JP2004064596A - ディジタルカメラおよびイメージセンサ - Google Patents

Abstract

【構成】フォトダイオード１２，１２，・・・から垂直転送レジスタ１４，１４，・・・に入力された電荷は、ゲート電極１８，１８，・・・に供給される垂直駆動パルスに従って水平転送レジスタ１６側の終端に向けて順次転送され、当該水平転送レジスタ１６に順次入力される。ここで、水平転送レジスタ１６は、３相駆動型のレジスタであり、各ゲート電極２０，２０，・・・の左半分と右半分とには、互いに別個の水平転送パルスφ１〜φ８が供給される。したがって、水平転送パルスφ１〜φ８の態様によって、電荷の転送方向を任意に制御できる。
【効果】水平転送レジスタ１６の両端から同時に電荷を読み出すことによって、当該電荷を高速で読み出すことができる。また、水平転送レジスタ１６の一方端から全電荷を読み出すことによって、２つの出力回路２２および２６の特性の不平衡の影響を受けない高品質な画像信号を得ることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタルカメラおよびイメージセンサに関し、特にたとえば被写体の光学像に対応する電荷を生成する複数の受光素子を有するイメージセンサを備えたディジタルカメラ、および当該イメージセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来のこの種のイメージセンサとして、たとえば図１０に示すようなインタライン転送型のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ１がある。このイメージセンサ１では、露光によって複数のフォトダイオード２，２，・・・に蓄積された電荷（信号電子）は、当該各フォトダイオード２，２，・・・の横方（図１０では右側）に設けられた複数の垂直転送レジスタ３，３，・・・に入力される。各垂直転送レジスタ３，３，・・・に入力された電荷は、当該各垂直転送レジスタ３，３，・・・のゲート電極３ａ，３ａ，・・・に供給される垂直駆動パルスに従って、実線の矢印４，４，・・・で示すように一方方向（図１０の下方）に順次転送され、水平転送レジスタ５に入力される。
【０００３】
水平転送レジスタ５に入力された電荷、つまり１ライン分の電荷のうち、当該水平転送レジスタ５の中央よりも一方端側（図１０の左側）の部分に入力された電荷は、点線の矢印６で示すように当該一方端側に向けて順次転送され、順次出力される。この水平転送レジスタ５の一方端から順次出力される電荷に基づく画像信号は、出力回路７によって増幅処理などの所定の処理を施された後、出力端子８を経て外部に出力される。一方、水平転送レジスタ５の中央よりも他方端側（図１０の右側）の部分に入力された電荷は、一点鎖線の矢印６ａで示すように当該他方端側に向けて順次転送され、当該他方端から順次出力される。そして、この水平転送レジスタ５の他方端から順次出力される電荷に基づく画像信号は、出力回路７ａによって出力回路７と同様の処理を施された後、出力端子８ａを経て外部に出力される。
【０００４】
このように、図１０のイメージセンサ１によれば、１画面分の画像信号のうち、当該画面の左半分を構成する画像信号と右半分を構成する画像信号とが、互いに別個の出力端子８および８ａから同時に出力される。したがって、出力端子が１つだけの場合に比べて、画像信号を高速で、単純には２倍の速さで読み出すことができる。このことは、画像信号に基づいてフォーカスを調整するというコントラスト検出方式のオートフォーカス機能を備えたディジタルカメラにおいて、フォーカス調整に掛かる時間を短縮するのに極めて有効である。
【０００５】
なお、水平転送レジスタ５は、２相駆動型のレジスタであり、具体的には各ゲート電極９，９，・・・に図１１に示すような２相の水平駆動パルスφ１’およびφ２’が供給されることによって駆動される。ただし、かかる２相の水平駆動パルスφ１’およびφ２’の供給によって、上述の如く水平転送レジスタ５の一方端側の部分および他方端側の部分において互いに反対方向に電荷が転送されるようにするために、水平転送レジスタ５には次のような工夫が施されている。
【０００６】
すなわち、水平転送レジスタ５の中央に位置するゲート電極９には水平駆動パルスφ１’およびφ２’は供給されず、代わりに当該ゲート電極９は接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。これによって、水平転送レジスタ５の中央部分のポテンシャル（表面電位）が高くなり、水平転送レジスタ５の一方端側の部分と他方端側の部分との間で電荷が相互に移動できないようになっている。そして、中央のゲート電極９を境として、水平転送レジスタ５の一方端側に位置するゲート電極９，９，・・・および他方端側に位置するゲート電極９，９，・・・の各々に対し、水平駆動パルスφ１’およびφ２’が対称的に供給されている。さらに、図には示さないが、水平転送レジスタ５の一方端側の部分では矢印６で示す方向に電荷が移動し易くなるように、また他方端側の部分では矢印６ａで示す方向に電荷が移動し易くなるように、それぞれ当該一方端側および他方端側におけるポテンシャルに予め勾配が設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来のイメージセンサ１では、これをディジタルカメラに適用した場合に、２つの出力回路７および７ａの特性の違いによって、図１２に示すように、画面の左半分と右半分とで明るさやコントラストに差異が生じ、換言すれば画面の中央に縦の境界線、いわゆる不連続が生じるという問題がある。この問題を回避するには、水平転送レジスタ５の一方端のみまたは他方端のみから全ての電荷を読み出すようにすればよいが、上述したように、水平転送レジスタ５には矢印６および６ａで示すように予め決められた方向に電荷が転送されるよう工夫が施されている。したがって、水平転送レジスタ５の一方端または他方端のみから全電荷を読み出すこと、つまり出力回路７および７ａの特性の不平衡に起因する画質の劣化を回避することができない。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、フォーカス調整に掛かる時間を短縮することができ、しかも高品質な画像信号を記録することができる、ディジタルカメラを提供することである。
【０００９】
この発明の他の目的は、電荷を高速で読み出すための動作と、高品質な画像信号を得るための動作とを任意に選択できる、イメージセンサを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、フォーカスレンズ、フォーカスレンズを通して入射された被写体の光学像に対応する電荷を生成する複数の受光素子と当該電荷を出力するＮ個（Ｎ＞１）の出力端子とを有するイメージセンサ、フォーカスレンズの位置を調整するときＮ個の出力端子から電荷を読み出す第１読み出し手段、および電荷に基づく画像信号を記録媒体に記録するとき当該電荷をＮ個の出力端子のいずれか１つから読み出す第２読み出し手段を備える、ディジタルカメラである。
【００１１】
第２の発明は、複数の受光素子から読み出された電荷を第１方向に転送する複数の第１転送レジスタ、および複数の第１転送レジスタの終端に設けられるかつ電荷を第１方向に直交する第２方向に転送する３相駆動型の第２転送レジスタを備える、イメージセンサである。
【００１２】
【作用】
第１の発明では、イメージセンサは、フォーカスレンズを通して入射された被写体の光学像に対応する電荷を生成する複数の受光素子、および当該複数の受光素子によって生成された複数の電荷を出力するＮ個（Ｎ＞１）の出力端子を有する。そして、フォーカスレンズの位置を調整するとき、複数の電荷は、第１読み出し手段によってＮ個の出力端子から読み出される。一方、電荷に基づく画像信号を記録媒体に記録するとき、当該電荷は、第２読み出し手段によってＮ個の出力端子のいずれか１つから読み出される。
【００１３】
この発明のある実施例では、複数の受光素子が形成された受光面は、Ｎ個の領域に区分されている。そして、第１読み出し手段は、当該Ｎ個の領域で生成された電荷をＮ個の出力端子からそれぞれ読み出す。
【００１４】
この場合、第１読み出し手段によって読み出された電荷のうち、Ｎ個の領域の境界線を除く部分で生成された電荷に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する調整手段を設けるのが望ましい。すなわち、Ｎ個の領域の境界線を含む部分で生成された電荷に基づいてフォーカスレンズの位置調整が行われると、当該境界線の影響によって正確な位置調整ができない場合がある。そこで、かかる境界線を除く部分で生成された電荷に基づいてフォーカスレンズの位置調整を行うことによって、当該境界線による影響を回避する。
【００１５】
なお、第１読み出し手段によって読み出された電荷に基づいて被写体のリアルタイム動画像を表示する表示手段をさらに備えてもよい。
【００１６】
また、イメージセンサは、複数の受光素子から読み出された電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送レジスタ、および当該複数の垂直転送レジスタの終端に設けられるかつ電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタを有し、２個の出力端子が水平転送レジスタの両端にそれぞれ割り当てられたものであってもよい。
【００１７】
この場合、水平転送レジスタは、３相駆動型であるのが望ましい。
【００１８】
第２の発明では、複数の受光素子から読み出された電荷は、第１転送レジスタによって第１方向に転送される。そして、この電荷は、第２転送レジスタによって、第１方向に直交する第２方向に転送される。なお、第２転送レジスタは、３相駆動型であるので、第２方向、つまり電荷の転送方向を任意に制御できる。
【００１９】
【発明の効果】
第１の発明によれば、Ｎ個の出力端子から読み出された電荷に基づく画像信号に従ってフォーカスレンズの位置調整が行われるので、当該位置調整に掛かる時間を短縮できる。また、いずれか１つの出力端子から読み出された電荷に基づく画像信号が記録媒体に記録されるので、各出力端子の特性の不平衡の影響を受けない高品質な画像信号を記録することができる。
【００２０】
第２の発明によれば、第２転送レジスタによる電荷の転送方向を任意に制御することができるので、第２転送レジスタの両端から電荷を読み出すこともできるし、一方端から全電荷を読み出すこともできる。つまり、第２転送レジスタの両端から電荷を読み出すことによって当該電荷を高速で読み出す動作と、第２転送レジスタの一方端から全電荷を読み出すことによって他方端との間での特性の不平衡の影響を受けない高品質な画像信号を得る動作とを任意に選択することができる。
【００２１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００２２】
【実施例】
図１を参照して、この実施例のイメージセンサ１０は、マトリクス状に配置された複数のフォトダイオード１２，１２，・・・，各フォトダイオード１２，１２，・・・の縦の並びの横方（図１では右側）に配置された複数の細長い垂直転送レジスタ１４，１４，・・・，および各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・の各一方端側（図１における下側）において当該各一方端の並びに沿って伸びるように配置された１本の細長い水平転送レジスタ１６を含む、インタライン転送型のセンサである。
【００２３】
なお、この図１では、説明の便宜上、フォトダイオード１２，１２，・・・の数が２０個（縦４個×横５個）とされているが、実際のイメージセンサ１０においては、数十万個〜数百万個のフォトダイオード１２，１２，・・・が設けられている。
【００２４】
各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・は、いずれも２相駆動型のレジスタであり、図示しない２相の垂直駆動パルスが供給される複数のゲート電極１８，１８，・・・を有している。これらのゲート電極１８，１８，・・・は、各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・の長手方向に沿って１列に設けられている。
【００２５】
一方、水平転送レジスタ１６は、３相駆動型のレジスタであり、後述する水平駆動パルスφ１〜φ８が供給される複数のゲート電極２０，２０，・・・を有している。各ゲート電極２０，２０，・・・は、水平転送レジスタ１６の長手方向、換言すれば垂直転送レジスタ１４，１４，・・・の並び方向に沿って、１列に設けられており、より詳しくは、当該垂直転送レジスタ１４，１４，・・・の並びの１ピッチにつき３つのゲート電極２０，２０，・・・が設けられている。
【００２６】
各ゲート電極２０，２０，・・・のうち中央に位置するゲート電極２０、厳密には各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・のうち中央の垂直転送レジスタ１４と対を成す（図１において左隣の）フォトダイオード１２，１２，・・・の並びの位置に設けられた“ｄ”という符号が付されたゲート電極１４に、水平駆動パルスφ４が供給される。そして、この“ｄ”という符号が付されたゲート電極１４に隣接し、かつ中央の垂直転送レジスタ１４側に位置する（符号“ｄ”のゲート電極２０の右隣にある）“ｅ”という符号が付されたゲート電極２０に、水平駆動パルスφ５が供給される。
【００２７】
さらに、図１においては、符号“ｄ”のゲート電極２０よりも左側に位置する各ゲート２０，２０，・・・に、それぞれ当該符号“ｄ”のゲート電極２０に近いものから順に、“ｃ”，“ｂ”および“ａ”という符号がこの順番で繰り返し付されているが、このうち“ａ”という符号が付されたゲート電極２０，２０，・・・に、垂直駆動パルスφ１が入力される。そして、“ｂ”という符号が付されたゲート電極２０，２０，・・・に、垂直駆動パルスφ２が入力され、“ｃ”という符号が付されたゲート電極２０，２０，・・・に、垂直駆動パルスφ３が入力される。
【００２８】
一方、上述の“ｅ”という符号が付されたゲート電極２０よりも図１において右側に位置するゲート２０，２０，・・・には、それぞれ当該符号“ｅ”のゲート電極２０に近いものから順に、“ｆ”，“ｇ”および“ｈ”という符号がこの順番で繰り返し付され、このうち“ｆ”という符号が付されたゲート電極２０，２０、・・・に、垂直駆動パルスφ６が入力される。そして、“ｇ”という符号が付されたゲート電極２０，２０，・・・に、垂直駆動パルスφ７が入力され、“ｈ”という符号が付されたゲート電極２０，２０，・・・に、垂直駆動パルスφ８が入力される。
【００２９】
水平転送レジスタ１６の一方端（図１において左側の端部）は、図示しない増幅回路やフィルタ回路などが内蔵された出力回路２２を介して出力端子２４に接続されている。そして、水平転送レジスタ１６の他方端は、当該出力回路２２と同規格の出力回路２６を介して別の出力端子２８に接続されている。
【００３０】
このような構成のイメージセンサ１０では、露光によって各フォトダイオード１２，１２，・・・に蓄積された電荷は、それぞれと対を成す垂直転送レジスタ１４，１４・・・に入力される。各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・に入力された電荷は、各ゲート電極１８，１８，・・・に供給される垂直駆動パルスに従って、実線の矢印３０，３０，・・・で示すように水平転送レジスタ１６側の終端に向けて順次転送され、当該水平転送レジスタ１６に順次入力される。なお、このようにして各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・に入力された電荷が各ゲート電極１８，１８，・・・に供給される２相の垂直駆動パルスに従って矢印３０，３０，・・・で示す方向に転送されるようにするために、当該各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・内のポテンシャルには予め勾配が設けられている。
【００３１】
ここで、水平駆動パルスφ１〜φ８として、たとえば図２に示すようなパルスが、各ゲート電極２０，２０，・・・に供給されるとする。すなわち、水平駆動パルスφ１として、デューティ比が１：１で、かつ周期Ｔの矩形パルスが、符号“ａ”のゲート電極２０，２０，・・・に供給されるとする。そして、この水平駆動パルスφ１と同波形で、かつ当該水平駆動パルスφ１よりも位相が３分の１周期（Ｔ／３）だけ早いパルスφ２が、符号“ｂ”のゲート電極２０，２０，・・・に供給されるとする。さらに、水平駆動パルスφ１およびφ２と同波形で、かつ水平駆動パルスφ２よりも位相が３分の１周期だけ早いパルスφ３が、符号“ｃ”のゲート電極２０，２０，・・・に供給されるとする。
【００３２】
一方、符号“ｆ”のゲート電極２０，２０，・・・に供給される水平駆動パルスφ６は、波形および位相ともに水平駆動パルスφ３と同一のパルスであり、符号“ｇ”のゲート電極２０，２０，・・・に供給される水平駆動パルスφ７は、波形および位相ともに水平駆動パルスφ２と同一のパルスである。そして、符号“ｈ”のゲート電極２０，２０，・・・に供給される水平駆動パルスφ８は、波形および位相ともに水平駆動パルスφ１と同一のパルスである。なお、符号“ｄ”および“ｅ”の各ゲート電極２０および２０には、水平駆動パルスφ４およびφ５としてＬ（ロー）レベル（≒接地電位）の信号が供給される。
【００３３】
このような水平駆動パルスφ１〜φ８が各ゲート電極２０，２０，・・・に供給された場合、水平転送レジスタ１６内においては、図３に示すようなポテンシャル変動が生じる。すなわち、図２における或る時刻ｔ１においては、水平駆動パルスφ１〜φ８のうちのパルスφ３およびφ６のみがＨ（ハイ）レベルとなり、それ以外はＬレベルとなる。この場合、図３（ａ）に示すように、Ｈレベルとなる水平駆動パルスφ３およびφ６が供給される符号“ｃ”および“ｆ”の各ゲート電極２０，２０，・・・が位置する部分において、水平転送レジスタ１６内（Ｐ基板）のポテンシャル３２が低下し、それ以外の部分では、ポテンシャル３２は高電位となる。したがって、水平転送レジスタ１６内の電荷３４，３４，・・・は、このポテンシャル３２が低下した（窪んだ）部分に収まる。
【００３４】
次に、時刻ｔ１よりも遅い時刻ｔ２においては、水平駆動パルスφ３およびφ６に加え、水平駆動パルスφ２およびφ７もＨレベルになる。すると、水平転送レジスタ１６内のポテンシャル３２は、図４（ｂ）に示すような状態に遷移する。すなわち、符号“ｃ”および“ｆ”の各ゲート電極２０，２０，・・・が位置する部分に加え、水平駆動パルスφ２およびφ７が供給される符号“ｂ”および“ｇ”の各ゲート電極２０，２０，・・・が位置する部分においても、ポテンシャル３２が低下する。これによって、図４（ａ）の時点では符号“ｃ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に存在していた電荷３４，３４，・・・が、これと隣り合う符号“ｂ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方位置にまで移動可能となる。同様に、図４（ａ）の時点で符号“ｆ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に存在していた電荷３４，３４，・・・は、これと隣り合う符号“ｇ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方位置にまで移動可能となる。
【００３５】
さらに、図２における時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３においては、水平駆動パルスφ３およびφ６がＬレベルとなり、水平駆動パルスφ２およびφ７のみがＨレベルを維持し、これによって、ポテンシャル３２は、図４（ｃ）に示すような状態に遷移する。すなわち、水平駆動パルスφ２およびφ７が供給される符号“ｂ”および“ｇ”の各ゲート電極２０，２０，・・・が位置する部分のみにおいて、ポテンシャル３２が低下し、符号“ｃ”および“ｆ”のゲート電極２０，２０，・・・が位置する部分のポテンシャル３２は高電位となる。したがって、各電荷３４，３４，・・・は、符号“ｂ”または“ｇ”の各ゲート電極２０，２０，・・・が位置する部分に収容される。
【００３６】
この結果、時刻ｔ１において、符号“ｃ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に存在していた電荷３４，３４，・・・は、時刻ｔ３において、符号“ｂ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に移動することになる。同様に、時刻ｔ１において、符号“ｆ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に存在していた電荷３４，３４，・・・は、時刻ｔ３において、符号“ｇ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に移動することになる。
【００３７】
そして、これ以降、符号“ｂ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に移動した電荷３４，３４，・・・は、符号“ａ”→“ｃ”→“ｂ”→“ａ”・・・の順番で各ゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に順次移動し、最終的に水平転送レジスタ１６の左側端部から順次出力される。一方、符号“ｇ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に移動した電荷３４，３４，・・・は、符号“ｈ”→“ｆ”→“ｇ”→“ｈ”・・・の順番で各ゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に順次移動し、最終的に水平転送レジスタ１６の右側端部から順次出力される。
【００３８】
つまり、水平転送レジスタ１６の各ゲート電極２０，２０，・・・に図２に示すような水平駆動パルスφ１〜φ８が供給された場合、各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・から水平転送レジスタ１６に入力された１ライン分の電荷３４，３４，・・・のうち、当該水平転送レジスタ１６の中央よりも図３（または図１）において左側の部分に入力された電荷３４，３４，・・・は、点線の矢印３６で示すように当該左側に向けて順次転送され、水平転送レジスタ１６の左側端部から順次出力される。一方、水平転送レジスタ１６の中央よりも右側の部分に入力された電荷３４，３４，・・・は、一点鎖線の矢印３８で示すように当該右側に向けて順次転送され、水平転送レジスタ１６の右側端部から順次出力される。
【００３９】
そして、水平転送レジスタ１６の左側端部から順次出力される電荷３４，３４，・・・に基づく画像信号は、出力回路２２によって増幅処理やフィルタ処理などの所定の処理を施された後、出力端子２４を介して外部に出力される。一方、水平転送レジスタ１６の右側端部から順次出力される電荷３４，３４，・・・に基づく画像信号は、出力回路２６によって出力回路２２と同様の処理を施された後、出力端子２８を介して外部に出力される。
【００４０】
このように、水平転送レジスタ１６の各ゲート電極２０，２０，・・・に図２に示すような水平駆動パルスφ１〜φ８が供給された場合、１画面分の画像信号のうち、当該画面の左半分を構成する画像信号と右半分を構成する画像信号とは、互いに別個の出力回路２２および２６を経て別個の出力端子２４および２８から同時に出力される。したがって、上述した従来技術と同様に、当該画像信号を高速で読み出すことができる。ただし、この２つの出力端子２４および２８から同時に読み出した画像信号に従って画面を構成した場合、従来技術と同様に、当該画面の左半分と右半分との間に各出力回路２２および２６の特性の不平衡に起因する不連続が生じる可能性がある。
【００４１】
次に、水平駆動パルスφ１〜φ８として、図４に示すようなパルスが、各ゲート電極２０，２０，・・・に供給されるとする。すなわち、全ての水平駆動パルスφ１〜φ８が、デューティ比が１：１で、かつ周期Ｔの矩形パルスであるとする。そして、水平駆動パルスφ１，φ４およびφ７が、互いに同位相であり、水平駆動パルスφ２，φ５およびφ８が、互いに同位相である。さらに、水平駆動パルスφ３およびφ６もまた、互いに同位相である。そして、水平駆動パルスφ２，φ５およびφ８の位相は、水平駆動パルスφ１，φ４およびφ７の位相よりも３分の１周期（Ｔ／３）だけ進んでおり、水平駆動パルスφ３およびφ６の位相は、水平駆動パルスφ２，φ５およびφ８の位相よりも３分の１周期だけ進んでいる。
【００４２】
このような水平駆動パルスφ１〜φ８が各ゲート電極２０，２０，・・・に供給された場合、水平転送レジスタ１６内においては、図５に示すようなポテンシャル変動が生じる。すなわち、図４における或る時刻ｔ４においては、水平駆動パルスφ１〜φ８のうちのパルスφ３およびφ６のみがＨレベルとなる。この場合、図５（ａ）に示すように、当該パルスφ３およびφ６が供給される符号“ｃ”および“ｆ”の各ゲート電極２０，２０，・・・の下方において、ポテンシャル３２が低下し、これらの位置に電荷３４，３４，・・・が収まる。
【００４３】
そして、時刻ｔ４よりも遅い時刻ｔ５において、水平駆動パルスφ３およびφ６に加え、水平駆動パルスφ２，φ５およびφ８もＨレベルになる。すると、水平転送レジスタ１６内のポテンシャル３２は、図５（ｂ）に示すような状態に遷移する。すなわち、符号“ｂ”，“ｅ”および“ｈ”の各ゲート電極２０，２０，・・・の下方においても、ポテンシャル３２が低下する。これによって、図５（ａ）の時点で符号“ｃ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に存在していた電荷３４，３４，・・・が、これと隣り合う符号“ｂ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方位置にまで移動可能となる。同様に、図５（ａ）の時点で符号“ｆ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に電荷３４，３４，・・・は、これと隣り合う符号“ｅ”または“ｈ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方位置にまで移動可能となる。
【００４４】
さらに、図４における時刻ｔ５よりも遅い時刻ｔ６においては、水平駆動パルスφ３およびφ６がＬレベルとなり、水平駆動パルスφ２，φ５およびφ８のみがＨレベルを維持する。これによって、ポテンシャル３２は、図５（ｃ）に示すような状態に遷移する。すなわち、符号“ｂ”，“ｅ”および“ｈ”の各ゲート電極２０，２０，・・・の下方のみにおいて、ポテンシャル３２が低下し、それ以外の部分では、ポテンシャル３２は高電位となる。したがって、各電荷３４，３４，・・・は、符号“ｂ”，“ｅ”および“ｈ”の各ゲート電極２０，２０，・・・の下方に移動する。
【００４５】
つまり、時刻ｔ４において、符号“ｃ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に存在していた電荷３４，３４，・・・は、時刻ｔ６において、符号“ｂ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に移動する。同様に、時刻ｔ４において、符号“ｆ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に存在していた電荷３４，３４，・・・は、時刻ｔ６において、符号“ｅ”または“ｈ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に移動する。
【００４６】
そして、これ以降、符号“ｂ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に移動した電荷３４，３４，・・・は、符号“ａ”→“ｃ”→“ｂ”→“ａ”・・・の順番で各ゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に順次移動し、最終的に水平転送レジスタ１６の左側端部から順次出力される。一方、符号“ｅ”のゲート電極２０の下方に移動した電荷３４は、符号“ｄ”のゲート電極２０の下方に移動した後、符号“ｃ”→“ｂ”→“ａ”→“ｃ”・・・の順番で各ゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に順次移動し、最終的に水平転送レジスタ１６の左側端部から順次出力される。さらに、符号“ｈ”のゲート電極２０，２０，・・・の下方に移動した電荷３４，３４，・・・は、符号“ｇ”→“ｆ”→“ｈ”→“ｇ”・・・の順番で各ゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に順次移動した後、符号“ｅ”および“ｄ”の各ゲート電極２０および２０の下方を経て、符号“ｃ”→“ｂ”→“ａ”→“ｃ”・・・の順番で各ゲート電極２０，２０，・・・の下方位置に順次移動し、最終的に水平転送レジスタ１６の左側端部から順次出力される。
【００４７】
すなわち、水平転送レジスタ１６の各ゲート電極２０，２０，・・・に図４に示すような水平駆動パルスφ１〜φ８が供給された場合、各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・から水平転送レジスタ１６に入力された全ての電荷３４，３４，・・・は、全て二点鎖線の矢印４０で示すように当該水平転送レジスタ１６の左側端部に向けて順次転送され、当該左側端部から順次出力される。そして、この水平転送レジスタ１６の左側端部から順次出力される電荷３４，３４，・・・に基づく画像信号は、出力回路２２を経て、出力端子２４から外部に出力される。
【００４８】
このように、露光によって得られた全ての電荷３４，３４，・・・に基づく画像信号を１つの出力回路２２を介して１つの出力端子２４から読み出した場合、上述のような出力回路２２および２６の各特性の不平衡に起因する不連続は生じない。つまり、当該不連続のない高品質な画像信号を得ることができる。ただし、このように全ての画像信号を１つの出力端子２４から読み出した場合、上述の如く画面の左半分の画像信号と右半分の画像信号とを互いに別個の出力端子２４および２８から同時に読み出す場合に比べて、１画面分の画像信号を読み出すのに要する時間は長くなる。
【００４９】
かかるイメージセンサ１０は、図６に示すようなディジタルカメラ５０に適用されると、その特徴が活かされる。このディジタルカメラ５０は、コントラスト検出方式のオートフォーカス機能を備えたもので、イメージセンサ１０は、その受光面にフォーカスレンズ５２を介して被写体の光学像が入射されるように配置される。
【００５０】
モードキー５４の操作によって、被写体を撮影するための撮影モードが選択されると、ＣＰＵ５６は、ＴＧ（Ｔｉｍｉｎｇ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）５８に対して高速読み出しモードに従うプリ露光および電荷読み出しの繰り返しを命令する。ＴＧ５８は、この命令に対応するタイミング信号をイメージセンサ１０に供給し、イメージセンサ１０は、供給されたタイミング信号に従って被写体の光学像を露光する。また、このタイミング信号の供給によって、イメージセンサ１０の各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・の各ゲート電極１８，１８，・・・には、上述した２相の垂直駆動パルスが供給され、水平転送レジスタ１６の各ゲート電極２０，２０，・・・には、上述の図２に示す水平駆動パルスφ１〜φ８が供給される。
【００５１】
露光によってイメージセンサ１０の各フォトダイオード１２，１２，・・・に蓄積された電荷は、上述したように各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・を介して水平転送レジスタ１６に入力される。そして、この水平転送レジスタ１６に入力された電荷のうち、当該水平転送レジスタ１６の中央から一方端側に入力された電荷に従う被写界（画面）の左半分の画像信号は、１フレーム期間毎に出力端子２４から出力される。一方、水平転送レジスタ１６の中央から他方端側に入力された電荷に従う被写界の右半分の画像信号は、１フレーム期間毎に出力端子２８から出力される。つまり、撮影モードが選択された当初は、生画像信号が２つの出力端子２４および２８から半分ずつ出力される。なお、この高速読み出しモードにおいては、各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・から水平転送レジスタ１６に入力された電荷のうちの一部が、当該水平転送レジスタ１６の両端から有効に出力され、残りの電荷は廃棄される。
【００５２】
イメージセンサ１０の出力端子２４から出力された左半分の生画像信号は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ）／ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路６０に入力され、ここで相関二重サンプリング処理およびゲイン調整処理を施された後、Ａ／Ｄ変換回路６２に入力される。Ａ／Ｄ変換回路６２は、入力された生画像信号をディジタル信号である生画像データに変換し、変換後の生画像データを信号処理回路６４に入力する。信号処理回路６４は、入力された生画像データに対し色分離，白バランス調整，ガンマ補正，ＹＵＶ変換などの処理を施す。
【００５３】
一方、イメージセンサ１０の出力端子２８から出力された右半分の生画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路６６に入力され、ここでＣＤＳ／ＡＧＣ回路６０と同様の相関二重サンプリング処理およびゲイン調整処理を施された後、Ａ／Ｄ変換回路６８に入力される。Ａ／Ｄ変換回路６８は、Ａ／Ｄ変換回路６２と同様、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路６６から入力された生画像信号を生画像データに変換し、変換後の生画像データを信号処理回路７０に入力する。信号処理回路７０は、入力された生画像データに対し信号処理回路６４と同様の処理を施す。
【００５４】
これら２つの信号処理回路６４および７０による処理後の画像データ（ＹＵＶデータ）は、メモリ制御回路７２によって、一旦、メインメモリとしてのＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｄｙｎａｍｉｃ　ＲＡＭ）７４の画像データ記憶領域７４ａに記憶され、ここで１画面分の画像データとして合成される。そして、この合成後の画像データは、メモリ制御回路７２によってＳＤＲＡＭ７４から読み出され、ビデオエンコーダ７６に入力される。
【００５５】
ビデオエンコーダ７６は、入力された画像データをＮＴＳＣ方式の複合画像信号に変換し、変換後の複合画像信号を液晶モニタ７８に入力する。これによって、液晶モニタ７８の画面に、被写体のリアルタイム動画像、つまりスルー画像が表示される。
【００５６】
なお、この状況下では、イメージセンサ１０の２つの出力回路２２および２６の特性の違いによって、図７に示すように、液晶モニタ７８の画面に映し出されるスルー画像の左半分と右半分との間に明るさやコントラストなどの差異が生じ、これによって画面の中央に縦の境界線、つまり不連続８０が生じる。しかし、スルー画像は、被写体像の一部が間引かれた低解像度の画像であるので、かかる低解像度の画像上では当該不連続８０は視覚的に目立ち難い。よって、この不連続８０が生じるという問題は、ディジタルカメラ５０の実際の使用上では、あまり大きな問題にはならない。
【００５７】
さらに、２つの信号処理回路６４および７０によって生成されたＹＵＶデータのうちＹデータは、ＡＥ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）／ＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ）評価回路８２に入力される。ＡＥ／ＡＦ評価回路８２は、入力されたＹデータを１フレーム毎に積分して、被写体像の輝度の程度を表す輝度評価値を算出する。ＡＥ／ＡＦ評価回路８２はまた、図７に示すように画面（被写界）の中央に形成された矩形のフォーカスエリア８４内において、当該Ｙデータの高周波成分を１フレーム毎に積分して、被写体に対するフォーカスレンズ５２の合焦の程度を表すフォーカス評価値を算出する。
【００５８】
ただし、画面の中央に形成されたフォーカスエリア８４内には、上述した不連続８０が含まれ、この不連続８０部分においては、Ｙデータの高周波成分は大きい値を示す。したがって、ＡＥ／ＡＦ評価回路８２は、かかる不連続８０部分によるフォーカス評価値への影響を排除するために、図８に格子状の模様で示すように不連続８０部分の近傍を除く部分８６および８６のＹデータの高周波成分に基づいてフォーカス評価値を算出する。
【００５９】
ここで、シャッタボタン８８が半押しされると、ＣＰＵ５６は、ＡＥ／ＡＦ評価回路８２から上述の輝度評価値を取り込む。そして、ＣＰＵ５６は、取り込んだ輝度評価値に基づいて最適露光期間を算出し、算出した最適露光期間をＴＧ５８に設定する。ＣＰＵ５６はまた、ＡＥ／ＡＦ評価回路８２からフォーカス評価値を取り込み、この取り込んだフォーカス評価値が最大となるようにフォーカスドライバ９０を制御し、フォーカスレンズ５２を合焦位置に設定する。つまり、このディジタルカメラ５０では、イメージセンサ１０から高速読み出しモードで読み出された画像信号に基づいて、フォーカス調整が行われる。
【００６０】
そして、シャッタボタン８８が全押しされると、ＣＰＵ５６は、記録処理に入る。すなわち、ＣＰＵ５６は、ＴＧ５８に対して高画質読み出しモードに従う１フレーム分の本露光および電荷読み出しを命令する。ＴＧ５８は、この命令に対応するタイミング信号をイメージセンサ１０に供給し、イメージセンサ１０は、供給されたタイミング信号に従って本露光を行う。また、このタイミング信号の供給によって、イメージセンサ１０の各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・の各ゲート電極１８，１８，・・・には、上述した２相の垂直駆動パルスが供給され、水平転送レジスタ１６の各ゲート電極２０，２０，・・・には、上述の図４に示す水平駆動パルスφ１〜φ８が供給される。
【００６１】
本露光によってイメージセンサ１０の各フォトダイオード１２，１２，・・・に蓄積された電荷は、上述したように各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・を介して水平転送レジスタ１６に入力される。そして、この水平転送レジスタ１６に入力された全電荷は、当該水平転送レジスタ１６の一方端から順次出力され、この順次出力される電荷に基づく画像信号は、出力回路２２を経て出力端子２４から出力される。つまり、シャッタボタン８８が全押しされることによって、イメージセンサ１０の出力端子２４から、全電荷に基づく生画像信号が出力される。
【００６２】
このイメージセンサ１０の出力端子２４から出力された生画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路６０による処理を経て、Ａ／Ｄ変換回路６２に入力され、ここで高解像度生画像データに変換される。そして、変換後の生画像データは、信号処理回路６４に入力され、ここで上述した一連の処理を施された後、メモリ制御回路７２によって、ＳＤＲＡＭ７４内の画像データ記憶領域７４ａに記憶される。
【００６３】
メモリ制御回路７２は、ＣＰＵ５６による制御に従って、画像データ記憶領域７４ａに記憶された高解像度の画像データを読み出し、読み出した画像データを圧縮伸長回路９２に入力する。圧縮伸長回路９２には、ＣＰＵ５６から圧縮命令が与えられており、圧縮伸長回路９２は、この圧縮命令に応答して、入力された画像データにＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｇｒｏｕｐ）方式に従う圧縮処理を施す。この圧縮処理によって生成されたＪＰＥＧ圧縮画像ファイルは、メモリ制御回路７２によって、一旦、ＳＤＲＡＭ７４内の圧縮画像ファイル記憶領域７４ｂに記憶された後、メモリインタフェース回路９４を介してメモリカード９６に入力され、記録される。
【００６４】
これによって、メモリカード９６には、高画質読み出しモードに従う高解像度の画像信号に基づくＪＰＥＧ圧縮画像ファイルが記録される。そして、このＪＰＥＧ圧縮画像ファイルの記録、つまり記録処理が完了すると、ＣＰＵ５６は、改めて高速読み出しモードに従ってイメージセンサ１０から画像信号を読み出すようＴＧ５８を制御する。したがって、高画質読み出しモードによって高速読み出しモードに比べて長い時間を掛けてイメージセンサ１０から１画面分の画像信号が読み出されるのは記録処理が実行されるときのみであり、それ以外のときは、高速読み出しモードによってイメージセンサ１０から高速で画像信号が読み出される。
【００６５】
このようにして高速読み出しモードと高画質読み出しモードとを切り換えるために、ＣＰＵ５６は、自身のプログラムメモリ９８に記憶された制御プログラムに従って、図９のフロー図で示される各処理を実行する。なお、ＣＰＵ５６によってこの図９のフロー図で示される処理が実行される直前までは、高速読み出しモードに従ってイメージセンサ１０から生画像信号が読み出されている。
【００６６】
シャッタボタン８８が半押しされると、ＣＰＵ５６は、ステップＳ１に進み、ＡＥ／ＡＦ評価回路８２から取り込んだフォーカス評価値に基づいてフォーカス調整を行う。この時点では、上述のように高速読み出しモードに従ってイメージセンサ１０から画像信号が読み出されているので、比較的に短時間で当該フォーカス調整が完了する。
【００６７】
ステップＳ３において、フォーカス調整が完了したと判断すると、ＣＰＵ５６は、ステップＳ５に進み、シャッタボタン８８の半押し状態が解除されたか否かを判断する。ここで、シャッタボタン８８の半押し状態が解除されると、ＣＰＵ５６は、ステップＳ７に進み、当該半押し状態の解除がシャッタボタン８８の全押しによるものであるか否かを判断する。
【００６８】
このステップＳ７において、シャッタボタン８８が全押しされると、ＣＰＵ５６は、ステップＳ９に進む。そして、このステップＳ９において、ＣＰＵ５６は、高画質読み出しモードに従ってイメージセンサ１０から画像信号が読み出されるようＴＧ５８を制御する。これによって、イメージセンサ１０から、上述した不連続８０のない高品質な生画像信号が出力される。
【００６９】
そして、ＣＰＵ５６は、ステップＳ１１に進み、記録処理を実行する。これによって、上述の高品質な画像信号に基づくＪＰＥＧ画像ファイルがメモリカード９６に記録される。
【００７０】
ＣＰＵ５６は、このステップＳ１１の記録処理の実行後、ステップＳ１３に進み、再度、高速読み出しモードに従ってイメージセンサ１０から画像信号が読み出されるようＴＧ５８を制御する。このステップＳ１３の処理を終了することで、ＣＰＵ５６は、図９のフロー図で示される一連の処理を終了する。なお、上述のステップＳ７において、シャッタボタン８８が全押しされない場合、つまりオペレータによるシャッタボタン８８の操作自体が解除された（オペレータの指がシャッタボタン８８から離された）場合は、ＣＰＵ５６は、ステップＳ９〜ステップＳ１３をスキップして、即この図９のフロー図で示される一連の処理を終了する。
【００７１】
以上の説明から判るように、この実施例のイメージセンサ１０が適用されたディジタルカメラ５０によれば、フォーカス調整時には２つの出力端子２４および２８を用いることによってイメージセンサ１０から高速で画像信号が読み出されるので、当該フォーカス調整に掛かる時間が短縮される。そして、記録時には、１つの出力端子２４から記録対象となる画像信号が読み出されるので、記録画像の高画質化を実現できる。
【００７２】
なお、この実施例では、高画質読み出しモードにおいて、水平転送レジスタ１６のゲート電極２０，２０，・・・に対し図４に示すような水平駆動パルスφ１〜φ８を供給することによって、全電荷に基づく画像信号を出力端子２４から読み出すようにしたが、これに限らない。たとえば、図４とは逆の位相関係にある水平駆動パルスφ１〜φ８を供給することによって、反対の出力端子２８から全電荷に基づく画像信号を読み出すようにしてもよい。
【００７３】
また、被写界内に形成されるフォーカスエリア８４は、図７（または図８）に示すようなものに限定されない。たとえば、フォーカスエリア８４の形状を矩形以外としてもよいし、当該フォーカスエリア８４を複数形成してもよい。ただし、不連続８０の近傍部分８６については、必ずフォーカス評価値を算出する際の演算対象から除外するようにする。
【００７４】
そして、この実施例のイメージセンサ１０は、ディジタルカメラ５０以外のカメラに適用することもできる。
【００７５】
さらに、この実施例では、イメージセンサ１０の受光面を左右２つの領域に分割したが、これに限らない。たとえば、当該受光面を上下２つの領域に分割してもよい。
【００７６】
また、このイメージセンサの受光面の分割数Ｎは、Ｎ＝２に限らない。たとえば、各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・を３相駆動型とするとともに、当該各垂直転送レジスタ１４，１４，・・・の他方端側（図１における上方側）にも水平転送レジスタ１６，出力回路２２および２６，および出力端子２４および２８と同様のものを設ければ、当該分割数ＮをＮ＝３またはＮ＝４とすることができる。勿論、これ以外の数の分割数Ｎ（Ｎ＞１）としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の概略構成を示す図である。
【図２】図１のイメージセンサを高速読み出しモードで動作させるときの水平駆動パルスのタイミングを示す図である。
【図３】図１のイメージセンサを高速読み出しモードで動作させたときの電荷の移動状態を示す図解図である。
【図４】図１のイメージセンサを高画質読み出しモードで動作させるときの水平駆動パルスのタイミングを示す図である。
【図５】図１のイメージセンサを高画質読み出しモードで動作させたときの電荷の移動状態を示す図解図である。
【図６】図１のイメージセンサを搭載したディジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図７】図６における液晶モニタの画面の表示状態を示す図である。
【図８】図７の画面内に形成されたフォーカスエリアの詳細を示す図解図である。
【図９】図６におけるＣＰＵの動作を示すフロー図である。
【図１０】従来のイメージセンサの概略構成を示す図である。
【図１１】従来のイメージセンサの水平転送レジスタに供給される水平駆動パルスのタイミングを示す図である。
【図１２】従来のイメージセンサによって得られた画像信号に従う画面の表示状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…イメージセンサ
１２…フォトダイオード
１４…垂直転送レジスタ
１６…水平転送レジスタ
２０…ゲート電極
２２，２６…出力回路
２４，２８…出力端子
５０…ディジタルカメラ
５６…ＣＰＵ
５８…ＴＧ

Claims (7)

1. フォーカスレンズ、
   前記フォーカスレンズを通して入射された被写体の光学像に対応する電荷を生成する複数の受光素子と前記電荷を出力するＮ個（Ｎ＞１）の出力端子とを有するイメージセンサ、
   前記フォーカスレンズの位置を調整するとき前記電荷を前記Ｎ個の出力端子から読み出す第１読み出し手段、および
   前記電荷に基づく画像信号を記録媒体に記録するとき前記電荷を前記Ｎ個の出力端子のいずれか１つから読み出す第２読み出し手段を備える、ディジタルカメラ。
2. 前記複数の受光素子が形成された受光面はＮ個の領域に区分され、
   前記第１読み出し手段は前記Ｎ個の領域で生成された電荷を前記Ｎ個の出力端子からそれぞれ読み出す、請求項１記載のディジタルカメラ。
3. 前記第１読み出し手段によって読み出された電荷のうち前記Ｎ個の領域の境界線を除く部分で生成された電荷に基づいて前記フォーカスレンズの位置を調整する調整手段をさらに備える、請求項２記載のディジタルカメラ。
4. 前記第１読み出し手段によって読み出された電荷に基づいて前記被写体のリアルタイム動画像を表示する表示手段をさらに備える、請求項１ないし３のいずれかに記載のディジタルカメラ。
5. 前記イメージセンサは、前記複数の受光素子から読み出された電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送レジスタ、および前記複数の垂直転送レジスタの終端に設けられるかつ前記電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタをさらに有し、２個の出力端子が前記水平転送レジスタの両端にそれぞれ割り当てられる、請求項１ないし４のいずれかに記載のディジタルカメラ。
6. 前記水平転送レジスタは３相駆動型である、請求項５記載のディジタルカメラ。
7. 複数の受光素子から読み出された電荷を第１方向に転送する複数の第１転送レジスタ、および
   前記複数の第１転送レジスタの終端に設けられるかつ前記電荷を前記第１方向に直交する第２方向に転送する３相駆動型の第２転送レジスタを備える、イメージセンサ。

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