JP4579098B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明はCCDイメージセンサなどの固体撮像素子を用いた撮像装置に関するものであり、静止画におけるぶれ補正機能を有する静止画撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus using a solid-state image pickup device such as a CCD image sensor, and relates to a still image pickup apparatus having a blur correction function for a still image.
被写体を撮像しようとするとき、被写体が静止していても、撮影者がシャッタボタンを押す際に撮像装置を動かしてしまうことで撮像画像がぶれてしまうことは良く知られた現象であり、これは一般に「手ぶれ」と表現される。「手ぶれ」の再現頻度は被写体が撮像される環境の照度が低く、シャッタスピードが遅くなる(電荷蓄積時間が長くなる)ほど高くなる。 It is a well-known phenomenon that when taking an image of a subject, even if the subject is stationary, the captured image is blurred by moving the imaging device when the photographer presses the shutter button. Is generally expressed as “camera shake”. The reproduction frequency of “camera shake” increases as the illuminance of the environment in which the subject is imaged decreases and the shutter speed decreases (the charge accumulation time increases).
この「手ぶれ」による撮像画像に対し、機構的に、あるいは画像処理により補正を加え、「手ぶれ」による画像の劣化を減少させ、撮像画像の品質を向上しようとする技術が広く検討されている。例えば、角速度や角加速度を検出するセンサを用いて撮像装置の変位(角度)を検出し、この変位を打ち消す方向に、光学レンズ、や固体撮像素子自体を移動させることにより「手ぶれ」を補正する技術がある。 A technique for improving the quality of a captured image by correcting the captured image due to “shake” mechanically or by image processing to reduce image degradation due to “shake” has been widely studied. For example, by detecting a displacement (angle) of the imaging apparatus using a sensor that detects angular velocity or angular acceleration, and moving the optical lens or the solid-state imaging device itself in a direction to cancel the displacement, “camera shake” is corrected. There is technology.
例えば、角速度センサによる手ぶれ検出手段を設け、手ぶれ検出結果ならびに補正光学系の位置検出結果に応じて、像のぶれを低減または消滅させる方向に前記補正光学系を駆動制御する手段を設けた像ぶれ補正装置を備えた撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 For example, an image blur detection unit using an angular velocity sensor is provided, and a unit for driving and controlling the correction optical system in a direction to reduce or eliminate the image blur according to the camera shake detection result and the position detection result of the correction optical system is provided. An imaging device including a correction device is known (see, for example, Patent Document 1).
従来の別の撮像装置では、画像処理による手ぶれ補正処理を行っている。例えば、電荷蓄積時間を制御して複数回の連続した露光を与え、得られた複数の撮像画像を加算して一つの画像を生成することとし、加算に際しては各露光において得られる画像間で相対的な動き補償を行い、画像間の被写体ずれを補正した後に行う画像処理手段を備えた撮像装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In another conventional imaging apparatus, camera shake correction processing by image processing is performed. For example, the charge accumulation time is controlled to give a plurality of consecutive exposures, and a plurality of obtained images are added to generate a single image. There is known an imaging apparatus provided with an image processing means that performs an automatic motion compensation and corrects a subject shift between images (see, for example, Patent Document 2).
また、同じ画像処理による手ぶれ補正処理手段を有する撮像装置であるが、手ぶれによって発生した連続するフィールド間画像の動きベクトルをもとに動き予測ならびに動き検出を行い、画像の切り出し位置(画像メモリからの読み出し位置)を変えることで手ぶれの補正を行なうものも知られている(例えば、非特許文献1参照)。 In addition, the image pickup apparatus includes a camera shake correction processing unit based on the same image processing, and performs motion prediction and motion detection based on a motion vector of continuous inter-field images generated by camera shake, and extracts an image clipping position (from an image memory). There is also known one that corrects camera shake by changing the reading position (see, for example, Non-Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1に記載された従来の撮像装置では、手ぶれによる振動を相殺するための機構部品が必要であり、またその装置を駆動するためのアクチュエータやモーターが必要であり、撮像装置が大型化するとともに消費電力、コストも増大するという問題がある。さらに機構部品が落下衝撃の影響を受けるために、対衝撃設計を行う必要がある。
However, the conventional imaging device described in
また、上記特許文献2に記載された従来の別の撮像装置では、複数回の連続した露光を与えることによって得られた複数の撮像画像を加算するため、これら複数の撮像画像数すべてを記憶するための別途フレームメモリが必要となる。
Further, in another conventional imaging device described in
さらに、上記非特許文献1に記載されたように、連続するフィールド間画像の動きベクトルをもとに手ぶれ補正を実施した場合、動画には有効であるが、1枚の画像内に発生している手ぶれについては補正できないため、静止画の手ぶれ補正には使用できない。また、画像メモリから画像を切り出すため、必要なメモリ容量も増大する。
Furthermore, as described in Non-Patent
なお、手ぶれ以外の理由で発生する画像のぶれ、例えば撮像装置が車両などの移動体に搭載され、移動しながら撮像を行う場合の、被写体に対する撮像装置の相対的な動きによって生じる画像のぶれについても同じような問題がある。 Note that image blur caused by reasons other than camera shake, such as image blur caused by relative movement of the imaging device with respect to the subject when the imaging device is mounted on a moving body such as a vehicle and imaging is performed while moving, is performed. There is a similar problem.
本発明は上述したような課題を解決するためになされたもので、特殊な機構部品や大容量のメモリを必要とせず、固体撮像素子内でぶれ補正を実施することにより、小型で低コストの撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and does not require a special mechanism component or a large-capacity memory, and is small and low-cost by performing blur correction in a solid-state imaging device. An object is to provide an imaging device.
本発明は、
被写体からの光を受けて光電変換を行う光電変換部を備えた撮像素子であって、
前記光電変換部に蓄積される画像電荷を、電荷蓄積時間の間にN回(Nは2以上の整数)に分けて読み出す読み出し手段と、
前記読み出し手段によって読み出された画像電荷を一時保持する画像保持手段と、
前記画像保持手段に保持された画像電荷をシフトする画像シフト手段と
を備えた撮像素子と、
前記撮像素子の動きを検出する動き検出手段と、
前記読み出し手段によって、第1回目に読み出され、前記画像保持手段に保持された画像電荷を、前記動き検出手段によって検出された動き量に応じた第1の移動量だけシフトし、該シフトされた画像電荷に、前記読み出し手段によって第2回目に読み出された画像電荷を前記画像保持手段で加算する処理を行わせ、
Nが2よりも大きい場合には、さらに、前記読み出し手段によって、第n回目(nは2乃至(N−1)の整数)に読み出された画像電荷の加算の結果得られる画像電荷を、前記動き検出手段によって検出された動き量に応じた第nの移動量だけシフトし、該シフトされた画像電荷に、前記読み出し手段によって第(n+1)回目に読み出された画像電荷を前記画像保持手段で加算する処理を、nが2から(N−1)まで順に繰り返し行わせる
制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記画像電荷シフト手段による画像電荷の移動量があらかじめ定めた上限値を超えないように画像電荷の読み出し回数を増やす
ことを特徴とする撮像装置を提供する。
The present invention
An imaging device including a photoelectric conversion unit that receives light from a subject and performs photoelectric conversion ,
Reading means for reading an image charge accumulated in the photoelectric conversion unit, N times during the charge accumulation time (N is an integer of 2 or more) is divided into,
Image holding means for temporarily holding the image charges read by the reading means;
Image shifting means for shifting the image charge held in the image holding means;
An image sensor comprising:
Motion detection means for detecting the motion of the image sensor;
The image charge read out for the first time by the reading means and held in the image holding means is shifted by a first movement amount corresponding to the amount of movement detected by the motion detecting means, and the shifted image charge is shifted. to the image charge, the second time to read image charges by the readings out means to perform the process of adding in the image holding unit,
When N is larger than 2, the image charge obtained as a result of addition of the image charges read out n-th time (n is an integer from 2 to (N−1)) by the reading unit, and the n-th shift movement amount of corresponding to the movement amount detected by the movement detector, in the shifted image charges, said first (n + 1) th to the read image charges by the readings out means Control means for repeatedly performing the process of adding by the image holding means from 2 to (N-1) in order,
The control means provides an imaging device characterized in that the number of times image charge is read is increased so that the amount of movement of image charge by the image charge shift means does not exceed a predetermined upper limit value.
本発明によれば、特殊な機構装置やメモリを必要とせずに固体撮像素子内でぶれ補正を実施することにより小型で低コストの撮像装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a small-sized and low-cost imaging device by performing blur correction in a solid-state imaging device without requiring a special mechanism device or memory.
以下、画像のぶれが手ぶれによるものである場合について、説明するが、本発明は、手ぶれ以外の理由で発生する画像のぶれにも適用可能である。例えば、自動車やその他の移動体に搭載され、移動しながら撮影を行うカメラであって、あらかじめ主たる動きの方向が分っている場合に適用できる。 Hereinafter, the case where the image blur is caused by camera shake will be described. However, the present invention is also applicable to image blur that occurs for reasons other than camera shake. For example, the present invention can be applied to a camera that is mounted on an automobile or other moving body and performs shooting while moving and the direction of the main movement is known in advance.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における撮像装置の基本構成を示す図である。図示のようにこの撮像装置は、レンズ1と、固体撮像素子2と、アナログ信号処理部3と、画素信号A/D変換部4と、信号処理部5と、表示手段6と、CPU7と、タイミングジェネレータ8と、手ぶれセンサ9と、動き信号A/D変換部10と、積算部11と、レンズ駆動部12とを有する。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an imaging apparatus according to
レンズ1を通して入射した被写体像を固体撮像素子2で光電変換する。このレンズ1は焦点距離が可変なズームレンズとして機能する。レンズ駆動部12からの制御信号によって、レンズ1は光軸上で前後へ移動し、焦点距離を連続的に変えることができる。この制御信号はCPU7から出力される。
A subject image incident through the
固体撮像素子2は、図2に示すように、複数の光電変換素子列20を有する光電変換部19と、それぞれ光電変換素子列20に対応し、隣接して設けられた複数の垂直転送部22と、光電変換素子列20と垂直転送部22の間に位置する読み出しゲート部24と、水平転送部27と、出力増幅器28とを有する。
各光電変換素子列20は、撮像画面上の第1の方向、例えば垂直方向に列をなす複数の画素位置に配置され、被写体(図示しない)からの光をレンズ1を介して受けて光電変換を行なう複数の光電変換素子21を有する。
各垂直転送部22は、対応する光電変換素子列20の光電変換素子21にそれぞれ対応して設けられ、対応する光電変換素子21で蓄積された電荷が、読み出しゲート部24のそれぞれの読み出しゲート25を介して転送され、かつ相互間で垂直方向に電荷の転送を行う複数の転送素子23から成る。
水平転送部27は、垂直転送部22で転送され、垂直転送部22から出力された電荷を受けて、第1の方向と直交する第2の方向、例えば水平方向に転送する。
出力増幅器28は、水平転送部27を転送され、水平転送部27から出力された電荷を増幅して出力する。
As shown in FIG. 2, the solid-
Each photoelectric
Each
The
The
光電変換部19の光電変換素子21における光電変換によって、光の強さに応じた量の電荷が蓄積され、読み出しパルスTGによって、電荷が読み出しゲート部24を介して垂直転送部22に取り出され、4相のパルスφV1、φV2、φV3、φV4から成る垂直転送パルスVDPによって水平転送部27方向へ逐次転送される。水平転送部27では1ライン分の画素が入るたびに2相のパルスφH1、φH2から成る水平転送パルスHDPによって水平方向に電荷の転送を行ない、出力増幅器28で信号電圧に変換して信号を出力する。
The photoelectric conversion in the
本願では簡単のため、垂直転送部22内の転送を単に「垂直転送」と言い、水平転送部27内の転送を単に「水平転送」と言うことがある。
In the present application, for simplicity, the transfer in the
上記の垂直転送パルスVDPによって、垂直転送部22内の電荷を水平転送部27の方向(図2の垂直転送部22内の矢印FWの方向。以下「順方向」と呼ぶことがある)へ転送するだけではなく、水平転送部27から離れる方向(図2の垂直転送部22内の矢印FWと反対方向。以下「逆方向」と呼ぶことがある)へ転送することも可能である。また、垂直転送パルスVDPを印加しない時は、垂直転送部22は画像保持手段としての働きを有し、読み出しゲート部24を介して垂直転送部22に取り出された電荷を、垂直転送部22内で順方向にも逆方向にも移動させず、取り出された位置に保持することができる。
垂直転送部22の各転送素子23は、内部に保持されている電荷と、対応する光電変換素子21から転送される電荷とを加算する画像加算手段乃至画像合成手段としても機能する。
With the above-described vertical transfer pulse VDP, charges in the
Each
図3は、図2における縦方向に並んだ4画素を拡大して示す図である。符号PXは一つの画素を示す。各画素は、光電変換素子21、読み出しゲート25ならびに転送素子23を備える。本実施の形態では4相の垂直転送パルスVDPを用いており、1画素あたり4個の電極26a〜26dが存在する。光電変換素子21にて光電変換されて蓄積された電荷は、読み出しゲート25を介して転送素子23に読み出される。以下に述べるように、4相の垂直転送パルスVDPの電圧を所定の時系列で変化させることにより、垂直転送部22内の電荷を所望の画素数分だけ順方向にも、逆方向にも転送することができる。
FIG. 3 is an enlarged view showing four pixels arranged in the vertical direction in FIG. A symbol PX indicates one pixel. Each pixel includes a
固体撮像素子の光電変換部19の光電変換素子21は、それぞれ異なる色の色フィルタで覆われ、該色フィルタが所定の繰り返しパターンで周期的に配列されている。この周期的配列は、図4に示すようにベイヤ型であっても良い。色フィルタは、例えば赤(R),緑(G),青(B)の色フィルタであり、R,G,Bの色フィルタで覆われた光電変換素子からは、R,G,Bの画素信号が得られる。図4で、符号Hは、撮像画面上の横軸、即ち水平方向軸を示し、水平方向軸に沿う1、2、…mは水平方向軸上の座標値を表し、符号Vは、撮像画面上の縦軸、即ち垂直方向軸を示し、垂直方向軸に沿う1、2、…nは垂直方向軸上の座標値を表す。
The
なおまた、図4に示すベイヤ配列の代わりに、図5に示すハニカム配列のものを用いても良い。ハニカム配列は、ベイヤ配列を45度回転させたものであり、ハニカム配列においては、撮像素子は各々略正八角形の各画素の光電変換素子を有し、垂直転送部22は画素列に沿って(隣接する画素列間を)蛇行する形状をしている。
In addition, instead of the Bayer array shown in FIG. 4, the honeycomb array shown in FIG. 5 may be used. The honeycomb array is obtained by rotating the Bayer array by 45 degrees, and in the honeycomb array, the imaging elements each include photoelectric conversion elements of pixels that are substantially regular octagons, and the
再び図1を参照し、固体撮像素子2から得られるR、G、Bの出力信号(画素信号)は、アナログ信号処理部3において、相関二重サンプリング処理(CDS)ならびに自動利得制御増幅処理(AGC)が施される。
固体撮像素子2に供給される、読み出しパルスTG、垂直転送パルスVDP、及び水平転送パルスHDP、並びに後述のオーバーフロードレインパルスOFD(これらを総称して「固体撮像素子の駆動用パルス」と呼ぶことがある)、並びにアナログ信号処理部3に供給されるCDSのためのサンプリングパルスDSPは、タイミングジェネレータ8によって供給される。これらのパルスの発生のタイミングは、CPU7によって制御される。また、アナログ信号処理部3におけるAGCも、CPU7からの制御信号によって行われる。
Referring to FIG. 1 again, output signals (pixel signals) of R, G, and B obtained from the solid-
A readout pulse TG, a vertical transfer pulse VDP, a horizontal transfer pulse HDP, and an overflow drain pulse OFD (to be described later) supplied to the solid-state imaging device 2 (collectively referred to as “a solid-state imaging device driving pulse”). The sampling pulse DSP for CDS supplied to the analog
アナログ信号処理部3の出力信号は、画素信号A/D変換部4にてデジタル信号に変換された後、信号処理部5にて映像信号処理され、表示手段6において表示可能な映像信号になる。信号処理部5では、RGB信号から輝度色差信号(YCbCr)への変換、ホワイトバランス補正、γ(ガンマ)補正、色補間処理および輪郭強調補正等の画像処理が行われる。LCDなどなどで構成された表示手段6は、信号処理部5から出力された映像信号を表示する。静止画を撮影する際、撮影者は表示手段6に映る被写体の画像を見ながら構図を決める。
The output signal of the analog
手ぶれセンサ9は、撮影者が被写体を撮像する際の撮像装置本体、特にその固体撮像素子2の上記第1の方向(垂直方向)の動きを感知する動き検出手段として用いられている。なお、ここで「第1の方向の動きを感知する」とは、第1の方向の動きのみを感知するものであっても良く、他の方向の動きをも感知するが、第1の方向の動きの成分を表す信号を取り出し得るものであっても良い。手ぶれセンサ9は例えば角速度を検知する素子であり、得られた角速度を時間積分することで、振動による変位量および変位方向を得ることができる。この手ぶれセンサ9によって検出した角速度信号は動き信号A/D変換部10にてデジタル信号に変換された後、CPU7に出力される。なお、手ぶれセンサ9としては、角速度センサに限られず、代わりに角加速度センサ、加速度センサまたは地磁気センサ等を用いることも可能であり、それぞれのセンサ信号に応じた適正な信号処理を行なうことで、角速度センサを用いた場合と同様の効果を得ることができる。
The
CPU7は本撮像システムを総括して制御を行うとともに、各種演算を実施する手段として機能している。信号処理部5からの映像信号データに基づき、自動露光制御(AE)/自動ホワイトバランス制御(AWB)を行うとともに、アナログ信号処理部3に対する増幅利得の設定、タイミングジェネレータ8で生成される固体撮像素子2の駆動用パルスの発生の制御、ならびにレンズ駆動部12の制御信号の生成を行う。
積算部11は、信号処理部5から入力される1画面分の映像信号の積算を行う。積算結果は、撮像画像の明るさを表すものであり、CPU7はこれに基づいて、オーバーフロードレインパルスOFDの生成を制御し、これにより電荷蓄積時間の制御を行う。
The
The integrating
さらにCPU7は、動き信号A/D変換部10にてデジタル信号に変換された角速度信号を積分し、撮像装置に生じたぶれの角度と方向を計算し、さらにこの計算値をもとに手ぶれ量を画像のぶれの画素数に換算する機能も有する。
Further, the
また、後に詳しく述べるように、垂直転送部22(図2参照)内で電荷を移動させるための垂直転送パルスVDPの波形、ならびにこの垂直転送パルスVDPの発生タイミングを決定する。この決定された垂直転送パルスVDPの波形及び発生タイミングに基づいてタイミングジェネレータ8へ制御信号を出力し、この制御信号に基づいて、タイミングジェネレータ8は固体撮像素子2の駆動用パルス信号の発生を行う。このように、CPU7が生成する制御信号を受け取ったタイミングジェネレータ8は、後述する垂直転送部22内で電荷を移動させる垂直転送信号発生手段として機能する。
Further, as will be described in detail later, the waveform of the vertical transfer pulse VDP for moving charges in the vertical transfer unit 22 (see FIG. 2) and the generation timing of the vertical transfer pulse VDP are determined. A control signal is output to the
さらに、CPU7とタイミングジェネレータ8は、手ぶれセンサ9で動きが検出されたときに、光電変換素子から転送素子への転送(読み出し)のための読み出しパルスのタイミングを制御し、所定のフレーム期間の間に複数回画像を読み出すための制御も行う。
Further, the
図6は、本実施の形態において手ぶれ補正を行うための構成要素を機能ブロック図で表したものである。レンズ1を通して入射する光像は電荷蓄積手段31にて光電変換され、電荷が蓄積される。
電荷蓄積手段31は、本実施の形態では図2における、光電変換部19で構成される。動き検出手段32は撮像装置の動きを検出する手段であり、図1の手ぶれセンサ9で構成される。
合成手段33は、動き検出手段32で検出された、所定の時間当たりの動きの量(BL)が所定値以上のときに、レンズ1を介して固体撮像素子2上に結像した光像に対応する、所定のフレーム期間の中の第1乃至第N(Nは2以上の整数)の画像信号を読み出して、該読み出された第1乃至第Nの画像信号を、それぞれ検出された動きの量に応じた画素数分シフトさせて合成する。
合成手段33は、図示のように、読み出し手段34と、画像保持手段35と、画像シフト手段36とを有する。
実施の形態1では、画像読み出し手段34は、読み出しゲート部24で構成され、画像保持手段35及び画像シフト手段36はともに垂直転送部22で構成され、制御手段37は、CPU7とタイミングジェネレータ8で構成される。
FIG. 6 is a functional block diagram showing components for performing camera shake correction in the present embodiment. The light image incident through the
In this embodiment, the
The synthesizing unit 33 generates an optical image formed on the solid-
As shown in the figure, the synthesizing unit 33 includes a
In the first embodiment, the
読み出し手段34は電荷蓄積手段31で蓄積される画像電荷を、電荷蓄積時間の間にN回(Nは2以上の整数)に分けて読み出す。
画像保持手段35は読み出し手段34によって読み出された画像電荷を一時保持する。
画像シフト手段36は画像保持手段35によって保持された画像電荷をシフトする。
上記した画像保持手段35は、シフトされた画像電荷と、読み出し手段34で読み出された画像電荷とを加算する機能をも有する。
The reading means 34 reads the image charges accumulated in the charge accumulating means 31 in N times (N is an integer of 2 or more) during the charge accumulation time.
The
The
The
制御手段37は、第1回目に読み出され、画像保持手段35に保持された画像電荷を、動き検出手段32によって検出された動き量に応じた第1の移動量だけシフトし、シフトされた画像電荷に、画像読み出し手段34によって第2回目に読み出された画像電荷を、画像保持手段35で加算する。移動量は、例えば画素数で表される。
Nが2よりも大きい場合には、制御手段37は、さらに、第n回目(nは2乃至(N−1)の整数)に読み出された画像電荷の加算の結果得られる画像電荷を、動き検出手段32によって検出された動き量の第nの移動量だけシフトし、シフトされた画像電荷に、画像読み出し手段34によって第(n+1)回目に読み出された画像電荷を、画像保持手段35で加算する処理を2から(N−1)まで順に繰り返し行わせる。即ち、Nが2よりも大きい場合、制御手段37は、読み出し手段34によって、第1回目に読み出され、画像保持手段35に保持された画像電荷を、動き検出手段32によって検出された動き量に応じた第1の移動量だけシフトし、該シフトされた画像電荷(第1回目の読み出され、シフトされた画像電荷)に、画像読み出し手段34によって第2回目に読み出された画像電荷を画像保持手段35で加算し、同様に第2回目に読み出された画像電荷と、第1回目に読み出された画像電荷の加算の結果得られた画像電荷を、動き検出手段32によって検出された動き量に応じた第2の移動量だけシフトし、該シフトされた画像電荷に、画像読み出し手段34によって第3回目に読み出された画像電荷を画像保持手段35で加算し、以下第N回目の読み出し、加算が終わるまで、同様の処理を繰り返す。
The
When N is larger than 2, the
例えば、電荷蓄積の開始から第1回目の読み出しまでの期間(この期間を「第1の画像生成期間」と呼ぶことがある)と、各回の読み出しから次の読み出しまでの期間(第n回目の読み出しから第(n+1)回目の読み出しまでの期間を「第nの画像生成期間」と呼ぶことがある)が互いに略同じ長さを有し、動きの量が、該動きの量に対応する撮像素子の画素の数で表され、動きの量に応じた上記第1の移動量及び第nの移動量が、動きの量の1/Nに設定される。 For example, a period from the start of charge accumulation to the first reading (this period may be referred to as a “first image generation period”) and a period from each reading to the next reading (the n-th reading). The period from the readout to the (n + 1) th readout may be referred to as the “nth image generation period”), and the amount of motion corresponds to the amount of motion. The first movement amount and the nth movement amount, which are represented by the number of pixels of the element and correspond to the amount of movement, are set to 1 / N of the amount of movement.
本実施の形態の固体撮像素子2は、例えばインターライン型のCCD撮像素子であって、線順次走査により水平方向に1ラインずつ順番にすべての画素信号を読み出す「全画素読み出し」方式に対応している。
The solid-
図7は合成手段33の動作を経時的に示した模式図である。所定のフレーム期間の電荷蓄積期間をN分割した第1乃至第Nの画像生成期間の各々に生成された画像を表す画像信号に、本実施の形態の手ぶれ補正のため、シフトを行なった後加算することで合成を行う動作を示している。第1の画像生成期間GC1は、1番目の画像(第1の画像)を得るために光電変換部19にて電荷蓄積を行う期間を示しており、以下第2の画像生成期間GC2乃至第Nの画像生成期間GCNは同様の意味をもつ。第1の画像生成期間GC1における電荷蓄積で形成された第1の画像を表す画像信号を垂直転送部22に読み出し(RD1)た後、第2の画像の表す画像信号を得るために光電変換部19にて電荷蓄積(GC2)を行う間に、該第1画像を表す画像信号を画像シフト手段36により動き量の1/Nに応じた画素数だけシフトし(SH1)、第2画像の読み出しまで画像保持手段35によりシフト後の画素位置に保持する(HL1)。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the operation of the synthesizing means 33 over time. Add to the image signal representing the image generated in each of the first to Nth image generation periods obtained by dividing the charge accumulation period of the predetermined frame period by N for the purpose of camera shake correction in this embodiment. This shows the operation of synthesizing. The first image generation period GC1 indicates a period during which charge is accumulated in the
その後、該画像保持手段35により画素位置に保持した状態の画像信号を、第2の画像を表す画像信号と画像加算手段34により加算し(AD1)、該加算した画像を画像シフト手段36により、動き量の1/Nに応じた画素数だけシフトし(SH2)、第3の画像の読み出しまで画像保持手段35によりシフト後の画素位置に保持する(HL2)。その後、該画像保持手段35により画素位置に保持した状態の画像信号を、第3の画像を表す画像信号と画像加算手段34により加算する(AD2)。以下、第Nの画像を表す画像信号を加算するまで同様の動作繰り返して、合成された画像信号を得る。
Thereafter, the image signal held at the pixel position by the image holding means 35 is added by the image adding means 34 to the image signal representing the second image (AD1), and the added image is obtained by the image shifting means 36. The pixel is shifted by the number of pixels corresponding to 1 / N of the amount of movement (SH2), and held at the pixel position after the shift by the
図2及び図3に示される、固体撮像素子2の垂直転送部22内の電荷を順方向に転送する具体的な手法を、垂直転送パルスVDPの電位変化のタイミングチャートである図8および図9を用いて説明する。図8は、各電極の垂直転送パルスVDPの4相のパルスφVi(i=1、2、3、4)のタイミングチャートであり、横軸に時刻を、縦軸に4つの電極26a〜26dに与えられる電位を並べて示している。図9は、図8に示す垂直転送パルスVDPを各電極に与えた時の、電荷移動の様子を示す図である。図9において、横軸は垂直転送部22の転送素子23の電極26a〜26dの位置を示し、縦軸には各電極の電子のポテンシャルエネルギーφi(=−eφVi)と電荷QCの分布の経時変化(異なる時刻t=a1乃至a9における電荷分布)が示してある。
FIGS. 8 and 9 are timing charts of potential change of the vertical transfer pulse VDP, as a specific method for transferring the charge in the
次に動作を説明する。図8において、時刻a1では電極26bの電位φV2と電極26cの電位φV3が+Vであり、電極26aの電位φV1と電極26dの電位φV4が0Vであるため、図9に示すように、電極26bと電極26cに電位井戸が形成されて電荷QCが蓄積される。次に時刻a2にて電極26dにバイアス電圧+Vを印加すると、電極26bと電極26cにあった電荷QCは、電極26bから電極26dに拡散する。次に時刻a3にて電極26bを無バイアスにすると、電荷QCは電極26cから電極26dに収束し、結果として、時刻a1からa3において、電荷QCは順方向(図9において右方向)へ1電極分だけ移動したことになる。
Next, the operation will be described. In FIG. 8, since the potential φV2 of the
時刻a4では電極26aにバイアス電圧+Vを印加し、時刻a5で電極26cを無バイアスにすることにより、電荷QCはさらに1つの電極分だけ順方向に移動する。時刻a6では電極26bにバイアス電圧+Vを印加し、時刻a7で電極26dを無バイアスにすることにより、電荷QCはさらに1つの電極分だけ順方向へ移動する。時刻a8では電極26cにバイアス電圧+Vを印加し、時刻a9で電極26aを無バイアスにすることにより時刻a1の状態と同じになる。すなわち、時刻a1から時刻a9において、1画素分電荷QCを順方向へ移動したことになる。
By applying a bias voltage + V to the
他方、垂直転送部内の電荷QCを逆方向に転送する場合に関して、図10および図11を用いて説明する。電荷QCを順方向に転送する場合の説明に用いた図8が図10に、図9が図11にそれぞれ対応している。また、時刻a1からa9は、b1からb9にそれぞれ対応している。 On the other hand, a case where the charge QC in the vertical transfer unit is transferred in the reverse direction will be described with reference to FIGS. 8 used for the description of the case where the charge QC is transferred in the forward direction corresponds to FIG. 10, and FIG. 9 corresponds to FIG. Times a1 to a9 correspond to b1 to b9, respectively.
次に動作を説明する。図10において、時刻b1では電極26bと電極26cにバイアス電圧+Vが掛かり、電極26aと電極26dは無バイアスで0Vであるため、図11に示すように、電極26bと電極26cに電位井戸が形成されて電荷QCが蓄積されている。次に時刻b2にて電極26aにバイアス電圧+Vを印加すると、電極26bと電極26cにあった電荷QCは、電極26aから電極26cに拡散する。次に時刻b3にて電極26cを無バイアスにすると、電荷QCは電極26aから電極26bに収束し、結果として、時刻b1からb3において、電荷QCは逆方向(図11において左方向)へ1電極分だけ移動したことになる。
Next, the operation will be described. In FIG. 10, at time b1, the bias voltage + V is applied to the
時刻b4では電極26dにバイアス電圧+Vを印加し、時刻b5で電極26bを無バイアスにすることにより、電荷QCはさらに1つの電極分だけ逆方向に移動する。時刻b6では電極26cにバイアス電圧+Vを印加し、時刻b7で電極26aを無バイアスにすることにより、電荷QCはさらに1つの電極分だけ逆方向へ移動する。時刻b8では電極26bにバイアス電圧+Vを印加し、時刻b9で電極26dを無バイアスにすることにより時刻b1の状態と同じになる。すなわち、時刻b1から時刻b9において、1画素分電荷を逆方向へ移動したことになる。
By applying a bias voltage + V to the
本実施の形態においては、上述したように、電荷の拡散ステップ後に収束ステップを行ない、これを繰り返すことで電荷の転送を実現しているが、拡散と収束のステップを同時に行なっても電荷の転送は可能である。例えば、図9の時刻a2の拡散と時刻a3の収束を同時に行なう、すなわち電極26dへのバイアス電圧印加と電極26bの無バイアス化を同時に行なうことによっても同様の電荷の転送は達成できる。あるいは、図9において時刻a3の収束と時刻a4の拡散を同時に行なっても、同様に電荷の転送が可能である。
In the present embodiment, as described above, the convergence step is performed after the charge diffusion step and the charge transfer is realized by repeating this. However, the charge transfer is performed even if the diffusion and convergence steps are performed simultaneously. Is possible. For example, similar charge transfer can be achieved by simultaneously performing diffusion at time a2 and convergence at time a3 in FIG. 9, that is, by simultaneously applying a bias voltage to the
さらに、本実施の形態では4相の垂直転送パルスVDPによって電荷を転送しているが、4相に限るものではなく、3相以上であれば、同様の方法により電荷の転送は可能である。同様に水平転送パルスHDPについても2相のものを用いているがこれに限るものではない。 Furthermore, in this embodiment, charges are transferred by a four-phase vertical transfer pulse VDP. However, the transfer is not limited to four phases, and charges can be transferred by the same method as long as there are three or more phases. Similarly, the horizontal transfer pulse HDP is a two-phase one, but is not limited thereto.
また、本実施の形態では撮像素子としてCCD撮像素子を用いたが、これに限るものではなく、例えば前述の合成手段33と同等の手段を備えたCMOS(Complementary metal oxide semiconductor)型撮像素子であっても構わない。 In the present embodiment, a CCD image sensor is used as the image sensor. However, the present invention is not limited to this. For example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor including means equivalent to the above-described combining means 33 is used. It doesn't matter.
次に本発明で補正の対象となる「手ぶれ」の概念について説明する。図12(a)は撮像者が被写体を撮像する際に、上下(ピッチング)方向に手ぶれをしたときの手ぶれ方向と撮像画像との関係を示した図である。ここで被写体は円形の光源LSであり、手ぶれをおこさずに撮像したときの撮像画像を図12(c)に示す。丸い被写体形状を保持した画像LSbが撮像される。 Next, the concept of “camera shake” to be corrected in the present invention will be described. FIG. 12A is a diagram illustrating a relationship between a camera shake direction and a captured image when the camera operator shakes a camera shake in the vertical (pitching) direction when imaging a subject. Here, the subject is a circular light source LS, and a captured image when captured without causing camera shake is illustrated in FIG. An image LSb holding a round subject shape is captured.
撮像者HYは、最初に光軸が地面GLと線HLに一致するように撮像装置PGを構え、シャッタボタンSBを押す。手ぶれはこのときに生じ、手ぶれによって撮像装置PGの光軸OXが上向きになる方向((+)方向)に動いた場合、図12(b)に示すように撮像画像Laには、符号TRaで示すように下方向に尾引きが生じ、一方撮像装置PGの光軸OXが下向きになる方向((−)方向)に動いた場合、図12(d)に示すように撮像画像Lcには、符号TRcで示すように上方向に尾引きが生じる。 The photographer HY first holds the imaging device PG so that the optical axis coincides with the ground GL and the line HL, and presses the shutter button SB. Camera shake occurs at this time, and when the optical axis OX of the imaging device PG moves upward ((+) direction) due to camera shake, the captured image La is represented by the symbol TR as shown in FIG. As shown in FIG. 12D, when tailing occurs in the downward direction and the optical axis OX of the imaging device PG moves in the downward direction ((−) direction), the captured image Lc has As indicated by the symbol TRc, tailing occurs in the upward direction.
本発明は図12(b)、(d)に再現される被写体像LSa、LScの尾引きTRa、TRbを低減した高品質な撮像画像を実現することを目的としている。なお、手ぶれによる画質劣化はほとんどの場合、撮像者HYがシャッタボタンSBを押す動作に起因した撮像装置の回転等により生じる。この回転方向はシャッタボタンSBの押し下げ方向とほぼ一致するため、押し下げ方向に対応する一次元的な補正により、実用上十分な補正が可能である。本実施の形態においては、垂直転送部22において電荷を転送する方向(撮像画面上の垂直方向)を、上記した手ぶれが生じ易い方向を対応させる(撮像画面が垂直に設けられている場合には、垂直転送部22において電荷を転送する方向(撮像画面上の垂直方向)を、手ぶれが生じ易い方向に略平行とする)ことで良好な手ぶれ動作を達成している。
An object of the present invention is to realize a high-quality captured image in which the tails TRa and TRb of the subject images LSa and LSc reproduced in FIGS. 12B and 12D are reduced. In most cases, the image quality degradation due to camera shake is caused by rotation of the imaging device or the like caused by the operation of the photographer HY pressing the shutter button SB. Since this rotation direction substantially coincides with the pressing direction of the shutter button SB, a practically sufficient correction is possible by one-dimensional correction corresponding to the pressing direction. In the present embodiment, the direction in which charges are transferred in the vertical transfer unit 22 (vertical direction on the imaging screen) corresponds to the direction in which camera shake is likely to occur (when the imaging screen is provided vertically). In the
図13(a)〜(g)、図14(a)〜(g)、及び図15(a)〜(g)は本実施の形態における撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
図13(a)、図14(a)及び図15(a)は、シャッタ信号BPであり、シャッタの押下が検出された時点Tonで高レベルから低レベルへの遷移が起きる。
図13(b)、図14(b)及び図15(b)は垂直同期信号VDであり、原則として所定の周期(垂直周期)で発生するが、CPU7によるAE制御によって決定された電荷蓄積時間次第では、垂直同期信号VDが抑制され、通常よりも長い、図示の例では通常の4倍の長さを有するフレーム期間FP(3)が形成される。
FIGS. 13A to 13G, FIGS. 14A to 14G, and FIGS. 15A to 15G are timing charts showing the operation of the imaging apparatus according to the present embodiment.
FIGS. 13 (a), 14 (a), and 15 (a) show the shutter signal BP, and a transition from the high level to the low level occurs at the time Ton when the pressing of the shutter is detected.
FIGS. 13B, 14B, and 15B are vertical synchronization signals VD, which are generated in a predetermined cycle (vertical cycle) in principle. However, the charge accumulation time determined by the AE control by the
図13(c)、図14(c)及び図15(c)のオーバーフロードレインパルスは水平同期信号に同期してタイミングジェネレータ8から固体撮像素子2のオーバーフロードレイン電極に印加されるものであり、AE制御において電荷蓄積期間を調整するために光電変換素子21に蓄積された電荷を固体撮像素子2内の基板上に排出することにより電子シャッタ機能を実現するものである。なお、図13(c)のオーバーフロードレインパルスOFDのうち、最初のパルスOFD1(垂直同期信号VDの立ち上がりと同時又はその直後に(立ち上がりの後最初に)発生されるもの)以外のパルスを、電子シャッタパルスと呼ぶこともある。
The overflow drain pulses in FIGS. 13 (c), 14 (c) and 15 (c) are applied to the overflow drain electrode of the solid-
図13(d)、図14(d)及び図15(d)は光電変換素子21において光電変換ならびに電荷蓄積を行う期間PDを示している。この期間PD(それぞれ符号SS1,SS2などで示されている)は、各フレーム期間において、オーバーフロードレインパルスOFDの発生が終わった後に開始され、次の垂直同期信号VDの立ち上がりまで続く。言い換えると、電荷蓄積期間が与えられた長さとなるように、オーバーフロードレインパルスOFDの列の発生を終了する時点が決められる。
13D, 14D, and 15D show a period PD in which photoelectric conversion and charge accumulation are performed in the
図13(e)、図14(e)及び図15(e)は読み出しパルスTGであり、光電変換素子21で蓄積した電荷を垂直転送部22の対応する転送素子23へ読み出す(転送する)ため、読み出しゲート25を制御する。
図13(f)、図14(f)及び図15(f)は垂直転送パルスVDP(φV1〜φV4)、図13(g)は水平転送パルスHDP(φH1、φH2)を示している。
FIGS. 13E, 14E, and 15E are readout pulses TG for reading out (transferring) the charge accumulated in the
FIGS. 13 (f), 14 (f) and 15 (f) show vertical transfer pulses VDP (φV1 to φV4), and FIG. 13 (g) shows horizontal transfer pulses HDP (φH1, φH2).
シャッタボタンSBを押す前は、被写体の明るさに基づいて、露出条件の一つとして定められる電荷蓄積期間SSi(i=1、2、…)を設定して、撮像を行う。例えばある垂直同期信号VDが発生される第1の垂直ブランキング期間VB(1)で始まるフレーム(第1のフレームFP(1))内の電荷蓄積期間SS1で蓄積した電荷は、当該第1のフレームFP(1)の次のフレーム(第2のフレームFP(2))の先頭の垂直ブランキング期間VB(2)内に発生される読み出しパルスTG10によって垂直転送部22へ読み出され、上記第2のフレームFP(2)内の期間100bに垂直転送部22内で水平転送部27に向けて転送される。複数の垂直転送部22内で同時に水平転送部27に向けた転送が行われる。同時に転送される画素信号は、撮像面上の水平方向に整列した複数の画素、即ち同じライン上の複数の画素をそれぞれ構成する複数の光電変換素子21から読み出された信号電荷が同時に、それぞれの垂直転送部22により転送される。言換えると、光電変換部20のそれぞれの光電変換素子列21から垂直転送部22に転送された信号電荷は水平転送部27へ向けて1ラインずつ順々に転送される。そして、同じ第2のフレーム期間FP(2)内の期間101bにおいて、垂直転送部22から水平転送部27に転送された電荷が、水平転送部27内を出力増幅器28に向けて転送され、出力増幅器28で増幅されて出力される。
Prior to pressing the shutter button SB, a charge accumulation period SSi (i = 1, 2,...) Defined as one of the exposure conditions is set based on the brightness of the subject and imaging is performed. For example, the charge accumulated in the charge accumulation period SS1 in the frame (first frame FP (1)) starting in the first vertical blanking period VB (1) in which a certain vertical synchronization signal VD is generated is the first This is read to the
第2のフレーム期間FP(2)内の電荷蓄積期間SS2内のある時点TonにシャッタボタンSBが押され、シャッタ信号BPが高レベルから低レベルに遷移したとすると、第2のフレームFP(2)内の電荷蓄積期間SS2に蓄積された電荷は、次の垂直ブランキング期間VB(3)の最初(垂直同期信号VDの立ち上がりと略同時)にオーバーフロードレインパルスOFD1を固体撮像素子2へ印加することにより垂直転送部22へ転送されることなく基板上に排出される。なお、垂直ブランキング期間内において、AE制御により電子シャッタパルス(OFD1以外のオーバーフロードレインパルスOFD)が発生される場合は、オーバーフロードレインパルスOFD1は必ずしも必要ではない。読み出しパルス(VB(2)内のTG10のごときもの)の発生を禁止すれば垂直転送部22への信号電荷の読み出しが禁止されるので、AE制御による電子シャッタパルスの発生の時点で、蓄積された電荷が基板上に排出されるためである。
If the shutter button SB is pressed at a certain time Ton in the charge accumulation period SS2 in the second frame period FP (2) and the shutter signal BP transitions from a high level to a low level, the second frame FP (2 The charge accumulated in the charge accumulation period SS2 is applied with the overflow drain pulse OFD1 to the solid-
シャッタボタンSBの押下が検知された時点Tonの次のフレーム期間FP(3)は、静止画像として記録する画像用の映像信号を得るための電荷蓄積を行う期間である。このフレーム期間FP(3)において電荷蓄積期間を複数個(N個)の画像生成期間(図7参照)に分割して画像生成期間ごとに垂直転送部22への電荷読み出しを行うことにより複数(N毎)の画像を得る。
図13、図14及び図15は、電荷蓄積期間の分割数(したがって読み出し回数)Nがそれぞれ2、4、及び8の場合を示す。
The frame period FP (3) next to the time point Ton when the pressing of the shutter button SB is detected is a period in which charge accumulation is performed to obtain a video signal for an image to be recorded as a still image. In this frame period FP (3), the charge accumulation period is divided into a plurality (N) of image generation periods (see FIG. 7), and the charge is read out to the
FIG. 13, FIG. 14 and FIG. 15 show cases where the number of divisions (and hence the number of readings) N of the charge accumulation period is 2, 4, and 8, respectively.
該複数の画像は最終的に1枚の画像に合成されて固体撮像素子から出力されるが、それまでは前記複数の画像を構成する画像のうち、第1の画像生成期間に読み出した画像(1画像分の全電荷であり、以下「第1の画像」と呼ぶことがある)を垂直転送部22内に一時保持した後、第2の画像生成期間に読み出した画像(第2の画像)を垂直転送部22に読み出すまでの間に、前記第1の画像を動き検出手段32で検出した動き量を前記複数の画像数で除算した画像位置だけ移動させ(転送させ)、その後該画像に前記第2の画像生成期間に読み出した画像(第2の画像)と加算した後一時保持する。それ以降同様の処理を繰り返し、最後に読み出す画像(第Nの画像)を加算するまで繰り返す。
The plurality of images are finally combined into one image and output from the solid-state imaging device. Until then, among the images constituting the plurality of images, the images read during the first image generation period ( An image read out during the second image generation period (second image) after temporarily holding in the vertical transfer unit 22 (which may be referred to as “first image” hereinafter). Is moved (transferred) by the image position obtained by dividing the amount of motion detected by the
読み出し回数Nは制御手段37(CPU7及びタイミングジェネレータ8で構成される)により決定される。制御手段37は、動き検出手段32で検出された動きの量に応じて読み出し回数Nを決定するものであり、画像電荷シフト手段36(垂直転送部22)による画像電荷の移動量があらかじめ定めた上限値Lnを超えないように読み出し回数Nを設定する。即ち、読み出し回数Nを固定した場合、動き検出手段32で検出された動きの量が大きいほど、移動量を大きくする必要があるが、動きの量が大きいほど、読み出し回数Nを多くすることで、移動量が上限値Lnを超えないようにする。
The number N of readings is determined by the control means 37 (comprising the
読み出し回数(電荷蓄積期間の分割数)を2に設定した場合には、図13(d)に示されるように、1つの電荷蓄積期間を等分に分割した後の画像生成期間(分割後の電荷蓄積期間)をそれぞれS1、S2とする。この場合画像生成期間S1で蓄積した電荷を読み出しパルスTG1、画像生成期間S2で蓄積した電荷を読み出しパルスTG2(図13(e))にてそれぞれ垂直転送部22へ読み出している。図13(f)の符号102aは読み出しパルスTG1にて読み出した電荷をそれぞれ垂直転送部22内で順方向または逆方向へ所定の画素数分だけ転送する期間を示す。
When the number of readings (the number of divisions of the charge accumulation period) is set to 2, as shown in FIG. 13D, the image generation period (after the division) after dividing one charge accumulation period equally. The charge accumulation periods are S1 and S2, respectively. In this case, the charges accumulated in the image generation period S1 are read out to the
読み出し回数(電荷蓄積期間の分割数)を4に設定した場合には、図14(d)に示されるように、1つの電荷蓄積期間を等分に分割した後の画像生成期間(分割後の電荷蓄積期間)をそれぞれS1〜S4とする。この場合画像生成期間S1〜S4で蓄積した電荷をそれぞれ読み出しパルスTG1〜TG4(図14(e))にて垂直転送部22へ読み出している。図14(f)の符号103a〜103cはそれぞれ読み出しパルスTG1〜TG3にて読み出した電荷をそれぞれ垂直転送部22内で順方向または逆方向へ所定の画素数分だけ転送する期間を示す。
When the number of readings (the number of divisions of the charge accumulation period) is set to 4, as shown in FIG. 14D, the image generation period (after the division) after dividing one charge accumulation period equally. The charge accumulation period is S1 to S4. In this case, the charges accumulated in the image generation periods S1 to S4 are read out to the
読み出し回数(電荷蓄積期間の分割数)を8に設定した場合には、図15(d)に示されるように、1つの電荷蓄積期間を等分に分割した後の画像生成期間(分割後の電荷蓄積期間)をそれぞれS1〜S8とする。この場合画像生成期間S1〜S8で蓄積した電荷をそれぞれ読み出しパルスTG1〜TG8(図15(e))にて垂直転送部22へ読み出している。図15(f)の符号105a〜105gはそれぞれ読み出しパルスTG1〜TG7にて読み出した電荷をそれぞれ垂直転送部22内で順方向または逆方向へ所定の画素数分だけ転送する期間を示す。
When the number of readings (the number of divisions of the charge accumulation period) is set to 8, as shown in FIG. 15D, the image generation period (after the division) after dividing one charge accumulation period equally. The charge accumulation period) is S1 to S8. In this case, the charges accumulated in the image generation periods S1 to S8 are read out to the
読み出し回数Nを2とした場合は、動き検出手段32で検出した動き量の1/2に比例して、即ち動き量に対応する画素数の1/2の画素数だけ、垂直転送部22内で電荷を転送する。例えば図13(f)のように符号102aで表される電荷転送期間がある場合、該電荷転送期間において全手ぶれ量の1/2に比例して電荷転送を行うため、全手ぶれ量の1/2を補正する。ただし全手ぶれ量の1/2はそのまま残るため、結果として手ぶれが1/2に軽減されたことになる。
When the number of times of reading N is 2, the number of pixels in the
読み出し回数Nを4とした場合は、動き検出手段32で検出した動き量の1/4に比例して、即ち動き量に対応する画素数の1/4の画素数だけ、垂直転送部22内で電荷を転送する。例えば例えば図14(f)のように符号103a〜103cで表される3つの電荷転送期間がある場合、それぞれの期間において全手ぶれ量の1/4に比例して電荷転送を行うため、該3つの電荷転送期間の合計として全手ぶれ量の3/4を補正する。ただし全手ぶれ量の1/4はそのまま残るため、結果として手ぶれが1/4に軽減されたことになる。
When the number of times of reading N is 4, the
読み出し回数Nを8とした場合は、動き検出手段32で検出した動き量の1/8に比例して、即ち動き量に対応する画素数の1/8の画素数だけ、垂直転送部22内で電荷を転送する。例えば図15(f)のように符号105a〜105gで表される7つの電荷転送期間がある場合、それぞれの期間において全手ぶれ量の1/8に比例して電荷転送を行うため、該7つの電荷転送期間の合計として全手ぶれ量の7/8を補正する。ただし全手ぶれ量の1/8はそのまま残るため、結果として手ぶれが1/8に軽減されたことになる。
一般的に、電荷蓄積期間の分割数をNとすれば、手ぶれを1/Nに軽減することができる。
When the number of times of reading N is 8, the
Generally, if the number of divisions in the charge accumulation period is N, camera shake can be reduced to 1 / N.
通常、本実施の形態のような手ぶれ補正によらずに記録画像の手ぶれによる像ぶれを1/2に軽減するためには、露光の絞りを1段開く(F値を1段階大きな値に設定する)、言い換えれば固体撮像素子に取り込む光量を2倍にして電荷蓄積期間(シャッタースピード)を1/2にすることで可能となるが、本実施の形態では露光の絞りを1段開くことなしに手ぶれを1/2に軽減できる。
一般的に、電荷蓄積期間の分割数をNとした場合は、N回の画像の読み出しを行い、N枚の画像合成を行うことにより、露光の絞りをlog2N段大きくしたのと同等の補正効果を期待できる。さらに、電荷蓄積期間の分割数を2のM乗(Mは1以上の整数)で与えられる数値に限定し、Mを1ずつ大きくすることにより、分割数を増加させ、Mを1ずつ小さくすることにより、分割数を減少させることとしても良い。
Normally, in order to reduce image blur due to camera shake of a recorded image to ½ without using camera shake correction as in the present embodiment, the exposure aperture is opened by one step (F value is set to a value larger by one step). In other words, this can be achieved by doubling the amount of light taken into the solid-state imaging device and halving the charge accumulation period (shutter speed). In this embodiment, however, the exposure aperture is not opened one step. Can reduce camera shake by half.
In general, when the number of divisions in the charge accumulation period is N, it is equivalent to increasing the aperture of the exposure by log 2 N stages by reading out images N times and synthesizing N images. A correction effect can be expected. Furthermore, the number of divisions in the charge accumulation period is limited to a value given by 2 to the power of M (M is an integer of 1 or more), and by increasing M by 1, the number of divisions is increased and M is decreased by 1. Thus, the number of divisions may be reduced.
なお、手ぶれがまったくない(所定の閾値以下である)場合は、画像生成期間Sが終わるごとに垂直転送を行う必要がないため、垂直転送パルスVDPは印加されず、図13(f)、図14(f)、図15(f)に示した垂直転送のための期間102a、103a〜103c、105a〜105gは存在しない。この場合は例えば読み出したN枚の画像をそれぞれ移動することなく、読み出した状態のまま加算して最終的に一枚の画像を得る。
When there is no camera shake (below a predetermined threshold value), it is not necessary to perform vertical transfer every time the image generation period S ends, and therefore the vertical transfer pulse VDP is not applied, and FIG. 14 (f) and the
図13(g)、図14(g)、及び図15(g)において、符号110は、垂直転送期間102a、103a〜103c、105a〜105gにおいて垂直転送部22内の電荷を水平転送部27方向に転送することによって水平転送部27に押し出された後、水平転送部27に蓄積された余分な電荷を掃き捨てる、即ち、水平転送部27内の蓄積電荷を(次の垂直転送に先立って)ゼロにするための期間である。
13 (g), FIG. 14 (g), and FIG. 15 (g),
なお、図13、図14、図15では、垂直ブランキング期間VB(3)に読み出しパルスTGを読み出しゲート25に印加することにより、電荷蓄積期間SS2で蓄積された全電荷を垂直転送部22に読み出した後、水平転送部27への高速転送し、さらに水平転送部27で高速転送することによって掃き捨てを行うこととし、これによりオーバーフロードレインパルスOFD1を不要とすることも可能である。
また、フレーム期間FP(4)における水平転送期間101cで電荷転送を行う際の最初の1ライン分を破棄するようにすれば、ブランキング期間VB(4)の水平転送期間110を不要とすることができる。
さらに本実施の形態では電子シャッタパルスによる電荷蓄積期間調節を行っているが、機構式のシャッタを設けることにより、シャッタが開いている間だけ電荷蓄積を行うようにすることもできる。
In FIGS. 13, 14, and 15, the read pulse TG is applied to the read
In addition, if the first line for the charge transfer in the
Further, in this embodiment, the charge accumulation period is adjusted by the electronic shutter pulse. However, by providing a mechanical shutter, the charge accumulation can be performed only while the shutter is open.
上記のように、動き検出手段32で検出した動きの量の増大に伴い、電荷蓄積期間の分割数を大きくすると、垂直転送部における転送の量(画像電荷の移動量)が過度に大きくなるのを防ぐことができ、また手ぶれの影響を小さくすることができる。 As described above, when the number of divisions in the charge accumulation period is increased with the increase in the amount of motion detected by the motion detection means 32, the transfer amount (image charge movement amount) in the vertical transfer unit becomes excessively large. Can be prevented, and the influence of camera shake can be reduced.
読み出し回数(電荷蓄積期間の分割数)を2とした場合は、動き検出手段32で検出した動き量の1/2に比例して、即ち動き量の1/2に対応する画素数だけ、垂直転送部22内で電荷を転送するが、転送する画素数には、上限Lnが設けられており、動きの量の1/2に比例した画素数が、上限値Lnを超えるような場合には、読み出し回数が2より大きな値、例えば4又は8に設定される。
同様に、読み出し回数を4とした場合は、動き検出手段32で検出した動き量の1/4に比例して、即ち動き量の1/4に対応する画素数だけ、垂直転送部22内で電荷を転送するが、転送する画素数には、上限Lnが設けられており、動きの量の1/4に比例した画素数が、上限値Lnを超えるような場合には、読み出し回数が4より大きな値、例えば8に設定される。
When the number of readings (the number of divisions of the charge accumulation period) is 2, it is proportional to 1/2 of the amount of motion detected by the
Similarly, when the number of times of reading is 4, when the number of pixels corresponding to ¼ of the motion amount is proportional to ¼ of the motion amount detected by the
このように、画像生成期間ごとに電荷の移動量に上限値Lnを設けることで、手ぶれ量が大きい場合は読み出し回数を増やして画像シフト手段36による電荷の移動量を減少させることになり、画像ぶれを高精度で補正することができる。 Thus, by providing the upper limit value Ln for the amount of movement of charges for each image generation period, when the amount of camera shake is large, the number of readings is increased and the amount of movement of charges by the image shift means 36 is reduced. Blur can be corrected with high accuracy.
図16は手ぶれ量(BL)と移動量の関係を示したものであり、手ぶれ量BLの増加に伴い、移動量が矢印付きの太線で示すように変化する。TG=2、4、8、16・・・はそれぞれ手ぶれ補正制御を行うVD期間内にてタイミングジェネレータ8から固体撮像素子2に印加され読み出し回数TG(読み出しパルスの発生回数、したがって、電荷蓄積期間の分割数)を表している。
FIG. 16 shows the relationship between the amount of camera shake (BL) and the amount of movement. As the amount of camera shake BL increases, the amount of movement changes as indicated by a thick line with an arrow. TG = 2, 4, 8, 16... Are applied to the solid-
読み出し回数TGを固定すると、移動量は、手ぶれ量(手ぶれ量に対応する画素数で表される)BLに比例して増加し、手ぶれ量がある限界値を超えると、移動量も上限値Lnを超える。
例えばTG=2に固定すると、手ぶれ量BLがある値(第1の値)BL1のとき、移動量が上限値Lnとなり、手ぶれ量BLが第1の値BL1よりも大きい範囲では、移動量が上限値Lnを超える。TG=2で移動量が上限値Lnに達する手ぶれ量(第1の値)BL1よりも手ぶれ量BLが大きくなったら、読み出し回数TGをより大きな値、例えばTG=4とする。TG=4とすれば、移動量は、TG=2の場合に比べ、1/2となる。即ち、移動量は、手ぶれ量BLの1/4となる。
When the number of readings TG is fixed, the movement amount increases in proportion to the camera shake amount (expressed by the number of pixels corresponding to the camera shake amount) BL, and when the camera shake amount exceeds a certain limit value, the movement amount also increases to the upper limit value Ln. Over.
For example, when TG = 2 is fixed, when the camera shake amount BL is a certain value (first value) BL1, the movement amount is the upper limit value Ln, and in the range where the camera shake amount BL is larger than the first value BL1, the movement amount is The upper limit Ln is exceeded. When the camera shake amount BL becomes larger than the camera shake amount (first value) BL1 at which the movement amount reaches the upper limit value Ln at TG = 2, the read count TG is set to a larger value, for example, TG = 4. If TG = 4, the movement amount is ½ compared to the case of TG = 2. That is, the movement amount is 1/4 of the camera shake amount BL.
同様に、例えばTG=4に固定すると、手ぶれ量BLが第2の値BL2のとき、移動量が上限値Lnとなり、手ぶれ量BLが第2の値BL2よりも大きい範囲では、移動量が上限値Lnを超える。TG=4で移動量が上限値Lnに達する手ぶれ量(第2の値)BL2よりも手ぶれ量BLが大きくなったら、読み出し回数TGをより大きな値、例えばTG=8とする。TG=8とすれば、移動量は、TG=4の場合に比べ、1/2となる。即ち、移動量は、手ぶれ量BLの1/8となる。
以下、同様に、(TG>2では)移動量が上限値Lnを超えないように、かつ、移動量の1/2が上限値Lnの1/2よりも小さな値とならないように、読み出し回数TGを定める。
Similarly, for example, when TG = 4 is fixed, when the camera shake amount BL is the second value BL2, the movement amount is the upper limit value Ln, and in the range where the camera shake amount BL is larger than the second value BL2, the movement amount is the upper limit. The value Ln is exceeded. When the camera shake amount BL becomes larger than the camera shake amount (second value) BL2 at which the movement amount reaches the upper limit value Ln when TG = 4, the read count TG is set to a larger value, for example, TG = 8. If TG = 8, the amount of movement is ½ compared to the case of TG = 4. That is, the movement amount is 1/8 of the camera shake amount BL.
Hereinafter, similarly, (when TG> 2), the number of times of reading is set so that the movement amount does not exceed the upper limit value Ln and ½ of the movement amount does not become smaller than ½ of the upper limit value Ln. Define TG.
上記の例で、レンズ1の位置と角速度の積分値から手ぶれ量BLを画素数に換算する(画素数で表された手ぶれ量を得る)方法は、レンズ1の位置と角速度の積分値を変数としたテーブルを用いても良いし、予め与えておいた計算式より算出しても良い。例えば画像生成期間数を4とした図13において、手ぶれ量BL=16であるとき、垂直転送期間103a、103b、103cではそれぞれBL/4=4画素分だけ電荷を転送することになる。
In the above example, the method of converting the camera shake amount BL into the number of pixels from the integrated value of the position of the
撮像時に手ぶれをおこしたときの撮像画像、ならびに固体撮像素子2の撮像面上における被写体像の詳細を図17(a)乃至(i)に示す。本例では撮像者が撮像装置のシャッタボタンSBを押す瞬間に上方向に手ぶれをおこした(撮像装置が上方向に動き、そのため撮像画像が次第に下方向に移動した)場合であり、画像生成期間数が4、垂直方向の手ぶれの画素換算数が16である場合を示している。図17(a)は手ぶれが全くない場合の撮像画像である。図17(b)は、図13における符号SS1、SS2で示す場合と同様に、電荷蓄積期間を分割せず、且つ手ぶれ補正を行なわない場合の撮像画像であり、垂直方向に16画素分の手ぶれが発生している。
FIGS. 17A to 17I show details of a captured image when camera shake occurs during imaging and a subject image on the imaging surface of the solid-
図17(c)〜(f)は、図17(b)の画像を4つの画像生成期間に分割して取得したそれぞれの画像であり、それぞれ画像生成期間S1、S2、S3、S4において電荷蓄積を行うとともに、画像生成期間ごとに全画素を読み出すと仮定した場合に得られる撮像画像を示している(実際には、画像生成期間ごとの画像が固体撮像素子から外部に読み出されるわけではなく、垂直加算部で加算された後外部に読み出される)。画像生成期間S1〜S4は互いに同じ長さであり、図17(c)〜(f)の撮像画像の輝度は、いずれも図17(b)の撮像画像の輝度の1/4となる。 FIGS. 17C to 17F are images obtained by dividing the image of FIG. 17B into four image generation periods, and charge accumulation in the image generation periods S1, S2, S3, and S4, respectively. And shows a captured image obtained when it is assumed that all pixels are read for each image generation period (in practice, an image for each image generation period is not read out from the solid-state imaging device, After being added by the vertical adder, it is read outside). The image generation periods S1 to S4 have the same length, and the brightness of the captured images in FIGS. 17C to 17F is ¼ of the brightness of the captured image in FIG.
図17(c)〜(f)の各々において、点線と実線の差は各画像生成期間中のぶれを表す。
図17(b)の画像で発生している16画素分の被写体像のずれBLは、図17(c)〜(f)でそれぞれ4画素分のずれ(DBL=BL/4)に等配分できるとする。図17(c)〜(f)の画像の画像生成期間内で、手ぶれの角速度が一定と仮定すれば、近似的にそのような扱いが可能である。本実施の形態1は、
相前後して得られる画像間に存在する4画素分のずれを逐次補正して加算(合成)するものであり、
即ち、図17(c)の画像を4画素分のずれDBLだけシフトして図17(d)の画像と合成して第1の合成画像を形成し、この第1の合成画像をさらに4画素分のずれDBLだけシフトして図17(e)の画像と合成して第2の合成画像を形成し、この第2の合成画像をさらに4画素分のずれDBLだけシフトして図17(f)の画像と合成して第3の合成画像(最終的な合成画像)を形成するものであり、これにより、図17(f)の撮像画像と略同位置に被写体像が位置する画像(図17(f)の被写体像に、図17(c)〜(e)の被写体像をそれぞれシフトした上で合成した(重ね合わせた)のと同じ画像)を最終的な撮像画像として固体撮像素子2から出力するものである。
In each of FIGS. 17C to 17F, the difference between the dotted line and the solid line represents a shake during each image generation period.
The deviation BL of the subject image for 16 pixels generated in the image of FIG. 17B can be equally distributed to the deviation of 4 pixels (DBL = BL / 4) in FIGS. 17C to 17F. And If it is assumed that the angular velocity of camera shake is constant within the image generation period of the images of FIGS. 17C to 17F, such a treatment can be approximately performed. In the first embodiment,
It sequentially corrects and adds (synthesizes) the shift of 4 pixels existing between images obtained before and after,
That is, the image of FIG. 17C is shifted by a shift DBL of 4 pixels and synthesized with the image of FIG. 17D to form a first synthesized image, and this first synthesized image is further converted to 4 pixels. The shift DBL is shifted by a minute and synthesized with the image of FIG. 17E to form a second composite image. The second composite image is further shifted by a shift DBL of four pixels to change the image of FIG. ) To form a third composite image (final composite image), whereby the subject image is located at substantially the same position as the captured image of FIG. 17 (f) and the subject image shown in FIGS. 17 (c) to 17 (e) after being shifted and synthesized (the same image as superimposed)) as the final captured image, the solid-
図17(g)〜(j)はレンズを通して被写体を固体撮像素子2の撮像面上に投影したときの像を示しており、それぞれ対応する図17(c)〜(f)の画像とは、上下が反対の関係にある。
FIGS. 17G to 17J show images when a subject is projected onto the imaging surface of the solid-
図17(g)〜(j)の被写体像について、便宜上手ぶれによる尾引き部分を描画していないが、実際には図17(c)〜(f)の被写体像と同様の手ぶれによる尾引き部分が存在する。画像生成期間数が4であれば、総手ぶれ量の1/4の手ぶれが各画像生成期間の画像ごとに発生する。
なお、画像生成期間数が8であれば各画像生成期間の画像には総動き量の1/8の手ぶれが発生することになる。
For the subject images in FIGS. 17G to 17J, the tail portion due to camera shake is not drawn for convenience, but actually the tail portion due to camera shake similar to the subject image in FIGS. Exists. If the number of image generation periods is 4, camera shake that is ¼ of the total camera shake amount occurs for each image in each image generation period.
If the number of image generation periods is 8, a camera shake of 1/8 of the total amount of motion occurs in the images in each image generation period.
図12(a)に示すように、手ぶれにより撮像装置の向きが上方に変化した場合、図17(g)、(h)、(i)、(j)の、上下反転した撮像面上の被写体像は上方向に移動する。図17(g)、(h)、(i)、(j)中の符号d1、d2、d3、d4で示す「*」印は被写体(人物の顔)上の同じ箇所における1画素を示しており、以下この画素に注目して垂直転送部22内における電荷転送の詳細を図18および図19を用いて説明する。
As shown in FIG. 12 (a), when the orientation of the imaging device changes upward due to camera shake, the subject on the imaging surface upside down in FIGS. 17 (g), (h), (i), (j). The image moves upward. In FIG. 17 (g), (h), (i), and (j), “*” marks indicated by reference numerals d1, d2, d3, and d4 indicate one pixel at the same location on the subject (person's face). The details of the charge transfer in the
図18は、図13において電荷蓄積期間の分割を行った期間を時間軸方向に拡大した図であり、それぞれの動作に対し、時系列に、符号TSaからTSkを割り当てる。これら動作TSa〜TSkが行われる時点における垂直転送部22内の電荷転送の様子を、図19(a)〜(h)を参照して説明する。
FIG. 18 is a diagram in which the period in which the charge accumulation period is divided in FIG. 13 is expanded in the time axis direction, and codes TSa to TSk are assigned to each operation in time series. The state of charge transfer in the
図19(a)〜(h)は、図17(g)〜(j)に示すように、固体撮像素子2の撮像面上で被写体が上方向に移動した際の垂直転送部22内における電荷転送による手ぶれ補正の方法を示している。図2および図3と同様に、図19(a)〜(j)において、各光電変換素子列20は複数の光電変換素子21を含み、垂直転送部22は複数の転送素子23を含む。各転送素子23は画素に対応するものであり、4つの転送電極を備えているが、図19(a)〜(h)ではこの点の図示を省略している。
読み出しゲート部24の読み出しゲート25の各々は、各光電変換素子21と対応する転送素子23の間に設けられている。
まず図19(a)に示すように、最初の画像生成期間S1(TSa)において、注目画素(図17(g)のd1)に対応する光電変換素子21(1)で光電変換を行って電荷d1を蓄積する。
FIGS. 19A to 19H show the charges in the
Each of the read
First, as shown in FIG. 19A, in the first image generation period S1 (TSa), the photoelectric conversion is performed by the photoelectric conversion element 21 (1) corresponding to the target pixel (d1 in FIG. 17G). Accumulate d1.
次に図19(b)に示すように、読み出しパルスTG1により画像生成期間S1中に光電変換素子21(1)に蓄積された電荷d1を垂直転送部22の対応する転送素子23(1)に読み出す(TSb)。
この電荷読み出しが終了した直後から図19(c)に示すように、2番目の画像生成期間S2において注目画素の光電変換素子21(2)における電荷d2の蓄積(TSc)を開始し、この電荷蓄積(TSc)中に、動作TSbにより垂直転送部22に読み出され電荷を転送素子23(1)から4画素分上方向に、即ち転送素子23(2)に移動させる(TSd)。
次に図19(d)に示すように、読み出しパルスTG2により光電変換素子21(2)の電荷d2(画像生成期間S2中に光電変換素子21(2)に蓄積された電荷d2)を垂直転送部22の対応する転送素子23(2)に読み出し、垂直転送部22内で、転送素子23(1)から転送素子23(2)に移動した電荷d1と加算する(TSe)。
Next, as shown in FIG. 19B, the charge d1 accumulated in the photoelectric conversion element 21 (1) during the image generation period S1 by the readout pulse TG1 is transferred to the corresponding transfer element 23 (1) of the
Immediately after the end of this charge readout, as shown in FIG. 19C, the charge d2 accumulation (TSc) in the photoelectric conversion element 21 (2) of the target pixel is started in the second image generation period S2, and this charge During the accumulation (TSc), the charge read out to the
Next, as shown in FIG. 19D, the charge d2 of the photoelectric conversion element 21 (2) (charge d2 accumulated in the photoelectric conversion element 21 (2) during the image generation period S2) is vertically transferred by the readout pulse TG2. The data is read to the corresponding transfer element 23 (2) of the
この電荷読み出し及び加算が終了した直後から図19(e)に示すように、3番目の画像生成期間S3において注目画素の光電変換素子21(3)における電荷d3の蓄積(TSf)を開始し、この電荷蓄積(TSf)中に、動作Tseにおいて垂直転送部22の転送素子23(2)内で加算した電荷(d1+d2)を転送素子23(2)から4画素分上方向に、即ち転送素子23(3)に移動させる(TSg)。
次に図19(f)に示すように、読み出しパルスTG3により光電変換素子21(3)の電荷d3(画像生成期間S3中に光電変換素子21(3)に蓄積された電荷d3)を垂直転送部22の対応する転送素子23(3)に読み出し、垂直転送部22内で、転送素子23(2)から転送素子23(3)に移動した電荷(d1+d2)と加算する(TSh)。
Immediately after the completion of the charge readout and addition, as shown in FIG. 19 (e), the charge d3 accumulation (TSf) in the photoelectric conversion element 21 (3) of the target pixel is started in the third image generation period S3. During this charge accumulation (TSf), the charge (d1 + d2) added in the transfer element 23 (2) of the
Next, as shown in FIG. 19F, the charge d3 of the photoelectric conversion element 21 (3) (charge d3 accumulated in the photoelectric conversion element 21 (3) during the image generation period S3) is vertically transferred by the readout pulse TG3. The data is read to the corresponding transfer element 23 (3) of the
この電荷の読み出し及び加算が終了した直後から図19(g)に示すように、4番目の画像生成期間S4において注目画素の光電変換素子21(4)における電荷d4の蓄積(TSi)を開始し、この電荷蓄積(TSi)中に、動作TShにおいて垂直転送部22の転送素子23(3)内で加算した電荷(d1+d2+d3)を転送素子23(3)から4画素分上方向に、即ち転送素子23(4)に移動させる(TSj)。
次に図19(h)に示すように、読み出しパルスTG4により光電変換素子21(4)の電荷d4(画像生成期間S4中に光電変換素子21(4)に蓄積された電荷d4)を垂直転送部22の対応する転送素子23(4)に読み出し、垂直転送部22内で、転送素子23(3)から転送素子23(4)に移動した電荷(d1+d2+d3)と加算する(TSk)。
その後全画素のデータを矢印Ymで示すように、水平転送部27へ転送する(図13、図18の100c)と同時に、水平転送部27内で出力増幅器部28へ向けて、信号電荷の転送を行う(図13、図18の101c)。
以上の動作により、像ぶれの低減された画像データを得ることが可能となる。
Immediately after the completion of the reading and addition of the charges, as shown in FIG. 19G, the accumulation (TSi) of the charge d4 in the photoelectric conversion element 21 (4) of the target pixel is started in the fourth image generation period S4. During the charge accumulation (TSi), the charge (d1 + d2 + d3) added in the transfer element 23 (3) of the
Next, as shown in FIG. 19 (h), the charge d4 of the photoelectric conversion element 21 (4) (charge d4 accumulated in the photoelectric conversion element 21 (4) during the image generation period S4) is vertically transferred by the readout pulse TG4. The data is read to the corresponding transfer element 23 (4) of the
Thereafter, as indicated by the arrow Ym, the data of all the pixels is transferred to the horizontal transfer unit 27 (100c in FIGS. 13 and 18), and at the same time, the signal charges are transferred to the
With the above operation, image data with reduced image blur can be obtained.
図20は、本発明の実施の形態1における手ぶれ補正の動作に係るフローチャートである。まず読み出し回数TGをTG=2^m(m=1、2、・・・)と表わして初期値をm=1とする(St0)。次に、シャッタボタンSBが押されたかどうかを監視し(St1)、シャッタボタンSBが押されると手ぶれ量BLを算出する(St2)。本実施の形態では、手ぶれセンサ9として角速度センサを用いており、撮像者がシャッタボタンSBを押した際の撮像装置に発生する振動の角速度を検出するとともに、CPU7によってズーム倍率を決めるレンズ1の位置と角速度の積分値から、ぶれ量BLを対応する画素数に換算することで、画素数で表したぶれ量を得る。
次に、ステップSt3に進み、A<BL/TG≦Lnが満たされるかどうかの判定を行う。この判定は、総手ぶれ量をBLとした場合の一つの電荷蓄積期間における移動量の範囲を判定するものである。Lnは移動量の上限値であり任意に設定できるものとする。固定値Aはm=1の場合はA=0、m≦2の場合はA=Ln/2となる数値である。
FIG. 20 is a flowchart relating to the camera shake correction operation according to the first embodiment of the present invention. First, the read count TG is expressed as TG = 2 ^ m (m = 1, 2,...), And the initial value is set to m = 1 (St0). Next, it is monitored whether or not the shutter button SB is pressed (St1), and when the shutter button SB is pressed, the camera shake amount BL is calculated (St2). In the present embodiment, an angular velocity sensor is used as the
Next, the process goes to step St3, where it is determined whether A <BL / TG ≦ Ln is satisfied. This determination is to determine the range of movement amount in one charge accumulation period when the total camera shake amount is BL. Ln is an upper limit value of the movement amount and can be set arbitrarily. The fixed value A is a numerical value such that A = 0 when m = 1, and A = Ln / 2 when m ≦ 2.
ステップSt3の判定結果が「NO」である場合は、ステップSt4でmを1だけ増加させて、ステップSt3に戻る。
ステップSt3の判定結果が「YES」である場合は、ステップSt5に進み、計算式TG=2^mにおける「m」に値を代入する。即ち、該mの値をもとに読み出し回数Nを決定する。
If the determination result in step St3 is “NO”, m is increased by 1 in step St4, and the process returns to step St3.
If the determination result in step St3 is “YES”, the process proceeds to step St5, and a value is substituted into “m” in the calculation formula TG = 2 ^ m. That is, the number N of times of reading is determined based on the value of m.
ステップSt5の次に、そのときのTG=2^mの算出値をもとに読み出し回数(電荷蓄積期間の分割数)Nを決定する(ステップSt6)。
次に、第1〜Nの画像生成期間のうちの第1番目の画像生成期間における電荷蓄積で得られた画像(第1番目の画像)を最初に読み出す目的でn=1を与える(ステップSt7)。次に第n番目の画像を読み出す(ステップSt8)。初期状態ではステップSt8によりn=1であるため、第1番目の画像を読み出すことになる。
次に、手ぶれ量(動き量を表す画素数)BLを読み出し回数Nで除算した画像位置(画素数)だけ画像をシフトさせた後(ステップSt9)、垂直転送部22内に保持する(St10)。次に第(n+1)番目の画像を読み出す。
初期状態では(即ち、ステップSt11の処理を最初に実行するときは)該第(n+1)番目の画像とは第2の画像のことを指す。
After step St5, the number of times of reading (the number of divided charge accumulation periods) N is determined based on the calculated value of TG = 2 ^ m at that time (step St6).
Next, n = 1 is given for the purpose of first reading an image (first image) obtained by charge accumulation in the first image generation period among the first to N image generation periods (step St7). ). Next, the nth image is read (step St8). In the initial state, n = 1 in step St8, so the first image is read out.
Next, after shifting the image by the image position (number of pixels) obtained by dividing the amount of camera shake (number of pixels representing the amount of motion) BL by the number of times of reading N (step St9), the image is held in the vertical transfer unit 22 (St10). . Next, the (n + 1) th image is read out.
In the initial state (that is, when the process of step St11 is first executed), the (n + 1) -th image indicates the second image.
そして、保持された第n番目の画像と読み出された第(n+1)番目の画像を加算する(ステップSt12)。この加算は、第n番目の画像(即ち第n番目の画像に対応する電荷)を保持している垂直転送部22のそれぞれの転送素子23に、光電変換素子列20のそれぞれの光電変換素子21から第(n+1)番目の画像(第(n+1)番目の画像に対応する電荷)を読み出すことにより、行われる。
次に、n=N−1か否かを判定する(ステップSt13)。n=N−1でない場合は、nに1を足して(ステップSt14)、ステップSt9に戻り、ステップSt9からステップSt13までの処理を繰り返す。この繰り返しは、ステップSt13で、n=N−1となるまで続けられる。n=N−1となれば次のフレーム期間に垂直転送部22内の全電荷を水平転送部27へ転送して(ステップSt15)、終了する。
Then, the held nth image and the read out (n + 1) th image are added (step St12). This addition is performed on each
Next, it is determined whether or not n = N−1 (step St13). If n = N−1 is not satisfied, 1 is added to n (step St14), the process returns to step St9, and the processes from step St9 to step St13 are repeated. This repetition is continued until n = N−1 in Step St13. If n = N−1, all charges in the
図21は移動量の上限値Lnを変化させたときの、手ぶれ量BLに対する各画像生成期間中の移動量を示した図である。手ぶれ量BLの増加に伴い、移動量が矢印付きの太線で示すように変化する。このとき図21(b)のLn=Ln2の設定値を標準とすると、図21(a)は図21(b)よりもLnをより小さな値Ln1とし、図21(c)は図21(b)よりもLnをより大きな値Ln3に設定した場合を示す。同じ手ぶれ量BLで比較した場合、図21(a)では読み出し回数TGがより多く、反対に図21(c)では読み出し回数TGがより少なくなる。 FIG. 21 is a diagram illustrating the movement amount during each image generation period with respect to the camera shake amount BL when the upper limit value Ln of the movement amount is changed. As the camera shake amount BL increases, the movement amount changes as indicated by a thick line with an arrow. At this time, assuming that the set value of Ln = Ln2 in FIG. 21B is a standard, FIG. 21A sets Ln to a smaller value Ln1 than FIG. 21B, and FIG. 21C shows FIG. ) Shows a case where Ln is set to a larger value Ln3. When compared with the same camera shake amount BL, the number of times of reading TG is larger in FIG. 21A, whereas the number of times of reading TG is smaller in FIG. 21C.
例えば、撮影者が撮像装置を固定せずに手持ちにてシャッタを押す場合や、低照度下の撮影(露光時間が長くなる)で手ぶれが生じ易い状況では、図21(a)のごとく手ぶれ量BLが大きい場合に読み出し回数TGが多くなるように、移動量の上限値Lnを低い値Ln1に設定する。反対に、ほとんど像ぶれが生じないような定点カメラや高照度下の撮影で手ぶれが生じにくい状況では、図21(c)のごとく手ぶれ量BLが小さい場合に読み出し回数Nが少なくなるように、移動量の上限値Lnを高い値Ln3に設定する。このような処理は、CPU7によって行われる。このように移動量の上限値Lnを切り換えることで、撮像装置を動作させる環境に応じて最適な手ぶれ補正を実施することによってより適切な補正効果が期待できる。
For example, in the case where the photographer pushes the shutter by hand without fixing the imaging device, or in the situation where camera shake is likely to occur in shooting under low illumination (exposure time becomes long), the amount of camera shake is as shown in FIG. The upper limit value Ln of the movement amount is set to a low value Ln1 so that the number of times of reading TG increases when BL is large. On the other hand, in a fixed point camera where image blurring hardly occurs or in a situation where camera shake is unlikely to occur in shooting under high illuminance, as shown in FIG. 21C, when the camera shake amount BL is small, the number of times of reading N is reduced. The upper limit value Ln of the movement amount is set to a high value Ln3. Such processing is performed by the
以上説明したように第1の実施の形態によれば、アクチュエータ等の複雑な機構部品を必要とせず、固体撮像素子内部の電荷移動のみで手ぶれを低減、補正する撮像装置を提供できる。また、電荷蓄積期間の分割を行なうことでぶれを補正するにもかかわらず、フレームメモリ等も不要であり、携帯機器用のカメラのように構成上の制約がある場合にも高精度の手ぶれ補正が可能である。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to provide an imaging device that reduces and corrects camera shake only by charge movement inside the solid-state imaging device without requiring complicated mechanism parts such as an actuator. In addition, even if camera shake is corrected by dividing the charge accumulation period, frame memory or the like is not necessary, and high-precision camera shake correction is possible even when there are structural restrictions such as cameras for portable devices. Is possible.
以上実施の形態1で、シャッタボタンSBの押下の検出Tonからの後、動きの量が直ちに、即ちTonから次のVD信号の立ち上がりまでの間に、検出できるものとして説明した。以下、動きの量の検出が、Ton後の最初のVD信号の立ち上がりまでの間に終わらない場合について説明する。
図22(a)〜(i)は、その場合のタイムチャートを示す。図22では、読み出し回数が4であるものとしており、このタイムチャートは図14に対応するが、垂直同期信号VDが抑制されていない場合であって、フレーム期間FP(3)が他のフレーム期間と同じ長さを有する場合を示している。
図22(a)〜(e)、(h)、(i)は、それぞれ図14(a)〜(g)と同様のものを示す。図22(a)では、シャッタボタンの押下の検出による信号BPの高レベルから低レベルへの遷移(Ton)が第1のフレーム期間FP(1)で発生している。
図22(f)は、手ぶれセンサ(角速度センサ)9の出力GYを示す。図示の例では、信号BPの立ち下がりと略同時に出力GYが立ち上がり、その後略一定の値を保つ場合を示している。
図22(g)は、CPU7における、動作のタイミング、即ち、手ぶれセンサ9の出力GY(を動き信号A/D変換部10で変換したもの)をCPU7で積算する期間SGb及び積算値に基づいて動きの量を計算する期間SKbを示す。
In the first embodiment, it has been described that the amount of movement can be detected immediately after the detection Ton of pressing the shutter button SB, that is, between the time Ton and the next rise of the VD signal. Hereinafter, a case will be described in which the detection of the amount of motion does not end before the rise of the first VD signal after Ton.
22A to 22I show time charts in that case. In FIG. 22, it is assumed that the number of readings is 4, and this time chart corresponds to FIG. 14, but the vertical synchronization signal VD is not suppressed, and the frame period FP (3) is another frame period. It has shown the case where it has the same length.
22 (a) to (e), (h), and (i) show the same as those shown in FIGS. In FIG. 22A, the transition (Ton) from the high level to the low level of the signal BP due to the detection of the pressing of the shutter button occurs in the first frame period FP (1).
FIG. 22F shows the output GY of the camera shake sensor (angular velocity sensor) 9. In the example shown in the figure, the output GY rises substantially simultaneously with the fall of the signal BP and thereafter maintains a substantially constant value.
FIG. 22 (g) shows the operation timing in the
図示の例では、シャッタボタンSBの押下が検出されたフレーム期間FP(1)の次のフレーム期間FP(2)に、動きの量を検出し、その次のフレーム期間FP(3)に、電荷蓄積時間SS3を4分割して手ぶれ補正撮像を行うこととしている。以下この点についてより詳しく説明する。 In the illustrated example, the amount of movement is detected in the frame period FP (2) next to the frame period FP (1) in which the pressing of the shutter button SB is detected, and the charge is detected in the next frame period FP (3). The accumulation time SS3 is divided into four to perform camera shake correction imaging. This point will be described in more detail below.
手ぶれセンサ9は、撮像装置の動きに応じて信号を出力するものであり、例えば、シャッタボタンSBが押されて撮像装置が動くと、その動きに応じて出力を開始する。手ぶれセンサ9の出力の開始は、シャッタボタン押下の検出のタイミングTonと一致するとは限らず、それより少し前である可能性もあり、逆に少し後である可能性もある。手ぶれセンサの出力の開始後、撮像装置の動きは、通常はすぐには止まらず、数フレーム間動きが続く。
図示の例では、シャッタボタン押下の検出Tonの次のフレーム期間FP(2)の垂直同期信号VDが立ち上がった後、オーバーフロードレインパルスOFDの列の発生が終了した時点から手ぶれセンサ9の出力GYの積算が開始される。この積算は、被写体の明るさに基づいて定められる電荷蓄積時間SS2と同じ長さの時間SGb続けられる。第2のフレームFP(2)の電荷蓄積時間SS2と第3のフレームの電荷蓄積時間SS3(=S1+S2+S3+S4)はともに、第1のフレームFP(1)或いはそれよりも一つ前のフレームの撮像結果(積算手段11による積算の結果)に基づいて定められるものであり、互いに同じである。
積算が終わると、そのときから、積算結果に基づいて、同じくCPU7で、動きの量が計算される。この計算のための期間が符号SKbで示されている。
第3のフレームFP(3)において、電荷蓄積時間SS3を4分割した画像生成を行って手ぶれ補正撮像を行うに当たり、第2のフレームFP(2)に計算された動きの量が用いられる。従って、第2フレームFP(2)と第3フレームFP(3)とで、撮像装置の動きの速さが変わらないとすれば、積算時間SGbにおける積算によって求められた動きの量と電荷蓄積時間SS3における動きの量が全く同じで、補正を正確に行うことができる。手ぶれによる撮像装置の動きは通常数フレームにわたって続き、第2のフレームにおける動きの速さと第3のフレームにおける動きの速さの差は小さい。
The
In the illustrated example, the output GY of the
When the integration is completed, the amount of movement is calculated by the
In the third frame FP (3), the amount of motion calculated in the second frame FP (2) is used to perform image stabilization imaging by dividing the charge accumulation time SS3 into four parts. Therefore, if the speed of movement of the imaging device does not change between the second frame FP (2) and the third frame FP (3), the amount of movement and the charge accumulation time obtained by integration in the integration time SGb. The amount of motion in SS3 is exactly the same, and correction can be performed accurately. The movement of the imaging device due to camera shake usually continues over several frames, and the difference between the speed of movement in the second frame and the speed of movement in the third frame is small.
なお、図22に示すように、シャッタボタン押下の検出Tonの次のフレーム期間FP(2)の垂直同期信号VDが立ち上がった後に、オーバーフロードレインパルスOFDの列の発生が終了した時点から、手ぶれセンサ9の出力の積算を開始する代わりに、シャッタボタンの押下の検出Tonの次のフレーム期間FP(2)の垂直同期信号VDの立ち上がりと同時に手ぶれセンサ9の出力の積算を開始することとしても良い。また、シャッタボタンの押下の検出Tonと同時に手ぶれセンサ9の出力の積算を開始することとして、シャッタボタン押下が検出されたフレームの前のフレームにおける撮像結果(被写体の明るさ、即ち積算手段11の出力)に基づいて積算時間SGb及び手ぶれ補正撮像のための電荷蓄積時間を決めることとしても良い。
As shown in FIG. 22, after the vertical synchronization signal VD rises in the frame period FP (2) following the detection Ton of the shutter button press, the camera shake sensor starts from the point when the generation of the overflow drain pulse OFD sequence ends. Instead of starting the integration of the output of 9, the integration of the output of the
代わりに、シャッタボタン押下の検出されたフレームの前のフレームにおける撮像結果(被写体の明るさ、即ち積算手段11の出力)に基づいて決められる手ぶれ補正撮像のための電荷蓄積時間よりも短い時間の間、積算することとしても良い。この場合、積算により求めた動きの量に対し、積算時間SGに対する電荷蓄積時間の比(SS/SG)を掛けたものを、電荷蓄積時間当たりの動きの量を求める(動きの量と推定する)ことができる。 Instead, the time is shorter than the charge accumulation time for camera shake correction imaging determined based on the imaging result (brightness of the object, that is, the output of the integrating unit 11) in the frame before the frame where the shutter button press is detected. It is good also as integrating during this time. In this case, the amount of movement obtained by integration multiplied by the ratio (SS / SG) of the charge accumulation time to the accumulation time SG is obtained as the amount of movement per charge accumulation time (estimated as the amount of movement). )be able to.
シャッタボタンの押下の検出Tonと同時に手ぶれセンサの出力の積算を開始し、電荷蓄積時間よりも短い時間を掛けて積算することとすれば、シャッタボタンの押下が検出されたフレーム(FP(1))の次のフレーム(FP(2))で、手ぶれ補正撮像を行うことができる。 At the same time as the detection Ton of pressing the shutter button, the integration of the output of the camera shake sensor is started, and if the integration is performed over a time shorter than the charge accumulation time, the frame (FP (1)) in which the pressing of the shutter button is detected. ) In the next frame (FP (2)).
実施の形態2.
図23は手ぶれ量に応じて読み出し回数(電荷蓄積期間の分割数)Nを計算により速やかに決定する処理を含む動作を示すフローチャートを示している。実施の形態1では図20のフローチャートのごとく、手ぶれ量に応じて移動量を図16におけるステップSt3,St4の処理を繰り返すことにより、読み出し回数ならびに分割した電荷蓄積期間(画像生成期間)ごとの移動量を決定したが、実施の形態2では手ぶれ量BLから計算により読み出し回数Nを算出する。
FIG. 23 is a flowchart showing an operation including processing for quickly determining the number of times of reading (the number of divisions in the charge accumulation period) N according to the amount of camera shake. In the first embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 20, the movement amount is moved for each divided charge accumulation period (image generation period) by repeating the processing of steps St3 and St4 in FIG. Although the amount is determined, in the second embodiment, the number of times of reading N is calculated from the camera shake amount BL.
図23は、概して図20と同じである。異なるのは、図20のステップSt3,St4及びSt5が、単一のステップSt33に置き換えられている点のみである。
ステップSt33では、手ぶれ量BLを移動量の上限値Lnで除算した値、BL/Lnについて、2の(m−1)乗より大きく、2のm乗以下を満たすmを算出する。
FIG. 23 is generally the same as FIG. The only difference is that steps St3, St4 and St5 in FIG. 20 are replaced by a single step St33.
In step St33, a value obtained by dividing the camera shake amount BL by the upper limit value Ln of the movement amount, BL / Ln, which is larger than 2 to the (m−1) th power and satisfies 2 to the mth power is calculated.
なお、シャッタボタン押下の検出(St1)から、手ぶれ量BLに基づく読み出し回数の決定(St33)までの処理が、一つのVD(第1のVD)の立ち上がりエッジから次のVD(第2のVD)の立ち上がりエッジまでの期間内に完了する場合には、ステップSt7からステップSt13までの処理は、当該第2のVDの立ち上がりエッジからその次のVD(第3のVD)の立ち上がりエッジまでの期間に実行され、
ステップSt15から終了までの処理は、第3のVDの立ち上がりエッジからさらにその次のVD(第4のVD)の立ち上がりエッジまでの期間内に実行される。
The processing from the detection of the shutter button press (St1) to the determination of the number of readings based on the camera shake amount BL (St33) is performed from the rising edge of one VD (first VD) to the next VD (second VD). ), The processing from step St7 to step St13 is the period from the rising edge of the second VD to the rising edge of the next VD (third VD). Run on
The processing from step St15 to the end is executed within a period from the rising edge of the third VD to the rising edge of the next VD (fourth VD).
シャッタボタン押下の検出(St1)から、手ぶれ量BLに基づく読み出し回数Nの決定(St33)までの処理が、第1のVDの立ち上がりエッジから第2のVDの立ち上がりエッジまでの期間内に完了せず、第2のVDの立ち上がりエッジから第3のVDの立ち上がりエッジまでの期間内に完了する場合は、ステップSt7からステップSt13までの処理は、第3のVDの立ち上がりエッジから第4のVDの立ち上がりエッジまでの期間に実行され、ステップSt15から終了までの処理は、第4のVDの立ち上がりエッジからさらにその次のVD(第5のVD)の立ち上がりエッジまでの期間内に実行される。 The processing from the detection of the shutter button press (St1) to the determination of the number of readings N based on the camera shake amount BL (St33) is completed within the period from the rising edge of the first VD to the rising edge of the second VD. If the process is completed within the period from the rising edge of the second VD to the rising edge of the third VD, the process from step St7 to step St13 is performed from the rising edge of the third VD to the fourth VD. The processes from step St15 to the end are executed in the period up to the rising edge, and are executed in the period from the rising edge of the fourth VD to the rising edge of the next VD (fifth VD).
以上説明したように第2の実施の形態によれば、手ぶれ量に応じて即座に読み出す画像数を決定できるため、手ぶれ補正を実施するまでの時間を短縮することができる。 As described above, according to the second embodiment, since the number of images to be read out immediately can be determined according to the amount of camera shake, the time until the camera shake correction is performed can be shortened.
なお、上記のように、固体撮像素子2の光電変換部19の光電変換素子21が、それぞれ異なる色の色フィルタで覆われ、該色フィルタが所定の繰り返しパターンで周期的に配列されている場合、各画像生成期間に対応する、垂直転送の量(画素数)は、色フィルタの繰り返しパターンの周期に対応する画素数の整数倍とするのが望ましい。
この点につき色フィルタの周期的配列がベイヤ型である場合について図4を参照して説明する。
ベイヤ型配列の場合には、図4に示すように、緑Gが市松状に配置され、その他の部分に赤R及び青Bが線順次に配置されている。例えば図4の3列目(H=3)に注目すると、その画素の並びは上から下に向かってR、G、R、G、・・・、Gのようになっており、R画素、G画素ともに1画素おきに並んでいる。
Note that, as described above, the
With respect to this point, a case where the periodic arrangement of the color filters is a Bayer type will be described with reference to FIG.
In the case of the Bayer type arrangement, as shown in FIG. 4, green G is arranged in a checkered pattern, and red R and blue B are arranged in a line sequence in the other portions. For example, paying attention to the third column (H = 3) in FIG. 4, the arrangement of the pixels is as R, G, R, G,..., G from the top to the bottom. Both G pixels are arranged every other pixel.
そのため、画像生成期間ごとに垂直転送部22内で電荷を移動する際の移動量が順方向または逆方向に奇数画素分である場合、例えば移動させたR画素にG画素を加算することになったり、移動させたG画素にR画素を加算することになり、適切ではない。同じ色の画素の信号電荷同士を加算するためには、電荷の移動量を偶数画素分とする必要がある。図19では動作TSd、TSg、TSjにおいて垂直転送部内で電荷を移動させる際に4画素分移動させており、同色画素同士を加算するようにしている。例えば、第1の画像生成期間の手ぶれ量BLが5画素である場合、電荷移動量は4画素または6画素のどちらかとすることが必要である。この具体的な手法としては、電荷移動量として、(BL+1)/2を超えない最大の自然数に2を乗じたものとするのが一法である。例えば、BL=5の時は電荷移動量は6となる。また、BL=4.9の時は電荷移動量は4となる。
Therefore, if the amount of movement when moving charges in the
また、画像生成期間ごとに垂直転送部22内で電荷を移動する際、順方向すなわち水平転送部27の方向に電荷を移動させる場合は、最下位ラインの垂直転送部22内に電荷が蓄積されずに水平転送部27内に排出される。一方、垂直転送部22内で電荷を逆方向に移動する場合は、固体撮像素子2の構造上、最上位ラインより上部に水平転送部27がないため、図24のごとく電荷排出溝(ドレイン)40を設ける。これにより垂直転送部22内で電荷を上方向に移動する際にも、最上位ラインにて電荷が溢れずに電荷排出溝40内に排出することができる。
In addition, when moving charges in the
また、図24のように固体撮像素子2の上部に電荷排出溝40を設けるのではなく、撮像面上部の光電変換可能な領域を一部遮光することにより垂直転送部22内で電荷を上方向に移動する際に最上位ラインにて電荷が溢れないようにすることも可能である。この場合の模式図を図25に示す。斜線で示す部分が遮光領域42である。遮光領域42の大きさについては手ぶれ補正時に必要な電荷移動量にもよるが、(図24において電荷排出溝40に排出される電荷量)が(遮光領域で光電変換したと想定した場合の蓄積電荷量)に略等しくなるように、手ぶれ補正により補正したいぶれ量に比例した大きさの領域を確保する必要がある。
Further, instead of providing the
上記した実施の形態では、レンズ1が光軸方向に駆動可能なズーム機構を用いているが、単焦点レンズでも同様の効果を得ることが出来る。また、垂直転送パルスVDPについては4相の場合を説明したが、3相でも同様の動作が可能であり、5相、6相等でももちろん同様の動作が可能である。
In the above-described embodiment, the
1 レンズ、 2 固体撮像素子、 3 アナログ信号処理部、 4 画素信号A/D変換部、 5 信号処理部、 6 表示手段、 7 CPU、 8 タイミングジェネレータ、 9 手ぶれセンサ、 10 動き信号A/D変換部、 11 積算部、 12 レンズ駆動部、 21 光電変換素子(PD)、 22 垂直転送部、 24 読み出しゲート部、 27 水平転送部、 28 出力増幅器、 31 電荷蓄積手段、 32 動き検出手段、 33 合成手段、 36 画像シフト手段、 35 画像保持手段、 34 読み出し手段、 37 制御手段、 40 電荷排出溝、 42 遮光領域、 PX 画素。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光電変換部に蓄積される画像電荷を、電荷蓄積時間の間にN回(Nは2以上の整数)に分けて読み出す読み出し手段と、
前記読み出し手段によって読み出された画像電荷を一時保持する画像保持手段と、
前記画像保持手段に保持された画像電荷をシフトする画像シフト手段と
を備えた撮像素子と、
前記撮像素子の動きを検出する動き検出手段と、
前記読み出し手段によって、第1回目に読み出され、前記画像保持手段に保持された画像電荷を、前記動き検出手段によって検出された動き量に応じた第1の移動量だけシフトし、該シフトされた画像電荷に、前記読み出し手段によって第2回目に読み出された画像電荷を前記画像保持手段で加算する処理を行わせ、
Nが2よりも大きい場合には、さらに、前記読み出し手段によって、第n回目(nは2乃至(N−1)の整数)に読み出された画像電荷の加算の結果得られる画像電荷を、前記動き検出手段によって検出された動き量に応じた第nの移動量だけシフトし、該シフトされた画像電荷に、前記読み出し手段によって第(n+1)回目に読み出された画像電荷を前記画像保持手段で加算する処理を、nが2から(N−1)まで順に繰り返し行わせる
制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記画像電荷シフト手段による画像電荷の移動量があらかじめ定めた上限値を超えないように画像電荷の読み出し回数を増やす
ことを特徴とする撮像装置。 An imaging device including a photoelectric conversion unit that receives light from a subject and performs photoelectric conversion ,
Reading means for reading an image charge accumulated in the photoelectric conversion unit, N times during the charge accumulation time (N is an integer of 2 or more) is divided into,
Image holding means for temporarily holding the image charges read by the reading means;
Image shifting means for shifting the image charge held in the image holding means;
An image sensor comprising:
Motion detection means for detecting the motion of the image sensor;
The image charge read out for the first time by the reading means and held in the image holding means is shifted by a first movement amount corresponding to the amount of movement detected by the motion detecting means, and the shifted image charge is shifted. to the image charge, the second time to read image charges by the readings out means to perform the process of adding in the image holding unit,
When N is larger than 2, the image charge obtained as a result of addition of the image charges read out n-th time (n is an integer from 2 to (N−1)) by the reading unit, and the n-th shift movement amount of corresponding to the movement amount detected by the movement detector, in the shifted image charges, said first (n + 1) th to the read image charges by the readings out means Control means for repeatedly performing the process of adding by the image holding means from 2 to (N-1) in order,
The image pickup apparatus characterized in that the control means increases the number of times the image charge is read so that the amount of movement of the image charge by the image charge shift means does not exceed a predetermined upper limit value.
各回の読み出しから次の読み出しまでの期間が互いに略同じ長さを有し、
前記動きの量が、該動きの量に対応する撮像素子の画素の数で表され、前記動きの量に応じた第1の移動量及び第nの移動量が、前記動きの量を、Nで割ることにより与えられる
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 A period from the start of charge accumulation to the first reading;
The period from each reading to the next reading has substantially the same length,
The amount of movement is represented by the number of pixels of the image sensor corresponding to the amount of movement, and the first movement amount and the nth movement amount according to the amount of movement represent the amount of movement as N. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device is given by dividing by.
前記読み出し手段が、前記読み出しゲート部で構成され、
前記画像保持手段及び前記画像シフト手段がともに前記垂直転送部で構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 A CCD imaging device comprising: a vertical transfer unit that transfers image charges accumulated in the photoelectric conversion unit; and a readout gate unit that reads image charges accumulated in the photoelectric conversion unit to the vertical transfer unit;
The reading means is composed of the reading gate unit,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein both the image holding unit and the image shift unit are configured by the vertical transfer unit.
前記垂直転送部での移動量は、色フィルタの繰り返しパターンの周期に対応する画素数の整数倍であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The photoelectric conversion unit includes photoelectric conversion elements covered with color filters of different colors, and the color filters are periodically arranged in a predetermined repeating pattern,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the amount of movement in the vertical transfer unit is an integer multiple of the number of pixels corresponding to the period of the repetitive pattern of the color filter.
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