JP2002118789A

JP2002118789A - 撮像装置および方法

Info

Publication number: JP2002118789A
Application number: JP2000307082A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Mitsunaga; 知生光永; Seiji Kobayashi; 誠司小林; Koichi Harada; 耕一原田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: JP4482781B2

Abstract

(57)【要約】【課題】動画のように時々刻々と光量が変化する画像
を正確に撮像できるようにする。【解決手段】 CCDイメージセンサがAND型であるとき、
最初のタイミングで第２相電源２ｃと第３相電源３ａか
ら読出しパルスが、印加されると第２相電極５ｂ，５ｄ
と第３相電極６ｂ，６ｄに接続されたPD８ｂ，８ｄから
蓄積された電荷が垂直転送CCD７ａに出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置および方
法に関し、特に、動画のように時々刻々と光量が変化す
る画像を正確に撮像できるようにした撮像装置および方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】CCD（Charged Coupled Device）イメー
ジセンサを用いた撮像装置が一般に普及しつつある。

【０００３】CCDイメージセンサは、固体撮像素子であ
り、ビデオカメラやデジタルスチルカメラといった撮像
機器に用いられている。このCCDイメージセンサを用い
た撮像機器は、FA（Factory Automation）における部品
検査装置や、ME（Medical Electronics）における電子
内視鏡といった光学計測装置に幅広く利用されている。

【０００４】図１は、従来の撮像装置におけるインター
ライン方式のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図
である。

【０００５】第１相電源１、第２相電源２、および、第
３相電源３は、各々第１相電極４ａ乃至４ｄ（以下、こ
れらをここに区別する必要がない場合、単に、第１相電
極４と称する。他の装置についても同様とする）、第２
相電極５ａ乃至５ｄ、および、第３相電極６ａ乃至６ｄ
を介して、垂直転送CCD（垂直転送レジスタ）７ａ，７
ｂに転送パルス（駆動電圧）を供給する。また、第２相
電源２は、垂直転送CCD７ａ，７ｂに、PD（Photo Diod
e：フォトダイオード）８ａ乃至８ｈに蓄積された電荷
の読み出しを指令する読出しパルス（駆動電圧）を供給
する。

【０００６】PD８は、映像を構成する光を光電変換して
電荷を蓄積する。PD８に蓄積された電荷は、第２相電源
２から供給される読出しパルスに応じて、垂直転送CCD
７ａ，７ｂに読み出される。尚、図１において、PD８
は、説明の関係上４行×２列に配列された場合を示して
いるが、実際には、PD８は、水平方向、および、垂直方
向に対してもっと多くの数だけ配列されている。

【０００７】垂直転送CCD７ａ，７ｂには、各PD８に対
して、３つのポリシリコン電極が配置され、これが各PD
８から読み出した電荷を蓄積するレジスタとして機能す
る。また、このポリシリコン電極は、垂直方向にセル状
に連結されており、第１相電極４、第２相電極５、およ
び、第３相電極６より供給される転送パルスにより、ポ
リシリコン電極上に蓄積した電荷を、順次、図中下方向
に連結されたポリシリコン電極に転送して、垂直転送CC
D７の端部に接続された水平転送CCD９に出力する。この
とき、垂直転送CCD７は、各PD８より出力された電荷が
混ざり合わないよう制御しながら、水平転送CCD９に出
力する。

【０００８】第１相電極４、第２相電極５、および、第
３相電極６は、図中水平方向に配置されている。このた
め、例えば、第２相電極５ａより供給される読出しパル
スに基づいて、水平方向に並んでいるPD８ａ，８ｅに蓄
積された電荷は、同期したタイミングで垂直転送CCD７
ａ，７ｂに読み出されることになる。すなわち、PD８
は、水平方向に伸びるように配置された各電極に共通に
接続されているので、水平方向に並ぶPD８の電荷は、同
期したタイミングで（同時に）垂直転送CCD７に読み出
される。また、垂直転送CCD７ａ，７ｂが各PD８より出
力された電荷を水平転送CCD９に転送する際の転送パル
スも、第１相電極４ａ乃至４ｄ、第２相電極５ａ乃至５
ｄ、および、第３相電極６ａ乃至６ｄ毎に、水平方向に
対して同期したタイミングで供給される。

【０００９】水平転送CCD９は、駆動電源１０ａ，１０
ｂにより供給される転送パルスにより駆動され、垂直転
送CCD７ａ，７ｂより転送されてきた、各PD８より読み
出された電荷を出力端子１１に出力する。

【００１０】ところで、上述のCCDイメージセンサを用
いて、ダイナミックレンジを向上させるため、異なる感
度のPD８を利用して画像を撮像し、合成させる手法が提
案されている。

【００１１】第１の手法として、光学的に複数の透過率
の異なる光軸に分岐させた入射光をそれぞれの光軸上に
配置させたCCDイメージセンサで計測することが、特開
平８−２２３４９１、特開平７−２５４９６５、特開平
７−２５４９６６、特開平８−３４０４８６、特開平１
０−０６９０１１、または、U.S. Patent ５８０１７７
３に記載されている。

【００１２】また、第２の手法として、１つのCCDイメ
ージセンサを用いて、露光時間を分割し、異なる時刻
で、かつ、異なる時間幅で、複数枚の画像を撮像した
後、それらを合成する手法が、特開平８−３３１４６
１、特開平７−２５４９６５、U.S.Patent ５４２０６
３５、U.S. Patent ５４５５６２１、特開平６−１４１
２２９、U.S. Patent ５８０１７７３、U.S. Patent ５
６３８１１８、または、U.S.Patent ５３０９２４３に
記載されている。

【００１３】ここで、図２を参照して、第２の手法を用
いた発明について説明する。尚、図２（Ａ）は、図示せ
ぬシャッタの開放タイミングを示しており、Highのと
き、シャッタが開いた状態（各PD８が露出された状態）
を示している。図２（Ｂ）は、基板電圧制御信号のパル
スを示しており、Highのとき、全てのPD８上に蓄積され
た電荷は基板に開放されて、電荷が掃出される。図２
（Ｃ）は、第２相電源２から第２相電極５を介して各PD
８に出力される読出しパルスを示しており、この読出し
パルスによりPD８に蓄積された電荷が、垂直転送CCD７
に読み出される。図２（Ｄ）は、各PD８に蓄積される電
荷量を示している。尚、ここでは、受光される光の強度
は、一定であるものとする。

【００１４】図２（Ｂ）に示すように時刻ｔ_aで基板電
圧制御信号が印加されると、PD８の電荷量はゼロとな
り、同時に、図２（Ａ）に示すように、シャッタが開
き、露出が開始されるので、各PD８は電荷の蓄積を開始
する。図２（Ｃ）に示すように、時刻ｔ_bの直前で、読
出しパルスが入力されると、時刻ｔ_a乃至ｔ_b間で、PD８
に蓄積された電荷が、垂直転送CCD７に読み出され、さ
らに、図２（Ｂ）に示すように、時刻ｔ_bの直後に入力
された基板電圧制御信号のパルスにより、PD８に蓄積さ
れた電荷は掃出され蓄積された電荷はゼロに戻る。そし
て、PD８は、再び電荷の蓄積を開始する。時刻ｔ_cの直
前において、図２（Ｃ）に示すように読出しパルスが入
力されると、時刻ｔ_b乃至ｔ_cの間にPD８に蓄積された電
荷が、垂直転送CCD７に読み出される。このとき、図２
（Ａ）に示すように露出が終了する。

【００１５】一回の露出期間における時刻ｔ_a乃至ｔ_bの
期間を第１の撮像期間とし、時刻ｔ _b乃至ｔ_cの期間を第
２の撮像期間とすれば、上記の発明では、この第１の撮
像期間は、第２の撮像期間の数倍乃至数十倍の長さとな
るように設定されており、これらの２回の撮像期間によ
り撮像された画像を合成することにより、ダイナミック
レンジの広い撮像が可能であるとされている。

【００１６】ところで、図３（Ａ）に示すように物体１
５ａが、図中の物体１５ｂの位置まで左方向に移動する
シーンを撮像するとき、理想的には、図３（Ｂ）に示す
ように画像がぶれて撮像されることになる。この撮像を
上記の手法を用いて行うと、第１の撮像期間では、図４
（Ａ）に示すように、時刻ｔ_a乃至ｔ_bの期間に移動す
る、物体１５ａから物体１５ｃまでの映像が撮像され、
図４（Ｂ）に示すような画像が撮像されることになる。
また、第２の撮像期間においては、図５（Ａ）に示すよ
うに、時刻ｔ_b乃至ｔ_cの期間に移動する、物体１５ｃか
ら物体１５ｂまでの映像が撮像され、図５（Ｂ）に示す
ような画像が撮像されることになる。

【００１７】結果として、図４（Ｂ）に示した画像と、
図５（Ｂ）に示した画像が合成されて、図３（Ｂ）の画
像が得られることになる。これが、第２の手法を用いた
発明の原理である。

【００１８】さらに、第３の手法として、１つのCCDイ
メージセンサを用いて、CCDイメージセンサの各受光素
子の感度を異なるようにして撮像した後、複数の異なる
感度の受光素子で計測された信号を合成させる手法が、
U.S. Patent ５７８９７３７、特開昭５９−２１７３５
８、または、U.S. Patent ５４２０６３５に記載されて
いる。これらにおいては、１つのCCDイメージセンサ内
の受光素子の感度を変える手段として、各受光素子上に
透過率の異なるフィルタを張る方法が提案されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1の
手法は、複数のCCDイメージセンサと、光を分岐させる
複雑な光学系が必要となるため、製造コストや装置規模
が大きくなってしまうと言う課題があった。

【００２０】また、第２の手法は、撮像する画像が全体
的に暗いような場合、第１の撮像期間においては、露出
時間が長いため、高感度で撮影でき、図４（Ｂ）のよう
な、画像を撮像することができるが、第２の撮像期間に
おいては、露出時間が短いので、暗い画像を撮像して
も、蓄積される電荷はわずかであり、ノイズレベルに埋
もれてしまうことがあるため、結果として、第１の撮像
期間と第２の撮像期間に撮像された画像を合成しても、
図５（Ｂ）に示す画像が、欠落してしまう恐れがある。
また、撮像される画像が全体的に明るい画像であると
き、第１の撮像期間では、感度が高すぎるため、PD８に
蓄積される電荷量が飽和してしまい、データとして処理
できなくなることがある。この場合、第２の撮像期間に
撮像される画像は、露出時間が短いので、低感度で撮像
することができ、図５（Ｂ）に示すような画像は、撮像
されることになる。結果として、これらの画像を合成し
ても、図５（Ｂ）の画像のみが撮像されることになり、
図４（Ｂ）に示す画像が欠落してしまう恐れがある。

【００２１】すなわち、これらの手法では、異なる感度
で計測された情報が異なる時刻で、かつ、異なる時間幅
で得られることになるため、時々刻々と光強度が変化す
る動的なシーン（画像）を正しく撮像することができな
いことがあるという課題があった。

【００２２】さらに、第3の手法は、CCDイメージセンサ
の各受光素子（図１のPD８）には、１つの感度で計測さ
れた情報しかなく、複数の受光素子で計測された信号を
合成することにより広ダイナミックレンジな画像を得る
ようにしているので、CCDイメージセンサの持っている
解像度の数分の一程度の解像度しか得られない。

【００２３】すなわち、例えば、図１に示すPD８ａ，８
ｃ，８ｅ，８ｇを高感度として、残りのPD８ｂ，８ｄ，
８ｆ，８ｈを低感度として、撮像したとしても、それぞ
れに蓄積された電荷は、垂直転送CCD７中で、加算され
ることになり、結局、隣接する感度の異なる２つのPD８
からの情報に基づいて、１つのPD８の情報が生成される
ことになるので、以上のように感度を２段階に分けた場
合は、解像度が1/2になり、感度を複数の段階に分けた
場合は、解像度がさらに低下してしまうという課題があ
った。

【００２４】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、動画のように時々刻々と光量が変化する画
像を正確に、高ダイナミックレンジで撮像できるように
するものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、光
を受光し、受光した光を光電変換して電荷を蓄積する複
数の受光素子と、受光素子により蓄積された電荷を読み
出す読出し手段と、受光素子毎に、受光素子が光を受光
している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように
分割し、分割された期間毎に、受光素子により蓄積され
た電荷を、読出し手段に読み出させるように制御する制
御手段とを備えることを特徴とする。

【００２６】前記制御手段には、隣接する受光素子の組
について、相互に任意の時間の組み合わせの順序が異な
るように、受光素子が光を受光している期間を分割し、
分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷
を、読出し手段に読み出させるように制御させるように
することができる。

【００２７】前記読出し手段により読み出された電荷
を、垂直方向に転送する垂直転送手段をさらに設けるよ
うにすることができ、制御手段には、垂直転送手段によ
る電荷の転送を停止させるように制御させ、かつ、受光
素子毎に、受光素子が光を受光している期間を、任意の
時間の組み合わせとなるように分割させ、分割された期
間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出し手段
に読み出させるように制御させるようにすることができ
る。

【００２８】前記制御手段には、垂直転送手段による電
荷の転送を停止させるように制御させ、かつ、隣接する
受光素子の組について、相互に任意の時間の組み合わせ
の順序が異なるように、受光素子が光を受光している期
間を分割し、分割された期間毎に、受光素子により蓄積
された電荷を、読出し手段に読み出させるように制御さ
せるようにすることができる。

【００２９】本発明の撮像方法は、受光素子により蓄積
された電荷を読み出す読出しステップと、受光素子毎
に、受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の
組み合わせとなるように分割し、分割された期間毎に、
受光素子により蓄積された電荷を、読出しステップの処
理で読み出させるように制御する制御ステップとを含む
ことを特徴とする。

【００３０】本発明の撮像装置および方法においては、
受光素子が光を受光している期間が、任意の時間の組み
合わせとなるように分割され、分割された期間毎に、受
光素子により蓄積された電荷が、読み出されるように制
御される。

【００３１】

【発明の実施の形態】図６は、本発明に係るデジタルス
チルカメラの一実施の形態の構成を示す図である。図示
せぬ被写体からの光Ｌは、シャッタ２１、および、レン
ズ２２を透過し、絞り２３により調整されて、適度な明
るさでCCDイメージセンサ２４に入射する。このとき、
レンズ２２は、図示せぬ被写体からの光Ｌからなる映像
が、CCDイメージセンサ２４上で結像されるように焦点
位置を調整する。

【００３２】CCDイメージセンサ２４は、複数の受光素
子（後述する図１８のPD８）により構成されており、レ
ンズ２２および絞り２３を介して入射された光Ｌを光電
変換し、映像を電気信号に変換して、後段のCDS回路（C
orrelated Double Sampling：相関２重サンプリング回
路）２５に出力する。

【００３３】CDS回路２５は、CCDイメージセンサ２４よ
り入力される信号を基準信号と比較し、その差電圧をサ
ンプリングし、これを映像信号としてA/D変換回路（Ana
log/Digital変換回路）２６に出力する。A/D変換回路２
６は、CDS回路２５より入力されたアナログ信号をデジ
タル信号に変換し、DSP（Digital Signal Processor）
２７に出力する。

【００３４】DSP２７は、CPU（Central Processing Uni
t）３４により制御され、A/D変換回路２６より入力され
た信号を所定の映像データに変換し、D/A変換回路（Dig
ital/Analog変換回路）３０、または、CODEC（Coder De
coder）２８に出力する。また、DSP２７は、CODEC２８
より入力された映像データをD/A変換回路３０に出力す
る。CODEC２８は、DSP２７より入力された映像データを
所定の方法でコーディングし、メモリ２９に記憶させる
と共に、メモリ２９に記憶されているデータを読み出
し、デコードしてDSP２７に出力する。

【００３５】D/A変換回路３０は、DSP２７より入力され
た映像データのデジタル信号をアナログ信号に変換し、
ビデオエンコーダ３１に出力する。ビデオエンコーダ３
１は、D/A変換回路３０より入力されたアナログ信号の
映像データを所定のビデオ信号に変換し、ビデオモニタ
３２に出力し、映像を表示させる。

【００３６】CPU３４は、デジタルスチルカメラのバス
３３に接続されたDSP２７、CODEC２８、メモリ２９、絞
りコントローラ３５、および、タイミングジェネレータ
３６を制御している。

【００３７】絞りコントローラ３５は、DSP２７に送ら
れた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御
値がCPU３４により設定され、その制御値に従って絞り
２３を制御する。具体的には、CPU３４がDSP２７に保持
されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲
得し、その平均値があらかじめ定められた適当とされる
輝度の範囲に収まるように絞り２３の制御値を設定す
る。

【００３８】タイミングジェネレータ３６は、CPU３４
により制御され、CCDイメージセンサ２４、CDS回路２
５、A/D変換回路２６、および、DSP２７の動作に必要と
されるタイミングパルスを発生し、供給する。操作部３
６は、ユーザが、デジタルスチルカメラを動作させると
き操作され、図７に示すような構成となっている。

【００３９】図７に示すように、操作部３６のキャプチ
ャボタン４１は、プッシュボタンで構成され、静止画を
撮像するとき、ユーザにより押下される。アクションモ
ード切替スイッチ４２は、アクションモードを設定する
ための上下にスライドする切替スイッチであり、図中上
段から“record”、“off”、および、“play”の文字
が表示されており、セットされた位置のアクションモー
ドに設定される。今の場合、アクションモード切替スイ
ッチ４２は、“off”の位置にセットされている。尚、
アクションモードについては、後述する。

【００４０】露出モード切替スイッチ４３は、露出モー
ドを切替えるスイッチであり、図中上段から“SVE（Spa
tially Varying Exposure）”、および、“normal”の
文字が表示されており、スイッチがセットされた位置の
露出モードに設定される。今の場合、露出モード切替ス
イッチ４３は、“normal”の位置にセットされている。
尚、露出モードについては、後述する。

【００４１】次に、図８乃至図１４を参照して、各アク
ションモードと、アクションモード毎のデジタルスチル
カメラの動作について説明する。図７に示すように、ア
クションモード切替スイッチ４２が、“off”の位置に
セットされているとき、アクションモードは、図８の状
態遷移図の「off状態」となっており、デジタルスチル
カメラは停止した状態になっている。

【００４２】この状態から、アクションモード切替スイ
ッチ４２が、上方向にスライドされて、図９に示すよう
に“record”の位置にセットされると、アクションモー
ドは、図８の番号１に示すように、「off状態」から
「モニタ状態」に遷移する。

【００４３】「モニタ状態」のとき、デジタルスチルカ
メラは、図１０に示すように、CPU３４が、タイミング
ジェネレータ３６を制御してドラフト読出用のタイミン
グパルスを出力させる。これに基づいて、CCDイメージ
センサ２４、CDS回路２５、A/D変換回路２６、DSP２７
は、シャッタ２１、レンズ２２、および、絞り２３を透
過した光Lからなる映像を、画像信号としてドラフト読
出しし、D/A変換回路３０に出力する。D/A変換回路３０
は、入力された画像信号をデジタル信号からアナログ信
号に変換し、ビデオエンコーダ３１に出力する。さら
に、ビデオエンコーダ３１は、入力されたアナログ信号
をビデオ信号に変換し、ビデオモニタ３２に表示させ
る。また、同様にして、アクションモード切替スイッチ
４２が、“off”の位置に戻されると、図８の番号２に
示すように「モニタ状態」から「off状態」に戻る。

【００４４】尚、ドラフト読出しについては、後述す
る。また、図１０においては、「モニタ状態」で、デジ
タルスチルカメラの動作に関与している回路は、実線で
示されており、直接動作に関与していない回路は、点線
で示されている。以下の説明においても同様に図示が行
われる。

【００４５】アクションモード切替スイッチ４２が、
“record”の位置にセットされた状態で、すなわち、図
８中の「モニタ状態」のとき、図１１に示すようにキャ
プチャボタン４１が押下されると、図８の番号３に示す
ように、「モニタ状態」から「キャプチャ状態」に状態
が遷移する。

【００４６】「キャプチャ状態」のとき、デジタルスチ
ルカメラは、図１２に示すように、CPU３４が、タイミ
ングジェネレータ３６を制御して全画素読出用のタイミ
ングパルスを出力させる。これに基づいて、CCDイメー
ジセンサ２４、CDS回路２５、A/D変換回路２６、DSP２
７は、レンズ２２、および、絞り２３を透過した光Lか
らなる映像を、１フレーム分だけ全画素読出しし、DSP
２７によりガンマ補正等の処理が施された後、CODEC２
８に出力する。CODEC２８は、DSP２７より入力された１
フレーム分の画像データを所定の形式で圧縮符号化し
（コーディングし）、メモリ２９に記憶させる。さら
に、「キャプチャ状態」は、この画像データがメモリ２
９に書き込まれた時点で終了し、図８の番号４に示すよ
うに、「キャプチャ状態」から「モニタ状態」に戻る。

【００４７】「モニタ状態」で、ユーザが、アクション
モード切替スイッチ４２を操作して、図１３に示すよう
に、“play”の位置にセットすると、デジタルスチルカ
メラは、図８中の番号５に示すように「モニタ状態」か
ら「再生状態」に遷移する。同様にして、「off状態」
で、ユーザが、アクションモード切替スイッチ４２を操
作して、“play”の位置にセットしても、デジタルスチ
ルカメラは、図８中の番号７に示すように「off状態」
から「再生状態」に遷移する。

【００４８】「再生状態」のとき、デジタルスチルカメ
ラは、図１４に示すように、CPU３４がタイミングジェ
ネレータ３６を停止させて、CCDイメージセンサ２４か
らの読出しを停止させる。さらに、CPU３４は、CODEC２
８を制御して、メモリ２９に記憶されている画像データ
を読み出して、復号処理させた後、DSP２７に出力させ
る。DSP２７は、CPU３４により制御されて、CODEC２８
から出力された画像データをビデオ信号のフォーマット
に合せるためのダウンサンプリング処理を施し、D/A変
換回路３０に出力する。D/A変換回路３０は、DSP２７よ
り入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、ビ
デオエンコーダ３１に出力する。ビデオエンコーダ３１
は、D/A変換回路３０より入力されたアナログ信号をビ
デオ信号に変換し、ビデオモニタ３２に表示させる。

【００４９】もちろん、「再生状態」のときに、ユーザ
が、アクションモード切替スイッチ４２を操作して、
“record”の位置にセットすると、デジタルスチルカメ
ラは、図８中の番号６に示すように「再生状態」から
「モニタ状態」に遷移し、また、同様に、“off”の位
置にセットすれば、図８中の番号８に示すように「再生
状態」から「off状態」に遷移する。

【００５０】次に、図１５を参照して、露出モードにつ
いて説明する。露出モードは、上記の「キャプチャ状
態」の時に有効な、CCDイメージセンサ２４の露出状態
を設定するもので、アクションモードとは独立に設定さ
れるモードである。露出モードには、「Normalモード」
と「SVEモード」の２つのモードがある。「Normalモー
ド」は、CCDイメージセンサ２４の各受光素子（後述す
る図１８のPD８）の露出時間を全て一定にする（全ての
受光素子の感度を一定にする）露出モードである。これ
に対して、「SVEモード」は、各受光素子の露出時間
を、受光素子毎に、いくつかのパターンで変化させる露
出モードである。

【００５１】図７に示すように、ユーザが、露出モード
切替スイッチ４３を操作して、“normal”の位置にセッ
トすると、露出モードは、図１５の「Normalモード」に
セットされる。また、図７に示す露出モード切替スイッ
チ４３が、図中下方向にスライドされて、“SVE”の位
置にセットされると、図１５の番号２１に示すように、
露出モードは「SVEモード」に遷移する。同様に、「SVE
モード」のとき、露出モード切替スイッチ４３が、図７
に示すように“normal”の位置に戻されると、番号２２
に示すように、露出モードは、「SVEモード」から「Nor
malモード」に遷移する。

【００５２】次に、図１６を参照して、CCDイメージセ
ンサ２４の電極構成の詳細について説明する。尚、図１
６以降の図面の説明においては、従来の場合と対応する
部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略
する。

【００５３】第1相電極４（図中破線で表示）、およ
び、第２相電極５（図中点線で表示）は、水平方向に伸
びるように配置されており、さらに、第２相電極５は、
転送ゲート６１に接続されている。すなわち、図中、例
えば、第１相電極４ａと第２相電極５ａは、PD８ａ，８
ｅ，８ｉを上下から挟み込むように水平方向に配置され
ている。また、同様にして、第１相電極４ｂと第２相電
極５ｂは、PD８ｂ、８ｆ、８ｊを上下から挟み込むよう
に水平方向に配置されている。

【００５４】第３相電極６（図中実線で表示）は、垂直
方向に伸びるように配置され、垂直方向に並ぶPD８の転
送ゲート６１に接続されている。すなわち、例えば、第
３相電極６ａは、垂直方向に並ぶPD８ｅ，８ｆ，８ｇ，
８ｈの転送ゲート６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄに接
続されている。第２相電極５は、第３相電極６との交差
部分に上方向に突出する凸部が設けられており、その一
部分が転送ゲート６１に接触するように構成されている
（接続されている）。

【００５５】図１７は、図１６に示されているCCDイメ
ージセンサ２４の線分ＡＡ'で示される部分の図１６中
左側面方向から見た断面を示している。図１７に示すよ
うに、第２相電極５は、側面から見ると階段状の形状を
しており、図１６中の上下方向で（図１７中の左右方向
で）段差のある構造となっている。第２相電極５の図１
６中の下方（図１７中の右方）では、第２相電極５の下
層に第１相電極４が配置されている。さらに、図１７中
の垂直方向（厚さ方向）に対して、第１相電極５と第２
相電極６を覆うように、最上層として第３相電極６が設
けられている。

【００５６】転送ゲート６１は、第２相電極５または第
３相電極６から印加される読出しパルスに基づいて、PD
８で、光電変換されて蓄積された電荷を垂直転送CCD７
に送り出す。図１６に示すように、転送ゲート６１は、
PD８との接合面に対して垂直方向に、第２相電極５と第
３相電極６によって、分割される構造となっている。こ
のため、転送ゲート６１は、第２相電極５、または、第
３相電極６のいずれか一方から、電荷読出しパルスが印
加されるとPD８の電荷を垂直転送CCD７に転送する。図
１６に示すように、第２相電極５、または、第３相電極
６のいずれか一方から電荷読出しパルスが印加されたと
きに、PD８の電荷が垂直転送CCD７出力されるCCDイメー
ジセンサ２４は、以下の説明において、特にOR型CCDイ
メージセンサと呼ぶものとする。

【００５７】これに対して、図１８に示すように、転送
ゲート６１上でPD８との接合面に平行に、第２相電極５
と第３相電極６によって分割される構造となっている場
合、転送ゲート６１は、第２相電極５と第３相電極６の
両電極から読出しパルスが印加されたときにのみPD８の
電荷を垂直転送CCD７に転送させる。図１８に示された
ように、第２相電極５、および、第３相電極６の両電極
から電荷読出しパルスが印加されたときにPD８の電荷を
出力させるCCDイメージセンサは、特に、AND型CCDイメ
ージセンサと呼ぶものとする。

【００５８】次に、CCDイメージセンサ２４のドラフト
読出しと全画素読出しについて説明する。CCDイメージ
センサ２４の各PD８の電荷の読出し方法には、上記のよ
うにドラフト読出しと全画素読出しがあり、全画素読出
しは、CCDイメージセンサ２４の全てのPD８で受光し、
蓄積された電荷を出力させるものである。これに対し
て、ドラフト読出しは、全てのPD８の中の一部から電荷
を出力させるものである。

【００５９】図１９は、ドラフト読出しをするときのCC
Dイメージセンサ２４の電気的構成を示している。基本
的には、図１の構成と同様であるが、従来の構成と異な
るのは、第２相電源２が、第２相電源２ａ，２ｂの２つ
に分けられており、第２相電源２ａは、第２相電極５ｃ
に接続され、第２相電源２ｂは、第２相電極５ａ，５
ｂ，５ｄに接続されている。すなわち、第２相電源２ａ
と第２相電源２ｂは、１：３の比率で第２相電極５に接
続されている。尚、図１９においては、第２相電源２
が、物理的に、第２相電源２ａと第２相電源２ｂの２つ
に分けられているように表示されているが、実際には、
各電極への読出しパルスの印加タイミングが上記の構成
となるように制御される。

【００６０】CCDイメージセンサ２４が上述のOR型（図
１６のような構成）であるとき、第２相電源２ａ（第２
相電極５ｃ）のみが、読出しパルスを出力すると、全PD
８のうち、対応するライン上のPD８ｃ，８ｇのみから電
荷が出力されることになる。従って、このとき、CCDイ
メージセンサ２４の全体のPD８の１／４から、電荷が出
力されることになるので、垂直転送CCD７の転送速度は
４倍となり、高速処理を実現させることができる。

【００６１】このドラフト読出しは、上述のように「モ
ニタ状態」において使用されるモードである。このとき
デジタルスチルカメラは、ビデオモニタ３２に、CCDイ
メージセンサ２４により撮像される被写体を表示させる
だけなので（記録させないので）、CCDイメージセンサ
２４の全体のPD８の１／４の電荷から画像を構成するこ
とで、画質は低下するが、被写体の映像を高速で表示さ
せることが可能となる。

【００６２】また、CCDイメージセンサ２４が上述のAND
型（図１８のような構成）である場合、第２相電源２ａ
と第３相電源３の両方が読出しパルスを出力すると、OR
型CCDイメージセンサ２４と同様に、やはり、対応する
ラインのPD８ｃ，８ｇからのみ電荷が出力されることに
なる。

【００６３】次に、全画素読出しについて説明する。全
画素読出しは、さらに、NormalモードとSVEモードの２
つの露出モードによりその動作が分けられる。Normalモ
ードの全画素読出しは、上述のように従来のCCDイメー
ジセンサにより実行されてきた読出し方式と同様の読出
し方式である。すなわち、この方式は、図８における
「キャプチャ状態」のとき、CCDイメージセンサ２４の
全てのPD８に対して、一定の露光時間により蓄積される
電荷を読み出す方式である。

【００６４】これに対して、露出モードが、SVEモード
である場合の全画素読出しでは、各PD８の露出時間がい
くつかのパターンに分けて受光され、それぞれの露光時
間に基づいた電荷が読み出される。

【００６５】図２０は、SVEモードのときのCCDイメージ
センサ２４の電気的構成を示している。SVEモードにお
いても、基本的には、図１の構成と同様であるが、従来
の構成と異なるのは、第２相電源２が、第２相電源２
ａ，２ｂ，２ｃの３相に分けられており、さらに、第３
相電源３も、第３相電源３ａ，３ｂの２相に分けられて
いることである。

【００６６】図２０に示すように、第２相電源２ａは、
第２相電極５ｃに、第２相電源２ｂは、第２相電極５ａ
に、第２相電源２ｃは、第２相電極５ｂ，５ｄにそれぞ
れ接続されている。また、第３相電源３ａは、第３相電
極６ａ，６ｂ，６ｃ、および、６ｄに、第３相電源３ｂ
は、第３相電源３ａが接続されている第３相電極６ａ，
６ｂ，６ｃ、および、６ｄの列に隣接する列の第３相電
極６ａ'，６ｂ'，６ｃ'、および、６ｄ'に、それぞれ接
続されている。

【００６７】このように接続されることにより、第２相
電極２に接続されるPD８を水平方向に対して１行おきに
制御することができると共に、第３相電極３に接続され
るPD８を垂直方向に１列おきに制御することが可能とな
る。このため、PD８の露出時間をいくつかのパターンに
変化させて、蓄積された電荷を垂直転送CCD７に出力さ
せることが可能となる。

【００６８】次に、図２１のタイミングチャートを参照
して、アクションモード切替スイッチ４２が、“recor
d”の位置にセットされて、かつ、露出モード切り替え
スイッチ４３が“normal”の位置にセットされた状態
で、キャプチャボタン４１が押下されたときのCCDイメ
ージセンサ２４の動作を説明する。

【００６９】ここで、図２１（Ａ）は、図８に対応する
状態を示しており、図２１（Ｂ）は、CCDイメージセン
サ２４の動作内容を示している。図２１（Ｃ）は、キャ
プチャボタン４１が押下されたタイミングを示してい
る。図２１（Ｄ）は、タイミングジェネレータ３６から
出力された垂直同期パルスを示している。図２１（Ｅ）
は、基板電圧制御信号（リセットパルス）を示してお
り、Highが、リセットパルスが印加された状態を示して
いる。図２１（Ｆ）は、シャッタ２１の開閉タイミング
を示しており、Highはシャッタが開いた状態を示し、Lo
wはシャッタが閉じた状態を示している。図２１（Ｇ）
乃至図２１（Ｌ）は、第1相電源１、第２相電源２ａ，
２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから出力される読出
しパルス、および、転送パルスを示している。なお、基
準位置より高い信号（上方に示される信号）が読出しパ
ルスを示し、基準位置より低い信号（下方に示される信
号）が転送パルスを示している。図２１（Ｍ）は、CCD
イメージセンサ２４から画像データが出力されるタイミ
ングを示している。

【００７０】時刻ｔ₀において、ユーザが、アクション
モード切替スイッチ４２を操作して、“record”の位置
にセットすると、デジタルスチルカメラは、図８の「モ
ニタ状態」に入り、同時に、ドラフト読出しが始まる。
このとき、図２１（Ｄ）に示すように、読み込まれる画
像の１フレームに対応するタイミングで、垂直同期パル
スが、時刻ｔ₀，ｔ₁₂，ｔ₁₄において、タイミングジェ
ネレータ３６より出力される。また、同時に、図２１
（Ｇ）乃至図２１（Ｌ）に示すように、第1相電源１、
第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂか
ら転送パルスが出力される。また、図２１（Ｅ），図２
１（Ｈ）に示すように、この垂直同期パルスに同期し
て、基板電圧制御信号と、第２相電極２ａからの読出し
パルスが出力される。基板電圧制御信号は、タイミング
ジェネレータ３６から出力される信号である。この基板
電圧制御信号が、出力されている間（例えば、時刻ｔ₀
乃至ｔ₃ ₁）は、PD８で生じた（光電変換された）電荷
は、基板方向に開放されるように制御されるので、蓄積
されない状態となる（蓄積された電荷がリセットされ
る）。この基板電圧制御信号により、撮像される映像の
各フレーム毎に一定の期間だけPD８が電荷を蓄積するよ
うに制御される。

【００７１】図２２は、図２１（Ａ）の「モニタ状態」
の期間を拡大して表示したものである。ここで、図２２
（Ａ）は、図８に対応するデジタルスチルカメラの状態
を示しており、図２２（Ｂ）は、CCDイメージセンサ２
４の動作内容を示している。図２２（Ｃ）は、タイミン
グジェネレータ３６から出力された垂直同期パルスを示
している。図２２（Ｄ）は、タイミングジェネレータ３
６から出力された水平同期パルスを示している。図２２
（Ｅ）は、基板電圧制御信号を示している。図２２
（Ｆ）は、シャッタ２１の開閉タイミングを示してい
る。図２２（Ｇ）乃至図２２（Ｌ）は、第1相電源１、
第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂか
ら出力される読出しパルス、および、転送パルスを示し
ている。図２２（Ｍ）は、CCDイメージセンサ２４から
画像データが出力されるタイミングを示している。

【００７２】図２２（Ｈ）に示すように、ドラフト読出
しの場合、電荷読出しパルスは、垂直同期パルスに同期
して第２相電極２ａにのみ供給される。従って、CCDイ
メージセンサ２４は、図１９に示す構造となるので、例
えば、時刻ｔ₁₁のタイミングで供給される。読出しパル
スにより、CCDイメージセンサ２４の総水平ライン数の1
/4のライン上のPD８から電荷が垂直転送CCD７に出力さ
れる。水平転送CCD９の駆動を制御する水平同期パルス
は、図２２（Ｄ）に示すように、垂直同期パルスが出力
された直後の時刻（例えば、時刻ｔ₁₁）から出力され、
1フレームの間に総水平ライン数の1/4の数だけ出力され
る。垂直転送CCD７を駆動する各相の電荷転送パルス
は、水平同期パルスの１つのインターバルにおいて、4
回出力される。

【００７３】図２２（Ｍ）に示すように、CCDイメージ
センサ２４からの信号出力は、最初の水平ラインのPD８
の転送が終了した直後（例えば、時刻ｔ₄₁＝時刻ｔ₆₂）
から開始され、次の垂直転送パルスの直前の時刻（例え
ば、時刻ｔ₁₂）に終了する。すなわち、例えば、時刻ｔ
₁₁において、PD８から出力された、垂直方向に1/4に間
引きされた電荷は、4ライン分に転送され、その直後か
ら高速水平転送され、さらに、この処理が水平同期パル
スの数（総水平ラインの1/4）だけ繰り返される。この
ような処理により、時刻ｔ₄₁乃至時刻ｔ₆₂間に、全画素
数に対して1/4に間引きされた１フレーム分の画像デー
タが出力され、さらに、この処理が繰り返される。

【００７４】次に、図２３は、図２１の「キャプチャ状
態」の期間を拡大して表示したタイミングチャートであ
る。ここで、図２３（Ａ）は、図８に対応する状態を示
しており、図２３（Ｂ）は、CCDイメージセンサ２４の
動作内容を示している。図２３（Ｃ）は、キャプチャボ
タン４１が押下されたタイミングを示している。図２３
（Ｄ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された
垂直同期パルスを示している。図２３（Ｅ）は、タイミ
ングジェネレータ３６から出力された水平同期パルスを
示している。図２３（Ｆ）は、基板電圧制御信号を示し
ている。図２３（Ｇ）は、シャッタ２１の開閉タイミン
グを示している。図２３（Ｈ）乃至図２３（Ｍ）は、第
1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源
３ａ，３ｂから出力される読出しパルス、および、転送
パルスを示している。図２３（Ｎ）は、CCDイメージセ
ンサ２４から画像データが出力されるタイミングを示し
ている。

【００７５】「キャプチャ状態」は、図２３（Ｃ）に示
すように、キャプチャボタン４１が押下されたことを示
すパルスが終了する時刻ｔ₂から開始される。「キャプ
チャ状態」では、「掃出し動作」、「露出動作」、およ
び、「全画素読出し動作」が順次実行されることにな
る。「掃出し動作」は、PD８に蓄積された電荷と、垂直
転送CCD７、および、水平転送CCD９に蓄積されている電
荷（ドラフト読出し中に転送していた電荷）を全て放出
する動作であり、図２３（Ｆ）に示すように、時刻ｔ₁₆
（＝ｔ₂）乃至ｔ₃₃において、基板電圧制御信号が印加
されて、PD８の蓄積電荷が基板に開放されると共に、図
２３（Ｈ）乃至図２３（Ｍ）に示すように垂直転送CCD
７、および、水平転送CCD９で転送中の電荷を全て掃出
させる。

【００７６】「露出動作」は、図２３（Ｆ）に示すよう
に、「掃出し動作」が終了する時刻ｔ ₃₃から開始される。
このとき、基板電圧制御信号がLowの状態になることに
より、PD８は電荷の蓄積を開始する。タイミングジェネ
レータ３６は、CCDイメージセンサ２４へのパルスの出
力を停止するように制御されるので、図２３（Ｈ）乃至
図２３（Ｍ）に示すように、第1相電源１、第２相電源
２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから読出しパ
ルス、および、転送パルスが出力されない。このため、
垂直転送CCD７は、電荷の転送を停止する（「掃出し動
作」で電荷が掃出されているので垂直転送CCD７上には
電荷は無い）。また、「露出動作」は、図２３（Ｇ）に
示すように、予め設定されたタイミングでシャッタが閉
じる状態まで継続される。

【００７７】「全画素読出し動作」は、図２３（Ｇ）に
示すように、シャッタが閉じたタイミングから開始され
る。また、シャッタが閉じるタイミングに対応して、時
刻ｔ ₈₁において、PD８の読出しパルスが、第２相電極２
ａ，２ｂ，２ｃより、全てのPD８に対して、同時に出力
される（OR型の場合）（AND型の場合は、第３相電極３
ａ，３ｂからも読出しパルスが出力される）。これを受
けて、PD８は、蓄積していた電荷を垂直転送CCD７に出
力する。また、基板電圧制御信号がHighの状態となるの
で、PD８には、新たに電荷が蓄積されない状態になる。

【００７８】この状態で、シャッタが閉じる時刻ｔ₁₈よ
り、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３
相電源３ａ，３ｂは、PD８の水平ラインの数だけ、転送
パルスを出力し、垂直転送CCD７にPD８から出力された
電荷を順次水平転送CCD９に転送させる。尚、第１相電
極１、第２相電極２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，
３ｂから出力する転送パルスが、図２３（Ｈ）に示すよ
うに、第１相電極の最初の立上りパルスが、時刻ｔ₇₁に
立上り、図２３（Ｉ），図２３（Ｊ），図２３（Ｋ）に
示すように、第２相電極２ａ，２ｂ，２ｃの立下りパル
スが、時刻ｔ₈₂（＝時刻ｔ₉₁＝時刻ｔ₁₀₁）に立下り、
図２３（Ｌ）に示すように、第３相電極３ａ，３ｂの立
上りパルスが、時刻ｔ₁₁₁（＝時刻ｔ₁₂₁）に立上ってい
るように、パルスにずれが存在するのは、垂直転送CCD
７に電荷を転送させるためである。また、CCDイメージ
センサ２４の出力は、図２３（Ｎ）に示すように、シャ
ッタが閉じられた時刻ｔ₁₉から開始される。

【００７９】次に、アクションモード切替スイッチ４２
が、“record”の位置にセットされて、かつ、露出モー
ド切り替えスイッチ４３が“SVE”の位置にセットされ
た状態で、キャプチャボタン４１が押下されたときのCC
Dイメージセンサ２４の動作を説明する。

【００８０】基本的な動作は、上述の露出モードが“no
rmal”に設定されたときの動作と同様であるが、露出動
作のみが異なるので、ここでは、露出モードがSVEモー
ドの場合の露出動作について説明する。

【００８１】図２４を参照して、CCDイメージセンサ２
４が、OR型であるときのSVEモードの「露出動作」につ
いて説明する。ここで、図２４（Ａ）は、CCDイメージ
センサ２４の動作内容を示している。図２４（Ｂ）は、
タイミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パ
ルスを示している。図２４（Ｃ）は、タイミングジェネ
レータ３６から出力された水平同期パルスを示してい
る。図２４（Ｄ）は、基板電圧制御信号を示している。
図２４（Ｅ）は、シャッタ２１の開閉タイミングを示し
ている。図２４（Ｆ）乃至図２４（Ｋ）は、第1相電源
１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３
ｂから出力される読出しパルスと転送パルスを示してい
る。尚、以下の説明においては、説明の便宜上、露出動
作の期間を水平同期パルス１６個分とする。また、１個
のPD８が、水平同期パルスの１個のインターバルの間に
蓄積できる電荷量を１Qと表すものとする（ただし、露
出動作中に受光される光強度は変化しないものとす
る）。

【００８２】露出動作が、時刻ｔ₃₃において、開始され
ると、全てのPD８で電荷の蓄積が開始される。図２５
は、PD８毎の電荷量を示している。ここで、図２５
（Ａ）は、CCDイメージセンサ２４の動作内容を示して
いる。図２５（Ｂ）は、タイミングジェネレータ３６か
ら出力された垂直同期パルスを示している。図２５
（Ｃ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された
水平同期パルスを示している。図２５（Ｄ）は、基板電
圧制御信号を示している。図２５（Ｅ）は、PD８ａ乃至
８ｄ、図２５（Ｆ）は、PD８ｅ乃至８ｈがそれぞれ蓄積
している電荷量を示している。尚、図中の太実線で示す
電荷量が、各PD８が、垂直転送CCD７に出力される電荷
量を示している。

【００８３】図２４（Ｋ）に示すように、２個目の垂直
同期パルスが出力される時刻ｔ₁₃₁の直前に、第３相電
源３ｂから読出しパルスを出力させると、第３相電極６
ａ'乃至６ｄ'に接続されたPD８ｅ乃至８ｈから電荷が出
力されるとともに、第３相電極６ａ乃至６ｄに接続され
た、ＰＤ８ａ乃至８ｄから電荷が出力される。従って、
図２５（Ｆ）に示すように、２Qの電荷量が、PD８ｅ乃
至８ｈより垂直転送CCD７により読み出される。このと
き、転送パルスは、出力されていないので、PD８ｅ乃至
８ｈにより出力された電荷は垂直転送CCD７上のそれぞ
れのPD８に対応するポリシリコン電極に蓄積される。

【００８４】その後、図２４（Ｋ）に示すように、４個
目、６個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ₁₃₂，
ｔ₁₃₃の直前に、上記と同様に第３相電源３ｂから読出
しパルスが出力され、図２５（Ｆ）に示すように、それ
ぞれ２Qの電荷量が垂直転送CCD７ｂ上に蓄積される。

【００８５】図２４（Ｊ），図２４（Ｋ）に示すよう
に、８個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ₁₃₄の
直前に、第３相電源３ａ，３ｂから読出しパルスが出力
されて、全てのPD８ａ乃至８ｈから蓄積された電荷が垂
直転送CCD７に出力される。このとき、PD８ａ乃至８ｄ
は、時刻ｔ₃₃より読出しパルスを受信しなかったので、
時刻ｔ₃₃乃至時刻ｔ₁₃₄の間に蓄積された８Qの電荷を垂
直転送CCD７ａに出力する。一方、PD８ｅ乃至８ｈは、
電荷２Qを垂直転送CCD７ｂに出力する。

【００８６】図２４（Ｊ）に示すように、１０個目の垂
直同期パルスが出力される時刻ｔ₁₃ ₅の直前に、第３相
電源３ｂから読出しパルスが出力され、第３相電極６ａ
乃至６ｄに接続されたPD８ａ乃至８ｄから電荷が出力さ
れる。従って、図２５（Ｅ）に示すように、２Qの電荷
量が、PD８ａ乃至８ｄより垂直転送CCD７により読み出
される。このとき、転送パルスは、出力されていないの
で、PD８ａ乃至８ｄにより出力された電荷は垂直転送CC
D７上のそれぞれのPD８に対応するポリシリコン電極に
蓄積される。

【００８７】その後、図２４（Ｊ）に示すように、１２
個目、１４個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ
₁₃₆，ｔ₁₃₇の直前に、上記と同様に第３相電源３ｂから
読出しパルスが出力され、上記と同様の処理が繰り返さ
れる。

【００８８】図２４（Ｊ），図２４（Ｋ）に示すよう
に、１６個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ₁₃₈
の直前に、第３相電源３ａ，３ｂから読出しパルスが出
力されて、全てのPD８ａ乃至８ｈから蓄積された電荷が
垂直転送CCD７に出力される。このとき、PD８ａ乃至８
ｄは、電荷２Qを垂直転送CCD７ａに出力する。また、PD
８ｅ乃至８ｈは、時刻ｔ₁₃₄より読出しパルスを受信し
なかったので、時刻ｔ₁₃₄乃至時刻ｔ₁₃₈の間に蓄積され
た８Qの電荷を垂直転送CCD７ｂに出力する。このように
して、時刻ｔ₃₃乃至時刻ｔ₃₈の間に分割して蓄積された
電荷は、垂直転送CCD７において全て加算される。この
とき、垂直転送CCD７は、PD８の電荷蓄積能力の分割数
倍の電荷蓄積能力を必要とする。

【００８９】この結果、図２０の左側に垂直に並ぶPD８
ａ乃至８ｄは、時刻ｔ₃₃乃至ｔ₁₃₄の期間に高感度の撮
像をすることになり、時刻ｔ₁₃₄乃至時刻ｔ₁₃₈の期間に
低感度の撮像することになる。一方、図２０中右側に並
ぶPD８ｅ乃至８ｈは、時刻ｔ ₃₃乃至ｔ₁₃₄の期間に低感
度の撮像をすることになり、時刻ｔ₁₃₄乃至時刻ｔ₁₃₈の
期間に高感度の撮像することになる。

【００９０】結果として、上記の図３に示すような移動
する物体１５を撮像した場合、全体として暗い画像であ
るとき、PD８ａ乃至８ｈは、それぞれの高感度の撮像タ
イミングで物体１５を撮像することになる。すなわち、
PD８ａ乃至８ｄは、時刻ｔ₃₃乃至ｔ₁₃₄の期間（図２５
（Ｅ））に、図２６（Ａ）に示すように、物体１５ａ'
が物体１５ｃ'に移動する画像を撮像し、PD８ｅ乃至８
ｈは、時刻ｔ₁₃₄乃至時刻ｔ₁₃₈の期間（図２５（Ｆ））
に物体１５ｃ'が物体１５ｂ'に移動する画像を撮像する
ことになる。従って、このように隣接するPD８ａ乃至８
ｄとPD８ｅ乃至８ｈにより撮像される画像を合成するこ
とにより、図２６（Ｂ）に示すような画像が得られるこ
とになる。

【００９１】また、全体として明るい画像であるとき、
PD８ａ乃至８ｈは、それぞれの低感度の撮像タイミング
で物体１５を撮像することになる。すなわち、PD８ａ乃
至８ｄは、時刻ｔ₁₃₄乃至ｔ₁₃₈の期間（図２５（Ｆ））
に、図２７（Ａ）に示すように、物体１５ａ"が物体１
５ｃ"に移動する画像を撮像し、PD８ｅ乃至８ｈは、時
刻ｔ₃₃乃至時刻ｔ₁₃₄の期間（図２５（Ｅ））に、物体
１５ｃ"が物体１５ｂ"に移動する画像を撮像することに
なる。従って、このように隣接するPD８ａ乃至８ｄとPD
８ｅ乃至８ｈにより撮像される画像を合成することによ
り、図２７（Ｂ）に示すような画像が得られることにな
る。

【００９２】このように、撮像することにより、時々刻
々と光強度が変化するような動画のシーンにおいても、
あらゆる感度で正確な撮像をすることができる。

【００９３】尚、以上においては、OR型のCCDイメージ
センサ２４の場合について説明してきたが、AND型のCCD
イメージセンサであっても良い。また、以上の説明で
は、PD８の蓄積電荷の制御には、読出しパルスのみを使
用してきたが、基板電圧制御信号のパルスを使用するよ
うにしてもよい。

【００９４】さらに、以上の例においては、PD８の感度
（露出時間）の変化のパターンを２段階に分ける場合に
ついて説明してきたが、PD８の感度の変化のパターンの
数をさらに増やすようにすることもでき、例えば、４段
階の変化のパターンに分けるように制御することもでき
る。

【００９５】次に、PD８を４段階の感度の変化のパター
ンに制御する例について説明する。図２８は、CCDイメ
ージセンサ２４が、AND型であるときのSVEモードの露出
動作により、PD８の感度のパターンを４段階に制御する
ときのタイミングチャートである。

【００９６】ここで、図２８（Ａ）は、CCDイメージセ
ンサ２４の動作内容を示している。図２８（Ｂ）は、タ
イミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パル
スを示している。図２８（Ｃ）は、タイミングジェネレ
ータ３６から出力された水平同期パルスを示している。
図２８（Ｄ）は、基板電圧制御信号を示している。図２
８（Ｅ）は、シャッタ２１の開閉タイミングを示してい
る。図２８（Ｆ）乃至図２８（Ｋ）は、第1相電源１、
第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂか
ら出力される読出しパルスと転送パルスを示している。

【００９７】露出動作が、時刻ｔ₃₃において、開始され
ると、全てのPD８で電荷の蓄積が開始される。図２９
は、PD８毎の電荷の蓄積の様子を示している。ここで、
図２９（Ａ）は、CCDイメージセンサの動作内容を示し
ている。図２９（Ｂ）は、タイミングジェネレータ３６
から出力された垂直同期パルスを示している。図２９
（Ｃ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された
水平同期パルスを示している。図２９（Ｄ）は、基板電
圧制御信号を示している。図２９（Ｅ）乃至図２９
（Ｈ）は、PD８ａ，８ｅ，８ｂ、および、８ｆが蓄積し
ている電荷量を示している。

【００９８】図２８（Ｉ），図２８（Ｊ）に示すよう
に、１個目の垂直同期パルスが出力される直前の時刻ｔ
₁₅₁に、第２相電源２ｃと第３相電源３ａから読出しパ
ルスを出力させると、第２相電極５ｂ，５ｄと第３相電
極６ｂ，６ｄに接続された、PD８ｂから電荷が出力され
る。従って、図２９（Ｇ）に示すように、１Qの電荷
が、PD８ｂより垂直転送CCD７に読み出される。

【００９９】図２８（Ｇ），図２８（Ｈ），図２８
（Ｋ）に示すように、２個目の垂直同期パルスが出力さ
れる直前の時刻ｔ₁₅₂に、第２相電源２ａ，２ｂと第３
相電源３ｂから読出しパルスを出力させると、第２相電
極５ａ，５ｃと第３相電極６ａ'に接続された、PD８ｅ
から電荷が出力される。従って、図２９（Ｆ）に示すよ
うに、２Qの電荷が、PD８ｅより垂直転送CCD７に読み出
される。

【０１００】以下、第２相電源２ｃと第３相電源３ａか
ら読出しパルスが出力される時刻ｔ ₁₅₃，ｔ₁₅₆，ｔ₁₈に
おいて、PD８ｂから電荷がそれぞれ、2Q、４Q、９Qずつ
出力される。また、第２相電源２ａ，２ｂと第３相電源
３ｂから読出しパルスが出力される時刻ｔ₁₅₅，ｔ₁₆₂，
ｔ₁₈において、PD８ｅから電荷がそれぞれ、4Q、９Q、
１Qだけ出力される。さらに、第２相電極２ａ，２ｂと
第３相電極３ａから読出しパルスが出力される時刻ｔ
₁₅₄，ｔ₁₆₀，ｔ₁₆₁、および時刻ｔ₁₈において、PD８ａ
から電荷がそれぞれ、4Q、９Q、１Q、および、２Qだけ
出力される。また、第２相電極２ｃと第３相電極３ｂか
ら読出しパルスが出力される時刻ｔ₁₅₇，ｔ₁ ₅₈，
ｔ₁₅₉、および時刻ｔ₁₈において、PD８ｆから電荷がそ
れぞれ、4Q、９Q、１Q、および、２Qだけ出力される。

【０１０１】尚、上述の例においては、PD８の電荷の変
位を説明するのに、PD８ａ，８ｂ，８ｅ、および８ｆに
ついて説明してきたが、上記の制御により、PD８ａ，８
ｂ，８ｅ、および８ｆからなる２行×２列の変化のパタ
ーンで、全てのPD８が制御されることになる。すなわ
ち、PD８ｃ，８ｄ，８ｇ、および、PD８ｈにより構成さ
れる２行×２列のPD８においても、同様なパターンとな
る。

【０１０２】次に、図３０を参照して、以上のようなCC
Dイメージセンサ２４により生成された画像信号を処理
するDSP２７について説明する。

【０１０３】DSP２７のキャプチャイメージデータスト
レージ８１は、CCDイメージセンサ２４で取り込まれ、C
DS回路２５、A/D変換回路２６で処理された画素データ
Ｉｃを格納する。スイッチ８２は、CPU３４により制御
され、SVEモードのとき、端子８２ａに接続されること
により、キャプチャイメージデータストレージ８１に記
憶された画像データＩｃを平均化演算器８３に出力し、
normalモードのとき、端子８２ｂに接続されることによ
り輝度補正処理部８６に出力する。

【０１０４】平均化演算器８３は、SVEモードにおい
て、キャプチャイメージデータストレージ８１に格納さ
れた画素データＩｃのうち、隣接する２つの画素データ
Ｉｃを読み込み、その平均値を演算し、ポジションジェ
ネレータ８４からの座標データにより画素データＩｉ
（ｘ，ｙ）を生成して輝度補正処理部８６に出力する。

【０１０５】ポジションジェネレータ８４は、DSP２７
に読み込まれた画素データＩｃのｘ，ｙ方向の座標のカ
ウンタを内蔵しており、これにより画素位置を順次生成
する。尚、平均化演算器８３および輝度補正処理部８６
のいずれにも供給するのは、Normalモードでは、輝度補
正処理部８６に供給し、SVEモードでは平均化演算器８
３に供給するためである。

【０１０６】LUT（Look-up table）８５は、キャプチャ
イメージデータストレージの画素データＩｃ、または、
平均化演算器８３により演算された画素データＩｉにガ
ンマ補正処理を実行するためのデータを格納している。

【０１０７】輝度補正処理部８６は、キャプチャイメー
ジデータストレージ８１に格納されている画素データＩ
ｃ、または、平均化演算器８３から入力される画像デー
タＩｉから、LUT８３を参照して、ガンマ補正した画素
データＩｏ（ｘ，ｙ）を生成し、出力画素データストレ
ージ８７に画素データＩｏ（ｘ，ｙ）を出力する。

【０１０８】次に、図３１のフローチャートを参照し
て、Normalモード時のDSP２７の動作について説明す
る。尚、以下の説明においては、画像の幅をxSize、高
さをySizeとし、各画素の縦横を１として表示するもの
とする。また、各画素の座標は、その中心とする。すな
わち、例えば、画像の左下を原点とすれば、左下の画素
の座標は、（0.5，0.5）となる。また、画素データは、
CCDイメージセンサ２４の各PD８により取得されたデー
タであるものとする。

【０１０９】ステップＳ１において、露出モード切替ス
イッチ４３が“normal”の位置にセットされた時点で、
スイッチ８２が端子８２ｂに接続される。

【０１１０】ステップＳ２において、ポジションジェネ
レータ８４は、内蔵するｘ，ｙのカウンタ値を、それぞ
れ0.5に初期化する。ステップＳ３において、輝度補正
処理部８４は、キャプチャイメージデータストレージ８
１に記憶されている画素データＩｃを読出し、ポジショ
ンジェネレータ８４より生成される座標情報を合成させ
て、画素データＩｃ（ｘ，ｙ）を生成する。すなわち、
例えば、最初に出力されるデータは、画素データＩｃ
（0.5，0.5）ということになる。

【０１１１】ステップＳ４において、輝度補正処理部８
６は、画素データＩｃ（ｘ，ｙ）の輝度値に対応するガ
ンマ補正用のデータをLUT８５より読み出す。ステップ
Ｓ５において、輝度補正処理部８６は、LUT８５より読
み出した補正データに基づいて、画素データＩｃ（ｘ，
ｙ）にガンマ補正を施し、出力画素データＩｏ（ｘ，
ｙ）を生成し、画素データストレージ８７に出力する。

【０１１２】ステップＳ６において、ポジションジェネ
レータ８４は、内蔵されているxのカウンタ値を１だけ
インクリメントする。ステップＳ７において、ポジショ
ンジェネレータ８２は、x>xSize−0.5であるか否かを判
定する。すなわち、xのカウンタ値が、画像の幅方向の
最大値を越えたか否かを判定し、xがxSize−0.5を超え
ていないと判定した場合、その処理は、ステップＳ３に
戻る。

【０１１３】ステップＳ７において、xのカウンタ値がx
Size−0.5を超えたと判定された場合、ステップＳ８に
おいて、ポジションジェネレータ８４は、ｘのカウンタ
値を0.5に戻す。ステップＳ９において、ポジションジ
ェネレータ８２は、ｙのカウンタ値を１だけインクリメ
ントする。ステップＳ１０において、ポジションジェネ
レータ８２は、ｙ>ySize−0.5であるか否か、すなわ
ち、ｙのカウンタ値が、画像の高さ方向の最大値を超え
たか否かを判定し、超えていないと判定した場合、その
処理は、ステップＳ３の処理に戻りそれ以降の処理が、
繰り返される。ステップＳ１０において、ｙがySize−
0.5を超えたと判定された場合、その処理は終了され
る。

【０１１４】以上のように、“normalモード”における
DSPの処理は、各画素について、LUT８５を用いて、ガン
マ補正を施して出力するものである。

【０１１５】次に、図３２のフローチャートを参照し
て、SVEモード時のDSP２７の動作について説明する。

【０１１６】ステップＳ２１において、露出モード切替
スイッチ４３が“SVE”の位置にセットされた時点で、
スイッチ８２が端子８２ａに接続される。

【０１１７】ステップＳ２２において、ポジションジェ
ネレータ８４は、内蔵するｘ，ｙのカウンタ値を、それ
ぞれ0.5に初期化する。ステップＳ２３において、平均
化演算器８３は、キャプチャイメージデータストレージ
８１に格納された画素データＩｃ（ｘ，ｙ）と、隣接す
る画素データＩｃ（ｘ＋１，ｙ）を読み出す。

【０１１８】ステップＳ２４において、平均化演算器８
３は、画素データＩｃ（ｘ，ｙ）と、画素データＩｃ
（ｘ＋１，ｙ）の平均値（＝1/2×（Ｉｃ（ｘ，ｙ）＋
Ｉｃ（ｘ＋１，ｙ）））を求めて、新たな画素データＩ
ｉ（ｘ，ｙ）として生成し、輝度補正処理部８６に出力
する。

【０１１９】ステップＳ２５において、輝度補正処理部
８６は、画素データＩｉ（ｘ，ｙ）の輝度値に対応する
ガンマ補正用のLUTデータをLUT８５より読み出す。ステ
ップＳ２６において、輝度補正処理部８６は、LUT８５
より読み出したLUTデータに基づいて、画素データＩｉ
（ｘ，ｙ）にガンマ補正を施し、出力画素データＩｏ
（ｘ，ｙ）を生成し、画素データストレージ８７に出力
する。

【０１２０】ステップＳ２７において、ポジションジェ
ネレータ８４は、内蔵されているxのカウンタ値を１だ
けインクリメントする。ステップＳ２８において、ポジ
ションジェネレータ８２は、x>xSize−1.5であるか否か
を判定する。すなわち、xのカウンタ値が、画像の幅方
向の最大値を越えたか否かを判定し、xがxSize−1.5
（ｘ方向に隣接する画素が存在する座標位置がｘ方向の
最大値となるので、ｘの最大値は、xSize−0.5ではな
い）を超えていないと判定した場合、その処理は、ステ
ップＳ２３に戻る。

【０１２１】ステップＳ２８において、xがxSize−1.5
を超えたと判定された場合、ステップＳ２９において、
ポジションジェネレータ８４は、ｘのカウンタ値を0.5
に戻す。ステップＳ３０において、ポジションジェネレ
ータ８４は、ｙのカウンタ値を１だけインクリメントす
る。ステップＳ３１において、ポジションジェネレータ
８２は、ｙ>ySize−0.5であるか否か、すなわち、ｙの
カウンタ値が、画像の高さ方向の最大値を超えたか否か
を判定し、超えていないと判定した場合、その処理は、
ステップＳ２３の処理に戻りそれ以降の処理が、繰り返
される。ステップＳ３１において、ｙがySize−0.5を超
えたと判定された場合、その処理は終了される。

【０１２２】このように、“SVEモード”におけるDSPの
処理は、各画素について、隣接する画素との平均を求め
た後、LUT８５を用いて、ガンマ補正を施して出力する
ものである。

【０１２３】以上においては、第２相電極を３相に分
け、第３相電極を２相に分けた場合について説明してき
たが、第２相電極および第３相電極を、それ以上に複数
に分けるようにして、さらに、多くの感度のパターンを
生成するようにしても良い。

【０１２４】以上によれば、隣接する画素（PD８）毎に
露出のタイミングを変化させて、画像を撮像するように
したので、動画のように時々刻々と光量が変化する画像
を正確に撮像することが可能となる。

【０１２５】

【発明の効果】本発明の撮像装置および方法によれば、
受光素子により蓄積された電荷を読み出し、受光素子が
光を受光している期間に、任意のタイミングで、受光素
子により蓄積された電荷を、読み出させるように制御す
るようにしたので、隣接する画素毎に露出のタイミング
を変化させて、画像を撮像することができ、動画のよう
に時々刻々と光量が変化する画像を正確に撮像すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のCCDイメージセンサの電気的構成を示す
図である。

【図２】従来のCCDイメージセンサによる電荷の蓄積を
示す図である。

【図３】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動
く物体の画像の例を示す図である。

【図４】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動
く物体の画像の例を示す図である。

【図５】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動
く物体の画像の例を示す図である。

【図６】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロ
ック図である。

【図７】図６の操作部を示す図である。

【図８】図６のデジタルスチルカメラのアクションモー
ドを説明する状態図である。

【図９】図６の操作部を示す図である。

【図１０】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブ
ロック図である。

【図１１】図６の操作部を示す図である。

【図１２】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブ
ロック図である。

【図１３】図６の操作部を示す図である。

【図１４】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブ
ロック図である。

【図１５】図６のデジタルスチルカメラの露出モードを
説明する状態図である。

【図１６】図６のCCDイメージセンサの電極構成を示す
図である。

【図１７】図６のCCDイメージセンサの電極構成を示す
図である。

【図１８】図６のCCDイメージセンサの電極構成を示す
図である。

【図１９】図６のCCDイメージセンサの電気的構成を示
す図である。

【図２０】図６のCCDイメージセンサの電気的構成を示
す図である。

【図２１】図６のCCDイメージセンサの動作を説明する
タイミングチャートである。

【図２２】図６のCCDイメージセンサの動作を説明する
タイミングチャートである。

【図２３】図６のCCDイメージセンサの動作を説明する
タイミングチャートである。

【図２４】図６のCCDイメージセンサの動作を説明する
タイミングチャートである。

【図２５】図６のCCDイメージセンサの動作を説明する
タイミングチャートである。

【図２６】図６のCCDイメージセンサにより撮像され
た、動く物体の画像の例を示す図である。

【図２７】図６のCCDイメージセンサにより撮像され
た、動く物体の画像の例を示す図である。

【図２８】図６のCCDイメージセンサの動作を説明する
タイミングチャートである。

【図２９】図６のCCDイメージセンサの動作を説明する
タイミングチャートである。

【図３０】図６のDSPの構成を示すブロック図である。

【図３１】NormalモードでのDSPの処理を説明するフロ
ーチャートである。

【図３２】SVEモードでのDSPの処理を説明するフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１第１相電源，２，２ａ，２ｂ，２ｃ第２相電源，
３，３ａ，３ｂ第３相電源，４，４ａ乃至４ｄ第１
相電極，５，５ａ乃至５ｄ第２相電極，６，６ａ乃至
６ｄ第３相電極，７，７ａ，７ｂ垂直転送CCD，
８，８ａ乃至８ｌPD，９水平転送CCD，２１レン
ズ，２２絞り，２３ CCDイメージセンサ，２４ CD
S，２６ DSP，３３ CPU，３５タイミングジェネレ
ータ，４１キャプチャボタン，４２アクションモード
切替スイッチ，４３露出モード切替スイッチ，６１，
６１ａ乃至６１ｈ転送ゲート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田耕一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5C024 BX01 CX47 CX53 CX65 GX03 GY04 HX15 HX23 HX28 JX24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イメージセンサを用いた撮像装置におい
て、光を受光し、受光した光を光電変換して電荷を蓄積する
複数の受光素子と、前記受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出し手
段と、前記受光素子毎に、前記受光素子が光を受光している期
間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割し、分
割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷
を、前記読出し手段に読み出させるように制御する制御
手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記制御手段は、隣接する受光素子の組
について、相互に前記任意の時間の組み合わせの順序が
異なるように、前記受光素子が光を受光している期間を
分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積
された電荷を、前記読出し手段に読み出させるように制
御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】前記読出し手段により読み出された電荷
を、垂直方向に転送する垂直転送手段をさらに備え、前記制御手段は、前記垂直転送手段による前記電荷の転
送を停止させるように制御し、かつ、前記受光素子毎
に、前記受光素子が光を受光している期間を、任意の時
間の組み合わせとなるように分割し、分割された期間毎
に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出し
手段に読み出させるように制御することを特徴とする請
求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記垂直転送手段によ
る電荷の転送を停止させるように制御し、かつ、隣接す
る受光素子の組について、相互に前記任意の時間の組み
合わせの順序が異なるように、前記受光素子が光を受光
している期間を分割し、分割された期間毎に、前記受光
素子により蓄積された電荷を、前記読出し手段に読み出
させるように制御することを特徴とする請求項３に記載
の撮像装置。
【請求項５】光を受光し、受光した光を光電変換して
電荷を蓄積する複数の受光素子を備えるイメージセンサ
を用いた撮像装置の撮像方法において、前記受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出しス
テップと、前記受光素子毎に、前記受光素子が光を受光している期
間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割し、分
割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷
を、前記読出しステップの処理で読み出させるように制
御する制御ステップとを含むことを特徴とする撮像方
法。