(57)【要約】【課題】各種制御の調整を簡易化した固体撮像モジュールを提供する。【解決手段】半導体ベースの光電変換素子を含む撮像素子１０と、撮像条件を決定する演算手段１２ａを含み、撮像条件に基づいて撮像素子を制御する制御部１２と、を備え、制御部１２は、基本クロックの単位時間当たりの基本クロック数ＮＣＬＫを設定及び保持するレジスタ１２ｂをさらに備え、演算手段１２ａは、基本クロック数ＮＣＬＫに基づいて撮像条件を演算する固体撮像モジュールである。【選択図】図１
2008028689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ベースの光電変換素子を含む撮像素子と、
撮像条件を決定する演算手段を含み、前記撮像条件に基づいて前記撮像素子を制御する制御部と、を備えた固体撮像モジュールであって、
前記制御部は、基本クロックの周波数に対応する値を設定及び保持するレジスタをさらに備え、
前記演算手段は、前記レジスタに保持された値に基づいて撮像条件を演算することを特徴とする固体撮像モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像モジュールであって、
前記レジスタはさらにフレームレートに対応する値を設定及び保持するものであり、
前記演算手段は、前記レジスタに保持された値に基づいて１垂直走査期間当たりの水平走査数を算出することを特徴とする固体撮像モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像モジュールであって、
前記レジスタはさらに機械的シャッタの遅れ時間に対応する値を設定及び保持するものであり、
前記演算手段は、前記レジスタに保持された値に基づいて機械的シャッタの遅れ時間当たりの水平走査数を算出することを特徴とする固体撮像モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像モジュールの操作性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）やＣ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の素子を備えた固体撮像モジュールは、制御のベースとなる基本クロックに対する１水平走査期間のクロック数と１垂直走査期間内の水平走査数とによって動作が決定される。
【０００３】
また、固体撮像モジュールの動作周期は、各種の規格や蛍光灯の発光周期に基づいて、通常は３０フレーム／秒（Ｆｐｓ）、２０Ｆｐｓ、５Ｆｐｓ等のフレームレートに規定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体撮像モジュールでは、基本クロックの周波数（基本周波数）を使用するユーザ毎（メーカー毎）に設定可能としている。このとき、所望のフレームレートを得るために、１水平走査期間のクロック数と１垂直走査期間内の水平走査数をユーザ毎に固体撮像モジュールに内蔵されたレジスタ等に設定する必要がある。
【０００５】
また、機械的なシャッタを採用した固体撮像モジュールでは、モジュール毎に機械的な動作の遅れ時間に対するキャリブレーションが必要となる。しかしながら、補正する際、キャリブレーション時に用いた基本クロックを基準とした補正値しか設定できず、エンドユーザ毎に補正値を調整する必要がある。
【０００６】
本発明は、各種制御の調整を簡易化した固体撮像モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、半導体ベースの光電変換素子を含む撮像素子と、撮像条件を決定する演算手段を含み、前記撮像条件に基づいて前記撮像素子を制御する制御部と、を備えた固体撮像モジュールであって、前記制御部は、基本クロックの周波数に対応する値を設定及び保持するレジスタをさらに備え、前記演算手段は、前記レジスタに保持された値に基づいて撮像条件を演算することを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記レジスタはさらにフレームレートに対応する値を設定及び保持するものであり、前記演算手段は、前記レジスタに保持された値に基づいて１垂直走査期間当たりの水平走査数を算出することが好適である。また、前記レジスタはさらに機械的シャッタの遅れ時間に対応する値を設定及び保持するものであり、前記演算手段は、前記レジスタに保持された値に基づいて機械的シャッタの遅れ時間当たりの水平走査数を算出することが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、固体撮像モジュールに対する各種制御の調整を簡易化し、操作性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態における固体撮像モジュール１００は、図１に示すように、固体撮像素子１０、制御部１２、設定入力部１４、出力処理部１６及び機械式シャッタ機構１８を備えて構成される。
【００１１】
本実施の形態では、固体撮像素子１０はフレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子としている。固体撮像素子１０は、図２に示すように、撮像部１０ｉ、蓄積部１０ｓ、水平転送部１０ｈ及び出力部１０ｄを含んで構成される。
【００１２】
撮像部１０ｉは、垂直方向に互いに平行に配置された複数の垂直シフトレジスタを備える。各垂直シフトレジスタの各ビットは受光画素を構成し、撮像時には外部から入射される光の強度に対応して生成される情報電荷を蓄積する。撮像部１０ｉには、各受光画素に対応付けて赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタをモザイク状に配置することによってカラー画像の撮像を行うことができる。転送時には、フレームクロックパルス発生部から転送電極に印加される垂直クロックパルスφｉを受けて、各画素に蓄積された情報電荷が蓄積部１０ｓに向けて転送される。蓄積部１０ｓは、撮像部１０ｉの各垂直シフトレジスタと連続するように互いに平行に配置された垂直シフトレジスタを備える。蓄積部１０ｓは、垂直クロックパルス発生部から転送電極に印加される垂直クロックパルスφｉを受けて、撮像部１０ｉから転送されてくる情報電荷を蓄積すると共に垂直方向へ転送する。水平転送部１０ｈは、蓄積部１０ｓの各垂直シフトレジスタの出力側に配置された水平シフトレジスタを備える。水平転送部１０ｈは、水平クロックパルス発生部から水平転送電極へ印加される水平クロックパルスφｈを受けて蓄積部１０ｓから転送出力される情報電荷を出力部１０ｄへ順次転送する。出力部１０ｄは、水平転送部１０ｈの出力側に配置された容量を備える。出力部１０ｄは、リセットクロックパルス発生部及びサンプリングクロックパルス発生部からリセットクロックパルスφｒ及びサンプリングクロックパルスφｓを受けて、水平転送部１０ｈから転送出力される情報電荷をこの容量に蓄積し、蓄積された電荷量に応じた電圧に変換して出力信号として出力する。この出力信号の電圧値が画像信号となる。
【００１３】
制御部１２は、演算手段１２ａを含んで構成され、設定入力部１４によって内蔵レジスタ１２ｂにセットされたパラメータに基づいて各種の撮像条件を算出し、撮像条件に応じてクロックパルスφｉ，φｈ，φｒ，φｓを生成して固体撮像素子１０へ出力する。これによって、制御部１２は、固体撮像素子１０での撮像時間や情報電荷の転送時間を制御する。また、制御部１２は、機械式シャッタ機構１８へシャッタ信号を出力することによって、固体撮像素子１０への光の入射と遮断を制御する。演算手段１２ａを用いた撮像条件の算出処理については後述する。
【００１４】
設定入力部１４は、固体撮像モジュール１００に対するユーザからの設定値等に入力を受け付ける手段である。設定入力部１４は、例えば、カメラに設けられたディスプレイと入力ボタンの組み合わせを含んで構成される。また、液晶等のディスプレイを兼ねたタッチパネルを含んで構成されてもよい。ユーザは、設定入力部１４を用いて、固体撮像モジュール１００の制御部１２に対する撮像条件等の設定を行う。
【００１５】
出力処理部１６は、固体撮像素子１０の出力部１０ｄからの出力信号を受けて、出力信号に対して増幅、色補正、スミア除去、Γ補正等の信号処理を施して画像信号として出力する。
【００１６】
機械式シャッタ機構１８は、固体撮像素子１０の撮像部１０ｉの受光面側に設けられる。機械式シャッタ機構１８は、制御部１２からのシャッタ信号を受けて、シャッタを機械的に動作させて撮像部１０ｉへの外部からの光の入射と遮断を制御する。
【００１７】
以下、制御部１２の演算手段１２ａにおける撮像条件の算出処理について説明する。演算手段１２ａは、制御部１２に内蔵されているレジスタ１２ｂにセットされている基本クロックＣＬＫの単位時間（通常１ｍｓｅｃ）当たりの基本クロック数ＮＣＬＫに基づいて撮像条件を算出する。基本クロック数ＮＣＬＫは、設定入力部１４を用いてユーザによってレジスタ１２ｂに予め設定される。
【００１８】
なお、基本クロックＣＬＫとは、固体撮像モジュール１００における処理の基準となる所定の周期を有するクロック信号であり、例えば、ユーザの使用状況に応じて１３．５ＭＨｚ、５ＭＨｚ、３ＭＨｚ等に設定される。基本クロック数ＮＣＬＫは、基本クロックＣＬＫの周波数が１３．５ＭＨｚである場合にはそれに対応する値として１３５００に設定され、５ＭＨｚである場合にはそれに対応する値として５０００に設定され、３ＭＨｚの場合にはそれに対応する値として３０００に設定される。
【００１９】
また、本実施の形態では、単位時間（通常１ｓｅｃ）当たりの撮像フレーム数ＮＦＬ及び機械的シャッタの機械遅れ時間ＴＤＬＹもレジスタ１２ｂに設定される。撮像フレーム数ＮＦＬ及び機械遅れ時間ＴＤＬＹは、設定入力部１４を用いてユーザによってレジスタ１２ｂに予め設定される。撮像フレーム数ＮＦＬは、蛍光灯の発光周期に影響を受けて撮像画面にフリッカーが生じない値に設定されることが好ましく、通常は３０Ｆｐｓ（Ｆｌａｍｅ  Ｐｅｒ  Ｓｅｃ）、２０Ｆｐｓ、１５Ｆｐｓ等に対応した値として設定される。機械的シャッタの機械遅れ時間ＴＤＬＹは、実際のシャッタ動作の遅れに対して補償したい時間（キャリブレーション時間）をそのまま設定する。例えば、シャッタ動作の遅れを２．２ｍｓｅｃだけ補償したい場合には、それに対応する機械遅れ時間ＴＤＬＹとして２．２ｍｓｅｃをレジスタに設定する。
【００２０】
演算手段１２ａは、レジスタ１２ｂに設定及び保持されている基本クロック数ＮＣＬＫ及び撮像フレーム数ＮＦＬを読み出し、１垂直走査期間当たりの水平走査数、機械的シャッタのキャリブレーション値等の撮像条件を算出する。例えば、１垂直走査期間当たりの水平走査数ＮＨは、数式（１）に基づいて算出することができる。ここで、ＮＨＣＬＫは１水平期間当たりの基本クロックＣＬＫのクロック数であり、システムによって決まる値であり、レジスタ１２ｂに設定される。なお、撮像フレーム数ＮＦＬが秒単位で設定されている場合には、基本クロック数ＮＣＬＫに合わせて例えばｍｓｅｃ単位に換算して計算を行う。
【００２１】
ＮＨ＝ＮＣＬＫ／（ＮＦＬ×ＮＨＣＬＫ）・・・・（１）
【００２２】
また、機械遅れ時間ＴＤＬＹ当たりの水平走査数を示す機械的シャッタのキャリブレーション値ＶＣは、数式（２）に基づいて算出することができる。
【００２３】
ＶＣ＝ＮＣＬＫ×ＴＤＬＹ／ＮＨＣＬＫ・・・・（２）
【００２４】
制御部１２は、演算手段１２ａにおいて算出された撮像条件（ここでは、１垂直走査期間当たりの水平走査数ＮＨ）に基づいて、撮像条件に応じてクロックパルスφｉ，φｈ，φｒ，φｓを生成して固体撮像素子１０へ出力する。これにより、固体撮像素子１０からの出力信号について水平同期及び垂直同期をとることができる。また、制御部１２は、演算手段１２ａにおいて算出された撮像条件（ここでは、機械的シャッタのキャリブレーション値ＶＣ）に基づいて、シャッタ信号の出力タイミングを補正して、機械式シャッタ機構１８へシャッタ信号を出力する。
【００２５】
以上のように、本実施の形態では、基本クロックＣＬＫの単位時間（通常１ｍｓｅｃ）当たりの基本クロック数ＮＣＬＫをレジスタに設定することによって、１垂直走査期間内の水平走査数ＮＨを単位時間（通常１ｓｅｃ）当たりの撮像フレーム数ＮＦＬを用いて算出することができ、ユーザは１垂直走査期間内の水平走査数ＮＨ自体をレジスタ等に設定する必要がなくなる。また、機械的な動作遅れ時間のキャリブレーション値ＶＣを機械的シャッタの機械遅れ時間ＴＤＬＹを用いて算出することができ、ユーザは、基本クロックＣＬＫを基準とした補正値ではなく、実際に補償したい時間を設定するのみでよい。このように、固体撮像モジュールにおける撮像の制御の調整を簡易化及び容易化することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、１水平走査期間当たりの基本クロックＣＬＫのクロックＮＣＬＫをレジスタ１２ｂに設定する構成としたが、演算手段１２ａによってＮＣＬＫを算出する構成としてもよい。例えば、固体撮像モジュールで用いられる固体撮像素子の垂直方向の画素数と水平方向の画素数とをレジスタ１２ｂに設定及び保存し、レジスタ１２ｂに保持された画素数と単位時間当たりの基本クロックの数ＮＣＬＫに基づいてＮＣＬＫを算出する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における固体撮像素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  固体撮像素子、１０ｉ  撮像部、１０ｄ  出力部、１０ｈ  水平転送部、１０ｓ  蓄積部、１２  制御部、１２ａ  演算手段、１２ｂ  レジスタ、１４  設定入力部、１６  出力処理部、１８  機械式シャッタ機構、１００  固体撮像モジュール。
【図１】
2008028689.tif 000003
【図２】
2008028689.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月19日(2007.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
撮像部１０ｉは、垂直方向に互いに平行に配置された複数の垂直シフトレジスタを備える。各垂直シフトレジスタの各ビットは受光画素を構成し、撮像時には外部から入射される光の強度に対応して生成される情報電荷を蓄積する。撮像部１０ｉには、各受光画素に対応付けて赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタをモザイク状に配置することによってカラー画像の撮像を行うことができる。転送時には、フレームクロックパルス発生部から転送電極に印加される垂直クロックパルスφｉを受けて、各画素に蓄積された情報電荷が蓄積部１０ｓに向けて転送される。蓄積部１０ｓは、撮像部１０ｉの各垂直シフトレジスタと連続するように互いに平行に配置された垂直シフトレジスタを備える。蓄積部１０ｓは、垂直クロックパルス発生部から転送電極に印加される垂直クロックパルスφｓを受けて、撮像部１０ｉから転送されてくる情報電荷を蓄積すると共に垂直方向へ転送する。水平転送部１０ｈは、蓄積部１０ｓの各垂直シフトレジスタの出力側に配置された水平シフトレジスタを備える。水平転送部１０ｈは、水平クロックパルス発生部から水平転送電極へ印加される水平クロックパルスφｈを受けて蓄積部１０ｓから転送出力される情報電荷を出力部１０ｄへ順次転送する。出力部１０ｄは、水平転送部１０ｈの出力側に配置された容量を備える。出力部１０ｄは、リセットクロックパルス発生部からリセットクロックパルスφｒを受けて、水平転送部１０ｈから転送出力される情報電荷をこの容量に蓄積し、蓄積された電荷量に応じた電圧に変換して出力信号として出力する。この出力信号の電圧値が画像信号となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
なお、本実施の形態においては、１水平走査期間当たりの基本クロックＣＬＫのクロックＮＨＣＬＫをレジスタ１２ｂに設定する構成としたが、演算手段１２ａによってＮＨＣＬＫを算出する構成としてもよい。例えば、固体撮像モジュールで用いられる固体撮像素子の垂直方向の画素数と水平方向の画素数とをレジスタ１２ｂに設定及び保存し、レジスタ１２ｂに保持された画素数と単位時間当たりの基本クロックの数ＮＣＬＫに基づいてＮＨＣＬＫを算出する構成としてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008028689.tif 000005
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008028689.tif 000006