(57)【要約】【課題】加算読み出し多画素ＣＣＤで動画読み出しをし、加算／非加算読み出しと電子ズームを組み合わせたときに、加算読み出しと非加算読み出しの切り替わり点での輝度の不連続を解消する。【解決手段】多画素ＣＣＤからＧＣＡを経てＡ／Ｄコンバータでデジタル化し、信号処理回路を通って電子ズーム回路で縮小／拡大処理をする。画素加算の量に応じて電子シャッターの速度を変更する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常の動画像記録画素以上の画素数を持つ多画素撮像素子を持ち、その撮像素子を静止画と動画の撮影の両方に使用し、動画撮影時に撮像全画素中の一部を切り出して撮像する方法と、撮像素子の画素を垂直に複数画素を加算読み出しする構造にすることによって読み出し速度を上げることなく全画素の信号を読み出せる様な方法を併せ持つ撮像システムで、電子ズームを行う時に撮像素子の切り出しと垂直加算を適時切り替えることで画像の劣化を抑える機能を有する撮像装置で、その撮像装置に於て、垂直に加算して読み出すときに、加算する画素の数に応じて撮像素子の電子シャッターを変化させることにより、撮像素子から信号処理回路へと得られる信号電荷量を一定に保つことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
通常の動画像記録画素以上の画素数を持つ多画素撮像素子を持ち、その撮像素子を静止画と動画の撮影の両方に使用し、動画撮影時に撮像全画素中の一部を切り出して撮像する方法と、撮像素子の画素を垂直に複数画素を加算読み出しする構造にすることによって読み出し速度を上げることなく全画素の信号を読み出せる様な方法を併せ持つ撮像システムで、電子ズームを行う時に撮像素子の切り出しと垂直加算を適時切り替えることで画像の劣化を抑える機能を有する撮像装置で、その撮像装置に於て、垂直に加算して読み出すときに、垂直に加算する画素の数に応じて撮像素子の電子シャッターと可変ゲインアンプを併用して変化させることによって、撮像素子から信号処理回路へと得られる信号電荷量を一定に保つことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多画素の撮像素子を使用した撮像装置で、静止画撮影と動画撮影の両方に供せる物の動作に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の微細化によって、撮像素子も微細化微細画素化されている。そのために動画像撮影用の撮像装置でも、動画記録画素以上の画素数の撮像素子を使用し、その多画素を利用して動画の撮影とともに静止画の撮影にも共用して使用できる装置が増加している。
【０００３】
図４で説明するが、この例及び以下の実施例も含む各例では図５の様に撮像素子に水平２１６０画素、垂直１４４０ラインの物を使用するものとして説明する。
【０００４】
図４において４００は撮像するためのレンズ、４０１はレンズ４００を通過する光の量を制御する絞り装置、４０２は結像された光学像を電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子、４０３は増幅率を適時変更可能なゲインコントロールアンプ、４０４はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、４０５は撮像信号を記録するためのデータに変換するための信号処理回路、４０７は各部に動作タイミング信号を供給するためのタイミングジェネレータ、４０８は前記夫々を制御するためのコントローラ、４０９は入力された画像信号の画像サイズを変換するための縮小処理回路である。
【０００５】
レンズ４００、絞り４０１を通過した光学像はＣＣＤ撮像素子４０２で電気信号に変換される。ＣＣＤ撮像素子４０２から得られた撮像信号は、ゲインコントロールアンプ４０３でアナログ的に前処理され、Ａ／Ｄコンバータ４０４によってサンプリング、信号処理回路４０５によって記録画像信号に処理され、その後動画撮影時には記録フォーマットに則った画素数になるように縮小処理回路４０９を経て記録媒体に記録され、一方静止画記録時にはそのままの画素数で記録媒体に送られる。各部の制御はコントローラ４０８からの制御信号でなされ、それに基づきタイミングジェネレータ４０７が各部に適切なタイミング信号を供給するものである。
【０００６】
この時、動画像を記録するためにはフレームレート（ＮＴＳＣでは約１／６０秒）で必要な画素からの信号を読み出さねばならず、そうした場合に多画素の撮像素子全てより信号を読み出すように駆動してやると、非常に高速の読み出し動作クロックになってしまい、撮像素子の電荷の転送効率の低下を引き起こす等の不具合を生じさせる。
【０００７】
本例の水平２１６０画素、垂直１４４０ラインの撮像素子を６０フレームで読み出した場合、２１６０×１４４０×６０＝１８７ＭＨｚと言う読み出し速度になってしまい、撮像素子の電荷の転送の効率が著しく低下してしまう。なお、静止画撮影時にはフレームレートに拘束されないので、読み出し速度を十分な速度まで落とすことが出来る。
【０００８】
ただし、記録される画素数は元々多画素の素子全ての画素よりは少ないので、通常の多画素素子利用の撮像装置では多画素の撮像素子のなかから、動画像に必要なだけの画素信号だけを切り出し、選択的に読み出すように駆動することで、通常の画素数の撮像素子を駆動するのと同じ速度で動作、読み出しが可能にする事が多い。
【０００９】
これは図６の様に、静止画撮影時は図６ａ）の様に全画素を読み出すように撮像素子を駆動する。この時フレームレートには拘束されないので十分読み出し可能な速度での駆動を行う。一方動画撮影時には図６ｂ）の様に撮像素子の中心部分から記録フォーマットに必要なだけのラインの読み出しを行うことで、転送効率の低下しない程度での読み出しが十分可能になるものである。
【００１０】
しかしこの方式では、図６からも判るように、同一焦点距離のレンズを通して撮影された画像の画角が静止画と動画で大きく異なるものとなってしまう。
【００１１】
そこで、動画撮影時においては垂直に複数の画素を加算して読み出すことにより、前記の問題点を解決する方法が知られている。
【００１２】
これを図７で説明するが、垂直１４４０ラインの撮像素子の場合、垂直転送ＣＣＤの３ライン分を垂直転送ＣＣＤ上で加算し、垂直に３ラインの加算信号として読み出すことで、垂直の読み出しライン数は相対的に４８０ラインとなり、垂直の転送速度は１／３で済むようになるために、フルフレームでの読み出しを行ったとしても転送効率は低下することなく、電荷の転送が可能となるものである。
【００１３】
この時の回路構成は図８のようになる。各番号の機能は図４と同じである。
【００１４】
さらにこの方式を利用し、図９の回路の様に信号処理回路９０５から得られた信号の拡大縮小を行う電子ズーム回路９０６を付加することで、図１０の様に３ラインの加算を行い全画面分から読み出す方式と、２ラインの加算を行いさらに記録ライン数の倍のライン分（４８０×２＝９６０ライン）から切り出して読み出しを行う方式と、ライン加算を行わず記録ライン数の分だけ（４８０ライン）を切り出して読み出す方式とを切り替えて、これに前記電子ズーム回路９０６を組み合わせることで、画像の劣化の少ない高倍率の電子ズームを可能とするシステムが考案されている。
【００１５】
この時の電子ズーム回路の設定をするコントローラの動作は図１１のようになる。通常撮影時では電子ズーム倍率の設定は１倍であり、その時の垂直ラインの加算は３ライン加算、電子ズーム回路９０６の倍率は１倍となる。そして電子ズームを動作させていく場合、電子ズーム倍率設定が１倍から１．５倍までの間は３ライン加算の信号を用い後段の電子ズーム回路９０６の倍率に順次電子ズーム倍率設定を代入して拡大していく。
【００１６】
さらに拡大を続け電子ズーム倍率設定が１．５倍に達した時点で、今度は垂直ラインの加算を２ライン加算とし、電子ズーム回路９０６の倍率設定を電子ズーム倍率設定を１．５で除算したものを代入していく様にする。
【００１７】
さらに拡大を続け、電子ズーム倍率設定が３倍に達した時点で、今度は垂直ラインの加算止め１ライン読み出しとし、電子ズーム回路９０６の倍率設定を電子ズーム倍率設定を３で除算したものを代入していく様にする。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記電子ズーム動作では、３ラインの加算を行う場合と、２ラインの加算を行う場合と、加算を行わず１ライン分だけの場合とでは、当然ながら「３画素分の電荷相当」「２画素分の電荷相当」「１画素分の電荷相当」と、それぞれ撮像素子から出てくる１画素当たりの信号電荷量に大きな差が出てしまうこととなる。
【００１９】
その為に、電子ズームを行っていく途中、加算ライン数の切り替えの時点に於て、画面の明るさの変化が生じ、不自然な画面となってしまう。また、これを防ぐために露出制御用の絞り９００を変化させたとしても、絞りの追従速度はあまり高速には出来ないためにどうしても或る期間は画面の明るさが不連続なものとなる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記問題点に鑑み、加算ライン数の切り替えタイミングに応じて、電子シャッターを制御することで、読み出される画素当たりの電荷量を一定に保ち様にするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１で示す。
【００２２】
図１において１００は撮像するためのレンズ、１０１はレンズ４００を通過する光の量を制御する絞り装置、１０２は結像された光学像を電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子、１０３は増幅率を適時変更可能なゲインコントロールアンプ、１０４はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、１０５は撮像信号を記録するためのデータに変換するための信号処理回路、１０６は信号処理回路１０５から得られた信号の拡大縮小を行う電子ズーム回路、１０７は各部に動作タイミング信号を供給するためのタイミングジェネレータ、１０８は前記夫々を制御するためのコントローラである。
【００２３】
レンズ１００、絞り１０１を通過した光学像はＣＣＤ撮像素子１０２で電気信号に変換される。ＣＣＤ撮像素子１０２から得られた撮像信号は、ゲインコントロールアンプ１０３でアナログ的に前処理され、Ａ／Ｄコンバータ１０４によってサンプリング、信号処理回路１０５によって記録画像信号に処理され、その後動画撮影時には電子ズーム回路１０６にて適時拡大縮小処理を施された後記録媒体に記録され、一方静止画記録時にはそのままの画素数で記録媒体に送られる。各部の制御はコントローラ１０８からの制御信号でなされ、それに基づきタイミングジェネレータ１０７が各部に適切なタイミング信号を供給するものである。
【００２４】
本発明の実施例におけるコントローラ１０８の動作を示したのが図２である。通常撮影時では電子ズーム倍率の設定は１倍であり、その時のＣＣＤ撮像素子１０２の垂直ラインの加算は３ライン加算、電子シャッター速度は１／１８０となり、電子ズーム回路１０６の倍率は１倍となる。
【００２５】
そして電子ズームを動作させていく場合、電子ズーム倍率設定が１倍から１．５倍までの間は同様に３ライン加算の信号を用い後段の電子ズーム回路１０６の倍率に順次電子ズーム倍率設定を代入して拡大していく。
【００２６】
さらに拡大を続け電子ズーム倍率設定が１．５倍に達した時点で、今度はＣＣＤ撮像素子１０２の垂直ラインの加算を２ライン加算、電子シャッター速度は１／１２０とし、電子ズーム回路の倍率設定を電子ズーム倍率設定を１．５で除算したものを代入していく様にする。
【００２７】
さらに拡大を続け、電子ズーム倍率設定が３倍に達した時点で、今度はＣＣＤ撮像素子１０２の垂直ラインの加算を止め非加算読み出し、電子シャッター速度は１／６０とし、電子ズーム回路の倍率設定を電子ズーム倍率設定を３で除算したものを代入していく様にする。
【００２８】
［他の実施例］
本発明の第二の実施例を示す。本発明は前述第一の実施例及び従来の例の図１と構成は同じであるが、電子ズーム回路１０６の設定をするコントローラ１０８の動作は図３のようになる。
【００２９】
通常撮影時では電子ズーム倍率の設定は１倍であり、その時のＣＣＤ撮像素子１０２の垂直ラインの加算は３ライン加算、電子シャッター速度は１／９０、ゲインコントロールアンプ１０３の増幅率は１倍、電子ズーム回路１０６の倍率は１倍となる。
【００３０】
そして電子ズームを動作させていく場合、電子ズーム倍率設定が１倍から１．５倍までの間は同様に３ライン加算の信号を用い後段の電子ズーム回路１０６の倍率に順次電子ズーム倍率設定を代入して拡大していく。
【００３１】
さらに拡大を続け電子ズーム倍率設定が１．５倍に達した時点で、今度はＣＣＤ撮像素子１０２の垂直ラインの加算を２ライン加算、電子シャッター速度は１／６０、ゲインコントロールアンプ１０３の増幅率は１倍とし、電子ズーム回路１０６の倍率設定を電子ズーム倍率設定を１．５で除算したものを代入していく様にする。
【００３２】
さらに拡大を続け、電子ズーム倍率設定が３倍に達した時点で、今度はＣＣＤ撮像素子１０２の垂直ラインの加算を止め非加算読み出し、電子シャッター速度は１／６０、ゲインコントロールアンプ１０３の増幅率は２倍とし、電子ズーム回路１０６の倍率設定を電子ズーム倍率設定を３で除算したものを代入していく様にする。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、垂直ライン画素加算を行い全画面の画素からの信号を読み出して動画像を記録する装置に於て、垂直ライン画素加算の加算数の切り替えと電子ズームの併用で高画質の電子ズームを得るような構成の時に、加算数の切り替えの時点での読み出し電荷量が一定になり、得られる画面の明るさに不連続を生じなくすることが出来るようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成である。
【図２】本発明図１の第一の実施例のコントローラの動作を示したものである。
【図３】本発明図１の第二の実施例のコントローラの動作を示したものである。
【図４】従来の例の構成図である。
【図５】本発明及び従来の発明の各例で使われる撮像素子の例である。
【図６】従来の例図４での撮像の様子を示したものである。
【図７】従来の例での撮像素子における画素加算の例を示したものである。
【図８】従来の例の構成図である。
【図９】従来の例の構成図である。
【図１０】従来の例の電子ズームの動作を示したものである。
【図１１】従来の例図９のコントローラの動作を示したものである。
【符号の説明】
１００  レンズ
１０１  絞り装置
１０２  ＣＣＤ撮像素子
１０３  ゲインコントロールアンプ
１０４  Ａ／Ｄコンバータ
１０５  信号処理回路
１０６  電子ズーム回路
１０７  タイミングジェネレータ
１０８  コントローラ
４００  レンズ
４０１  絞り装置
４０２  ＣＣＤ撮像素子
４０３  ゲインコントロールアンプ
４０４  Ａ／Ｄコンバータ
４０５  信号処理回路
４０７  タイミングジェネレータ
４０８  コントローラ
４０９  縮小処理回路
８００  レンズ
８０１  絞り装置
８０２  ＣＣＤ撮像素子
８０３  ゲインコントロールアンプ
８０４  Ａ／Ｄコンバータ
８０５  信号処理回路
８０７  タイミングジェネレータ
８０８  コントローラ
９００  レンズ
９０１  絞り装置
９０２  ＣＣＤ撮像素子
９０３  ゲインコントロールアンプ
９０４  Ａ／Ｄコンバータ
９０５  信号処理回路
９０６  電子ズーム回路
９０７  タイミングジェネレータ
９０８  コントローラ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004172845.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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