JP2001008108A - 画像撮像方法および装置、情報記憶媒体 - Google Patents

画像撮像方法および装置、情報記憶媒体

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JP2001008108A
JP2001008108A JP11177100A JP17710099A JP2001008108A JP 2001008108 A JP2001008108 A JP 2001008108A JP 11177100 A JP11177100 A JP 11177100A JP 17710099 A JP17710099 A JP 17710099A JP 2001008108 A JP2001008108 A JP 2001008108A
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photoelectric conversion
signal charges
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vertical
ccd
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Masayuki Furumiya
正之 冨留宮
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常はインターレース方式で信号電荷を読み
出す画像撮像装置が、インターレース動作より画素を間
引いた間引読出動作を高速に実行するときの撮像の感度
を改善する。 【解決手段】 間引読出動作が実行されるとき、縦方向
で所定周期に位置する複数の光電変換素子１０１の信号
電荷を加算させ、高速な間引読出動作での信号電荷の不
足を解消する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次元状に配列さ
れた多数の光電変換素子で画像を読み取ってシリアルな
電気信号とする画像撮像方法および装置、画像撮像装置
のコンピュータに各種の処理動作を実行させるためのプ
ログラムがソフトウェアとして格納されている情報記憶
媒体、に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、画像を撮像する画像撮像装置の一
つとしてデジタルカメラが一般に普及している。デジタ
ルカメラは、光学画像を電気信号に変換して出力するも
ので、画素密度の向上と製造コストの低減とが推進され
ている。
【０００３】このようなデジタルカメラは、ＰＤ(Photo
Diode)等の多数の光電変換素子を具備しており、この
多数の光電変換素子が縦横方向で二次元状に配列されて
いる。多数の光電変換素子の複数の縦列には、複数の縦
列からなる垂直ＣＣＤが個々に並設されており、この複
数の縦列の垂直ＣＣＤが一個の横行の水平ＣＣＤに接続
されている。
【０００４】二次元状に配列されている多数の光電変換
素子は、入射光の光量を個々に信号電荷に変換して蓄積
するので、その信号電荷を複数の縦列の垂直ＣＣＤが横
方向に読み出して縦方向に順次転送する。この複数の縦
列の垂直ＣＣＤから転送される信号電荷を一個の横行の
水平ＣＣＤが横方向に順次転送するので、これで二次元
の光学画像がシリアルな電気信号として出力されること
になる。
【０００５】ただし、上述のようなデジタルカメラに
は、多数の光電変換素子の全部の信号電荷を一度に読み
出すプログレッシブ方式と、多数の光電変換素子の信号
電荷を所定行数ごとに間引いて複数回で全部を読み出す
インターレース方式とがある。光電変換素子から信号電
荷を読み出して転送する垂直ＣＣＤの動作は、そこに接
続された垂直転送電極に印加される電圧により制御され
る。
【０００６】プログレッシブ方式では、垂直転送電極は
光電変換素子の一個に対して三個以上は必要であるが、
インターレース方式では、垂直転送電極は光電変換素子
の一個に対して二個以下で良い。このため、画素密度を
向上させるために光電変換素子の個数を増加させる場合
には、インターレース方式が好適なこともある。
【０００７】そこで、前述のようにインターレース方式
を採用したデジタルカメラには、そのインターレース動
作よりも信号電荷の読出行数を間引いた間引読出動作を
実行する製品がある。この場合、データ容量を削減する
ことができるので、動作を高速化することができる。
【０００８】例えば、インターレース動作での応答速度
は１０フレーム／秒程度であるが、これではオートフォ
ーカスを実行するには速度が低すぎるので、オートフォ
ーカスを実行する場合には間引読出動作を実行して動作
速度を向上させている。
【０００９】また、一般的なデジタルカメラはモニタデ
ィスプレイが設けられているが、これは撮像する画像を
確認するだけのもので画素密度は極度に低いが、やはり
画像を迅速に表示することが要求されるので、この場合
にも間引読出動作が利用されている。
【００１０】ここで、このようにインターレース動作と
間引読出動作とを実行できる画像撮像装置であるデジタ
ルカメラの一従来例を図１１ないし図１５を参照して以
下に説明する。なお、図１１はデジタルカメラの要部の
構造を示す模式的な正面図、図１２および図１３はイン
ターレース動作で垂直ＣＣＤが信号電荷を転送する動作
を示す模式的な工程図、図１４(ａ)は垂直ＣＣＤが間引
読出動作で信号電荷を転送する動作を示す模式的な工程
図、同図(ｂ)は間引読出動作での垂直転送電極の制御電
圧を示すタイムチャート、図１５は間引読出動作で垂直
ＣＣＤが信号電荷を転送する動作を示す模式的な工程
図、である。
【００１１】ここで画像撮像装置の一従来例として例示
するデジタルカメラ１００は、図１１に示すように、Ｐ
Ｄ等の多数の光電変換素子１０１を具備しており、この
多数の光電変換素子１０１が縦横方向で二次元状に配列
されている。多数の光電変換素子１０１の複数の縦列に
は、複数の縦列からなる垂直ＣＣＤ１０２が個々に並設
されており、この複数の縦列の垂直ＣＣＤ１０２が一個
の横行からなる水平ＣＣＤ１０３に接続されている。
【００１２】複数の縦列の垂直ＣＣＤ１０２の各々に
は、縦方向に複数の垂直転送電極１０４が接続されてお
り、この垂直転送電極１０４は、多数の光電変換素子１
０１の一個に二個の割合で配列されている。一個の横行
の水平ＣＣＤ１０３にも、複数の水平転送電極１０５が
接続されており、水平ＣＣＤ１０３の末端には出力端子
１０６が接続されている。
【００１３】なお、多数の垂直転送電極１０４と複数の
水平転送電極１０５には駆動回路が個々に接続されてお
り、この駆動回路には一個の制御回路が接続されている
(図示せず)。また、上述した各種部材は、例えば、一個
の回路基板１０７に集積回路として形成されている。
【００１４】二次元状に配列されている多数の光電変換
素子１０１は、入射光の光量を個々に信号電荷に変換し
て蓄積し、複数の縦列の垂直ＣＣＤ１０２は、光電変換
素子１０１の信号電荷を横方向に読み出して縦方向に順
次転送し、一個の横行の水平ＣＣＤ１０３は、複数の縦
列の垂直ＣＣＤ１０２から転送される信号電荷を横方向
に順次転送する。
【００１５】多数の垂直転送電極１０４は、垂直ＣＣＤ
１０２の動作を制御する電圧が駆動回路から印加され、
複数の水平転送電極１０５は、水平ＣＣＤ１３の動作を
制御する電圧が駆動回路から印加される。制御回路は、
駆動回路が各電極１０４，１０５に電圧を印加する動作
を制御し、インターレース動作と間引読出動作とを実現
する。
【００１６】上述のような構造のデジタルカメラ１００
は、二次元の光学画像をシリアルな電気信号に変換する
ことができ、これをインターレース動作と間引読出動作
とで実行することができる。ここで、デジタルカメラ１
００が実行するインターレース動作の内容を図１２およ
び図１３を参照して以下に説明する。
【００１７】なお、同図では信号電荷をハッチングされ
た丸印で表現しており、その信号電荷を実際に保持して
いる垂直ＣＣＤ１０２をハッチングで表現している。ま
た、ここでは説明を簡略化するため、光電変換素子１０
１に下方から上方までＰＤ１，ＰＤ２，…なる識別番号
を付与し、垂直転送電極１０４には上方から下方にφＶ
１〜φＶ４なる識別番号を四個ごとに繰り返し付与す
る。
【００１８】デジタルカメラ１００がインターレース動
作を実行する場合、図１２(ａ)〜(ｃ)に示すように、最
初にφＶ３，φＶ４なる四個に二個の垂直転送電極１０
４に制御電圧が印加され、ＰＤ１，ＰＤ３，…なる奇数
行目の光電変換素子１０１から垂直ＣＣＤ１０２に信号
電荷が読み出される。
【００１９】同図(ｃ)(ｄ)に示すように、これらの信号
電荷は垂直ＣＣＤ１０２により下方に並列に転送されて
水平ＣＣＤ１０３に供給されるので、この水平ＣＣＤ１
０３は垂直ＣＣＤ１０２から順番に供給される複数の信
号電荷を横方向に並列に転送する。
【００２０】上述のように奇数行目の光電変換素子１０
１の信号電荷がシリアルに外部出力されると、図１３
(ａ)(ｂ)に示すように、φＶ１，φＶ２なる垂直転送電
極１０４に制御電圧が印加され、ＰＤ２，ＰＤ４，…な
る偶数行目の光電変換素子１０１から垂直ＣＣＤ１０２
に信号電荷が読み出される。
【００２１】この偶数行目の光電変換素子１０１の信号
電荷も垂直ＣＣＤ１０２と水平ＣＣＤ１０３とで並列に
転送されて出力されるので、これで多数の光電変換素子
１０１の全部の信号電荷が奇数行目と偶数行目とに分割
されて順番に出力されたことになる。
【００２２】上述のように多数の光電変換素子１０１の
全部の信号電荷をインターレース動作で出力するデジタ
ルカメラ１００では、プログレッシブ方式に比較して垂
直転送電極１０４と水平転送電極１０５との個数を削減
することができるので、光電変換素子１０１の個数を増
加させて画素密度を向上させることが容易である。
【００２３】つぎに、上述のデジタルカメラ１００が実
行する間引読出動作を、図１４および図１５を参照して
以下に説明する。なお、ここでは説明を簡略化するた
め、垂直転送電極１０４には上方から下方にφＶ１〜φ
Ｖ１０なる識別番号を十個ごとに繰り返し付与する。
【００２４】上述のデジタルカメラ１００が間引読出動
作を実行する場合、φＶ１，φＶ２なる十個に二個の垂
直転送電極１０４に制御電圧が印加され、ＰＤ５，ＰＤ
１０なる五個に一個の光電変換素子１０１から垂直ＣＣ
Ｄ１０２に信号電荷が読み出される。
【００２５】これらの信号電荷は垂直ＣＣＤ１０２によ
り下方に並列に転送されてから水平ＣＣＤ１０３により
横方向に並列に転送されるので、この間引読出動作で
は、画像データが縦方向で五分の一に間引かれた状態で
出力されることになり、換言すると五倍の速度で画像デ
ータを出力することが可能である。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなデジタル
カメラ１００では、間引読出動作を実行することによ
り、インターレース動作に比較して数分の一の画素密度
の画像データを数倍の速度で出力することが可能であ
る。
【００２７】ただし、前述のように光電変換素子１０１
は入射光の光量を信号電荷に変換して蓄積するので、そ
の動作周波数が上昇すると蓄積される電荷量が低下する
ことになる。換言すると、間引読出動作で画像データの
出力速度を向上させると、信号電荷の電荷量が不足して
撮像の感度が低下することになる。
【００２８】本発明は上述のような課題に鑑みてなされ
たものであり、間引読出動作で画像データの出力速度を
向上させても、信号電荷の電荷量が不足せず撮像の感度
が低下しない画像撮像方法および装置、その画像撮像方
法を画像撮像装置のコンピュータに実行させるためのプ
ログラムがソフトウェアとして格納されている情報記憶
媒体、の少なくとも一つを提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】本発明の一の画像撮像装
置は、縦横方向で二次元状に配列されていて入射光の光
量を個々に信号電荷に変換して蓄積する多数の光電変換
素子と、前記光電変換素子の複数の縦列に個々に並設さ
れた複数の縦列からなり前記光電変換素子から信号電荷
を横方向に読み出して縦方向に順次転送する垂直ＣＣＤ
と、多数の前記光電変換素子の一個に二個以下の割合で
設けられており前記垂直ＣＣＤの動作を制御する電圧が
印加される多数の垂直転送電極と、複数の縦列の前記垂
直ＣＣＤから転送される信号電荷を横方向に順次転送し
て一端から外部出力する一個の横行の水平ＣＣＤと、を
具備しており、前記垂直ＣＣＤを動作制御して所定の行
数の周期で間引いた一部の前記光電変換素子から信号電
荷を読み出させるインターレース動作と、前記垂直ＣＣ
Ｄを動作制御して前記インターレース動作より以上の行
数の周期で間引いた一部の前記光電変換素子から信号電
荷を読み出させる間引読出動作と、を選択的に実行する
画像撮像装置であって、前記間引読出動作の実行時に縦
方向で所定周期に位置する複数の前記光電変換素子の信
号電荷を加算させる電荷加算手段を具備している。
【００３０】本発明の他の画像撮像装置は、縦横方向で
二次元状に配列されていて入射光の光量を個々に信号電
荷に変換して蓄積する多数の光電変換素子と、前記光電
変換素子の複数の縦列に個々に並設された複数の縦列か
らなり前記光電変換素子から信号電荷を横方向に読み出
して縦方向に順次転送する垂直ＣＣＤと、多数の前記光
電変換素子の一個に二個以下の割合で設けられており前
記垂直ＣＣＤの動作を制御する電圧が印加される多数の
垂直転送電極と、複数の縦列の前記垂直ＣＣＤから転送
される信号電荷を横方向に順次転送して一端から外部出
力する一個の横行の水平ＣＣＤと、前記垂直ＣＣＤを動
作制御して所定の行数の周期で間引いた一部の前記光電
変換素子から信号電荷を読み出させるインターレース手
段と、前記垂直ＣＣＤを動作制御して前記インターレー
ス手段より以上の行数の周期で間引いた一部の前記光電
変換素子から信号電荷を読み出させる間引読出手段と、
該間引読出手段により一部の前記光電変換素子から読み
出される信号電荷に縦方向で所定周期に位置する少なく
とも一個の前記光電変換素子の信号電荷を加算させる電
荷加算手段と、を具備している。
【００３１】従って、本発明の画像撮像装置による画像
撮像方法では、縦横方向で二次元状に配列されている多
数の光電変換素子が、入射光の光量を個々に信号電荷に
変換して蓄積するので、この光電変換素子の複数の縦列
に個々に並設された複数の縦列からなる垂直ＣＣＤが、
光電変換素子から信号電荷を横方向に読み出して縦方向
に順次転送し、この複数の縦列の垂直ＣＣＤから転送さ
れる信号電荷を一個の横行の水平ＣＣＤが横方向に順次
転送して一端から外部出力する。なお、上述の垂直ＣＣ
Ｄの動作は、多数の光電変換素子の一個に二個以下の割
合で設けられている多数の垂直転送電極に印加される電
圧で制御されるが、インターレース動作が実行される場
合には、インターレース手段が垂直ＣＣＤを動作制御
し、所定の行数の周期で間引いた一部の光電変換素子か
ら信号電荷を読み出させる。また、間引読出動作が実行
される場合には、間引読出手段が垂直ＣＣＤを動作制御
し、インターレース手段より以上の行数の周期で間引い
た一部の光電変換素子から信号電荷を読み出させる。た
だし、この間引読出動作が実行されるとき、縦方向で所
定周期に位置する複数の光電変換素子の信号電荷を電荷
加算手段が加算させるので、間引読出動作での信号電荷
の電荷量が増加する。
【００３２】上述のような画像撮像装置において、前記
電荷加算手段は、複数の前記光電変換素子から読み出さ
れた信号電荷を前記垂直ＣＣＤの一個の縦列から前記水
平ＣＣＤの一個の位置に転送させることも可能である。
この場合、複数の光電変換素子から垂直ＣＣＤに読み出
された信号電荷が、水平ＣＣＤの一個の位置に転送させ
て加算される。
【００３３】上述のような画像撮像装置において、前記
電荷加算手段は、複数の前記光電変換素子から読み出さ
れた信号電荷を前記垂直ＣＣＤにより転送される過程で
一つに合成させることも可能である。この場合、複数の
光電変換素子から読み出された信号電荷が、垂直ＣＣＤ
により転送される過程で加算される。
【００３４】上述のような画像撮像装置において、前記
電荷加算手段は、複数の前記光電変換素子の信号電荷を
相互に相違するタイミングで前記垂直ＣＣＤに読み出さ
せるとともに、前段で読み出された信号電荷を後段の信
号電荷の読み出し以前に前記垂直ＣＣＤに縦方向に転送
させることも可能である。
【００３５】この場合、複数の光電変換素子の信号電荷
が相互に相違するタイミングで垂直ＣＣＤに読み出さ
れ、前段で読み出された信号電荷が垂直ＣＣＤで縦方向
に転送されてから後段の信号電荷が読み出されるので、
信号電荷を読み出すための制御電圧を複数の垂直転送電
極に同時に印加する必要がない。
【００３６】上述のような画像撮像装置において、前記
電荷加算手段は、複数の前記光電変換素子の信号電荷を
前記垂直ＣＣＤに同時に読み出させることも可能であ
る。この場合、複数の光電変換素子の信号電荷が垂直Ｃ
ＣＤに同時に読み出されるので、同一時刻に光電変換さ
れて蓄積された複数の信号電荷が加算される。
【００３７】上述のような画像撮像装置において、色毎
に所定の配置で配列されていて多数の前記光電変換素子
に個々に装着されている複数種類のカラーフィルタも具
備しており、前記電荷加算手段は、同色の前記カラーフ
ィルタが装着されている複数の前記光電変換素子の信号
電荷を加算させることも可能である。
【００３８】この場合、複数種類のカラーフィルタが色
毎に所定の配置で配列されて多数の光電変換素子に個々
に装着されており、多数の光電変換素子が複数種類の色
毎に信号電荷を出力するので、カラー画像が撮像される
ことになる。間引読出動作では複数の光電変換素子の信
号電荷が加算されるが、信号電荷が加算される光電変換
素子には同色のカラーフィルタが装着されているので、
異色の信号電荷が加算されることがない。
【００３９】なお、本発明で云う各種手段は、その機能
を実現するように形成されていれば良く、例えば、専用
のハードウェア、適正な機能がプログラムにより付与さ
れたコンピュータ、適正なプログラムによりコンピュー
タの内部に実現された機能、これらの組み合わせ、等を
許容する。
【００４０】本発明の情報記憶媒体は、縦横方向で二次
元状に配列されていて入射光の光量を個々に信号電荷に
変換して蓄積する多数の光電変換素子と、前記光電変換
素子の複数の縦列に個々に並設された複数の縦列からな
り前記光電変換素子から信号電荷を横方向に読み出して
縦方向に順次転送する垂直ＣＣＤと、多数の前記光電変
換素子の一個に二個以下の割合で設けられており前記垂
直ＣＣＤの動作を制御する電圧が印加される多数の垂直
転送電極と、複数の縦列の前記垂直ＣＣＤから転送され
る信号電荷を横方向に順次転送して一端から外部出力す
る一個の横行の水平ＣＣＤと、前記光電変換素子の信号
電荷を読み出す前記垂直ＣＣＤを少なくとも動作制御す
るコンピュータと、を具備しており、前記垂直ＣＣＤを
動作制御して所定の行数の周期で間引いた一部の前記光
電変換素子から信号電荷を読み出させるインターレース
動作と、前記垂直ＣＣＤを動作制御して前記インターレ
ース動作より以上の行数の周期で間引いた一部の前記光
電変換素子から信号電荷を読み出させる間引読出動作
と、を前記コンピュータが選択的に実行する画像撮像装
置において、前記間引読出動作の実行時に縦方向で所定
周期に位置する複数の前記光電変換素子の信号電荷が加
算されるように前記垂直ＣＣＤを動作制御することを、
前記コンピュータに実行させるためのプログラムが格納
されている。
【００４１】従って、本発明の情報記憶媒体に格納され
ているプログラムを画像撮像装置のコンピュータに読み
取らせて対応する処理動作を実行させると、その画像撮
像装置は、垂直ＣＣＤを動作制御して間引読出動作を実
行するとき、縦方向で所定周期に位置する複数の光電変
換素子の信号電荷が加算されるので、間引読出動作での
信号電荷の電荷量が増加する。
【００４２】なお、本発明で云う情報記憶媒体とは、コ
ンピュータに各種処理を実行させるためのプログラムが
ソフトウェアとして事前に格納されたハードウェアであ
れば良く、例えば、コンピュータを一部とする装置に固
定されているＲＯＭ(Read Only Memory)やＨＤＤ(Hard
Disc Drive)、コンピュータを一部とする装置に着脱自
在に装填されるＣＤ(Compact Disc)−ＲＯＭやＦＤ(Flo
ppy Disc)、等を許容する。
【００４３】また、本発明で云うコンピュータとは、ソ
フトウェアからなるプログラムを読み取って対応する処
理動作を実行できる装置であれば良く、例えば、ＣＰＵ
(Central Processing Unit)を主体として、これにＲＯ
ＭやＲＡＭ(Random Access Memory)やＩ／Ｆ(Interfac
e)等の各種デバイスが必要により接続された装置などを
許容する。
【００４４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１ないし
図５を参照して以下に説明する。ただし、本実施の形態
に関して前述した一従来例と同一の部分は、同一の名称
および符号を使用して詳細な説明は省略する。なお、図
１は本発明の画像撮像装置の実施の一形態であるデジタ
ルカメラによる画像読取方法を示し、(ａ)は垂直ＣＣＤ
が間引読出動作で信号電荷を転送する動作を示す模式的
な工程図、(ｂ)は間引読出動作での垂直転送電極の制御
電圧を示すタイムチャート、図２はデジタルカメラの要
部の回路構造を示すブロック図、図３ないし図５は間引
読出動作で垂直ＣＣＤが信号電荷を転送する動作を示す
模式的な工程図、である。
【００４５】本実施の形態の画像撮像装置であるデジタ
ルカメラ２００も、一従来例として例示したデジタルカ
メラ１００と同様に、ＰＤ等の多数の光電変換素子１０
１が縦横方向で二次元状に配列されており、そこに複数
の縦列からなる垂直ＣＣＤ１０２と一個の横行からなる
水平ＣＣＤ１０３とが設けられている。
【００４６】複数の縦列の垂直ＣＣＤ１０２には、多数
の光電変換素子１０１の一個に二個の割合で配列されて
いる垂直転送電極１０４が接続されており、一個の横行
の水平ＣＣＤ１０３には、複数の水平転送電極１０５と
出力端子１０６とが接続されている。
【００４７】そして、本実施の形態のデジタルカメラ２
００では、図２に示すように、多数の垂直転送電極１０
４と複数の水平転送電極１０５には垂直駆動回路２０１
と水平駆動回路２０２とが個々に接続されており、これ
らの駆動回路２０１，２０２に一個の駆動制御回路２０
３が接続されている。
【００４８】この駆動制御回路２０３は、いわゆるマイ
クロコンピュータからなり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、
等をハードウェアとして具備している。駆動制御回路２
０３には、所定の制御プログラムが事前に実装されてお
り、この制御プログラムに対応して駆動回路２０１，２
０２を動作制御する。
【００４９】つまり、駆動制御回路２０３がインターレ
ース手段および間引読出手段として駆動回路２０１，２
０２を動作制御することで、インターレース動作と間引
読出動作とが選択的に実行される。ただし、本実施の形
態のデジタルカメラ２００では、上述のように駆動制御
回路２０３が電荷加算手段としても機能するため、間引
読出動作を実行するときに縦方向で所定周期に位置する
複数の光電変換素子１０１の信号電荷が加算される。
【００５０】より詳細には、駆動制御回路２０３は、垂
直駆動回路２０１が垂直転送電極１０４に電圧を印加す
る動作を制御することにより、複数の光電変換素子１０
１の信号電荷を相互に相違するタイミングで垂直ＣＣＤ
１０２に読み出させ、その前段で読み出された信号電荷
を後段の信号電荷の読み出し以前に垂直ＣＣＤ１０２に
縦方向に転送させ、この転送の過程で複数の光電変換素
子１０１から読み出された信号電荷を垂直ＣＣＤ１０２
により一つに合成させる。
【００５１】上述のような構成において、本実施の形態
のデジタルカメラ２００も、一従来例のデジタルカメラ
１００と同様に、二次元の光学画像をシリアルな電気信
号に変換することができ、これをインターレース動作と
間引読出動作とで実行することができる。
【００５２】本実施の形態のデジタルカメラ２００が間
引読出動作を実行する場合、図１および図３(ａ)〜(ｃ)
に示すように、最初にφＶ１，φＶ２なる十個に二個の
垂直転送電極１０４に制御電圧が印加され、ＰＤ５，Ｐ
Ｄ１０なる五個に一個の光電変換素子１０１から垂直Ｃ
ＣＤ１０２に信号電荷が読み出される。
【００５３】つぎに、図１および図３(ｄ)に示すよう
に、これらの信号電荷は垂直ＣＣＤ１０２によりφＶ
３，φＶ４なる垂直転送電極１０４の位置まで下方に並
列に転送されるが、この状態でφＶ５，φＶ６なる垂直
転送電極１０４に制御電圧が印加されてＰＤ３，ＰＤ８
なる光電変換素子１０１から垂直ＣＣＤ１０２に信号電
荷が読み出される。
【００５４】このとき、図１および図４(ａ)に示すよう
に、二個の光電変換素子１０１から垂直ＣＣＤ１０２に
個々に読み出された二つの信号電荷がφＶ３〜φＶ６な
る垂直転送電極１０４に対応した位置で一つに合成され
ることになり、図１および図４(ｂ)に示すように、この
ように合成された一つの信号電荷がφＶ５〜φＶ８なる
垂直転送電極１０４に対応した位置まで垂直ＣＣＤ１０
２を下方に転送される。
【００５５】つぎに、この状態でφＶ９，φＶ１０なる
垂直転送電極１０４に制御電圧が印加されてＰＤ１，Ｐ
Ｄ６なる光電変換素子１０１から垂直ＣＣＤ１０２に信
号電荷が読み出されるので、図１および図４(ｃ)に示す
ように、この信号電荷もφＶ５〜φＶ８なる垂直転送電
極１０４に対応した位置の信号電荷と一つに合成される
ことになる。
【００５６】これでφＶ５，φＶ３，φＶ１(およびφ
Ｖ１０，φＶ８，φＶ６)なる三個の光電変換素子１０
１から読み出された三つの信号電荷が一つに合成された
ことになるので、この一つの信号電荷が水平ＣＣＤ１０
３の一個の水平転送電極１０５に対応した位置に転送さ
れる。
【００５７】この水平ＣＣＤ１０３は、垂直ＣＣＤ１０
２から順番に供給される複数の信号電荷を横方向に並列
に転送して出力するので、これで縦方向で五分の一に間
引かれた画像データが出力されることになり、例えば、
五分の一に間引処理された画像データが五倍の速度で出
力される。
【００５８】このように画像データを数分の一に間引処
理して数倍の速度で出力する場合、必然的に光電変換素
子１０１が入射光の光量を信号電荷に変換して蓄積する
時間も数分の一とになるので、その蓄積される電荷量も
略数分の一に低下することになる。
【００５９】しかし、本実施の形態のデジタルカメラ２
００では、上述のように駆動制御回路２０３が垂直／水
平駆動回路２０１，２０２により垂直／水平ＣＣＤ１０
２，１０３を動作制御して間引読出動作を実行する場
合、その動作制御により縦方向で所定周期に位置する複
数の光電変換素子１０１の信号電荷を加算させる。この
ため、間引読出動作での信号電荷の電荷量が増加するこ
とになり、良好な感度で撮像された画像データを高速に
出力することができる。
【００６０】なお、図１に示すように、光電変換素子１
０１から垂直ＣＣＤ１０２に信号電荷を読み出すために
垂直駆動回路２０１が垂直転送電極１０４に印加する電
圧は、垂直ＣＣＤ１０２に読み出された信号電荷を転送
させるために印加する電圧より高圧である。
【００６１】しかし、本実施の形態のデジタルカメラ２
００では、垂直駆動回路２０１が垂直転送電極１０４に
電圧を印加する動作を駆動制御回路２０３が制御するこ
とにより、複数の光電変換素子１０１の信号電荷を相互
に相違するタイミングで垂直ＣＣＤ１０２に読み出させ
る。このため、垂直駆動回路２０１が高圧の制御電圧を
多数の垂直転送電極１０４に同時に印加する必要がない
ので、垂直駆動回路２０１の電圧降下を防止でき、電源
回路(図示せず)の負担を軽減することも可能である。
【００６２】さらに、上述のように複数の光電変換素子
１０１から垂直ＣＣＤ１０２に順番に読み出される信号
電荷を転送の過程で一つに合成させるので、この合成後
は信号電荷を一つとして取り扱うことができ、垂直ＣＣ
Ｄ１０２の動作制御が簡単である。
【００６３】なお、本発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許
容する。例えば、上記形態では複数の光電変換素子１０
１の信号電荷を相互に相違するタイミングで垂直ＣＣＤ
１０２に読み出させることにより、垂直駆動回路２０１
が高圧の制御電圧を多数の垂直転送電極１０４に同時に
印加する必要をなくすことを例示した。
【００６４】しかし、図６ないし図８に示すように、垂
直駆動回路２０１が垂直転送電極１０４に電圧を印加す
る動作を駆動制御回路２０３が制御することにより、一
つに加算される複数の光電変換素子１０１の信号電荷を
垂直ＣＣＤ１０２に同時に読み出させることも可能であ
る。
【００６５】複数の光電変換素子１０１の信号電荷が垂
直ＣＣＤ１０２に同時に読み出されるので、同一時刻に
光電変換されて蓄積された複数の信号電荷が加算される
ことになり、撮像時刻が相違する信号電荷が加算される
ことによる画像データの劣化を防止することができる。
さらに、複数の信号電荷を加算して出力する工程の個数
も削減できるので、間引読出動作の速度を向上させるこ
ともできる。
【００６６】つまり、加算する複数の信号電荷の読出タ
イミングを相違させれば電源の負担を軽減することがで
き、同一とすれば画像品質を改善できるとともに動作速
度を向上できるので、これらの構成は相互に一長一短を
有することになり、実際に製品を実施する場合には各種
条件を考慮して最適な一方を選択することが好適であ
る。
【００６７】また、上記形態では複数の光電変換素子１
０１から垂直ＣＣＤ１０２に信号電荷を順番に読み出し
て転送するとき、前段で読み出されて転送された信号電
荷と一つに合成される位置に次段の信号電荷を読み出す
ことを例示した。しかし、図９に示すように、次段の信
号電荷を前段の信号電荷とは合成されない位置に読み出
してから、転送の過程で一つに合成することも可能であ
る。
【００６８】さらに、上記形態では複数の光電変換素子
１０１から読み出された信号電荷を垂直ＣＣＤ１０２で
転送する過程で一つに合成することを例示したが、複数
の信号電荷を垂直ＣＣＤ１０２から水平ＣＣＤ１０３の
一個の位置に順番に転送させることで一つに合成するこ
とも可能である。
【００６９】また、上記形態では白黒画像を撮像するデ
ジタルカメラ２００を想定したが、図１０に示すよう
に、色毎に所定の配置で配列される複数種類のカラーフ
ィルタ３００を多数の光電変換素子１０１に個々に装着
し、カラー画像を撮像することも可能である。
【００７０】ただし、このようにカラーフィルタ３００
を利用してカラー画像を撮像する場合、間引読出動作で
は駆動制御回路２０３の動作制御により、同色のカラー
フィルタ３００が装着されている複数の光電変換素子１
０１の信号電荷を加算させることが好適である。
【００７１】図示したベイヤ配列の場合、縦方向では二
行の周期で同色のカラーフィルタ３００が配列されてい
るので、間引読出動作では二行の倍率の周期に位置する
複数の光電変換素子１０１の信号電荷を加算すれば良
い。この場合、信号電荷が加算される光電変換素子１０
１には同色のカラーフィルタが装着されているので、異
色の信号電荷が加算されることがなく、間引読出動作で
撮像するカラー画像の品質を良好に確保することができ
る。
【００７２】さらに、上記形態ではデジタルカメラ２０
０のマイクロコンピュータからなる駆動制御回路２０３
が内蔵ＲＯＭに事前に格納されているソフトウェアに対
応して動作することで、その各種機能により間引読出手
段や電荷加算手段などの各種手段が論理的に実現される
ことを例示した。
【００７３】しかし、上述のような各種手段を各々専用
のハードウェアとして形成することも可能であり、例え
ば、適正なソフトウェアをコンピュータにインストール
して実現することも可能であり、一部をソフトウェアで
実現するとともに一部をハードウェアとして形成するこ
とも可能である。
【００７４】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
【００７５】本発明の画像撮像装置による画像撮像方法
では、間引読出動作が実行される場合には、間引読出手
段が垂直ＣＣＤを動作制御し、インターレース手段より
以上の行数の周期で間引いた一部の光電変換素子から信
号電荷を読み出させるが、この間引読出動作が実行され
るとき、縦方向で所定周期に位置する複数の光電変換素
子の信号電荷を電荷加算手段が加算させることにより、
間引読出動作での信号電荷の電荷量を増加させることが
できるので、間引処理されて高速に出力される画像デー
タの撮像の感度を改善することができる。
【００７６】また、上述のような画像撮像装置におい
て、複数の光電変換素子から垂直ＣＣＤに読み出された
信号電荷が、水平ＣＣＤの一個の位置に転送させて加算
されることにより、複数の信号電荷を水平ＣＣＤで加算
することができる。
【００７７】また、複数の光電変換素子から読み出され
た信号電荷が、垂直ＣＣＤにより転送される過程で加算
されることにより、複数の信号電荷を垂直ＣＣＤで加算
することができる。
【００７８】また、複数の光電変換素子の信号電荷が相
互に相違するタイミングで垂直ＣＣＤに読み出され、前
段で読み出された信号電荷が垂直ＣＣＤで縦方向に転送
されてから後段の信号電荷が読み出されることにより、
信号電荷を読み出すための制御電圧を複数の垂直転送電
極に同時に印加する必要がないので、光電変換素子から
垂直ＣＣＤに信号電荷を読み出すための電圧の降下を防
止することができ、電源の負担を軽減することもでき
る。
【００７９】また、複数の光電変換素子の信号電荷が垂
直ＣＣＤに同時に読み出されることにより、同一時刻に
光電変換されて蓄積された複数の信号電荷を加算できる
ので、間引処理された画像データの品質を改善すること
ができ、間引処理された画像データの出力速度を向上さ
せることもできる。
【００８０】また、複数種類のカラーフィルタが色毎に
所定の配置で配列されて多数の光電変換素子に個々に装
着されており、多数の光電変換素子が複数種類の色毎に
信号電荷を出力し、間引読出動作では複数の光電変換素
子の信号電荷が加算されるが、信号電荷が加算される光
電変換素子には同色のカラーフィルタが装着されている
ことにより、間引読出動作で異色の信号電荷が加算され
ることがないので、間引読出動作でデータ出力されるカ
ラー画像の品質を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像撮像装置の実施の一形態であるデ
ジタルカメラによる画像読取方法を示し、(ａ)は垂直Ｃ
ＣＤが間引読出動作で信号電荷を転送する動作を示す模
式的な工程図、(ｂ)は間引読出動作での垂直転送電極の
制御電圧を示すタイムチャートである。
【図２】デジタルカメラの要部の回路構造を示すブロッ
ク図である。
【図３】間引読出動作で垂直ＣＣＤが信号電荷を転送す
る動作を示す模式的な工程図である。
【図４】図３に連続する工程図である。
【図５】図４に連続する工程図である。
【図６】第一の変形例のデジタルカメラによる画像読取
方法を示し、(ａ)は垂直ＣＣＤが間引読出動作で信号電
荷を転送する動作を示す模式的な工程図、同図(ｂ)は間
引読出動作での垂直転送電極の制御電圧を示すタイムチ
ャートである。
【図７】間引読出動作で垂直ＣＣＤが信号電荷を転送す
る動作を示す模式的な工程図である。
【図８】間引読出動作で垂直ＣＣＤが信号電荷を転送す
る動作を示す模式的な工程図である。
【図９】第一の変形例のデジタルカメラによる画像読取
方法を示し、(ａ)は垂直ＣＣＤが間引読出動作で信号電
荷を転送する動作を示す模式的な工程図、同図(ｂ)は間
引読出動作での垂直転送電極の制御電圧を示すタイムチ
ャートである。
【図１０】カラーフィルタを示す正面図である。
【図１１】デジタルカメラの要部の構造を示す模式的な
正面図である。
【図１２】インターレース動作で垂直ＣＣＤが信号電荷
を転送する動作を示す模式的な工程図である。
【図１３】図１２に連続する工程図である。
【図１４】(ａ)は垂直ＣＣＤが間引読出動作で信号電荷
を転送する動作を示す模式的な工程図、同図(ｂ)は間引
読出動作での垂直転送電極の制御電圧を示すタイムチャ
ートである。
【図１５】間引読出動作で垂直ＣＣＤが信号電荷を転送
する動作を示す模式的な工程図である。
【符号の説明】
１０１ 光電変換素子 １０２ 垂直ＣＣＤ １０３ 水平ＣＣＤ １０４ 垂直転送電極 ２００ 画像撮像装置であるデジタルカメラ ２０３ 各種手段として機能する駆動制御回路 ３００ カラーフィルタ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 縦横方向で二次元状に配列されていて入
    射光の光量を個々に信号電荷に変換して蓄積する多数の
    光電変換素子と、前記光電変換素子の複数の縦列に個々
    に並設された複数の縦列からなり前記光電変換素子から
    信号電荷を横方向に読み出して縦方向に順次転送する垂
    直ＣＣＤ(Charge Coupled Device)と、多数の前記光電
    変換素子の一個に二個以下の割合で設けられており前記
    垂直ＣＣＤの動作を制御する電圧が印加される多数の垂
    直転送電極と、複数の縦列の前記垂直ＣＣＤから転送さ
    れる信号電荷を横方向に順次転送して一端から外部出力
    する一個の横行の水平ＣＣＤと、を具備しており、 前記垂直ＣＣＤを動作制御して所定の行数の周期で間引
    いた一部の前記光電変換素子から信号電荷を読み出させ
    るインターレース動作と、前記垂直ＣＣＤを動作制御し
    て前記インターレース動作より以上の行数の周期で間引
    いた一部の前記光電変換素子から信号電荷を読み出させ
    る間引読出動作と、を選択的に実行する画像撮像装置の
    画像撮像方法であって、 前記間引読出動作の実行時に縦方向で所定周期に位置す
    る複数の前記光電変換素子の信号電荷を加算させるよう
    にした画像撮像方法。
  2. 【請求項２】 縦横方向で二次元状に配列されていて入
    射光の光量を個々に信号電荷に変換して蓄積する多数の
    光電変換素子と、前記光電変換素子の複数の縦列に個々
    に並設された複数の縦列からなり前記光電変換素子から
    信号電荷を横方向に読み出して縦方向に順次転送する垂
    直ＣＣＤと、多数の前記光電変換素子の一個に二個以下
    の割合で設けられており前記垂直ＣＣＤの動作を制御す
    る電圧が印加される多数の垂直転送電極と、複数の縦列
    の前記垂直ＣＣＤから転送される信号電荷を横方向に順
    次転送して一端から外部出力する一個の横行の水平ＣＣ
    Ｄと、を具備しており、 前記垂直ＣＣＤを動作制御して所定の行数の周期で間引
    いた一部の前記光電変換素子から信号電荷を読み出させ
    るインターレース動作と、前記垂直ＣＣＤを動作制御し
    て前記インターレース動作より以上の行数の周期で間引
    いた一部の前記光電変換素子から信号電荷を読み出させ
    る間引読出動作と、を選択的に実行する画像撮像装置で
    あって、 前記間引読出動作の実行時に縦方向で所定周期に位置す
    る複数の前記光電変換素子の信号電荷を加算させる電荷
    加算手段を具備している画像撮像装置。
  3. 【請求項３】 縦横方向で二次元状に配列されていて入
    射光の光量を個々に信号電荷に変換して蓄積する多数の
    光電変換素子と、 前記光電変換素子の複数の縦列に個々に並設された複数
    の縦列からなり前記光電変換素子から信号電荷を横方向
    に読み出して縦方向に順次転送する垂直ＣＣＤと、 多数の前記光電変換素子の一個に二個以下の割合で設け
    られており前記垂直ＣＣＤの動作を制御する電圧が印加
    される多数の垂直転送電極と、 複数の縦列の前記垂直ＣＣＤから転送される信号電荷を
    横方向に順次転送して一端から外部出力する一個の横行
    の水平ＣＣＤと、 前記垂直ＣＣＤを動作制御して所定の行数の周期で間引
    いた一部の前記光電変換素子から信号電荷を読み出させ
    るインターレース手段と、 前記垂直ＣＣＤを動作制御して前記インターレース手段
    より以上の行数の周期で間引いた一部の前記光電変換素
    子から信号電荷を読み出させる間引読出手段と、 該間引読出手段により一部の前記光電変換素子から読み
    出される信号電荷に縦方向で所定周期に位置する少なく
    とも一個の前記光電変換素子の信号電荷を加算させる電
    荷加算手段と、を具備している画像撮像装置。
  4. 【請求項４】 前記電荷加算手段は、複数の前記光電変
    換素子から読み出された信号電荷を前記垂直ＣＣＤの一
    個の縦列から前記水平ＣＣＤの一個の位置に転送させる
    請求項２または３記載の画像撮像装置。
  5. 【請求項５】 前記電荷加算手段は、複数の前記光電変
    換素子から読み出された信号電荷を前記垂直ＣＣＤによ
    り転送される過程で一つに合成させる請求項２ないし４
    の何れか一記載の画像撮像装置。
  6. 【請求項６】 前記電荷加算手段は、複数の前記光電変
    換素子の信号電荷を相互に相違するタイミングで前記垂
    直ＣＣＤに読み出させるとともに、前段で読み出された
    信号電荷を後段の信号電荷の読み出し以前に前記垂直Ｃ
    ＣＤに縦方向に転送させる請求項２ないし５の何れか一
    記載の画像撮像装置。
  7. 【請求項７】 前記電荷加算手段は、複数の前記光電変
    換素子の信号電荷を前記垂直ＣＣＤに同時に読み出させ
    る請求項２ないし５の何れか一記載の画像撮像装置。
  8. 【請求項８】 色毎に所定の配置で配列されていて多数
    の前記光電変換素子に個々に装着されている複数種類の
    カラーフィルタも具備しており、 前記電荷加算手段は、同色の前記カラーフィルタが装着
    されている複数の前記光電変換素子の信号電荷を加算さ
    せる請求項２ないし７の何れか一記載の画像撮像装置。
  9. 【請求項９】 縦横方向で二次元状に配列されていて入
    射光の光量を個々に信号電荷に変換して蓄積する多数の
    光電変換素子と、前記光電変換素子の複数の縦列に個々
    に並設された複数の縦列からなり前記光電変換素子から
    信号電荷を横方向に読み出して縦方向に順次転送する垂
    直ＣＣＤと、多数の前記光電変換素子の一個に二個以下
    の割合で設けられており前記垂直ＣＣＤの動作を制御す
    る電圧が印加される多数の垂直転送電極と、複数の縦列
    の前記垂直ＣＣＤから転送される信号電荷を横方向に順
    次転送して一端から外部出力する一個の横行の水平ＣＣ
    Ｄと、前記光電変換素子の信号電荷を読み出す前記垂直
    ＣＣＤを少なくとも動作制御するコンピュータと、を具
    備しており、 前記垂直ＣＣＤを動作制御して所定の行数の周期で間引
    いた一部の前記光電変換素子から信号電荷を読み出させ
    るインターレース動作と、前記垂直ＣＣＤを動作制御し
    て前記インターレース動作より以上の行数の周期で間引
    いた一部の前記光電変換素子から信号電荷を読み出させ
    る間引読出動作と、を前記コンピュータが選択的に実行
    する画像撮像装置において、 前記間引読出動作の実行時に縦方向で所定周期に位置す
    る複数の前記光電変換素子の信号電荷が加算されるよう
    に前記垂直ＣＣＤを動作制御することを、前記コンピュ
    ータに実行させるためのプログラムが格納されている情
    報記憶媒体。
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