JP2007129503A - 撮像装置、撮像装置駆動方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ残量が少なくなったとしても撮影に要する時間を長大させることなく撮影を継続することができる。
【解決手段】バッテリ残量Ｖｂａｔが豊富な範囲を下回ったとき、ＣＣＤ駆動速度については画像信号の読み出し時は低速（通常時の読み出し時と同じ速度）、掃き出し時も低速（通常時の掃き出し時よりも低い速度）とする。露光前のフィールドの時間間隔は通常時に比べて長くなる。画像信号読み出し中のフィールドの時間間隔のうち、掃き出し処理に要する時間は通常時に比べて長く、その掃き出し処理後の読み出し処理に要する時間は通常時と同じである。したがって、撮影処理に要するトータル時間を考えると、通常時に比べて掃き出し処理に要する時間が長くなる分だけ長くなる。また、撮影処理期間中、消費電流が格別高くなることはないため、バッテリ残量Ｖｂａｔが実質ゼロとなる領域まで落ち込んでしまうことはない。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像装置、撮像装置駆動方法及びプログラムに関する。

従来より、露光時にマトリックス状に配置された光電変換素子に蓄積された電荷を電荷転送素子に順次転送することにより画像信号を読み出す撮像装置が知られている。例えば、特許文献１には、電源電圧を供給する電池の残容量の判別を行い、電池の残容量が十分ある場合には高速スキャンモードに設定し、電池の残容量がやや少ない場合には中速スキャンモードに設定し、電池の残容量がかなり少ない場合には低速スキャンモードに設定する撮像装置が開示されている。この撮像装置によれば、電池の残容量に応じて消費電力の低減を図ることができる。
特開２０００−１５１９２０

しかしながら、上述した特許文献１では、例えば電池の残容量がやや少ない場合には処理速度（クロック）が「速」から「中」になるため、光電変換素子に蓄積された電荷を電荷転送素子に順次転送して画像信号を読み出す速度も遅くなってしまう。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、バッテリ残量が少なくなったとしても撮影に要する時間を長大させることなく撮影を継続することができる撮像装置、その駆動方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の撮像装置は、
露光時にマトリックス状に配置された光電変換素子に蓄積された電荷を電荷転送素子に順次転送することにより画像信号を読み出す撮像装置であって、
電源電圧を供給するバッテリと、
該バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出手段と、
前記電荷転送素子を駆動する駆動手段と、
前記バッテリ残量検出手段によって検出された残量が所定の豊富範囲に入るときには、前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に比べて、前記露光の前のタイミング又は前記露光のあと前記電荷を前記電荷転送素子に順次転送する前のタイミングで前記電荷転送素子に蓄積されたノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度の方が高速となるよう前記駆動手段を制御する一方、前記残量が前記豊富範囲から外れたときには、前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に先んじて前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度が低くなるように変更する駆動制御手段と、
を備えたものである。

一般に、ノイズの掃き出しを行うときの電荷の転送は、画像信号を読み出すときのように電荷を順次転送する必要はないので画像信号を読み出すときと比べて高速に行うことができるが、その分、消費電流が大きくなりバッテリの電圧降下が大きくなる。このため、バッテリの残量が豊富範囲を外れた場合、ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度を高速のままとするとバッテリの電圧が下限電圧を下回ることがある。これに対して、本発明では、画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に先んじてノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度を低くするため、バッテリの下限電圧を下回る事態が生じにくい。また、画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度は当面維持されるため、撮影に要する時間が長大化することはない。

なお、豊富範囲は、例えば実験などにより撮像装置が通常の動作を行うにあたって支障が生じないバッテリ残量と支障が生じるバッテリ残量との境界値を求めその境界値を超える範囲としてもよい。また、バッテリは、一次電池のように充電不能なものでもよいが、二次電池やキャパシタのように充電可能なものが好ましい。

本発明の撮像装置において、前記駆動制御手段は、前記残量が前記豊富範囲から外れたときには該残量に基づいて前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度を設定してもよい。こうすれば、バッテリ残量が豊富範囲を外れたときにノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度を一律同じ値に設定する場合に比べて、該駆動速度をきめ細かく設定することができる。例えば、前記駆動制御手段は、前記残量が前記豊富範囲から外れたときには該残量が小さくなるにつれて前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度が段階的に低くなるように設定してもよい。

本発明の撮像装置は、前記バッテリの累積使用時間を測定する測定手段と、前記バッテリの累積使用時間が長いほど前記豊富範囲が高残量側にシフトする傾向となるように該豊富範囲を設定する豊富範囲設定手段と、を備えていてもよい。一般にバッテリ（特に充電可能なもの）の累積使用時間が長いほどバッテリの電圧降下量が大きくなる。この点に鑑み、バッテリ累積使用時間が長いほど豊富範囲を高残量側にシフトさせるので、バッテリの電圧が下限電圧を下回る事態が生じにくい。

本発明の撮像装置において、前記駆動制御手段は、前記残量が前記豊富範囲を外れ所定の僅少範囲に入ったときには、前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度のみならず前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度も低くなるように設定してもよい。こうすれば、ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度を低くするだけではバッテリの電圧降下を抑えきれない場合であっても、更に画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度も低くすることによりバッテリの電圧降下を抑えることができる。

本発明の撮像装置駆動方法は、
露光時にマトリックス状に配置された光電変換素子に蓄積された電荷を電荷転送素子に順次転送することにより画像信号を読み出す撮像装置の駆動方法であって、
（ａ）電源電圧を供給するバッテリの残量を検出するステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）で検出された残量が所定の豊富範囲に入るときには、前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に比べて、前記露光の前のタイミング又は前記露光のあと前記電荷を前記電荷転送素子に順次転送する前のタイミングで前記電荷転送素子に蓄積されたノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度の方が高速となるよう制御する一方、前記残量が前記豊富範囲から外れたときには、前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に先んじて前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度が低くなるよう制御するステップと、
を含むものである。

一般に、ノイズの掃き出しを行うときの電荷の転送は、画像信号を読み出すときのように電荷を順次転送する必要はないので画像信号を読み出すときと比べて高速に行われるが、その分、消費電流が大きくなりバッテリの電圧降下が大きい。このため、バッテリの残量が豊富範囲を外れた場合、ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度を高速のままとするとバッテリの電圧が下限電圧を下回ることがある。これに対して、本発明では、画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に先んじてノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度を低くするため、バッテリの下限電圧を下回る事態が生じにくい。また、画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度は当面維持されるため、撮影に要する時間が長大化することはない。なお、この駆動方法において、上述した種々の撮像装置の機能を実現するようなステップを追加してもよい。

本発明のプログラムは、上述したいずれかの撮像装置駆動方法を、１又は２以上のコンピュータに実行させるためのプログラムである。このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（例えばハードディスク、ＲＯＭ、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤなど）に記録されていてもよいし、伝送媒体（インターネットやＬＡＮなどの通信網）を介してあるコンピュータから別のコンピュータへ配信されてもよいし、その他どのような形で授受されてもよい。このプログラムを一つのコンピュータに実行させるか又は複数のコンピュータに各ステップを分担して実行させれば、上述した撮像装置駆動方法が実行されるため、上述した駆動方法と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態であるデジタルカメラ１０の構成の概略を示す構成図である。

本実施形態のデジタルカメラ１０は、レンズ１２と、光を光電変換によって電気信号に変換する撮像素子２０と、レンズ１２と撮像素子２０との間に配置されたメカニカルシャッタ１４と、撮像素子２０の種々の動作の開始タイミングをドライバ回路２８を介して撮像素子２０に出力するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１６と、撮像素子２０から出力された電気信号をデジタル信号に変換するアナログフロントエンド（ＡＦＥ）１８と、ユーザが半押しや全押しが可能なシャッタボタン３２と、充放電可能なバッテリ３４と、各種制御を実行するコントローラ４０とを備えている。

レンズ１２は、収差を抑えるために凸レンズと凹レンズとを組み合わせて構成されている。このレンズ１２は、図示しないがオートフォーカス機構を備えている。

撮像素子２０は、マトリックス状に配置された複数のフォトダイオード２２と、各フォトダイオード２２ごとに形成されフォトダイオード２２から受け取った電荷を垂直方向に転送可能な垂直転送用ＣＣＤ２４と、垂直方向の終端に位置する垂直転送用ＣＣＤ２４から受け取った電荷を水平方向に転送可能な水平転送用ＣＣＤ２６とを備えている。フォトダイオード２２は、画素に対応する光電変換素子であり、露光されたときの光を電荷に変換して蓄積する。このフォトダイオード２２は、電子シャッタ機能を有しており、この電子シャッタ機能により電荷を図示しない基板へ逃がすことができるようになっている。垂直転送用ＣＣＤ２４及び水平転送用ＣＣＤ２６は、電荷転送素子であり、露光中は動作しないが露光する直前のタイミングや露光したあと電荷をフォトダイオード２２から受け取る前のタイミングでＣＣＤ２４，２６に貯まったノイズとなる不要な電荷を掃き出し、露光後の電荷をフォトダイオード２２から受け取り順次転送することにより画像信号を読み出すようになっている。撮像素子２０に含まれるフォトダイオード２２や垂直転送用ＣＣＤ２４、水平転送用ＣＣＤ２６は、ドライバ回路２８によって駆動される。

メカニカルシャッタ１４は、撮像素子２０への光の照射を物理的に遮るものであり、本実施形態ではレンズ１２から離れ撮像素子２０のすぐ近くに装備されている。

ＴＧ１６は、垂直転送用ＣＣＤ２４の駆動速度を決定する垂直ラインシフトパルスや水平転送用ＣＣＤ２６の駆動速度を決定する水平ラインシフトパルスの出力タイミングのほか、各種デバイスの動作の同期をとるための同期信号ＶＤの出力タイミングなどをドライバ回路２８に出力するものである。ここでは、出力タイミングはレジスタにセットされた値によって設定される。

ＡＦＥ１８は、撮像素子２０においてフォトダイオード２２から読み出された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。このＡＦＥ１８から出力されたデジタル信号は、画素補間処理やホワイトバランス処理、ガンマ補正処理などの周知の画像処理が施されたあとＪＰＥＧファイルとしてメモリカード３０に格納される。

シャッタボタン３２は、ユーザの操作によって半押しや全押しが可能であり、半押し状態ではオートフォーカス機能により焦点が自動的に合うようになっており、半押し状態後に全押しすることによりレンズを通じて撮像素子２０上に結像した画像を取り込むタイミングをコントローラ４０へ出力する。

バッテリ３４は、充放電可能なリチウムイオン電池やニッケル水素電池などに代表される二次電池であり、累積使用時間が長くなるにしたがって満充電状態からの電圧降下の割合が大きくなる性質を持つものである。このバッテリ３４には、電源ユニット３６が接続されている。この電源ユニット３６はコントローラ４０からの指令によって適宜必要な電圧レベルに変換した電圧を各種回路やデバイスに供給する。また、バッテリ３４には、バッテリ残量検出センサ３８が取り付けられている。このバッテリ残量検出センサ３８はバッテリ３４の端子間電圧をバッテリ３４の残量として検出しコントローラ４０へ出力する。

コントローラ４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備えている。コントローラ４０には、シャッタボタン３２の半押し信号や全押し信号、バッテリ残量検出センサ３８からの検出信号、ＡＦＥ１８からのデジタル信号、メモリカード３０から読み出した各種データなどが入力される。また、コントローラ４０からは、メカニカルシャッタ１４へのシャッタ駆動信号、ＴＧ１６へのレジスタに関する信号、電源ユニット３６への制御信号、メモリカード３０への各種データの要求信号などが出力される。

次に、本実施形態のデジタルカメラ１０が撮像素子２０から画像信号を読み出す動作について、図２に基づいて説明する。図２は撮像素子２０における電荷の転送を表す説明図である。図２（ａ）は露光直後の状態であり、フォトダイオード２２には電荷が蓄積されている。この状態で、まずフォトダイオード２２に蓄積された電荷を隣接する垂直転送用ＣＣＤ２４に転送する（図２（ｂ）参照）。次に、ＴＧ１６が垂直ラインシフトパルスを出力する。すると、そのタイミングで垂直転送用ＣＣＤ２４の電荷が垂直方向に一段下がるように転送される（図２（ｃ）参照）。図２（ｃ）は、３つの水平転送用ＣＣＤ２６の左から順に、１番目のフォトダイオード２２（１番目の画素）の電荷、２番目のフォトダイオード２２（２番目の画素）の電荷、３番目のフォトダイオード（３番目の画素）の電荷が転送された状態を示す。なお、図中の丸付き数字「ｎ」は、ｎ番目の画素に蓄積されていた電荷を表す。次に、ＴＧ１６が水平ラインシフトパルスの出力タイミングを順次出力する。すると、水平転送用ＣＣＤ２６の電荷が水平方向に順次転送され、すべての電荷を１画素分ずつ増幅したあとＡＦＥ１８へ出力する（図２（ｄ）参照）。このようにして、１番目の画素から３番目の画素までの電荷が順次出力される。すべての水平転送用ＣＣＤ２６が空になったあと、ＴＧ１６は垂直ラインシフトパルスを出力する。すると、垂直転送用ＣＣＤ２４の電荷が垂直方向に一段下がるように転送される（図２（ｅ）参照）。図２（ｅ）は、３つの水平転送用ＣＣＤの左から順に、４番目のフォトダイオード（４番目の画素）の電荷、５番目のフォトダイオード（５番目の画素）の電荷、６番目のフォトダイオード（６番目の画素）の電荷が転送された状態を示す。次に、ＴＧ１６が水平ラインシフトパルスの出力タイミングを順次出力する。すると、水平転送用ＣＣＤ２６の電荷が水平方向に順次転送され、すべての電荷を１画素分ずつ増幅したあとＡＦＥへ出力する（図２（ｆ）参照）。このようにして、４番目の画素から６番目の画素までの電荷が順次出力される。すべての水平転送用ＣＣＤが空になったあと、ＴＧ１６は垂直ラインシフトパルスを出力する。すると、垂直転送用ＣＣＤ２４の電荷が垂直方向に一段下がるように転送される（図２（ｆ）参照）。その後は、この一連の動作を繰り返すことにより、すべてのフォトダイオード２２に蓄積されていた電荷を順番にＡＦＥ１８へ出力することができる。

次に、本実施形態のデジタルカメラ１０が撮像素子２０からノイズの原因となる不要な電荷を除去する動作について説明する。不要な電荷とは、露光中以外に何らかの原因で撮像素子２０に発生した電荷をいい、例えば、メカニカルシャッタ１４が閉じているときに光がフォトダイオード２２の横から回り込んで入射することによりフォトダイオード２２に発生した電荷や、発熱によってフォトダイオード２２や垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６に発生した電荷などが挙げられる。フォトダイオード２２に蓄積された不要な電荷を除去するには、電子シャッタ機能を利用してフォトダイオード２２上の電荷を基板へと抜き去る。また、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６に蓄積された不要な電荷を除去するには、ＴＧ１６に垂直ラインシフトパルスを出力させて垂直転送用ＣＣＤ２４の電荷を垂直方向に下げていくと共に、ＴＧ１６に水平ラインシフトパルスを出力させて水平転送用ＣＣＤ２６の電荷を水平方向に移動させてＡＦＥ１８へ掃き出すようにする。このとき各シフトパルスを出力するタイミングは、上述した画像信号を読み出すときと異なり、順番に転送する必要がないことから短い周期となっても構わないし、短い周期にした方が短時間で不要な電荷を除去する動作が終了するため好ましい。反面、各シフトパルスを出力するタイミングの周期を短くするには、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の駆動周波数を大きくする必要があるが、そうすると消費電流が増加してバッテリ３４の端子間電圧の電圧降下が大きくなる。このため、本実施形態ではバッテリ残量Ｖｂａｔに応じて電荷を掃き出す際の垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の駆動周波数つまりＣＣＤ駆動速度を変更しているが、この点については後で詳述する。

次に、こうして構成された本実施形態のデジタルカメラ１０の動作、特にＣＣＤ駆動速度を設定する際の動作と被写体を撮影する際の動作について説明する。図３はＣＣＤ駆動速度設定ルーチンのフローチャートであり、図４は撮影処理ルーチンのフローチャートである。以下には、まずＣＣＤ駆動速度設定ルーチンについて説明し、その後撮影処理ルーチンについて説明する。

ＣＣＤ駆動速度設定ルーチンは、デジタルカメラ１０の電源スイッチ（図示せず）がオンになったあと所定のタイミング（例えば数ｍｓｅｃとか数ｓｅｃ）で繰り返し実行される処理である。このルーチンが開始されると、コントローラ４０のＣＰＵ４２は、まず、バッテリ残量検出センサ３８から検出信号を入力し、現在のバッテリ３４の端子間電圧をバッテリ残量Ｖｂａｔとして把握する（ステップＳ１１０）。続いて、バッテリ残量Ｖｂａｔが豊富に残っていることを表す第１範囲（Ｖ１≦Ｖｂａｔ）に入るか、バッテリ残量Ｖｂａｔが中程度残っていることを表す第２範囲（Ｖ２≦Ｖｂａｔ＜Ｖ１）に入るか、バッテリ残量Ｖｂａｔが僅かに残っていることを表す第３範囲（Ｖ３≦Ｖｂａｔ＜Ｖ２）に入るか、バッテリ残量が実質ゼロ（Ｖｂａｔ＜Ｖ３）つまりバッテリ切れかを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、第１〜第３範囲の関係を表１に示す。第１範囲は、デジタルカメラ１０の動作を通常どおり行ったとしても全く支障のない範囲であり、第２範囲は、デジタルカメラ１０の動作を通常通り行うとすると消費電流の多い動作（垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の高速掃き出し）を行ったときにバッテリ切れと判断されるおそれのある範囲であり、第３範囲は、デジタルカメラ１０の動作を通常通り行うとすると消費電流の多寡にかかわらずバッテリ切れと判断されるおそれのある範囲である。これらの範囲は実験により予め設定されている。なお、第３範囲を下回ると、撮影動作が不可能となるためバッテリ残量は実質ゼロとみなされる。したがって、電圧Ｖ３がバッテリ３４の下限電圧となる。

そして、ステップＳ１２０でバッテリ残量Ｖｂａｔが実質ゼロのときには、強制的に電源ユニット３６の電源供給を中止して電源オフ状態とし（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１２０でバッテリ残量Ｖｂａｔが第１範囲に入るときには、ＴＧ１６へ書き込むレジスタ値として通常動作用のレジスタ値を生成し（ステップＳ１４０）、バッテリ残量Ｖｂａｔが第２範囲に入るときには、ＴＧ１６へ書き込むレジスタ値として垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の高速掃き出し動作のみ通常時よりも低速となるレジスタ値を生成し（ステップＳ１５０）、バッテリ残量Ｖｂａｔが第３範囲に入るときには、ＴＧ１６へ書き込むレジスタ値として垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の全動作が通常時よりも低速となるレジスタ値を生成する（ステップＳ１６０）。そして、ステップＳ１４０〜Ｓ１５０のいずれかの処理のあと、今回生成したレジスタ値をＲＡＭ４６へ保存し（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。これにより、シャッタボタン３２が押されたときには、ＲＡＭ４６に保存したレジスタ値をＴＧ１６のレジスタに書き込むことにより、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６をバッテリ残量Ｖｂａｔに応じた適切な駆動速度で動作させることができる。

次に、撮影処理ルーチンについて図４に基づいて説明する。撮影処理ルーチンは、デジタルカメラ１０のシャッタボタン３２が半押し状態に押されたときに開始される処理である。このルーチンが開始されると、コントローラ４０のＣＰＵ４２は、まず、自動露光及び自動測距を行い（ステップＳ２１０）、続いて自動露光に基づいてシャッタスピードや絞り値を設定すると共に自動測距に基づいて図示しないオートフォーカス機構を作動して自動的に焦点合わせを行う（ステップＳ２２０）。続いて、シャッタボタン３２がオフになったか否かを判定し（ステップＳ２３０）、オフになったときにはそのまま本ルーチンを終了する。一方、オンのままのときには、シャッタボタン３２が全押し状態になったか否かを判定し（ステップＳ２４０）、未だ半押し状態のままのときには再びステップＳ２１０に戻る。一方、全押し状態になったときには、撮影処理を実行し（ステップＳ２５０）、その後撮影によって得られた画像信号をメモリカード３０に保存し（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。なお、撮影処理には、ＣＣＤ駆動速度設定ルーチンでＲＡＭ４６に保存したレジスタ値をＴＧ１６のレジスタに書き込んだり同期信号ＶＤの出力タイミングを表すレジスタ値を作成しＴＧ１６のレジスタに書き込んだりする処理が含まれる。

ここで、撮影処理について図５〜図７に基づいて詳説する。図５〜図７は、同期信号ＶＤと垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の動作内容とその消費電流との関係を表す説明図であり、図５は通常時を表し、図６は掃き出し動作のみ通常時よりも低速にするときを表し、図７は全動作を通常時よりも低速にするときを表す。

まず、通常時について図５に基づいて説明する。同期信号ＶＤは、図５に示すように、同期信号ＶＤは、露光前のフィールド、露光中のフィールド、画像信号読み出し中のフィールドを分けるためにＴＧ１６によって出力されるものである。通常時とは、バッテリ残量Ｖｂａｔが第１範囲に入る（Ｖｂａｔ≧Ｖ１）ときであり、ＣＣＤ駆動速度については読み出し時は低速、掃き出し時は高速となっている。露光前のフィールドの時間間隔は、掃き出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため比較的短い。また、露光中のフィールドの時間間隔は、自動露光を行うことにより求めた露光時間に基づいて決定されるため、バッテリ残量Ｖｂａｔとは無関係である。画像信号読み出し中のフィールドの時間間隔は、読み出し前の掃き出し処理に要する時間とその後の読み出し処理に要する時間に分けられるが、前者は掃き出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため比較的短く、後者は読み出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため比較的長い。さて、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の動作をみると、露光前のフィールドでは不要な電荷の掃き出しが高速で行われるため消費電流が高く、露光中のフィールドでは垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６は動作しないため消費電流はほとんどなく、画像信号読み出し中のフィールドでは垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６は不要な電荷の掃き出しを行ったあと画像信号の読み出しを行うが、不要な電荷の掃き出しはＣＣＤ駆動速度が高速なため消費電流が高いのに対して画像信号の読み出しはＣＣＤ駆動速度が掃き出し時ほど高速でないためその分消費電流が低くなる。消費電流が高いとバッテリ３４の端子間電圧が大きく降下するが、通常時ではバッテリ残量Ｖｂａｔは第１範囲つまり残量が豊富な範囲に入っているため、一時的に生じる大きな電圧降下によってバッテリ残量Ｖｂａｔが実質ゼロとなる領域（下限電圧Ｖ３未満の領域）まで落ち込んでしまうことはない。

次に、掃き出し動作のみ通常時よりも低速にするときについて図６に基づいて説明する。掃き出し動作のみ通常時よりも低速にするときとは、バッテリ残量Ｖｂａｔが第２範囲に入る（Ｖ２≦Ｖｂａｔ＜Ｖ１）ときであり、ＣＣＤ駆動速度については読み出し時は低速（通常時の読み出し時と同じ速度）、掃き出し時も低速（通常時の掃き出し時よりも低い速度）となっている。露光前のフィールドの時間間隔は、掃き出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため通常時に比べて長い。画像信号読み出し中のフィールドの時間間隔のうち、読み出し前の掃き出し処理に要する時間は掃き出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため通常時に比べて長く、その掃き出し処理後の読み出し処理に要する時間は読み出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため通常時と同じである。したがって、撮影処理に要するトータル時間を考えると、通常時に比べて掃き出し処理に要する時間が長くなる分だけ長くなる。さて、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の動作をみると、露光前のフィールドでは不要な電荷の掃き出しが低速で行われるため消費電流は少なく、露光中のフィールドでは、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６は動作しないため消費電流はほとんどなく、画像信号読み出し中のフィールドでは、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６は不要な電荷の掃き出しを行ったあと画像信号の読み出しを行うが、いずれもＣＣＤ駆動速度が低速なため消費電流は少ない。したがって、この場合、バッテリ残量Ｖｂａｔが第２範囲に入っているものの消費電流が格別高くなることはないため、バッテリ残量Ｖｂａｔが実質ゼロとなる領域まで落ち込んでしまうことはない。

次に、全動作を低速とするときについて図７に基づいて説明する。全動作を低速とするときとは、バッテリ残量Ｖｂａｔが第３範囲に入る（Ｖ３≦Ｖｂａｔ＜Ｖ２）ときであり、ＣＣＤ駆動速度については読み出し時は超低速（通常時の読み出し時より低い速度）、掃き出し時も超低速となっている。露光前のフィールドの時間間隔は、掃き出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため通常時や掃き出し動作のみ低速とするときと比べて長い。画像信号読み出し中のフィールドの時間間隔のうち、読み出し前の掃き出し処理に要する時間は掃き出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため通常時や掃き出し動作のみ通常時よりも低速にするときと比べて長く、その掃き出し処理後の読み出し処理に要する時間は読み出し時のＣＣＤ駆動速度によって決まるため通常時や掃き出し動作のみ通常時よりも低速にするときと比べて長い。したがって、撮影処理に要するトータル時間を考えると、通常時や掃き出し動作のみ通常時よりも低速にするときと比べて掃き出し処理及び読み出し処理に要する時間が長くなる分だけ長くなる。さて、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６の動作をみると、露光前のフィールドでは不要な電荷の掃き出しが超低速で行われるため消費電流はかなり少なく、露光中のフィールドでは、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６は動作しないため消費電流はほとんどなく、画像信号読み出し中のフィールドでは、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６は不要な電荷の掃き出しを行ったあと画像信号の読み出しを行うが、いずれもＣＣＤ駆動速度が超低速なため消費電流はかなり少ない。したがって、この場合、バッテリ残量Ｖｂａｔが第３範囲に入っているものの消費電流は全体を通してかなり少ないため、バッテリ残量Ｖｂａｔが実質ゼロとなる領域まで落ち込んでしまうことはない。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のデジタルカメラ１０が本発明の撮像装置に相当し、フォトダイオード２２が光電変換素子に相当し、垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６が電荷転送素子に相当し、バッテリ残量検出センサ３８がバッテリ残量検出手段に相当し、ＴＧ１６及びドライバ回路１８が駆動手段に相当し、コントローラ４０が駆動制御手段に相当する。また、バッテリ残量Ｖｂａｔの第１範囲が豊富範囲に相当し、第３範囲が僅少範囲に相当する。なお、本実施形態ではデジタルカメラ１０の構成、作用及び効果の説明をすることにより、本発明の撮像装置を説明すると同時に、撮像処理駆動方法や撮像処理プログラムについても併せて説明した。

以上詳述した本実施形態のデジタルカメラ１０によれば、バッテリ残量Ｖｂａｔが第１範囲を外れた場合、不要な電荷の掃き出しを行うときのＣＣＤ駆動速度を高速のままとするとバッテリ３４の電圧が下限電圧Ｖ３を下回ることがあることから、画像信号を読み出すときのＣＣＤ駆動速度に先んじて不要な電荷の掃き出しを行うときのＣＣＤ駆動速度を低くする。このため、バッテリ３４が下限電圧Ｖ３を下回る事態が生じにくい。また、画像信号を読み出すときのＣＣＤ駆動速度は当面維持されるため、撮影処理に要するトータル時間が長大化することはない。一方、不要な電荷の掃き出しを行うときのＣＣＤ駆動速度を低くするだけではバッテリ３４の電圧降下を抑えきれない場合には、更に画像信号を読み出すときのＣＣＤ駆動速度も低くするため、撮影処理に要するトータル時間が長大化する傾向はあるものの、バッテリ３４の電圧降下を一層抑えることができ、撮影を続行することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、バッテリ残量Ｖｂａｔが第１範囲から外れ第２範囲に入るときには、不要な電荷の掃き出しを行うときのＣＣＤ駆動速度を低速にするとしたが、そのＣＣＤ駆動速度をバッテリ残量Ｖｂａｔの大きさに応じて異なるようにしてもよい。具体的には、バッテリ残量Ｖｂａｔが第２範囲（Ｖ２≦Ｖｂａｔ＜Ｖ１）に入るとき、バッテリ残量Ｖｂａｔが小さくなるにしたがって不要な電荷の掃き出しを行うときのＣＣＤ駆動速度が低くなるようにしてもよい。具体的には、図８（ａ）に示すように、バッテリ残量ＶｂａｔがＶ２”〜Ｖ１、Ｖ２’〜Ｖ２”、Ｖ２〜Ｖ２’と小さくなるにしたがってＣＣＤ駆動速度が段階的につまり不連続に小さくなるようにしてもよいし、図８（ｂ）に示すように、一次関数的に連続して小さくなるようにしてもよい。こうすれば、バッテリ残量Ｖｂａｔが第２範囲に入ったときにノイズの掃き出しを行うときのＣＣＤ駆動速度を一律同じ値に設定する場合に比べて、該駆動速度をきめ細かく設定することができる。

上述した実施形態では、バッテリ３４の累積使用時間を考慮しなかったが、バッテリ３４の累積使用時間を測定し、該測定した累積使用時間が長いほど第１〜第３範囲を定める電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が大きくなるように、換言すれば第１〜第３範囲が高残量側にシフトするようにしてもよい。この場合、第１バッテリ３４の累積使用時間が長いときと短いときとを比べると、バッテリ残量Ｖｂａｔが同じであっても、前者では第１範囲に入るが後者では第１範囲に入らないことがある。一般にバッテリ３４（特に充電可能なもの）の累積使用時間が長いほどバッテリ３４の電圧降下量が大きくなることから、バッテリ累積使用時間が長いほど第１〜第３範囲を高残量側にシフトさせることにより、バッテリ残量Ｖｂａｔが下限電圧Ｖ３を下回る事態が生じにくいようにすることができる。

上述した実施形態では、１つのフォトダイオード２２に１つの垂直転送用ＣＣＤ２４が対応する撮像素子２０を採用してプログレッシブスキャンで画像信号を読み出すようにしたが、２つのフォトダイオードに１つの垂直転送用ＣＣＤが対応する撮像素子を採用してインターレーススキャンで画像信号を読み出すようにしてもよい。この場合も上述した実施形態と同様の効果が得られる。

上述した実施形態では、１つのフォトダイオード２２に１つの垂直転送用ＣＣＤ２４が対応するプログレッシブスキャン方式の撮像素子２０としたが、２つのフォトダイオードに１つの垂直転送用ＣＣＤが対応するインターレーススキャン方式の撮像素子を採用してもよい。この場合も上述した実施形態と同様の効果が得られる。

上述した実施形態では、バッテリ３４として二次電池を使用したが、充放電が可能な電気二重層キャパシタを使用してもよいし、一次電池のように充電不能なものを使用してもよい。

上述した実施形態では、バッテリ残量をバッテリ３４の端子間電圧でみることとしたが、例えば電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいてバッテリ残容量（ＳＯＣ）を算出しこれをバッテリ残量としてもよい。

上述した実施形態では、ＣＣＤ駆動速度設定ルーチンを撮影処理ルーチンとは別に実行するようにしたが、ステップＳ２６０の撮影処理の一環として実行してもよい。

上述した実施形態では、撮像装置の一例としてデジタルカメラ１０を取り上げたが、バッテリを電源として用いる撮像装置であれば本発明を適用可能である。そのような撮像装置としては、デジタルカメラのほかにスキャナ（特にハンドスキャナ）などが挙げられる。

上述した実施形態では、図５〜図７に示すように露光前の掃き出し処理に要する時間と読み出し前の掃き出し処理に要する時間とを同じにしたが、それぞれ独立に設定しても構わない。

本実施形態のデジタルカメラ１０の構成の概略を示す構成図。 撮像素子２０における電荷の転送を表す説明図。 ＣＣＤ駆動速度設定ルーチンのフローチャート。 撮影処理ルーチンのフローチャート。 同期信号とＣＣＤ動作内容と消費電流との関係を表す説明図。 同期信号とＣＣＤ動作内容と消費電流との関係を表す説明図。 同期信号とＣＣＤ動作内容と消費電流との関係を表す説明図。 他の実施形態でのＣＣＤ駆動速度の設定方法を表す説明図。

符号の説明

１０…デジタルカメラ、 １２…レンズ、 １４…メカニカルシャッタ、 １６…タイミングジェネレータ（ＴＧ）、 １８…アナログフロントエンド（ＡＦＥ）、２０…撮像素子、 ２２…フォトダイオード、 ２４…垂直転送用ＣＣＤ、 ２６…水平転送用ＣＣＤ、 ２８…ドライバ回路、 ３０…メモリカード、 ３２…シャッタボタン、 ３４…バッテリ、 ３６…電源ユニット、 ３８…バッテリ残量検出センサ、 ４０…コントローラ、 ４２…ＣＰＵ、 ４４…ＲＯＭ、 ４６…ＲＡＭ。

Claims (7)

1. 露光時にマトリックス状に配置された光電変換素子に蓄積された電荷を電荷転送素子に順次転送することにより画像信号を読み出す撮像装置であって、
   電源電圧を供給するバッテリと、
   該バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出手段と、
   前記電荷転送素子を駆動する駆動手段と、
   前記バッテリ残量検出手段によって検出された残量が所定の豊富範囲に入るときには、前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に比べて、前記露光の前のタイミング又は前記露光のあと前記電荷を前記電荷転送素子に順次転送する前のタイミングで前記電荷転送素子に蓄積されたノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度の方が高速となるよう前記駆動手段を制御する一方、前記残量が前記豊富範囲から外れたときには、前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に先んじて前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度が低くなるように変更する駆動制御手段と、
   を備えた撮像装置。
2. 前記駆動制御手段は、前記残量が前記豊富範囲から外れたときには該残量に基づいて前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度を設定する、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記駆動制御手段は、前記残量が前記豊富範囲から外れたときには該残量が小さくなるにつれて前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度が段階的に低くなるように設定する、
   請求項１に記載の撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記バッテリの累積使用時間を測定する測定手段と、
   前記バッテリの累積使用時間が長いほど前記豊富範囲が高残量側にシフトする傾向となるように該豊富範囲を設定する豊富範囲設定手段と、
   を備えた撮像装置。
5. 前記駆動制御手段は、前記残量が前記豊富範囲を外れ所定の僅少範囲に入ったときには、前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度のみならず前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度も低くなるように設定する、
   請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 露光時にマトリックス状に配置された光電変換素子に蓄積された電荷を電荷転送素子に順次転送することにより画像信号を読み出す撮像装置の駆動方法であって、
   （ａ）電源電圧を供給するバッテリの残量を検出するステップと、
   （ｂ）前記ステップ（ａ）で検出された残量が所定の豊富範囲に入るときには、前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に比べて、前記露光の前のタイミング又は前記露光のあと前記電荷を前記電荷転送素子に順次転送する前のタイミングで前記電荷転送素子に蓄積されたノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度の方が高速となるよう制御する一方、前記残量が前記豊富範囲から外れたときには、前記画像信号を読み出すときの電荷転送素子駆動速度に先んじて前記ノイズの掃き出しを行うときの電荷転送素子駆動速度が低くなるよう制御するステップと、
   を含む撮像装置駆動方法。
7. 請求項６に記載の撮像装置駆動方法の各ステップを１又は複数のコンピュータに実行させるためのプログラム。

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