JP2005151283A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光開始までの時間を短縮し、且つ露光期間が同じである場合の駆動モードごとのシャッタ時間のばらつきを抑える。
【解決手段】 設定情報保持部（レジスタ）２１は、入力されるシャッタトリガに応じて生成される電子シャッタ動作用の設定情報を保持し、タイミング信号生成部２５は、同期信号取り込み部２４で取り込んだ垂直同期信号ＶＲと水平同期信号ＨＲを参照して、垂直同期信号ＶＲが遷移した後、始めの１水平同期期間においてＣＣＤセンサ１２のフォトダイオードに蓄積された電荷を排出し、レジスタ２１で保持された設定情報で指定された露光期間に応じて、１水平同期期間経過以降のタイミングから露光を開始する旨の信号ＥＸＰを送出して露光を開始させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は撮像装置に関し、特に、電子シャッタ機能を有する撮像装置に関する。

デジタルスチルカメラなどの撮像装置において、アイリス機構を用いることなく露光期間（信号電荷の蓄積時間）調節を行う電子シャッタ機能を有するものがある（例えば特許文献１参照）。

このような撮像装置において、例えば、ユーザによるシャッタ動作による外部からのシャッタトリガ信号の入力から露光開始までにかかる時間は、駆動モードに依存する。駆動モードには、例えば、撮像装置の液晶画面に画質を下げた被写体の画像を常時表示するようなドラフトモード、被写体を静止画として撮像するフレームモードと、自動的に被写体に焦点をあわせるときのオートフォーカスモードがある。

図４は、従来の撮像装置における露光開始までの信号の様子を示すタイミングチャートであり、（Ａ）はドラフトモード時、（Ｂ）はフレームモード時の信号の様子を示している。

なお、撮像装置は、ここでは図示を省略するが、ＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）センサのように光電変換素子であるフォトダイオードがマトリクス状に配列された固体撮像素子、固体撮像素子を駆動するための各種タイミング信号を発生するタイミングジェネレータ、マイクロコントローラ（以下マイコンと略す）などを有している。

図のように、例えば、ユーザによるシャッタ動作によって外部からのシャッタトリガが撮像装置に入力されると、例えば、マイコンによって、電子シャッタ動作用の各種の設定情報がシリアルデータとしてタイミングジェネレータに送られる。データの送信が終わり、垂直同期信号ＶＲが立ち下がると、電子シャッタ動作が開始する。

なお、タイミング信号発生回路から出力されるハイレベルの垂直転送クロックＶｃｋは、読み出しパルスである。
読み出しパルスが、固体撮像素子内のフォトダイオードと、垂直方向の電荷の転送を行う転送垂直転送ＣＣＤ（以下垂直転送レジスタと称する）間に設けられるセンサゲートに入力されることにより、フォトダイオードで光の強さに応じて発生し蓄積された電荷が、垂直転送レジスタに読み出される。水平同期信号ＨＲに応じて生成されるロウレベルの垂直転送クロックＶｃｋは、フォトダイオードに蓄積された電荷の垂直方向への転送レートを決定する信号として垂直転送レジスタに入力される。

電子シャッタ動作においては、電荷が読み出されてから露光開始までに、フォトダイオードに蓄積されている電荷を、例えば固体撮像素子の基板側に排出する。
図４（Ａ）で示すドラフトモードの場合、タイミングジェネレータは、垂直同期信号ＶＲの立ち下がりに同期して入力されたシリアルデータを反映し、フォトダイオードの電荷排出用パルス（以下シャッタパルスと称する）ＳＵＢを生成し、フォトダイオードの電荷を、例えば、基板側に排出する。この例の場合、２パルスのシャッタパルスＳＵＢを生成している。その後、露光が開始され、フォトダイオードに電荷が蓄積される。

一方、図４（Ｂ）で示すフレームモードの場合、垂直レジスタに蓄積された不要電荷の影響が撮像画像（例えば、１フレーム目）に現れることを防止するために、読み出しの前に、垂直転送クロックＶｃｋとして通常転送時のクロック周波数よりも高い周波数のクロックパルスを印加することによって不要電荷を掃き出す（高速掃き出し）動作を行う。

その後、読み出しパルスにより電荷が読み出され、次の露光開始までにドラフトモードの場合と同様にしてシャッタパルスＳＵＢにて、フォトダイオードの電荷を排出する。
特開平６−８６１８０号公報

しかし、上記従来の電子シャッタ機能を有する撮像装置では、露光開始までに必要な動作であるフォトダイオードに蓄積されている電荷の排出のタイミング（シャッタパルスＳＵＢの入力のタイミング）が、駆動モードごとにばらばらであるような場合、同じ露光期間であっても駆動モードにより、シャッタが切られてから画像が取り込まれるまでのタイムラグに相当するシャッタ時間が大きく違ってくるという問題がある。

例えば、前述の図４（Ａ）のドラフトモードでは、垂直同期信号ＶＲの立ち下がりから露光開始まで、約３水平同期期間（１水平同期期間（１ＨＲ）はロウレベルとなる水平同期信号ＨＲが次にロウレベルとなるまでの期間）かかり、図４（Ｂ）のフレームモードでは、約１３水平同期期間かかる。

また、従来の電子シャッタ動作では、１水平同期期間ごとに出力可能なシャッタパルスの幅が狭いため、露光前にフォトダイオードへ蓄積された電荷量が非常に大きい場合、１水平同期期間で全ての電荷を排出することができない可能性があるという問題があった。これは露光開始までの時間を短縮するうえでの弊害となっていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、露光開始までの時間を短縮でき、且つ露光期間が同じである場合の駆動モードごとのシャッタ時間のばらつきを抑えることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、電子シャッタ機能を有する撮像装置において、入力されるシャッタトリガに応じて生成される電子シャッタ動作用の設定情報を保持する設定情報保持部と、垂直同期信号及び水平同期信号を取り込む同期信号取り込み部と、取り込まれた前記垂直同期信号が遷移した後、始めの１水平同期期間において光電変換素子に蓄積された電荷を排出し、前記設定情報保持部に保持された前記設定情報で指定された露光期間に応じて、前記１水平同期期間経過以降のタイミングから露光を開始する露光制御部と、を有することを特徴とする撮像装置が提供される。

このような構成によれば、設定情報保持部は、入力されるシャッタトリガに応じて生成される電子シャッタ動作用の設定情報を保持し、露光制御部は、同期信号取り込み部で取り込まれる垂直同期信号と水平同期信号を参照して、取り込まれた垂直同期信号が遷移した後、始めの１水平同期期間において光電変換素子に蓄積された電荷を排出し、設定情報保持部に保持された設定情報で指定された露光期間に応じて、１水平同期期間経過以降のタイミングから露光を開始する。

本発明の撮像装置によれば、駆動モードによらず、電子シャッタ動作時に垂直同期信号が遷移した後、始めの１水平同期期間で光電変換素子に蓄積された電荷を排出して、１水平同期期間経過以降から露光が開始できるのでシャッタ時間が短縮できる。これにより、撮影者が撮影したい画と、実際に撮像される画のずれを少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態の撮像装置の構成図である。
本発明の実施の形態の撮像装置は、マイコン１１、ＣＣＤセンサ１２、サンプルホールド回路１３、Ａ／Ｄ変換器１４、信号処理部１５、タイミングジェネレータ２０などによって構成されている。

マイコン１１は、例えば、ユーザによってシャッタが押されたことによって発生するシャッタトリガを検出して、電子シャッタ動作用の設定情報や、駆動モードに関する情報など各種設定情報を生成してシリアルデータとしてタイミングジェネレータ２０に送信する。

ＣＣＤセンサ１２は、光電変換素子であるフォトダイオードがマトリクス状に配列された固体撮像素子であり、後述する読み出しパルスにより読み出されたフォトダイオードに蓄積された電荷を、垂直、水平転送する垂直転送レジスタ、水平転送レジスタを有し、転送された電荷を電圧に変換した後、画像信号として出力する。

サンプルホールド回路１３は、ＣＣＤセンサ１２から出力される画像信号の波形を整形する。
Ａ／Ｄ変換器１４は、サンプルホールド回路１３の出力信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換した画像信号は、信号処理部１５に入力する。

信号処理部１５は、入力された画像信号に対して、例えば、フィルタリング処理など各種の信号処理を行い、アナログ信号に変換して、後述の垂直同期信号ＶＲ、水平同期信号ＨＲに応じて、図示しない液晶表示画面などの表示部に送出し画像を表示させる。

タイミングジェネレータ２０は、レジスタ２１と、高速位相パルス生成部２２と、内蔵ＳＧ（Signal Generator）２３と、同期信号取り込み部２４と、タイミング信号生成部２５と、垂直転送レジスタ駆動部２６とを有する。

レジスタ２１は、マイコン１１よりシリアル通信で送られてくる電子シャッタ用の設定情報や、駆動モードの情報など各種設定情報を保持する設定情報保持部として機能し、垂直同期信号ＶＲまたはタイミング信号生成部２５で生成される読み出しパルスの立ち下がりまたは立ち上がりのエッジを検出して、シリアルデータをタイミングジェネレータ２０の各部に反映する。

高速位相パルス生成部２２は、レジスタ２１から送出される設定情報に応じて、外部から入力されたマスタークロックＭＣＫを分周して、例えば、ＣＣＤセンサ１２の水平転送レジスタを駆動する２相の水平転送クロックＨ１、Ｈ２や、サンプルホールド回路１３を駆動するサンプリングパルスＳＨＰ、Ａ／Ｄ変換器１４を駆動するＡＤクロックＡＤＣなどを生成する。

同期信号生成部である内蔵ＳＧ２３は、マスタークロックＭＣＫをもとに垂直同期信号ＶＲ及び水平同期信号ＨＲを生成し、同期信号取り込み部２４及び前述した信号処理部１５に送出する。また、レジスタ２１から送出される設定情報に応じて、電子シャッタ動作中は垂直同期信号ＶＲの周期を短縮する機能を有している（詳細は後述する）。

同期信号取り込み部２４は、内蔵ＳＧ２３で発生した垂直同期信号ＶＲ及び水平同期信号ＨＲを取りこみ、タイミング信号生成部２５に送出する。なお、レジスタ２１からの設定情報により、例えば、同期信号の立ち下がりエッジを検出するか立ち上がりエッジを検出するかを決定する。

タイミング信号生成部２５は、レジスタからの設定情報をもとに、フォトダイオードに蓄積された電荷の垂直方向への転送レートを決定する垂直転送クロックＶｃｋなどのタイミング信号を生成する。また、露光前にＣＣＤセンサ１２のフォトダイオードに蓄積された電荷を、例えば、基板側に排出するためのシャッタパルスＳＵＢ、露光を開始する旨の信号であり露光中ハイレベルで保持される露光信号ＥＸＰなどのタイミング信号を生成する露光制御部として機能する。

垂直転送レジスタ駆動部２６は、生成された垂直転送クロックＶｃｋの電位をレベルシフトし、ＣＣＤセンサ１２の垂直転送レジスタに送出する。
次に、本発明の実施の形態の撮像装置の動作を、タイミングチャートを用いて説明する。

図２は、本発明の実施の形態の撮像装置における信号を示すタイミングチャートである。
ここでは、駆動モードとして、ドラフトモードから、電子シャッタ動作を行うランダムトリガ電子シャッタ用特殊駆動モードを介して、フレームモードへと遷移するときの信号を示している。

図のように、例えば、ドラフトモード時にユーザによりシャッタが押され、マイコン１１にシャッタトリガが入力されると、マイコン１１は、電子シャッタ動作を行うためのシリアルデータＤ１をタイミングジェネレータ２０に送出する。タイミングジェネレータ２０では、レジスタ２１でこのシリアルデータＤ１を受けて保持し、図のように、例えば、同期信号取り込み部２４で、垂直同期信号ＶＲの立ち下がりエッジを検出した時刻Ｔ１で、シリアルデータＤ１に含まれる設定情報を各部に反映させる。

タイミング信号生成部２５は、ドラフトモード中は、同期信号取り込み部２４から送られる垂直同期信号ＶＲと、水平同期信号ＨＲのうち、水平同期信号ＨＲをもとにＣＣＤセンサ１２の垂直転送レジスタを駆動するための垂直転送クロックＶｃｋを生成している。しかし、シリアルデータＤ１を受けて、垂直同期信号ＶＲの遷移を検出（具体的には立ち下がりエッジを検出）して、電子シャッタ動作を行うランダムトリガ電子シャッタ用特殊駆動モード（以下特殊駆動モードと略す）に入ると、この垂直転送クロックＶｃｋの生成を停止する。垂直転送レジスタ駆動部２６での電位のレベルシフトは電力消費が大きいため、垂直転送クロックＶｃｋの生成を停止することにより低消費電力化が図れる。

また、タイミング信号生成部２５は、特殊駆動モードに入る始めの垂直同期信号ＶＲの遷移を検出した後、始めの１水平同期期間を、図のように例えばハイレベルで固定したシャッタパルスＳＵＢを生成し、これをＣＣＤセンサ１２に送出することによって、フォトダイオードに蓄積された電荷を全て基板側に排出する。さらに、設定情報で指定された露光期間に応じて、１水平同期期間経過以降のタイミングから露光を開始する旨の信号である露光信号ＥＸＰを、例えば、信号処理部１５に送出する。図２の例では、５水平同期期間後（シリアルデータＤ１で指定可能）までシャッタパルスＳＵＢを送出して、時刻Ｔ２で露光信号ＥＸＰを出力するようにしている。このように、設定情報で指定された露光期間に応じて、シャッタパルスＳＵＢを送出する期間を調整することで、露光時間を調整することができる。

また、タイミング信号生成部２５は、設定情報に応じて、電子シャッタ動作を行う期間可変することができる。この例では、電子シャッタ動作を行う期間を垂直同期信号ＶＲの２周期分としている。

なお、垂直同期信号ＶＲを生成する内蔵ＳＧ２３は、レジスタ２１から送られてくる設定情報に応じて、垂直同期信号ＶＲの周期を短縮する機能を有しており、通常１００〜１０００ＨＲ程度の１ＶＲ周期を２０〜３０ＨＲと短くして無駄なシャッタパルスＳＵＢをなるべく少なくするようにする。これにより、シャッタ期間の短縮とともに、低消費電力化が期待できる。

図２のように、特殊駆動モード前後で駆動モードなどの設定を変更する場合には、特殊駆動モード中に、例えば、マイコン１１によってレジスタ２１にフレームモードへ駆動モードを変更させる旨の駆動モード変更情報がシリアルデータＤ２で供給され、レジスタ２１に保持される。レジスタ２１は、特殊駆動モードが終了する時刻Ｔ３の垂直同期信号ＶＲの立ち下がりを検出すると、この駆動モード変更情報を各部に反映させる。タイミング信号生成部２５は、図のようにフレームモードに応じた垂直転送クロック（始めに高速掃き出しを行う）を生成し、フレームモードに遷移する。なお、特殊駆動モード中に、シリアル通信により駆動モードの更新を行わなかった場合には、垂直同期信号ＶＲの立ち下がりに応じて以前の駆動モード（図ではドラフトモード）に戻るために、タイミング信号生成部２５は、ドラフトモードに応じた垂直転送クロックＶｃｋを生成する。

一方、露光信号ＥＸＰを受けた信号処理部１５は、時刻Ｔ２でメカシャッタを開き、フォトダイオードへの露光を開始する。また、特殊駆動モードが終了する時刻Ｔ３の垂直同期信号ＶＲの立ち下がりでメカシャッタを閉じて露光を終了する。

この例では、特殊駆動モードの次にフレームモードに遷移するので、タイミング信号生成部２５は、垂直同期信号ＶＲの立ち下がりに同期して、垂直転送クロックＶｃｋとして通常転送時のクロック周波数よりも高い周波数のクロックパルスを垂直転送レジスタ駆動部２６を介して、ＣＣＤセンサ１２の垂直転送レジスタに印加することによって不要電荷を掃き出す（高速掃き出し）動作を行う。その後、タイミング信号生成部２５は、読み出しパルスを生成し、時刻Ｔ２からＴ３でフォトダイオードに蓄積された電荷を、垂直転送クロックＶｃｋまたは、図２では示していない水平転送クロックＨ１、Ｈ２に応じて画像信号として読み出す。読み出された画像信号は、サンプルホールド回路１３、Ａ／Ｄ変換器１４を介して信号処理部１５に入力され処理されて、たとえば、図示しない表示装置に表示されるか、図示しない記録装置に記録される。

このように、本発明の実施の形態では、垂直同期信号ＶＲの立ち下がりエッジを検出すると、始めの１水平同期期間をハイレベルとしたシャッタパルスＳＵＢを生成して、フォトダイオードに蓄積された電荷を全て排出し、１水平同期期間経過以降から露光を開始できるので、露光開始までの時間を短縮でき、シャッタ時間を短縮することができる。これにより、撮影者がシャッタを押したときの画、すなわち撮影者が撮りたい画と、実際撮れる画のずれを少なくすることができる。

また、上記では、ドラフトモードから特殊駆動モードを介してフレームモードに遷移する場合について説明したが、フレームモードから特殊駆動モードを介してドラフトモードに遷移する場合についても同じ露光開始時間に設定することができる。これにより、駆動モードごとのシャッタ時間のばらつきを抑えることができる。

なお、上記では、フレームモードに遷移する場合、特殊駆動モードの終了後に高速掃き出しを行うとしていたが、シリアルデータＤ２によって特殊駆動モードの開始時に行うようにしてもよい。

図３は、高速掃き出しを特殊駆動モードの開始時に行う場合の撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。
この場合、例えば、高速掃き出しを終了した直後の１水平同期期間をハイレベルとしたシャッタパルスＳＵＢを生成し、フォトダイオードに蓄積された電荷を全て排出し、１水平同期期間経過以降から露光を開始できるようにしている。図３の例では、５水平同期期間後の時刻Ｔ２ａに露光を開始するようにして、露光期間を調整している。なお、この場合、フレームモードでの高速掃き出し動作は必ずしも必要ではない。

なお、前述してきた本発明の実施の形態では、垂直同期信号ＶＲ、水平同期信号ＨＲといった同期信号を図１で示したようなタイミングジェネレータ２０の内蔵ＳＧ２３で生成するものとしたが、タイミングジェネレータ２０の外部（例えば信号処理部１５）から与えるようにして、同期信号取り込み部２４で取り込むようにしてもよい。

また、上記では、シャッタトリガがマイコン１１に入力されたことによりシリアルデータをタイミングジェネレータ２０に送出するとして説明したが、これに限定されることはなく、信号処理部１５などを介して入力するようにしてもよい。

また、シャッタトリガも必ずしもマイコン１１に入力されるような構成である必要はない。
また、上述したタイミングチャートも、あくまで１例に過ぎず、これに限定されない。例えば、垂直同期信号ＶＲの遷移として立ち下がりエッジではなく、立ち上がりエッジを検出するようにしてもよい。シャッタパルスＳＵＢも１水平同期期間ハイレベルで固定するとしたが、ロウレベルで固定するようにしてもよい。

本発明は、電子シャッタ機能を有するデジタルスチルカメラに適用できる。

本発明の実施の形態の撮像装置の構成図である。 本発明の実施の形態の撮像装置における信号を示すタイミングチャートである。 高速掃き出しを特殊駆動モードの開始時に行う場合の撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。 従来の撮像装置における露光開始までの信号の様子を示すタイミングチャートであり、（Ａ）はドラフトモード時、（Ｂ）はフレームモード時の信号の様子を示している。

符号の説明

１１……マイコン、１２……ＣＣＤセンサ、１３……サンプルホールド回路、１４……Ａ／Ｄ変換器、１５……信号処理部、２０……タイミングジェネレータ、２１……レジスタ、２２……高速位相パルス生成部、２３……内蔵ＳＧ、２４……同期信号取り込み部、２５……タイミング信号生成部、２６……垂直転送レジスタ駆動部

Claims (6)

1. 電子シャッタ機能を有する撮像装置において、
   入力されるシャッタトリガに応じて生成される電子シャッタ動作用の設定情報を保持する設定情報保持部と、
   垂直同期信号及び水平同期信号を取り込む同期信号取り込み部と、
   取り込まれた前記垂直同期信号が遷移した後、始めの１水平同期期間において光電変換素子に蓄積された電荷を排出し、前記設定情報保持部に保持された前記設定情報で指定された露光期間に応じて、前記１水平同期期間経過以降のタイミングから露光を開始する露光制御部と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記設定情報に応じて、電子シャッタ動作時の周期を短縮した前記垂直同期信号を生成する同期信号生成部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記露光制御部は、前記設定情報に応じて、前記蓄積された電荷の垂直方向への転送レートを決定する垂直転送クロックの生成を停止することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記露光制御部は、前記設定情報に応じて、電子シャッタ動作開始直後に、１画面分の電荷の高速掃き出し動作を行うか否かを選択することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
5. 前記露光制御部は、電子シャッタ動作後に、前記蓄積された電荷の垂直方向への転送レートを決定する垂直転送クロックを、前記電子シャッタ動作前の駆動モードに応じて生成することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
6. 前記設定情報保持部へ電子シャッタ動作後の駆動モードを指定する駆動モード変更情報が供給され、前記設定情報保持部により前記駆動モード変更情報が保持された場合には、前記露光制御部は、前記電子シャッタ動作後に、前記蓄積された電荷の垂直方向への転送レートを決定する垂直転送クロックを前記設定情報保持部に保持された前記駆動モード変更情報に応じて生成することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
   

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