JP5871625B2 - 撮像装置、その制御方法および撮像システム - Google Patents
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Description
近年のデジタルカメラなどの撮像装置には、撮影する被写体画像をTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)などの表示装置にリアルタイムに表示するライブビュー(LV)機能を有しているものがほとんどである。このLV機能の目的は主に、これから撮影する画像に被写体が正しく配置されているかを確認する「構図の確認」及び、これから撮影する主被写体に焦点が合っているかを確認する「ピントの確認」である。
しかしこれは、先行技術に係る撮像装置の、後にリフォーカス可能なカメラという目的に相反する。
この問題の対策として、メカ絞りを用いて、通常撮影時とLV駆動時で、絞り系を切り替えるという方法も考えられる。しかし、メカ絞りを配置することは、部材増によるコストアップ及びサイズアップにつながるため、好ましくはない。
撮像装置が生成する画像における画素単位は、1マイクロレンズあたり1画素となる。通常の撮像素子においては1マイクロレンズあたり1画素の構成のため、生成する画像のデータ数と略同数の画素信号(光電変換信号)を読み出せばよい。しかし、本先行技術に係る撮像装置においては、1マイクロレンズあたり数十の画素(光電変換素子)を有する構成である。このため、通常の撮像装置に対して数十倍もの画素信号を読み出して加算などの処理をしてLV画像の画素信号を生成しなければならない。これは、特に高スピードレートを要するLV駆動においては、非常に大きな問題となる。
図1において、101はレンズなどの光学系、102はメカニカルシャッタ(メカシャッタと図示する)、103は光学像を光電変換した電気信号を出力する撮像素子、104は撮像素子103において実際に入射光を電気信号に変換する光電変換部である。光電変換部104は光電変換手段である画素を複数二次元に配列したセンサアレイを有する。
また、105は撮像素子103において電気信号を増幅させる信号増幅回路、106は撮像素子103から出力される画像信号に対してアナログ信号処理を行うアナログ信号処理回路、107はアナログ信号処理回路106において相関二重サンプリングを行うCDS回路である。
また、108はアナログ信号処理回路106においてアナログ信号を増幅させる信号増幅器、109はアナログ信号処理回路106において水平OBクランプを行うクランプ回路、110はアナログ信号処理回路106においてアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器である。
また、117は信号処理された画像データを記憶する画像メモリ、118は撮像装置から取り外し可能な画像記録媒体(記録媒体と図示する)、119は信号処理された画像データを画像記録媒体118に記録する記録回路である。120は信号処理された画像データを表示する画像表示装置、121は画像表示装置120に画像を表示する表示回路である。
また、125が、ISO感度設定などの撮影条件設定や、静止画撮影(第一の撮影モード)とライブビュー駆動(第二の撮影モード)の切り替えなどを行う、撮影モード設定手段である。
図2において、201は撮影レンズ、202は撮像素子103と撮影レンズ201との間に配設されたマイクロレンズアレイ、203は同じく撮像素子103の構成要素であるセンサアレイであり、上述した画素(光電変換手段)の二次元配列である。204は被写体である。図2に記載されているその他の構成要素は、図1で説明したものと同じものであるため、説明は割愛する。
図3は、撮像素子103を被写体側から見た図である。301は、再構築後の画像の1画素に相当する単位画素である記録画素であり、本実施例では記録画素301は6行6列の光電変換手段を含むものとする。この場合、各光電変換手段を分割画素302と呼ぶ。303は記録画素301毎に1つずつ配置されるマイクロレンズである。即ち、記録画素を、光電変換手段の二次元配列である画素ブロックとすると、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは一つの画素ブロックの複数の光電変換手段と対応付けられている。
図7において、701は被写体であり、702は実際には存在しない絞りを疑似的に記したものである。本実施例に係わる撮像装置においては、撮影レンズのFナンバーとマイクロレンズのFナンバーが同じとして配置してある。この際、通常撮影時においては、6x6個の分割画素全てを使用するため、撮影レンズ201の開口径のほぼ全域を使用することとなる。よって、疑似絞り702が開放状態にあるのと等価となる。
図11において、1101は分割画素(光電変換手段)302で光電変換された電荷を電圧に変換し出力する信号蓄積読み出し部、1102は信号蓄積読み出し部1101より出力された電気信号を出力する経路である垂直出力線である。この信号読み出し線には、隣接する列の分割画素が列方向に交互に共通に接続されている。
図12に示す本実施例のCMOS撮像素子の画素回路では、1つの分割画素302に1つの浮遊拡散層FD1206が接続される構成とする。
図12において、撮像素子103の画素領域は、分割画素302と、1つの分割画素毎に1つづつ配置される蓄積読出部1101により構成されている。
分割画素302は、光電変換素子であるフォトダイオード1201、フォトダイオード1201の光電変換によって生成された電荷をパルスPTXによって転送する転送スイッチ1202で構成されている。
図15に示す本実施例のCMOS撮像素子の画素回路も、1つの分割画素302に対し1つの浮遊拡散層FD1206が接続される構成とする。また、分割画素302及び蓄積読出部1101までの構成は、図12に示す本発明の第一の実施例に係わる撮像素子の画素回路構成と同様である。
図19に示す本実施例のCMOS撮像素子は、2つの分割画素302に対し1つの浮遊拡散層FD1206が接続される構成を有する。また、個々の分割画素302及び信号蓄積読み出し部1101の構成は、図12に示す第一の実施例の撮像素子の回路構成と同様である。
図20に示す第一の駆動タイミングは、図18に示す分割画素それぞれの分割画素出力信号を独立に読み出す、通常撮影時の駆動タイミングである。この第一の駆動タイミングによる信号読み出しを行う場合には、分割画素の出力信号をデジタル信号処理回路113において様々な焦点距離の画像へ再構築可能な信号として利用することが可能となる。
図21に示す第二の駆動タイミングは、図18に示す分割画素それぞれの信号を撮像画素出力信号として一括で読み出す、LV駆動時の駆動タイミングである。この第二の駆動タイミングによる信号読み出しを行う場合には、様々な焦点距離の画像への再構築ができなくなる代わりに、高速に読み出すことが可能となる。
図22において、1101は分割画素302で光電変換された電荷を電圧に変換し出力する信号蓄積読み出し部信号蓄積読み出し部1102は信号蓄積読み出し部1101より出力された電気信号を出力する経路である垂直出力線である。
図23に示す本実施例のCMOS撮像素子は、4つの分割画素302に対し、1つの浮遊拡散層FD1206が接続される構成とする。
図23において、撮像素子103の画素領域は、1記録画素毎に配置される複数の分割画素302と、4つの分割画素毎に配置される画素共通部1101により構成されている。
図24に示す第一の駆動タイミングは、図22に示す分割画素それぞれの分割画素出力信号を独立に読み出す、通常撮影時の駆動タイミングである。この第一の駆動タイミングによる信号読み出しを行う場合には、分割画素出力信号をデジタル信号処理回路113において様々な焦点距離の画像へ再構築可能な信号として利用することが可能となる。
図25に示す第二の駆動タイミングは、図12に示す分割画素それぞれの信号を画素出力信号として一括で読み出す、LV駆動時の駆動タイミングである。この第二の駆動タイミングによる信号読み出しを行う場合には、様々な焦点距離の画像への再構築ができなくなる代わりに、高速に読み出すことが可能となる。
Claims (13)
- 撮影レンズで結像された光学像を電気信号へ変換する複数の光電変換手段の2次元配列を有する撮像素子と、前記撮像素子上に配設されたマイクロレンズアレイとを備え、前記マイクロレンズアレイの各々のマイクロレンズが、前記複数の光電変換手段の2次元配列を所定数の前記光電変換手段の画素ブロックで分割したときの各々の画素ブロックに対応付けられている撮像装置であって、
第1のモードと、前記電気信号が読み出される前記光電変換手段が前記第1のモードとは異なる第2のモードとを選択的に設定可能なモード設定手段と、
前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出す信号読み出し手段と、
前記モード設定手段によって設定されたモードに従って前記信号読み出し手段を制御し、各々の画素ブロックに含まれる前記光電変換手段のうち、前記信号読み出し手段による前記電気信号の読み出しにおいて読み出される前記光電変換手段を変更する制御手段とを備え、
前記信号読み出し手段は、前記撮影レンズの中央を通る光線が到達する位置の近傍に位置する前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出す読み出し線であって、前記撮影レンズの前記中央を通る前記光線が到達する前記位置の前記近傍に位置する前記光電変換手段からの前記電気信号のうちの少なくとも一部を混合して読み出す読み出し線を有し、
前記第2のモードが設定されている場合には、前記制御手段は、前記信号読み出し手段を制御することによって、各々の画素ブロックにおいて、前記読み出し線を介して前記光電変換手段からの前記電気信号のうちの少なくとも一部を混合して読み出すことを特徴とする撮像装置。 - 前記信号読み出し手段によって読み出された前記電気信号を処理する信号処理手段をさらに備え、
前記信号処理手段は、前記信号読み出し手段による前記電気信号の読み出しにおいて読み出される前記光電変換手段の数に応じてゲインを変更することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記読み出し線は、前記2次元配列の列方向の前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出し、
同じ列の各々の前記光電変換手段は、信号蓄積読み出し手段を介して共通の前記読み出し線に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記読み出し線は、前記2次元配列の列方向の前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出し、
同じ列の各々の前記光電変換手段は、交互に異なる共通の前記読み出し線に信号蓄積読み出し手段を介して接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記読み出し線は、前記2次元配列の列方向の前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出し、
同じ列の互いに隣接する前記光電変換手段は、共通の信号蓄積読み出し手段を介して共通の前記読み出し線に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記読み出し線は、前記2次元配列の列方向の前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出し、
隣接する列の前記光電変換手段のうちの隣接する行に配された前記光電変換手段は、共通の信号蓄積読み出し手段を介して共通の前記読み出し線に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 撮影した画像を表示する画像表示手段と、撮影した画像を記録する画像記録手段をさらに備え、
前記第1のモードは、撮影した画像を前記画像記録手段に記録するモードであり、
前記第2のモードは、撮影した画像を前記画像表示手段にリアルタイムに表示するライブビューモードであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記制御手段は、前記第2のモードが設定されている際には、各々の画素ブロックにおいて前記電気信号が読み出される前記光電変換手段の数を、前記第1のモードが設定されている際よりも少なくすることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 撮影レンズで結像された光学像を電気信号へ変換する光電変換手段の2次元配列を有する撮像素子と、前記撮像素子上に配設されたマイクロレンズアレイとを備え、前記マイクロレンズアレイの各々のマイクロレンズが、前記複数の光電変換手段の2次元配列を所定数の前記光電変換手段の画素ブロックで分割したときの各々の画素ブロックに対応付けられている撮像装置の制御方法であって、
第1のモードと、前記電気信号が読み出される前記光電変換手段が前記第1のモードとは異なる第2のモードとを選択的に設定するモード設定ステップと、 前記モード設定ステップにおいて設定されたモードに従って、前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出す信号読み出しステップとを備え、
前記モード設定ステップにおいて前記第2のモードに設定された場合には、前記信号読み出しステップでは、前記撮影レンズの中央を通る光線が到達する位置の近傍に位置する前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出す読み出し線であって、前記撮影レンズの前記中央を通る前記光線が到達する前記位置の前記近傍に位置する前記光電変換手段からの前記電気信号のうちの少なくとも一部を混合して読み出す読み出し線を介して、各々の画素ブロックにおいて、前記光電変換手段からの前記電気信号のうちの少なくとも一部を混合して読み出す
ことを特徴とする制御方法。 - 撮影レンズで結像された光学像を電気信号へ変換する複数の光電変換手段の2次元配列を有する撮像素子と、前記撮像素子上に配設されたマイクロレンズアレイとを備え、前記マイクロレンズアレイの各々のマイクロレンズが、前記複数の光電変換手段の2次元配列を所定数の前記光電変換手段の画素ブロックで分割したときの各々の画素ブロックに対応付けられている撮像装置を制御するためのプログラムであって、
コンピュータを、
第1のモードと、前記電気信号が読み出される前記光電変換手段が前記第1のモードの場合とは異なる第2のモードとを選択的に設定可能なモード設定手段、
前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出す信号読み出し手段、
前記モード設定手段によって設定されたモードに従って前記信号読み出し手段を制御し、各々の画素ブロックに含まれる前記光電変換手段のうち、前記信号読み出し手段による前記電気信号の読み出しにおいて読み出される前記光電変換手段を変更する制御手段として機能させ、
前記信号読み出し手段は、前記撮影レンズの中央を通る光線が到達する位置の近傍に位置する前記光電変換手段からの前記電気信号を読み出す読み出し線であって、前記撮影レンズの前記中央を通る前記光線が到達する前記位置の前記近傍に位置する前記光電変換手段からの前記電気信号のうちの少なくとも一部を混合して読み出す読み出し線を有し、
前記第2のモードが設定されている場合には、前記制御手段は、前記信号読み出し手段を制御することによって、各々の画素ブロックにおいて、前記読み出し線を介して前記光電変換手段からの前記電気信号のうちの少なくとも一部を混合して読み出す、プログラム。 - 請求項10に記載のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
- コンピュータを、請求項1乃至8のいずれか1項に記載された撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。
- コンピュータを、請求項1乃至8のいずれか1項に記載された撮像装置の各手段として機能させるためのプログラムを格納した記憶媒体。
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