JP2007134806A

JP2007134806A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP2007134806A
Application number: JP2005323766A
Authority: JP
Inventors: Taro Takita; 太郎滝田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】動画・静止画同時記録において、良好な画質を得る事。
【解決手段】各画素領域に入射する光情報に応じて電荷を発生する受光部を垂直方向、水平方向に複数持ち、各受光部から発生した電荷を垂直方向に転送する為の垂直転送路と、該垂直転送路より転送される該電荷を水平方向に転送する水平転送路と、該水平転送路より転送される各画素に対応する該電荷を信号電圧に変換し出力する出力部を有し、該垂直転送路、該水平転送路、及び該出力部を各々複数持ち、そのうち一つを動画用、他方を静止画用に使う構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラ等に用いられるCCDなどのイメージセンサである固体撮像素子に係わる。

従来の受光部が一つしかなく、動画撮影時と同時に静止画を記録する事が可能なビデオカメラで、特に動画撮影時に同時記録される静止画像は動画データの1フレーム分を取り出し、静止画像として記録していた。

又、別の従来例としては、特許文献１をあげることが出来る。
特開平5-244340号公報

しかしながら、上記従来例では静止画データの基データは動画用の垂直方向に複数の画素電荷が加算された画像データとなってしまい、単独で静止画を撮影する時の基データである非加算の画像データにより静止画を生成するときに比べ、解像感、色、S/Nなどが劣ってしまい良好な静止画を得ることが出来ない。また、動画記録中に動画のコマ速度を落とす事なく、静止画用の非加算による画像データを得る為には、通常の画素信号電圧の転送速度を倍にしなくてはならず、高画素化が進む固体撮像素子においては非常に困難である。

各画素領域に入射する光情報に応じて電荷を発生する受光部を垂直方向、水平方向に複数持ち、各受光部から発生した電荷を垂直方向に転送する為の垂直転送路と、該垂直転送路より転送される該電荷を水平方向に転送する水平転送路と、該水平転送路より転送される各画素に対応する該電荷を信号電圧に変換し出力する出力部を有し、該垂直転送路、該水平転送路、及び該出力部を各々少なくとも二つ以上持つ事を特徴とする。

各画素領域に入射する光情報に応じて電荷を発生する受光部を垂直方向、水平方向に複数持ち、各受光部から発生した電荷を垂直方向に転送する為の垂直転送路と、該垂直転送路より転送される該電荷を水平方向に転送する水平転送路と、該水平転送路より転送される各画素に対応する該電荷を信号電圧に変換し出力する出力部を有し、該垂直転送路、該水平転送路、及び該出力部を各々少なくとも二つ以上持ち、該垂直転送路、該水平転送路、及び該出力部のうち一つを動画撮影時の電荷取得の為に用い、他方を静止画撮影時の電荷取得の為に用い、1フレーム分の動画撮影時の電荷及び静止画撮影時の電荷の転送を並列処理で行う事により、１フレーム期間内で終了する事が可能となるので、動画撮影時に静止画を記録する同時記録において、動画のコマ速度を損なう事なく、静止画記録時には非加算の画素データにより、静止画を形成する事が可能となり、より良好な画を形成する事が可能となる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下図面を参照しつつ、本発明の第一の実施形態を説明する。図１は本発明における実施形態の特徴を示す固体撮像素子(以下CCD)の構成図である。１００は光学系を通して入射される光量を電荷に変換する為のフォトセンサである。尚本実施例におけるCCDは補色とし、各画素のフォトセンサに対して、Cy(シアン)、Mg(マゼンダ)、G(グリーン)、Ye(イエロー)の色フィルタが図の様に各画素のフォトセンサに配置されており、各画素の補色単位の輝度情報を基に画像形成を行う。１０１は１００で光電変換された電荷を動画取り込み用水平転送レジスタ(後述)に転送する為の動画取り込み用の垂直転送レジスタ、１０２は１０１と同様で、静止画取り込み用水平転送レジスタ(後述) に転送する為の静止画取り込み用の垂直転送レジスタ、１０３はTG(後述)から出力され、動画用垂直転送レジスタを制御する為の動画用Vパルス(φV1M・・・φV4M)、１０４は静止画用垂直転送レジスタを制御する為の静止画用Vパルス(φV1S・・・φV4S)静止画用Vパルス、１０５は１０１の動画用垂直転送レジスタより転送される電荷をCCDへ導く為の動画用水平転送レジスタ、１０６はTG(後述)から出力され、静止画用垂直転送レジスタより転送される電荷をCCDへ導く為の静止画用水平転送レジスタ、１０７は動画用水平転送レジスタを制御する為のHパルス(φH1M、φH2M)、１０８は静止画用水平転送レジスタを制御する為のHパルス(φH1S、φH2S)、１０９は動画用水平転送レジスタより転送される各画素の電荷を信号電圧に変換する動画用出力部、１１０は１０９同様の静止画用出力部である。尚、本CCDはTGより出力されるVSUBパルス(不図示)により、１００のフォトセンサに溜まった電荷を履き捨てる電子シャッター機能を有する。また図２に上記CCDを用いた本実施例形態である、撮像装置の全体構成図を示す。２００は被写体像からの光量を収束、及び焦点を合わせるためのAF機構、さらにズーム機構が組み込まれたレンズ群であり、２０１は被写体像の光量を制御しAE(自動露出制御)を行うアイリス部、２０2は図１で説明したCCDであり、TG(後述)に制御され、主にレンズを抜けた被写体象の光を電気信号に変換する為のCCD、２０３はTG(後述)に制御され、CCD内の１０９及び１１０から出力される動画用、静止画用出力信号より出力される出力信号から電気信号レベルを取り出す相関二重サンプリング回路(CDS)、さらに相関二重サンプリング回路より出力されるアナログ画素信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路、A/Dされたデジタル画素信号に対して適当なゲインをかけるゲインアンプ回路を持ち、動画用、静止画用出力信号を並列処理により演算を行うAFE部、２０４はCPU(後述)に制御され、CCDの出力タイミングの基となる制御信号を出力するTG、２０５はTG、画像処理部を制御し、キー群(後述)からの出力をモニタするCPU、２０６はCPUに制御され、DV変換等の画像処理関連を高速に行う回路群である画像処理部である。２０７は画像処理部により生成された静止画を所定のフォーマットにより、記憶する為のメモリカード、２０８は画像処理部により生成されたDVフォーマットの動画を記録する為のDVテープ、２０９は動画撮影ボタン、静止画撮影ボタン等を有するキー群である。

まず動画撮影時の動きを説明する。パワーオン後に通常撮影モードにユーザが設定すると、CPUは一連の初期化を行い、TGにアクセスする事でCCD及びAFE部を制御する。そして動画撮影ボタンが押されると動画撮影が開始される。レンズ、絞りの光学系を通過した被写体光はCCDに露光される。動画取り込み時におけるCCDの動作を図３のタイミングチャートを用いて説明する。CPUに制御されるTGは、CCDに対しVSUBパルス(図3の3A)を出力する。CCDはVSUBパルスが入力されると、各画素のフォトセンサに溜まっていた電荷を吐き捨て、新たに露光を開始する。さらにTGは、第一フィールドの動画用垂直転送パルスであるφV1M〜φV4Mを制御し、図3の3Bのタイミング(SGパルス)でフォトセンサから動画用の垂直転送レジスタに移動させる。尚3A〜3Bの期間分(図3の3C)CCDに露光されるので、この間隔が電子シャッター時間(露光時間)となる。また本実施例では動画のフォーマットをNTSCとし、走査を1ライン置きに行うインターレース走査を1/60[s]単位(フィールド単位)で行う。故にCCDにおいては、全485ラインのうち第一フィールドにおいては、CCD内の第1ラインと第2ライン、第3ラインと第４ライン・・・第483ラインと第484ラインを画素毎に加算して、垂直レジスタに転送する加算読出し方式(第1フィールド加算モード)にて画像形成を行う。故に第1フィールドの図1における1Aの動画用垂直転送レジスタにおいては、第一ラインと第２ラインの画素加算はCy(シアン)とMg(マゼンタ)が加算され、第３ラインと第４ラインの画素加算においては、CyとG(グリーン)が加算された電荷が1Aの動画用垂直転送レジスタに転送される。尚図3の3BにおけるSG部において、動画用垂直転送パルスのφV1M、φV3Mのタイミングの順で、SGパルスを出力する事(不図示)で第1ラインと第2ライン、第3ラインと第４ライン・・・第483ラインと第484ラインを画素毎に加算し動画用垂直転送レジスタに転送する。以上の様に加算モードで転送すると、各動画用垂直転送レジスタには、加算された242個分の画素電荷が転送される。そしてφV1M〜φV4Mを制御する事で、加算された画素毎に動画用水平転送レジスタに転送する。さらに図3の様に、動画用水平転送パルス、φH1〜φH2を制御する事で動画用出力部よりAFE部へ出力する。以上を繰り返す事で第1フィールドの加算画素電荷を転送する。次に第2フィールドの電荷転送を説明する。第1フィールド同様に、図3の3CのタイミングでVSUBパルスを出力する事で電荷を吐き捨て、一定時間露光し3Dのタイミングで動画用垂直パルスのφV3M、φV1Mのタイミングの順で出力する事(不図示)で、今度は第2ラインと第3ライン、第4ラインと第5ライン・・・第484ラインと第485ラインを画素単位で加算する加算モード(第2フィールド加算モード)で動画用垂直レジスタに転送する。故に第2フィールドの図1における1Aの動画用垂直レジスタにおいては、第2ラインと第3ラインの画素加算はCy(シアン)とMg(マゼンタ)が加算され、第4ラインと第5ラインの画素加算においては、CyとG(グリーン)が加算された電荷が1Aの動画用垂直レジスタに転送される。以上の様に、第2フィールド加算モードでは第一フィールドに対して、1ライン分ずれた画素加算を行う事で電荷を動画用垂直転送レジスタに転送する。そして第1フィールド同様水平転送レジスタにφV1M〜φV4Mを制御する事で各加算されたライン毎に水平転送レジスタに転送する。さらに図3の様に、動画用水平転送パルス、φH1〜φH2を制御する事で動画用出力部よりAFEへ出力する。以上を繰り返す事で第2フィールドの加算画素電荷を転送する。そして転送された画素データは２０３のAFE内で相関二重サンプリング回路(不図示)、A/D(不図示)変換回路でデジタルデータに変換され、画像処理部に転送される。さらに画像処理部内では、動画用のホワイトバランス調整、ノイズリダクション(NR)、輪郭強調補正等を行い、フィールド単位でDVフォーマット形式に変換し２０７のテープへの記録を随時行う。また、画像処理部内ではフィールド毎に輝度レベルを演算しそれに伴い、２０５のCPUは、１０１のアイリス制御、AFE内部のゲインアンプ(不図示)のパラメータ及び、CCDへのVSUBパルスを調整し電子シャッター速度を制御する事で、適切な明るさを保つAE制御を行う。以上を繰り返す事で動画を記録する。次に動画記録中に静止画記録を行う同時記録動作を説明する。２０９のキー群内のフォトキーが押されると、静止画記録行程が開始される。図４に動画記録中に静止画記録を行う行程を表すタイミングチャートを示す。

まず、TGより出力されるVSUBパルスにより図4の4Aのタイミングで、電荷が吐き捨てられ、動画記録の為の第1フィールドの露光が開始される。4Bのタイミングで、動画用VパルスφV1M〜φV4Mを出力し、第1フィールド加算モードで、動画用垂直転送レジスタに画素電荷が転送される。尚第1フィールドは4Aから4Bの期間(図4の4C)露光される事になる。そして動画記録同様に第1フィールドの加算画素がCCD出力へと順じ転送される。CPUは第一フィールドのフォトセンサ内の画素が動画用垂直転送レジスタに転送れたタイミング、すなわち4B以降にVSUBパルスを出力し、電荷の吐き捨てを行い静止画用の露光を開始する。尚、露光時間がより必要であれば、静止画露光用のVSUBパルスを出力を行わなければ、4Bの時点から静止画用の露光が開始される。本実施例では、図4の4DでVSUBパルスを出力する。次に適当な露光時間経過後の4Eのタイミングでフォトセンサに蓄積された静止画用の電荷を、静止画用VパルスφV1S〜φV4Sを出力する事で静止画用垂直転送レジスタに画素電荷の移動を行う。静止画記録時には画質を良好な物とする為に、非加算方式による電荷転送をする。すなわち、4EのタイミングでφV1SのみSGパルスを出力する事で(不図示)、CCD内の奇数ラインの画素電荷を転送し、CPUはアイリスを閉じフォトセンサに被写体光が当たらない様に遮蔽する。図1の1Cの静止画用垂直転送レジスタには、第1ラインのCy、第3ラインのCy、・・・第485ラインのCyの画素電荷が転送され、1Dの静止画用垂直転送レジスタには第1ラインのYe、第3ラインのYe、第5ラインのYe、第485ラインのYeの画素電荷が転送される。さらにφV1S〜φV4Sを制御する事で、奇数ライン毎に静止画用水平転送レジスタに画素電荷を転送する。そして静止画用水平転送パルスφH1S〜φH2Sを制御する事で静止画用出力部へ画素電荷を順に転送し、AFE部へ出力する。以上の様に奇数ラインの転送が終了すると、4Fのタイミングで、今度はφV3SのみSGパルスを出力(不図示)する事で、CCD内の偶数ラインの画素電荷を静止画用垂直転送レジスタに転送し、閉じていたアイリスを動画記録に適した絞り値まで開ける。偶数ラインの電荷が転送される事から、図１の1Cの静止画用垂直転送レジスタには第2ラインのMg、第4ラインのG、・・・・第484ラインのGの画素電荷が転送され、1Dの静止画用垂直転送レジスタには第2ラインのG、第4ラインのMg、・・・・第484ラインのMgの画素電荷が転送される。そして静止画用水平転送パルスφH1S〜φH2Sを制御する事で静止画用出力部へ画素電荷を順に転送しAFE部へ出力する。次に図4の4GのタイミングでVSUBパルスを出力する事で、4Fから4Gの期間で溜まった電荷を吐き出し、動画の第2フィールドの露光を開始する。そして4I期間経過後の4Hのタイミングで第2フィールドの動画用垂直転送レジスタへ転送を行い第2フィールド加算モードで画素電荷の転送を行う。以上の動画、静止画用の画素電荷の転送を並列処理で行う事で、通常の転送速度で転送する事が可能となる。尚第1フィールドから第2フィールドの転送開始までは、NTSCのフィールド時間の関係上、1/60以内とする。露光時間が稼げない時には絞り、AFE内のゲインを上げて対応する事で、第1フィールドから第2フィールドの転送開始時間を1/60以内に保ち、それでも露光時間が足りない時には、1/30[s]間隔で動画記録を行うスローシャッターモードを選択し、露光時間を稼ぐ様にする。この様にする事で、暗い被写体に対しても、フィールド間隔を1/60[s]以内に保つ事が可能となり、フィールド間隔が1/30[s]になっても、より明るい画を得る事が可能となる。以上の様にして、動画用の画素電荷は加算モード、静止画用の画素電荷は非加算モードでAFE部へ出力される。そして、AFE内でCDS回路、A/D変換回路にてデジタルデータに変換された画素データは画像処理部へ転送される。画像処理内部では非加算モードで転送された奇数ライン、及び偶数ラインの画素データを合成し、静止画用のノイズリダクション、輪郭強調補正、ホワイトバランス、色調整がなされJPEGなどの画像フォーマットに変換されメモリカードに記録される。尚AFE内部の処理、画像処理部における画像処理は動画、及び静止画の画像演算は並列に行う様になっており、さらに動画撮影時の画素データを基に静止画用の各調整データを演算し画像処理を行う。また静止画のAE制御においても、動画撮影時の輝度情報を基に、静止画撮影時の最適露出を常に演算する様にする。以上述べた様にCCD内に動画用の垂直転送レジスタ、静止画用の垂直転送レジスタ、動画用の水平転送レジスタ、静止画用の水平転送レジスタを持ち、1フレーム期間内で、動画用の画素データを加算モードで転送しつつ、静止画用の画素データを非加算モードで転送する事が可能となるので、動画静止画同時記録時においても、動画の品位を損なう事無く、非常に良好な静止画を形成する事が可能となる。

実施例における固体撮像素子実施例における構成図実施例における動画撮影時のタイミングチャート実施例における動画静止画同時撮影時のタイミングチャート

符号の説明

100 本発明の固体撮像素子におけるフォトセンサ
101 本発明の固体撮像素子における動画用垂直転送路
102 本発明の固体撮像素子における静止画用垂直転送路
103 本発明の固体撮像素子における動画用垂直転送パルス
104 本発明の固体撮像素子における静止画用垂直転送パルス
105 本発明の固体撮像素子における動画用水平転送路
106 本発明の固体撮像素子における静止画用水平転送路
107 本発明の固体撮像素子における動画用水平転送パルス
108 本発明の固体撮像素子における静止画用水平転送パルス
109 本発明の固体撮像素子における動画用画素電荷出力部
110 本発明の固体撮像素子における静止画用画素電荷出力部
200 本実施例におけるレンズ
201 本実施例におけるアイリス
202 本実施例におけるCCD
203 本実施例におけるAFE部
204 本実施例におけるTG部
205 本実施例におけるCPU
206 本実施例における画像処理部
207 本実施例におけるメモリ
208 本実施例におけるテープ
209 本実施例におけるキー群

Claims

各画素領域に入射する光情報に応じて電荷を発生する受光部を垂直方向、水平方向に複数持ち、各受光部から発生した電荷を垂直方向に転送する為の垂直転送路と、該垂直転送路より転送される該電荷を水平方向に転送する水平転送路と、該水平転送路より転送される各画素に対応する該電荷を信号電圧に変換し出力する出力部を有し、該垂直転送路、該水平転送路、及び該出力部を各々少なくとも二つ以上持つ事を特徴とする固体撮像素子。
前記固体撮像素子において、複数ある該垂直転送路、該水平転送路、及び該出力部のうち一つを動画撮影時の電荷取得の為に用い、他方を静止画撮影時の電荷取得の為に用いる事を特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
該固体撮像素子において、動画撮影時の電荷取得時は垂直方向に複数の画素に対応する画素を加算する加算読み出しモード、静止画撮影時の電荷取得時は加算を行わずに読み出す非加算読み出しモードで読み出す事を特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。
前記固体撮像素子において、1フレーム分の動画撮影時の電荷及び静止画撮影時の電荷の転送を並列処理で行う事により、１フレーム期間内で終了する事を特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。