(57)【要約】【課題】撮影間隔などの性能劣化を最小限に抑え、かつ、撮影枚数が多く、かつ、消費電力が比較的小さい撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、メカニカルシャッタと、撮像手段と、画像処理手段とを備える。静止画像データは、撮像素子から画像信号として読み出されたのち静止画像に変換された画像である。画像処理手段は、静止画像データに対して画像処理を行う。画像処理手段は、静止画リードアウトＶＤ期間と、ブランキング期間とを設ける。静止画リードアウトＶＤ期間は、静止画像を取得する時に、撮像手段で撮像素子から画像データを読み出す期間である。ブランキング期間は、静止画リードアウトＶＤ期間内において、全画素に対する画像信号の読み出し終了後に画像信号の出力を行なわない期間である。メカニカルシャッタの開処理は、ブランキング期間内に完了される。【選択図】図６
2014204308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の露光時間を調整するメカニカルシャッタと、
前記撮像素子の全画素同時に電荷リセット動作を行うグローバルシャッタモードを有する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像され、前記撮像素子から画像信号として読み出されたのち静止画像に変換された、静止画像データに対して画像処理を行う画像処理手段と
を備え、
前記画像処理手段は、
前記静止画像を取得する時に、前記撮像手段で撮像素子から前記画像データを読み出す静止画リードアウトＶＤ期間と、
前記静止画リードアウトＶＤ期間内において、全画素に対する前記画像信号の読み出し終了後に前記画像信号の出力を行なわないブランキング期間と
を設け、
前記ブランキング期間内に前記メカニカルシャッタの開処理を完了させることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
取得した前記静止画像に対し、複数回の画像処理を実施する場合に、
前記静止画の読み出し期間に、静止画の画像信号を読み出しながら、第１の画像処理を行い、
前記ブランキング期間に、第２の画像処理を開始することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記撮像素子の画素ラインごとに電荷リセット動作を行うローリングシャッタモードをさらに有し、
前記メカニカルシャッタの開処理が完了した後、前記ローリングシャッタモードにおける前記リセット動作が開始されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ブランキング期間内において、前記メカニカルシャッタの開処理の期間と前記第２の画像処理の期間とが重複し、または、同時に開始されることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
撮像素子の全画素同時に電荷リセット動作を行う撮像工程と、
前記撮像工程によって撮像され、前記撮像素子から画像信号として読み出されたのち静止画像に変換された、静止画像データに対して画像処理を行う画像処理工程と
を備え、
前記画像処理工程は、
前記静止画像を取得する時に、前記撮像工程で撮像素子から前記画像データを読み出す静止画リードアウトＶＤ期間と、
前記静止画リードアウトＶＤ期間内において、全画素に対する前記画像信号の読み出し終了後に前記画像信号の出力を行なわないブランキング期間と
を設け、
前記ブランキング期間内に前記メカニカルシャッタの開処理を完了させることを特徴とする撮像方法。
【請求項６】
取得した前記静止画像に対し、複数回の画像処理を実施する場合に、
前記静止画の読み出し期間に、静止画の画像信号を読み出しながら、第１の画像処理を行い、
前記ブランキング期間に、第２の画像処理を開始することを特徴とする請求項１に記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタルカメラに関し、静止画撮影時における撮像素子制御方法およびメカシャッタ制御方法に関する。特に、コンパクトデジタルカメラなどの電池容量が小さく、供給電力に制約があるものに好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラのコンパクト化と反して、撮像素子の大型化、解放Ｆ値の大きい明るいレンズによるレンズ口径の大型化の傾向がある。撮像素子はＡＰＳ−Ｃサイズ以上のものも多く、従来では１／１．７型程度が一般的であったコンパクトデジタルカメラより撮像素子を駆動するための消費電力は大きくなっている。
【０００３】
また、明るいレンズを希望するユーザが増え、コンパクトデジタルカメラとは思えないほど大きなレンズが搭載されており、カメラの体積においてレンズを含めた鏡胴の占める割合が大きくなっている。このため、必然的にその他の部品にしわ寄せが発生し、電池の大きさも可能な限り小さいものとなっている。一方で、撮影枚数は大きくしたいので、少ないバッテリー容量でも省電力制御を駆使することで、撮影可能枚数が少なくならないように撮像素子やメカニカルシャッタの制御が工夫されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６６３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、メカシャッタや撮像素子の駆動電力が占める消費電力の割合は大きいという問題がある。また、小さな電池でこれらのユニットを同時に動かすには一定以上の電圧供給が必要であり、バッテリー切れを示す終止電圧を決めるのに大きく関わる。
【０００６】
そこで、本発明では、撮像素子の駆動制御と、メカシャッタ制御と、画像処理の制御タイミングとを工夫することにより、撮影間隔などの性能劣化が最小限に抑えられ、かつ、撮影枚数が多く、かつ、消費電力が比較的小さい撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る撮像装置は、撮像素子の露光時間を調整するメカニカルシャッタと、撮像素子の全画素同時に電荷リセット動作を行う撮像手段と、撮像手段によって撮像され、撮像素子から画像信号として読み出されたのち静止画像に変換された、静止画像データに対して画像処理を行う画像処理手段とを備え、画像処理手段は、静止画像を取得する時に、撮像手段で撮像素子から画像データを読み出す静止画リードアウトＶＤ期間と、静止画リードアウトＶＤ期間内において、全画素に対する画像信号の読み出し終了後に画像信号の出力を行なわないブランキング期間とを設け、ブランキング期間内にメカニカルシャッタの開処理を完了させることを特徴とする。
【０００８】
また、取得した静止画像に対し、複数回の画像処理を実施する場合に、静止画の読み出し期間に、静止画の画像信号を読み出しながら、第１の画像処理を行い、ブランキング期間に、第２の画像処理を開始することが好ましい。このようにブランキング期間を、取り込んだ静止画像の画像処理時間と重ねることにより、撮影間隔の低下を防ぐことが可能となる。
【０００９】
撮像手段は、撮像素子の画素ラインごとに電荷リセット動作を行うローリングシャッタモードをさらに有し、メカニカルシャッタの開処理が完了した後、ローリングシャッタモードにおけるリセット動作が開始されることが好ましい。
【００１０】
また、ブランキング期間内において、メカニカルシャッタの開処理の期間と第２の画像処理の期間とが重複し、または、同時に開始されても良い。
【００１１】
本発明に係る撮像方法は、撮像素子の全画素同時に電荷リセット動作を行う撮像工程と、撮像工程によって撮像され、撮像素子から画像信号として読み出されたのち静止画像に変換された、静止画像データに対して画像処理を行う画像処理工程とを備え、画像処理工程は、静止画像を取得する時に、撮像工程で撮像素子から画像データを読み出す静止画リードアウトＶＤ期間と、静止画リードアウトＶＤ期間内において、全画素に対する画像信号の読み出し終了後に画像信号の出力を行なわないブランキング期間とを設け、ブランキング期間内にメカニカルシャッタの開処理を完了させることを特徴とする。
【００１２】
また、取得した静止画像に対し、複数回の画像処理を実施する場合に、静止画の読み出し期間に、静止画の画像信号を読み出しながら、第１の画像処理を行い、ブランキング期間に、第２の画像処理を開始することが好ましい。このように、ブランキング期間を、取り込んだ静止画像の画像処理時間と重ねることにより、撮影間隔の低下を防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、撮影間隔などの性能劣化が最小限に抑えられ、かつ、撮影枚数が多く、かつ、消費電力が比較的小さい撮像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を適用したカメラの上面図である。
【図２】本発明の実施形態を適用したカメラの正面図である。
【図３】本発明の実施形態を適用したカメラの背面図である。
【図４】本発明の実施形態を適用したカメラのブロック図である。
【図５】一般的なメカシャッタの開処理シーケンスを表す図である。
【図６】本発明の実施形態におけるメカシャッタの開処理タイミングを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明にかかる撮像装置および撮像方法の実施例について説明する。図１〜３は本発明に係る撮像装置の例であるデジタルスチルカメラの例を示す上面図、正面図および背面図である。図４はこのデジタルスチルカメラ内部のシステム構成例の概要を示すブロック図である。
【００１６】
図１において、カメラの上面には、レリーズスイッチＳＷ１、モードダイアルＳＷ２、サブ液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）１が配置されている。図２において、カメラの正面には、撮影レンズを含む鏡筒ユニット７、光学ファインダ４、ストロボ発光部３、リモコン受光部６、測距ユニット５、メモリカード装填室および電池装填室の蓋２が配置されている。
【００１７】
図３において、カメラの背面には、電源スイッチ１３、ＬＣＤモニタ１０、ＡＦ用ＬＥＤ８、ストロボＬＥＤ９、光学ファインダ４、広角方向ズームスイッチＳＷ３、望遠方向ズームスイッチＳＷ４、セルフタイマの設定および解除スイッチＳＷ５、メニュースイッチＳＷ６、上移動およびストロボセットスイッチＳＷ７、右移動スイッチＳＷ８、ディスプレイスイッチＳＷ９、下移動およびマクロスイッチＳＷ１０、左移動および画像確認スイッチＳＷ１１、ＯＫスイッチＳＷ１２が配置されている。
【００１８】
図４は内部の機能ブロックの構成を示した概略図である。撮像装置３０は、レンズユニット（メカニカルシャッタ）３２、ＣＭＯＳセンサ３６、アナログフロントエンドであるＡＦＥ（撮像手段）３４から構成される。ＡＦＥ３４はＣＭＯＳセンサ３６からの出力電気信号（アナログ画像データ）をサンプリングホールド（相関二重サンプリング）するＣＤＳ３８、このサンプリングされたデータのゲインを調整するＡＧＣ（ＡＵＴＯ  ＧＡＩＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ）４０、デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４２などから構成されている。
【００１９】
モータドライバ３３によって駆動されるレンズユニット３２を介してＣＭＯＳセンサ３６で受光した画像は、デジタル映像信号に変換されて信号処理ＩＣ（画像処理手段）５０に入力される。撮像装置３０からの入力信号を表示可能な形式に変換してメモリに保存する画像処理手段であるカメラインターフェース部５２・画像処理部５４と、表示信号出力手段である表示出力制御部５６と、色情報を抽出する色情報抽出手段であるＣＰＵ５８は全て信号処理ＩＣ５０に含まれている。
【００２０】
信号処理ＩＣ５０は、ＣＭＯＳセンサ３６への同期信号出力と同期信号に合わせたデータの取り込みを行うＣＭＯＳインターフェイス５１、ＣＭＯＳインターフェイス５１からメモリコントローラ５３を介し入力されるベイヤーＲＡＷデータに対する光学的な補正や検波処理を行うカメラインターフェース部５２、入力されたベイヤーＲＡＷデータの補間や、ＹＵＶのデータ形式に変換し、ノイズ除去やエッジ強調、表示や記録のサイズにあわせて画像サイズを変更する画像処理部５４、表示出力を制御する表示出力制御部５６、ＪＰＥＧで記録する場合のデータ圧縮部５９、画像データのメモリカードへの書き込みを制御するメディアＩ／Ｆ６０、全体のシステム制御や色情報の抽出などを行っているＣＰＵ５８によって構成されている。
【００２１】
表示出力制御部５６はカメラに内蔵されているＬＣＤ１に出力を行うための、同期信号などの信号を付加して信号出力を行う。ＳＤＲＡＭ７０は、画像データおよびＪＰＥＧ圧縮データを一時保管するメモリと、表示用データを保持するメモリと、ＣＰＵのＲＡＭとを兼ねている。ＲＯＭ７２には、カメラの制御を行う制御プログラムなどがあり、このプログラムおよびデータをもとにＣＰＵ５８が動作する。クロック生成部７４、水平垂直信号生成部７６は読出しを制御するが、これらの動作については後に詳述する。
【００２２】
図５は、グローバルシャッタにおける一般的な撮影制御シーケンスの例を示している。レリーズスイッチＳＷ１が押されると、撮影に先立ちＡＦ（ＡＵＴＯ  ＦＯＣＵＳ）処理が行われる。ＡＦ処理は例えばフォーカスレンズを移動させながらコントラストの最大値を見つける山登りＡＦなどが行わる。その方法として特公昭３９−５２６５号公報で記載されている。これは映像信号のＧ信号（または輝度値であるＹ信号）の高周波成分からＡＦ評価値を作成し、これが最大になるところのフォーカスレンズ位置を算出し、フォーカスレンズを移動させる処理である。
【００２３】
ＡＦの評価値を取得するエリアについては被写体に対し、複数のエリアを考慮するマルチエリアＡＦや、一部しか考慮しないスポットエリアＡＦなどがある。そしてＡＦ評価値を基に撮影シーンに適したフォーカス位置を算出し、そのポイントへフォーカスレンズを移動させる。フォーカスレンズはＣＰＵの命令により、レンズユニットのモータドライバを介して移動させることができる。デジタルスチルカメラ等の電子撮像装置は、一般的に自動的に焦点を合わせるオートフォーカス（以下ＡＦ）装置が搭載されている。なお、ＡＦ処理は本発明において本質と関係がないので省略する。
【００２４】
図５におけるＶ１期間において、静止画撮影用の電子シャッタ本数や、ＡＧＣ４０（図４参照）の算出、絞りの算出が行われる。（ＡＥ（ＡＵＴＯ  ＥＸＰＯＳＵＲＥ）処理）ＣＰＵ５８（図４参照）からの命令により、電子シャッタやＡＧＣ４０などのセンサを駆動するパラメータを設定する。
【００２５】
また、静止画露光の設定とともに、ＣＭＯＳセンサ３６の駆動モードを、スルー画で採用される間引き読み出し等のドラフトモードから、静止画撮影用の全画素取り込みモードに変更する制御を行う。この処理は図５におけるＶ２期間の開始である垂直同期信号（ＶＤ信号）に同期して規定時間内に行う必要がある。
【００２６】
そのため、一般的には垂直同期信号をトリガーとして割り込み処理を発生させ、割り込み処理内で静止画撮影用のパラメータを設定する。図示しないが、パラメータはＡＦＥ３４（図４参照）に対して信号処理ＩＣ５０から設定される。具体的には、信号処理ＩＣ５０が持っているペリフェラル（シリアル通信）を使って実施される。一方で、水平・垂直同期信号生成部７６にも、先のパラメータとは異なる、静止画を撮影するためのパラメータが設定され、このパラメータを元に静止画用の水平・垂直同期信号が発生する。そして、静止画用の水平・垂直同期信号がトリガーとしてＣＰＵ５８へ伝達されて、一定時間後に静止画用の露光および読み出しを行う駆動に動作が変更される。（図５におけるＶ２〜Ｖ３期間）
【００２７】
図５におけるＶ２期間が静止画撮影時の露光期間となり、グローバルシャッタにより全画素が一括でリセットされる。先述したようにＣＰＵ５８からの命令でシリアル通信を介し規定の設定値を書き込むことで、ＣＭＯＳセンサ３６に内蔵されたイメージセンサの駆動制御部から電荷をリセットする処理が実行され実現できる。
【００２８】
また、センサの駆動モード変更と同期して、メカシャッタを閉じるための制御を行う。メカシャッタの閉じ制御はＶ２期間の静止画露光中に行うことになるが、信号処理ＩＣ５０（図４参照）内の信号処理ＩＣ５０内部に備えられたタイマーを用いて行うのが一般的である。
【００２９】
つまり、図５におけるＶ２期間の開始である垂直同期信号をトリガーとしてタイマーを開始させ、一定期間時間が経過したらシャッタを閉じるように制御することで露光時間を作りだす。Ｖ３期間（静止画リードアウトＶＤ期間）の読み出し動作が開始する前に、メカシャッタを閉じることでＶ３期間内において露光が進まず、適切な画像を読み出すことができる。
【００３０】
Ｖ３期間の静止画読み出しが完了すると、スルー画に戻るために、メカシャッタを開く処理を実行する。閉じる場合とは異なり露出時間を制御する必要はないので、読み出し完了をトリガーにしてメカシャッタを開く処理を行えば良い。
【００３１】
ところで、メカシャッタを開閉は消費電流が大きい。これはメカシャッタを動作させるモータドライバに一定期間大きな電圧をかけ続ける必要があるからである。シャッタ自体は短時間で開閉可能であるが、開閉した後も１５−２０ｍｓ程度の時間電流を流し続ける必要がある。
【００３２】
＜一般的な撮像シーケンス＞
図５を参照すると、Ｖ４期間においてメカシャッタを開いているが、同時にスルー画のための露光および読み出し処理が開始される。この読み出し処理もまた、ＡＰＳ−Ｃなど大きな撮像素子では大きな消費電流となり、メカシャッタとの同時駆動ではかなり大きな電流を供給する必要がある。特に、コンパクトデジタルカメラの小さな電池では電池残容量が減ってくると電流を供給することができなくなり、デジタルカメラのシステムが停止してしまう。
【００３３】
＜本発明の撮像シーケンス＞
図６を参照すると、本発明に係る実施形態である、上記の問題を回避したメカシャッタと撮像素子の制御シーケンスが示されている。第１の実施形態との違いは、Ｖ３期間（静止画リードアウトＶＤ期間）に、静止画の読み出しとは関係のないブランキング期間が設けられ、この期間にメカシャッタの開き処理が完了されることでスルー画のための撮像素子駆動と重ならず、消費電流のピーク電流が下げられる。
【００３４】
ブランキング期間を付加する方法に関して説明を加える。まずＣＭＯＳセンサ３６からの画像データ読み出しに関するブランキング期間には、水平ブランキング期間と垂直ブランキング期間とがある。水平ブランキング期間は、画像のライン毎に設けられるブランク期間であり、次のラインの読み出し開始はブランク期間が終了してからとなる。垂直ブランキング期間は１画面（フレーム）に対するブランク期間であり、垂直ブランク期間が完了すると次のフレーム期間となる。
【００３５】
さて、ブランク期間を付加するには水平・垂直同期信号（ＨＤ，ＶＤ）期間を制御することで可能となる。図中のＶＤ信号は、信号処理ＩＣ５０（図４参照）内の水平・垂直同期信号生成部７６で生成される。水平・垂直同期信号生成部７６には、外部のクロック生成部７４からクロックが入力され、そのクロック信号を入力ソースとし、クロック数のカウントで１つの水平期間、そして水平信号のカウント数（繰り返し数）で１つの垂直期間を生成するのが一般的である。
【００３６】
従って、
水平期間  ＝  １水平期間を構成するカウンタ値  ×  （１／ｆ）
垂直期間  ＝  １垂直期間を構成する水平本数値  ×  水平期間
となる。ｆは、周波数である。なお、水平・垂直同期信号生成部７６は信号処理ＩＣ５０の内にあっても、外にあっても良い。
【００３７】
本実施例では、外部のクロック生成部７４から入力されるクロックの周波数が５４Ｍｈｚで、水平・垂直同期信号生成部７６が備える内部カウンタとして１水平期間を構成するカウンタ値の最大値が６５５３６（１６ｂｉｔ）、１垂直期間を構成する水平本数値の最大値が８１９２（１３ｂｉｔ）とする。１垂直期間は前述しているように、水平期間を構成するカウンタ値と１垂直期間を構成する水平本数値で決まる。
【００３８】
例えば水平期間を構成するカウンタ値は８０３とすると１水平期間は、
８０３×（１／５４ＭＨｚ）＝０．００００１４８７０３・・・＝０．１４８７μｓｅｃ
となる。ブランク期間を含めた水平本数を１１２２とすると約５９．９４ｆｐｓのフレームレートのＶＤ間隔となる。
【００３９】
実際に、ＣＭＯＳセンサ３６の駆動モード毎に水平期間を構成するカウンタ値と、水平本数には最小値が定められており、これを下回ると正常にＣＭＯＳセンサ３６を駆動することができない。逆に、増やせばフレームレートは落ちてしまうが、所望のフレームレートを生成することができる。本発明に係る実施形態では、Ｖ３期間の水平本数を増やすことで、画像出力後のブランキング期間を作っている。
【００４０】
例えば、メカシャッタの開き処理に要する時間が１５ｍｓとする。ＶＤ期間を駆動するための最小限の１水平クロック数は１７５２、ライン数は３３６０とする。この場合
１７５２×（１／５４ＭＨｚ）×３３６０
で約９．１７ｆｐｓのフレームレートが可能であるが、メカシャッタの１５ｍｓを加えるため、
０．０１５／１７５２＊１／５４００００００＝４６３
より
３３６０＋４６３＝３８２３
とする。このように設定することでＶ３期間に１５ｍｓのブランキング期間を付加することができる。
【００４１】
このように、Ｖ４期間でＣＭＯＳセンサ３６を駆動するための消費電流と、メカシャッタ開処理の処理電流のピークを下げることが可能となり、バッテリーエンドと判定する終止電圧を下げることが可能となる。バッテリーの電圧レベルは信号処理ＩＣ５０に含まれるＣＰＵ５８の命令により、電源電圧をＡＤＣで読み取り、そのレベルで判断可能である。
【００４２】
Ｖ３期間では、撮像素子から水平ライン毎にデータが順次出力されるので、第１の画像処理、すなわち検波など水平ライン毎のデータで取り扱い可能な画像処理が行なわれる。ＲＡＷデータは一旦ＳＤＲＡＭ７０（図４参照）に格納され、再度、ＳＤＲＡＭ７０から信号処理ＩＣ５０に入力される。そして、ブランキング期間では、第２の画像処理、すなわち信号処理ＩＣ５０では検波結果などを基にしてＲＡＷデータに対する画像処理が開始される。第２の画像処理とは、例えば、ＷＢ補正を含めたシェーディング補正などが該当する。
【００４３】
なぜならば、ブランキング期間を設けることで静止画リードアウトＶＤ期間を伸ばし、静止画取り込み完了後のリードアウトを遅らせることになるため、次の撮影が可能になるタイミングが遅れてしまうからである。撮像素子デバイスの仕様上、ブランキング期間は最低期間より減らすことはできないが、増やすことがある程度可能である。なお、ブランキング期間では画像データが出力されないため、撮像素子自体の省電力制御が可能となる。
【００４４】
このように、本発明に係る実施形態においては、Ｖ３期間に付加したブランキング期間に、Ｖ３期間で取得した静止画像の画像処理を開始することで、付加したブランキング期間を有効に使い撮影間隔が伸びてしまうのを防止する。一般的に画像処理で消費する電力は、メカシャッタや撮像素子を駆動する電力と比較すると小さくメカシャッタ動作と同時に動かすことが可能である。すなわち、本実施形態では、ブランキング期間内において、メカシャッタの開処理期間とシェーディング補正等の第２の画像処理の期間とは、重複させることが可能であり、もしくは、これらの期間を同時に開始することが可能となる。
【００４５】
このように、本発明によれば、撮影間隔などの性能劣化が最小限に抑えられ、かつ、撮影枚数が多く、かつ、消費電力が比較的小さい撮像装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
３２  レンズユニット（メカニカルシャッタ）
３４  ＡＦＥ（撮像手段）
５０  信号処理ＩＣ（画像処理手段）
【図１】
2014204308.tif 000003
【図２】
2014204308.tif 000004
【図３】
2014204308.tif 000005
【図４】
2014204308.tif 000006
【図５】
2014204308.tif 000007
【図６】
2014204308.tif 000008