JP3566633B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置に係り、特に静止画の映像信号を生成するときの露光制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラは、信号処理のディジタル化に伴ない、多種多様な機能が開発されている一方で、ディジタルの映像信号を容易に出力できることから、コンピュ−タなどの映像入力手段として注目されつつある。コンピュ−タなどの取り扱う映像は、静止画が一般的であり静止画の映像信号を得るために、現在では民生用のカメラ一体型ＶＴＲを用いてカメラ一体型ＶＴＲから出力される動画像のうちの任意の１フィ−ルドないし１フレ−ム分の映像信号をメモリ等に記録する。メモリ等に記録された映像信号は、静止画としてコンピュ−タに入力される。なお、特開平２−２８８６７９号公報には、ビデオカメラにおいて、適正露出の静止画を出力する技術が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以下に示す問題から上記画像入力方法は好ましい方法ではない。
【０００４】
（１）自動制御系を静止画にも対応できるようにする…一般的なビデオカメラでは映像信号を用いて露光制御を行なっている。すなわち、被写体の照度を検出する検出器を別個には有しておらず、映像信号から検出してそれぞれの制御部にフィ−ドバックしている。しかしながら、静止画の映像信号から検出しても、検出した静止画にフィ−ドバックできない。
【０００５】
（２）一般的な撮像素子を用いてフレ−ムの静止画を生成できるようにする…一般的な撮像素子は、画素の信号を一度しか読み出せない破壊読み出しであり、しかも垂直方向に隣接する２つの画素の信号を混合して読みだす画素混合方式である。上記読み出し方式のままで信号処理を行なうと、画素数に見合った解像度の静止画は生成できない。
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決し、通常のビデオカメラ（アイリス及び信号処理）で、フルフレームの静止画を撮像することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点（１）を解決するため本発明は、入射光の一部を遮断する光量制限手段、入射光を画素ごとに光電変換するとともに、該画素で光電変換された電荷を任意の時間に掃き捨てるシャッタ機能を有する固体撮像素子、該固体撮像素子で光電変換された信号を映像信号として出力する信号処理手段、及び該光量制限手段及び該固体撮像素子の該シャッタ機能を制御することにより露光量を調節するとともに、静止画撮影時には、それ以前の動画撮影時に規定された露光量で該光量制限手段及び該シャッタ機能の露光制御を行なう露光制御手段を有する。
【０００８】
上記問題点（２）を解決するため本発明では、さらに
前記信号処理手段は、前記固体撮像素子が画素の信号を独立して出力している時と、画素混合して出力している時とで異なった信号処理により映像信号を生成する。
【０００９】
【作用】
上記（１）の問題点を解決する手段によれば、動画撮像時の検出結果を記憶しておき、その検出結果を基に静止画を生成するように動作する。
【００１０】
また、上記（２）の問題点を解決する手段によれば、静止画撮像時には撮像素子の駆動方法を変えて画素の信号を混合せずに読み出され、信号処理回路に静止画の映像信号が入力されたときに信号処理の内容が静止画用に切り替わる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例に係る撮像装置の構成図である。同図において１０１は、レンズ、１０２は、メカシャッタ、１０３は、撮像素子、１０４は、アンプ、１０５は、Ａ／Ｄ変換器、１０６は、映像信号処理回路、１０７は、カメラ制御回路、１０８は、メカシャッタ制御回路、１０９は、撮像素子駆動回路、１１０は、シャッタボタンである。撮像素子１０３の具体例を図２に示す。図２において、２０１は、ホトダイオ−ド、２０２は、垂直ＣＣＤ、２０３は、水平ＣＣＤであり、ｇｒ、ｍｇ、ｃｙ、ｙｅは、ホトダイオ−ド２０１の各々の表面に配された色フィルタで、ｇｒはグリ−ン、ｍｇはマゼンタ、ｃｙはシアン、ｙｅはイエロ−の色フィルタであることを示す。このような色フィルタが配されたホトダイオ−ドは一般に画素と呼ばれている。レンズ１０１を通して入力された光は、メカシャッタ制御回路１０８により絞り値Ｆが制御されたメカシャッタ１０２を通して撮像素子１０３に入力され、撮像素子１０３の表面に配されたホトダイオ−ド２０１で光電変換され、垂直ＣＣＤ２０２内で画素混合され、水平ＣＣＤ２０３を経由して出力される。撮像素子１０３の出力信号は、アンプ１０４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０５でディジタル信号に変換され、映像信号処理回路１０６に入力される。映像信号処理回路１０６は、入力された信号をＮＴＳＣ等の映像信号に変換して出力すると共に被写体の輝度情報等をカメラ制御回路１０７に出力する。カメラ制御回路１０７は、被写体の輝度情報をもとに映像信号処理回路１０６の出力が所望の輝度レベルになるようにメカシャッタ制御回路１０８を制御し、メカシャッタ１０２の絞り値を変化させ、また、必要に応じて撮像素子駆動回路１０９を制御し、撮像素子１０３が有する電子シャッタスピ−ドを制御する。
【００１３】
次に、電子シャッタについて簡単に説明する。図３は、撮像素子１０３のポテンシャルを模式的に表した図である。同図において、３０１は、撮像素子１０３に蓄えられた電荷、３０２は、読み出しゲ−ト、３０３は、基板電圧、３０４は、ｗｅｌｌ、３０５は、チャネルストッパである。ホトダイオ−ド２０１により光電変換された電荷は、読み出しゲ−ト６０２とｗｅｌｌ６０４の間に図に示すように蓄えられる。撮像素子１０３に撮像素子駆動回路１０９から電荷掃き出しパルスが供給されると、基板電圧３０３のポテンシャルが下がる。すると、図４に示すように基板電圧３０３に引き込まれる形でｗｅｌｌ３０４のポテンシャルが下がる。すると、電荷３０１は、基板電圧３０３の部分に掃き捨てられる。チャネルストッパ３０５は、隣の画素に対応する垂直ＣＣＤ２０２からの電荷の漏れ込みを阻止するためのものである。
【００１４】
この構成において、シャッタボタン１１０を押すことによりカメラ制御回路１０７からシャッタクロ−ズの制御信号がメカシャッタ制御回路１０９に入力され、メカシャッタ制御回路１０９によってメカシャッタ１０２は、所定の時間後にクロ−ズ状態となる。メカシャッタ１０２がクロ−ズ状態となるまでに撮像素子１０３に入力された光は、上記動作と同様に撮像素子１０３に配されたホトダイオ−ド２０１によって光電変換され、メカシャッタ１０２がクロ−ズ状態の間に垂直ＣＣＤ２０２を経由して水平ＣＣＤ２０３へ転送し、撮像素子駆動回路１０９より供給される水平走査パルスに同期して電圧変換されて出力される。この時、撮像素子１０３は、ホトダイオ−ド２０１から１度信号を読み出すと、ホトダイオ−ド２０１に信号が残らない、いわゆる破壊読み出しであるので、一般的な読み出し方法である画素混合読み出しをすると、フレ−ムの情報が失われてしまう。
【００１５】
以下、画素混合読み出しの説明をする。撮像素子１０３は、シャッタボタン１１０が押されるまで、特開昭６３−１１４４８７号公報に記載されているように、垂直方向に隣接する２つの画素信号を混合して読み出す、いわゆる画素混合方式で信号を読み出す。
【００１６】
図５は、画素混合読み出し時における垂直転送パルスと、垂直ＣＣＤ２０２における信号電荷の転送のタイミングチャ−トを示したものである。同図において垂直転送パルス１の３値パルスが高レベルになることでｇｒ、ｍｇの行のホトダイオ−ド２０１から、垂直転送パルス３の３値パルスが高レベルになることでｃｙ、ｙｅの行のホトダイオ−ド２０１からそれぞれ垂直ＣＣＤ２０２に信号電荷が転送される。垂直ＣＣＤ２０２に転送された信号電荷は、図５に示す通りに垂直ＣＣＤ２０２内で混合され、水平ＣＣＤ２０３に転送され、撮像素子１０３から出力される。
【００１７】
ところが、静止画撮像時において上記した画素混合読み出しを行なうと、撮像素子１０３の垂直方向の画素数に見合った解像度を得ることが出来ないので、静止画撮像時には、以下に示す独立読み出しを行なう。図６は、独立読み出し時における垂直転送パルスと、垂直ＣＣＤ２０２における信号電荷の転送のタイミングチャ−トを示したものである。同図において垂直転送パルス１、及び垂直転送パルス３の３値パルスが高レベルになる周期は、図６に示す通り１フィ−ルドおきである。よって垂直転送パルス１の３値パルスが高レベルになるフィ−ルドでは、ｇｒ、ｍｇの行のホトダイオ−ド２０１からのみ信号電荷が垂直ＣＣＤ２０２に転送され、次の１フィ−ルドでは、垂直転送パルス３の３値パルスが高レベルになることで、ｃｙ、ｍｇの行のホトダイオ−ド２０１からのみ垂直ＣＣＤ２０２に信号電荷が転送される。垂直ＣＣＤに２０２転送された信号電荷は、１フィ−ルド期間ですべて水平ＣＣＤ２０３に転送されてしまうので、上記した画素混合読み出し方式の様に、隣りあったホトダイオ−ド２０１の信号電荷が混合されることはなく、１つのホトダイオ−ドに対して１つの信号を得ることができる。以下、水平ＣＣＤ２０３に転送された信号電荷は、駆動回路１０５より供給される水平走査パルスに同期して撮像素子１０３から出力される。撮像素子１０３の出力信号は、アンプ１０４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０５でディジタル信号に変換され、映像信号処理回路１０６に入力される。映像信号処理回路１０６は、入力された信号を映像信号に変換して出力する。ただし、上記独立読み出しをするにあたり、上記ｇｒ、ｍｇの行ホトダイオ−ドの露光量と、ｃｙ、ｙｅの行のホトダイオ−ドの露光量を等しくするために、静止画撮像のための露光を開始した時から、少なくとも上記信号を読み出し終えるまでの期間は、メカシャッタ１０２を全閉状態にしなければならない。さらに、撮像素子１０３に対する露光量は、前フィ−ルドに撮像素子１０３が有するホトダイオ−ド２０１が光電変換した信号電荷を垂直ＣＣＤ２０２に転送した直後からメカシャッタ１０２が全閉状態になるまでに撮像素子１０３に入射した光量である。
【００１８】
図７は、メカシャッタ１０２の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量を示したグラフである。本実施例のビデオカメラの露光制御ではシャッタボタン１１０が押されるまでは通常のビデオカメラと同様の動作を行っている。すなわち１フィールド期間撮像素子１０３に蓄積した電荷を毎フィールド読出し、信号処理回路で生成した輝度信号から露光量を計算して所定の露光量となるようにメカシャッタ制御回路１０９でメカシャッタ１０２の絞りを制御する。撮像素子１０３の露光は、電子シャッタを使用しない場合、ホトダイオード２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷転送を行う時刻ｔ１〜ｔ４からそれぞれ開始されるので、時刻ｔ３〜ｔ４の間でシャッタボタン１１０が押されたとすると、時刻ｔ４から静止画生成のための露光が開始される。この時、Ａで示した面積（露光量）が、現在撮像している被写体に対する適正な露光量であったとする。静止画撮像時に適正な露光量を得るためには、時刻ｔ４〜ｔ５期間の露光量であるＢで示した面積とＡで示した面積が等しくなるようにメカシャッタ１０２を動作させれば、静止画撮像時においても適正な露光量を得ることが出来る。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施例を図を用いて説明する。
【００２０】
前述の第１の実施例で図１に示した撮像装置において、動画撮像時信号中の雑音成分は、毎フィ−ルド毎に位相が異なり、人間の目で平滑化されるため、信号中の雑音成分は、あまり気にならなかった。しかし、静止画の場合、上記平滑化が行なわれないので、静止画撮像時においては、従来の動画を撮像する撮像装置よりもＳ／Ｎを向上させる必要がある。
【００２１】
上記Ｓ／Ｎを向上させる手段を図３を用いて以下に示す。同図においてホトダイオ−ド２０１により光電変換された電荷は、読み出しゲ−ト３０２とｗｅｌｌ３０４の間に図に示すように蓄えられる。動画読み出し時においては、１フィ−ルドに１回垂直転送パルス１及び３の３値パルスが高レベルになることで読み出しゲ−ト３０２のポテンシャルが下がり、上記電荷３０１が垂直ＣＣＤ２０２に転送される。この時、図に示した読み出しゲ−トのポテンシャルが垂直転送パルス１の３値パルスが高レベルになることで下がったとすれば、垂直方向に隣接する画素が有する読み出しゲ−トのポテンシャルは、垂直転送パルス３の３値パルスが高レベルになることによって下がるものとする。上記方法で読み出された電荷３０１は、上方ないし下方に隣接するホトダイオ−ドで光電変換された電荷と垂直ＣＣＤ２０２内で混合される。静止画撮像時においては、読み出しを開始する１フィ−ルド目には、垂直転送パルス１の３値パルスのみをが高レベルとして、２フィ−ルド目に垂直転送パルス３の３値パルスのみを高レベルとすることで上記画素混合を行なわずに電荷３０１を読みだす。この時、電荷６０１が読み出しゲ−ト６０２とｗｅｌｌ６０４の間から溢れないかぎり１つの画素に対して動画撮像時よりも多くの量の電荷３０１を蓄積しても、垂直ＣＣＤ２０２及び水平ＣＣＤ２０３は、電荷の転送が可能である。上記方法に基づき撮像素子１０３により多くの電荷を蓄積することで、Ｓ／Ｎが向上する。
【００２２】
次に、本発明の第３の実施例を図を用いて説明する。
【００２３】
本発明の第３の実施例に係る撮像装置の構成は、前述の第１の実施例と共通であるので、図１を用いて説明する。また、第１の実施例と共通する部分については、その説明を省略する。上記実施例に示したした様に、静止画を撮像する場合、撮像素子１０３により多くの光を入射させ、より多くの電荷を蓄積した方がＳ／Ｎは有利である。以下、撮像素子１０３に蓄積させる電荷の量を動画撮像時の１．５倍として静止画撮像時の露光制御について説明する。
【００２４】
図８は、本実施例におけるメカシャッタ１０２の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量とホトダイオ−ド２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷の転送タイミングを示す図である。上記撮像装置において、静止画撮像動作に入る前には、第１の実施例で述べたように一般的なビデオカメラと同様の露光制御を行なう。ここでは簡単のため動画撮像の時間を３フィ−ルド分しか示さないが、動画を撮像する時間の長さは、上記露光制御が十分安定するまでの任意の長さであり、その後シャッタボタン１１０が押されるまでの時間である。上記動画の露光制御が安定した後、図８のｔｓに示す時刻にシャッタボタン１１０が押されたとすと、カメラ制御回路１０７からシャッタクロ−ズの制御信号がメカシャッタ制御回路１０９に入力され、シャッタ制御回路１０８によってメカシャッタ１０２は、次のフィ−ルドの先頭つまり時刻ｔ４から閉鎖動作を開始する。すなわち静止画撮像のための露光は、時刻ｔ４から開始される。この時メカシャッタ１０２は、慣性を持たずに一定速度で直線的に絞り値を変化し、現在の絞り量から３フィ−ルドの時間で閉鎖したとする。また、図８に示すように時刻ｔ４以降メカシャッタ１０２が閉鎖するまで垂直転送パルス１及び３の３値パルスを停止し、ホトダイオ−ド２０１からの電荷の読み出しを停止する。上記条件によれば、前述の第１の実施例と同様に静止画撮像時の露光量すなわちＢで示した面積は、動画撮像時の露光量、すなわちＡで示した面積の１．５倍となり、図８に示す時刻ｔ３からｔ４期間の露光量の１．５倍の露光量を撮像素子１０３に与えることができる。上記方法でｔ４〜ｔ７期間に撮像素子１０３に入射した光は、光電変換されてメカシャッタ１０２が閉鎖した後のｔ７、ｔ８のタイミングで各々１回ずつ垂直転送パルス１、３の３値パルスを高レベルにして、上記した独立読み出しにより撮像素子１０３から出力される。ただし、独立読み出しをしたので、映像信号処理回路１０６は、信号処理を静止画用に切り替えて入力された信号を映像信号に変換して出力する。また、この時撮像素子１０３に蓄えられた信号電荷は、動画撮像時の１．５倍であるので以後の信号処理における信号増幅の総量は、動画撮像時の１／１．５倍にすれば良い。
【００２５】
また、上記ｔ４〜ｔ７期間に撮像された映像信号は、１度しか読み出すことが出来ないので、読み出したら図示しないメモリ等の記録手段に記録し、必要に応じてコンピュ−タ機器等に静止画として出力する。
【００２６】
次に、本発明の第４の実施例を図を用いて説明する。
【００２７】
本発明の第３の実施例に係る撮像装置の構成は、前述の第１及び３の実施例と共通であるので、図１を用いて説明する。また、第１及び３の実施例と共通する部分については、説明を省略する。本実施例においても、撮像素子１０３に蓄積させる電荷の量を動画撮像時の１．５倍として静止画撮像時の露光制御について説明する。
【００２８】
図９は、本実施例におけるメカシャッタ１０２の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量と、ホトダイオ−ド２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷の転送タイミングを示す図である。本実施例において、前述の第３の実施例と異なる点は、被写体の照度がより高く、撮像素子１０３への露光量が前述の第３の実施例の半分であることである。上記撮像装置において、静止画撮像動作に入る前には、第１の実施例で述べたように一般的なビデオカメラと同様の露光制御を行なう。動画の露光制御が安定した後、図９のｔｓに示す時刻にシャッタボタン１１０が押されたとすと、静止画撮像のための露光は、時刻ｔ４から開始される。この時メカシャッタ１０２は、前述の第３の実施例と同様に慣性を持たずに一定速度で直線的に絞り値を変化する。すなわち、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間も半分となり、１．５フィ−ルドとなる。この時、前述の第１の実施例と同様に、シャッタボタン１１０が押された次のフィ−ルドすなわち時刻ｔ４からメカシャッタ１０２を閉鎖させたとすると、静止画撮像のための露光量を時刻ｔ３〜時刻ｔ４の動画撮像時に行なっていた露光制御による露光量の１．５倍にすることが出来ない。そこで、シャッタボタン１１０が押されても、カメラ制御回路１０７は、以下に示す方法で決まる一定の時間シャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力しない。
【００２９】
図１０は、シャッタボタン１１０が押されてから、カメラ制御回路１０７が上記一定時間を計算し、シャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力するまでの一連の動作を示す流れ図である。シャッタボタン１１０が押されると、シャッタクロ−ズの制御信号がカメラ制御回路１０７に入力され、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１０２の現在の絞り値を判定し、現在のメカシャッタ１０２の絞り値から、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間を計算する。そして、動画撮像時に行っていた露光制御による露光量の１．５倍の露光量を静止画撮像時に与えるためにメカシャッタ１０２の閉鎖動作をどれだけ遅らせれば良いかを計算する。カメラ制御回路１０７は、シャッタボタン１１０が押されてから、上記計算で得られた時間後にメカシャッタ制御回路１０９にシャッタクロ−ズの制御信号を出力し、メカシャッタ１０２を閉鎖させる。なお、図示しないが、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１０２の絞り値を認識する手段を有し、現在の露光量と、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間から、撮像素子１０３への露光量を静止画撮像時に動画撮像時の１．５倍の露光量を与えるために必要な上記一定時間を計算する手段を有する。本実施例においては、上記一定時間を１フィ−ルドとすることで、前述の第１の実施例と同様に図９に示す静止画撮像時の露光量すなわちＢで示した面積は、動画撮像時の露光量、すなわちＡで示した面積の１．５倍となり、時刻ｔ３からｔ４期間の露光量の１．５倍の露光量を撮像素子１０３に与えることができる。上記方法でｔ４〜メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに撮像素子１０３に入射した光は、光電変換されてメカシャッタ１０２が閉鎖した後のｔ７、ｔ８のタイミングで各々１回ずつ垂直転送パルス１、３の３値パルスを高レベルにして、上記した独立読み出しにより撮像素子１０３から出力される。ただし、独立読み出しをしたので、映像信号処理回路１０６は、信号処理を静止画用に切り替えて入力された信号を映像信号に変換して出力する。また、この時撮像素子１０３に蓄えられた信号電荷は、動画撮像時の１．５倍であるので以後の信号処理における信号増幅の総量は、動画撮像時の１／１．５倍にすれば良い。
【００３０】
また、上記ｔ４〜メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに撮像された映像信号は、１度しか読み出すことが出来ないので、読み出したら図示しないメモリ等の記録手段に記録し、必要に応じてコンピュ−タ機器等に静止画として出力する。
【００３１】
静止画撮像時において動画撮像時の露光量の１．５倍の露光量を得ることが出来る。なお、上記一定時間は、さらに被写体が明るく、さらに露光量が少ない場合は、上記一定時間がそれに応じて長くなることは、言うまでもない。なお、前述の第３の実施例同様、図９に示すように時刻ｔ４以降メカシャッタ１０２が閉鎖するまで垂直転送パルス１及び３の３値パルスを停止し、ホトダイオ−ド２０１からの電荷の読み出しを停止する。
【００３２】
次に、本発明の第５の実施例を図を用いて説明する。
【００３３】
本実施例は、前述の第３の実施例と共通する部分があり、異なる部分について説明する。本実施例においても、撮像素子１０３に蓄積させる電荷の量を動画撮像時の１．５倍として静止画撮像時の露光制御について説明する。
【００３４】
図１１は、本実施例におけるメカシャッタ１０２の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量と、ホトダイオ−ド２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷の転送タイミング及び撮像素子１０８から供給される電荷掃き捨てパルスのタイミングを示す図である。本実施例において、前述の第３の実施例と異なる点は、被写体の照度がより低く、撮像素子１０３への露光量が前述の第３の実施例の２倍であることである。上記撮像装置において、静止画撮像動作に入る前には、第１の実施例で述べたように一般的なビデオカメラと同様の露光制御を行なう。動画の露光制御が安定した後、図１１のｔｓに示す時刻にシャッタボタン１１０が押されたとすと、静止画撮像のための露光は、時刻ｔ４から開始される。この時メカシャッタ１０２は、前述の第３の実施例と同様に慣性を持たずに一定速度で直線的に絞り値を変化する。すなわち、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間も２倍となり、６フィ−ルドとなる。この時、シャッタボタン１１０が押された次のフィ−ルドすなわち時刻ｔ４からメカシャッタ１０２を閉鎖させたとすると、静止画撮像のための露光量は、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の動画撮像時に行なっていた露光制御による露光量の３倍になってしまう。そこで、シャッタボタン１１０が押されて、時刻ｔ４からメカシャッタ１０２が閉鎖動作を行なっている最中に、カメラ制御回路１０７は、以下に示す方法で決まる一定の時間撮像素子１０３が有する電子シャッタ機能によりホトダイオ−ド２０１に蓄積した電荷を掃き捨てる。
【００３５】
図１２は、シャッタボタン１１０が押されてから、カメラ制御回路１０７が上記一定時間を計算し、シャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力するまでの一連の動作を示す流れ図である。シャッタボタン１１０が押されると、シャッタクロ−ズの制御信号がカメラ制御回路１０７に入力され、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１０２の現在の絞り値を判定し、現在のメカシャッタ１０２の絞り値から、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間を計算する。そして、動画撮像時に行っていた露光制御による露光量の１．５倍の露光量を静止画撮像時に与えるために上記電子シャッタ機能による電荷の掃き出しを時刻ｔ４からどれだけ行なえば良いかを計算する。カメラ制御回路１０７は、シャッタボタン１１０が押されてから、時刻ｔ４からメカシャッタ１０２を閉鎖させるためにメカシャッタ制御回路１０９にシャッタクロ−ズの制御信号を出力し、同時に上記計算で得られた時間、撮像素子駆動回路１０８を制御し、撮像素子１０３に電荷掃き捨てパルスを供給させる。なお、図示しないが、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１０２の絞り値を認識する手段を有し、現在の露光量と、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間から、撮像素子１０３への露光量を静止画撮像時に動画撮像時の１．５倍の露光量を与えるために必要な上記一定時間を計算する手段を有する。本実施例においては、上記一定時間を略２フィ−ルドとすることで、静止画撮像時において動画撮像時の露光量の１．５倍の露光量を得ることが出来る。なお、上記一定時間は、さらに被写体が暗く、さらに露光量が多い場合は、上記一定時間がそれに応じて長くなることは、言うまでもない。
【００３６】
また、上記ｔ４〜メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに撮像された映像信号は、１度しか読み出すことが出来ないので、読み出したら図示しないメモリ等の記録手段に記録し、必要に応じてコンピュ−タ機器等に静止画として出力される。なお、前述の第３の実施例同様、図１１に示すように時刻ｔ４以降メカシャッタ１０２が閉鎖するまで垂直転送パルス１及び３の３値パルスを停止し、ホトダイオ−ド２０１からの電荷の読み出しを停止する。
【００３７】
次に、本発明の第６の実施例を図を用いて説明する。
【００３８】
図１３は本発明の実施例に係る撮像装置の構成図であり、前述の第１の実施例と共通する部分には同じ番号を付け、説明を省略する。同図において、１３０１はメカシャッタ、１３０２はＥＥＰＲＯＭ（電気的に書き替え可能なＲＯＭ）であり、前述の第３、４及び５の実施例においてメカシャッタ１０２は、慣性を持たずに一定速度で直線的に絞り値が変化するものとしていたが、上記メカシャッタ１３０１は、慣性を持っている。すなわち、シャッタボタン１１０が押されてシャッタクロ−ズの制御信号がメカシャッタ制御回路１０９に入力された後にメカシャッタ１３０１が行なうシャッタ閉鎖動作は、図１４に示す軌跡をたどる。図１４に示す軌跡は、メカシャッタ１３０１の種類によって異なり、また同一の種類のメカシャッタでも、個々のバラツキ等で、必ずしも同一ではない。そこで、用いたメカシャッタ１３０１の閉鎖動作時の軌跡をＥＥＰＲＯＭ１３０２に予め記録しておく。図１４には、メカシャッタ１３０１の絞り値が３種類の場合しか示していないが、必要に応じて任意の各絞り値におけるメカシャッタ１３０１の閉鎖動作の軌跡をＥＥＰＲＯＭ１３０２に記録する。上記ＥＥＰＲＯＭ１３０２に記録するデ−タは、生産工程における自動調整時に記録してもよい。
【００３９】
なお、上記任意の各絞り値におけるメカシャッタ１３０１の閉鎖動作の軌跡は、その他の記録手段に記録してもよい。
【００４０】
以下、本実施例においての静止画撮像時の露光制御を説明する。前述の第１、３、４及び５の実施例と同様に静止画撮像動作をする前には、一般的なビデオカメラと同様の動画を撮像し、一般的なビデオカメラが行なっている露光制御を行なう。図１５，１６，１７は、本実施例において静止画撮像を行なう場合の各メカシャッタ１３０１の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量と、ホトダイオ−ド２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷の転送タイミングを示す図であり、図１８は、シャッタボタン１１０が押されてからの静止画撮像時における露光制御動作を示す流れ図である。
【００４１】
図１８に示すように、動画の露光制御が安定した後、任意のタイミングｔｓでシャッタボタン１１０が押されると、カメラ制御装置１０７は現在のメカシャッタ１３０１の絞り値に対応する閉鎖動作の軌跡をＥＥＰＲＯＭから読み出す。そして、ＥＥＰＲＯＭからのデ−タをもとに、静止画撮像時において、動画撮像時に行なった露光制御による露光量の１．５倍の露光量を与えるために、図１５に示すように前述の第４の実施例で行なったシャッタ閉鎖動作を遅らせる方法を用いるか、また、図１６に示すように前述の第５の実施例で行なった電子シャッタによる電荷の掃き出しを行なうか、図１７に示すようにまた前述の第３の実施例で行なったように時刻ｔ４からシャッタ閉鎖動作を行なうかを判定する。上記判定結果が前述の第４の実施例と同様にシャッタ閉鎖動作を遅らせるであったなら、カメラ制御回路１０７は図１８で示すａを選択し、時刻ｔ４からシャッタ閉鎖動作をどれだけ遅らせるかを計算し、時刻ｔ４から得られた計算時間後すなわち図１５に示す時刻ｔｓｓにシャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路に出力する。また、上記判定結果が前述の第５の実施例と同様に電子シャッタによる電荷の掃き出しを行なうであったら、図１８で示すｂを選択し、カメラ制御回路１０７は、静止画撮像のための露光開始時間である時刻ｔ４から電子シャッタによる電荷の掃き出しを行なう時間を計算し、時刻ｔ４にシャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力し、同時に上記計算で得られた時間だけ撮像素子駆動回路１０８を制御し、撮像素子１０３に蓄積した電荷の掃き出しを行なわせる。また、上記した２つ以外、すなわちシャッタ閉鎖動作を遅らせる必要も、電子シャッタによる電荷の掃き出しも行なう必要が無い場合には、図１８で示すｃを選択し、前述の第３の実施例のように時刻ｔ４からシャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力し、メカシャッタ１３０１を閉鎖させる。
【００４２】
なお、図示しないが、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１３０１の絞り値を認識する手段を有し、現在の露光量と、ＥＥＰＲＯＭ１３０２より与えられるデ−タから、撮像素子１０３への露光量を静止画撮像時に動画撮像時の１．５倍とするために、上記方法のいづれかの方法を用いれば良いかを判定する手段と、シャッタ閉鎖動作を遅らせる時間の計算手段及び電子シャッタによる電荷の掃き出し時間を計算する手段を有する。また、上記ｔ４〜メカシャッタ１３０１が閉鎖するまでに撮像された映像信号は、１度しか読み出すことが出来ないので、読み出したら図示しないメモリ等の記録手段に記録し、必要に応じてコンピュ−タ機器等に静止画として出力する。なお、前述の第３、４、５の実施例同様、図１５、１６、１７に示すように時刻ｔ４以降メカシャッタ１０２が閉鎖するまで垂直転送パルス１及び３の３値パルスを停止し、ホトダイオ−ド２０１からの電荷の読み出しを停止する。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、静止画撮像時に正確な露光制御を行なうことができ、高画質な静止画を撮像することが出来る撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る撮像素子の具体例を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る撮像素子のポテンシャルを示す図である。
【図４】本発明の実施例に係る撮像素子のポテンシャルを示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る撮像素子の駆動を示すタイミングチャ−トである。
【図６】本発明の実施例に係る撮像素子の駆動を示すタイミングチャ−トである。
【図７】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係る流れ図である。
【図１１】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係る流れ図である。
【図１３】本発明の実施例に係る撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施例に係るメカシャッタの閉鎖動作の軌跡を示す図である
【図１５】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１６】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１７】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１８】本発明の実施例に係る流れ図である。
【符号の説明】
１０１…レンズ
１０２…メカシャッタ
１０３…撮像素子
１０４…アンプ
１０５…Ａ／Ｄ変換器
１０６…映像信号処理回路
１０７…カメラ制御回路
１０８…メカシャッタ制御回路
１０９…撮像素子駆動回路
１１０…シャッタボタン
２０１…ホトダイオ−ド
２０２…垂直ＣＣＤ
２０３…水平ＣＣＤ
３０１…電荷
３０２…読み出しゲ−ト
３０３…基板電圧
３０４…ｗｅｌｌ
３０５…チャネルストッパ
１３０１…メカシャッタ
１３０２…ＥＥＰＲＯＭ
【産業上の利用分野】
本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置に係り、特に静止画の映像信号を生成するときの露光制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラは、信号処理のディジタル化に伴ない、多種多様な機能が開発されている一方で、ディジタルの映像信号を容易に出力できることから、コンピュ−タなどの映像入力手段として注目されつつある。コンピュ−タなどの取り扱う映像は、静止画が一般的であり静止画の映像信号を得るために、現在では民生用のカメラ一体型ＶＴＲを用いてカメラ一体型ＶＴＲから出力される動画像のうちの任意の１フィ−ルドないし１フレ−ム分の映像信号をメモリ等に記録する。メモリ等に記録された映像信号は、静止画としてコンピュ−タに入力される。なお、特開平２−２８８６７９号公報には、ビデオカメラにおいて、適正露出の静止画を出力する技術が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以下に示す問題から上記画像入力方法は好ましい方法ではない。
【０００４】
（１）自動制御系を静止画にも対応できるようにする…一般的なビデオカメラでは映像信号を用いて露光制御を行なっている。すなわち、被写体の照度を検出する検出器を別個には有しておらず、映像信号から検出してそれぞれの制御部にフィ−ドバックしている。しかしながら、静止画の映像信号から検出しても、検出した静止画にフィ−ドバックできない。
【０００５】
（２）一般的な撮像素子を用いてフレ−ムの静止画を生成できるようにする…一般的な撮像素子は、画素の信号を一度しか読み出せない破壊読み出しであり、しかも垂直方向に隣接する２つの画素の信号を混合して読みだす画素混合方式である。上記読み出し方式のままで信号処理を行なうと、画素数に見合った解像度の静止画は生成できない。
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決し、通常のビデオカメラ（アイリス及び信号処理）で、フルフレームの静止画を撮像することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点（１）を解決するため本発明は、入射光の一部を遮断する光量制限手段、入射光を画素ごとに光電変換するとともに、該画素で光電変換された電荷を任意の時間に掃き捨てるシャッタ機能を有する固体撮像素子、該固体撮像素子で光電変換された信号を映像信号として出力する信号処理手段、及び該光量制限手段及び該固体撮像素子の該シャッタ機能を制御することにより露光量を調節するとともに、静止画撮影時には、それ以前の動画撮影時に規定された露光量で該光量制限手段及び該シャッタ機能の露光制御を行なう露光制御手段を有する。
【０００８】
上記問題点（２）を解決するため本発明では、さらに
前記信号処理手段は、前記固体撮像素子が画素の信号を独立して出力している時と、画素混合して出力している時とで異なった信号処理により映像信号を生成する。
【０００９】
【作用】
上記（１）の問題点を解決する手段によれば、動画撮像時の検出結果を記憶しておき、その検出結果を基に静止画を生成するように動作する。
【００１０】
また、上記（２）の問題点を解決する手段によれば、静止画撮像時には撮像素子の駆動方法を変えて画素の信号を混合せずに読み出され、信号処理回路に静止画の映像信号が入力されたときに信号処理の内容が静止画用に切り替わる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例に係る撮像装置の構成図である。同図において１０１は、レンズ、１０２は、メカシャッタ、１０３は、撮像素子、１０４は、アンプ、１０５は、Ａ／Ｄ変換器、１０６は、映像信号処理回路、１０７は、カメラ制御回路、１０８は、メカシャッタ制御回路、１０９は、撮像素子駆動回路、１１０は、シャッタボタンである。撮像素子１０３の具体例を図２に示す。図２において、２０１は、ホトダイオ−ド、２０２は、垂直ＣＣＤ、２０３は、水平ＣＣＤであり、ｇｒ、ｍｇ、ｃｙ、ｙｅは、ホトダイオ−ド２０１の各々の表面に配された色フィルタで、ｇｒはグリ−ン、ｍｇはマゼンタ、ｃｙはシアン、ｙｅはイエロ−の色フィルタであることを示す。このような色フィルタが配されたホトダイオ−ドは一般に画素と呼ばれている。レンズ１０１を通して入力された光は、メカシャッタ制御回路１０８により絞り値Ｆが制御されたメカシャッタ１０２を通して撮像素子１０３に入力され、撮像素子１０３の表面に配されたホトダイオ−ド２０１で光電変換され、垂直ＣＣＤ２０２内で画素混合され、水平ＣＣＤ２０３を経由して出力される。撮像素子１０３の出力信号は、アンプ１０４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０５でディジタル信号に変換され、映像信号処理回路１０６に入力される。映像信号処理回路１０６は、入力された信号をＮＴＳＣ等の映像信号に変換して出力すると共に被写体の輝度情報等をカメラ制御回路１０７に出力する。カメラ制御回路１０７は、被写体の輝度情報をもとに映像信号処理回路１０６の出力が所望の輝度レベルになるようにメカシャッタ制御回路１０８を制御し、メカシャッタ１０２の絞り値を変化させ、また、必要に応じて撮像素子駆動回路１０９を制御し、撮像素子１０３が有する電子シャッタスピ−ドを制御する。
【００１３】
次に、電子シャッタについて簡単に説明する。図３は、撮像素子１０３のポテンシャルを模式的に表した図である。同図において、３０１は、撮像素子１０３に蓄えられた電荷、３０２は、読み出しゲ−ト、３０３は、基板電圧、３０４は、ｗｅｌｌ、３０５は、チャネルストッパである。ホトダイオ−ド２０１により光電変換された電荷は、読み出しゲ−ト６０２とｗｅｌｌ６０４の間に図に示すように蓄えられる。撮像素子１０３に撮像素子駆動回路１０９から電荷掃き出しパルスが供給されると、基板電圧３０３のポテンシャルが下がる。すると、図４に示すように基板電圧３０３に引き込まれる形でｗｅｌｌ３０４のポテンシャルが下がる。すると、電荷３０１は、基板電圧３０３の部分に掃き捨てられる。チャネルストッパ３０５は、隣の画素に対応する垂直ＣＣＤ２０２からの電荷の漏れ込みを阻止するためのものである。
【００１４】
この構成において、シャッタボタン１１０を押すことによりカメラ制御回路１０７からシャッタクロ−ズの制御信号がメカシャッタ制御回路１０９に入力され、メカシャッタ制御回路１０９によってメカシャッタ１０２は、所定の時間後にクロ−ズ状態となる。メカシャッタ１０２がクロ−ズ状態となるまでに撮像素子１０３に入力された光は、上記動作と同様に撮像素子１０３に配されたホトダイオ−ド２０１によって光電変換され、メカシャッタ１０２がクロ−ズ状態の間に垂直ＣＣＤ２０２を経由して水平ＣＣＤ２０３へ転送し、撮像素子駆動回路１０９より供給される水平走査パルスに同期して電圧変換されて出力される。この時、撮像素子１０３は、ホトダイオ−ド２０１から１度信号を読み出すと、ホトダイオ−ド２０１に信号が残らない、いわゆる破壊読み出しであるので、一般的な読み出し方法である画素混合読み出しをすると、フレ−ムの情報が失われてしまう。
【００１５】
以下、画素混合読み出しの説明をする。撮像素子１０３は、シャッタボタン１１０が押されるまで、特開昭６３−１１４４８７号公報に記載されているように、垂直方向に隣接する２つの画素信号を混合して読み出す、いわゆる画素混合方式で信号を読み出す。
【００１６】
図５は、画素混合読み出し時における垂直転送パルスと、垂直ＣＣＤ２０２における信号電荷の転送のタイミングチャ−トを示したものである。同図において垂直転送パルス１の３値パルスが高レベルになることでｇｒ、ｍｇの行のホトダイオ−ド２０１から、垂直転送パルス３の３値パルスが高レベルになることでｃｙ、ｙｅの行のホトダイオ−ド２０１からそれぞれ垂直ＣＣＤ２０２に信号電荷が転送される。垂直ＣＣＤ２０２に転送された信号電荷は、図５に示す通りに垂直ＣＣＤ２０２内で混合され、水平ＣＣＤ２０３に転送され、撮像素子１０３から出力される。
【００１７】
ところが、静止画撮像時において上記した画素混合読み出しを行なうと、撮像素子１０３の垂直方向の画素数に見合った解像度を得ることが出来ないので、静止画撮像時には、以下に示す独立読み出しを行なう。図６は、独立読み出し時における垂直転送パルスと、垂直ＣＣＤ２０２における信号電荷の転送のタイミングチャ−トを示したものである。同図において垂直転送パルス１、及び垂直転送パルス３の３値パルスが高レベルになる周期は、図６に示す通り１フィ−ルドおきである。よって垂直転送パルス１の３値パルスが高レベルになるフィ−ルドでは、ｇｒ、ｍｇの行のホトダイオ−ド２０１からのみ信号電荷が垂直ＣＣＤ２０２に転送され、次の１フィ−ルドでは、垂直転送パルス３の３値パルスが高レベルになることで、ｃｙ、ｍｇの行のホトダイオ−ド２０１からのみ垂直ＣＣＤ２０２に信号電荷が転送される。垂直ＣＣＤに２０２転送された信号電荷は、１フィ−ルド期間ですべて水平ＣＣＤ２０３に転送されてしまうので、上記した画素混合読み出し方式の様に、隣りあったホトダイオ−ド２０１の信号電荷が混合されることはなく、１つのホトダイオ−ドに対して１つの信号を得ることができる。以下、水平ＣＣＤ２０３に転送された信号電荷は、駆動回路１０５より供給される水平走査パルスに同期して撮像素子１０３から出力される。撮像素子１０３の出力信号は、アンプ１０４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０５でディジタル信号に変換され、映像信号処理回路１０６に入力される。映像信号処理回路１０６は、入力された信号を映像信号に変換して出力する。ただし、上記独立読み出しをするにあたり、上記ｇｒ、ｍｇの行ホトダイオ−ドの露光量と、ｃｙ、ｙｅの行のホトダイオ−ドの露光量を等しくするために、静止画撮像のための露光を開始した時から、少なくとも上記信号を読み出し終えるまでの期間は、メカシャッタ１０２を全閉状態にしなければならない。さらに、撮像素子１０３に対する露光量は、前フィ−ルドに撮像素子１０３が有するホトダイオ−ド２０１が光電変換した信号電荷を垂直ＣＣＤ２０２に転送した直後からメカシャッタ１０２が全閉状態になるまでに撮像素子１０３に入射した光量である。
【００１８】
図７は、メカシャッタ１０２の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量を示したグラフである。本実施例のビデオカメラの露光制御ではシャッタボタン１１０が押されるまでは通常のビデオカメラと同様の動作を行っている。すなわち１フィールド期間撮像素子１０３に蓄積した電荷を毎フィールド読出し、信号処理回路で生成した輝度信号から露光量を計算して所定の露光量となるようにメカシャッタ制御回路１０９でメカシャッタ１０２の絞りを制御する。撮像素子１０３の露光は、電子シャッタを使用しない場合、ホトダイオード２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷転送を行う時刻ｔ１〜ｔ４からそれぞれ開始されるので、時刻ｔ３〜ｔ４の間でシャッタボタン１１０が押されたとすると、時刻ｔ４から静止画生成のための露光が開始される。この時、Ａで示した面積（露光量）が、現在撮像している被写体に対する適正な露光量であったとする。静止画撮像時に適正な露光量を得るためには、時刻ｔ４〜ｔ５期間の露光量であるＢで示した面積とＡで示した面積が等しくなるようにメカシャッタ１０２を動作させれば、静止画撮像時においても適正な露光量を得ることが出来る。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施例を図を用いて説明する。
【００２０】
前述の第１の実施例で図１に示した撮像装置において、動画撮像時信号中の雑音成分は、毎フィ−ルド毎に位相が異なり、人間の目で平滑化されるため、信号中の雑音成分は、あまり気にならなかった。しかし、静止画の場合、上記平滑化が行なわれないので、静止画撮像時においては、従来の動画を撮像する撮像装置よりもＳ／Ｎを向上させる必要がある。
【００２１】
上記Ｓ／Ｎを向上させる手段を図３を用いて以下に示す。同図においてホトダイオ−ド２０１により光電変換された電荷は、読み出しゲ−ト３０２とｗｅｌｌ３０４の間に図に示すように蓄えられる。動画読み出し時においては、１フィ−ルドに１回垂直転送パルス１及び３の３値パルスが高レベルになることで読み出しゲ−ト３０２のポテンシャルが下がり、上記電荷３０１が垂直ＣＣＤ２０２に転送される。この時、図に示した読み出しゲ−トのポテンシャルが垂直転送パルス１の３値パルスが高レベルになることで下がったとすれば、垂直方向に隣接する画素が有する読み出しゲ−トのポテンシャルは、垂直転送パルス３の３値パルスが高レベルになることによって下がるものとする。上記方法で読み出された電荷３０１は、上方ないし下方に隣接するホトダイオ−ドで光電変換された電荷と垂直ＣＣＤ２０２内で混合される。静止画撮像時においては、読み出しを開始する１フィ−ルド目には、垂直転送パルス１の３値パルスのみをが高レベルとして、２フィ−ルド目に垂直転送パルス３の３値パルスのみを高レベルとすることで上記画素混合を行なわずに電荷３０１を読みだす。この時、電荷６０１が読み出しゲ−ト６０２とｗｅｌｌ６０４の間から溢れないかぎり１つの画素に対して動画撮像時よりも多くの量の電荷３０１を蓄積しても、垂直ＣＣＤ２０２及び水平ＣＣＤ２０３は、電荷の転送が可能である。上記方法に基づき撮像素子１０３により多くの電荷を蓄積することで、Ｓ／Ｎが向上する。
【００２２】
次に、本発明の第３の実施例を図を用いて説明する。
【００２３】
本発明の第３の実施例に係る撮像装置の構成は、前述の第１の実施例と共通であるので、図１を用いて説明する。また、第１の実施例と共通する部分については、その説明を省略する。上記実施例に示したした様に、静止画を撮像する場合、撮像素子１０３により多くの光を入射させ、より多くの電荷を蓄積した方がＳ／Ｎは有利である。以下、撮像素子１０３に蓄積させる電荷の量を動画撮像時の１．５倍として静止画撮像時の露光制御について説明する。
【００２４】
図８は、本実施例におけるメカシャッタ１０２の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量とホトダイオ−ド２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷の転送タイミングを示す図である。上記撮像装置において、静止画撮像動作に入る前には、第１の実施例で述べたように一般的なビデオカメラと同様の露光制御を行なう。ここでは簡単のため動画撮像の時間を３フィ−ルド分しか示さないが、動画を撮像する時間の長さは、上記露光制御が十分安定するまでの任意の長さであり、その後シャッタボタン１１０が押されるまでの時間である。上記動画の露光制御が安定した後、図８のｔｓに示す時刻にシャッタボタン１１０が押されたとすと、カメラ制御回路１０７からシャッタクロ−ズの制御信号がメカシャッタ制御回路１０９に入力され、シャッタ制御回路１０８によってメカシャッタ１０２は、次のフィ−ルドの先頭つまり時刻ｔ４から閉鎖動作を開始する。すなわち静止画撮像のための露光は、時刻ｔ４から開始される。この時メカシャッタ１０２は、慣性を持たずに一定速度で直線的に絞り値を変化し、現在の絞り量から３フィ−ルドの時間で閉鎖したとする。また、図８に示すように時刻ｔ４以降メカシャッタ１０２が閉鎖するまで垂直転送パルス１及び３の３値パルスを停止し、ホトダイオ−ド２０１からの電荷の読み出しを停止する。上記条件によれば、前述の第１の実施例と同様に静止画撮像時の露光量すなわちＢで示した面積は、動画撮像時の露光量、すなわちＡで示した面積の１．５倍となり、図８に示す時刻ｔ３からｔ４期間の露光量の１．５倍の露光量を撮像素子１０３に与えることができる。上記方法でｔ４〜ｔ７期間に撮像素子１０３に入射した光は、光電変換されてメカシャッタ１０２が閉鎖した後のｔ７、ｔ８のタイミングで各々１回ずつ垂直転送パルス１、３の３値パルスを高レベルにして、上記した独立読み出しにより撮像素子１０３から出力される。ただし、独立読み出しをしたので、映像信号処理回路１０６は、信号処理を静止画用に切り替えて入力された信号を映像信号に変換して出力する。また、この時撮像素子１０３に蓄えられた信号電荷は、動画撮像時の１．５倍であるので以後の信号処理における信号増幅の総量は、動画撮像時の１／１．５倍にすれば良い。
【００２５】
また、上記ｔ４〜ｔ７期間に撮像された映像信号は、１度しか読み出すことが出来ないので、読み出したら図示しないメモリ等の記録手段に記録し、必要に応じてコンピュ−タ機器等に静止画として出力する。
【００２６】
次に、本発明の第４の実施例を図を用いて説明する。
【００２７】
本発明の第３の実施例に係る撮像装置の構成は、前述の第１及び３の実施例と共通であるので、図１を用いて説明する。また、第１及び３の実施例と共通する部分については、説明を省略する。本実施例においても、撮像素子１０３に蓄積させる電荷の量を動画撮像時の１．５倍として静止画撮像時の露光制御について説明する。
【００２８】
図９は、本実施例におけるメカシャッタ１０２の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量と、ホトダイオ−ド２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷の転送タイミングを示す図である。本実施例において、前述の第３の実施例と異なる点は、被写体の照度がより高く、撮像素子１０３への露光量が前述の第３の実施例の半分であることである。上記撮像装置において、静止画撮像動作に入る前には、第１の実施例で述べたように一般的なビデオカメラと同様の露光制御を行なう。動画の露光制御が安定した後、図９のｔｓに示す時刻にシャッタボタン１１０が押されたとすと、静止画撮像のための露光は、時刻ｔ４から開始される。この時メカシャッタ１０２は、前述の第３の実施例と同様に慣性を持たずに一定速度で直線的に絞り値を変化する。すなわち、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間も半分となり、１．５フィ−ルドとなる。この時、前述の第１の実施例と同様に、シャッタボタン１１０が押された次のフィ−ルドすなわち時刻ｔ４からメカシャッタ１０２を閉鎖させたとすると、静止画撮像のための露光量を時刻ｔ３〜時刻ｔ４の動画撮像時に行なっていた露光制御による露光量の１．５倍にすることが出来ない。そこで、シャッタボタン１１０が押されても、カメラ制御回路１０７は、以下に示す方法で決まる一定の時間シャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力しない。
【００２９】
図１０は、シャッタボタン１１０が押されてから、カメラ制御回路１０７が上記一定時間を計算し、シャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力するまでの一連の動作を示す流れ図である。シャッタボタン１１０が押されると、シャッタクロ−ズの制御信号がカメラ制御回路１０７に入力され、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１０２の現在の絞り値を判定し、現在のメカシャッタ１０２の絞り値から、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間を計算する。そして、動画撮像時に行っていた露光制御による露光量の１．５倍の露光量を静止画撮像時に与えるためにメカシャッタ１０２の閉鎖動作をどれだけ遅らせれば良いかを計算する。カメラ制御回路１０７は、シャッタボタン１１０が押されてから、上記計算で得られた時間後にメカシャッタ制御回路１０９にシャッタクロ−ズの制御信号を出力し、メカシャッタ１０２を閉鎖させる。なお、図示しないが、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１０２の絞り値を認識する手段を有し、現在の露光量と、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間から、撮像素子１０３への露光量を静止画撮像時に動画撮像時の１．５倍の露光量を与えるために必要な上記一定時間を計算する手段を有する。本実施例においては、上記一定時間を１フィ−ルドとすることで、前述の第１の実施例と同様に図９に示す静止画撮像時の露光量すなわちＢで示した面積は、動画撮像時の露光量、すなわちＡで示した面積の１．５倍となり、時刻ｔ３からｔ４期間の露光量の１．５倍の露光量を撮像素子１０３に与えることができる。上記方法でｔ４〜メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに撮像素子１０３に入射した光は、光電変換されてメカシャッタ１０２が閉鎖した後のｔ７、ｔ８のタイミングで各々１回ずつ垂直転送パルス１、３の３値パルスを高レベルにして、上記した独立読み出しにより撮像素子１０３から出力される。ただし、独立読み出しをしたので、映像信号処理回路１０６は、信号処理を静止画用に切り替えて入力された信号を映像信号に変換して出力する。また、この時撮像素子１０３に蓄えられた信号電荷は、動画撮像時の１．５倍であるので以後の信号処理における信号増幅の総量は、動画撮像時の１／１．５倍にすれば良い。
【００３０】
また、上記ｔ４〜メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに撮像された映像信号は、１度しか読み出すことが出来ないので、読み出したら図示しないメモリ等の記録手段に記録し、必要に応じてコンピュ−タ機器等に静止画として出力する。
【００３１】
静止画撮像時において動画撮像時の露光量の１．５倍の露光量を得ることが出来る。なお、上記一定時間は、さらに被写体が明るく、さらに露光量が少ない場合は、上記一定時間がそれに応じて長くなることは、言うまでもない。なお、前述の第３の実施例同様、図９に示すように時刻ｔ４以降メカシャッタ１０２が閉鎖するまで垂直転送パルス１及び３の３値パルスを停止し、ホトダイオ−ド２０１からの電荷の読み出しを停止する。
【００３２】
次に、本発明の第５の実施例を図を用いて説明する。
【００３３】
本実施例は、前述の第３の実施例と共通する部分があり、異なる部分について説明する。本実施例においても、撮像素子１０３に蓄積させる電荷の量を動画撮像時の１．５倍として静止画撮像時の露光制御について説明する。
【００３４】
図１１は、本実施例におけるメカシャッタ１０２の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量と、ホトダイオ−ド２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷の転送タイミング及び撮像素子１０８から供給される電荷掃き捨てパルスのタイミングを示す図である。本実施例において、前述の第３の実施例と異なる点は、被写体の照度がより低く、撮像素子１０３への露光量が前述の第３の実施例の２倍であることである。上記撮像装置において、静止画撮像動作に入る前には、第１の実施例で述べたように一般的なビデオカメラと同様の露光制御を行なう。動画の露光制御が安定した後、図１１のｔｓに示す時刻にシャッタボタン１１０が押されたとすと、静止画撮像のための露光は、時刻ｔ４から開始される。この時メカシャッタ１０２は、前述の第３の実施例と同様に慣性を持たずに一定速度で直線的に絞り値を変化する。すなわち、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間も２倍となり、６フィ−ルドとなる。この時、シャッタボタン１１０が押された次のフィ−ルドすなわち時刻ｔ４からメカシャッタ１０２を閉鎖させたとすると、静止画撮像のための露光量は、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の動画撮像時に行なっていた露光制御による露光量の３倍になってしまう。そこで、シャッタボタン１１０が押されて、時刻ｔ４からメカシャッタ１０２が閉鎖動作を行なっている最中に、カメラ制御回路１０７は、以下に示す方法で決まる一定の時間撮像素子１０３が有する電子シャッタ機能によりホトダイオ−ド２０１に蓄積した電荷を掃き捨てる。
【００３５】
図１２は、シャッタボタン１１０が押されてから、カメラ制御回路１０７が上記一定時間を計算し、シャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力するまでの一連の動作を示す流れ図である。シャッタボタン１１０が押されると、シャッタクロ−ズの制御信号がカメラ制御回路１０７に入力され、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１０２の現在の絞り値を判定し、現在のメカシャッタ１０２の絞り値から、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間を計算する。そして、動画撮像時に行っていた露光制御による露光量の１．５倍の露光量を静止画撮像時に与えるために上記電子シャッタ機能による電荷の掃き出しを時刻ｔ４からどれだけ行なえば良いかを計算する。カメラ制御回路１０７は、シャッタボタン１１０が押されてから、時刻ｔ４からメカシャッタ１０２を閉鎖させるためにメカシャッタ制御回路１０９にシャッタクロ−ズの制御信号を出力し、同時に上記計算で得られた時間、撮像素子駆動回路１０８を制御し、撮像素子１０３に電荷掃き捨てパルスを供給させる。なお、図示しないが、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１０２の絞り値を認識する手段を有し、現在の露光量と、メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに要する時間から、撮像素子１０３への露光量を静止画撮像時に動画撮像時の１．５倍の露光量を与えるために必要な上記一定時間を計算する手段を有する。本実施例においては、上記一定時間を略２フィ−ルドとすることで、静止画撮像時において動画撮像時の露光量の１．５倍の露光量を得ることが出来る。なお、上記一定時間は、さらに被写体が暗く、さらに露光量が多い場合は、上記一定時間がそれに応じて長くなることは、言うまでもない。
【００３６】
また、上記ｔ４〜メカシャッタ１０２が閉鎖するまでに撮像された映像信号は、１度しか読み出すことが出来ないので、読み出したら図示しないメモリ等の記録手段に記録し、必要に応じてコンピュ−タ機器等に静止画として出力される。なお、前述の第３の実施例同様、図１１に示すように時刻ｔ４以降メカシャッタ１０２が閉鎖するまで垂直転送パルス１及び３の３値パルスを停止し、ホトダイオ−ド２０１からの電荷の読み出しを停止する。
【００３７】
次に、本発明の第６の実施例を図を用いて説明する。
【００３８】
図１３は本発明の実施例に係る撮像装置の構成図であり、前述の第１の実施例と共通する部分には同じ番号を付け、説明を省略する。同図において、１３０１はメカシャッタ、１３０２はＥＥＰＲＯＭ（電気的に書き替え可能なＲＯＭ）であり、前述の第３、４及び５の実施例においてメカシャッタ１０２は、慣性を持たずに一定速度で直線的に絞り値が変化するものとしていたが、上記メカシャッタ１３０１は、慣性を持っている。すなわち、シャッタボタン１１０が押されてシャッタクロ−ズの制御信号がメカシャッタ制御回路１０９に入力された後にメカシャッタ１３０１が行なうシャッタ閉鎖動作は、図１４に示す軌跡をたどる。図１４に示す軌跡は、メカシャッタ１３０１の種類によって異なり、また同一の種類のメカシャッタでも、個々のバラツキ等で、必ずしも同一ではない。そこで、用いたメカシャッタ１３０１の閉鎖動作時の軌跡をＥＥＰＲＯＭ１３０２に予め記録しておく。図１４には、メカシャッタ１３０１の絞り値が３種類の場合しか示していないが、必要に応じて任意の各絞り値におけるメカシャッタ１３０１の閉鎖動作の軌跡をＥＥＰＲＯＭ１３０２に記録する。上記ＥＥＰＲＯＭ１３０２に記録するデ−タは、生産工程における自動調整時に記録してもよい。
【００３９】
なお、上記任意の各絞り値におけるメカシャッタ１３０１の閉鎖動作の軌跡は、その他の記録手段に記録してもよい。
【００４０】
以下、本実施例においての静止画撮像時の露光制御を説明する。前述の第１、３、４及び５の実施例と同様に静止画撮像動作をする前には、一般的なビデオカメラと同様の動画を撮像し、一般的なビデオカメラが行なっている露光制御を行なう。図１５，１６，１７は、本実施例において静止画撮像を行なう場合の各メカシャッタ１３０１の絞り値に対する撮像素子１０３への露光量と、ホトダイオ−ド２０１から垂直ＣＣＤ２０２への電荷の転送タイミングを示す図であり、図１８は、シャッタボタン１１０が押されてからの静止画撮像時における露光制御動作を示す流れ図である。
【００４１】
図１８に示すように、動画の露光制御が安定した後、任意のタイミングｔｓでシャッタボタン１１０が押されると、カメラ制御装置１０７は現在のメカシャッタ１３０１の絞り値に対応する閉鎖動作の軌跡をＥＥＰＲＯＭから読み出す。そして、ＥＥＰＲＯＭからのデ−タをもとに、静止画撮像時において、動画撮像時に行なった露光制御による露光量の１．５倍の露光量を与えるために、図１５に示すように前述の第４の実施例で行なったシャッタ閉鎖動作を遅らせる方法を用いるか、また、図１６に示すように前述の第５の実施例で行なった電子シャッタによる電荷の掃き出しを行なうか、図１７に示すようにまた前述の第３の実施例で行なったように時刻ｔ４からシャッタ閉鎖動作を行なうかを判定する。上記判定結果が前述の第４の実施例と同様にシャッタ閉鎖動作を遅らせるであったなら、カメラ制御回路１０７は図１８で示すａを選択し、時刻ｔ４からシャッタ閉鎖動作をどれだけ遅らせるかを計算し、時刻ｔ４から得られた計算時間後すなわち図１５に示す時刻ｔｓｓにシャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路に出力する。また、上記判定結果が前述の第５の実施例と同様に電子シャッタによる電荷の掃き出しを行なうであったら、図１８で示すｂを選択し、カメラ制御回路１０７は、静止画撮像のための露光開始時間である時刻ｔ４から電子シャッタによる電荷の掃き出しを行なう時間を計算し、時刻ｔ４にシャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力し、同時に上記計算で得られた時間だけ撮像素子駆動回路１０８を制御し、撮像素子１０３に蓄積した電荷の掃き出しを行なわせる。また、上記した２つ以外、すなわちシャッタ閉鎖動作を遅らせる必要も、電子シャッタによる電荷の掃き出しも行なう必要が無い場合には、図１８で示すｃを選択し、前述の第３の実施例のように時刻ｔ４からシャッタクロ−ズの制御信号をメカシャッタ制御回路１０９に出力し、メカシャッタ１３０１を閉鎖させる。
【００４２】
なお、図示しないが、カメラ制御回路１０７は、メカシャッタ１３０１の絞り値を認識する手段を有し、現在の露光量と、ＥＥＰＲＯＭ１３０２より与えられるデ−タから、撮像素子１０３への露光量を静止画撮像時に動画撮像時の１．５倍とするために、上記方法のいづれかの方法を用いれば良いかを判定する手段と、シャッタ閉鎖動作を遅らせる時間の計算手段及び電子シャッタによる電荷の掃き出し時間を計算する手段を有する。また、上記ｔ４〜メカシャッタ１３０１が閉鎖するまでに撮像された映像信号は、１度しか読み出すことが出来ないので、読み出したら図示しないメモリ等の記録手段に記録し、必要に応じてコンピュ−タ機器等に静止画として出力する。なお、前述の第３、４、５の実施例同様、図１５、１６、１７に示すように時刻ｔ４以降メカシャッタ１０２が閉鎖するまで垂直転送パルス１及び３の３値パルスを停止し、ホトダイオ−ド２０１からの電荷の読み出しを停止する。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、静止画撮像時に正確な露光制御を行なうことができ、高画質な静止画を撮像することが出来る撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る撮像素子の具体例を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る撮像素子のポテンシャルを示す図である。
【図４】本発明の実施例に係る撮像素子のポテンシャルを示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る撮像素子の駆動を示すタイミングチャ−トである。
【図６】本発明の実施例に係る撮像素子の駆動を示すタイミングチャ−トである。
【図７】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係る流れ図である。
【図１１】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係る流れ図である。
【図１３】本発明の実施例に係る撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施例に係るメカシャッタの閉鎖動作の軌跡を示す図である
【図１５】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１６】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１７】本発明の実施例に係る撮像素子への露光量と撮像素子の駆動を示す図である。
【図１８】本発明の実施例に係る流れ図である。
【符号の説明】
１０１…レンズ
１０２…メカシャッタ
１０３…撮像素子
１０４…アンプ
１０５…Ａ／Ｄ変換器
１０６…映像信号処理回路
１０７…カメラ制御回路
１０８…メカシャッタ制御回路
１０９…撮像素子駆動回路
１１０…シャッタボタン
２０１…ホトダイオ−ド
２０２…垂直ＣＣＤ
２０３…水平ＣＣＤ
３０１…電荷
３０２…読み出しゲ−ト
３０３…基板電圧
３０４…ｗｅｌｌ
３０５…チャネルストッパ
１３０１…メカシャッタ
１３０２…ＥＥＰＲＯＭ
Claims (1)
- 入射光の一部をもしくは完全に遮断する光量制限手段と、
該入射光を画素ごとに光電変換するとともに、該画素で光電変換された電荷を任意の時間に掃き捨てるシャッタ機能を有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子で光電変換された信号を映像信号として出力する信号処理手段と、
該光量制限手段と該固体撮像素子の該シャッタ機能を制御することにより動画撮像時の露光量を調節するとともに、静止画撮像時には、それ以前の動画撮像時に規定された露光量で該光量制限手段及び該シャッタ機能の露光制御を行なう露光制御手段と、
該光量制限手段に入射光を完全に遮断させるように、該露光制御手段を制御する入射光遮断制御手段と
を有し、
該露光制御手段は、静止画撮像のために、該入射光遮断制御手段より入射光遮断制御が入力された後、所定時間後入射光を完全に遮断するように該光量制限手段を制御するとともに、該入射光遮断制御手段より入射光遮断制御が入力される前の動画撮像時の露光量よりも該入射光遮断制御手段より入射光遮断制御が入力された後の静止画撮像時の露光量が多くなるように該光量制御手段及び該シャッタ機能を制御することを特徴とする撮像装置。
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