JP3609655B2 - ディジタルカメラ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明はディジタルカメラに関し、特にたとえば、第1露光によってCCDイメージャで生成された第1電荷(第1カメラ信号)と第2露光によってCCDイメージャで生成された第2電荷(第2カメラ信号)とに基づいて1画面分の画像信号を生成する、ディジタルカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタルカメラでは、被写体像の撮影にCCDイメージャのようなイメージセンサが用いられる。CCDイメージャの前面に被写体の光像が照射されると、受光素子が光量に応じた電荷を光電変換によって生成し、生成された電荷は垂直転送レジスタおよび水平転送レジスタを経て出力される。このような電荷(カメラ信号)が所定の信号処理を施されることで、被写体像がモニタに再現される。また、被写体像が記録媒体に記録される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、受光素子が蓄積できる電荷量に限界があるため、被写体像の中に光量が極端に多い部分(明るい部分)があると、その部分の電荷が飽和してしまう。このため、従来のディジタルカメラでは、撮影された被写体像のダイナミックレンジが制限されていた。
【0004】
それゆえに、この発明の主たる目的は、撮影された被写体像のダイナミックレンジを拡大することができる、ディジタルカメラを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明に従うディジタルカメラは、複数の転送領域を持つ垂直転送レジスタと垂直転送レジスタの出力端に接続された水平転送レジスタと複数の転送領域にそれぞれ割り当てられた複数の受光素子とを有するインターライン転送方式のCCDイメージャ、電子シャッタ方式でCCDイメージャの露光を制御する露光制御手段、露光制御手段の露光によって生成された電荷を複数の受光素子の少なくとも一部から垂直転送レジスタに読み出す読み出し手段、読み出し手段によって垂直転送レジスタに読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段、垂直転送手段の転送によって水平転送レジスタに到達した電荷を水平方向に転送する水平転送手段、CCDイメージャから出力された電荷に基づいて1画面の画像信号を生成する生成手段、撮影指示を入力する指示キー、CCDイメージャの前面に配置されるかつCCDイメージャへの光の入射を遮断するシャッタ部材、および指示キーの操作に応答してシャッタ部材を駆動する駆動手段を備え、露光制御手段は、第1期間の第1露光を行い、第1露光の後に第1期間よりも短い第2期間の第2露光を行い、読み出し手段は、第1露光および第2露光によってそれぞれ生成された第1電荷および第2電荷を複数の受光素子のうち垂直方向に間欠的に存在する特定受光素子から垂直転送レジスタに読み出し、垂直転送手段は、垂直転送レジスタ上で第2電荷が第1電荷と互い違いになるように第1電荷を所定距離にわたって垂直方向に転送し、生成手段はCCDイメージャから出力された第1電荷と第2電荷とに基づいて1画面分の第1画像信号を生成し、露光制御手段は、指示キーの操作に応答して第3期間の第3露光を行ない、第3露光の後に第4露光を開始し、読み出し手段は、第3露光によって生成された第3電荷を複数の受光素子から垂直転送レジスタに読み出し、第4露光によって生成された第4電荷を第3電荷の垂直転送が完了した後に複数の受光素子から垂直転送レジスタに読み出し、駆動手段は第4露光の開始時から第3期間とは異なる第4期間が経過したときにシャッタ部材を駆動し、生成手段は、CCDイメージャから出力された第3電荷および第4電荷に基づいて1画面分の第2画像信号を生成する。
【0006】
【作用】
CCDイメージャは、複数の転送領域を持つ垂直転送レジスタと垂直転送レジスタの出力端に接続された水平転送レジスタと複数の転送領域にそれぞれ割り当てられた複数の受光素子とを有する。露光制御手段は、かかるCCDイメージャの露光を電子シャッタ方式で制御し、読み出し手段は、露光制御手段の露光によって生成された電荷を複数の受光素子の少なくとも一部から垂直転送レジスタに読み出す。
読み出し手段によって垂直転送レジスタに読み出された電荷は垂直転送手段によって垂直方向に転送され、この垂直転送によって水平転送レジスタに到達した電荷は水平転送手段によって水平方向に転送される。生成手段は、こうしてCCDイメージャから出力された電荷に基づいて1画面の画像信号を生成する。
また、CCDイメージャの前面にはCCDイメージャへの光の入射を遮断するシャッタ部材が配置される。駆動手段は、撮影指示を入力する指示キーの操作に応答して、かかるシャッタ部材を駆動する。
指示キーが操作されないときは、以下の動作が実行される。つまり、露光制御手段は、第1期間の第1露光を行い、第1露光の後に第1期間よりも短い第2期間の第2露光を行う。読み出し手段は、第1露光によって生成された第1電荷を複数の受光素子のうち垂直方向に間欠的に存在する特定受光素子から垂直転送レジスタに読み出し、第2露光によって生成された第2電荷を特定受光素子から垂直転送レジスタに読み出す。垂直転送手段は、垂直転送レジスタ上で第2電荷が第1電荷と互い違いになるように、第1電荷を所定距離にわたって垂直方向に転送する。生成手段は、CCDイメージャから出力された第1電荷と第2電荷とに基づいて1画面分の第1画像信号を生成する。
指示キーが操作されると、以下の動作が実行される。つまり、露光制御手段は、指示キーの操作に応答して第3期間の第3露光を行ない、第3露光の後に第4露光を開始する。読み出し手段は、第3露光によって生成された第3電荷を複数の受光素子から垂直転送レジスタに読み出し、第4露光によって生成された第4電荷を第3電荷の垂直転送が完了した後に複数の受光素子から垂直転送レジスタに読み出す。駆動手段は、第4露光の開始時から第3期間とは異なる第4期間が経過したときにシャッタ部材を駆動する。生成手段は、CCDイメージャから出力された第3電荷および第4電荷に基づいて1画面分の第2画像信号を生成する。
【0019】
【発明の効果】
この発明によれば、撮影画像のダイナミックレンジを拡大することができる。
【0020】
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0021】
【実施例】
図1を参照して、この実施例のディジタルカメラ10は、光学レンズ12ならびに機械的に動作して入射光を遮断するシャッタ部材14を含む。被写体の光像は、このような光学レンズ12およびシャッタ部材14を介してCCDイメージャ16に照射される。なお、CCDイメージャ16はXGAの解像度をもち、水平方向および垂直方向の画素数は“1280”および“960”である。
【0022】
CCDイメージャ16には、図2に示すように複数の受光素子16aが形成される。それぞれの受光素子16aの前面には、R,GおよびBのフィルタ要素がモザイク状に配列された原色フィルタ15が装着される。受光素子16aがCCDイメージャ16の画素を構成し、いずれかのフィルタ要素が各受光素子16aに対応する。被写体の光像は、このような原色フィルタ15を通して受光素子16aに供給され、光電変換を施される。
【0023】
受光素子16aで光電変換された電荷は、垂直転送レジスタ16bに読み出される。垂直転送レジスタ16bは水平方向に1280個配置され、それぞれの垂直転送レジスタ16bは複数のメタルからなる。1つの受光素子16aには3つのメタルが対応し、この3つのメタルによって1つの転送領域が形成される。電荷の読み出し時は、1つの転送領域を形成する3つのメタルのうち斜線で示す中央のメタルの電位が上がる。このため、各受光素子16aに蓄積された電荷は、互いに混ざり合うことなく垂直転送レジスタ16bに読み出される。読み出された電荷はその後、それぞれのメタルの電位を変化させることによって、互いに混合されることなく垂直方向に転送される。それぞれの垂直転送レジスタ16bの出力端には、水平転送レジスタ16cが接続される。水平転送レジスタ16cは、各垂直転送レジスタ16bから1ライン分の電荷が入力される毎に、その電荷を水平方向に転送する。このようにして、各受光素子16aに蓄積された電荷がカメラ信号として1ラインずつ出力される。
【0024】
受光素子16aに蓄積された電荷は電荷読み出しパルスXSGに応答して垂直転送レジスタ16bに読み出され、読み出された電荷は垂直転送パルスXV1に応答して水平転送レジスタ16c側に転送され、そして水平転送レジスタ16cに与えられた電荷は水平転送パルスXH1に応答して外部に出力される。また、非露光期間に受光素子16aに蓄積された電荷は、電荷掃き捨てパルスXSUBによってオーバフロードレイン(図示せず)に掃き捨てられる。上述のそれぞれのパルスは、いずれもタイミングジェネレータ(TG)22から出力され、CCDイメージャ16に与えられる。これらのパルスの出力タイミングはCPU40によって制御され、これによって露光期間や出力カメラ信号の画素数が変化する。なお、電荷掃き捨てパルスXSUBまたは電荷読み出しパルスXSGによって露光を制御する方式は、電子シャッタと呼ばれる周知の技術である。
【0025】
LCD38にリアルタイムの動画像を表示するカメラモードでは、図4(A)に示す垂直同期信号Vsyncに対して、図4(B)〜(C)に示すタイミングで、電荷掃き捨てパルスXSUB,電荷読み出しパルスXSG,垂直転送パルスXV1および水平転送パルスXH1が出力される。まず、垂直同期信号Vsyncに同期して電荷掃き捨てパルスXSUBが出力され、受光素子16aに蓄積された電荷がすべて掃き捨てられる。このときから第1露光が開始され、新たに生成された電荷が受光素子16aに蓄積されていく。所定期間が経過すると電荷読み出しパルスXSGが出力され、所定の受光素子16aに蓄積された電荷が垂直転送レジスタ16bに読み出される。
【0026】
LCD38はVGAの解像度をもち、カメラモードでは1280画素×240ライン分のカメラ信号から640画素×480ラインの表示画像が生成される。このため、図5(A)に示すように8ラインを1単位として各ラインにV1〜V8を割り当てた場合、ラインV5およびV8に蓄積された電荷▲1▼が読み出される。このようにして1280画素×240ライン分の電荷▲1▼が読み出された時点で、第1露光が終了する。
【0027】
図4に戻って、第1露光が終了した直後に電荷掃き捨てパルスXSUBが出力され、このときから第2露光が開始される。所定期間が経過すると、第1露光時と同じ電荷読み出しパルスXSGが再度出力され、第1露光時と同じ受光素子16aから1280画素×240ライン分の電荷が読み出される。ここで、第2露光が終了する。第2露光が終了すると次回の第1露光の開始時点まで電荷掃き捨てパルスXSUBが繰り返し出力され、受光素子16aに蓄積される電荷は逐次掃き捨てられる。
【0028】
垂直転送パルスXV1による電荷の垂直転送および水平転送パルスXH1による電荷の水平転送は、第2露光によって得られた電荷の読み出しと同時に開始される。カメラモードでは、960ライン分の受光素子16aのうち1/4の240ラインしか使用されず、垂直転送レジスタ16bに720ライン分の空き転送領域ができる。このため、図5(B)に示すように、第2露光に基づく電荷▲2▼の読み出しと同時に、第1露光に基づく電荷▲1▼が垂直方向に移動される。
【0029】
読み出しの対象となる受光素子16aは垂直方向において1つずつ間欠的に存在し、電荷▲1▼の移動距離は少なくとも1つの受光素子16aに対応する距離である。これによって、電荷▲1▼は、読み出しの対象となっていない受光素子16aに対応する転送領域(空き転送領域)まで移動する。電荷▲2▼が読み出された時点で、電荷▲1▼および▲2▼は、互いに混合されることなく1ラインおきに存在することとなる。電荷▲1▼および▲2▼は、この状態で垂直方向に転送され、その後、水平転送レジスタ16cによって水平方向に転送される。水平転送レジスタ16cからは、電荷▲1▼(第1カメラ信号)および電荷▲2▼(第2カメラ信号)が1ラインごとに交互に出力される。
【0030】
図1を参照して、CCDイメージャ16から出力された第1カメラ信号および第2カメラ信号は、CDS/AGC回路18によって周知のノイズ除去およびレベル調整を施され、その後A/D変換器20によって第1カメラデータおよび第2カメラデータに変換される。
【0031】
カメラモードにおいて、スイッチSW1は端子S2および端子S3の間で1ライン期間ごとに切り換えられる。また、スイッチSW2は端子S5と接続される。スイッチSW1およびSW2のいずれも、CPU40によって制御される。第1カメラデータおよび第2カメラデータは1ラインごとに混在するため、第1カメラデータはラインメモリ30を介して1ライン遅れで、第2カメラデータは遅延することなく、2画面合成回路32に入力される。つまり、同じラインの第1カメラデータおよび第2カメラデータが、同時に2画面合成回路32に入力される。なお、ラインメモリ30に対する書き込みおよび読み出しは、メモリ制御回路24によって制御される。
【0032】
2画面合成回路32は、同時に入力された第1カメラデータおよび第2カメラデータのうち、輝度が所定条件を満足する信号を選択する。この実施例では、第1露光期間の方が第2露光期間よりも長いため、被写体の高輝度部分には第2カメラデータが用いられ、低輝度部分には第1カメラデータが用いられる。このようにして、ダイナミックレンジが擬似的に拡大された1280画素×240ラインの合成カメラデータが生成される。合成カメラデータはその後、信号処理回路34によってYUV変換,間引き処理,補間処理などを施され、これによって640画素×480ラインの画像データが生成される。生成された画像データはLCD38に出力され、この結果リアルタイムの動画像(スルー画像)が表示される。
【0033】
オペレータがシャッタボタン42を操作すると、CPU40は図6(A)に示す撮影指示信号をTG22に与える。これに応じて、TG22は、図6(B)〜(F)に示す電荷掃き捨てパルスXSUB,電荷読み出しパルスXSG,シャッタ駆動信号,垂直転送パルスXV1および水平転送パルスXH1を出力する。
【0034】
つまり、撮影指示とほぼ同時に電荷掃き捨てパルスXSUBが出力され、第3露光が開始される。所定期間が経過すると電荷読み出しパルスXSGが出力され、1280画素×960ラインの電荷がすべて受光素子16aから垂直転送レジスタ16bに読み出される。この時点で、第3露光が終了する。シャッタボタン42が操作されたときはすべての受光素子16aから電荷が読み出されるため、垂直転送レジスタ16bにはカメラモード時のような空きエリアが形成されることはない。垂直転送パルスXV1および水平転送パルスXH1は第3露光の終了直後に出力され、垂直転送レジスタ16bに読み出された第3電荷つまり第3カメラ信号は、水平転送レジスタ16cを介して速やかに出力される。
【0035】
電荷読み出しパルスXSGが出力された直後に電荷掃き捨てパルスXSUBが出力され、垂直転送の開始とほぼ同時に第4露光が開始される。第4露光の開始から所定期間が経過するとシャッタ駆動信号が立ち上がり、シャッタ部材14が駆動される。これによって入射光が遮断され、第4露光が終了する。このように、第3露光の開始および終了ならびに第4露光の開始は電子シャッタ方式によって制御されるが、第4露光の終了はメカシャッタ方式によって制御される。
【0036】
メカシャッタ方式ではCCDイメージャ16への光の照射が実際に妨げられるため、露光期間が経過した後速やかに電荷を読み出す必要はない。このため、シャッタ部材14が閉じられた後も電荷は受光素子16aに保持され続ける。そして、第3露光に基づく第3電荷の垂直転送および水平転送が完了してから、電荷読み出しパルスXSGが出力される。この電荷読み出しパルスXSGによって、第4露光に基づく1280画素×960ラインの第4電荷が受光素子16aから読み出される。読み出しが完了するとシャッタ部材14を閉じておく必要はなくなるため、シャッタ駆動信号が立ち下がり、シャッタ部材14が開かれる。また、第3電荷が受光素子16aから読み出された直後に垂直転送パルスXV1および水平転送パルスXH1が出力され、第4露光に基づく第4電荷つまり第4カメラ信号が出力される。
【0037】
このように、シャッタボタン42が操作されたとき、第3カメラ信号および第4カメラ信号はCCDイメージャ16から個別に出力される。出力された第3カメラ信号および第4カメラ信号は、上述と同様にCDS/AGC処理を経て第3カメラデータおよび第4カメラデータに変換される。CPU40は、A/D変換器20から第3カメラデータが出力されるときスイッチSW1を端子S1と接続する。第3カメラデータは、メモリ制御回路24によってフレームメモリ28に書き込まれる。第3カメラデータがすべてフレームメモリ28に書き込まれると、CPU40はスイッチSW1を端子S3と接続する。したがって、第3カメラデータに続いてA/D変換器20から出力される第4カメラデータは、直接2画面合成回路32に入力される。
【0038】
メモリ制御回路24は、第4カメラデータがA/D変換器20から出力されると同時に、フレームメモリ28から第3カメラデータを読み出す。スイッチSW4はCPU40によって端子S4と接続され、読み出された第3カメラデータはスイッチSW4を介して2画面合成回路32に入力される。つまり、同じラインの第3カメラデータおよび第4カメラデータが、同時に2画面合成回路32に入力される。
【0039】
2画面合成回路32は上述と同様に第3カメラデータおよび第4カメラデータを合成し、これによってダイナミックレンジが擬似的に拡大された1280画素×960ラインの合成カメラデータが生成される。信号処理回路34は、生成された合成カメラデータにYUV変換を施し、かつYUVデータをJPEG方式で圧縮する。そして、圧縮画像データを記録媒体36に記録する。
【0040】
シャッタボタン42の操作に応答したTG22の動作を、図3を用いて詳しく説明する。撮影指示信号はインバータ22aを介してカウンタ22bのリセット端子に与えられ、これによってカウンタ22bがリセットされる。また、水平転送パルスXH1の2倍のクロックがカウンタ22bのクロック端子に与えられ、カウント値はこのクロックによってインクリメントされる。このようにして生成されたカウント値がデコーダ22c〜22gに入力される。デコーダ22c〜22gはそれぞれ、入力されたカウント値に応答して、図6(B)〜(F)に示す電荷掃き捨てパルスXSUB,電荷読み出しパルスXSG,シャッタ駆動信号,垂直転送パルスXV1および水平転送パルスXH1を生成する。つまり、デコーダ22c〜22gは、シャッタボタン42の操作に応答してCPU40によって能動化される。
【0055】
この実施例によれば、カメラモードでは、電子シャッタ方式で第1露光および第2露光が行われる。第1露光によって生成された第1電荷は、垂直方向に間欠的に存在する受光素子から垂直転送レジスタに読み出され、第2露光によって生成された第2電荷もまた、垂直方向に間欠的に存在する受光素子から垂直転送レジスタに読み出される。
【0056】
ここで、第1電荷を読み出す受光素子は第2電荷を読み出す受光素子と同じ受光素子であり、第1電荷は第2電荷の読み出しと同時に垂直転送レジスタの空き転送領域に移動される。このため、第1電荷と第2電荷とが互いに混合されることはない。このような第1電荷および第2電荷に基づいて合成処理を実行することによって、ダイナミックレンジが擬似的に拡大された画像をLCDに表示することができる。
【0057】
また、シャッタボタンが押されたときは、メカシャッタ方式によってCCDイメージャへの光の入射が実際に妨げられる。このため、露光終了後すぐに電荷を読み出す必要はなく、電荷を受光素子に保持し続けることができる。つまり、第3露光に基づく第3カメラ信号を出力している期間でも第4露光を行うことができ、第3露光時期と第4露光時期とを互いに近づけることができる。この結果、被写体が高速で動いている場合でも、記録画像にぶれが生じるのを抑えることができる。
【0058】
なお、この実施例ではR,GおよびBがモザイク状に配列された原色フィルタを用いて説明したが、Ye,Cy,MgおよびGがモザイク状に配列された補色フィルタを用いてもよい。
【0061】
さらにまた、この実施例では、電子シャッタ方式による第1露光および第2露光ならびにこれに基づく第1カメラデータおよび第2カメラデータの合成処理を、カメラモードつまりスルー画像表示モードにおいてのみ行なうようにしているが、このような処理は被写体の動画像を記録媒体に記録する動画像記録モードにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の1実施例を示すブロック図である。
【図2】図1実施例に適用されるCCDイメージャを示す図解図である。
【図3】図1実施例に適用されるタイミングジェネレータの一部を示すブロック図である。
【図4】カメラモードにおける図1実施例の動作の一部を示すタイミング図である。
【図5】カメラモードにおける図1実施例の動作の一部を示す図解図である。
【図6】シャッタボタンが操作されたときの図1実施例の動作の一部を示すタイミング図である。
Claims (3)
- 複数の転送領域を持つ垂直転送レジスタと前記垂直転送レジスタの出力端に接続された水平転送レジスタと前記複数の転送領域にそれぞれ割り当てられた複数の受光素子とを有するインターライン転送方式のCCDイメージャ、
電子シャッタ方式で前記CCDイメージャの露光を制御する露光制御手段、
前記露光制御手段の露光によって生成された電荷を前記複数の受光素子の少なくとも一部から前記垂直転送レジスタに読み出す読み出し手段、
前記読み出し手段によって前記垂直転送レジスタに読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段、
前記垂直転送手段の転送によって前記水平転送レジスタに到達した電荷を水平方向に転送する水平転送手段、
前記CCDイメージャから出力された電荷に基づいて1画面の画像信号を生成する生成手段、
撮影指示を入力する指示キー、
前記CCDイメージャの前面に配置されるかつ前記CCDイメージャへの光の入射を遮断するシャッタ部材、および
前記指示キーの操作に応答して前記シャッタ部材を駆動する駆動手段を備え、
前記露光制御手段は、第1期間の第1露光を行い、前記第1露光の後に前記第1期間よりも短い第2期間の第2露光を行い、前記読み出し手段は、前記第1露光および前記第2露光によってそれぞれ生成された第1電荷および第2電荷を前記複数の受光素子のうち垂直方向に間欠的に存在する特定受光素子から前記垂直転送レジスタに読み出し、前記垂直転送手段は、前記垂直転送レジスタ上で前記第2電荷が前記第1電荷と互い違いになるように前記第1電荷を所定距離にわたって垂直方向に転送し、前記生成手段は前記CCDイメージャから出力された前記第1電荷と前記第2電荷とに基づいて1画面分の第1画像信号を生成し、
前記露光制御手段は、前記指示キーの操作に応答して第3期間の第3露光を行ない、前記第3露光の後に第4露光を開始し、前記読み出し手段は、前記第3露光によって生成された第3電荷を前記複数の受光素子から前記垂直転送レジスタに読み出し、前記第4露光によって生成された第4電荷を前記第3電荷の垂直転送が完了した後に前記複数の受光素子から前記垂直転送レジスタに読み出し、前記駆動手段は前記第4露光の開始時から前記第3期間とは異なる第4期間が経過したときに前記シャッタ部材を駆動し、前記生成手段は、前記CCDイメージャから出力された前記第3電荷および前記第4電荷に基づいて1画面分の第2画像信号を生成する、ディジタルカメラ。 - 前記第1画像信号に対応する画像を表示するモニタをさらに備える、請求項1記載のディジタルカメラ。
- 前記第2画像信号を圧縮状態で記録媒体に記録する記録手段をさらに備える、請求項1または2記載のディジタルカメラ。
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