JP4974497B2 - 撮影装置 - Google Patents
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Description
図2は、デジタルスチルカメラに用いられるインターライン転送方式の固体撮像素子(1)の構成を表わしている。該固体撮像素子(1)においては、マトリクス状に配列された複数のフォトセンサ上に色フィルターアレイを設けて複数の画素(11)からなる撮像面を形成すると共に、垂直方向に配列された複数列の画素(11)の電荷を垂直方向に転送する複数の垂直レジスタ(12)と、これらの垂直レジスタ(12)によって転送された電荷を1水平期間(1H)の周期で出力する水平レジスタ(13)とが設けられている。
又、上記固体撮像素子(1)には、一対の第1水平転送パルスHφ1A及びHφ1Bの入力端子21、16と、第1水平転送パルスをそれぞれ反転してなる一対の第2水平転送パルスHφ2A及びHφ2Bの入力端子22、17とが設けられている。これらの入力端子に各水平転送パルスが供給されることによって、垂直レジスタ(12)から水平レジスタ(13)に転送された電荷が外部に出力される。
更に、上記固体撮像素子(1)には、撮像面の露光前に画素に蓄積された電荷を外部へ掃き捨てる電子シャッタ動作を実行させるためのサブパルスφSUBの入力端子19が設けられている。尚、「サブパルス」及び下記の「サブタイミングパルス」の別称として「電子シャッターパルス」が用いられることもある。
垂直転送駆動回路(2)では、タイミングジェネレータ(40)から得られる電荷読出しパルス及び第1〜第6垂直タイミングパルスから第1〜第6垂直転送パルスVφ1、Vφ2、Vφ3A、Vφ3B、Vφ4、Vφ5A、Vφ5B及びVφ6が作成されると共に、サブタイミングパルスを増幅することによってサブパルスφSUBが作成され、作成されたパルスが固体撮像素子(1)に供給される。一方、水平転送駆動回路(3)では、タイミングジェネレータ(40)から得られる一対の第1水平タイミングパルス及び一対の第2水平タイミングパルスを増幅することによって一対の第1水平転送パルスHφ1A、Hφ1B及び一対の第2水平転送パルスHφ2A、Hφ2Bが作成され、これらのパルスが固体撮像素子(1)に供給される。
制御回路(80)は、画像処理回路(7)から固体撮像素子(1)の有効領域の画像信号(輝度信号)を取得して該画像信号の信号レベルを検出し、その検出結果に基づいて露光時間やフォーカス調整値を算出する。そして、その算出結果に応じてタイミングジェネレータ(40)や図示省略するレンズ駆動回路の動作を制御する。
該タイミングジェネレータは、駆動クロックに同期してカウントアップされる水平カウンタ(41)と、該水平カウンタ(41)から供給される水平同期パルスHDに同期してカウントアップされる垂直カウンタ(42)と、該垂直カウンタ(42)から供給される垂直同期パルスVDに同期してカウントアップされるフィールドカウンタ(43)とを具えている。前記水平カウンタ(41)には、前記垂直カウンタ(42)から垂直同期パルスVDが供給され、水平同期パルスHDと垂直同期パルスVDの同期がとられる。
更に、垂直カウンタ(42)には、1/30秒の周期で基準垂直同期信号VDoを出力するシグナルジェネレータ(SG)(45)が接続されると共に、図8に示す制御回路(80)からの制御信号に基づいて該垂直カウンタ(42)の動作を制御するコントローラ(49)が接続されており、該コントローラ(49)は、垂直同期パルスVDを前記基準垂直同期パルスVDoに同期させる同期状態と同期させない非同期状態との間で切り換えるための同期/非同期切換え制御信号を垂直カウンタ(42)に供給する。
垂直カウンタ(42)は、上述の如く水平カウンタ(41)から供給される水平同期パルスHDに同期してカウントアップされ、その度に垂直カウンタ(42)からコンパレータ(47)へカウント値Vcountが出力される。そして、該カウント値が最大値格納用レジスタ(44)から供給された最大値Vmaxに達したときに、垂直カウンタ(42)からコンパレータ(47)、水平カウンタ(41)及びフィールドカウンタ(43)へ垂直同期パルスVDが出力されると共に、カウント値が“1”の値にリセットされて再び“1”の値からカウントアップが開始される。
フィールドカウンタ(43)は、上述の如く垂直カウンタ(42)から供給される垂直同期パルスVDに同期してカウントアップされ、その度にフィールドカウンタ(43)からコンパレータ(47)へカウント値Fcountが出力される。そして、該カウント値が最大値格納用レジスタ(44)から供給された最大値Fmaxに達したときに、カウント値が“0”の値にリセットされて再び“1”の値からカウントアップが開始される。
固体撮像素子(1)は、撮像面を構成する複数の画素の内、例えば8ライン中1ラインの割合で複数の画素の電荷を読み出す間引き読出しモードの設定が可能であって、モニタモードでは固体撮像素子(1)は間引き読出しモードに設定される。
上記デジタルスチルカメラにおいては、1垂直期間の内、露光時間を除く期間に一連のサブパルスφSUBを固体撮像素子(1)に供給することによって露光時間が制御されており、モニタモードが設定されている状態では、1垂直期間に、一連のサブパルスφSUBが固体撮像素子(1)に供給されて画素(11)に蓄積された電荷が掃き捨てられた後、撮像面の露光が行なわれ、次の垂直期間に、前記露光によって画素(11)に蓄積された電荷の転送が行なわれると共に、転送された電荷からLCDに表示すべき表示画像を作成する処理(表示処理)が行なわれる。そして、更に次の垂直期間に、前記作成された表示画像がLCDに表示される。この一連の動作、即ち、露光、転送、表示画像の作成及び表示が1垂直期間ずつずらして繰り返されることによって、1/30秒の周期で画像が撮影されてLCDに表示されることになる。
又、各垂直期間に、転送によって得られる画像信号に基づいて露光時間やフォーカス調整値の演算が開始され、次の垂直期間に、前記演算が継続して行なわれて、該演算によって得られた露光時間及びフォーカス調整値の設定が行われる。
水平カウンタ(41)は、初期値“1”から駆動クロックに同期してカウントアップされ、図示の如くカウント値が最大値“3532”に達したときに、水平同期パルスHDを出力すると共に、カウント値を“1”の値にリセットして再び“1”の値からカウントアップを開始する。この様に、水平カウンタ(41)は“1”から“3532”までカウントアップを繰り返し、カウント値が最大値“3532”に達する度に水平同期パルスHDを出力する。一方、垂直カウンタ(42)は、初期値“1”から前記水平同期パルスHDに同期してカウントアップされる。そして、前記水平カウンタ(41)のカウント値が225回目に最大値“3532”に達したとき、カウント値を“1”の値にリセットして再び“1”の値からカウントアップを開始し、その後、カウント値が最大値“1798”に達したときに、水平同期パルスHDを出力すると共に、カウント値を“1”の値にリセットして再び“1”の値からカウントアップを開始する。又、このとき、垂直カウンタ(42)のカウント値は最大値“226”に達しており、垂直カウンタ(42)は、垂直同期パルスVDを出力すると共に、カウント値を“1”の値にリセットして再び“1”の値からカウントアップを開始する。
この様にして、モニタモードにおいては、148μ秒の周期で水平カウンタ(41)から水平同期パルスHDが出力され、該水平同期パルスHDの周期、即ち1Hの周期で固体撮像素子(1)の水平レジスタ(13)の電荷が出力されると共に、1Hの周期でサブパルスφSUBが固体撮像素子(1)に供給されることになる。又、1/30秒の周期で垂直カウンタ(42)から垂直同期パルスVDが出力され、該垂直同期パルスVDに同期してLCDに画像が表示されることになる。
又、モニタリング期間と本露光期間とで電子シャッタの本数を同一に設定する撮像装置が提案されている(特許文献2参照)。
本発明の目的は、画像撮影操作が行なわれてから画像記録が終了するまでの撮影時間を従来よりも短縮することが可能なデジタルスチルカメラ等の撮影装置を提供することである。
そして、上記撮影モードが設定されている状態で画像撮影操作が行なわれたとき、前記同期信号発生回路から発生する同期信号に同期させて撮像面の露光が開始されると共に、該同期信号の周期が撮像面の露光時間と同じ時間に設定される。従って、撮像面の露光が開始されてから該露光時間が経過した時点で同期信号発生回路から同期信号が発生することになる。そして、該同期信号に同期して前記固体撮像素子からの電荷の読出しを含む撮影動作が開始される。この様に、画像撮影操作が行なわれたとき、同期信号に同期させて撮像面の露光を開始するので、固体撮像素子に一連のサブパルスを供給した後に撮像面の露光が行なわれていた従来のデジタルスチルカメラに比べて、画像撮影操作が行なわれてから画像記録が終了するまでの撮影時間が短くなる。尚、上記の露光時間と同じ時間には、露光時間と略同じ時間が含まれる。
該具体的構成においては、同期信号発生回路はカウント値が外部から供給される値に達したときに同期信号を発生させるので、露光時間に基づいて算出した値を同期信号発生回路に供給することによって、同期信号の周期を該露光時間と同じ時間に設定することが出来る。
該具体的構成においては、前記同期信号発生回路は水平同期信号に同期してカウントアップされるので、例えば露光時間を該水平同期信号の周期で除算することによって、同期信号発生回路に供給すべき値を得ることが出来る。
該具体的構成においては、撮像面の露光が開始時に、画素に蓄積された電荷が外部に掃き捨てられる。
本発明に係るデジタルスチルカメラは、図2に示す固体撮像素子(1)を具えており、該固体撮像素子(1)には、第1の位相を有する第1垂直転送パルスVφ1の入力端子8、第2の位相を有する第2垂直転送パルスVφ2の入力端子7、第3の位相を有する一対の第3垂直転送パルスVφ3A及びVφ3Bの入力端子6、5、第4の位相を有する第4垂直転送パルスVφ4の入力端子4、第5の位相を有する一対の第5垂直転送パルスVφ5A及びVφ5Bの入力端子3、2、及び第6の位相を有する第6垂直転送パルスVφ6の入力端子1が設けられている。
又、該固体撮像素子(1)には、一対の第1水平転送パルスHφ1A及びHφ1Bの入力端子21、16と、第1水平転送パルスを反転してなる一対の第2水平転送パルスHφ2A及びHφ2Bの入力端子22、17とが設けられている。
更に、該固体撮像素子(1)には、電子シャッタ動作を実行させるためのサブパルスφSUBの入力端子19が設けられている。
垂直転送駆動回路(2)では、タイミングジェネレータ(4)から得られる電荷読出しパルス及び第1〜第6垂直タイミングパルスから第1〜第6垂直転送パルスVφ1、Vφ2、Vφ3A、Vφ3B、Vφ4、Vφ5A、Vφ5B及びVφ6が作成されると共に、サブタイミングパルスを増幅することによってサブパルスφSUBが作成され、作成されたパルスが固体撮像素子(1)に供給される。一方、水平転送駆動回路(3)では、タイミングジェネレータ(4)から得られる一対の第1水平タイミングパルス及び一対の第2水平タイミングパルスを増幅することによって一対の第1水平転送パルスHφ1A、Hφ1B及び一対の第2水平転送パルスHφ2A、Hφ2Bが作成され、これらのパルスが固体撮像素子(1)に供給される。
制御回路(8)は、画像処理回路(7)から固体撮像素子(1)の有効領域の画像信号(輝度信号)を取得して該画像信号の信号レベルを検出し、その検出結果に基づいて露光時間やフォーカス調整値を算出する。そして、その算出結果に応じてタイミングジェネレータ(4)や図示省略するレンズ駆動回路の動作を制御する。
該タイミングジェネレータは、24.5454MHzの駆動クロックに同期してカウントアップされる水平カウンタ(41)と、該水平カウンタ(41)から供給される水平同期パルスHDに同期してカウントアップされる垂直カウンタ(42)と、該垂直カウンタ(42)から供給される垂直同期パルスVDに同期してカウントアップされるフィールドカウンタ(43)とを具えている。前記水平カウンタ(41)には、前記垂直カウンタ(42)から垂直同期パルスVDが供給され、水平同期パルスHDと垂直同期パルスVDの同期がとられる。
更に、垂直カウンタ(42)には、1/30秒の周期で基準垂直同期信号VDoを出力するシグナルジェネレータ(SG)(45)が接続されると共に、図1に示す制御回路(8)からの制御信号に基づいて該垂直カウンタ(42)の動作を制御するコントローラ(48)が接続されており、該コントローラ(48)は、垂直同期パルスVDを前記基準垂直同期パルスVDoに同期させる同期状態と同期させない非同期状態との間で切り換えるための同期/非同期切換え制御信号を垂直カウンタ(42)に供給する。
又、前記コントローラ(48)には、シャッターボタン(9)が押下されたときに図1に示す制御回路(8)から水平カウンタ(41)によってカウントすべき最大値Hmax´及び垂直カウンタ(42)によってカウントすべき最大値Vmax´が供給され、該コントローラ(48)はこれらの最大値Hmax´、Vmax´をそれぞれ、水平カウンタ(41)及び垂直カウンタ(42)に供給する。
垂直カウンタ(42)は、上述の如く水平カウンタ(41)から供給される水平同期パルスHDに同期してカウントアップされ、その度に垂直カウンタ(42)からコンパレータ(47)へカウント値Vcountが出力される。そして、該カウント値が最大値格納用レジスタ(44)から供給された最大値Vmaxに達したとき、及びコントローラ(48)から供給された最大値Vmax´に達したときに、垂直カウンタ(42)からコンパレータ(47)、水平カウンタ(41)及びフィールドカウンタ(43)へ垂直同期パルスVDが出力されると共に、カウント値が“1”の値にリセットされて再び“1”の値からカウントアップが開始される。
フィールドカウンタ(43)は、上述の如く垂直カウンタ(42)から供給される垂直同期パルスVDに同期してカウントアップされ、その度にフィールドカウンタ(43)からコンパレータ(47)へカウント値Fcountが出力される。そして、該カウント値が最大値格納用レジスタ(44)から供給された最大値Fmaxに達したときに、カウント値が“1”の値にリセットされて再び“1”の値からカウントアップが開始される。
モニタモードが設定されたときの水平カウンタ(41)及び垂直カウンタ(42)の動作は、図11に示す従来の動作と同一であって、1ライン目から225ライン目までは、最大値格納用レジスタ(44)から水平カウンタ(41)に最大値“3532”が供給されて該最大値までカウントアップが繰り返され、226ライン目は最大値“1798”が供給されて該最大値までカウントアップされる。又、最大値格納用レジスタ(44)から垂直カウンタ(42)に最大値“226”が供給されて該最大値までカウントアップされる。これによって、148μ秒の周期で水平カウンタ(41)から水平同期パルスHDが出力されることになる。又、1/30秒の周期で垂直カウンタ(42)から垂直同期パルスVDが出力されることになる。
シャッターボタン(9)が押下されたとき、制御回路(8)は、100μ秒の単位で露光時間を算出した後、算出した露光時間及び1Hの時間から垂直カウンタによってカウントすべき最大値Vmax´を算出する。例えば、最大値Vmax´は、算出された露光時間を1Hの時間である100μ秒で除算することによって得られる。その後、制御回路(8)は、算出した最大値Vmax´、及び水平カウンタによってカウントすべき最大値Hmax´“2454”をタイミングジェネレータ(4)に供給する。ここで、水平カウンタによってカウントすべき最大値Hmax´は1Hの時間が100μ秒となる値(Hmax´≒100μ秒×24.5454MHz)である。
図3に示すタイミングジェネレータのコントローラ(48)は、上述の如く制御回路(8)から供給された最大値Hmax´、Vmax´をそれぞれ、水平カウンタ(41)及び垂直カウンタ(43)へ供給する。
水平カウンタ(41)は、初期値“1”から駆動クロックに同期してカウントアップされ、図示の如くカウント値がコントローラ(48)から供給された最大値Hmax´“2454”に達したときに、水平同期パルスHDを出力すると共に、カウント値を“1”の値にリセットして再び“1”の値からカウントアップを開始する。この様に、水平カウンタ(41)は“1”から“2454”までカウントアップを繰り返し、カウント値が最大値“2454”に達する度に水平同期パルスHDを出力する。一方、垂直カウンタ(42)は、初期値“1”から前記水平同期パルスHDに同期してカウントアップされる。その後、垂直カウンタ(42)のカウント値がコントローラ(48)から供給された最大値Vmax´“10”に達したときに、垂直カウンタ(42)は、垂直同期パルスVDを出力すると共に、カウント値を“1”の値にリセットして再び“1”の値からカウントアップを開始する。
この様にして、シャッターボタン(9)が押下されたときには、100μ秒の周期で水平カウンタ(41)から水平同期パルスHDが出力されることになる。又、露光時間と同じ時間である1000μ秒の周期で垂直カウンタ(42)から垂直同期パルスVDが出力されることになる。
上記デジタルスチルカメラにおいては、1垂直期間の内、露光時間を除く期間に一連のサブパルスφSUBを固体撮像素子(1)に供給することによって露光時間が制御されており、モニタモードが設定されている状態では、1垂直期間に一連のサブパルスφSUBが固体撮像素子(1)に供給されて画素(11)に蓄積された電荷が掃き捨てられた後、撮像面の露光が行なわれ、次の垂直期間に、前記露光によって画素(11)に蓄積された電荷の転送が行なわれると共に、転送された電荷からLCDに表示すべき表示画像を作成する処理(表示処理)が行なわれる。そして、更に次の垂直期間に、前記作成された表示画像がLCDに表示される。この一連の動作、即ち、露光、転送、表示画像の作成及び表示が1垂直期間ずつずらして繰り返されることによって、1/30秒の周期で画像が撮影されてLCDに表示されることになる。
又、各垂直期間に転送によって得られる画像信号に基づいて露光時間やフォーカス調整値の演算が開始され、次の垂直期間に、前記演算が継続して行なわれて、該演算によって得られた露光時間及びフォーカス調整値の設定が行われる。
その後、前記露光時間と同じ時間が経過した時点でタイミングジェネレータ(4)から垂直同期パルスVDが出力されることとなり、該垂直同期パルスVDに同期して全画素取り込みモードが設定されて、撮像面を構成する全ての画素の電荷が複数のフィールドに分けて転送され、転送によって得られる画像信号が記録媒体に記録される。このとき、LCDには、モニタモードで最後に表示された画像が継続して表示される。
モニタモードが設定されている状態では、図示の如く、先ずステップS1にて露光時間を算出した後、ステップS2では、シャッターボタン(9)が押下されたか否かを判断し、ノーと判断された場合にはステップS3に移行して、タイミングジェネレータ(4)に垂直転送駆動回路(2)に対するサブタイミングパルスの供給動作を実行させた後、ステップS1に戻って、上記手続きを繰り返す。該手続きが繰り返されている状態では、タイミングジェネレータ(4)の水平カウンタ(41)は、最大値格納用レジスタ(44)から供給された最大値Hmaxまでカウントアップを繰り返して148μ秒の周期で水平同期パルスHDを出力すると共に、垂直カウンタ(42)は、最大値格納用レジスタ(44)から供給された最大値Vmaxまでカウントアップを繰り返して1/30秒の周期で垂直同期パルスVDを出力する。上記ステップS3では、該垂直同期パルスVDに同期してサブタイミングパルス供給動作が開始されると共に、該水平同期パルスHDの周期でサブタイミングパルスが固体撮像素子(1)に供給される。
又、シャッターボタン(9)が押下されたときに1Hの時間を100μ秒に変更することによって、モニタモードにおいて水平レジスタ(13)の電荷が出力される周期である148μ秒とは異なる100μ秒単位で最終露光の時間を制御することが出来る。
更に、シャッターボタン(9)が押下されたときに1つのみのサブパルスを固体撮像素子(1)に供給するので、一連のサブパルスを供給する従来のデジタルスチルカメラに比べてサブパルスの出力回数が減少し、これによって消費電力が低減する。
例えば、図7に示す如く、シャッターボタン(9)が押下された時点で水平カウンタ(41)及び垂直カウンタ(42)をリセットし、これによって垂直カウンタ(42)から出力される垂直同期パルスVDに同期させて、固体撮像素子(1)にサブパルスφSUBを供給すると共に、撮像面の最終露光を開始させることも可能である。かかる構成においては、シャッターボタン(9)が押下された時点で得られている露光時間から垂直カウンタ(42)の最大値Vmax´が算出され、最終露光が行なわれる垂直期間に該最大値Vmax´及び水平カウンタ(41)の最大値Hmax´の設定が行なわれる。
又、上記実施の形態においては、シャッターボタン(9)が押下されたときに1Hの時間を100μ秒に変更しているが、100μ秒に限らず、任意の時間に変更することが可能である。
更に、上記実施の形態においては、シャッターボタン(9)が押下されたとき、水平カウンタ(41)の最大値Hmax´を“2454”に固定して垂直カウンタ(42)の最大値Vmax´を算出された露光時間に応じて変化させているが、垂直カウンタ(42)の最大値Vmax´を固定して水平カウンタ(41)の最大値Hmax´を算出された露光時間に応じて変化させることも可能である。水平カウンタ(41)の最大値Hmax´は、例えば算出された露光時間を垂直カウンタの最大値Vmax´で除算し、その結果に固体撮像素子(1)の駆動周波数を乗算することによって得られる。
更に又、上記実施の形態においては、本発明を図2に示す6相駆動方式の固体撮像素子(1)を具えたデジタルスチルカメラに実施しているが、3相駆動方式の固体撮像素子や4相駆動方式の固体撮像素子を具えたデジタルスチルカメラに実施することも可能である。
(11) 画素
(12) 垂直レジスタ
(13) 水平レジスタ
(2) 垂直転送駆動回路
(3) 水平転送駆動回路
(4) タイミングジェネレータ
(41) 水平カウンタ
(42) 垂直カウンタ
(43) フィールドカウンタ
(48) コントローラ
(5) CDS/AGC回路
(6) A/Dコンバータ
(7) 画像処理回路
(8) 制御回路
(9) シャッターボタン
Claims (3)
- 複数の画素からなる撮像面を具えた固体撮像素子と、該固体撮像素子を駆動する駆動装置と、該駆動装置の動作を制御する制御装置とを具え、前記駆動装置は、同期信号を発生させる同期信号発生回路と、画素に蓄積された電荷を外部に掃き捨てるためのサブパルスを前記固体撮像素子に供給するサブパルス供給回路とを具えている撮影装置であって、前記固体撮像素子に一連のサブパルスを供給した後に撮像面の露光を行なう露光動作が前記同期信号発生回路から一定の周期で発生する同期信号に同期して開始される撮影モードの設定が可能な撮影装置において、前記制御装置は、前記撮影モードが設定されている状態で画像撮影操作が行なわれたとき、前記同期信号発生回路から発生する同期信号に同期させて撮像面の露光を開始させると共に、前記同期信号の周期を撮像面の露光時間と同じ時間に設定した後、前記同期信号発生回路から発生する同期信号に同期させて前記固体撮像素子からの電荷の読出しを含む撮影動作を開始させる制御手段を具え、
前記駆動装置は、水平同期信号を発生させる水平同期信号発生回路を具えており、前記同期信号発生回路は、垂直同期信号を発生させるものであって前記水平同期信号に同期してカウントアップされ、カウント値が外部から供給される値に達したときに同期信号を発生させるものであり、前記水平同期信号発生回路は前記画像撮影操作が行なわれたことに応じて前記水平同期信号の周期を変更し、前記制御装置の制御手段は、前記露光時間と前記変更後の水平同期信号の周期に基づいて前記同期信号発生回路に供給すべき値を算出し、算出した値を前記同期信号発生回路に供給することを特徴とする撮影装置。 - 前記制御装置は、前記固体撮像素子への入射光の大きさに応じた露光時間を導出する露光時間導出手段を具えており、前記制御手段は、前記同期信号の周期を該露光時間導出手段から得られる露光時間と同じ時間に設定する請求項1に記載の撮影装置。
- 前記制御装置の制御手段は、撮像面の露光の開始時に前記駆動装置から前記固体撮像素子にサブパルスを供給する請求項1または請求項2に記載の撮影装置。
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