(57)【要約】【課題】  通常シャッターモードからドラフトスローシャッターモードに撮像素子の駆動方法を切り替えた際に起こる、動解像度の劣化やＳ／Ｎ比の低下を防ぐこと。【解決手段】  複数の画素が２次元に配列された撮像素子の駆動方法であって、予め決められた周期で、複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を行う第１の駆動（t１〜t2）と、前記周期の複数周期で、複数の領域に分けられた複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を、領域ごとに１周期ずつずらしながら行う第２の駆動（t3〜）と、前記周期で、複数の領域に分けられた複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を、領域ごとに順に行う第３の駆動（t2〜t4）とにより前記撮像素子を駆動でき、第１の駆動から第２の駆動に変更する際に、少なくとも複数周期よりも１周期短い期間、第３の駆動を行う。複数の領域の数は、複数周期の数と等しい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が２次元に配列された撮像素子の駆動方法であって、
予め決められた周期で、前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を行う第１の駆動と、
前記周期の複数周期で、複数の領域に分けられた前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を、領域ごとに１周期ずつずらしながら行う第２の駆動と、
前記周期で、前記複数の領域に分けられた前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を、領域ごとに順に行う第３の駆動とにより前記撮像素子を駆動でき、
制御手段が、前記第１の駆動から前記第２の駆動に変更する際に、少なくとも前記複数周期よりも１周期短い期間、前記第３の駆動を行う切り替えステップを有し、
前記複数の領域の数は、前記複数周期の数と等しいことを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記複数周期の数は、前記複数の画素に予め決められた時間、電荷を蓄積するために必要な周期の数であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記複数周期は２周期であって、前記複数の画素は第１の領域と第２の領域とに分けられ、前記切り替えステップは
前記第１の領域を前記第３の駆動により駆動する第１のステップと、
前記第１のステップの後に、前記第２の領域を前記第３の駆動により駆動するとともに、前記第１の領域を前記第２の駆動により駆動する第２のステップと
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
前記複数周期は２周期であって、前記複数の画素は第１の領域と第２の領域とに分けられ、
前記切り替えステップでは、前記第１の領域を前記第２の駆動により駆動するとともに、前記第２の領域を前記第３の駆動により駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
前記複数周期は２周期であって、前記複数の画素は第１の領域と第２の領域とに分けられ、
前記切り替えステップでは、前記第１の領域を前記第３の駆動により駆動するとともに、前記第２の領域を前記第２の駆動により駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
２次元に配列された複数の画素と、
予め決められた周期で、前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を行う第１の駆動と、前記周期の複数周期で、複数の領域に分けられた前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を、領域ごとに１周期ずつずらしながら行う第２の駆動と、前記周期で、前記複数の領域に分けられた前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を、領域ごとに順に行う第３の駆動とにより、前記複数の画素を駆動する駆動手段と、
前記第１の駆動から前記第２の駆動に変更する際に、少なくとも前記複数周期よりも１周期短い期間、前記第３の駆動を行うように制御する制御手段とを有し、
前記複数の領域の数は、前記複数周期の数と等しいことを特徴とする撮像素子。
【請求項７】
前記複数周期の数は、前記複数の画素に予め決められた時間、電荷を蓄積するために必要な周期の数であることを特徴とする請求項６に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記複数周期は２周期であって、前記複数の画素は第１の領域と第２の領域とに分けられ、
前記制御手段は、前記第１の駆動から前記第２の駆動に変更する際に、前記第１の領域を前記第３の駆動により駆動した後に、前記第２の領域を前記第３の駆動により駆動するとともに、前記第１の領域を前記第２の駆動により駆動することを特徴とする請求項６または７に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記複数周期は２周期であって、前記複数の画素は第１の領域と第２の領域とに分けられ、
前記制御手段は、前記第１の駆動から前記第２の駆動に変更する際に、前記第１の領域を前記第２の駆動により駆動するとともに、前記第２の領域を前記第３の駆動により駆動することを特徴とする請求項６または７に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記複数周期は２周期であって、前記複数の画素は第１の領域と第２の領域とに分けられ、
前記制御手段は、前記第１の駆動から前記第２の駆動に変更する際に、前記第１の領域を前記第３の駆動により駆動するとともに、前記第２の領域を前記第２の駆動により駆動することを特徴とする請求項６または７に記載の撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置における撮像素子及びその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラ等の撮像装置において、露光時間を制御するシャッターモードには、１フィールド以下の時間で露光時間を制御する通常のシャッターモードと、１フィールド以上の時間で露光時間を制御するスローシャッターモードがある。通常のシャッターモードでは１フィールドの更新タイミングはＮＴＳＣ方式では1/60秒毎、ＰＡＬ方式では1/50秒毎となっている。しかし、スローシャッターモードでは、１フィールド期間以上の露光を行うため、それに伴ってその更新タイミングも遅くなる。例えばシャッタースピードが１フィールド期間以上、２フィールド期間以下の時間だった場合、その更新タイミングはＮＴＳＣ方式では1/30秒毎、ＰＡＬ方式では1/25秒毎となる。このためスローシャッターモードで撮影を行うと通常のシャッターモードに比べ、動解像度が落ちた不自然な動きの映像となってしまう。
【０００３】
これを改善するために、奇数ラインと偶数ラインをそれぞれ別々のタイミングで露光し、１フィールド期間以上の露光時間を確保したまま、通常のシャッターモードと同じタイミングで映像の更新を行うことができるドラフトスローシャッターモードがある。ドラフトスローシャッターモードでは、奇数ラインは１フィールド目で蓄積を開始し、２フィールド目で蓄積された電荷を読みだす。そして、３フィールド目でまた蓄積を開始し、４フィールド目で電荷を読みだす。偶数ラインにおいては、２フィールド目で蓄積を開始し、３フィールド目で蓄積された電荷を読みだす。そして、４フィールド目でまた蓄積を開始し、５フィールド目で電荷を読みだす。このようにすると、露光時間を１フィールド以上２フィールド以下の時間を確保することができるとともに、偶数ラインと奇数ラインを交互に毎フィールド読みだすことができる。ドラフトスローシャッターモードは、特に、インターレースで映像を出力する撮像装置においては、垂直解像度の劣化も伴わないため有効な手法である。
【０００４】
ただし、ドラフトスローシャッターモードでは、次のような問題があった。即ち、上記のように毎フィールド映像を更新することができるが、通常のシャッターモードからドラフトスローシャッターモードへ移行する際は、切り替え時の１フィールドは十分な露光時間を確保することができず、映像の更新ができない。
【０００５】
図６に映像の更新ができない場合の一例を示す。図６は1/60秒の通常シャッターモードから1/30秒のドラフトスローシャッターモードへ切り換えた場合の蓄積タイミングを示す図である。
【０００６】
図６において、時刻ｔ１で蓄積を開始し、時刻ｔ２で読み出しを開始し、時刻ｔ３で画像を出力する。次の周期でも前の周期と同様にして時刻ｔ２で蓄積を開始し、時刻ｔ３で読み出しを開始し、時刻ｔ４で画像を出力する。なお、正確には、電荷の読み出しは次の蓄積開始時刻よりも若干早く開始され、読み出し後に行われるリセットが順次終了することにより次の蓄積が開始される。
【０００７】
時刻ｔ３でドラフトスローシャッターモードに入る場合、奇数ラインに関しては時刻ｔ３で蓄積を開始し、時刻ｔ５で読み出しを開始し、時刻ｔ６で奇数ラインの画像を出力する。偶数ラインに関しては時刻ｔ４で蓄積を開始し、時刻ｔ６で読み出しを開始し、時刻ｔ７で奇数ラインの画像を出力する。このように、通常シャッターモードからドラフトスローシャッターモードに移行する時刻ｔ５から始まる周期ではデータが出力されないため、映像に不連続性が生じる。
【０００８】
この問題を回避するために、いくつかの方法が提案されている。例えば、十分な露光時間を確保することができないフィールドでは、その直前のフィールドで得られた映像をそのまま使うという手法がある。この手法は、直前の映像を記憶しておきさえすればよく、特に複雑な処理を必要としない。また、その他の手法として、特許文献１に開示されている手法がある。この手法は、切り替え時の１フィールドで、理想的な蓄積時間が得られなかった場合、実際の蓄積時間と理想的な蓄積時間との比の分だけ得られたデータにゲイン補正を行うというものである。このようにすると、通常シャッターモードからドラフトスローシャッターモードへ移行する際にも十分な露光時間を保ったまま、毎フィールド映像の更新を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２２８４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来例では以下のような問題があった。まず、切り替えのフィールドにおいて十分な露光時間が得られなかった場合に、直前のフィールドで得られた映像をそのまま使う場合、２フィールド連続して同じ映像が出力されるため、映像が一瞬止まったように見えてしまっていた。また、特許文献１の手法では、ゲイン補正を行った際に、補正したい信号成分だけでなく、ノイズ成分も同時に増幅してしまい、通常の蓄積を行って得られた映像よりも、Ｓ／Ｎ比が悪化してしまう。
【００１１】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、通常シャッターモードからドラフトスローシャッターモードに撮像素子の駆動方法を切り替えた際に起こる、動解像度の劣化やＳ／Ｎ比の低下を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、複数の画素が２次元に配列された撮像素子の本発明の駆動方法は、予め決められた周期で、前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を行う第１の駆動と、前記周期の複数周期で、複数の領域に分けられた前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を、領域ごとに１周期ずつずらしながら行う第２の駆動と、前記周期で、前記複数の領域に分けられた前記複数の画素の電荷信号の蓄積及び読み出し制御を、領域ごとに順に行う第３の駆動とにより前記撮像素子を駆動でき、制御手段が、前記第１の駆動から前記第２の駆動に変更する際に、少なくとも前記複数周期よりも１周期短い期間、前記第３の駆動を行う切り替えステップを有し、前記複数の領域の数は、前記複数周期の数と等しい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通常シャッターモードからドラフトスローシャッターモードに撮像素子の駆動方法を切り替えた際に起こる、動解像度の劣化やＳ／Ｎ比の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における撮像装置のブロック図。
【図２】本発明の一実施形態における撮像素子のカラーフィルタアレイを示す図。
【図３】第１の実施形態における撮像素子の駆動タイミングを表す図。
【図４】第２の実施形態における撮像素子の駆動タイミングを表す図。
【図５】第３の実施形態における撮像素子の駆動タイミングを表す図。
【図６】従来技術における撮像素子の駆動タイミングを表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態のビデオカメラ（撮像装置）の構成を示すブロック図である。なお、本発明の撮像装置は、ドラフトスローシャッターモードを有するカメラであればその種類は限定されない。
【００１７】
図１において、レンズ（撮影光学系）１０１は被写体の光学像を形成し、変倍に際して光軸方向に移動する変倍レンズ（ズームレンズ）と、焦点調節（合焦）に際して光軸方向に移動するフォーカスレンズとを含む。また、レンズ１０１は、入射光量を制御する絞りとＮＤフィルタを備えている。
【００１８】
撮像素子１０２は、レンズ１０１が形成した光学像を電荷信号に光電変換する、２次元に配列された複数の画素からなるＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等により構成される。映像信号処理部１０３は、撮像素子１０２が生成した電荷信号を所定のフォーマットの映像信号に変換する。映像信号処理部１０３は、その入力においてはプログレッシブの信号を処理することができ、防振用の位置ベクトルの算出や、ＮＲフィルタなどの画像処理に入力された信号を用いる。一方、映像信号処理部１０３は、その出力においては入力された信号をインターレースの信号に変換して出力する。このため、撮像素子１０２の読み出しを全ライン読み出しからドラフトスローシャッターへ切り替えた場合であっても、切り替えの前でも後でも映像信号処理部１０３から出力される信号は常にインターレースの信号である。そのため、出力においては垂直解像度が落ちたりすることはない。
【００１９】
全体制御演算部１０４は、ビデオカメラ全体を制御する。タイミング制御部１０５は、撮像素子１０２と映像信号処理部１０３の動作タイミングを制御する。タイミング制御部１０５は、全体制御演算部１０４からの信号を受け、撮像素子１０２に対しその駆動タイミングを送信するとともに、映像信号処理部１０３に映像信号の同期タイミングを送信する。レンズ制御部１０６は、レンズ１０１を制御する。全体制御演算部１０４は、映像信号処理部１０３の出力信号から、適切な露出量を算出し、レンズ１０１内部にある絞りとＮＤフィルタ、また、撮像素子１０２のシャッタースピード、さらに映像信号処理部１０３でかけるゲインの値を制御する。ここでいうシャッタースピードとは電子シャッターの露光時間のことであり、全体制御演算部１０４がタイミング制御部１０５を経由し、撮像素子１０２に電荷の蓄積開始タイミングと電荷の読み出し開始タイミングを送ることによって制御する。
【００２０】
メモリ部１０７は、全体制御演算部１０４の演算結果や映像信号処理部１０３の出力信号を一時的に記憶する。記録媒体１０９はＤＶＤ、ハードディスク、不揮発性メモリなどである。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０８は記録媒体１０９とのデータの入出力を制御する。外部Ｉ／Ｆ部１１０は、撮影した映像を外部のモニタやレコーダに出力したり、他のビデオカメラや再生装置から映像を入力したりできる。あるいは、外部Ｉ／Ｆ部１１０を介してコンピュータと接続し、コンピュータとインターネットを介して必要な情報を取得することができる。
【００２１】
図２は、図１の撮像素子１０２におけるカラーフィルタアレイを示した図である。ここでは画素配列の一例としてベイヤー配列を用いた。第一画素としてＲ（赤）、第二画素として緑（Ｇ）、第三画素として緑（Ｇ）、第四画素として（Ｂ）を配置している。本実施形態においては、図２に示すように第一画素から第四画素までを一組として縦のライン数（行数）及び横の列数を定める。
【００２２】
＜第１の実施形態＞
本第１の実施形態では、シャッタースピードが1/60秒（予め決められた周期の１周期）から1/30秒（２周期）に変更された場合に、全ライン読み出しモードからドラフトスローシャッターモードにセンサ駆動方法を切り替える例を述べる。
【００２３】
図３は、第１の実施形態における撮像素子１０２の駆動タイミングを表わす概念図である。図３において、時刻ｔ１〜時刻ｔ２では、シャッタースピード1/60秒の全ライン読み出しモード（第１の駆動）、時刻ｔ２〜時刻ｔ４では、シャッタースピード1/60秒のドラフトスローシャッターモード（第３の駆動）で撮像素子１０２を駆動する。そして、時刻ｔ３以降では、シャッタースピード1/30秒（複数周期）のドラフトスローシャッターモード（第２の駆動）で撮像素子１０２を駆動する。
【００２４】
時刻ｔ１で全ラインの蓄積を開始し、時刻ｔ２で全ラインの読み出しを開始する。なお、正確には、電荷の読み出しは次の蓄積開始時刻よりも若干早く開始され、読み出し後に行われるリセットが順次終了することにより次の蓄積が開始される。以下の電荷の読み出し及びリセットのタイミングについても同様である。
【００２５】
また、時刻ｔ２では、奇数ライン（第１の領域）のみ蓄積を開始し、時刻ｔ３で、その奇数ラインの読み出しを開始する。次に、時刻ｔ３では、奇数ライン（第１の領域）と偶数ライン（第２の領域）の蓄積を共に開始し、時刻ｔ４で偶数ラインのみ読み出しを行い、奇数ラインに関しては時刻ｔ５で読み出しを行う。
【００２６】
時刻ｔ４では、偶数ラインのみ蓄積を開始し、時刻ｔ６で、その偶数ラインの読み出しを行う。時刻ｔ５以降は、ｎを自然数とすると、奇数ラインは時刻ｔ（２ｎ−１）で蓄積を開始し、時刻ｔ（２ｎ＋１）で読み出しを開始する。また偶数ラインに関しては時刻ｔ（２ｎ）で蓄積を開始し、時刻ｔ（２ｎ＋２）で読み出しを行う。
【００２７】
映像の出力信号としては、全ライン読み出しモードで時刻ｔ１からｔ２で蓄積された電荷は、時刻ｔ３で出力される。また、シャッタースピード1/60秒のドラフトスローシャッターモードで時刻ｔ２からｔ３で蓄積された奇数ラインの電荷は、時刻ｔ４で出力され、時刻ｔ３からｔ４で蓄積された偶数ラインの電荷は、時刻ｔ５で出力される。更に、シャッタースピード1/30秒のドラフトスローシャッターモードで時刻ｔ３からｔ５で蓄積された奇数ラインの電荷は、時刻ｔ６で出力され、時刻ｔ４からｔ６で蓄積された偶数ラインの電荷は、時刻ｔ７で出力される。
【００２８】
本第１の実施形態によれば、上記のように駆動制御を行うことで、モード切替時において、撮像素子からのデータが途切れることがなく、映像の連続性を保つことができる。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、読み出しモードの切り替えにおいて、切り替え時の１周期の間の偶数ラインのみが、シャッタースピード1/60秒のドラフトスローシャッターモードでの駆動制御となる場合について説明する。
【００３０】
図４は、第２の実施形態における撮像素子１０２の駆動タイミングを表わす概念図である。図４において、時刻ｔ１〜時刻ｔ２までと、時刻ｔ３以降は第１の実施形態と同様の制御のため、説明を省略する。第２の実施形態においては、第１の実施形態と異なり、時刻ｔ２では、奇数ライン（第１の領域）の蓄積を開始すると共に、偶数ライン（第２の領域）の蓄積も開始する。また、時刻ｔ３では、奇数ラインの読み出しとともに、偶数ラインの読み出しも開始する。このようにすることで、第１の実施形態では、時刻ｔ４で出力されるデータは奇数ラインのみのデータだったのに対し、第２の実施形態では、時刻ｔ４で全ラインのデータが出力されるので、切り替え直前まで全ラインのデータが表示される。つまり、切り替え直前まで、全ラインのデータを用いて、防振や画質補正等の処理をより正確に行うことができる。
【００３１】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、読み出しモードの切り替えにおいて、切り替え時の１周期の間の奇数ラインのみがシャッタースピード1/60秒のドラフトスローシャッターモードでの駆動制御となる場合について説明する。
【００３２】
図５は、第３の実施形態におけるセンサの蓄積タイミングを表わす概念図である。図５の蓄積タイミングに関して、時刻ｔ１から時刻ｔ２までと、時刻ｔ４以降は第１の実施形態と同様の処理のため、説明を省略する。時刻ｔ２では、奇数ラインの蓄積を開始すると共に、偶数ラインの蓄積も開始する。そして、時刻ｔ３では奇数ラインの読み出しのみを行う。また、時刻ｔ３では奇数ライン（第１の領域）のみの蓄積を開始し、時刻ｔ４では偶数ラインのみの読み出しを行う。このようにすると、第１の実施形態では、時刻ｔ５で出力されたデータ（時刻ｔ４で読み出されたデータ）はシャッタースピード1/60秒のものであったのに対して、第３の実施形態では、時刻ｔ５でシャッタースピード1/30秒のデータを出力できる。つまり、１周期早くシャッタースピードを変更することができ、被写体の輝度の変化への対応が早く完了する。
【００３３】
なお上述した第１から第３の実施形態では、シャッタースピード1/60秒からシャッタースピード1/30秒への切り替えの例を説明したが、シャッタースピードに関してはこの値に限らない。本発明は、１周期以下の任意のシャッタースピードから、１周期以上の任意のシャッタースピードへの切り替えにおいて適応可能である。例えば、シャッタースピード1/60秒から、シャッタースピード1/60秒のドラフトモードを１周期はさみ、シャッタースピード1/59秒のドラフトモードへの切り替えを行えば、輝度変化の少ない安定した切り替えが可能である。また、シャッタースピード1/120秒から、シャッタースピード1/60秒のドラフトモードを１周期はさみ、シャッタースピード1/30秒のドラフトモードへの切り替えを行えば、輝度変化の大きい場合に素早くシャッタースピードの切り替えが可能となる。
【００３４】
さらに、上述した例では、切り替え時の１周期は、シャッタースピード1/60秒としたが、1/60秒以下であればどんな値に設定してもよい。また、切り替え時の1/60秒以下のドラフトモードは、１周期に限らず、複数周期、連続させてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、切り替え後のシャッタースピードが、１周期以上、２周期未満である場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、２周期以上の場合に適用することも可能である。例えば、２周期以上、３周期未満の場合、撮像素子１０２を各周期で２ラインおきに読み出すようにし、切り替え時には、少なくとも３周期よりも１周期短い２周期の期間、シャッタースピードが１周期のドラフトモードで読み出せばよい。
【００３６】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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