JP2008028757A - 固体撮像装置、及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】カメラのリアルタイムライブビュー表示に好適な、画像信号の読み出しを高速で行うことが可能な固体撮像装置、及びカメラを実現すること。
【解決手段】水平方向と垂直方向の二次元的に配列された複数の画素から画像信号成分と暗信号成分を取得し、前記画像信号と前記暗信号との差信号を出力する固体撮像装置において、リアルタイムライブビュー読み出し時の１水平読み出し期間中に前記画像信号成分のみを取得し出力する固体撮像装置と、これを有するカメラ。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラ等に使用される固体撮像装置、及びカメラに関するものである。

近年、固体撮像装置を用いたデジタルカメラでは、被写体の構図を決定するために、光学ファインダではなく、被写体像をリアルタイムライブビュー表示する液晶画面が多用されるようになっている。このことは、特にコンパクトタイプのデジタルカメラにおいて既に一般的であるが、昨今は高価で高画質な一眼レフデジタルカメラにおいても求められている。

また、一眼レフデジタルカメラに使用される固体撮像装置は、高画質への要求を満たすために画素数が６００万画素から１０００万画素以上であるものが主流となってきている。このように高画素な固体撮像装置は、高解像度の画像出力は実現できるものの、その反面、画素数が多いために１秒間に出力できるコマ数は平均して３〜５コマ／秒程度である。また、高速タイプの一眼レフデジタルカメラにおいても１秒間に出力できるコマ数は約８コマ／秒が最高速度となっている。

これに対し、カメラの液晶画面において被写体のリアルタイムライブビュー表示を実現するためには、少なくとも動画速度同等の３０〜６０コマ／秒の速度が実現できなければ、撮影者の構図を決定する動作に画像出力が追従できず、被写体像のリアルタイムライブビュー表示を実現することができなくなってしまう。このため一般的には、各画素で得られた全ての信号即ち全画素信号を画像出力に用いるのではなく、画素信号を間引いて用いることで画素数を削減し、１秒間に出力できるコマ数を増加さることでリアルタイムライブビュー表示が行われている。

また一般に、一眼レフデジタルカメラに使用される固体撮像装置では、被写体光を受光して得られる画素信号と、画素をリセットした直後に得られる暗信号とを画素毎に出力し、これらの差分を用いて画像を生成することで、ノイズを除去し高画質化を図ることができる（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平１−１５４６７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されているような従来の固体撮像素子においては、上述した画素信号と暗信号とを読み出すための期間を１水平期間に設ける必要がある。このため、１水平期間の短縮には限度があり、リアルタイムライブビュー表示を実現するため１秒間に出力できるコマ数の増加を図ることは困難であるという問題がある。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、カメラのリアルタイムライブビュー表示に好適な、画像信号の読み出しを高速で行うことが可能な固体撮像装置、及びカメラを提供するものである。

上記課題を解決するために本発明は、水平方向と垂直方向の二次元的に配列された複数の画素から画像信号成分と暗信号成分を取得し、前記画像信号と前記暗信号との差信号を出力する固体撮像装置において、リアルタイムライブビュー読み出し時の１水平読み出し期間中に前記画像信号成分のみを取得し出力することを特徴とする固体撮像装置を提供する。

また、本発明は、前記固体撮像装置を有することを特徴とするカメラを提供する。

本発明によれば、カメラのリアルタイムライブビュー表示に好適な、画像信号の読み出しを高速で行うことが可能な固体撮像装置、及びカメラを実現することができる。

以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置、及びカメラについて添付図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置を備えた一眼レフデジタルカメラの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、一眼レフデジタルカメラ１は、不図示の被写体側から順に、カメラレンズ２、ハーフミラー３を備え、このハーフミラー３の反射光路上にはファインダ用プリズム４、及びファインダ５が備えられている。また、ハーフミラー３の透過光路上には、後に詳述する固体撮像装置６と、カメラ全体の動作を制御するカメラシステム制御部７が備えられている。

また、一眼レフデジタルカメラ１内には、焦点検出部８、固体撮像装置６から画像信号を読み出して色補正等の画像処理を行う画像処理部９、記憶部１０、及びカメラレンズを駆動するレンズ制御部１１が備えられている。そして、一眼レフデジタルカメラ１本体背面には、シャッタ操作やフラッシュの設定を行うための操作パネル１２、撮影済みの画像を表示したり、撮影に際して構図決定のために被写体像をリアルタイムライブビュー表示するための液晶表示部１３、メモリカード１４が設けられている。

なお、本一眼レフデジタルカメラ１は、不図示のＡＦ用の専用モジュールを搭載している。また固体撮像装置６は、増幅型固体撮像装置の１つであるＣＭＯＳ型の固体撮像装置であって、選択した任意の単位画素の信号を読み出すことができるため高速化が可能であるという特徴を有している。

以上の構成の下、不図示の被写体からの光は、カメラレンズ２を介してハーフミラー３へ入射し、その一部はファインダ用プリズム４へ反射され、当該ハーフミラー３を透過した光は固体撮像装置６に結像される。固体撮像装置６上に結像された光は、電気信号に変換されて画像信号として画像処理部９へ出力される。画像処理部９は色補正や画像圧縮等の適切な画像処理を行いカメラシステム制御部７へ画像信号を出力する。

そして、カメラシステム制御部７は、受け取った画像信号を記憶部１０へ出力し、一時的に画像信号を記憶するとともに、必要に応じてメモリカード１４に画像信号を保存する。またカメラシステム制御部７は、操作パネル１２の操作にしたがい、記憶部１０に一時的に記憶された画像信号を読み出し、液晶表示部１３に画像を表示する。

次に、本実施形態において最も特徴的である固体撮像装置６の駆動方法について詳細に説明する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。

図２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置は、ｎ行ｍ列の画素からなる画素部２０と、この画素部２０の各画素に対して行毎に駆動信号を出力する垂直走査回路２２と、列毎に駆動信号を出力する水平走査回路２１と、各画素からの出力信号を垂直信号線を介して読み出す信号処理回路２３とを有している。

はじめに、斯かる構成の固体撮像装置６を備えた本一眼レフデジタルカメラ１において、撮影した被写体画像を液晶表示部１３に表示するために、固体撮像装置６から画像信号を読み出す際の該装置６の駆動手順について説明する。

図３は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置６において、撮影した被写体画像を液晶表示部１３に表示するための画像信号を読み出す際の駆動タイミングを示す図である。

図３に示すように本固体撮像装置６において、カメラシステム制御部７は、垂直走査回路２２に対して制御信号φＶnを入力する。これにより、画素部２０において何行目の画素群の出力信号を読み出すかが選択される。

次にカメラシステム制御部７は、信号処理回路２３に対して制御信号φDarkを入力する。これにより、先に選択した行の各画素から暗信号が読み出され、信号処理回路２３における不図示の暗信号用ホールド回路（例えば、コンデンサ等）に一旦蓄積される。なお、暗信号とは、画素部２０をリセットした際に各画素で得られる固定パターンノイズ等を含んだ信号をいう。

さらにカメラシステム制御部７は、信号処理回路２３に対して制御信号φSigを入力する。これにより、暗信号と同様、先に選択した行の各画素から画素信号が読み出され、信号処理回路２３における不図示の画素信号用ホールド回路（例えば、コンデンサ等）に一旦蓄積される。

そしてカメラシステム制御部７は、水平走査回路２１を駆動するためのスタート信号φSTHを当該水平走査回路２１に入力する。これに基づき水平走査回路２１は、信号処理回路２３に対して制御信号φＨnを、Ｈ1からＨnまで順に入力する。これにより信号処理回路２３は、画素信号用ホールド回路と暗信号用ホールド回路に蓄積された画素信号と暗信号を順に読み出し、これらの差分を取って画像信号Ｖoutとして出力する。即ちこの画像信号Ｖoutは、固定パターンノイズ等を除去した高品質の画像信号となる。

以上の画像信号Ｖoutの読み出しを、垂直走査回路２２によって垂直方向へずらしながら繰り返し行うことで、１フレーム分の画像信号を読み出すことができる。この１フレーム分の画像信号は、上述のように画像処理部９とカメラシステム制御部７を介して液晶表示部１３へ入力されることで、撮影した被写体画像は液晶表示部１３に表示されることとなる。また、この信号は、静止画として記憶部１０を介してメモリカード１４に記憶される。なお、撮影した被写体画像は液晶表示部１３に表示することを、以下、被写体画像の通常表示という。

次に、本一眼レフデジタルカメラ１において、被写体像を液晶表示部１３にリアルタイムライブビュー表示するために、固体撮像装置６から画像信号を高速で読み出す際の該装置６の駆動手順について説明する。

図４は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置において、被写体像のリアルタイムライブビュー表示を行うための画像信号を高速で読み出す場合の駆動タイミングを示す図である。

本固体撮像装置６において、カメラシステム制御部７は、垂直走査回路２２に対して制御信号φＶnを入力する。これにより、画素部２０において何行目の画素群の出力信号を読み出すかが選択される。

そしてカメラシステム制御部７は、信号処理回路２３に対して制御信号φSigを入力する。これにより、先に選択した行の各画素から画素信号が読み出され、信号処理回路２３における不図示の画素信号用ホールド回路に一旦蓄積される。

またカメラシステム制御部７は、水平走査回路２１を駆動するためのスタート信号φSTHを当該水平走査回路２１に入力する。これに基づき水平走査回路２１は、信号処理回路２３に対して制御信号φＨnを、Ｈ1からＨnまで順に入力する。これにより信号処理回路２３は、画素信号用ホールド回路に蓄積された画素信号を順に読み出し、画像信号Ｖoutとして出力する。

以上の画像信号Ｖoutの読み出しを、垂直走査回路２２によって垂直方向へずらしながら繰り返し行うことで、１フレーム分の画像信号を読み出すことができる。以上のように、画素部２０における任意の行の画素群の画像信号を読み出す期間、即ち１水平期間に暗信号を読み出さず画素信号のみを読み出すことにより、被写体画像の通常表示の場合に比して１水平期間を大幅に短縮することができる。このため、画素信号の高速な読み出しを行うことが可能となり、１秒間に出力できるコマ数の向上を達成できる。したがって、前述した１フレーム分の画像信号の読み出しを高速で繰り返し行い液晶表示部１３へ入力することで、被写体像のよりスムーズなリアルタイムライブビュー表示を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を備えた一眼レフデジタルカメラについて説明する。

本実施形態に係る固体撮像装置を備えた一眼レフデジタルカメラの基本的な構成は上記第１実施形態と同様であるため、同様部分の説明及び図面を省略し、最も特徴的な固体撮像装置の構成と駆動方法について詳細に説明する。なお、本固体撮像装置において上記第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。

図５に示すように、本固体撮像装置１０６は、画素部２０から画素信号Ｖsigと暗信号ＶDarkを取得し、暗信号ＶDarkの出力側には当該暗信号ＶDarkを格納するための記憶部２４が備えられている。そして、画素信号Ｖsigの出力側には減算回路２５が備えられており、記憶部２４からの暗信号ＶDarkが入力され、画素信号Ｖsigと暗信号ＶDarkの差信号（Ｖout）を出力するように構成されている。

斯かる構成の固体撮像装置１０６において被写体画像の通常表示を行う場合には、画像信号を読み出すための該装置１０６の駆動手順は上記第１実施形態と同様であるため、被写体像のリアルタイムライブビュー表示を行う場合に画像信号を高速で読み出すための該装置１０６の駆動手順について以下に説明する。

図６は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置において、被写体像のリアルタイムライブビュー表示を行うための画像信号を高速で読み出す場合の駆動タイミングを示す図である。

上記第１実施形態は１水平期間で画素信号のみを読み出す構成であったのに対し、本固体撮像装置１０６は、図６に示すように画素信号のみを読み出す１水平期間Ａと、暗信号のみを読み出す１水平期間Ｂとを設け、画素信号のみの読み出し（１水平期間Ａ）を繰り返す過程で周期的に暗信号の読み出し（１水平期間Ｂ）を行う構成である。

ここで、１水平期間Ａにおいて画素信号のみを読み出す際の本固体撮像装置１０６の駆動手順について以下に述べる。

図６に示すように、カメラシステム制御部７が、垂直走査回路２２に対して制御信号φＶnを入力する。これにより、画素部２０において何行目の画素群の出力信号を読み出すかが選択される。

そしてカメラシステム制御部７は、信号処理回路２１に対して制御信号φSigを入力する。これにより、先に選択した行の各画素から画素信号が読み出され、信号処理回路２３における不図示の画素信号用ホールド回路に一旦蓄積される。

またカメラシステム制御部７は、水平走査回路２１を駆動するためのスタート信号φSTHを当該水平走査回路２１に入力する。これに基づき水平走査回路２１は、信号処理回路２３に対して制御信号φＨnを、Ｈ1からＨnまで順に入力する。これにより信号処理回路２３は、画素信号用ホールド回路に蓄積された画素信号を順に読み出し、画素信号ＶSigとして出力する。

また、１水平期間Ｂにおいて暗信号のみを読み出す際の本固体撮像装置１０６の駆動手順を以下に述べる。

図６に示すように、カメラシステム制御部７が、垂直走査回路１０６に対して制御信号φＶnを入力する。これにより、画素部２０において何行目の画素群の出力信号を読み出すかが選択される。

そしてカメラシステム制御部７は、信号処理回路２３に対して制御信号φDarkを入力する。これにより、先に選択した行の各画素から暗信号が読み出され、信号処理回路２３における不図示の暗信号用ホールド回路に一旦蓄積される。

またカメラシステム制御部７は、水平走査回路２１を駆動するためのスタート信号φSTHを当該水平走査回路２１に入力する。これに基づき水平走査回路２１は、信号処理回路２３に対して制御信号φＨnを、Ｈ1からＨnまで順に入力する。これにより信号処理回路２３は、暗信号用ホールド回路に蓄積された暗信号を順に読み出し、暗信号ＶDarkとして出力する。

以上の駆動手順に基づき、画素信号ＶSigの読み出しは、垂直走査回路２２によって垂直方向へずらしながら繰り返し行われ、この画素信号ＶSigの読み出しの途中、所定の周期で暗信号ＶDarkの読み出しが行われる。そして読み出された暗信号ＶDarkは、記憶部２４に一時的に格納され、画素信号ＶSigが読み出される度に減算回路２５に出力されることとなる。これにより減算回路２５は、画素信号ＶSigと暗信号ＶDarkの差分を求め、画像信号ＶSig−ＶDarkを出力することとなる。このようにして画像信号ＶSig−ＶDarkを繰り返し読み出すことで、１フレーム分の画像信号を得ることができ、この画像信号ＶSig−ＶDarkは、固定パターンノイズ等を除去した高品質の画像信号となる。なお、記憶部２４に格納される暗信号ＶDarkは、暗信号ＶDarkの読み出しが行われる度に更新される。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置１０６では、１水平期間Ａにおいて暗信号を読み出さず画素信号のみを読み出すことで、第１実施形態と同様に１水平期間Ａを大幅に短縮することができる。そして、周期的に１水平期間Ｂにおいて暗信号を読み出し、画素信号毎に差分を取ることで、画像信号の高品質化を図ることができる。これらにより、固体撮像装置１０６によれば、良好な画質で被写体像のリアルタイムライブビュー表示を実現することができる。なお、上記の説明では、一行分の暗信号を取得する場合に付いて述べたが、一画素分の暗信号を代表として記憶部２４記憶して用いることもできるし、全画素分の暗信号を記憶部２４に記憶しておき、対応する画素信号との差分を取り出力するようにすることも可能である。

以上、各実施形態によれば、画像信号の高速な読み出しが可能な固体撮像装置を実現できる。また、この画像信号の高速な読み出しを利用して、リアルタイムライブビュー表示が可能なデジタルカメラを実現することができる。このリアルタイムライブビュー表示は、写真を撮影する前段階の構図決定の際に特に有用である。

本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置を備えた一眼レフデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置において、撮影した被写体画像を液晶表示部に表示するための画像信号を読み出す際の駆動タイミングを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置において、被写体像のリアルタイムライブビュー表示を行うための画像信号を高速で読み出す場合の駆動タイミングを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置において、被写体像のリアルタイムライブビュー表示を行うための画像信号を高速で読み出す場合の駆動タイミングを示す図である。

符号の説明

１ 一眼レフデジタルカメラ
２ カメラレンズ
３ ハーフミラー
４ ファインダ用プリズム
５ ファインダ
６、１０６ 固体撮像装置
７ カメラシステム制御部
８ 焦点検出部
９ 画像処理部
１０ 記憶部
１１ レンズ制御部
１２ 操作パネル
１３ 液晶表示部
１４ メモリカード
２０ 画素部
２１ 水平走査回路
２２ 垂直走査回路
２３ 信号処理回路
２４ 記憶部
２５ 減算回路

Claims (4)

1. 水平方向と垂直方向の二次元的に配列された複数の画素から画像信号成分と暗信号成分を取得し、前記画像信号と前記暗信号との差信号を出力する固体撮像装置において、
   リアルタイムライブビュー読み出し時の１水平読み出し期間中に前記画像信号成分のみを取得し出力することを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記リアルタイムライブビュー読み出し時の１水平読み出し期間中に前記画像信号成分のみ取得を繰り返す間に、所定の間隔で前記１水平読み出し期間中に前記暗信号成分のみを更に取得し、前記画像信号成分と前記暗信号成分の差信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 所定間隔で取得した前記暗信号成分を記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置を有することを特徴とするカメラ。

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