JP2008295007A - 撮像装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号対雑音比特性劣化を動作モード或いは画素加算数の状態に応じて軽減可能とし、フローティングディフュージョン部の電荷残りを動作モード或いは画素加算数の状態に応じて軽減可能とする。
【解決手段】デジタルカメラは、撮像部１０２、撮像駆動部１０３、システム制御部１１２、タイミング信号生成部１１６、メモリ部１１３を備える。タイミング信号位相情報テーブルは、各動作モードにおける、水平転送パルスＨ１〜Ｈ３、リセットゲートパルス、ＳＨＰ、ＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの位相情報を有する。タイミング信号パルス幅情報テーブルは、各動作モードにおける、水平転送パルスＨ１〜Ｈ３、リセットゲートパルス、ＳＨＰ、ＳＨＤ、ＡＤＣＬＫのパルス幅情報を有する。システム制御部１１２は、動作モードに対応した、タイミング信号位相情報テーブル、タイミング信号パルス幅情報テーブルを基に撮像駆動部１０３によりＣＣＤを駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電荷を水平方向に順次転送可能な撮像素子により撮像した画像の記録及び再生を行う電子カメラに適用して好適な撮像装置及び制御方法に関する。

近年、ＣＣＤ等の固体撮像素子（以後撮像素子）により撮像した静止画像或いは動画像を、メモリ素子を有するメモリカードを記録媒体として記録／再生を行う電子カメラ等の撮像装置が盛んに開発され市販されている。ここで、従来例における電子カメラであるデジタルスチルカメラ（以後デジタルカメラ）の画像入力部の一般的な構成と動作例について図１０乃至図１３を参照しながら説明する。

図１０は、従来例に係るデジタルカメラの画像入力部の構成を示すブロック図である。図１１は、ＣＣＤの水平転送最終段部の構成を示す図である。図１２は、サンプルホールド回路の制御タイミングを示す図である。図１３は、ＣＤＳ回路の詳細構成を示すブロック図である。

図１０において、デジタルカメラは、撮像素子であるＣＣＤ１００１、相関２重サンプリング（以後ＣＤＳ）回路１００２、増幅器１００３、アナログ−デジタル変換器（以後ＡＤＣ）１００４、ＣＣＤ駆動部１００５を備える。ＣＣＤ１００１は、ＣＣＤ駆動部１００５から出力される水平転送パルス、リセットゲートパルス、垂直転送パルス、電子シャッタパルス等の各駆動パルス信号により駆動され、被写体の光学像を電気信号に変換する。

電荷の水平転送駆動を３相駆動で行うＣＣＤ１００１内部では、受光素子により露光及び蓄積された電荷が水平転送パルスにより１画素分ずつ水平方向に順次転送される。図１１に示すように、電荷は最終的に水平転送パルスＨ２部１１００から、水平転送パルスＨ３部１１０１、水平転送パルスＨ１部１１０２へ転送される。その後、電荷は水平最終段１１０３を通過し、フローティングディフュージョン（ＦＤ）部１１０４へ転送された後、電圧信号に変換され、１画素単位の映像信号として順次出力される。電荷は電圧信号への変換後、リセットゲート１１０５のＯＮにより、ドレイン部１１０６へ掃き捨てられる（廃棄される）。

このように、ＣＣＤ１００１から出力される信号は１画素毎にリセット動作が必要となる。このリセット動作はＣＣＤ１００１の出力信号にリセットキズを発生させる原因となる。

図１２に、ＣＣＤ１００１の出力信号の１画素周期のリセットゲートパルス（ＲＧ）とリセットキズの関係と、フィードスルー部分のレベルと光出力信号部分のレベルをそれぞれ抽出するサンプルホールド回路の制御タイミングを示す。ＣＣＤ１００１の出力信号は、基本的にリセットゲートパルスから発生するリセットキズと、１画素毎の黒基準となるフィードスルーレベルと、光量に比例した光出力信号レベルから構成される。

図１０に戻り、ＣＤＳ回路１００２は、ＣＣＤ１００１の出力信号のうちフィードスルー部分のレベルと光出力信号部分のレベルとの差分を求めることで、相関ノイズ成分を出力信号から除去するノイズ除去回路である。

図１３に示すように、一般的なＣＤＳ回路は、直列接続されたサンプルホールド回路１３０１及び１３０２、サンプルホールド回路１３０３、差分増幅器１３０４から構成される。ＳＨＰは、リセットレベルを保持するフィードスルー期間をサンプルホールドするパルス信号である。ＳＨＤは、光出力信号期間をサンプルホールドするパルス信号である。ＣＤＳ回路は、サンプルホールド回路１３０１、１３０２、１３０３により、ＳＨＰ、ＳＨＤでＣＣＤの出力信号をサンプルホールドし、差分増幅器１３０４でサンプルホールド回路１３０２、１３０３の各出力の差分をとるように構成されている。

図１０に戻り、ＣＤＳ回路１００２の出力信号は、増幅器１００３によりＡＤＣ１００４の入力レンジに合わせて規定の信号レベルに増幅される。増幅器１００３の出力信号は、ＡＤＣ１００４によりデジタル信号に変換された後、更に後段のデジタル信号処理回路（不図示）に伝送される。

上述したデジタルカメラ等の撮像装置は、画像の画質を高める高画質化や画素を増大する多画素化の市場ニーズを受けて、撮影に関わる解像度や動作速度が年々高まる傾向にある。解像度や動作速度を高めた撮像装置は、高速連写機能、ライブビュー機能（撮像した画像をリアルタイムで表示しながらピント合わせ等を行う機能）、更には動画機能を有する機種がほとんどである。そのため、これらの機能（仕様）を満たすためにはＣＣＤの駆動周波数を高くする必要がある。

一方、撮像装置においてＣＣＤの駆動周波数を高くしたときの弊害として、図１２に示すフィードスルー期間（ＴＰ）と光出力信号期間（ＴＤ）のタイミングマージンが小さくなる。そのため、各信号のサンプルホールド安定性が低下し、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）特性が劣化することがある。

Ｓ／Ｎ特性劣化の対策として、フィードスルー期間や光出力信号期間のタイミングマージンが大きくなるように、位相の設定とパルス幅の設定を行う方法がある。例えば、各ＣＣＤ駆動パルス信号のうちリセットゲートパルスのパルス幅を小さくすることで、フィードスルー期間（ＴＰ）や光出力信号期間（ＴＤ）のタイミングマージンを大きくとることが可能となる。

上記技術分野の関連技術としては以下のような技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−４２２６１号公報

しかしながら、上記従来例のようにＳ／Ｎ特性劣化対策として、フィードスルー期間と光出力信号期間のタイミングマージンを確保できるように位相設定とパルス幅設定を行った場合、次の問題が発生する。即ち、Ｓ／Ｎ特性劣化対策の弊害として、ＣＣＤの水平最終段部で大きな電荷を取り扱うケースでリセット不良が発生する可能性がある。その理由を図１２、図３、図６を用いて説明する。

図６は、ＣＣＤの３相駆動の水平転送最終段部の電荷転送状態を示している。図３は、ＣＣＤ駆動パルス信号の位相関係と、その時のＣＣＤ出力信号波形を示している。即ち、水平転送パルスＨ３・３０３とリセットゲートパルス（ＲＧ）３０１の位相関係と、水平転送パルスＨ１・３０２、水平転送パルスＨ３・３０３、水平転送パルスＨ２・３０４の位相関係である。

フィードスルー期間と光出力信号期間のタイミングマージンを確保するためには、リセットゲートパルスから発生するリセットキズの影響を最小限にする必要がある。そのためには、一般的に図１２のリセットゲートパルス（ＲＧ）のパルス幅を小さくすることで、リセットキズ期間を短くする。ただし、リセットゲートパルスのパルス幅は、ドレイン部への電荷の掃き捨てに最低限必要な時間は確保する必要がある。

他のパルス幅を変更せず、リセットゲートパルス幅のみを短くした場合は、図３に示すように水平転送パルスＨ３・３０３のＯＦＦタイミングに対して、リセットゲートパルス３０１のＯＦＦタイミングが進相したタイミングとなることがある。

上記進相したタイミングの場合、図６（ｂ）に示すように、リセットゲートパルスによる電荷掃き捨て期間が充分でない。そのため、水平転送パルスＨ１部６０２の取り扱い電荷が大きい場合、ドレイン部６０６へ捨てきれない電荷がＦＤ部６０４に取り残されてしまうリセット不良が発生する。尚、この現象の詳細は実施形態で説明する。ＦＤ部６０４に取り残された電荷は、フィードスルー期間に偽信号として発生し、光出力信号期間とのＣＤＳを行った場合、画像としては本来の明るさより暗くなる黒沈みが発生させることになる。

本発明の目的は、撮像素子の駆動周波数が高いときに問題となる信号対雑音比特性劣化を動作モード或いは画素加算数の状態に応じて軽減可能とするものである。更に、撮像素子の水平最終段部で大きな電荷を取り扱う際に問題となるフローティングディフュージョン部の電荷残りを動作モード或いは画素加算数の状態に応じて軽減可能とするものである。

上述の目的を達成するために、本発明の撮像装置は、電荷を水平方向に順次転送可能な撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段と、前記撮像素子の出力信号に信号処理を施す信号処理手段と、前記駆動手段と前記信号処理手段に供給するタイミング信号を生成する生成手段とを備えた撮像装置において、前記撮像素子の水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングに関する情報、画素単位の電荷掃き捨てを行うリセットゲート信号のタイミングに関する情報、画素単位の黒基準となる前記撮像素子の出力信号のフィードスルー部をサンプルホールドするフィードスルーサンプルホールド信号のタイミングに関する情報、の少なくとも１つを含む情報テーブルを、前記撮像装置の動作モードに対応付けて記憶する記憶手段と、前記撮像装置の動作モードを設定する設定手段と、前記設定手段により設定された動作モードに対応した情報テーブルを前記記憶手段から検索し、該情報テーブルに基づき前記駆動手段により前記撮像素子を駆動する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、電荷を水平方向に順次転送可能で画素の加算が可能な撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段と、前記撮像素子の出力信号に信号処理を施す信号処理手段と、前記駆動手段と前記信号処理手段に供給するタイミング信号を生成する生成手段とを備えた撮像装置において、前記撮像素子の水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングに関する情報、画素単位の電荷掃き捨てを行うリセットゲート信号のタイミングに関する情報、画素単位の黒基準となる前記撮像素子の出力信号のフィードスルー部をサンプルホールドするフィードスルーサンプルホールド信号のタイミングに関する情報、の少なくとも１つを含む情報テーブルを、前記撮像素子の画素の加算数に対応付けて記憶する記憶手段と、前記撮像素子の画素の加算数を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された画素の加算数に対応した情報テーブルを前記記憶手段から検索し、該情報テーブルに基づき前記駆動手段により前記撮像素子を駆動する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、水平転送駆動信号のタイミングに関する情報、リセットゲート信号のタイミングに関する情報、フィードスルーサンプルホールド信号のタイミングに関する情報、の少なくとも１つを含む情報テーブルを基に撮像素子を駆動する。情報テーブルは動作モード或いは画素加算数に対応付けて記憶する。これにより、撮像素子の駆動周波数が高いときに問題となる信号対雑音比特性劣化を動作モード或いは画素加算数の状態に応じて軽減することが可能となる。また、撮像素子の水平最終段部で大きな電荷を取り扱う際に問題となるフローティングディフュージョン部の電荷残りを動作モード或いは画素加算数の状態に応じて軽減することが可能となる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示すブロック図である。

図１において、デジタルカメラは、撮像光学系１０１、撮像部１０２、撮像駆動部１０３（駆動手段）、アナログ信号処理部１０４（信号処理手段）、システム制御部１１２（設定手段、制御手段、検出手段）を備える。更に、デジタルカメラは、メモリ部１１３（記憶手段）、タイミング信号生成部１１６（生成手段）、タイミング信号位相／パルス幅変更部１１７を備える。

本実施の形態では、デジタルカメラが、３つの動作モード（静止画記録動作モード、動画記録動作モード、ライブビュー動作モード）を備える場合を例に挙げ説明する。なお、デジタルカメラが、静止画記録動作モード、動画記録動作モード、ライブビュー動作モードのいずれかの（任意の）動作モードを備える構成としてもよい。また、デジタルカメラが、上記以外の動作モードを更に備える構成としてもよい。

撮像光学系１０１は、撮影時に入射した被写体の光学像を結像する。撮像部１０２は、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子を有する。本実施の形態では、撮像素子として、電荷を水平方向に順次転送可能で画素の加算が可能な構造を有するＣＣＤを用いる。撮像駆動部１０３は、撮像部１０２を駆動する。アナログ信号処理部１０４は、撮像部１０２の出力信号を処理する信号処理を行う。アナログ／デジタル変換部（以後ＡＤＣ部）１０５は、アナログ信号処理部１０４の出力であるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。

信号処理部１０６は、デジタル画像信号に対して、ホワイトバランス調整、γ補正、画素補間等の画像処理を行う。フレームメモリ部１０７は、デジタル画像信号を一時的に格納するメモリであり、例えばＤＲＡＭにより構成されている。信号圧縮部１０８は、フレームメモリ部１０７に格納されたデジタル画像信号をＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）等の手法により圧縮する。圧縮動作は撮影時のレリーズ動作に伴って開始される。

記録メディア部１０９は、圧縮されたデジタル画像信号を記憶するものであり、例えばフラッシュメモリにより構成されている。ＮＴＳＣ／ＰＡＬエンコーダ部１１０は、フレームメモリ部１０７に格納されたデジタル画像信号をＮＴＳＣ信号またはＰＡＬ信号に変換する。ＮＴＳＣ：National Television System Committee。ＰＡＬ：Phase Alternating by Line。電子ビューファインダ１１１は、ＮＴＳＣ信号またはＰＡＬ信号に変換された画像信号を表示する表示部である。

システム制御部１１２は、デジタルカメラ各部の制御を司る。また、システム制御部１１２は、操作者の指示に基づきデジタルカメラの動作モードを設定すると共に、設定された動作モードに対応した情報テーブルをメモリ部１１３から検索する。そして、システム制御部１１２は、該情報テーブルに基づき撮像駆動部１０３によりＣＣＤを駆動する。情報テーブルは、タイミング信号位相情報テーブル（位相情報テーブル）、タイミング信号パルス幅情報テーブル（パルス幅情報テーブル）に大別される。

デジタルカメラでは、ＣＣＤの水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングに関する情報と、画素単位の電荷掃き捨てを行うリセットゲート信号のタイミングに関する情報の少なくとも１つを含む情報テーブルを、動作モードに対応付けて記憶する。或いは、水平転送駆動信号のタイミングに関する情報と、リセットゲート信号のタイミングに関する情報の少なくとも１つを含む情報テーブルを、ＣＣＤの画素の加算数に対応付けて記憶することも可能である。本実施の形態では、メモリ部１１３に、タイミング信号位相情報テーブル（位相情報テーブル）、タイミング信号パルス幅情報テーブル（パルス幅情報テーブル）を、動作モードに対応付けて記憶する。

なお、本実施の形態では、以下のように制御することも可能である。システム制御部１１２は、ＣＣＤの画素の加算数を検出すると共に、検出された画素の加算数に対応した情報テーブルをメモリ部１１３から検索する。そして、システム制御部１１２は、該情報テーブルに基づき撮像駆動部１０３によりＣＣＤを駆動する。画素の加算数に関わる制御については後述する。

操作部１１４は、操作者がデジタルカメラに対する各種指示（撮影の開始、動作モードの選択等）を行う際に操作する。基本クロック生成部１１５は、撮像駆動部１０３の駆動周波数の基準となる基本クロック信号を生成する。タイミング信号生成部１１６は、基本クロック生成部１１５から出力される基本クロック信号に基づき、撮像駆動部１０３とアナログ信号処理部１０４に供給するタイミング信号を生成する。タイミング信号位相／パルス幅変更部１１７は、タイミング信号生成部１１６から出力されるタイミング信号の位相とパルス幅を変更する。

図２は、デジタルカメラのタイミング信号生成部１１６の詳細構成を示すブロック図である。

図２において、タイミング信号生成部１１６は、１／２分周部２０１、ＣＣＤ駆動信号発生部２０２、映像信号処理制御信号発生部２０３、シリアルインタフェース（以後Ｉ／Ｆ）部２０４を備えている。タイミング信号生成部１１６は、システム制御部１１２により制御されている。

１／２分周部２０１は、外部から入力された基本クロック信号を１／２に分周する。以後、１／２分周部２０１により１／２に分周された信号をＭＣＫＯと表記する。ＣＣＤ駆動信号発生部２０２は、撮像部（ＣＣＤ）駆動のための各種信号を生成する。映像信号処理制御信号発生部２０３は、アナログ信号処理やＡＤＣ制御のための各種信号を生成する。シリアルＩ／Ｆ部２０４は、システム制御部１１２からの制御信号を受け取るためのインタフェースを司る。

ＣＣＤ駆動信号発生部２０２は、デジタルカメラの動作モード毎に決められた信号パターンを、ＭＣＫＯの立ち上がりを基準とした位相とパルス幅で生成し、ＣＣＤに供給する。ここで、水平駆動パルスとリセットゲートパルスについては、以下のようにＣＣＤに供給される。即ち、タイミング信号位相／パルス幅変更部１１７内のアナログ遅延素子やデジタル処理回路等により、システム制御部１１２からの指令に基づき、ＭＣＫＯの立ち上がり基準から規定の位相／パルス幅条件とした後にＣＣＤに供給される。

映像信号処理制御信号発生部２０３は、ＭＣＫＯを基準とした信号パターンを生成し、アナログ信号処理部１０４やＡＤＣ部１０５に供給する。ここで、ＳＨＰ、ＳＨＤ、ＡＤＣＬＫ（ＡＤＣ部１０５に供給するクロック）については、以下のようにアナログ信号処理部１０４やＡＤＣ部１０５に供給される。即ち、タイミング信号位相／パルス幅変更部１１７内のアナログ遅延素子やデジタル処理回路等により、システム制御部１１２の指令に基づき、ＭＣＫＯの立ち上がり基準から規定の位相／パルス幅条件とした後に供給される。

上記の位相／パルス幅条件を示す情報は、タイミング信号位相情報テーブル（図５参照）と、タイミング信号パルス幅情報テーブル（図４参照）として予めメモリ部１１３に格納されている。システム制御部１１２は、メモリ部１１３のタイミング信号位相情報テーブルとタイミング信号パルス幅情報テーブルを参照し、撮像駆動部１０３によりＣＣＤを駆動する。

本実施の形態では、ＣＣＤ駆動信号発生部２０２により生成される水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号タイミングの位相と、画素単位の電荷掃き捨てを行うリセットゲートパルスのパルス幅を動作モード毎に変更し、ＣＣＤを駆動する一例を説明する。

図３（ａ）は、デジタルカメラの静止画動作モードにおけるＣＣＤ駆動パルス信号である水平転送パルスＨ３とリセットゲートパルスの位相関係を示す図である。図３（ｂ）は、ＣＣＤ出力信号の波形を示す図である。図３（ｃ）は、ＣＣＤ駆動パルス信号である水平転送パルスＨ１と水平転送パルスＨ３と水平転送パルスＨ２の位相関係を示す図である。

図３において、（ａ）は、水平転送パルスＨ３・３０３、リセットゲートパルス（ＲＧ）３０１の位相関係を示している。（ｃ）は、水平転送パルスＨ１・３０２、水平転送パルスＨ３・３０３、水平転送パルスＨ２・３０４の位相関係を示している。（ｂ）は、その時のＣＣＤ出力信号の波形を示している。なお、本実施の形態では、デジタルカメラのＣＣＤにおける水平方向の電荷転送を３相駆動で行うものとする。

一般的に、電子カメラ（特にデジタルカメラ）においては、静止画記録動作におけるＳ／Ｎ特性は近年の高画質化の流れの中で非常に重要な特性と考えられている。従って、静止画記録動作においてＣＣＤ駆動信号タイミングについてはＳ／Ｎ特性を考慮した設計が必要とされる。

Ｓ／Ｎ特性を考慮したＣＣＤ駆動信号タイミング設計方法としては、フィードスルーレベルと光出力信号レベルの安定期間を長くする方法がある。特に、フィードスルー期間は、リセットゲートパルス３０１から発生するリセットキズの影響を受けるため安定期間を長く保つことが難しい。従って、リセットゲートパルス３０１のＯＮ期間を最小にすることでリセットキズの影響を小さくし、フィードスルー期間を長くするＣＣＤ駆動信号タイミング設計を行う必要がある。

図４は、デジタルカメラの動作モードに応じたタイミング信号パルス幅情報テーブルの一例を示す図である。

図４において、タイミング信号パルス幅情報テーブルは、水平転送駆動信号とリセットゲート信号の各パルス幅を示す情報が設定されたテーブルであり、上述したようにメモリ部１１３に記憶されている。即ち、タイミング信号パルス幅情報テーブルには、各動作モードにおける、水平転送パルスＨ１、水平転送パルスＨ２、水平転送パルスＨ３、リセットゲートパルス、ＳＨＰ、ＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの各パルス幅を示す情報が設定されている。図４の上段は静止画記録動作モード（静止画撮影モード）の場合であり、図４の下段はライブビュー動作モードと動画記録動作モードの場合である。

図５は、デジタルカメラの動作モードに応じたタイミング信号位相情報テーブルの一例を示す図である。

図５において、タイミング信号位相情報テーブルは、水平転送駆動信号とリセットゲート信号の各位相を示す情報が設定されたテーブルであり、上述したようにメモリ部１１３に記憶されている。即ち、タイミング信号位相情報テーブルには、各動作モードにおける、水平転送パルスＨ１、水平転送パルスＨ２、水平転送パルスＨ３、リセットゲートパルス、ＳＨＰ、ＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの各位相を示す情報が設定されている。図５の上段は静止画記録動作モード（静止画撮影モード）の場合であり、図５の下段はライブビュー動作モードと動画記録動作モードの場合である。

静止画記録動作では、上述の通り、図４のリセットゲートパルス幅設定Ｒｄ１を静止画の１画素あたりの飽和電荷を掃き捨て可能な最小のＯＮ期間とした、タイミング信号位相情報テーブルとタイミング信号パルス幅情報テーブルに基づきＣＣＤを駆動する。

以上により、フィードスルーレベルの安定期間を長く保持することが可能となるため、デジタルカメラの静止画記録動作において安定したＳ／Ｎ特性を有する画像を記録することが可能となる。

次に、デジタルカメラのライブビュー動作モード、動画記録動作モードにおけるＣＣＤ駆動信号タイミング設計方法について説明する。

デジタルカメラのライブビュー動作モード、動画記録動作モードでは、フレームレート（画像を表示する際に１秒間に何回画面が書き換えられるかを表す値）を高めるため、ＣＣＤの画素の加算を行い出力画素数を減らす手法が一般的である。その際、問題となるのは、ＣＣＤの画素の加算により取り扱い電荷が増えることによる電荷転送中のブルーミング（電荷のオーバーフロー）及びリセット不良である。

まず、水平電荷転送中のブルーミング及びリセット不良の発生原理について図６に基づき説明する。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、ＣＣＤの水平転送最終段部の電荷転送状態を示す図である。

図６において、ＣＣＤの受光素子により露光及び蓄積された電荷が、転送パルスにより１画素分ずつ水平方向に順次転送され、最終的に水平転送パルスＨ３部６０１へ転送される（図６（ａ））。次に、水平転送パルスＨ３部６０１がＯＦＦされ、水平転送パルスＨ３部６０１の全ての電荷が水平転送パルスＨ１部６０２へ転送される。ここで、水平転送パルスＨ３部６０１のＯＦＦタイミングよりリセットゲート６０５のＯＦＦタイミングが早い場合、ドレイン部６０６への電荷掃き捨てが充分行われず、フローティングディフュージョン（ＦＤ）部６０４に電荷が残ってしまう状態となる。

上記図３に示したＣＣＤ駆動パルス信号であるリセットゲートパルス３０１と水平転送パルスＨ３・３０３のクロスポイントＣＰ１が上記状態を表している。上記状態は、リセットゲートパルス３０１が水平転送パルスＨ３・３０３に対して進相した状態であり、上述した静止画記録動作モードのＣＣＤ駆動信号タイミング設計方法である、リセットゲートパルス３０１のＯＮ期間を最小にする手法と等価である。

しかし、静止画記録動作モードにおいては画素加算を行っていないため、転送電荷量がライブビュー動作モード、動画記録動作モードよりも少ない。また、メカニカルシャッタを使用し、かつ読み出し前の電荷掃き捨てを行う場合、スミア、ブルーミングの余剰電荷が発生しないため、静止画記録動作モードにおいてＦＤ部６０４に電荷が残る可能性は非常に小さい。

以上のことから、ライブビュー動作モード、動画記録動作モードでは、静止画記録動作モードと同じタイミング信号位相情報テーブルとタイミング信号パルス幅情報テーブルを用いてＣＣＤを駆動した場合、リセット不良による電荷残りが発生する可能性がある。従って、ライブビュー動作モード、動画記録動作モードでは、ＦＤ部６０４の電荷残りを軽減するＣＣＤ駆動信号タイミング設計を行う必要がある。

図７（ａ）は、デジタルカメラのライブビュー動作モード、動画記録動作モードにおけるＣＣＤ駆動パルス信号である水平転送パルスＨ３とリセットゲートパルスの位相関係を示す図である。図７（ｂ）は、ＣＣＤ出力信号の波形を示す図である。図７（ｃ）は、ＣＣＤ駆動パルス信号である水平転送パルスＨ１と水平転送パルスＨ３と水平転送パルスＨ２の位相関係を示す図である。

図７において、（ａ）は、水平転送パルスＨ３・７０３、リセットゲートパルス（ＲＧ）７０１の位相関係を示している。（ｃ）は、水平転送パルスＨ１・７０２、水平転送パルスＨ３・７０３、水平転送パルスＨ２・７０４の位相関係を示している。（ｂ）は、その時のＣＣＤ出力信号の波形を示している。

上記ＦＤ部６０４の電荷残りを軽減するためには、上述したようにリセットゲートパルス７０１のＯＦＦタイミングを水平転送パルスＨ３・７０３のＯＦＦタイミングに更に近づける必要がある。本実施の形態では、図７で示すようにリセットゲートパルス７０１のパルス幅を広げ、水平転送パルスＨ３・７０３の位相を進め、リセットゲートパルス７０１と水平転送パルスＨ３・７０３の各ＯＦＦタイミングを同じタイミングとしている。

水平転送パルスＨ３・７０３の位相を進める場合は、その他の水平転送駆動信号とのクロスポイントにも留意する必要がある。クロスポイントが規定範囲内に収まらない場合は、水平転送劣化が起こる可能性がある。また、リセットゲートパルス７０１のパルス幅を広げる場合は、Ｓ／Ｎ特性が低下する可能性がある。

しかし、デジタルカメラのライブビュー動作モード、動画記録動作モードにおいて画素加算を行うことが一般的であるため、飽和容量を静止画記録動作モードよりも多く確保することができる。従って、ライブビュー動作モード、動画記録動作モードでは、静止画記録動作モードより低いＩＳＯ感度の設定が可能となり、静止画記録動作モードと同等のＳ／Ｎ特性を要求されることは少ない。

よって、本実施の形態では、ライブビュー動作モード、動画記録動作モードにおいては、図５のタイミング信号位相情報テーブルを、Ｓ／Ｎ特性に大きく影響のない範囲でリセットゲートパルス７０１のパルス幅を広げたＲｐ２、Ｒｐ３としたテーブルとする。また、図４のタイミング信号パルス幅情報テーブルを、水平転送パルスＨ３の位相を、その他の水平転送駆動信号とのクロスポイントを考慮しつつ進相した、Ｈ３ｄ２、Ｈ３ｄ３としたテーブルとする。

最終的に、図４のタイミング信号パルス幅情報テーブルと図５のタイミング信号位相情報テーブルとから、動作モードに応じてリセットゲートパルスのパルス幅と水平転送パルスＨ３の位相を切り換え、その情報テーブルを参照しＣＣＤを駆動する。なお、動作モードに応じてリセットゲートパルスのパルス幅と水平転送パルスＨ３の位相を切り換える代わりに、ＣＣＤの画素の加算数に応じてリセットゲートパルスのパルス幅と水平転送パルスＨ３の位相を切り換える方法もある。

ライブビュー動作モード、動画記録動作モードにおいて発生するＦＤ部６０４の電荷残りは電荷量に依存するため、ＣＣＤの画像の加算数が多い場合は電荷残りが発生する可能性が高くなる。ＣＣＤの画像の加算数の小さい場合は、図３のＳ／Ｎ特性劣化を軽減したＣＣＤ駆動信号タイミングとなるようなタイミング信号パルス幅情報テーブル（図８）とタイミング信号位相情報テーブル（図９）を作成する。

また、画像の加算数の大きい場合は、図６のＦＤ部６０４の電荷残りを軽減したＣＣＤ駆動信号タイミングとなるようなタイミング信号パルス幅情報テーブル（図８）とタイミング信号位相情報テーブル（図９）を作成する。そして、作成したタイミング信号パルス幅情報テーブルとタイミング信号位相情報テーブルを参照しＣＣＤを駆動する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、動作モード或いは画素加算数の状態に対応した、タイミング信号位相情報テーブル、タイミング信号パルス幅情報テーブルに基づき撮像駆動部１０３によりＣＣＤを駆動する。これにより、ＣＣＤの駆動周波数が高いときに問題となるＳ／Ｎ特性の劣化を動作モード或いは画素加算数の状態に応じて軽減することが可能となる。また、ＣＣＤの水平最終段部で大きな電荷を取り扱う際に問題となるフローティングディフュージョン部の電荷残りを動作モード或いは画素加算数の状態に応じて軽減することが可能となる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態に対して、以下で説明する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上記第１の実施の形態（図１、図２）の対応するものと同一なので説明を省略する。

本実施の形態では、以下のように位相を変更することでＣＣＤを駆動する一例について説明する。即ち、ＣＣＤ駆動信号発生部２０２で生成する水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングの位相と、画素単位の黒基準となるＣＣＤの出力信号のフィードスルー部をサンプルホールドするＳＨＰのタイミングの位相を動作モード毎に変更する。これにより、ＣＣＤを駆動する。なお、ＳＨＰはフィードスルーサンプルホールド信号である。

メモリ部１１３は、ＣＣＤの水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングに関する情報、画素単位の黒基準となるＣＣＤの出力信号のフィードスルー部をサンプルホールドするＳＨＰのタイミングに関する情報を含む情報テーブルを記憶する。即ち、情報テーブルとして、前記情報（水平転送駆動信号のタイミングの位相、ＳＨＰのタイミングの位相）を動作モードに対応付けて記憶する。

一般的に、電子カメラ（特にデジタルカメラ）においては、静止画記録動作におけるＳ／Ｎ特性は近年の高画質化の流れの中で非常に重要な特性と考えられている。従って、静止画記録動作においてＣＣＤ駆動信号タイミングについてはＳ／Ｎ特性を考慮した設計が必要とされる。

しかし、ライブビュー動作、動画記録動作モードでは、静止画記録動作モードと同じタイミング信号位相情報テーブルとタイミング信号パルス幅情報テーブルを用いてＣＣＤを駆動した場合、リセット不良による電荷残りが発生する可能性がある。従って、ライブビュー動作モード、動画記録動作モードでは、ＦＤ部６０４の電荷残りが大きくならないタイミングで、フィードスルー部のサンプルホールドを行う必要がある。

図１４は、本実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラのサンプルホールド回路の制御タイミングを示す図である。

図１４において、ＦＤ部６０４に電荷残りが発生している場合の、サンプルホールド回路（不図示）の制御タイミングを示している。即ち、ＣＣＤ１００１の出力信号の１画素周期のリセットゲートパルス（ＲＧ）と、フィードスルー部分のレベルと、光出力信号部分のレベルをそれぞれ抽出するサンプルホールド回路の制御タイミングを示している。

上述したように、静止画記録動作ではＳ／Ｎ特性が優先されるため、ＳＨＰの位相は、一般的にリセットノイズの影響を受けにくいフィードスルー部の後寄りの位相タイミング１４０１とする。しかし、位相タイミング１４０１は、ライブビュー動作、動画記録動作モードにおいては、図１４のＴＰ期間をサンプルホールドすることになり、黒基準であるフィードスルー部に発生する偽信号（ＦＤ６０４部の電荷残り）を助長するタイミングとなる。

よって、本実施の形態では、ライブビュー動作、動画記録動作モードにおいて、フィードスルー部の前寄りの位相タイミング１４０２とする。図１４のＴＰ１期間をサンプルホールドすることにより、黒基準であるフィードスルー部に発生する偽信号を軽減するタイミングとする。

以上説明したように、本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様にＳ／Ｎ特性の劣化を軽減しフローティングディフュージョン部の電荷残りを軽減することが可能となる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらにより本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明は、その技術思想またはその主要な特徴から逸脱することはなく、様々な形で実施することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 デジタルカメラのタイミング信号生成部の詳細構成を示すブロック図である。 （ａ）は、デジタルカメラの静止画動作モードにおけるＣＣＤ駆動パルス信号である水平転送パルスＨ３とリセットゲートパルスの位相関係を示す図である。（ｂ）は、ＣＣＤ出力信号の波形を示す図である。（ｃ）は、ＣＣＤ駆動パルス信号である水平転送パルスＨ１と水平転送パルスＨ３と水平転送パルスＨ２の位相関係を示す図である。 デジタルカメラの動作モードに応じたタイミング信号パルス幅情報テーブルの一例を示す図である。 デジタルカメラの動作モードに応じたタイミング信号位相情報テーブルの一例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ＣＣＤの水平転送最終段部の電荷転送状態を示す図である。 （ａ）は、デジタルカメラのライブビュー動作モード、動画記録動作モードにおけるＣＣＤ駆動パルス信号である水平転送パルスＨ３とリセットゲートパルスの位相関係を示す図である。（ｂ）は、ＣＣＤ出力信号の波形を示す図である。（ｃ）は、ＣＣＤ駆動パルス信号である水平転送パルスＨ１と水平転送パルスＨ３と水平転送パルスＨ２の位相関係を示す図である。 画素の加算数に応じたタイミングパルス幅情報テーブルの一例を示す図である。 画素の加算数に応じたタイミング位相情報テーブルの一例を示す図である。 従来例に係るデジタルカメラの画像入力部の構成を示すブロック図である。 デジタルカメラのＣＣＤの水平転送最終段部の構成を示す図である。 デジタルカメラのサンプルホールド回路の制御タイミングを示す図である。 デジタルカメラのＣＤＳ回路の詳細構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラのサンプルホールド回路の制御タイミングを示す図である。

符号の説明

１０１ 撮像光学系
１０２ 撮像部
１０３ 撮像駆動部
１０４ アナログ信号処理部
１１２ システム制御部
１１３ メモリ部
１１６ タイミング信号生成部
１１７ タイミング信号位相／パルス幅変更部
２０２ ＣＣＤ駆動信号発生部

Claims (9)

1. 電荷を水平方向に順次転送可能な撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段と、前記撮像素子の出力信号に信号処理を施す信号処理手段と、前記駆動手段と前記信号処理手段に供給するタイミング信号を生成する生成手段とを備えた撮像装置において、
   前記撮像素子の水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングに関する情報、画素単位の電荷掃き捨てを行うリセットゲート信号のタイミングに関する情報、画素単位の黒基準となる前記撮像素子の出力信号のフィードスルー部をサンプルホールドするフィードスルーサンプルホールド信号のタイミングに関する情報、の少なくとも１つを含む情報テーブルを、前記撮像装置の動作モードに対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記撮像装置の動作モードを設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された動作モードに対応した情報テーブルを前記記憶手段から検索し、該情報テーブルに基づき前記駆動手段により前記撮像素子を駆動する制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 電荷を水平方向に順次転送可能で画素の加算が可能な撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段と、前記撮像素子の出力信号に信号処理を施す信号処理手段と、前記駆動手段と前記信号処理手段に供給するタイミング信号を生成する生成手段とを備えた撮像装置において、
   前記撮像素子の水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングに関する情報と、画素単位の電荷掃き捨てを行うリセットゲート信号のタイミングに関する情報、画素単位の黒基準となる前記撮像素子の出力信号のフィードスルー部をサンプルホールドするフィードスルーサンプルホールド信号のタイミングに関する情報、の少なくとも１つを含む情報テーブルを、前記撮像素子の画素の加算数に対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記撮像素子の画素の加算数を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された画素の加算数に対応した情報テーブルを前記記憶手段から検索し、該情報テーブルに基づき前記駆動手段により前記撮像素子を駆動する制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
3. 前記動作モードは、静止画記録動作モード、動画記録動作モード、ライブビュー動作モードのいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記情報テーブルは、前記水平転送駆動信号、前記リセットゲート信号、前記フィードスルーサンプルホールド信号の、少なくとも１つの信号の位相を示す情報が設定された位相情報テーブルであることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
5. 前記情報テーブルは、前記水平転送駆動信号、前記リセットゲート信号、前記フィードスルーサンプルホールド信号の、少なくとも１つの信号のパルス幅を示す情報が設定されたパルス幅情報テーブルであることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
6. 前記情報テーブルは、前記水平転送駆動信号、前記リセットゲート信号、フィードスルーサンプルホールド信号の、少なくとも１つの信号の位相を示す情報が設定された位相情報テーブルと、前記水平転送駆動信号、前記リセットゲート信号、フィードスルーサンプルホールド信号の、少なくとも１つの信号のパルス幅を示す情報が設定されたパルス幅情報テーブルであることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子の水平方向の電荷転送を３相駆動で行うことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
8. 電荷を水平方向に順次転送可能な撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段と、前記撮像素子の出力信号に信号処理を施す信号処理手段と、前記駆動手段と前記信号処理手段に供給するタイミング信号を生成する生成手段とを備えた撮像装置の制御方法において、
   前記撮像装置の動作モードを設定する設定ステップと、
   前記撮像素子の水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングに関する情報、画素単位の電荷掃き捨てを行うリセットゲート信号のタイミングに関する情報、画素単位の黒基準となる前記撮像素子の出力信号のフィードスルー部をサンプルホールドするフィードスルーサンプルホールド信号のタイミングに関する情報、の少なくとも１つを含む情報テーブルを前記撮像装置の動作モードに対応付けて記憶する記憶手段から、前記設定ステップにより設定された動作モードに対応した情報テーブルを検索し、該情報テーブルに基づき前記駆動手段により前記撮像素子を駆動する制御ステップと、を有することを特徴とする制御方法。
9. 電荷を水平方向に順次転送可能で画素の加算が可能な撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段と、前記撮像素子の出力信号に信号処理を施す信号処理手段と、前記駆動手段と前記信号処理手段に供給するタイミング信号を生成する生成手段とを備えた撮像装置の制御方法において、
   前記撮像素子の画素の加算数を検出する検出ステップと、
   前記撮像素子の水平方向の電荷転送を行う水平転送駆動信号のタイミングに関する情報、画素単位の電荷掃き捨てを行うリセットゲート信号のタイミングに関する情報、画素単位の黒基準となる前記撮像素子の出力信号のフィードスルー部をサンプルホールドするフィードスルーサンプルホールド信号のタイミングに関する情報、の少なくとも１つを含む情報テーブルを前記撮像素子の画素の加算数に対応付けて記憶する記憶手段から、前記検出ステップにより検出された画素の加算数に対応した情報テーブルを検索し、該情報テーブルに基づき前記駆動手段により前記撮像素子を駆動する制御ステップと、を有することを特徴とする制御方法。

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