JP2010136078A - Imaging apparatus and driving control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、広ダイナミックレンジ且つ高品質な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。 The present invention relates to an imaging apparatus capable of capturing an image with a wide dynamic range and high quality, and a drive control method thereof.
固体撮像素子を搭載したデジタルカメラ等で高輝度な被写体を撮像すると、スミアが発生してしまう。このスミアは、被写体画像の品質を劣化させるため、スミア補正が重要になってくる。 When a high-brightness subject is imaged by a digital camera or the like equipped with a solid-state image sensor, smear occurs. Since smear deteriorates the quality of the subject image, smear correction becomes important.
例えば下記の特許文献1記載の従来技術では、現フィールドで、フォトダイオードから電荷転送路への信号電荷の読み出し及び電荷転送路による転送を行って画像データ(実際には、〔信号電荷量+スミア電荷量〕による画像データ)を出力させ、次フィールドでは、電荷転送路を空転送させてスミア電荷量だけによる画像データを出力させ、真の信号電荷量だけによる被写体画像を得るように補正している。
For example, in the prior art described in
しかし、この従来技術の場合、信号電荷の読出フィールドとスミア電荷だけの読出フィールドとが異なるフィールドのため時間差があり、信号電荷の読出転送時に重畳するスミア電荷量と、次フィールドで読み出すスミア電荷量との間に差が生じてしまう。また、信号電荷の読出フィールドの後にスミア電荷読出用のフィールド(電荷転送路を空転送させるフィールド)を設ける必要があるため、被写体の撮像画像データの読み出しに時間がかかってしまう。 However, in the case of this prior art, there is a time difference because the readout field for signal charges is different from the readout field for smear charges only, and there is a time difference between the smear charge amount superimposed during signal charge read transfer and the smear charge amount read in the next field. There will be a difference between Further, since it is necessary to provide a smear charge reading field (a field for empty transfer of the charge transfer path) after the signal charge reading field, it takes time to read the captured image data of the subject.
撮像装置には、広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像するために、下記特許文献2記載の様に、1回の撮像処理において、固体撮像素子に搭載された多数の画素のうち約半数の画素を長時間露光させ、残りの半数の画素を、長時間露光中に重なる短時間露光を行わせ、長時間露光画像と、短時間露光画像とを合成するものがある。 In order to capture a subject image with a wide dynamic range, the imaging device captures about half of the many pixels mounted on the solid-state imaging device in one imaging process as described in Patent Document 2 below. There is a technique in which long-time exposure is performed, and the remaining half of the pixels are subjected to short-time exposure that overlaps during long-time exposure, and a long-time exposure image and a short-time exposure image are combined.
この様な撮像装置でもスミア補正が重要となるが、単に特許文献1記載のスミア補正をそのまま適用しただけでは、精度の高いスミア補正を行うことができない。
Although smear correction is important even in such an imaging apparatus, it is impossible to perform highly accurate smear correction simply by applying the smear correction described in
固体撮像素子の表面部に形成した複数の画素(フォトダイオード)のうち約半数を長時間露光用の画素とし残り半数の画素を短時間露光用として使用する撮像装置では、どの様なスミア補正を行えば、高品質且つ広ダイナミックレンジの被写体画像データを得ることができるのか、未だ提案されていない。 What kind of smear correction is used in an imaging device that uses about half of the plurality of pixels (photodiodes) formed on the surface of the solid-state imaging device for long-time exposure and the other half for short-time exposure? It has not yet been proposed whether high quality and wide dynamic range subject image data can be obtained.
本発明の目的は、長時間露光する画素と短時間露光する画素とが混在する固体撮像素子を搭載した撮像装置でスミア補正を高精度に行う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。 An object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of performing smear correction with high accuracy in an imaging apparatus equipped with a solid-state imaging device in which pixels that are exposed for a long time and pixels that are exposed for a short time are mixed, and a drive control method thereof. There is.
本発明の撮像装置及びその駆動制御方法は、長時間露光の撮影を行う複数の第1画素と該長時間露光の一部分に重複する短時間露光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の前記第1画素と前記第2画素を同時に露光開始し、該第1画素の露光中に前記短時間露光が終了した時点で該第2画素の蓄積電荷を隣接の前記電荷転送路に読み出し信号電荷用パケットで転送し出力するとき前記電荷転送路中の前記信号電荷用パケットを設ける以外の空きスペースに空きパケットを形成して転送し、前記空きパケットで転送されて来た電荷量に応じたデータを前記信号電荷用パケットで転送されて来た電荷量に応じたデータから減算し得られたデータを前記短時間露光による撮像画像データとすることを特徴とする。 In the image pickup apparatus and the drive control method thereof according to the present invention, a plurality of first pixels that perform long-time exposure shooting and a plurality of second pixels that perform short-time exposure shooting overlapping a part of the long-time exposure are mixed. The first pixel and the first pixel of the solid-state imaging device, in which a charge transfer path is formed along each of a plurality of pixel columns that are both formed in a two-dimensional array and configured with the first pixel and the second pixel. The exposure of two pixels is started at the same time, and when the short-time exposure is completed during the exposure of the first pixel, the accumulated charge of the second pixel is read out to the adjacent charge transfer path and transferred as a signal charge packet and output. When the signal charge packet is formed in an empty space other than the signal charge packet in the charge transfer path, the data corresponding to the amount of charge transferred in the empty packet is transferred by the signal charge packet. Charge that has been transferred Characterized in that the captured image data by the short exposure data that is obtained by subtracting from the data corresponding to the.
本発明によれば、スミア電荷の混入による画質劣化が懸念される短時間露光用の画素(第2画素)の検出電荷を電荷転送路に読み出し転送,出力するとき、同時に空パケットを転送してスミア電荷だけの出力データを得るため、スミアの影響の無い短時間露光による画像データを得ることができ、これを長時間露光で得られた画像データと加算することで、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。 According to the present invention, when the detection charge of the short-time exposure pixel (second pixel) for which deterioration of image quality due to mixing of smear charges is a concern is read out and transferred to the charge transfer path, an empty packet is transferred at the same time. Since output data of only smear charge is obtained, it is possible to obtain image data by short-time exposure without the influence of smear. By adding this to image data obtained by long-time exposure, high quality and wide dynamic range can be obtained. The subject image can be obtained.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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と、撮影レンズ13と、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。
FIG. 1 is a block diagram of the imaging apparatus according to the present embodiment. The imaging device (digital still camera in this example) 10 includes a CCD solid-
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、固体撮像素子11から出力される画像データから焦点位置,露出量,ホワイトバランスを自動検出するAF&AE&AWB検出回路24と、ワークメモリとして使用する記憶手段としてのSDRAM25と、フレームメモリ(VRAM)26と、ラインメモリ27と、画像処理後の撮像画像データをJPEG画像やMPEG画像に圧縮する圧縮処理回路28と、カメラ背面等に設けられた液晶表示装置29に撮像画像やスルー画像を表示するビデオエンコーダ30と、記録メディア31に撮像画像データを保存するメディアコントローラ32と、顔検出回路33と、角速度センサ34からの信号とスルー画像データから手振れ量を検出する手振れ検出回路35と、これらを相互接続するバス36とを備える。
The
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41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42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43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44と、固体撮像素子11の搭載位置をシフトさせ手振れを相殺するモータ11aに駆動パルスを供給するCCDシフト駆動モータドライバ45とを備え、これらは、CPU22からの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。
The
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48と、2段シャッタのシャッタレリーズボタン49と、撮影モード入力部50とが接続され、これらスイッチ48,49,入力部50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。
The
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)51が二次元アレイ状に配列形成されている。
FIG. 2 is a schematic view of the surface of the CCD type solid-
奇数行のフォトダイオード群を第1画素群とし、偶数行のフォトダイオード群を第2画素群としたとき、第1画素群と第2画素群とは、1/2画素ピッチづつずらして形成され、全体として、第1画素群と第2画素群が混在した所謂ハニカム画素配列となっている。 When the odd-numbered photodiode group is the first pixel group and the even-numbered photodiode group is the second pixel group, the first pixel group and the second pixel group are formed by being shifted by 1/2 pixel pitch. As a whole, a so-called honeycomb pixel arrangement in which the first pixel group and the second pixel group are mixed is formed.
第1画素群だけ見れば各画素51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。第2画素群だけ見ても各画素51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、第1画素群と第2画素群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表している。
If only the first pixel group is seen, each
各画素列に沿って垂直電荷転送路(VCCD)52が蛇行して形成され、各垂直電荷転送路52の転送方向端部に沿って水平電荷転送路(HCCD)53が形成され、水平電荷転送路53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54が設けられている。
A vertical charge transfer path (VCCD) 52 is formed to meander along each pixel column, and a horizontal charge transfer path (HCCD) 53 is formed along the transfer direction end of each vertical
各画素51には、1画素につき図2では図示省略した2枚の転送電極(図5参照)が設けられており、この2枚の転送電極のうち一方たとえば下側(HCCD53側)の転送電極が読出電極兼用となっている。第1画素群の読出電極には第1画素群用の読出パルス(VA:図4参照)が共通に印加され、第2画素群の読出電極には第2画素群用の読出パルス(VB:図4参照)が印加される接続構成となっている。
Each
以下、第1画素群を長露光時間用の画素とし、第2画素群を短露光時間用の画素として説明する。尚、「垂直」「水平」という用語を用いているが、これは、半導体基板の表面に沿う「1方向」「この1方向に対して略直角の方向」という意味に過ぎない。 Hereinafter, the first pixel group is described as a pixel for long exposure time, and the second pixel group is described as a pixel for short exposure time. The terms “vertical” and “horizontal” are used, but this merely means “one direction” along the surface of the semiconductor substrate and “a direction substantially perpendicular to the one direction”.
図3は、図1,図2で説明した撮像装置の動作手順を示すフローチャートであり、図4は、この動作手順に従う読出動作のタイミングチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing an operation procedure of the imaging apparatus described with reference to FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a timing chart of a read operation according to this operation procedure.
撮像装置10のシャッタレリーズボタン49が全押しされると図3の処理手順が開始される。尚、シャッタリレーボタン49の全押し前の半押し状態で、固体撮像素子11から出力され表示装置29に表示される画像データ(スルー画像データ)がCPU22により解析され、フォーカス位置,露出量等が決められると共にユーザ指定あるいはその撮影シーンに必要なダイナミックレンジ幅に応じた長時間露光の露光時間と短時間露光の露光時間との比率が決定される。
When the
シャッタレリーズボタン49の全押しにより、メカニカルシャッタ12の「開」状態下で、図4のタイミングt1にて電子シャッタパルスの印加が停止される。電子シャッタパルスが固体撮像素子11の半導体基板に印加される毎に、画素51の蓄積電荷が基板側に廃棄され、この電子シャッタパルスの印加停止により、各画素51には露光量に応じた信号電荷の蓄積すなわち露光が開始される。すなわち、第1画素群の長時間露光と、第2画素群の短時間露光とが同時に開始される(ステップS2)。
When the
次のステップS3では、露光開始から短時間露光の露光時間が経過したか否かが判定され、経過しない場合にはステップS2に戻り、再びステップS3を実行する。短時間露光の露光時間が経過したタイミングt2では、ステップS3からステップS4に進み、第2画素群に属する各画素51に読出パルスVBが印加され、各画素51からの信号電荷が隣接の垂直電荷転送路52に読み出される。
In the next step S3, it is determined whether or not the exposure time of short exposure has elapsed from the start of exposure. If not, the process returns to step S2 and executes step S3 again. At the timing t2 when the exposure time of the short exposure has elapsed, the process proceeds from step S3 to step S4, where the readout pulse VB is applied to each
次のステップS5では、各垂直電荷転送路52に垂直転送パルスを印加し、垂直方向への電荷転送駆動を行う。これにより、図5に示す様に、第1画素群に隣接する垂直転送路では空パケットが送られて「スミア電荷」だけ(図5では○で示す。)が垂直方向に転送され、第2画素群に隣接する垂直転送路では「信号電荷+スミア電荷」が垂直方向に転送される。垂直方向への転送と共に水平電荷転送路53による水平方向への転送も行われ、アンプ54から、転送された電荷量に応じた画像データを、後述するタイミングt4の前のタイミングt3までに出力してしまう。出力されたデータは、メモリ26に蓄積しておく。
In the next step S5, a vertical transfer pulse is applied to each vertical
この垂直方向,水平方向への転送駆動が行われている最中も、メカニカルシャッタ12は「開」状態のため、各画素51は露光状態(ステップS6)に維持されて電荷が蓄積される。次のステップS7では、露光開始から長時間露光の露光時間が経過したか否かが判定される。
Even during the transfer drive in the vertical direction and the horizontal direction, the
長時間露光の露光時間が経過しない場合にはステップS6に戻り、経過した場合には、メカニカルシャッタ12に閉指令信号を印加し、メカニカルシャッタ12を閉じる(ステップS8)。そして、メカニカルシャッタ12を閉じた状態で垂直電荷転送路を高速駆動することでスミア電荷の垂直転送路52からの掃き出しを行う(ステップS9)。
If the exposure time of the long exposure has not elapsed, the process returns to step S6. If the exposure time has elapsed, a close command signal is applied to the
この高速掃出後のタイミングt5で、第1画素群の各画素51に読出パルスVAを印加する(ステップS10)。これにより、第1画素群の各画素51から信号電荷が隣接の垂直電荷転送路52に読み出され、垂直電荷転送路52,水平電荷転送路53の転送駆動を行うことで、長時間露光による画像データの出力を行い(ステップS11)。出力された画像データをメモリ26に蓄積する。この長時間露光による画像データは、メカニカルシャッタ「閉」の状態下で行われるため、原理的に、スミア電荷はゼロと見なすことができる。
At timing t5 after this high-speed sweep, a read pulse VA is applied to each
短時間露光による画像データと、長時間露光による画像データとが固体撮像素子11から出力された後は、次のステップS12で、ステップS5で出力された画像データを用いてスミア補正を行う。
After the image data obtained by the short exposure and the image data obtained by the long exposure are output from the solid-
即ち、短時間露光用の画素列の各画素から読み出され転送されてきた電荷に基づく出力データは、短時間露光による信号電荷にスミア電荷が加算された出力データ〔信号電荷+電荷〕となっている。これに対し、この短時間露光用の画素列に隣接する長時間露光用の画素列に沿う垂直電荷転送路を空転送することで得られるデータは〔スミア電荷〕だけの出力データとなる。 That is, the output data based on the charges read and transferred from each pixel of the pixel array for the short-time exposure becomes output data [signal charges + charges] obtained by adding the smear charges to the signal charges by the short-time exposure. ing. On the other hand, data obtained by idle transfer in the vertical charge transfer path along the long exposure pixel column adjacent to the short exposure pixel column is output data of only [smear charge].
従って、同一垂直位置または近隣垂直位置から得られたデータを用い、上記〔信号電荷+スミア電荷〕のデータから上記〔スミア電荷〕だけのデータを減算することで、スミア補正を行うことができる。 Therefore, smear correction can be performed by subtracting the data of [smear charge] from the data of [signal charge + smear charge] using data obtained from the same vertical position or a neighboring vertical position.
スミア電荷量は、厳密には、垂直電荷転送路が異なると違う電荷量になるが、本実施形態では、極めて近い隣接の垂直電荷転送路のスミア電荷量によってスミア補正を行うため、精度良くスミア補正を行うことができる。短時間露光用の画素列を挟む両隣の垂直電荷転送路を空転送して得たスミア電荷量を加算平均した値を用い、真ん中の垂直電荷転送路を転送して得たデータをスミア補正することで、更に精度の高いスミア補正が可能となる。 Strictly speaking, the amount of smear charge is different when the vertical charge transfer path is different, but in the present embodiment, smear correction is performed based on the smear charge amount of the adjacent vertical charge transfer path, so the smear charge amount is accurate. Correction can be performed. Smear correction is performed on the data obtained by transferring the middle vertical charge transfer path using the value obtained by averaging the smear charge amounts obtained by empty transfer of the adjacent vertical charge transfer paths across the pixel column for short-time exposure. Thus, smear correction with higher accuracy is possible.
次のステップS13では、第1画素列から得られた長時間露光による被写体画像データと、第2画素列から得られステップS12でスミア補正した短時間露光による被写体画像データとを画素単位に加算合成することで、広ダイナミックレンジの被写体画像データを得る。この加算合成は、図2において、第1画素群の或る画素のデータと、この画素に対し同色の右斜め下に来る第2画素群の画素のデータとを加算することで行う。 In the next step S13, subject image data obtained from the first pixel row by long exposure and subject image data obtained from the second pixel row and subjected to smear correction in step S12 are added and combined on a pixel basis. Thus, subject image data with a wide dynamic range is obtained. In FIG. 2, the addition synthesis is performed by adding the data of a certain pixel in the first pixel group and the data of the pixel of the second pixel group that is diagonally lower right of the same color with respect to this pixel.
次のステップS14では、加算合成した各画像データに対し、γ補正処理やRGB/YC変換処理などの周知の信号処理を施すと共に、静止画像の場合にはJPEG画像データに変換して記録メディア31に保存するなどの処理を行い(ステップS14)、この処理を終了し、次の撮影に待機する。
In the next step S14, well-known signal processing such as γ correction processing and RGB / YC conversion processing is performed on each of the added and synthesized image data, and in the case of a still image, it is converted into JPEG image data and recorded on the
以上により、スミアの影響を排除し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。 As described above, it is possible to eliminate the influence of smear and obtain a subject image with a wide dynamic range.
上述したステップS12のスミア補正処理は、長時間露光による画像データを出力した後ではなく、ステップS5の直後に、ステップS6,ステップS7の処理と並行して行うことで、全体としての処理時間の短縮を図ることも可能である。 The smear correction process in step S12 described above is performed after the image data of the long exposure is not output but immediately after step S5, in parallel with the processes of step S6 and step S7. Shortening is also possible.
この場合、例えば、1水平ライン分のデータを固体撮像素子11から読み出す毎にこれを図1に示すラインメモリ27に一旦入れ、ここでスミア電荷の減算処理を行い、スミア補正後の撮像画像データを、図1に示すフレームメモリ26のA面に格納する。長時間露光による撮像画像データはメモリ26のB面に格納し、その後に、A面のデータとB面のデータを加算し信号処理することで、広ダイナミックレンジの撮像画像データを得ることができる。
In this case, for example, every time data for one horizontal line is read from the solid-
図6は、本発明の別実施形態の撮像装置に搭載する固体撮像素子60の表面模式図である。この固体撮像素子60は、各画素61が正方格子配列され、各画素列に沿って垂直電荷転送路62が形成され、各垂直電荷転送路62の転送方向端部に沿って水平電荷転送路63が形成され、水平電荷転送路63の出力端部に出力アンプ64が設けられている。
FIG. 6 is a schematic view of the surface of a solid-
図示する例では、各画素61毎に3枚の垂直転送電極が設けられ、そのうちの1枚は垂直方向の画素61間に設けられている。各画素61のうち、市松位置に来る画素を第1画素群(長時間露光用)として3原色のカラーフィルタR,G,Bが積層され、残りの市松位置に来る画素を第2画素群(短時間露光用)として3原色のカラーフィルタr,g,bが積層される。緑色(G,g)のカラーフィルタは縦(垂直)ストライプ状に設けられ、赤色(R,r),青色(B,b)は、垂直方向に2画素づつ連続するように設けられる。即ち、垂直方向2画素加算(長時間露光画素+短時間露光画素)が容易となる構成になっている。
In the illustrated example, three vertical transfer electrodes are provided for each
また、図6に示す固体撮像素子60では、第1画素群(R,G,Bと表記)の各画素61と隣接2枚の垂直転送電極のうちの下側(水平電荷転送路側)の電極との間に読出ゲート65が設けられ、第2画素群(r,g,bと表記)の各画素61と隣接2枚の垂直転送電極のうちの上側(反水平電荷転送路側)の電極との間に読出ゲート66が設けられ、第1画素群の各画素61の信号電荷と、第2画素群の各画素61の信号電荷とを別タイミングで垂直電荷転送路62に読み出すことができるようになっている。
In the solid-
斯かる構成の固体撮像素子60を搭載した撮像装置では、図7に示す様に、短時間露光後の第2画素群の信号電荷を垂直電荷転送路62に読み出し転送する場合、信号電荷(図7ではr,g,bと表記する。)に対して夫々スミア電荷が加算された電荷量〔r+○,g+○,b+○〕として転送されるが、この信号電荷の転送用パケットの垂直方向中間位置に空パケットを転送することで、スミア電荷〔○〕のみを検出することができる。
In the imaging apparatus equipped with the solid-
この空パケットにより検出されたスミア電荷により、垂直方向直前または直後の信号電荷用パケットで送られてきた電荷量を補正することで、真の短時間露光による信号電荷量を検出することが可能となる。勿論、信号電荷用パケットで送られてきた電荷量に応じたデータを、その垂直方向直前と直後の空パケットで得られたスミア電荷量に応じたデータを加算平均したデータでスミア補正することでもよい。 It is possible to detect the amount of signal charge due to true short-time exposure by correcting the amount of charge sent in the signal charge packet immediately before or immediately after the vertical direction by the smear charge detected by this empty packet. Become. Of course, the data corresponding to the charge amount sent in the signal charge packet may be smear corrected with the data obtained by averaging the data corresponding to the smear charge amount obtained in the empty packet immediately before and after the vertical direction. Good.
短時間露光による信号電荷とスミア電荷とを読み出した後、長時間露光による信号電荷を読み出すことになるが、この場合には、メカニカルシャッタ12が「閉」の状態下で行われるため、原理的にスミア電荷の混入は無い。しかし、この場合でも、信号電荷用パケットの間に空パケットを送り、この空パケットにより得られた電荷量で信号電荷用パケットで送られてきた電荷量を補正することも可能である。
After reading out the signal charge and smear charge due to the short exposure, the signal charge due to the long exposure is read out. In this case, the
以上述べた様に、上述した実施形態の撮像装置及びその駆動制御方法は、長時間露光の撮影を行う複数の第1画素と該長時間露光の一部分に重複する短時間露光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の前記第1画素と前記第2画素を同時に露光開始し、該第1画素の露光中に前記短時間露光が終了した時点で該第2画素の蓄積電荷を隣接の前記電荷転送路に読み出し信号電荷用パケットで転送し出力するとき前記電荷転送路中の前記信号電荷用パケットを設ける以外の空きスペースに空きパケットを形成して転送し、前記空きパケットで転送されて来た電荷量に応じたデータを前記信号電荷用パケットで転送されて来た電荷量に応じたデータから減算し得られたデータを前記短時間露光による撮像画像データとすることを特徴とする。 As described above, the imaging apparatus and the drive control method thereof according to the above-described embodiments have a plurality of first pixels that perform long-exposure shooting and a plurality of short-exposure shootings that overlap a part of the long-time exposure. Solid-state image pickup device in which a charge transfer path is formed along each of a plurality of pixel columns composed of the first pixel and the second pixel. The first pixel and the second pixel are simultaneously exposed, and when the short-time exposure ends during the exposure of the first pixel, the accumulated charge of the second pixel is read out to the adjacent charge transfer path. When a charge packet is transferred and output, an empty packet is formed and transferred in an empty space other than providing the signal charge packet in the charge transfer path, and the charge is transferred according to the amount of charge transferred in the empty packet. Data is stored in the signal charge Data received obtained by subtracting from the data corresponding to the amount of charge coming transferred in Tsu preparative, characterized in that the captured image data by the short exposure.
また、上述した実施形態の撮像装置及びその駆動制御方法は、上記において、前記固体撮像素子に設けられる前記第1画素は正方格子配列されると共に該第1画素には三原色のカラーフィルタがベイヤ配列され、前記第1画素間に垂直方向,水平方向共1/2画素ピッチずらして配列される前記第2画素も正方格子配列されると共に該第2画素にも三原色のカラーフィルタがベイヤ配列され、前記空きパケットは前記第2画素の蓄積電荷を前記信号電荷用パケットで読出転送するときの前記第1画素に隣接する前記電荷転送路に設けられることを特徴とする。 更にまた、上述した実施形態の撮像装置及びその駆動制御方法は、上記において、前記固体撮像素子から出力される1水平ライン分のデータを一時的に格納するラインメモリの格納データを用いて前記減算を行うことを特徴とする。 In the image pickup apparatus and the drive control method thereof according to the above-described embodiment, the first pixels provided in the solid-state image pickup device are arranged in a square lattice, and three primary color filters are Bayer arranged in the first pixels. The second pixels arranged in the vertical direction and the horizontal direction with a ½ pixel pitch shift between the first pixels are also arranged in a square lattice, and three primary color filters are Bayer arranged in the second pixels, The empty packet is provided in the charge transfer path adjacent to the first pixel when the stored charge of the second pixel is read and transferred by the signal charge packet. Furthermore, in the image pickup apparatus and the drive control method thereof according to the above-described embodiment, the subtraction is performed using data stored in a line memory that temporarily stores data for one horizontal line output from the solid-state image sensor. It is characterized by performing.
更にまた、上述した実施形態の撮像装置及びその駆動制御方法は、上記において、前記第1画素の露光終了をメカニカルシャッタで行うことを特徴とする。 Furthermore, the imaging apparatus and the drive control method thereof according to the above-described embodiment are characterized in that, in the above, the exposure of the first pixel is completed with a mechanical shutter.
これにより、上述した各実施形態では、スミア電荷検出用として専用の読出フィールドとかを別途用意することなく、信号電荷の読出時に形成される空スペース(図2の実施形態では空き垂直電荷転送路、図6の実施形態では信号電荷用パケット間)を有効利用して空きパケットを挿入し転送するだけで、即ち、余分な制御を追加することなく、精度の高いスミア補正を行って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。 Thus, in each of the above-described embodiments, an empty space formed at the time of reading signal charges (a vacant vertical charge transfer path in the embodiment of FIG. 2) is not separately prepared for smear charge detection. In the embodiment shown in FIG. 6, it is only necessary to insert and transfer an empty packet by effectively using (between signal charge packets), that is, without adding extra control, highly accurate smear correction is performed to achieve high quality and wide range. A subject image having a dynamic range can be obtained.
本発明に係る撮像装置及びその駆動制御方法は、スミアの影響を排除し高品質且つ広ダイナミックレンジの被写体画像を撮像できるため、デジタルカメラやカメラ付携帯電話機、静止画像が撮れるビデオカメラ等に適用すると有用である。 The image pickup apparatus and the drive control method thereof according to the present invention can be applied to a digital camera, a mobile phone with a camera, a video camera capable of taking a still image, and the like because it can take a high-quality and wide dynamic range subject image without the influence of smear. Then it is useful.
10 撮像装置
11 固体撮像素子
12 メカニカルシャッタ
22 CPU
23 信号処理回路
26 フレームメモリ
27 ラインメモリ
45 タイミングジェネレータ(撮像素子駆動手段)
51,61 画素(フォトダイオード)
52,62 垂直電荷転送(VCCD)
53,63 水平電荷転送路(HCCD)
54,64 アンプ
65,66 読出ゲート
DESCRIPTION OF
23
51,61 pixels (photodiode)
52,62 Vertical charge transfer (VCCD)
53, 63 Horizontal charge transfer path (HCCD)
54, 64
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012020080A (en) * | 2010-07-16 | 2012-02-02 | Fujifilm Corp | Endoscopic device and method for driving solid-state image sensing device thereof |
JP2016096558A (en) * | 2010-09-01 | 2016-05-26 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | High dynamic range image sensor |
JP2017147721A (en) * | 2016-02-17 | 2017-08-24 | キヤノン株式会社 | Imaging device and driving method therefor |
-
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- 2008-12-04 JP JP2008309667A patent/JP2010136078A/en active Pending
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