JP2007243336A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動画撮影時のスミアを抑制することが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤ型の固体撮像素子１００を有する撮像装置５であって、多数の光電変換素子１及びＶＣＣＤ２が形成された領域を受光領域とし、受光領域のうち、最大サイズの画像を得るために用いられる領域を最大受光領域３とし、動画撮影時、最大受光領域３の一部である動画撮影用受光領域Ａにある光電変換素子１のみから信号を読み出す制御を行うＣＰＵ１５と、動画撮影時、動画撮影用受光領域Ａ以外の最大受光領域３のうち、動画撮影用受光領域Ａにある光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２と共通のＶＣＣＤ２に電荷が読み出される光電変換素子１が形成された領域の少なくとも一部を遮光する遮光部材１６ｂとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像素子を備えた動画撮影機能を有する撮像装置に関する。

静止画像を撮影し記憶メディアに記録するデジタルカメラには、通常、動画像の撮影機能が搭載されている。斯かるデジタルカメラで動画像を撮影する場合、静止画像の撮影と異なり、高フレームレートで固体撮像素子から信号を読み出さなければならない。このため、例えば下記特許文献１の図５に記載されている様に、動画撮影時には固体撮像素子から得られる全信号を利用せずに、固体撮像素子の中央部分の狭い範囲にある光電変換素子からの信号のみを利用し、高速読み出しに対応できる様にしている。これを図７、図８を用いて説明する。

図７は一般的なＣＣＤ型固体撮像素子の平面模式図である。
図７に示す固体撮像素子は、シリコン基板上に正方格子状に配設された多数の光電変換素子１（図では一部にのみ符号を付してある）と、多数の光電変換素子１の各々から読み出された電荷を垂直方向Ｙに転送する多数個の垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）２（図では一部にのみ符号を付してある）と、ＶＣＣＤ２を転送されてきた電荷を垂直方向Ｙに直交する水平方向Ｘに転送する水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）１１ａとを備える。

多数の光電変換素子１は、垂直方向Ｙにｎ個、水平方向Ｘにｍ個配列されており、ｎ＜ｍとなっている。又、多数の光電変換素子１には、黒レベル検出用やスミア補正用等の受光面が遮光された光電変換素子（オプティカルブラック（ＯＢ）素子）が含まれている。多数の光電変換素子１と多数個のＶＣＣＤ２が形成されたシリコン基板上の領域を受光領域１１とする。受光領域１１の周辺部には、上述したＯＢ素子が形成されている。このため、受光領域１１にある多数の光電変換素子１のうち、ＯＢ素子を除く光電変換素子１が、この固体撮像素子で最大サイズの画像を得るために用いられる光電変換素子となる。受光領域１１にある多数の光電変換素子１のうち、ＯＢ素子を除く光電変換素子１が形成された領域３のことを、以下では、最大受光領域３という。最大受光領域３のサイズは、その領域内のＸ方向に並ぶ光電変換素子１の数とＹ方向に並ぶ光電変換素子１の数で表すことができる。

図８は、図７に示す固体撮像素子にて動画撮影を行う場合の説明図である。静止画像を撮影する場合には、最大受光領域３にある全ての光電変換素子１からの信号を利用する。しかし、動画撮影の場合には、例えば１秒間に３０フレームという高フレームレートで信号を固体撮像素子から読み出す必要があるため、最大受光領域３にある光電変換素子１のうちの一部の光電変換素子１（以下、動画撮影用光電変換素子１ともいう）から得られる信号のみを利用する。最大受光領域３のうち、動画撮影用光電変換素子１が形成された領域を動画撮影用受光領域Ａという。動画撮影用受光領域Ａは、例えば（Ｘ方向）ｍ／３個×（Ｙ方向）ｎ／３個の光電変換素子１が形成された領域である。そして、動画撮影時には、動画撮影用受光領域Ａ以外の領域Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにある光電変換素子１から得られた信号は読み捨てる様にしている。動画撮影用受光領域Ａのサイズも、その領域内のＸ方向に並ぶ光電変換素子１の数とＹ方向に並ぶ光電変換素子１の数で表すことができる。

特開２００４―２８９６３６号公報

動画撮影時には、動画撮影用受光領域Ａ以外の動画像データ生成には不要な領域Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにも光が入射することになる。領域Ｄ，Ｅにある光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２は、動画撮影用受光領域Ａにある光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２と共通ではないため、領域Ｄ，Ｅにある光電変換素子１に強い光が入射しても、スミアは発生しない。しかし、領域Ｂ，Ｃの一部にある光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２は、動画撮影用受光領域Ａにある光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２と共通となっているため、領域Ｂ，Ｃの一部にある光電変換素子１に強い光が入射した場合には、スミアが発生してしまう。動画撮影用受光領域Ａにある光電変換素子１に強い光が入ることによるスミアの発生を抑制することは困難であるが、領域Ｂ，Ｃが原因となるスミアに関しては、改善の余地があると考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、動画撮影時のスミアを抑制することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子の各々から得られた電荷を所定方向に転送する第一電荷転送部と、前記第一電荷転送部を転送された電荷を前記所定方向と交差する方向に転送する第二電荷転送部とを含むＣＣＤ型の固体撮像素子を有する撮像装置であって、前記多数の光電変換素子及び前記第一電荷転送部が形成された領域を受光領域とし、前記受光領域のうち、最大サイズの画像を得るために用いられる前記光電変換素子が形成された領域を最大受光領域とし、動画撮影時、前記最大受光領域にある光電変換素子の一部である動画撮影用光電変換素子のみから信号を読み出す制御を行う制御手段と、前記動画撮影時、前記最大受光領域にある前記動画撮影用光電変換素子を除く光電変換素子のうち、前記動画撮影用光電変換素子から電荷が読み出される前記第一電荷転送部と共通の前記第一電荷転送部に電荷が読み出される光電変換素子の少なくとも一部を遮光する遮光手段とを備える。

本発明の撮像装置は、前記動画撮影用光電変換素子が形成された動画撮影用受光領域と前記第二電荷転送部との間の前記最大受光領域のサイズが、前記動画撮影用受光領域のサイズ以上であり、前記動画撮影時、前記遮光手段が、前記動画撮影用受光領域と前記第二電荷転送部との間の前記最大受光領域にある光電変換素子を少なくとも遮光する。

本発明によれば、動画撮影時のスミアを抑制することが可能な撮像装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。図１において図７と同じ構成には同一符号を付してある。
図１に示す固体撮像素子１００は、図７に示す固体撮像素子において、水平方向Ｘの光電変換素子１の数ｍと、垂直方向Ｙの光電変換素子１の数ｎとの関係を、ｎ＞ｍとした縦長の構成にした以外は、全て同じである。

図２は、図１に示す固体撮像素子１００を搭載する撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図２に示すデジタルカメラ５は、後述する撮影レンズ１０や絞り１６ａを含む撮影光学系１６と、回転台４０上に載置された図１に示す固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた赤外線カットフィルタ１３と、光学ローパスフィルタ１４とを備える。

デジタルカメラ５の全体を統括制御するＣＰＵ１５は、レンズ駆動部１２を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、絞り、シャッタ駆動部１９を介し絞り１６ａの開口量を制御して露光量が適正露光量となるように調整する。

また、ＣＰＵ１５は、撮像素子駆動部２０を介して固体撮像素子１００を駆動することで各光電変換素子１からの信号の読み出しや読み捨て制御を行い、撮影レンズ１０を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ１５が行う固体撮像素子１００からの信号読み出し制御と読み捨て制御とにより、最大受光領域３にある光電変換素子１のうち、動画撮影に用いる動画撮影用光電変換素子１及びこれらが形成された領域である動画撮影用受光領域Ａの設定が行われる。

更に、ＣＰＵ１５には、操作部２１を通してユーザの指示信号が入力され、ＣＰＵ１５はこの指示に従って各種制御を行うと共に、ユーザからの指示が静止画撮影指示か動画撮影指示かによって回転台４０を回転させ、被写体に対する固体撮像素子１００の姿勢を後述するように制御する。

デジタルカメラ５の電気制御系は、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部２２と、このアナログ信号処理部２２から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２３とを備え、これらはＣＰＵ１５によって制御される。

更に、このデジタルカメラ５の電気制御系は、フレームメモリ２４に接続されたメモリ制御部２５と、オフセット処理やホワイトバランス補正処理，ガンマ補正処理等を行うデジタル信号処理部２６と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部２７と、着脱自在の記録媒体２９が接続される外部メモリ制御部３０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部３１が接続される表示制御部３２とを備え、これらは、制御バス３３及びデータバス３４によって相互に接続され、ＣＰＵ１５からの指令によって制御される。

図３は、図１のデジタルカメラ５に対する固体撮像素子１００の姿勢を示す図である。デジタルカメラ５の撮影レンズ１０の背面側には固体撮像素子１００が配置されるが、この固体撮像素子１００は、上述した様に回転台４０上に設置される。

ユーザが静止画像を撮影する場合には、ＣＰＵ１５は回転台４０に指令を出力し、固体撮像素子１００の姿勢を、図３（ａ）に示すように、横長のデジタルカメラ５の筐体に対して横長の姿勢で固定する。

図３（ａ）に示す状態で静止画撮影が行われ、固体撮像素子１００の最大受光領域３にある光電変換素子１から得られた信号は、図２のフレームメモリ２４内に取り込まれ、走査方向が縦方向（短辺方向）から横方向（長辺方向）に変換される。これにより、従来の横長の固体撮像素子から読み出された信号と同様の処理が可能となる。

ユーザが動画撮影をすべく操作部２１から指示入力を行うと、ＣＰＵ１５は回転台４０に回転指令を出力し、図３（ｂ）に示す様に、横長のデジタルカメラ５の筐体に対して固体撮像素子１００の姿勢を縦長配置とする。そして、ＣＰＵ１５は、縦長配置となった固体撮像素子１００の動画撮影用光電変換素子１のみから信号を読み出す制御を行う。

これにより、図４に示す様に、固体撮像素子１００の最大受光領域３の一部に動画撮影用受光領域Ａが設定され、動画撮影用受光領域Ａにある動画撮影用光電変換素子１から得られた信号が固体撮像素子１００から出力され、他の領域Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにある光電変換素子１からの信号は読み捨てられる。

図５は、図２に示す撮影光学系１６の概略構成を示す図である。
撮影光学系１６は、２枚の撮影レンズ１０と、２枚の撮影レンズ１０の間にある絞り１６ａと、被写体側の撮影レンズ１０と絞り１６ａとの間に配置された遮光部材１６ｂとを備える。撮影レンズ１０の後方に固体撮像素子１００が配置されている。なお、説明を簡単にするため、図５では、撮影レンズ１０と固体撮像素子１００との間に配置された赤外線カットフィルタ１３および光学ローパスフィルタ１４をそれぞれ省いて図示している。

遮光部材１６ｂは、光の透過を阻止する薄板状の金属や合成樹脂などからなり、動画撮影時に、最大受光領域３にある動画撮影用光電変換素子１を除く光電変換素子１のうち、動画撮影用光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２と共通のＶＣＣＤ２に電荷が読み出される光電変換素子１の少なくとも一部を遮光する遮光手段として機能する。例えば、動画撮影時に図４に示すように動画撮影用受光領域Ａが設定される場合、遮光部材１６ｂによって領域Ｂ及び領域Ｃが遮光される。

遮光部材１６ｂは、図２に示す遮光部材駆動部１８により、その位置を制御される。遮光部材駆動部１８は、ＣＰＵ１５によって制御される。遮光部材１６ｂの位置は、図５に示すＰ１〜Ｐ５のような位置が考えられる。遮光部材１６ｂは、動画撮影時以外は、遮光部材駆動部１８により光路上から退避させられて、固体撮像素子１００を遮光することはない。

この遮光部材１６ｂにより、動画撮影時において、図４に示す領域Ｂ及び領域Ｃが遮光されるため、領域Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにある光電変換素子１のうち、動画撮影用光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２と共通のＶＣＣＤ２に電荷が読み出される光電変換素子１に光が入射されることはない。この結果、動画撮影用受光領域Ａ以外の受光領域３に入射した不要な光が原因で発生するスミアを抑制することができる。尚、領域Ｂ，Ｃにある光電変換素子１のうち、動画撮影用光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２と共通のＶＣＣＤ２に電荷が読み出される光電変換素子１の一部を遮光するだけでも、効果は薄いがスミア抑制効果を得ることができる。

尚、動画撮影用受光領域Ａを図６に示すように設定することも可能である。図６の例では、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の最大受光領域３のサイズが、動画撮影用受光領域Ａのサイズ以上となるように設定している。例えば、動画撮影用受光領域Ａにある動画撮影用光電変換素子１の数を（Ｘ方向）６４０×（Ｙ方向）４８０とすると、領域Ｃのうち、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の領域にある光電変換素子１の数が（Ｘ方向）６４０以上×（Ｙ方向）４８０以上となるように、動画撮影用受光領域Ａの位置やサイズを設定する。そして、動画撮影時、遮光部材１６ｂが領域Ｃを遮光するように、遮光部材駆動部１８が遮光部材１６ｂを制御する。このようにした場合でも、動画撮影用受光領域Ａ以外の領域に入射した不要な光が原因で発生するスミアを抑制することができる。又、このようにした場合には、固体撮像素子１００がフレームインターライン型の固体撮像素子と同じような構成となる。このため、撮像素子駆動部２０によって、フレームインターライン型の固体撮像素子の駆動と同様の駆動を固体撮像素子１００に適用することで、スミアをより抑制することができる。

図６に示すように動画撮影用受光領域Ａを設定した場合には、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の最大受光領域３にある光電変換素子１を少なくとも遮光していれば、フレームインターライン（ＦＩＴ）型の固体撮像素子と同じような駆動を適用することが可能である。

次に、動画撮影時に固体撮像素子１００を図３（ｂ）に示すような姿勢にすることの利点について説明する。
固体撮像素子１００の最大受光領域３に例えば（Ｘ方向）４０００×（Ｙ方向）３０００の光電変換素子１があり、動画撮影用受光領域Ａに（Ｘ方向）２０００×（Ｙ方向）１１２５の光電変換素子１がある場合、読み捨て対象となる領域Ｄ，ＥのＸ方向の光電変換素子１の数は４０００−２０００＝２０００となる。

領域Ｂ，Ｃから読み出された電荷は、例えばＶＣＣＤ２とＨＣＣＤ１１ａとの間の接続部分に設けた廃棄箇所で固体撮像素子１００のシリコン基板側に廃棄することができるため、高速の読み捨てが可能である。これに対し、領域Ｄ，Ｅから読み出された電荷を上記の廃棄箇所で同様に廃棄してしまうと、動画撮影用受光領域Ａから読み出された電荷も一緒に廃棄されてしまう。そこで、領域Ｄ，Ｅから読み出された電荷は、ＶＣＣＤ２からＨＣＣＤ１１ａに転送し、ＨＣＣ１１ａを転送させた後にしか、廃棄できない。このため、不要電荷の廃棄に要する時間の大部分は、ＨＣＣＤ１１ａに沿う方向の領域Ｄ，Ｅの光電変換素子１の数が大きくかかわることになる。

固体撮像素子１００の最大受光領域３に、例えば（Ｘ方向）３０００×（Ｙ方向）４０００の光電変換素子１があり、動画撮影用受光領域Ａに（Ｘ方向）２０００×（Ｙ方向）１１２５の光電変換素子１がある場合、読み捨て対象となる領域Ｄ，ＥのＸ方向の光電変換素子１の数は３０００−２０００＝１０００となる。

つまり、固体撮像素子１００を縦長の構成にすることで、横長の構成にした場合よりも高速に不要電荷の読み捨てができ、余った時間を動画撮影用受光領域Ａからの信号の読み出しに振り替えることが可能となる。このため、高解像度の固体撮像素子１００からでも高フレームレートで動画像データを読み出すことができ、高解像度の動画像の撮影が容易となる。

尚、以上の説明では、固体撮像素子１００を、一般的ではない縦長の構成とし、これを動画撮影時と静止画撮影時とで回転させて用いているが、従来からある図７に示すような横長の固体撮像素子を搭載するデジタルカメラにおいても、上述した遮光手段を設けることで、スミアを抑制することが可能である。

つまり、図８に示すような構成の固体撮像素子を搭載する撮像装置において、動画撮影時に、領域Ｂ，Ｃのうち、動画撮影用光電変換素子１から電荷が読み出されるＶＣＣＤ２と共通のＶＣＣＤ２に電荷が読み出される光電変換素子１の少なくとも一部を遮光する遮光手段を設けた構成とすれば良い。

又、図８に示すような構成の固体撮像素子を搭載する撮像装置において、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の最大受光領域３のサイズが、動画撮影用受光領域Ａのサイズ以上となるように設定し、動画撮影時、遮光手段が、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の最大受光領域３にある光電変換素子１を少なくとも遮光するようにすれば、ＦＩＴ型の固体撮像素子と同様の駆動を適用することができる。

動画撮影時に固体撮像素子１００を図３（ｂ）に示すような姿勢にすることで、次のような利点もある。
固体撮像素子１００の最大受光領域３に例えば（Ｘ方向）２０００×（Ｙ方向）３０００の光電変換素子１があり、動画撮影用受光領域Ａに（Ｘ方向）１０００×（Ｙ方向）１５００の光電変換素子１がある第一の構成と、固体撮像素子１００の最大受光領域３に例えば（Ｘ方向）３０００×（Ｙ方向）２０００の光電変換素子１があり、動画撮影用受光領域Ａに（Ｘ方向）１０００×（Ｙ方向）１５００の光電変換素子１がある第二の構成とを比較する。

第二の構成では、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の最大受光領域３において、光電変換素子１がＹ方向に２０００−１５００＝５００個しかない。このため、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の最大受光領域３のサイズが動画撮影用受光領域Ａのサイズ以上となるように設定することができない。これに対し、第一の構成によれば、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の最大受光領域３において、光電変換素子１がＹ方向に３０００−１５００＝１５００個ある。このため、動画撮影用受光領域ＡとＨＣＣＤ１１ａとの間の最大受光領域３のサイズを動画撮影用受光領域Ａのサイズと同じにすることができる。このように、固体撮像素子１００を縦長配置にすることで、横長配置ではできなかった、フレームインターライン型の固体撮像素子と同じような駆動を適用することが可能となり、スミア抑制効果を向上させることができる。

尚、上述した実施形態では、固体撮像素子１００を姿勢変更手段である回転台４０に載せ、静止画像の撮影か動画像の撮影かによって光学中心を中心として回転台４０を回転させ、動画撮影時に固体撮像素子１００を縦長姿勢としたが、回転台４０の構成はどのようなものでもよく、また、光学中心から外れた位置を中心として固体撮像素子１００を含む光学系全体の姿勢を９０度回転移動させる回転台を用いてもよい。更に、固体撮像素子１００の姿勢をデジタルカメラ５に対して固定設置し、回転台４０を設ける代わりに、動画撮影時に固体撮像素子１００の姿勢が縦長姿勢になっていないときこれを例えば重力方向を検知するセンサで知り、ユーザに対して警告する構成を設けてもよい。

本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図。 図１に示す光電変換素子を搭載する撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図。 図１のデジタルカメラに対する固体撮像素子の姿勢を示す図。 図１に示すデジタルカメラにおける動画撮影用受光領域Ａの設定例を示す図 図２に示す撮影光学系の概略構成を示す図。 図１に示すデジタルカメラにおける動画撮影用受光領域Ａの設定例を示す図 一般的なＣＣＤ型固体撮像素子の平面模式図。 図７に示す固体撮像素子にて動画撮影を行う場合の説明図

符号の説明

１ 光電変換素子
２ ＶＣＣＤ
３ 最大受光領域
１１ 受光領域
１１ａ ＨＣＣＤ
５ デジタルカメラ
１６ａ 絞り
１６ｂ 遮光部材
１００ 固体撮像素子

Claims (2)

1. 多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子の各々から得られた電荷を所定方向に転送する第一電荷転送部と、前記第一電荷転送部を転送された電荷を前記所定方向と交差する方向に転送する第二電荷転送部とを含むＣＣＤ型の固体撮像素子を有する撮像装置であって、
   前記多数の光電変換素子及び前記第一電荷転送部が形成された領域を受光領域とし、
   前記受光領域のうち、最大サイズの画像を得るために用いられる前記光電変換素子が形成された領域を最大受光領域とし、
   動画撮影時、前記最大受光領域にある光電変換素子の一部である動画撮影用光電変換素子のみから信号を読み出す制御を行う制御手段と、
   前記動画撮影時、前記最大受光領域にある前記動画撮影用光電変換素子を除く光電変換素子のうち、前記動画撮影用光電変換素子から電荷が読み出される前記第一電荷転送部と共通の前記第一電荷転送部に電荷が読み出される光電変換素子の少なくとも一部を遮光する遮光手段とを備える撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置であって、
   前記動画撮影用光電変換素子が形成された動画撮影用受光領域と前記第二電荷転送部との間の前記最大受光領域のサイズが、前記動画撮影用受光領域のサイズ以上であり、
   前記動画撮影時、前記遮光手段が、前記動画撮影用受光領域と前記第二電荷転送部との間の前記最大受光領域にある光電変換素子を少なくとも遮光する撮像装置。

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