(57)【要約】【課題】固体撮像素子の信号量に応じたタイミングで信号をサンプリングする。【解決手段】固体撮像装置は、固体撮像素子（２００）と、固体撮像素子から出力される画素信号をサンプリングするタイミングを示すサンプリング信号を生成する駆動信号生成部（７００）と、指示された遅延量でサンプリング信号を遅延させて出力する遅延回路（６００）と、遅延回路の出力に同期して画素信号をサンプリングするアナログ信号処理部（３００）と、アナログ信号処理部によるサンプリング結果から固体撮像素子の各画素の受光量を算出するデジタル信号処理部（４００）と、デジタル信号処理部で算出された受光量に応じて遅延量を制御する制御部（５００）とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される画素信号をサンプリングするタイミングを示すサンプリング信号を生成する駆動信号生成部と、
指示された遅延量で前記サンプリング信号を遅延させて出力する遅延回路と、
前記遅延回路の出力に同期して前記画素信号をサンプリングするアナログ信号処理部と、
前記アナログ信号処理部によるサンプリング結果から前記固体撮像素子の各画素の受光量を算出するデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部で算出された受光量に応じて前記遅延量を制御する制御部とを備えている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１の固体撮像装置において、
前記デジタル信号処理部は、あるフレームを分割した複数の領域のそれぞれについて、当該領域に含まれる複数の画素の画素信号から当該領域に係る平均受光量を算出するものであり、
前記制御部は、前記算出された平均受光量に基づいて各領域に係る遅延量を算出し、当該算出した遅延量を、以降のフレームの各領域に含まれる画素の画素信号に対応する遅延量として前記遅延回路に指示する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２の固体撮像装置において、
前記算出された遅延量を格納するメモリを備え、
前記制御部は、前記遅延量を前記メモリから読み出して前記遅延回路に指示する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１の固体撮像装置において、
前記デジタル信号処理部は、あるフレームにおける複数の画素の画素信号のそれぞれに係る受光量を算出するものであり、
前記制御部は、前記算出された受光量に基づいて前記複数の画素の画素信号に係るそれぞれの遅延量を算出し、当該算出した遅延量を、以降のフレームの複数の画素の画素信号のそれぞれに対応する遅延量として前記遅延回路に指示する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項４の固体撮像装置において、
前記算出された遅延量を格納するメモリを備え、
前記制御部は、前記遅延量を前記メモリから読み出して前記遅延回路に指示する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１つの固体撮像装置を備えていることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ (Charge Coupled Device) などの固体撮像素子を使用した固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチルカメラ、監視カメラ、携帯電話付属カメラユニット等の固体撮像装置が知られている。そのような従来の撮像装置は図８に示すように、レンズユニット１００、固体撮像素子２００、アナログ信号処理部３００、デジタル信号処理部４００、カメラ制御部５００、遅延回路６００、駆動信号生成部７００、ドライブ回路８００で構成されている。固体撮像素子２００は、レンズユニット１００からの光信号を光電変換する。アナログ信号処理部３００は、図９に示すように、固体撮像素子２００から出力された信号を２重サンプリングするＣＤＳ（Correllated Double Sampling）回路３０１、黒レベルを検出するＯＢ（Optical Black）クランプ回路３０２、信号を増幅する増幅回路３０３、デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路３０４等を含む。デジタル信号処理部４００は、図１０に示すように、アナログ信号処理部３００からの出力信号に対し、画素位置に対するＲＧＢの各信号を生成するＲＧＢ補間回路４０１、輝度信号および色差信号を生成するＹＣ信号生成回路４０２、入力した画像を線形補間処理等により拡大縮小するズーム回路４０３、明るさを検出する測光処理回路４１０、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）符号化復号化／ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）符号化復号化を行う符号化処理回路４０４、符号化処理回路４０４の出力を記録媒体へ記録するための制御を行う記録媒体制御回路４０５、表示装置の制御や表示装置に表示するための画像情報を入力する表示処理回路４０６を含む。デジタル信号処理部４００内の測光処理回路４１０は、図１１に示すように固体撮像素子２００が出力した１フレームの有効画像領域に対して、複数の領域分割を行い、各領域内に存在するＲ画素信号、Ｂ画素信号、Ｇｒ画素信号、ＧＢ画素信号の平均値、輝度信号の平均値を演算し、ブロックメモリ（以下、ＢＭと称する。）に格納する回路である。また、測光処理回路４１０の周辺は図１２のような構成で、平均演算処理回路４１１では、Ｒ／Ｂ／Ｇｒ／ＧＢ信号とＹＣ信号生成回路４０２から出力された輝度信号とが入力され、図１１に示す領域ごとの平均値の演算が行われる。演算結果はブロックメモリ入出力制御回路４１２を介してＢＭ４１３に格納される。カメラ制御部５００は、図１３に示すように、アナログ信号処理部３００の増幅回路３０３のゲイン、遅延回路６００の遅延量、駆動信号生成部７００で生成される駆動信号波形の制御、デジタル信号処理部４００内の各回路の制御を行う。カメラ制御部５００は、ブロックメモリ入出力制御回路４１２を介してＢＭ４１３に格納された各領域の各平均値を読み出すことができる。カメラ制御部５００内の露光制御処理部５０１、ホワイトバランス制御処理部５０２は、デジタル信号処理部４００内の測光処理回路４１０からＲ／Ｂ／Ｇｒ／ＧＢ平均値、輝度平均値を読み出す。露光制御処理部５０１は、輝度平均値により画面の明るさを予測しアナログ信号処理部３００の増幅回路３０３に対するゲイン値の制御やレンズユニット１００内の絞り制御部１０１に対する絞り制御を行う。また、ホワイトバランス制御処理部５０２は、Ｒ／Ｂ／Ｇｒ／ＧＢ平均値により白検出やデジタル信号処理部４００のＲＧＢ補間回路４０１内等で設定す��ホワイトバランスゲイン値を制御する。遅延回路６００は、駆動信号生成部７００が生成した信号に対し所定の遅延を付加する。駆動信号生成部７００は、アナログ信号処理部３００の駆動に必要な信号及び、固体撮像装置の駆動に必要な駆動信号を生成する。具体的に、駆動信号生成部７００は、デジタル信号処理部４００、アナログ信号処理部３００のＣＤＳ回路３０１のサンプリング信号やＡ／Ｄ変換回路３０４の出力クロック信号、固体撮像素子２００の垂直転送駆動信号や水平転送駆動信号やリセット信号等の信号を生成する。ドライブ回路８００は、固体撮像素子２００の垂直転送駆動信号や水平転送駆動信号を固体撮像素子２００に対応した電圧に変換する。
【０００３】
また、デジタル信号処理部４００、カメラ制御部５００による測光処理および露光制御処理により、レンズユニット１００の絞り制御を行うことで、露光調整処理を自動的に行っている。アナログ信号処理部３００が必要とする駆動信号は、図９のように、固体撮像素子２００が出力する出力信号波形内の信号部のサンプリングタイミングを規定するＤＳ２信号、フィードスルーレベル部のサンプリングを規定するＤＳ１信号、固体撮像素子２００が出力する信号内の黒信号領域（ＯＢ領域）の黒レベルの位置情報を示すＣＰＯＢ信号、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング／出力タイミングを規定するＡＤＣＫ信号であり、これら各信号は駆動信号生成部７００にて生成され、各信号を基準に、遅延回路６００にて時間遅延が付加される。
【０００４】
このような固体撮像装置には、セット内の部品変更、動作時の温度変化、電子部品への供給電圧の変化で、遅延回路６００を介して駆動信号生成部７００がアナログ信号処理部３００へ供給する駆動信号（ＣＤＳ／ＯＢサンプリング、Ａ／Ｄ変換クロック等）が、工場調整値から変化してしまう問題がある。それに対して温度センサ、電圧検出等の各センサを介して、カメラ制御部５００にて、遅延回路６００の遅延量を制御し、撮影ごと、セット温度、供給電圧に応じてアナログ信号処理部３００へ供給する駆動信号の遅延量を変更することで、セット調整作業工数の軽減、最適タイミングによる撮像画像の高画質化を図る撮像装置がある。図１３に示すように、撮像装置の電源投入時は初期設定処理部５０３が、撮像モードの切替わり時は撮影モード制御処理部５０４が、遅延設定処理部５０５に対しては遅延量、駆動波形設定処理部５０６に対しては各駆動信号波形の波形情報を出力し、遅延設定処理部５０５は遅延回路６００へ遅延情報を、駆動波形設定処理部５０６は駆動信号生成部７００へ駆動信号波形の波形情報を出力する。このような動作で、固体撮像素子２００、アナログ信号処理部３００の駆動波形や遅延量を制御しサンプリング信号を制御している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５４０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の固体撮像装置における固体撮像素子２００が出力する１画素信号を図１４に示す。固体撮像素子２００が出力する信号は、フィードスルー範囲と信号範囲に区別でき、アナログ信号処理部３００内のＣＤＳ回路３０１は、フィードスルー部をＤＳ１信号で、信号部をＤＳ２信号でサンプリングする。信号範囲は、固体撮像素子２００の画素信号レベルが大きくなる、つまりは、受光量が大きくなるにつれて、１，２，３の状態に変化する。また、１，２，３それぞれの状態において、信号としてサンプリングすべき範囲はＡ，Ｂ，Ｃであり、信号量に応じてサンプリングすべきポイントが変化する。しかし、ＤＳ２信号は撮影モードによって一定に決定されるものであり、図の例のように、２の状態のＢに調整された場合は、１，３の状態でサンプリングすべきポイントでＣＤＳ回路３０１が信号レベルを取得できないことになり、アナログ信号処理部３００から出力される画像信号はリニアリティーがとれていないものになり、デジタル信号処理部４００から出力される画像の画質が劣化する。
【０００７】
かかる点に鑑みて、本発明は、固体撮像素子の信号量に応じたタイミングで信号をサンプリングすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明によって次のような解決手段を講じた。すなわち、固体撮像装置は、固体撮像素子と、固体撮像素子から出力される画素信号をサンプリングするタイミングを示すサンプリング信号を生成する駆動信号生成部と、指示された遅延量でサンプリング信号を遅延させて出力する遅延回路と、遅延回路の出力に同期して画素信号をサンプリングするアナログ信号処理部と、アナログ信号処理部によるサンプリング結果から固体撮像素子の各画素の受光量を算出するデジタル信号処理部と、デジタル信号処理部で算出された受光量に応じて遅延量を制御する制御部とを備えているものとする。
【０００９】
これによると、固体撮像素子の各画素の受光量に応じた遅延量でサンプリング信号を遅延させることができるため、固体撮像素子から出力される信号レベルに応じたタイミングで画素信号をサンプリングすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、固体撮像素子の信号量に応じたタイミングで信号をサンプリングすることができるため、取得画像のリニアリティー向上による高画質化、ノイズ低下、光量入力に対する信号量出力の直線性精度向上、また、Ｒ／Ｇ，Ｂ／Ｇ比の色再現性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のアナログ信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１のデジタル信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】図３の測光処理回路の構成を示すブロック図である。
【図５】図１のカメラ制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図６の画素遅延量制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８のアナログ信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１０】図８のデジタル信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１１】有効画像領域内の複数の領域を説明するための図である。
【図１２】図１０の測光処理回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】図８のカメラ制御部の構成を示すブロック図である。
【図１４】固体撮像素子の出力信号とサンプリング信号との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。固体撮像素子２００は、絞りやフォーカス調整機能を有するレンズユニット１００からの光信号を光電変換する。アナログ信号処理部３００は、固体撮像素子２００から出力された信号を受け、Ａ／Ｄ変換した信号を出力する。デジタル信号処理部４００は、アナログ信号処理部３００から出力されたデジタル信号に対し、信号処理を行う。駆動信号生成部７００はアナログ信号処理部３００の駆動に必要な信号及び、固体撮像装置の駆動に必要な基準信号を生成する。遅延回路６００は、駆動信号生成部７００が生成した各信号に対して遅延を付加する。ドライブ回路８００は、固体撮像素子２００の垂直転送駆動信号や水平転送駆動信号を固体撮像素子２００に対応した電圧に変換する。カメラ制御部５００は、アナログ信号処理部３００、デジタル信号処理部４００、駆動信号生成部７００、遅延回路６００に対して必要な情報を出力し、固体撮像装置として所望の画像やデータを出力できるように制御を行う。
【００１３】
以下各処理部内について説明する。アナログ信号処理部３００は、図２に示すように、固体撮像素子２００から出力された信号を２重サンプリングするＣＤＳ回路３０１、黒レベルを検出するＯＢクランプ回路３０２、信号増幅する増幅回路３０３、デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路３０４等で構成することができる。
【００１４】
アナログ信号処理部３００が必要とする駆動信号は、固体撮像素子２００が出力する出力信号波形内の信号部のサンプリングタイミングを規定するＤＳ２信号、フィードスルーレベル部のサンプリングを規定するＤＳ１信号、固体撮像素子２００が出力する信号内の黒信号領域（ＯＢ領域）の黒レベルの位置情報を示すＣＰＯＢ信号、Ａ／Ｄ変換回路３０４のサンプリング／出力タイミングを規定するＡＤＣＫ信号であり、これら各信号は駆動信号生成部７００にて生成され、各信号を基準に、遅延回路６００にて各々独立した時間遅延が付加される。
【００１５】
デジタル信号処理部４００は、図３に示すように、アナログ信号処理部３００からの出力信号に対し画素位置に対するＲＧＢの各信号を生成するＲＧＢ補間回路４０１、輝度信号や色差信号を生成するＹＣ信号生成回路４０２、入力した画像を線形補間処理等により拡大縮小するズーム回路４０３、明るさを検出する測光処理回路４１０、ＪＰＥＧ符号化／ＭＰＥＧ符号化等を行う符号化処理回路４０４、符号化処理回路４０４の出力を記録媒体へ記録するための制御を行う記録媒体制御回路４０５、表示装置の制御や表示装置に表示するための画像情報を入力する表示処理回路４０６で構成される。
【００１６】
測光処理回路４１０は、図４に示すように、固体撮像素子２００が出力した１フレームの有効画像領域に対して、複数の領域分割を行い、各領域内に存在するＲ画素信号、Ｂ画素信号、Ｇｒ画素信号、ＧＢ画素信号の平均値、輝度信号の平均値を演算し、ブロックメモリ（以下、ＢＭと称する。）４１３に格納する回路である。平均演算処理回路４１１は、Ｒ／Ｂ／Ｇｒ／ＧＢ信号およびＹＣ信号生成回路４０２から出力された輝度信号を受け、図１１に説明した領域ごとの平均値の演算を行う。演算結果はブロックメモリ入出力制御回路４１２を介してＢＭ４１３に格納される。ＢＭ４１３に格納された各領域の各平均値は、ブロックメモリ入出力制御回路４１２を介してカメラ制御部５００に読み出される。
【００１７】
カメラ制御部５００は、図５に示すように、撮像装置の電源投入時は初期設定処理部５０３が、撮像モードの切替わり時は撮影モード制御処理部５０４が、遅延設定処理部５０５に対しては遅延量、駆動波形設定処理部５０６に対しては各駆動信号波形の波形情報を出力し、遅延設定処理部５０５は遅延回路６００へ遅延情報を、駆動波形設定処理部５０６は駆動信号生成部７００へ駆動信号波形の波形情報を出力する。カメラ制御部５００は、露光制御処理部５０１、測光処理部５１０、遅延設定処理部５０５、駆動波形設定処理部５０６を含む。
【００１８】
露光制御処理部５０１は、輝度平均値により画面の明るさを予測しアナログ信号処理部３００の増幅回路３０３に対するゲイン値の制御やレンズユニット１００内の絞り制御部１０１に対する絞り制御を固体撮像装置の１フレームの出力を開始するタイミング（垂直同期タイミング）にて行う。
【００１９】
測光処理部５１０は、測光量演算処理部５１１と遅延量演算処理部５１２とを含む。測光量演算処理部５１１は、露光制御処理部５０１がアナログ信号処理部３００の増幅回路３０３に設定しているゲイン値と、デジタル信号処理部４００内の測光処理回路４１０内のＢＭ４１３に格納されているＲＧＢ平均値あるいは、輝度平均値から測光処理回路４１０が分割している各領域の固体撮像素子２００の予測出力信号量を演算する。
【００２０】
遅延量演算処理部５１２は、測光量演算処理部５１１が演算した各領域の予測出力信号量に応じた駆動波形の遅延量を演算する。遅延設定処理部５０５は、遅延量演算処理部５１２、初期設定処理部５０３、撮影モード制御処理部５０４等から出力される遅延情報を遅延回路６００に出力する。駆動波形設定処理部５０６は、初期設定処理部５０３、撮影モード制御処理部５０４等から出力される駆動設定情報を、駆動信号生成部７００に出力する。
【００２１】
駆動信号生成部７００は、固体撮像素子２００が出力する出力信号波形内の信号部のサンプリングタイミングを規定するＤＳ２信号、フィードスルーレベル部のサンプリングを規定するＤＳ１信号、固体撮像素子２００が出力する信号内の黒信号領域（ＯＢ領域）の黒レベルの位置情報を示すＣＰＯＢ信号、Ａ／Ｄ変換回路３０４のサンプリング／出力タイミングを規定するＡＤＣＫ信号、アナログ信号処理やデジタル信号処理が画像信号処理の開始や画像内の位置情報を判断するための基準信号である垂直同期信号、水平同期信号を生成する。
【００２２】
以上、本実施形態によると、アナログ信号処理部３００は、駆動信号生成部７００にて生成され、その信号を基準に、カメラ制御部５００内の測光量演算処理部５１１、遅延量演算処理部５１２にて演算された固体撮像素子２００の予測出力信号量に応じた遅延量の駆動波形にてサンプリングを行うことが可能となる。したがって、どのような固体撮像素子２００の出力量においても、ＣＤＳ回路３０１にてリニアリティーを保つタイミングで固体撮像素子２００の出力信号波形のサンプリングが可能になる。すなわち、固体撮像素子の受光光量に応じた最適なタイミングでの画像取得が可能となる。また、このような機能を持つデジタルカメラや携帯電話カメラユニット、監視カメラ等の製品においても同様の機能が実現できる。
【００２３】
＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態に係る固体撮像装置に、画素遅延量制御部９００、画素遅延量テーブル１０００が加わった構成である。
【００２４】
画素遅延量テーブル１０００は、固体撮像素子２００の有効画素分の遅延量データが格納可能なメモリ領域である。画素遅延量演算回路９０１は、アナログ信号処理部３００の出力信号、カメラ制御部５００がレンズユニット１００に出力するゲイン値、駆動信号生成部７００が生成した各生成信号を受け、固体撮像素子２００の出力信号の各画素の予測出力信号量を演算し、その予測出力信号量に応じた駆動波形の遅延量を演算し、その遅延量を画素遅延量テーブル入出力制御回路９０２を介して画素遅延量テーブル１０００に格納する。また、画素遅延量演算回路９０１は、アナログ信号処理部３００のＣＤＳ回路３０１に入力された画素位置に対応した遅延量を、画素遅延量テーブル入出力制御回路９０２を介して画素遅延量テーブル１０００から読み出して遅延回路６００へ出力し、画素単位でサンプリング波形の遅延を制御する。
【００２５】
以上、本実施形態によると、１フレーム内における画素単位での予測出力信号量に応じた遅延量の駆動波形にてサンプリングを行うことが可能となり、固体撮像素子の各画素の受光光量に応じた最適なタイミングでの画像取得が可能となる。
【００２６】
なお、画素遅延量制御部９００と画素遅延量テーブル１０００とを持つ構成で、遅延量の演算を第１の実施形態のようにカメラ制御部５００が行ってもよい。すなわち、カメラ制御部５００は、アナログ信号処理部３００のＣＤＳ回路３０１に入力された画素位置に対応した遅延量を画素遅延量テーブル１０００から読み出して遅延回路６００へ出力し、画素遅延量制御部９００は、画素単位でサンプリング波形の遅延の制御を行ってもよい。また、画素遅延量テーブル１０００は、第１の実施形態で説明した複数の領域それぞれの遅延量データを格納してもよい。また、画素遅延量テーブル１０００を固体撮像装置の外部に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像素子の受光光量に応じた最適なタイミングでの画像取得が可能となるため、高画質化等が求められるデジタルカメラや携帯電話カメラユニット、監視カメラ等の製品等に有用である。
【符号の説明】
【００２８】
２００        固体撮像素子
３００        アナログ信号処理部
４００        デジタル信号処理部
５００        カメラ制御部（制御部）
６００        遅延回路
７００        駆動信号生成部
１０００      画素遅延量テーブル（メモリ）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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