JP3615454B2 - ディジタルカメラ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、ディジタルカメラに関し、特にたとえば、第1露光によってイメージセンサで生成された第1電荷と第2露光によってイメージセンサで生成された第2電荷とに基づいて1画面分の静止画像信号を生成する、ディジタルカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のディジタルカメラの一例が、平成11年3月16日付けで出願公開された特開平11−75118号公報[H04N5/335,H04N5/232]に開示されている。この従来技術は、長時間露光によって得られた電荷および長時間露光の後の短時間露光によって得られた電荷を合成することによって、ダイナミックレンジが拡大された静止画像信号を生成しようとするものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術では、上述のように、短時間露光が長時間露光の後に実行される。このため、露光に要するトータルの時間が長くなり、高速で移動する被写体を撮影したときに、撮影画像にブレが生じるという問題があった。
【0004】
それゆえに、この発明の主たる目的は、撮影された被写体像にブレが生じるのをできるだけ防止することができる、ディジタルカメラを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明のディジタルカメラは、複数の受光素子および複数の垂直転送レジスタが形成された受光面を有するインターライン転送方式のイメージセンサ、複数の受光素子にそれぞれ対応する複数の色要素が配置された色フィルタ、受光面への入射光を機械的に遮断するシャッタ部材、第1期間の第1露光を複数の受光素子の一部である複数の第1受光素子に施す第1露光手段、第2期間の第2露光を複数の受光素子の他の一部である複数の第2受光素子に施す第2露光手段、第1露光によって生成された第1電荷および第2露光によって生成された第2電荷をイメージセンサから個別に出力する出力手段、および出力手段によって出力された第1電荷および第2電荷に基づいて1画面分の静止画像を生成する生成手段を備え、複数の色要素の各々は複数色のいずれか1つを有し、複数の色要素は複数色が各々に割り当てられた複数の色ブロックによって形成され、複数の受光素子は特定方向において所定数毎に第1受光素子および第2受光素子の間で切り換わり、所定数は複数の色ブロックの各々において特定方向に存在する色要素の数と一致し、そして第1期間は第2期間よりも短くかつ第2期間と時期的に重複する、ディジタルカメラである。
【0006】
【作用】
イメージセンサは、複数の受光素子および複数の垂直転送レジスタが形成された受光面を有するインターライン転送方式のイメージセンサである。複数の受光素子は、色フィルタ上に配置された複数の色要素にそれぞれ対応する。また、受光面への入射光は、シャッタ部材によって機械的に遮断される。
第1露光手段は、複数の受光素子の一部である複数の第1受光素子に第1期間の第1露光を施し、第2露光手段は、複数の受光素子の他の一部である複数の第2受光素子に第2期間の第2露光を施す。出力手段は、第1露光によって生成された第1電荷および第2露光によって生成された第2電荷をイメージセンサから個別に出力し、生成手段は、出力された第1電荷および第2電荷に基づいて1画面分の静止画像を生成する。
ここで、複数の色要素の各々は、複数色のいずれか1つを有する。また、複数の色要素は、複数色が各々に割り当てられた複数の色ブロックによって形成される。さらに、複数の受光素子は特定方向において所定数毎に第1受光素子および第2受光素子の間で切り換わり、所定数は複数の色ブロックの各々において特定方向に存在する色要素の数と一致する。また、第1期間は、第2期間よりも短く、かつ第2期間と時期的に重複する。
【0007】
第1期間および第2期間を時期的に重複するようにしたことで、トータルの露光期間が短くなる。このため、高速に移動する被写体を撮影したときに生じる撮影画像のブレが抑制される。また、互いに異なる期間の露光によって生成された第1電荷および第2電荷に基づいて1画面分の静止画像信号を生成することで、ダイナミックレンジが拡大される。
【0008】
この発明のある例では、第1印加手段が複数の第1受光素子に第1電荷読み出しパルスを印加し、第2印加手段が複数の第2受光素子に第2電荷読み出しパルスを印加し、そして第3印加手段が複数の第1受光素子および複数の第2受光素子の両方に電荷掃き捨てパルスを印加する。このとき、第1露光手段は、第1印加手段,第3印加手段およびシャッタ部材のいずれか2つを制御して第1露光を行い、第2露光手段は、第2印加手段,第3印加手段およびシャッタ部材のいずれか2つを制御して第2露光を行う。これによって、第1期間を第2期間よりも短くできるとともに、第1期間と第2期間とを時期的に重複させることができる。
【0009】
ある好ましい例では、第1露光手段は、第1露光の開始時期および終了時期を第3印加手段および第1印加手段によってそれぞれ制御し、第2露光手段は、第2露光の開始時期および終了時期を第3印加手段およびシャッタ部材によってそれぞれ制御する。
【0010】
別の好ましい例では、第1露光手段は、第1露光の開始時期および終了時期を第1印加手段およびシャッタ部材によってそれぞれ制御し、第2露光手段は、第2露光の開始時期および終了時期を第3印加手段およびシャッタ部材によってそれぞれ制御する。
【0015】
【発明の効果】
この発明によれば、第1期間および第2期間を時期的に重複させることでトータルの露光期間が短くなる。このため、高速に移動する被写体を撮影したときに生じる撮影画像のブレをできるだけ抑制することができる。また、互いに異なる期間の露光によって生成された第1電荷および第2電荷に基づいて1画面分の静止画像信号を生成するようにしたため、静止画像信号のダイナミックレンジを拡大することができる。
【0016】
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0017】
【実施例】
図1を参照して、この実施例のディジタルカメラ10は、光学レンズ12,メカニカルシャッタ14および補色フィルタ16を含む。被写体の光像は、このような部材を通して、上下逆向きの状態でCCDイメージャ18の受光面に照射される。
【0018】
ディスプレイ34にリアルタイムの動画像(スルー画像)を表示するとき、タイミングジェネレータ(TG)26は、1フレーム期間毎にプリ露光を行ない、各々のプリ露光によって生成された画素信号(電荷)を間引き方式でCCDイメージャ18から読み出す。読み出された画素信号はCDS/AGC回路20によって周知のノイズ除去およびレベル調整を施され、このような処理を施された画素信号がA/D変換器22によってディジタル信号に変換される。スイッチSW1は信号処理回路32側に接続され、A/D変換器22から出力された画素信号は、画像合成回路24による合成処理を施されることなく信号処理回路32に入力される。信号処理回路32は、入力された画素信号に所定の信号処理を施してYUV信号を生成し、生成したYUV信号をディスプレイ34に与える。この結果、ディスプレイ34にスルー画像が表示される。
【0019】
シャッタボタン30が押されると、CPU28はTG26に全画素読み出しを命令する。すると、TG26は再度プリ露光を行ない、このプリ露光によって得られた全ての画素信号をインタレーススキャン方式で読み出す。読み出された画素信号は上述と同じ要領で信号処理回路32に与えられる。このとき、信号処理回路32は、与えられた画素信号をYUV信号に変換するとともに、変換されたYUV信号に含まれるY成分を1フレーム期間にわたって積分する。CPU28は、信号処理回路32から積分値(輝度評価値)を取り込み、取り込んだ輝度評価値に基づいて露光期間を算出する。ただし、ダイナミックレンジを拡大するために2つの露光期間(第1露光期間および第2露光期間)が求められる。第1露光期間および第2露光期間が求められると、CPU28は、TG26およびメカニカルシャッタ14を制御して、第1露光期間および第2露光期間に従う合計2回の本露光を行なう。
【0020】
CCDイメージャ18からは、まず第1露光期間の本露光によって生成された電荷(第1露光画素信号)が出力され、続いて、第2露光期間の本露光によって生成された電荷(第2露光画素信号)が出力される。第1露光画素信号および第2露光画素信号のいずれも、CDS/AGC回路20によるノイズ除去およびゲイン調整を経て、A/D変換器22でディジタル信号に変換される。スイッチSW1は本露光が開始される時点で画像合成回路24側に接続され、A/D変換器22から出力された第1露光画素信号および第2露光画素信号は画像合成回路24に入力される。画像合成回路24は、第1露光画素信号および第2露光画素信号に合成処理を施し、ダイナミックレンジが拡大された合成画素信号(静止画像信号)を生成する。
【0021】
信号処理回路32は、合成画素信号にスルー画像出力時と同様の信号処理を施してYUV信号を生成し、生成したYUV信号をディスプレイイ34に出力する。ディスプレイ34には、本露光時の被写体像(フリーズ画像)が表示される。信号処理回路32はさらに、CPU28からの処理命令に応答して、上述の信号処理で生成されたYUV信号にJPEG圧縮を施す。そして、JPEG圧縮によって生成された圧縮YUV信号を記録媒体36に記録する。
【0022】
補色フィルタ16は、図2に示すようにYe,Cy,MgおよびGの色要素を含む。補色フィルタ16を水平方向に眺めると、奇数ラインではYeおよびCyの色要素が1画素毎に交互に配置され、偶数ラインではGおよびMgの色要素が1画素毎に交互に配置される。また、補色フィルタ16を垂直方向に眺めると、奇数列にはGおよびYeが1画素毎に交互に配置され、偶数列にはMgおよびCyが1画素毎に交互に配置される。つまり、補色フィルタ16には、水平方向2画素および垂直方向2画素のマトリクス(色ブロック)が複数形成される。
【0023】
図3を参照して、CCDイメージャ18はインターライン転送方式のイメージセンサである。受光面に形成された複数の受光素子(画素)18aは、補色フィルタ16の複数の色要素に1対1で対応する。各受光素子18aでは、Ye,Cy,MgおよびGのいずれか1つの色成分に対応する電荷が、光電変換によって生成される。生成された電荷は、垂直転送レジスタ18bに読み出された後、垂直方向に転送される。垂直転送レジスタ18bの終端まで転送されると、電荷は水平転送レジスタ18cによって水平方向に転送され、CCDイメージャ18から出力される。このような電荷の読み出し処理および転送処理は、TG26から出力される駆動パルスに応答して行なわれる。
【0024】
図4に示すように、垂直転送レジスタ18bは複数のメタルMVによって形成され、各受光素子18aには2つのメタルMVが割り当てられる。各メタルMVには、TG26から出力された駆動パルスV1A,V1B,V2,V3A,V3BまたはV4のいずれか1つが印加される。垂直方向に連続する4つの画素に注目したとき、下から1ライン目(第1ライン)のG/Mg画素に割り当てられたメタルMVには駆動パルスV1AおよびV2が印加され、下から2ライン目(第2ライン)のYe/Cy画素に割り当てられたメタルMVには駆動パルスV3AおよびV4が印加される。また、下から3ライン目(第3ライン)のG/Mg画素に割り当てられたメタルMVには駆動パルスV1BおよびV2が印加され、下から4ライン目(第4ライン)のYe/Cy画素に割り当てられたメタルMVには駆動パルスV3BおよびV4が印加される。各々の垂直列を形成する複数の画素をこのような4画素の集合と考えたとき、駆動パルスV1A,V1B,V2,V3A,V3BおよびV4は、上述の要領で各々の4画素に与えられる。
【0025】
図5に示すように、水平転送レジスタ18cもまた複数のメタルMHによって形成される。ただし、各メタルMHは、垂直転送レジスタ18bが設けられた列および受光素子18aが設けられた列に1つずつ割り当てられる。垂直転送レジスタ18bの列のメタルMHには駆動パルスH1が与えられ、受光素子18aの列のメタルMHには駆動パルスH2が与えられる。
【0026】
TG26は、具体的には図6に示すように構成される。Hカウンタ26aのカウント値(水平カウント値)は、画素クロックに応答してインクリメントされ、かつ水平同期信号に応答してリセットされる。一方、Vカウンタ26bのカウント値(垂直カウント値)は、水平同期信号に応答してインクリメントされ、かつ垂直同期信号に応答してリセットされる。水平カウント値および垂直カウント値のいずれも、デコーダ26c〜26nに与えられる。
【0027】
デコーダ26cおよび26dの各々は、水平カウント値および垂直カウント値に基づいて上述の駆動パルスH1およびH2を発生する。デコーダ26eは水平カウント値および垂直カウント値に基づいてタイミングパルスXSUBを発生し、ドライバ26pは、デコーダ26eからのタイミングパルスXSUBならびにCPU28からの露光期間データに基づいて電荷掃き捨てパルスVsubを発生する。
【0028】
デコーダ26f〜26hの各々は、水平カウント値および垂直カウント値に基づいてタイミングパルスXV1,XSG1AおよびXSG1Bを発生し、ドライバ26qは、デコーダ26f〜26hからのタイミングパルスXV1,XSG1AおよびXSG1Bに基づいて駆動パルスV1AおよびV1Bを発生する。デコーダ26iは水平カウント値および垂直カウント値に基づいてタイミングパルスXV2を発生し、ドライバ26rはデコーダ26iからのタイミングパルスXV2に基づいて駆動パルスV2を発生する。
【0029】
デコーダ26j〜26mの各々は、水平カウント値および垂直カウント値に基づいてタイミングパルスXV3,XSG2AおよびXSG2Bを発生し、ドライバ26sは、デコーダ26j〜26mからのタイミングパルスXV3,XSG2AおよびXSG2Bに基づいて駆動パルスV3AおよびV3Bを発生する。デコーダ26nは水平カウント値および垂直カウント値に基づいてタイミングパルスXV4を発生し、ドライバ26tはデコーダ26nからのタイミングパルスXV4に基づいて駆動パルスV4を発生する。
【0030】
シャッタボタン30が操作されたとき、電荷掃き捨てパルスVsub,駆動パルスV1A,V3A,V1BおよびV3Bは図7に示すタイミングで変化する。まず、電荷掃き捨てパルスVsubが継続して出力される。各受光素子18aで生成された全ての電荷は、電荷掃き捨てパルスVsubに応答して掃き捨てられる。第1露光期間および第2露光は、電荷掃き捨てパルスVsubの出力が中止されると同時に開始される。第1露光期間が経過すると、XSG1A成分およびXSG3A成分の各々が駆動パルスV1AおよびV3Aに重畳される。これによって、図4に示す第1ラインおよび第2ラインの受光素子18aに蓄積された電荷が垂直転送レジスタ18bに読み出される。第1露光期間は、この読み出しによって終了する。読み出された電荷(第1露光電荷)は、駆動パルスV1A,V1B,V2,V3A,V3BおよびV4によって垂直方向に転送され、その後、水平転送パルス18cを経て出力される。
【0031】
メカニカルシャッタ14は、第1露光電荷が垂直転送および水平転送を施される途中で開状態から閉状態に移行し、これによって第2露光期間が終了する。第2露光によって第3ラインおよび第4ラインの受光素子18aに蓄積された電荷(第2露光電荷)は、駆動パルスV1Bに重畳されたXSG1B成分ならびに駆動パルスV3Bに重畳されたXSG2B成分によって垂直転送レジスタ18bに読み出される。読み出された第2露光電荷は駆動パルスV1A,V1B,V2,V3A,V3BおよびV4によって垂直方向に転送され、その後、水平転送レジスタ18cを経て出力される。ここで、XSG1B成分およびXSG2B成分は第1露光電荷の出力が完了した後に出力され、第1露光電荷および第2露光電荷が垂直転送レジスタ18bまたは水平転送レジスタ18cで混合されることはない。
【0032】
図8を参照して、XSG1A成分およびXSG2A成分の出力前後(A期間)の詳しい動作を説明する。期間t1では、駆動パルスV1A,V1BおよびV2がゼロレベルをとり、駆動パルスV3A,V3BおよびV4はマイナスレベルをとる。期間t2では駆動パルスV4がマイナスレベルからゼロレベルに変化し、期間t3では駆動パルスV1Aがゼロレベルからプラスレベルに変化する。駆動パルスV1Aがプラスレベルに変化することで、第1ラインのG/Mg画素から電荷が読み出される。読み出された電荷は、第1ラインのG/Mg画素に割り当てられた2つのメタルMV(V1AおよびV2が印加)ならびに第2ラインのYe/Cy画素に割り当てられた一方のメタルMV(V4が印加)に蓄積される。
【0033】
期間t4では駆動パルスV1Aがプラスレベルからゼロレベルに戻り、期間t5では駆動パルスV4がゼロレベルからマイナスレベルに戻る。駆動パルスV4がゼロレベルからマイナスレベルに変化することで、期間t3に読み出された電荷は、第1ラインのG/Mg画素に対応する2つのメタルMVに蓄積される。期間t6では、駆動パルスV1AおよびV1Bがマイナスレベルに変化し、駆動パルスV3AおよびV3Bがマイナスレベルからゼロレベルに変化する。このときゼロレベルをとるのは駆動パルスV2,V3AおよびV3Bであり、電荷は、第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた他方のメタルMV(V3Bが印加)および第1ラインのG/Mg画素に割り当てられた一方のメタルMV(V2が印加)に蓄積される。期間t7では、駆動パルスV4がマイナスレベルからゼロレベルに変化し、これによって電荷は第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた一方のメタルMV(V4が印加)にも蓄積される。
【0034】
期間t8では、駆動パルスV3Aがゼロレベルからプラスレベルに変化し、これによって第2ラインのYe/Cy画素から電荷が読み出される。読み出された電荷は、第2ラインのYe/Cy画素に割り当てられた2つのメタルMV(V3AおよびV4が印加)ならびに第3ラインのG/Mg画素に割り当てられた一方のメタルMV(V2が印加)に蓄積される。期間t9では駆動パルスV3Aがプラスレベルからゼロレベルに戻り、期間t10では駆動パルスV2がゼロレベルからマイナスレベルに変化する。駆動パルスV2がマイナスレベルに変化することで、電荷は、第2ラインおよび第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた2つのメタルMV(V3AまたはV3BとV4とが印加)に蓄積される。
【0035】
期間t11では駆動パルスV1AおよびV1Bがマイナスレベルからゼロレベルに戻り、駆動パルスV3AおよびV3Bがゼロレベルからマイナスレベルに戻る。これによって、電荷は、第1ラインおよび第3ラインのG/Mg画素に割り当てられた他方のメタルMV(V1AまたはV1Bが印加)ならびに第2ラインおよび第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた一方のメタルMV(V4が印加)に蓄積される。期間t12では、駆動パルスV2がマイナスレベルからゼロレベルに変化し、駆動パルスV4がゼロレベルからマイナスレベルに変化する。このとき、電荷は、第1ラインおよび第3ラインのG/Mg画素に割り当てられた2つのメタルMV(V1AまたはV1BとV2とが印加)に蓄積される。
【0036】
第1露光によって生成された電荷は、このようにして第1ラインのG/Mg画素および第2ラインのYe/Cy画素から垂直転送レジスタ18bに読み出され、互いに混合されることなく垂直方向に転送される。なお、第3ラインのG/Mg画素および第4ラインのYe/Cy画素からの電荷の読み出しは行われず、第2露光による電荷の蓄積が引き続き行なわれる。
【0037】
図9を参照して、XSG1B成分およびXSG2B成分の出力前後(B期間)の詳しい動作を説明する。期間t1では、駆動パルスV1A,V1BおよびV2がゼロレベルをとり、駆動パルスV3A,V3BおよびV4はマイナスレベルをとる。期間t2では駆動パルスV4がマイナスレベルからゼロレベルに変化し、期間t3では駆動パルスV1Bがゼロレベルからプラスレベルに変化する。第3ラインのG/Mg画素に蓄積された電荷は、期間t3に読み出される。読み出された電荷は、第3ラインのG/Mg画素に割り当てられた2つのメタルMV(V1BおよびV2が印加)ならびに第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた一方のメタルMV(V4が印加)に蓄積される。
【0038】
期間t4では駆動パルスV1Bがプラスレベルからゼロレベルに戻り、期間t5では駆動パルスV4がゼロレベルからマイナスレベルに戻る。駆動パルスV4がゼロレベルからマイナスレベルに変化することで、期間t3に読み出された電荷は、第3ラインのG/Mg画素に対応する2つのメタルMVに蓄積される。期間t6では、駆動パルスV1AおよびV1Bがマイナスレベルに変化し、駆動パルスV3AおよびV3Bがマイナスレベルからゼロレベルに変化する。このとき電荷は第2ラインのYe/Cy画素に割り当てられた他方のメタルMV(V3Aが印加)および第3ラインのG/Mg画素に割り当てられた一方のメタルMV(V2が印加)に蓄積される。期間t7では、駆動パルスV4がマイナスレベルからゼロレベルに変化し、これによって電荷は第2ラインのYe/Cy画素に割り当てられた一方のメタルMV(V4が印加)にも蓄積される。
【0039】
期間t8では、駆動パルスV3Bがゼロレベルからプラスレベルに変化し、これによって第4ラインのYe/Cy画素から電荷が読み出される。読み出された電荷は、第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた2つのメタルMV(V3BおよびV4が印加)ならびに第1ラインのG/Mg画素に割り当てられた一方のメタルMV(V2が印加)に蓄積される。期間t9では駆動パルスV3Bがプラスレベルからゼロレベルに戻り、期間t10では駆動パルスV2がゼロレベルからマイナスレベルに変化する。電荷は、第2ラインおよび第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた2つのメタルMV(V3AまたはV3BとV4とが印加)に蓄積される。
【0040】
期間t11では駆動パルスV1AおよびV1Bがマイナスレベルからゼロレベルに戻り、駆動パルスV3AおよびV3Bがゼロレベルからマイナスレベルに戻る。これによって、電荷は、第1ラインおよび第3ラインのG/Mg画素に割り当てられた他方のメタルMV(V1AまたはV1Bが印加)ならびに第2ラインおよび第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた一方のメタルMV(V4が印加)に蓄積される。期間t12では、駆動パルスV2がマイナスレベルからゼロレベルに変化し、駆動パルスV4がゼロレベルからマイナスレベルに変化する。このとき、電荷は、第1ラインおよび第3ラインのG/Mg画素に割り当てられた2つのメタルMV(V1AまたはV1BとV2とが印加)に蓄積される。
【0041】
第2露光によって生成された電荷は、このようにして第3ラインのG/Mg画素および第4ラインのYe/Cy画素から垂直転送レジスタ18bに読み出され、垂直方向に個別に転送される。
【0042】
CPU28は、具体的には図10に示すフロー図に従って動作する。電源が投入されると、まずステップS1でスイッチSW1を信号処理回路32側に接続し、次にステップS3でシャッタボタン30が押されたかどうか判断する。ここでNOであればステップS5に進み、スルー画像の表示処理を行なう。つまり、TGに間引き読み出しを命令するとともに、信号処理回路32に処理命令を与える。これによってCCDイメージャ12から一部の画素信号が出力され、出力された画素信号は、CDS/AGC回路20,A/D変換器22およびスイッチSW1を経て信号処理回路32に入力される。信号処理回路32は、入力された画素信号をYUV信号に変換し、変換したYUV信号をディスプレイ34に出力する。これによって、スルー画像が表示される。
【0043】
シャッタボタン30が押されるとステップS3でYESと判断し、ステップS7でプリ露光および全画素読み出しをTG26命令する。ステップS9では、ステップS7のプリ露光によって生成された画素信号に基づく輝度評価値を信号処理回路32から取り込み、続くステップS11では、取り込んだ輝度評価値に基づいて第1露光時間および第2露光時間を算出する。ステップS11の処理が完了すると、ステップS13でスイッチSW1を画像合成回路24側に接続し、ステップS15でTG26に本露光を命令するとともに所定タイミングでメカニカルシャッタ14を閉じる。これよって、第1露光画素信号および第2露光画素信号がCCDイメージャ18から出力され、出力された各々の画素信号は画像合成回路24によって合成される。ステップS17では、信号処理回路32に記録処理命令を与える。画像合成回路24から出力された合成画素信号は、信号処理回路32においてYUV信号に変換されるとともにJPEG圧縮を施され、圧縮YUV信号が記録媒体36に記録される。記録処理が行なわれる間、合成画素信号に基づくYUV信号はディスプレイ34にも出力され、これによってフリーズ画像が表示される。記録処理を終えると、ステップS19でメカニカルシャッタ14を開いてからステップS1に戻る。
【0044】
ステップS15で本露光が命令されたとき、TG26は図11に示すフロー図に従って動作する。ただし、TG26は上述のようにハードウェアによって構成されるため、このフロー図は説明の便宜上用いられるものである。また、本露光が命令された時点では、水平転送のための駆動パルスH1およびH2ならびに垂直転送のための駆動パルスV1A,V1B,V2,V3A,V3BおよびV4は既に出力されており、電荷掃き捨てパルスVsubも垂直同期信号に応答して出力されている。
【0045】
まずドライバ26pが、ステップS21で露光時間データに基づいて露光開始タイミングかどうかを判断し、露光開始タイミングとなったときにステップS23で電荷掃き捨てパルスVsubの出力を停止する。これによって、第1露光および第2露光が開始される。デコーダ26gおよび26kは、ステップS25で第1露光期間が経過したかどうか判断し、第1露光期間が経過したとき、ステップS27でタイミングパルスXSG1AおよびXSG2Aを出力する。タイミングパルスXSG1Aはドライバ26qによって駆動パルスV1Aに重畳され、タイミングパルスXSG2Aはドライバ26sによって駆動パルスV3Aに重畳される。これによって、第1ラインのG/Mg画素および第2ラインのYe/Cy画素から電荷(第1露光電荷)が読み出され、第1露光が終了する。読み出された電荷は、垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cを経てCCDイメージャ18から出力される。
【0046】
ステップS27の処理の後、所定タイミングでメカニカルシャッタ14が閉じられ、これによって第2露光が終了する。デコーダ26hおよび26mは、ステップS29で第1露光電荷の出力が完了したかどうかを判断し、出力が完了したときステップS31でタイミングパルスXSG1BおよびXSG2Bを出力する。タイミングパルスXSG1Bはドライバ26qによって駆動パルスV1Bに重畳され、タイミングパルスXSG2Bはドライバ26sによって駆動パルスV3Bに重畳される。これによって、第3ラインのG/Mg画素および第4ラインのYe/Cy画素から電荷(第2露光電荷)が読み出される。この第2露光電荷の出力が完了すると、ステップS33でYESと判断され、本露光処理が終了する。
【0047】
この実施例によれば、電荷掃き捨てパルスVsubの出力の中止によって第1露光および第2露光が同時に開始される。また、第1露光電荷の読み出しによって第1露光が終了されるとともに、メカニカルシャッタの閉動作の各々によって第2露光が終了される。これによって、第1露光期間が第2露光期間よりも短くなりかつ第1露光期間および第2露光期間が時期的に重複する。したがって、第1露光電荷(第1露光画素信号)および第2露光電荷(第2露光画素信号)を画像合成回路によって合成することで、ダイナミックレンジが拡大されたかつブレの少ない合成画素信号(静止画像信号)を生成することができる。
【0048】
また、この実施例では、イメージセンサの受光面が、Ye,Cy,MgおよびGの色要素が配置された補色フィルタによって覆われる。ここで、GおよびMgの色要素は第1ラインおよび第3ラインに割り当てられ、YeおよびCyの色要素は、第2ラインおよび第4ラインに割り当てられる。つまり、Ye,Cy,MgおよびGの色要素が第1露光を施される受光素子(第1受光素子)および第2露光を施される受光素子(第2受光素子)のいずれにも割り当てられる。さらに、第1受光素子および第2受光素子は、垂直方向において2つ(色ブロックの垂直方向における色要素数に一致)ずつ交互に配置される。このため、第1露光画素信号および第2露光画素信号はいずれもYe,Cy,MgおよびGの色成分を含み、かつ第1露光画素信号によって形成されるイメージと第2露光画素信号によって形成されるイメージとが互いに大きくずれることはない。
【0049】
他の実施例のディジタルカメラ10は、上述と同様に(図1〜図5に示すように)構成されるため、構成に関する重複した説明は省略する。異なるのは、CCDイメージャ18に第1露光および第2露光を施すときのTG26の動作およびCPU26の処理である。
【0050】
シャッタボタン30が操作されたとき、電荷掃き捨てパルスVsub,駆動パルスV1A,V3A,V1BおよびV3Bは図12に示すタイミングで変化する。まず、電荷掃き捨てパルスVsubが継続して出力され、各受光素子18aで生成された全ての電荷が、電荷掃き捨てパルスVsubによって掃き捨てられる。電荷掃き捨てパルスVsubの出力が中止されると、第2露光期間が開始される。第2露光の開始から所定期間が経過すると、第1ラインおよび第2ラインの受光素子18aに蓄積された電荷が、駆動パルスV1Aに重畳されたXSG1A成分ならびに駆動パルスV3Aに重畳されたXSG2A成分によって垂直転送レジスタ18bに読み出される。ここで読み出された電荷は不要電荷であり、第1露光期間はこの読み出しによって開始される。
【0051】
第1露光の開始から所定期間が経過すると、メカニカルシャッタ14が開状態から閉状態に移行し、これによって第1露光および第2露光の両方が終了する。第1露光および第2露光が終了すると、スミア成分を含む不要電荷を排除するために垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cがCPU28によってリセットされる。所定のリセット期間が経過すると、第3ラインおよび第4ラインの受光素子18aに蓄積された電荷(第2露光電荷)が、駆動パルスV1Bに重畳されたXSG1B成分ならびに駆動パルスV3Bに重畳されたXSG2B成分によって垂直転送レジスタ18bに読み出される。読み出された第2露光電荷は駆動パルスV1BおよびV3Bによって垂直方向に転送され、その後、水平転送レジスタ18cを経て出力される。
【0052】
第2露光電荷の読み出しが完了すると、垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cがCPU28によって再度リセットされ、所定のリセット期間の経過後、XSG1A成分が重畳された駆動パルスV1AおよびXSG2A成分が重畳された駆動パルスV1Bが出力される。これによって、第1露光期間に蓄積された電荷が、第1ラインおよび第2ラインの受光素子18aから垂直転送レジスタ18bに読み出される。読み出された第1露光電荷は、水平転送レジスタ18cを経て出力される。2回目のXSG1A成分およびXSG2A成分の出力時期(期間A)およびXSG1B成分およびXSG2B成分の出力時期(期間B)においては、各駆動パルスV1A,V1B,V2,V3A,V3BおよびV4は、上述の図8および図9に示すように変化する。一方、1回目のXSG1A成分およびXSG2A成分の出力時期(期間C)では、各駆動パルスV1A,V1B,V2,V3A,V3BおよびV4は図13に示すように変化する。
【0053】
図13を参照して、期間t1では、駆動パルスV1A,V1B,V2およびV3Aがゼロレベルをとり、駆動パルスV3BおよびV4はマイナスレベルをとる。期間t2では駆動パルスV3Bがマイナスレベルからゼロレベルに変化し、期間t3では駆動パルスV1AおよびV3Aがゼロレベルからプラスレベルに変化する。これによって、第1ラインのG/Mg画素および第2ラインのYe/Cy画素に蓄積された電荷が読み出される。第1ラインのG/Mg画素から読み出された電荷は、同じG/Mg画素に割り当てられた2つのメタルMV(V1AおよびV2が印加)および第4ラインのYe/Cy画素に割り当てられた一方のメタルMV(V3Bが印加)に蓄積される。第2ラインのYe/Cy画素から読み出された電荷は、同じYe/Cy画素に割り当てられた他方のメタルMV(V3Aが印加)および第3ラインのG/Mg画素に割り当てられた2つのメタルMV(V1BおよびV2が印加)に蓄積される。
【0054】
このようにして垂直転送レジスタ18bに読み出された電荷は、期間t4以降で垂直方向に転送されていく。ただし、この電荷は不要電荷であり、後段の信号処理においては意味をなさない。
【0055】
CPU28は、具体的には図14示すフロー図を処理する。ただし、このフロー図のステップS41〜S53ならびにステップS57およびS59の処理は、図10に示すステップS1〜S13ならびにS17およびS19と同じであるため、重複した説明を省略する。ステップS55では、本露光をTG26に命令し、第1露光および第2露光が終了するタイミングでメカニカルシャッタ16を閉じ、そして第1露光および第2露光の終了後の所定期間ならびに第2露光電荷の読み出しが終了した後の所定期間に垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cをリセットする。
【0056】
TG26は、図15に示すフロー図に従って動作する。ステップS61では、ドライバ26pが、CPU28からの露光時間データに基づいて第2露光開始タイミングであるかどうか判断する。第2露光開始タイミングとなると、同じドライバ26pがステップS63で電荷掃き捨てパルスVsubの出力を停止する。デコーダ26gおよび26kは、ステップS65で第1露光開始タイミングとなったかどうかを判断し、YESと判断されたときにステップS67でタイミングパルスXSG1AおよびXSG2Aを出力する。これによって、第1ラインのG/Mg画素および第2ラインのYe/Cy画素から不要電荷が読み出され、このときから第1露光が開始される。
【0057】
第1露光が開始されてから所定期間が経過すると、CPU28がメカニカルシャッタ14を閉じるとともに垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cをリセットする。メカニカルシャッタ14が閉じられることで第1露光および第2露光が同時に終了し、垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cがリセットされることで不要電荷が排除される。
【0058】
所定のリセット期間が経過すると、デコーダ26hおよび26mがステップS69でタイミングパルスXSG1BおよびXSG2Bを出力する。これによって、第3ラインのG/Mg画素および第4ラインのYe/Cy画素から電荷(第2露光電荷)が読み出される。読み出された第2露光電荷は、垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cを通して出力される。CPU28は、第2露光電荷の出力が完了するタイミングで垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cをリセットし、各レジスタ18bおよび18cに残留している第2露光電荷を排除する。ステップS71は、所定のリセット期間が経過するタイミングで実行される。このステップでは、デコーダ26gおよび26kがタイミングパルスXSG1AおよびXSG2Aを出力し、これによって第1ラインのG/Mg画素および第2ラインのYe/Cy画素から第1露光電荷が読み出される。読み出された第1露光電荷は、垂直転送レジスタ18bおよび水平転送レジスタ18cを経て出力される。第1露光電荷の出力が完了するとステップS73でYESと判断され、本露光が終了する。
【0059】
この実施例によれば、電荷掃き捨てパルスVsubの出力の中止によって第2露光が開始されるとともに、不要電荷の読み出しによって第1露光が開始される。また、メカニカルシャッタの閉動作によって第1露光および第2露光が同時に終了される。これによって、第1露光期間が第2露光期間よりも短くなりかつ第1露光期間および第2露光期間が時期的に重複する。したがって、第1露光電荷(第1露光画素信号)および第2露光電荷(第2露光画素信号)を画像合成回路によって合成することで、ダイナミックレンジが拡大されたかつブレの少ない合成画素信号(静止画像信号)を生成することができる。
【0060】
また、この実施例でも、イメージセンサの受光面はYe,Cy,MgおよびGの色要素が配置された補色フィルタによって覆われ、Ye,Cy,MgおよびGの全ての色が第1露光を施される受光素子(第1受光素子)および第2露光を施される受光素子(第2受光素子)に割り当てられる。また、第1受光素子および第2受光素子は、垂直方向において2つ(色ブロックの垂直方向における色要素数に一致)ずつ交互に配置される。したがって、第1露光画素信号および第2露光画素信号はいずれもYe,Cy,MgおよびGの色成分を含み、かつ第1露光画素信号および第2露光画素信号のレベルに大きなずれが生じることはない。
【0061】
なお、上述の2つの実施例では、イメージセンサの受光面に補色フィルタを装着するようにしているが、補色フィルタの代わりに原色フィルタを用いてもよいことはもちろんである。また、上述の2つの実施例ではイメージセンサとしてCCD型のイメージセンサを用いているが、この発明にはCMOS型のイメージセンサを用いることもできる。さらに、上述の2つの実施例で用いられるCCDイメージャはインターレーススキャン型のCCDイメージャであるが、プログレッシブスキャン型(各受光素子に3つのメタルが割り当てられる)のCCDイメージャを用いてもよい。さらに、上述の2つの実施例では、第1受光素子および第2受光素子を垂直方向において2つ(色ブロックの垂直色要素数)毎に交互に配置するようにしたが、第1受光素子および第2受光素子は、水平方向において2つ毎に交互に配置してもよく、また垂直方向および水平方向の両方において2つ毎に、つまりモザイク状に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1実施例に適用される補色フィルタを示す図解図である。
【図3】図1実施例に適用されるCCDイメージャを示す図解図である。
【図4】図3に示すCCDイメージャの一部の拡大図である。
【図5】図3に示すCCDイメージャの他の一部の拡大図である。
【図6】図1実施例に適用されるTGを示すブロック図である。
【図7】図1実施例の動作の一部を示すタイミング図である。
【図8】図8に示すA期間の動作を示すタイミング図である。
【図9】図8に示すB期間の動作を示すタイミング図である。
【図10】図1実施例に適用されるCPUの動作を示すフロー図である。
【図11】図1実施例に適用されるTGの動作を示すフロー図である。
【図12】この発明の他の実施例の動作の一部を示すタイミング図である。
【図13】図12に示すC期間の動作を示すタイミング図である。
【図14】図12実施例に適用されるCPUの動作を示すフロー図である。
【図15】図12実施例に適用されるTGの動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
10…ディジタルカメラ
14…メカニカルシャッタ
16…補色フィルタ
18…CCDイメージャ
24…画像合成回路
26…TG
28…CPU
Claims (6)
- 複数の受光素子および複数の垂直転送レジスタが形成された受光面を有するインターライン転送方式のイメージセンサ、
前記複数の受光素子にそれぞれ対応する複数の色要素が配置された色フィルタ、
前記受光面への入射光を機械的に遮断するシャッタ部材、
第1期間の第1露光を前記複数の受光素子の一部である複数の第1受光素子に施す第1露光手段、
第2期間の第2露光を前記複数の受光素子の他の一部である複数の第2受光素子に施す第2露光手段、
前記第1露光によって生成された第1電荷および前記第2露光によって生成された第2電荷を前記イメージセンサから個別に出力する出力手段、および
前記出力手段によって出力された第1電荷および第2電荷に基づいて1画面分の静止画像を生成する生成手段を備え、
前記複数の色要素の各々は複数色のいずれか1つを有し、
前記複数の色要素は前記複数色が各々に割り当てられた複数の色ブロックによって形成され、
前記複数の受光素子は特定方向において所定数毎に前記第1受光素子および前記第2受光素子の間で切り換わり、
前記所定数は前記複数の色ブロックの各々において前記特定方向に存在する色要素の数と一致し、そして
前記第1期間は前記第2期間よりも短くかつ前記第2期間と時期的に重複する、ディジタルカメラ。 - 前記複数の第1受光素子に第1電荷読み出しパルスを印加する第1印加手段、
前記複数の第2受光素子に第2電荷読み出しパルスを印加する第2印加手段、および
前記複数の第1受光素子および前記複数の第2受光素子に電荷掃き捨てパルスを印加する第3印加手段をさらに備え、
前記第1露光手段は、前記第1印加手段,前記第3印加手段および前記シャッタ部材のいずれか2つを制御して前記第1露光を行い、
前記第2露光手段は、前記第2印加手段,前記第3印加手段および前記シャッタ部材のいずれか2つを制御して前記第2露光を行う、請求項1記載のディジタルカメラ。 - 前記第1露光手段は、前記第1露光の開始時期および終了時期を前記第3印加手段および前記第1印加手段によってそれぞれ制御し、
前記第2露光手段は、前記第2露光の開始時期および終了時期を前記第3印加手段および前記シャッタ部材によってそれぞれ制御する、請求項2記載のディジタルカメラ。 - 前記第1露光手段は、前記第1露光の開始時期および終了時期を前記第1印加手段および前記シャッタ部材によってそれぞれ制御し、
前記第2露光手段は、前記第2露光の開始時期および終了時期を前記第3印加手段および前記シャッタ部材によってそれぞれ制御する、請求項2記載のディジタルカメラ。 - 前記特定方向は垂直方向および水平方向の少なくとも一方向である、請求項1ないし4のいずれかに記載のディジタルカメラ。
- 前記イメージセンサはCCDイメージャである、請求項1ないし5のいずれかに記載のディジタルカメラ。
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