(57)【要約】【課題】撮影中に明るい場所や暗い場所に急に入ったときでも撮像画像の露出オーバー，露出アンダーとなる期間を短縮する。【解決手段】シャッタ指示信号に基づき所要電圧の電子シャッタパルスを生成するドライバ手段と、垂直同期信号に同期して撮像データの読み出しが行われると共に該撮像データの１フレーム分の積算結果により次回の垂直同期信号時における電子シャッタパルスの印加終了タイミングが決定される固体撮像素子とを備える固体撮像装置において、今回の垂直同期信号に同期して読み出される撮像データの１フレーム分の積算途中の結果によってシャッタ指示信号をドライバ手段に出力し今回の垂直同期信号時における電子シャッタパルスを制御する制御手段を設ける。【選択図】図３
2009159454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャッタ指示信号に基づき所要電圧の電子シャッタパルスを生成するドライバ手段と、垂直同期信号に同期して撮像データの読み出しが行われると共に該撮像データの１フレーム分の積算結果により次回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの印加終了タイミングが決定される固体撮像素子とを備える固体撮像装置において、今回の垂直同期信号に同期して読み出される前記撮像データの前記１フレーム分の積算途中の結果によって前記シャッタ指示信号を前記ドライバ手段に出力し今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスを制御する制御手段を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記積算途中の結果が規定の輝度レベルを超え明るすぎると判断した場合には今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの印加終了後に、再度、前記電子シャッタパルスを前記固体撮像素子に印加させることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記積算途中の結果が規定の輝度レベルを下回り暗すぎると判断した場合には今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの前記固体撮像素子への印加を途中で強制停止させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子シャッタパルスを用いて露光時間を決める固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のデジタルカメラ等の固体撮像装置で行われる電子シャッタ制御のタイミングチャートである。デジタルカメラ等で動画像を撮影したり、カメラ背面に設けられた液晶表示部にスルー画像を表示させる場合、垂直同期信号毎に読み出し信号が固体撮像素子に印加され、各読み出し信号毎に固体撮像素子から撮像データが読み出される。
【０００３】
図示する例で、読み出し信号４により固体撮像素子から読み出される１フレーム分の撮像データは、読み出し信号４の直前の露光期間Ｃに撮像されたデータとなる。この露光期間Ｃは、読み出し信号３後に固体撮像素子に印加される電子シャッタパルスｃの印加終了タイミングから読み出し信号４の印加タイミングまでの期間となり、電子シャッタパルスｃを何時のタイミングで印加終了とするかは、その直前の読み出し信号２によって読み出された露光期間Ａにおける１フレーム分の撮像データに基づき、カメラ制御部が決定する。
【０００４】
従来の固体撮像装置では、例えば下記の特許文献１，２に記載されている様に、カメラ制御部がＡＥ動作により１フレーム毎の撮像データを積算して露光量を求め、その露光量に応じて電子シャッタ期間すなわち上記の電子シャッタパルスの印加終了タイミングを決めている。そして、カメラ制御部は、決定された電子シャッタパルスの制御信号を撮像素子駆動部のタイミングジェネレータに設定し、タイミングジェネレータが固体撮像素子に印加する電子シャッタパルスの制御を行う様になっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００―１２５１８６号公報
【特許文献２】特開２００３―１６３８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の固体撮像装置では、例えば図４の読み出し信号２で読み出された露光期間Ａにおける撮像データが明るすぎるとき、その撮像データの積算結果が反映されて電子シャッタの開期間が縮まるのは１垂直同期信号の経過後の電子シャッタパルスｃになってしまう。このため、撮影中に明るい場所に急に入ったとき画面大部分が白飛びした画像（露出オーバー）になってしまう期間が生じ、あるいは暗い場所に急に入ったとき画面の大部分が黒潰れした画像（露出アンダー）になってしまう期間が生じてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、撮影中に明るい場所や暗い場所に急に入ったときでも上記の露出オーバー，露出アンダーとなる期間を短縮することができる固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像装置は、シャッタ指示信号に基づき所要電圧の電子シャッタパルスを生成するドライバ手段と、垂直同期信号に同期して撮像データの読み出しが行われると共に該撮像データの１フレーム分の積算結果により次回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの印加終了タイミングが決定される固体撮像素子とを備える固体撮像装置において、今回の垂直同期信号に同期して読み出される前記撮像データの前記１フレーム分の積算途中の結果によって前記シャッタ指示信号を前記ドライバ手段に出力し今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスを制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の固体撮像装置の前記制御手段は、前記積算途中の結果が規定の輝度レベルを超え明るすぎると判断した場合には今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの印加終了後に、再度、前記電子シャッタパルスを前記固体撮像素子に印加させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の固体撮像装置の前記制御手段は、前記積算途中の結果が規定の輝度レベルを下回り暗すぎると判断した場合には今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの前記固体撮像素子への印加を途中で強制停止させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、制御手段がタイミングジェネレータを介さずに直接的にドライバ手段を制御して電子シャッタパルスの固体撮像素子への印加を制御するため、ＡＥ動作に要する時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の機能ブロック図である。この固体撮像装置１０は、受光面上に結像した被写体光学像を電気信号に変換し撮像データとして出力する固体撮像素子１１と、固体撮像素子１１から出力される撮像データをアナログ処理するＡＦＥ／ＴＧ（アナログフロントエンド／タイミングジェネレータ）回路１２と、アナログ処理されデジタルデータに変換された撮像データや水平同期信号（ＨＤ），垂直同期信号（ＶＤ）をＡＦＥ／ＴＧ回路１２から受け取り画像処理を行うＤＳＰ／ＣＰＵ（デジタルシグナルプロセッサ／セントラルプロセッシングユニット）１３と、Ｖドライバ１４と、セレクタ１５とを備える。
【００１４】
固体撮像素子１１は、例えばＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）タイプでは、垂直（Ｖ）転送パルスや水平（Ｈ）転送パルス，ＯＦＤ（オーバーフロードレイン）パルス，電子シャッタパルス，読み出しパルス等によって動作する。
【００１５】
水平（Ｈ）転送パルスは、例えば３．３Ｖ程度の低電圧で済むため、ＡＦＥ／ＴＧ回路１２が生成して固体撮像素子１１に直接出力し、固体撮像素子の水平電荷転送路を制御する。
【００１６】
しかし、垂直（Ｖ）転送パルスは例えば−８Ｖ、読み出しパルスは例えば＋１５Ｖと高電圧であるため、Ｖドライバ１４を介して所要の高電圧に変換してから固体撮像素子１１に出力する様になっている。ＯＦＤパルスや電子シャッタパルスも同様に高電圧であるため、Ｖドライバ１４を介して固体撮像素子１１に出力される。
【００１７】
ＡＦＥ／ＴＧ回路１２は、垂直（Ｖ）転送パルスとなる元信号や、ＯＦＤパルスの元信号を生成し、垂直転送パルスの元信号をＶドライバ１４に出力する。従来は、電子シャッタパルスの元信号もＡＦＥ／ＴＧ回路１２が生成していたが、本実施形態の固体撮像装置１０では、電子シャッタパルスの元信号（シャッタ指示信号）は、ＤＳＰ／ＣＰＵ１３が生成し、ＤＳＰ／ＣＰＵ１３の汎用（グローバルパーパス）Ｉ／Ｏから出力する様になっている。即ち、本実施形態では、固体撮像素子１１に印加される電子シャッタパルスは、ＤＳＰ／ＣＰＵ１３が直接制御する構成になっている。
【００１８】
セレクタ１５は、ＡＦＥ／ＴＧ回路１２が生成したＯＦＤパルスの元信号とＤＳＰ／ＣＰＵ１３が生成した電子シャッタパルスの元信号のいずれか一方を選択してＶドライバ１４に入力する様になっている。
【００１９】
図２は、ＤＳＰ／ＣＰＵ１３が電子シャッタパルスの元信号を出力する制御手順を示すフローチャートである。ＤＳＰ／ＣＰＵ１３は、ＡＦＥ／ＴＧ回路１２から受け取る撮像データを積算しており（ステップＳ１）、その積算途中の結果が規定の低輝度レベルより小さいか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００２０】
積算途中の撮像データが規定の低輝度レベルより小さい場合、即ち、撮像データが暗すぎる画像データであり判定結果が肯定（ＹＥＳ）となる場合には、ステップＳ３に進み、詳細は後述する様に、現在出力中の電子シャッタ信号を強制停止すると共に、次の垂直同期信号後の電子シャッタ印加終了タイミングを１フレーム分の撮像データの積算結果に基づき決定してステップＳ１に戻る。
【００２１】
ステップＳ２の判定結果が否定（ＮＯ）すなわち積算途中の撮像データが規定の低輝度レベルより明るい場合には、ステップＳ２からステップＳ４に進み、今度は、積算途中の撮像データが規定の高輝度レベルより大きいか否かを判定する。
【００２２】
積算途中の撮像データが規定の高輝度レベルより大きい場合、即ち、撮像データが明るすぎる画像データであり判定結果が肯定（ＹＥＳ）となる場合には、ステップＳ４からステップＳ５に進み、詳細は後述する様に、現在停止中の電子シャッタ信号を再出力すると共に、次の垂直同期信号後の電子シャッタ印加終了タイミングを１フレーム分の積算値に基づき決定してステップＳ１に戻る。
【００２３】
ステップＳ４の判定結果が否定（ＮＯ）すなわち撮像データが規定の低輝度レベルと高輝度レベルの間にあり画像データが暗すぎず明るすぎない場合には、ステップＳ４からステップＳ６に進み、次の垂直同期信号後の電子シャッタ印加終了タイミングを１フレーム分の画像データの積算結果に基づき決定してステップＳ１に戻る。
【００２４】
図３（ａ）は、図２のステップＳ５で実行する電子シャッタの再出力を説明するタイミングチャートである。例えば列車に乗っているユーザがデジタルカメラの電源をオンして外の風景を撮影しようとしているとき、デジタルカメラ背面の液晶表示部には、外の風景画像がスルー画像として表示されている。
【００２５】
図３（ａ）に示す読み出し信号２の後に固体撮像素子１１に印加される電子シャッタｂの印加終了タイミングは、読み出し信号２の直前の露光期間Ａにおける１フレーム分の撮像データの積算値によって決定される。この積算対象となる撮像データは、更に１つ前の読み出し信号１の直前の露光期間ｘにおける撮像データである。
【００２６】
この読み出し信号１と読み出し信号２との間で上記の列車が日陰の場所から日向の場所に急に入ったとする。電子シャッタｂは、露光期間ｘの日陰状態で決定されているため、電子シャッタｂの開期間を長くとるために電子シャッタｂの印加終了タイミングが早めに設定される。
【００２７】
しかし、列車が急に日向に入ることで、露光期間Ａの撮像データは高輝度になってしまう。この高輝度な撮像データが固体撮像素子１１から読み出し信号２によって読み出され、読み出される都度、順次、ＡＦＥ／ＴＧ回路１２からＤＳＰ／ＣＰＵ１３に出力され、図２のステップＳ１で積算される。１フレーム分の積算が終了する前の途中の積算値でも明るすぎる画像データであることがステップＳ４で分かるため、ＤＳＰ／ＣＰＵ１３は既に停止している電子シャッタｂの後に、電子シャッタｂ’をＶドライバ１４から固体撮像素子１１に出力させる。
【００２８】
これにより、露光期間Ｂは、電子シャッタｂ’の印加終了タイミングから読み出し信号３までの期間に縮まり、画像が白飛びせずに適正露出が得られる期間が従来より１垂直同期信号の期間だけ速まる。
【００２９】
図３（ｂ）は、図２のステップＳ３で実行する電子シャッタの強制停止を説明するタイミングチャートである。読み出し信号１と読み出し信号２との間で上記の列車が日向の場所から急に日陰の場所に入ったとする。電子シャッタｂは、露光期間ｘの日向状態で決定されているため、電子シャッタｂの開期間を短くとるために電子シャッタｂの印加終了タイミングが遅く設定される。
【００３０】
しかし、列車が急に日陰に入ることで、露光期間Ａの撮像データは低輝度になってしまう。この低輝度な撮像データが固体撮像素子１１から読み出し信号２によって読み出され、読み出される都度、順次、ＡＦＥ／ＴＧ回路１２からＤＳＰ／ＣＰＵ１３に出力され、図２のステップＳ１で積算される。１フレーム分の積算が終了する前でも途中の積算値から暗すぎる画像データであることがステップＳ２で分かるため、ＤＳＰ／ＣＰＵ１３は出力している電子シャッタｂを、タイミングｂ’で強制停止させる。
【００３１】
これにより、露光期間Ｂは、電子シャッタｂ’の印加終了タイミングから読み出し信号３までの期間に長くなり、画像が黒つぶれせずに適正露出が得られる期間が従来より１垂直同期信号の期間だけ速まる。
【００３２】
以上述べた様に、本実施形態の固体撮像装置では、電子シャッタパルスの生成指示を画像データの積算を行う制御部が直接行うため、急に明るい場所に移動したり暗い場所に移動した場合でも高速に適正露出の画像を得ることができ、ＡＥ動作の高速化を図ることが可能となる。
【００３３】
制御部として用いるＣＰＵは、通常、カウンタを内蔵すると共に各種出力用のＩ／Ｏも持っているため、これ等を流用することで、コストアップを回避して固体撮像装置の上述したＡＥ動作の高速化を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、急に明るい場所に移動したり暗い場所に移動した場合でも直ぐに適正露出の画像を撮像することができるため、デジタルカメラに適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の機能ブロック図である。
【図２】図１に示すＤＳＰ／ＣＰＵが実行する電子シャッタ制御手順を示すフローチャートである。
【図３】図２に示す制御手順による電子シャッタ制御の様子を示すタイミングチャートである。
【図４】従来の制御手順による電子シャッタ制御の様子を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  固体撮像装置
１１  固体撮像素子
１２  ＡＦＥ／ＴＧ回路
１３  ＤＳＰ／ＣＰＵ
１４  Ｖドライバ
１５  セレクタ
【図１】
2009159454.tif 000003
【図２】
2009159454.tif 000004
【図３】
2009159454.tif 000005
【図４】
2009159454.tif 000006