JP2010183195A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】静止画像撮像時にライブビュー(LV)画像が更新されない時間を短縮し得る撮像装置を提供する。
【解決手段】光電変換部PDを含む画素28を2次元状に配列した画素部と、光電変換部PDを一括してリセットするトランジスタMtx2と、リセット時から所定時間だけ露光させるように制御する露光制御部と、光電変換部PDにより発生された信号電荷を蓄積する遮光された信号蓄積部FDと、信号電荷を光電変換部PDから信号蓄積部FDへ一括して移送するトランジスタMtx1と、LV用画素群の静止画用信号電荷を他の画素群よりも先に読み出し、その後に他の画素群の静止画用信号電荷を読み出すとともに、他の画素群の静止画用信号電荷を読み出す時間区間内に、LV用画素群により発生されたライブビュー用の信号電荷を1回以上読み出す選択トランジスタMbと、を備えた撮像装置。
【選択図】図3

Description

本発明は、静止画記録用の画像データと画像表示用の画像データとを取得し得る撮像装置に関する。
デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、光学像を電気信号に変換する撮像素子が搭載されているが、この撮像素子は、近年、CCDからCMOSへとマーケットシェアーが移行しつつある。
撮像装置に搭載されているCMOS等のMOS型撮像素子は、撮像面に2次元状に配列された多数の画素の電荷を順次読み出すようになっているが、そのままでは露光開始時刻および露光終了時刻が画素毎に(あるいはライン毎に)異なることになる。そこで、全画素の露光開始時刻を同一にしかつ全画素の露光終了時刻を同一にすることができるように(つまり、グローバルシャッタによる制御が可能となるように)構成されたMOS型撮像素子は、露光量に応じた信号を発生させるフォトダイオード等の光電変換部を備えるとともに、光電変換部において発生した信号電荷を一時的に蓄積する信号蓄積部を備え、さらに、電荷の転送やリセットを行う際にスイッチとして機能するトランジスタ等を備えた構成となっている。
このような撮像素子の画素の構成の一例を示すと、本発明の実施形態に係る図3に示すような、1画素内に5つのトランジスタが設けられた構成が挙げられる。この図3に示すような構成は、信号蓄積部FDを画素内メモリとして利用して、グローバルシャッタによる制御を可能とするものとなっている。この撮像素子をデジタルカメラに用いる場合に、KTCノイズ(リセットノイズ)を抑圧するために、以下のようなシーケンスにより駆動させる技術が、例えば特開2005−65184号公報に記載されている。
(1)信号蓄積部FDをトランジスタMrによりリセットし、リセットデータをライン毎に順次走査して読み出し、記憶しておく。
(2)全画素の光電変換部PDを一括してリセットし、所定の露光時間が経過した後に、光電変換部PDの画素データを一括して信号蓄積部FDへ転送する。
(3)信号蓄積部FDへ転送された画素データを、ライン毎に順次走査して読出し、(1)において記憶しておいたリセットデータを減算する(差分をとる)。
特開2005−65184号公報
しかしながら、上述したようなシーケンスで撮像素子を駆動した場合には、画像を得るための一連の動作中にライブビュー(画像表示)の更新を行うことができず、同一の画像が表示部に表示され続けたり、あるいは表示部がブラックアウトして画像が表示されないなどの現象が発生してしまう。
特に、上述したシーケンスにおいては、露光前のリセットデータ用の全画素信号読み出し動作と、露光後の画素データ用の全画素信号読み出し動作と、の両方が必要となるために、1シーケンス期間が長くなることになる。とりわけ、近年の撮像素子は、画素数が増加し、全画素信号読み出し動作に要する時間が長くなる傾向にあるために、ライブビュー用の画像を取得することができない期間が長くなるというのがより重要な課題になりつつある。
また、ライブビュー用の画像は、表示部における表示に用いられるだけでなく、オートフォーカス(AF)や自動露光制御(AE)などにも用いられるために、露光期間の直前の時点までライブビュー用の画像を取得できることが望ましい。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、静止画像を撮像する際にライブビュー画像が更新されない時間を短縮することができる撮像装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明のある態様による撮像装置は、露光量に応じた信号電荷を発生させる光電変換部を含む画素が2次元状に配列された画素部と、前記光電変換部を一括してリセットするリセット部と、前記リセット部によるリセット時から前記光電変換部を所定時間だけ露光させるように制御する露光制御部と、前記光電変換部により発生された信号電荷を一括して移送して蓄積するものであり、遮光された第1電荷蓄積部と、前記第1電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の内の所定の画素群の信号電荷を他の画素群の信号電荷よりも先に読み出し、その後に該他の画素群の信号電荷を読み出す第1信号電荷読出部と、前記第1信号電荷読出部により読み出された信号電荷に基づいて、静止画記録用の第1画像データを生成する第1画像処理部と、前記第1信号電荷読出部により前記他の画素群の信号電荷を読み出す時間区間内において、前記所定の画素群により発生された信号電荷を1回以上読み出す第2信号電荷読出部と、前記第2信号電荷読出部により読み出された信号電荷に基づいて、画像表示用の第2画像データを生成する第2画像処理部と、を具備したものである。
本発明の撮像装置によれば、静止画像を撮像する際にライブビュー画像が更新されない時間を短縮することが可能となる
本発明の実施形態1における撮像装置の構成を示すブロック図。 上記実施形態1における撮像部のより詳細な構成を示す図。 上記実施形態1の撮像素子の画素部における画素のある構成例をより詳細に示す回路図。 上記実施形態1において、半導体基板における画素の構成を基板厚み方向に示す図。 上記実施形態1において、撮像装置のグローバルシャッタ動作を示すタイミングチャート。 上記実施形態1の画素部においてライブビューに使用するために読み出されるラインの例を示す図。 上記実施形態1において、ライブビューを行っている最中に、撮像部を第1の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの例を示す図。 上記実施形態1において、ライブビューを行っている最中に、撮像部を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの例を示す図。 上記実施形態1において、ライブビューを行っている最中に、撮像部を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの他の例を示す図。 上記実施形態1の図7に示した処理をより詳細に示すタイミングチャート。 上記実施形態1の図8に示した処理の内の、リセットデータ読出期間においてのみ、LV用画像データを取得する処理例を示すタイミングチャート。 上記実施形態1の図8に示した処理のより詳細な一例を示すタイミングチャート。 上記実施形態1における撮像装置の撮影モードに応じた処理を示すフローチャート。 上記実施形態1における撮像装置のAFモードに応じた処理を示すフローチャート。 本発明の実施形態2の撮像素子の画素部における画素の構成例を示す回路図。 上記実施形態2において、撮像部を第1の駆動方法により駆動してグローバルシャッタによる静止画像を撮像するときの動作を示すタイミングチャート。 上記実施形態2において、ライブビューを行っている最中に撮像部を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの例を示す図。 本発明の実施形態3における撮像部の構成を示す図。 上記実施形態3の撮像素子の画素部における画素の構成例を示す回路図。 上記実施形態3において、撮像部を第2の駆動方法により駆動してグローバルシャッタによる静止画像を撮像するときの第1の動作例を示すタイミングチャート。 上記実施形態3において、撮像部を第2の駆動方法により駆動してグローバルシャッタによる静止画像を撮像するときの第2の動作例を示すタイミングチャート。 本発明の実施形態4の撮像素子の画素部における画素の構成例を示す回路図。 上記実施形態4において、ライブビューを行っている最中に撮像部を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの例を示す図。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[実施形態1]
図1から図14は本発明の実施形態1を示したものであり、図1は撮像装置の構成を示すブロック図である。
この撮像装置は、図1に示すように、レンズ1と、撮像部2と、画像処理部3と、AF評価値演算部4と、表示部5と、手振れ検出部7と、手振れ補正部8と、露光制御部9と、AF制御部10と、カメラ操作部11と、カメラ制御部12と、を備えている。なお、図面にはメモリカード6も記載されているが、このメモリカード6は撮像装置に対して着脱可能に構成されているために、撮像装置に固有の構成でなくても構わない。
レンズ1は、被写体の光学像を撮像部2の撮像素子21(図2参照)の撮像面に結像するための撮影レンズである。
撮像部2は、レンズ1により結像された被写体の光学像を光電変換して、後述するようにデジタル信号に変換してから、出力するものである。この撮像部2は、少なくとも、全画素の露光開始時刻および露光終了時刻を同一とするグローバルシャッタによる動作を行い得るように構成されている(これに加えて、例えばライン単位(または画素単位)で順次露光を行うローリングシャッタによる動作を行い得るように構成されていても構わない)。
画像処理部3は、撮像部2から出力される画像信号に、種々のデジタル的な画像処理を施すものである。この画像処理部3は、画像データを記録用に処理する第1画像処理部3aと、画像データを表示用に処理する第2画像処理部3b(第3画像処理部を兼ねる)と、を備えている。
AF評価値演算部4は、撮像部2から出力される画像信号(例えば、画像信号中の輝度信号(あるいは輝度相当信号)など)に基づいて、被写体への合焦度合いを示すAF評価値を演算するものである。このAF評価値演算部4により算出されたAF評価値は、カメラ制御部12へ出力される。
表示部5は、画像処理部3の第2画像処理部3bにより表示用に画像処理された信号に基づき、画像を表示するものである。この表示部5は、静止画像を再生表示することができると共に、被撮像範囲をリアルタイムに表示するライブビュー(LV)表示を行うことができるようになっている。
メモリカード6は、画像処理部3の第1画像処理部3aにより記録用に画像処理された信号を保存するための記録媒体である。
手振れ検出部7は、この撮像装置の手振れを検出するものである。
手振れ補正部8は、手振れ検出部7により検出された手振れ情報に基づいて、撮像される画像への手振れの影響を相殺するように、レンズ1や撮像部2を駆動するもの(ぶれ補正部)である。
露光制御部9は、カメラ制御部12からの指令に基づいて、撮像部2を駆動し、露光制御を行うものである。
AF制御部10は、AF評価値演算部4からAF評価値を受けたカメラ制御部12の制御に基づいて、レンズ1に含まれるフォーカスレンズを駆動し、撮像部2に結像される被写体像が合焦されるようにするものである。
カメラ操作部11は、この撮像装置に対する各種の操作入力を行うためのものである。このカメラ操作部11に含まれる操作部材の例としては、撮像装置の電源をオン/オフするための電源スイッチ、静止画撮影を指示入力するための2段式押圧ボタンでなるレリーズボタン、撮影モードを単写モードと連写モードとに切り換えるための撮影モードスイッチ、AFモードをシングルAFモードとコンティニュアスAFモードとに切り換えるためのAFモードスイッチなどが挙げられる。
カメラ制御部12は、AF評価値演算部4からのAF評価値や手振れ検出部7からの手振れ情報、カメラ操作部11からの操作入力などに基づいて、画像処理部3、メモリカード6、手振れ補正部8、露光制御部9、AF制御部10等を含むこの撮像装置全体を制御するものである。
次に、図2は、撮像部2のより詳細な構成を示す図である。
この撮像部2は、例えばMOS型の固体撮像素子として構成された撮像素子21と、A/D変換部22と、KTCノイズ除去部23と、を備えている。
これらの内の撮像素子21は、画素部24と、CDS部25と、垂直制御回路26と、水平走査回路27と、を備えて構成されている。
画素部24は、複数の画素28を行方向および列方向に2次元状に配列して構成されている。
垂直制御回路26は、画素部24に配列された画素に行(ライン)単位で各種の信号を印加するものであり、垂直走査回路、リセット制御部、信号読出制御部を兼ねたものとなっている。この垂直制御回路26により選択された行の画素からの信号は、列毎に設けられている垂直転送線VTL(図3参照)へ出力されるようになっている。
CDS部25は、撮像部2がローリングシャッタにより動作するときに、垂直転送線VTLから転送されてくる画素信号に相関二重サンプリングを行うものである。
水平走査回路27は、垂直制御回路26により選択されて垂直転送線VTLからCDS部25を介しCDSされてもしくはCDSされないで転送される1行分の画素の信号を取り込み、その行の画素の信号を水平方向の画素並びの順で時系列に出力するものである。
A/D変換部22は、撮像素子21から出力されてくるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するものである。
KTCノイズ除去部23は、撮像部2がグローバルシャッタにより動作するときに、A/D変換部22から出力されてくるデジタルの画像信号に、KTCノイズ除去の処理を行うものである。
続いて、図3は、撮像素子21の画素部24における画素28のある構成例をより詳細に示す回路図である。
図3において、PD(フォトダイオード)は光電変換部であり、FD(フローティングディフュージョン)は光電変換部PDの信号を一時的に保持する信号蓄積部(蓄積部、第1電荷蓄積部)である。
Mtx2は光電変換部PDをリセットする第1リセット部として機能するトランジスタであり、電流源VDDに接続されると共に、PDリセットパルスを印加するための信号線TX2に接続されている。
Mtx1は光電変換部PDの信号を信号蓄積部FDへ転送する転送部、ゲート部として機能するトランジスタであり、転送パルスを印加するための信号線TX1に接続されている。
Maは増幅部として機能する増幅用トランジスタであり、電流源VDDとでソースフォロアンプを構成する。信号蓄積部FDの信号は、増幅用トランジスタMaにより増幅され、信号電荷読出部(第1信号電荷読出部、第2信号電荷読出部、リセット信号読出部、第3信号電荷読出部)として機能する選択トランジスタMbを介して垂直転送線VTLに出力される。選択トランジスタMbは、選択パルスを印加するための信号線SELに接続されている。
Mrは信号蓄積部FDおよび増幅用トランジスタMaの入力部をリセットする第2リセット部として機能するトランジスタであり、FDリセットパルスを印加するための信号線RESに接続されている。なお、上述したトランジスタMtx1への転送パルスの印加と、このトランジスタMrへのFDリセットパルスの印加と、を同時に行えば、信号蓄積部FDをリセットすることができるだけでなく、同時にさらに光電変換部PDをリセットすることができる。従って、トランジスタMtx1およびトランジスタMrの組み合わせは、光電変換部PDに対する第1リセット部としても機能するものとなっている。
次に、図4は、半導体基板における画素28の構成を基板厚み方向に示す図である。
この図4に示す例においては、半導体基板としてP型基板を用いている。
光電変換部PDは、n−領域として形成されていて、その配線層側にはp領域が形成されている。また、このp領域に信号線TX2が接続されている。これにより光電変換部PDは埋め込み型として形成され、暗電流を少なくすることが可能となっている。さらに、この光電変換部PDに対応する部分以外の基板表面は、所定の遮光性能を備えた遮光膜により遮光されている。
信号蓄積部FDは、光電変換部PDと所定の間隔を離してn+領域として形成されている。このn+領域は、増幅用トランジスタMa側へ接続されるようになっている。このように信号蓄積部FDは、配線層に直接接続されているために、暗電流を少なくすることは困難である。
また、光電変換部PDと信号蓄積部FDとの間の基板表面にはゲート電極が形成され、トランジスタMtx1が構成されている。このトランジスタMtx1のゲート電極は、信号線TX1に接続されている。
さらに、信号蓄積部FDを構成するn+領域から所定の間隔を離した位置に、他のn+領域が形成されており、後者のn+領域に電流源VDDが接続されている。そして、これら2つのn+領域の間の基板表面にゲート電極が形成されて、トランジスタMrが構成されている。このトランジスタMrのゲート電極は、信号線RESに接続されている。
続いて、図5は、撮像装置のグローバルシャッタ動作を示すタイミングチャートである。
グローバルシャッタ動作による露光を行う前に、まず、リセットデータ読出期間において、信号蓄積部FDのリセットおよびリセットノイズの読み出しを行う。すなわち、まず、画素部24の第1行目に配列された各画素28のトランジスタMrに、信号線RESからリセットパルスを印加して、第1行目の信号蓄積部FDのリセットを行う。さらに、画素部24の第1行目に配列された各画素28の選択トランジスタMbに、信号線SELから選択パルスを印加することにより、第1行目の信号蓄積部FDからリセットノイズの読み出しを行う。
このような動作を、画素部24の第1行目から第n行目(最終行目)へ向かって順次行うことにより、全画素のリセットノイズを読み出す。ここで読み出されたリセットノイズは、CDS部25(CDS動作なし)、水平走査回路27、A/D変換部22を順に介して、KTCノイズ除去部23に記憶される。
次に、このグローバルシャッタ動作時には、信号線TX2を介して全ラインの全画素のトランジスタMtx2を同時にオフにすることにより、全画素の光電変換部PDへの電荷の蓄積を開始し、つまり全画素の露光を同時に開始する。
露光を開始してから所定の露光期間(この露光期間は、AE演算により決定されたシャッタ速度に対応する)が経過したところで、信号線TX1を介して全ラインの全画素のトランジスタMtx1に転送パルスを同時に印加することにより、光電変換部PDに蓄積されていた電荷が信号蓄積部FDへ転送され、つまり全画素の露光が同時に終了する。
そして、その後は画素データ読出期間に入って、信号蓄積部FDに蓄積されている電荷が、増幅用トランジスタMaおよび選択トランジスタMbを介して、第1行目から第n行目(最終行目)へ向かってライン単位で垂直転送線VTLへ順次転送される。
そして、少なくともリセットデータ読出期間の開始時(第2リセット部であるトランジスタMrによるリセット開始時)から画素データ読出期間の終了時までは、手振れ検出部7の検出結果に基づく手振れ補正部8による手振れ補正を行うようになっている。このように手振れ補正を行っているのは、被写界内に高輝度被写体があるときに、高輝度被写体が結像した位置の高輝度部の漏れ光や漏れ電流による影響範囲が広がるのを防ぐためである。
すなわち、通常の高輝度被写体は、例えば12〜13程度のBV値を上限とすると考えられ、撮像素子21の遮光膜の遮光性能もこの程度の高輝度被写体からの光を遮光することができるように設計されている。これに対して、被写体が例えば太陽である場合にはBV値が27にも達することがあり、通常想定し得る範囲を超えた高輝度被写体であるということができる。このような場合には、遮光膜により遮光されている信号蓄積部FDであっても、ある程度の漏れ光や漏れ電流が発生すると考えなければならないが、リセットデータ読出期間や画素データ読出期間において手振れが発生すると、漏れ光や漏れ電流の影響が広い範囲に広がる可能性がある。
そこで、この図5に示すように、少なくともリセットデータ読出期間の開始時(第2リセット部によるリセット開始時)から画素データ読出期間の終了時までは、手振れ検出部7の検出結果に基づく手振れ補正部8による手振れ補正を行っている。これにより、漏れ光や漏れ電流の影響が広がるのを抑制することができ、画質がより劣化してしまうのを未然に防止することができる。
次に、図6は画素部24においてライブビューに使用するために読み出されるラインの例を示す図である。
この図6に示す例においては、画素部24に構成された全ライン数が1200ラインとなっている。そして、これら全ラインから、6ラインに1ラインの割合でライブビュー(LV)用の画素データの読み出しが行われる例が示されている。ただし、撮像素子21が単板カラー撮像素子である場合には、画素部24の前面に例えばベイヤー配列のカラーフィルタが配置されているために、単純に6の倍数のラインだけを読み出すと、得られる色成分がGおよびRのみ、またはGおよびBのみとなってしまうために、ここでは、LV用の奇数ラインとして、全ラインの中の(12m−6)ライン(ここに、mは1〜100の整数)を読み出し、LV用の偶数ラインとして、全ラインの中の(12m−1)ライン(ここに、mは1〜100の整数)を読み出すことにより、RGBの全ての色成分が得られるようにしている。
続いて、図7は、ライブビューを行っている最中に、撮像部2を第1の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの例を示す図である。
図6に例示したような全1200ラインの画素データを全て読み出す場合には、例えば60msの時間を要するが、LV用の200ラインの画素データを間引き読み出しするだけであるならば、例えば約17ms(より正確には、例えば16.67ms)で読み出すことが可能である(後述する図10も参照)。前者の場合には、1秒間に16枚の静止画像を読み出すのがせいぜいであるが、後者の場合には毎秒60フレームの画像データを取得することができる。
従って、ライブビューを行っているときには、レリーズボタンの押圧(ここでは、2段目の押圧)があるまでは、例えば毎秒60フレームで画像データが取得され、表示部5に表示される。このときには、図示のように、あるフレームにおいて画像データを取得すると、次のフレームおいて取得した画像データがライブビュー表示される。
このライブビューを行っている最中に、レリーズボタンの押圧があると、この図7に示すような場合、つまり撮像部2を第1の駆動方法により駆動して静止画像を撮像する場合には、ライブビュー用の画像データの取り込みが中止されて、図5に示したような撮像動作が行われる。この撮像動作を行っている最中は、ライブビュー用の画像データが取得されないために、図7に示すように最後に取り込んだライブビュー用の画像データFを表示し続ける処理が行われる。なお、最後に取り込んだライブビュー用の画像データFを表示し続ける代わりに、撮像動作中はライブビュー表示を行わないようにしても構わない。
そして、図5に示したような静止画の撮像動作が終了したところで、再びライブビュー用の画像データを取得し、次のフレームおいて取得した画像データがライブビュー表示される。なお、この図7に示す例においては、ライブビューが行われない期間を1フレームでも少なくするために、太実線で示す静止画の撮像動作が終了した次のフレームにおいて、静止画用に取得した画像データからライブビュー用の画像データαを生成してライブビュー表示を行っている。
次に、図8は、ライブビューを行っている最中に、撮像部2を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの例を示す図である。
撮像部2を図7に示したような第1の駆動方法により駆動する場合には、レリーズボタンが押されてから撮像動作が終了するまでの間はライブビュー画像が取得されないために、表示が更新されないことになる。これに対して、この図8に示す第2の駆動方法により撮像部2を駆動する場合には、レリーズボタンが押されてから撮像動作が終了するまでの間においてもライブビュー画像を取得し、ライブビュー表示の更新を行うようにしたものとなっている。
この図8に示す動作は、レリーズボタンが押されるまでは図7に示した動作と同じである。
そして、レリーズボタンが押されたところで、リセットデータの読み出しが開始されるが、幾つかのラインのリセットデータの読み出しを行ったところで、リセットデータをまだ読み出していないラインからライブビュー画像を取得する動作を行う。リセットデータの読み出しが終了するまでに、1回以上ライブビュー画像を取得し、ライブビュー画像を取得するのに用いた各ラインのリセットデータは、リセットデータ読出期間の最後に取得するようにする。また、2回以上ライブビュー画像を取得する場合には、間にリセットデータの読み出しを挟みながら行う。このようにしてリセットデータ読出期間中に取得するライブビュー画像は、通常のライブビュー画像に比べて取得される画像のフレームレートが低くなるために、同一のライブビュー画像を複数表示フレームに渡って表示し続け、新しいライブビュー画像を取得し終えたところで表示の更新を行うことになる。
その後、光電変換部PDのリセットより露光期間が開始され、光電変換部PDの電荷を信号蓄積部FDへ転送したところで露光期間が終了するのは図7に示した動作と同じである。
続いて、画素データ読出期間が開始されるが、このときにはまず最初に、ライブビュー画像を取得するのに用いる各ラインの画素データの読み出しを行い、その後にそれ以外のラインの画素データの読み出しを行う。そして、ライブビュー画像を取得するのに用いる各ラインの画素データの読み出しが完了した後の適宜の時点(画素データ読出期間内の適宜の時点)で、1回以上ライブビュー画像を取得する。このとき、2回以上ライブビュー画像を取得する場合には、間に画素データの読み出しを挟みながら行う。
なお、この図8に示す例においても、上述した図7に示した例と同様に、ライブビューが行われない期間を1フレームでも少なくするために、ライブビュー画像を取得するのに用いる各ラインの静止画用の画素データを取得し終えた次のフレームにおいて、静止画用に取得した画像データからライブビュー用の画像データαを生成してライブビュー表示を行っている。
そして、画素データ読出期間が終了したところで、再び通常のライブビューに戻るのは図7に示した例と同様である。
次に、図9は、ライブビューを行っている最中に、撮像部2を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの他の例を示す図である。
この図9に示す例は、図8に示した例よりも、ライブビュー画像が取得されない期間をさらに短縮するように工夫されたものとなっている。
すなわち、図8に示した例においては、リセットデータの読み出しが全ラインについて完了した後に、光電変換部PDをリセットして露光を開始していた。これに対して、この図9に示す例においては、リセットデータ読出期間における最後のライブビュー画像を取得し終えた後に、直ちに光電変換部PDのリセットを行い、露光期間が開始された後も、残りのリセットデータの読み出しを続けて行うようにしたものとなっている。図3に示したような画素構成を参照すれば分かるように、トランジスタMtx1をオフにしておけば、信号蓄積部FDから増幅用トランジスタMaおよび選択トランジスタMbを介したリセットデータの読み出しは、トランジスタMtx2をオフにすることによって開始される光電変換部PDにおける画素電荷の蓄積に影響を与えることはない。従って、このように露光とリセットデータの読み出しとを同時に行うことが可能となっている。
このような処理を行うことにより、図8に示した例に比して、ライブビュー画像を取得することができない期間を図示のような時間t1だけ短縮することを達成している。また、このような処理を行うと、リセットデータを読み出してから画素データを読み出すまでに要する時間を、図8に示した例に比して時間t1だけ短縮することも達成している。図4に示したように、信号蓄積部FDは配線層に直接接続されていて、暗電流を少なくすることが困難である。従って、リセットデータを読み出してから画素データを読み出すまでに要する時間を短縮することは、暗電流の発生量を少なくすることに繋がり、画素データにリセットデータが影響を与えるのを低減することが可能となるという利点もある。
続いて、図10は、図7に示した処理をより詳細に示すタイミングチャートである。
図7において述べたように、この図10も、ライブビューを行っている最中に、撮像部2を第1の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの処理を示している。
レリーズボタンがオンされる前のライブビュー表示期間においては、例えば図6に示したようなLV用ラインについて、LV用の露光開始およびLV用の露光終了を表示フレーム毎に行い、次の表示フレームで表示している。
そして、レリーズボタンの押圧があったところで、リセットデータの読み出しが行われるが、静止画用のリセットデータの読み出しは画素部24の全ライン(図6に示した例では全1200ライン)について行われるために、リセットデータの読み出しに要する時間は上述したように例えば60msとなっている。そして、リセットデータ読出期間が開始される前に最後に取得されたLV用画像データ(図示の例では画像データC)のLV表示を行った後は、期間BLに入る。この期間BLは、上述したように、LV表示が行われない(ブラックアウト)か、もしくは、画像更新されることなく画像データCが引き続いてLV表示される期間である。
そして、その後に、露光期間(シャッタ速度Tex)と画素データ読出期間(リセットデータ読出期間と同様に、例えば60ms)とを経た後に、再びLV用画像データの取得が開始され、取得後の次の表示フレームにおいてLV表示が行われる。なお、この図10に示す例においては、静止画像取得後に最初にLV表示が更新されるのは画像データDとなっているが、図7を参照して説明したのと同様に、静止画像に取得した画像データに基づいて、LV用の画像データαを生成して画像データDの前にLV表示するようにしても構わない。
次に、図11は、図8に示した処理の内の、リセットデータ読出期間においてのみ、LV用画像データを取得する処理例を示すタイミングチャートである。すなわち、この図11に示す例においては、図8に示した例と異なり、画素データ読出期間においてはLV用画像データの取得は行っていない。
この図11に示す例では、レリーズボタンが押圧された後のリセットデータの読み出しおよびLV用画像データの取得は、以下のような原理に基づいて行われている。
まず、上述したように、ライブビュー画像を取得するのに用いる各ライン(以下では、「LV用ライン」ということにする。また、全ラインの内のLV用ライン以外のラインを、以下では、「非LV用ライン」ということにする。)のリセットデータは、リセットデータ読出期間の最後に行う。
LV用画像データの取得は、例えば、複数表示フレームに1回の割合で行う(図11に示す例では、2表示フレームに1回の割合でLV用画像データC,Dを取得している。この場合には、レリーズボタン押圧前に最後に取得されたLV用画像データBが2回繰り返してLV表示され、同様に、画像データCも2回繰り返してLV表示されている。また、光電変換部PDのリセット前に最後に取得されたLV用画像データDは、図11に示す例では1回のみLV表示されているが、上述したように、期間BLにおいて繰り返し表示するようにしても構わない。)。なお、LV用画像データの取得は、必ずしも表示フレームに同期したタイミングで行う必要があるわけではない。
そして、LV用画像データを取得していない期間(この図11に示す例においては、レリーズボタンが押圧されてからLV用画像データCの読み出しを開始するまでの期間、LV用画像データCの読み出しを終了してからLV用画像データDの読み出しを開始するまでの期間、および、LV用画像データDの読み出しを終了した以降の期間)に、非LV用ラインのリセットデータの読み出しを、例えばライン番号が若い順に行う。
その後、上述したように、LV用ラインのリセットデータの読み出しを、リセットデータ読出期間の最後に行う。
続いて、露光期間および画素データ読出期間を経た後に、再びライブビューが開始されるが、この図11に示す例では、レリーズボタンが押圧される前と同じLV用ラインによりライブビューが行われる。
また、この図11に示す例においても、静止画の撮像動作が終了した次の表示フレームにおいて、静止画用に取得した画像データからライブビュー用の画像データαを生成してライブビュー表示を行い、ライブビューが行われない期間を1フレームでも少なくするようにしている。
次に、図12は、図8に示した処理のより詳細な一例を示すタイミングチャートである。この図12に示す例においては、図11に示した例と異なり、リセットデータ読出期間および画素データ読出期間の両方においてLV用画像データの取得を行っている。
さらに、この図12に示す例においては、露光期間前にLV用画像データが取得されるLV用ラインと、露光期間後にLV用画像データが取得されるLV用ラインと、を異ならせる(特に、重複しないように異ならせる)ようになっている。
この図12に示す例では、レリーズボタンが押圧された後のリセットデータの読み出しおよびLV用画像データの取得は、以下のような原理に基づいて行われている。
まず、露光期間後のLV用ラインのリセットデータの読み出しを、リセットデータ読出期間の最初(この図12に示す例においては、レリーズボタンが押圧されてからLV用画像データCの読み出しを開始するまでの期間)に行う。
また、LV用画像データの取得を、例えば、複数表示フレームに1回の割合で行う。なお、上述したように、LV用画像データの取得は、必ずしも表示フレームに同期したタイミングで行う必要があるわけではない。
そして、LV用画像データを取得していない期間(この図12に示す例においては、LV用画像データCの読み出しを終了してからLV用画像データDの読み出しを開始するまでの期間、および、LV用画像データDの読み出しを終了した以降の期間)に、非LV用ライン(なお、この図12の説明においては、露光期間前のLV用ラインと、露光期間後のLV用ラインと、の何れにも該当しないラインを非LV用ラインということにする。)のリセットデータの読み出しを、例えばライン番号が若い順に行う。
その後、露光期間前のLV用ラインのリセットデータの読み出しを、リセットデータ読出期間の最後(この図12に示す例においては、LV用画像データDの読み出しを終了した以降であって、かつ非LV用ラインのリセットデータの読み出しを完了した後の期間)に行う。
続いて、露光期間を経た後に、画素データ読出期間が開始される。するとまず最初(この図12に示す例においては、露光期間が終了してからLV用画像データEの読み出しを開始するまでの期間)に、露光期間後のLV用ラインの画素データの読み出しを行う。この読み出しが完了した時点以降は、露光期間後のLV用ラインからのLV用画像データの読み出しが、画素データ読出期間内であっても可能となる。
そして、この図12に示す例においても、露光期間後のLV用ラインから静止画用に読み出した画素データに基づいてライブビュー用の画像データαを生成し、直後の表示フレームにおいてライブビュー表示を行っている。
その後、LV用画像データの取得を、例えば、複数表示フレームに1回の割合で行う(LV用画像データの取得を表示フレームに同期したタイミングで行う必要があるわけではないことは、上述の通りである)。
次に、LV用画像データを取得していない期間(この図12に示す例においては、LV用画像データEの読み出しを終了してからLV用画像データFの読み出しを開始するまでの期間、および、LV用画像データFの読み出しを終了した以降の期間)に、非LV用ラインのリセットデータの読み出しを、例えばライン番号が若い順に行う。
さらに、画素データ読出期間の最後(この図12に示す例においては、LV用画像データFの読み出しを終了した以降であって、かつ非LV用ラインのリセットデータの読み出しを完了した後の期間)に、露光期間前のLV用ラインの画素データの読み出しを行う。
これによって静止画像の撮像が終了するために、その後は通常のライブビュー表示が行われる。
この図12に示す例においては、リセットデータの読み出し時点から画素データの読み出し時点までの時間が、各ラインについて、基本的に(タイミングに応じて、幾つかの例外は生じるかもしれないが)同一となるようにしている。これによって、暗電流に起因するノイズ量を、(上述したように、多少の例外を除いて)何れのラインについても同一とすることが可能となる。従って、ラインに応じてノイズ量が異なることによる画質の劣化を未然に防止することが可能となる。
なお、図12においてはリセットデータ読出期間および画素データ読出期間の両方においてLV用画像データを読み出し、図11においてはこれらの内の一方のリセットデータ読出期間のみにおいてLV用画像データを読み出しているが、さらに、上記の内の他方の画素データ読出期間のみにおいてLV用画像データを読み出しようにすることももちろん可能である。すなわち、リセットデータ読出期間と画素データ読出期間との少なくとも一方の期間内において、LV用画像データを読み出すことが可能となっている。
また、図12に示す処理を行うと、露光期間前と露光期間後とではライブビュー表示される画像が数ライン程度上下にずれることになるが、撮像装置がデジタルカメラ等である場合には、その表示部5の画面サイズがパーソナルコンピュータ等の表示部に比して小型であるために、表示したときにこのずれがさほど目立つことはなく、実用上の問題が生じることはほとんどない。
次に、図13は撮像装置の撮影モードに応じた処理を示すフローチャートである。
例えば、カメラ操作部11のレリーズボタンが押圧されたところでこの処理に移行すると、まず、撮像装置による撮影動作を開始する(ステップS1)。
続いて、カメラ制御部12は、撮影モードの設定が単写モードであるか連写モードであるかを判定する(ステップS2)。
ここで単写モードであると判定された場合には、第1の駆動方法(図5、図7、図10等参照)により撮像部2を駆動して静止画像を撮影し(ステップS3)、この処理を終了する。
また、ステップS2において、連写モードであると判定された場合には、第2の駆動方法(図8、図9、図11、図12等参照)により撮像部2を駆動して静止画像を撮影し(ステップS4)、この処理を終了する。
連写モード時には、1枚の画像撮影が終了したとしても、次の画像撮影を行うために、AF用のデータやAE用のデータを取得でき、かつ撮影者が被写体を確認できることが望ましい。そして、LV用の画像データは、表示部5にライブビュー表示するために用いられるだけでなく、さらにAF用のデータやAE用のデータとしても用いられるために、連写時には第2の駆動方法により撮像部2を駆動するようにしたものである。これにより、連写による撮影を行う際にLV用画像が更新されないまたはブラックアウトする時間を短縮することができ、被写体が移動する被写体であったとしても、撮影者がその被写体を撮影範囲内に収めるように撮像装置の撮影方向を変更することが容易となる。さらに、連写時に撮影される各画像が、AF追従に基づくより高い精度で合焦した画像、AE追従に基づくより適正な露光の画像となることが可能となる。一方、単写モード時には通常のAF動作やAE動作を行えば足りるために、第1の駆動方法により撮像部2を駆動するようにして、レリーズボタンが押圧されてからメモリカード6への記録が終了するまでの時間を短縮するようにしたものである。
続いて、図14は撮像装置のAFモードに応じた処理を示すフローチャートである。
例えば、カメラ操作部11のレリーズボタンが押圧されたところでこの処理に移行すると、まず、撮像装置による撮影動作を開始する(ステップS1)。
続いて、カメラ制御部12は、AFモードの設定がシングルAFモードであるかコンティニュアスAFモードであるかを判定する(ステップS5)。
ここでシングルAFモードであると判定された場合には、第1の駆動方法(図5、図7、図10等参照)により撮像部2を駆動して静止画像を撮影し(ステップS3)、この処理を終了する。
また、ステップS5において、コンティニュアスAFモードであると判定された場合には、第2の駆動方法(図8、図9、図11、図12等参照)により撮像部2を駆動して静止画像を撮影し(ステップS4)、この処理を終了する。
コンティニュアスAFモード時には、レリーズボタンが半押しされた後であっても、露光期間が開始される直前までAF用のデータ(可能であれば、さらにAE用のデータ)を取得できることが望ましい。そして、LV用の画像データはAF用のデータやAE用のデータとして用いられるために、コンティニュアスAFモード時には第2の駆動方法により撮像部2を駆動するようにしたものである。これにより、コンティニュアスAFモード時に撮影される画像が、高いAF追従性により撮影される画像となり、高速に移動する被写体を撮影する場合にも高い精度で合焦させることが可能となる。一方、シングルAFモード時には通常のAF動作(および通常のAE動作)を行えば足りるために、第1の駆動方法により撮像部2を駆動するようにして、レリーズボタンが押圧されてからメモリカード6への記録が終了するまでの時間を短縮するようにしている。
なお、上述では、撮像部2を、第1の駆動方法と第2の駆動方法との何れで駆動するかを、撮影モードやAFモードに応じて選択していたが、選択するための要因となるのはこれらに限るものではなく、その他の要因に応じて選択するようにしても構わない。
このような実施形態1によれば、リセットデータ読出期間と画素データ読出期間との少なくとも一方において、第2の駆動方法によりLV用画像データを読み出す場合に、LV表示が非表示となる期間あるいは更新されない期間を短縮することが可能となる。
また、連写モード時やコンティニュアスAFモード時には、第2の駆動方法によりLV用画像データを取得するようにしたために、高いAF追従性能や高いAE追従性能を確保することが可能となる。一方、単写モード時やシングルAFモード時には、第1の駆動方法により撮像部2を駆動するようにしたために、レリーズボタンが押圧されてからメモリカード6への記録が終了するまでの時間を短縮することが可能となる。
そして、少なくともレリーズボタンが押圧されてから画素データの読み出しが終了するまでの期間は撮像素子上に結像される画像がぶれることのないようにしているために、高輝度被写体からの光が高輝度部として結像している場合であっても、遮光された部分に漏れ込む電荷によって不自然な軌跡が生じるのを防止するとができる。これにより、画質の劣化を防いだ自然な画像を取得することができる。
[実施形態2]
図15から図17は本発明の実施形態2を示したものであり、図15は撮像素子21の画素部24における画素28の構成例を示す回路図、図16は撮像部2を第1の駆動方法により駆動してグローバルシャッタによる静止画像を撮像するときの動作を示すタイミングチャート、図17はライブビューを行っている最中に撮像部2を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの例を示す図である。
この実施形態2において、上述の実施形態1と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
まず、図15を参照して、本実施形態の画素28の構成を説明する。この図15においては、点線で囲んだ画素28は、2画素分の画素領域を示している。すなわち、この図15に示す撮像素子21は、例えば上下に隣接する2画素毎に、図示のような構成をとるようになっている。
図面上側に位置する第1の光電変換部PDは第1リセット部として機能するトランジスタMtx2を介して、図面下側に位置する第2の光電変換部PDは第1リセット部として機能するトランジスタMtx2’を介して、PDリセットパルスを印加するための信号線TX2にそれぞれ接続されている。そして、この図15に示す構成においては、第1の光電変換部PDのリセットはトランジスタMtx2により、第2の光電変換部PDのリセットはトランジスタMtx2’により、それぞれ行われるようになっている。
第1の光電変換部PDは、ゲート部として機能するトランジスタMtx1を介して、第1の電荷蓄積部C1(特許請求の範囲における第1電荷蓄積部の具体例である)へ接続されている。また、第2の光電変換部PDは、転送部、ゲート部として機能するトランジスタMtx1’を介して、第2の電荷蓄積部C2(特許請求の範囲における第1電荷蓄積部の具体例である)へ接続されている。これらのトランジスタMtx1およびトランジスタMtx1’は、転送パルスを印加するための信号線TX1に接続されている。
第1の電荷蓄積部C1は、ゲート部として機能するトランジスタMtx3を介して、信号蓄積部FD(本実施形態においては、特許請求の範囲における第2電荷蓄積部の具体例となる)へ接続されている。ここに、トランジスタMtx3は、転送パルスを印加するための信号線TX3に接続されている。また、第2の電荷蓄積部C2は、ゲート部として機能するトランジスタMtx4を介して、信号蓄積部FDへ接続されている。ここに、トランジスタMtx4は、転送パルスを印加するための信号線TX4に接続されている。
この信号蓄積部FD以降の構成は、図3に示したものと同様である。
次に、図16を参照して、第1の駆動方法による撮像動作について説明する。図15に示したような画素構成の撮像素子21は、グローバルシャッタ動作時に、まず最初に露光を行い、その後にリセットデータと画素データとを読み出すように制御される。
すなわち、カメラ操作部11のレリーズボタンが押圧されると、信号線TX2を介して全ラインの全画素のトランジスタMtx2,Mtx2’を同時にオフにすることにより、全画素の光電変換部PDへの電荷の蓄積を開始し、つまり全画素の露光を同時に開始する(露光期間の開始)。
露光を開始してから所定の露光期間が経過したところで、信号線TX1を介して全ラインの全画素のトランジスタMtx1,Mtx1’に転送パルスを同時に印加することにより、光電変換部PDに蓄積されていた画素電荷が第1の電荷蓄積部C1および第2の電荷蓄積部C2へ転送され、つまり全画素の露光が同時に終了する(露光期間の終了)。
続いて、リセットデータおよび画素データの読出期間が開始される。
すなわちまず、画素部24の第1行目および第2行目に共通に設けられたトランジスタMrに、信号線RESからリセットパルスを印加して、第1行目および第2行目に共通の信号蓄積部FDのリセットを行う。さらに、画素部24の第1行目および第2行目に共通に設けられた選択トランジスタMbに、信号線SELから選択パルスを印加することにより、信号蓄積部FDからリセットノイズの読み出しを行う。
その直後に、画素部24の第1行目に設けられたトランジスタMtx3に信号線TX3を介して転送パルスを印加することにより、第1の電荷蓄積部C1に蓄積されている画素電荷を信号蓄積部FDへ転送する。さらに、画素部24の第1行目および第2行目に共通に設けられた選択トランジスタMbに、信号線SELから選択パルスを印加することにより、信号蓄積部FDから画素データの読み出しを行う。
そして、CDS部25において、画素データからリセットノイズを減算する処理を行って、水平走査回路27へ出力する。従って、図15に示すような画素構成を採用した場合には、図2におけるKTCノイズ除去部23は必ずしも必要ではない。
このような動作を、画素部24の奇数行について、第1行目から第n行目(最終行目)へ向かって順次行うことにより、リセットノイズを除去した奇数ラインの画素データが出力される。
次に、同様の動作を偶数ラインに対して行う。
すなわちまず、画素部24の第1行目および第2行目に共通に設けられたトランジスタMrに、信号線RESからリセットパルスを印加して、第1行目および第2行目に共通の信号蓄積部FDのリセットを行う。さらに、画素部24の第1行目および第2行目に共通に設けられた選択トランジスタMbに、信号線SELから選択パルスを印加することにより、信号蓄積部FDからリセットノイズの読み出しを行う。
その直後に、画素部24の第2行目に設けられたトランジスタMtx4に信号線TX4を介して転送パルスを印加することにより、第2の電荷蓄積部C2に蓄積されている画素電荷を信号蓄積部FDへ転送する。さらに、画素部24の第1行目および第2行目に共通に設けられた選択トランジスタMbに、信号線SELから選択パルスを印加することにより、信号蓄積部FDから画素データの読み出しを行う。
そして、CDS部25において、画素データからリセットノイズを減算する処理を行って、水平走査回路27へ出力する。
このような動作を、画素部24の偶数行について、第2行目から第n行目(最終行目)へ向かって順次行うことにより、リセットノイズを除去した偶数ラインの画素データが出力される。
そして、少なくとも露光期間の開始時(第1リセット部によるリセット開始時)から画素データ読出期間の終了時までは、手振れ検出部7の検出結果に基づく手振れ補正部8による手振れ補正を行うようになっている。
この実施形態2と上述した実施形態1との両方を考慮すると、カメラ制御部12は、第1リセット部によるリセット開始時(露光期間の開始時)と、第2リセット部によるリセット開始時(リセットデータ読出期間の開始時)と、の何れか遅くない方から、画素データ読出期間の終了時までは、少なくとも手振れ補正を行うように制御しているということができる。
次に、図17を参照して、ライブビューを行っている最中に撮像部2を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの処理について説明する。
本実施形態においては、ライブビューを行っている最中にレリーズボタンの押圧があると、まず、全画素の光電変換部PDをリセットすることにより露光期間が開始され、全画素の光電変換部PDの電荷を電荷蓄積部C1,C2へ一斉に転送することにより露光期間が終了する。
続いて、上述したように、リセットデータの読み出しと画素データの読み出しとを連続して行うことを、LV用ラインに関してまず行う。
そして、この図17に示す例においては、LV用ラインから静止画用に読み出した画素データに基づいてライブビュー用の画像データαを生成し、直後の表示フレームにおいてライブビュー表示を行っている。
その後、LV用画像データの取得を、例えば、複数表示フレームに1回の割合で行う(ただし、上述したように、リセットデータおよび画素データ読出期間においては、LV用画像データの取得を表示フレームに同期したタイミングで行う必要があるわけではない)。
次に、LV用画像データを取得していない期間に、非LV用ラインのリセットデータおよび画素データの読み出しを、所定の順序(例えばライン番号が若い順に、奇数ラインを先に、偶数ラインを後に、等)で行う。
こうして静止画像の撮像が終了したら、その後は、通常のライブビュー表示を行う。
なお、本実施形態においても、図16に示したような第1の駆動方法により撮像部2を駆動するか、または図17に示したような第2の駆動方法により撮像部2を駆動するかを、撮影モードやAFモード、あるいはその他の要因に応じて選択すると良いことは、上述した実施形態1と同様である。
このような実施形態2によれば、図15に示すような画素構成の撮像素子においても、上述した実施形態1とほぼ同様の効果を奏することが可能となる。
[実施形態3]
図18から図21は本発明の実施形態3を示したものであり、図18は撮像部2の構成を示す図、図19は撮像素子21の画素部24における画素28の構成例を示す回路図、図20は撮像部2を第2の駆動方法により駆動してグローバルシャッタによる静止画像を撮像するときの第1の動作例を示すタイミングチャート、図21は撮像部2を第2の駆動方法により駆動してグローバルシャッタによる静止画像を撮像するときの第2の動作例を示すタイミングチャートである。
この実施形態3において、上述の実施形態1,2と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
本実施形態の撮像部2は、画素部24からの画素データおよびリセットデータの読み出しを、2つの出力回路から行うことができるようになっていて、いわゆる多線読み出しの撮像部として構成されたものとなっている。
すなわち、複数の画素28が2次元状に配列された画素部24は、垂直走査回路、リセット制御部、信号読出制御部を兼ねた垂直制御回路36により、行(ライン)単位で信号を印加され、選択された行の画素からの信号が、列毎に設けられている垂直転送線VTL1またはVTL2(図19も参照)の何れか選択された方へ出力されるようになっている。
画素部24に構成された全ての垂直転送線VTL1は、第1出力回路31へ接続されている。この第1出力回路31は、図2に示した構成の内の、例えば、水平走査回路27、A/D変換部22、KTCノイズ除去部23を含んでいる(ただし、さらにCDS部25を含むことを妨げるものではない)。そして、第1出力回路31からは、静止画用の出力が行われるようになっている。
画素部24に構成された全ての垂直転送線VTL2は、第2出力回路32へ接続されている。この第2出力回路32は、図2に示した構成の内の、例えば、CDS部25、水平走査回路27、A/D変換部22を含んでいる(ただし、さらにKTCノイズ除去部23を含むことを妨げるものではない)。そして、第2出力回路32からは、ライブビュー用の出力が行われるようになっている。
こうして、垂直制御回路36は、ライブビューデータ読出制御部とリセットデータ/画素データ読出制御部とを兼ねたもとなっている。
次に、図19を参照して、画素28のより詳細な構成について説明する。
まず、本実施形態の撮像素子21には、上述したように、垂直転送線VTL1と垂直転送線VTL2とが各列に設けられている。
そして、図19に示す画素28において、光電変換部PD、トランジスタMtx2、トランジスタMtx1、信号蓄積部FD、トランジスタMr、増幅用トランジスタMaの構成は、図3に示した画素28と同様である。
ただし、この図19に示す画素28は、増幅用トランジスタMaに接続する信号電荷読出部として、第1の選択トランジスタMb1(第1信号電荷読出部、リセット信号読出部)と第2の選択トランジスタMb2(第2信号電荷読出部、第3信号電荷読出部)との2つを備えている。第1の選択トランジスタMb1は、垂直転送線VTL1に接続されるとともに、第1の選択パルスを印加するための信号線SEL1に接続されている。また、第2の選択トランジスタMb2は、垂直転送線VTL2に接続されるとともに、第2の選択パルスを印加するための信号線SEL2に接続されている。
従って、信号蓄積部FDに蓄積されている電荷は、信号線SEL1に選択パルスを印加することにより垂直転送線VTL1へ出力され、信号線SEL2に選択パルスを印加することにより垂直転送線VTL2へ出力されるようになっている。そして、異なる2つのラインに対しては、垂直転送線VTL1への出力と、垂直転送線VTL2への出力と、を同時に行うことが可能である。
次に、図20を参照して、撮像部2を第2の駆動方法により駆動してグローバルシャッタによる静止画像を撮像するときの第1の動作例について説明する。この図20および次の図21においては、簡単のために、画素部24に設けられた水平ラインの総数が9ライン(画素部24の上端側から下端側へ向けて、ラインL01〜L09の順に並んでいるものとする)であるとして説明する。
また、この図20に示す例においては、LV用ラインは、L03、L06、L09に固定されているものとする。従って、非LV用ラインは、ラインL01,L02,L04,L05,L07,L08となる。
レリーズボタンが押圧されることによりリセットデータ読出期間が開始されると、まず、ラインL01について、トランジスタMrをオンして信号蓄積部FDをリセットし、第1の選択トランジスタMb1をオンしてリセットデータを読み出す。これと同時に、ラインL03について、トランジスタMrをオンして信号蓄積部FDをリセットし、第2の選択トランジスタMb2をオンしてリセットデータを読み出すとともに、トランジスタMtx1をオンして画素データを光電変換部PDから信号蓄積部FDへ転送し、第2の選択トランジスタMb2をオンして画素データを読み出す。
従って、この動作により、第1出力回路31から静止画用出力としてラインL01の静止画用リセットデータが、第2出力回路32からライブビュー用出力としてラインL03のLV用画像データが、それぞれ出力される。ここに、ラインL03からのLV用画像データの読み出しは、より詳しくは、リセットデータの読み出しと画素データの読み出しとを連続して行い、第2出力回路32に含まれるCDS部25により後者から前者を減算する処理を行うことになる。
続いて、同様の処理を行い、ラインL02から静止画用リセットデータを、ラインL06からLV用画像データを、それぞれ読み出す。
さらに続いて、同様に、ラインL04(ラインL03はLV用ラインであるために、この時点ではまだ読み出しを行わない)から静止画用リセットデータを、ラインL09からLV用画像データを、それぞれ読み出す。
これにより、1フレーム分のLV用画像データAが出力されたために、次の表示フレームにおいて表示部5によりライブビュー表示を行うことができる。
同様にして、ラインL05から静止画用リセットデータを、ラインL03からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL07から静止画用リセットデータを、ラインL06からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL08から静止画用リセットデータを、ラインL09からLV用画像データを、それぞれ読み出すことで、次の1フレーム分のLV用画像データBが出力される。
この時点で非LV用ラインの静止画用リセットデータの読み出しが完了したために、次は、LV用ラインの静止画用リセットデータの読み出しを開始する。従って、この時点以降は、露光期間が終了して画素データ読出期間にLV用ラインからLV用画像データを取得可能になるまでは、ライブビュー表示は更新されないかまたはブラックアウトする期間BLに入ることになる(ただし、図20に示す期間BLは、ライブビュー用出力のタイムチャート上に表示しているが、実際のLV表示はLV用画像データを取得した次の表示フレームにおいて行われるために、表示部5における表示上の期間BLとは約1表示フレーム分ずれていることになる。なお、以下の説明においても同様である。)。すなわち、このリセットデータ読出期間の最後には、ラインL03から静止画用リセットデータを、ラインL06から静止画用リセットデータを、ラインL09から静止画用リセットデータを、順に読み出す。
その後、信号線TX2を介して全ラインの全画素のトランジスタMtx2を同時にオフにすることにより、全画素の露光を同時に開始する。
そして、所定の露光期間が経過したところで、信号線TX1を介して全ラインの全画素のトランジスタMtx1に転送パルスを同時に印加することにより、画素電荷を信号蓄積部FDへ転送し、全画素の露光を同時に終了する。
続いて、画素データの読出期間が開始される。
すると、なるべく早い時点でLV用ラインからLV用画像データを取得可能にするために、まず最初に、LV用ラインの静止画用画素データの読み出しを開始する。すなわち、この画素データ読出期間の最初には、ラインL03から静止画用画素データを、ラインL06から静止画用画素データを、ラインL09から静止画用画素データを、順に読み出す。従って、この読み出しが完了した時点で期間BLが終了し、この時点以降は、LV用画像データを取得可能となる。
なお、本実施形態においては、静止画用画像とライブビュー用画像とは出力系統が異なることを前提としているために、この図20に示す流れにおいては、画素データ読出期間の最初にLV用ラインから読み出した静止画用画素データに基づいてライブビュー用の画像データαを生成することは行っていないが、画像データαを生成して1表示フレーム分早い時点からライブビュー表示をするようにしても構わない。
次に、ラインL01から静止画用画素データを、ラインL03からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL02から静止画用画素データを、ラインL06からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL04から静止画用画素データを、ラインL09からLV用画像データを、それぞれ読み出すことで、1フレーム分のLV用画像データCが出力される。
同様にして、ラインL05から静止画用画素データを、ラインL03からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL07から静止画用画素データを、ラインL06からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL08から静止画用画素データを、ラインL09からLV用画像データを、それぞれ読み出すことで、次の1フレーム分のLV用画像データDが出力される。
この時点で全ラインの静止画用画素データの読み出しが完了したために、静止画像の撮像が完了したことになり、この時点以降は通常のライブビュー表示を行うことになる。
続いて、図21を参照して、撮像部2を第2の駆動方法により駆動してグローバルシャッタによる静止画像を撮像するときの第2の動作例について説明する。
上述した実施形態1において、図11および図12を参照して説明したように、リセットデータの読み出し時点から画素データの読み出し時点までの時間が各ライン毎に異なると、暗電流に起因するノイズ量がライン毎に異なることになる。このことは、図20に示したような処理の流れにも同様に該当する。そこで、図20に示したような処理の流れを変更して、各ラインのノイズ量が基本的に一定となるようにしたのがこの図21に示す処理の流れである。
すなわち、この図21に示す例においては、図20に示した例とは異なり、露光期間前にLV用画像データが取得されるLV用ライン(ラインL03,L06,L09)と、露光期間後にLV用画像データが取得されるLV用ライン(ラインL01,L04,L07)と、を重複しないように異ならせている。ここに、露光期間前のLV用ラインおよび露光期間後のLV用ラインは、画素部24の全面をなるべく均等にカバーすることができるように一定ライン間隔で選択されたラインとなっている。
レリーズボタンが押圧されることによりリセットデータ読出期間が開始されると、まず、露光期間後のLV用ラインのリセットデータの読み出しが行われる。すなわち、ラインL01から静止画用リセットデータを、ラインL03からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL04から静止画用リセットデータを、ラインL06からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL07から静止画用リセットデータを、ラインL09からLV用画像データを、それぞれ読み出すことで、露光期間後のLV用ラインのリセットデータが出力されると共に、1フレーム分のLV用画像データAが出力される。
続いて、ラインL02から静止画用リセットデータを、ラインL03からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL05から静止画用リセットデータを、ラインL06からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL08から静止画用リセットデータを、ラインL09からLV用画像データを、それぞれ読み出すことで、リセットデータと、次の1フレーム分のLV用画像データBと、が出力される。
そして、リセットデータ読出期間の最後に、ラインL03から静止画用リセットデータを、ラインL06から静止画用リセットデータを、ラインL09から静止画用リセットデータを、順に読み出す。
続く露光期間における処理は、図20に示した処理と同様である。
露光期間が終了すると、次に、画素データ読出期間が開始される。
するとまず、リセットデータ読出期間において最初にリセットデータが読み出された露光期間後のLV用ライン(ラインL01,L04,L07)の静止画用画素データが順に読み出される。この時点以降は、露光期間後のLV用ラインから、LV用画像データを取得することが可能となる。
なお、この図21に示す流れにおいても、画素データ読出期間の最初にLV用ラインから読み出した静止画用画素データに基づいてライブビュー用の画像データαを生成し、1表示フレーム分早い時点からライブビュー表示をするようにしても構わない。
次に、ラインL02から静止画用画素データを、ラインL01からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL05から静止画用画素データを、ラインL04からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL08から静止画用画素データを、ラインL07からLV用画像データを、それぞれ読み出すことで、1フレーム分のLV用画像データCが出力される。
同様にして、ラインL03から静止画用画素データを、ラインL01からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL06から静止画用画素データを、ラインL04からLV用画像データを、それぞれ読み出し、ラインL09から静止画用画素データを、ラインL07からLV用画像データを、それぞれ読み出すことで、次の1フレーム分のLV用画像データDが出力される。
この時点で全ラインの静止画用画素データの読み出しが完了したために、静止画像の撮像が完了したことになり、この時点以降は通常のライブビュー表示を行うことになる。
なお、図21を参照すれば分かるように、この図21に示したような処理は、画素部24を複数のフィールド(ライン群、あるいは画素群)に分割して読み出しを行い、ある時間において、これら複数のフィールドの内の例えば1つのフィールドをLV用の読み出しに用いていると見ることができる。すなわち、露光前のリセットデータ読出期間においては、他のフィールドのリセットデータを読み出しているときに、最後に読み出すフィールドをLV用の画素データを読み出すのに用いている。また、露光後の画素データ読出期間においては、他のフィールドの画素データを読み出しているときに、最初に読み出したフィールドをLV用の画素データを読み出すのに用いている。
そして、この図21に示したような処理を行えば、ラインに応じてノイズ量が異なることによる画質の劣化を未然に防止することが可能となる。
なお、本実施形態においては、多線読み出しの一方の出力系統から静止画用画像を読み出し、他方の出力系統からライブビュー用画像を読み出しているために、ラインが異なれば同時読み出しが可能であり、リセットデータ読出期間や画素データ読出期間が実施形態1の第1の駆動方法に比して長くなることはない。従って、撮影モードやAFモードに応じて第1の駆動方法と第2の駆動方法とを選択する必要に迫られるものではない。
しかしながら、第1出力回路31と第2出力回路32とを同一の構成とする場合(つまり、上述したように、第1出力回路31にCDS部25を含ませ、かつ第2出力回路32にKTCノイズ除去部23を含ませる場合)には、第1出力回路31からライブビュー用の出力を行うことと、第2出力回路32から静止画用の出力を行うことと、の何れもが可能である。従って、本実施形態において、第1の駆動方法により静止画用の出力を行うときには、第1出力回路31および第2出力回路32から2線読み出しを行うことが可能であり、読み出しを高速化することができる。従って、第1の駆動方法による読み出しを2線読み出しとする場合には、撮影モードやAFモードに応じて第1の駆動方法と第2の駆動方法とを選択することが効果的となる。
なお、上述においては、多線読み出しの例として2線読み出しを挙げているが、3線もしくはそれ以上の多線読み出しであってももちろん構わない。
このような実施形態3によれば、多線読み出し方式の撮像部を備える構成において、上述した実施形態1とほぼ同様の効果を奏することができる。さらに、多線読み出しを採用しているために、読出期間(リセットデータ読出期間および/または画素データ読出期間)を実施形態1に比して短縮することも可能となる。そして、実施形態1とは異なり、リセットデータ読出期間および画素データ読出期間におけるLV用画像データの取得を、1つの表示フレームに1回の割合で行うことが可能となる。
[実施形態4]
図22および図23は本発明の実施形態4を示したものであり、図22は撮像素子21の画素部24における画素28の構成例を示す回路図、図23はライブビューを行っている最中に撮像部2を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの例を示す図である。
この実施形態4において、上述の実施形態1〜3と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
まず、図22を参照して画素28の構成を説明する。本実施形態の画素28は、実施形態2に示したような画素28を多線読み出し(具体的には2線読み出し)に変更したものとなっている。従って、撮像部2の構成は上述した実施形態3の図18に示したものと同様である。また、この図22においても、点線で囲んだ画素28は、2画素分の画素領域を示している。
まず、本実施形態の撮像素子21には、上述したように、垂直転送線VTL1と垂直転送線VTL2とが各列に設けられている。
そして、図22に示す画素28において、光電変換部PD、トランジスタMtx2,Mtx2’、トランジスタMtx1,Mtx1’、電荷蓄積部C1,C2、トランジスタMtx3,Mtx4、信号蓄積部FD、トランジスタMr、増幅用トランジスタMaの構成は、図15に示した画素28と同様である。
ただし、この図22に示す画素28は、増幅用トランジスタMaに接続する信号電荷読出部として、第1の選択トランジスタMb1と第2の選択トランジスタMb2との2つを備えている。第1の選択トランジスタMb1は、垂直転送線VTL1に接続されるとともに、第1の選択パルスを印加するための信号線SEL1に接続されている。また、第2の選択トランジスタMb2は、垂直転送線VTL2に接続されるとともに、第2の選択パルスを印加するための信号線SEL2に接続されている。
従って、信号蓄積部FDに蓄積されている電荷は、信号線SEL1に選択パルスを印加することにより垂直転送線VTL1へ出力され、信号線SEL2に選択パルスを印加することにより垂直転送線VTL2へ出力されるようになっている。そして、図22に示すような、共通する信号蓄積部FDを備える連続する2ラインを1つの読出群(mを整数としたときに、ラインmおよびライン(m+1)が1つの読出群。具体的には、ライン1,2が第1の読出群、ライン3,4が第2の読出群、…など)としたときに、読出群が異なる2つのラインに対しては、垂直転送線VTL1への出力と、垂直転送線VTL2への出力と、を同時に行うことが可能である。
次に、図23を参照して、ライブビューを行っている最中に撮像部2を第2の駆動方法により駆動して静止画像を撮像するときの処理について説明する。
ライブビューを行っている最中にレリーズボタンの押圧があると、まず、全画素の光電変換部PDをリセットすることにより露光期間が開始され、全画素の光電変換部PDの電荷を電荷蓄積部C1,C2へ一斉に転送することにより露光期間が終了する。
続いて、リセットデータの読み出しと画素データの読み出しとを連続して行うことを、LV用ラインに関してまず行う。
その後は、LV用ラインに関してリセットデータの読み出しと画素データの読み出しとを連続して行うことと、非LV用ラインに関してリセットデータの読み出しと画素データの読み出しとを連続して行うことと、を同時に並列して行う。
このときには、あるLV用ラインと読出群が同一の非LV用ラインであっても、他のLV用ラインからLV用の画素データを読み出しているときには、同時に並列して読み出すことが可能である。上述した実施形態1の図6を参照して具体例を説明すると、ライン5,6でなる第3の読出群のLV用ライン6からLV用の画素データを読み出しているときには、ライン11,12でなる第6の読出群の非LV用ライン12から静止画用の画素データを、同時に並列して読み出すことが可能である。
なお、本実施形態は、上述した実施形態3と同様に、静止画用画像とライブビュー用画像とは出力系統が異なることを前提としているために、この図23に示す流れにおいて、画素データ読出期間の最初にLV用ラインから読み出した静止画用画素データに基づいてライブビュー用の画像データαを生成することは行っていない。しかし、画像データαを生成して1表示フレーム分早い時点からライブビュー表示をするようにしてももちろん構わない。
こうして静止画像の撮像が終了したら、その後は、通常のライブビュー表示を行う。
なお、本実施形態においても、上述した各実施形態と同様に、第1の駆動方法により撮像部2を駆動するか、または第2の駆動方法により撮像部2を駆動するかを、撮影モードやAFモード、あるいはその他の要因に応じて選択しても良い。
また、本実施形態においても、多線読み出しの例として2線読み出しを挙げているが、3線もしくはそれ以上の多線読み出しであってももちろん構わない。
このような実施形態4によれば、多線読み出し方式の撮像部を備える構成において、上述した実施形態2とほぼ同様の効果を奏することができる。さらに、多線読み出しを採用しているために、読出期間(リセットデータおよび画素データ読出期間)を実施形態2に比して短縮することも可能となる。そして、実施形態2とは異なり、リセットデータおよび画素データ読出期間におけるLV用画像データの取得を、1つの表示フレームに1回の割合で行うことが可能となる。
なお、上述した各実施形態においては、主として撮像装置についてを説明しているが、本発明は撮像装置に限定されるものではなく、例えば、撮像装置においてライブビュー画像と静止画像とを上述したように撮像する方法、つまり撮像装置の撮像方法であっても構わないし、撮像装置の撮像処理プログラム、撮像装置の撮像処理プログラムを記録する記録媒体等であっても構わない。
また、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
1…レンズ(撮影レンズ)
2…撮像部
3…画像処理部
3a…第1画像処理部
3b…第2画像処理部(第3画像処理部を兼ねる)
4…AF評価値演算部
5…表示部
6…メモリカード
7…手振れ検出部
8…手振れ補正部(ぶれ補正部)
9…露光制御部
10…AF制御部
11…カメラ操作部
12…カメラ制御部
21…撮像素子
22…A/D変換部
23…KTCノイズ除去部
24…画素部
25…CDS部
26…垂直制御回路
27…水平走査回路
28…画素
31…第1出力回路
32…第2出力回路
36…垂直制御回路
PD…光電変換部
FD…信号蓄積部(蓄積部、第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部)
C1…電荷蓄積部(第1電荷蓄積部)
C2…電荷蓄積部(第1電荷蓄積部)
Ma…増幅用トランジスタ
Mb…選択トランジスタ(第1信号電荷読出部、第2信号電荷読出部、リセット信号読出部、第3信号電荷読出部)
Mb1…選択トランジスタ(第1信号電荷読出部、リセット信号読出部)
Mb2…選択トランジスタ(第2信号電荷読出部、第3信号電荷読出部)
Mr…トランジスタ(第2リセット部)
Mtx1,Mtx1’…トランジスタ(転送部、ゲート部)
Mtx2,Mtx2’…トランジスタ(第1リセット部)
Mtx3…トランジスタ(ゲート部)
Mtx4…トランジスタ(ゲート部)

Claims (7)

  1. 露光量に応じた信号電荷を発生させる光電変換部を含む画素が2次元状に配列された画素部と、
    前記光電変換部を一括してリセットするリセット部と、
    前記リセット部によるリセット時から前記光電変換部を所定時間だけ露光させるように制御する露光制御部と、
    前記光電変換部により発生された信号電荷を一括して移送して蓄積するものであり、遮光された第1電荷蓄積部と、
    前記第1電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の内の所定の画素群の信号電荷を他の画素群の信号電荷よりも先に読み出し、その後に該他の画素群の信号電荷を読み出す第1信号電荷読出部と、
    前記第1信号電荷読出部により読み出された信号電荷に基づいて、静止画記録用の第1画像データを生成する第1画像処理部と、
    前記第1信号電荷読出部により前記他の画素群の信号電荷を読み出す時間区間内において、前記所定の画素群により発生された信号電荷を1回以上読み出す第2信号電荷読出部と、
    前記第2信号電荷読出部により読み出された信号電荷に基づいて、画像表示用の第2画像データを生成する第2画像処理部と、
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記画素は、
    前記光電変換部と、
    前記リセット部として機能する第1トランジスタと、
    前記光電変換部により発生された電荷を前記第1電荷蓄積部へ移送するための第2トランジスタと、
    前記第1電荷蓄積部に蓄積された電荷を移送して蓄積するものであり、遮光された第2電荷蓄積部と、
    前記第1電荷蓄積部に蓄積された電荷を前記第2電荷蓄積部へ移送するための第3トランジスタと、
    前記第2電荷蓄積部をリセットするための第4トランジスタと、
    前記第2電荷蓄積部の電圧を増幅するための第5トランジスタと、
    前記第5トランジスタの出力信号を選択するための第6トランジスタと、
    を有し、
    前記撮像装置は、前記第4トランジスタにより前記第2電荷蓄積部をリセットしたときの該第2電荷蓄積部の電圧を、前記光電変換部を露光した後にリセット信号として読み出すリセット信号読出部をさらに具備し、
    前記第1画像処理部は、前記第1信号電荷読出部により読み出された信号電荷と、前記リセット信号読出部により読み出されたリセット信号と、の差分に基づいて、前記第1画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記画素は、
    前記光電変換部と、
    前記リセット部として機能する第1トランジスタと、
    前記光電変換部により発生された電荷を前記第1電荷蓄積部へ移送するための第2トランジスタと、
    前記第1電荷蓄積部をリセットするための第3トランジスタと、
    前記第1電荷蓄積部の電圧を増幅するための第4トランジスタと、
    前記第4トランジスタの出力信号を選択するための第5トランジスタと、
    を有し、
    前記撮像装置は、前記第3トランジスタにより前記第1電荷蓄積部をリセットしたときの第1電荷蓄積部の電圧を、前記光電変換部を露光する前にリセット信号として読み出すリセット信号読出部をさらに具備し、
    前記第1画像処理部は、前記第1信号電荷読出部により読み出された信号電荷と、前記リセット信号読出部により読み出されたリセット信号と、の差分に基づいて、前記第1画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  4. 少なくとも、前記第1トランジスタによる前記光電変換部の一括リセット時から、前記第1信号電荷読出部による信号電荷の読み出し終了時までは、前記画素部に露光される光学像のぶれを軽減するぶれ補正部をさらに具備したことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
  5. 少なくとも、前記第3トランジスタによる前記第1電荷蓄積部のリセット開始時から、前記第1信号電荷読出部による信号電荷の読み出し終了時までは、前記画素部に露光される光学像のぶれを軽減するぶれ補正部をさらに具備したことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
  6. 静止画記録用の前記第1画像データを、単写と連写との何れにより取得するかを制御するためのカメラ制御部をさらに具備し、
    単写により取得する場合には、上記第2信号電荷読出部および上記第2画像処理部の動作を行わず、連写により取得する場合には、該第2信号電荷読出部および該第2画像処理部の動作を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  7. 撮影レンズと、
    前記撮影レンズをオートフォーカス制御するAF制御部と、
    静止画記録用の前記第1画像データを取得する際に、前記AF制御部をシングルAFとコンティニュアスAFとの何れかにより制御させるためのカメラ制御部と、
    をさらに具備し、
    シングルAFにより制御する場合には、上記第2信号電荷読出部および上記第2画像処理部の動作を行わず、コンティニュアスAFにより制御する場合には、該第2信号電荷読出部および該第2画像処理部の動作を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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