JP2000078484A

JP2000078484A - 画像入力装置

Info

Publication number: JP2000078484A
Application number: JP10257662A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kazama; 里志風間; Isao Takayanagi; 功高柳
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像素子の露光中にリアルタイムで高速に露
光制御を行えるようにした画像入力装置を提供する。【解決手段】非破壊読み出し可能なＸ−Ｙアドレス選
択型２次元固体撮像素子３と、該撮像素子の前面に配置
された機械式シャッタ２とを備え、機械式シャッタを開
成した状態で前記撮像素子の全画素を一括してリセット
して露光を開始させ、撮像素子の一部の画素領域のみを
非破壊読み出しして得られた読み出し信号に基づいて撮
像素子の露光時間制御を行う露光時間制御手段からの露
光終了信号により、機械式シャッタを閉成して露光を終
了させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像入力装置に
関し、特に２次元固体撮像素子と機械式シャッタとを用
いた画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、２次元固体撮像素子と機械式シャ
ッタとを用いた画像入力装置としては、例えば特開平９
−２１４８２９号公報には、ＣＣＤの電子シャッタ機能
と機械式シャッタの組み合わせで、奇数フィールドと偶
数フィールドとで露光量を変えて撮影した後、両フィー
ルド画像をレベルシフトさせて合成し、輝度域の大きい
被写体に対しても、階調再現で破綻のない画像が得られ
るようにしたデジタルスチルカメラについて開示がなさ
れている。また、特開平２−１４９０７７号公報におい
ては、半開式機械式シャッタを利用した際に、機械的シ
ャッタの解放状態が設定値に至ったあとに電子式シャッ
タを用いて２次元固体撮像素子の露光を開始する方法が
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開平
９−２１４８２９号公報開示のデジタルスチルカメラに
おいては、外部測光素子あるいはＣＣＤの画像出力によ
り被写体の明るさが測定され、ＣＰＵに内包される露光
量制御手段により露光量を決定するようにしている。し
かしながら、外部測光素子を利用した場合は、画像内の
任意領域に着目して露光量を制御することが困難であ
る。それを回避するために、ＣＣＤの画像出力を用いて
露光量を制御する場合、画像の任意領域に着目して露光
制御を行うことは可能になるが、ＣＣＤは画素信号を非
破壊的に読み出すことが不可能なため、露光量をチェッ
クするたびに撮像素子を露光しなおす必要があり、露光
量の最適化を高速に行うことが困難であると共に、露光
量を決定したのちに再度本露光する必要があり、カメラ
の操作レスポンスが悪いという問題がある。また、ＣＣ
Ｄは画像の任意領域のみを走査選択することが不可能な
ため、露光量検出を高速に行うためには、駆動速度を高
速化する必要があり、装置の消費電力が大きくなってし
まうという問題がある。

【０００４】更に、特開平２−１４９０７７号公報開示
のデジタルスチルカメラにおいては、露光制御を半開式
機械式シャッタの絞り制御により行っており、半開式機
械式シャッタの絞りを最適化するために露光量を検出し
ながら絞りを変更する必要があり、制御の高速化が困難
であると共に、サーボ機構が不可欠なため低コスト化が
困難である。更には、ストロボ発光時の露光量制御には
予備発光が必要となり、やはりカメラの操作レスポンス
が悪いと共に、プリストロボ発光のために消費電力が増
えてしまうといった問題がある。

【０００５】本発明は、従来の画素入力装置における上
記問題点を解消するためになされたもので、露光中に部
分画素の画素信号を非破壊読み出して、リアルタイムで
高速に露光制御を行えるようにした画像入力装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に係る発明は、非破壊読み出し可能なＸ−
Ｙアドレス選択型２次元固体撮像素子と、該２次元固体
撮像素子の前面に配置された機械式シャッタと、前記２
次元固体撮像素子の全画素を一括して初期化するリセッ
ト手段と、前記機械式シャッタを開成した状態で前記リ
セット手段を作動させて前記２次元固体撮像素子の露光
を開始させる手段と、前記２次元固体撮像素子の露光開
始後、該撮像素子の一部の画素領域のみを非破壊読み出
して得られた読み出し信号に基づいて、該撮像素子の露
光時間制御を行う手段と、該露光時間制御手段からの露
光終了信号に基づいて前記機械式シャッタを閉成して露
光を終了させる制御手段とで画像入力装置を構成するも
のである。

【０００７】このように構成した画像入力装置において
は、非破壊読み出し可能なＸ−Ｙアドレス選択型２次元
固体撮像素子のリセット手段の作動後の露光期間中に、
該撮像素子の一部の画素領域のみを非破壊読み出して得
られた読み出し信号に基づいて上記撮像素子の露光時間
の制御が行われ、したがって、リアルタイムで高速の露
光制御を行うことが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係る画像入力装置に係る第１の実
施の形態の全体構成を示す概略図である。図１におい
て、１はレンズ、２は機械式シャッタ、３は非破壊読み
出し可能なＸ−Ｙアドレス選択型２次元固体撮像素子、
４は固体撮像素子３のビデオ出力信号を増幅するための
増幅器、５は増幅されたビデオ出力信号をＡ／Ｄ変換す
るＡ／Ｄ変換器、６はＡ／Ｄ変換された撮像データを一
時記憶するバッファメモリ、７は前記固体撮像素子を駆
動制御するための各種タイミングパルスを発生するタイ
ミングパルス発生回路、８は各部の動作を制御すると共
に２次元固体撮像素子３と機械式シャッタ２の露光時間
を制御するＣＰＵである。

【０００９】図２は、図１に示した第１の実施の形態に
おける非破壊読み出し可能なＸ−Ｙアドレス選択型２次
元固体撮像素子の構成例を示す図で、11は非破壊読み出
しが可能な画素、12は垂直走査回路、13は水平走査回
路、14は行方向に配列されている画素に共通に接続され
た行選択線で、垂直走査回路12から読み出し（行選択）
信号φＲＤが印加されるようになっている。15は列方向
に配列されている画素に共通に接続された垂直信号線
で、水平走査回路13により駆動制御される水平選択スイ
ッチ16を介して信号出力線17に接続されている。18は行
方向に配列された画素に共通に接続された行リセット線
で、ＯＲ回路19を介して垂直走査回路12及びリセットパ
ルスφＲＳの供給線20に接続されている。なお、図２に
おいては、単一の画素11のみ示しているが、画素11は行
及び列方向に２次元状に配列され、画素アレイを構成し
ている。

【００１０】図３は、画素11の構成例を示す図で、この
構成例では、光電変換素子21と、増幅用トランジスタ22
と、行選択用スイッチ23と、リセット用スイッチ24とで
構成されている。本構成の画素はリセット用スイッチ24
がオンしない限り、光電変換素子21に記憶された信号は
保存され、画素信号を複数回読み出すことができる。

【００１１】次に、このように構成されている第１の実
施の形態の動作を、図４に示すタイミングチャートに基
づいて説明する。まず、機械式シャッタ２を開成した状
態において、リセット信号φＲＳを印加して全画素を同
時にリセットし、撮像素子３の露光を開始させる。次い
で、画素部の一部の領域、図示例では（ｉ−１）行、ｉ
行及び（ｉ＋１）行の３行の画素信号の非破壊読み出し
を行う。この特定部分の非破壊読み出しを複数回行い、
その都度画素信号は増幅器４，Ａ／Ｄ変換器５，バッフ
ァメモリ６を介してＣＰＵ８へ入力され、ＣＰＵ８にお
いて（ｉ−１），ｉ，（ｉ＋１）行のうち、いずれか１
行について所定の露光量が得られたと判断されたとき、
機械式シャッタ２を閉成させ、撮像素子３への露光を終
了させる。この図示例ではｉ行の２回目の非破壊読み出
しにおいて、所定の露光量に達し、ＡＥ終了の判断がな
されている状態を示している。なお、図４のタイミング
チャートでは、説明を簡単にするため水平選択パルスの
記載を省略しているが、水平選択パルスは各々行選択信
号φＲＤが出力されている期間の中で水平選択スイッチ
16を順次走査し、画素信号を信号出力線17に出力する。

【００１２】露光制御には画素部の一部領域（図示例で
は３行の画素）の画素信号を用いているが、該一部領域
の画素信号に基づく上記機械式シャッタの閉成動作によ
り、全画素同一の露光時間の設定を行うことができる。
そして、機械式シャッタの閉成した後は、通常の全画素
の読み出しを行うことにより、所定露光量の画素信号が
得られる。

【００１３】また上記実施の形態では、画素部の一部領
域として３行（ｉ−１，ｉ，ｉ＋１）の画素部分を設定
し、各行の画素信号を１行ずつ順次非破壊読み出しを行
うようにしたものを示したが、各行の画素信号は必ずし
も順次読み出す必要はなく、複数行同時に読み出すよう
にしてもよい。以下、第２の実施の形態として、図５に
３行を同時に読み出す場合のタイミングチャートを示
す。まず機械式シャッタ２を開成した状態において、リ
セット信号φＲＳを印加して全画素を同時にリセット
し、撮像素子３の露光を開始させる。次いで、画素部の
一部の領域、図示例では（ｉ−１）行、ｉ行及び（ｉ＋
１）行の３行の画素信号を非破壊的に同時に選択して読
み出す。このとき、選択される３行の同じ列に属する画
素の信号電流は加算され、垂直信号線15に出力される。
一般的に露光制御は露光を最適化したい領域の画素信号
の平均値を求めて処理するため、３行分の画素信号が加
算された情報を用いて露光状態を検知することにより、
ＣＰＵでの処理を簡易化できると共に、行の読み出し回
数を削減することができる。

【００１４】また上記各実施の形態では、画素部の一部
領域の画素信号を複数回非破壊読み出しして、所定露光
量に達した時点で、機械式シャッタを閉成して露光を終
了させるようにしたものを示したが、一部領域の画素信
号を１回だけ非破壊読み出しして、その信号量に基づい
て所定の露光時間を算出し（外挿処理）、その後の２回
目以降の非破壊読み出しは行わず、上記算出された所定
の露光時間に対応する時間に到達した時点で、機械式シ
ャッタを閉成して、露光を終了させるようにしてもよ
い。

【００１５】また、ストロボ補助光を併用して撮像を行
うように構成した画像入力装置に対しても、本発明を適
用することができる。以下第３の実施の形態として、図
６に、図５で説明した第２の実施の形態にストロボを併
用する例を示す。φＲＳを印加し、全画素をリセットし
た後、ストロボにより第１の発光が行われる。その後画
素部の一部の領域の画素信号を非破壊的に読み出し、第
１の発光による露光状態を検知する。露光が不十分と判
断されると第２のストロボ発光を行い再度非破壊読み出
しにより露光状態を検知する。最終的に露光量が最適化
されるまでこれを繰り返し、最適化されたと判断される
と、機械式シャッタを閉じると共に、全画素の読み出し
を開始する。露光量を非破壊的に検知しながらストロボ
露光を最適化し、最適化されたと判断した時点で全画素
の読み出しを行えるため、従来必要であった露光量のチ
ェックのためのプリ発光が不要となり、デジタルカメラ
の操作上のレスポンスが改善されると共に、ストロボの
消費電力を削減できる。

【００１６】なお、上記各実施の形態においては、リセ
ット信号を印加して全画素同時にリセット動作を行わせ
る場合、各垂直信号線の電位が、垂直信号線への付加容
量のため非常に不安定になる。この点を改善するため、
図７に示すように、各垂直信号線15の一端に、リセット
信号φＲＳで駆動されるクランプ用スイッチ31を設け、
全画素リセット動作時に各垂直信号線15を基準電位に固
定し（初期化）、安定化を図るようにする。

【００１７】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、非破壊読み出し可能なＸ−Ｙアド
レス選択型２次元固体撮像素子のリセット手段の作動後
の露光期間中に、該撮像素子の一部の画素領域のみを非
破壊読み出しして得られた読み出し信号に基づいて該撮
像素子の露光時間の制御が行われるように構成されてい
るので、リアルタイムで高速の露光制御を行うことが可
能な画像入力装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像入力装置の第１の実施の形態
の全体構成を示す概略構成図である。

【図２】図１に示した第１の実施の形態における非破壊
読み出し可能なＸ−Ｙアドレス選択型２次元固体撮像素
子の構成例を示す図である。

【図３】図２に示した２次元固体撮像素子を構成する画
素の構成例を示す図である。

【図４】図１に示した実施の形態の動作を説明するため
のタイミングチャートである。

【図５】本発明の第２の実施の形態の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図６】本発明の第３の実施の形態の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図７】図２に示した２次元固体撮像素子の他の構成例
を示す図である。

【符号の説明】

１レンズ２機械式シャッタ３非破壊読み出し可能なＸ−Ｙアドレス選択型２次元
固体撮像素子４増幅器５Ａ／Ｄ変換器６バッファメモリ７タイミングパルス発生回路８ＣＰＵ 11 非破壊読み出し可能な画素 12 垂直走査回路 13 水平走査回路 14 行選択線 15 垂直信号線 16 水平選択スイッチ 17 信号出力線 18 行リセット線 19 ＯＲ回路 20 リセット信号印加線 21 光電変換素子 22 増幅用トランジスタ 23 行選択用スイッチ 24 リセット用スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C022 AA13 AB06 AB12 AB15 AB17 AB31 AC42 AC52 5C024 AA01 AA03 BA01 CA17 CA19 EA01 FA01 FA11 GA31 GA33 GA45 HA12 HA14 HA17 HA24 JA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非破壊読み出し可能なＸ−Ｙアドレス選
択型２次元固体撮像素子と、該２次元固体撮像素子の前
面に配置された機械式シャッタと、前記２次元固体撮像
素子の全画素を一括して初期化するリセット手段と、前
記機械式シャッタを開成した状態で前記リセット手段を
作動させて前記２次元固体撮像素子の露光を開始させる
手段と、前記２次元固体撮像素子の露光開始後、該撮像
素子の一部の画素領域のみを非破壊読み出して得られた
読み出し信号に基づいて、該撮像素子の露光時間制御を
行う手段と、該露光時間制御手段からの露光終了信号に
基づいて前記機械式シャッタを閉成して露光を終了させ
る制御手段とを備えていることを特徴とする画像入力装
置。
【請求項２】前記露光時間制御手段は、前記２次元固
体撮像素子の一部の画素領域の前記非破壊読み出しを複
数回行い露光時間制御を行うように構成されていること
を特徴とする請求項１に係る画像入力装置。
【請求項３】前記露光時間制御手段は、前記２次元固
体撮像素子の一部の画素領域の前記非破壊読み出しを１
回行い、該１回の読み出しで得られた読み出し信号に基
づき外挿により前記２次元固体撮像素子の露光時間制御
を行うように構成されていることを特徴とする請求項１
に係る画像入力装置。
【請求項４】前記２次元固体撮像素子の非破壊読み出
しを行う一部の画素領域は複数行で構成され、該複数行
の信号を同時に読み出す手段と、該複数行の画素の信号
を加算する手段とを有し、前記同時読み出し手段で同時
に読み出された複数行の画素の信号の加算平均値を用い
て前記２次元固体撮像素子の露光時間制御を行うように
構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か１項に係る画像入力装置。
【請求項５】ストロボ装置を備え、該ストロボ装置は
前記２次元固体撮像素子の露光期間中に複数回発光する
ように構成されていることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１項に係る画像入力装置。
【請求項６】前記２次元固体撮像素子は、複数の画素
出力信号線を備え、且つ前記リセット手段を作動させる
リセット信号に同期して、前記複数の画素出力信号線を
所定の電圧にクランプする手段を備えていることを特徴
とする請求項１〜５のいずれか１項に係る画像入力装
置。