JP2013055553A - Imaging apparatus and control method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置およびその制御方法に関し、特に、XYアドレス方式で各画素信号を読み出すCMOS型イメージセンサなどの撮像素子を用いて撮像する撮像装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus that picks up an image using an image pickup element and a control method thereof, and more particularly, to an image pickup apparatus that picks up an image using an image pickup element such as a CMOS image sensor that reads out each pixel signal by an XY address method and its control. Regarding the method.
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなど、撮像素子を用いて撮像し、撮像画像をデジタルデータとして保存することができる撮像装置が広く普及している。このような撮像装置に用いる撮像素子としては、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサが最も一般的であった。近年では、撮像素子の一層の多画素化が進むにつれて、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサが注目されている。CMOS型イメージセンサは、画素信号のランダムアクセスが可能である点や、CCD型イメージセンサと比較して画素信号の読み出しが高速で、高感度、低消費電力といった特徴がある。 2. Description of the Related Art In recent years, imaging apparatuses that can capture an image using an image sensor and store the captured image as digital data, such as a digital still camera and a digital video camera, are widely used. A CCD (Charge Coupled Device) type image sensor has been most commonly used as an image pickup element used in such an image pickup apparatus. In recent years, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensors have been attracting attention as the number of pixels of image pickup devices has further increased. The CMOS type image sensor has features such that the pixel signal can be randomly accessed, and that the pixel signal is read out at a higher speed than the CCD type image sensor, and has high sensitivity and low power consumption.
ところで、撮像装置において、露光時間を制御するためにメカニカルシャッタを用いた場合には、組み立て時に発生する位置精度の誤差やシャッタ羽根の動作精度の誤差により、露光時間のバラツキを発生させることがある。特に、高速シャッタ時においては露光時間に占める誤差の割合が大きくなってしまう。これに対して、多くの撮像素子は、電子シャッタ機能を備えている。 By the way, when a mechanical shutter is used to control the exposure time in the imaging apparatus, variations in the exposure time may occur due to positional accuracy errors or shutter blade operation accuracy errors that occur during assembly. . In particular, at the time of high-speed shutter, the ratio of error to the exposure time becomes large. In contrast, many image sensors have an electronic shutter function.
電子シャッタ機能は、撮像素子の画素をリセットすることにより露光を開始し、撮像素子の画素の信号を読み出すことにより露光を終了させる。このように、撮像素子の機能だけで、露光の始まりと終わりを制御するので、低速シャッタから高速シャッタまで、正確な露光時間の制御を実現することが可能である。 The electronic shutter function starts exposure by resetting the pixels of the image sensor, and ends the exposure by reading signals of the pixels of the image sensor. As described above, since the start and end of exposure are controlled only by the function of the image sensor, it is possible to realize accurate exposure time control from a low-speed shutter to a high-speed shutter.
CMOS型イメージセンサの電子シャッタ機能は、CCD型と異なり、2次元配列された複数の画素を画素行毎に順次走査して信号読み出しを行う、いわゆるローリングシャッタ(あるいはフォーカルプレーンシャッタとも呼ばれる)である。そのため、行毎に露光期間がずれてしまうという問題がある。例えば、特許文献1の図9(B)のように、上下方向に直線状の被写体Sが左右方向に移動している場合、この被写体Sを撮像した静止画像では、被写体Sが傾いた状態で写ってしまう。
Unlike the CCD type, the electronic shutter function of the CMOS type image sensor is a so-called rolling shutter (also called a focal plane shutter) that reads a signal by sequentially scanning a plurality of pixels arranged two-dimensionally for each pixel row. . Therefore, there is a problem that the exposure period is shifted for each row. For example, as shown in FIG. 9B of
上記問題を解決すべく、全行に対して同時に電子シャッタを切り、露光期間を一致させるようにしたCMOS型イメージセンサもある(例えば、特許文献1の図11参照)。このCMOS型イメージセンサでは、フォトダイオードをある時点で全行同時にリセットし、所定の露光時間の経過後にフォトダイオードの電荷を全行同時にフローティングディフュージョン(FD)に転送する。そして、このFDの信号を1行ずつ順に出力する。このようにすれば、特許文献1の図11(B)のように、上下方向に直線状の被写体Sが左右方向に移動している場合においても、この被写体Sを撮像した静止画像では、被写体が傾くことなく、直立した状態で写すことができるようになる。
In order to solve the above problem, there is also a CMOS type image sensor in which the electronic shutter is simultaneously turned off for all rows so that the exposure periods are matched (see, for example, FIG. 11 of Patent Document 1). In this CMOS image sensor, the photodiodes are simultaneously reset at a certain point in time, and the charges of the photodiodes are simultaneously transferred to the floating diffusion (FD) after a predetermined exposure time. Then, the FD signal is sequentially output line by line. In this way, as shown in FIG. 11B of
しかしながら、特許文献1の図11を実現するCMOS型イメージセンサの画素(特許文献1の図10)においては、フォトダイオード以外を完全に遮光することが難しい。そこで、FDの信号を出力するまでの間に、FDに対して光が漏れ込み、その量が先に出力する行と後で出力する行との間で異なる。そのために、光漏れの上下差が発生し、撮像画像を劣化させてしまうという問題がある。 However, in the pixel of the CMOS type image sensor that implements FIG. 11 of Patent Document 1 (FIG. 10 of Patent Document 1), it is difficult to completely shield light other than the photodiode. Therefore, before the FD signal is output, light leaks into the FD, and the amount of the light differs between the first output row and the later output row. For this reason, there is a problem in that a vertical difference in light leakage occurs and the captured image is deteriorated.
また、CMOS型イメージセンサの行単位の読み出し方向とメカニカルシャッタの遮光方向を同じにして、メカニカルシャッタの遮光動作に合うように、フォトダイオードのリセットとFDへの転送を制御する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。このようにすれば、特許文献2の図3のように、FDへの転送からメカニカルシャッタで遮光するまでの時間を全行等しくすることができるので、光漏れの上下差は解消する。 In addition, a technique has been proposed in which the readout direction of the row unit of the CMOS image sensor and the light shielding direction of the mechanical shutter are the same, and the reset of the photodiode and the transfer to the FD are controlled so as to match the light shielding operation of the mechanical shutter. (For example, refer to Patent Document 2). In this way, as shown in FIG. 3 of Patent Document 2, the time from the transfer to the FD to the light shielding by the mechanical shutter can be made equal for all rows, so that the vertical difference in light leakage is eliminated.
しかしながら、特許文献2の図3でわかるとおり、フォトダイオードのリセットとFDへの転送は全行同時に行われていないため、移動する被写体が傾いた状態で写ってしまう。このように、CMOS型イメージセンサでは、移動する被写体が傾いた状態で写るという問題を解決すべく、フォトダイオードのリセットとFDへの転送を全行同時に行った場合、FDへの光漏れの上下差が発生し、撮像画像を劣化させてしまうという問題が残る。 However, as can be seen in FIG. 3 of Patent Document 2, the resetting of the photodiode and the transfer to the FD are not performed at the same time for all rows, so that the moving subject appears in an inclined state. As described above, in the CMOS type image sensor, in order to solve the problem that the moving subject appears in a tilted state, when the resetting of the photodiode and the transfer to the FD are performed simultaneously on all rows, the light leakage to the FD is increased or decreased. There remains a problem that a difference occurs and the captured image is deteriorated.
また、光漏れの上下差を解消するために、メカニカルシャッタの遮光動作に合うように、フォトダイオードのリセットとFDへの転送を制御した場合には、移動する被写体が傾いた状態で写ってしまうという問題が残る。 In addition, when the resetting of the photodiode and the transfer to the FD are controlled so as to match the light shielding operation of the mechanical shutter in order to eliminate the vertical difference of the light leakage, the moving subject appears in an inclined state. The problem remains.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、XYアドレス方式の撮像素子による撮像画像の歪みを防止すると共に、画素内への光の漏れ込みに起因する撮像画像の劣化を抑制することが可能な撮像装置およびその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and prevents distortion of a captured image by an XY addressing-type image sensor and suppresses deterioration of a captured image due to light leakage into a pixel. It is an object of the present invention to provide an imaging apparatus capable of performing the above and a control method thereof.
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、入射光を光電変換する光電変換部、前記光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を蓄積する蓄積部、前記光電変換部から前記蓄積部に前記信号電荷を転送する転送部、前記光電変換部および前記蓄積部の電圧をリセットするリセット部を有する画素の複数個がマトリックス状に配置された撮像素子と、前記撮像素子への入射光の光量を調整する光量調整手段と、グローバルシャッタ動作またはローリングシャッタ動作のいずれかを実行して前記撮像素子の露光を行う露光手段とを備える撮像装置であって、前記露光手段は、前記複数の画素における全行の各光電変換部および各蓄積部を前記リセット部によりリセットして露光を開始してから所定の露光時間の経過後に、前記複数の画素における全行の各光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を各蓄積部に転送して露光を終了させ、前記光量調整手段は、前記露光手段による露光が終了した後から遮光が行われるまでに、前記撮像素子への入射光の光量を減少させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to the present invention includes a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light, a storage unit that accumulates signal charges obtained by photoelectric conversion of the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit. An image sensor in which a plurality of pixels having a transfer unit that transfers the signal charge to the storage unit, a photoelectric conversion unit, and a reset unit that resets the voltage of the storage unit are arranged in a matrix, and incident on the image sensor An imaging apparatus comprising: a light amount adjusting unit that adjusts a light amount of light; and an exposure unit that performs either a global shutter operation or a rolling shutter operation to perform exposure of the image sensor, wherein the exposure unit includes the plurality of exposure units. The photoelectric conversion units and the storage units in all rows of the pixels of the pixel are reset by the reset unit, and after a predetermined exposure time has elapsed since the exposure was started, the plurality of images The signal charges obtained by the photoelectric conversion of the photoelectric conversion units in all rows in the column are transferred to the storage units to complete the exposure, and the light amount adjusting unit is shielded from light after the exposure by the exposure unit is completed. Until now, the amount of incident light to the image sensor is reduced.
本発明によれば、撮像素子の全行同時リセットと全行同時転送により、全行の露光期間を一致させ、その後、光学系内の絞りを最小絞りまで閉じて画素回路内部への光漏れを低減する。これにより、XYアドレス方式の撮像素子による撮像画像の歪みを防止すると共に、画素内への光の漏れ込みに起因する撮像画像の劣化を抑制することができる。 According to the present invention, the exposure period of all rows is matched by simultaneous reset and all row transfer of the image sensor, and then the aperture in the optical system is closed to the minimum aperture to prevent light leakage into the pixel circuit. Reduce. Thus, it is possible to prevent distortion of the captured image by the XY addressing-type image sensor and to suppress deterioration of the captured image due to light leakage into the pixel.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment described below is an example as means for realizing the present invention, and should be appropriately modified or changed according to the configuration and various conditions of the apparatus to which the present invention is applied. It is not limited to the embodiment.
[第1の実施形態]
図1から図7を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の撮像装置は、動画機能付き電子スチルカメラやビデオカメラなどに応用可能である。 The imaging apparatus of this embodiment can be applied to an electronic still camera with a moving image function, a video camera, or the like.
図1に示す撮像装置は、光学系101、撮像素子102、前処理部103、信号処理部104、圧縮伸張部105、同期制御部106、操作部107、画像表示部108および画像記録部109を備える。
The imaging apparatus shown in FIG. 1 includes an
光学系101は、被写体からの光を撮像素子102に集光するためのレンズ、レンズを移動させてズームや合焦を行うための駆動機構、メカニカルシャッタ機構、絞り機構などを備えている。これらのうちの可動部は、同期制御部106からの制御信号に基づいて駆動される。
The
撮像素子102は、XY読み出し方式のCMOS型イメージセンサなどであり、同期制御部106からの制御信号に応じて、露光や信号読み出し、リセットなどのタイミングが制御される。
The
前処理部103は、CDS(Correlated Double Sampling)回路、AGC(Auto Gain Control)回路、ADコンバータ回路などから成り、同期制御部106の制御の下で動作するフロントエンド回路である。CDS回路は、撮像素子102の出力信号に対して、CDS処理により、画素回路内のトランジスタのしきい値のばらつきに起因する固定パターンノイズを除去して、S/N(Signal/Noise)比を良好に保つようにサンプルホールドを行う。AGC回路は、AGC処理により利得を制御する。ADコンバータ回路は、CDS/AGC回路からのアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
The
信号処理部104は、同期制御部106の制御の下で、前処理部103によりデジタル化された画像信号に対して、ホワイトバランス調整処理や色補正処理、AF(Auto Focus)処理、AE(Auto Exposure)処理などの信号処理を施す。
The
圧縮伸張部105は、同期制御部106の制御の下で動作し、信号処理部104からの画像信号に対して、JPEG方式などの所定の静止画像データフォーマットで圧縮符号化処理を行う。JPEG:Joint Photographic Coding Experts Group
また、圧縮伸張部105は、同期制御部106から供給された静止画像の符号化データを伸張復号化処理する。さらに、MPEG方式などにより動画像の圧縮符号化/伸張復号化処理を実行可能なようにしてもよい。MPEG:Moving Picture Experts Group
同期制御部106は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などから構成されるマイクロコントローラである。同期制御部106は、ROMなどに記憶されたプログラムを実行することにより、図示の撮像装置の各部を統括的に制御する。
The compression /
Further, the compression /
The
操作部107は、例えば、シャッタレリーズボタンなどの各種操作キーやレバー、ダイヤルなどから構成され、ユーザによる入力操作に応じた制御信号を同期制御部106に出力する。
The
画像表示部108は、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示デバイスや、これに対するインタフェース回路などから成る。画像表示部108は、同期制御部106から供給された画像信号から表示デバイスに表示させるための画像信号を生成し、この信号を表示デバイスに供給して画像を表示させる。
The
画像記録部109は、例えば、可搬型の半導体メモリや、光ディスク、HDD(Hard Disk Drive)、磁気テープなどとして実現され、圧縮伸張部105により符号化された画像データファイルを同期制御部106から受け取って記憶する。また、同期制御部106からの制御信号を基に指定されたデータを読み出し、同期制御部106に出力する。
The
ここで、上記の撮像装置における基本的な動作について説明する。 Here, a basic operation in the above-described imaging apparatus will be described.
静止画像の撮像前には、撮像素子102から出力された画像信号が前処理部103に順次供給され、CDS処理、AGC処理が施された後、さらにADコンバータにおいてデジタル画像信号に変換される。信号処理部104は、前処理部103からのデジタル画像信号に対して画質補正処理を施し、カメラスルー画像の信号として、同期制御部106を通じて画像表示部108に供給する。これにより、カメラスルー画像が表示され、ユーザは表示画像を見て画角合わせを行うことが可能となる。この状態で、操作部107のシャッタレリーズボタンが押下されると、同期制御部106の制御により、撮像素子102からの1フレーム分の画像信号が、前処理部103を介して信号処理部104に取り込まれる。信号処理部104は、取り込んだ1フレーム分の画像信号に画質補正処理を施し、処理後の画像信号を圧縮伸張部105に供給する。圧縮伸張部105は、入力された画像信号を圧縮符号化し、生成した符号化データを同期制御部106を通じて画像記録部109に供給する。これにより、撮像された静止画像のデータファイルが画像記録部109に記録される。また、処理後の画像信号を同期制御部106を通じて画像表示部108に供給することで、記録した静止画像を表示させることもできる。
Prior to capturing a still image, the image signal output from the
画像記録部109に記録された静止画像のデータファイルを再生する場合、同期制御部106は、操作部107からの操作入力に応じて、選択されたデータファイルを画像記録部109から読み込み、圧縮伸張部105に供給して伸張復号化処理を実行させる。復号化された画像信号は、同期制御部106を介して画像表示部108に供給され、これにより静止画像が再生表示される。
When reproducing a still image data file recorded in the
また、動画像を記録する場合には、信号処理部104で順次処理された画像信号に圧縮伸張部105で圧縮符号化処理を施し、生成された動画像の符号化データを順次画像記録部109に転送して記録する。また、画像記録部109から動画像のデータファイルを読み出して圧縮伸張部105に供給し、伸張復号化処理させて、画像表示部108に供給することで、動画像が表示される。
When recording a moving image, the image signal sequentially processed by the
図2(a)は、図1における光学系101の概略構成を示す図である。
FIG. 2A is a diagram showing a schematic configuration of the
光学系101は、第1レンズ群1001、第2レンズ群1002、第1レンズ群1001と第2レンズ群1002の間に設けられた光量調整手段としての絞り1003を備える。さらに、光学系101は、光量調整手段としての減光フィルタ1004、遮光手段としてのメカニカルシャッタ1005、およびこれらを駆動制御する駆動部1006を備える。
The
第1レンズ群1001と第2レンズ群1002は、それぞれ少なくとも1枚のレンズから成り、駆動部1006による制御により、光軸方向の移動が可能となっているので、ズーム機能や合焦機能を実現することが可能となっている。なお、第2レンズ群1002とメカニカルシャッタ1005との間に少なくとも1枚のレンズから成る第3レンズ群をさらに設けて、第3レンズ群を用いて合焦機能を実現させてもよい。
Each of the
絞り1003は、複数の絞り羽根を組み合わせて、連続的に絞り開口の径が変えられる虹彩絞りとなっている。このため、駆動部1006による制御により、連続的に入射光の光量を調整することができる。絞り開口の形状は円形が理想であるが、通常、用いた絞り羽根の枚数に応じた数の角を持ってしまうので、必要に応じて絞り羽根を増やした絞りを使ってもよい。あるいは、複数の大きさの開口を持つ絞りを入れ換えて使用してもよい。
The
減光フィルタ1004は、ND(Neutral Density)フィルタに代表されるフィルタで、特定の色に偏ることなく、レンズに入ってくる光をバランスよく減光することができる。本実施形態においては、駆動部1006による制御により、減光フィルタ1004の出し入れが可能となっている。また、絞り1003が最小口径になった後に挿入されるように制御してもよいし、最小口径付近の中間口径から挿入されるように制御してもよい。このように、絞り1003の最大口径を避けて減光フィルタ1004を挿入することにすれば、減光フィルタ1004の口径を小さくできるので、減光フィルタ1004の小型化と出し入れする際の駆動機構の小型簡略化が可能である。
The
本実施形態では、光学系が、出し入れ可能な減光フィルタを備えているものとして説明するが、減光フィルタを備えていない光学系においても、絞りのみの制御で適用可能であることについても説明する。 In the present embodiment, the optical system is described as having a neutral density filter that can be taken in and out, but it is also explained that an optical system that is not equipped with a neutral density filter can be applied by controlling only the diaphragm. To do.
メカニカルシャッタ1005は、駆動部1006による制御により、入射光を遮断することができる。本実施形態においては、フォーカルプレーンシャッタの後幕のように、撮像領域を上下方向に遮光するものを用いるものとする。メカニカルシャッタ1005は、他にも、2枚羽根で閉じる構成にして、左右から、あるいは、上下から遮光するような構成にしてもよい。
The
図2(b)は、図2(a)に示す光学系101とは異なる形態の光学系101の概略構成を示す図であり、カメラ本体1101と交換レンズ1102からなるレンズ交換式撮像装置となっている。
FIG. 2B is a diagram illustrating a schematic configuration of the
カメラ本体1101と交換レンズ1102は、着脱可能に構成され、カメラ本体側マウント部1103と交換レンズ側マウント部1104とで機械的に接続し、カメラ本体側接点1105と交換レンズ側接点1106とで電気的に接続する。なお、図2(b)は、レンズ交換式撮像装置の光学系を説明する図なので、カメラ本体1101については、図1における光学系101、撮像素子102および同期制御部106以外は図示していない。
The camera
カメラ本体1101側の光学系は、遮光手段としてのメカニカルシャッタ1005およびメカニカルシャッタ1005を駆動制御するシャッタ駆動部1008を備えている。メカニカルシャッタ1005は、シャッタ駆動部1008による制御により、入射光を遮断することができる。図2(a)に示す光学系101と同様に、フォーカルプレーンシャッタの後幕のように、撮像領域を上下方向に遮光するものを用いてもよいし、フォーカルプレーンシャッタを用いてもよい。
The optical system on the
シャッタ駆動部1008は、同期制御部106からの制御信号の制御の下で動作する。
The
交換レンズ1102側の光学系は、第1レンズ群1001、第2レンズ群1002、第1レンズ群1001と第2レンズ群1002との間に設けられた光量調整手段としての絞り1003を備える。さらに、光量調整手段としての減光フィルタ1004、およびこれらを駆動制御する交換レンズ駆動部1007を備える。第1レンズ群1001、第2レンズ群1002、絞り1003、および減光フィルタ1004の説明は、図2(a)と同じなので省略する。
The optical system on the
交換レンズ駆動部1007は、カメラ本体側接点1105と交換レンズ側接点1106を介して送られてくる同期制御部106からの制御信号の制御の下で動作する。カメラ本体側接点1105と交換レンズ側接点1106の電気的な接続は、同期制御部106との間で行われる通信で行われる。例えば、交換レンズ駆動部1007に対する制御信号、交換レンズ1102内の図示していないメモリの情報、あるいは、第1レンズ群1001、第2レンズ群1002、絞り1003およびの減光フィルタ1004の状態を示す情報などがある。さらに、交換レンズ駆動部1007を構成する図示していない電気回路やモーターへの電源供給も含まれる。
The interchangeable
本実施形態では、交換レンズが、出し入れ可能な減光フィルタを備えているものとして説明するが、減光フィルタを備えていないほとんどの交換レンズにおいても、絞りのみの制御で適用可能であることについても説明する。 In the present embodiment, the interchangeable lens is described as having a neutral density filter that can be taken in and out. However, in most interchangeable lenses that are not equipped with a neutral density filter, the present invention can be applied only by controlling the diaphragm. Also explained.
図3は、図1における撮像素子102の概略構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
撮像素子102は、CMOS型イメージセンサである。撮像素子102は、図3に示すように、半導体基板200上に画素部(撮像領域)210、定電流部220、列信号処理部230、垂直選択部240、水平選択部250、水平信号線260、出力処理部270、及びTG280を備える。
The
画素部210は、複数個の画素を2次元マトリクス状に配置したものであり、各画素には図4を用いて後述する画素回路が設けられている。この画素部210からの各画素の信号は、画素列毎に後述する垂直信号線を通して列信号処理部230に出力される。
The
定電流部220には、各画素にバイアス電流を供給するための定電流源が画素列毎に配置されている。垂直選択部240は、画素部210の各画素を1行ずつ選択し、各画素のリセット動作や読み出し動作を駆動制御する。
In the constant
列信号処理部230は、各画素の信号を垂直信号線を通じて1行分ずつ受け取り、列毎に所定の信号処理を行って、その信号を一時保持する。例えば、CDS処理、AGC処理、AD変換処理などを適宜行うものとする。水平選択部250は、列信号処理部230の信号を1つずつ選択し、水平信号線260に供給する。
The column
出力処理部270は、水平信号線260からの信号に所定の処理を行い、外部に出力するものであり、例えばゲインコントロール回路や色処理回路を有している。なお、列信号処理部230でAD変換を行う代わりに、出力処理部270で行うようにしてもよい。TG(Timing Generator)280は、同期制御部106の制御の下で、各部の動作に必要な各種のパルス信号などを出力する。
The
図4は、図3における画素部210の各画素の回路構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit configuration of each pixel of the
図4に示すように、画素310には、フォトダイオードPD11、転送トランジスタM12、増幅トランジスタM13、選択トランジスタM14、およびリセットトランジスタM15が設けられている。なお、各トランジスタは、nチャネルMOSFET(MOS Field-Effect Transistor)である。
As shown in FIG. 4, the
転送トランジスタM12、選択トランジスタM14およびリセットトランジスタM15の各ゲートには、それぞれ行選択信号線211、転送信号線212、リセット信号線213が接続されている。これらの信号線は、水平方向に延在して、同一行に含まれる画素を同時に駆動するようになっている。これにより、ライン順次動作型のローリングシャッタや、全行同時動作型のグローバルシャッタの動作を制御することが可能になっている。さらに、選択トランジスタM14のソースには垂直信号線214が接続され、垂直信号線214の一方の端部は、定電流源215を介して接地されている。
A row
フォトダイオードPD11は、光電変換部として光電変換により生成された電荷を蓄積するものであり、そのP側が接地され、N側が転送トランジスタM12のソースに接続されている。転送部として転送トランジスタM12がONすると、フォトダイオードPD11の電荷がFD(フローティングディフュージョン)216に転送されるが、FD216には寄生容量C16があるので、蓄積部として、この部分に電荷が蓄積される。
The photodiode PD11 accumulates electric charges generated by photoelectric conversion as a photoelectric conversion unit, and the P side is grounded and the N side is connected to the source of the transfer transistor M12. When the transfer transistor M12 is turned on as the transfer unit, the charge of the photodiode PD11 is transferred to the FD (floating diffusion) 216. Since the
増幅トランジスタM13のドレインは電源電圧Vddとされ、ゲートはFD216に接続されている。この増幅トランジスタM13は、FD216の電圧を電気信号に変換する。選択トランジスタM14は、信号を読み出す画素を行単位で選択するためのものであり、そのドレインは増幅トランジスタM13のソースに、ソースは垂直信号線214に接続されている。この選択トランジスタM14がONしたときには、増幅トランジスタM13と定電流源215とがソースフォロアを構成するので、FD216の電圧に対応する電圧が垂直信号線214に出力される。
The drain of the amplification transistor M13 is set to the power supply voltage Vdd, and the gate is connected to the
リセットトランジスタM15のドレインは電源電圧Vddとされ、ソースはFD216に接続されている。このリセットトランジスタM15は、リセット部として、FD216の電圧を電源電圧Vddにリセットする。
The drain of the reset transistor M15 is set to the power supply voltage Vdd, and the source is connected to the
以下、この画素部210の基本的な動作例について説明する。図示の回路では、ローリングシャッタおよびグローバルシャッタの2種類の電子シャッタ動作を行うことが可能となっている。
Hereinafter, a basic operation example of the
<ローリングシャッタ動作の制御方法>
まず、メカニカルシャッタ1005が閉じている場合は開放にする。次に、設定したい露光時間からリセット時間を計算する。計算されたリセット時間になると、画素部210の読み出し開始行の画素に対して、リセット信号線213を高電位にしてリセットトランジスタM15をONする。次に、転送信号線212を高電位にして転送トランジスタM12をONする。これにより、FD216およびフォトダイオードPD11がリセットされる。
<Rolling shutter operation control method>
First, when the
続いて、転送信号線212を低電位にして転送トランジスタM12をOFFすることで、フォトダイオードPD11の露光が開始される。次に、リセット信号線213を低電位にしてリセットトランジスタM15をOFFする。その後、露光の終了直前に、開始行のリセット信号線213を高電位にしてリセットトランジスタM15をONすることで、FD216を電源電圧Vddにセットする。この状態で、開始行の行選択信号線211を高電位にして選択トランジスタM14をONした後、リセット信号線213を低電位にしてリセットトランジスタM15をOFFする。このときのFD216の電圧に対応するリセット電圧を垂直信号線214に出力する。
Subsequently, exposure of the photodiode PD11 is started by setting the
次に、転送信号線212を高電位にして転送トランジスタM12をONすることで、フォトダイオードPD11に生じた信号電荷がFD216に転送される。そして、転送信号線212を低電位にして転送トランジスタM12をOFFすることで露光が終了し、FD216に転送された信号電荷が加わった電圧に比例した信号電荷電圧が垂直信号線214に出力される。ここで、垂直信号線214に出力された信号電荷電圧からリセット電圧を引いた差が信号電圧となる。この信号電圧は、例えば、対応する列の列信号処理部230のCDS処理によって抽出される。そして、各列が水平選択部250により順次選択されて、開始行の1行分の画素信号が出力される。この後、開始行の行選択信号線211を低電位にして選択トランジスタM14をOFFした後、計算されたリセット時間になると、リセットトランジスタM15および転送トランジスタM12をONし、これらをOFFした後に次の露光が開始される。
Next, the signal charge generated in the photodiode PD11 is transferred to the
以上のような読み出し動作が、水平同期信号に同期して開始行から1行ずつ遅延して行われ、各行の画素信号が順次出力される。その結果、各行の露光期間が1行毎にずれていくことになる。 The readout operation as described above is performed with a delay of one row from the start row in synchronization with the horizontal synchronization signal, and the pixel signals of each row are sequentially output. As a result, the exposure period of each row is shifted for each row.
図5は、ローリングシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating the operation timing of the rolling shutter operation.
ローリングシャッタ動作は、モニタリング時の画像表示や動画記録に用いられる。メカニカルシャッタ1005が閉じている場合は開放にする。絞り1003や減光フィルタ1004は、撮影条件にあわせて予め設定されているものとする。図2(b)に示すレンズ交換式撮像装置の場合は、撮影条件に対応する絞りの口径や減光フィルタの出し入れに対する制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出することで、絞り1003や減光フィルタ1004を制御する。
The rolling shutter operation is used for image display and moving image recording during monitoring. When the
図5において、上が読み出し開始行、下が読み出し終了行となっていて、Vreadが読み出し方向を示す。また、横軸は経過時間tを示している。 In FIG. 5, the top is a read start row, the bottom is a read end row, and Vread indicates the read direction. The horizontal axis indicates the elapsed time t.
まず、設定したい露光時間をもとに、リセット開始時間t21を計算する。そして、タイミングt21からt22までのリセット動作期間において、画素部210の読み出し開始行から読み出し終了行まで、上述した画素のリセット動作が1行毎に実施される(図5の出力信号11)。 First, the reset start time t21 is calculated based on the exposure time to be set. Then, in the reset operation period from timing t21 to t22, the pixel reset operation described above is performed for each row from the readout start row to the readout end row of the pixel portion 210 (output signal 11 in FIG. 5).
次に、読み出し開始行のリセットから露光期間が過ぎたタイミングt23において、上述した画素の読み出し動作が開始される。そして、タイミングt23からt24までの読み出し動作期間において、画素部210の読み出し開始行から読み出し終了行まで1行毎に画素信号が出力される(図5の出力信号41)。さらに、次のリセット開始時間t25から次のリセット動作期間が始まり(図5の出力信号13)、次の読み出し開始時間t26から次の読み出し動作期間が始まる(図5の出力信号43)。また、タイミングt20までが、一つ前の読み出し動作期間となっている(図5の出力信号42)。
Next, at the timing t23 when the exposure period has passed since the reset of the readout start row, the pixel readout operation described above is started. Then, during the read operation period from timing t23 to t24, a pixel signal is output for each row from the read start row to the read end row of the pixel portion 210 (
以上のように、タイミングt23からt26までを1周期とした同期制御を行うことで、モニタリング時の画像表示や動画記録を実現している。 As described above, the image display and the moving image recording at the time of monitoring are realized by performing the synchronous control with the timing t23 to t26 as one cycle.
<グローバルシャッタ動作の制御方法>
まず、メカニカルシャッタ1005が閉じている場合は開放にする。次に、設定したい露光時間からリセット時間を計算する。計算されたリセット時間になると、画素部210において、全行のリセット信号線213を高電位にしてリセットトランジスタM15をONする。次に、全行の転送信号線212を高電位にして転送トランジスタM12をONする。これにより、全画素のFD216およびフォトダイオードPD11がリセットされる。
<Global shutter operation control method>
First, when the
続いて、全行の転送信号線212を低電位にして転送トランジスタM12をOFFすることで、全画素のフォトダイオードPD11の露光が開始される。次に、全行のリセット信号線213を低電位にしてリセットトランジスタM15をOFFする。その後、露光の終了直前に、全行のリセット信号線213を高電位にしてリセットトランジスタM15をONすることで、全画素のFD216を電源電圧Vddにセットする。
Subsequently, exposure of the photodiodes PD11 of all pixels is started by setting the
次に、全行のリセット信号線213を低電位にしてリセットトランジスタM15をOFFする。続いて、全行の転送信号線212を高電位にして転送トランジスタM12をONすることで、全画素のフォトダイオードPD11に生じた信号電荷がFD216に転送される。そして、全行の転送信号線212を低電位にして転送トランジスタM12をOFFすることで露光が終了し、全画素のFD216は、転送された信号電荷が蓄積した状態になる。この状態のときに、メカニカルシャッタ1005を遮光動作させて、全画素を遮光する。そして、遮光完了後に、画素からの読み出し動作を開始する。
Next, the
まず、画素部210の読み出し開始行の画素に対して、行選択信号線211を高電位にして選択トランジスタM14をONすることで、FD216に転送された信号電荷が加わった電圧に比例した信号電荷電圧が垂直信号線214に出力される。
First, the signal charge proportional to the voltage to which the signal charge transferred to the
次に、開始行のリセット信号線213を高電位にしてリセットトランジスタM15をONすることで、FD216を電源電圧Vddにセットする。この状態で、開始行のリセット信号線213を低電位にしてリセットトランジスタM15をOFFすることで、このときのFD216の電圧に対応するリセット電圧を垂直信号線214に出力する。この後、開始行の行選択信号線211を低電位にして選択トランジスタM14をOFFする。ここで、垂直信号線214に出力された信号電荷電圧からリセット電圧を引いた差が信号電圧となる。この信号電圧は、例えば、対応する列の列信号処理部230のCDS処理によって抽出される。そして、各列が水平選択部250により順次選択されて、開始行の1行分の画素信号が出力される。
Next, the
以上のような読み出し動作が、水平同期信号に同期して開始行から1行ずつ遅延して行われ、各行の画素信号が順次出力される。その結果、各行の読み出し期間が1行毎にずれていくことになる。 The readout operation as described above is performed with a delay of one row from the start row in synchronization with the horizontal synchronization signal, and the pixel signals of each row are sequentially output. As a result, the readout period of each row is shifted for each row.
図6は、グローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating the operation timing of the global shutter operation.
グローバルシャッタ動作は、静止画記録に用いられる。メカニカルシャッタ1005が閉じている場合は開放にする。絞り1003や減光フィルタ1004は、撮影条件にあわせて予め設定されているものとする。図2(b)に示すレンズ交換式撮像装置の場合は、撮影条件に対応する絞りの口径や減光フィルタの出し入れに対する制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出することで、絞り1003や減光フィルタ1004を制御する。
The global shutter operation is used for still image recording. When the
図6において、上が読み出し開始行、下が読み出し終了行となっていて、Vreadが読み出し方向を示す。また、横軸は経過時間tを示している。 In FIG. 6, the top is the read start row and the bottom is the read end row, and Vread indicates the read direction. The horizontal axis indicates the elapsed time t.
まず、設定したい露光時間をもとに、リセット時間t1を計算する。そして、リセット時間t1において、上述した全行同時リセット動作を実施する(図6の動作10)。
First, the reset time t1 is calculated based on the exposure time to be set. Then, at the reset time t1, the above-described simultaneous reset operation for all rows is performed (
次に、リセット時間t1から露光期間が過ぎたタイミングt2において、上述した全行同時転送動作を実施する(図6の全行同時転送動作20)。全行同時転送動作を実施した後もFD216への光漏れは続いているので、タイミングt3からt4において、メカニカルシャッタ1005を遮光動作させる(図6の遮光動作30)。メカニカルシャッタ1005は、撮像領域を上から下へ向かって遮光し、タイミングt4において遮光が完了する。そして、遮光することによりFD216への光漏れは解消する。
Next, at the timing t2 when the exposure period has passed from the reset time t1, the above-described all-row simultaneous transfer operation is performed (all-row
図6において、斜線部90は、全行同時転送動作後の全画素(全行)に対する光漏れの状態を示している。
In FIG. 6, the hatched
タイミングt2以前のFD216への光漏れは、リセットされるか画素信号に取り込まれるため、画像に影響する光漏れは、全行同時転送動作後となるタイミングt2以降となる。
Light leakage to the
また、メカニカルシャッタ1005の遮光動作30がちょうど撮像領域の中心付近(図6のC)に来たとき、つまり、図6の遮光動作30とCの交差した時点をタイミングt7とする。遮光動作開始後のタイミングt5において、上述した画素の読み出し動作が開始される。そして、タイミングt5からt6までの読み出し動作期間において、画素部210の読み出し開始行から読み出し終了行まで1行毎に画素信号が出力される(図6の動作40)。
In addition, when the
以上のようなタイミングにより、静止画記録用の画素信号の読み出しを実現している。 With the timing as described above, readout of a pixel signal for still image recording is realized.
図7(a)及び図7(b)は、撮像領域の中心付近(図6のC)の露光状態を示す図である。縦軸Cintが露光強度を示し、横軸は経過時間tを示している。 FIGS. 7A and 7B are diagrams showing an exposure state near the center of the imaging region (C in FIG. 6). The vertical axis Cint shows the exposure intensity, and the horizontal axis shows the elapsed time t.
図7(a)及び図7(b)において、タイミングt2およびt7は、それぞれ図6のタイミングt2およびt7と同じタイミングである。 7A and 7B, timings t2 and t7 are the same timings as timings t2 and t7 in FIG. 6, respectively.
図7(a)は、本発明を適用しない場合の撮像領域中心付近(図6のC)の露光状態を示す図である。すなわち、撮像面における露光強度50、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度60を示している。光漏れは、画素に入射した光のうちの一部がFD216に漏れ込んで発生するので、図7(a)に示すように、画素のFD216への光漏れ強度60は、撮像面における露光強度50に比例する。タイミングt7までは、撮像素子の動作にかかわらず、撮像面の露光強度50および光漏れ強度60は一定となっている。
FIG. 7A is a diagram showing an exposure state near the center of the imaging region (C in FIG. 6) when the present invention is not applied. That is, the
また、タイミングt2以前のFD216への光漏れは、リセットされるか画素の信号に取り込まれるため、画像に影響する光漏れは、全行同時転送動作後となるタイミングt2以降となる。そして、図6で説明したように、タイミングt7においてメカニカルシャッタ1005が撮像領域の中心付近を遮光するので、撮像面の露光強度および光漏れ強度はゼロになる。これにより、撮像領域の中心付近の光漏れ量は、光漏れ強度60をタイミングt2からt7までの期間積分した値になる。このため、光漏れ量はタイミングt2からメカニカルシャッタ1005が遮光するまでの時間に比例することがわかる。
In addition, since light leakage to the
以上より、図6のグローバルシャッタ動作の場合では、撮像領域の読み出し開始行から読み出し終了行に向かって、光漏れ量が徐々に増加するため、光漏れの上下差が発生する。 As described above, in the case of the global shutter operation in FIG. 6, the light leakage amount gradually increases from the reading start row to the reading end row of the imaging region, so that a vertical difference in light leakage occurs.
図7(b)は、本発明の適用した場合の撮像領域中心付近(図6のC)の露光状態を示す図である。ここでの説明は、減光フィルタを備えていない光学系を持つ撮像装置や減光フィルタを備えていない交換レンズを装着したレンズ交換式撮像装置にも適用可能なものとなっている。 FIG. 7B is a diagram showing an exposure state in the vicinity of the center of the imaging region (C in FIG. 6) when the present invention is applied. The description here is also applicable to an image pickup apparatus having an optical system that does not include a neutral density filter, and an interchangeable lens type image pickup apparatus that includes an interchangeable lens that does not include a neutral density filter.
本実施形態においては、図7(b)の全行同時転送動作20を実施するタイミングt2の後、全行同時転送動作の完了を考慮した所定時間が経過したタイミングt8からt9までの期間に、絞り1003を閉じるように制御する。
In the present embodiment, after the timing t2 at which the all-row
タイミングt8が、絞り1003を閉じ始めるタイミングとなり、タイミングt9が、絞り1003を閉じる制御の終了タイミング、あるいは、絞り1003が最小口径となったタイミングとなっている。
Timing t8 is the timing for starting to close the
レンズ交換式撮像装置の場合は、次のように絞り1003を制御する。タイミングt8で絞り1003の閉じる動作を開始させる制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出する。さらに、タイミングt9で絞り1003の閉じる動作を終了させる制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出する。なお、絞り1003が最小口径となった情報を、交換レンズ1102から同期制御部106へ伝えることで、絞り1003の制御を停止させてもよい。
In the case of an interchangeable lens imaging device, the
図7(b)は、絞り1003を閉じ始めるタイミングt8以前の撮像面における露光強度51、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度61を示している。また、絞り1003が閉じる動作を実施しているタイミングt8からt9までの期間の撮像面における露光強度52、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度62を示している。さらに、絞り1003を閉じる動作が終了したタイミングt9以後の撮像面における露光強度53、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度63を示している。そして、タイミングt7においてメカニカルシャッタ1005が撮像領域の中心付近を遮光するので、撮像面の露光強度および光漏れ強度はゼロになる。これより、光漏れ強度61と光漏れ強度63の差が絞り1003を閉じた効果による光漏れの減少分となる。
FIG. 7B shows the
以上のように、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決すると共に、全行同時転送後に絞りを閉じる。これにより、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となり、光漏れの上下差を低減することができる。 As described above, the global shutter operation by all-line simultaneous reset and all-line simultaneous transfer solves the problem that the moving subject appears in an inclined state and closes the aperture after all-line simultaneous transfer. As a result, the light leakage intensity can be greatly reduced, and the vertical difference in light leakage can be reduced.
また、本実施形態における絞り1003は、虹彩絞りとなっているので、駆動部1006による制御により、連続的に光量を調整することができる。このため、タイミングt8からt9までの期間においては、撮像面の露光強度51および光漏れ強度61も徐々に減少している。
In addition, since the
また、絞り1003の動作速度が大きければ、速く光量を減少させることができるので、光漏れ強度も速く減少する。そこで、光漏れを減少させるときの絞りの動作速度を、撮影条件にあわせて設定するときの絞りの動作速度より速く動作させることで、光漏れをさらに低減させるように制御してもよい。
Also, if the operating speed of the
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部106が、撮影条件にあわせて設定するときの絞りの動作速度に対応する制御情報とそれより早い光漏れを減少させるときの絞りの動作速度に対応する制御情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの絞りの動作速度に対応する制御信号を交換レンズ1102に送出する。
In the case of an interchangeable lens imaging device, the
また、絞り1003が完全に閉じるように構成されている光学系の場合には、絞り1003が完全に閉じるように制御してもよい。これにより、撮像面が完全に遮光されるので、絞り1003が閉じきった以降は光漏れの発生がなくなることになるので、メカニカルシャッタ1005の遮光動作30を省略してもよいことになる。
In the case of an optical system configured so that the
また、本実施形態においては、図7(b)の露光状態を実現することができるので、減光フィルタを備えていない光学系を持つ撮像装置や減光フィルタを備えていない交換レンズを装着したレンズ交換式撮像装置にも適用可能なものとなっている。 Further, in the present embodiment, since the exposure state of FIG. 7B can be realized, an imaging device having an optical system not equipped with a neutral density filter or an interchangeable lens not equipped with a neutral density filter is mounted. It is also applicable to an interchangeable lens imaging device.
以上のような動作においても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。なお、静止画像の撮像時において、露光時間が例えば0.1秒以上のように比較的長い場合には、移動する被写体を撮像するとその像はぶれてしまう。このような場合には、ローリングシャッタ方式による電子シャッタ動作を行っても、その電子シャッタ動作に起因する撮像画像の歪みは画質に対して大きく影響しない。 It is clear that the same effects as those of the present embodiment can be obtained even in the operation as described above. When a still image is captured, if the exposure time is relatively long, for example, 0.1 seconds or more, the image is blurred when the moving subject is imaged. In such a case, even if an electronic shutter operation by the rolling shutter method is performed, the distortion of the captured image due to the electronic shutter operation does not significantly affect the image quality.
したがって、シャッタレリーズボタンが押下されたときに、信号処理部104または同期制御部106によって演算された露光時間が一定値以下の場合にのみ、図6に示したようなグローバルシャッタ動作とメカニカルシャッタ動作とを併用する撮影制御を行う。それ以外では、図5に示したようなローリングシャッタ動作を用いて撮影制御するようにしてもよい。これにより、メカニカルシャッタの余分な動作が抑えられ、消費電力を低減することができるという効果がある。
Therefore, when the shutter release button is pressed, the global shutter operation and the mechanical shutter operation as shown in FIG. 6 are performed only when the exposure time calculated by the
[第2の実施形態]
次に、図1から図7を参照して、本発明の第2の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
[Second Embodiment]
Next, an image pickup apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the basic configuration and operation of the image pickup apparatus and the basic configuration and operation of the image pickup element are the same as those in the first embodiment.
本実施形態においては、図7(b)の全行同時転送動作20を実施するタイミングt2の後、全行同時転送動作の完了を考慮した所定時間が経過したタイミングt8からt9までの期間に、減光フィルタ1004を挿入するように制御する。
In the present embodiment, after the timing t2 at which the all-row
タイミングt8が、減光フィルタ1004を挿入開始したタイミングとなり、タイミングt9が、減光フィルタ1004を挿入完了したタイミングとなっている。
Timing t8 is the timing when the
レンズ交換式撮像装置の場合は、次のように減光フィルタ1004を制御する。タイミングt8で減光フィルタ1004の挿入を開始させる制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出する。さらに、タイミングt9で減光フィルタ1004の挿入を終了させる制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出する。なお、減光フィルタ1004の挿入が完了した情報を、交換レンズ1102から同期制御部106へ伝えることで、減光フィルタ1004の制御を停止させてもよい。
In the case of an interchangeable lens imaging device, the
図7(b)は、減光フィルタ1004の挿入開始タイミングt8以前の撮像面における露光強度51、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度61を示している。また、減光フィルタ1004が挿入動作をしているタイミングt8からt9までの期間の撮像面における露光強度52、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度62を示している。さらに、減光フィルタ1004の挿入完了タイミングt9以後の撮像面における露光強度53、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度63を示している。そして、タイミングt7においてメカニカルシャッタ1005が撮像領域の中心付近を遮光するので、撮像面の露光強度および光漏れ強度はゼロになる。これより、光漏れ強度61と光漏れ強度63の差が減光フィルタ1004の挿入効果による光漏れの減少分となる。
FIG. 7B shows the
以上のように、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決すると共に、全行同時転送後に減光フィルタを挿入することで、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となる。その結果、光漏れの上下差を低減することができる。 As described above, the global shutter operation by simultaneous reset of all rows and simultaneous transfer of all rows solves the problem that the moving subject appears in an inclined state, and by inserting a neutral density filter after simultaneous transfer of all rows, The light leakage intensity can be greatly reduced. As a result, the vertical difference in light leakage can be reduced.
また、減光フィルタ1004の挿入速度(動作速度)が大きければ、速く光量を減少させることができるので、光漏れ強度も速く減少する。そこで、光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度を、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの動作速度より速く動作させることで、光漏れをさらに低減させることが可能になる。
Further, if the insertion speed (operation speed) of the
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部106が、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの動作速度に対応する制御情報とそれより早い光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度に対応する制御情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度に対応する制御信号を交換レンズ1102に送出する。
In the case of an interchangeable-lens imaging device, the
また、光の減衰度が互いに異なる複数の減光フィルタ1004を用意しておき、露光時間やISO感度等の撮影条件に応じて切り換える制御を実施してもよい。このとき、撮像面の露光強度51と撮像面の露光強度53の比が減光フィルタ1004の光の減衰度になる。そのため、光漏れを減少させるときの減衰度が撮影条件にあわせて設定するときの減衰度よりも大きい減光フィルタを選択するように制御することで、光漏れをさらに低減させることが可能になる。
In addition, a plurality of
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部106が、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの情報と光漏れを減少させるときの減光フィルタの情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの減光フィルタを挿入する制御信号を交換レンズ1102に送出する。
In the case of an interchangeable lens imaging apparatus, the
以上のような動作においても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。 It is clear that the same effects as those of the present embodiment can be obtained even in the operation as described above.
[第3の実施形態]
次に、図1から図7を参照して、本発明の第3の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
[Third Embodiment]
Next, an imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the basic configuration and operation of the image pickup apparatus and the basic configuration and operation of the image pickup element are the same as those in the first embodiment.
本実施形態では、図7(c)の全行同時転送動作20を実施するタイミングt2の後、タイミングt8からt9までの期間、絞り1003を閉じるように制御し、さらに、タイミングt10からt11までの期間に減光フィルタ1004を挿入するように制御する。
In the present embodiment, after the timing t2 at which the all-row
タイミングt8が絞り1003を閉じ始めるタイミングとなり、タイミングt9が絞り1003を閉じる制御の終了タイミング、あるいは、絞り1003を最小口径にするタイミングとなっている。また、タイミングt10が減光フィルタ1004を挿入開始したタイミングとなり、タイミングt11が減光フィルタ1004を挿入完了したタイミングとなっている。
Timing t8 is the timing for starting to close the
レンズ交換式撮像装置の場合は、次のように絞り1003を制御する。すなわち、タイミングt8で絞り1003の閉じる動作を開始させる制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出し、タイミングt9で絞り1003の閉じる動作を終了させる制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出する。なお、絞り1003が最小口径となった情報を、交換レンズ1102から同期制御部106へ伝えることで、絞り1003の制御を停止させてもよい。
In the case of an interchangeable lens imaging device, the
さらに、次のように減光フィルタ1004を制御する。すなわち、タイミングt10で減光フィルタ1004の挿入を開始させる制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出し、タイミングt11で減光フィルタ1004の挿入を終了させる制御信号を、同期制御部106が交換レンズ1102に送出する。なお、減光フィルタ1004の挿入が完了した情報を、交換レンズ1102から同期制御部106へ伝えることで、減光フィルタ1004の制御を停止させてもよい。
Further, the
図7(c)は、絞り1003を閉じ始めるタイミングt8以前の撮像面における露光強度51、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度61を示している。また、絞り1003が閉じる動作をしているタイミングt8からt9までの期間の撮像面における露光強度52、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度62を示している。さらに、絞り1003を閉じる動作が終了したタイミングt9以後の撮像面における露光強度53、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度63を示している。
FIG. 7C shows the
また、減光フィルタ1004が挿入動作をしているタイミングt10からt11までの期間の撮像面における露光強度54、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度64を示している。さらに、減光フィルタ1004の挿入完了タイミングt11以後の撮像面における露光強度55、および、そのときの画素のFD216への光漏れの強度66を示している。そして、タイミングt7においてメカニカルシャッタ1005が撮像領域の中心付近を遮光するので、撮像面の露光強度および光漏れ強度はゼロになる。これより、光漏れ強度61と光漏れ強度65の差が絞り1003および減光フィルタ1004の効果による光漏れの減少分となる。
Further, the
以上のように、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決し、全行同時転送後に絞りを閉じると共に減光フィルタを挿入する。これにより、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となり、光漏れの上下差を低減することができる。 As described above, the global shutter operation by simultaneous reset of all lines and simultaneous transfer of all lines solves the problem of moving subjects appearing in an inclined state, and after the simultaneous transfer of all lines, the aperture is closed and a neutral density filter is inserted. . As a result, the light leakage intensity can be greatly reduced, and the vertical difference in light leakage can be reduced.
また、本実施形態においては、絞り1003の閉じる動作が終了した後に減光フィルタ1004を挿入しているが、これに限るものではない。例えば、絞り1003の閉じる動作を開始する前に減光フィルタ1004を挿入してもよいし、絞り1003の閉動作の途中で減光フィルタ1004を挿入してもよい。あるいは、絞り1003を最小口径になる前の中間の口径の状態に設定しておき、その後、減光フィルタ1004を挿入しても構わない。
Further, in the present embodiment, the
また、絞り1003の動作速度が大きければ、速く光量を減少させることができるので、光漏れ強度も速く減少する。そこで、光漏れを減少させるときの絞りの動作速度を、撮影条件にあわせて設定するときの絞りの動作速度より速く動作させることで、光漏れをさらに低減させるように制御してもよい。
Also, if the operating speed of the
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部106が、撮影条件にあわせて設定するときの絞りの動作速度に対応する制御情報とそれより早い光漏れを減少させるときの絞りの動作速度に対応する制御情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの絞りの動作速度に対応する制御信号を交換レンズ1102に送出する。
In the case of an interchangeable lens imaging device, the
また、減光フィルタ1004の挿入速度(動作速度)が大きければ、速く光量を減少させることができるので、光漏れ強度も速く減少する。そこで、光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度を、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの動作速度より速く動作させることで、光漏れをさらに低減させることが可能になる。
Further, if the insertion speed (operation speed) of the
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部106が、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの動作速度に対応する制御情報とそれより早い光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度に対応する制御情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの減光フィルタの動作速度に対応する制御信号を交換レンズ1102に送出する。
In the case of an interchangeable-lens imaging device, the
また、光の減衰度の異なる複数の減光フィルタ1004を用意しておき、露光時間やISO感度等の撮影条件に応じて切り換える制御を実施してもよい。このとき、撮像面の露光強度51と撮像面の露光強度53の比が減光フィルタ1004の光の減衰度になる。そのため、光漏れを減少させるときの減衰度が撮影条件にあわせて設定するときの減衰度よりも大きい減光フィルタを選択するように制御することで、光漏れをさらに低減させることが可能になる。
In addition, a plurality of
レンズ交換式撮像装置の場合は、同期制御部106が、撮影条件にあわせて設定するときの減光フィルタの情報と光漏れを減少させるときの減光フィルタの情報を記憶しておく。そして、光漏れを減少させるときの減光フィルタを挿入する制御信号を交換レンズ1102に送出する。
In the case of an interchangeable lens imaging apparatus, the
以上のような動作においても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。 It is clear that the same effects as those of the present embodiment can be obtained even in the operation as described above.
[第4の実施形態]
次に、図1から図7に加えて、図8を参照して、本発明の第4の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, with reference to FIG. 8 in addition to FIG. 1 to FIG. 7, an imaging apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the basic configuration and operation of the image pickup apparatus and the basic configuration and operation of the image pickup element are the same as those in the first embodiment.
図8は、本発明の第4の実施形態におけるグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the operation timing of the global shutter operation in the fourth embodiment of the present invention.
第1の実施形態における図6と同様に、グローバルシャッタ動作は、静止画記録に用いられる。本実施形態においては、メカニカルシャッタ1005がタイミングt3から撮像領域を下から上へ向かって遮光し、タイミングt4において遮光が完了する(図8の遮光動作31)。また、メカニカルシャッタ1005の遮光動作31がちょうど撮像領域の中心付近(図8のC)に来たとき、つまり、図8の遮光動作31とCの交差した時点をタイミングt7とする。図8のタイミングt7は、図7のタイミングt7と同じである。それ以外の動作は、図6と同様である。
Similar to FIG. 6 in the first embodiment, the global shutter operation is used for still image recording. In this embodiment, the
FD216への光漏れについては、メカニカルシャッタ1005の遮光動作(図8の遮光動作31)により解消される。さらに、FD216への光漏れについては、タイミングt5からt6までの読み出し動作(図8の動作40)が実施されることで、画素の信号に光漏れとして加算されて出力されるので、画像に影響する光漏れは読み出し動作(図8の動作40)までとなる。本実施形態における全行同時転送動作後の全画素(全行)に対する光漏れの状態は、図8に示す斜線部91となる。
Light leakage to the
図8に示すグローバルシャッタ動作においても、絞り1003あるいは減光フィルタ1004を用いて第1の実施形態および第2の実施形態における図7(b)に示す撮像領域中心付近(図8のC)の露光状態を実現することができる。
Also in the global shutter operation shown in FIG. 8, the
また、絞り1003および減光フィルタ1004を共に用いて第3の実施形態における図7(c)に示す撮像領域中心付近(図8のC)の露光状態を実現することができる。
Further, by using both the
さらに、本実施形態が、レンズ交換式撮像装置にも適用可能であることは言うまでもない。 Furthermore, it goes without saying that this embodiment is also applicable to an interchangeable lens imaging device.
また、本実施形態でも、第1の実施形態における図7(b)の露光状態を実現することができるので、減光フィルタを備えていない光学系を持つ撮像装置や減光フィルタを備えていない交換レンズを装着したレンズ交換式撮像装置にも適用可能なものとなっている。 Also in this embodiment, since the exposure state of FIG. 7B in the first embodiment can be realized, an imaging apparatus having an optical system that does not include a neutral density filter and a neutral density filter are not provided. The present invention can also be applied to an interchangeable lens imaging device equipped with an interchangeable lens.
以上のように、本実施形態では、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決すると共に、全行同時転送後に絞りを閉じる。これにより、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となり、光漏れの上下差を低減することができる。 As described above, in the present embodiment, the global shutter operation by simultaneous reset of all rows and simultaneous transfer of all rows solves the problem that the moving subject appears in an inclined state and closes the aperture after simultaneous transfer of all rows. As a result, the light leakage intensity can be greatly reduced, and the vertical difference in light leakage can be reduced.
また、本実施形態では、メカニカルシャッタが下から上へ向かって遮光動作する例について説明したが、この実施形態に限るものではない。例えば、上から下方向に遮光動作するメカシャッタと、下から上方向に遮光動作するメカシャッタとを組み合わせてもよい。あるいは、左から右方向に遮光動作するメカシャッタでもよいし、右から左方向に遮光動作するメカシャッタでもよい。さらに、左右から中心に向かって同時に遮光動作するメカシャッタを用いてもよい。 In this embodiment, the example in which the mechanical shutter performs the light shielding operation from the bottom to the top has been described. However, the present invention is not limited to this embodiment. For example, a mechanical shutter that performs a light shielding operation from the top to the bottom and a mechanical shutter that performs a light shielding operation from the bottom to the top may be combined. Alternatively, a mechanical shutter that performs a light shielding operation from the left to the right direction or a mechanical shutter that performs a light shielding operation from the right to the left direction may be used. Further, a mechanical shutter that simultaneously performs a light shielding operation from the left and right toward the center may be used.
以上のような動作においても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。 It is clear that the same effects as those of the present embodiment can be obtained even in the operation as described above.
[第5の実施形態]
次に、図1から図7に加えて、図9を参照して、本発明の第5の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, with reference to FIG. 9 in addition to FIG. 1 to FIG. 7, an imaging apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the basic configuration and operation of the image pickup apparatus and the basic configuration and operation of the image pickup element are the same as those in the first embodiment.
図9は、本発明の第5の実施形態におけるグローバルシャッタ動作の動作タイミングを示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the operation timing of the global shutter operation in the fifth embodiment of the present invention.
第1の実施形態における図6と同様に、グローバルシャッタ動作は、静止画記録に用いられる。本実施形態では、メカニカルシャッタ1005を使用しない動作となっている。それ以外の動作は、図6と同様である。
Similar to FIG. 6 in the first embodiment, the global shutter operation is used for still image recording. In this embodiment, the operation does not use the
FD216への光漏れについては、タイミングt5からt6までの読み出し動作(図9の動作40)が実施されることで、画素の信号に光漏れとして加算されて出力されるので、画像に影響する光漏れは読み出し動作(図9の動作40)までとなる。本実施形態における全行同時転送動作後の全画素(全行)に対する光漏れの状態は、図9に示す斜線部92となる。
Regarding the light leakage to the
次に、読み出し動作40がちょうど撮像領域の中心付近(図9のC)に来たとき、つまり、図9の40とCの交差した時点をタイミングt17とする。
Next, when the
ここで、図7のタイミングt7が、図9のタイミングt17と同じタイミングであるとして説明する。 Here, description will be made assuming that the timing t7 in FIG. 7 is the same timing as the timing t17 in FIG.
図9に示すグローバルシャッタ動作においても、絞り1003あるいは減光フィルタ1004を用いて第1の実施形態および第2の実施形態における図7(b)に示す撮像領域中心付近(図9のC)の露光状態を実現することができる。
Also in the global shutter operation shown in FIG. 9, the
また、絞り1003および減光フィルタ1004を共に用いて第3の実施形態における図7(c)に示す撮像領域中心付近(図9のC)の露光状態を実現することができる。さらに、本実施形態が、レンズ交換式撮像装置にも適用可能であることは言うまでもない。
Further, by using both the
また、本実施形態でも、第1の実施形態における図7(b)の露光状態を実現することができるので、減光フィルタを備えていない光学系を持つ撮像装置や減光フィルタを備えていない交換レンズを装着したレンズ交換式撮像装置にも適用可能なものとなっている。 Also in this embodiment, since the exposure state of FIG. 7B in the first embodiment can be realized, an imaging apparatus having an optical system that does not include a neutral density filter and a neutral density filter are not provided. The present invention can also be applied to an interchangeable lens imaging device equipped with an interchangeable lens.
以上のように、全行同時リセットおよび全行同時転送によるグローバルシャッタ動作により、移動する被写体が傾いた状態で写るという課題を解決すると共に、全行同時転送後に絞りを閉じる。これにより、光漏れ強度を大幅に減少させることが可能となり、光漏れの上下差を低減することができる。 As described above, the global shutter operation by all-line simultaneous reset and all-line simultaneous transfer solves the problem that the moving subject appears in an inclined state and closes the aperture after all-line simultaneous transfer. As a result, the light leakage intensity can be greatly reduced, and the vertical difference in light leakage can be reduced.
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。 The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
101 光学系
102 撮像素子
106 同期制御部
1001 第1レンズ群
1002 第2レンズ群
1003 絞り
1004 減光フィルタ
1005 メカニカルシャッタ
1006 駆動部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記露光手段は、前記複数の画素における全行の各光電変換部および各蓄積部を前記リセット部によりリセットして露光を開始してから所定の露光時間が経過した後に、前記複数の画素における全行の各光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を各蓄積部に転送して露光を終了させ、
前記光量調整手段は、前記露光手段による露光が終了した後から遮光が行われるまでに、前記撮像素子への入射光の光量を減少させることを特徴とする撮像装置。 A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light, a storage unit that stores signal charges obtained by photoelectric conversion of the photoelectric conversion unit, a transfer unit that transfers the signal charges from the photoelectric conversion unit to the storage unit, and the photoelectric conversion And an image sensor in which a plurality of pixels having a reset unit for resetting the voltage of the storage unit are arranged in a two-dimensional matrix, a light amount adjusting means for adjusting the amount of incident light to the image sensor, and a global shutter An image pickup apparatus comprising: an exposure unit that performs either an operation or a rolling shutter operation to perform exposure of the image pickup device;
The exposure unit is configured to reset all photoelectric conversion units and storage units of all rows in the plurality of pixels by the reset unit and start exposure, and then, after a predetermined exposure time has elapsed, all the pixels in the plurality of pixels Transfer the signal charge obtained by photoelectric conversion of each photoelectric conversion unit in the row to each storage unit to complete the exposure,
The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the light amount adjusting unit reduces the amount of incident light to the image pickup device after the exposure by the exposure unit is completed and before light shielding is performed.
前記露光手段は、前記撮像素子への入射光の光量を減少させるときの減衰度が、前記撮像装置の撮影条件に合わせて設定される減衰度よりも大きい減光フィルタを選択するように前記光量調整手段を制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 The light amount adjusting means is composed of a plurality of neutral density filters having different light attenuation levels,
The exposure unit selects the light quantity filter so that the attenuation when the light quantity of the incident light to the image sensor is reduced is larger than the attenuation level set in accordance with the imaging condition of the imaging device. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the adjustment unit is controlled.
前記露光手段が、前記複数の画素における全行の各光電変換部および各蓄積部を前記リセット部によりリセットして露光を開始してから所定の露光時間が経過した後に、前記複数の画素における全行の各光電変換部の光電変換により得られた信号電荷を各蓄積部に転送して露光を終了させる工程と、
前記露光手段が、露光が終了した後、各蓄積部から信号電荷を行毎に同時に読み出す工程と、
前記光量調整手段が、前記露光手段による露光が終了した後から遮光が行われるまでに、前記撮像素子への入射光の光量を減少させる工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。 A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light, a storage unit that stores signal charges obtained by photoelectric conversion of the photoelectric conversion unit, a transfer unit that transfers the signal charges from the photoelectric conversion unit to the storage unit, and the photoelectric conversion And an image sensor in which a plurality of pixels having a reset unit for resetting the voltage of the storage unit are arranged in a two-dimensional matrix, a light amount adjusting means for adjusting the amount of incident light to the image sensor, and a global shutter An imaging apparatus comprising: an exposure unit that performs either an operation or a rolling shutter operation to expose the image sensor;
The exposure means resets each photoelectric conversion unit and each storage unit in all rows in the plurality of pixels by the reset unit and starts exposure, and then after a predetermined exposure time has elapsed, all the pixels in the plurality of pixels A step of transferring the signal charge obtained by photoelectric conversion of each photoelectric conversion unit in a row to each storage unit and terminating exposure;
The exposure means, after the exposure is completed, simultaneously reading out the signal charge from each storage unit for each row;
A step of reducing the amount of incident light to the image sensor from when the light amount adjusting means is shielded after the exposure by the exposure means is completed;
A control method comprising:
Priority Applications (1)
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