JP2006352422A - Drive method of area image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエリアイメージセンサの駆動方法に関し、特に高速ドラフトモードのための構造を持たないエリアイメージセンサの駆動方法に関する。 The present invention relates to an area image sensor driving method, and more particularly to an area image sensor driving method having no structure for a high-speed draft mode.
従来、フォトダイオードに蓄積された電荷を複数フィールドに分割して転送するCCDエリアイメージセンサが知られている(例えば特許文献1、2参照)。フォトダイオードに蓄積された電荷を複数フィールドに分割して転送するため、垂直CCDの面積を削減することができる。この結果、フォトダイオードの面積を大きくできるので、飽和信号電荷量の点で有利になる。電子ビューファインダを備えるディジタルカメラでは、電子ビューファインダに表示する動画のフレームレートを高くすることを目的に、垂直CCDに沿って配列された複数のフォトダイオードから一定間隔毎に選択的に読み出す機能を搭載した高速ドラフトモードに対応したCCDエリアイメージセンサを実装することが多い。高速ドラフトモードに対応したCCDエリアイメージセンサは、フォトダイオードに蓄積される電荷をカラー画像の形成が可能な規則で間引きして垂直CCDに一度に読み出すための電極構造を備えているため、全画素から垂直方向の画素を間引いて読み出すことができる。この結果、画像全体を表す粗い画像、すなわち解像度の低い画像を読み出すことが可能であるため、粗い画像を短時間に読み出すことにより動画のフレームレートを高くすることができる。
Conventionally, CCD area image sensors that transfer charges accumulated in a photodiode by dividing them into a plurality of fields are known (see, for example,
本発明は、高速ドラフトモードのための構造を持たないエリアイメージセンサであっても、フレームレートを高くできるエリアイメージセンサの駆動方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an area image sensor driving method capable of increasing the frame rate even in an area image sensor having no structure for a high-speed draft mode.
(1)上記目的を達成するためのエリアイメージセンサの駆動方法は、フォトダイオードに電荷を蓄積し、前記フォトダイオードに蓄積された電荷を垂直CCDに転送し、前記垂直CCDの各セルの電荷を水平CCDに転送し、前記垂直CCDの複数セル分の電荷を前記水平CCDの各セルに蓄積し、前記水平CCDの各セルの電荷を検出部に転送し、前記検出部に転送された電荷を検出する。
垂直CCDの複数セル分の電荷を水平CCDの各セルに蓄積し、水平CCDの各セルの電荷を検出部に転送することにより、1フレームを表示するために必要な水平CCDによる電荷の転送回数を低減することができる。この結果、1フレームを表示するために必要な信号をエリアイメージセンサから高速に出力させることができる。
(1) The area image sensor driving method for achieving the above object is to store charges in a photodiode, transfer the charges stored in the photodiode to a vertical CCD, and charge each cell of the vertical CCD. Transfer to the horizontal CCD, accumulate the charge of a plurality of cells of the vertical CCD in each cell of the horizontal CCD, transfer the charge of each cell of the horizontal CCD to the detection unit, and transfer the charge transferred to the detection unit To detect.
The number of charges transferred by the horizontal CCD required to display one frame by accumulating charges for a plurality of cells of the vertical CCD in each cell of the horizontal CCD and transferring the charges of each cell of the horizontal CCD to the detection unit Can be reduced. As a result, signals necessary for displaying one frame can be output from the area image sensor at high speed.
(2)前記フォトダイオードに電荷を蓄積するとき、1フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直CCDに転送し、前記電荷を前記水平CCDに転送するとき、前記垂直CCDの各セルの電荷をフィールド毎に前記水平CCDに転送し、前記電荷を前記検出部に転送するとき、前記水平CCDの各セルの電荷をフィールド毎に前記検出部に転送し、前記電荷を検出するとき、前記検出部に転送された電荷をフィールド毎に検出してもよい。
互いに異なるフィールドの電荷をフォトダイオードから垂直CCDに時分割して転送することにより、垂直CCDのセルのサイズを大きくできるため、飽和信号量の点で有利になる。
(3)前記垂直CCDに電荷を転送するとき、前記垂直CCD毎に1つの色成分に対応する電荷を転送してもよい。
フォトダイオードに蓄積される電荷を時分割して垂直CCDに転送するとき、垂直CCD毎に1つの色成分に対応する電荷が転送されるように分割することにより、水平CCDの各セルに垂直CCDの複数セル分の電荷を蓄積したとしても、対応する色成分が異なる電荷が水平CCDの各セルで混合されることはない。
尚、請求項に記載された方法の各動作の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で実行されてもよく、また同時に実行されてもよい。
(2) When accumulating charges in the photodiode, charges in different fields constituting one frame are time-divided and transferred to the vertical CCD, and when transferring the charges to the horizontal CCD, When the charge of each cell is transferred to the horizontal CCD for each field and the charge is transferred to the detection unit, the charge of each cell of the horizontal CCD is transferred to the detection unit for each field and the charge is detected. At this time, the charge transferred to the detection unit may be detected for each field.
By transferring the charges in different fields from the photodiode to the vertical CCD in a time-sharing manner, the size of the vertical CCD cell can be increased, which is advantageous in terms of saturation signal amount.
(3) When transferring a charge to the vertical CCD, a charge corresponding to one color component may be transferred for each vertical CCD.
When the charge accumulated in the photodiode is time-divided and transferred to the vertical CCD, the vertical CCD is divided into each cell of the horizontal CCD by dividing the charge corresponding to one color component for each vertical CCD. Even if charges for a plurality of cells are accumulated, charges corresponding to different color components are not mixed in each cell of the horizontal CCD.
It should be noted that the order of each operation of the method described in the claims is not limited to the order of description as long as there is no technical obstruction factor, and may be executed in any order, or may be executed simultaneously. Also good.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1(A)、(B)、(C)及び図2(A)は、本発明によるディジタルスチルカメラ(DSC)1の外観を示す図である。図2(B)は、DSC1に交換型レンズユニット2を装着した状態の外観を示す図である。図3はDSC1を示すブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A, 1B, 1C, and 2A are views showing the appearance of a digital still camera (DSC) 1 according to the present invention. FIG. 2B is a diagram showing an external appearance of the
DSC1は、複数種類の交換型レンズユニット2をマウント28に装着できる。レンズユニット2の鏡筒外部にはピント調整ダイヤル58と絞り調整ダイヤル56が設けられている。ピント調整ダイヤル58が回転すると、レンズ60、64が光軸方向に移動する。ピント調整ダイヤル58を回転させることにより、ピントを合わせることができる。絞り調整ダイヤル56が回転すると、絞り62の口径が増減する。絞り調整ダイヤル56を回転させることにより、絞りを調整することができる。
The DSC 1 can mount a plurality of types of
第一シャッタ幕30および第二シャッタ幕32は、電気制御式フォーカルプレーンシャッタを構成している。第一シャッタ幕30および第二シャッタ幕32は、巻き上げレバー14を回転させることによって作動可能状態になり、機械的な開放動作および遮断動作がシャッタ駆動部70によって電気的に制御される。すなわち、シャッタ動作が開始すると第一シャッタ幕30が先に動作し、交換型レンズユニット2内のレンズを通じて投影される光の遮断が開放されるため、イメージセンサ72の露光が開始され、第二シャッタ幕32が動作するまでの期間、露光が継続される。そして、第二シャッタ幕32の動作の完了を以って再度レンズを通じて投影される光が遮断されるため、露光が完了する。尚、シャッタの構成は、特に限定されるものではなく、シャッタ幕の作動に電気制御を用いないものであってもよいし、シャッタ幕を用いずにイメージセンサ72の電荷蓄積時間を基板電圧の制御、いわゆる電子シャッタによって制御するものであってもよい。
The
内部照度計66は、シャッタ幕の反射光の照度を計測する光センサである。内部照度計66に入射する光の照度は、絞り62の口径に応じて変化するため、絞り調整ダイヤル56が回転すると内部照度計66の出力値も変化する。このシャッタ幕の反射光の照度を計測する内部照度計66の出力に応じて、交換型レンズユニット2内のレンズを通じて投影される光の量を測定することができる。この測定結果は、シャッタ速度、すなわちDSC1によるイメージセンサ72の露光期間等の算出に使用される。尚、シャッタ幕を用いない構成では、イメージセンサ72がレンズユニット2を通過した光の照度を直接検出したり、ハーフミラーの反射光を内部照度計66が間接的に検出することができる。
The
図4はイメージセンサ72の模式図である。図5はイメージセンサ72の読み出し方式を説明するための模式図である。
イメージセンサ72は、二次元空間に離散的に配置されたフォトダイオード720、垂直CCD721、水平CCD722、検出部723等から構成されるいわゆるCCDカラーエリアイメージセンサである。イメージセンサ72は、フォトダイオード720毎にベイヤ配列されたR、G、Bの各色フィルタを備え、画素毎にRGBいずれか1チャネルの濃淡レベルを示す信号電荷をフォトダイオード720に蓄積する。尚、フォトダイオード720が正方格子配列されたイメージセンサ72を例示したが、イメージセンサ72のフォトダイオード720はハニカム配列されていてもよい。また、イメージセンサ72の色フィルタはストライプ配列されていてもよい。
FIG. 4 is a schematic diagram of the
The
垂直CCD721は、セル721a毎に垂直駆動信号V1、V2、V3、V4を入力するための4つの転送電極を備える。4つの転送電極に互いに異なる位相の垂直駆動信号V1、V2、V3、V4を段階的に順次印加することにより、垂直CCD721にはセル721a毎に電位井戸が形成され、各セル721aの電位井戸に拘束されている電荷は順次隣接するセル721aの電位井戸に次々に移動する。このようにしてフォトダイオード720から各セル721a転送された信号電荷は、水平CCD722に転送される。以下、上述した垂直CCD721による信号電荷の転送を「垂直CCD転送」という。
The
水平CCD722は、セル722a毎に水平駆動信号Vh1、Vh2を入力するための2つの転送電極を備える。水平CCD722にはセル722a内に異なる電位井戸が形成されており、加えて2つの転送電極に180度異なる位相の水平駆動信号Vh1、Vh2を印加することにより、セル722a毎に電位井戸が形成され、各セル722aの電位井戸に拘束されている電荷は順次隣接するセル722aの電位井戸に次々に移動する。このようにして水平CCD722は、垂直CCD721により各セル722aに転送された信号電荷は順次検出部723に転送される。具体的には、垂直CCD721と水平CCD722の図示しない転送電極には、それぞれ垂直信号線724と水平信号線725が接続されている。そして垂直CCD721と水平CCD722は、それぞれ撮像コントローラ76により上述の信号線に印加される垂直駆動信号(図8のV1からV4参照)と水平駆動信号(図8のVh1、Vh2参照)とに駆動されて信号電荷を転送する。
The
検出部723は水平CCD722により転送された電荷を画素信号に変換する。具体的には例えば、検出部723はフローティング・ディフュージョン・アンプであり、そのキャパシタンスにより信号電荷を画素信号としての電圧値に変換する。尚、垂直CCD721が4相駆動方式のイメージセンサ72を例示したが、イメージセンサ72の垂直CCD721は何相駆動のCCDでもよい。また、水平CCD722が2相駆動方式のイメージセンサ72を例示したが、イメージセンサ72の水平CCD722は何相駆動のCCDでもよい。また、検出部723はフローティング・ゲート・アンプでもよい。
The
図5に示すように、イメージセンサ72は、1フレームの画素信号を2フィールドに分けて読み出すいわゆるフレーム読み出し方式のエリアイメージセンサである。フレーム読み出し方式のエリアイメージセンサでは、読み出しのための垂直CCDを第1フィールド用と第2フィールド用とに兼用するため、垂直CCDの面積を削減できる。この結果、フォトダイオード720のサイズを大きくできたり、垂直CCD721のセル721a(図4参照)のサイズを大きくできるため、フレーム読み出し方式のエリアイメージセンサは飽和信号電荷量を大きくできるという点で有利である。イメージセンサ72は、フォトダイオード720と垂直CCD721との間にフォトダイオード720から垂直CCD721への信号電荷の転送を制御するためのシフト電極を備えている。シフト電極には、各フィールドの読み出しにおいて同一チャネルの濃淡レベルを示す電荷信号が各列の垂直CCD721に転送されるように、シフト信号線726とシフト信号線727とが接続されている。具体的には例えば、ベイヤ配列の色フィルタを備えるイメージセンサ72では、シフト信号線726とシフト信号線727とが連続するシフト電極に交互に接続されている。この場合、イメージセンサ72では、第一フィールドの読み出し時には、フォトダイオード720から各列の垂直CCD721にGチャネル又はBチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が転送され(図5(A)参照)、第二フィールドの読み出し時には、Rチャネル又はGチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が転送される(図5(B)参照)。
As shown in FIG. 5, the
このようにイメージセンサ72は、互いに異なるフィールドの信号電荷を時分割して垂直CCD721に転送することにより、1フレームの画素信号を2フィールドに分けて読み出す。尚、イメージセンサ72は、1フレームの画素信号を2フィールドに分けて読み出すものとして説明したが、1フレームの画素信号を3フィールド以上に分けて読み出すエリアイメージセンサでもよい。また、イメージセンサ72は、ストライプ配列の色フィルタを備える場合、全画素読み出し方式でもよい。
As described above, the
ここで、イメージセンサ72は高速ドラフトモード用の構造、例えば垂直CCD721に沿って配列された複数のフォトダイオード720から選択的に信号電荷を転送するためのシフト信号線を備えていない。そのためイメージセンサ72では、よりフォトダイオード72のサイズを大きくでき、垂直CCD721のサイズを大きくできるため、飽和信号電荷量を大きくすることができる。またフォトダイオード720の受光面の面積を大きくできるため、感度等の点でも有利である。しかしながらイメージセンサ72では、高速ドラフトモードのようにフォトダイオード720に蓄積された信号電荷を間引きして垂直CCD721に転送することにより、1フレームを表示するために必要な水平CCD722による信号電荷の転送回数を低減することができない。例えば、600万画素のエリアイメージセンサ(水平方向に3008画素、垂直方向に2000画素)の全画素を、従来のフレーム読み出し方式、25MHzの読み出し速度で読み出す場合、1画素当たり0.04μsの読み出し時間が必要なため、1フィールドの読み出しには、少なくても120.32ms(=0.04μs×3008×1000)の読み出し時間が必要である。したがって1フレームの読み出しには、少なくとも2フィールド分を合わせて240.64msの読み出し時間が必要である。つまり高速ドラフトモードに対応しない600万画素のエリアイメージセンサを用いて連続した画像を読み出す(以下、スルー画読み出しという。)を表示する場合、1秒間に4枚分のフレームしか読み出すことができない。ここでスルー画とは被写体を所定の時間間隔で撮像して得た動画系列のことである。しかも、これは純粋に水平方向に3008画素、垂直方向に2000画素の全画素を読み出す時間であり、通常は、イメージセンサ72の周囲に配置された光学的黒画素を読み出す時間、イメージセンサ72を駆動するための別の処理時間、ノイズ吐き出しのための高速吐き出し転送時間、被写体の露光時間等も必要であるため、実質的には1秒間に2〜3枚分のフレーム読み出しをすることしか出来ず、実質的に被写体が動いている様子を動画として読み出すことはできない。
Here, the
そこでDSC1では、動画として表示するための画像としては、高解像度である必要が無く、低解像度であってもフレームレートが高い方が良いという考えの元に読み出し方法に工夫を加えている。まず一定時間の露光後に、シフト信号により先ず第1フィールドの画素を垂直CCD721に信号電荷を移動させる。その後垂直CCD721での各信号電荷の転送が実施される。このとき水平CCD722の各セル722aに垂直CCD721の複数セル分の信号電荷を蓄積することにより、垂直方向に複数セル分の信号電荷のアナログ的な加算蓄積を行う。尚、加算数は、2セル分であっても、3セル分であってもよい。そして水平CCD722により垂直CCD721の複数セル分の信号電荷を転送する。このように垂直CCD721の複数セル分の信号電荷を加算することにより、垂直方向の画素ラインの読み出しライン数が減少(例えば2セル分の加算であれば、読み出しライン数は半分になり、4セル分の加算であれば、読み出しライン数は4分の1になる。)させることができるため、高速ドラフトモード用の構造を備えなくても、動画としてのスルー画の1フレームを表示するために必要な水平CCD722による信号電荷の転送回数を低減することができる。このとき例えば2セル分の加算、4セル分の加算であれば、それぞれ信号電荷の転送回数を2分の1、4分の1に低減でき、フレームレートをそれぞれ2倍、4倍に増大させることができる。また、信号電荷を加算することによりイメージセンサ72の見かけ上の感度が上がるため、スルー画表示中のイメージセンサ72の露光期間を加算数に応じて短縮(例えば2セル分の加算であれば2分の1、4セル分の加算であれば4分の1に短縮)できるため、さらにフレームレートを向上することができる。この結果、DSC1では、高解像度の静止画を撮影可能な画素数の多いイメージセンサ72を用いても、スルー画を高速に表示することができる。また、垂直CCD721の複数セル分の信号電荷を加算することにより、信号電荷のSN比を改善することもできる。尚、動画はDSC1の動画撮影機能により録画される動画でもよい。また、信号電荷の加算数は、2セル分でも、3セル分でも、4セル分でもよいし、自動又は手動により変更可能であってもよい。以下、「各列の垂直CCD721のnセル分の信号電荷を水平CCD722の各セル722aで加算する」ことを「n倍の画素加算」という。
Therefore,
図3に示す撮像コントローラ76は、垂直CCD721の転送電極、水平CCD722の転送電極及びシフト電極にそれぞれ垂直駆動信号、水平駆動信号及びシフト信号を、垂直信号線724、水平信号線725、及びシフト信号線726、727を介して印加する。
アナログフロントエンド(AFE)74は、相関二重サンプリング(CDS)回路740、アンプ742、アナログ・ディジタル(A/D)変換器744、図示しないアナログ的な黒レベル再現回路(イメージセンサ72にある光学的にマスクされた画素を使用して黒の信号レベルを確定することで光学的な黒の基準電圧を再生する回路)等で構成されている。CDS回路740は、イメージセンサ72が出力する画素信号に含まれるリセットノイズを除去する回路である。アンプ742は、制御部80と協働して、被写体の明るさに応じた利得で画素信号を増幅するための回路であり、いわゆる利得可変増幅器である。A/D変換器744は画素信号に対してA/D変換を施してディジタルの画素信号(以下、画素データという。)を生成する。AFE74から出力される画素データは、画像処理コントローラ98によってRAM100に格納される。
The
The analog front end (AFE) 74 includes a correlated double sampling (CDS)
画像処理コントローラ98は、RAM100、色処理部102、解像度変換部104及び圧縮・伸張部106と協働して、AFE74から出力された画素データに対して各種の画像処理を施す。
RAM(Random Access Memory)100は、画素データ等が一時的に格納される揮発性のメモリである。
色処理部102は、画像処理コントローラ98と協働し、AFE74から出力された画素データに対して画像の現像処理を施す。現像処理とは、イメージセンサ72上の各フォトダイオード720の信号電荷に対応する画素データの各画素の濃淡レベルを近傍画素同士で補間するデモザイク処理とホワイトバランス補正と階調補正とにより、画素毎にRGBの3チャネルの濃淡レベルを持つフレームデータを形成し、最終的に画像の形に再現する処理である。
解像度変換部104は、画像処理コントローラ98と協働し、フレームデータの解像度(総画素数)を所定の解像度に変換する。具体的には例えば、解像度変換部104は、ユーザが撮像前に設定する撮像条件に応じた解像度にフレームデータを変換したり、LCD36の画面サイズに対応した解像度にフレームデータを変換する。
The
A RAM (Random Access Memory) 100 is a volatile memory that temporarily stores pixel data and the like.
The
The
圧縮・伸張部106は、画像処理コントローラ98と協働し、フレームデータを圧縮し、また圧縮されたフレームデータを伸張する(例えば、画像データをJPEG形式の画像データに圧縮したり、JPEG形式に圧縮されたデータを伸張する)。尚、フレームデータを圧縮せずにリムーバブルメモリ92に格納することもできる。
グラフィックコントローラ94は、画像処理コントローラ98と協働し、フレームデータが表す画像をLCD36に画面表示する。
以上説明した画像処理コントローラ98、色処理部102、解像度変換部104、圧縮・伸張部106及びグラフィックコントローラ94の機能は、ASIC、DSP等の専用回路で実現してもよいし、制御部80が特定のプログラムを実行することによって実現してもよい。
The compression /
The
The functions of the
操作部84は、電源スイッチ52、レリーズボタン10、シャッタ速度ダイヤル12や、撮影条件等を設定するためのボタン40,42,44,46,48,50およびジョグダイヤル22を備える。
外部インタフェースコントローラ86は、DSC1と図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等の外部システムとを通信可能に接続する。リムーバブルメモリコントローラ88とは、カードコネクタ90に接続されるリムーバブルメモリ92にRAM100に格納されているデータを転送する入出力機構である。
フラッシュメモリ82は制御部80が実行する画像処理プログラムを格納している不揮発性メモリである。DSC1が作動するために必要な画像処理プログラムや各種のデータは、所定のサーバからのネットワークを介したダウンロード、リムーバブルメモリ92からの読み出し等によってフラッシュメモリ82に格納することもできる。
The
The
The
制御部80は、CPU78、RAM81及びフラッシュメモリ82を備える。制御部80はフラッシュメモリ82に格納されている制御プログラムを実行することでDSC1の各部を制御する。RAM81は、制御プログラムや各種のデータが一時的に格納される揮発性メモリである。
The
図6は、DSC1のスルー画撮影モードにおける処理の流れを示すフローチャートである。図6に示す処理は、DSC1がスルー画撮影モードに遷移すると起動し、DSC1がスルー画撮影モードからスルー画撮影モード以外のモードに遷移するまで繰り返される。
まず、制御部80は、シャッタ駆動部70と協働して第一シャッタ幕30と第二シャッタ幕32を開く(ステップS100参照)。以下、「第一シャッタ幕30と第二シャッタ幕32を開く」ことを「シャッタ幕を開く」という。
FIG. 6 is a flowchart showing the flow of processing in the through image shooting mode of DSC1. The process shown in FIG. 6 is activated when the
First, the
ステップS102では、制御部80はスルー画をLCD36に画面表示する。具体的には制御部80は、シャッタ幕を開いたまま電子シャッタを用いてフォトダイオード720に所定の露光期間だけ信号電荷を蓄積させ、この信号電荷による画素信号をイメージセンサ72から読み出す。そして制御部80は、読み出した画素信号からフレームデータを生成し、そのフレームデータに対してRGB別画素補間処理、ホワイトバランス処理、色再現処理、ガンマ補正処理、縦横サイズ縮小処理等を施して、各種処理後のフレームデータが表す1フレーム分の画像をLCD36に表示する。制御部80は、これら一連の処理を繰り返すことによりスルー画をLCD36に動画表示する。詳細は後述する。
In step S102, the
ステップS104では、制御部80は、レリーズボタン10が押されたか否かを判定する。レリーズボタン10が押されると、制御部80は被写体の静止画を撮像するための処理(ステップS106からステップS118参照)を実行する。
ステップS106では、制御部80、シャッタ駆動部70と協働して第一シャッタ幕30と第二シャッタ幕32を閉じる(以下、「シャッタ幕を閉じる」という。)そして次回シャッタ動作のためのシャッタのチャージ、次回撮影のためのイメージセンサ72の準備等を行なう。
ステップS108では、制御部80は、第一シャッタ幕30又は第二シャッタ幕32による幕面反射光の照度を検出する。具体的には制御部80は、内部照度計66の出力信号を読み込むことにより、レンズユニット2の絞り62を通過し、シャッタ幕で反射した光の照度を検出する。
In step S104, the
In step S106, the
In step S108, the
ステップS110では、制御部80は、幕面反射光の照度に応じて、そのときの撮影条件に最適な露光期間(シャッタ幕を開いているべき適正な時間)を設定する。具体的には例えば、制御部80は、内部照度計66の出力信号に基づいて露光期間を設定する。尚、制御部80は、内部照度計66の出力信号の信号レベルを変数とする露光期間の関数をフラッシュメモリ82等に格納し、その関数と内部照度計66の出力信号とから露光期間を算出することにより露光期間を設定してもよい。
In step S110, the
ステップS112からステップS114では、制御部80は、ステップS110で設定した露光期間だけシャッタ幕を開放する。具体的には制御部80は、シャッタ幕の開放に先立ちイメージセンサ72の露光のための準備(例えばイメージセンサ72の各フォトダイオード720に蓄積されている電荷の吐き出し処理や垂直CCD721及び水平CCD722に残存する電荷の吐き出し処理)を行う。そして、イメージセンサ72の露光のための準備が整うと、制御部80は、シャッタ駆動部70と協働してシャッタ幕を開き(ステップS112参照)、シャッタ幕を開いてから設定した露光期間が経過した後にシャッタ幕を閉じる(ステップS114参照)。この結果、イメージセンサ72は露光期間だけ被写体からの光に露光される。
ステップS116からステップS118では、制御部80は静止画を生成する。具体的には制御部80は、イメージセンサ72の垂直CCD721及び水平CCD722に残存する電荷を吐き出した後に、イメージセンサ72から第一フィールドの画素信号と第二フィールドの画素信号とを読み出す(ステップS116参照)。そして制御部80は、色処理部102と協働して、読み出した第一フィールドの画素信号と第二フィールドの画素信号に対して現像処理を施すことにより、第一フィールドの画素信号と第二フィールドの画素信号とからフレームデータを生成する。さらに制御部80は、解像度変換部104、圧縮・伸張部106、画像処理コントローラ98及びリムーバブルメモリコントローラ88と協働して、フレームデータに対して解像度変換、圧縮処理(例えばJPEG規格に準拠した圧縮処理)等を施し、フレームデータを静止画(例えばJPEG形式の静止画)としてリムーバブルメモリ92等に格納する(ステップS118参照)。
In steps S112 to S114, the
In step S116 to step S118, the
図7は、スルー画表示処理におけるイメージセンサ72の作動を示す模式図である。図8は、スルー画表示処理において撮像コントローラ76が出力する駆動信号を示す模式図である。図7の(A1)から(A4)は、それぞれ図8のt1からt4におけるイメージセンサ72の状態を示している。図9は、スルー画表示処理において画素信号からフレームデータを生成する処理を示す模式図である。以下、第一フィールドの画素信号をイメージセンサ72から読み出し、そのとき読み出した第一フィールドの画素信号と前回読み出した第二フィールドの画素信号とから1フレーム分のフレームデータを生成する処理について具体的に説明しながら、スルー画表示処理について説明する。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the operation of the
まず、制御部80は、垂直CCD721の各セル721aに第一フィールドの信号電荷を対応するフォトダイオード720から転送する(図7(A1)、図8に示すt1におけるVshの波形参照)。このとき各列の垂直CCD721の全てのセル721aには、同一チャネルの濃淡レベルを示す信号電荷、具体的にはGチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷又はBチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が対応するフォトダイオード720から転送される。
First, the
次に、制御部80は、各列の垂直CCD721の複数セル分の信号電荷を水平CCD722の各セル722aで加算する。具体的には制御部80は、例えば垂直CCD721の2セル分の信号電荷を加算する場合、水平CCD722を駆動することなく(図8に示すt1からt5のVhの波形参照)、垂直CCD721により垂直CCD721の2セル分の信号電荷を水平CCD722の各セル722aに転送させる。図7(A2)、(A3)及び図8に示すt1からt3におけるV1からV4の波形は、1セル目の信号電荷を転送するための垂直駆動信号を示し、図7(A4)及び図8に示すt4からt5におけるV1からV4の波形は、2セル目の信号電荷を転送するための垂直駆動信号を示している。この結果、各列の垂直CCD721の2セル分の信号電荷が水平CCD722の各セル722aに蓄積される。尚、上述したように各列の垂直CCD721には同一チャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が転送されているため、画素加算により異なるチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が水平CCD722の各セル722aで混合されることはない。しかし、画素加算において互いに異なるチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が混合されてもよい場合、例えばモノトーンのスルー画を表示する場合は、各列の垂直CCD721に異なるチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷を転送してもよい。
Next, the
次に、制御部80は、水平CCD722により画素加算後の信号電荷を検出部723に転送させ(図8に示すt5からt6のVhの波形参照)、検出部723により信号電荷を画素信号に変換させる。すなわち、水平CCD722は各セルに垂直CCDの2セル分の電荷が蓄積される度に一度だけ電荷を一掃する。DSC1では、このようにして水平CCD722による信号電荷の転送回数を低減することにより、1フレームを表示するために必要な垂直CCD721による信号電荷の転送回数を低減することができる。具体的には、1フレームを表示するために必要な垂直CCD721による信号電荷の転送回数は、n倍の画素加算によりn分の1に低減される。この結果、1フレームを表示するために必要な画素信号をイメージセンサ72から高速に出力させることができる。尚、検出部723がフローティング・ディフュージョン・アンプの場合、制御部80は、水平CCD722の複数セル分の信号電荷を検出部723に転送することにより、検出部723で信号電荷を加算した後に、検出部723により信号電荷を画素信号に変換させてもよい。
Next, the
イメージセンサ72から読み出された画素信号には、AFE74によるノイズ除去、明るさ調整、A/D変換等の処理が施される。具体的には明るさ調整は、制御部80が被写体の明るさに応じてアンプ742の利得を制御することにより行う。制御部80は、例えば明るさ調整の対象となる画素信号より以前に読み出された画素信号から被写体の明るさを判定する。尚、スルー画の明るさの調整は、露光期間を一定にした状態で被写体の明るさに応じて画素加算の倍数をフィールド毎、フレーム毎に設定することにより行ってもよい。上述したアンプ724による明るさ調整と画素加算による明るさ調整とを併用する場合、画素加算が施された画素信号は被写体が実際の被写体の明るさよりも明るいことを示すため、画素信号に基づく被写体の明るさの判定には画素加算の倍数を考慮する必要がある。
The pixel signal read from the
次に、制御部80は、画像処理コントローラ98と協働してAFE74から出力された画素データをRAM100に格納する。ここでAFE74から出力された画素データが表すフレームの垂直方向の解像度は、信号電荷の加算により垂直方向に低減されている。そこで制御部80は、信号電荷の垂直方向の加算数に応じて画素データの画素を水平方向に間引いたり水平方向に連続する画素値を加算することにより、AFE74から出力された画素データが表すフレームの垂直方向の解像度を低減する。この結果、AFE74から出力された画素データが表すフレームの歪みは是正されるとともに、フレームの解像度は低減される。このように画素データの情報量を低減することにより、その後に画像データに対して施す処理量を低減することができる。
Next, the
次に、制御部80は、色処理部102と協働して、前回読み出した第二フィールドの画素データと今回読み出した画素データとから1フレーム分のフレームデータを生成する(図9参照)。そして制御部80は、解像度変換部104、画像処理コントローラ98及びグラフィックコントローラ94と協働して、LCD36の画面サイズに対応した解像度に変換したフレームデータが表すフレームをLCD36に表示する。ところで、今回読み出した画素データは、図9に示すように次回読み出す画素データとともに次のフレームデータの生成に利用される。つまりDSC1では、イメージセンサ72から読み出した画素データを連続する2フレーム分のフレームデータの生成に用いながら、スルー画をLCD36に表示する。
Next, in cooperation with the
イメージセンサ72から読み出した画素データを連続する2フレーム分のフレームデータの生成に用いることより、画素データを1フレーム分のフレームデータの生成に用いる場合(図10参照)と比較して、スルー画表示のフレームレートを高めることができる。尚、イメージセンサ72が1フレームを3フィールド以上の複数フィールドに分割して画素信号を読み出すイメージセンサである場合は、イメージセンサ72から読み出した画素データをそのフィールド数に応じて連続する複数フレーム分のフレームデータの生成に用いてもよい。またDSC1は、図9に示すフレーム生成モードと図10に示すフレーム生成モードとを切り換え可能に制御してもよい。
By using the pixel data read out from the
72 イメージセンサ(エリアイメージセンサ)、720 フォトダイオード、721 垂直CCD、721a セル(垂直CCDのセル)、722 水平CCD、722a セル(水平CCDのセル)723 検出部 72 Image sensor (area image sensor), 720 photodiode, 721 vertical CCD, 721a cell (vertical CCD cell), 722 horizontal CCD, 722a cell (horizontal CCD cell) 723 detector
Claims (3)
前記フォトダイオードに蓄積された電荷を垂直CCDに転送し、
前記垂直CCDの各セルの電荷を水平CCDに転送し、
前記垂直CCDの複数セル分の電荷を前記水平CCDの各セルに蓄積し、
前記水平CCDの各セルの電荷を検出部に転送し、
前記検出部に転送された電荷を検出する、
エリアイメージセンサの駆動方法。 Accumulates charge in the photodiode,
Transferring the charge accumulated in the photodiode to a vertical CCD;
Transfer the charge of each cell of the vertical CCD to the horizontal CCD,
The charge for a plurality of cells of the vertical CCD is accumulated in each cell of the horizontal CCD,
Transfer the charge of each cell of the horizontal CCD to the detection unit,
Detecting the charge transferred to the detection unit;
Driving method of area image sensor.
前記電荷を前記水平CCDに転送するとき、前記垂直CCDの各セルの電荷をフィールド毎に前記水平CCDに転送し、
前記電荷を前記検出部に転送するとき、前記水平CCDの各セルの電荷をフィールド毎に前記検出部に転送し、
前記電荷を検出するとき、前記検出部に転送された電荷をフィールド毎に検出する請求項1に記載のエリアイメージセンサの駆動方法。 When accumulating charges in the photodiode, the charges in different fields constituting one frame are time-divided and transferred to the vertical CCD,
When transferring the charge to the horizontal CCD, the charge of each cell of the vertical CCD is transferred to the horizontal CCD field by field,
When transferring the charge to the detection unit, the charge of each cell of the horizontal CCD is transferred to the detection unit for each field,
The area image sensor driving method according to claim 1, wherein when detecting the charge, the charge transferred to the detection unit is detected for each field.
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JP2005174849A JP2006352422A (en) | 2005-06-15 | 2005-06-15 | Drive method of area image sensor |
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Citations (3)
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JPH04262679A (en) * | 1991-02-15 | 1992-09-18 | Nec Corp | Driving method for solid-state image pickup device |
JPH0918792A (en) * | 1995-06-30 | 1997-01-17 | Canon Inc | Image pickup device |
JP2001292376A (en) * | 2000-01-31 | 2001-10-19 | Olympus Optical Co Ltd | Imaging apparatus |
-
2005
- 2005-06-15 JP JP2005174849A patent/JP2006352422A/en not_active Withdrawn
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