(57)【要約】【課題】被写体の静止画および動画の両方を撮像する固体撮像装置において、装置の大型化や複雑化をともなうことなく、所望のフレームレートで動画を撮像するとともに高解像度な静止画を撮像する。【解決手段】光電変換部１６における１つの画素５を動画用固体撮像素子５１と静止画用固体撮像素子５２とから構成し、上記動画用固体撮像素子５１により動画の撮像を、上記静止画用固体撮像素子５２により静止画の撮像を行い、その動画および静止画の撮像において、動画用固体撮像素子５１の露光時間よりも静止画用固体撮像素子５２の露光時間の方が長くなるよう上記固体撮像素子を制御する。【選択図】　　　　　図２
2004120391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の光学像を光電変換する固体撮像素子が２次元状に多数配列されてなる光電変換部を有し、該光電変換部により前記光学像の撮像を行う撮像手段と、該撮像手段により前記被写体の静止画および動画を撮像するよう前記撮像手段を制御する撮像制御手段とを備えた固体撮像装置において、
前記光電変換部が、１つの画素に対して複数の固体撮像素子を有し、
該複数の固体撮像素子のうちの一部の固体撮像素子を静止画用固体撮像素子とし、他の固体撮像素子を動画用固体撮像素子とするよう構成され、
前記撮像制御手段が、前記静止画像用固体撮像素子が静止画の撮像を、前記動画用固体撮像素子が動画の撮像を行うよう前記固体撮像素子を制御するものであることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記撮像制御手段が、前記静止画用固体撮像素子と前記動画用固体撮像素子とを異なる撮像条件で制御するものであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記撮像制御手段が、前記動画用固体撮像素子の露光時間よりも前記静止画用固体撮像素子の露光時間の方が長くなるよう前記固体撮像素子を制御するものであることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記動画用固体撮像素子の受光部の面積が前記静止画用固体撮像素子の受光部の面積よりも広いことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の光学像を光電変換し、該光学像に基づく画像信号を得る固体撮像装置に関するものであり、特に被写体の静止画および動画の両方を撮像する固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被写体の光学像をＣＣＤなどの固体撮像素子が二次元状に多数配列されてなる光電変換部により光電変換して画像信号を得、この画像信号を所定の記録媒体に記録するデジタルカメラなどが広く普及している。
【０００３】
上記のようなデジタルカメラにおいては、たとえば、被写体の静止画を撮像する際、モニタに被写体の動画を表示し、モニタをファインダとして用いる場合がある。操作者はこの動画を見ながら最終的に撮影される画像を確認し、所望の静止画を撮影することができる。また、デジタルビデオカメラにおいては、主に被写体の動画の撮影が行なわれるが、動画撮影中においても静止画を撮影したい場合もある。そこで、上記のような用途から近年では被写体の動画および静止画の両方を撮影できるデジタルカメラなどが普及している。
【０００４】
ここで、上記のように動画および静止画の両方を得る方法としては、たとえば、１つの光電変換部により動画を撮像し、この動画用に撮像した画像の１つを静止画として記録する方法がある。しかし、動画の撮像においては高いフレームレートが要求されるため１つ１つの静止画の露光時間は比較的短い時間としなければならないのに対し、静止画の撮像においては高い解像度が要求されるため長い露光時間で撮像する必要があり、上記のような方法では動画撮像と静止画撮像の露光時間を上記のように異なるものとすることができない。したがって、所望のフレームレートで動画を撮像するとともに高解像度な静止画を得ることは困難である。
【０００５】
そこで、特許文献１においては、動画を撮像するとともに高解像度な静止画を得るために動画用の光電変換部と静止画用の光電変換部とを別々に設けてミラーなどにより光路を分割して動画および静止画を撮像する方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２０００−２０１２８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにミラーなどにより光路を分割するとそれぞれの固体撮像素子に入射する光量が少なくなってしまい動画、静止画ともに画質の劣化を生じる。また、光路を分割すると光学系も複雑になり小型化が困難となる。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑み、被写体の静止画および動画の両方を撮像する固体撮像装置において、装置の大型化や複雑化をともなうことなく、所望のフレームレートで動画を撮像することができるとともに高解像度な静止画を撮像することができる固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、被写体の光学像を光電変換する固体撮像素子が２次元状に多数配列されてなる光電変換部を有し、その光電変換部により光学像の撮像を行う撮像手段と、その撮像手段により被写体の静止画および動画を撮像するよう撮像手段を制御する撮像制御手段とを備えた固体撮像装置において、光電変換部が、１つの画素に対して複数の固体撮像素子を有し、その複数の固体撮像素子のうちの一部の固体撮像素子を静止画用固体撮像素子とし、他の固体撮像素子を動画用固体撮像素子とするよう構成され、撮像制御手段が、静止画像用固体撮像素子が静止画の撮像を、動画用固体撮像素子が動画の撮像を行うよう上記固体撮像素子を制御するものであることを特徴とする。
【００１０】
ここで、上記「１つの画素に対して複数の固体撮像素子を有する」とは、１つの画素内に複数の受光部を有し、各受光部により受光され光電変換された信号電荷をそれぞれ選択的に読み出すことができるよう構成されていることを意味する。
【００１１】
また、撮像制御手段を、静止画用固体撮像素子と動画用固体撮像素子とを異なる撮像条件で制御するものとすることができる。
【００１２】
ここで、上記「撮像条件」とは、たとえば、上記固体撮像素子の露光時間や撮像時に動作させる上記固体撮像素子の数などを意味する。
【００１３】
また、撮像制御手段を、動画用固体撮像素子の露光時間よりも静止画用固体撮像素子の露光時間の方が長くなるよう上記固体撮像素子を制御するものとすることができる。
【００１４】
また、動画用固体撮像素子の受光部の面積を静止画用固体撮像素子の受光部の面積よりも広くすることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、１つの画素に対して複数の固体撮像素子を設け、その複数の固体撮像素子のうちの一部の固体撮像素子を静止画用固体撮像素子とし、他の固体撮像素子を動画用固体撮像素子とするよう構成し、上記静止画像用固体撮像素子により静止画の撮像を、上記動画用固体撮像素子により動画の撮像を行うようにしたので、たとえば、動画用固体撮像素子の露光時間よりも静止画用固体撮像素子の露光時間の方が長くなるよう上記固体撮像素子を制御することにより、所望のフレームレートで動画の撮像を行うとともに高解像度な静止画の撮像を行うようにすることができる。
【００１６】
また、特許文献１に記載の発明のようにミラーなどを設けて光路を動画撮像用と静止画撮像用とで分割する必要もないので、装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
また、動画用固体撮像素子の受光部の面積を静止画用固体撮像素子の受光部の面積よりも広くするようにした場合には、動画撮像時の受光量をより多くすることができるので、フレームレートや解像度の低下を抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の固体撮像装置の一実施形態について説明する。図１は本実施形態の固体撮像装置を適用したデジタルビデオカメラ１０の概略構成を示すブロック図である。
【００１９】
本デジタルビデオカメラ１０は、図１に示すように、被写体の光学像を撮像して該光学像に基づく画像信号を出力する撮像手段１１、撮像手段１１から出力された画像信号に対して所定の信号処理を施した後、Ａ／Ｄ変換器（不図示）によりデジタル化してデジタルデータを出力する前処理部１８、前処理部１８から出力されたデジタルデータに所定の画像処理を施す信号処理部２０、信号処理部２０において所定の画像処理の施された処理済データに基づいて可視画像を表示するモニタ２２、静止画撮影モードと動画撮影モードの選択を行う操作部２４、およびカメラ全体の動作の制御を行う制御手段２６とを備えている。
【００２０】
撮像手段１１は、被写体の光学像を結像する光学レンズ系１２、光学レンズ系１２により結像された光学像の後述する光電変換部１６への入射を制御するメカニカルシャッター１４、光学レンズ系１２により結像された光学像を光電変換し、画像信号を出力する光電変換部１６を備えている。
【００２１】
光電変換部１６は、図２に示すように、受光領域１、該受光領域１における垂直転送ＣＣＤ６を制御する垂直転送ＣＣＤ駆動回路２、垂直転送ＣＣＤ６から信号電荷を受け、水平方向Ｘに信号電荷を転送する水平電荷転送路３、水平電荷転送路３から出力された信号電荷を増幅して画像信号として出力する出力アンプ４を備えている。
【００２２】
受光領域１には、光学系レンズ１２により結像された光学像を受光する画素５および画素５において受光され、光電変換された信号電荷を読み出し、垂直方向Ｙに転送する垂直転送ＣＣＤ６が設けられている。受光領域１は、図２に示すように、画素５が各行において１列おきに配置されるとともに各列において１行おきに配置され、いわゆるハニカム構造を構成し、画素の水平方向の配列が１行置きに１／２ピッチずれた位置に配置されている。そして、各画素５からの電荷は各画素５の右側に近接して配置された垂直転送ＣＣＤ６に読み出され、垂直方向Ｙに転送される。
【００２３】
画素５には、図３に示すように、２つのフォトダイオード領域５ａ，５ｂが設けられており、フォトダイオード領域５ａを有する動画用固体撮像素子５１とフォトダイオード領域５ｂを有する静止画用固体撮像素子５２とから構成されている。フォトダイオード領域５ａは、相対的に広い面積を有し、主たる感光部を構成する。フォトダイオード５ｂは、相対的に狭い面積を有し、従たる感光部を構成する。また、動画用固体撮像素子５１および静止画用固体撮像素子５２により光電変換され、蓄積された信号電荷を垂直転送ＣＣＤ６に読み出すための転送電極（図示省略）がそれぞれの固体撮像素子について設けられており、動画用固体撮像素子５１または静止画用固体撮像素子５２から選択的に信号電荷を垂直転送ＣＣＤ６に読み出すことができるようになっている。
【００２４】
操作部２４は、モード選択部２４ａおよびレリーズシャッタボタン２４ｂを備えている。モード選択部２４ａは、静止画撮影モードと動画撮影モードのうち操作者により選択されたモードに応じたモード信号を制御手段２６に出力する。また、レリーズシャッタボタン２４ｂは、２段階にストロークを有するボタンで、第１段階のストローク（以下、半押し状態という）でデジタルビデオカメラ１０を静止画撮像準備段階にし、第２段のストローク（以下、全押し状態という）で実際の静止画撮像を行うトリガ信号を制御手段２６に出力する。
【００２５】
制御手段２６は、デジタルビデオカメラ１０全体の動作を制御するマイクロコンピュータまたはＣＰＵである。そして、制御手段２６は、撮像制御手段２７を有しており、撮像制御手段２７は、入力されるモード信号に応じてデジタルビデオカメラ１０全体を静止画撮影モードまたは動画撮影モードに設定する。
【００２６】
次に、上記実施形態のデジタルビデオカメラ１０により動画を撮像して記録する際の作用について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２７】
まず、動画の撮像は操作者がモード選択部２４ａにより動画撮影モードを選択することにより開始され、選択されるまでは待機状態となる（Ｓ１０）。モード選択部２４ａにおいて動画撮影モードが選択された際には、モード選択部２４ａから動画撮影モードに応じた動画モード信号が制御手段２６に出力される。そして、制御手段２６における撮像制御手段２７は、上記動画モード信号に応じて予め設定された所定の動画撮影条件に基づいて撮像手段１１におけるレンズ光学系１２、シャッター１４および光電変換部１６を制御する。このとき光電変換部１６における露光時間は後述する静止画撮影時における露光時間よりも短い時間に設定される。そして、光電変換部１６における動画用固体撮像素子５１のみが撮像制御手段２７により駆動され（Ｓ１２）、露光が開始される（Ｓ１４）。露光は予め設定された露光時間だけ行なわれるが（Ｓ１６）、露光時間の制御はシャッター１４により行なってもよいし、いわゆる電子シャッターにより行なってもよい。そして、所定の露光時間が経過した後、垂直転送ＣＣＤ駆動回路２により転送電極および垂直転送ＣＣＤ６が駆動され、動画用固体撮像素子５１に蓄積された信号電荷が垂直転送ＣＣＤ６に転送される。そして、垂直転送ＣＣＤ６に転送された信号電荷は行毎に順次水平電荷転送路３に転送され、水平電荷転送路３に転送れた信号電荷は、順次水平方向Ｘ方向に転送され、出力アンプ４により所定のゲインだけ増倍され、動画画像信号として読み出される（Ｓ１８）。上記のようにして光電変換部１６から出力された動画画像信号は前処理部１８においてＡ／Ｄ変換されて動画デジタルデータとして信号処理部２０に出力され、信号処理部２０において所定の画像信号処理が施された後（Ｓ２０）、信号処理部２０におけるメモリに記録される（Ｓ２２）。そして、操作者からの動画撮影終了の指示信号が入力されるまで、上記Ｓ１４からＳ２２までの処理が繰り返されるとともに、メモリに記録された処理済動画データがフレーム毎にモニタ２２に出力され、モニタ２２により動画が表示される。
【００２８】
次に、上記のようにして本デジタルビデオカメラ１０により動画を撮像している間に静止画撮影を行う際の作用について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
まず、静止画の記録は操作者がモード選択部２４ａにより静止画撮影モードを選択することにより開始され、選択されるまでは待機状態となっている（Ｓ３０）。モード選択部２４ａにおいて静止画撮影モードが選択された際には、モード選択部２４ａから静止画撮影モードに応じた静止画モード信号が制御手段２６に出力される。そして、このとき制御手段２６は操作部２４におけるレリーズシャッタボタン２４ｂが半押し状態とされたか否かを確認する（Ｓ３２）。Ｓ３２においてレリーズシャッタボタン２４ｂが半押し状態とされた際には、制御手段２６における撮像制御手段２７は、予め設定された所定の静止画撮影条件に基づいて撮像手段１１におけるレンズ光学系１２、シャッター１４および光電変換部１６を制御する。このとき光電変換部１６における露光時間は動画撮影時における露光時間よりも長い時間に設定される。そして、レリーズシャッターボタン２４ｂが全押し状態とされた際には、光電変換部１６における動画用固体撮像素子５１とともに、静止画用固体撮像素子５２が撮像制御手段２７により駆動され（Ｓ３４）、露光が開始される（Ｓ３６）。なお、Ｓ３２において、所定の時間内にレリーズボタン２４ｂが半押し状態とされなかった場合には、静止画撮影モードは終了し、動画撮影モードに戻るものとする。露光は予め設定された露光時間だけ行なわれ、所定の露光時間が経過した後（Ｓ３８）、垂直転送ＣＣＤ駆動回路２により転送電極および垂直転送ＣＣＤ６が駆動され、静止画用固体撮像素子５２に蓄積された信号電荷が垂直転送ＣＣＤ６に転送される。そして、垂直転送ＣＣＤ６に転送された信号電荷は行毎に順次水平電荷転送路３に転送され、水平電荷転送路３に転送れた信号電荷は、順次水平方向Ｘ方向に転送され、出力アンプ４により所定のゲインだけ増倍され、静止画画像信号として読み出される（Ｓ４０）。上記のようにして光電変換部１６から出力された静止画画像信号は前処理部１８においてＡ／Ｄ変換されて静止画デジタルデータとして信号処理部２０に出力され、信号処理部２０において所定の画像信号処理が施された後（Ｓ４２）、信号処理部２０におけるメモリに記録される（Ｓ４４）。なお、上記Ｓ４０において信号電荷が読み出される際に、動画撮影モードにおける信号電荷の読出し（図４のＳ１８）が行なわれている際には、この動画撮影モードにおける転送が終了した後に静止画撮影モードの信号電荷の読出しが行なわれるものとする。
【００３０】
本実施形態のデジタルビデオカメラ１０によれば、光電変換部１６が１つの画素に対して動画用固体撮像素子５１と静止画用固体撮像素子５２とを有するものとし、上記動画用固体撮像素子５１により動画の撮像を、上記静止画像用固体撮像素子５２により静止画の撮像を行うようにしたので、上記のように動画用固体撮像素子５１の露光時間よりも静止画用固体撮像素子５２の露光時間の方が長くなるよう上記固体撮像素子を制御することにより、所望のフレームレートで動画の撮像を行うとともに高解像度な静止画の撮像を行うようにすることができる。
【００３１】
また、上記実施形態においては、動画用固体撮像素子５１に蓄積された信号電荷と静止画用固体撮像素子５２に蓄積された信号電荷とを、同じ垂直転送ＣＣＤ６にタイミングをずらして転送するようにしたが、動画用固体撮像素子用の垂直転送ＣＣＤと静止画用固体撮像素子用の垂直転送ＣＣＤを別個に設け、動画用固体撮像素子５１に蓄積された信号電荷と静止画用固体撮像素子５２に蓄積された信号電荷の両方を同時に転送するようにしてもよい。ただし、この場合、水平電荷転送路への転送はタイミングをずらして転送するか、もしくは水平電荷転送路出力アンプも別個にそれぞれ設ける必要がある。
【００３２】
また、上記実施形態において、動画撮像時に動作させる動画用固体撮像素子５１の数を静止画撮像時に動作させる静止画用固体撮像素子５１の数よりも少なくなるように上記固体撮像素子を制御するようにしてもよい。
【００３３】
また、上実施形態において、動画撮像時において動画用固体撮像素子５１に蓄積された信号電荷を読み出す際、所定の割合で画素を間引いて読み出すようにしてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態においては、静止画撮像時の信号電荷の読出しは一度ではなく複数回に分けて読み出すようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態においては、光電変換部１６はＣＣＤ型の固体撮像素子により構成するようにしたが、これに限らず、フォトダイオード領域とＭＯＳトランジスタからなるＭＯＳ型の固体撮像素子により構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を適用したデジタルビデオカメラの概略構成を示すブロック図
【図２】図１に示すデジタルビデオカメラにおける光電変換部の詳細を示す図
【図３】図２に示す光電変換部における画素の詳細を示す図
【図４】図１に示すデジタルビデオカメラの動画撮像時の作用を説明するフローチャート
【図５】図１に示すデジタルビデオカメラの静止画撮像時の作用を説明するフローチャート
【符号の説明】
１　　受光領域
２　　垂直転送ＣＣＤ駆動回路
３　　水平電荷転送路
４　　出力アンプ
５　　画素
６　　垂直転送ＣＣＤ
１０　　デジタルビデオカメラ
１１　　撮像手段
１２　　光学系レンズ
１４　　シャッター
１６　　光電変換部
１８　　前処理部
２０　　信号処理部
２２　　モニタ
２４　　操作部
２４ａ　　モード選択部
２４ｂ　　レリーズシャッタボタン
５１　　動画用固体撮像素子
５２　　静止画用固体撮像素子
【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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