JP2017034571A

JP2017034571A - 撮像装置

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Publication number: JP2017034571A
Application number: JP2015154649A
Authority: JP
Inventors: 滝田　太郎; Taro Takita; 太郎滝田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-02-09

Abstract

【課題】電子ズーム・拡大動作時における連写時にも駒速を向上可能な撮像装置を提供する。【解決手段】被写体からの光を結像させるための撮像レンズ１００と、受光面に投影される被写体像を光電変換して画像信号を生成する撮像素子１０５と、撮像素子の読み出し領域を可変する読み出し領域変更手段と、撮像素子からの読み出し開始からの時間を計測するタイマー手段と、撮像素子より被写体側に配置されたシャッタ１０２と、シャッタの開口開始を制御する制御手段を有し、タイマー手段により読み出し開始から所定時間経過後にシャッタの開口開始を行う撮像装置である。撮像素子の読み出し領域が変更された時にはシャッタの開口開始のタイミングを可変する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばデジタルカメラ等の撮像装置に関する。

撮像素子とフォーカルプレーンシャッターを有する撮像装置において、撮像素子が受光する光の蓄積時間によって露出が制御される。上記撮像装置において、撮像素子が受光する光の蓄積時間を制御する方法として下記２つが提案されている。
１．フォーカルプレーンシャッターの先幕と後幕を用いる。
２．電子先幕とフォーカルプレーンシャッターの後幕を用いる。

これらの撮像装置では、撮像素子が受光し電荷が蓄積され、その後電荷を読み出すまでの間撮像素子への光を遮光しておく必要があり、また電荷の読み出し時間が長い為に駒速向上の妨げになっている。

この為に撮像素子からの電荷の読み出しと並行して、フォーカルプレーンシャッターの開口動作を行い、撮像素子の読み出しを終えた領域から所定間隔以上をあけた領域を露光するようにファーカルプレーンシャッターの開口動作を早めることで、フォーカルプレーンシャッターが開口するまでの時間を短縮する制御が考えられている（特許文献１参照）。

特開２００９−８８８２５号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、撮像読み出し領域が可変されてもフォーカルプレーンシャッターの開口開始タイミングが変わらない。故に読み出し領域が小さくなる場合は、読み出しているラインとフォーカルプレーンシャッターの所定間隔が大きくなり、次駒への撮影開始までのタイミングが遅れてしまい駒速に影響を与えてしまう。また、読み出し領域が大きくなる場合は読み出しているラインとフォーカルプレーンシャッターの所定間隔が小さくなり、漏れ光による影響が懸念されている。

本発明に係る撮像装置は、被写体からの光を結像させるための撮像レンズと、受光面に投影される被写体像を光電変換して電荷を蓄積し該電荷を読み出し画像信号を生成する撮像素子と、該撮像素子の読み出し領域を可変する読み出し領域変更手段と、該撮像素子からの読み出し開始からの時間を計測するタイマー手段と、該撮像素子より被写体側に配置されたシャッタと、該シャッタの開口開始を制御する制御手段を有し、該タイマー手段により読み出し開始から所定時間経過後に該シャッタの開口開始を行う撮像装置において、該撮像素子の読み出し領域が変更された時には該シャッタの開口開始のタイミングを可変することを特徴とする。

本発明に係る撮像装置によれば、読み出しが完了していない領域に漏光による影響を与えず、シャッタ開口動作と読み出し動作を並行して行う事ができるので、駒速の向上が可能となる。

実施例１、２における全体構成図実施例１、２における電子ズーム時の撮像領域図実施例１におけるシーケンス図実施例１、２における蓄積時の撮像素子とシャッタの構成図実施例１、２における読み出し開始時の撮像素子とシャッタの構成図実施例１、２におけるチャージ開始時の撮像素子とシャッタの構成図実施例１、２における読み出し完了時の撮像素子とシャッタの構成図実施例２におけるシーケンス図実施例２における次駒蓄積開示時の撮像素子とシャッタの構成図

［実施例１］
以下、図面を参照しつつ、本発明の第一の実施形態を説明する。

図１は本発明における実施形態であり、一枚幕のメカシャッター機構を備えたデジタルカメラ等の撮像装置の構成図である。

１００は被写体像からの光量を収束、及び焦点を合わせるためのAF機構、ズーム機構が組み込まれたレンズ群であり、レンズDr(後述)により制御される。１０１はレンズＤｒ(後述)により制御され、撮像素子(後述)に入射される光量を可変する為の絞り部である。
１０２はＳＨドライバ(後述)に制御され、撮像素子(後述)への光量を遮断し、蓄積時間を制御する為のシャッタである。１０３はＣＰＵ(後述)に制御され、絞り部及びフォーカスレンズ、ズームレンズをドライブさせる為のレンズドライバ、また１０４はＣＰＵ(後述)に制御されシャッタを制御する為のＳＨドライバである。

１０５はＴＧ(後述)に制御され、ＣＭＯＳセンサ等でレンズを抜けた被写体象の光を電気信号に変換する為の半導体撮像素子であり、拡大/電子ズーム時には読み出し領域を任意に可変する事が可能である。１０６は１０５の撮像素子より出力される光電変換された電気信号から信号レベルを取り出す為のCDS部及びアナログ画素信号をデジタル信号に変換するA/D変換部を含むAFE部であり、後段の画像処理部(後述)に画像データを転送する。

１０７は１０５の撮像素子を制御するＴＧ部であり、各ラインのリセット開始タイミング（電子先幕動作）、読み出し領域の制御等の読み出しタイミングの制御を行うＴＧ部である。１０８はＡＦＥより出力される画像信号をγ・アパーチャ・カラーバランス等の画像処理を行い所望の静止画/動画フォーマットに変換する画像処理部である。１０９は１０８の画像処理部で生成されたＪＰＥＧ等の静止画フォーマットを記録する為のSDカード及びフラッシュメモリ等で構成される記録部である。

１１０はシャッター釦等の操作ボタン群であり、ＣＰＵ(後述)により検出される。１１１はあらゆる制御を司るＣＰＵであり、主にレンズＤｒ／ＳＨドライバ／ＴＧの制御を行う。

次に本実施例における電子ズーム時の連写シーケンスについて説明する。ＣＰＵは110の操作部のシャッター釦(不図示)の半押し動作により、絞り部・ファーカス部を適正に制御する。尚マニュアル操作の場合はこの限りではなく、設定されたフォーカス/絞りのまま撮影状態となる。ＣＰＵはＴＧを介して、ＣＭＯＳに対して読み出し領域を電子ズーム領域に設定する。

図２に、本実施例における電子ズームの読み出し領域例を示す。

図２に示す様に通常静止画領域５２００×３５００(図２の２００)に対して、本実施例１での電子ズーム領域は、２０１の斜線部に示す様に１８００×１０８０とする。

尚、電子ズーム領域は拡大率により可変し、本実施例の領域は一例である。また図３に本実施例の連写シーケンスにおける電子先幕動作(撮像素子の各ライン毎のリセット動作)とシャッタ駆動及び撮像素子からの読み出し動作を示すタイミング図を示す。

図３の３００でＣＰＵはＴＧに対して、電子ズーム領域の電子先幕の開始設定を行うと、ＴＧは撮像素子に対して、シャッタの速度に合わせたライン毎のリセット走査すなわち電子先幕動作を行う。尚、電子先幕の各ラインのリセット走査のタイミングは、シャッタが撮像面を覆う速さの変化に合わせて、二次/三次/四次曲線等で予め調整されＴＧ内に設定されている。

またこの時のシャッタの状態は図４の４００に示す様に、撮像領域に対して退避している状態である。電子先幕動作が終了すると、所定の蓄積時間経過後にＣＰＵはＳＨドライバに対して、図３の３０１に示す様に走行開始(遮蔽操作)を行う。シャッタ走行が開始されると、シャッタは徐々に撮像面を覆いシャッタ走行が完了すると撮像面を覆い入射光を遮断する。

シャッタ走行が完了すると図３の３０２に示す様に撮像素子からの読み出しを開始する。ＣＰＵは1ライン分の読み出し周期信号であるＨＤ信号をＴＧに対して出力し、次のシャッターチャージ(開口)開始の為のタイマーカウントを行う。尚1画素の読み出し周波数を３２[ＭＨｚ]、また４画素同時読み出しとすると約15[us]のＨＤ周期信号を出力することで1ライン分の読み出しが完了し、ＨＤ信号を読み出しライン分(本実施例では1080)出力すると電子ズーム領域の読み出しが完了する事になる。

ＴＧはＣＰＵより出力されるHD信号に同期して、1ライン毎に画素を読みだす制御信号を撮像素子(１０５)に出力し、撮像素子はAFE(１０６)に３２MHzの周期で各画素のアナログ信号を出力する。
ＡＦＥに入力された画素信号はＣＤＳ回路によりノイズキャンセル及び信号レベルをサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変換にてアナログからデジタルに変換され画像処理部に入力される。

以上の様にして、ＨＤ信号に同期して撮像素子からの読み出し動作を行う。

尚、図５に、図３の３０３に対応した１００ライン分の読み出しが完了した時点でのシャッターと撮像読み出し位置の関係を示す。

図５の５００はシャッタの位置を示しており、読み出し領域との区別をつける為に左の一部分にのみ示している (本来は撮像面を全覆いしている) 。５０１は電子ズームの読み出し領域のうち、読み出しが完了している１００ライン分を示しており、シャッタが閉じている状態で読み出しを行う。

ＣＰＵは読み出し開始からのタイマーカウント値が、図３の３０２に示す様に所定の時間(Ｓｂ[s])経過後にシャッタチャージ(開口)を開始する。尚シャッタチャージ(開口)を開始する所定時間Ｓｂ[s]はシャッタ速度のバラつき、シャッタ電圧、温度等の諸条件によって調整・補正される値である。またＳｂ[s]は、撮像素子からの読み出し中のラインとシャッタの先端が、読み出していない撮像領域に漏れ光量による影響がない様、常に所定の距離以上の間隔が開くような時間に設定される。

原則的に図３に示す様に、読み出し走査よりもシャッタ走査の方が早いので、最終ライン読み出し時に上記の所定の距離以上の間隔が開いていれば良いことになる。例えばＳｂ[s]がＡライン読み出し完了タイミングとすると、電子ズームの読み出し領域、読み出し完了領域(６０１)、シャッタの位置関係(６００)は図６に示すような位置関係になり、６００の様にシャッタは読み出し方向と同じ様に上方向にシャッターチャージ(開口)開始を行う。

またＳｂ[s]が仮に７[ms]とすると、１ラインは１５[us](前述したHD周期)で読み出しが完了するので５００ライン分の読み出し完了時にシャッタチャージ(開口)が開始される。

更に電子ズームの拡大率が大きい場合は、読み出しライン数が減るので所定時間Ｓｂ[s]は短く設定され、逆に拡大率が小さい場合には読み出しライン数が減るので所定時間Ｓｂ[s]は長く設定される。

更に拡大率が小さくなる場合(読み出し領域が大きくなる場合)には、上記所定時間Ｓｂ[s]を長く設定される。

以上の様に読み出し動作を引き続き行うと、図３の３０６のタイミングで撮像素子からの読み出しが完了する。

図３の３０6に対応するシャッタと撮像読み出し完了領域の関係を図７に示す。

図７に示す様に電子ズームの読み出し完了時には、シャッターと最終読み出しラインの関係は光量による影響がない程度の所定ライン(図７ではＢライン)以上の間隔が保たれている。

更にシャッタチャージ(開口)が継続され、図３の３０７でシャッターのチャージ(開口)が完了すると、2回目撮影の為の電子先幕が開始される。
以上を繰り返し、撮像素子からの読み出しを随時行い画像処理部での画像処理の後、記録部に特定のフォーマットで随時記録を行う。

この様にシャッターチャージ(開口)開始タイミングを早める事で、読み出し完了してからシャッターチャージ開始を行うよりも、２枚目以降の撮影もしくは次の撮影動作までの時間をＡライン分早めることができる。また通常撮影よりも読み出し領域が大きい領域に変更された時にはシャッターチャージ(開口)開始タイミングを遅くする事で、読み出しが完了していない領域への漏光による影響がなくなるので、画質向上につながる。

尚、本実施例では、シャッターチャージ(開口)開始タイミングをＣＰＵのタイマーにより制御したが、ＴＧからのＨＤカウント数による割り込み制御によりチャージ開始タイミングを制御する構成も可能である。

以上述べてきた様に、連写時に電子ズーム時などの読み出し撮像領域が小さくなる場合には、シャッターチャージ(開口)開始タイミングを早めることで駒速をあげる事が可能となる。また、読み出し撮像領域が大きくなる場合には、シャッターチャージ(開口)開始タイミングを遅くすることで、漏光による影響がなくなるので画質向上につながる。

［実施例２］
次に本発明の第２の実施形態を説明する。構成図は実施例１と同じであるので割愛する。また図８に本実施例の連写シーケンスにおける電子先幕動作とシャッタ駆動及び撮像素子からの読み出し動作を示すタイミング図を示す。

図８に示す様に、1回目撮影時の電子先幕開始(８００)〜チャージ(開口)開始までの制御(８０５)までの制御は実施例１と同様であり、２回目撮影時の電子先幕開始動作のタイミングが実施例１と異なる。

実施例１と同様に電子先幕動作(８００)のあと蓄積時間経過後にシャッタの走行(８０１)を開始し、シャッタの走行開始（８０１）を行い、更に走行完了後(８０２)に実施例と同様にして、撮像素子からの読み出しを開始する(８０２)し、ＣＰＵでタイマーを走らせる。実施例１と同様にＳｂ[ｓ]経過後に、シャッターチャージ(開口)を開始(８０５)し、撮像素子からの読み出しを引き続き行う。８０６で電子ズーム領域の読み出しが完了しさらに時間が経過し、電子ズーム領域までシャッタが開いたタイミング（８０７）で２回目撮影の電子先幕動作を開始する。

図９に、図８の８０７に対応するシャッター位置（９０２）と電子ズームの読み出し領域（９０１）の位置関係を示す。図９に示す様に、撮像領域は前述したように１８００×１０８０の電子ズーム領域なので、電子ズーム領域分のシャッタが開いた時点(図９の９０２)で、２回目の撮影(蓄積)を行う事が可能となる。

尚、本実施例では、タイマーで２駒目の電子先幕動作のタイミングを決めているが、読み出し終了位置にＰＩセンサ(不図示)等のセンサを設け、センサ出力が切り替わったタイミングで２駒目の電子先幕動作を開始する様にしてもよい。

更にＴＧに読み出し終了位置で割り込みをＣＰＵに対して発生する構成で、シャッターチャージ(開口)開始を行うようにしてもよい。

以上述べたように、実施例２ではシャッターチャージ開始タイミングを早めると共に二回目以降の撮影時の電子先幕走行を、読み出し領域分のシャッターが開いた時点で開始する事が可能なので更に駒速向上が更に可能となる

１００実施例１、２におけるレンズ、１０１実施例１、２における絞り部、
１０２実施例１、２におけるシャッタ、
１０３実施例１、２におけるレンズドライバ、
１０４実施例１、２におけるシャッタードライバ、
１０５実施例１、２における撮像素子、１０６実施例１、２におけるAFE、
１０７実施例１、２におけるTG、１０８実施例１、２における画像処理部、
１０９実施例１、２における記録部、１１０実施例１、２における操作部、
１１１実施例１、２におけるCPU、２００撮像領域全体、
２０１電子ズーム時の読み出し領域、
３００実施例１における一枚目撮影時の電子先幕動作、
３０１実施例１における一枚目撮影時のシャッタの遮光(走行)動作、
３０２実施例１におけるセンサ読み出し開始タイミング位置、
３０３実施例１における１００ライン目読み出し時のタイミング位置、
３０４実施例１におけるシャッターチャージ開始までのカウント動作、
３０５実施例１におけるシャッターチャージ開始位置、
３０６実施例１における読み出し完了位置、
３０７実施例１における二枚目の電子先幕動作、
４００実施例１、２におけるシャッタ、５００実施例１、２におけるシャッタ、
５０１実施例１、２における読み出し完了領域、
６００実施例１、２におけるシャッタ、
６０１実施例１、２における読み出し完了領域、
２０１電子ズーム時の読み出し領域、
８００実施例２における一枚目撮影時の電子先幕動作、
８０１実施例２における一枚目撮影時のシャッタの遮光(走行)動作、
８０２実施例２におけるセンサ読み出し開始タイミング位置、
８０３実施例２における１００ライン目読み出し時のタイミング位置、
８０４実施例２におけるシャッターチャージ開始までのカウント動作、
８０５実施例２におけるシャッターチャージ開始位置、
８０６実施例２における読み出し完了位置、
８０７実施例２における二枚目の電子先幕動作、
９０１実施例２における読み出し領域、９０２実施例２におけるシャッター

Claims

被写体からの光を結像させるための撮像レンズと、受光面に投影される被写体像を光電変換して電荷を蓄積し該電荷を読み出し画像信号を生成する撮像素子と、該撮像素子の読み出し領域を可変する読み出し領域変更手段と、該撮像素子からの読み出し開始からの時間を計測するタイマー手段と、該撮像素子より被写体側に配置されたシャッタと、該シャッタの開口開始を制御する制御手段を有し、該タイマー手段により読み出し開始から所定時間経過後に該シャッタの開口開始を行う撮像装置において、該撮像素子の読み出し領域が変更された時には該シャッタの開口開始のタイミングを可変することを特徴とする撮像装置。
前記読み出し領域変更手段により、読み出し領域が小さい領域に変更された時には前記シャッタの開口開始のタイミングまでの時間を短く、大きい領域に変更された時には前記シャッタの開口開始のタイミングまでの時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記読み出し領域変更手段により、読み出し領域が撮像領域全体の先頭ラインより離れている程、前期シャッタの開口開始のタイミングまでの時間を短くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記タイマー手段により前期シャッタの開口開始タイミングを可変する事で、読み出しを終えた領域から所定間隔以上をあけた領域を露光するように、撮像素子からの読み出しと開口動作を並行して行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
前記撮像素子の画素電荷をリセットする電子シャッタ手段を有し、前期タイマー手段によりシャッタ位置が前記読み出し領域分開口したタイミングで、該電子シャッタ手段により画素電荷をリセットし、次駒の蓄積を開始する事を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の撮像装置。