JP2005094469A - Image pickup apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、XYアドレス型イメージセンサを用いた撮像装置において、静止画像を高速で取り込むための技術に関する。 The present invention relates to a technique for capturing a still image at high speed in an imaging apparatus using an XY address type image sensor.
図5は、XYアドレス型イメージセンサの全体回路構成を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an overall circuit configuration of the XY address type image sensor.
このMOS型イメージセンサは、画素部1、垂直走査回路2、マルチプレクサ4、ノイズ抑圧回路5、水平走査回路6、出力アンプ7、画素セルの電源ライン8、画素セルの負荷9及び画素セルの負荷パルスライン10で構成されている。
The MOS type image sensor includes a
画素部1には、光電変換セルである画素セル(PIX11、PIX12、…)がアレイ状に配置されている。垂直走査回路2は、読み出す画素セルの行を選択するための信号ライン(φV1、φV2、…)を有する。マルチプレクサ4は、リセットパルスライン11、TRパルスライン12からの外部タイミングパルス信号を受けるとともに、画素セルの蓄積電荷を読み出すための読出しパルス信号ライン(φTR1、φTR2、…)及び不要電荷を掃き出すためのリセットパルス信号ライン(φRST1、φRST2、…)を有する。
In the
ノイズ抑圧回路5は、読み出された画素セルの信号を入力ライン(V1、V2、…)を介して受け取り、当該信号のばらつきを補正するとともにノイズを除去する。水平走査回路6は、画素セル信号の列を選択するための信号ライン(φH1、φH2、…)を有し、水平選択スイッチ(M101、M102、…)を制御して画素セルの信号を出力アンプ7に順次送り出す。
The
画素セルの電源ライン8は、画素セルに電源電圧(VDDCEL)を供給する。画素セルの負荷9は、画素セルの負荷パルスライン10からの信号を受けて画素セルの負荷を制御する。
The
次に、ローリング読出し動作の概要について説明する。 Next, an outline of the rolling read operation will be described.
図6は、ローリング読出し動作の信号タイミングチャートを示す図である。図6には、電源電圧(VDDCEL)、画素セル負荷パルスライン(LGCEL)、リセットパルスライン(RST)、読出しパルスライン(TR)、走査回路出力取り込みパルスライン(VDDRS)、リセットパルス信号ライン(φRST1、φRST2、…)及び読出しパルス信号ライン(φTR1、φTR2、…)についての信号を示している。 FIG. 6 is a diagram showing a signal timing chart of the rolling read operation. FIG. 6 shows a power supply voltage (VDDCEL), a pixel cell load pulse line (LGCEL), a reset pulse line (RST), a readout pulse line (TR), a scanning circuit output capture pulse line (VDDRS), and a reset pulse signal line (φRST1). , ΦRST2,...) And readout pulse signal lines (φTR1, φTR2,...).
電源電圧(VDDCEL)を「高レベル」とした後、リセットパルスライン(RST)にパルス信号を入力し、リセットパルス信号ラインφRST1にリセットパルス信号r11を付加して不要電荷を掃き出す。次に、読出しパルスライン(TR)にパルス信号を入力し、読出しパルス信号ライン(φTR1)に読出しパルス信号t1を付加して、画素セル(PIX11、PIX21、PIX31)に蓄積された電荷を読み出し、ノイズ抑圧回路5の入力ライン(V1、V2、V3)に送り出す。
After setting the power supply voltage (VDDCEL) to “high level”, a pulse signal is input to the reset pulse line (RST), and the reset pulse signal r11 is added to the reset pulse signal line φRST1 to sweep out unnecessary charges. Next, a pulse signal is input to the readout pulse line (TR), the readout pulse signal t1 is added to the readout pulse signal line (φTR1), and the charges accumulated in the pixel cells (PIX11, PIX21, PIX31) are read out, It sends out to the input lines (V1, V2, V3) of the
次に、電源電圧(VDDCEL)を「低レベル」とした後、リセットパルスライン(RST)にパルス信号を入力し、リセットパルス信号ラインφRST1にリセットパルス信号r12を付加すると、画素セル(PIX11、PIX21、PIX31)からの読出し動作は、次のパルス信号(r21、t2、r22)が入力されるまで禁止される。 Next, after the power supply voltage (VDDCEL) is set to “low level”, a pulse signal is input to the reset pulse line (RST) and the reset pulse signal r12 is added to the reset pulse signal line φRST1, so that the pixel cells (PIX11, PIX21) are added. , PIX31) is prohibited until the next pulse signal (r21, t2, r22) is input.
この結果、画素セルPIX11、PIX21、PIX31には次のパルス信号が入力されるまで電荷が蓄積される。即ち、読出しパルス信号t1〜t2間隔が露光時間となって、電荷が蓄積されることになる。 As a result, charges are accumulated in the pixel cells PIX11, PIX21, and PIX31 until the next pulse signal is input. That is, the interval between the read pulse signals t1 and t2 becomes the exposure time, and charges are accumulated.
以上の動作を、リセットパルス信号ライン(φRST2、φRST3)、読出しパルス信号ライン(φTR2、φTR3)について順次実行することで画素セルの行毎に電荷の蓄積と読出しを行うことができる。この画素セルの行毎に電荷蓄積と読出しを繰り返すローリング読出し動作を採用することにより高速にスルー画像を取り込むことができる。 By sequentially executing the above operations for the reset pulse signal lines (φRST2, φRST3) and the read pulse signal lines (φTR2, φTR3), charge accumulation and reading can be performed for each row of pixel cells. By adopting a rolling readout operation that repeats charge accumulation and readout for each row of pixel cells, a through image can be captured at high speed.
しかしながら、上述の技術は、画素セルの行毎に電荷蓄積と読出しを繰り返すためスルー画像の取込には適しているが、例えば、連写モードでの連続撮影時に高速で静止画を取り込むには不適である。そこで、ローリング動作に係る駆動方式を採用し、その基本となる構造を大きく変えることなく静止画を連続して高速で取り込む技術が求められる。 However, the technique described above is suitable for capturing a through image because it repeats charge accumulation and readout for each row of pixel cells, but for example, to capture a still image at high speed during continuous shooting in continuous shooting mode. Unsuitable. Therefore, there is a need for a technique that adopts a driving method related to a rolling operation and continuously captures still images at a high speed without greatly changing the basic structure.
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであって、XYアドレス型イメージセンサを用いてローリング読出し方式を採用した撮像装置において、高速に連続静止画を取り込むことを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to capture a continuous still image at high speed in an imaging apparatus employing a rolling readout method using an XY address type image sensor.
本発明に係る請求項1に記載の撮像装置は、独立に走行する先幕及び後幕を有するフォーカルプレーンシャッタと、光電荷を電荷蓄積し信号出力する複数の画素からなる受光画素領域を有し、フォーカルプレーンシャッタの露光時先幕および後幕の走行方向と同一方向の順で時系列的に、各画素の光電荷の電荷蓄積の開始走査、および蓄積された光電荷の信号出力走査を行う撮像素子と、受光画素領域の全領域の光電荷蓄積開始の完了タイミングに対してフォーカルプレーンシャッタの先幕の走行時間に相当する時間だけ早いタイミングで先幕の走行を開始させる第1の制御手段と、受光画素領域の全領域の光電荷蓄積開始の完了タイミングと後幕の走行開始タイミングのいずれか遅いタイミングに同期して、撮像素子の蓄積された光電荷信号の順次出力を開始させる第2の制御手段とを具備する。 An imaging apparatus according to a first aspect of the present invention has a focal plane shutter having a front curtain and a rear curtain that run independently, and a light-receiving pixel region that includes a plurality of pixels that accumulate photoelectric charges and output signals. In addition, a charge accumulation start scan and a signal output scan of the accumulated photocharges of each pixel are performed in time sequence in the same direction as the traveling direction of the front and rear curtains during exposure of the focal plane shutter. First control means for starting the front curtain at a timing earlier than the completion timing of the start of photoelectric charge accumulation in the entire area of the image sensor and the light receiving pixel area by a time corresponding to the travel time of the front curtain of the focal plane shutter And the accumulated photocharge signal stored in the image sensor in synchronization with the later timing of either the start timing of the start of photocharge accumulation in the entire light receiving pixel area or the start timing of the trailing curtain. ; And a second control means for starting the sequential output.
また本発明に係る請求項2に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、上記撮像素子の全受光画素領域の画素の光電荷の電荷蓄積の開始走査、および蓄積された光電荷の信号出力走査に要する時間よりも、フォーカルプレーンシャッタの先幕および後幕の走行時間が短い。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the imaging apparatus according to the second aspect, wherein in the imaging apparatus according to the above-described invention, the start scanning of the charge accumulation of the photoelectric charges of the pixels in the entire light receiving pixel region of the imaging element and the accumulated light The traveling time of the front and rear curtains of the focal plane shutter is shorter than the time required for the charge signal output scanning.
また本発明に係る請求項3に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、上記第1の制御手段は、上記受光画素領域の光電荷蓄積走査が開始された後に先幕をスタートさせる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the imaging apparatus according to the third aspect, wherein the first control means opens the front curtain after the start of photoelectric charge accumulation scanning of the light receiving pixel region. Start it.
また本発明に係る請求項4に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、上記撮像素子の各画素は、蓄積された光電荷の信号出力と同時に蓄積された光電荷がリセットされ、次の光電荷の蓄積動作に入ることが可能である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the imaging device according to the above-described invention, each pixel of the imaging element resets the accumulated photocharge simultaneously with the signal output of the accumulated photocharge. Then, it is possible to start the next photocharge accumulation operation.
また本発明に係る請求項5に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、連続撮影を行う連写モードを選択するモード選択手段を具備し、上記第1の制御手段および上記第2の制御手段は、上記モード選択手段により連写モードが選択された場合に上記制御を行う。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an imaging apparatus according to the fifth aspect, further comprising a mode selection unit that selects a continuous shooting mode in which continuous shooting is performed. The second control means performs the control when the continuous shooting mode is selected by the mode selection means.
また本発明に係る請求項6に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、先幕走行開始から所定の時間経過後に後幕を走行開始させる露出制御手段を更に備え、上記所定の時間は、測光手段での測光値またはシャッタスピードの設定入力値に基づいて定められる。
The imaging apparatus according to
本発明の撮像装置によれば、XYアドレス型イメージセンサを用いてローリング読出し方式を採用した撮像装置において、高速に連続静止画を取り込むことができる。 According to the imaging apparatus of the present invention, continuous still images can be captured at high speed in an imaging apparatus that employs a rolling readout method using an XY address type image sensor.
図1は、本発明に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to the present invention.
本撮像装置は、ズームレンズ、フォーカスレンズ等のレンズ群20、メカニカルシャッタ21、駆動回路22、イメージセンサ23、タイミング制御手段24、画像処理回路25、表示手段26及びメディア記録手段27を備えている。
The imaging apparatus includes a
メカニカルシャッタ21は、フォーカルプレーンシャッタであり、先幕21aと後幕21bを備え、駆動回路22がこの先幕21aと後幕21bを駆動する。
The
イメージセンサ23には、画素部23a、垂直走査回路23b及び水平走査回路23cが設けられ、タイミング制御手段24が垂直走査回路23b及び水平走査回路23cにタイミング信号を与える。
The
更に本撮像装置は、制御部30、測光部31、シャッタ速設定部32及び操作SW33を備えている。制御部30は、撮像装置の各部を統括的に制御すると共に、測光部31での測光値に基づいて自動でシャッタスピードを決定し、あるいはシャッタ速設定部32から撮影者が設定入力した設定シャッタスピード値に従って、駆動回路22及びタイミング制御手段24の動作を制御する。また、操作SW33には、単写、連写の撮影モードを設定するためのモードスイッチが設けられている。
Further, the imaging apparatus includes a
次に、撮影者が連写モードで撮影をする場合の撮像装置の動作について説明する。 Next, the operation of the imaging apparatus when the photographer takes a picture in the continuous shooting mode will be described.
図2は、本発明に係る実施の形態のメカニカルシャッタ21の動作をローリング読出し動作と対応して説明する図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the
被写体の光像は、レンズ群20によって画素部23a上に形成される。この光像によって画素セルに蓄積された電荷は、上述のローリング読出し動作により図2中の矢印で示す垂直走査方向に行毎に読み出される。
An optical image of the subject is formed on the
一方、メカニカルシャッタ21はフォーカルプレーンシャッタであり、先ず先幕21aが図2中の矢印で示す走行方向に移動しつつ光像を画素部23a上に形成する。続いて後幕21bが図2中の走行方向に動作してシャッタを閉じる。従って、先幕21aと後幕21bの時間差がそれぞれの画素セルの露光時間となる。
On the other hand, the
本実施の形態では、メカニカルシャッタ21のフォーカルプレーンの走行方向と画素部23aの垂直走査方向とが同一方向となるように配置している点に特徴を有している。
The present embodiment is characterized in that the traveling direction of the focal plane of the
次に、この構成に係る撮像装置による静止画像取り込み動作について説明する。 Next, a still image capturing operation by the imaging apparatus according to this configuration will be described.
図3は、シャッタ速度が比較的遅い場合の、静止画取り込み動作を示すタイムチャートである。 FIG. 3 is a time chart showing a still image capturing operation when the shutter speed is relatively slow.
図3のA部では、制御部30がタイミング制御手段24を制御して、ローリング読出しを行っている状態を表わしている。即ち、読出しパルス(TR1、TR2、…、TRn)を付加させることにより、画素部23aの行毎に撮像信号が読出される。
3 represents a state in which the
従って、メカニカルシャッタ21が開放されている場合は、読出しパルスが付加される時間間隔が露光期間となる。即ち、画素部23aでは、蓄積された光電荷の信号出力と同時に蓄積された光電荷がリセットされ、次の光電荷の蓄積動作に入ることが可能となる。図3のB部は、縦軸に画素部23aの行を採って表わした露光期間のイメージ図である。
Therefore, when the
図3のC部は、制御部30が駆動回路22を制御して、メカニカルシャッタの開閉動作を行っている状態を表わしている。制御部30は、最終段の読出しパルスTRnの動作タイミングを予測して、そのタイミングから所定時間T2だけ遡ったタイミングで先幕21aの動作開始を制御する。即ち、制御部30は、画素部23aの全領域の光電荷蓄積開始の完了タイミングである最終段の読出しパルスTRnの動作タイミングに対して、フォーカルプレーンシャッタの先幕21aの走行時間T2に相当する時間だけ早いタイミングで先幕21aの走行を開始させるように駆動回路22を制御する。
3 represents a state in which the
次に、制御部30は、先幕21aが開動作を開始したタイミングから露光時間T1だけ経過したタイミングで後幕21bの閉動作を開始するように駆動回路22を制御する。ここで、露光時間T1は、測光部32での測光値に基づいて算出しても良く、あるいはシャッタ速設定部32から撮影者が設定入力した設定値に基づいて算出しても良い。図3のD部は、縦軸に画素部23aの行を採ってメカニカルシャッタ21による露光時間を表わしたイメージ図である。
Next, the
そして、制御部30は、後幕21bが走行を開始したタイミングに同期して、タイミング制御手段24を制御して次回の読出しパルス(TR1、TR2、…、TRn)を付加する。即ち、画素部23aに蓄積された光電荷信号の順次出力を開始する。以降、上述の動作を繰り返すことで、静止画像の取り込みが行われる。
Then, the
尚、本実施の形態の動作が成立するためには、画素部23aの画素の光電荷の電荷蓄積の開始走査、および蓄積された光電荷の信号出力走査に要する時間よりも、フォーカルプレーンシャッタの先幕21aおよび後幕21bの走行時間が短いことが必要な条件とされる。
In order for the operation of the present embodiment to be established, the focal plane shutter has a longer time than the time required for the start scanning of the charge accumulation of the pixel of the
図4は、シャッタ速度が比較的速い場合の、静止画取り込み動作を示すタイムチャートである。 FIG. 4 is a time chart showing a still image capturing operation when the shutter speed is relatively fast.
図4のA部では、制御部30がタイミング制御手段24を制御して、ローリング読出しを行っている状態を表わしている。即ち、読出しパルス(TR1、TR2、…、TRn)を付加させることにより、画素部23aの行毎に撮像信号が読出される。
4 shows a state in which the
従って、メカニカルシャッタ21が開放されている場合は、読出しパルスが付加される時間間隔が露光期間となる。即ち、画素部23aでは、蓄積された光電荷の信号出力と同時に蓄積された光電荷がリセットされ、次の光電荷の蓄積動作に入ることが可能となる。図4のB部は、縦軸に画素部23aの行を採って表わした露光期間のイメージ図である。
Therefore, when the
図4のC部は、制御部30が駆動回路22を制御して、メカニカルシャッタの開閉動作を行っている状態を表わしている。制御部30は、最終段の読出しパルスTRnの動作タイミングを予測して、そのタイミングから所定時間T2だけ遡ったタイミングで先幕21aの動作開始を制御する。即ち、制御部30は、画素部23aの全領域の光電荷蓄積開始の完了タイミングである最終段の読出しパルスTRnの動作タイミングに対して、フォーカルプレーンシャッタの先幕21aの走行時間T2に相当する時間だけ早いタイミングで先幕21aの走行を開始させるように駆動回路22を制御する。
4 represents a state where the
次に、制御部30は、先幕21aが開動作を開始したタイミングから露光時間T1だけ経過したタイミングで後幕21bの閉動作を開始するように駆動回路22を制御する。ここで、露光時間T1は、測光部32での測光値に基づいて算出しても良く、あるいはシャッタ速設定部32から撮影者が設定入力した設定値に基づいて算出しても良い。図4のD部は、縦軸に画素部23aの行を採ってメカニカルシャッタ21による露光時間を表わしたイメージ図である。
Next, the
そして、制御部30は、画素部23aの全領域の光電荷蓄積開始の完了タイミングに同期して、タイミング制御手段24を制御して次回の読出しパルス(TR1、TR2、…、TRn)を付加する。即ち、画素部23aに蓄積された光電荷信号の順次出力を開始する。以降、上述の動作を繰り返すことで、静止画像の取り込みが行われる。
Then, the
尚、本実施の形態の動作が成立するためには、画素部23aの画素の光電荷の電荷蓄積の開始走査、および蓄積された光電荷の信号出力走査に要する時間よりも、フォーカルプレーンシャッタの先幕21aおよび後幕21bの走行時間が短いことが必要な条件とされる。
In order for the operation of the present embodiment to be established, the focal plane shutter has a longer time than the time required for the start scanning of the charge accumulation of the pixel of the
尚、図3あるいは図4に示すいずれのタイムチャートに従って静止画像を取り込むかは、制御部30が露光時間T1と先幕走行時間に対応した所定時間T2とを比較して決定する。
Note that the
即ち、制御部30は、測光部31での測光値あるいはシャッタ速設定部32からの設定入力値に基づいてシャッタスピードを決定して露光時間T1を得、更に先幕21aの動作時間から予め所定時間T2を得ている。
That is, the
そして、T1>T2のときは、制御部30は、図3に示すタイムチャートに従って静止画像を取り込み、T1≦T2のときは、制御部30は、図4に示すタイムチャートに従って静止画像を取り込む。
When T1> T2, the
以上説明した各実施の形態によれば、フォーカルプレーンシャッタの走行方向とイメージセンサの垂直走査方向とを同一方向として駆動シーケンスを構成し、フォーカルプレーンシャッタの動作と信号読出し動作とをオーバラップさせることで静止画像の取り込み時間を短縮することが可能となる。 According to each embodiment described above, the driving sequence is configured with the traveling direction of the focal plane shutter and the vertical scanning direction of the image sensor as the same direction, and the operation of the focal plane shutter and the signal reading operation are overlapped. This makes it possible to shorten the time for capturing still images.
更に、各実施の形態では従来のローリング読出し動作に係る駆動方式を変更することなく採用しているため、従来の基本的な駆動方式を大きく変えることなく静止画を連続して高速で取り込むことができる。 Furthermore, in each embodiment, since the driving method related to the conventional rolling readout operation is adopted without changing, still images can be captured continuously at high speed without greatly changing the conventional basic driving method. it can.
また、本実施の形態は、操作SW33から連写モードが選択されたときに動作するように構成することができるが、連写モード以外の撮影モードにおいても適用できることはいうまでもない。 Further, the present embodiment can be configured to operate when the continuous shooting mode is selected from the operation SW 33, but it goes without saying that the present embodiment can also be applied to shooting modes other than the continuous shooting mode.
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
21…メカニカルシャッタ、21a…先幕、21b…後幕、22…駆動回路、23…イメージセンサ、23a…画素部、23b…垂直走査回路、23c…水平走査回路、24…タイミング制御手段、30…制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
光電荷を電荷蓄積し信号出力する複数の画素からなる受光画素領域を有し、フォーカルプレーンシャッタの露光時先幕および後幕の走行方向と同一方向の順で時系列的に、各画素の光電荷の電荷蓄積の開始走査、および蓄積された光電荷の信号出力走査を行う撮像素子と、
受光画素領域の全領域の光電荷蓄積開始の完了タイミングに対してフォーカルプレーンシャッタの先幕の走行時間に相当する時間だけ早いタイミングで先幕の走行を開始させる第1の制御手段と、
受光画素領域の全領域の光電荷蓄積開始の完了タイミングと後幕の走行開始タイミングのいずれか遅いタイミングに同期して、撮像素子の蓄積された光電荷信号の順次出力を開始させる第2の制御手段と
を具備することを特徴とする撮像装置。 A focal plane shutter having a front curtain and a rear curtain that run independently;
It has a light-receiving pixel area consisting of a plurality of pixels for accumulating photoelectric charges and outputting signals, and the light of each pixel is time-sequentially in the same direction as the traveling direction of the front and rear curtains during exposure of the focal plane shutter. An image sensor that performs a charge accumulation start scan of charges and a signal output scan of accumulated photocharges;
First control means for starting traveling of the front curtain at a timing earlier by a time corresponding to the traveling time of the front curtain of the focal plane shutter than the completion timing of the start of photoelectric charge accumulation in the entire light receiving pixel region;
Second control for starting the sequential output of the photoelectric charge signals accumulated in the image sensor in synchronization with the later timing of either the completion timing of the start of photoelectric charge accumulation in the entire area of the light-receiving pixel area or the start timing of the trailing curtain. And an imaging device.
上記第1の制御手段および上記第2の制御手段は、上記モード選択手段により連写モードが選択された場合に上記制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 Comprising mode selection means for selecting a continuous shooting mode for continuous shooting;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first control unit and the second control unit perform the control when a continuous shooting mode is selected by the mode selection unit.
上記所定の時間は、測光手段での測光値またはシャッタスピードの設定入力値に基づいて定められることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 Exposure control means for starting the trailing curtain after a predetermined time has elapsed from the start of the leading curtain running,
2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the predetermined time is determined based on a photometric value in a photometric unit or a set input value of a shutter speed.
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