(57)【要約】【課題】特定画素の間引きや、加算せずにフレームレートの高速化を実現する撮像装置の駆動方法を提供する。【解決手段】水平駆動パルスφＨが水平ブランキング期間中であり、かつ垂直駆動パルスφＶが垂直ブランキング期間中に、垂直駆動パルスφＶの読み出しパルスによって電荷が光電変換部から垂直ＣＣＤに読み出される。垂直ＣＣＤに読み出された電荷は、水平ブランキング期間毎に垂直方向に１ライン分転送される。一連の動作を映像期間中に繰り返し、全ての画素に電荷を転送する。高フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨHは、低フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨLに対してｆＨH＞ｆＨLを満たすように設定する。高フレームレート時の水平ブランキング期間ＨH＿ｂｌｋは、低フレームレート時の水平ブランキング期間ＨL＿ｂｌｋに対してＨH＿ｂｌｋ＝ＨL＿ｂｌｋを満たすように設定する。【選択図】図３
2006262086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直転送部から水平転送部へ電荷信号の転送を行う固体撮像素子があり、
前記固体撮像素子の動作モードは、通常の撮像動作を実現する通常モードと、フレームレートの高速動作を実現する高速化モードを備え、
前記動作モードの切り替えは水平駆動周波数の切り替えにより行い、
さらに水平ブランキング期間を保持するよう前記動作モードの切り替えを行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記動作モードの切り替えは、垂直駆動パルスの周波数を保持した状態で行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記動作モードの切り替えは、前記垂直駆動パルスの位相差を保持した状態で行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記動作モードの切り替えは、読み出しパルスの幅を保持した状態で行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
前記動作モードの切り替えは、リセットパルスの幅を保持した状態で行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレームレートの高速化を行うことを目的とした撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像デバイスとして例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）撮
像素子を用いたカメラシステムにおいて、フレームレートを高速化する用途としては、Ｎ
ＴＳＣ方式のテレビジョン信号の６０フィールド／秒よりも速いフレームレートにて撮像する高速撮像や、デジタルスチルカメラなどで多画素／低フレームレートのものをＮＴＳＣ方式の６０フィールド／秒にする用途などがある。
【０００３】
特にデジタルスチルカメラでは、垂直方向の一部の画素の信号電荷のみを読み出し、残りの画素の信号電荷は使わないようにする、いわゆる垂直間引き動作を行うことで、フレームレートの高速化を実現していた。
【０００４】
また、特許文献１には、垂直→水平転送を一時的に阻止する部分と通常転送する部分を交互に設け、カラーコーディングに合った信号電荷の加算を水平転送部で行い、色情報を維持しながら水平画素情報を圧縮し、さらに画像処理回路で信号の並べ替えを行うことにより、水平駆動周波数や画角を変えずにフレームレートの高速化を行う方法が示されている。
【特許文献１】特開２０００−１３８９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術で示したフレームレートを高速化する方法は、特定の画素を間引いて、さらに特定の電極で加算するため、通常のフレームレートより画素情報が少なくなり解像度低下による画質劣化という課題を有している。
【０００６】
さらに、解像度が低い固体撮像素子に解像度以上の光が入り込むときに生じる、いわゆるモアレと呼ばれる画質劣化が生じるという課題を有している。
【０００７】
また、駆動パルスのタイミングが複雑になるため、タイミングジェネレータの回路が大規模化しやすく、画素を並べ替えるために画像処理回路が複雑になる。
【０００８】
前記課題に鑑み、特定画素の間引きや、加算せずにフレームレートの高速化を実現する撮像装置の駆動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像装置の駆動方法は、垂直転送部から水平転送部へ電荷信号の転送を行う固体撮像素子があり、固体撮像素子の動作モードは、通常の撮像動作を実現する通常モードと、フレームレートの高速動作を実現する高速化モードを備え、動作モードの切り替えは水平駆動周波数の切り替えにより行い、さらに水平ブランキング期間を保持するよう動作モードの切り替えを行うことを特徴とするものである。
【００１０】
なお、本発明の撮像装置の駆動方法は、動作モードの切り替えは、垂直駆動パルスの周波数を保持した状態で行うことがより好ましい。
【００１１】
なお、本発明の撮像装置の駆動方法は、動作モードの切り替えは、垂直駆動パルスの位相差を保持した状態で行うことがより好ましい。
【００１２】
なお、本発明の撮像装置の駆動方法は、動作モードの切り替えは、読み出しパルスの幅を保持した状態で行うことがより好ましい。
【００１３】
なお、本発明の撮像装置の駆動方法は、動作モードの切り替えは、リセットパルスの幅を保持した状態で行うことがより好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る撮像装置の駆動方法は、特定の画素を間引き、および特定の電極で画素加算を行わないので、高解像度の画像を得ることが出来る。
【００１５】
また、モアレと呼ばれる画像不良を防止することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動方法を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置を示した装置構成図である。
【００１８】
また、図２は、本発明の実施形態に係る駆動タイミングの基本構成を示す水平駆動パルスφＨおよび垂直駆動パルスφＶのタイミングチャートである。
【００１９】
まず、図１に示すように受光部、垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤなどを備えた固体撮像素子１があり、固体撮像素子１には光学レンズ部８を通って光が入力する。
【００２０】
また、固体撮像素子１により光電変換された信号を受けて増幅、Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換、階調補正やフィルタリングなどの各種補正などの信号処理を制御する画像処理部７がある。
【００２１】
さらに、垂直駆動部４、リセット駆動部３および水平駆動部２を備えたタイミングジェネレータ６と、水平駆動周波数を切り替える水平駆動周波数切り替え部５がある。
【００２２】
水平駆動周波数切り替え部５は、タイミングジェネレータ６に内蔵したクロックに基づいて、水平駆動周波数を低速または高速に切り替える信号をタイミングジェネレータ６に送る。
【００２３】
この水平駆動周波数の切り替え信号を受けたタイミングジェネレータ６は、水平駆動周波数の切り替え指示信号を固体撮像素子１に送る。
【００２４】
本発明に係る撮像装置は以上の構成を備えている。
【００２５】
次に、図２を用いて、１フレーム分の駆動タイミングを説明する。
【００２６】
まず、水平駆動パルスφＨが水平ブランキング期間中であり、かつ垂直駆動パルスφＶが垂直ブランキング期間中に、垂直駆動パルスφＶの読み出しパルスによって電荷が光電変換部から垂直ＣＣＤに読み出される。
【００２７】
次に、垂直ＣＣＤに読み出された電荷は、水平ブランキング期間毎に垂直方向に１ライン分転送される。
【００２８】
この転送により垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤに転送された電荷は、水平転送期間中に１ライン分の電荷が出力アンプに転送される。
【００２９】
この一連の動作を映像期間中に繰り返し、全ての画素に電荷を転送する。
【００３０】
その後、再び電荷転送のない垂直ブランキング期間中に、読み出しパルスにより光電変換部から垂直ＣＣＤに電荷を読み出す。
【００３１】
この読み出しパルスから次の読み出しパルスまでの期間が１フレームである。
【００３２】
さらに、図３を用いて、本発明の実施形態の駆動タイミングを詳細に説明する。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態に係る水平駆動パルスφＨの詳細タイミングチャートであり、図３（ａ）は低フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスを示し、図３（ｂ）は、高フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスを示している。
【００３４】
図３（ｂ）に示すように、本実施形態では高フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨHは、低フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨLに対してｆＨH＞ｆＨLを満たすように設定する。
【００３５】
さらに、高フレームレート時の水平ブランキング期間ＨH＿ｂｌｋは、低フレームレート時の水平ブランキング期間ＨL＿ｂｌｋに対してＨH＿ｂｌｋ＝ＨL＿ｂｌｋを満たすように設定する。
【００３６】
以上のような本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、水平駆動周波数を切り替えることによってフレームレートが可変できる。
【００３７】
このとき、高フレームレート時と低フレームレート時の画素数は、間引きをしないため同一数になる。
【００３８】
したがって、画素情報が少ない為に生じる解像度の低下や、解像度が低下した時に解像度以上の光が入り込む時に生じるモアレによる画質劣化を防ぐことが出来る。
【００３９】
さらに、画素の間引きや画素加算による転送方法に比べ、駆動パルスのタイミングの変更が少ないため、タイミングジェネレータの回路の大規模化を抑えることができる。
【００４０】
一方、画素の間引きや画素加算を行わずに高フレームレート化をさせる別の方法としては、水平駆動周波数とともに垂直駆動周波数を高速化させる方法がある。
【００４１】
図８は、この方法を用いたときの１フレーム分の駆動タイミングであり、図８（ａ）は低フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスを示し、図８（ｂ）は、高フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスを示している。
【００４２】
図８に示すように、この方法は１フレーム分の駆動タイミングは水平周波数とともに垂直周波数を高速化させたため、水平ブランキング期間ＨH＿ｂｌｋはＨH＿ｂｌｋ＜ＨL＿ｂｌｋの関係となる。
【００４３】
このため、水平ブランキング期間の縮小により垂直転送時間を確保できず、高フレームレート時は電荷転送期間の減少による転送不良がおき、解像度低下、固定パターンノイズ、ＣＣＤ出力の線形性低下、さらに読み出しパルスの幅の縮小による転送不良および残像などの画像劣化が発生する。
【００４４】
しかし、本発明の実施形態に係る駆動方法は、図３に示すように、水平駆動周波数を切り替えてフレームレートを可変する時に、水平ブランキング期間は低フレームモード時の水平ブランキング期間：ＨL＿ｂｌｋと同一期間、すなわちＨL＿ｂｌｋ＝ＨH＿ｂｌｋとしたことを特徴とする。
【００４５】
この特徴を備えた本実施形態に係る駆動方法は、高フレームレート時も垂直転送時間を十分確保できるため、垂直転送効率や垂直ＣＣＤの飽和電荷量の減少を抑え、電荷量の減少による画像劣化を抑えることが出来る。
【００４６】
さらに、この特徴を備えた本実施形態に係る駆動方法は、垂直ＣＣＤの特性変動が少ないため、画像処理装置の調整や電源電圧の調整が不要となる。
【００４７】
次に、垂直駆動パルスφＶの詳細条件を説明する。
【００４８】
図４は、本発明の実施形態に係る水平駆動パルスφＨの詳細タイミングチャートであり、図４（ａ）は低フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスφＨ１L、φＨ２Lおよび垂直駆動パルスφＶ１L、φＶ２L、φＶ３L、φＶ４Lを示し、図４（ｂ）は、本実施形態で高フレームモードに切り替えられた時の水平駆動パルスφＨ１H、φＨ２Hおよび垂直駆動パルスφＶ１H、φＶ２H、φＶ３H、φＶ４Hを示している。
【００４９】
また、低フレームレート時の水平駆動周波数はｆＨL、垂直駆動周波数はｆＶLであり、高フレームレート時の水平駆動周波数をｆＨH、垂直駆動周波数をｆＶHとする。
【００５０】
図４からわかるように、本実施形態ではｆＨH＞ｆＨLおよびｆＶL＝ｆＶHが成り立つように、垂直駆動パルスφＶ１H、φＶ２H、φＶ３H、φＶ４Hを動作させる。
【００５１】
さらに、垂直駆動パルスφＶ１H、φＶ２H、φＶ３H、φＶ４Hは、各水平ブランキング期間：ＨH＿ｂｌｋ内で動作を行う。
【００５２】
すなわち、高フレームレート時の垂直駆動パルスφＶ１H、φＶ２H、φＶ３H、φＶ４Hの垂直駆動周波数、低フレームレート時の垂直駆動パルスφＶ１L、φＶ２L、φＶ３L、φＶ４Lは同一周波数である。
【００５３】
このため、垂直転送パルスの高速化による波形鈍りがなくなり、垂直転送効率や垂直ＣＣＤの飽和電荷量の減少および電荷量減少による画像劣化を防ぐことができる。
【００５４】
また、転送効率や垂直ＣＣＤの飽和電荷量などの垂直ＣＣＤの特性変動が少ないため、画像処理装置の調整や電源電圧の調整が不要となる。
【００５５】
なお、垂直転送パルスの高速化時に各垂直駆動パルス間の位相差に変化が生じないようにすることが好ましい。
【００５６】
このとき、水平駆動周波数によらず垂直ＣＣＤ各電極間の転送時間が変わらないので、さらに垂直転送効率や垂直ＣＣＤの飽和電荷量の減少および電荷量減少による画像劣化を防ぐことが出来る。
【００５７】
なお、図４に示した本実施形態では４相の垂直駆動パルスを用いたが、４相以上の垂直駆動パルスの場合でも本発明は有効である。
【００５８】
次に、読み出しパルス条件の詳細条件について説明する。
【００５９】
図５（ａ）は低フレームレート時のフォトダイオードから垂直ＣＣＤに電荷を転送する為の読み出しパルスを示し、また図５（ｂ）は高フレームレート時のフォトダイオードから垂直ＣＣＤに電荷を転送する為の読み出しパルスを示す。
【００６０】
図５からわかるように、低フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨL、読み出しパルスの幅ＶＨLと、および高フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨH、読み出しパルスの幅ＶＨHについて、ｆＨH＞ｆＨLおよびｆＶL＝ｆＶHであり、さらにＶＨH＝ＶＨLを満たすように設定する。
【００６１】
このとき、フォトダイオードから垂直ＣＣＤへの電荷の読み出し不良を防ぐことが出来る。
【００６２】
次に、パルス幅の詳細条件について説明する。
【００６３】
図６（ａ）は低フレームレート時のパルス幅を示し、また図６（ｂ）は高フレームレート時のパルス幅を示す。
【００６４】
図６からわかるように、低フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨL、垂直ＣＣＤの最終電極に印加されるパルスφＶL＿ｌａｓｔの立ち上がりから水平駆動パルスφＨLの立ち下がりまでの幅ＷLと、高フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨH、垂直ＣＣＤの最終電極に印加されるパルスφＶH＿ｌａｓｔの立ち上がりから水平駆動パルスφＨHの立ち下がりまでの幅ＷHは、ｆＨH＞ｆＨLおよびｆＶL＝ｆＶHであり、さらにＷH＝ＷLとなるようにする。
【００６５】
このとき、垂直ＣＣＤの最終電極から水平ＣＣＤへの電荷転送時間が縮小しないため、電荷転送不良に起因する固定パターンノイズの発生を抑え、画質劣化を防ぐことが出来る。
【００６６】
次に、リセットパルスの条件について詳細に説明する。
【００６７】
図７（ａ）は、低フレームレート時の水平駆動パルスφＨ１L、φＨ２LとリセットパルスφＲLを示し、図７（ｂ）は高フレームレート時の水平駆動パルスφＨ１H、φＨ２HとリセットパルスφＲHを示す。
【００６８】
図７（ａ）（ｂ）に示すように、低フレームレート時の水平駆動周波数をｆＨL、リセットパルス幅をＷｒLとすると、高フレームレート時の水平駆動周波数ｆＨH、リセットパルス幅ＷｒHは、ｆＨH＞ｆＨLおよびｆＶL＝ｆＶHであり、さらにＷｒL＝ＷｒHが成り立つようにする。
【００６９】
このとき、不要電荷は十分にリセットすることができるため、ＣＣＤ出力の線形性を保持することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る撮像装置の駆動方法は、特定の画素を間引いたり、加算することをせずにフレームレートの高速化を実現することができ、ハイビション放送用カメラや家庭用デジタルビデオカメラ向けなど高画質が必要な撮像装置の駆動方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成図
【図２】本発明の実施形態に係る撮像装置の水平駆動と垂直駆動の駆動タイミングを示した図
【図３】本発明の実施形態に係る撮像装置の水平駆動の駆動タイミングを示した図
【図４】本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示し、特に垂直駆動パルスの詳細を説明した図
【図５】本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示し、特に読み出しパルスの詳細を説明した図
【図６】本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示し、パルス幅の詳細を説明した図
【図７】本発明の実施形態に係る撮像装置の駆動タイミングを示し、特にリセットパルスの詳細を説明した図
【図８】従来技術の水平駆動周波数と垂直駆動周波数のタイミングチャートを示した図
【符号の説明】
【００７２】
１  固体撮像素子
２  水平駆動部
３  リセット駆動部
４  垂直駆動部
５  水平駆動周波数切り替え部
６  タイミングジェネレータ
７  画像処理部
８  光学レンズ部
【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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