JP2002044508A

JP2002044508A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2002044508A
Application number: JP2000220247A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Miyahara; 弘之宮原; Norihiro Aso; 教博阿蘇
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2002-02-08
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP3745601B2

Abstract

(57)【要約】【課題】時間的に近接した２枚の静止画像を取得する
際に、時間間隔が長いと２枚の静止画像間の画素ずれが
大きくなり、２枚の静止画像を合成して１枚の高解像度
静止画像を取得しようとしても、良好な高解像度静止画
像が得られない。【解決手段】期間ｔ２で２枚目の静止画像を取得する
際は、２枚目の静止画像の読み出しに先立ち、メカニカ
ルシャッタを閉じる。メカニカルシャッタを閉じるタイ
ミングは、１枚目の静止画像と、２枚目の静止画像との
電荷蓄積量が同一になるよう設定され、明るさの同じ２
枚の静止画像を取得することが可能となる。また、時間
的に近接した２枚の静止画像から良好な高解像度静止画
像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子を用
いた撮像装置に関し、特に、時間的に近接した２枚の静
止画像を取得するのに好適な撮像装置に関する。

【0002】

【従来の技術】近年、電子スチルカメラの機能を搭載し
たビデオカメラが増加しつつある。図４は、ビデオカメ
ラに搭載される固体撮像素子の一部を示す図であり、１
は入来する光を電気信号に変換して出力する光電変換素
子、２は光電変換素子１から出力される電荷を垂直方向
に転送する垂直転送ＣＣＤ（以下、ＶＣＣＤと記す）、
３はＶＣＣＤ２から転送された電荷を水平方向に転送す
る水平転送ＣＣＤ（以下、ＨＣＣＤと記す）である。

【0003】光電変換素子１は、例えば図５に示す如く、水
平方向に９６０画素、垂直方向に６４０画素、マトリク
ス状に配列されており、テレビジョン信号を出力する際
には、領域Ｂで示す４８０ライン分の信号を出力し、静
止画像を出力する際には、領域Ａ及びＢで示す全てのラ
イン分の信号を出力する。

【0004】このように、４８０ライン分の信号を出力する
動画像信号の出力時と６４０ライン分の信号を出力する
静止画像信号の出力時とでは、出力ライン数が異なって
いる。ここで、ＨＣＣＤ３の駆動パルスの周波数をこの
ライン数の比に応じて設定すれば、いずれの信号出力時
でも同一期間に１画面分、つまり、動画像信号の際は４
８０ライン分で、静止画像信号の場合は６４０ライン分
の信号を出力することが可能となるが、このようにした
場合、静止画像信号出力時にＨＣＣＤ３の駆動パルスの
周波数が高くなり、固体撮像素子の発熱によるＳ／Ｎ劣
化や、消費電力の増大等の問題を引き起こす。

【0005】従って、通常、ＨＣＣＤ３の駆動パルスの周波
数は、いずれの信号を出力する際も、テレビジョン信号
における１フィールド期間（以下、１ＶＤ期間と記す）
に４８０ライン分の信号が出力できる周波数に設定され
ている。つまり、１ＶＤ期間にテレビジョン信号におけ
る１画面分（１フレーム分）の信号が出力できる周波数
に設定されている。

【0006】以上の理由から、静止画像信号を出力する際に
は、１ＶＤ期間に６４０ライン分の信号を全て出力する
ことはできない。図６は、静止画像信号を出力する際の
固体撮像素子の動作を説明するための図であり、同図
（ａ）は、ＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号におけるフ
ィールドパルス、つまり１ＶＤ期間を示し、同図（ｂ）
は、固体撮像素子への電荷の蓄積期間を示している。

【0007】光電変換素子１に蓄積される電荷は、同図
（ｂ）の蓄積開始タイミングで一旦吐き出され、このタ
イミングから新たに電荷の蓄積が行われる。そして、読
み出しタイミングまで電荷を蓄積すると、全ての光電変
換素子１に蓄積されている電荷が夫々隣接するＶＣＣＤ
２に転送される。なお、ここで電荷の蓄積開始から読み
出しまでの期間ｔ１は、被写体の明るさ、あるいはその
他の条件により適宜設定される。

【0008】そして、ＶＣＣＤ２は、これらの電荷をＨＣＣ
Ｄ３に転送し、これら１画面分の信号が出力される。Ｖ
ＣＣＤ２及びＨＣＣＤ３は、光電変換素子１から電荷の
読み出しが行われると同時に、電荷の転送を開始する
が、前述の如く、１ＶＤ期間に６４０ライン分の信号を
全て出力することはできない。つまり、電荷の蓄積を行
った次の１ＶＤ期間中には、ＶＣＣＤ２及びＨＣＣＤ３
による電荷の転送は完了しておらず、この時点で次の画
像の電荷を光電変換素子１に蓄積することはできない。
従って、図６（ｂ）の如く２ＶＤ期間に一度電荷を蓄積
し、これを出力することになる。

【0009】

【発明が解決しようとする課題】ところが、最近では、
ビデオカメラで撮像した静止画像の高解像度化が望まれ
ており、固体撮像素子における画素数を超えた静止画像
を取得する方法として、時間的に近接した２枚の静止画
像から１枚の高解像度静止画像を取得する方法が知られ
ている。

【0010】これは、１枚目の静止画像を取得した後に、固
体撮像素子の画素位置を水平及び垂直方向、あるいはそ
の一方に１／２画素分ずらして２枚目の静止画像を取得
し、これら１枚目の静止画像と２枚目の静止画像とを合
成して高解像度静止画像を得るものであるが、撮像した
被写体に動きがないことと、撮像中にビデオカメラを動
かさないことが条件となる。

【0011】しかしながら、ビデオカメラを固定せずに撮像
を行った場合、手ぶれの影響を受けるため、図６で示し
た如く、１／３０秒の間隔を空けて静止画像を取得して
も、２枚の静止画像間には、本来のずれ量とは異なる画
素ずれが生じており、良好な高解像度静止画像を得るこ
とができないという問題があった。

【0012】本発明は、以上の問題に鑑みて、時間的に近接
した２枚の静止画像を取得するのに好適な撮像装置を提
供することを目的とする。また、このようにして取得し
た静止画像から１枚の高解像度静止画像を取得すること
を目的とする。

【0013】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明に係る撮像装置は、時間的に近接した２枚
の静止画像を取得する撮像装置であり、マトリクス状に
配列される複数の光電変換素子に蓄積される電荷を電気
信号として出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子
に入来する光の一部又は全部を遮蔽可能な遮蔽手段と、
前記固体撮像素子の光電変換素子における電荷の蓄積開
始タイミング及び電荷の読み出しタイミングを制御する
と共に、前記遮蔽手段における遮蔽動作を制御する制御
部とを備え、第１の静止画像を取得する際は、前記制御
部が前記固体撮像素子における電荷の蓄積開始タイミン
グ及び電荷の読み出しタイミングを制御すると共に、前
記遮蔽手段による遮蔽量を一定に保つことで第１の静止
画像を取得し、前記第１の静止画像の取得後に第２の静
止画像を取得する際は、前記制御部が前記固体撮像素子
における電荷の蓄積開始タイミング及び電荷の読み出し
タイミングを制御すると共に、前記電荷の読み出しタイ
ミング以前に、前記遮蔽手段が入来する光を全部遮蔽す
るよう制御することで、前記第２の静止画像を取得する
ことを特徴とするものである。

【0014】また、前記第１の静止画像の取得時と、前記第
２の静止画像の取得時とでは、前記光電変換素子の画素
位置が異なっており、前記第１の静止画像と前記第２の
静止画像から１枚の高解像度静止画像を生成する画像合
成部を備えることを特徴とするものである。

【0015】また、本発明に係る撮像装置における前記制御
部は、前記第１の静止画像の電荷蓄積量と前記第２の静
止画像の電荷蓄積量とが等しくなるよう前記遮蔽手段を
制御することを特徴とするものである。

【0016】また、本発明に係る撮像装置における前記制御
部は、前記第１の静止画像の電荷蓄積期間と前記第２の
静止画像の電荷蓄積期間が等しくなるよう前記遮蔽手段
を制御することを特徴とするものである。

【0017】また、前記制御部は、前記第１の静止画像の取
得と前記第２の静止画像の取得との間に、前記光電変換
素子の画素位置を異ならしめるための時間間隔を設ける
ことを特徴とするものである。

【0018】また、本発明に係る撮像装置は、時間的に近接
した２枚の静止画像のみならず、テレビジョン信号にお
けるフィールドパルスに同期した静止画像を連続的に出
力する動画像信号を出力可能であり、前記電荷の読み出
しタイミングは、前記フィールドパルスに同期して設定
されていることを特徴とするものである。

【0019】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例に係る撮像
装置を説明するためのブロック図であり、１１は入来す
る光を遮蔽するメカニカルシャッタ、１２はメカニカル
シャッタ１１を介して入来した光を電気信号に変換して
出力する固体撮像素子（ＣＣＤ）、１３はメカニカルシ
ャッタ１１及び固体撮像素子１２の動作を制御するタイ
ミングジェネレータ（ＴＧ）である。

【0020】また、１４は固体撮像素子１２の出力する信号
をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換部、１５
はＡ／Ｄ変換部１４の出力するデジタル信号から輝度信
号Ｙ及び色信号Ｃを生成して出力するＹ／Ｃ処理部、１
６はＹ／Ｃ処理部１５の出力する映像信号を１フレーム
分蓄えるフレームメモリ、１７はＹ／Ｃ処理部１５の出
力する映像信号とフレームメモリ１６からの映像信号と
に基づき、高解像度静止画像を生成する合成部である。

【0021】なお、ここでは、メカニカルシャッタ１１は、
固体撮像素子１２に入来する光の量を調整する絞り機構
と併用するものとして説明するが、絞り機構と、メカニ
カルシャッタとを別の構成として設けても構わない。ま
た、固体撮像素子１２の構成に関しては、図４及び図５
に示した通りである。

【0022】また、図２は、本発明に係る撮像装置の動作を
説明するための図であり、同図（ａ）は、ＮＴＳＣ方式
のテレビジョン信号におけるフィールドパルス、つまり
１ＶＤ期間を示し、同図（ｂ）は、タイミングジェネレ
ータ１３がメカニカルシャッタ１１に出力する開閉切換
信号、同図（ｃ）は、メカニカルシャッタ１１の開閉状
態、同図（ｄ）は、固体撮像素子１２への電荷の蓄積状
態を夫々示している。

【0023】なお、本発明に係る撮像装置は、図２（ａ）で
示すフィールドパルスに同期した静止画像を連続的に出
力する動画撮像モードと、時間的に近接した２枚の静止
画像を取得する静止画撮像モードとを有するが、ここで
は、本願の特有の撮像モードである静止画撮像モードに
ついて以下に説明する。

【0024】タイミングジェネレータ１３が固体撮像素子１
２に吐き出しパルスを出力すると、光電変換素子１に蓄
積される電荷が全て吐き出され、このタイミングから新
たに電荷の蓄積が開始される。なお、図２（ｃ）に示す
如く、この時メカニカルシャッタ１１は開いた状態とな
っている。そして、図２（ａ）で示すフィールドパルス
のタイミングで全ての光電変換素子１に蓄積されている
電荷が隣接するＶＣＣＤ２に転送される。

【0025】そして、このタイミングでＶＣＣＤ２及びＨＣ
ＣＤ３は、光電変換素子１からの電荷の転送を開始する
が、これと同時に、光電変換素子１では新たな電荷の蓄
積が開始される。ここで、図２（ｄ）で示す期間ｔ１で
蓄積された電荷による１枚目の静止画像と、その後の期
間ｔ２で蓄積する電荷による２枚目の静止画像とでは、
両静止画像間で明るさを同一する必要がある。従って、
両静止画像間では、電荷蓄積を終えた時点での電荷蓄積
量を同一にしておくことが望ましい。

【0026】ここで、２枚目の静止画像について考えると、
１枚目の静止画像を成す電荷の転送には、前述の如く１
ＶＤ期間以上の時間が必要となるため、２枚目の静止画
像の読み出しタイミングは、図示の如く、１枚目の静止
画像の読み出しタイミングの２ＶＤ期間後になる。

【0027】従って、両静止画像間の電荷蓄積量を同一にす
るためには、２枚目の静止画像の電荷の読み出しタイミ
ングに先立ち、メカニカルシャッタ１１を閉じる必要が
ある。ここで、１枚目の静止画像の電荷蓄積時における
メカニカルシャッタ１１の絞り値をＦとすると、１枚目
の静止画像の電荷蓄積量Ｐ１は、Ｐ１＝Ｆ×ｔ１で表す
ことができる。

【0028】一方、２枚目の静止画像については、メカニカ
ルシャッタ１１が閉じ始めてから、閉じ終わるまでの期
間をｔ３とすると、２枚目の静止画像の電荷蓄積量Ｐ２
は、Ｐ２＝Ｆ×（ｔ２−ｔ３）＋Ｆ×ｔ３×１／２であ
る。従って、１枚目の静止画像の電荷蓄積量Ｐ１と２枚
目の静止画像の電荷蓄積量Ｐ２が等しいという条件よ
り、ｔ２−ｔ３＝ｔ１−ｔ３×１／２となる。

【0029】ここで、期間ｔ３は期間ｔ１における絞り値Ｆ
により変化する値であり、絞り値Ｆが開放状態に近けれ
ば、ｔ３は大きな値となり、絞り値Ｆが閉鎖状態に近け
れば、ｔ３は小さな値となる。例えば、期間ｔ１を１０
ｍｓ、期間ｔ３を２ｍｓとした場合、ｔ２−ｔ３＝９ｍ
ｓとなり、この場合は、２枚目の静止画像の電荷蓄積を
開始してから９ｍｓ後に、図２（ｂ）で示すメカニカル
シャッタ１１を閉鎖するための信号がタイミングジェネ
レータ１３からメカニカルシャッタ１１に出力され、更
に２ｍｓ後に、図２（ｃ）で示す如く、メカニカルシャ
ッタ１１が完全に閉じた状態となる。

【0030】そして、１枚目の静止画像の読み出しから２Ｖ
Ｄ期間後に２枚目の静止画像の読み出しが行われる。な
お、１枚目の静止画像及び２枚目の静止画像は、共にＡ
／Ｄ変換部１４において、デジタル信号に変換された後
に、Ｙ／Ｃ処理部１５において、輝度信号Ｙ及び色信号
Ｃの信号形態とされるが、１枚目の静止画像について
は、フレームメモリ１６に一旦蓄積される。そして、Ｙ
／Ｃ処理部１５から２枚目の静止画像が出力されるタイ
ミングで、フレームメモリ１６から１枚目の静止画像が
読み出され、合成部１７にて１枚の高解像度静止画像が
生成される。

【0031】以上のように、本発明に係る撮像装置では、２
枚目の静止画像を取得する際に、メカニカルシャッタ１
１を２枚目の静止画像の読み出しに先立ち閉鎖させ、そ
の閉鎖のタイミングをＦ値に応じて適宜設定したため、
非常に短い時間間隔で１枚目の静止画像と２枚目の静止
画像を取得することができ、良好な高解像度静止画像を
得ることができる。

【0032】また、以上の説明では、１枚目の静止画像を成
す電荷の読み出しタイミングと、２枚目の静止画像を成
す電荷の蓄積開始タイミングとを同一にした例を示した
が、これに限らず、１枚目の静止画像を成す電荷の読み
出しタイミングの後に２枚目の静止画像の電荷蓄積を開
始しても良い。例えば、１枚目の静止画像を取得した後
に、固体撮像素子１２の物理的な位置を移動させ、その
後２枚目の静止画像を取得する場合には、固体撮像素子
１２の移動完了後に、２枚目の静止画像の電荷蓄積を開
始するのが望ましい。

【0033】図３は、このように、１枚目の静止画像を成す
電荷の読み出しタイミングの後に、２枚目の静止画像を
成す電荷の蓄積を開始した場合の一例を示す図である。
図３において、１枚目の静止画像の出力に関しては、図
２による説明と同一であるが、１枚目の静止画像の読み
出し後に光電変換素子１に蓄積される電荷が全て吐き出
され、このタイミングから２枚目の静止画像の電荷蓄積
が開始される。

【0034】そして、タイミングジェネレータ１３は、２枚
目の静止画像の電荷蓄積を開始してから期間（ｔ２−ｔ
３）経過後に、メカニカルシャッタ１１を閉鎖するため
の開閉切換信号をメカニカルシャッタ１１に出力する。
そして、２枚目の静止画像の電荷蓄積を開始してから期
間ｔ２後に、メカニカルシャッタ１１が完全に閉じた状
態となり、電荷蓄積が完了する。そして、１枚目の静止
画像の読み出しタイミングから２ＶＤ期間後に２枚目の
静止画像の読み出しが行われる。

【0035】以上のように、図３で示した例では、１枚目の
静止画像の取得後、直ちに２枚目の静止画像の取得を開
始しないため、この期間に固体撮像素子１２の物理的な
位置を移動させることができる。

【0036】なお、以上の説明では、第１の静止画像と第２
の静止画像との間で電荷蓄積量が同一となるようメカニ
カルシャッタ１１を制御した例を示したが、例えば、図
２あるいは図３で示す期間ｔ１と期間ｔ２とが等しくな
るようメカニカルシャッタ１１を制御しても構わない。

【0037】このように、期間ｔ１と期間ｔ２とが等しくな
るようメカニカルシャッタ１１を制御した場合、第１の
静止画像と第２の静止画像との間で電荷蓄積量が異なっ
てしまうが、合成部１７にて両静止画像の明るさを同一
にする調整機構を設ければ、良好な高解像度静止画像を
得ることができる。

【0038】また、このように、期間ｔ１と期間ｔ２とが等
しくなるようメカニカルシャッタ１１を制御した場合、
被写体にわずかな動きが生じている場合でも比較的良好
な高解像度静止画像を得ることができる。つまり、期間
ｔ１と期間ｔ２とが等しい場合には、期間ｔ１における
被写体の動き量と期間ｔ２における被写体の動き量とが
ほぼ等しくなるため、画像合成する際の精度が向上し、
２枚の静止画像から高解像度静止画像を得る際に良好な
静止画像を得やすくなる。

【0039】また、以上の説明では、タイミングジェネレー
タ１３がメカニカルシャッタ１１及び固体撮像素子１２
を制御した例を示したが、メカニカルシャッタ１１を制
御する制御手段と、固体撮像素子１２を制御する制御手
段とを別々の構成としても良いことは言うまでもない。

【0040】

【発明の効果】本発明によれば、第２の静止画像を取得
する際に、電荷の読み出しタイミング以前に入来光が遮
断されて電荷蓄積が完了するため、時間的に近接した２
枚の静止画像を得ることができる。

【0041】また、本発明によれば、第１の静止画像の取得
時と第２の静止画像の取得時で、光電変換素子の画素位
置が異なっているため、第１の静止画像と第２の静止画
像とを合成することにより良好な高解像度静止画像を得
ることが可能となる。

【0042】また、本発明によれば、静止画像を取得する際
の電荷の読み出しタイミングがテレビジョン信号におけ
るフィールドパルスに同期して設定されるため、動画像
信号を出力可能な固体撮像素子を用いて、静止画像の出
力が容易に行えるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る撮像装置を説明するため
のブロック図である。

【図２】本発明の実施例に係る撮像装置の動作を説明す
るための図である。

【図３】静止画像取得タイミングを変化させた場合の動
作を示す図である。

【図４】ビデオカメラに搭載される固体撮像素子の一部
を示す図である。

【図５】光電変換素子の配列を示す図である。

【図６】従来の撮像装置における動作を説明するための
図である。

【符号の説明】

１…光電変換素子２…垂直転送ＣＣＤ３…水平転送ＣＣＤ１１…メカニカルシャッタ１２…固体撮像素子１３…タイミングジェネレータ（制御部）１４…Ａ／Ｄ変換部１５…Ｙ／Ｃ処理部.. １６…フレームメモリ１７…合成部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C022 AA13 AB18 AB33 AC42 AC52 AC69 CA00 5C024 AX01 BX01 CX37 CX55 CX63 CY11 CY33 EX31 GY05 GZ01 GZ36 HX23 HX28 HX51 HX58

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】時間的に近接した２枚の静止画像を取得す
る撮像装置であり、マトリクス状に配列される複数の光電変換素子に蓄積さ
れる電荷を電気信号として出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子に入来する光の一部又は全部を遮蔽可
能な遮蔽手段と、前記固体撮像素子の光電変換素子における電荷の蓄積開
始タイミング及び電荷の読み出しタイミングを制御する
と共に、前記遮蔽手段における遮蔽動作を制御する制御
部とを備え、第１の静止画像を取得する際は、前記制御部が前記固体
撮像素子における電荷の蓄積開始タイミング及び電荷の
読み出しタイミングを制御すると共に、前記遮蔽手段に
よる遮蔽量を一定に保つことで第１の静止画像を取得
し、前記第１の静止画像の取得後に第２の静止画像を取得す
る際は、前記制御部が前記固体撮像素子における電荷の
蓄積開始タイミング及び電荷の読み出しタイミングを制
御すると共に、前記電荷の読み出しタイミング以前に、
前記遮蔽手段が入来する光を全部遮蔽するよう制御する
ことで、前記第２の静止画像を取得することを特徴とす
る撮像装置。
【請求項2】前記第１の静止画像の取得時と、前記第２
の静止画像の取得時とでは、前記光電変換素子の画素位
置が異なっており、前記第１の静止画像と前記第２の静
止画像から１枚の高解像度静止画像を生成する画像合成
部を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項3】前記制御部は、前記第１の静止画像の電荷
蓄積量と前記第２の静止画像の電荷蓄積量とが等しくな
るよう前記遮蔽手段を制御することを特徴とする請求項
２記載の撮像装置。
【請求項4】前記制御部は、前記第１の静止画像の電荷
蓄積期間と前記第２の静止画像の電荷蓄積期間が等しく
なるよう前記遮蔽手段を制御することを特徴とする請求
項２記載の撮像装置。
【請求項5】前記制御部は、前記第１の静止画像の取得
と前記第２の静止画像の取得との間に、前記光電変換素
子の画素位置を異ならしめるための時間間隔を設けるこ
とを特徴とする請求項３又は４記載の撮像装置。
【請求項6】前記固体撮像素子は、時間的に近接した２
枚の静止画像のみならず、テレビジョン信号におけるフ
ィールドパルスに同期した静止画像を連続的に出力する
動画像信号を出力可能であり、前記電荷の読み出しタイ
ミングは、前記フィールドパルスに同期して設定されて
いることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記
載の撮像装置。