JP2006080653A - 電子カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで連続撮影時の撮影間隔を短くすることができる電子カメラを提供すること。
【解決手段】連続撮影の異なる時点ごとに、複数のフォトダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの中の異なるフォトダイオードのみが露光され、その他のフォトダイオードが遮光される。露光されているフォトダイオードにおける光電変換によって得られた電荷は、リードゲート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２を介して垂直読み出しバッファ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに転送される。垂直読み出しバッファ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに転送された電荷はすべての時点での露光が終了するまで保持される。すべての時点での露光が終了した後、垂直読み出しバッファ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにそれぞれ転送された電荷が水平読み出しバッファ１４に垂直転送され、水平読み出しバッファ１４から水平転送される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被写体を撮像してその画像を記録する電子カメラに関し、特に被写体を連続して撮像する連続撮像機能を備えた電子カメラに関する。

一般に、連続撮影時の撮影間隔を短くする技術として、例えば特許文献１には、撮像素子から電荷を読み出す際に間引きして読み出すようにするとともに、画像の一時的な蓄え場所としてバッファメモリを設けておき、記録媒体への書き込みにかかる時間ロスを吸収することにより、撮影間隔を短くする技術が提案されている。

また、バッファメモリを設けることによりメモリ容量が増大し、コストアップにつながると言う問題を解決するために、撮影画面を複数の小画面に分割し、この複数の小画面に分割した撮影画面の中から露光箇所を選択できるようにシャッタ部を設け、このシャッタ部によって選択された小画面の中心に光軸が来るように調整可能なシフト光学部を介して順次撮像を行うことで撮像素子から１度の読み出しで、連続する複数の画像を得る技術として、特許文献２のような技術が提案されている。
特開平１１−２５２４６８号公報 特開２０００−３０７９２３号公報

上記したように、特許文献１の技術では、画像の一時的な蓄え場所としてバッファメモリを設ける必要があり、コストアップにつながるおそれがある。

また、特許文献２の技術では、撮影画面の中から露光箇所を選択できるようにするための構成として、光軸を小画面の中心に来るように調整可能なシフト光学部と、撮像しない部分を遮光するシャッタ部とが必要になりコストアップにつながるおそれがある。更に、シフト光学部は、その構成が複雑であり、この分、更なるコストアップの要因となるおそれがある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで連続撮影時の撮影間隔を短くすることができる電子カメラを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の電子カメラは、２次元方向に配列され、光電変換を行う複数の画素からなる受光部と、前記複数の画素に対応する位置に設けられ、対応する画素における光電変換によって生成された電荷を蓄積するとともに、蓄積した電荷を第１の方向に転送する複数の第１方向転送バッファと、前記複数の第１方向転送バッファによって前記第１の方向に転送された電荷を第２の方向に転送する第２方向転送バッファと、前記複数の画素と前記複数の第１方向転送バッファとの間に設けられ、前記複数の画素における光電変換によって生成された電荷をそれぞれ対応する第１方向転送バッファに転送する複数の転送部とを有する撮像素子と、前記撮像素子の前方に設けられ、前記受光部全体に略均等に配列されてなる所定の画素配列単位を露光するように前記撮像素子を遮光するシャッタ部と、同一のタイミング若しくは複数の異なるタイミングで、各タイミング毎に、それぞれ相異なる前記画素配列単位を露光するように前記シャッタ部を制御する制御部とを具備することを特徴とする。

この第１の態様によれば、タイミングごとに撮像素子の相違なる位置の画素配列単位が露光されるような制御がなされるので、連続的に撮像される複数の画像信号を１度の読み出しで得ることができる。

本発明によれば、低コストで連続撮影時の撮影間隔を短くすることができる電子カメラを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明の概念について説明する。図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る電子カメラの撮像素子の露光制御について説明するための図である。なお、図１では説明を簡略化する為に、４×４の画素しか図示していない。

本発明の一実施形態においては、図１（ａ）〜図１（ｄ）で示すような、連続撮影における異なる時点において撮像素子の相違なる画素配列単位のみが露光されるようにし、その他の画素は遮光されるようにする。即ち、時点Ｔ１においては図１（ａ）に示す画素配列単位ＰＤ１のみが露光され、時点Ｔ２においては図１（ｂ）に示す画素配列単位ＰＤ２のみが露光され、時点Ｔ３においては図１（ｃ）に示す画素配列単位ＰＤ３のみが露光され、時点Ｔ４においては図１（ｄ）に示す画素配列単位ＰＤ４のみが露光される。これにより、時点の異なる複数の連続する画像を１撮像画面上にモザイク状に撮像することができる。

図２は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す撮像素子の詳細な構成図である。

図２に示す構成において、図示しない被写体からの光像は、撮像素子を構成する受光部としての複数のフォトダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで受光され、光電変換される。これら複数のフォトダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにおいて光電変換されて得られた電荷は、転送部としての複数のリードゲート（ＲＧ）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを介して第１方向転送バッファとしての複数の垂直読み出しバッファ（ＶＣＣＤ）１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに転送される。ここで、本一実施形態においては、連続撮影の異なる時点において露光されているフォトダイオードのみに光像が入射するように制御される。この結果、複数の垂直読み出しバッファには、異なるタイミングで電荷が転送される。ＶＣＣＤ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに転送された電荷は、第２方向転送バッファとしての水平読み出しバッファ（ＨＣＣＤ）１４に垂直転送され、更に、ＨＣＣＤ１４から水平転送される。これにより、１撮影画面上で複数の連続する画像が撮像される。

例えば４連写ならば、まず時点Ｔ１においては、図１（ａ）のようにしてフォトダイオードＰＤ１が露光され、ＶＣＣＤ１３ａ、１３ｃに時点Ｔ１の電荷が蓄積される。続く時点Ｔ２においては、図１（ｂ）のようにしてフォトダイオードＰＤ２が露光され、ＶＣＣＤ１３ｂ、１３ｄに時点Ｔ２の電荷が蓄積される。続く時点Ｔ３においては、図１（ｃ）のようにしてフォトダイオードＰＤ３が露光され、ＶＣＣＤ１３ａ、１３ｃに時点Ｔ３の電荷が蓄積される。続く時点Ｔ４においては、図１（ｄ）のようにしてフォトダイオードＰＤ４が露光され、ＶＣＣＤ１３ｂ、１３ｄに時点Ｔ４の電荷が蓄積される。

この後、垂直転送及び水平転送が順次行われることで、撮像素子から１度の読み出しを行うことで、時点Ｔ１から時点Ｔ４のタイミングで撮像された画像信号を得ることができる。

即ち、本一実施形態では、ＶＣＣＤ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄをメモリとして用いることで、時点の異なる画像信号を撮像素子より読み出して一時的にメモリバッファへ書き込みながら撮像を繰り返すことで連続する画像信号を得る方法と比較して、メモリバッファへの書き込み時間を削除できるので撮影間隔の短い連続する画像信号を得ることができる。また、画像信号を撮像素子より読み出して一時的にメモリバッファへ書き込む必要がなくなるので、メモリバッファを削除できる。

以下、本発明の一実施形態についてさらに詳しく説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る電子カメラの構成である。図３において、レンズ２１から入射された光像は、液晶シャッタ２２と図示しない色フィルタとを介して上記撮像素子としてのＣＣＤイメージャ２３に結像される。ここで、ＣＣＤイメージャ２３は、その受光面に画素が２次元的に配列されており、タイミングジェネレータ（ＴＧ）制御部２４により駆動される。また、シャッタ部としての液晶シャッタ２２は、ＣＣＤイメージャ２３の前方に配置されており、ＣＣＤイメージャ２３が有する一部の画素のみを露光させるために設けられている。液晶シャッタ２２の制御は、制御部としての液晶シャッタ制御部２５によって行われる。即ち、液晶シャッタ制御部２５は、所定の液晶シャッタ制御信号により、液晶シャッタ２２の制御を行う。

ＣＣＤイメージャ２３で得られた画像信号は、プリプロセス部２６で増幅、波形整形、ノイズ除去等の所定の処理が行われた後、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換部２７でデジタルデータ化される。

デジタルデータ化された画像信号は、画像処理部２８で種々の画像処理が行われる。画像処理部２８で画像処理された画像信号はバス２９に転送される。バス２９に転送された画像信号は、配列変換部としてのメモリ制御部３０の指示に従って、ＳＤＲＡＭ３１に書き込まれる。

ここで、ＳＤＲＡＭ３１に書き込まれた画像信号を表示出力する際には、ＳＤＲＡＭ３１に書き込まれた画像信号がメモリ制御部３０の指示に従って、バス２９を介してビデオエンコーダ３２に入力される。ビデオエンコーダ３２では入力された画像信号からＮＴＳＣやＰＡＬなどの所定のフォーマットに従った画像信号が生成され、生成された画像信号に基づいて図示しないモニタ上に画像が表示される。

一方、ＳＤＲＡＭ３１に書き込まれた画像信号を記録する際には、ＳＤＲＡＭ３１に書き込まれた画像信号が、メモリ制御部３０の指示に従って、バス２９を介してＪＰＥＧ処理部３３に入力される。ＪＰＥＧ処理部３３に入力された画像信号は、ＣＰＵ３４から指示された圧縮率に従って圧縮される。圧縮された画像信号は、ＣＰＵ３４の指示に従ってメモリカード３５に書き込まれる。

また、バス２９には入力部３６が接続されている。入力部３６は、カメラユーザが本電子カメラに対して撮影実行の指示や、撮像モードの切り替え指示などの各種指示を外部入力するための操作入力部である。ここで、本一実施形態における撮像モードには、１枚撮像（単写）モードと連続撮像（連写）モードが含まれている。撮像モードは、入力部３６によって指示された内容に従って、ＣＰＵ３４に設けられた撮像モード設定部３４ａにおいて設定される。また、連写モード時には、更に連写時の連写枚数と連写間隔とを入力部３６によって指示することができる。これら連写枚数及び連写間隔は、入力部３６によって指示された内容に従って、ＣＰＵ３４に設けられた連写枚数設定部３４ｂ及び連写間隔設定部３４ｃにおいてそれぞれ設定される。ＣＰＵ３４では、撮像モード設定部３４ａ、連写枚数設定部３４ｂ、連写間隔設定部３４ｃの設定に従って、液晶シャッタ制御部２５の制御が行われる。

図４は、ＣＣＤイメージャ２３の詳細な構成を示す図である。なお、ここでは、説明を簡略化する為に、水平方向に８画素分、垂直方向に１２画素分を図示している。

フォトダイオード１１ａ〜１１ｈの前面には、モザイク状に配列された色フィルタ（Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂ）が装着されている。

ＣＣＤイメージャ２３は、フォトダイオード１１ａ〜１１ｈと、フォトダイオード１１ａ〜１１ｈのそれぞれで光電変換されて得られた電荷を垂直読み出しバッファ（ＶＣＣＤ）１３ａ〜１３ｈへ転送するためのリードゲート１２ａ〜１２ｈと、ＶＣＣＤ１３ａ〜１３ｈの終端に配置されＶＣＣＤ１３ａ〜１３ｈから転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平読み出しバッファ（ＨＣＣＤ）１４とを含む。

上記したように、フォトダイオード１１ａ〜１１ｈの露光状態は、液晶シャッタ２２の遮光状態によって制御される。また、液晶シャッタ２２は、液晶シャッタ制御部２５で生成された液晶シャッタ制御信号によって制御される。この液晶シャッタ制御信号は、ＣＰＵ３４の撮像モード設定部３４ａで設定された撮像モードに従って生成される。撮像モードが単写モードに設定されていれば、液晶シャッタ２２によってＣＣＤイメージャ２３の各画素を遮光するタイミングは同一である。一方、撮像モードが連写モードに設定されていれば、連写枚数設定部３４ｂで設定される連写枚数に応じた連写タイミングの各タイミングごとに相違なる画素配列単位を露光できるように液晶シャッタ制御部２５において液晶シャッタ制御信号が生成される。また、連写間隔設定部３４ｃで設定される連写間隔により、ＣＣＤイメージャ２３の全画素を液晶シャッタ２２によって遮光するタイミングが制御され、連続する画像信号の撮像間隔が任意に設定される。

また、上記したように、図３のメモリ制御部３０によって、ＳＤＲＡＭ３１への書き込み又は読み出し制御が行われる。ここで、メモリ制御部３０は、配列変換部としての機能を有しており、ＳＤＲＡＭ３１への画像信号書き込み時に画像信号のアドレス制御を行う。このアドレス制御も撮像モード設定部３４ａで設定された撮像モードに従って行われる。撮像モードが単写モードに設定されていれば、ＣＣＤイメージャ２３から読み出された画像信号は、すべて同一の撮像期間で得られた画像信号なので特別なアドレス制御はいらない。一方、撮像モードが連写モードに設定されていれば、メモリ制御部３０は、連写枚数設定部３４ｂで設定された連写枚数に応じて、時点Ｔ１から時点Ｔｎまでのタイミングで撮像された画像信号を得ているので、それぞれの時点毎の画像信号として記録できるようにアドレス制御が行われる。これにより、時間間隔が短い複数の異なる時点で連続して撮像された複数の画像を時点ごとにＳＤＲＡＭ３１に書き込むことができる。

上記図３及び図４で説明した構成により、ＣＣＤイメージャ２３の各画素に対するフォトダイオード１１ａ〜１１ｈにおいて、時点ごとに液晶シャッタ２２が制御されて受光され光電変換されて得られた時点の異なる電荷を、リードゲート１２ａ〜１２ｈを介してＶＣＣＤ１３ａ〜１３ｈに転送し、ＶＣＣＤ１３ａ〜１３ｈに転送された電荷をＶＣＣＤ１３ａ〜１３ｈから垂直転送してＨＣＣＤ１４で水平転送することで、複数の連続する画像を短い時間間隔で撮像することができる。

例えば、時点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４における画像を連写する時、図４に示したように、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂの４画素配列単位を一塊として、各時点ごとに異なる画素配列単位が露光されるように液晶シャッタ２２の制御が行われる。時点Ｔ１では、水平画素行１２、１１、８、７、４、３のフォトダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｅ、１１ｆが露光され、それ以外のフォトダイオードが遮光される。フォトダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｅ、１１ｆにおいて光電変換された電荷は、それぞれ対応するリードゲート１２ａ、１２ｂ、１２ｅ、１２ｆを介してＶＣＣＤ１３ａ、１３ｂ、１３ｅ、１３ｆに転送される。これら転送された電荷は、その後の時点Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の露光が終了するまで、それぞれのＶＣＣＤで保持される。

次の時点Ｔ２では、水平画素行１２、１１、８、７、４、３のフォトダイオード１１ｃ、１１ｄ、１１ｇ、１１ｈが露光され、それ以外のフォトダイオードが遮光される。フォトダイオード１１ｃ、１１ｄ、１１ｇ、１１ｈにおいて光電変換された電荷は、それぞれ対応するリードゲート１２ｃ、１２ｄ、１２ｇ、１２ｈを介してＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄ、１３ｇ、１３ｈに転送される。これら転送された電荷は、その後の時点Ｔ３、Ｔ４の露光が終了するまで、それぞれのＶＣＣＤで保持される。

次の時点Ｔ３では、水平画素行１０、９、６、５、２、１のフォトダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｅ、１１ｆが露光され、それ以外のフォトダイオードが遮光される。フォトダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｅ、１１ｆにおいて光電変換された電荷は、それぞれ対応するリードゲート１２ａ、１２ｂ、１２ｅ、１２ｆを介してＶＣＣＤ１３ａ、１３ｂ、１３ｅ、１３ｆに転送される。これら転送された電荷は、その後の時点Ｔ４の露光が終了するまで、それぞれのＶＣＣＤで保持される。

次の時点Ｔ４では、水平画素行１０、９、６、５、２、１のフォトダイオード１１ｃ、１１ｄ、１１ｇ、１１ｈが露光され、それ以外のフォトダイオードが遮光される。フォトダイオード１１ｃ、１１ｄ、１１ｇ、１１ｈにおいて光電変換された電荷は、それぞれ対応するリードゲート１２ｃ、１２ｄ、１２ｇ、１２ｈを介してＶＣＣＤ１３ｃ、１３ｄ、１３ｇ、１３ｈに転送される。

その後、各ＶＣＣＤに保持された電荷がＨＣＣＤ１４に垂直転送され、ＨＣＣＤ１４から水平転送されることで、ＣＣＤイメージャ２３からの１度の読み出しで、時点Ｔ１から時点Ｔ４のタイミングで撮像された画像信号を得ることができる。

このような液晶シャッタ２２の制御は、液晶シャッタ制御部２５により制御されるが、このときの液晶シャッタ制御が撮像モード設定部３４ａ、連写枚数設定部３４ｂ、連写間隔設定部３４ｃの設定に従って行われるようにしているので、ユーザの設定に応じた適切なシャッタ制御がなされる。

また、外部のメモリカード３５に画像信号を書き込む際やモニタ等への表示時などでは、それぞれの時点毎の画像信号となるように、メモリ制御部３０においてアドレス制御がなされる。この場合にも、液晶シャッタ制御の場合と同様に、撮像モード設定部３４ａ、連写枚数設定部３４ｂ、連写間隔設定部３４ｃの設定に従って適切なアドレス制御がなされるようにしている。

以上説明したように、本一実施形態によれば、ＣＣＤイメージャの前方に配置された液晶シャッタの制御をある画素配列単位で行い、時点の異なる複数の連続する画像を１撮像画面上にモザイク状に撮像し、また、ＶＣＣＤをメモリとして使うことにより、撮像素子を複数の小画面に分割し、露光箇所を選択できるようにシャッタ部を設け、順次撮像するために、小画面の中心に光軸が来るように調整するシフト光学部を設けなくても、撮像素子から１度の読み出しで、時点の異なる複数の画像を得ることができる。これにより、時間間隔の短い連続する複数の画像を、バッファメモリを設けることなく得ることが容易に可能であるという特有の効果が得られる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る電子カメラの撮像素子の露光制御について説明するための図である。 図１の撮像素子の詳細な構成について示す図である。 本発明の一実施形態に係る電子カメラの構成を示す図である。 ＣＣＤイメージャの詳細な構成を示す図である。

符号の説明

１１ａ〜１１ｈ…フォトダイオード、１２ａ〜１２ｈ…リードゲート、１３ａ〜１３ｈ…垂直読み出しバッファ（ＶＣＣＤ）、１４…水平読み出しバッファ（ＨＣＣＤ）、２１…レンズ、２２…液晶シャッタ、２３…ＣＣＤイメージャ、２４…タイミングジェネレータ（ＴＧ）制御部、２５…液晶シャッタ制御部、２６…プリプロセス部、２７…アナログデジタル変換部、２８…画像処理部、２９…バス、３０…メモリ制御部、３１…ＳＤＲＡＭ、３２…ビデオエンコーダ、３３…ＪＰＥＧ処理部、３４…ＣＰＵ、３４ａ…撮像モード設定部、３４ｂ…連写枚数設定部、３４ｃ…連写間隔設定部、３５…メモリカード、３６…入力部

Claims (5)

1. ２次元方向に配列され、光電変換を行う複数の画素からなる受光部と、
   前記複数の画素に対応する位置に設けられ、対応する画素における光電変換によって生成された電荷を蓄積するとともに、蓄積した電荷を第１の方向に転送する複数の第１方向転送バッファと、
   前記複数の第１方向転送バッファによって前記第１の方向に転送された電荷を第２の方向に転送する第２方向転送バッファと、
   前記複数の画素と前記複数の第１方向転送バッファとの間に設けられ、前記複数の画素における光電変換によって生成された電荷をそれぞれ対応する第１方向転送バッファに転送する複数の転送部と、
   を有する撮像素子と、
   前記撮像素子の前方に設けられ、前記受光部全体に略均等に配列されてなる所定の画素配列単位を露光するように前記撮像素子を遮光するシャッタ部と、
   同一のタイミング若しくは複数の異なるタイミングで、各タイミング毎に、それぞれ相異なる前記画素配列単位を露光するように前記シャッタ部を制御する制御部と、
   を具備することを特徴とする電子カメラ。
2. 複数の撮像モードから、所望の撮像モードを設定するための撮像モード設定部を更に具備し、
   前記制御部は、前記撮像モード設定部において設定された前記撮像モードに応じて、前記シャッタ部が露光する前記画素配列単位を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子カメラ。
3. 前記複数の異なるタイミングのタイミング数を設定する連写枚数設定部を更に具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子カメラ。
4. 前記複数の異なるタイミングにおける各タイミング間の時間間隔を設定する連写間隔設定部を更に具備することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の電子カメラ。
5. 前記複数の異なるタイミングで前記複数の第１転送バッファに蓄積された電荷を、各タイミング単位で処理可能に配列を変換する配列変換部を更に具備することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の電子カメラ。

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