JP2010258722A - 固体撮像装置および電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】フリッカを抑制しつつ滑らかなオートアイリスを実現する。
【解決手段】照明の発光周期の整数倍の周波数に対応する周期に等しいシャッタ速度で電子シャッタを制御する固体撮像装置１において、照明の発光周期のうちの総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するための駆動タイミング条件設定部６を有している。駆動タイミング条件設定部６により設定された駆動タイミング条件に基づいて、駆動制御信号の出力タイミングを生成する駆動タイミング生成部５と、駆動タイミング生成部５による駆動制御信号の出力タイミングに基づいて、ＣＣＤ固体撮像素子２を駆動制御するための駆動制御信号を生成する駆動信号生成部４とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像すると共に、発光に周期性がある蛍光灯などの照明装置を用いた場合に生じるフリッカのフリッカノイズ除去機能を持つ固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。

従来、ＣＣＤ型固体撮像装置により画像を撮影する場合、撮影した画像の明るさを調整するために、電子シャッタの機能を用いて受光部（フォトダイオード）に信号電荷を蓄積する時間を制御する露光方法がある。この露光方法では、被写体の明るさが明るくなるに従い、信号電荷の蓄積時間が短くなるように露光制御が為されている。

一方、被写体を照らす照明が交流電源の周期で点滅を繰り返す蛍光灯などの場合には、その交流電源が図１２に示すように所定周波数で変化したとき、その周波数変化による発光は、通常、図１３に示すようにリップル状になる。この照明で照らされる被写体を露光時間の調節だけで撮影した場合、同じ長さの露光期間を設定しても、図１４〜図１７に示すように、リップルの位置によっては露光量（図１４〜図１７のハッチング部分の面積に相当）は異なり、露光期間が例えば図１７のように短い場合には、露光期間がリップルの山側に対応するか谷側に対応するかで、この露光量の差はより顕著なものになってしまう。

ここで、従来のＣＣＤ固体撮像素子の基本構成について簡単に説明すると、図１８に示すように、一般的な従来のＣＣＤ固体撮像素子１００では、マトリクス状で行列方向に配設され、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部１０１（光電変換部）と、列方向の複数の受光部１０１毎に垂直方向に電荷転送する複数の垂直転送ＣＣＤ１０２と、複数の垂直転送ＣＣＤ１０２から電荷転送された複数の信号電荷を水平方向に電荷転送する水平転送ＣＣＤ１０３と、この水平転送ＣＣＤ１０３の先端部に設けられ、電荷転送された複数の信号電荷をそれぞれ電荷検出して増幅した各撮像信号を順次出力する出力部１０４とを有している。

上記構成により、複数の受光部１０１（光電変換部）に入射した光は、各受光部１０１で電気信号に変換して信号電荷としてそれぞれ蓄積される。蓄積が開始される以前の不要な蓄積電荷はシャッタパルスにより基板深部側に掃き捨てられてリセットされる。蓄積された信号電荷は、読み出し転送パルスにより垂直転送ＣＣＤ１０２に読み出され、垂直転送パルスにより垂直方向に垂直転送ＣＣＤ１０２を電荷転送する。

一方、水平電荷転送は、水平転送ＣＣＤ１０３によりＣＣＤ固体撮像素子１００の水平方向の画素数分以上（ＣＣＤの仕様により規定される）の回数行われて画像の１ライン分が出力部１０４に順次出力され、次の１ライン分の水平方向の電荷転送が終了すると、垂直電荷転送が行われて、再び１ライン分の水平電荷転送が行われる。この垂直転送と１ライン分の水平転送の繰り返しは、ＣＣＤの垂直画素数分以上(ＣＣＤの仕様により規定される)繰り返される。このように複数回の垂直転送と水平転送の繰り返しにより、各受光部１０１に蓄積された信号電荷が全て出力部１０４で増幅されて撮像信号として順次出力される。

以上のＣＣＤ動作における垂直転送パルス、シャッタパルスおよび読み出し転送パルスの各動作に合わせて露光量に差異が生じる様子を、図１９〜図２１を用いて詳細に説明する。

図１９〜図２１では、ＣＣＤ固体撮像素子１００の垂直画素数を読み出すために必要な垂直転送回数をＮ回（Ｎライン）とし、１画面を出力するための垂直転送を開始する直前のラインで読み出し転送パルスによりその直近のシャッタパルス以降に蓄積された信号電荷を垂直転送ＣＣＤ１０２へ読み出している。直近のシャッタパルスから読み出し転送パルスまでの期間が露光期間となる。この露光期間に応じて図１９〜図２１のように露光量（ハッチング部分）が変化する。

この露光量を少なくするには、図１９〜図２１に示すようにシャッタパルスの出力をやめるラインの位置（最終のシャッタパルスのライン位置）を調節することにより、露光期間（最後のシャッタパルスから読み出し転送パルスまでの時間）を制御することにより行うことができるが、この露光方法では、露光期間が短くなったとき、連続する画面間で露光量の差異が顕著なものとなってしまう。

ここで、図１９〜図２１ではＶＤ（垂直同期信号）を示しているが、これは１画面単位の区切りを表しており、ＣＣＤの駆動波形としては使用されないが、一般的に後段の信号処理回路（図示せず）などで１画面の区切りのタイミングを検出するために使用されている。

以上のように、この従来の露光方法で制御した場合、照明の発光周期のどこで露光するかによって、同じ露光期間だけ信号電荷の蓄積を行っても、画面の明るさに違いができて、連続して撮影した映像にちらつき（フリッカ）が発生するという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献１では、図２２〜図２４に示すように照明の発光周期の整数倍の周波数に対応する周期に等しいシャッタ速度で電子シャッタを制御することによってフリッカを抑制している。

特開平４−１３０８６６号公報

上記特許文献１に開示されている従来のフリッカ抑制方法では、図２２〜図２４に示すように電子シャッタを照明の発光周期の整数倍で変化させるため、被写体の明るさが変化しても撮影した画像が一定の明るさになるようなオートアイリス制御は困難であり、また、どんなに明るい被写体を撮影する場合でも、電子シャッタによる露光時間を、照明の発光周期の１周期より小さくできないため、ＣＣＤの受光部（光電変換部）の信号電荷がオーバーフローし、撮影した画像が白飛びしてしまい、これを防ぐにはメカ絞りやＮＤフィルタなどの機構を備える必要があった。要するに、照明の発光周期の１周期より露光時間を小さくすると、リップル状の発光周期の位置によって同じ露光期間であっても露光量に差が生じてしまう。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、フリッカを抑制しつつ滑らかなオートアイリスを実現することができるる固体撮像装置およびこの固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置は、照明の発光周期の整数倍の周波数に対応する周期に等しいシャッタ速度で電子シャッタを制御する固体撮像装置において、該照明の発光周期のうちの総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するための駆動タイミング条件設定部を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置における駆動タイミング条件設定部は、前記総露光期間または１フレームに対応した照明の複数発光周期のうちの最終１発光周期に相等する垂直方向の水平ライン数に分割された各露光期間を含む総露光量の増減を制御する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における駆動タイミング条件設定部は、入射光を撮像する複数の受光部内の蓄積電荷をリセットするためのシャッタパルスのタイミング出力を開始する水平ラインの位置と該シャッタパルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定するシャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段と、該受光部から露光期間に蓄積した信号電荷を読み出すための読み出し転送パルスのタイミング出力を開始する水平ラインの位置と該読み出し転送パルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定する読み出し転送パルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段と、水平１ライン期間内での読み出し転送パルスの位置を設定する読み出し転送パルス位置設定手段とを有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記シャッタパルスの出力から前記読み出し転送パルスの出力の期間を露光期間とする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるシャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段は、次のフレームの垂直転送パルスの出力が始まる直前の水平ラインから照明の発光周期の１周期に相当する水平ライン数Ｌだけ遡る位置を前記シャッタパルスのスタート位置に設定し、該シャッタパルスの終了位置を、該水平ライン数Ｌの整数倍だけ該スタート位置からさらに遡る位置に設定する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるシャッタパルスの終了位置は画面が暗いほど前方に位置し、画面が明るいほど後方に位置するように設定する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における読み出し転送パルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段は、前記読み出し転送パルス出力開始ライン位置を、１フレーム中の複数の露光期間のうちの長い露光期間の終了位置とし、前記読み出し転送パルス出力終了ライン位置を、該１フレーム中の最終１発光周期に相等する複数の短い露光期間の終了位置とする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における読み出し転送パルス位置設定手段は、水平１ライン期間内において、画面の明るさに応じて、前記読み出し転送パルスの位置を設定制御して前記シャッタパルスの出力位置から該読み出し転送パルスの位置の露光期間の増減を制御する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における駆動タイミング条件設定部は、１フレームを構成する垂直方向の水平ライン数Ｆを設定する垂直ライン数設定手段と、前記受光部から読み出された信号電荷を電荷転送するための垂直転送パルスのタイミング出力を開始する水平ラインの位置と該垂直転送パルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定する垂直転送パルス開始ラインおよび終了ライン位置設定手段とを更に有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における垂直ライン数設定手段は、撮像領域およびＯＢ領域を含む全水平ライン数Ｎ、照明の１発光周期に相等する水平ライン数Ｌとした場合に、前記１フレームを構成する水平ライン数Ｆ≧Ｎ＋Ｌを満足するように該水平ライン数Ｆを設定する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における１フレームを構成する水平ライン数Ｆは、前記撮像領域およびＯＢ領域を含む全水平ライン数Ｎの２倍に設定されている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における読み出し転送パルスを出力するタイミング期間中は前記垂直転送パルスを出力しないように制御が為されている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記駆動タイミング条件設定部により設定された駆動タイミング条件に基づいて、駆動制御信号の出力タイミングを生成する駆動タイミング生成部と、該駆動タイミング生成部による駆動制御信号の出力タイミングに基づいて、固体撮像素子を駆動制御するための駆動制御信号を生成する駆動信号生成部とを有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における駆動制御信号は、読み出し転送パルス、垂直転送パルスおよびシャッタパルスのうちの少なくとも露光制御を行う該読み出し転送パルスおよび該シャッタパルスである。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、マトリクス状で行列方向に配設され、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部と、列方向の複数の受光部毎に、当該複数の受光部から読み出し転送パルスにより読み出された各信号電荷を、垂直転送パルスにより垂直方向に電荷転送する複数の垂直転送ＣＣＤと、該複数の垂直転送ＣＣＤから電荷転送された複数の信号電荷を水平方向に電荷転送する水平転送ＣＣＤと、該水平転送ＣＣＤの先端部に設けられ、電荷転送された複数の信号電荷をそれぞれ順次電荷検出して増幅した各撮像信号を順次出力する出力部とを有する。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

本発明においては、照明の発光周期の整数倍の周波数に対応する周期に等しいシャッタ速度で電子シャッタを制御するものであり、照明の発光周期のうちの、総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するための駆動タイミング条件設定部が設けられている。この場合、総露光期間または１フレームに対応した照明の複数発光周期のうちの最終１発光周期に相等する垂直方向の水平ライン数に分割された各露光期間を含む総露光量の増減を制御する。

これによって、照明の発光周期のうちの、総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するので、画面が明るくなっても、リップル状の発光周期を複数に分割した複数の短い露光期間毎に露光制御が可能となって、照明の発光周期の整数倍を維持しつつ、照明の発光周期の１周期より小さく設定することが可能となることから、フリッカを抑制しつつ滑らかなオートアイリスを実現することが可能となる。

以上により、本発明によれば、照明の発光周期のうちの、総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するため、画面が更に明るくなっても、リップル状の発光周期を複数に分割した複数の短い露光期間毎に露光制御ができて、照明の発光周期の整数倍を維持しつつ、照明の発光周期の１周期より小さく設定することができることから、フリッカを抑制しつつ滑らかなオートアイリスを実現することができる。

本発明の実施形態１における固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。 図１の固体撮像装置による発光３周期露光期間大の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 図１の固体撮像装置による発光３周期露光期間中の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 図１の固体撮像装置による発光３周期露光期間小の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 図１の固体撮像装置による発光２周期露光期間大の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 図１の固体撮像装置による発光２周期露光期間中の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 図１の固体撮像装置による発光２周期露光期間小の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 図１の固体撮像装置による発光１周期露光期間大の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 図１の固体撮像装置による発光１周期露光期間中の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 図１の固体撮像装置による発光１周期露光期間小の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 交流電源の周期を示す図である。 交流電源による照明の発光の様子を示す図である。 照明の発光に対する露光期間１とその露光量を示す図である。 照明の発光に対する露光期間２とその露光量を示す図である。 照明の発光に対する露光期間３とその露光量を示す図である。 照明の発光に対する露光期間４とその露光量を示す図である。 従来のＣＣＤ固体撮像素子の基本構成を模式的に示すブロック図である。 従来のＣＣＤ固体撮像素子による露光期間大の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 従来のＣＣＤ固体撮像素子による露光期間中の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 従来のＣＣＤ固体撮像素子による露光期間小の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 特許文献１に開示されている電子シャッタを用いた従来のＣＣＤ固体撮像素子による露光期間大の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 特許文献１に開示されている電子シャッタを用いた従来のＣＣＤ固体撮像素子による露光期間中の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。 特許文献１に開示されている電子シャッタを用いた従来のＣＣＤ固体撮像素子による露光期間小の露光制御のタイミングを示す信号波形図である。

以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態１および、この固体撮像装置の実施形態１を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態２について図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。

図１において、本実施形態１の固体撮像装置１は、電子シャッタ機能を有するＣＣＤ固体撮像素子２と、ＣＣＤ固体撮像素子２からの出力信号としての撮像信号を所定の画像処理をしてカラー画像信号を得る信号処理部３と、ＣＣＤ固体撮像素子２を駆動制御するための駆動制御信号を生成する駆動信号生成部４と、その駆動信号生成部４を制御して駆動制御信号の出力タイミングを生成するための駆動タイミング生成部５と、照明の発光周期のうちの最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光期間を制御するための駆動タイミング条件設定部６とを有し、照明の発光周期の整数倍の周波数に対応する周期に等しいシャッタ速度で電子シャッタを制御する。

駆動タイミング条件設定部６は、１画面を構成する垂直方向の水平ライン数Ｆを設定する垂直ライン数設定手段６１と、垂直転送パルスタイミングの出力を開始する水平ラインの位置と垂直転送パルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定する垂直転送パルス開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６２と、シャッタパルスのタイミング出力を開始する水平ラインの位置とシャッタパルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定するシャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６３と、読み出し転送パルスのタイミング出力を開始する水平ラインの位置と読み出し転送パルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定する読み出し転送パルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６４と、水平１ライン期間内での読み出し転送パルスの位置を設定する読み出し転送パルス位置設定手段６５とを有し、総露光期間に対応した照明の複数発光周期のうち最後の１発光周期に相等する水平ライン数に分割された各露光期間を含む総露光量の増減を制御する。

垂直ライン数設定手段６１は、図２に示すように、撮像領域およびＯＢ領域を含む全水平ライン数Ｎ、照明の１発光周期に相等する垂直方向の水平ライン数Ｌとした場合に、１画面（１フレーム）を構成する水平ライン数Ｆ≧Ｎ＋Ｌを満足するように設定している。即ち、垂直ライン数設定手段６１は、１画面を構成する水平ライン数をＣＣＤがその１画面分の画像データ（撮像領域およびＯＢ領域を含む全水平ライン数Ｎ）を出力するのに必要な垂直転送回数と、照明発光の１周期時間に相当する水平ライン数Ｌとの合計よりも大きくなるように設定している。ここでは、１フレーム期間における垂直転送パルス数である水平ライン数（垂直方向の水平ライン数）を倍に設定している。

垂直転送パルス開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６２は、図２に示すように、垂直同期信号ＶＤの立下りのタイミングが垂直転送パルスの出力開始タイミングであり、次の垂直同期信号ＶＤ（ここでは無出力）の立下りのタイミングが垂直転送パルスの出力終了タイミングである。垂直転送パルス開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６２は、垂直転送パルスが１画面の始まりからＣＣＤ固体撮像素子２の全垂直画素数を読み出すために必要な回数（全水平ライン数Ｎ）だけ出力されるように設定されている。ここでは、垂直転送パルスの出力終了タイミングは１フレーム期間の中間位置である。

シャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６３は、シャッタパルス出力終了ライン位置が、露光期間の開始位置になり、シャッタパルス出力開始ライン位置が、最後の１発光周期に相等する総露光量制御期間の開始位置になっている。この場合、シャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６３は、シャッタパルスが１画面分のＣＣＤの信号電荷を順次出力するための垂直電荷転送の開始から照明の発光周期の１周期分前に相当するライン位置までを除くライン位置から出力を開始し、次の画面の垂直電荷転送が開始されるライン位置から照明の発光周期の整数倍周期分前のライン位置で出力を終了するように設定している。シャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６３は、次の画面の垂直転送パルスの出力が始まる直前のラインから照明の発光周期の１周期に相当するライン数Ｌだけ遡る位置をシャッタパルスのスタート位置に設定し、シャッタパルスの終了位置（露光期間開始位置）を、このスタート位置または、照明の発光周期の１周期に相当するライン数Ｌの整数倍だけさらに遡る位置に設定することとし、シャッタパルスの終了位置は画面が暗いほど前方に位置し、画面が明るいほど後方に位置するように設定する。

読み出し転送パルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段６４は、読み出し転送パルス出力開始ライン位置を、複数の露光期間のうちの長い露光期間の終了位置とし、読み出し転送パルス出力終了ライン位置を、最後の１発光周期に相等する複数の短い露光期間の終了位置であって総露光期間の終了位置としている。この場合、読み出し転送パルスは、１画面分のＣＣＤの信号電荷を順次出力するための垂直転送開始から照明の発光周期の１周期分前の期間に相当する水平ライン位置からのみ出力されるように設定されている。即ち、読み出し転送パルスが１画面の最後のラインから照明の１発光周期分に相当するライン回数Ｌだけ出力されるように設定している。読み出し転送パルスを出力するタイミング期間中は垂直転送パルスを出力しないように制御が為されている。このように、１画面中で読み出し転送パルスが出力される期間では垂直転送が行われないように制御することにより、垂直転送をしない期間は信号電荷を保持する目的でも垂直転送部を使用することができる。よって、露光期間は、シャッタパルス出力終了ライン位置から読み出し転送パルス出力開始ライン位置の期間である。また、この読み出し転送パルス出力終了ライン位置である総露光量制御期間の終了位置は、次の垂直同期信号ＶＤの立下りタイミングに略対応している。

読み出し転送パルス位置設定手段６５は、水平１ライン期間内における読み出し転送パルスの位置を設定制御してシャッタパルス出力位置からの各露光期間の増減を制御することができる。即ち、読み出し転送パルス位置設定手段１０は、読み出し転送パルスの位置を１ラインの時間のどこに設定するかを画面の明るさに応じて制御し、画面が明るいほど手前（前方の位置）に設定し、画面が暗いほど後ろ（後方の位置）に設定する。

以下に、上記構成により、本実施形態１の固体撮像装置１の動作について詳細に説明する。

まず、被写体からの入射光はレンズ１１を通してＣＣＤ固体撮像素子２の撮像領域に集光されて入射する。この入射光は、各受光部（光電変換部）で電気信号に変換されて各画素毎の信号電荷として蓄積される。蓄積が開始される以前の不要な電荷はシャッタパルスによって基板深部側へと掃き捨てられて蓄積電荷がリセットされる。

次に、シャッタパルス出力後（露光期間後）に蓄積された信号電荷は、読み出し転送パルスによって各受光部（光電変換部）から垂直転送部側に読み出され、垂直転送パルスにより垂直方向に順次電荷転送される。

さらに、複数の垂直転送部による垂直電荷転送後の水平電荷転送は、ＣＣＤ固体撮像素子２の水平方向の画素数分以上（ＣＣＤの仕様により規定される）の回数行われ、画像の１ライン分が出力され、１ライン分の電荷転送が終了すると、次の垂直電荷転送が行われ、再び１ライン分の水平電荷転送が行われる。このような垂直電荷転送と、１ライン分の水平電荷転送との繰り返しがＣＣＤの垂直画素数分以上（ＣＣＤの仕様により規定される)繰り返される。

続いて、複数回の垂直電荷転送と水平電荷転送との繰り返しによって、各受光部（光電変換部）に蓄積された信号電荷が全て電荷検出部としての出力部で増幅されて各画素毎の撮像信号としてそれぞれ順次出力する。

このように、各画素毎の信号電荷の蓄積、信号電荷の読み出し、信号電荷の垂直電荷転送、１ライン分の水平電荷転送さらに増幅出力の一連の動作が繰り返されることにより、画素毎の撮像信号が連続的にチップ外部に順次出力される。

ここで、本実施形態１の固体撮像装置１の駆動タイミング生成部５および駆動タイミング条件設定部６を使用した一連の露光制御例を図６を起点として、明るさに応じて図２〜図１０の露光制御範囲で変化させる場合を例に取って以下詳細に説明する。

シャッタパルス出力終了位置を、次の画面の垂直転送パルスの出力が始まる直前から２Ｌライン手前に遡って設定し、読み出し転送パルスの出力位置を各ライン間のほぼ中央に位置させている。この状態での露光量は図６のハッチング部分で示した面積に相当し、照明の発光周期の約１．５回分の露光量となる。このとき、整数に満たない分 即ち０．５に相当する分については、照明の１発光周期中のＣＣＤ駆動の１ライン時間の精度毎に約１．５回分の露光量の割合で露光される。

この状態で取り込んだ画像が暗すぎるかまたは、照明がさらに暗い方向に変化したときには、図５に示すように、まず、読み出し転送パルスの出力位置を各ライン間の期間内で更に後方へ移動させることにより、照明の発光周期の一回分に満たない分の露光量を増加させ、露光量を照明の発光周期の２回分に徐々に近づけて増やすことができる。

さらに、画像が暗すぎるかまたは、照明がさらに暗い方向に変化したときには、図４に示すように、シャッタパルスの出力終了位置を、Ｌライン手前に変更し、次の画面の垂直転送パルスの出力が始まる直前から３Ｌライン手前とし、読み出し転送パルスの出力位置を各ライン間の一番手前の位置に設定する。この状態での露光量は図４のハッチング部分で示した面積に相当し、照明の発光周期の約２回分よりも多少多い露光量となっている。

さらに、画像が暗すぎるかまたは照明がさらに暗い方向に変化したときには、図３、さらに図２に示すように、読み出し転送パルスの出力位置を徐々に各ラインの後方側の位置になるように制御をすればよい。図３の露光量は、照明の発光周期の約２.５回分の露光量となり、さらに、図２の露光量は、照明の発光周期の約３回分の露光量となる。

一方、図６の状態で取り込んだ画像が明る過ぎるかまたは、照明がさらに明るい方向に変化したときには、図７に示すように、まず、読み出し転送パルスの出力位置を各ラインの期間内で手前へ移動させることにより、照明の発光周期の一回分に満たない分の露光量に減少させ、露光量を照明の発光周期の１回分に徐々に近づける。さらに、画像が明る過ぎるかまたは照明がさらに明るい方向に変化したときには、図８に示すように、シャッタパルスの出力終了位置を、Ｌライン後ろに変更し、次の画面の垂直転送パルスの出力が始まる直前からＬライン手前とし（こうすることにより、この例ではシャッタパルスが出力され続けることになる）、読み出し転送パルスの位置を各ラインの一番後方の位置に設定する。図８の露光量は、照明の発光周期の約１回分の露光量となっている。

さらに、画像が明る過ぎるかまたは照明がさらに明るい方向に変化したときには、図９、さらに図１０に示すように、読み出し転送パルスの出力位置を徐々に各ラインの手前位置になるように制御する。

このようにすることにより、露光時間は照明発光周期の整数倍としてフリッカを抑えつつ、露光量は照明の発光周期の整数倍という制限なく制御できる。

以上により、本実施形態１によれば、照明の発光周期の整数倍の周波数に対応する周期に等しいシャッタ速度で電子シャッタを制御する固体撮像装置１において、照明の発光周期のうちの総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するための駆動タイミング条件設定部６を有している。駆動タイミング条件設定部６により設定された駆動タイミング条件に基づいて、駆動制御信号の出力タイミングを生成する駆動タイミング生成部５と、駆動タイミング生成部５による駆動制御信号の出力タイミングに基づいて、ＣＣＤ固体撮像素子２を駆動制御するための駆動制御信号を生成する駆動信号生成部４とを有している。

このように、照明の発光周期のうちの、総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するため、画面が更に明るくなっても、リップル状の発光周期を複数に分割した複数の短い露光期間毎に露光制御ができて、照明の発光周期の整数倍を維持しつつ、照明の発光周期の１周期より小さく設定することができることから、従来のＣＣＤを用いて、その駆動方法を変えることにより、フリッカを抑制しつつ滑らかなオートアイリスを実現することができる。

（実施形態２）
図１１は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図１１において、本実施形態２の電子情報機器９０は、上記実施形態１の固体撮像装置１と、この固体撮像装置１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９１と、この固体撮像装置１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段９２と、この固体撮像装置１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段９３と、この固体撮像装置１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力手段９４とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置１の他に、メモリ部９１と、表示手段９２と、通信手段９３と、プリンタなどの画像出力手段９４とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。

この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。

したがって、本実施形態２によれば、この固体撮像装置１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段９４により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９１に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。

なお、本実施形態１では、特に説明しなかったが、照明の発光周期の整数倍の周波数に対応する周期に等しいシャッタ速度で電子シャッタを制御する固体撮像装置１において、照明の発光周期のうちの総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するための駆動タイミング条件設定部６を有している。これによって、画面が更に明るくなっても、リップル状の発光周期を複数に分割した複数の短い露光期間毎に露光制御ができて、照明の発光周期の整数倍を維持しつつ、照明の発光周期の１周期より小さく設定することができることから、フリッカを抑制しつつ滑らかなオートアイリスを実現することができる本発明の目的を達成することができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像すると共に、その発光に周期性がある照明装置を用いた場合に生じるフリッカのフリッカノイズ除去機能を持つ固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、照明の発光周期のうちの、総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するため、画面が更に明るくなっても、リップル状の発光周期を複数に分割した複数の短い露光期間毎に露光制御ができて、照明の発光周期の整数倍を維持しつつ、照明の発光周期の１周期より小さく設定することができることから、フリッカを抑制しつつ滑らかなオートアイリスを実現することができる。

１ 固体撮像装置
２ ＣＣＤ固体撮像素子
３ 信号処理部
４ 駆動信号生成部
５ 駆動タイミング生成部
６ 駆動タイミング条件設定部
６１ 垂直ライン数設定手段
６２ 垂直転送パルス開始ラインおよび終了ライン位置設定手段
６３ シャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段
６４ 読み出し転送パルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段
６５ 読み出し転送パルス位置設定手段
Ｆ １画面（１フレーム）を構成する水平ライン数
Ｎ 撮像領域およびＯＢ領域を含む全水平ライン数
Ｌ 照明の１発光周期に相等する水平ライン数
ＶＤ 垂直同期信号
９０ 電子情報機器
９１ メモリ部
９２ 表示手段
９３ 通信手段
９４ 画像出力手段

Claims (16)

1. 照明の発光周期の整数倍の周波数に対応する周期に等しいシャッタ速度で電子シャッタを制御する固体撮像装置において、該照明の発光周期のうちの総露光期間または１フレーム中の最終１発光周期に対して複数に分割された各露光期間を含む総露光量を制御するための駆動タイミング条件設定部を有する固体撮像装置。
2. 前記駆動タイミング条件設定部は、前記総露光期間または１フレームに対応した照明の複数発光周期のうちの最終１発光周期に相等する垂直方向の水平ライン数に分割された各露光期間を含む総露光量の増減を制御する請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記駆動タイミング条件設定部は、入射光を撮像する複数の受光部内の蓄積電荷をリセットするためのシャッタパルスのタイミング出力を開始する水平ラインの位置と該シャッタパルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定するシャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段と、該受光部から露光期間に蓄積した信号電荷を読み出すための読み出し転送パルスのタイミング出力を開始する水平ラインの位置と該読み出し転送パルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定する読み出し転送パルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段と、水平１ライン期間内での読み出し転送パルスの位置を設定する読み出し転送パルス位置設定手段とを有する請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記シャッタパルスの出力から前記読み出し転送パルスの出力の期間を露光期間とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記シャッタパルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段は、次のフレームの垂直転送パルスの出力が始まる直前の水平ラインから照明の発光周期の１周期に相当する水平ライン数Ｌだけ遡る位置を前記シャッタパルスのスタート位置に設定し、該シャッタパルスの終了位置を、該水平ライン数Ｌの整数倍だけ該スタート位置からさらに遡る位置に設定する請求項３に記載の固体撮像装置。
6. 前記シャッタパルスの終了位置は画面が暗いほど前方に位置し、画面が明るいほど後方に位置するように設定する請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 前記読み出し転送パルス出力開始ラインおよび終了ライン位置設定手段は、前記読み出し転送パルス出力開始ライン位置を、１フレーム中の複数の露光期間のうちの長い露光期間の終了位置とし、前記読み出し転送パルス出力終了ライン位置を、該１フレーム中の最終１発光周期に相等する複数の短い露光期間の終了位置とする請求項３に記載の固体撮像装置。
8. 前記読み出し転送パルス位置設定手段は、水平１ライン期間内において、画面の明るさに応じて、前記読み出し転送パルスの位置を設定制御して前記シャッタパルスの出力位置から該読み出し転送パルスの位置の露光期間の増減を制御する請求項３に記載の固体撮像装置。
9. 前記駆動タイミング条件設定部は、１フレームを構成する垂直方向の水平ライン数Ｆを設定する垂直ライン数設定手段と、前記受光部から読み出された信号電荷を電荷転送するための垂直転送パルスのタイミング出力を開始する水平ラインの位置と該垂直転送パルスのタイミング出力を終了する水平ラインの位置を設定する垂直転送パルス開始ラインおよび終了ライン位置設定手段とを更に有する請求項３に記載の固体撮像装置。
10. 前記垂直ライン数設定手段は、撮像領域およびＯＢ領域を含む全水平ライン数Ｎ、照明の１発光周期に相等する水平ライン数Ｌとした場合に、前記１フレームを構成する水平ライン数Ｆ≧Ｎ＋Ｌを満足するように該水平ライン数Ｆを設定する請求項９に記載の固体撮像装置。
11. 前記１フレームを構成する水平ライン数Ｆは、前記撮像領域およびＯＢ領域を含む全水平ライン数Ｎの２倍に設定されている請求項１０に記載の固体撮像装置。
12. 前記読み出し転送パルスを出力するタイミング期間中は前記垂直転送パルスを出力しないように制御が為されている請求項９に記載の固体撮像装置。
13. 前記駆動タイミング条件設定部により設定された駆動タイミング条件に基づいて、駆動制御信号の出力タイミングを生成する駆動タイミング生成部と、該駆動タイミング生成部による駆動制御信号の出力タイミングに基づいて、固体撮像素子を駆動制御するための駆動制御信号を生成する駆動信号生成部とを有する請求項１に記載の固体撮像装置。
14. 前記駆動制御信号は、読み出し転送パルス、垂直転送パルスおよびシャッタパルスのうちの少なくとも露光制御を行う該読み出し転送パルスおよび該シャッタパルスである請求項１３に記載の固体撮像装置。
15. マトリクス状で行列方向に配設され、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部と、列方向の複数の受光部毎に、当該複数の受光部から読み出し転送パルスにより読み出された各信号電荷を、垂直転送パルスにより垂直方向に電荷転送する複数の垂直転送ＣＣＤと、該複数の垂直転送ＣＣＤから電荷転送された複数の信号電荷を水平方向に電荷転送する水平転送ＣＣＤと、該水平転送ＣＣＤの先端部に設けられ、電荷転送された複数の信号電荷をそれぞれ順次電荷検出して増幅した各撮像信号を順次出力する出力部とを有する請求項１に記載の固体撮像装置。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。

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