JP2009225023A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トリガパルス信号を連続して入力する場合、トリガパルス信号による映像信号によりオートアイリス機構が動作するためランダムシャッタモード時に得られる映像信号がオートアイリス機構を原因とする変動を生じる。
【解決手段】本発明の固体撮像装置は、動画を撮影する連続撮影シャッタモード時は連続撮影露光パルス回路７の露光時間により撮像し、静止画を撮影するランダムシャッタモード時は外部よりのトリガパルス信号の入力により、ランダムシャッタ露光パルス回路８の時間により撮像する固体撮像装置において、前記外部よりのトリガパルス信号を連続して入力したとき、少なくとも最初の前記外部よりのトリガパルス信号が入力された時点から最後の前記外部よりのトリガパルス信号による映像信号の出力が終了するまでの間、光学系の設定値をほぼ一定に保持する手段１２、１４を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は個体撮像装置に係り、特に、電子シャッタを使用し、かつ外部トリガ信号を使用して撮影する光電変換素子の駆動回路を備えた固体撮像装置に関するものである。

固体撮像素子にＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳなどの光電変換素子を用いた固体撮像装置において、レンズ等の光学部品の他に、光電変換素子の電荷蓄積時間を変更することにより、絞り（アイリス）を変化させた時と同等の映像信号が得られるような電子シャッタが知られている。また、固体撮像装置には、ランダムシャッタモード（トリガ機能）と呼ばれているものがあり、通常は、撮影動作をしないが、外部よりのトリガ信号により、任意のタイミングで画像を取り出せることが知られている。ランダムシャッタモードによる撮影時は、瞬時に１フィールドまたは１フレーム静止画像を撮影するために、映像信号の輝度レベルの平均値で制御するオートアイリス機構を使用することができない。

従来技術を図４により詳しく説明する。図４は特許文献１に開示されたＣＣＤカメラ装置のブロック図を示したものである。光電変換素子４０１は、光学系を通って入射した光を受けて、駆動回路４０３により駆動制御されながら、光電変換を行い、電気信号に変換する。映像信号処理回路４０２は、光電変換素子４０１の出力を映像信号に変換する処理を行う回路である。同期信号発生回路４１１からの同期信号に基づいて出力する。駆動回路４０３は、電子シャッタ回路４０４、ＰＤ（フォトダイオード）電荷転送信号発生回路４０５、電荷転送回路４０６および同期信号発生回路４１１からの同期信号に基づいて、光電変換素子４０１に対する駆動信号を生成して制御するものである。電子シャッタ回路４０４は、連続撮影露光パルス回路４０７およびランダムシャッタ露光パルス回路４０８からの出力信号により、光電変換素子のＰＤをリセットする信号を駆動回路４０３に対して出力する。ＰＤ電荷転送信号発生回路４０５は、ランダムシャッタ露光パルス回路４０８からの出力に基づいてＣＣＤのＰＤの電荷を転送する信号を発生する回路である。電荷転送回路４０６は、電荷掃捨用高速転送回路４０９の出力信号に基づいて駆動回路４０３に対して制御信号を生成して出力する。連続撮影露光パルス回路４０７は、連続撮影すなわち通常の動画撮影時のシャッタ時間を設定するための露光パルス発生回路である。ランダムシャッタ露光パルス回路４０８は、静止画を撮影するランダムシャッタトリガ信号入力時に、ランダムシャッタ使用時のシャッタ時間を設定するための露光パルス発生回路である。電荷掃捨用高速転送回路４０９は、ランダムシャッタトリガ信号入力時に、電荷転送回路４０６に対して、高速に電荷を掃き捨てさせるための制御信号を発生する。シャッタモード切替制御回路４１０は、ランダムシャッタトリガ信号入力時に、連続撮影シャッタからランダムシャッタのモードに切り換える制御回路である。シャッタモード切替制御回路４１０は、電荷掃捨用高速転送回路４０９および同期信号発生回路４１１に対して信号を出力する。同期信号発生回路４１１は、シャッタモード切替制御回路の出力により、同期信号を発生し、映像信号処理回路４０２および駆動回路４０３に対して同期信号を出力する。
特開２００２−１８５８６５号公報

上記特許文献１に開示の従来技術は、連続撮影露光時間とランダムシャッタ露光時間を別々に設定できるように構成したため、ランダムシャッタモード時（外部からのトリガパルス信号による撮影するモード）にオートアイリス機構を使用することができるようになり、１回のランダムシャッタ撮影時において最適露出によるクリアな映像信号が得られるようになった。しかし、トリガパルス信号による映像信号によりオートアイリス機構が動作するため、上記２つの露光時間を異ならせて設定すると、ランダムシャッタの使用によりオートアイリスが変動してしまい、特にランダムシャッタが複数連続したときに、その影響が顕著になるという課題が発生した。

本発明は上記問題点に鑑み、ランダムシャッタを連続して動作させても、オートアイリスなどの光学系の機構を原因とする変動を生ないようにした固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、連続撮影露光時間設定手段と、ランダムシャッタ露光時間設定手段とを有し、動画を撮影する連続撮影シャッタモード時は前記連続撮影露光設定手段の露光時間により撮像し、静止画を撮影するランダムシャッタモード時は外部よりのトリガパルス信号の入力により、前記ランダムシャッタ露光時間設定手段の時間により撮像する固体撮像装置において、前記外部よりのトリガパルス信号を連続して入力したとき、少なくとも最初の前記外部よりのトリガパルス信号が入力された時点から最後の前記外部よりのトリガパルス信号による映像信号の出力が終了するまでの間、光学系の設定値をほぼ一定に保持する手段を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、固体撮像装置において、ランダムシャッタを連続して動作させても、オートアイリスなどの光学系の機構を原因とする変動を生ないようにできる効果がある。

図１に本発明の第１の実施の形態のブロック図を示す。

本実施の形態は、連続撮影露光時間設定手段と、ランダムシャッタ露光時間設定手段とを有し、動画を撮影する連続撮影シャッタモード時は前記連続撮影露光設定手段の露光時間により撮像し、静止画を撮影するランダムシャッタモード時は外部よりのトリガパルス信号の入力により、前記ランダムシャッタ露光時間設定手段の時間により撮像する固体撮像装置において、前記外部よりのトリガパルス信号を入力したとき、少なくともトリガパルスを入力した時の途切れた映像信号から、ランダムシャッタ時の映像出力が終わるまでオートアイリスの設定値を更新させない、あるいは更新による変化が無視できる程度に小さくすることを特徴とする。また、更新させないときに、あらかじめ設定しておいた値をオートアイリスの設定値として出力できることを特徴とする。連続撮影シャッタモードの時には、その都度計算をしてオートアイリスの設定値を更新する。

以下、図１を参照して説明する。
固体撮像素子１は、光学系を通って入射した光を受けて、駆動回路３により駆動制御されながら、光電変換を行い、電気信号に変換する。

映像信号処理回路２は、光電変換素子１の出力を映像信号に変換する処理を行う回路である。映像信号処理回路２は、同期信号発生回路１１からの同期信号に基づいて映像信号を出力する。

駆動回路３は、電子シャッタ回路４、ＰＤ（フォトダイオード）電荷転送信号発生回路５、電荷転送回路６、及び同期信号発生回路１１からの同期信号に基づいて、光電変換素子１に対する駆動信号を生成して制御するものである。

電子シャッタ回路４は、連続撮影露光パルス回路７およびランダムシャッタ露光パルス回路８からの出力信号により、光電変換素子のＰＤをリセットする信号を駆動回路３に対して出力する。

ＰＤ電荷転送信号発生回路５は、ランダムシャッタ露光パルス回路８からの出力に基づいて光電変換素子のＰＤの電荷を転送する信号を発生する回路である。

電荷転送回路６は、電荷掃捨用高速転送回路９の出力信号に基づいて駆動回路３に対して制御信号を生成して出力する。

連続撮影露光パルス回路７は、連続撮影シャッタモードすなわち通常の動画撮影時のシャッタ時間を設定するための露光パルス発生回路である。

ランダムシャッタ露光パルス回路８は、静止画を撮影するランダムシャッタモード時のシャッタ時間を設定するための露光パルス発生回路である。

電荷掃捨用高速転送回路９は、ランダムシャッタトリガ信号により、電荷転送回路６に対して、高速に電荷を掃き捨てさせるための制御信号を発生する。

シャッタモード切替制御回路１０は、連続撮影シャッタとランダムシャッタのモードを切り換える制御回路である。シャッタモード切替制御回路１０は、電荷掃捨用高速転送回路９および同期信号発生回路１１に対して信号を出力する。

同期信号発生回路１１は、シャッタモード切替制御回路の出力により、同期信号を発生し、映像信号処理回路２および駆動回路３に対して同期信号を出力する。

制御信号発生回路１２は、同期信号発生回路１１からの出力により光学系（オートアイリス回路１５）への制御値出力を切替える信号を切替回路１４に対して出力する。

整流回路１３は、映像信号処理回路２の出力映像信号より整流作用を行い、光学系（アイリス）制御用のＤＣ値を出力する。

切替回路１４は、サンプルホールド回路を使い、制御信号発生回路１２からの制御信号により整流回路１３の出力のＤＣ値を更新するか、所定時間だけ更新しないようにするかを切替える。ランダムシャッタモード時に、トリガ入力時に途切れた映像信号が発生する時点から、連続した一連のランダムシャッタによるの映像信号の出力が終わる時点までの期間、オートアイリスの設定値を更新（実質的に変化が無視できる程度に小さくすることを含む）しないように切り替える。

上記切替回路１４は、オートアイリス回路１５への出力が実質的に変動の影響が無い程度に制御信号発生回路１２からの制御信号により整流回路１３の出力のＤＣ値を更新するか、所定時間だけ更新しないようにするかを切替えることができればよいので、上記サンプルホールド回路を使って制御信号発生回路１２からの制御信号により整流回路１３の出力のＤＣ値を更新するか、所定時間だけ更新しないようにするかを切替える方法の他に、所定時間だけ時定数を切替えできるローパスフィルタを使用し、変動を抑制するための長い方の時定数は例えば１０秒以上に設定して、実質的に変動の影響が無い程度に整流回路１３の出力のＤＣ値を保持するようにしてもよい。

更に別の方法として、この期間は予め設定しておいたランダムシャッタ時のオートアイリス設定値を出力するかを切替えることもできる。

また、トリガ入力前の連続撮影シャッタモード時に使用したフレーム（数フレーム分、あるいは数フィールド分でもよい）のオートアイリス値を用いて計算を行い出力するようにしてもよい。

制御信号発生回路１２からの制御信号により整流回路１３の出力のＤＣ値を更新するか、所定時間だけ更新しないようにするかを切替える、更に他の方法として、ランダムシャッタモードの連続する繰り返し回数、あるいはランダムシャッタモードの連続する時間が予め設定されている場合には、この繰り返し回数に相当する時間や予め設定された所定時間（例えば、最初のランダムシャッタトリガ信号が入力され、映像信号が途切れた時点から、最終のランダムシャッタによる映像信号の出力が終わるまでの時間）により切替回路１４を切替えるようにすることができる。このためには、ランダムシャッタトリガ信号の最初のパルス発生時点から、上記所定時間のパルス信号を制御信号発生回路１２で生成し、切替回路１４に入力するように知れば良い。

オートアイリス回路１５は、切替回路１４の出力より使用する光学系（アイリス）の制御値に変換して出力する。

連続撮影シャッタモードの時は、１フレームにつき計算を行いその都度、オートアイリス設定値を更新する。

図２は、ランダムシャッタ使用時の動作のフローチャートである。ステップＳ１は、ランダムシャッタトリガ信号を入力する。ステップＳ２は、固体撮像装置の撮影モードを連続撮影シャッタモードからランダムシャッタモードに切り換える。ステップＳ３は、光電変換素子に対して現在出力中の電荷信号を掃き捨てるように制御する。ステップＳ４は、ランダムシャッタ用パルスを発生する。ステップＳ５は、光電変換素子のＰＤの電荷をリセットする。ステップＳ６は、光電変換素子のＰＤに対して電荷を蓄積するように指示する。ステップＳ７は、ステップＳ６で蓄積した電荷を光電変換素子の転送路に転送するように制御する。ステップＳ８は、光電変換素子出力を映像信号に変換して出力する。ステップＳ９は、撮影モードを連続撮影シャッターモードに切り換える。ステップＳ１０は、連続撮影シャッタモードに復帰する。

図３は、図１のタイミングチャートである。

（ａ）は、切り換えモード信号である。連続撮影シャッタモードの途中よりランダムシャッタモードが始まり、ランダムシャッタモード終了後、連続撮影シャッタモードとなる。

（ｂ）は、ランダムシャッタートリガ信号である。パルスの立ち下がりでランダムシャッタモードとなる。１フレーム撮影後、連続撮影シャッタモードとなる。トリガの極性は、逆極性でもよく、立ち上がりから開始してもよい。

（ｃ）は、出力映像信号である。ランダムシャッタトリガ信号が入力されるとその時点（時刻ｔ１）での映像信号は途切れたものとなり、ランダムシャッタ時の映像信号を１フレーム出力した後、連続撮影シャッタモード時の映像信号となる。再び、ランダムシャッタトリガ信号が入力されると映像信号は途切れたものとなり、ランダムシャッタ時の映像信号を１フレーム出力した後、連続撮影シャッタモード時の映像信号となる。

（ｄ）は、オートアイリス用映像積分波形（整流回路出力）である。ランダムシャッタトリガ信号入力時（時刻ｔ１）からランダムシャッタ時の映像出力が終わるまで（時刻ｔ２）オートアイリスの設定値の更新をしないようにする。または、実質的に変動が無視できる程度にフィルタの時定数を大きくする。または、あらかじめ設定しておいた設定値を出力する。または、連続撮影シャッタモードの時に使った、設定値を計算してそれを出力する。連続撮影シャッタモードに戻ると、映像積分波形で計算を行い、その都度更新を行う。

（ｅ）は、光電変換素子の垂直転送パルスである。連続撮影シャッタモード時は、１フレーム間パルスを出力し、ランダムシャッタモードになると途中で垂直転送パルスを休止して、光電変換素子に対して電荷を掃き捨てさせ、ランダムシャッタ時に１フレーム間連続して垂直転送パルスを送り、連続撮影シャッタモードに復帰してからは再び１フレーム毎に連続して垂直転送パルスを送る。

（ｆ）は、電子シャッターパルスで光電変換素子のＰＤリセットパルスで１フレームに１回リセットする。

（ｇ）は、ＰＤの電荷転送パルスであり、垂直ブランキングに１回送る。

（ｈ）は、光電変換素子の露光時間をあらわしたものである。連続撮影シャッタモード時の露光時間はＴ１で、ランダムシャッタ時の露光時間はＴ２である。

以上、本発明の上記実施の形態によれば、オートアイリス機構を使用し、連続撮影シャッタモード時の蓄積時間とランダムシャッタモード使用時の蓄積時間を別々に設定し、複数の連続する外部トリガ信号によるランダムシャッタモード時の映像信号時にオートアイリスの設定値を保持、あるいは実質的に変化が無視できるようにしたため、連続する外部トリガ信号による映像信号が変動しない最適露出によるクリアな映像信号が得られる。また、更新しない時に、あらかじめ設定しておいたオートアイリスの設定値を使うこともできる。トリガ周期が極短い時には、計算によるオートアイリス値が出ないときがあるが、あらかじめ設定しておいた設定値を使うことで、短い周期のトリガでもレンズ制御が可能になる。また、連続撮影シャッタモード時の映像信号とランダムシャッタ使用時の映像信号とを顕著に区別することができる。

なお、上記実施の形態のでは、ランダムシャッタトリガ信号入力時からランダムシャッタモード時の映像出力が終わるまでオートアイリスの設定値を更新させない、あるいは更新による変化が無視できる程度に小さくするように説明したが、オートアイリスの設定値に限らず、連続シャッタとランダムシャッタに設定値の相違があるような光学系の設定値に対して同様に適用することができる。

以上、実施の形態により、本発明を具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されないことは言うまでも無い。

本発明の実施の形態のブロック図である。 ランダムシャッタモード時のフローチャートである。 ブロック図のタイムチャートである。 従来例のブロック図である。

符号の説明

１・・・光電変換素子
２・・・映像信号処理回路
３・・・駆動回路
４・・・電子シャッタ回路
５・・・ＰＤ電荷転送信号発生回路
６・・・電荷転送回路
７・・・連続撮影露光パルス回路
８・・・ランダムシャッタ露光パルス回路
９・・・電荷掃捨用高速転送回路
１０・・・シャッタモード切替制御回路
１１・・・同期信号発生回路
１２・・・制御信号発生回路
１３・・・整流回路
１４・・・切替回路
１５・・・オートアイリス回路
４０１・・・光電変換素子
４０２・・・映像信号処理回路
４０３・・・駆動回路
４０４・・・電子シャッタ回路
４０５・・・ＰＤ電荷転送信号発生回路
４０６・・・電荷転送回路
４０７・・・連続撮影露光パルス回路
４０８・・・ランダムシャッタ露光パルス回路
４０９・・・電荷掃捨用高速転送回路
４１０・・・シャッタモード切替制御回路
４１１・・・同期信号発生回路

Claims (1)

1. 連続撮影露光時間設定手段と、ランダムシャッタ露光時間設定手段とを有し、動画を撮影する連続撮影シャッタモード時は前記連続撮影露光設定手段の露光時間により撮像し、静止画を撮影するランダムシャッタモード時は外部よりのトリガパルス信号の入力により、前記ランダムシャッタ露光時間設定手段の時間により撮像する固体撮像装置において、
   前記外部よりのトリガパルス信号を連続して入力したとき、少なくとも最初の前記外部よりのトリガパルス信号が入力された時点から最後の前記外部よりのトリガパルス信号による映像信号の出力が終了するまでの間、光学系の設定値をほぼ一定に保持する手段を備えたことを特徴とする固体撮像装置。

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