特許 7438379 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/445 20230101AFI20240216BHJP

【ＦＩ】

H04N25/445

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022547422

(86)(22)【出願日】2021-07-16

(86)【国際出願番号】 JP2021026766

(87)【国際公開番号】W WO2022054405

(87)【国際公開日】2022-03-17

【審査請求日】2022-11-22

(31)【優先権主張番号】P 2020150922

(32)【優先日】2020-09-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】榎本 一仁

【審査官】鈴木 圭一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－１９１８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０４２８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４４２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３６３６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７１７０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２５／４４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向および垂直方向に配置された複数のフォトダイオードを画素として有する光電変換素子と、
前記光電変換素子に水平転送パルスを供給するタイミング発生回路と、
前記タイミング発生回路から前記光電変換素子へ供給される前記水平転送パルスの周期が、第１周期、または、前記第１周期より高速な第２周期を有する様に、前記タイミング発生回路を制御する制御回路と、を有し、
前記光電変換素子の出力は、映像出力として使用する第１領域と、映像出力として使用しない第２領域と、を含み、
前記制御回路は、
前記第１領域に対応して、前記光電変換素子へ前記第１周期の前記水平転送パルスが供給され、前記第２領域に対応して、前記光電変換素子へ前記第２周期の前記水平転送パルスが供給されるように、前記タイミング発生回路を制御し、
前記制御回路は、
前記第１領域の前記水平方向の開始画素番号を設定可能な第１設定部と、
前記第１領域の前記水平方向の終了画素番号を設定可能な第２設定部と、を含み、
前記第１設定部と前記第２設定部とは、外部制御信号に基づいて設定可能とされ、
前記第１領域は、前記水平方向が前記開始画素番号と前記終了画素番号とにより設定された画素の配列数とされ、前記垂直方向がすべての画素の配列数とされ、
前記水平転送パルスの高速転送部分とされる前記第２領域の期間と通常転送部分とされる前記第１領域の期間を前記外部制御信号により制御することで、映像部分として使用する前記第１領域の前記水平方向の画素数を可変する事ができ、これにより撮像物体が横に移動しても撮像エリアを追随する事が出来る、
撮像装置。

【請求項2】

請求項１の撮像装置において、
前記光電変換素子は、ＣＣＤである、撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、撮像装置に関し、特に、被写体をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子を用いて撮像する撮像装置に適用して有効な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

撮像装置として、被写体をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子を用いて撮像する撮像装置が知られている。このような撮像装置において、パーシャルスキャン（株式会社 日立国際電気の登録商標）を行うテレビジョンカメラが提案されている（たとえば、特開２００８－４２８３８号公報参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－４２８３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

撮像装置で撮影する被写体として、例えば、垂直方向に落下または移動するボールの様な被写体を撮影する場合がある。この場合、ボールは垂直方向に落下または移動するので、ボールが位置する水平方向の必要な部分のみの映像出力を取得すればよいことになる。つまり、パーシャルスキャン方式において、横方向（水平方向）のパーシャルスキャンを実現できればよいことになる。

【0005】

本開示の課題は、水平方向の必要な部分のみの映像出力を得てフレームレートを高くすることが可能な撮像装置を提供することにある。

【0006】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

【0008】

一実施の形態による撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子に水平転送パルスを供給するタイミング発生回路と、前記タイミング発生回路から前記光電変換素子へ供給される前記水平転送パルスの周期が、第１周期、または、前記第１周期より高速な第２周期を有する様に、前記タイミング発生回路を制御する制御回路と、を有する。前記光電変換素子の出力は、映像出力として使用する第１領域と、映像出力として使用しない第２領域と、を含む。前記制御回路は、前記第１領域に対応して、前記光電変換素子へ前記第１周期の前記水平転送パルスが供給され、前記第２領域に対応して、前記光電変換素子へ前記第２周期の前記水平転送パルスが供給されるように、前記タイミング発生回路を制御する。

【発明の効果】

【0009】

上記撮像装置によれば、水平方向の必要な部分のみの映像出力を得てフレームレートを高くすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施例に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１のタイミング発生回路および制御回路の構成例を示すブロック図である。

【図3】図３は、実施例に係る水平転送パルスの周期を説明するタイミング図である。

【図4】図４は、実施例によって得られる映像のイメージを説明する図である。

【図5】図５は、変形例に係る水平転送パルスを説明するタイミング図である。

【図6】図６は、変形例によって得られる映像のイメージを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

【実施例】

【0012】

以下、実施例および変形例について図面を用いて説明する。図１は、実施例に係る固体撮像装置１０の構成例を示すブロック図である。図２は、図１のタイミング発生回路および制御回路の構成例を示すブロック図である。図３は、実施例に係る水平転送パルスを説明するタイミング図である。図４は、実施例によって得られる映像のイメージを説明する図である。

【0013】

図１に示す様に、固体撮像装置１０は、光電変換素子１と、映像処理回路２と、出力回路３と、タイミング発生回路４と、制御回路５と、を有する。光電変換素子１は、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子であり、図示しない光学系を介して入射した光を光電変換し得られた電荷を蓄積するところの行列状に配置された複数のフォトダイオードと、この複数のフォトダイオードの各列において、列方向に配置された複数のフォトダイオードに蓄積された電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送路と、垂直方向に転送された電荷をさらに水平方向に転送する水平転送路と、を有する。行列状に配置された複数のフォトダイオードのおのおのは、画素と言い換えることもできる。

【0014】

映像処理回路２は、転送された電荷を映像信号に変換し、出力回路３は映像信号をインタフェース変換し、映像出力信号６として固体撮像装置１０の外部に出力する。タイミング発生回路４は、たとえば、露光開始パルス、露光終了パルス、垂直同期信号、水平同期信号、垂直転送パルス、水平転送パルスなどを生成して光電変換素子１と映像処理回路２とを駆動することで、光電変換素子１の動作と映像処理回路２の動作とを制御する。制御回路５は、ＲＳ－２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ２．０、ＵＳＢ３．０、イーサーネット、ＣｏａｘＰｒｅｓｓやスイッチなどを介して外部制御信号７を受け、光電変換素子１の動作モードを切り替える。ここでは、後述される図２で説明するが、制御回路５は、外部制御信号７にしたがって、タイミング発生回路４から光電変換素子１に供給される水平転送パルス（Ｔｈ）の周期（Ｔ）を、第１周期（Ｔ１）、または、第１周期（Ｔ１）より高速な第２周期（Ｔ２：Ｔ２＞Ｔ１）から選択するものである。

【0015】

光電変換素子１の出力は、後述される図４で説明するが、映像出力信号６として使用する第１領域（Ｒ１）と、映像出力信号６として使用しない第２領域（Ｒ２）と、を含み、水平転送パルス（Ｔｈ）の周期（Ｔ）は第１領域（Ｒ１）において第１周期（Ｔ１）とされ、水平転送パルス（Ｔｈ）の周期（Ｔ）は第２領域（Ｒ２）において第２周期（Ｔ２）とされる。

【0016】

図２は、図１のタイミング発生回路および制御回路の構成例を示すブロック図である。タイミング発生回路４は、パルス発生部４１と、垂直同期信号生成部４２と、垂直転送パルス生成部４３と、水平同期信号生成部４４と、水平転送パルス生成部４５と、を含む。

【0017】

パルス発生部４１は、クロックパルスを生成する。垂直同期信号生成部４２は、クロックパルスに基づいて、垂直同期信号ＶＳを生成する。垂直同期信号ＶＳの１周期は、1フレーム分の映像出力信号６の期間を示している。一般的には、垂直同期信号ＶＳの１周期において、行列状に配置された複数のフォトダイオードの全てに蓄積された電荷が読み出されて、1フレーム分の映像出力信号６が生成される。

【0018】

垂直転送パルス生成部４３は、クロックパルスに基づいて、垂直転送パルスＴｖを生成し、垂直転送路へ供給する。水平同期信号生成部４４は、クロックパルスに基づいて、水平同期信号ＨＳを生成する。水平同期信号ＨＳは、行列状に配置された複数のフォトダイオードの各行に対応して生成される。したがって、垂直同期信号ＶＳの１周期には、行列状に配置された複数のフォトダイオードの行数に対応する複数の水平同期信号ＨＳが含まれることになる。水平転送パルス生成部４５は、クロックパルスに基づいて、水平転送パルスThを生成し、水平転送路へ供給する。

【0019】

水平転送パルス生成部４５は、第１端子ａと、第２端子ｂと、スイッチ素子ＳＷと、を含む。第１周期Ｔ１の水平転送パルスＴｈが第1端子ａから生成され、第１周期Ｔ１より高速な第２周期Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）の水平転送パルスＴｈが第２端子ｂから生成され、スイッチ素子ＳＷを第1端子ａまたは第２端子ｂに選択的に接続することにより、水平転送パルスＴｈの周期Ｔを、第１周期Ｔ１、または、第２周期Ｔ２から選択する。スイッチ素子ＳＷの動作は、制御回路５から供給される制御信号７１により制御される。

【0020】

制御回路５は、第1領域範囲設定部５１を有し、第1領域範囲設定部５１は、開始画素番号設定部（第１設定部）５２と、終了画素番号設定部（第２設定部）５３と、を有する。図４に示す様に、光電変換素子１の出力は、映像出力信号６として使用する第１領域Ｒ１と、映像出力信号６として使用しない第２領域Ｒ２と、有しており、第１領域Ｒ１の領域の範囲が開始画素番号設定部５２と終了画素番号設定部５３とにより設定可能に構成されている。開始画素番号設定部５２には、光電変換素子１の水平方向（行方向）において、第１領域Ｒ１の開始位置に対応する画素の番号Ｐ１が外部制御信号７に基づいて設定可能にされている。また、終了画素番号設定部５３には、光電変換素子１の水平方向（行方向）において、第１領域Ｒ１の終了位置に対応する画素の番号Ｐ２が外部制御信号７に基づいて設定可能にされている。

【0021】

たとえば、図４に示す様に、光電変換素子１の水平方向（行方向）の1行に配置された複数の画素において、最初の画素番号をＰ０とし、最後の画素番号をＰ３とした場合、次のように、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とを設定することができる。

【0022】

第１領域Ｒ１：
Ｐ１とＰ２との間の領域が第１領域Ｒ１とされ、画像出力信号６として使用する有効部分とされる。有効部分は、画像として使用するエリアと言うこともできる。

【0023】

第２領域Ｒ２：
Ｐ０とＰ１との間の領域Ｒ２１、および、Ｐ２とＰ３との間の領域Ｒ２２が第２領域Ｒ２とされ、画像出力信号６として使用しない不要部分とされる。不要部分は、画像として使用しないエリアと言うこともできる。

【0024】

制御信号７１は、第１領域Ｒ１の範囲内では、スイッチ素子ＳＷが第１端子ａを選択する様に、例えばハイレベルの様な第１レベルとされる。一方、制御信号７１は、第２領域Ｒ２の範囲内では、スイッチ素子ＳＷが第２端子ｂを選択する様に、例えばロウレベルの様な第２レベルとされる。

【0025】

図３に示す様に、映像として使用する第１領域Ｒ１の部分のみ（通常転送期間３１と示す）、通常転送、つまり、水平転送パルスＴｈの周期Ｔを通常転送の周期である第1周期Ｔ１にして、光電変換素子1の画素を転送する。一方、映像として使用しない範囲（第２領域Ｒ２に対応する）では、水平転送パルスＴｈの周期Ｔを第1周期Ｔ１より高速な第２周期Ｔ２にして、光電変換素子1の画素を転送する。つまり、水平高速転送期間２７、２８において、水平転送パルスＴｈの周期Ｔを高速（第２周期Ｔ２）にする。固体撮像装置１０からは、第１領域Ｒ１に対応する映像出力２９のみ映像出力信号６として出力される。ここで、1水平期間２６の水平同期信号ＨＳは、水平転送パルスＴｈを高速にした分だけ、1水平期間２６が短くなるので、1秒間に出力されるフレームの数として定義されるフレームレートは高くなる。

【0026】

図４は、水平転送パルスＴｈを高速にした時の画像イメージである。固体撮像装置１０は、垂直方向の画素の配列数（行数）である垂直有効エリア９１と水平方向の画素の配列数（列数）である水平有効エリア９５との範囲において画像を取得することができるものとする。図4には、水平方向の画素の各行の配列において、最初の画素番号Ｐ０と、第１領域Ｒ１の開始位置に対応する画素番号Ｐ１と、第１領域Ｒ１の終了位置に対応する画素番号Ｐ２と、最後の画素番号Ｐ３と、が描かれている。

【0027】

ここで、被写体である撮像物体９６は、例えば、垂直方向に落下または移動するボールの様な被写体を考える。この場合、撮像物体９６が第１領域Ｒ１にしか存在しないことになる。したがって、撮像物体９６が第１領域Ｒ１にしか存在しないので、第１領域Ｒ１は画像として使用する有効部分と定義し、第１領域Ｒ１の映像出力２９は固体撮像装置１０から映像出力信号６として出力する。一方、撮像物体９６が第１領域Ｒ１にしか存在しないので、第２領域Ｒ２は画像として使用しない不要部分と定義し、第２領域Ｒ２に対応する画像は固体撮像装置１０から出力しない。

【0028】

この明細書では、第１領域Ｒ１の様な領域、つまり、垂直方向が固体撮像装置１０の垂直方向の画素の配列数と同じであり、水平方向が固体撮像装置１０の水平方向の画素の配列数より少ない領域からの映像信号の読み出し（つまり、図３の映像出力２９の読み出し）を、横方向のパーシャルスキャン方式と呼ぶこととする。

【0029】

第１領域Ｒ１の水平期間（水平方向の画素数：Ｐ１とＰ２間の画素の数）が、固体撮像装置１０の水平方向の画素の数（Ｐ０とＰ３との間の画素の数）より、短くなることにより、必要な画像だけが得られ、かつフレームレートも高くする事が出来る。

【0030】

（変形例）
図５は、変形例に係る水平転送パルスを説明するタイミング図である。図６は、変形例によって得られる映像のイメージを説明する図である。

【0031】

図５が図３と異なる点は、図５に示す水平高速転送期間２８ａが図３に示す水平高速転送期間２８より長くされている点と、図５に示す通常転送期間３１ａが図３に示す通常転送期間３１より短くされている点と、である。図５に示す通常転送期間３１ａが短くされたことに対応して、映像出力２９ａの出力データ量も、図３の映像出力２９の出力データ量と比較して、低減されている。なお、図示しないが、水平高速転送期間２７の期間を変更しても、もちろん良い。

【0032】

図６が図４と異なる点は、図６において、第１領域Ｒ１aの開始位置を示す画素番号Ｐ１ａへ変更された点である。これにより、図６に示す領域Ｒ２１ａの水平方向の期間が図４に示す領域Ｒ２１の水平方向の期間と比較して長くなり、図６に示す第１領域Ｒ１ａの水平方向の期間が図４に示す第１領域Ｒ１の水平方向の期間と比較して短くされている。

【0033】

図５および図６に示すように、水平高速転送期間２７、水平高速転送期間２８ａ、通常転送期間３１ａの期間を外部制御信号７にしたがって可変させることにより、映像として使用する領域Ｒ２１ａの位置、期間を可変させる事が出来る。水平高速転送期間２７、２８ａが通常転送期間３１ａよりも大きくなれば、それだけ水平同期信号ＨＳの周期Ｔｈｓが短くなるので、よりフレームレートが高くなる。

【0034】

（効果）
本発明によれば、水平転送パルスＴｈの高速転送部分（２７、２８、２８ａ）と通常転送部分（３１，３１ａ）の期間を制御するだけで、映像部分として使用する領域（Ｒ１、Ｒ１ａ）の水平方向の幅（画素数）を可変する事が出来る。

【0035】

固体撮像装置１０からの出力データ量も減らせる事が出来るので、伝送帯域が低いインタフェースでも高いフレームレートの映像出力信号６を出力することが可能である。

【0036】

本発明によれば、必要な部分のみの映像出力が得られ、フレームレートを高くする事が出来る。

【0037】

固体撮像装置１０からの出力データ量も減らせる事が出来るので、伝送帯域が低いインタフェースでも高いフレームレートの映像出力が可能である。

【0038】

制御回路を具備しているので、外部より光電変換素子１の駆動を可変させる事ができる。

【0039】

また、パーシャルスキャンを用いてもフレームレートが足りない時に、本発明を用いればよりフレームレートを高くする事が出来る。

【0040】

本発明によれば、画像として使用する部分（撮像エリア：Ｒ１）の取り込み位置を可変させることが出来るため、撮像物体９６が横に移動しても撮像エリア（Ｒ１ａ）を追随する事が出来る。

【0041】

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

【0042】

本発明は、光電変換素子１の駆動パルス（水平転送パルス）を制御して実現する為、光電変換素子１を２個あるいは３個使用して撮像を行う固体撮像装置（３ＣＣＤなど）や、カラーの光電変換素子を使用する固体撮像装置、モノクロの光電変換素子を使用する固体撮像装置にも応用することが可能である。

【0043】

この出願は、２０２０年９月９日に出願された日本出願特願２０２０－１５０９２２を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

【符号の説明】

【0044】

１：光電変換素子
２：映像処理回路
３：出力回路
４：タイミング発生回路
５：制御回路
６：映像出力
７：外部制御信号
１０：固体撮像装置
５１：第１領域範囲設定部
５２：開始画素番号設定部
５３：終了画素番号設定部
Ｔｈ：水平転送パルス
Ｒ１、Ｒ１ａ：第１領域
Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２１ａ、Ｒ２２：第２領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】