき電荷掃き捨て信号や電荷読み出し信号を生成して撮像部に供給して出力映像信号Ｖoutを撮像装置１０から出力させる。
【００５５】
ここで、露光の開始は、図４から明らかなように、トリガ信号ＵＧのパルス開始から「１Ｔhck＋ＴＤ」の期間が経過したタイミングである。このため、移動する被写体６０をセンサ５０で検出したとき、センサ５０からのセンサ信号ＳＳに基づき遅延を生じることなくトリガ信号ＵＧのパルスを開始させる。また、センサ５０は、被写体６０が「１Ｔhck＋ＴＤ」の期間に移動する距離ＬＭだけ撮像装置１０の撮像基準位置ＰＳａから手前の位置ＰＳｂで被写体６０を検出するように設置する。なお、被写体６０の移動速度をＶｍとしたとき、距離ＬＭは「ＬＭ＝（１Ｔhck＋ＴＤ）×Ｖｍ」である。このように、センサ５０を設置して、センサ５０からのセンサ信号ＳＳに基づき撮像を行うことで、常に被写体６０が撮像基準位置ＰＳａとなったときに露光を開始した撮像画像を得ることができる。すなわち、移動する複数の被写体を順次撮像するとき、各被写体が画像上で所望の位置とされている撮像画像を容易に得ることができる。
【００５６】
また、露光期間の調整を水平転送クロック信号のクロック単位で行えるので、例えば輝度の高い被写体を撮像するときでも、露光期間を微小な期間に設定することで、最適な明るさの撮像画像を得ることができる。また、移動する複数の被写体を順次撮像するとき、移動する被写体の動きが速い場合、被写体を照明等で明るくして露光期間を微小な期間に設定してもよい。この場合、各被写体が画像上で所望の位置とされているだけでなく、被写体の動きによるぼけが少なく所望の明るさとされた撮像画像を得ることができるようになる。
【００５７】
さらに、明細書中において説明した一連の処理はハードウェア、またはソフトウェア、あるいは両者の複合構成によって実行することが可能である。ソフトウェアによる処理を実行する場合、コンピュータを用いて駆動部２０を構成して、上述の処理を行うプログラムを予めコンピュータ内のメモリにインストールして実行させる。あるいは、上述の処理を行うプログラムで、コンピュータ内のメモリに既に記憶されているプログラムを更新する。
【００５８】
プログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disc Read Only Memory)，ＭＯ(Magneto optical)ディスク，ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリなどの記録媒体に格納（記録）しておく。さらに、このような記録媒体からコンピュータ内のメモリにプログラムをインストールさせる。また、有線や無線のネットワークを介して撮像装置１０に供給して、コンピュータ内のメモリにインストールさせるものとしてもよい。
【００５９】
なお、本発明は、上述した発明の実施の形態に限定して解釈されるべきではない。この発明の実施の形態は、例示という形態で本発明を開示したものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施の形態の修正や代用をなし得ることは自明である。すなわち、本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明に係る撮像装置と撮像方法およびプログラムでは、露光指示の開始から所定期間を電荷掃き捨て期間として電荷の掃き捨てを行うように電荷掃き捨て信号が生成される。また、露光指示の終了から水平ブランキング期間以下である所定期間経過後に電荷の読み出しが行われるように電荷読み出し信号が生成される。このように電荷読み出し信号と電荷掃き捨て信号を生成することで、露光期間の設定の自由度や精度を従来よりも向上できる。したがって、生産工程の自動化等のために用いられるマシンビジョンシステム等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来の撮像装置の動作を説明するための図である。
【図２】従来の撮像装置における電荷掃き捨て信号と電荷読み出し信号の生成動作を説明するための図である。
【図３】撮像装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】駆動部の動作を説明するための図である。
【図５】露光時間が短いものとされた場合の動作を説明するための図である。
【図６】露光時間が長いものとされた場合の動作を説明するための図である。
【図７】有効映像期間を説明するための図である。
【図８】トリガ信号のタイミングに応じた撮像動作を行うときのフローチャートである。
【図９】撮像装置を用いたシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０・・・撮像装置、１１・・・レンズ部、１２・・・撮像部、１３・・・Ａ／Ｄ変換部、１４・・・信号処理部、１５・・・出力部、２０・・・駆動部、５０・・・センサ、６０・・・被写体、２０１・・・トリガ発生部、２０２・・・タイミングジェネレータ、２０３・・・ドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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