JP2010130343A - 撮像装置及びその駆動制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイナミックレンジを拡大した被写体画像を得る場合でもスミアの影響が小さな高品質な画像を得る。
【解決手段】長露光時間の撮影を行う複数の第1画素と該長露光時間の一部分に重複する短露光時間の撮影を行う複数の第2画素とが混在して二次元アレイ状に配列形成される共に前記第1画素,第2画素で構成される複数の画素列の各々に沿って電荷転送路が形成された固体撮像素子と、前記第1画素の露光開始及び露光終了と前記第2画素の露光開始及び露光終了の夫々の動作タイミングを制御する複数の異なる駆動制御モード(図5(a)と図5(b))が予め用意され被写体の撮影を行うときの撮影条件に応じて複数の前記駆動制御モードのうちのいずれかを選択して前記固体撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段とを備える。
【選択図】図5
【解決手段】長露光時間の撮影を行う複数の第1画素と該長露光時間の一部分に重複する短露光時間の撮影を行う複数の第2画素とが混在して二次元アレイ状に配列形成される共に前記第1画素,第2画素で構成される複数の画素列の各々に沿って電荷転送路が形成された固体撮像素子と、前記第1画素の露光開始及び露光終了と前記第2画素の露光開始及び露光終了の夫々の動作タイミングを制御する複数の異なる駆動制御モード(図5(a)と図5(b))が予め用意され被写体の撮影を行うときの撮影条件に応じて複数の前記駆動制御モードのうちのいずれかを選択して前記固体撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段とを備える。
【選択図】図5
Description
本発明は、広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像することができる撮像装置及びその駆動制御方法に関する。
広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像する撮像装置として、例えば下記の特許文献1記載のものがある。この従来の撮像装置は、CCD型の固体撮像素子を備え、全画素を用いて短露光時間撮影を行うと共に、これに連続し全画素を用いて長露光時間撮影を行い、両撮影で得られた画像データを加算することで、被写体画像のダイナミックレンジを広げている。
しかし、この従来の撮像装置では、短露光時間撮影と長露光時間撮影とが時間的に重ならないため、短露光時間撮影による撮像画像と長露光時間撮影による撮像画像との間に時間的なズレが生じてしまう。
これに対し、下記の特許文献2記載の撮像装置では、CCD型固体撮像素子の全画素を1行置きに、高感度撮影用画素と低感度撮影用画素とに分け、高感度撮影用画素を長時間露光し、この長時間露光中の短時間だけ低感度撮影用画素を露光し、両方の画素で得られた被写体画像を加算合成することで、被写体画像のダイナミックレンジを広げている。
この撮像装置では、長露光時間と短露光時間とが重なるため、両撮像画像間に時間的なズレは生じない。しかし、短時間露光のシャッタ時間と長時間露光のシャッタ時間とを両方共に電子シャッタで制御しているため、短露光時間の終了で垂直電荷転送路に読み出した信号電荷を、長露光時間の終了までの間に垂直電荷転送路上に待機させている時間が長くなると、短露光時間による撮像信号中に含まれるスミア成分が多くなってしまう。
固体撮像素子の画素を、長露光時間用の画素と短露光時間用の画素とに分け、長露光時間による撮像画像とこの長露光時間に重なる短露光時間による撮像画像とを合成する撮像装置の場合、メカニカルシャッタを電子シャッタに併用することで、スミアを減らすことができる。
しかし、メカニカルシャッタは、機械的シャッタのため精度的限界があり、電子シャッタとの組み合わせ方法を撮影条件に合わせて最適に設定する必要がある。
例えば、1000分の1秒まで動作保証されたメカニカルシャッタを用いて短露光時間をメカニカルシャッタで露光終了する場合、1000分の1秒以下の短露光時間を精度良く実現することができない。また、「短露光時間:長露光時間=1:10」を実現する場合、短露光時間の実施限界が1000分の1秒のため、長露光時間は100分の1秒が限界となり、これ以下の長露光時間を実現することができなくなってしまう。
本発明の目的は、メカニカルシャッタと電子シャッタとを撮影条件に合わせて適切に切換設定し、ダイナミックレンジを拡大した被写体画像を得る場合でもスミアの影響が小さな高品質な画像を得ることができる撮像装置及びその駆動制御方法を提供することにある。
本発明の撮像装置は、長露光時間の撮影を行う複数の第1画素と該長露光時間の一部分に重複する短露光時間の撮影を行う複数の第2画素とが混在して二次元アレイ状に配列形成される共に前記第1画素,第2画素で構成される複数の画素列の各々に沿って電荷転送路が形成された固体撮像素子と、前記第1画素の露光開始及び露光終了と前記第2画素の露光開始及び露光終了の夫々の動作タイミングを制御する複数の異なる駆動制御モードが予め用意され被写体の撮影を行うときの撮影条件に応じて複数の前記駆動制御モードのうちのいずれかを選択して前記固体撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段とを備える。
本発明の撮像装置の駆動制御方法は、長露光時間の撮影を行う複数の第1画素と該長露光時間の一部分に重複する短露光時間の撮影を行う複数の第2画素とが混在して二次元アレイ状に配列形成される共に前記第1画素,第2画素で構成される複数の画素列の各々に沿って電荷転送路が形成された固体撮像素子を搭載した撮像装置の駆動制御方法であって、前記第1画素の露光開始及び露光終了と前記第2画素の露光開始及び露光終了の夫々の動作タイミングを制御する複数の異なる駆動制御モードが予め用意され被写体の撮影を行うときの撮影条件に応じて複数の前記駆動制御モードのうちのいずれかを選択することを特徴とする。
本発明によれば、ダイナミックレンジを拡大した被写体画像を得る場合でもスミアの影響が小さな高品質な画像を得ることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態の撮像装置のブロック構成図である。この撮像装置(この例ではデジタルスチルカメラ)10は、CCD型の固体撮像素子11と、固体撮像素子11の前段に置かれたメカニカルシャッタ12,撮影レンズ13,絞り(アイリス)14と、固体撮像素子11の出力信号(撮像画像信号)をアナログ信号処理するCDSAMP(相関二重サンプリング(CDS),利得制御増幅器(AMP))15と、CDSAMP15の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル(A/D)変換器16とを備える。
撮像装置10は、更に、A/D変換器16から出力されるデジタル信号でなる撮像画像信号を取り込む画像入力コントローラ21と、この撮像装置10の全体を統括制御する演算処理装置(CPU)22と、撮像画像信号を画像処理する画像信号処理回路23と、露光量,ホワイトバランスを自動検出するAE&AWB検出回路24と、画像処理用ワークメモリとして使用したり後述の撮像素子駆動信号ファイルを予め保存しておく記憶手段としてのSDRAM25と、画像処理後の撮像画像データをJPEG画像やMPEG画像等に圧縮する圧縮処理回路26と、カメラ背面等に設けられた液晶表示装置27に撮像画像やスルー画像を表示するビデオエンコーダ28と、記録メディア29に撮像画像データを保存するメディアコントローラ30と、これらを相互接続するバス31とを備える。
この撮像装置10は、更に、メカニカルシャッタ12の駆動モータ12aに駆動パルスを供給するモータドライバ34と、撮影レンズ13のフォーカスレンズ位置を駆動するモータ13aに駆動パルスを供給するモータドライバ35と、絞り14の絞り位置制御を行う駆動モータ14aに駆動パルスを供給するモータドライバ36と、固体撮像素子11に駆動タイミングパルス(電子シャッタパルス,読み出しパルス,転送パルス等)を供給するタイミングジェネレータ37とを備え、これらは、CPU22から指令に基づいて動作する。また、CDSAMP15もCPU22からの指令に基づいて動作する。
CPU22には、更に、撮影モード/再生モードを切り換えるスイッチ38と、2段シャッタ(S1,S2)のシャッタレリーズボタン39とが接続され、これらスイッチ38,39から入力されるユーザ指示に基づき、CPU22は撮像装置10を制御する。
図2は、図1に示すCCD型の固体撮像素子11の表面模式図である。この固体撮像素子11には、半導体基板の表面部に、複数のフォトダイオード(図中、8角形で示す部分であり、以下、画素ともいう。)41が二次元アレイ状、図示する例では市松状に配列形成されている。
偶数行のフォトダイオード群を「画素群A」とし、奇数行のフォトダイオード群を「画素群B」としたとき、画素群Aと画素群Bとは、1/2画素ピッチづつずらして形成され、全体として、所謂ハニカム画素配列となっている。
画素群Aだけ見れば各画素41は正方格子配列され、各画素上に、赤(R),緑(G),青(B)の三原色のカラーフィルタがベイヤ配列されている。画素群Bだけ見ても各画素41は正方格子配列され、各画素上に、赤(r),緑(g),青(b)の三原色のカラーフィルタがベイヤ配列されている。「R,G,B」と「r,g,b」は夫々同じ色であるが、画素群Aと画素群Bとを識別するために、カラーフィルタの色を大文字と小文字で区別して表している。
各画素列に沿って垂直電荷転送路(VCCD)42が蛇行して形成され、各垂直電荷転送路42の転送方向端部に沿って水平電荷転送路(HCCD)43が形成され、水平電荷転送路43の出力端部には、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ44が設けられている。
各画素41には、1画素につき2枚の垂直転送電極が設けられており、この2枚の垂直転送電極のうち、図示する例では下側(HCCD43側)の転送電極が読出電極兼用となっている。画素群Aの読出電極には読出パルスVAが共通に印加され、画素群Bの読出電極には読出パルスVBが印加される接続構成となっている。即ち、図中に黒矢印で示した方向に各画素41の蓄積電荷(信号電荷)が読み出され、読出電極下に形成された電位井戸内に信号電荷が移される。
以下、画素群Aを長露光時間用の画素とし、画素群Bを短露光時間用の画素として説明する。
図3は、図1に示す撮像装置10が広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像するときの撮像素子駆動手段の機能構成図である。メモリ(SDRAM)25には、固体撮像素子11を駆動する駆動信号ファイルとして、予め複数種類のファイルが、ファイルa(25a),ファイルb(25b),ファイルc(25c)として用意されている。
固体撮像素子11は、シャッタレリーズボタンが押下されない状態でも1秒間に所定フレーム数の画像データを出力しており、画像信号処理回路23はこの画像データを逐次信号処理し、画像表示装置27にスルー画像として表示している。AE&AWB検出回路24は、固体撮像素子11から取り込んだスルー画像用の画像データを解析し、露光時間算出部24aが露光量に応じた露光時間を算出している。
本実施形態の撮像装置10では、この露光時間を画素群A用の露光時間(長露光時間)とし、露光時間算出部24bは、この長露光時間に対する短露光時間を算出する。短露光時間は、ユーザが指定入力したダイナミックレンジ幅、あるいは撮像装置10がスルー画像データを解析して自動的に定めたダイナミックレンジ幅に応じて時間比「長露光時間:短露光時間=n:1」を定め、この時間比により短露光時間を算出する。
CPU22の駆動方法選択部22aは、AE&AWB検出回路24が算出した長露光時間,短露光時間の算出結果に基づき、メモリ25内の上記ファイルa,b,cのいずれかを選択し、選択したファイルのデータをタイミングジェネレータ37に出力させる。
タイミングジェネレータ37は、駆動信号展開部37aが、受け取ったファイル内の撮像素子駆動信号を展開し、駆動信号出力部37bが撮像素子駆動パルスを生成して固体撮像素子11に出力する。
図4は、図1に示す撮像装置10の撮影手順を示すフローチャートである。AE&AWB検出回路24は、上記説明では、ファイルa,b,cのうちの1つを撮影条件に応じて選択するものとして説明したが、図4では、説明を簡単にするため、ファイルa,bの2つのうちの1つを選択するものとする。
先ず、CPU22は、2段シャッタでなるレリーズボタン39が半押し状態すなわち第1スイッチS1が押下されたか否かを判定し(ステップS1)、半押しされた場合には次のステップS2に進み、測光を行う。この測光は、固体撮像素子11からスルー画像として出力される画像データを取り込み、解析することで行う。
次のステップS3では、測光結果に基づいて、露出を決定する。即ち、画素群Aの長露光時間(シャッタ速度)と絞り14の開口量とを決定し、更に、画素群Bの短露光時間を決定する。
次のステップS4では、ステップS3で決定された短露光時間が所定閾値より短いか否かを判定し、判定結果に応じて処理を2分岐する。所定閾値は、搭載しているメカニカルシャッタ12の動作精度を勘案して決める。
短露光時間が所定閾値より短い場合には、メカニカルシャッタによる高精度の露光終了を行うことができないと判断し、次にシャッタボタンが全押し状態すなわち第2スイッチS2が押下されるのを待機する(ステップS5)。S2スイッチが押下されない場合には、即ち、ユーザがシャッタボタンから指を離したり、S2スイッチ押下までに長時間を要するときはステップS1に戻り、ステップS2の測光をやり直す。
短露光時間が所定閾値より短く、且つ、シャッタボタンが全押しされた場合には、メモリ25からファイルa、即ち、詳細は後述するメカニカルシャッタによる短露光時間の終了を行わない駆動方法を選択し、ファイルaに基づく駆動制御により撮影を行う(ステップS6)。そして、撮像された画像データを、JPEGデータにする等して記録メディア29に保存し(ステップS7)、この処理を終了する。
ステップS4における判定結果が否定、即ち、短露光時間が所定閾値より長い場合には、ステップS5と同様の処理(S2スイッチ押下の待機)を行うステップS8に進む。
ステップS8でS2スイッチが押下されたと判断した場合には、メモリ25からファイルb、即ち、詳細は後述するメカニカルシャッタによる短露光時間の終了を行う駆動制御方法を選択し、ファイルbに基づく駆動制御により撮影を行う(ステップS9)。そして、撮像された画像データを、JPEGデータにするなどしてステップS7で記録メディア29に保存し、この処理を終了する。
図5(a)は、ファイルaによる駆動制御方法の動作タイミングチャートであり、図5(b)は、ファイルbによる駆動制御方法の動作タイミングチャートである。
「短露光時間<所定閾値」の場合(図5(a)の場合)、メカニカルシャッタによる短露光時間の終了を行うより、電子的に露光時間を終了させる方が露光時間の制御精度が高くなる。また、露光時間は短いため、メカニカルシャッタを用いなくてもスミア混入が抑制される。
そこで、このファイルaでは、露光開始時刻k1で電子シャッタパルス45の印加を停止し、長露光時間用の画素群Aと、短露光時間用の画素群Bの露光を開始する。これにより、図5(a)画素群A,Bの各画素には電荷46,47が露光量に応じて蓄積される。
この露光と並行して、図2の垂直電荷転送路42上の各転送電極に高速掃出パルス48を印加し、垂直電荷転送路42上の残留電荷の掃出を行う。この掃出は、短露光時間が短すぎると間に合わない場合があるので、図示するように、露光開始時刻k1に先行して掃出を開始してもよい。
露光開始時刻k1から短露光時間t1が経過した時刻k2では、図2に示す画素群Bの読出電極に読出パルス51を印加する。これにより、画素群Bの各画素の蓄積電荷は、対応する垂直電荷転送路の読出電極下の電位井戸内に読み出される。蓄積電荷が垂直電荷転送路上に読み出された画素群Bの各画素には読出後にも露光が継続するため電荷52が蓄積されるが、この電荷52は、次の撮影時の電子シャッタパルス45によって基板側に廃棄される。
短露光時間t1が経過し、次に露光開始時刻k1から長露光時間t2が経過した時刻k3で、メカニカルシャッタ12が「閉」となる。これにより、画素群Aの各画素の露光時間t2が終了する。
次の時刻k4で画素群Aの読出電極に読出パルス54が印加されると、画素群Aの各画素の蓄積電荷が、対応する読出電極下の電位井戸内に読み出される。以後、垂直転送パルスが垂直電荷転送路42に印加されると、画素群Aの信号電荷と、既に垂直電荷転送路42に読み出されている画素群Bの信号電荷とが、転送され、出力される。
画素群Bの各画素の信号電荷は、時刻k2から時刻k3までの間、メカニカルシャッタが「開」状態で垂直電荷転送路上で待機されるため、スミア電荷が混入する虞がある。しかし、短露光時間が短い場合にこのファイルaが採用され、短露光時間が短いときは対応する長露光時間も短いため、スミア電荷の混入は少なく、画質劣化に繋がる虞は小さい。
画素群Aの各画素の信号電荷と、画素群Bの各画素の信号電荷とは、固体撮像素子11から読み出され撮像画像信号となった後に画像処理時に加算合成されても、また、転送中に転送路上で加算合成されてもよく、広ダイナミックレンジの被写体画像データが得られる。
「短露光時間≧所定閾値」の場合(図5(b)の場合)、メカニカルシャッタによって短露光時間の終了を行った方が、スミア混入が原理的になくなる。
そこで、このファイルbでは、露光開始時刻k1で電子シャッタパルス45の印加を停止し、長露光時間用の画素群Aと、短露光時間用の画素群Bの露光を開始する。これにより、図5(a)画素群A,Bの各画素には電荷46,47が露光量に応じて蓄積される。
露光開始時刻k1から所要時間(長露光時間t2−短露光時間t1)が経過した時刻k2では、図2に示す画素群Bの読出電極に読出パルス51を印加する。これにより、画素群Bの各画素の蓄積電荷は、対応する垂直電荷転送路の読出電極下の電位井戸内に読み出される。そして、この時刻k2から、新たに、画素群Bの各画素に信号電荷52が蓄積される。
時刻k2から短露光時間t1が経過(同時に、露光開始時刻k1から長露光時間t2が経過)した時刻k3で、メカニカルシャッタ12が「閉」となる。これにより、画素群Aの長露光時間t2が終了すると共に、画素群Bの短露光時間t1が終了する。
この露光終了に先立って、図2の垂直電荷転送路42上の各転送電極に高速掃出パルス48を印加し、垂直電荷転送路42上の残留電荷や時刻k2で読み出された画素群Bの蓄積電荷の掃出を行う。
垂直電荷転送路の高速掃出が終了した後の時刻k4で、画素群Aの読出電極と画素群Bの読出電極とに同時に読出パルス54が印加されると、画素群Aの各画素の蓄積電荷と、画素群Bの各画素の蓄積電荷とが、対応する読出電極下の電位井戸内に読み出される。以後、垂直転送パルスが垂直電荷転送路42に印加され、画素群Aの信号電荷と、画素群Bの信号電荷とが、転送され、出力される。
画素群Aの各画素の信号電荷と、画素群Bの各画素の信号電荷とは、固体撮像素子11から読み出され撮像画像信号となった後に画像処理時に加算合成されても、また、転送中に転送路上で加算合成されてもよく、広ダイナミックレンジの被写体画像データが得られる。
本実施形態では、画素群Aの信号電荷と、画素群Bの信号電荷とは、共に、メカニカルシャッタ「閉」の状態下で垂直電荷転送路に読み出され、転送されるため、スミアの混入が原理的にゼロとなり、高画質且つ広ダイナミックレンジの撮像画像を得ることができる。
図6は、ファイルcによる駆動制御方法を示す動作タイミングチャートである。図4では、ファイルaとファイルbの2者の切換制御について述べたが、ファイルaとファイルbとファイルcの3者の切換制御としても良く、また、ファイルaとファイルc,ファイルbとファイルcの2者の切換制御とすることも可能である。
ファイルa(図5(a))による駆動制御方法が最も短い短露光時間の制御に好適であり、ファイルb(図5(b))による駆動制御方法が長い短露光時間の制御に好適であるのに対し、このファイルcによる駆動制御方法は、ファイルa,bの中間の短露光時間の制御に向いており、メカニカルシャッタを露光終了制御には用いずに、短露光時間,長露光時間共に、電子的にシャッタを閉じる方法になっている。
先ず、電子シャッタパルス45が時刻k1で印加停止されると、画素群A,B共に露光が開始され、長露光時間用の画素と短露光時間用の画素とに、電荷46,47が蓄積される。
露光開始時刻k1から所要時間(長露光時間t2−短露光時間t1)が経過した時刻k2では、図2に示す画素群Bの読出電極に読出パルス51を印加する。これにより、画素群Bの各画素の蓄積電荷は、対応する垂直電荷転送路の読出電極下の電位井戸内に読み出される。そして、この時刻k2から、新たに、画素群Bの各画素に信号電荷52が蓄積される。時刻k2で垂直電荷転送路に読み出された画素群Bの信号電荷は、時刻k2後に垂直電荷転送路42に印加される高速掃出パルス48によって廃棄される。
時刻k2から短露光時間t1が経過(同時に、露光開始時刻k1から長露光時間t2が経過)し且つ高速掃出パルス48後の時刻k3で、垂直電荷転送路の画素群A,Bの読出電極に読出パルス54が印加されると、画素群A,Bの各画素の蓄積電荷が対応読出電極下に形成された電位井戸内に読み出され、その直後の時刻k4で、メカニカルシャッタ12が「閉」となり、スミア電荷が混入しない状態で、垂直電荷転送路上の信号電荷の転送が行われ、上記同様に撮像画像信号が出力され、広ダイナミックレンジの被写体画像データが生成される。
このファイルcでは、時刻k2と時刻k3の間で高速掃出パルス48による垂直電荷転送路の掃き出しを行わなければならないが、垂直電荷転送路の転送段数が多いほど高速掃出に時間がかかり、所要時間が必要となる。
即ち、短露光時間t1は、この高速掃出に必要となる時間より短くすることができないという制約があるため、短露光時間の更なる短い制御がファイルaより困難となる。しかし、両露光時間共に制御精度が高くできる電子シャッタで制御するため、ダイナミックレンジ幅、即ち、長露光時間に対する短露光時間の割合を高精度に制御でき、且つ、メカニカルシャッタ「閉」後に信号電荷の転送を行うため、スミア混入を避けることが容易となる。
尚、上述した各実施形態では、画素群Aの各画素の信号電荷と、画素群Bの各画素の信号電荷とを、同時に転送し出力する所謂プログレッシブ読み出しを例に説明したが、メカニカルシャッタ「閉」後に転送を行うため、画素群Aの信号電荷と、画素群Bの信号電荷とを別フィールドで転送し出力する駆動方法でも良いことは言うまでもない。
また、図4のステップS4では、短露光時間と所定閾値とを比較して駆動方法を選択したが、短露光時間に加え長露光時間も加味して駆動方法を選択しても良い。また、長露光時間と短露光時間の比は、要求されるダイナミックレンジ幅で決まるため、長露光時間だけによって駆動方法を選択することも可能である。
更に、上述した各実施形態では、画素配置が、図2に示される所謂ハニカム画素配置の固体撮像素子を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図7(特許文献2の図1と同じ)に示す様に、各画素が正方格子状に配列された固体撮像素子61にも適用可能である。
この固体撮像素子61では、画素62のうち一行置きの画素が長露光時間用の画素(大文字R,G,Bを記載した画素)とされ、残りの一行置きの画素が短露光時間用の画素(小文字r,g,bを記載した画素)となっている。長露光時間用の画素には3原色のカラーフィルタがベイヤ配列され、短露光時間用の画素にもカラーフィルタがベイヤ配列されている。
各画素列に沿って垂直電荷転送路63が形成され、各垂直電荷転送路63の転送方向端部に沿って、水平電荷転送路64が形成され、その出力端部に、アンプ65が形成されている。この固体撮像素子61を搭載した撮像装置でも、図3〜図6の実施形態を適用することで、撮影条件,露出条件が異なるシーンでも、高品質且つ広ダイナミックレンジの被写体画像を得ることが可能となる。
上述した様に、本発明の各実施形態は、長露光時間の撮影を行う複数の第1画素と該長露光時間の一部分に重複する短露光時間の撮影を行う複数の第2画素とが混在して二次元アレイ状に配列形成される共に前記第1画素,第2画素で構成される複数の画素列の各々に沿って電荷転送路が形成された固体撮像素子と、前記第1画素の露光開始及び露光終了と前記第2画素の露光開始及び露光終了の夫々の動作タイミングを制御する複数の異なる駆動制御モードが予め用意され被写体の撮影を行うときの撮影条件に応じて複数の前記駆動制御モードのうちのいずれかを選択して前記固体撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段とを備えることを特徴とする。
また、上記において、前記第1画素と前記第2画素とが同タイミングで露光開始し該第1画素と該第2画素とが異なるタイミングで露光終了となる第1駆動制御モードと、前記第1画素と前記第2画素とが異なるタイミングで露光開始し該第1画素と該第2画素とが同タイミングで露光終了となる第2駆動制御モードとが予め用意されていることを特徴とする。
また、上記において、前記撮影条件に基づき決定された短露光時間の長さと所定閾値との比較結果により前記駆動制御モードの選択を行うことを特徴とする。
また、上記において、前記撮影条件に基づき決定された長露光時間に基づき、または長露光時間と短露光時間の両方に基づき前記駆動制御モードの選択を行うことを特徴とする。
また、上記において、前記固体撮像素子の前段にメカニカルシャッタが搭載され、前記第1駆動制御モードの前記第1画素の露光終了と、前記第2駆動制御モードの前記第1画素及び前記第2画素の露光終了が前記メカニカルシャッタ「閉」で実行されることを特徴とする。
また、上記において、前記固体撮像素子の前段にメカニカルシャッタが搭載され、前記第1の画素の露光終了直後に該メカニカルシャッタが「閉」となることを特徴とする。
また、上記において、前記固体撮像素子の前段にメカニカルシャッタが搭載され、前記第1画素と前記第2画素とが同タイミングで露光開始し該第2画素が露光終了した後に前記第1画素が前記メカニカルシャッタ「閉」で露光終了となる第1駆動制御モードと、前記第1画素と前記第2画素とが異なるタイミングで露光開始し該第1画素と該第2画素とが前記メカニカルシャッタ「閉」で露光終了となる第2駆動制御モードと、前記第1画素と前記第2画素とが異なるタイミングで露光開始し該第1画素と該第2画素とが同タイミングで露光終了となり該露光終了後に前記メカニカルシャッタが「閉」となる第3駆動制御モードとを備えることを特徴とする。
また、上記において、被写体の撮影時に決定された短露光時間と所定閾値t1,t2(t1<t2)とを比較し、短露光時間<t1のとき前記第1駆動制御モードを選択し、t1≦短露光時間<t2のとき前記第3駆動制御モードを選択し、t2≦短露光時間のとき前記第2駆動モードを選択することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置の駆動制御方法は、長露光時間の撮影を行う複数の第1画素と該長露光時間の一部分に重複する短露光時間の撮影を行う複数の第2画素とが混在して二次元アレイ状に配列形成される共に前記第1画素,第2画素で構成される複数の画素列の各々に沿って電荷転送路が形成された固体撮像素子を搭載した撮像装置の駆動制御方法であって、前記第1画素の露光開始及び露光終了と前記第2画素の露光開始及び露光終了の夫々の動作タイミングを制御する複数の異なる駆動制御モードが予め用意され被写体の撮影を行うときの撮影条件に応じて複数の前記駆動制御モードのうちのいずれかを選択することを特徴とする。
本発明の各実施形態によれば、スミアが少なく高品質で且つダイナミックレンジの広い被写体画像を得ることができ、ダイナミックレンジの拡大時におけるユーザビリティを向上させることが可能となる。
本発明の撮像装置及びその駆動制御方法は、撮影条件,露出条件が異なるシーンでも、高品質且つ広ダイナミックレンジの被写体画像を得ることができるという効果を奏し、デジタルカメラやビデオカメラ,カメラ付携帯電話機等のデジタル電子機器等に適用すると有用である。
11,61 CCD型の固体撮像素子
12 メカニカルシャッタ
22 CPU
23 画像処理回路
24 AE&AWB検出回路
25 メモリ
41,62 画素(フォトダイオード)
42,63 垂直電荷転送路
45 電子シャッタパルス
48 高速掃出パルス
51,54 読出パルス
t1 短露光時間
t2 長露光時間
12 メカニカルシャッタ
22 CPU
23 画像処理回路
24 AE&AWB検出回路
25 メモリ
41,62 画素(フォトダイオード)
42,63 垂直電荷転送路
45 電子シャッタパルス
48 高速掃出パルス
51,54 読出パルス
t1 短露光時間
t2 長露光時間
Claims (9)
- 長露光時間の撮影を行う複数の第1画素と該長露光時間の一部分に重複する短露光時間の撮影を行う複数の第2画素とが混在して二次元アレイ状に配列形成される共に前記第1画素,第2画素で構成される複数の画素列の各々に沿って電荷転送路が形成された固体撮像素子と、前記第1画素の露光開始及び露光終了と前記第2画素の露光開始及び露光終了の夫々の動作タイミングを制御する複数の異なる駆動制御モードが予め用意され被写体の撮影を行うときの撮影条件に応じて複数の前記駆動制御モードのうちのいずれかを選択して前記固体撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段とを備える撮像装置。
- 請求項1に記載の撮像装置であって、前記第1画素と前記第2画素とが同タイミングで露光開始し該第1画素と該第2画素とが異なるタイミングで露光終了となる第1駆動制御モードと、前記第1画素と前記第2画素とが異なるタイミングで露光開始し該第1画素と該第2画素とが同タイミングで露光終了となる第2駆動制御モードとが予め用意されている撮像装置。
- 請求項1または請求項2に記載の撮像装置であって、前記撮影条件に基づき決定された短露光時間の長さと所定閾値との比較結果により前記駆動制御モードの選択を行う撮像装置。
- 請求項1または請求項2に記載の撮像装置であって、前記撮影条件に基づき決定された長露光時間に基づき、または長露光時間と短露光時間の両方に基づき前記駆動制御モードの選択を行う撮像装置。
- 請求項2に記載の撮像装置であって、前記固体撮像素子の前段にメカニカルシャッタが搭載され、前記第1駆動制御モードの前記第1画素の露光終了と、前記第2駆動制御モードの前記第1画素及び前記第2画素の露光終了が前記メカニカルシャッタ「閉」で実行される撮像装置。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の撮像装置であって、前記固体撮像素子の前段にメカニカルシャッタが搭載され、前記第1の画素の露光終了直後に該メカニカルシャッタが「閉」となる撮像装置。
- 請求項1に記載の撮像装置であって、前記固体撮像素子の前段にメカニカルシャッタが搭載され、前記第1画素と前記第2画素とが同タイミングで露光開始し該第2画素が露光終了した後に前記第1画素が前記メカニカルシャッタ「閉」で露光終了となる第1駆動制御モードと、前記第1画素と前記第2画素とが異なるタイミングで露光開始し該第1画素と該第2画素とが前記メカニカルシャッタ「閉」で露光終了となる第2駆動制御モードと、前記第1画素と前記第2画素とが異なるタイミングで露光開始し該第1画素と該第2画素とが同タイミングで露光終了となり該露光終了後に前記メカニカルシャッタが「閉」となる第3駆動制御モードとを備える撮像装置。
- 請求項7に記載の撮像装置であって、被写体の撮影時に決定された短露光時間と所定閾値t1,t2(t1<t2)とを比較し、短露光時間<t1のとき前記第1駆動制御モードを選択し、t1≦短露光時間<t2のとき前記第3駆動制御モードを選択し、t2≦短露光時間のとき前記第2駆動モードを選択する撮像装置。
- 長露光時間の撮影を行う複数の第1画素と該長露光時間の一部分に重複する短露光時間の撮影を行う複数の第2画素とが混在して二次元アレイ状に配列形成される共に前記第1画素,第2画素で構成される複数の画素列の各々に沿って電荷転送路が形成された固体撮像素子を搭載した撮像装置の駆動制御方法であって、前記第1画素の露光開始及び露光終了と前記第2画素の露光開始及び露光終了の夫々の動作タイミングを制御する複数の異なる駆動制御モードが予め用意され被写体の撮影を行うときの撮影条件に応じて複数の前記駆動制御モードのうちのいずれかを選択することを特徴とする撮像装置の駆動制御方法。
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