JP2004120391A - Solid-state image pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の光学像を光電変換し、該光学像に基づく画像信号を得る固体撮像装置に関するものであり、特に被写体の静止画および動画の両方を撮像する固体撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、被写体の光学像をCCDなどの固体撮像素子が二次元状に多数配列されてなる光電変換部により光電変換して画像信号を得、この画像信号を所定の記録媒体に記録するデジタルカメラなどが広く普及している。
【0003】
上記のようなデジタルカメラにおいては、たとえば、被写体の静止画を撮像する際、モニタに被写体の動画を表示し、モニタをファインダとして用いる場合がある。操作者はこの動画を見ながら最終的に撮影される画像を確認し、所望の静止画を撮影することができる。また、デジタルビデオカメラにおいては、主に被写体の動画の撮影が行なわれるが、動画撮影中においても静止画を撮影したい場合もある。そこで、上記のような用途から近年では被写体の動画および静止画の両方を撮影できるデジタルカメラなどが普及している。
【0004】
ここで、上記のように動画および静止画の両方を得る方法としては、たとえば、1つの光電変換部により動画を撮像し、この動画用に撮像した画像の1つを静止画として記録する方法がある。しかし、動画の撮像においては高いフレームレートが要求されるため1つ1つの静止画の露光時間は比較的短い時間としなければならないのに対し、静止画の撮像においては高い解像度が要求されるため長い露光時間で撮像する必要があり、上記のような方法では動画撮像と静止画撮像の露光時間を上記のように異なるものとすることができない。したがって、所望のフレームレートで動画を撮像するとともに高解像度な静止画を得ることは困難である。
【0005】
そこで、特許文献1においては、動画を撮像するとともに高解像度な静止画を得るために動画用の光電変換部と静止画用の光電変換部とを別々に設けてミラーなどにより光路を分割して動画および静止画を撮像する方法が提案されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平2000−201288号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにミラーなどにより光路を分割するとそれぞれの固体撮像素子に入射する光量が少なくなってしまい動画、静止画ともに画質の劣化を生じる。また、光路を分割すると光学系も複雑になり小型化が困難となる。
【0008】
本発明は、上記のような事情に鑑み、被写体の静止画および動画の両方を撮像する固体撮像装置において、装置の大型化や複雑化をともなうことなく、所望のフレームレートで動画を撮像することができるとともに高解像度な静止画を撮像することができる固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、被写体の光学像を光電変換する固体撮像素子が2次元状に多数配列されてなる光電変換部を有し、その光電変換部により光学像の撮像を行う撮像手段と、その撮像手段により被写体の静止画および動画を撮像するよう撮像手段を制御する撮像制御手段とを備えた固体撮像装置において、光電変換部が、1つの画素に対して複数の固体撮像素子を有し、その複数の固体撮像素子のうちの一部の固体撮像素子を静止画用固体撮像素子とし、他の固体撮像素子を動画用固体撮像素子とするよう構成され、撮像制御手段が、静止画像用固体撮像素子が静止画の撮像を、動画用固体撮像素子が動画の撮像を行うよう上記固体撮像素子を制御するものであることを特徴とする。
【0010】
ここで、上記「1つの画素に対して複数の固体撮像素子を有する」とは、1つの画素内に複数の受光部を有し、各受光部により受光され光電変換された信号電荷をそれぞれ選択的に読み出すことができるよう構成されていることを意味する。
【0011】
また、撮像制御手段を、静止画用固体撮像素子と動画用固体撮像素子とを異なる撮像条件で制御するものとすることができる。
【0012】
ここで、上記「撮像条件」とは、たとえば、上記固体撮像素子の露光時間や撮像時に動作させる上記固体撮像素子の数などを意味する。
【0013】
また、撮像制御手段を、動画用固体撮像素子の露光時間よりも静止画用固体撮像素子の露光時間の方が長くなるよう上記固体撮像素子を制御するものとすることができる。
【0014】
また、動画用固体撮像素子の受光部の面積を静止画用固体撮像素子の受光部の面積よりも広くすることができる。
【0015】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、1つの画素に対して複数の固体撮像素子を設け、その複数の固体撮像素子のうちの一部の固体撮像素子を静止画用固体撮像素子とし、他の固体撮像素子を動画用固体撮像素子とするよう構成し、上記静止画像用固体撮像素子により静止画の撮像を、上記動画用固体撮像素子により動画の撮像を行うようにしたので、たとえば、動画用固体撮像素子の露光時間よりも静止画用固体撮像素子の露光時間の方が長くなるよう上記固体撮像素子を制御することにより、所望のフレームレートで動画の撮像を行うとともに高解像度な静止画の撮像を行うようにすることができる。
【0016】
また、特許文献1に記載の発明のようにミラーなどを設けて光路を動画撮像用と静止画撮像用とで分割する必要もないので、装置の小型化を図ることができる。
【0017】
また、動画用固体撮像素子の受光部の面積を静止画用固体撮像素子の受光部の面積よりも広くするようにした場合には、動画撮像時の受光量をより多くすることができるので、フレームレートや解像度の低下を抑制することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の固体撮像装置の一実施形態について説明する。図1は本実施形態の固体撮像装置を適用したデジタルビデオカメラ10の概略構成を示すブロック図である。
【0019】
本デジタルビデオカメラ10は、図1に示すように、被写体の光学像を撮像して該光学像に基づく画像信号を出力する撮像手段11、撮像手段11から出力された画像信号に対して所定の信号処理を施した後、A/D変換器(不図示)によりデジタル化してデジタルデータを出力する前処理部18、前処理部18から出力されたデジタルデータに所定の画像処理を施す信号処理部20、信号処理部20において所定の画像処理の施された処理済データに基づいて可視画像を表示するモニタ22、静止画撮影モードと動画撮影モードの選択を行う操作部24、およびカメラ全体の動作の制御を行う制御手段26とを備えている。
【0020】
撮像手段11は、被写体の光学像を結像する光学レンズ系12、光学レンズ系12により結像された光学像の後述する光電変換部16への入射を制御するメカニカルシャッター14、光学レンズ系12により結像された光学像を光電変換し、画像信号を出力する光電変換部16を備えている。
【0021】
光電変換部16は、図2に示すように、受光領域1、該受光領域1における垂直転送CCD6を制御する垂直転送CCD駆動回路2、垂直転送CCD6から信号電荷を受け、水平方向Xに信号電荷を転送する水平電荷転送路3、水平電荷転送路3から出力された信号電荷を増幅して画像信号として出力する出力アンプ4を備えている。
【0022】
受光領域1には、光学系レンズ12により結像された光学像を受光する画素5および画素5において受光され、光電変換された信号電荷を読み出し、垂直方向Yに転送する垂直転送CCD6が設けられている。受光領域1は、図2に示すように、画素5が各行において1列おきに配置されるとともに各列において1行おきに配置され、いわゆるハニカム構造を構成し、画素の水平方向の配列が1行置きに1/2ピッチずれた位置に配置されている。そして、各画素5からの電荷は各画素5の右側に近接して配置された垂直転送CCD6に読み出され、垂直方向Yに転送される。
【0023】
画素5には、図3に示すように、2つのフォトダイオード領域5a,5bが設けられており、フォトダイオード領域5aを有する動画用固体撮像素子51とフォトダイオード領域5bを有する静止画用固体撮像素子52とから構成されている。フォトダイオード領域5aは、相対的に広い面積を有し、主たる感光部を構成する。フォトダイオード5bは、相対的に狭い面積を有し、従たる感光部を構成する。また、動画用固体撮像素子51および静止画用固体撮像素子52により光電変換され、蓄積された信号電荷を垂直転送CCD6に読み出すための転送電極(図示省略)がそれぞれの固体撮像素子について設けられており、動画用固体撮像素子51または静止画用固体撮像素子52から選択的に信号電荷を垂直転送CCD6に読み出すことができるようになっている。
【0024】
操作部24は、モード選択部24aおよびレリーズシャッタボタン24bを備えている。モード選択部24aは、静止画撮影モードと動画撮影モードのうち操作者により選択されたモードに応じたモード信号を制御手段26に出力する。また、レリーズシャッタボタン24bは、2段階にストロークを有するボタンで、第1段階のストローク(以下、半押し状態という)でデジタルビデオカメラ10を静止画撮像準備段階にし、第2段のストローク(以下、全押し状態という)で実際の静止画撮像を行うトリガ信号を制御手段26に出力する。
【0025】
制御手段26は、デジタルビデオカメラ10全体の動作を制御するマイクロコンピュータまたはCPUである。そして、制御手段26は、撮像制御手段27を有しており、撮像制御手段27は、入力されるモード信号に応じてデジタルビデオカメラ10全体を静止画撮影モードまたは動画撮影モードに設定する。
【0026】
次に、上記実施形態のデジタルビデオカメラ10により動画を撮像して記録する際の作用について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。
【0027】
まず、動画の撮像は操作者がモード選択部24aにより動画撮影モードを選択することにより開始され、選択されるまでは待機状態となる(S10)。モード選択部24aにおいて動画撮影モードが選択された際には、モード選択部24aから動画撮影モードに応じた動画モード信号が制御手段26に出力される。そして、制御手段26における撮像制御手段27は、上記動画モード信号に応じて予め設定された所定の動画撮影条件に基づいて撮像手段11におけるレンズ光学系12、シャッター14および光電変換部16を制御する。このとき光電変換部16における露光時間は後述する静止画撮影時における露光時間よりも短い時間に設定される。そして、光電変換部16における動画用固体撮像素子51のみが撮像制御手段27により駆動され(S12)、露光が開始される(S14)。露光は予め設定された露光時間だけ行なわれるが(S16)、露光時間の制御はシャッター14により行なってもよいし、いわゆる電子シャッターにより行なってもよい。そして、所定の露光時間が経過した後、垂直転送CCD駆動回路2により転送電極および垂直転送CCD6が駆動され、動画用固体撮像素子51に蓄積された信号電荷が垂直転送CCD6に転送される。そして、垂直転送CCD6に転送された信号電荷は行毎に順次水平電荷転送路3に転送され、水平電荷転送路3に転送れた信号電荷は、順次水平方向X方向に転送され、出力アンプ4により所定のゲインだけ増倍され、動画画像信号として読み出される(S18)。上記のようにして光電変換部16から出力された動画画像信号は前処理部18においてA/D変換されて動画デジタルデータとして信号処理部20に出力され、信号処理部20において所定の画像信号処理が施された後(S20)、信号処理部20におけるメモリに記録される(S22)。そして、操作者からの動画撮影終了の指示信号が入力されるまで、上記S14からS22までの処理が繰り返されるとともに、メモリに記録された処理済動画データがフレーム毎にモニタ22に出力され、モニタ22により動画が表示される。
【0028】
次に、上記のようにして本デジタルビデオカメラ10により動画を撮像している間に静止画撮影を行う際の作用について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。
【0029】
まず、静止画の記録は操作者がモード選択部24aにより静止画撮影モードを選択することにより開始され、選択されるまでは待機状態となっている(S30)。モード選択部24aにおいて静止画撮影モードが選択された際には、モード選択部24aから静止画撮影モードに応じた静止画モード信号が制御手段26に出力される。そして、このとき制御手段26は操作部24におけるレリーズシャッタボタン24bが半押し状態とされたか否かを確認する(S32)。S32においてレリーズシャッタボタン24bが半押し状態とされた際には、制御手段26における撮像制御手段27は、予め設定された所定の静止画撮影条件に基づいて撮像手段11におけるレンズ光学系12、シャッター14および光電変換部16を制御する。このとき光電変換部16における露光時間は動画撮影時における露光時間よりも長い時間に設定される。そして、レリーズシャッターボタン24bが全押し状態とされた際には、光電変換部16における動画用固体撮像素子51とともに、静止画用固体撮像素子52が撮像制御手段27により駆動され(S34)、露光が開始される(S36)。なお、S32において、所定の時間内にレリーズボタン24bが半押し状態とされなかった場合には、静止画撮影モードは終了し、動画撮影モードに戻るものとする。露光は予め設定された露光時間だけ行なわれ、所定の露光時間が経過した後(S38)、垂直転送CCD駆動回路2により転送電極および垂直転送CCD6が駆動され、静止画用固体撮像素子52に蓄積された信号電荷が垂直転送CCD6に転送される。そして、垂直転送CCD6に転送された信号電荷は行毎に順次水平電荷転送路3に転送され、水平電荷転送路3に転送れた信号電荷は、順次水平方向X方向に転送され、出力アンプ4により所定のゲインだけ増倍され、静止画画像信号として読み出される(S40)。上記のようにして光電変換部16から出力された静止画画像信号は前処理部18においてA/D変換されて静止画デジタルデータとして信号処理部20に出力され、信号処理部20において所定の画像信号処理が施された後(S42)、信号処理部20におけるメモリに記録される(S44)。なお、上記S40において信号電荷が読み出される際に、動画撮影モードにおける信号電荷の読出し(図4のS18)が行なわれている際には、この動画撮影モードにおける転送が終了した後に静止画撮影モードの信号電荷の読出しが行なわれるものとする。
【0030】
本実施形態のデジタルビデオカメラ10によれば、光電変換部16が1つの画素に対して動画用固体撮像素子51と静止画用固体撮像素子52とを有するものとし、上記動画用固体撮像素子51により動画の撮像を、上記静止画像用固体撮像素子52により静止画の撮像を行うようにしたので、上記のように動画用固体撮像素子51の露光時間よりも静止画用固体撮像素子52の露光時間の方が長くなるよう上記固体撮像素子を制御することにより、所望のフレームレートで動画の撮像を行うとともに高解像度な静止画の撮像を行うようにすることができる。
【0031】
また、上記実施形態においては、動画用固体撮像素子51に蓄積された信号電荷と静止画用固体撮像素子52に蓄積された信号電荷とを、同じ垂直転送CCD6にタイミングをずらして転送するようにしたが、動画用固体撮像素子用の垂直転送CCDと静止画用固体撮像素子用の垂直転送CCDを別個に設け、動画用固体撮像素子51に蓄積された信号電荷と静止画用固体撮像素子52に蓄積された信号電荷の両方を同時に転送するようにしてもよい。ただし、この場合、水平電荷転送路への転送はタイミングをずらして転送するか、もしくは水平電荷転送路出力アンプも別個にそれぞれ設ける必要がある。
【0032】
また、上記実施形態において、動画撮像時に動作させる動画用固体撮像素子51の数を静止画撮像時に動作させる静止画用固体撮像素子51の数よりも少なくなるように上記固体撮像素子を制御するようにしてもよい。
【0033】
また、上実施形態において、動画撮像時において動画用固体撮像素子51に蓄積された信号電荷を読み出す際、所定の割合で画素を間引いて読み出すようにしてもよい。
【0034】
また、上記実施形態においては、静止画撮像時の信号電荷の読出しは一度ではなく複数回に分けて読み出すようにしてもよい。
【0035】
また、上記実施形態においては、光電変換部16はCCD型の固体撮像素子により構成するようにしたが、これに限らず、フォトダイオード領域とMOSトランジスタからなるMOS型の固体撮像素子により構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像装置を適用したデジタルビデオカメラの概略構成を示すブロック図
【図2】図1に示すデジタルビデオカメラにおける光電変換部の詳細を示す図
【図3】図2に示す光電変換部における画素の詳細を示す図
【図4】図1に示すデジタルビデオカメラの動画撮像時の作用を説明するフローチャート
【図5】図1に示すデジタルビデオカメラの静止画撮像時の作用を説明するフローチャート
【符号の説明】
1 受光領域
2 垂直転送CCD駆動回路
3 水平電荷転送路
4 出力アンプ
5 画素
6 垂直転送CCD
10 デジタルビデオカメラ
11 撮像手段
12 光学系レンズ
14 シャッター
16 光電変換部
18 前処理部
20 信号処理部
22 モニタ
24 操作部
24a モード選択部
24b レリーズシャッタボタン
51 動画用固体撮像素子
52 静止画用固体撮像素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device that photoelectrically converts an optical image of a subject and obtains an image signal based on the optical image, and more particularly to a solid-state imaging device that captures both a still image and a moving image of a subject.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a digital camera that obtains an image signal by photoelectrically converting an optical image of a subject by a photoelectric conversion unit in which a large number of solid-state image sensors such as a CCD are arranged in a two-dimensional manner, and records the image signal on a predetermined recording medium Are widely used.
[0003]
In the digital camera as described above, for example, when a still image of a subject is captured, a moving image of the subject is displayed on the monitor, and the monitor may be used as a viewfinder. The operator can confirm a final image while viewing the moving image, and can capture a desired still image. A digital video camera mainly shoots a moving image of a subject, but there are cases where it is desired to shoot a still image even during moving image shooting. In view of the above, in recent years, digital cameras that can shoot both moving images and still images of a subject have become widespread.
[0004]
Here, as a method of obtaining both a moving image and a still image as described above, for example, there is a method of capturing a moving image by one photoelectric conversion unit and recording one of the images captured for the moving image as a still image. is there. However, since a high frame rate is required for moving image capturing, the exposure time of each still image must be relatively short, whereas a high resolution is required for still image capturing. It is necessary to capture images with a long exposure time, and with the above method, the exposure times for moving image capturing and still image capturing cannot be different as described above. Therefore, it is difficult to capture a moving image at a desired frame rate and obtain a high-resolution still image.
[0005]
Therefore, in
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-201288
[Problems to be solved by the invention]
However, if the optical path is divided by a mirror or the like as described above, the amount of light incident on each solid-state image sensor is reduced, resulting in degradation of image quality for both moving images and still images. In addition, if the optical path is divided, the optical system becomes complicated and it is difficult to reduce the size.
[0008]
In view of the above-described circumstances, the present invention captures a moving image at a desired frame rate without increasing the size and complexity of the solid-state imaging device that captures both a still image and a moving image of a subject. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of capturing a high-resolution still image.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The solid-state imaging device of the present invention has a photoelectric conversion unit in which a large number of solid-state imaging elements that photoelectrically convert an optical image of a subject are two-dimensionally arranged, and an imaging unit that captures an optical image by the photoelectric conversion unit. In the solid-state imaging device including the imaging control unit that controls the imaging unit so as to capture still images and moving images of the subject by the imaging unit, the photoelectric conversion unit has a plurality of solid-state imaging elements for one pixel. A part of the plurality of solid-state image pickup devices is used as a still image solid-state image pickup device, and the other solid-state image pickup device is used as a moving image solid-state image pickup device. The solid-state image pickup device controls the solid-state image pickup device so that the solid-state image pickup device picks up a still image and the moving image solid-state image pickup device picks up a moving image.
[0010]
Here, “having a plurality of solid-state imaging devices for one pixel” means that a plurality of light receiving units are included in one pixel, and signal charges received and photoelectrically converted by each light receiving unit are selected. Means that it can be read out automatically.
[0011]
Further, the imaging control means may control the still image solid-state imaging device and the moving image solid-state imaging device under different imaging conditions.
[0012]
Here, the “imaging condition” means, for example, the exposure time of the solid-state imaging device, the number of the solid-state imaging devices to be operated during imaging.
[0013]
Further, the imaging control means may control the solid-state image sensor so that the exposure time of the still image solid-state image sensor is longer than the exposure time of the moving image solid-state image sensor.
[0014]
Further, the area of the light receiving portion of the moving image solid-state imaging device can be made larger than the area of the light receiving portion of the still image solid-state imaging device.
[0015]
【The invention's effect】
According to the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of solid-state imaging devices are provided for one pixel, and some of the plurality of solid-state imaging devices are used as still-image solid-state imaging devices. Since the solid-state imaging device is configured to be a moving image solid-state imaging device, the still image is captured by the still image solid-state imaging device, and the moving image is captured by the moving image solid-state imaging device. By controlling the solid-state image sensor so that the exposure time of the solid-state image sensor for still images is longer than the exposure time of the solid-state image sensor, moving images are captured at a desired frame rate and high-resolution still images are captured. Imaging can be performed.
[0016]
Further, unlike the invention described in
[0017]
In addition, when the area of the light receiving portion of the moving image solid-state imaging device is made larger than the area of the light receiving portion of the still image solid-state imaging device, it is possible to increase the amount of light received during moving image pickup. A decrease in frame rate and resolution can be suppressed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
[0019]
As shown in FIG. 1, the
[0020]
The
[0021]
As shown in FIG. 2, the
[0022]
The
[0023]
As shown in FIG. 3, the
[0024]
The
[0025]
The control means 26 is a microcomputer or CPU that controls the operation of the entire
[0026]
Next, the operation when a moving image is captured and recorded by the
[0027]
First, the imaging of the moving image is started when the operator selects the moving image shooting mode by the
[0028]
Next, the operation when still image shooting is performed while moving images are being captured by the
[0029]
First, recording of a still image is started by the operator selecting a still image shooting mode with the
[0030]
According to the
[0031]
In the above-described embodiment, the signal charge accumulated in the moving image solid-
[0032]
In the embodiment, the solid-
[0033]
Further, in the above embodiment, when reading the signal charges accumulated in the moving image solid-
[0034]
Further, in the above embodiment, signal charges may be read out in multiple times instead of once when still images are captured.
[0035]
In the above-described embodiment, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital video camera to which a solid-state imaging device of the present invention is applied. FIG. 2 is a diagram showing details of a photoelectric conversion unit in the digital video camera shown in FIG. FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the digital video camera shown in FIG. 1 when capturing a moving image. FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the digital video camera shown in FIG. Flow chart explaining symbols [Explanation of symbols]
1 Photosensitive area 2 Vertical transfer CCD drive circuit 3 Horizontal charge transfer path 4
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光電変換部が、1つの画素に対して複数の固体撮像素子を有し、
該複数の固体撮像素子のうちの一部の固体撮像素子を静止画用固体撮像素子とし、他の固体撮像素子を動画用固体撮像素子とするよう構成され、
前記撮像制御手段が、前記静止画像用固体撮像素子が静止画の撮像を、前記動画用固体撮像素子が動画の撮像を行うよう前記固体撮像素子を制御するものであることを特徴とする固体撮像装置。An imaging unit having a photoelectric conversion unit in which a large number of solid-state imaging elements that photoelectrically convert an optical image of a subject are arranged in a two-dimensional manner, and imaging the optical image by the photoelectric conversion unit, and the subject by the imaging unit In a solid-state imaging device comprising: an imaging control unit that controls the imaging unit to capture a still image and a moving image of
The photoelectric conversion unit has a plurality of solid-state imaging devices for one pixel,
A part of the plurality of solid-state image sensors is configured as a still image solid-state image sensor, and the other solid-state image sensor is configured as a moving image solid-state image sensor.
The solid-state imaging characterized in that the imaging control means controls the solid-state imaging device so that the solid-state imaging device for still image captures a still image and the solid-state imaging device for moving image captures a moving image. apparatus.
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