JP4868050B2

JP4868050B2 - カメラシステム

Info

Publication number: JP4868050B2
Application number: JP2009219609A
Authority: JP
Inventors: 勉春田; 栄治牧野; 猛史山口; 達也松村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2027-05-18
Also published as: JP2009296671A

Description

本発明はカメラシステムに関する。詳しくは、電子シャッタ機能、オートフォーカス機
能及びフラッシュ機能を有するカメラシステムに係るものである。

図３（ａ）は従来のイメージセンサを説明するための模式図であり、ここで示すイメージセンサ１０１は、入射光を集光するレンズ１１０と、レンズ１１０で集光された光を所定時間だけ通過させるメカニカルシャッタ１１１と、レンズ１１０及びメカニカルシャッタ１１１を介して入射される被写体の画像を撮像するＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型固体撮像素子１１２と、レンズ１１０、メカニカルシャッタ１１１及びＣＭＯＳ型固体撮像素子１１２を制御する制御部１１３を備えている。なお、被写体から発せられた光は、レンズ１１０及びメカニカルシャッタ１１１を経て、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１１２に入射することとなる。

ここで、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１１２は、図４で示す様に、多数の画素がマトリクス状に配列されており、この画素部５２の各行（以下、ラインと称する。）を順に選択するための垂直走査回路５４と、画素部５２の各列（以下、カラムと称する。）を順に選択するための水平走査回路６０と、信号を出力するための出力回路６１を備えている（例えば、特許文献１参照。）。

また、垂直走査回路５４と水平走査回路６０は、例えば、シフトレジスタによって構成され、垂直走査パルス及び水平走査パルスを各ライン及び各カラムに１個ずつ順に発生する様に構成されている。

また、各画素に蓄えられた画像信号を読み出す際には、垂直走査回路５４によりパルス信号が一の垂直選択線５３に加えられ、１ライン分の各画素トランジスタ５１を全て通電させ、各感光部５０から画像信号が各垂直信号線５５に読み出される。各垂直信号線５５に読み出された画像信号は、画素ごとのオフセット信号を除去する相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）５６等の回路に供給される。

水平走査回路６０は、各垂直信号線５５に接続されているトランジスタ５７に水平選択線５９を介してパルス信号を加え、トランジスタ５７を通電状態にする。ＣＤＳ５６によりオフセット信号が除去された画像信号は、水平信号線５８に読み出され、出力回路６１により電圧信号に変換されて、外部に出力される。

ところで、近年のイメージセンサの多くに、被写体に対してフォーカスを自動的に合わせるオートフォーカス機能が搭載されている。一般に、オートフォーカス機能は、撮像画像信号の高周波成分に基づいて撮像画像のコントラストを検出し、コントラストが高いときにフォーカスが合っていると判定することで実現される。例えば、所定の設定領域内に存在する撮像画像信号の高周波成分を積分したフォーカス評価値を呼ばれるデータを生成し、このフォーカス評価値が最大となるようにフォーカスレンズを移動するといった具合である。
そして、こうしたオートフォーカスを実現するために、レンズ１１１を適宜移動させる必要があり、レンズについては制御部１１３によって移動制御を行っている。

また、イメージセンサが低照度の被写体を撮像する場合には、被写体に光を照射して光量を補うべくフラッシュが使用され、このフラッシュの発光タイミングについては制御部１１３によって行っている。

更に、イメージセンサには、ＣＭＯＳ型固体撮像素子の信号電荷の蓄積時間を制御することにより露光時間を制御し、これにより動きの早い被写体を撮像する場合でも、ぶれの無い撮像結果を取得できる様に、電子シャッタ機能が搭載されており、こうした電子シャッタ機能については制御部１１３によって制御を行っている。

また、イメージセンサの多くは、メカニカルシャッタ１１１が使用されている。メカニカルシャッタを使用することにより、イメージセンサへの光の入射をほぼ完全に遮断することができ、意図しない入射光に起因するノイズの発生を抑制できるからである。
そして、こうしたメカニカルシャッタ１１１については制御部１１３によって開閉動作の制御を行っている。

ここで、制御部１１３が、レンズの移動制御、フラッシュの発光タイミングの制御、電子シャッタ機能の制御、メカニカルシャッタの開閉動作制御といった各制御を行う際には、各制御信号（具体的には、レンズ移動制御信号、発光タイミングの制御信号、電子シャッタ機能の制御信号、メカニカルシャッタの開閉動作制御信号）に基づいてその制御を行うことになるのであるが、各制御信号については、ＣＭＯＳ型固体撮像素子からの画像信号に基づいて、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）によって基準タイミングが生成されると共に、生成された基準タイミングに基づいて各制御信号が生成されている。

即ち、図３（ｂ）で示す様に、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１１２からの画像信号がＤＳＰ１１４に転送され、ＤＳＰによって、基準タイミングが生成されると共に、基準タイミングに基づいた制御信号が生成され、各制御手段１１５（具体的には、レンズの移動を制御するＶＣＭドライバ回路、フラッシュ機能を制御するフラッシュ機構、メカニカルシャッタの開閉動作を制御するメカシャッタ機構等）に制御信号が出力されることとなる。
なお、特許文献２では、図５で示す様に、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１１２からの画像信号がＤＳＰ１１４に供給され、ＤＳＰによって基準タイミングが生成されると共に、基準タイミングに基づいて制御信号が生成された上で、撮像駆動部１１５ａ、絞り駆動部１１５ｂ、レンズ駆動部１１５ｃに制御信号が出力されている。

特開平１０−１２６６９７号公報特開２００６−２７９６５２号公報

しかしながら、上記したイメージセンサでは、固体撮像素子から出力された画像信号に基づいてＤＳＰが基準タイミングを生成しているために、基準タイミングにタイミングノイズが発生し易い。即ち、固体撮像素子からＤＳＰに画像信号を出力する際に、画像信号にノイズが含まれる恐れがあり、こうしたノイズを含む可能性が高い画像信号に基づいてＤＳＰによって基準タイミングを生成しているために、生成された基準タイミングにはノイズが含まれる可能性が高く、結果として制御信号にノイズが含まれる可能性が高くなるのである。
また、設計上イメージセンサチップとＤＳＰ等の半導体素子は設計や製造を別に行う場合が多く、カメラ機能は一般に撮像（イメージセンサでの露光）の機能を優先して他のフラッシュやＡＦ，ＡＥ等の光学系のタイミング制御が同調されるが、上記のようにイメージセンサとＤＳＰとを別に設計、製造を行うと同調がとりにくい場合が多く、同調がとれずにタイミングがずれると画質が劣化することがある。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、制御信号のノイズの低減とタイミ
ングのずれの低減を図ることができるカメラシステムを提供することを目的とするもので
ある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るカメラシステムは、被写体からの光により撮像信号を生成する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の撮像エリア上に入射光を集光させる光学系と、前記固体撮像素子で撮像する被写体に光を照射するフラッシュと、前記固体撮像素子内に設けられ、独立した基準タイミングであるパルスを生成するパルス生成回路と、前記固体撮像素子の外部に出力された撮像信号と、前記パルス生成回路で生成され前記固体撮像素子の外部に出力されたパルスに基づいて、前記光学系の移動を制御するための光学系移動パルス、若しくは、前記フラッシュの発光タイミングを制御するフラッシュパルスのうちの少なくとも１つのパルスを生成する外部回路とを備えている。

ここで、電子シャッタ機能を用いて信号電荷の蓄積時間を制御するための電子シャッタパルス、光学系の移動を制御するための光学系移動パルス、若しくは、フラッシュの発光タイミングを制御するフラッシュパルスのうちの少なくとも１つのパルスを生成するパルス生成回路を固体撮像素子が備えているために、パルス生成回路によって生成されたパルス（具体的には制御信号の基準タイミング）のノイズを抑制することができる。
即ち、固体撮像素子から画像信号を外部回路（例えばＤＳＰ）に出力して、外部回路で基準タイミングを生成する場合には、固体撮像素子から基準タイミングを生成する外部回路に画像信号が到達するまでの間に画像信号にノイズが含まれてしまうために、生成される基準タイミングにノイズが含まれることが懸念されるのに対して、固体撮像素子から画像信号を外部回路に出力することなく、固体撮像素子内部で基準タイミングを生成することによって、基準タイミングのノイズを抑制することができるのである。

なお、「電子シャッタ機能を用いて信号電荷の蓄積時間を制御するための電子シャッタパルス、光学系の移動を制御するための光学系移動パルス、若しくは、フラッシュの発光タイミングを制御するフラッシュパルスのうちの少なくとも１つのパルス」としているために、電子シャッタパルス、光学系移動パルス、若しくは、フラッシュパルスのいずれか１つ若しくは２つのパルスの基準タイミングを固体撮像素子のパルス生成回路で生成しても良い。但し、全てのパルスの基準タイミングを固体撮像素子のパルス生成回路で生成した場合には、全てのパルスの基準タイミングのノイズを抑制することができるために、電子シャッタパルス、光学系移動パルス及びフラッシュパルスの全てのパルスの基準タイミングを固体撮像素子のパルス生成回路で生成する方が好ましい。
更に、光学系で集光された入射光を所定時間だけ通過させるメカニカルシャッタを備えるイメージセンサにおいては、メカニカルシャッタでの入射光の通過時間を制御するメカニカルシャッタパルスの基準タイミングを固体撮像素子のパルス生成回路で生成することによって、メカニカルシャッタパルスの基準タイミングのノイズを抑制することができる。

本発明のカメラシステムでは、制御信号の基準タイミングのタイミングノイズの低減を
図ることができ、基準タイミングのノイズによる画品位の低下を抑制することができる。

本発明を適用したイメージセンサを説明するための模式図（１）である。本発明を適用したイメージセンサを説明するための模式図（２）である。従来のイメージセンサを説明するための模式図（１）である。ＣＭＯＳ型固体撮像素子を説明するための模式図である。従来のイメージセンサを説明するための模式図（２）である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１（ａ）は本発明を適用したイメージセンサを説明するための模式図であり、ここで示すイメージセンサ１は、従来のイメージセンサと同様に、入射光を集光するレンズ１０と、レンズ１０で集光された光を所定時間だけ通過させるメカニカルシャッタ１１と、レンズ１０及びメカニカルシャッタ１１を介して入射される被写体の画像を撮像するＣＭＯＳ型固体撮像素子１２と、レンズ１０、メカニカルシャッタ１１及びＣＭＯＳ型固体撮像素子１２を制御する制御部１３を備えている。なお、被写体から発せられた光は、レンズ１０及びメカニカルシャッタ１１を経て、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１２に入射することとなる。

ここで、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１２は、上記した従来のＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に（図４参照。）、多数の画素がマトリクス状に配列されており、この画素部５２の各ラインを順に選択するための垂直走査回路５４と、画素部の各カラムを順に選択するための水平走査回路６０と、信号を出力するための出力回路６１を備えている。垂直走査回路５４と水平走査回路６０は、例えば、シフトレジスタによって構成され、垂直走査パルス及び水平走査パルスを各ライン及び各カラムに１個ずつ順に発生する様に構成されている。また、各画素に蓄えられた画像信号を読み出す際には、垂直走査回路５４によりパルス信号が一の垂直選択線５３に加えられ、１ライン分の各画素トランジスタ５１を全て通電させ、各感光部５０から画像信号が各垂直信号線５５に読み出される。各垂直信号線５５に読み出された画像信号は、画素ごとのオフセット信号を除去するＣＤＳ５６等の回路に供給される。水平走査回路６０は、各垂直信号線５５に接続されているトランジスタ５７に水平選択線５９を介してパルス信号を加え、トランジスタ５７を通電状態にする。ＣＤＳ５６によりオフセット信号が除去された画像信号は、水平信号線５８に読み出され、出力回路６１により電圧信号に変換されて、外部に出力される。

ここで、本発明を適用したイメージセンサについても、上記した従来のイメージセンサと同様に、オートフォーカス機能が搭載されており、オートフォーカスを実現するためにレンズ１１を制御部１３によって移動制御を行っている。
また、フラッシュ機能、メカニカルシャッタ機能、電子シャッタ機能も搭載されており、フラッシュ機能の発光タイミングの制御、メカニカルシャッタ１１の開閉動作制御、電子シャッタ機能の制御についても制御部１３によって行っている。

さて、制御部１３が、レンズの移動制御、フラッシュの発光タイミングの制御、メカニカルシャッタの開閉動作制御、電子シャッタ機能の制御といった各制御を行う際には、それぞれの制御信号に基づいてその制御を行うことになるのは、上記した従来のイメージセンサと同様であるが、本発明を適用したイメージセンサでは、各制御信号の基準タイミングについては、ＣＭＯＳ型固体撮像素子内のパルス生成回路によって生成され、生成された基準タイミング及び画像信号に基づいてＤＳＰによって各制御信号が生成される様に構成されている。

即ち、図１（ｂ）で示す様に、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１２から画像信号及び基準タイミングがＤＳＰ１４に転送され、ＤＳＰによって、画像信号及び基準タイミングに基づいた制御信号が生成され、各制御手段１５に制御信号が出力されることとなる。
更に具体的には、図２で示す様に、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１２内のパルス生成回路２０によって基準タイミングが生成され、生成された基準タイミングと画像信号がＤＳＰ１４に供給され、ＤＳＰによって基準タイミング及び画像信号に基づいて制御信号が生成された上で、撮像駆動部１５ａ、絞り駆動部１５ｂ、レンズ駆動部１５ｃに制御信号が出力されることとなる。

本発明を適用したイメージセンサでは、ＣＭＯＳ型固体撮像素子内のパルス生成回路によって基準タイミングが生成されるために、基準タイミングがノイズを含むことがなく、結果として基準タイミング及び画像信号に基づいてＤＳＰで生成される各制御信号のノイズをも低減することができる。また、同様の理由から、他のフラッシュや光学系のタイミング制御の同調もとりやすくなる。そして、各制御信号のノイズを抑制することができる結果として、イメージセンサの画品位向上を図ることができる。

１イメージセンサ
１０レンズ
１１メカニカルシャッタ
１２ＣＭＯＳ型固体撮像素子
１３制御部
１４ＤＳＰ
１５制御手段
１５ａ撮像駆動部
１５ｂ絞り駆動部
１５ｃレンズ駆動部
２０パルス生成回路

Claims

被写体からの光により撮像信号を生成する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の撮像エリア上に入射光を集光させる光学系と、
前記固体撮像素子で撮像する被写体に光を照射するフラッシュと、
前記固体撮像素子内に設けられ、独立した基準タイミングであるパルスを生成するパルス生成回路と、
前記固体撮像素子の外部に出力された撮像信号と、前記パルス生成回路で生成され前記固体撮像素子の外部に出力されたパルスに基づいて、前記光学系の移動を制御するための光学系移動パルス、若しくは、前記フラッシュの発光タイミングを制御するフラッシュパルスのうちの少なくとも１つのパルスを生成する外部回路とを備えた
カメラシステム。
前記固体撮像素子で受光した入射光の蓄積時間を制御する電子シャッタを備え、
前記外部回路は、前記固体撮像素子の外部に出力された撮像信号と、前記パルス生成回路で生成され前記固体撮像素子の外部に出力されたパルスに基づいて、前記電子シャッタを用いて入射光の蓄積時間を制御するための電子シャッタパルス、前記光学系移動パルス及び前記フラッシュパルスを生成する
請求項１に記載のカメラシステム。
前記光学系で集光された入射光を所定時間だけ通過させるメカニカルシャッタを備え、
前記外部回路は、前記固体撮像素子の外部に出力された撮像信号と、前記パルス生成回路で生成され前記固体撮像素子の外部に出力されたパルスに基づいて、前記メカニカルシャッタでの入射光の通過時間を制御するメカニカルシャッタパルスを生成する
請求項１に記載のカメラシステム。
前記外部回路は、前記固体撮像素子から出力された撮像信号を表示装置で表示するための画像信号に変換する信号処理装置を備えた
請求項１に記載のカメラシステム。