JP2009021991A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影画像の画質の低下を抑えつつ高速な連写が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮影モードとして、通常撮影モードと、複数の画像データを生成する連写モードとを有する撮像装置であって、撮影モードを設定するための指示を受け付ける操作部（１１０）と、読み出しモードとして、すべての画素の画像信号を出力する通常読出しモードと、所定の画素の画像信号とその周辺画素の画像信号とを混合して出力する混合読出しモードとを有する撮像素子（１０２）と、撮像素子から出力された画像信号から画像データを生成する信号処理部（１０６ｂ）と、撮像素子の読み出しモードを制御する画素混合制御部（１０６ｃ）とを備える。画素混合制御部は、撮影モードが前記連写モードに設定されている場合、撮像素子を混合読出しモードで動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続撮影（以下「連写」と称す。）が可能な撮像装置であって、特に、高画素数の撮像素子を備えた撮像装置における高速な連写技術に関する。

近年、デジタルカメラの高画素数化は著しく、小型デジタルカメラにおいても、１０００万から１２００万画素の撮像素子を使用した製品が登場している。これによって、Ａ３程度の大きさの用紙に印刷しても、十分鑑賞に堪え得る印刷結果を得ることができる。

一方、デジタルカメラの高画素数化は、撮像素子から画像信号を読み出すのに要する時間の増加をもたらす。この問題は、特に動きのある被写体を連写してベストショットを得る、いわゆる連写モードにおいて顕著になる。すなわち、高画素数の撮像素子においては、撮像素子から画像信号を読み出すのに時間がかかるので、高速な連写が困難になりベストショットを逃す可能性が高まる。

上記課題を解決するために、特許文献１に記載の電子スチルカメラが提案されている。特許文献１に記載の電子スチルカメラは、撮像素子から画像信号を読み出すときに、水平ラインを間引いて高速に読み出しを行っている。これによって、高画素数の撮像素子を使用した電子スチルカメラにおいて高速な連写を可能としている。
特開２００３−２１９２６７号公報

しかし、特許文献１に記載の電子スチルカメラでは、撮像素子から画像信号を読み出すときに、水平ラインを間引いて読み出すので、撮影画像の画質が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高速連写における撮影画像の画質の低下を抑制する撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の撮像装置は、撮影モードとして、単一の撮影指示に対して単一の画像データを生成する通常撮影モードと、単一の撮影指示に対して複数の画像データを生成する連写モードとを有する撮像装置である。第１の撮像装置は、撮影モードを設定する設定部と、複数の画素を有し、読み出しモードとして、すべての画素の画像信号を出力する通常読出しモードと、所定の画素の画像信号とその周辺画素の画像信号とを混合して出力する混合読出しモードとを有する撮像素子と、撮像素子の読み出しモードを制御する画素混合制御部とを備える。画素混合制御部は、撮影モードが連写モードに設定されている場合、撮像素子を混合読出しモードで動作させる。

本発明に係る第２の撮像装置は、撮影モードとして、単一の撮影指示に対して単一の画像データを生成する通常撮影モードと、単一の撮影指示に対して複数の画像データを生成する連写モードとを有する撮像装置である。第２の撮像装置は、撮影モードを設定する設定部と、複数の画素を有し、読み出しモードとして、すべての画素の画像信号を出力する通常読出しモードと、所定の画素の画像信号とその周辺画素の画像信号とを混合して出力する混合読出しモードとを有する撮像素子と、撮像素子の読み出しモードを制御する画素混合制御部とを備える。連写モードは、通常連写モードと、単一の撮影指示に対して前記通常連写モードよりも単位時間当たりに生成可能な画像データの数が多い高速連写モードとを含む。画素混合制御部は、撮影モードが通常連写モードに設定されている場合、撮像素子を通常読出しモードで動作させ、撮影モードが高速連写モードに設定されている場合、撮像素子を混合読出しモードで動作させる。

本発明に係る第３の撮像装置は、撮影モードとして、単一の撮影指示に対して単一の画像データを生成する通常撮影モードと、単一の撮影指示に対して複数の画像データを生成する連写モードとを有する撮像装置である。第３の撮像装置は、撮影モードを設定する設定部と、複数の画素を有し、読み出しモードとして、すべての画素の画像信号を出力する通常読出しモードと、所定の画素の画像信号とその周辺画素の画像信号とを混合して出力する混合読出しモードとを有する撮像素子と、撮像素子の読み出しモードを制御する画素混合制御部とを備える。画素混合制御部は、撮影モードが前記連写モードに設定されている場合、設定部による設定にしたがい、撮像素子の読み出しモードを、混合読出しモードまたは通常読み出しモードのいずれかに切り替え可能である。

本発明によれば、連写モードでの撮影時において、撮像素子の読み出しモードを、複数の画素の画像信号を混合して読み出す混合読出しモードに切り替える。混合読出しモードにおいて、混合して読み出された画像信号は複数画素の画像信号の情報を含んでいるにも関わらず、読み出す画像信号の量は少なくなる。よって、高速な連写を行った場合でも、撮影画像の画質の低下を抑制することができる。

以下添付の図面を参照し、本発明の実施の形態を説明する。

１．構成
図１は、本発明に係る撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。デジタルカメラ１００は、被写体からの光学情報を受ける光学系１０１と、光学情報を電気的な画像信号に変換するＣＣＤ１０２と、光学情報から生成された画像信号を処理する信号処理ＬＳＩ１０６と、種々の情報を表示するＬＣＤ１０７と、ユーザが各種操作（設定）を行うための各種操作釦１０８、１１０等を含む。

光学系１０１は、被写体の像をＣＣＤ１０２に結像する。光学系１０１は、複数のレンズ群（図示せず）で構成されており、メカシャッタ１０１ａを含む。メカシャッタ１０１ａは、ＣＣＤ１０２上に被写体の像を含む光学情報を到達させたり、到達させなかったりすることで、ＣＣＤ１０２の露光時間を制御する機構部品である。ＣＣＤ１０２の露光時間を高い分解能で制御するために、ＣＣＤ１０２の露光時間を電子的に制御する電子シャッタもメカシャッタ１０１ａと併用される。

ＣＣＤ１０２は複数の画素を含み、ＣＣＤ１０２上に結像した被写体像に対応した画像信号を出力する。ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）１０３は、ＣＣＤ１０２から出力されたアナログ信号である画像信号をデジタル信号である画像データに変換して、バス１０４を経由してＳＤＲＡＭ１０５に格納する。ＡＦＥ１０３は、画像信号のノイズ成分を除去するＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路、画像信号の大きさを調整するＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アンプ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（いずれも図示せず）などを含むＬＳＩである。

信号処理ＬＳＩ１０６は、ＣＰＵ１０６ａ、信号処理部１０６ｂ、画素混合制御部１０６ｃ、光学系制御部１０６ｄで構成されている。ＣＰＵ１０６ａは、信号処理ＬＳＩ１０６内のＲＯＭ（図示せず）に記録された命令によって、信号処理ＬＳＩ１０６全体の制御を行う。信号処理部１０６ｂは、ＡＦＥ１０３によってＳＤＲＡＭ１０５に格納された画像データをＬＣＤ１０７での表示に適した表示データに変換してＬＣＤ１０７に出力する。ＣＣＤ１０２に結像した被写体の像を連続してＬＣＤ１０７に出力している期間を「モニタ期間」と呼ぶ。

シャッタ釦１０８が押下されることによってデジタルカメラ１００の撮影動作が開始される。光学系制御部１０６ｄは、メカシャッタ１０１ａと電子シャッタを併用して、被写体の像をＣＣＤ１０２に露光させる。この期間を「露光期間」と呼ぶ。露光期間が終わると、ＣＣＤ１０２に蓄積された画像信号が読み出される。この期間を「読出期間」と呼ぶ。信号処理部１０６ｂは、ＡＦＥ１０３によってＳＤＲＡＭ１０５に格納された画像データが、シャッタ釦１０８を押すことによって撮影された画像データである場合は、記録データ用のフォーマットに変換してメモリカード１０９に記録する。

ＣＣＤ１０２、ＬＣＤ１０７、及びその他の回路は、ＴＧ（タイミング・ジェネレータ）（図示せず）が生成するクロックに同期して動作している。特に、モニタ期間においては、ＣＣＤ１０２とＬＣＤ１０７は３０秒毎に更新されており、両者の更新タイミングは同期している。ＣＣＤ１０２の情報の更新タイミングを生成する信号を「ＣＣＤＶＤ」と、ＬＣＤ１０７の情報の更新タイミングを生成する信号を「ＬＣＤＶＤ」と呼ぶ。

ＡＦＥ１０３と信号処理ＬＳＩ１０６を単一のＬＳＩで構成してもよい。画素混合制御部１０６ｃは、信号処理部１０６ｂに含まれていてもよいし、ＣＰＵ１０６ａが画素混合制御部１０６ｃの機能を実現してもよい。なお、ＣＣＤ１０２は、本発明の撮像素子に相当する。ＡＦＥ１０３は、本発明の信号処理部に相当する。操作釦１１０は本発明の設定部に相当する。なお、ＣＰＵ１０６ａにより種々の設定が自動で行われる場合、操作部はＣＰＵ１０６ａに相当する。画素混合制御部１０６ｃは、本発明の画素混合制御部に相当する。

２．動作
２．１ 撮影モード
デジタルカメラ１００は複数の撮影モードを有し、操作釦１１０によって撮影モードを切り替えることができる。撮影モードには「通常撮影モード」と「連写モード」とがある。通常撮影モードは、シャッタ釦１０８を一回押すことによって、一つの撮影画像を得るモードである。連写モードは、シャッタ釦１０８を押下している間、連続した複数の撮影画像を得るモードであり、「通常連写モード」と「高速連写モード」を含む。通常連写モードは、シャッタ釦１０８を押下している間、比較的低速で、連続した複数の撮影画像を得るモードである。高速連写モードは、シャッタ釦１０８を押下している間、比較的高速で、連続した複数の撮影画像を得るモードである。例えば、通常連写モードは、１秒間に４枚の画像データを生成でき、高速連写モードは、１秒間に１０枚の画像データを生成できる。

２．２ ＣＣＤの読み出しモード
本実施形態のＣＣＤ１０２は複数の読み出しモードを有する。画素毎に画像信号が読み出される読み出しモードを「通常読み出しモード」という。本実施形態のＣＣＤ１０２は、この通常読み出しモードに加えて、複数の画素の画像信号を混合して読み出す「混合読み出しモード」をさらに有する。撮像素子に対して、混合読み出しモードにおいて混合する画素の数を外部から設定できるようになっている。本実施形態では、混合読み出しモードとして「９画素混合読み出しモード」と「３画素混合読み出しモード」を含む。複数の画素の画像信号を混合して読み出すと、混合して読み出された画像信号は混合された周辺画素の画像信号の情報を含んでいるにも関わらず、読み出す画像信号の量を減らすことができる。これによって、撮影画像の画質の低下を抑えつつ読み出し期間を短縮することができる。画素混合制御部１０６ｃは、ＣＣＤ駆動ＩＣ１１１に駆動信号を送って、混合する画素数の変更を指示する。以下、各読み出しモードを説明する。

（１）通常読み出しモード
図２を用いて、通常読出しモードによるＣＣＤ１０２からの画像信号の読み出しについて説明する。図２（ａ）に示すようにＣＣＤ１０２は複数の水平ラインで構成されており、各水平ラインは多数の画素（図示せず）で構成されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）における破線円部Ｘの拡大図である。ＣＣＤ１０２の水平ラインは、三本おきにＡ、Ｂ、Ｃの三つのグループに分けられ、グループ毎に画像信号が読み出される。すなわち、最初にグループＡに属する水平ラインの画素の画像信号が読み出され、その後、グループＢ、グループＣに属する水平ラインの画素の画像信号が順に読み出される。３つのグループの画像信号が読み出されることでＣＣＤ１０２の全画素の画像信号が読み出される。

（２）９画素混合読み出しモード
９画素混合読み出しモードは、９個の画素の画像信号を混合して読み出すモードである。図３に、９画素混合読み出しにおける画素の組み合わせの例を示す。同図の例の場合、画素３０１〜３０６における各画素を中心として、上下左右斜め方向にそれぞれ２画素離れた所に位置する周辺の８個の画素の画像信号が、中心画素３０１〜３０６の画像信号に混合される。混合された画像信号は、画素３０１〜３０６それぞれの画像信号として読み出される。例えば、画素３０１については、画素３０１と直線で結ばれ、かつ画素３０１と同じハッチングパターンが付された８個の周辺画素の画像信号が、画素３０１の画像信号と混合された後に、画素３０１の画像信号として読み出される。画素３０２〜３０６及び他の画素についても同様である。

（３）３画素混合読み出しモード
３画素混合読み出しモードは、３個の画素の画像信号を混合して読み出すモードである。図４に、３画素混合読み出しにおける画素の組み合わせの例を示す。同図の例の場合、画素７０１〜７０６における各画素を中心として、上下方向にそれぞれ２画素離れた２個の画素の画像信号が、中心画素７０１〜７０６の画像信号に混合される。混合された画像信号は画素７０１〜７０６それぞれの画像信号として読み出される。例えば、画素７０１については、画素７０１と直線で結ばれ、かつ画素７０１と同じハッチングパターンが付された２個の周辺画素の画像信号が、画素７０１の画像信号と混合された後に、画素７０１の画像信号として読み出される。画素７０２〜７０６及び他の画素についても同様である。３画素混合読み出しは、例えば、ＣＣＤ１０２から電荷を読み出す際に、垂直転送時にはＶＣＣＤにて画素を混合し、水平転送時にはＨＣＣＤにて画素を混合しないようにＣＣＤ１０２を駆動させることで実現できる。

９画素混合読み出しは、撮影画像の画質の低下を抑えつつ通常連写モードの約９倍高速な連写を可能とする。これに対して、３画素混合読み出しは、撮影画像の画質の低下をさらに抑えつつ、通常連写モードの約３倍高速な連写を可能にする。すなわち、混合する画素の数を多くすれば読み出す画像信号の量が少なくなるので、より高速な連写が可能になる。一方、混合する画素の数を少なくすれば読み出す画像信号の量は相対的に多くなるが、より画質の低下を抑えた連写が可能になる。

２．３ 読み出しモードの切り替え
本実施形態のデジタルカメラ１００におけるＣＣＤ１０２の読み出しモードの切り替えについて説明する。読み出しモードの切り替えはＣＰＵ１０６ａの指示により画素混合制御部１０６ｃにより行われる。

本実施形態では、ＣＣＤ１０２の読み出しモードは撮影モードに応じて表１に示すように切り替えられる。すなわち、通常撮影モード及び通常連写モードでは、通常読み出しモードに設定され、高速連写モードでは、混合読み出しモード（９画素混合読み出しモードまたは３画素混合読み出しモード）に設定される。このように、高速連写モードにおいてＣＣＤ１０２の読み出しモードを、混合読み出しモードに切り替えることで、高速撮影に対応して画像信号の読み出しを可能とするとともに、撮影画像の画質の低下を抑制することができる。

高速連写モードにおいて実行される混合読み出しモードで混合される画素数は、使用者により操作釦１１０を介して指定されてもよいし、デジタルカメラ１００の製造時に固定されてもよい。または、混合される画素数のデフォルト値を９画素としておき、露出量に応じて切り替えても良い。具体的には、画素混合制御部１０６ｃが露出量を判断し、９画素混合読み出しでは露出オーバーになると判断したときに、混合する画素数を３画素に切り替えてもよい。なお、露出量は例えば被写体画像の輝度から判断できる。すなわち、被写体が明るいときは、画像信号の混合による露出オーバーを避けるために画像信号を混合する画素の数を少なくし、被写体が暗いときは、露出アンダーを避けるために画像信号を混合する画素の数を多くすればよい。また、高速連写モードにおいて、操作釦１１０によりさらに通常読み出しモードにも切り換えられるようにしてもよい。

さらに、操作釦１１０により、高速連写モードにおける連写速度を切り替えられるようにしてもよい。例えば、操作釦１１０により、高速連写モードにおいて、１秒間に１０枚の画像データを生成できる第１の連写速度と、１秒間に１５枚の画像データを生成できる第２の連写速度とを選択できるようにしてもよい。第１の連写速度での高速連写モードを「高速連写モードＬ」と称し、第２の連写速度での撮影モードを「高速連写モードＨ」と称する。そして、高速連写モードＬが選択されると３画素混合読み出しモードに切り替え、高速連写モードＨが選択されると９画素混合読み出しモードに切り替えるようにしてもよい。使用者にとって、混合する周辺画素の数を選択するよりも、１秒間に生成できる画像データの枚数を選択するほうが、直感的に理解しやすく、使い勝手がよい。

２．４ 通常連写モードでの動作（＋通常読み出しモード）
図５は、通常連写モードでの撮影動作の一例を示すタイミングチャートである。通常連写モードでは、表１により、ＣＣＤ１０２の読み出しモードは通常読み出しモードに設定される。なお、通常撮影モードについても、図５においてさらに、期間７と期間８の間に一つまたは複数のモニタ期間Ｍが挿入され、挿入された最後のモニタ期間Ｍにシャッタ釦１０８の押下が行われると考えることで、同様に取り扱われる。

期間１はモニタ期間Ｍであり、その長さは１／３０秒である。モニタ期間Ｍにおいて、メカシャッタ１０１ａは開いた状態である。被写体が明るく露光時間が１／３０秒では露出オーバーになるときは、電子シャッタによってＣＣＤ１０２の露光時間を制限する。図５では、期間１において、シャッタ釦１０８が押されている。

期間２と期間３は撮影画像を得るための露光期間Ｅであり、その長さはそれぞれ１／３０秒である。露光期間Ｅではメカシャッタ１０１ａは開いた状態である。図５では、撮影に必要な露光時間を１／３０秒以上かつ１／１５秒未満と判断したため、期間２と期間３を露光期間Ｅとし、期間２では電子シャッタによってＣＣＤ１０２の露光時間を制限している。なお、撮影に必要な露光時間を１／３０秒未満と判断したときは、期間２のみを露光期間Ｅとし、電子シャッタによってＣＣＤ１０２の露光時間を制限すればよい。期間３が終了すると、読出期間Ｒ（Ａ）の開始に備えて、光学系制御部１０６ｄによってメカシャッタ１０２ａが閉じられる。

期間４から期間６は読出期間Ｒ（Ａ）、Ｒ（Ｂ）、Ｒ（Ｃ）であり、各期間の長さはＣＣＤ１０２が画像信号を出力する速度（ＣＣＤ１０２の総画素数やＣＣＤ１０２の駆動周波数）によって決まる。通常撮影モード及び通常連写モードにおいては、画素混合制御部１０６ｃは、複数の画素の画像信号を混合して読み出すこと（混合読出モード）はせず、すべての画素の画像信号を個別に読み出す通常読出モードをＣＣＤ駆動ＩＣ１１１に要求し、ＣＣＤ駆動ＩＣ１１１はその要求にしたがってＣＣＤ１０２を駆動させる。読出期間Ｒ（Ａ）、Ｒ（Ｂ）、Ｒ（Ｃ）中は、ＣＣＤ１０２に新たな画像信号を蓄積させないために、メカシャッタ１０２ａは閉じた状態である。

図５に示す期間４は読出期間Ｒ（Ａ）であり、図２（ｂ）で「Ａ」を付した水平ライン群の画像信号のみを読み出す。同様に、期間５は読出期間Ｒ（Ｂ）であり、図２（ｂ）で「Ｂ」を付した水平ライン群の画像信号のみを読み出す。期間６は読出期間Ｒ（Ｃ）であり、図２（ｂ）で「Ｃ」を付した水平ライン群の画像信号のみを読み出す。このような読み出し方式を「３フィールド駆動」と呼ぶ。このように、ＣＣＤ１０２のすべての画像信号を読み出すには、期間４から期間６までの時間が必要になる。なお、期間４から期間６の各期間の始めに、垂直転送ラインの残留電荷を高速に掃き出している。これによって、撮影画像の高画質化を図っている。以上の動作により一枚目の画像信号が得られる。

期間７は、ＣＣＤＶＤとＬＣＤＶＤの同期を取るための期間である。期間４から期間６の長さは前述のようにＣＣＤ１０２が画像信号を出力する速さによって決まる。一方、ＬＣＤＶＤは、期間４から期間６の間も１／３０秒の周期で更新されている。したがって、期間６の終わりは、通常、ＬＣＤＶＤと同期していない。そこで、ＣＣＤＶＤを、期間６が終わった後の最初のＬＣＤＶＤと同期させる。また、期間６が終わった後は二枚目の露光期間Ｅの開始に備えて、光学系制御部１０６ｄによってメカシャッタ１０２ａを開ける必要があるが、期間７は、メカシャッタ１０２ａが完全に開いた状態になるのを待つ目的をも有する。期間７については、その必要がなければ省略することも可能である。

期間７の後、二枚目の撮影動作に移行する。期間８から期間１２の動作は、期間２から期間６の動作と同様であり、期間１２が終わると二枚目の画像信号が得られる。以降、シャッタ釦１０８を押下している間、撮影が繰り返される。なお、操作釦１１０の操作によって、通常撮影モードが選択されている場合には、期間７までで撮影動作は終了し、その後はモニタ期間Ｍに復帰する。

２．５ 高速連写モードでの動作（＋９画素混合読み出しモード）
図６は、高速連写モード（本発明の連続撮影モード）での撮影動作の一例を示すタイミングチャートである。ここでは、高速連写モードにおけるＣＣＤ１０２の読み出しモードは、９画素混合読み出しモードに設定されているとする。期間２１はモニタ期間Ｍであり、図５で示した通常連写モード（または通常撮影モード）の期間１と同様であるので、説明を省略する。期間２２と期間２３は露光期間Ｅであり、それぞれ図５で示した通常連写モード（または通常撮影モード）の期間２と期間３と同様であるので、説明を省略する。期間２３が終了すると、読出期間Ｒ（９）の開始に備えて、光学系制御部１０６ｄによってメカシャッタ１０２ａを閉じる。

期間２４は読出期間Ｒ（９）であり、その長さはＣＣＤ１０２が画像信号を出力する速さによって決まる。画素混合制御部１０６ｃは、ＣＣＤ１０２のある画素の画像信号をその周辺８画素の画像信号と混合して出力する９画素混合読み出しモード（本発明の混合読出モードの一例）をＣＣＤ駆動ＩＣ１１１に要求し、ＣＣＤ駆動ＩＣ１１１はその要求にしたがってＣＣＤ１０２を駆動させる。このため、画像信号の量は１／９になる。したがって、読出期間Ｒ（９）の長さは、通常連写モード（または通常撮影モード）の読出期間Ｒ（Ａ）、Ｒ（Ｂ）、Ｒ（Ｃ）の長さの合計の１／９程度になる。読出期間Ｒ（９）中は、ＣＣＤ１０２に新たな画像信号を蓄積させないために、メカシャッタ１０２ａは閉じた状態である。なお、期間２４の始めに、垂直転送ラインの残留電荷を高速に掃き出す。これによって撮影画像の高画質化を図っている。以上で、一枚目の画像信号が得られる。期間２４が終了すると、二枚目の画像に対する露光期間Ｅの開始に備えて、光学系制御部１０６ｄによってメカシャッタ１０２ａが開けられる。

図５に例示した通常撮影モード及び通常連写モードでは３フィールド駆動であったが、一般的に９画素混合読み出しは、１フィールド駆動で実現される。したがって、高速連写モードでは図６に示すように読出期間としてR（９）だけを設ければよい。

複数の画素（ここでは９画素）の画像信号を混合して読み出すと、各画素の画像信号は混合した画素数分大きくなるので、露光時間を長くしたのと同様の効果が得られる。そこで、露光時間を短くしたり、光学系１０１内の絞り機構（図示せず）を絞り込んだりして、露出オーバーにならないようにする。このように、画素混合読み出しを行うことで、読出期間だけではなく、露光時間も短くすることができる。

適正露出を得るための露光時間を短くできれば、露光期間Ｅを１／３０秒の整数倍で短縮することが可能になる場合がある。例えば、通常連写モード時には撮影に必要な露光時間が１／３０秒以上かつ１／１５秒未満であり、露光期間Ｅとして２×ＣＣＤＶＤ（１／１５秒）を要するような被写体であっても、高速連写モード時には撮影に必要な露光時間が１／３０秒未満となり、露光期間Ｅとして１×ＣＣＤＶＤ（１／３０秒）を設ければ十分な適正露出が得られるようになる場合がある。露光期間Ｅが２×ＣＣＤＶＤ（１／１５秒）から１×ＣＣＤＶＤ（１／３０秒）になれば、ある読出期間Ｒ（９）と次の読出期間Ｒ（９）との時間間隔は小さくなり、連写間隔が短くなる効果が生まれる。

一方、通常連写モード時の撮影に必要な露光時間が１／３０秒未満であり、露光期間Ｅが１×ＣＣＤＶＤ（１／３０秒）で終了するような被写体であれば、高速連写モード時の露光期間Ｅとしても１×ＣＣＤＶＤ（１／３０秒）を要するものの、電子シャッタ制御によって露光時間を通常連写モード時の露光時間より短くすることができる。電子シャッタにより露光時間が短くなれば、手ぶれや被写体ぶれを抑制することができるという効果が生まれる。なお、図３は、ある画素の画像信号にその周辺８画素の画像信号を混合した後に読み出す例であるが、画像信号を混合する画素の数を変更することができる。

期間２５は、ＣＣＤＶＤとＬＣＤＶＤの同期を取るための期間であり、図５で示した期間７と同様であるので、説明を省略する。期間２６から期間２８は、期間２２から期間２４と同様であり、期間２８が終わると二枚目の画像信号が得られる。以降、シャッタ釦１０８を押下している間、撮影が繰り返される。

２．６ 高速連写モードでの別の動作例（＋３画素混合読み出しモード）
ここでは、高速連写モード（本発明の連続撮影モード）におけるＣＣＤの読み出しモードが３画素混合読み出しモードに設定されている場合を示す。９画素混合読み出しでは、中心となる画素の画像信号にその上下左右斜め方向の８画素の画像信号が混合される。これに対して、３画素混合読み出しでは、中心となる画素の画像信号に、その上下方向の２画素の画像信号のみを混合して読み出すため、その左右斜め方向の画素の画像信号が混合されない。よって、左右方向についてより解像感の高い撮影画像を得ることができる。

図７は、高速連写モード時における３画素混合読み出しの動作の一例を示すタイミングチャートである。期間４１はモニタ期間Ｍであり、図５で示した通常連写モード（または通常撮影モード）の期間１と同様であるので、説明を省略する。期間４２と期間４３は露光期間Ｅであり、それぞれ図５で示した通常連写モード（または通常撮影モード）の期間２と期間３と同様であるので、説明を省略する。期間４３が終了すると、読出期間Ｒ（３）の開始に備えて、光学系制御部１０６ｄによってメカシャッタ１０２ａを閉じる。

期間４４は読出期間Ｒ（３）であり、その期間の長さはＣＣＤ１０２が画像信号を出力する速さによって決まる。高速連写モードにおける３画素混合読み出しにおいて、画素混合制御部１０６ｃは、ＣＣＤ１０２のある画素の画像信号をその上下２画素の画像信号と混合して出力する３画素混合読み出しモード（本発明の混合読出モードの一例）をＣＣＤ駆動ＩＣ１１１に要求する。ＣＣＤ駆動ＩＣ１１１はその要求にしたがってＣＣＤ１０２を駆動させる。よって、画像信号の量は１／３になる。したがって、読出期間Ｒ（３）の長さは、図５で示した通常連写モード（または通常撮影モード）の読出期間Ｒ（Ａ）、Ｒ（Ｂ）、Ｒ（Ｃ）のいずれか１つの期間の長さと同程度になる。読出期間Ｒ（３）中、ＣＣＤ１０２に新たな画像信号を蓄積させないために、メカシャッタ１０２ａは閉じた状態である。なお、期間４４の始めに、垂直転送ラインの残留電荷が高速に掃き出され、これによって、撮影画像の高画質化を図っている。以上のようにして、一枚目の画像信号が得られる。期間４４が終了すると、二枚目の露光期間Ｅの開始に備えて、光学系制御部１０６ｄによってメカシャッタ１０２ａが開けられる。

図５に示す例では３フィールド駆動であったが、一般的に３画素混合読み出しは、１フィールド駆動で実現される。したがって、高速連写モードでは、図７に示すように読出期間としてR（３）だけを設ければよい。

複数の画素（ここでは３画素）の画像信号を混合して読み出すと、各画素の画像信号は混合した画素数分大きくなるので、露光時間を長くしたのと同様の効果が得られる。そこで、露光時間を短くしたり、光学系１０１内の絞り機構（図示せず）を絞り込んだりして、露出オーバーにならないようにする。このように、画素混合読み出しを行うことで、読出期間だけではなく、露光時間も短くすることができる。

一般的に、この露光時間の短縮効果の大小は、ある画素の周辺何画素分の画素の画像信号を混合したかによって決定されるため、３画素混合読み出しによって得られる露光時間の短縮効果は、９画素混合読み出しによって得られる露光時間の短縮効果よりも小さいものとなる。

適正露出を得るため為の露光時間を短くできれば、露光期間Ｅを１／３０秒の整数倍で短縮することが可能になる場合がある。例えば、通常連写モード時には撮影に必要な露光時間が１／３０秒以上かつ１／１５秒未満であり、露光期間Ｅとして２×ＣＣＤＶＤ（１／１５秒）を要するような被写体であっても、高速連写モード時には撮影に必要な露光時間が１／３０秒未満となり、露光期間Ｅとして１×ＣＣＤＶＤ（１／３０秒）を設ければ十分な適正露出が得られるようになる場合がある。露光期間Ｅが２×ＣＣＤＶＤ（１／１５秒）から１×ＣＣＤＶＤ（１／３０秒）になれば、ある読出期間Ｒ（３）と次の読出期間Ｒ（３）との時間間隔は小さくなり、連写間隔が短くなる効果が生まれる。

一方、通常連写モード時の撮影に必要な露光時間が１／３０秒未満であり、露光期間Ｅが１×ＣＣＤＶＤ（１／３０秒）で終了するような被写体であれば、高速連写モード時の露光期間Ｅとしても１×ＣＣＤＶＤ（１／３０秒）を要するものの、電子シャッタ制御によって露光時間を通常連写モード時の露光時間より短くすることができる。電子シャッタにより露光時間が短くなれば、手ぶれや被写体ぶれを抑制することができるという効果が生まれる。なお、図４は、ある画素の画像信号にその上下２画素の画像信号を混合した後に読み出す例であるが、画像信号を混合する画素の数を変更することができる。

期間４５は、ＣＣＤＶＤとＬＣＤＶＤの同期を取るための期間であり、図５で示した期間７と同様であるので、説明を省略する。期間４６から期間４８は、期間４２から期間４４と同様であり、期間４８が終わると二枚目の画像信号が得られる。以降、シャッタ釦１０８を押下している間、撮影が繰り返される。なお、画素混合制御部１０６ｃは、メモリカード１０９の空き容量を監視し、空き容量が所定量より少ないときに、自動的に３画素混合読み出しモードから９画素混合読み出しモードに切り替えるようにしてもよい。

３．その他
本実施形態では、通常撮影モード、通常連写モード、高速連写モードに関わらず、読出期間の始めに垂直転送ラインの残留電荷を高速に掃き出すことによって、撮影画像の高画質化を図ることとした。しかし、垂直転送ラインの残留電荷の高速掃き出しが必須ということではない。通常撮影モード及び通常連写モードでは垂直転送ラインの残留電荷の高速掃き出しを行うが、高速連写モードでは垂直転送ラインの残留電荷の高速掃き出しを行わないことで、連写速度をさらに高めるようにしてもよい。

表１の例では、通常連写モードでは、読み出しモードは通常読み出しモードに設定されていたが、表２に示すように、通常連写モード及び高速連写モードの双方すなわち連写モードにおいて、読み出しモードを混合読み出しモード（９画素混合読み出しモードまたは３画素混合読み出しモード）に設定してもよい。この構成により、連写モードにおいて高速な画像信号の読み出しを可能とするとともに、撮影画像の画質の低下を抑制することができる。

連写モードにおいて実行される混合読み出しモードの混合される画素数は、使用者により操作釦１１０を介して指定されてもよいし、デジタルカメラ１００の製造時に固定されてもよい。または、混合される画素数のデフォルト値を９画素としておき、露出量に応じて切り替えても良い。また、連写モードにおいて、通常連写モードのときは、混合読み出しモードにおいて混合される画素数を３画素とし、高速連写モードのときは、混合される画素数を９画素としてもよい。また、連写モードにおいて、さらに通常読み出しモードにも切り換えられるようにしてもよい。

また、本実施形態では、混合読み出しとして、３画素混合読み出しと９画素混合読み出しを可能としたが、これらに限定するものではない。混合する画素数をさらに多くの数の中から選択できるようにしてもよい。

また、本実施形態では、一枚の画像の画像信号を得るごとにＣＣＤＶＤとＬＣＤＶＤの同期を取るための期間を設けた。しかし、モニタ期間にＣＣＤＶＤとＬＣＤＶＤの同期を取っていないような場合には、一枚の画像の画像信号を得るごとにＣＣＤＶＤとＬＣＤＶＤの同期を取るための期間を設けなくてもよい。これによって、連写速度をさらに高めることができる。

また、本実施形態では、一枚の画像信号を得るごとにＣＣＤＶＤとＬＣＤＶＤの同期を取るための期間を設けた。しかし、通常連写または高速連写が完了した後、すなわち複数枚の画像の画像信号を得た後に、ＣＣＤＶＤとＬＣＤＶＤの同期を取るための期間を一回だけ設けるようにしてもよい。これによって、連写速度をさらに高めることができる。

また、本実施形態では、読出期間の開始時点でメカシャッタ１０１ａを閉じて、読出期間の終了時点でメカシャッタ１０１ａを開けるようにするメカシャッタ１０１ａ制御を行った。しかし、高速連写モードではメカシャッタ１０１ａの駆動回数が飛躍的に増加するため、メカシャッタ１０１ａの寿命を考慮して、高速連写モード時にはメカシャッタ１０１ａ制御をしないようにしてもよい。

本発明によれば、撮影画像の画質の低下を抑えつつ高速な連写を行うことができるので、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話などの撮像機器に適用して有用である。

本発明の一実施形態であるデジタルカメラの構成を示す図 多数の水平ラインを含むＣＣＤの構成を示す概念図 ９画素混合読み出しの画素の組み合わせの例を示す図 ３画素混合読み出しの画素の組み合わせの例を示す図 通常連写モード（及び通常読み出しモード）での撮影動作の一例を示すタイミングチャート 高速連写モード（及び９画素混合読み出しモード）での撮影動作の一例を示すタイミングチャート 高速連写モード（及び３画素混合読み出しモード）での撮影動作の一例を示すタイミングチャート

符号の説明

１００ デジタルカメラ
１０１ 光学系
１０１ａ メカシャッタ
１０２ ＣＣＤ
１０３ ＡＦＥ
１０４ バス
１０５ ＳＤＲＡＭ
１０６ 信号処理ＬＳＩ
１０６ａ ＣＰＵ
１０６ｂ 信号処理部
１０６ｃ 画素混合制御部
１０６ｄ 光学系制御部
１０７ ＬＣＤ
１０８ シャッタ釦
１０９ メモリカード
１１０ 操作釦

Claims (9)

1. 撮影モードとして、単一の撮影指示に対して単一の画像データを生成する通常撮影モードと、単一の撮影指示に対して複数の画像データを生成する連写モードとを有する撮像装置であって、
   撮影モードを設定する設定部と、
   複数の画素を有し、読み出しモードとして、すべての画素の画像信号を出力する通常読出しモードと、所定の画素の画像信号とその周辺画素の画像信号とを混合して出力する混合読出しモードとを有する撮像素子と、
   前記撮像素子の読み出しモードを制御する画素混合制御部とを備え、
   前記画素混合制御部は、前記撮影モードが前記連写モードに設定されている場合、前記撮像素子を前記混合読出しモードで動作させる、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 撮影モードとして、単一の撮影指示に対して単一の画像データを生成する通常撮影モードと、単一の撮影指示に対して複数の画像データを生成する連写モードとを有する撮像装置であって、
   撮影モードを設定する設定部と、
   複数の画素を有し、読み出しモードとして、すべての画素の画像信号を出力する通常読出しモードと、所定の画素の画像信号とその周辺画素の画像信号とを混合して出力する混合読出しモードとを有する撮像素子と、
   前記撮像素子の読み出しモードを制御する画素混合制御部とを備え、
   前記連写モードは、通常連写モードと、単一の撮影指示に対して前記通常連写モードよりも単位時間当たりに生成可能な画像データの数が多い高速連写モードとを含み、
   前記画素混合制御部は、
   前記撮影モードが前記通常連写モードに設定されている場合、前記撮像素子を前記通常読出しモードで動作させ、
   前記撮影モードが前記高速連写モードに設定されている場合、前記撮像素子を前記混合読出しモードで動作させる、
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 撮影モードとして、単一の撮影指示に対して単一の画像データを生成する通常撮影モードと、単一の撮影指示に対して複数の画像データを生成する連写モードとを有する撮像装置であって、
   撮影モードを設定する設定部と、
   複数の画素を有し、読み出しモードとして、すべての画素の画像信号を出力する通常読出しモードと、所定の画素の画像信号とその周辺画素の画像信号とを混合して出力する混合読出しモードとを有する撮像素子と、
   前記撮像素子の読み出しモードを制御する画素混合制御部とを備え、
   前記画素混合制御部は、前記撮影モードが前記連写モードに設定されている場合、前記設定部による設定にしたがい、前記撮像素子の読み出しモードを、前記混合読出しモードまたは前記通常読み出しモードのいずれかに切り替え可能である、
   ことを特徴とする撮像装置。
4. 前記撮像素子は、混合読出しモードにおいて混合する周辺画素の数が変更可能であって、前記設定部は前記混合読出しモードにおいて混合する周辺画素の数を設定可能である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記撮像素子は、混合読出しモードにおいて混合する周辺画素の数が変更可能であって、
   前記操作部は、前記連写モードにおける連写速度を設定可能であり、
   前記画素混合制御部は、前記連写速度に応じて、前記混合読出しモードにおいて混合する周辺画素の数を設定する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子は、混合読出しモードにおいて混合する周辺画素の数が変更可能であって、前記画素混合制御部は、被写体の明るさに応じて、前記混合する周辺画素の数を変更する、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記画像データを記憶する記憶部をさらに有し、
   前記撮像素子は、混合読出しモードにおいて混合する周辺画素の数が変更可能であって、前記画素混合制御部は、前記記憶部の空き容量に応じて、前記混合する周辺の画素の数を変更する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記混合読出しモードにおいて混合する周辺画素の数は３または９である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
9. 前記混合読出しモードにおいて混合する周辺画素の数を３または９に変更可能であることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の撮像装置。

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