JP2005311529A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮影間隔を短縮し、連写機能及び速写性能の向上を図る。
【解決手段】 ＣＣＤ３０は、複数の受光素子５０、フィールドシフトゲート５１、第１及び第２バッファメモリ５２，５３、垂直転送路５４、水平転送路５６からなる。受光素子５０は、受光量に応じた電荷を生成して蓄積し、撮影露光が行われる。バッファメモリ５２，５３は、受光素子５０及び垂直転送路５４の間に配置されており、受光素子５０から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する。バッファメモリ５３から垂直転送路５４への電荷の転送、又は垂直転送路５４による電荷の垂直転送、水平転送路５５による電荷の水平転送と時間を重複して、受光素子５０による撮影露光を行うことで、撮影時間及び撮影時間を短縮する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、固体撮像素子を使用した撮像装置に関し、特に連写機能、速写性能を向上した撮像装置及びその制御方法に関するものである。

近年、デジタルカメラなどの固体撮像素子を使用する撮像装置が急速に普及してきており、それにともなって固体撮像素子の高画素化が進んできている。ところが、固体撮像素子の受光部に蓄積された電荷を読み出すときに、従来の読み出し方法では、全画素の電荷が全て転送されるまで次の撮影は不可能となっている。このため、固体撮像素子を高画素化すると、全画素の読み出し終了まで非常に時間がかかることとなり、そのため特許文献１及び２に示すように、電荷の読み出しを高速化し、撮影時間を短縮する方法が考えられている。

特許文献１では、１つの受光素子に対して複数のインターライン転送路、又はインターラインメモリを設けており、受光素子から複数の画像データ信号を転送するとき、複数のインターライン転送路、又はインターラインメモリへそれぞれ同時に転送することで、読み出しの高速化を図っている。また、特許文献２では、受光素子からの光信号を転送する複数の垂直転送路と、この複数の垂直転送路に対応する複数の水平転送路を設けており、水平転送路での並列読み出しを行うことで、撮影時間を短縮している。

特開平６−３１７４６２号公報 特開平１１−７５１１７号公報

しかしながら、上述の特許文献１及び２では、現在の固体撮像素子の高画素化から要求される程の撮影の高速化、特に連写機能及び速写性能の向上を図ることは困難である。すなわち特許文献１では、受光素子から上述した複数のインターライン転送路又はインターラインメモリに画像データがそれぞれ同時に転送されるという制御を行っており、この画像データの転送中は、次の電子シャッタを作動させて受光素子から電荷を出力することは不可能であるため、高画素化された固体撮像素子の場合、画像データの転送終了までやはり時間がかかり、次の撮影を行うことができない。また、特許文献２の撮像装置では、複数の水平転送路によって電荷が出力されるまでは、次の撮影を行うことができないので、並列読み出しによって水平転送の時間を短くしても、読み出しの全体としての時間は、あまり短縮できず、高画素化された固体撮像素子で要求される程の高速化はできない。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、撮影間隔を短縮し、連写機能及び速写性能の向上を図ることが可能な撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、受光量に応じた電荷を生成し、２次元マトリクス状に配された複数の受光素子と、この受光素子に蓄積された信号電荷を列毎に垂直方向に転送する垂直転送手段と、この垂直転送手段と垂直に接続され、前記垂直転送手段から転送された電荷を水平方向に出力する水平転送手段と、前記電荷の転送を行わせるタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段とからなる撮像装置において、前記受光素子と、前記垂直転送手段との間に、電荷を一時的に蓄積させておくバッファ手段を設け、前記タイミング信号生成手段は、前記受光素子及び前記バッファ手段に対してタイミング信号を送り、前記受光素子で蓄積された電荷を前記バッファ手段を経て前記垂直転送手段に転送させることを特徴とする。

なお、前記バッファ手段は、１つの前記受光素子に対して少なくとも１つ以上配設されており、前記受光素子に蓄積された電荷は全て前記バッファ手段を通過して前記垂直転送手段に転送されることが好ましい。また、前記タイミング信号生成手段は、前記タイミング信号を全ての受光素子に対して同時に送り、受光素子に蓄積された電荷を全て前記バッファ手段に転送させることが好ましい。あるいは、前記バッファ手段は、前記受光素子が配置されている層の背面側に位置する層に設けられていることが効果的である。

また、本発明の撮像装置の制御方法は、受光量に応じた電荷を生成し、２次元マトリクス状に配された受光素子に蓄積された電荷を読み出し、この電荷を垂直転送手段により垂直方向に転送した後、前記垂直転送手段と直交して接続される水平転送手段により水平方向に転送して出力する撮像装置の制御方法において、前記受光素子と、前記垂直転送手段との間に電荷を一時的に蓄積させておくバッファ手段を設けており、前記受光素子に蓄積された電荷は、前記バッファ手段を経て前記垂直転送手段に転送され、前記バッファ手段に電荷が蓄積されているときは、電荷バッファフラグをセットしており、この電荷バッファフラグがセットされているか否かの判定をして前記電荷バッファフラグがセット状態の場合、撮影禁止フラグをセットして前記受光素子から前記バッファ手段への電荷の転送を禁止し、電荷バッファフラグがリセットされている場合、前記撮影禁止フラグをリセットして前記受光素子から前記バッファ手段への電荷の転送を許可することを特徴とする。

なお、前記電荷バッファフラグは、全ての前記受光素子に対して設定されていることが好ましい。また、前記垂直転送手段に電荷が蓄積されているか否かを示す電荷転送状態フラグが設定されていることが好ましい。あるいは、前記電荷バッファフラグ、撮影禁止フラグ、及び電荷転送状態フラグをそれぞれ個別に動作させるマルチタスク処理を行うことが効果的である。さらにまた、シャッタ入力を行う操作部を備えており、前記電荷バッファフラグがセットされているときには、前記操作部によるシャッタ入力を無効にすることが好ましい。なお、シャッタ入力手段としてレリーズボタンを設け、このレリーズボタンを押圧し続けることで連写撮影が行われる構成とし、この連写撮影のとき前記電荷バッファフラグがリセットされる毎、あるいは、前記撮影禁止フラグがリセットされる毎に露光を開始して撮影を繰り返す構成が好ましい。さらに前記バッファ手段は、１つの受光素子に対して複数設けられており、前記電荷バッファフラグは、前記受光素子に接続された１つ目のバッファに対して設定されていることが好ましい。

また、受光量に応じた電荷を蓄積しているときに、前記水平転送、前記垂直転送、前記バッファ手段から前記垂直転送手段への転送、又は前記バッファ手段間の転送を行うことが好ましい。さらに前記水平転送、前記垂直転送中に前記バッファ手段間の転送を行うことも効果的である。

本発明の撮像装置は、受光素子と、垂直転送手段との間に、電荷を一時的に蓄積させておくバッファ手段を設け、タイミング信号生成手段は、受光素子及びバッファ手段に対してタイミング信号を送り、受光素子で蓄積された電荷をバッファ手段を経て垂直転送手段に転送させているので、撮影間隔の短縮を図ることが可能であり、撮像装置の連写機能、及び速写性能を向上させることが可能である。

また、本発明の撮像装置の制御方法によれば、受光素子と、垂直転送手段との間に電荷を一時的に蓄積させておくバッファ手段を設けており、受光素子に蓄積された電荷は、バッファ手段を経て垂直転送手段に転送され、バッファ手段に電荷が蓄積されているときは、電荷バッファフラグをセットしており、この電荷バッファフラグがセットされているか否かの判定をして電荷バッファフラグがセット状態の場合、撮影禁止フラグをセットして受光素子からバッファ手段への電荷の転送を禁止し、電荷バッファフラグがリセットされている場合、撮影禁止フラグをリセットして受光素子からバッファ手段への電荷の転送を許可しているので、撮影時間及び撮影間隔の短縮を可能とし、撮像装置の連写性能、及び速写性能を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態が適用されたデジタルカメラの正面側斜視図を示す図１において、デジタルカメラ２には、前面に撮像レンズ１０が組み込まれたレンズ鏡胴１１が設けられ、上面には、レリーズボタン１５、及びモードダイヤル１６が設けられている。

デジタルカメラ２の背面には、図２に示すように、電子式ファインダ（ＥＶＦ）１９と、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２０と、操作部２１とが設けられている。ＥＶＦ１９又はＬＣＤ２０には、撮影した画像やいわゆるスルー画像、各種設定画面が表示される。操作部２１は、電源のオン／オフ切替えを行う電源ボタン２１ａ、ＬＣＤ２０に表示されるメニュー画面内でカーソルを移動させるカーソル操作板２１ｂ，決定ボタン２１ｃ、キャンセルボタン２１ｄ、表示切換ボタン２１ｅなどから構成される。デジタルカメラ２ではＥＶＦ１９及びＬＣＤ２０はいずれか一方に画像が表示されるように切り換えが行われる。このＥＶＦ１９、ＬＣＤ２０の表示の選択は表示切換ボタン２１ｅによって行われる。

デジタルカメラ２では、静止画撮影を行う静止画撮影モード、撮影した画像をＬＣＤ２０に表示する再生モード、および各種設定を行うセットアップモードが選択可能となっている。これらのモードの切り替えは、モードダイヤル１６を回転操作することで行われる。

図３は、デジタルカメラ２の電気的構成の概略を示すブロック図である。撮像レンズ１０の背後には、固体撮像素子としてのＣＣＤ３０が配置されている。撮像レンズ１０を透過した被写体光が、ＣＣＤ３０によって撮像信号に変換される。ＣＣＤ３０は、タイミングジェネレータ（タイミング信号生成手段）３１を介して、デジタルカメラ２の全体を制御するＣＰＵ３３に接続されている。このＣＰＵ３３が、タイミングジェネレータ３１を制御してＣＣＤ３０が駆動される。タイミングジェネレータ３１は、固体撮像素子を駆動する信号（タイミング信号）Ｆ_S ，Ｂ_S1，Ｂ_S2，Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，Ｈ₁ ，Ｈ₂ （後述）を送信する。

このＣＣＤ３０から出力された撮像信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）３４に入力される。ＣＤＳ３４は、ＣＣＤ３０から入力された撮像信号を、ＣＣＤ３０の各セルの蓄積電荷量に正確に対応したＲ、Ｇ、Ｂの画像データとして出力する。ＣＤＳ３４から出力された画像データは、増幅器（ＡＭＰ）３６で増幅される。Ａ／Ｄ変換器３７は、ＡＭＰ３６で増幅された画像データをデジタルの画像データに変換する。Ａ／Ｄ変換器３７から出力されたデジタルの画像データは、画像信号処理回路３８に送信される。

画像信号処理部３８は、データバス３９を介してＣＰＵ３３に接続されている。ＣＰＵ３３は画像信号処理部３８を制御して階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理を画像データに施す。さらに画像信号処理部３８には、データバス３９を介して内部メモリ４１が接続されている。内部メモリ４１は、ＥＶＦ１９又はＬＣＤ２０をビューファインダとして使用する際に、画像信号処理部３８から送られた解像度の低い画像データが一時的に記録される。内部メモリ４１に記録された画像データは、ディスプレイドライバ４２，４３に送信され、ＥＶＦ１９又はＬＣＤ２０に表示される。また、画像信号処理部３８で各種画像処理を施された高解像度の画像データは、データバス３９を解して接続されている圧縮・伸張処理部４４により、ＪＰＥＧ等の圧縮方式により圧縮される。圧縮された画像データは、ＣＰＵ３３がメディアコントローラ４５を制御し、メモリカード４６に記録される。

また、ＣＰＵ３３には、レリーズボタン１５、モードダイヤル１６、及び操作部２１が接続されている。ＣＰＵ３３は、これらレリーズボタン１５、モードダイヤル１６、及び操作部２１の操作によってユーザーからの指令を取得する。

図４はＣＣＤ３０の構成の概略を示す。ＣＣＤ３０は、複数の受光素子５０、フィールドシフトゲート５１、第１及び第２バッファメモリ５２，５３、垂直転送路５４、水平転送路５５を含んでいる。

受光素子５０は、２次元マトリックス状に配列された感光部で、入射光を信号電荷に変換する機能を有している。受光素子５０には、例えばフォトダイオードが用いられる。受光素子５０は、入射光の強さに応じて信号電荷に変換し、この信号電荷を時間とともに蓄積させていく。なお、図４においては、ＣＣＤ３０は、３×４＝１２個の受光素子５０が図示されているが、受光素子５０の個数及び配列はこれに限るものではなく、それぞれの撮像装置で設定される撮影画像数に応じて適宜変更すればよい。

フィールドシフトゲート５１は、受光素子５０の蓄積された信号電荷がバッファメモリ５２に漏れないように閉じ状態に遮蔽し、信号電荷をバッファメモリ５２に転送する際に開き状態にして信号電荷をバッファメモリ５２に移動させる機能を有するゲート手段である。すなわち、フィールドシフトゲート５１は、タイミングジェネレータ３１からフィールドシフトパルス（ＦＳ： Ｆｉｅｌｄ Ｓｈｉｆｔ ｐｕｌｓｅ）が印加された際に開き状態となり、これ以外のときには遮蔽している。

第１及び第２バッファメモリ５２，５３は、受光素子５０及び垂直転送路５４の間に配置されており、すなわち第１バッファメモリ５２は、フィールドシフトゲート５２を介して受光素子５０と接続されるともに、その反対側に第２バッファメモリ５３が接続されており、さらに第２バッファメモリ５３は、第２バッファメモリ５２とは反対側の位置で垂直転送路５４と接続されている。この第１及び第２バッファメモリ５２，５３は、受光素子５０から転送されてきた電荷を一時的に蓄積するものである。バッファメモリ５２，５３は、タイミングジェネレータ３１から駆動信号Ｂ_S1，Ｂ_S2が供給されたときにそれぞれ駆動し、第１バッファメモリ５２は受光素子５０から転送された信号電荷を第２バッファメモリ５３へ転送し、第２バッファメモリ５３は垂直転送路５４へ信号電荷を転送する。なお、本実施形態においては、駆動信号Ｂ_S1，Ｂ_S2はタイミングジェネレータ３１により１相駆動方式で生成されるものであるが、これに限らず他の駆動方式、例えば２相、３相の駆動方式のものでもよい。

垂直転送路５４には、１つの受光素子５０に対して１つずつ形成されている垂直転送電極６１からなり、垂直方向に信号電荷を転送する。垂直転送電極６１は上述した第２バッファメモリ５３に接続されており、タイミングジェネレータ３１から垂直駆動信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ が供給されたときそれぞれ駆動し、第２バッファメモリ５３から転送された信号電荷を水平転送路５５へ垂直転送する。

水平転送路５５は、垂直転送路５４に接続される水平転送電極６６から形成されており、垂直転送路５４の転送方向と直交する水平方向に信号電荷を転送する。水平転送電極６６はタイミングジェネレータ３１から垂直駆動信号Ｈ₁ ，Ｈ₂ が供給されたときそれぞれ駆動し、垂直転送路５４から転送された信号電荷を水平転送し、ＣＤＳ３４へ出力する。

上述した駆動信号Ｆ_S ，Ｂ_S1，Ｂ_S2，Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，Ｈ₁ ，Ｈ₂ は、図５に示すタイミングチャートで供給され、ＣＣＤ３０のフィールドシフトゲート５１、バッファメモリ５２，５３、垂直転送路５４、水平転送路５５をそれぞれ駆動させる。先ずレリーズボタン１４を押圧操作してシャッタ入力をすると、後述する撮影禁止フラグがセット状態（１）となり、それに同期して１回目の露光、すなわち、シャッタが開放となって受光素子５０は入射光を光電変換した信号電荷が蓄積される。このとき、ＡＥ（自動露出制御）などで設定されたシャッタ時間に基づく露光期間Ｔ_E が終了するまで受光素子５０に信号電荷が蓄積される。そして露光期間Ｔ_E の終了と同時にタイミングジェネレータ３１から駆動信号ＦＳが供給されてフィールドシフトゲート５１が開き状態となり、受光素子５０に蓄積された信号電荷が第１バッファメモリ５２へ転送（図５（Ａ）に示す状態）され、一回目の撮影露光が完了する。

その後、１回目の撮影露光で受光素子５０から第１バッファメモリ５２へ転送された信号電荷は、駆動信号Ｂ_S1，Ｂ_S2によって第１バッファメモリ５２から第２バッファメモリ５３へ、さらに第２バッファメモリ５３から垂直転送路５４へ転送され、さらにその後垂直転送、水平転送されて出力される。

そして、１回目の撮影露光後、信号電荷が第１バッファメモリ５２から第２バッファメモリ５３へ転送された直後、すなわち、駆動信号Ｂ_S1の後に撮影禁止フラグがリセット状態（０）になり、撮影許可、すなわち、２回目の撮影露光が可能となる。２回目の撮影露光が開始され、１回目と同様に、受光素子５０から第１バッファメモリ５２へ転送される。この２回目の撮影露光で信号電荷が転送されるとき（図５（Ｂ）に示す状態）、１回目の信号電荷が垂直転送及び水平転送を行っている転送期間Ｔ_VHは、信号電荷の混合を防ぐため、第２バッファメモリ５３から垂直転送路５４への転送は行われない、すなわち、この１回目の垂直転送及び水平転送を行っている転送期間Ｔ_VHは、後述する電荷転送状態を示すレジスタＲ_T がセット状態（１）となり、駆動信号Ｂ_S2が供給されない。よって、この転送期間Ｔ_VHでは、信号電荷はバッファメモリ５２，５３に蓄積されたままである（図５（Ｃ）に示す状態）。そして、転送期間Ｔ_VHが終了してレジスタＲ_T がリセット状態（０）になると駆動信号ＢＳ２が供給され、２回目の撮影露光による信号電荷が第２バッファメモリ５３から垂直転送路５４へ転送されて垂直転送、水平転送が行われて出力される。

上述のように、１回目の撮影露光による信号電荷が第１バッファメモリ５２から第２バッファメモリ５３へ転送された直後から、２回目の露光が開始可能となるので、この時間間隔Ｔ_Iminが最短のシャッター間隔である。

なお、上述した図５のタイミングチャートでは、撮影の露光期間Ｔ_E と、垂直転送及び水平転送の転送時間Ｔ_VHがほぼ同じ時間間隔に設定されている場合の例を示しているが、転送時間Ｔ_VHと比較して露光期間Ｔ_E が非常に短い時間になる場合もある。図６は、転送時間Ｔ_VHに比較して露光期間Ｔ_E が非常に短い場合のタイミングチャートを示すものである。このタイミングチャートに沿ってＣＣＤ３０が駆動される場合、先ず、１回目の撮影露光のときには、上記例と同様に撮影禁止フラグが（１）となり、それに同期して受光素子５０に信号電荷が蓄積される。そして露光期間Ｔ_E が終了すると、駆動信号ＦＳがタイミングジェネレータ３１から供給されて第１バッファメモリ５２に信号電荷が転送される（図６（Ａ）に示す状態）。そしてこの１回目の撮影露光で取り込まれた信号電荷は、駆動信号Ｂ_S1，Ｂ_S2の供給によりバッファメモリ５２，５３を経て垂直転送路５４へ転送され、さらにその後垂直転送、水平転送されて出力される。

１回目の撮影露光後、信号電荷が第２バッファメモリ５３へ転送された直後、撮影禁止フラグがリセット状態（０）になり、２回目の撮影露光が可能となる。２回目のシャッタ入力で２回目の撮影露光が開始され、１回目と同様に、受光素子５０から第１バッファメモリ５２へ転送され、さらに第２バッファメモリ５３から垂直転送路５４へ転送される。この２回目の撮影露光で信号電荷が転送されるとき（図６（Ｂ）に示す状態）、上述したように垂直転送及び水平転送を行っている転送期間Ｔ_VHと露光期間Ｔ_E との時間差が大きく、この１回目の転送期間Ｔ_VHの終了までバッファメモリ５３に２回目の信号電荷が蓄積され、垂直転送路５４への転送は行われない。そして１回目の転送期間Ｔ_VHが終了し、電荷転送フラグがリセット状態（０）になると駆動信号Ｂ_S2が供給され、２回目の撮影露光による信号電荷が第２バッファメモリ５３から垂直転送路５４へ転送されて出力される。

そして２回目の撮影露光後、信号電荷が第２バッファメモリ５３へ転送された直後、撮影禁止フラグがリセット状態（０）になり、３回目の撮影露光が可能となる。この３回目の撮影露光が開始され、受光素子５０から第１バッファメモリ５２へ転送（図６（Ｃ）に示す状態）されるとき、まだ１回目の転送期間Ｔ_VHが終了しておらず、３回目の撮影露光による信号電荷は第１バッファメモリ５２に蓄積したままになる（図６（Ｄ）に示す状態）。そして１回目の転送期間Ｔ_VHが終了し、さらに２回目の信号電荷が第２バッファメモリ５３から垂直転送路５４に転送された後に、３回目の信号電荷は、第１バッファメモリ５２から第２バッファメモリ５３への転送が可能となる。

そしてさらに３回目の撮影露光後、信号電荷が第２バッファメモリ５３へ転送された直後、撮影禁止フラグがリセット状態（０）になり、４回目の撮影露光が可能となる。この４回目以降の撮影露光では、１回前（４回目の撮影露光の場合は３回目）の撮影露光で取り込まれた信号電荷が、上述した転送期間Ｔ_VHと露光期間Ｔ_E との時間差から、バッファメモリ５２に蓄積されている時間が長くなる。よって、その分４回目以降では、撮影可能となるまでの時間が、１〜３回目よりも長くなるが、この３〜４回目以降の撮影間隔Ｔ_I でも、転送期間Ｔ_VHよりも短い時間であり、従来のデジタルカメラよりも撮影時間の短縮が可能となっている。また、１〜３回目は、露光期間Ｔ_E とほぼ変わらない程度の最短撮影間隔Ｔ_Iminで撮影することが可能となっている。

図７には、本実施形態との比較用として従来のデジタルカメラでＣＣＤを駆動するときのタイミングチャートを示す。なお、この従来のデジタルカメラでは、ＣＣＤの構成としては、上述した本実施形態のＣＣＤ３０で設けられているバッファメモリ５２，５３を、受光素子と垂直転送路との間に設けない構成となっている。このタイミングチャートに沿って従来のＣＣＤが駆動される場合、先ず、１回目の撮影露光のときには、上記例と同様に撮影禁止フラグが（１）となり、それに同期して受光素子では入射光から光電変換された信号電荷が蓄積され、設定された露光期間Ｔ_E2の後、駆動信号ＦＳが供給されてフィールドシフトゲートが開き状態になり、受光素子から垂直転送路への信号電荷の取り込みが行われ、その直後に垂直転送、水平転送されて出力される。そして、従来のデジタルカメラでは、この垂直転送及び水平転送の転送期間Ｔ_VH2 が完了した後、撮影禁止フラグがリセット状態（０）となって２回目の撮影露光が可能となる。すなわち、従来のデジタルカメラでは、露光期間Ｔ_E2と転送期間Ｔ_VH2 とを合わせた時間よりも長い撮影間隔Ｔ_I2でしか撮影を行うことができない。よって、本実施形態では、上述したように撮影間隔は少なくとも転送期間Ｔ_VHよりも短いか又は転送期間Ｔ_VHと同等の時間で撮影を行うことが可能であり、従来のデジタルカメラよりも撮影間隔が短くなっている。

以下では、デジタルカメラ２における制御を説明する。このデジタルカメラ２では、図８に示す全体のシーケンスと、それに関連する図９、図１０、及び図１１に示すタスク( 動作）１，２，及び３を処理するシーケンスによって制御が行われている。なお、デジタルカメラ２では、図９〜１１に示すタスク１〜３をそれぞれ個別に処理し、並列的に実行するマルチタスク処理を行うようになっている。さらに、このタスク１〜３の処理では、３つのレジスタ（状態フラグ）Ｒ_BS1 、Ｒ_BS2 、Ｒ_T を共通で使用する。なお、レジスタＲ_BS1 、Ｒ_BS2 は、第１及び第２バッファメモリ５２，５３に信号電荷が蓄積されていることをそれぞれ示し、レジスタＲ_T は、垂直転送路５４に信号電荷が蓄積されていることを示す状態フラグである。

図９に示すタスク１は、撮影露光（受光素子５０に蓄積された信号電荷の取り込み）を行うタスクであり、先ずは第１バッファメモリ５２に信号電荷が蓄積されているか否かを判定し、その結果によって撮影禁止フラグを制御する。すなわち、レジスタＲ_BS1 がセット状態（１）のときは、撮影禁止フラグを（１）とし、撮影禁止とする。なお、この撮影禁止フラグがセット状態（１）の撮影禁止期間は、レリーズボタン１５が押圧操作されても、そのレリーズ入力を無視する。

そしてタスク１では、撮影禁止フラグがリセット状態（０）、すなわち、撮影が許可されている状態でレリーズボタン１５が押圧操作されると、撮影禁止フラグを（１）にすると同時に、露光を開始し、タイミングジェネレータ３１から駆動信号ＦＳが供給されて受光素子５０から第１バッファメモリ５２へ電荷が転送される。露光完了直後、すなわち、第１バッファメモリ５２へ電荷が蓄積された状態となると、上述したレジスタＲ_BS1 が（１）となり、タスク２が開始される。

図１０に示すタスク２は、第１バッファメモリ５２に蓄積された電荷を垂直転送路５４まで転送するタスクである。先ずレジスタＲ_BS1 ，Ｒ_BS2 を判定し、レジスタＲ_BS1 が（１）かつレジスタＲ_BS2 が（０）のとき、すなわち第１バッファメモリ５２に電荷が蓄積され、かつ第２バッファメモリ５３は空（電荷が蓄積されていない）の状態であるため、タイミングジェネレータ３１から駆動信号Ｂ_S1を供給して第１バッファメモリ５２から第２バッファメモリ５３への転送を行わせる。なおこの転送後はレジスタＲ_BS1 を（０）、レジスタＲ_BS2 が（１）とする。なお、レジスタＲ_BS2 が（１）のときには、第２バッファメモリ５３に電荷が蓄積されているから、電荷混合を防止するため、第１バッファメモリ５２から第２バッファメモリ５３への転送、すなわち、駆動信号Ｂ_S1の供給を行わないようにする。そして次にレジスタＲ_BS2 ，Ｒ_T を判定し、レジスタＲ_BS2 が（１）かつレジスタＲ_T が（０）のときには、第２バッファメモリ５３に電荷が蓄積され、垂直転送路５４は空の状態であるため、タイミングジェネレータ３１から駆動信号Ｂ_S2を供給して第２バッファメモリ５３から垂直転送路５４への転送を行わせる。なおこの転送後はレジスタＲ_BS2 が（０）、レジスタＲ_T が（１）となり、タスク３が開始されるとともに、タスク２のシーケンスを所定の周期で繰り返す。

図１１に示すタスク３では、信号電荷の垂直転送及び水平転送を行なって出力し、ＣＤＳ３４、ＡＭＰ３６、Ａ／Ｄ変換器３７及び画像信号処理部３８を経て内部メモリ４１及びメモリカード４６に記憶するまでのタスクである。タイミングジェネレータ３１から駆動信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，Ｈ₁ ，Ｈ₂ が送られると、垂直転送電極６１，６２及び水平転送電極６６，６７が駆動されて垂直転送及び水平転送が行われ、全画素における電荷の転送が行われる。そして、垂直転送路５４及び水平転送路５５で全ての信号電荷の転送が完了すると、垂直転送路５４には、電荷の蓄積が０（空状態）になるので、レジスタＲ_T を（０）とする。そして、撮影が継続され、レジスタＲ_BS1 ，Ｒ_BS2 ，Ｒ_T の全てが（０）、すなわち第１及び第２バッファメモリ５２，５３及び垂直転送路５４の全てが電荷がの蓄積が０の空状態になっていることを判定すると、タスク２，３を終了する。なお、タスク１は、デジタルカメラ２の電源がＯＮ状態のときは常に実行され、動作を継続している。

このようにタスク１〜３をそれぞれ個別に制御し、並列的に実行するマルチタスク処理を行っているので、撮影露光（受光素子５０から第１バッファメモリ５２への電荷の取り込み）と、バッファメモリ５２，５３から垂直転送路５４への電荷の転送と、垂直転送及び水平転送による電荷の出力というそれぞれの動作が、時間を重複して実行可能となり、撮影時間の短縮を図ることができる。この撮影時間の短縮に加えて、上述したようにバッファメモリ５２，５３に一時的に電荷を蓄積することによって撮影間隔の短縮を図ることができるので、デジタルカメラ２の連写機能及び速射性能の向上を図ることができる。なお、このデジタルカメラ２で連写撮影を行うときには、レリーズボタン１５を押圧し続けることで連写撮影を実行する構成とし、撮影禁止フラグがリセット状態（０）となる毎に、またはレジスタＲ_BS1 （電荷バッファフラグ）がリセット状態（０）となる毎に、次の露光を開始して撮影を繰り返す制御とすればよい。これによって、上記で説明した最短の撮影間隔で連写撮影を行うことができる。

なお、上記実施形態では、受光素子５０及び垂直転送路５４の間に２つのバッファメモリ５２，５３を配置し、受光素子５０に蓄積された電荷をこのバッファメモリ５２，５３に転送し、一時的に蓄積しておくことによって、撮影時間の短縮を可能としているが、バッファメモリの個数はこれに限るものではなく、受光素子５０及び垂直転送路５４の間に１つ以上のバッファメモリが設けてあれば、上記実施形態と同様にバッファメモリに一時的に電荷を蓄積することが可能であり、バッファメモリから垂直転送路への転送、又は垂直転送及び水平転送を行う処理を、撮影露光と並列して行うことが可能となるので、従来のデジタルカメラよりも撮影時間の短縮を図ることができる。

なお、上記実施形態では、受光素子５０が配列されている層と同じ層に、バッファメモリ５２，５３及び垂直転送路５４を配置していることから、受光素子５０を配置する面積が限られるため、１個当たりの受光素子５０が入射光を受光する面積が小さくなってしまう。そこで、図１２に示すように、受光素子が配列されている層とは別の層に、バッファメモリ５２，５３及び垂直転送路５４を設けることによって、受光素子５０を配置する面積を大きくすることができる。なお、図１２においては、上記実施形態と同様の部材及び部品を使用するものについては同符号を付し、説明を省略する。

この図１２に示すＣＣＤ８０では、受光素子８１が２次元マトリクス状に配列されており、その受光素子８１が配列されている層の背面側に位置する層に、バッファメモリ５２，５３及び垂直転送路５４が配置されている。これによって、受光素子８１は、バッファメモリ５２，５３及び垂直転送路５４の配置に影響しないので、十分に大きな受光面積を持つことができる。なお、この図１２の例ではバッファ５２，５３及び垂直転送路５４を全て同じ層に配列しているが、これに限らず、受光素子８１からバッファメモリ５２，５３及び垂直転送路５４へと、図の厚み方向に積層する構成としてもよい。

本発明は、デジタルカメラに適用される他に、携帯電話やパーソナルコンピュータなどに内蔵される撮像装置にも適用することができる。

本発明の第１実施形態を適用したデジタルカメラの正面側斜視図である。 本発明の第１実施形態を適用したデジタルカメラの背面図である。 本発明の第１実施形態を適用したデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態を適用した固体撮像素子の概略的構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態を適用した固体撮像素子を駆動させるときのタイミングチャートである。 図５とは別の条件で固体撮像素子を駆動させるときのタイミングチャートである。 従来のデジタルカメラで固体撮像素子を駆動させるときのタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態を適用したデジタルカメラの撮影時のシーケンスを示すフローチャートである。 図８の制御に関連するタスク（処理）を行うときのシーケンスを示フローチャートである。 図８の制御に関連し、図９とは別のタスク（処理）を行うときのシーケンスを示フローチャートである。 図８の制御に関連し、図９，１０とは別のタスク（処理）を行うときのシーケンスを示フローチャートである。 図５に示すものとは別の固体撮像素子の概略的構成を示す平面図である。

符号の説明

２ デジタルカメラ
３０，８０ ＣＣＤ
５０，８１ 受光素子
５２，５３ バッファメモリ
５４ 垂直転送路
５５ 水平転送路

Claims (11)

1. 受光量に応じた電荷を生成し、２次元マトリクス状に配された複数の受光素子と、この受光素子に蓄積された信号電荷を列毎に垂直方向に転送する垂直転送手段と、この垂直転送手段と垂直に接続され、前記垂直転送手段から転送された電荷を水平方向に出力する水平転送手段と、前記電荷の転送を行わせるタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段とからなる撮像装置において、
   前記受光素子と、前記垂直転送手段との間に、電荷を一時的に蓄積させておくバッファ手段を設け、前記タイミング信号生成手段は、前記受光素子及び前記バッファ手段に対してタイミング信号を送り、前記受光素子で蓄積された電荷を前記バッファ手段を経て前記垂直転送手段に転送させることを特徴とする撮像装置。
2. 前記バッファ手段は、１つの前記受光素子に対して少なくとも１つ以上配設されており、前記受光素子に蓄積された電荷は全て前記バッファ手段を通過して前記垂直転送手段に転送されることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記タイミング信号生成手段は、前記タイミング信号を全ての受光素子に対して同時に送り、受光素子に蓄積された電荷を全て前記バッファ手段に転送させることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記バッファ手段は、前記受光素子が配置されている層の背面側に位置する層に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の撮像装置。
5. 受光量に応じた電荷を生成し、２次元マトリクス状に配された受光素子に蓄積された電荷を読み出し、この電荷を垂直転送手段により垂直方向に転送した後、前記垂直転送手段と直交して接続される水平転送手段により水平方向に転送して出力する撮像装置の制御方法において、
   前記受光素子と、前記垂直転送手段との間に電荷を一時的に蓄積させておくバッファ手段を設けており、前記受光素子に蓄積された電荷は、前記バッファ手段を経て前記垂直転送手段に転送され、前記バッファ手段に電荷が蓄積されているときは、電荷バッファフラグをセットしており、この電荷バッファフラグがセットされているか否かの判定をして前記電荷バッファフラグがセット状態の場合、撮影禁止フラグをセットして前記受光素子から前記バッファ手段への電荷の転送を禁止し、電荷バッファフラグがリセットされている場合、前記撮影禁止フラグをリセットして前記受光素子から前記バッファ手段への電荷の転送を許可することを特徴とする撮像装置の制御方法。
6. 前記電荷バッファフラグは、全ての前記受光素子に対して設定されていることを特徴とする請求項５記載の撮像装置の制御方法。
7. 前記垂直転送手段に電荷が蓄積されているか否かを示す電荷転送状態フラグが設定されていることを特徴とする請求項５又は６記載の撮像装置の制御方法。
8. 前記電荷バッファフラグ、撮影禁止フラグ、及び電荷転送状態フラグをそれぞれ個別に動作させるマルチタスク処理を行うことを特徴とする請求項５ないし７いずれか記載の撮像装置の制御方法。
9. シャッタ入力を行う操作部を備えており、前記電荷バッファフラグがセットされているときには、前記操作部によるシャッタ入力を無効にすることを特徴とする請求項５ないし８いずれか記載の撮像装置の制御方法。
10. 前記バッファ手段は、１つの受光素子に対して複数設けられており、前記電荷バッファフラグは、前記受光素子に接続された１つ目のバッファに対して設定されていることを特徴とする請求項５ないし９いずれか記載の撮像装置の制御方法。
11. 受光量に応じた電荷を蓄積しているときに、前記水平転送、前記垂直転送、前記バッファ手段から前記垂直転送手段への転送、又は前記バッファ手段間の転送を行うことを特徴とする請求項５ないし１０いずれか記載の撮像装置の制御方法。

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