JPH04343586A - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子を用いた
撮像装置に係り、その固体撮像素子の駆動方法に関し、
特に電子的なズーム機能及び手振れ補正機能を有する撮
像装置に好敵な駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオ一体型カメラの普及に伴い
、ユーザーが求める機能も多種多様化している。さらに
、半導体技術の進歩により，基板の高密度実装化が行な
われるようになるなど、小型、軽量化の開発をますます
進めていく必要がある。

【０００３】ところで、ビデオ一体型カメラの機能の一
つとしてズーム機能がある。従来は、複数のレンズを組
合せ、複雑なカム構造を設けレンズズームとして、この
機能を実現していた。この手段において、ユーザーがさ
らに高倍率のレンズズームを望む場合には、レンズの枚
数を増加させ対応していた。しかしながら、この手段で
はレンズのビデオカメラに占める割合が増大するばかり
であり、小型、軽量化を進めていくという目標に対し相
反する要因となっていた。

【０００４】そこで、この問題点を解決するために、特
開平１−２２８２８０公報などに示されているようにレ
ンズの枚数を増加させずに、固体撮像素子を駆動する方
法に着目し、固体撮像素子を駆動する走査パルスに制御
を加え、１水平走査期間に出力される走査パルス数を増
やし、固体撮像素子の垂直転送部を高速走査し、レンズ
ズームによらない固体撮像素子の駆動方法によるズーム
機能が提案されている。

【０００５】また、小型化が進むにつれ、撮影時に手振
れが起こりやすくなり、撮影した映像を再生した場合、
手振れによる揺れが目立つようになってきた。

【０００６】このため、Ｋｉｎｕｇａｓａ　ｅｔ．ａｌ
．　”　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｍａｇｅ　ｓａｔｂ
ｉｌｉｚｅｒ　ｆｏｒ　Ｖｉｄｅｏ　Ｃａｍｅｒａ　Ｕ
ｓｅ”　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　．ｏｎ．Ｃ．Ｅ．，ｖ
ｏｌ．３６，Ｎｏ．３，Ａｕｇｕｓｔ　１９９０　　に
示されているように、ビデオ一体型カメラに手振れを検
出する検出回路を設け、検出回路からの信号によって固
体撮像素子を駆動する駆動回路から出力される走査パル
スを制御し、手振れをキャンセルできる量だけ走査領域
の読み出し位置を変化させることで、手振れを補正する
方法が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の手段は、固体撮
像素子を駆動するために駆動回路から出力される走査パ
ルスの数を、通常の１水平走査期間内に出力される数よ
りも増やし、走査領域以外の電荷の掃き出しを行なって
いる。この時、通常は１水平走査期間内に１回ずつ駆動
回路より走査パルスが出力され、垂直ＣＣＤから水平Ｃ
ＣＤに電荷を転送するのに対し、１水平走査期間内に複
数回、垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤへ電荷の転送を行なう
ために、水平ＣＣＤで扱うことのできる電荷量の最大量
を越えて垂直ＣＣＤから電荷の転送が行なわれることに
なる。

【０００８】そのため、図１に示すように、走査領域以
外の信号を走査パルスの高速走査によって掃き出すこと
によって、水平ＣＣＤで扱うことのできる電荷量以上の
電荷が転送されずに水平ＣＣＤに残り、その転送されず
に残った電荷が、走査領域の信号読み出しを開始した時
に、映像信号にまで漏れ込み、その電荷がモニタ画面の
上の部分に白い帯状となって現れるという問題が生じる
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
手段として、走査領域以外の領域を垂直帰線期間内に高
速走査して電荷を掃き出す場合、垂直帰線期間内のでき
る限り早い期間（例えば、垂直帰線期間の始まり）から
高速走査を行なう。

【００１０】さらに、走査領域以外の領域の電荷を掃き
出すための走査パルスの出力終了後、２水平走査期間以
上経過した後、走査領域の電荷を読み出すための走査パ
ルスを出力開始する。

【００１１】

【作用】本発明により、固体撮像素子の駆動回路に制御
を加え、走査領域の読み出し位置を可変する場合、垂直
帰線期間内の早い期間で走査領域以外の領域を高速走査
して電荷を掃き出し、２水平走査期間以上経過した後で
、走査領域の電荷を読み出すための走査パルスを出力開
始するので、高速走査による走査領域以外の電荷の映像
信号への漏れ込みを防ぐことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いながら説明
する。

【００１３】図２に、本発明を用いてズーム機能を実現
しようとする撮像装置のブロック図、図４に固体撮像素
子の受光面と固体撮像素子の垂直ＣＣＤを駆動する走査
パルスを示す。

【００１４】図２において２１はレンズ、２２は固体撮
像素子、２３は該固体撮像素子を駆動する駆動回路、２
４は該駆動回路を制御する制御回路、２５は該固体撮像
素子から出力される信号を処理し、映像信号として出力
する信号処理回路、２６は該信号処理回路２５からのイ
ンターフェイス、２７は該信号処理回路から取り出され
た信号を画像処理する画像処理部、２８は固体撮像素子
２２を駆動する走査パルス、２９は映像信号、３０は制
御信号である。

【００１５】固体撮像素子２２の受光面上に結像された
被写体像は、駆動回路２３から出力される走査パルス２
８により固体撮像素子２２を駆動することで光電変換さ
れ、電気的信号として固体撮像素子２２より出力される
。

【００１６】図４の期間ｔ１において駆動回路２３は、
ズーム倍率に応じて制御回路２４から出力される制御信
号３０によって、駆動回路２３から出力される水平ＣＣ
Ｄの走査パルス２８を通常の周波数に比べ高い周波数と
し、固体撮像素子２２の垂直ＣＣＤを垂直帰線期間内に
高速走査し、領域（ａ）の電荷を掃き出す。

【００１７】次に、期間ｔ２において、ズーム倍率に応
じた制御信号により駆動回路２３から出力される垂直Ｃ
ＣＤの走査パルス２８を制御し（例えば、ズーム倍率が
２倍の時は、２水平走査期間に１回）、垂直ＣＣＤを間
引いて転送し、領域（ｂ）の電荷を読み出す。

【００１８】最後に、期間ｔ３において、領域（ａ）の
電荷を掃き出した場合と同様に高速走査により、領域（
ｃ）の電荷を掃き出す。

【００１９】このような駆動方法により、固体撮像素子
２２から出力された信号を信号処理した場合には、期間
ｔ２において固体撮像素子を駆動する走査パルスを制御
し、領域（ｂ）での電荷を、垂直ＣＣＤを間引いて読み
出しているために、垂直方向に伸長された映像となって
いる。

【００２０】この信号を、信号処理回路２５からインタ
ーフェイス２６を介して取り出し、画像処理部２７にお
いて水平方向のズーム処理を行ない、垂直ＣＣＤを間引
いて読み出すことによって欠落している信号を内挿処理
で補い、再度インターフェイス２６を介して信号処理回
路２５に入力し、信号処理回路２５より映像信号として
出力することにより、水平、垂直ともにズームされた映
像を得ることができる。

【００２１】図３に、本発明を用いて手振れ補正機能を
実現しようとする撮像装置のブロック図を示す。

【００２２】図３において３１はレンズ、３２は固体撮
像素子、３３は該固体撮像素子を駆動する駆動回路、３
４は該駆動回路を制御する制御回路、３５は該固体撮像
素子から出力される信号を処理し、映像信号として出力
する信号処理回路、３６は固体撮像素子３２を駆動する
走査パルス、３７は映像信号、３８は手振れ検出回路、
３９、４０は制御信号である。

【００２３】固体撮像素子３２の受光面上に結像された
被写体像は、駆動回路３３から出力される走査パルス３
６により固体撮像素子３２を駆動することで光電変換さ
れ、電気的信号として固体撮像素子３２より出力される
。

【００２４】撮影中に手振れが起きた場合、手振れ検出
回路３８は、その状態を検出し制御信号３９を出力する
。制御回路３４は、制御信号３９により駆動回路３３を
制御する制御信号４０を出力する。駆動回路３３は、制
御信号４０により固体撮像素子を駆動する走査パルス３
６を制御し、手振れを補正するように走査領域の読み出
し位置を変化させる。

【００２５】図５に、固体撮像素子の構成図を示す。５
１１〜５１Ｎは垂直ＣＣＤ、５２は水平ＣＣＤ、５３は
ホトダイオード、５４は電荷読出ゲート、５５１〜５５
（Ｍ＋Ｍ０）Ｎは画素、５６は入力端子である。

【００２６】同図において、ホトダイオード５３と電荷
読出ゲート５４とからなる画素が水平方向にＮ個、垂直
方向にＭ個、Ｍ×Ｎ配列状に配置されている。水平方向
の画素を配列の上から順に第１行、第２行、…、垂直方
向の画素を配列状の左側から順に第１列、第２列、…、
とすると、第ｉ行、第ｊ列の画素は画素５５ｉｊと表わ
すことができる。

【００２７】第１列、第２列、…、第Ｎ列には、それぞ
れ垂直ＣＣＤ５１１、ＣＣＤ５１２、…、ＣＣＤ５１Ｎ
が接続されている。これらの垂直ＣＣＤ５１１〜５１Ｎ
は、｛４（Ｍ＋Ｍ０）＋１｝個のセルからなり、４つお
きのセル、つまり水平ＣＣＤ５２の左から順にセル１、
２、３、…とすると、そのうちの偶数番目にあたるセル
２、６、１０、…、｛４（Ｍ＋Ｍ０）＋１｝にそれぞれ
第１行、第２行、第３行、…、第（Ｍ＋Ｍ０）行の画素
が接続されている。したがって、画素５５ｉｊには垂直
ＣＣＤ５１のセル４（ｉ−２）が接続されていることに
なる。

【００２８】水平ＣＣＤ５２は、４（Ｎ−１）個のセル
からなっており、４個おきのセルがそれぞれ垂直ＣＣＤ
５２１、ＣＣＤ５２２、…、ＣＣＤ５２Ｎの第１番目の
セルに接続されている。水平ＣＣＤ５２のセルを左から
順にセル１、セル２、…、とすると、セル３が垂直ＣＣ
Ｄ５１１に、セル７が垂直ＣＣＤ５１２に、…、セル（
４Ｎ−１）が垂直ＣＣＤ５１Ｎにそれぞれ接続されてい
る。 さらに水平ＣＣＤ５２のセル１は、出力端子４７に接続
されている。

【００２９】図６に、固体撮像素子の垂直ＣＣＤ及び水
平ＣＣＤを駆動する走査パルスを示す。

【００３０】図６に示すように、垂直帰線期間に入力端
子４６よりパルスＶｓが入力されると、画素５５の電荷
読出ゲート５４がオンとなり、ホトダイオード５３に蓄
積された電荷が読み出される。画素５５ｉｊに読み出さ
れた電荷は、その画素５５ｉｊに接続された垂直ＣＣＤ
５１のセルに転送される。

【００３１】また各垂直ＣＣＤ５１のセル１、５、…、
４（Ｍ＋Ｍ０）には垂直走査パルスＶ１、セル２、６、
…、｛４（Ｍ＋Ｍ０）＋１｝には垂直走査パルスＶ２、
セル３、７、…、｛４（Ｍ＋Ｍ０）−２｝には垂直走査
パルスＶ３、セル４、８、…、｛４（Ｍ＋Ｍ０）−１｝
には垂直走査パルスＶ４が供給され、パルスＶｓが入力
された時には、セル２、６、１０、…、｛４（Ｍ＋Ｍ０
）＋１｝以外はすべて空の状態である。

【００３２】この時の垂直走査パルスＶ１、Ｖ３は”Ｌ
”（ローレベル）、垂直走査パルスＶ２、Ｖ４は”Ｈ”
（ハイレベル）になっていて、垂直ＣＣＤ５１のセル２
、６、１０、…、｛４（Ｍ＋Ｍ０）＋１｝に電荷が保持
されていることになる。

【００３３】次に、垂直走査パルスＶ３が”Ｈ”となり
垂直走査パルスＶ４が”Ｌ”となり、さらに垂直走査パ
ルスＶ３が”Ｌ”となる時刻では、垂直ＣＣＤ５１では
電荷の転送がないが、垂直走査パルスＶ１が”Ｈ”とな
り垂直走査パルスＶ２が”Ｌ”となると、電荷が垂直Ｃ
ＣＤ５１のひとつ上のセル１、５、９、…、…、４（Ｍ
＋Ｍ０）に転送される。

【００３４】次に、垂直走査パルスＶ４が”Ｈ”となっ
て垂直走査パルスＶ１が”Ｌ”となると、セル１、５、
９、の電荷は、水平ＣＣＤ５２のセル３、７、１１、…
、（４Ｎ−１）に転送される。このようにして、水平Ｃ
ＣＤ５２のセル３、７、１１、…、（４Ｎ−１）に垂直
ＣＣＤ５１からの電荷が保持されることになる。

【００３５】さらに、水平走査パルスＨ１を水平ＣＣＤ
５２のセル３、７、…、４（Ｎ−１）に、水平走査パル
スＨ２を水平ＣＣＤ５２のセル４、８、…、（４Ｎ−４
）に、水平走査パルスＨ３を水平ＣＣＤ５２のセル１、
５、９、…、（４Ｎ−３）に、水平走査パルスＨ４を水
平ＣＣＤ５２のセル２、６、１０、…、（４Ｎ−２）に
供給することにより、水平走査パルスがＨ４、Ｈ３、Ｈ
２、Ｈ１，Ｈ４、…、と順に”Ｈ”（ハイレベル）にな
ることで、セルに蓄積された電荷が水平ＣＣＤ５２内で
１セルずつ左側に転送されていく。

【００３６】このようにして、垂直ＣＣＤ５１から転送
された電荷は、水平ＣＣＤ５２の走査パルスの周期に等
しい周期で水平ＣＣＤ５２内で順に左側へと転送され、
出力端子５７に出力される。

【００３７】図７に本発明を用いてズーム機能を実現す
る撮像装置において、固体撮像素子の垂直ＣＣＤを駆動
する走査パルスを示す。なお説明を簡潔にするために、
走査パルスは、Ｖ１だけを示している。

【００３８】垂直帰線期間の始まりから、ズーム倍率に
応じて制御回路からの制御信号により、垂直ＣＣＤ５１
を駆動する走査パルスＶ１を通常の周波数に比べ高い周
波数のパルスとし、Ｔｈ期間高速に垂直ＣＣＤ５１を走
査し走査領域以外の電荷を掃き出す。しかしながら、図
５に示すように水平ＣＣＤ５２から出力端子５７への電
荷の転送は、水平ＣＣＤ５２を駆動する走査パルスの周
期に等しいため、垂直ＣＣＤ５１を走査するパルスの周
波数を高くした場合、通常の電荷を転送する周期に対し
て早い周期で垂直ＣＣＤ５１から水平ＣＣＤ５２に電荷
が転送されるので、垂直ＣＣＤ５１から水平ＣＣＤ５２
に転送された電荷をすべて水平ＣＣＤ５２から出力端子
に出力することができず、転送されずに残ってしまう電
荷が生じる。

【００３９】そこで、垂直ＣＣＤ５１を高速走査した後
に、走査領域の信号を読み出すために垂直ＣＣＤ５１を
走査するパルスＶ１をＴｓ期間出力しない。

【００４０】そしてＴｓ期間（２水平走査期間以上）経
過した後、走査領域を読み出すための走査パルスを出力
開始して映像信号として扱えば、水平ＣＣＤ５２に転送
されないで残ってしまう電荷の、映像信号への漏れ込み
を防ぐことができる。

【００４１】図８に本発明を実現するための駆動回路を
制御する制御回路の例を示す。

【００４２】図８において、８１は垂直ＣＣＤ走査パル
ス、８２は加算器、８３は高速走査パルス発生回路、８
４は読出走査パルス発生回路、８５は高速走査タイミン
グ発生回路、８６は読出走査タイミング発生回路、８７
はタイミング発生回路、８８は同期パルスである。

【００４３】図８に示すように、垂直帰線期間を示す同
期パルス８８が制御回路に入力されると、タイミング発
生回路８７で走査領域以外の領域の信号を掃き出すため
の位相と走査領域の信号を読み出すための走査パルスを
出力開始する位相を決定し、高速走査タイミング発生回
路８５及び読出走査タイミング発生回路８４から、それ
ぞれタイミングパルスＳｓｗ、Ｓｒｅを発生する。

【００４４】高速走査パルス発生回路は、タイミングパ
ルスＳｓｗが入力されると、走査領域以外の領域の信号
を掃き出すための高速走査パルスを発生し、読出走査パ
ルス発生回路はタイミングパルスＳｒｅが入力されると
、走査領域の信号を読み出すための走査パルスを発生す
る。 最終的に、加算器８２により走査パルスを加算し、垂直
ＣＣＤ走査パルスとして駆動回路から出力する。

【００４５】したがって、読出走査パルス発生回路に入
力されるタイミングパルスＳｒｅの位相を制御し、２水
平走査期間以上経過した後にタイミングパルスＳｒｅを
発生させて、走査領域の信号を読み出すことで、水平Ｃ
ＣＤに転送されずに残る電荷の映像信号への漏れ込みを
防ぐことが可能となる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、固体撮像素子の駆動回
路の制御により、走査領域の読み出し位置を可変するこ
とで、ズーム機能、あるいは手振れ補正機能を実現する
ことが可能となる。

【００４７】またこの時に、走査領域以外の領域の信号
を掃き出すために、垂直ＣＣＤを走査するパルスを高速
走査することによって、水平ＣＣＤに転送されずに残っ
てしまう電荷の映像信号への漏れ込みを、走査領域の信
号を読み出す走査パルスを高速走査終了後、２水平走査
期間以上経過した後に出力することで防ぐことが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】電荷の映像信号への漏れ込みを説明す説明図、

【図２】本発明を用いてズーム機能を有する撮像装置の
ブロック図、

【図３】本発明を用いて手振れ補正機能を有する撮像装
置のブロック図、

【図４】固体撮像素子の受光面及びモニタ画面を示す図
、

【図５】固体撮像素子の構成図、

【図６】垂直ＣＣＤおよび水平ＣＣＤの走査パルスの波
形図、

【図７】走査領域の読み出し位置を可変する撮像装置に
おける垂直ＣＣＤの走査パルスの波形図、

【図８】駆動
回路とその制御回路を示す回路図。

【符号の説明】

２１…レンズ、 ２２…固体撮像素子、 ２３…駆動回路、 ２４…制御回路、 ２５…信号処理回路、 ２６…インターフェイス、 ２７…画像処理部、 ２８…走査パルス、 ２９…映像信号、 ３０…制御信号、 ３１…レンズ、 ３２…固体撮像素子、 ３３…駆動回路、 ３４…制御回路、 ３５…信号処理回路、 ３６…走査パルス、 ３７…映像信号、 ３８…手振れ検出回路、 ３９、４０…制御信号、 ５１１〜５１Ｎ…垂直ＣＣＤ， ５２…水平ＣＣＤ、 ５３…ホトダイオード、 ５４…電荷読み出ゲート、 ５５１〜５５（Ｍ＋Ｍ０）Ｎ…画素、 ５６…入力端子、 ５７…出力端子、 ８１…垂直ＣＣＤ走査パルス、 ８２…加算器、 ８３…高速走査パルス発生回路、 ８４…読出走査パルス発生回路、 ８５…高速走査タイミング発生回路、 ８６…読出走査タイミング発生回路、 ８７…タイミング発生回路、 ８８…同期パルス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｍ×Ｎの画素から成る有効画素領域と、該
   有効走査領域内にｍ×ｎの画素（但し、Ｍ＞ｍ，Ｎ＞ｎ
   とする）から成る走査領域とを有する固体撮像素子と、
   該固体撮像素子を走査し、該走査領域の電荷を読み出す
   ための走査パルスと、該走査領域以外の有効画素領域の
   電荷を掃き出すための走査パルスとを生成する駆動回路
   と、該固体撮像素子から出力される信号を処理し、映像
   信号を生成する信号処理回路と、該駆動回路を制御する
   制御回路とを具備し、該制御回路からの制御信号により
   駆動回路から出力される走査パルスを制御し、前記走査
   領域以外の有効画素領域を垂直帰線期間内に高速走査し
   、該高速走査で掃き出される電荷の前記映像信号への漏
   れ込みを防ぐことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法
   。
2. 【請求項２】前記制御回路は、前記走査領域の電荷を読
   み出すための走査パルスの位相を制御することを特徴と
   する請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。
3. 【請求項３】前記走査領域の電荷を読み出すための走査
   パルスが出力開始される位相を、前記走査領域以外の領
   域の電荷を掃き出すための走査パルスの出力終了後、２
   水平走査期間以上経過した後であることを特徴とする請
   求項１又２記載の固体撮像素子の駆動方法。