JP2010098437A - 撮像素子駆動ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速掃出し時の消費電力を低減化する。
【解決手段】一眼レフカメラは撮像素子、ＴＧ、およびＣＰＵを有する。ＴＧはＣＰＵの制御に基づいて撮像素子を駆動する。撮像素子は画素、垂直ＣＣＤ、および水平ＣＣＤを有する。ＴＧは垂直ＣＣＤおよび水平ＣＣＤを駆動するための垂直転送パルスΦＶおよび水平転送パルスΦＨを垂直ＣＣＤおよび水平ＣＣＤに送信する。垂直ＣＣＤに蓄積される電荷を除去するための高速掃出し期間中に（ｔ４〜ｔ５）に垂直転送パルスの周波数を上昇させる。また、高速掃出し期間中に水平転送パルスの送信を停止し、水平ＣＣＤにおける電荷転送を停止させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＣＣＤのように電荷を転送する電荷転送路に蓄積する不要な電荷の掃出しのための電力消費量を低減化させる撮像素子駆動ユニットに関する。

被写体の光学像に応じた画像信号を生成する様々な種類の撮像素子が開示されている。様々な種類の撮像素子の中で、小型化、良好なＳ／Ｎ比、感度の高さなどの点において様々な改良が加えられたＣＣＤ撮像素子が広範に用いられている。

ＣＣＤ撮像素子は、受光面に配置される複数の画素から受光量に応じた信号電荷を画素毎に垂直ＣＣＤに読出し、垂直ＣＣＤに読出した信号電荷を水平ＣＣＤに転送し、水平ＣＣＤに転送された信号電荷を出力アンプに転送することにより、各画素が生成した信号電荷に応じた画素信号を順番に出力する。

垂直ＣＣＤには、漏れた光により垂直ＣＣＤ自身が生成する電荷や、転送容量を超える信号電荷の転送時に漏れ出た電荷や、読出し時以外において画素から漏れ出る電荷などが蓄積されることがある。このような電荷は信号電荷に対してノイズとなり、正確な画像を表示するためには排除する必要がある。

そこで、画素が生成した信号電荷を垂直ＣＣＤに読出し、転送させる前に、垂直ＣＣＤに高速掃出しを実行させ、垂直ＣＣＤに蓄積された電荷を排除することが開示されている（特許文献１参照）。

一方で、垂直ＣＣＤの高速掃出しのためには、垂直ＣＣＤを駆動するための駆動信号の周波数を大きくする必要がある。駆動信号の周波数を大きくするために、電力の消費量が増加することが問題であった。
特開平４−３５６８７９号公報

したがって、本発明ではＣＣＤのような電荷転送路に蓄積された電荷の掃出しのための消費電力を低減化させる撮像素子駆動ユニットを提供することを目的とする。

本発明の撮像素子駆動ユニットは、受光量に応じた信号電荷を生成する複数の画素と画素から読出される信号電荷を第１の転送信号の周波数に応じた速さで転送する第１の電荷転送路と第１の電荷転送路から転送される信号電荷を第２の転送信号によって転送する第２の電荷転送路とを有する撮像素子を駆動する撮像素子駆動ユニットであって、信号電荷を転送させるための第１の転送信号である通常転送信号または第１の電荷転送路に残る電荷を掃出すための転送信号であって通常転送信号より周波数の大きな掃出し信号と第２の転送信号とを生成して撮像素子に送信する信号生成部と、第１の電荷転送路に残る電荷を掃出させる掃出し期間中に信号生成部に掃出し信号および累積生成期間が掃出し期間より短くなるように第２の転送信号を生成させる第１の制御部とを備えることを特徴としている。

さらに、撮像素子への露光時間を検出する検出部を備え、検出部により検出された露光時間が短くなるほど掃出し期間中に第１の制御部は第２の転送信号の累積生成期間を減少させることが好ましい。

また、第１の制御部は露光時間が閾値未満である場合に掃出し期間中に第２の転送信号の生成を停止し、露光時間が閾値を越える場合に掃出し期間中に第２の転送信号を生成させることが好ましい。

また、第１の制御部は掃出し期間中に第２の転送信号の生成を停止することが好ましい。

また、撮像素子に光学像を露光させることにより生成させた信号電荷を信号電荷の第１、第２の電荷転送路による転送時期を分割したそれぞれの分割転送時期に転送させる第２の制御部を備え、第１の制御部は初回の分割転送時期の直前の掃出し期間中に信号生成部に掃出し信号および累積生成期間が掃出し期間より短くなるように第２の転送信号を生成させ２回目以降の分割転送時期の直前の掃出し期間中に信号生成部に掃出し信号の生成および第２の転送信号の生成停止を実行させることが好ましい。

本発明の撮像装置は、受光量に応じた信号電荷を生成する複数の画素と画素から読出される信号電荷を第１の転送信号の周波数に応じた速さで転送する第１の電荷転送路と第１の電荷転送路から転送される信号電荷を第２の転送信号によって転送する第２の電荷転送路とを有する撮像素子と、信号電荷を転送させるための第１の転送信号である通常転送信号または第１の電荷転送路に残る電荷を掃出すための転送信号であって通常転送信号より周波数の大きな掃出し信号と第２の転送信号とを生成して撮像素子に送信する信号生成部と、第１の電荷転送路に残る電荷を掃出させる掃出し期間中に信号生成部に掃出し信号および累積生成期間が掃出し期間より短くなるように第２の転送信号を生成させる第１の制御部とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、ＣＣＤのような電荷転送路に蓄積する電荷を掃出すときの消費電力を低減化することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットを有する一眼レフカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。

一眼レフカメラ１０は、撮影光学系１１、撮像素子３０、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１２、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１３、およびＣＰＵ１４などによって構成される。

撮影光学系１１はフォーカスレンズ（図示せず）や変倍レンズ（図示せず）を含む複数のレンズによって形成される。撮影光学系１１の光軸に垂直となるように、かつ光軸上に撮像素子３０が配置される。撮影光学系１１により、被写体の光学像が撮像素子３０の受光面に結像する。

撮影光学系１１と撮像素子３０との間に、絞り１６、ミラー１７、シャッタ１８が配置される。絞り１６の開口率を調整することにより撮像素子３０への入射光量が調整される。撮影待機時にミラー１７は閉じており、被写体の光学像をペンタプリズム１９に向けて反射し、ビューファインダー（図示せず）に伝達させる。撮像実行時にミラー１７が上方に開き、被写体の光学像がシャッタ１８に到達する。シャッタ１８を開閉することにより、光学像の撮像素子３０への遮光と到達とが切替えられる。

絞り１６、ミラー１７、およびシャッタ１８は光学系駆動回路２０により駆動される。光学系駆動回路２０による各部位の駆動は、ＣＰＵ１４により制御される。なお、一眼レフカメラ１０には測光センサ（図示せず）が設けられる。測光センサにより被写体周辺の光量が検出される。検出された光量に基づいて、絞り１６の開口率調整、ミラー１７の開閉時期の調整、および露光時間Ｔｖの調整などの露出調整が行われる。

ＴＧ１２により生成される垂直転送パルスΦＶなどに基づいて撮像素子３０が駆動されることにより、光学像に応じた画像信号が生成される。なお、ＴＧ１２による撮像素子３０の駆動は、ＤＳＰ１３によって制御される。生成した画像信号はＡＦＥ２１を介してＤＳＰ１３に送信される。

ＡＦＥ２１において、画像信号にＣＤＳ処理、ＡＧＣ処理、およびＡ／Ｄ変換処理が施される。ＤＳＰ１３において、画像信号に所定の信号処理が施される。所定の信号処理が施された画像信号はメモリ２２に格納される。または、ＬＣＤ２３に送信され、撮像した画像がＬＣＤ２３に表示される。

ＤＳＰ１３はＣＰＵ１４に接続される。ＤＳＰ１３はＣＰＵ１４から受信するデータに基づいて、ＴＧ１２の駆動、画像信号に対する信号処理、および画像信号の格納などの処理を制御する。

前述のように、ＣＰＵ１４により光学系駆動回路２０やＤＳＰ１３は制御される。また、ＣＰＵ１４により、一眼レフカメラ１０の各部位の動作も制御される。ＣＰＵ１４は、レリーズボタン（図示せず）、電源ボタン（図示せず）、多機能十字キー（図示せず）などによって構成される入力部２４に接続される。使用者による入力部２４への様々なコマンド入力に応じて、ＣＰＵ１４は一眼レフカメラ１０の各部位を制御する。

なお、露出調整は、前述のように、絞り１６の開口率の調整や露光時間Ｔｖの調整は光量に基づいてＣＰＵ１４により制御される構成であるが、使用者の入力部２４へのコマンド入力によっても設定可能である。

次に、撮像素子３０の構成とともに撮像実行時の撮像素子３０の動作について、更に詳細に説明する。

撮像素子３０はＣＣＤ撮像素子であり、図２に示すように、画素３１、垂直ＣＣＤ３２、水平ＣＣＤ３３、および出力アンプ３４などによって構成される。

複数の画素３１が撮像素子３０の受光面に２次元状に配置される。画素３１の並ぶ各列に垂直ＣＣＤ３２が配置される。各画素３１は隣接する垂直ＣＣＤ３２に接続される。垂直ＣＣＤ３２の下方には、画素の並ぶ行方向に延びる水平ＣＣＤ３３が設けられる。全垂直ＣＣＤ３２は、水平ＣＣＤ３３に接続される。水平ＣＣＤ３３の一端に出力アンプ３４が接続される。

各画素３１において、受光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。画素３１が配置される基板（図示せず）には、電子シャッタ端子３５ｓｕｂが接続される。電子シャッタ端子３５ｓｕｂに電子シャッタパルスΦＳＵＢが入力されることにより、全画素３１に蓄積された電荷が掃出され、リセットされる。

また、画素３１と垂直ＣＣＤ３２の間には、センサゲート（図示せず）が配置される。センサゲートにはセンサゲート（ＳＧ）端子３５ｓｇが接続される。ＳＧ端子３５ｓｇにＳＧパルスΦＳＧが入力されることにより、画素３１に蓄積された信号電荷が垂直ＣＣＤ３２に読出される。

図３に示すように、垂直ＣＣＤ３２には第１〜第４の電極３６ａ〜３６ｄが列方向に沿って、順番に繰返すように配置される。第１〜第４の電極３６ａ〜３６ｄに位相をずらした垂直転送パルスΦＶを入力することにより、垂直ＣＣＤ３２に蓄積される電荷が水平ＣＣＤ３３に転送される。なお、第１〜第４の電極３６ａ〜３６ｄは、それぞれ第１〜第４の垂直転送端子３５ｖ１〜３５ｖ４（図２参照）に接続される。

なお、垂直ＣＣＤ３２における電荷の転送速度は、垂直転送パルスΦＶの周波数に応じて変化する。周波数が大きくなるほど転送速度は高くなり、周波数が小さくなるほど転送速度は低下する。

垂直ＣＣＤ３２と同様に、水平ＣＣＤ３３には第５、第６の電極（図示せず）が行方向に沿って、順番に繰返すように配置される。第５、第６の電極に位相をずらした水平転送パルスΦＨを入力することにより、水平ＣＣＤ３３に転送される電荷が出力アンプ３４に転送される。なお、第５、第６の電極は、それぞれ第１、第２の水平転送端子３５ｈ１、３５ｈ２に接続される。

なお、電子シャッタパルスΦＳＵＢ、センサゲートパルスΦＳＧ、垂直転送パルスΦＶ、および水平転送パルスΦＨはＴＧ１２により生成され、各端子に入力される。

出力アンプ３４はキャパシタを有しており、転送された信号電荷を信号電圧に変換して出力する。

次に、図４、図５を用いてレリーズボタンを全押ししたときに開始されるレリーズ制御について、撮像素子３０における動作を中心にして説明する。図４は、露光時間Ｔｖが短く設定されている場合におけるレリーズ制御を説明するためのタイミングチャートである。図５は露光時間Ｔｖが長く設定されている場合におけるレリーズ制御を説明するためのタイミングチャートである。

レリーズボタンの全押しが検知されるときに、ＣＰＵ１４によりシーケンス制御であるレリーズ制御が開始される。レリーズボタンの全押しの検知後のタイミングｔ１において、ミラー１７が上方に開かれる。

次のタイミングｔ２において、第１〜第４の垂直転送端子３５ｖ１〜３５ｖ４への信号電荷転送用の周波数である垂直転送パルスΦＶの入力、第１、第２の水平転送端子３５ｈ１、３５ｈ２への水平転送パルスΦＨの入力、および電子シャッタ端子３５ｓｕｂへの電子シャッタパルスΦＳＵＢの入力が開始され、垂直ＣＣＤ３２、水平ＣＣＤ３３、および画素３１に蓄積された電荷が掃出される。

タイミングｔ３において、電子シャッタパルスΦＳＵＢの入力が停止され、画素３１に信号電荷が蓄積可能となる。また、タイミングｔ３において、シャッタ１８が開かれ、撮像素子３０への光学像の露光が開始される。設定された露光時間Ｔｖの経過後のタイミングｔ４において、シャッタ１８が閉じられ、撮像素子３０への光学像の露光が完了する。

撮像素子３０はインターレーススキャンを実行するように駆動され、１回の露光で生成した信号電荷は偶数フィールドおよび奇数フィールドの２回のフィールド期間に読出される。最初のフィールド期間である偶数フィールドでは、偶数行の画素３１で生成された信号電荷が撮像素子３０から読出される。次のフィールド期間である奇数フィールドでは奇数行の画素３１で生成された信号電荷が撮像素子３０から読出される。

偶数フィールドにおける信号電荷の読出しの前に、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しが実行される。露光完了と同じタイミングｔ４において、垂直転送パルスΦＶの周波数が信号電荷転送用の周波数より大きな高速掃出し用の周波数に切替えられ、垂直ＣＣＤ３２に蓄積された電荷が高速で掃出される。

電荷は垂直ＣＣＤ３２のいずれの位置においても蓄積され得る。水平ＣＣＤ３３に最も近い位置から最も離れた位置までのそれぞれの位置に蓄積される電荷を順番に水平ＣＣＤ３３に転送することにより、垂直ＣＣＤ３２の１回の高速掃出しが実行される。偶数フィールドにおける信号電荷読出し前には、高速掃出しが２回行なわれる。

なお、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出し中の水平ＣＣＤ３３の駆動パターンが、設定された露光時間Ｔｖにより変えられる。水平ＣＣＤ３２の駆動パターンを決めるために、露光時間Ｔｖと比較する閾値αが定められている。ＤＳＰ１３により、露光時間Ｔｖが閾値αと比較される。なお、閾値αはＤＳＰ１３に接続されるＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。

設定された露光時間Ｔｖが閾値α未満である場合には、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出し実行期間中にＴＧ１２における水平転送パルスΦＨの生成および送信が停止され、水平ＣＣＤ３３における電荷の転送が停止される（図４参照）。一方、設定された露光時間Ｔｖが閾値α以上である場合には、水平転送パルスΦＨの生成が停止されずに水平ＣＣＤ３３における電荷の転送が継続される（図５参照）。

２回目の高速掃出しの終了時であるタイミングｔ５では、垂直転送パルスΦＶの周波数が信号電荷転送用の周波数に戻される。周波数を信号電荷転送用の周波数に戻すことにより、転送不良を生じること無く、信号電荷が水平ＣＣＤ３３に転送可能となる。また、水平転送パルスΦＨが停止されている場合には、タイミングｔ５において水平転送パルスΦＨの生成と撮像素子３０への送信が再開される。

垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しの終了後、センサゲートパルスΦＳＧがセンサゲート端子３５ｓｇに入力される（タイミングｔ６参照）。また、第１〜第４の電極３５ｖ１〜３５ｖ４には、偶数行の画素３１の信号電荷を垂直ＣＣＤ３２に読出すパターンの垂直転送パルスΦＶが入力される。センサゲートパルスΦＳＧおよび垂直転送パルスΦＶの入力により、タイミングｔ３〜タイミングｔ４の間に偶数行の画素３１において生成され、蓄積された信号電荷が垂直ＣＣＤ３２に読出される。

偶数行の全画素３１の信号電荷の垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３による転送が完了すると偶数フィールドにおける読出しを終了する。偶数フィールドの読出し完了後、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しおよび奇数行の画素３１の信号電荷の読出しが実行される。

偶数フィールドにおける読出しの完了後（タイミングｔ７）に垂直転送パルスΦＶの周波数は高速掃出し用の周波数に切り替えられ、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しが実行される（タイミングｔ７〜タイミングｔ８）。また、偶数フィールドにおける信号電荷の読出し前と異なり、奇数フィールドにおける信号電荷の読出し前には高速掃出しは１回だけ行なわれる。

同じタイミングｔ７において、水平転送パルスΦＨの生成および送信が停止され、水平ＣＣＤ３３における電荷の転送が停止される。偶数フィールドにおける読出し前の高速掃出し時と異なり、垂直ＣＣＤ３２に蓄積される電荷量は少ないので、露光時間Ｔｖの長短にかかわらず水平ＣＣＤ３３における電荷の転送を停止可能である。

１回の高速掃出しの終了時であるタイミングｔ８では、垂直転送パルスΦＶの周波数が信号電荷転送用の周波数に戻され、高速掃出しを終了させる。また、タイミングｔ８において水平転送パルスΦＨの生成および送信が再開される。

垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しの終了後、センサゲートパルスΦＳＧがセンサゲート端子３５ｓｇに入力される（タイミングｔ９参照）。また、第１〜第４の電極３５ｖ１〜３５ｖ４には、奇数行の画素３１の信号電荷を垂直ＣＣＤ３２に読出すパターンの垂直転送パルスΦＶが入力される。センサゲートパルスΦＳＧおよび垂直転送パルスΦＶの入力により、タイミングｔ３〜タイミングｔ４の間に奇数行の画素３１において生成され、蓄積された信号電荷が垂直ＣＣＤ３２に読出される。

奇数行の全画素３１の信号電荷の垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３による転送が完了すると（タイミングｔ１０）奇数フィールドにおける読出しも終了し、１フレームの画像信号の生成および読出し、すなわち１回目の撮像を終了する。１回目の撮像を終了すると、電子シャッタ端子３５ｓｕｂへの電子シャッタパルスΦＳＵＢの入力が再開され、次のレリーズ制御が開始されるまで、画素３１に蓄積される電荷が掃出される。

次に、第１の実施形態においてＣＰＵ１４によって実行されるレリーズ制御の処理を図６のフローチャートを用いて説明する。レリーズ制御の処理はＣＰＵ１４がレリーズボタンの全押しを検知したときに開始される。

ステップＳ１００において、設定された露光時間Ｔｖを検出する。露光時間Ｔｖを検出するとステップＳ１０１に進み、通常転送を開始させる。通常転送においては、信号電荷転送用の周波数である垂直転送パルスΦＶ、水平転送パルスΦＨ、および電子シャッタパルスΦＳＵＢを撮像素子３０に送信するように、ＣＰＵ１４は光学系駆動回路２０を制御する。通常転送の開始後、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、露光処理を開始する。ミラー１７を上方に開き、シャッタ１８を設定した露光時間Ｔｖだけ開き、電子シャッタパルスΦＳＵＢを生成停止することにより、露光処理を完了する。露光処理の完了後、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しを開始させる。高速掃出しの実行開始後、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ステップＳ１００において検出した露光時間Ｔｖが閾値α未満であるか否かを判別する。露光時間Ｔｖが閾値α未満である場合には、ステップＳ１０５に進む。露光時間Ｔｖが閾値α以上である場合には、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５では、水平転送パルスΦＨの生成を停止させ、水平ＣＣＤ３３における電荷の転送を停止させる。電荷の転送の停止後であって、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しを完了すると、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３に通常転送を再開させる。すなわち、信号電荷転送用の周波数である垂直転送パルスΦＶ、および水平転送パルスΦＨを撮像素子３０に送信するように、ＣＰＵ１４はＴＧ１２を制御する。垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３の通常転送再開後、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０７では、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しの完了後に、垂直ＣＣＤ３２の通常転送を再開させる。すなわち、垂直転送パルスΦＶの周波数を信号電荷転送用の周波数に戻すように、ＣＰＵ１４はＤＳＰ１３にＴＧ１２を制御させる。垂直ＣＣＤ３２の通常転送再開後、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、偶数フィールドにおける信号電荷の転送処理を実行する。前述のように、偶数行に配置された画素３１から読出された信号電荷を、垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３を介して出力アンプ３４に転送させる。偶数行のすべての画素３１から信号電荷の転送を完了すると、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しを実行開始させる。また、水平ＣＣＤ３３における電荷の転送を停止させる。１回の高速掃出しの完了後、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０６と同様に、垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３に通常転送を再開させる。通常転送の再開後、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、奇数フィールドにおける信号電荷の転送処理を実行する。奇数行のすべての画素３１から信号電荷の転送を完了すると、レリーズ制御の処理を終了する。

以上のような第１の実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットによれば、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しの実行中に水平ＣＣＤ３３の電荷転送を停止するので、消費電力を低減化することが可能である。

なお、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しにより水平ＣＣＤ３３に電荷が蓄積される。しかし、高速掃出し完了後から画素３１から信号電荷を読出すまでの間に水平ＣＣＤ３３における電荷の転送を再開するので、水平ＣＣＤ３３に蓄積された電荷を掃出すことが可能である。

また、露光時間Ｔｖの長さに応じて垂直ＣＣＤ３２の高速掃出し中の水平ＣＣＤ３３における転送の停止と継続とを切替えるので、ノイズの除去精度が向上する。以下に、高速掃出し中の水平ＣＣＤ３３における転送の停止と継続との切り替えの効果について、より詳細に説明する。

撮像動作の高速化のために、高速掃出し完了後から画素３１からの信号電荷読出しまでの時間は一定の長さに保たれることが望ましい。そのために、高速掃出し後の水平ＣＣＤ３３に蓄積される電荷の転送期間も一定の期間に定められる。

垂直ＣＣＤ３２の高速掃出し後に水平ＣＣＤ３３に蓄積される電荷が十分に掃出されないと水平ＣＣＤ３３に電荷が残り、以後の読出される信号電荷にノイズとして混入することがある。露光時間が長くなるほど垂直ＣＣＤ３２に発生する電荷が増えるので、露光時間が長くなる程水平ＣＣＤ３３に転送される電荷の量も多くなる。そこで、露光時間が閾値α以上である場合には、水平ＣＣＤ３３における転送を停止せずに継続することにより、ノイズの除去精度が向上する。

次に本発明の第２の実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットについて説明する。第２の実施形態は、露光時間に応じた水平ＣＣＤの駆動方法が第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と異なる部位を中心に、第２の実施形態について説明する。なお、同じ機能を有する部位には、同じ符号を付す。

第２の実施形態において、ＣＰＵにより実行されるレリーズ制御以外の構成は第１の実施形態と同じである。図７、図８を用いてレリーズボタンを全押ししたときに開始されるレリーズ制御について、撮像素子３０における動作を中心にして説明する。なお、図７は露光時間Ｔｖが長く設定されている場合におけるレリーズ制御を説明するためのタイミングチャートである。図５は露光時間Ｔｖが短く設定されている場合におけるレリーズ制御を説明するためのタイミングチャートである。

レリーズボタンの全押しの検知後から撮像素子３０への露光が完了するまで（タイミングｔ１〜タイミングｔ４）は、第１の実施形態と同じ制御が実行される。第１の実施形態と同様に、露光完了後に垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しが２回行われる（タイミングｔ４〜タイミングｔ５）。

垂直ＣＣＤ３２の高速掃出し中の水平ＣＣＤ３３の駆動パターンが、設定された露光時間Ｔｖに応じて変えられる。

設定された露光時間が第１の閾値α１未満である場合には、高速掃出し期間中に水平転送パルスΦＨの生成および送信が停止され、水平ＣＣＤ３３における電荷の転送が停止される。また、設定された露光時間が第２の閾値α２（＞α１）以上である場合には、水平転送パルスΦＨは停止されること無く、露光完了後から継続的に水平ＣＣＤ３３において電荷が転送される。

設定された露光時間が第１の閾値α１以上で第２の閾値α２未満である場合には、高速掃出し開始時に、水平転送パルスΦＨの生成および送信が停止される。ただし、第１の閾値α１未満である場合と異なり、高速掃出し完了前に水平転送パルスΦＨの生成および送信が開始され、水平ＣＣＤ３３における電荷の転送が再開される。

第１の閾値α１〜第２の閾値α２の範囲において露光時間が短くなるほど、水平ＣＣＤ３３における電荷転送の再開時期が遅延される。したがって、露光時間が長くなるほど、水平ＣＣＤ３３における転送停止期間が短くなるように制御される。

例えば、図７に示すように、設定された露光時間ＴｖがＰ１である場合に露光完了時（タイミングｔ４）からｔ１’（ｍｓ）経過後に水平ＣＣＤ３３の転送を再開させる一方で、図８に示すように、設定された露光時間ＴｖがＰ１より短いＰ２である場合にｔ１’（ｍｓ）よりさらに遅延させたｔ２’（ｍｓ）後に水平ＣＣＤ３３の転送が再開される。

垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しを２回終了させると、第１の実施形態と同じく、偶数行の画素３１の信号電荷の読出し、転送が実行される（タイミングｔ６、タイミングｔ７）。また、以後のタイミングｔ７〜タイミングｔ１０においては、第１の実施形態と同じ制御が実行される。

次に、第２の実施形態においてＣＰＵ１４によって実行されるレリーズ制御の処理を図９のフローチャートを用いて説明する。レリーズ制御の処理はＣＰＵ１４がレリーズボタンの全押しを検知したときに開始される。

ステップＳ２００〜ステップＳ２０３では、第１の実施形態におけるステップＳ１００〜ステップＳ１０３と同じ処理を実行する。ステップＳ２０３において垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しを実行開始するとステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２００において検出した露光時間Ｔｖが第１の閾値α１以上であるか否かを判別する。露光時間Ｔｖが第１の閾値α１以上である場合には、ステップＳ２０５に進む。露光時間Ｔｖが第１の閾値α１未満である場合には、ステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０５では、水平転送パルスΦＨの生成を停止させ、水平ＣＣＤ３３における電荷の転送を停止させる。転送停止後ステップ２０６に進み、ステップＳ２００において検出した露光時間Ｔｖが第２の閾値α２以上であるか否かを判別する。露光時間Ｔｖが第２の閾値α２以上である場合には、ステップＳ２０７に進む。露光時間Ｔｖが第２の閾値α２未満である場合には、ステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０７では、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しの完了後に、垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３に通常転送を再開させる。垂直ＣＣＤ３２および水平ＣＣＤ３３の通常転送の再開後、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２０８では、ステップＳ２００において検出した露光時間に応じて定められる経過時間後に水平ＣＣＤ３３に通常転送を再開させる。水平ＣＣＤ３３の通常転送の再開後、ステップＳ２０９に進む。

前述のように、ステップＳ２０４において露光時間Ｔｖが第１の閾値α１未満である場合またはおよびステップＳ２０８において水平ＣＣＤ３３の通常転送の再開させた場合には、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しの完了後に垂直ＣＣＤ３２の通常転送を再開させる。垂直ＣＣＤ３２の通常転送再開後、ステップＳ２１０に進む。

以後のステップＳ２１０〜ステップＳ２１３では、第１の実施形態におけるステップＳ１０８〜ステップＳ１１１と同じ処理を実行して、偶数行の画素３１の信号電荷の転送、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出し、および奇数行の画素３１の信号電荷の転送を実行する。奇数行のすべての画素３１からの信号電荷の転送を完了すると、レリーズ制御の処理を終了する。

以上のような第２の実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットによれば、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出しの実行中に水平ＣＣＤ３３の電荷転送を停止するので、消費電力を低減化することが可能である。

また、第２の実施形態によれば、露光時間Ｔｖに応じて、垂直ＣＣＤ３２の高速掃出し中における水平ＣＣＤ３３の電荷転送の再開時期を調整するので第１の実施形態に比べて、さらに消費電力の低減化させることが可能である。

なお、第１の実施形態において露光時間が閾値α以上である場合、および第２の実施形態において露光時間が第１の閾値α１以上である場合に、垂直ＣＣＤの高速掃出しの全期間中における水平ＣＣＤの電荷転送を停止する構成であるが、高速掃出しの一部の期間において水平ＣＣＤの電荷転送を停止する構成であっても消費電力を低減化可能である。

また、第１、第２の実施形態では、露光時間に応じて垂直ＣＣＤの高速掃出し中における水平ＣＣＤの駆動パターンを変える構成であるが、変えなくてもよい。例えば、露光時間にかかわらず、高速掃出し中には水平ＣＣＤの電荷転送時間の減少または電荷転送を停止する構成であってもよい。水平ＣＣＤの駆動パターンを変えなくても、消費電力を低減化することは可能である。

また、第２の実施形態では、露光時間が短くなるほど垂直ＣＣＤの高速掃出し期間中における水平ＣＣＤの転送再開時期を遅延させる構成であるが、露光時間が短くなるほど高速掃出し期間中における水平ＣＣＤの転送時間を短縮化する構成であってもよい。例えば、水平転送パルスΦＨの生成頻度を低下させることにより累積転送時間を短縮化しても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。

また、第１、第２の実施形態では、垂直ＣＣＤ３２には第１〜第４の電極３６ａ〜３６ｄが順番に繰返すように配置される構成であるが、電極の数は４種に限られない。また、水平ＣＣＤ３３には第５、第６の電極が順番に繰返すように配置される構成であるが、電極の数は２種に限られない。

また、第１、第２の実施形態では、撮像素子３０はインターレーススキャンの２回読出しにより、信号電荷が出力アンプ３４まで転送される構成であるが、読出し回数は２回に限られず３回以上に分けて読出されてもよい。さらには、プログレッシブスキャンにより１回で読み出される構成であってもよい。

また、第１、第２の実施形態では、撮像素子３０はＣＣＤ撮像素子であるが、他の電荷転送型の撮像素子に対しても適用可能である。

本発明の第１、第２の実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットを有する一眼レフカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。 撮像素子の概略的な構成図である。 第１〜第４の電極の配置図である。 第１の実施形態において、露光時間が閾値未満である場合のレリーズ制御時に撮像素子において実行される動作のタイミングを示すタイミングチャートである。 第１の実施形態において、露光時間が閾値以上である場合のレリーズ制御時に撮像素子において実行される動作のタイミングを示すタイミングチャートである。 第１の実施形態におけるレリーズ制御の処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態において、露光時間が長く設定される場合のレリーズ制御時に撮像素子において実行される動作のタイミングを示すタイミングチャートである。 第２の実施形態において、露光時間が短く設定される場合のレリーズ制御時に撮像素子において実行される動作のタイミングを示すタイミングチャートである。 第２の実施形態におけるレリーズ制御の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 一眼レフカメラ
１２ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
１３ デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
１４ ＣＰＵ
３０ 撮像素子
３２ 垂直ＣＣＤ
３３ 水平ＣＣＤ
３５ｈ１、３５ｈ２ 第１、第２の水平転送端子
３５ｖ１〜３５ｖ４ 第１〜第４の垂直転送端子

Claims (6)

1. 受光量に応じた信号電荷を生成する複数の画素と、前記画素から読出される前記信号電荷を第１の転送信号の周波数に応じた速さで転送する第１の電荷転送路と、前記第１の電荷転送路から転送される前記信号電荷を第２の転送信号によって転送する第２の電荷転送路とを有する撮像素子を駆動する撮像素子駆動ユニットであって、
   前記信号電荷を転送させるための前記第１の転送信号である通常転送信号または前記第１の電荷転送路に残る電荷を掃出すための前記転送信号であって前記通常転送信号より周波数の大きな掃出し信号と、前記第２の転送信号とを生成して、前記撮像素子に送信する信号生成部と、
   前記第１の電荷転送路に残る前記電荷を掃出させる掃出し期間中に、前記信号生成部に前記掃出し信号および累積生成期間が前記掃出し期間より短くなるように前記第２の転送信号を生成させる第１の制御部とを備える
   ことを特徴とする撮像素子駆動ユニット。
2. 前記撮像素子への露光時間を検出する検出部を備え、
   前記検出部により検出された前記露光時間が短くなるほど、前記掃出し期間中に前記第１の制御部は前記第２の転送信号の累積生成期間を減少させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子駆動ユニット。
3. 前記第１の制御部は、前記露光時間が閾値未満である場合に前記掃出し期間中に前記第２の転送信号の生成を停止し、前記露光時間が前記閾値を越える場合に前記掃出し期間中に前記第２の転送信号を生成させることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子駆動ユニット。
4. 前記第１の制御部は、前記掃出し期間中に前記第２の転送信号の生成を停止することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子駆動ユニット。
5. 前記撮像素子に光学像を露光させることにより生成させた信号電荷を、前記信号電荷の前記第１、第２の電荷転送路による転送時期を分割したそれぞれの分割転送時期に転送させる第２の制御部を備え、
   前記第１の制御部は、初回の前記分割転送時期の直前の前記掃出し期間中に前記信号生成部に前記掃出し信号および前記累積生成期間が前記掃出し期間より短くなるように前記第２の転送信号を生成させ、２回目以降の前記分割転送時期の直前の前記掃出し期間中に前記信号生成部に前記掃出し信号の生成および前記第２の転送信号の生成停止を実行させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子駆動ユニット。
6. 受光量に応じた信号電荷を生成する複数の画素と、前記画素から読出される前記信号電荷を第１の転送信号の周波数に応じた速さで転送する第１の電荷転送路と、前記第１の電荷転送路から転送される前記信号電荷を第２の転送信号によって転送する第２の電荷転送路とを有する撮像素子と、
   前記信号電荷を転送させるための前記第１の転送信号である通常転送信号または前記第１の電荷転送路に残る電荷を掃出すための前記転送信号であって前記通常転送信号より周波数の大きな掃出し信号、および前記第２の転送信号を生成して、前記撮像素子に送信する信号生成部と、
   前記第１の電荷転送路に残る前記電荷を掃出させる掃出し期間中に、前記信号生成部に前記掃出し信号および累積生成期間が前記掃出し期間より短くなるように前記第２の転送信号を生成させる第１の制御部とを備える
   ことを特徴とする撮像装置。

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