JP2004266709A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることなく高画素化を図ることができ、また様々な信号方式の画像を出力可能な撮像装置において、撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像素子１０を固体撮像素子移動枠６１で保持して、ガイドバー６５を介して固体撮像素子固定枠６０に組み込み、突起６１ａにて固体撮像素子移動枠６１を固体撮像素子固定枠６０に圧接して精度よく固定位置を確定することができるようにする。
【選択図】 図６
【解決手段】固体撮像素子１０を固体撮像素子移動枠６１で保持して、ガイドバー６５を介して固体撮像素子固定枠６０に組み込み、突起６１ａにて固体撮像素子移動枠６１を固体撮像素子固定枠６０に圧接して精度よく固定位置を確定することができるようにする。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動画像と静止画像とを、あるいは複数の方式の動画像を撮像可能なカメラでの使用に好適な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラの中には、電子スチルカメラの機能を搭載したものがある。このようなビデオカメラでは、例えばマトリクス状に配列された水平方向に９６０画素、垂直方向に６４０画素の固体撮像素子を備え、動画像を出力する際には、ＮＴＳＣ５２５ライン分の信号を用いてＮＴＳＣテレビジョン信号を出力する一方、静止画像を出力する際には、全てのラインの信号を出力することで１枚の静止画像を得ている。
【０００３】
最近では、ビデオカメラで撮像した静止画像の更なる高解像度化が望まれており、高解像度の静止画像を得るためには、固体撮像素子の画素数を増加させる必要がある。
例えば、上述の水平方向に９６０画素、垂直方向に６４０画素配列される固体撮像素子を用いた場合、約６０万画素相当の静止画像を得ることができる。しかし、約６０万画素相当の静止画像の場合、家庭用プリンタを用いて画像を大きく印刷すると、画素粒子が目立ち、充分な画質の印刷を行うことができない。
【０００４】
また、動画像信号としは、ＮＴＳＣテレビジョン方式以外にも多くの信号方式があり、固体撮像素子の画素数を水平方向及び垂直方向に増加させれば、他の信号方式の動画像信号も出力可能である。例えば、光電変換素子１が水平方向に１２８０画素、垂直方向に７２０画素配列される固体撮像素子を考えた場合、７２０本の有効走査線をフレーム周波数３０Ｈｚで順次走査する、いわゆる７２０ｐ／３０フレームシステムの動画像信号を出力可能である。しかしながら、このような動画像信号を出力するためには、水平方向及び垂直方向に固体撮像素子の画素数を増加させる必要があった。
【０００５】
以上のような理由から、画素数の多い固体撮像素子が必要となるが、画素数を増大させた場合、１ＨＤ期間により多くの画素を水平転送する必要があるため、水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることになる。例えば、１ＨＤ期間に水平転送すべき画素数が１２８０×２＝２５６０画素である場合を想定すると、１ＨＤ期間は６３．５μｓであるため、水平転送速度は、１２８０×２／６３．５μｓ＝４０．３１ＭＨｚとなる。しかし、このように水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めると消費電力が増大し、更に、固体撮像素子の発熱によりＳ／Ｎが劣化するという問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するために、水平転送ＣＣＤに転送される電荷の中で、水平転送ＣＣＤの出力部から遠い側に、転送される一部の電荷を遮断可能とする遮断部を設けることにより、水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることなく高画素化を図ることができ、また様々な信号方式の画像を出力可能な撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２７３３２公報（第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献１では、水平転送ＣＣＤの出力部から遠い側に遮断部を設けることにより、動画撮像モードでは、動画像に必要な数だけの水平画素を読み出して水平転送速度の高速化を防ぐ構成となっている。また、静止画撮像モードでは、リアルタイム処理である必要はないため、設けられた固体撮像素子の全画素を、動画撮像モードと同一の速度で読み出すことにより高解像度化に対応している。
【０００９】
ところで、この構成は固体撮像素子における画素数を増加させた場合においても、水平転送速度の高速化を防ぐことができるものであるが、動画撮像モードと静止画撮像モードとでは、読み出す領域が異なるため画像の中心位置が異なっている。すなわち、固体撮像素子の中心（静止画撮像モード領域の中心）と撮像の光軸中心とを一致させた場合、動画撮像モードでは撮像の光軸中心が画像の中心と異なってしまい、撮像レンズをズームにした場合撮像する画像の中心が移動してしまうという新たな問題が発生した。
上述の特許文献１には、レンズの光軸中心が各撮影モードのレンズの光軸中心位置となるよう固体撮像素子を移動させるという記載はあるが、精度よく撮像の光軸中心と画像の中心とを一致させる構成を示した記載はない。
【００１０】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることなく高画素化を図ることができ、また様々な信号方式の画像を出力可能な撮像装置において、固体撮像素子保持枠を設けて固体撮像素子固定枠に固定して、固体撮像素子保持枠を移動することにより撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供することを目的とする。
また、固体撮像素子の入来光側に光学的な光軸変更手段を設置することにより、撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）及び２）に記載の手段よりなる。
すなわち、
１）水平方向に画素ａ個及び垂直方向に画素ｂ個がマトリクス状に配列されてなる固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を一体に保持する固体撮像素子保持手段と、
前記固体撮像素子保持手段を撮像装置に対して第１又は第２の位置に固定する固体撮像素子固定手段と、
第１、第２の撮像モードのうち前記第２の撮像モードを選択したときは、前記固体撮像素子固定手段に対する前記固体撮像素子保持手段を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定し、前記第２の撮像モードを選択した後に前記第１の撮像モードを選択したときには、前記第２の位置に固定されている前記固体撮像素子固定手段を前記第１の位置に復帰固定する固体撮像素子位置変更手段と、
を備え、
前記第１の撮像モードでは、ａ×ｂのマトリクス状に配列される第１の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第１の画像領域の中心座標（ａ／２，ｂ／２）と前記固体撮像素子に入射する光学系を介した撮像光の光軸とが一致しており、
前記第２の撮像モードでは、ｃ（ｃ＜ａ）×ｂのマトリクス状に配列される第２の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第２の撮像モードの中心座標（ｃ／２，ｂ／２）と前記撮像光の光軸とが一致するように、前記固体撮像素子位置変更手段によって、前記固体撮像素子保持手段の固定位置を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定することを特徴とする撮像装置。
２）水平方向に画素ａ個及び垂直方向に画素ｂ個がマトリクス状に配列されてなる固体撮像素子と、
第１、第２の撮像モードのうち前記第２の撮像モードを選択したときは、前記固体撮像素子に対する前記撮像光の光軸を前記第１の位置から前記第２の位置に光学的に変更固定し、前記第２の撮像モードを選択した後に前記第１の撮像モードを選択したときには、前記第２の位置に固定されている前記撮像光の光軸を前記第１の位置に光学的に復帰固定する光軸変更手段と、
を備え、
前記第１の撮像モードでは、ａ×ｂのマトリクス状に配列される第１の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第１の画像領域の中心座標（ａ／２，ｂ／２）と前記固体撮像素子に入射する光学系を介した撮像光の光軸とが一致しており、
前記第２の撮像モードでは、ｃ（ｃ＜ａ）×ｂのマトリクス状に配列される第２の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第２の撮像モードの中心座標（ｃ／２，ｂ／２）と前記撮像光の光軸とが一致するように、前記光軸変更手段によって、前記固体撮像素子に対する前記撮像光の光軸の固定位置を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定することを特徴とする撮像装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
まず、第１の実施例について説明する。図１（ａ）は、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。なお、ここでは、テレビジョン信号の１フィードル期間（以下、１ＶＤ期間と記す）に１フレーム分の信号を出力可能な、いわゆるプログレッシブスキャン方式の固体撮像素子を用いている。
【００１３】
同図（ｂ）は、実施例１に適用される撮像装置を説明するための図であり、１０は固体撮像素子、１１は固体撮像素子１１に対して各種信号を出力するタイミングジェネレータ（以下、ＴＧと記す）、１２は撮像モードに応じてＴＧ１１、固体撮像素子１０、画像処理部１３を制御する制御部、１３は制御部１２の制御に基づき固体撮像素子１０の出力部３ｏｕｔから出力される信号を処理して出力する画像処理部である。また、本明細書における１ＶＤ期間あるいは１ＨＤ期間とは、夫々ＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号における１フィールド期間あるいは水平走査線信号の１水平走査期間を示しているものとする。
【００１４】
図２は、固体撮像素子１０における撮像領域を説明するための図であり、固体撮像素子１０における光電変換素子、ＶＣＣＤ、ＨＣＣＤの構成については、夫々図１（ａ）で示した通りである。但し、固体撮像素子１０では、光電変換素子１が水平方向に１２８０画素、垂直方向に９６０画素マトリクス状に配列されている。また、本実施例に適用される撮像装置では、ＮＴＳＣ信号を出力する第１の動画撮像モードと、ＨＤＴＶ信号を出力する第２の動画撮像モードと、静止画像を出力する静止画撮像モードとがある。第１の動画撮像モードでは領域Ｃからの電荷がＮＴＳＣ信号の生成のために利用され、第２の動画撮像モードでは領域Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｈからの電荷がＨＤＴＶ信号の生成のために利用され、静止画撮像モードでは、図２に示す全ての領域（領域Ａ乃至Ｉ）からの電荷が静止画像の生成のために利用される。
【００１５】
また、領域Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅは、第１の動画撮像モードでの撮像時にＮＴＳＣ信号の生成のために利用されない電荷を出力する領域であり、領域Ｆは、第１の動画撮像モードでの撮像時に領域Ｇ，Ｈ，Ｉからの電荷の転送を遮断する領域である。従って、ＨＣＣＤ３における出力部３ｏｕｔから遠い側、即ち、出力部３ｏｕｔから離れたＨＣＣＤ３の端部であるＨＣＣＤ３の転送方向の上流側への電荷の転送が遮断される。そして、Ｘ１は第１の動画撮像モード時におけるレンズの光軸中心であり、Ｘ２は第２の動画撮像モード時および静止画撮像モード時におけるレンズの光軸中心である。
【００１６】
以下、本実施例に適用される撮像装置の動作を第１の動画撮像モード、第２の動画撮像モード、静止画撮像モードの順に説明する。まず、第１の動画撮像モードでは、図１（ｂ）で示す制御部１２がＴＧ１１を制御し、ＴＧ１１は固体撮像素子１０に駆動パルスを出力する。この駆動パルスには、光電変換素子１からの電荷の読み出しパルス、ＶＣＣＤ２の垂直転送パルス、ＨＣＣＤ３の水平転送パルス等が含まれる。また、制御部１２は、後述するようにレンズの光軸中心が図２で示すＸ１の位置となるよう固体撮像素子１０を移動させると共に、領域ＤがＶＣＣＤ２の電荷を遮断する遮断部として機能するよう固体撮像素子１０を制御する。
【００１７】
ＴＧ１１が、固体撮像素子１０に読み出しパルスを出力すると、全ての領域の光電変換素子１に蓄えられていた電荷が隣接するＶＣＣＤ２に転送され、その後、ＴＧ１１からの垂直転送パルスのタイミングで、蓄えられた電荷がＨＣＣＤ３方向にシフトされる。その際、領域Ａ，Ｂの光電変換素子１から出力された電荷は、ＮＴＳＣ信号の生成のために必要のない電荷であるため、ＴＧ１１は、領域Ａ，Ｂからの全ての電荷がＨＣＣＤ３に転送されるまでの期間は、非常に高速な垂直転送パルスを出力する。一方、ＨＣＣＤ３には、水平転送パルスが供給され、この水平転送パルスは、１ＨＤ期間に１９２０画素分の電荷を転送できる速度に設定されている。
【００１８】
そして、領域Ｃの下端の光電変換素子１から出力された電荷がＨＣＣＤ３に転送される直前になると、垂直転送パルスは、ＮＴＳＣテレビジョン信号の１ＨＤ期間の１／２の期間に１段ずつ、蓄えられた電荷がＨＣＣＤ３方向にシフトする速度に設定される。つまり、１ＨＤ期間に２段ずつ電荷をシフトする速度に設定されるため、領域Ｃからの電荷は、４８０ライン／２＝２４０ＨＤ期間かけて全ての電荷がＨＣＣＤ３に転送される。
【００１９】
そして、領域Ｃからの電荷がＨＣＣＤ３に転送される期間中、ＨＣＣＤ３には、１ＨＤ期間に１９２０画素分の電荷を転送できる速度の水平転送パルスが供給されているため、１ＨＤ期間に１９２０画素分の電荷が出力される。そして、領域Ｃからの電荷のＨＣＣＤ３への転送が完了すると、ＴＧ１１は再度高速な垂直転送パルスを出力し、残る領域Ｄ，Ｅからの電荷が全て高速でＨＣＣＤ３に転送される。なお、これらの期間中、領域Ｇ，Ｈ，Ｉからの電荷は、全て領域Ｆの遮断部で遮断されるため、ＨＣＣＤ３に転送されることはない。
【００２０】
図３は、この時の動作をより詳細に説明するための図であり、同図（ａ）は１ＶＤ期間、同図（ｂ）は１ＶＤ期間の固体撮像素子１０の出力、同図（ｃ）は１ＨＤ期間、同図（ｄ）は１ＨＤ期間の固体撮像素子１０の出力を夫々示している。
【００２１】
前述の如く、読み出しパルスが生成された後、領域Ａ，Ｂの電荷が全てＨＣＣＤ３に転送されるまでの期間は、ＶＣＣＤ２の垂直転送パルスは非常に高速であるため、図示の如く、領域Ａからの電荷は短い期間に出力される。また、領域Ｃからの電荷が全てＨＣＣＤ３に転送された後も垂直転送パルスは非常に高速であるため、領域Ｄ，Ｅからの電荷も短い期間に出力される。
【００２２】
これに対し、領域Ｃからの電荷は、１ＨＤ期間に２段分ずつＨＣＣＤ３に転送されるため、２４０ＨＤ期間かけて４８０段分の電荷がＨＣＣＤ３に転送され、ＨＣＣＤ３は、この期間に水平方向９６０画素を１ライン分として４８０ライン分の電荷を出力する。また、図示の如く、領域Ｃからの電荷を出力する際の１ＨＤ期間では、ＨＣＣＤ３は水平方向９６０画素を１ライン分とした２ライン分の電荷を出力している。
【００２３】
なお、同図（ｂ）の領域Ａ，Ｂ及びＤ，Ｅの電荷出力期間に固体撮像素子１０から出力される電荷については、領域Ｃからの電荷と同様に、画像処理部１３に出力されるが、画像処理部１３は制御部１２からの制御信号に基づき、領域Ｃにおける電荷のみを利用してＮＴＳＣテレビジョン信号を生成出力する。
【００２４】
以上説明したように、第１の動画撮像モードでは、領域Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉからの電荷はＨＣＣＤ３に転送されずに、ＨＣＣＤ３は、実質的に領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅからの電荷のみを水平転送することになるため、水平方向９６０画素の固体撮像素子におけるＶＣＣＤと同一の周波数の水平転送パルスでＨＣＣＤ３における電荷を転送することができる。つまり、水平転送速度は、１ＨＤ期間を６３．５μｓとすると、９６０画素×２／６３．５μｓ＝３０．２４ＭＨｚとなり、ＯＢ（光学的黒レベル：暗電流補正）信号の転送を考慮した場合でも、これより若干高い周波数にて水平転送を行うことができる。
【００２５】
なお、以上の動画撮像モードで撮像した第１の動画像信号は、４８０本の有効走査線をフレーム周波数６０Ｈｚで順次走査する、いわゆる４８０ｐ方式のテレビジョン信号として出力することも、また、４８０本の有効走査線をフィールド周波数６０Ｈｚで飛び越し走査する、いわゆる４８０ｉ方式のテレビジョン信号として出力することも可能である。
【００２６】
また、以上の第１の動画撮像モードでは、固体撮像素子１０を利用した手ぶれ補正処理を行うことも可能である。つまり、手ぶれ方向及びその量に関する情報を制御部１２に供給し、これに基づき、ＴＧ１１の出力する垂直転送パルスのタイミングを変化させることにより、領域Ｂを垂直方向に移動させて手ぶれを補正することが可能となる。
【００２７】
また、図２に示した撮像領域の左側に手ぶれ補正用の光電変換素子が配列される場合、あるいは、領域Ｃを少し右側にシフトした位置に設けた場合には、固体撮像素子１０を用いて、水平方向にも手ぶれ補正の処理を行うことができることは言うまでもない。
【００２８】
また、図２で示した固体撮像素子１０を使用した場合、７２０本の有効走査線をフレーム周波数３０Ｈｚで順次走査する、いわゆる７２０ｐ／３０フレームシステムの高精細度動画像信号を出力する高精細動画モードを搭載することも可能であり、以下、この高精細動画撮像モードである第２の動画撮像モードについて説明する。
【００２９】
なお、第２の動画撮像モードでは、図２における水平方向１２８０画素を１ラインとした７２０ライン分あるいはこれより若干多いライン分の電荷を２ＨＤ期間に出力する。従って、領域Ｆは後述する静止画撮像モードと同様に、ＶＣＣＤ２の電荷を遮断することはない。
【００３０】
また、レンズの光軸中心についても静止画撮像モードと同様にＸ２の位置に設定され、ＴＧ１１は、制御部１２の制御に基づき、固体撮像素子１０に電荷の読み出しパルス、ＶＣＣＤ２の垂直転送パルス、ＨＣＣＤ３の水平転送パルスを出力する。
【００３１】
制御部１２から読み出しパルスが出力されると、全ての領域の光電変換素子１に蓄えられていた電荷が隣接するＶＣＣＤ２に転送され、その後、ＴＧ１１からの垂直転送パルスのタイミングで、蓄えられた電荷がＨＣＣＤ３方向にシフトされる。
【００３２】
なお、固体撮像素子１０の画面中央に近い７２０ライン分の電荷をＨＣＣＤ３に転送する際には、テレビジョン信号の２ＨＤ期間に３段ずつ電荷を転送する速度に垂直転送パルスが設定される。つまり、２ＨＤ期間に３段ずつ電荷をシフトするため、４８０ＨＤ期間かけて７２０段分、つまり、４８０ＨＤ期間かけて７２０ライン分の電荷がＨＣＣＤ３に転送される。
【００３３】
また、７２０ラインの上下の合計２４０ラインについては、垂直転送パルスが非常に高速に設定されており、テレビジョン信号の２ＶＤ期間から７２０ライン分の転送に必要な４８０ＨＤ期間を差し引いた残りの期間にこれら２４０ライン分の電荷が転送されることになる。
【００３４】
そして、ＨＣＣＤ３には、第２動画撮像モード及び静止画撮像モードと同一の水平転送パルスが供給されている。従って、ＨＣＣＤ３は、テレビジョン信号の１ＨＤ期間に１９２０画素、２ＨＤ期間に３８４０画素、つまり、水平方向１２８０画素を１ライン分とした３ライン分の電荷を転送する。なお、このように各撮像モードで水平転送パルスを同一の周波数とすることで、ＨＣＣＤ３の出力信号が供給される画像処理部１３の構成を簡略化させることができる。
【００３５】
図４は、第２動画撮像モードでの動作をより詳細に説明するための図であり、同図（ａ）はＶＤ期間、同図（ｂ）は２ＶＤ期間の固体撮像素子１０の出力、同図（ｃ）は２ＨＤ期間、同図（ｄ）は２ＨＤ期間の固体撮像素子１０の出力を夫々示している。
【００３６】
以上のように、第２の動画像撮像モードでは、第１の動画撮像モードに比して１秒間あたりのフレーム枚数は半分であるものの、１フレームあたりの画素数が２倍である高精細の動画像信号を出力することが可能であり、このような動画像信号を出力する際も、ＨＣＣＤ３における水平転送パルスの周波数は、３０．２４ＭＨｚ以上とすれば良い。
【００３７】
なお、固体撮像素子１０の出力する画像信号に対して図示しないメモリ等を用いて垂直方向の手ぶれ補正処置をする場合には、７２０ラインより若干多くのラインを出力する必要がある。このような場合には、例えば画面中央に近い７３０ライン分については、テレビジョン信号の２ＨＤ期間に３段ずつＨＣＣＤ３に電荷を転送し、テレビジョン信号の２ＶＤ期間における残りの期間で上下の２３０ライン分の電荷を転送すれば良い。
【００３８】
次に、静止画撮像モードについて説明する。静止画撮像モードでは、前述の如く、図２で示した全ての領域からの電荷が静止画像の生成のために利用される。従って、制御部は、領域ＦがＶＣＣＤ２の電荷の遮断を行わず、他の領域の光電変換素子と同様に機能するよう固体撮像素子１０を制御する。また、制御部１２は、レンズの光軸中心が図２で示すＸ２の位置となるよう固体撮像素子１０を移動させる。そして、ＴＧ１１は、制御部１２の制御に基づき、固体撮像素子１０に電荷の読み出しパルス、ＶＣＣＤ２の垂直転送パルス、ＨＣＣＤ３の水平転送パルスを出力する。
【００３９】
なお、静止画撮像モードでは、読み出しパルスは、固体撮像素子１０に１度だけ出力され、そのタイミングで全ての領域の光電変換素子１に蓄えられていた電荷が隣接するＶＣＣＤ２に転送される。また、ＶＣＣＤ２に供給される垂直転送パルスは、２ＨＤ期間に３段ずつ電荷をシフトする速度に固定されているため、６４０ＨＤ期間かけて９６０段分の電荷がＨＣＣＤ３に転送されることになる。
【００４０】
一方、ＨＣＣＤ３には、動画撮像モードの際と同一の水平転送パルスが供給されている。従って、ＨＣＣＤ３は、１ＨＤ期間に１９２０画素、２ＨＤ期間に３８４０画素、つまり、水平方向１２８０画素を１ライン分とした３ライン分の電荷を転送する。
【００４１】
図５は、静止画撮像モードでの動作をより詳細に説明するための図であり、同図（ａ）はＶＤ期間、同図（ｂ）は固体撮像素子１０が静止画像を出力するのに必要な時間、同図（ｃ）は２ＨＤ期間、同図（ｄ）は２ＨＤ期間の固体撮像素子１０の出力を夫々示している。
【００４２】
前述の如く、固体撮像素子１０は、６４０ＨＤ期間かけて全ての電荷を出力することになるため、テレビジョン信号の複数のＶＤ期間にわたって１枚の静止画像を出力することになる。そして、２ＨＤ期間では、３ライン分の電荷を出力する。以上のような動作にて、水平方向１２８０画素、垂直方向９６０画素よりなる約１２０万画素相当の静止画像を得ることができる。
【００４３】
次に、図６を用いて、固体撮像素子１０を機構的に移動させる構成について説明する。固体撮像素子１０の移動に際しては、精度よく且つ元の位置戻した時の再現性が高くなければならない。そこで、固体撮像素子固定枠６０の内部を固体撮像素子移動枠６１が移動する構成とした。固体撮像素子１０は、入来光の方向から順に、固体撮像素子移動枠６１、フィルタ６６、シール６７、固体撮像素子１０、固体撮像素子固定板６８により固定され、ガイドバー６５を介して固体撮像素子固定枠６０に組みつけられている。
【００４４】
固体撮像素子移動枠６１は、ガイドバー６５により、矢印方向に移動可能としている。固体撮像素子移動枠６１には、突起６１ａが設けられており固体撮像素子固定枠６０に設けられた穴６０ａから切り換えレバー６２側に突き出ている。切り換えレバー６２は、切り換えレバー固定部６０ｂを軸として回転するように、また夫々の位置にて切り換えレバー６２を圧接するようにバネ６３を介して固体撮像素子固定枠６０にとり付けられている。
【００４５】
固体撮像素子移動枠６１は、移動方向に対して垂直方向の２面で固体撮像素子固定枠６０に当接する。その当接した位置が、それぞれの図２で示すレンズの光軸中心Ｘ１あるいはＸ２の位置となるように設定している。こうすることで、切り換えレバー６２は突起６１ａをいずれかの方向に押しつける動作をするだけであり、固定位置の確定は、固体撮像素子移動枠６１と固体撮像素子固定枠６０との当接面によって決定される構成とすることができる。
【００４６】
図７を用いて、固体撮像素子固定枠６０に対する固体撮像素子移動枠６１の固定位置の説明をする。同図（ａ）は、図２で示すレンズの光軸中心Ｘ１に相当したもので、切り換えレバー６２で突起６１ａを図面左方向に圧接することにより固体撮像素子移動枠６１を固定している。同図（ｂ）は、図２で示すレンズの光軸中心Ｘ２に相当したもので、切り換えレバー６２を（ａ）とは逆の方向に倒して突起６１ａを図面右方向に圧接することにより固体撮像素子移動枠６１を固定している。
【００４７】
また、圧接面を固体撮像素子移動枠圧接面６１ｂ、固体撮像素子固定枠圧接面６０ｃのように曲面で構成することにより、固体撮像素子移動枠６１の固定位置の精度を、移動方向に対し垂直方向にも高めることができる。
【００４８】なお、固体撮像素子移動枠６１の移動については、モータ及びギアあるいはソレノイド等を用いた構成としてもよい。切り換えレバー６２、モータ及びギアあるいはソレノイド等で行う固体撮像素子１０の光軸中心の移動手段と固体撮像素子１０の領域の切り換えとを同時に連動して行うようにしてもよい。
【００４９】
次に、実施例２について図８を用いて説明する。同図（ａ）は、撮影レンズ８０と固体撮像素子１０との間に可変頂角プリズム８１を設置して、光軸中心の移動手段を光学的に行う構成としており、制御部１２により各撮影モードに応じたプリズム厚８２を与え頂角を変化させることにより入来光の光軸中心移動させるよにしたものである。
【００５０】
同図（ｂ）は、撮影レンズ８０と固体撮像素子１０との間にシフトレンズ８３を設置して、制御部１２により各撮影モードに応じた位置にシフトレンズ８３を移動８４させることにより入来光の光軸中心移動させるよにしたものである。
また、光学的な手振れ補正機能を搭載している撮像装置においては、撮像装置の振れを検出して、シフトレンズを手振れが抑制される方向に移動制御することにより手振れ補正を行っている。このような撮像装置においては、手振れ補正用のシフトレンズを共通して用い、各撮影モードに応じたオフセット量を与えるようにしてもよい。
【００５１】
次に、実施例３について図９を用いて説明する。先に説明した各実施例で用いた固体撮像素子１０よりも水平方向に画素数を増加させた固体撮像素子を用いることを特徴としており、動画撮像モードと、第１の静止画撮像モードと、第２の静止画撮像モードとを備えるものとする。なお、前述の高精細動画撮像モードを加えても良い。
【００５２】
動画撮像モードは、先の実施例での動作と同様であり、第１の静止画撮像モードは、先の実施の形態での静止画撮像モードでの動作と同様である。つまり、動画撮像モードでは、Ｘ１が光軸中心、領域Ｆ及びＪが遮断部とされて、領域Ｃからの電荷がテレビジョン信号の生成のために利用され、第１の静止画撮像モードでは、Ｘ２が光軸中心、領域Ｊが遮断部とされて、領域Ａ乃至Ｉからの電荷が静止画像の生成のために利用される。
【００５３】
そして、第２の静止画像モードでは、Ｘ３が光軸中心とされて、全ての領域（領域Ａ乃至Ｋ）からの電荷が静止画像の生成のために利用される。従って、先の実施例１と同様に、ＨＣＣＤ３の水平転送パルスの周波数を高めることなく、動画撮像を行うことができる。また、第１の静止画撮像モードで撮像した場合には、水平方向に１７１０画素が配列される固体撮像素子を使用しているにも拘らず、先の実施の形態で示した固体撮像素子と同一の時間で静止画像を出力することができる。また、第２の静止画撮像モードで撮像した場合には、固体撮像素子の有する全ての光電変換素子を用いて、約１６０万画素相当の静止画像を得ることができる。
【００５４】
なお、以上の説明では、各静止画撮像モードでの撮像の際に、固体撮像素子が全ての光電変換素子からの電荷を用いて静止画像を生成した例を示したが、これに限るものではない。例えば、撮像領域における周辺部等、良好な信号特性が得られにくい領域に関しては、この領域を使用せずに、このような領域を除いた領域のみの光電変換素子からの電荷を用いて静止画像を生成しても良いことは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることなく高画素化を図ることができ、また様々な信号方式の画像を出力可能な撮像装置において、固体撮像素子保持枠を設けて固体撮像素子固定枠に固定して、固体撮像素子保持枠を移動することにより撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供することができる。
また、固体撮像素子の入来光側に光学的な光軸変更手段を設置することにより、撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に適用される撮像装置における固体撮像素子の動作の概略を示したものである。
【図２】本発明の実施例１に適用される固体撮像素子の領域分割の一例を示したものである。
【図３】第１の動画像撮像モードでの動作を説明するための図である。
【図４】第２の動画像撮像モードでの動作を説明するための図である。
【図５】静止画像撮像モードでの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１に適用される固体撮像素子の移動の構成を示した概略機構図である。
【図７】本発明の実施例１に適用される固体撮像素子の移動の状態を示した概略機構図である。
【図８】本発明の実施例２に適用される撮像装置における光軸の変更を示した一例である。
【図９】本発明の実施例３に適用される固体撮像素子の領域分割の一例を示したものである。
【符号の説明】
１…光電変換素子
２…垂直転送ＣＣＤ
３…水平転送ＣＣＤ
１０…固体撮像素子
１１…タイミングジェネレータ
１２…制御部
１３…画像処理部
６０…固体撮像素子固定枠
６０ａ…固体撮像素子固定枠穴
６０ｂ…切り換えレバー固定部
６０ｃ…固体撮像素子固定枠圧接面
６１…固体撮像素子移動枠
６１ａ…突起
６１ｂ…固体撮像素子移動枠圧接面
６２…切り換えレバー
６３…バネ
６４…切り換えレバー蓋
６５…ガイドバー
６６…フィルタ
６７…シール
６８…固体撮像素子固定板
８０…撮影レンズ
８１…可変頂角プリズム
８３…シフトレンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は動画像と静止画像とを、あるいは複数の方式の動画像を撮像可能なカメラでの使用に好適な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラの中には、電子スチルカメラの機能を搭載したものがある。このようなビデオカメラでは、例えばマトリクス状に配列された水平方向に９６０画素、垂直方向に６４０画素の固体撮像素子を備え、動画像を出力する際には、ＮＴＳＣ５２５ライン分の信号を用いてＮＴＳＣテレビジョン信号を出力する一方、静止画像を出力する際には、全てのラインの信号を出力することで１枚の静止画像を得ている。
【０００３】
最近では、ビデオカメラで撮像した静止画像の更なる高解像度化が望まれており、高解像度の静止画像を得るためには、固体撮像素子の画素数を増加させる必要がある。
例えば、上述の水平方向に９６０画素、垂直方向に６４０画素配列される固体撮像素子を用いた場合、約６０万画素相当の静止画像を得ることができる。しかし、約６０万画素相当の静止画像の場合、家庭用プリンタを用いて画像を大きく印刷すると、画素粒子が目立ち、充分な画質の印刷を行うことができない。
【０００４】
また、動画像信号としは、ＮＴＳＣテレビジョン方式以外にも多くの信号方式があり、固体撮像素子の画素数を水平方向及び垂直方向に増加させれば、他の信号方式の動画像信号も出力可能である。例えば、光電変換素子１が水平方向に１２８０画素、垂直方向に７２０画素配列される固体撮像素子を考えた場合、７２０本の有効走査線をフレーム周波数３０Ｈｚで順次走査する、いわゆる７２０ｐ／３０フレームシステムの動画像信号を出力可能である。しかしながら、このような動画像信号を出力するためには、水平方向及び垂直方向に固体撮像素子の画素数を増加させる必要があった。
【０００５】
以上のような理由から、画素数の多い固体撮像素子が必要となるが、画素数を増大させた場合、１ＨＤ期間により多くの画素を水平転送する必要があるため、水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることになる。例えば、１ＨＤ期間に水平転送すべき画素数が１２８０×２＝２５６０画素である場合を想定すると、１ＨＤ期間は６３．５μｓであるため、水平転送速度は、１２８０×２／６３．５μｓ＝４０．３１ＭＨｚとなる。しかし、このように水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めると消費電力が増大し、更に、固体撮像素子の発熱によりＳ／Ｎが劣化するという問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するために、水平転送ＣＣＤに転送される電荷の中で、水平転送ＣＣＤの出力部から遠い側に、転送される一部の電荷を遮断可能とする遮断部を設けることにより、水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることなく高画素化を図ることができ、また様々な信号方式の画像を出力可能な撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２７３３２公報（第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献１では、水平転送ＣＣＤの出力部から遠い側に遮断部を設けることにより、動画撮像モードでは、動画像に必要な数だけの水平画素を読み出して水平転送速度の高速化を防ぐ構成となっている。また、静止画撮像モードでは、リアルタイム処理である必要はないため、設けられた固体撮像素子の全画素を、動画撮像モードと同一の速度で読み出すことにより高解像度化に対応している。
【０００９】
ところで、この構成は固体撮像素子における画素数を増加させた場合においても、水平転送速度の高速化を防ぐことができるものであるが、動画撮像モードと静止画撮像モードとでは、読み出す領域が異なるため画像の中心位置が異なっている。すなわち、固体撮像素子の中心（静止画撮像モード領域の中心）と撮像の光軸中心とを一致させた場合、動画撮像モードでは撮像の光軸中心が画像の中心と異なってしまい、撮像レンズをズームにした場合撮像する画像の中心が移動してしまうという新たな問題が発生した。
上述の特許文献１には、レンズの光軸中心が各撮影モードのレンズの光軸中心位置となるよう固体撮像素子を移動させるという記載はあるが、精度よく撮像の光軸中心と画像の中心とを一致させる構成を示した記載はない。
【００１０】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることなく高画素化を図ることができ、また様々な信号方式の画像を出力可能な撮像装置において、固体撮像素子保持枠を設けて固体撮像素子固定枠に固定して、固体撮像素子保持枠を移動することにより撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供することを目的とする。
また、固体撮像素子の入来光側に光学的な光軸変更手段を設置することにより、撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）及び２）に記載の手段よりなる。
すなわち、
１）水平方向に画素ａ個及び垂直方向に画素ｂ個がマトリクス状に配列されてなる固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を一体に保持する固体撮像素子保持手段と、
前記固体撮像素子保持手段を撮像装置に対して第１又は第２の位置に固定する固体撮像素子固定手段と、
第１、第２の撮像モードのうち前記第２の撮像モードを選択したときは、前記固体撮像素子固定手段に対する前記固体撮像素子保持手段を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定し、前記第２の撮像モードを選択した後に前記第１の撮像モードを選択したときには、前記第２の位置に固定されている前記固体撮像素子固定手段を前記第１の位置に復帰固定する固体撮像素子位置変更手段と、
を備え、
前記第１の撮像モードでは、ａ×ｂのマトリクス状に配列される第１の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第１の画像領域の中心座標（ａ／２，ｂ／２）と前記固体撮像素子に入射する光学系を介した撮像光の光軸とが一致しており、
前記第２の撮像モードでは、ｃ（ｃ＜ａ）×ｂのマトリクス状に配列される第２の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第２の撮像モードの中心座標（ｃ／２，ｂ／２）と前記撮像光の光軸とが一致するように、前記固体撮像素子位置変更手段によって、前記固体撮像素子保持手段の固定位置を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定することを特徴とする撮像装置。
２）水平方向に画素ａ個及び垂直方向に画素ｂ個がマトリクス状に配列されてなる固体撮像素子と、
第１、第２の撮像モードのうち前記第２の撮像モードを選択したときは、前記固体撮像素子に対する前記撮像光の光軸を前記第１の位置から前記第２の位置に光学的に変更固定し、前記第２の撮像モードを選択した後に前記第１の撮像モードを選択したときには、前記第２の位置に固定されている前記撮像光の光軸を前記第１の位置に光学的に復帰固定する光軸変更手段と、
を備え、
前記第１の撮像モードでは、ａ×ｂのマトリクス状に配列される第１の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第１の画像領域の中心座標（ａ／２，ｂ／２）と前記固体撮像素子に入射する光学系を介した撮像光の光軸とが一致しており、
前記第２の撮像モードでは、ｃ（ｃ＜ａ）×ｂのマトリクス状に配列される第２の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第２の撮像モードの中心座標（ｃ／２，ｂ／２）と前記撮像光の光軸とが一致するように、前記光軸変更手段によって、前記固体撮像素子に対する前記撮像光の光軸の固定位置を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定することを特徴とする撮像装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
まず、第１の実施例について説明する。図１（ａ）は、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。なお、ここでは、テレビジョン信号の１フィードル期間（以下、１ＶＤ期間と記す）に１フレーム分の信号を出力可能な、いわゆるプログレッシブスキャン方式の固体撮像素子を用いている。
【００１３】
同図（ｂ）は、実施例１に適用される撮像装置を説明するための図であり、１０は固体撮像素子、１１は固体撮像素子１１に対して各種信号を出力するタイミングジェネレータ（以下、ＴＧと記す）、１２は撮像モードに応じてＴＧ１１、固体撮像素子１０、画像処理部１３を制御する制御部、１３は制御部１２の制御に基づき固体撮像素子１０の出力部３ｏｕｔから出力される信号を処理して出力する画像処理部である。また、本明細書における１ＶＤ期間あるいは１ＨＤ期間とは、夫々ＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号における１フィールド期間あるいは水平走査線信号の１水平走査期間を示しているものとする。
【００１４】
図２は、固体撮像素子１０における撮像領域を説明するための図であり、固体撮像素子１０における光電変換素子、ＶＣＣＤ、ＨＣＣＤの構成については、夫々図１（ａ）で示した通りである。但し、固体撮像素子１０では、光電変換素子１が水平方向に１２８０画素、垂直方向に９６０画素マトリクス状に配列されている。また、本実施例に適用される撮像装置では、ＮＴＳＣ信号を出力する第１の動画撮像モードと、ＨＤＴＶ信号を出力する第２の動画撮像モードと、静止画像を出力する静止画撮像モードとがある。第１の動画撮像モードでは領域Ｃからの電荷がＮＴＳＣ信号の生成のために利用され、第２の動画撮像モードでは領域Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｈからの電荷がＨＤＴＶ信号の生成のために利用され、静止画撮像モードでは、図２に示す全ての領域（領域Ａ乃至Ｉ）からの電荷が静止画像の生成のために利用される。
【００１５】
また、領域Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅは、第１の動画撮像モードでの撮像時にＮＴＳＣ信号の生成のために利用されない電荷を出力する領域であり、領域Ｆは、第１の動画撮像モードでの撮像時に領域Ｇ，Ｈ，Ｉからの電荷の転送を遮断する領域である。従って、ＨＣＣＤ３における出力部３ｏｕｔから遠い側、即ち、出力部３ｏｕｔから離れたＨＣＣＤ３の端部であるＨＣＣＤ３の転送方向の上流側への電荷の転送が遮断される。そして、Ｘ１は第１の動画撮像モード時におけるレンズの光軸中心であり、Ｘ２は第２の動画撮像モード時および静止画撮像モード時におけるレンズの光軸中心である。
【００１６】
以下、本実施例に適用される撮像装置の動作を第１の動画撮像モード、第２の動画撮像モード、静止画撮像モードの順に説明する。まず、第１の動画撮像モードでは、図１（ｂ）で示す制御部１２がＴＧ１１を制御し、ＴＧ１１は固体撮像素子１０に駆動パルスを出力する。この駆動パルスには、光電変換素子１からの電荷の読み出しパルス、ＶＣＣＤ２の垂直転送パルス、ＨＣＣＤ３の水平転送パルス等が含まれる。また、制御部１２は、後述するようにレンズの光軸中心が図２で示すＸ１の位置となるよう固体撮像素子１０を移動させると共に、領域ＤがＶＣＣＤ２の電荷を遮断する遮断部として機能するよう固体撮像素子１０を制御する。
【００１７】
ＴＧ１１が、固体撮像素子１０に読み出しパルスを出力すると、全ての領域の光電変換素子１に蓄えられていた電荷が隣接するＶＣＣＤ２に転送され、その後、ＴＧ１１からの垂直転送パルスのタイミングで、蓄えられた電荷がＨＣＣＤ３方向にシフトされる。その際、領域Ａ，Ｂの光電変換素子１から出力された電荷は、ＮＴＳＣ信号の生成のために必要のない電荷であるため、ＴＧ１１は、領域Ａ，Ｂからの全ての電荷がＨＣＣＤ３に転送されるまでの期間は、非常に高速な垂直転送パルスを出力する。一方、ＨＣＣＤ３には、水平転送パルスが供給され、この水平転送パルスは、１ＨＤ期間に１９２０画素分の電荷を転送できる速度に設定されている。
【００１８】
そして、領域Ｃの下端の光電変換素子１から出力された電荷がＨＣＣＤ３に転送される直前になると、垂直転送パルスは、ＮＴＳＣテレビジョン信号の１ＨＤ期間の１／２の期間に１段ずつ、蓄えられた電荷がＨＣＣＤ３方向にシフトする速度に設定される。つまり、１ＨＤ期間に２段ずつ電荷をシフトする速度に設定されるため、領域Ｃからの電荷は、４８０ライン／２＝２４０ＨＤ期間かけて全ての電荷がＨＣＣＤ３に転送される。
【００１９】
そして、領域Ｃからの電荷がＨＣＣＤ３に転送される期間中、ＨＣＣＤ３には、１ＨＤ期間に１９２０画素分の電荷を転送できる速度の水平転送パルスが供給されているため、１ＨＤ期間に１９２０画素分の電荷が出力される。そして、領域Ｃからの電荷のＨＣＣＤ３への転送が完了すると、ＴＧ１１は再度高速な垂直転送パルスを出力し、残る領域Ｄ，Ｅからの電荷が全て高速でＨＣＣＤ３に転送される。なお、これらの期間中、領域Ｇ，Ｈ，Ｉからの電荷は、全て領域Ｆの遮断部で遮断されるため、ＨＣＣＤ３に転送されることはない。
【００２０】
図３は、この時の動作をより詳細に説明するための図であり、同図（ａ）は１ＶＤ期間、同図（ｂ）は１ＶＤ期間の固体撮像素子１０の出力、同図（ｃ）は１ＨＤ期間、同図（ｄ）は１ＨＤ期間の固体撮像素子１０の出力を夫々示している。
【００２１】
前述の如く、読み出しパルスが生成された後、領域Ａ，Ｂの電荷が全てＨＣＣＤ３に転送されるまでの期間は、ＶＣＣＤ２の垂直転送パルスは非常に高速であるため、図示の如く、領域Ａからの電荷は短い期間に出力される。また、領域Ｃからの電荷が全てＨＣＣＤ３に転送された後も垂直転送パルスは非常に高速であるため、領域Ｄ，Ｅからの電荷も短い期間に出力される。
【００２２】
これに対し、領域Ｃからの電荷は、１ＨＤ期間に２段分ずつＨＣＣＤ３に転送されるため、２４０ＨＤ期間かけて４８０段分の電荷がＨＣＣＤ３に転送され、ＨＣＣＤ３は、この期間に水平方向９６０画素を１ライン分として４８０ライン分の電荷を出力する。また、図示の如く、領域Ｃからの電荷を出力する際の１ＨＤ期間では、ＨＣＣＤ３は水平方向９６０画素を１ライン分とした２ライン分の電荷を出力している。
【００２３】
なお、同図（ｂ）の領域Ａ，Ｂ及びＤ，Ｅの電荷出力期間に固体撮像素子１０から出力される電荷については、領域Ｃからの電荷と同様に、画像処理部１３に出力されるが、画像処理部１３は制御部１２からの制御信号に基づき、領域Ｃにおける電荷のみを利用してＮＴＳＣテレビジョン信号を生成出力する。
【００２４】
以上説明したように、第１の動画撮像モードでは、領域Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉからの電荷はＨＣＣＤ３に転送されずに、ＨＣＣＤ３は、実質的に領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅからの電荷のみを水平転送することになるため、水平方向９６０画素の固体撮像素子におけるＶＣＣＤと同一の周波数の水平転送パルスでＨＣＣＤ３における電荷を転送することができる。つまり、水平転送速度は、１ＨＤ期間を６３．５μｓとすると、９６０画素×２／６３．５μｓ＝３０．２４ＭＨｚとなり、ＯＢ（光学的黒レベル：暗電流補正）信号の転送を考慮した場合でも、これより若干高い周波数にて水平転送を行うことができる。
【００２５】
なお、以上の動画撮像モードで撮像した第１の動画像信号は、４８０本の有効走査線をフレーム周波数６０Ｈｚで順次走査する、いわゆる４８０ｐ方式のテレビジョン信号として出力することも、また、４８０本の有効走査線をフィールド周波数６０Ｈｚで飛び越し走査する、いわゆる４８０ｉ方式のテレビジョン信号として出力することも可能である。
【００２６】
また、以上の第１の動画撮像モードでは、固体撮像素子１０を利用した手ぶれ補正処理を行うことも可能である。つまり、手ぶれ方向及びその量に関する情報を制御部１２に供給し、これに基づき、ＴＧ１１の出力する垂直転送パルスのタイミングを変化させることにより、領域Ｂを垂直方向に移動させて手ぶれを補正することが可能となる。
【００２７】
また、図２に示した撮像領域の左側に手ぶれ補正用の光電変換素子が配列される場合、あるいは、領域Ｃを少し右側にシフトした位置に設けた場合には、固体撮像素子１０を用いて、水平方向にも手ぶれ補正の処理を行うことができることは言うまでもない。
【００２８】
また、図２で示した固体撮像素子１０を使用した場合、７２０本の有効走査線をフレーム周波数３０Ｈｚで順次走査する、いわゆる７２０ｐ／３０フレームシステムの高精細度動画像信号を出力する高精細動画モードを搭載することも可能であり、以下、この高精細動画撮像モードである第２の動画撮像モードについて説明する。
【００２９】
なお、第２の動画撮像モードでは、図２における水平方向１２８０画素を１ラインとした７２０ライン分あるいはこれより若干多いライン分の電荷を２ＨＤ期間に出力する。従って、領域Ｆは後述する静止画撮像モードと同様に、ＶＣＣＤ２の電荷を遮断することはない。
【００３０】
また、レンズの光軸中心についても静止画撮像モードと同様にＸ２の位置に設定され、ＴＧ１１は、制御部１２の制御に基づき、固体撮像素子１０に電荷の読み出しパルス、ＶＣＣＤ２の垂直転送パルス、ＨＣＣＤ３の水平転送パルスを出力する。
【００３１】
制御部１２から読み出しパルスが出力されると、全ての領域の光電変換素子１に蓄えられていた電荷が隣接するＶＣＣＤ２に転送され、その後、ＴＧ１１からの垂直転送パルスのタイミングで、蓄えられた電荷がＨＣＣＤ３方向にシフトされる。
【００３２】
なお、固体撮像素子１０の画面中央に近い７２０ライン分の電荷をＨＣＣＤ３に転送する際には、テレビジョン信号の２ＨＤ期間に３段ずつ電荷を転送する速度に垂直転送パルスが設定される。つまり、２ＨＤ期間に３段ずつ電荷をシフトするため、４８０ＨＤ期間かけて７２０段分、つまり、４８０ＨＤ期間かけて７２０ライン分の電荷がＨＣＣＤ３に転送される。
【００３３】
また、７２０ラインの上下の合計２４０ラインについては、垂直転送パルスが非常に高速に設定されており、テレビジョン信号の２ＶＤ期間から７２０ライン分の転送に必要な４８０ＨＤ期間を差し引いた残りの期間にこれら２４０ライン分の電荷が転送されることになる。
【００３４】
そして、ＨＣＣＤ３には、第２動画撮像モード及び静止画撮像モードと同一の水平転送パルスが供給されている。従って、ＨＣＣＤ３は、テレビジョン信号の１ＨＤ期間に１９２０画素、２ＨＤ期間に３８４０画素、つまり、水平方向１２８０画素を１ライン分とした３ライン分の電荷を転送する。なお、このように各撮像モードで水平転送パルスを同一の周波数とすることで、ＨＣＣＤ３の出力信号が供給される画像処理部１３の構成を簡略化させることができる。
【００３５】
図４は、第２動画撮像モードでの動作をより詳細に説明するための図であり、同図（ａ）はＶＤ期間、同図（ｂ）は２ＶＤ期間の固体撮像素子１０の出力、同図（ｃ）は２ＨＤ期間、同図（ｄ）は２ＨＤ期間の固体撮像素子１０の出力を夫々示している。
【００３６】
以上のように、第２の動画像撮像モードでは、第１の動画撮像モードに比して１秒間あたりのフレーム枚数は半分であるものの、１フレームあたりの画素数が２倍である高精細の動画像信号を出力することが可能であり、このような動画像信号を出力する際も、ＨＣＣＤ３における水平転送パルスの周波数は、３０．２４ＭＨｚ以上とすれば良い。
【００３７】
なお、固体撮像素子１０の出力する画像信号に対して図示しないメモリ等を用いて垂直方向の手ぶれ補正処置をする場合には、７２０ラインより若干多くのラインを出力する必要がある。このような場合には、例えば画面中央に近い７３０ライン分については、テレビジョン信号の２ＨＤ期間に３段ずつＨＣＣＤ３に電荷を転送し、テレビジョン信号の２ＶＤ期間における残りの期間で上下の２３０ライン分の電荷を転送すれば良い。
【００３８】
次に、静止画撮像モードについて説明する。静止画撮像モードでは、前述の如く、図２で示した全ての領域からの電荷が静止画像の生成のために利用される。従って、制御部は、領域ＦがＶＣＣＤ２の電荷の遮断を行わず、他の領域の光電変換素子と同様に機能するよう固体撮像素子１０を制御する。また、制御部１２は、レンズの光軸中心が図２で示すＸ２の位置となるよう固体撮像素子１０を移動させる。そして、ＴＧ１１は、制御部１２の制御に基づき、固体撮像素子１０に電荷の読み出しパルス、ＶＣＣＤ２の垂直転送パルス、ＨＣＣＤ３の水平転送パルスを出力する。
【００３９】
なお、静止画撮像モードでは、読み出しパルスは、固体撮像素子１０に１度だけ出力され、そのタイミングで全ての領域の光電変換素子１に蓄えられていた電荷が隣接するＶＣＣＤ２に転送される。また、ＶＣＣＤ２に供給される垂直転送パルスは、２ＨＤ期間に３段ずつ電荷をシフトする速度に固定されているため、６４０ＨＤ期間かけて９６０段分の電荷がＨＣＣＤ３に転送されることになる。
【００４０】
一方、ＨＣＣＤ３には、動画撮像モードの際と同一の水平転送パルスが供給されている。従って、ＨＣＣＤ３は、１ＨＤ期間に１９２０画素、２ＨＤ期間に３８４０画素、つまり、水平方向１２８０画素を１ライン分とした３ライン分の電荷を転送する。
【００４１】
図５は、静止画撮像モードでの動作をより詳細に説明するための図であり、同図（ａ）はＶＤ期間、同図（ｂ）は固体撮像素子１０が静止画像を出力するのに必要な時間、同図（ｃ）は２ＨＤ期間、同図（ｄ）は２ＨＤ期間の固体撮像素子１０の出力を夫々示している。
【００４２】
前述の如く、固体撮像素子１０は、６４０ＨＤ期間かけて全ての電荷を出力することになるため、テレビジョン信号の複数のＶＤ期間にわたって１枚の静止画像を出力することになる。そして、２ＨＤ期間では、３ライン分の電荷を出力する。以上のような動作にて、水平方向１２８０画素、垂直方向９６０画素よりなる約１２０万画素相当の静止画像を得ることができる。
【００４３】
次に、図６を用いて、固体撮像素子１０を機構的に移動させる構成について説明する。固体撮像素子１０の移動に際しては、精度よく且つ元の位置戻した時の再現性が高くなければならない。そこで、固体撮像素子固定枠６０の内部を固体撮像素子移動枠６１が移動する構成とした。固体撮像素子１０は、入来光の方向から順に、固体撮像素子移動枠６１、フィルタ６６、シール６７、固体撮像素子１０、固体撮像素子固定板６８により固定され、ガイドバー６５を介して固体撮像素子固定枠６０に組みつけられている。
【００４４】
固体撮像素子移動枠６１は、ガイドバー６５により、矢印方向に移動可能としている。固体撮像素子移動枠６１には、突起６１ａが設けられており固体撮像素子固定枠６０に設けられた穴６０ａから切り換えレバー６２側に突き出ている。切り換えレバー６２は、切り換えレバー固定部６０ｂを軸として回転するように、また夫々の位置にて切り換えレバー６２を圧接するようにバネ６３を介して固体撮像素子固定枠６０にとり付けられている。
【００４５】
固体撮像素子移動枠６１は、移動方向に対して垂直方向の２面で固体撮像素子固定枠６０に当接する。その当接した位置が、それぞれの図２で示すレンズの光軸中心Ｘ１あるいはＸ２の位置となるように設定している。こうすることで、切り換えレバー６２は突起６１ａをいずれかの方向に押しつける動作をするだけであり、固定位置の確定は、固体撮像素子移動枠６１と固体撮像素子固定枠６０との当接面によって決定される構成とすることができる。
【００４６】
図７を用いて、固体撮像素子固定枠６０に対する固体撮像素子移動枠６１の固定位置の説明をする。同図（ａ）は、図２で示すレンズの光軸中心Ｘ１に相当したもので、切り換えレバー６２で突起６１ａを図面左方向に圧接することにより固体撮像素子移動枠６１を固定している。同図（ｂ）は、図２で示すレンズの光軸中心Ｘ２に相当したもので、切り換えレバー６２を（ａ）とは逆の方向に倒して突起６１ａを図面右方向に圧接することにより固体撮像素子移動枠６１を固定している。
【００４７】
また、圧接面を固体撮像素子移動枠圧接面６１ｂ、固体撮像素子固定枠圧接面６０ｃのように曲面で構成することにより、固体撮像素子移動枠６１の固定位置の精度を、移動方向に対し垂直方向にも高めることができる。
【００４８】なお、固体撮像素子移動枠６１の移動については、モータ及びギアあるいはソレノイド等を用いた構成としてもよい。切り換えレバー６２、モータ及びギアあるいはソレノイド等で行う固体撮像素子１０の光軸中心の移動手段と固体撮像素子１０の領域の切り換えとを同時に連動して行うようにしてもよい。
【００４９】
次に、実施例２について図８を用いて説明する。同図（ａ）は、撮影レンズ８０と固体撮像素子１０との間に可変頂角プリズム８１を設置して、光軸中心の移動手段を光学的に行う構成としており、制御部１２により各撮影モードに応じたプリズム厚８２を与え頂角を変化させることにより入来光の光軸中心移動させるよにしたものである。
【００５０】
同図（ｂ）は、撮影レンズ８０と固体撮像素子１０との間にシフトレンズ８３を設置して、制御部１２により各撮影モードに応じた位置にシフトレンズ８３を移動８４させることにより入来光の光軸中心移動させるよにしたものである。
また、光学的な手振れ補正機能を搭載している撮像装置においては、撮像装置の振れを検出して、シフトレンズを手振れが抑制される方向に移動制御することにより手振れ補正を行っている。このような撮像装置においては、手振れ補正用のシフトレンズを共通して用い、各撮影モードに応じたオフセット量を与えるようにしてもよい。
【００５１】
次に、実施例３について図９を用いて説明する。先に説明した各実施例で用いた固体撮像素子１０よりも水平方向に画素数を増加させた固体撮像素子を用いることを特徴としており、動画撮像モードと、第１の静止画撮像モードと、第２の静止画撮像モードとを備えるものとする。なお、前述の高精細動画撮像モードを加えても良い。
【００５２】
動画撮像モードは、先の実施例での動作と同様であり、第１の静止画撮像モードは、先の実施の形態での静止画撮像モードでの動作と同様である。つまり、動画撮像モードでは、Ｘ１が光軸中心、領域Ｆ及びＪが遮断部とされて、領域Ｃからの電荷がテレビジョン信号の生成のために利用され、第１の静止画撮像モードでは、Ｘ２が光軸中心、領域Ｊが遮断部とされて、領域Ａ乃至Ｉからの電荷が静止画像の生成のために利用される。
【００５３】
そして、第２の静止画像モードでは、Ｘ３が光軸中心とされて、全ての領域（領域Ａ乃至Ｋ）からの電荷が静止画像の生成のために利用される。従って、先の実施例１と同様に、ＨＣＣＤ３の水平転送パルスの周波数を高めることなく、動画撮像を行うことができる。また、第１の静止画撮像モードで撮像した場合には、水平方向に１７１０画素が配列される固体撮像素子を使用しているにも拘らず、先の実施の形態で示した固体撮像素子と同一の時間で静止画像を出力することができる。また、第２の静止画撮像モードで撮像した場合には、固体撮像素子の有する全ての光電変換素子を用いて、約１６０万画素相当の静止画像を得ることができる。
【００５４】
なお、以上の説明では、各静止画撮像モードでの撮像の際に、固体撮像素子が全ての光電変換素子からの電荷を用いて静止画像を生成した例を示したが、これに限るものではない。例えば、撮像領域における周辺部等、良好な信号特性が得られにくい領域に関しては、この領域を使用せずに、このような領域を除いた領域のみの光電変換素子からの電荷を用いて静止画像を生成しても良いことは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、水平転送ＣＣＤにおける電荷の転送速度を高めることなく高画素化を図ることができ、また様々な信号方式の画像を出力可能な撮像装置において、固体撮像素子保持枠を設けて固体撮像素子固定枠に固定して、固体撮像素子保持枠を移動することにより撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供することができる。
また、固体撮像素子の入来光側に光学的な光軸変更手段を設置することにより、撮像の光軸中心と固体撮像素子上の画像の中心とを精度よく一致させるようにした撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に適用される撮像装置における固体撮像素子の動作の概略を示したものである。
【図２】本発明の実施例１に適用される固体撮像素子の領域分割の一例を示したものである。
【図３】第１の動画像撮像モードでの動作を説明するための図である。
【図４】第２の動画像撮像モードでの動作を説明するための図である。
【図５】静止画像撮像モードでの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１に適用される固体撮像素子の移動の構成を示した概略機構図である。
【図７】本発明の実施例１に適用される固体撮像素子の移動の状態を示した概略機構図である。
【図８】本発明の実施例２に適用される撮像装置における光軸の変更を示した一例である。
【図９】本発明の実施例３に適用される固体撮像素子の領域分割の一例を示したものである。
【符号の説明】
１…光電変換素子
２…垂直転送ＣＣＤ
３…水平転送ＣＣＤ
１０…固体撮像素子
１１…タイミングジェネレータ
１２…制御部
１３…画像処理部
６０…固体撮像素子固定枠
６０ａ…固体撮像素子固定枠穴
６０ｂ…切り換えレバー固定部
６０ｃ…固体撮像素子固定枠圧接面
６１…固体撮像素子移動枠
６１ａ…突起
６１ｂ…固体撮像素子移動枠圧接面
６２…切り換えレバー
６３…バネ
６４…切り換えレバー蓋
６５…ガイドバー
６６…フィルタ
６７…シール
６８…固体撮像素子固定板
８０…撮影レンズ
８１…可変頂角プリズム
８３…シフトレンズ
Claims (2)
- 水平方向に画素ａ個及び垂直方向に画素ｂ個がマトリクス状に配列されてなる固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を一体に保持する固体撮像素子保持手段と、
前記固体撮像素子保持手段を撮像装置に対して第１又は第２の位置に固定する固体撮像素子固定手段と、
第１、第２の撮像モードのうち前記第２の撮像モードを選択したときは、前記固体撮像素子固定手段に対する前記固体撮像素子保持手段を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定し、前記第２の撮像モードを選択した後に前記第１の撮像モードを選択したときには、前記第２の位置に固定されている前記固体撮像素子固定手段を前記第１の位置に復帰固定する固体撮像素子位置変更手段と、
を備え、
前記第１の撮像モードでは、ａ×ｂのマトリクス状に配列される第１の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第１の画像領域の中心座標（ａ／２，ｂ／２）と前記固体撮像素子に入射する光学系を介した撮像光の光軸とが一致しており、
前記第２の撮像モードでは、ｃ（ｃ＜ａ）×ｂのマトリクス状に配列される第２の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第２の撮像モードの中心座標（ｃ／２，ｂ／２）と前記撮像光の光軸とが一致するように、前記固体撮像素子位置変更手段によって、前記固体撮像素子保持手段の固定位置を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定することを特徴とする撮像装置。 - 水平方向に画素ａ個及び垂直方向に画素ｂ個がマトリクス状に配列されてなる固体撮像素子と、
第１、第２の撮像モードのうち前記第２の撮像モードを選択したときは、前記固体撮像素子に対する前記撮像光の光軸を前記第１の位置から前記第２の位置に光学的に変更固定し、前記第２の撮像モードを選択した後に前記第１の撮像モードを選択したときには、前記第２の位置に固定されている前記撮像光の光軸を前記第１の位置に光学的に復帰固定する光軸変更手段と、
を備え、
前記第１の撮像モードでは、ａ×ｂのマトリクス状に配列される第１の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第１の画像領域の中心座標（ａ／２，ｂ／２）と前記固体撮像素子に入射する光学系を介した撮像光の光軸とが一致しており、
前記第２の撮像モードでは、ｃ（ｃ＜ａ）×ｂのマトリクス状に配列される第２の画像領域より得た画像信号を出力し、かつ前記第２の撮像モードの中心座標（ｃ／２，ｂ／２）と前記撮像光の光軸とが一致するように、前記光軸変更手段によって、前記固体撮像素子に対する前記撮像光の光軸の固定位置を前記第１の位置から前記第２の位置に変更固定することを特徴とする撮像装置。
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