JP4094123B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像素子から画素信号を取り出して静止画を記録したり、動画処理を行う撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の撮像装置に用いられる撮像素子は、従来種々のものが提案されており、例えば、図１４に模式的に示すように、縦型オーバーフロードレイン構造をもつインターライン形ＣＣＤの固体撮像素子が知られている。このＣＣＤは、水平方向および垂直方向に二次元的に配列され、光の入射により電荷の蓄積を行うフォトダイオード２１と、このフォトダイオード２１に蓄積された電荷をトランスファーゲート２２を介して受け取った後に、垂直方向に順次転送する垂直シフトレジスタ２３と、この垂直シフトレジスタ２３により転送される電荷を水平方向に順次転送する水平シフトレジスタ２４と、この水平シフトレジスタ２４の出力信号を増幅して出力する信号検出器２５とを有している。
【０００３】
このようなＣＣＤは、近年の微細加工技術の進歩に伴って高画素化が進んでいることから、最近では高画素数のＣＣＤを内蔵する種々の撮像装置が提案されている。しかしながら、例えば、電子スチールカメラのような携帯用の撮像装置においては、高画素数のＣＣＤを用いても、消費電力やコスト等の観点から、ＣＣＤの駆動周波数をあまり高くできず、一般には２０ＭＨｚ以下で駆動するようにしている。したがって、例えば、１００万画素相当のＣＣＤを用いた場合には、毎秒１０〜１５フレーム程度のコマ数しか得られないことになる。
【０００４】
しかし、この程度のコマ数では、例えば、撮像装置にＣＣＤで撮像した動画像を表示する液晶表示装置を設ける場合や、ＣＣＤからの動画データを用いてオートフォーカス制御（ＡＦ）、自動露出制御（ＡＥ）、オートホワイトバランス制御（ＡＷＢ）等の処理を行う場合には、不都合が生じることになる。
【０００５】
すなわち、液晶表示装置に動画像を表示する場合には、毎秒６０コマ程度の画像データを供給しないと良好な動画像を表示することができない。そこで、従来は、ＣＣＤからの画像データを記憶するメモリを設け、このメモリに記憶された同一フレームのデータを、例えば１／６０秒のフレーム周期で複数回繰り返し読み出して液晶表示装置に供給して表示するようにしている。したがって、この場合には、ＣＣＤから毎秒１０コマの割合で画像データが得られるとすると、同一コマの画像が６回繰り返し表示されることになる。しかし、このように表示用にコマ数を調整するためだけに、高価なメモリを設けるのは、コスト的に不利となる。
【０００６】
また、電子スチールカメラのように静止画の撮影を行う場合には、シャッタチャンス等を逃さないことが重要であるが、そのためには上記のＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の処理を高速で行う必要がある。しかし、毎秒１０コマ程度の画像データしか得られないと、例えば、ＡＦにおいては、１コマ分の画像データを用いて必ず合焦させることができるとは限らず、複数コマを用いてＡＦ動作を行うことになるため、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の処理を順次に行ったのでは、処理に長時間を要し、制御が間に合わなくなる場合がある。そこで、従来は、これらの処理を同時に平行して行うか、あるいは上述したようなメモリを設けて画像データを記憶することにより、これらの処理を順次行うようにしている。しかし、前者のようにＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の処理を同時に平行して行う場合には、回路規模が大きくなると共に、コスト的に不利となり、また後者のように処理用のためにメモリを設けることもコスト的に不利となる。
【０００７】
このような不具合を解決する方法として、上記のように液晶表示装置に動画像を表示したり、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の処理を行う動画処理モードでは、ＣＣＤの水平画素ラインを間引きして読み出しすることが提案されている。しかし、全画素を読み出してカラー画像信号を得るＣＣＤの場合には、一般に、図１５に示すように、奇数ラインが、例えば赤（Ｒ）と緑（Ｇ）との繰り返しパターン、偶数ラインが、例えばＧと青（Ｂ）との繰り返しパターンからなるベイヤー配列の色差線順次形式の色フィルタが用いられるため、間引き読み出しによって、例えば奇数ラインのみを読み出すとＢの色信号が欠落し、また偶数ラインのみを読み出すとＲの色信号が欠落することになる。このため、特に、液晶表示装置に表示する場合に、正確なカラー画像を表示できなくなるという問題が生じることになる。
【０００８】
そこで、本出願人は、上述した種々の問題点を解決し、高い駆動周波数を用いることなく、動画処理モードにおいて固体撮像素子から単位時間当たりに多くのコマ数の画像信号が得られる撮像装置を既に提案している（特願平９−７８３１号）。この撮像装置では、動画処理モードでの固体撮像素子の画面を、例えば図１６に示すように、画面中央部の垂直方向に一部連続する第ｊ＋１ラインから第ｊ＋ｋラインまでのｋライン（例えば、全ライン数のほぼ４０％）を有効出力エリア、その前後の第１ラインから第ｊラインまでを掃き出しエリアＡ、第ｊ＋ｋ＋１ラインから最終Ｌラインまでを掃き出しエリアＢと予め定め、図１７に示すように、各フレームについて、有効出力エリア（有効領域）では、該有効領域に蓄積された信号電荷を、実効的水平走査期間内に掃き出しエリアＡおよびＢ（不要領域）におけるよりも粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出し、不要領域では、該不要領域に蓄積された信号電荷を、実効的水平走査期間内に有効領域におけるよりも密な頻度で転送するようなタイミングで高速に垂直転送して掃き出すことにより、所望のフレーム周期Ｔ′、例えば１／６０秒周期で、有効出力エリアの動画データを得るようにしている。したがって、この場合、掃き出しエリアＡおよびＢのそれぞれのライン数を例えば同じとして、その不要電荷の掃き出し時間をｔH ′、有効出力エリアの読み出し時間をｔR ′とすると、Ｔ′＝２・ｔH ′＋ｔR ′となる。
【０００９】
図１８は、この動画処理モードにおける固体撮像素子の電荷の読み出しおよび掃き出し動作を示すタイミングチャートである。ここでは、固体撮像素子として、図１４に示した縦型オーバーフロードレイン構造をもつインターライン形ＣＣＤを用いている。なお、図１８において、垂直同期信号ＶＤは、一つの画像を表す信号（ここでは１フレーム）を得るための所定の単位期間Ｔ、例えば１／６０秒を規定するパルス列である。トランスファーゲートパルスＴＧＰは、フォトダイオード２１に蓄積された電荷を垂直シフトレジスタ２３に転送するタイミングを決めるパルスで、垂直同期信号ＶＤに同期してトランスファーゲート２２に印加される。
【００１０】
また、サブパルスＳＵＢは、フォトダイオード２１に発生した電荷を基板縦方向に排出するためのパルスであり、このサブパルスＳＵＢが出力されている間は電荷の排出が行われるようになっている。したがって、フォトダイオード２１に電荷が蓄積されるのは、このサブパルスＳＵＢが停止している期間ｔｓで、この蓄積時間ｔｓを制御することにより、実効的露出時間を制御するいわゆる素子シャッタを実現している。なお、この蓄積時間ｔｓは、動画データを用いるＡＥ制御によって決定され、その時間はサブパルスＳＵＢを計数することによって計測される。
【００１１】
垂直シフトレジスタ転送パルスＶＴは、垂直シフトレジスタ２３内の電荷を水平シフトレジスタ２４側へ順次転送させるためのパルスである。本出願人が先に提案した撮像装置では、この垂直シフトレジスタ転送パルスＶＴを、図１６および図１７に示す掃き出しエリアＡおよびＢの電荷の掃き出しにおいては、有効出力エリアの電荷の転送における場合とは異なった形態で印加するようにしている。すなわち、有効エリアに対応する期間中は、所定パルス幅の転送パルスを所定の繰り返し周波数で一定期間印加した後、所定期間転送パルスの印加を休止するように、転送パルスの印加期間と休止期間とを交互に繰り返す形態で信号電荷の転送を行い、掃き出しエリアＡおよびＢに対応する期間中は、同じパルス幅および繰り返し周波数の転送パルスを上記の休止期間を俟つことなく定常的に印加することによって、不要電荷を高速で掃き出して廃棄する。なお、この垂直シフトレジスタ転送パルスＶＴは、有効出力エリアの電荷の転送においては、水平シフトレジスタ２４における図示しない水平ブランキング期間に同期させる必要があるが、掃き出しエリアＡおよびＢの電荷の掃き出しにおいては、その電荷は情報として使用しない不要な電荷であるので、必ずしも水平ブランキング期間に同期させる必要はない。
【００１２】
このようにして、動画処理モードでは、掃き出しエリアＡおよびＢの不要電荷を高速で掃き出して廃棄することにより、所望のフレーム周期Ｔ′で有効出力エリアの動画データ（図１８のＣＣＤ信号）を得るようにしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、本出願人の先の提案に係る撮像装置によれば、動画処理モードでは、ＣＣＤの全ラインを所定の読み出し周波数で順次走査して画像信号を読み出す場合に比べて、フレームレートを（全ライン数）／ｋ倍に向上することができるので、高い駆動周波数を用いることなく、ＣＣＤから単位時間当たりに多くのコマ数の画像信号を得ることができる。したがって、従来のように表示用として高価なメモリを用いることなく、液晶表示装置に良好な動画を表示することができるので、コスト的に有利となる。また、動画データを用いてＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う場合でも、それらの処理をメモリを用いることなく順次行うことが可能となるので、回路規模の面でも、コスト面でも有利となる。
【００１４】
しかしながら、本発明者らによる種々の検討によれば、上述した本出願人の先の提案に係る撮像装置には、以下に説明するような改良すべき点があることが判明した。すなわち、上述した撮像装置では、動画処理モードにおけるＣＣＤの有効領域（有効出力エリア）および不要領域（掃き出し領域ＡおよびＢ）を予め設定して、不要領域の電荷を高速掃き出しすることによりフレームレートの向上を図っている。このため、例えば、被写体が高輝度で、図１８に示すように、ＣＣＤへの電荷蓄積開始からその蓄積電荷（ＣＣＤ蓄積レベル）が適正レベルＶｔに達するまでの適正蓄積時間ｔｓが短時間の場合（高速シャッタ時）でも、有効領域の読み出し時間ｔR ′でフレーム周期Ｔ′がほぼ決定されることになるため、それ以上フレームレートを向上させることができないことになる。これは、ＣＣＤの画素数の増大に伴って、より顕著となる。また、被写体が低輝度の場合には、図１９に示すように、ＣＣＤ蓄積レベルが適正レベルＶｔに達するまでの適正蓄積時間ｔｓ″が長くなり、その蓄積時間ｔｓ″でフレーム周期Ｔ″がほぼ決定されるため、そのフレーム周期Ｔ″が所望のフレーム周期Ｔ′よりも長くなってしまい、フレームレートが低下することになる。
【００１５】
このようなことから、特に、被写体の静止画像を連続的に撮影する連写モードや、被写体像をＣＣＤ受光面上に連続的にオートフォーカスさせるコンティニュアンスＡＦモードや、被写体が動体の場合において、フレームレートを更に向上させて、レリーズ動作からのタイムラグ（レリーズタイムラグ）を減少させようとしても、十分対処することができず、満足な操作性を得ることができないことになる。
【００１６】
この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、レリーズタイムラグを十分減少でき、操作性を向上できるよう適切に構成した撮像装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
画素信号を読み出し可能な撮像素子と、
前記撮像素子の有効領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出す読み出しモードと、前記撮像素子の不要領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に密な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して掃き出す掃き出しモードとを制御する読み出し制御手段と、
前記有効領域および不要領域の範囲を設定する領域設定手段と、を有する撮像装置において、
被写体の静止画像を連続的に撮影する連写モードを有し、
この連写モードが設定されているときは、前記領域設定手段により前記有効領域の範囲を縮小し、前記不要領域の範囲を拡大してフレーム周期を縮小するよう構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、上記目的を達成するため、請求項２に係る発明は、
画素信号を読み出し可能な撮像素子と、
前記撮像素子の有効領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出す読み出しモードと、前記撮像素子の不要領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に密な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して掃き出す掃き出しモードとを制御する読み出し制御手段と、
前記有効領域および不要領域の範囲を設定する領域設定手段と、を有する撮像装置において、
被写体が移動しているか否かを判定する動体判定手段を有し、
この動体判定手段により被写体が動体と判定されたときは、前記領域設定手段により前記有効領域の範囲を縮小し、前記不要領域の範囲を拡大してフレーム周期を縮小するよう構成したことを特徴とするものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明に係る撮像装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。この撮像装置は、基本的には静止画を撮像して記録することを主目的としたもので、レンズおよび絞り１７を介して入射した被写体像を電気信号に変換する二次元配列の固体撮像素子たるＣＣＤ１と、このＣＣＤ１の出力からリセット雑音等を除去するための相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）２と、このＣＤＳ２の出力のゲインを調節するゲインコントロールアンプ（ＡＭＰ）３と、このＡＭＰ３の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）４と、デジタル信号に変換された画像信号に各種の処理を施すプロセス処理回路５と、ＣＣＤ１を駆動するための各種の転送パルス等の駆動信号を出力すると共に、ＣＤＳでのサンプルホールド用のパルスを出力し、さらにＡ／Ｄ４でＡ／Ｄ変換を行うためのタイミングパルスを出力するタイミングジェネレータ（ＴＧ）６と、このＴＧ６と後述するＣＰＵ８との同期をとるための信号を発生するシグナルジェネレータ（ＳＧ）７と、ＣＣＤ１の読み出し制御手段を構成すると共に、撮像装置全体についてタイミング等を含む各種の制御を行う例えばマイクロコンピュータからなるＣＰＵ８と、プロセス処理回路５から出力されるＣＣＤ１の画素データや、後述する記録媒体１６から圧縮伸長回路１５を経て供給される画像データを蓄積するメモリを構成するＤＲＡＭ９と、レンズおよび絞り１７によるオートフォーカスを制御するためのオートフォーカス回路（ＡＦ）１０と、ＣＣＤ１に結像される被写体像の測光を行うための自動露出制御回路（ＡＥ）１１と、ホワイトバランス自動的に制御するためのオートホワイトバランス回路（ＡＷＢ）１２と、この撮像装置に内蔵されているモニタである液晶表示装置１３と、外部のモニタ等の表示装置に画像信号等を出力するための外部表示用端子１４と、ＤＲＡＭ９に蓄積された一フレーム分の画像データを後述する記録媒体１６にデータ量を減らして記録するために圧縮し、また該記録媒体１６から読み出した圧縮された画像データを伸長する圧縮伸長回路１５と、静止画データを記録する記録媒体１６とを有する。
【００３３】
また、ＣＰＵ８には、レリーズボタン（図示せず）を１段目まで押し込むことによりオンするファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）１８ａ、２段目まで押し込むことによりオンするセカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）１８ｂの他、２ＲＳＷ１８ｂがオン中は連続撮影を行う連写モードを設定する連写モード設定スイッチ１９ａ、被写体に対してオートフォーカスを連続的に行うコンティニュアンスＡＦモードを設定するコンティニュアンスＡＦモード設定スイッチ１９ｂ、被写体に対して一度フォーカスするとその状態をロックするシングルＡＦモードを設定するシングルＡＦモードスイッチ１９ｃを含む各種のモード設定スイッチが接続されている。
【００３４】
かかる電子的撮像装置において、記録媒体１６に画像を記録する際には、ＣＣＤ１から、ＣＤＳ２、ＡＭＰ３、Ａ／Ｄ４およびプロセス処理回路５を介して出力される画像データが、例えば液晶表示装置１３に供給されて表示される。これにより、撮影者は、液晶表示装置１３を見ながら被写体の構図等を決定することができる。この状態で、レリーズボタンが押されると、プロセス処理回路５からＤＲＡＭ９を介して圧縮伸長回路１５に供給されている画像データが圧縮されて記録媒体１６に記録される。
【００３５】
また、記録媒体１６に記録されている画像データを再生する際には、記録媒体１６から読み出された圧縮データが圧縮伸長回路１５で伸長処理されてＤＲＡＭ９に書き込まれ、このＤＲＡＭ９に書き込まれた画像データがプロセス処理回路５を介して液晶表示装置１３や、外部表示用端子１４を経て外部表示装置に供給されて静止画として再生される。
【００３６】
次に、ＣＣＤ１を駆動して画像データを得るための読み出し動作について、図２を参照して説明する。なお、図２では、ＣＣＤ１を構成する二次元配列の水平方向の画素の並びをラインとし、このラインが第１ラインから第Ｌラインまで垂直方向に並んでいるものとする。図２（Ａ）は、ＣＣＤ１を最初の第１ラインから最終の第Ｌラインまで順次走査することにより、全画素に係る画素信号を所定の読み出し周波数で順次読み出して、静止画を記録するモードを示している。この静止画記録モードにおける読み出しは、いわゆるプログレッシブスキャニングと呼ばれるもので、図１６において外側の大きな矩形枠で示すようなフル画面エリアについて、順次走査を行って全画素に係る情報を出力するので、静止画として高解像度の画像を得ることができる。
【００３７】
図２（Ｂ）は、動画処理モードを示すものである。この動画処理モードでは、垂直方向の一部連続するｋ（ｋは正の整数）ライン、つまり第ｊ＋１ラインから第ｊ＋ｋライン（ｊは０以上の整数）の画素信号を読み出して動画処理を行う。このように、連続するｋラインの有効出力エリアのみの画像データを読み出すことにより、全Ｌラインを読み出す場合に比べてフレームレートをＬ／ｋ倍向上することができ、速いフレームレートの動画データを得ることができる。ここで、連続するｋラインの有効出力エリアは、好ましくは、ＣＣＤ１のフル画面エリアの中央部分とする。すなわち、このモードで読み出した有効出力エリアの画像データは、液晶表示装置１３に表示される他、後述するように、例えばＡＦ１０、ＡＥ１１、ＡＷＢ１２におけるそれぞれの処理で用いられるが、これらの処理ではフル画像エリアの中央部分の画像データを用いる中央重点処理が行われることが多いので、有効出力エリアをフル画面エリアの中央部分とすることにより、所要の処理を容易に行うことが可能となる。なお、このモードで読み出した有効出力エリアの画像データは、静止画として記録することも可能である。
【００３８】
次に、図２（Ａ）に示したような静止画記録モードと、図２（Ｂ）に示したような動画処理モードとがどのように実行されるかを、図３に示すＣＣＤ１の読み出しモードを示すタイミングチャート、および図４に示す読み出しモードと制御用データとを示すタイムチャートを参照しながら説明する。ＣＣＤ１からの画像データの読み出しは、例えば１／６０秒周期の垂直同期信号ＶＤに同期して行われるが、静止画用の高画質の画像を取り込む以外のときは、例えば、１ＲＳＷ１８ａのオンにより動画処理モードが実行され、この動画処理モードにより、例えば図１６に示した順次のフレームにおける中央部の有効出力エリアの画像データが垂直同期信号ＶＤに同期して読み出される。この動画処理モードで読み出される画像データは、ＣＤＳ２、ＡＭＰ３、Ａ／Ｄ４およびプロセス処理回路５を介して液晶表示装置１３に供給されて動画表示に用いられると共に、図４に示すように、ＡＥ，ＡＦ，ＡＷＢ等の制御用データを算出する処理に、例えば１フレームずつ順に繰り返し用いられる。なお、このようにフレーム毎に異なる処理を繰り返し行う場合には、例えば、制御用データを蓄積することが考えられるが、この場合には、蓄積するデータを各々の処理内容に合わせて、同一の蓄積系により蓄積して処理することも可能となる。
【００３９】
上記の動画処理を行っている最中に、２ＲＳＷ１８ｂがオンになってトリガが発生すると、それまでの１ＲＳＷ１８ａのオンによる動画処理モードにより、露光やピントが適切に合った状態に既に制御されているので、トリガが入力された時点のフレームの次から直ちに静止画記録モードに移行する。
【００４０】
この静止画記録モードでは、図２（Ａ）で説明したように、ＣＣＤ１の第１ラインから第Ｌラインまでの全画素に係る静止画の画素信号が所定の読み出し周波数で順次読み出されて、ＣＤＳ２、ＡＭＰ３、Ａ／Ｄ４、プロセス処理回路５、ＤＲＡＭ９を経て圧縮伸長回路１５に供給され、ここで圧縮されて記録媒体１６に記録される。ここで、ＣＣＤ１の全ラインの走査に、例えば１／１０秒を要するとすれば、静止画の全データを出力するのに６コマ分の時間を要することになるが、この時間は、例えば垂直同期信号ＶＤをカウントすることにより制御される。
【００４１】
この静止画記録モードによる静止画データの出力が終了すると、１ＲＳＷ１８ａがオンの間、撮像装置は再び動画処理モードに移行して、順次のフレームにおける中央部の有効出力エリアの画像データが垂直同期信号ＶＤに同期して読み出され、これにより液晶表示装置１３への動画表示、およびＡＥ，ＡＦ，ＡＷＢ等の制御用データの算出処理が行われて、次の撮影に備える。
【００４２】
この発明とともに開発した参考例では、上記の動画処理モードで読み出すＣＣＤ１の中央部の有効出力エリアのライン数ｋを、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように予め二種類設定し、そのいずれか一方を被写体の輝度に応じて選択すると共に、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアの場合は、そのフレーム周期を所定の値Ｔに設定しておく。ここで、有効出力エリアのライン数ｋは、図５（Ａ）の場合は、図１６の場合と同様に、全ライン数のほぼ４０％とし、図５（Ｂ）の場合は、全ライン数のほぼ１５％とする。このため、ＣＰＵ８による動画処理モードの制御にあたっては、被写体輝度に応じてフレーム周期を設定するためのフラグＫを設定し、Ｋ＝１のときはフレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択し、Ｋ＝０のときは図５（Ａ）に示す広い有効出力エリアを選択するようにする。
【００４３】
図６は、この参考例におけるＣＰＵ８での動作を示すフローチャートである。先ず、フラグＫを「０」にクリア（ステップＳ１）して１ＲＳＷ１８ａがオンか否かをチェックする（ステップＳ２）。ここで、１ＲＳＷ１８ａがオンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の適正蓄積時間ｔｓと所定値ｔth（例えば、図５（Ｂ）の場合のフレーム周期Ｔ）とを比較し（ステップＳ３）、ｔｓ＜ｔthのときはフラグＫを「１」に設定し（ステップＳ４）、ｔｓ≧ｔthのときはフラグＫを「０」に設定する（ステップＳ５）。したがって、被写体が高輝度の場合には、フレーム周期Ｔが設定されて、図５（Ｂ）に示す有効出力エリアが選択され、低輝度の場合には、図５（Ａ）に示す有効出力エリアが選択されることになる。
【００４４】
その後、フラグＫに応じた読み出しモードの設定データをＴＧ６へ送信して、ＴＧ６においてその設定データに基づいて選択された有効出力エリアの読み出しを行い（ステップＳ６）、その読み出された動画データに基づいてＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う（ステップＳ７）。このステップＳ７での動画処理の実行中、２ＲＳＷ１８ｂがオンか否かをチェックし（ステップＳ８）、オンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の全ラインを読み出して制止画像を記録媒体１６に記録する処理を実行する（ステップＳ９）。
【００４５】
図７は、参考例におけるＣＣＤ１の蓄積動作および読み出し動作を示すタイミングチャートで、図６のステップＳ４でフラグＫを「１」とすることによりフレーム周期Ｔを設定した場合、すなわち被写体が高輝度で、図５（Ｂ）に示す有効出力エリアが選択された場合のタイミングチャートを示している。図１８との比較から明らかなよう、図１８の場合には、有効読み出しエリアが例えば４０％のライン数と固定されているため、被写体が高輝度で蓄積時間ｔｓが小さくても、読み出し時間ｔR ′によってフレームレート（１／Ｔ′）がほぼ決定されてしまうことになるが、この参考例においては、ＣＣＤ蓄積レベルが適正レベルＶｔに達する蓄積時間ｔｓが短い高輝度の場合には、図５（Ｂ）に示すように掃き出しエリアを拡大することにより有効出力エリアをほぼ１５％のライン数に縮小して読み出すようにしたので、その読み出し時間ｔR を図１８の場合の読み出し時間ｔR ′よりも短くでき、フレームレートを１／Ｔ′から１／Ｔに向上することができる。
【００４６】
なお、図７では、蓄積時間ｔｓを図５（Ｂ）の場合のフレーム周期Ｔと同一にしているが、この蓄積時間ｔｓはフレーム周期Ｔ以下であれば何ら問題はない。すなわち、最大蓄積時間はフレーム周期Ｔで制限されるが、フレーム周期Ｔ以下の蓄積時間は、サブパルスＳＵＢによる通常のオーバーフロードレインへの電荷排出による電子シャッタで任意に実現できるからである。これは、後述する実施形態においても同様である。
【００４７】
以上の参考例によれば、被写体の輝度に応じて、適正蓄積時間が短い高輝度の場合には、掃き出しエリアを拡大し、有効出力エリアを縮小するようにしたので、フレームレートを有効に向上できる。したがって、レリーズタイムラグを有効に低減できるので、操作性を向上することができる。
【００４８】
この発明の第１実施形態においては、上記の参考例において、フレーム周期Ｔの設定を、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードまたは被写体が動体かの条件と、被写体輝度とに基づいて行って、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択する。
【００４９】
図８は、この第１実施形態におけるＣＰＵ８での動作を示すフローチャートである。先ず、フラグＫを「０」にクリア（ステップＳ１１）して１ＲＳＷ１８ａがオンか否かをチェックする（ステップＳ１２）。ここで、１ＲＳＷ１８ａがオンになったのが検知されたら、連写モードか否か（ステップＳ１３）、コンティニュアンスＡＦモードか否か（ステップＳ１４）、被写体が動体か否か（ステップＳ１５）をそれぞれチェックする。なお、連写モードは連写モード設定スイッチ１９ａの状態を、コンティニュアンスＡＦモードはコンティニュアンスＡＦモード設定スイッチ１９ｂの状態をそれぞれ検知してチェックする。また、被写体が動体か否かは、複数回のＡＦデータに基づいて、例えば特開平５−３０８５５７号公報記載の技術を適用してチェックする。
【００５０】
上記のステップＳ１３〜ステップＳ１５のうち、少なくとも一つのステップでのチェック結果が「Ｙ」の場合、すなわち連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合には、ＣＣＤ１の適正蓄積時間ｔｓと所定値ｔth（例えば、フレーム周期Ｔ）とを比較し（ステップＳ１６）、ｔｓ＜ｔthのときはフラグＫを「１」に設定し（ステップＳ１７）、ｔｓ≧ｔthのときはフラグＫを「０」に設定する（ステップＳ１８）。したがって、ステップＳ１６での比較結果に応じて、被写体が高輝度の場合には、フレーム周期Ｔが設定されて、図５（Ｂ）に示すほぼ１５％のライン数からなる有効出力エリアが選択され、低輝度の場合には、図５（Ａ）に示すほぼ４０％のライン数からなる有効出力エリアが選択されることになる。これに対し、ステップＳ１３〜ステップＳ１５での各チェック結果が、いずれも「Ｎ」の場合には、ステップＳ１８でフラグＫを「０」に設定する。
【００５１】
その後、上記参考例の場合と同様に、フラグＫに応じた読み出しモードの設定データをＴＧ６へ送信して、ＴＧ６においてその設定データに基づいて選択された有効出力エリアの読み出しを行い（ステップＳ１９）、その読み出された動画データに基づいてＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う（ステップＳ２０）。このステップＳ２０での動画処理の実行中、２ＲＳＷ１８ｂがオンか否かをチェックし（ステップＳ２１）、オンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の全ラインを読み出して制止画像を記録媒体１６に記録する処理を実行する（ステップＳ２２）。
【００５２】
このように、第１実施形態においては、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合にのみ、ｔｓ＜ｔthを判定して、ｔｓ＜ｔthのときは、フレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）のように掃き出しエリアを拡大し、有効出力エリアを縮小して、フレームレートを向上させるようにしたので、連写モードの場合には単位時間当たりの撮影コマ数を多くでき、コンティニュアンスＡＦモードまたは被写体が動体の場合には、移動する被写体に対してＡＦの追従性を向上することができる。また、上記以外の場合には、図５（Ａ）に示す有効エリアが選択され、ＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等に利用できる領域が広くなるので、それらの動画処理機能を向上することができる。
【００５３】
上述した第１実施形態では、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合で、ｔｓ≧ｔthのとき、すなわち被写体が低輝度のときは、図５（Ａ）に示す広い有効出力エリアを選択するようにしたが、この発明の第２実施形態では、ｔｓ≧ｔthの場合でも、フレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択してフレームレートを向上させるようにし、その際のＣＣＤ蓄積レベルの不足分を、ＣＣＤ１から読み出した信号を加算することによって補うようにする。このため、第２実施形態では、フレーム周期を設定するためのフラグＫの他に、ｔｓ≧ｔthで、フレーム周期Ｔを設定した場合に、ＣＣＤ１からの読み出し信号を加算するためのフラグＧを設定する。ここで、フラグＧは、Ｇ＝１で加算を行い、Ｇ＝０で加算を行わないものとする。
【００５４】
図９は、この第２実施形態におけるＣＰＵ８での動作を示すフローチャートである。先ず、フラグＫおよびフラグＧをそれぞれ「０」にクリア（ステップＳ３１）して１ＲＳＷ１８ａがオンか否かをチェックする（ステップＳ３２）。ここで、１ＲＳＷ１８ａがオンになったのが検知されたら、第１実施形態と同様にして、連写モードか否か（ステップＳ３３）、コンティニュアンスＡＦモードか否か（ステップＳ３４）、被写体が動体か否か（ステップＳ３５）をそれぞれチェックする。
【００５５】
上記のステップＳ３３〜ステップＳ３５のうち、少なくとも一つのステップでのチェック結果が「Ｙ」の場合には、蓄積時間ｔｓと所定値ｔthとを比較し（ステップＳ３６）、ｔｓ＜ｔthのときはフラグＫを「１」に、フラグＧを「０」にそれぞれ設定し（ステップＳ３７）、ｔｓ≧ｔthのときはフラグＫおよびフラグＧをそれぞれ「１」に設定する（ステップＳ３８）。したがって、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合には、フレーム周期Ｔが設定されて、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアが選択され、さらにその場合において被写体が低輝度の場合には、ＣＣＤ１から読み出した信号を加算処理することが選択されることになる。これに対して、ステップＳ３３〜ステップＳ３５での各チェック結果が、いずれも「Ｎ」の場合には、ステップＳ３９でフラグＫおよびフラグＧをそれぞれ「０」に設定する。したがって、この場合には、図５（Ａ）に示す広い有効出力エリアが選択され、ＣＣＤ１から読み出した信号の加算処理も行われないことになる。
【００５６】
その後、フラグＫに応じた読み出しモードの設定データをＴＧ６へ送信して、ＴＧ６においてその設定データに基づいて選択された有効出力エリアの読み出しを行い（ステップＳ４０）、その読み出された動画データに対して、フラグＧの内容に応じて選択的に加算処理を行ってＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う（ステップＳ４１）。
【００５７】
ここで、ＣＣＤ１から読み出した信号の加算処理は、例えばＣＣＤ１が図１５に示したようなベイヤー配列の色差線順次形式の色フィルタを有する場合には、例えば図１０に示すように、それぞれ一ライン隔てた二ライン間で同色の２画素の信号を加算する。なお、図１０において、（ＣＲ）は、図１５においてＲおよびＧの繰り返しパターンのラインを、同様に（ＣＢ）は、ＧおよびＢの繰り返しパターンのラインをそれぞれ示している。
【００５８】
図９において、ステップＳ４１での動画処理の実行中、２ＲＳＷ１８ｂがオンか否かをチェックし（ステップＳ４２）、オンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の全ラインを読み出して制止画像を記録媒体１６に記録する処理を実行する（ステップＳ４３）。勿論、この静止画の記録処理では、ＣＣＤ１からの読み出し信号の加算処理は行わない。
【００５９】
図１１は、この第２実施形態におけるＣＣＤ１の蓄積動作および読み出し動作を示すタイミングチャートで、図９においてステップＳ３８でフラグＫおよびフラグＧがそれぞれ「１」に設定された場合、すなわちフレーム周期Ｔの設定により、図５（Ｂ）に示す有効出力エリアが選択され、かつ被写体が低輝度の場合のタイミングチャートを示している。図１１から明らかなように、例えば所定値ｔthをフレーム周期Ｔとすると、ＣＣＤ蓄積レベルが適正レベルＶｔとなる適正蓄積時間ｔｓは、ｔｓ＞Ｔとなるため、実際の蓄積時間ｔｓ′をｔｓ′＝Ｔとすると、蓄積量が不足することになる。この蓄積量の不足分は、図１０に示したように、ＣＣＤ１から読み出した信号を加算することで補われる。
【００６０】
このように、第２実施形態では、被写体が低輝度の場合でも、フレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択することで、フレームレートの向上を優先させ、その場合のＣＣＤ蓄積レベルの不足分を、ＣＣＤ１から読み出した信号を加算することで補うようにしたので、フレームレートを低下させずに、ＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を適切に行うことができる。なお、ＣＣＤ１から読み出した信号の加算処理は、図１０に示したように、同色の２画素の信号の加算に限らず、同色の３画素以上の信号を加算するようにすることもできるし、ｔｓとｔthとの差に基づいて、その加算する同色の画素数を制御することもできる。
【００６１】
この発明の第３実施形態では、第２実施形態において、ｔｓ≧ｔthの場合に、フレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択したときのＣＣＤ蓄積レベルの不足分を、ＡＭＰ３（図１参照）のゲインを選択的に高くすることによって補うようにする。このため、第３実施形態では、フレーム周期Ｔを設定するフラグＫの他に、ｔｓ≧ｔthで、フレーム周期Ｔを設定場合に、ＡＭＰ３のゲインを選択的に高くするためのフラグＡを設定する。ここで、フラグＡは、Ａ＝１でゲインを２倍に、Ａ＝０でゲインを１倍にするものとする。
【００６２】
図１２は、この第３実施形態におけるＣＰＵ８での動作を示すフローチャートである。先ず、フラグＫおよびフラグＡをそれぞれ「０」にクリア（ステップＳ５１）して１ＲＳＷ１８ａがオンか否かをチェックする（ステップＳ５２）。ここで、１ＲＳＷ１８ａがオンになったのが検知されたら、第２実施形態と同様にして、連写モードか否か（ステップＳ５３）、コンティニュアンスＡＦモードか否か（ステップＳ５４）、被写体が動体か否か（ステップＳ５５）をそれぞれチェックする。
【００６３】
上記のステップＳ５３〜ステップＳ５５のうち、少なくとも一つのステップでのチェック結果が「Ｙ」の場合には、蓄積時間ｔｓと所定値ｔthとを比較し（ステップＳ５６）、ｔｓ＜ｔthのときは、フラグＫを「１」に、フラグＡを「０」にそれぞれ設定し（ステップＳ５７）、ｔｓ≧ｔthのときは、さらにその蓄積時間ｔｓでのＣＣＤ蓄積レベルＶｓが、適正レベルＶｔに対して１／２未満か否かをチェックする（ステップＳ５８）。ここで、Ｖｓ≧Ｖｔ／２のときは、ステップＳ５７でフラグＫを「１」に、フラグＡを「０」にそれぞれ設定し、Ｖｓ＜Ｖｔ／２のときは、ステップＳ５９でフラグＫおよびフラグＡをそれぞれ「１」に設定する。したがって、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合には、フレーム周期Ｔが設定されて、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアが選択され、さらにその場合において被写体が低輝度で、Ｖｓ＜Ｖｔ／２のときは、ＡＭＰ３のゲインが２倍に設定されることになる。これに対して、ステップＳ５３〜ステップＳ５５での各チェック結果が、いずれも「Ｎ」の場合には、ステップＳ６０でフラグＫおよびフラグＡをそれぞれ「０」に設定する。したがって、この場合には、図５（Ａ）に示す広い有効出力エリアが選択され、ＡＭＰ３のゲインも１倍に設定される。
【００６４】
その後、フラグＫに応じた読み出しモードの設定データをＴＧ６へ送信して、ＴＧ６においてその設定データに基づいて選択された有効出力エリアの読み出しを行って（ステップＳ６１）、その読み出された動画データに対して、フラグＡの内容に応じてＡＭＰ３で増幅処理を行ってＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う（ステップＳ６２）。この動画処理の実行中は、２ＲＳＷ１８ｂがオンか否かをチェックし（ステップＳ６３）、オンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の全ラインを読み出し、ＡＭＰ３のゲインを１倍として制止画像を記録媒体１６に記録する処理を実行する（ステップＳ６４）。
【００６５】
図１３は、第３実施形態における図１のＡＭＰ３の要部の一例の構成を示すものである。このＡＭＰ３は、ＣＤＳ２（図１参照）からの信号を増幅するゲイン切り替え可能な反転増幅回路３１と、ＣＣＤ１の暗電流によるノイズ成分を除去するために、ＣＤＳ２からの信号のうち、ＣＣＤ１内の遮光画素からの出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路３２とを有する。反転増幅回路３１には、ＯＰアンプ３３を設け、その反転入力端子に抵抗Ｒ１を経てＣＤＳ２からの信号を供給する。ＯＰアンプ３３の反転入力端子は、抵抗Ｒ２，Ｒ３を経て出力端子に接続して帰還回路を構成し、非反転入力端子は、抵抗Ｒ４およびＲ５を経て基準電源（図示せず）に接続する。また、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ５には、ゲインを切り替えるためにそれぞれアナログスイッチ３５および３６を並列に接続する。
【００６６】
サンプルホールド回路３２には、ＯＰアンプ３７を設け、その非反転入力端子にホールドコンデンサＣを接続し、このホールドコンデンサＣにアナログスイッチ３８を経てＣＤＳ２からの信号を供給するようにして、ＯＰアンプ３７の出力を抵抗Ｒ６を経てＯＰアンプ３３の非反転入力端子に供給する。なお、抵抗Ｒ１〜Ｒ６の各抵抗値は、それぞれ等しくする。
【００６７】
このようにして、ＣＰＵ８の制御のもとに、サンプルホールド回路３２で、ＣＣＤ１内の遮光画素の出力のタイミングでアナログスイッチ３８をオンにして、その遮光画素出力をホールドコンデンサＣにホールドし、その出力をＯＰアンプ３７および抵抗Ｒ６を経て反転増幅回路３１を構成するＯＰアンプ３３の非反転入力端子に供給する。また、反転増幅回路３１では、ＣＰＵ８の制御のもとに、図１２で説明したフラグＡが「０」のときは、アナログスイッチ３５，３６をオンとして、そのゲインを１倍とし、フラグＡが「１」のときは、アナログスイッチ３５，３６をオフとして、そのゲインを２倍にして、ＣＤＳ２からの信号を暗電流によるノイズを除去して増幅する。
【００６８】
以上のように、第３実施形態では、被写体が低輝度の場合でも、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアが選択されるフレーム周期Ｔを設定することでフレームレートを向上させ、その場合のＣＣＤ蓄積レベルの不足分を、ＡＭＰ３のゲインを切り替えることで補うようにしたので、フレームレートを低下させずに、ＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を高精度で行うことができる。なお、ＡＭＰ３でのゲインの切り替えは、１倍および２倍の切り替えに限らず、ＣＣＤ蓄積レベルに応じて任意に設定するよう構成することもできる。
【００６９】
なお、この発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＣＣＤ１の有効出力エリアを、全ライン数のほぼ４０％とほぼ１５％の二種類設定して、フレーム周期Ｔが設定されたときは、ほぼ１５％の有効出力エリアを選択するようにしたが、さらに多くのフレーム周期を、被写体輝度に応じて、あるいは任意に設定できるようにして、その設定されたフレーム周期に応じて有効出力エリアを適宜設定するようにすることもできる。また、有効出力エリアは、画面中央部に限らず任意の領域に設定することができる。さらに、フレーム周期を設定することなく、被写体輝度に応じて、有効出力エリアを、例えば高輝度の場合には、フレーム周期が短くなるように狭く設定するようにすることもできる。また、撮像素子は、上述した縦型オーバーフロードレイン構造をもつインターライン形ＣＣＤに限らず、他のＣＣＤやＭＯＳ形撮像デバイス等の種々の固体撮像素子を用いる場合でも、この発明を有効に適用することができる。
【００７０】
【発明の効果】
この発明によれば、撮像素子に蓄積された信号電荷を、実効的水平走査期間内に相対的に粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出す有効領域と、相対的に密な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して掃き出す不要領域との範囲を設定できるようにしたので、被写体輝度、連写モード、コンティニュアンスＡＦモード、被写体が動体等に応じて、有効領域および不要領域を適宜設定してフレームレートを有効に向上することができる。したがって、動画データを用いるＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を迅速に行うことができるので、レリーズタイムラグを十分減少でき、満足な操作性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る撮像装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態によるＣＣＤの読み出し動作を説明するための図である。
【図３】同じく、ＣＣＤの読み出しモードを示すタイミングチャートである。
【図４】同じく、ＣＣＤの読み出しモードと制御用データとを示すタイミングチャートである。
【図５】この発明とともに開発した参考例による動画処理モードで選択的に読み出すＣＣＤの有効出力エリアの二つの例を示す図である。
【図６】参考例の動作を示すフローチャートである。
【図７】同じく、ＣＣＤの蓄積動作および読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図８】この発明の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図９】同じく、第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態における信号の加算処理を説明するための図である。
【図１１】同じく、第２実施形態におけるＣＣＤの蓄積動作および読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】この発明の第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１３】同じく、第３実施形態におけるＡＭＰの要部の一例の構成を示す図である。
【図１４】この発明に係る撮像装置に使用可能な撮像素子としてのＣＣＤの一例の構成を示す図である。
【図１５】図１４に示すＣＣＤに用いられる色フィルタの一例を示す図である。
【図１６】本出願人の先の提案に係る撮像装置による動画処理モードでのＣＣＤ画面の有効出力エリアおよび掃き出しエリアを示す図である。
【図１７】同じく、本出願人の先の提案に係る撮像装置による動画処理モードでのＣＣＤの電荷読み出しおよび掃き出し動作を示す模式図である。
【図１８】同じく、動画処理モードでの高輝度の場合のＣＣＤの電荷の読み出しおよび掃き出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１９】同じく、動画処理モードでの低輝度の場合のＣＣＤの電荷の読み出しおよび掃き出し動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ ＣＣＤ
２ 相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）
３ ゲインコントロールアンプ（ＡＭＰ）
４ アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）
５ プロセス処理回路
６ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
７ シグナルジェネレータ（ＳＧ）
８ ＣＰＵ
９ ＤＲＡＭ
１０ オートフォーカス回路（ＡＦ）
１１ 自動露出制御回路（ＡＥ）
１２ オートホワイトバランス回路（ＡＷＢ）
１３ 液晶表示装置
１４ 外部表示用端子
１５ 圧縮伸長回路
１６ 記録媒体
１７ レンズおよび絞り
１８ａ ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）
１８ｂ セカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）
１９ａ 連写モード設定スイッチ
１９ｂ コンティニュアンスＡＦモード設定スイッチ
１９ｃ シングルＡＦモードスイッチ
２１ フォトダイオード
２２ トランスファーゲート
２３ 垂直シフトレジスタ
２４ 水平シフトレジスタ
２５ 信号検出器
３１ 反転増幅回路
３２ サンプルホールド回路
３３，３７ ＯＰアンプ
３５，３６，３８ アナログスイッチ
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像素子から画素信号を取り出して静止画を記録したり、動画処理を行う撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の撮像装置に用いられる撮像素子は、従来種々のものが提案されており、例えば、図１４に模式的に示すように、縦型オーバーフロードレイン構造をもつインターライン形ＣＣＤの固体撮像素子が知られている。このＣＣＤは、水平方向および垂直方向に二次元的に配列され、光の入射により電荷の蓄積を行うフォトダイオード２１と、このフォトダイオード２１に蓄積された電荷をトランスファーゲート２２を介して受け取った後に、垂直方向に順次転送する垂直シフトレジスタ２３と、この垂直シフトレジスタ２３により転送される電荷を水平方向に順次転送する水平シフトレジスタ２４と、この水平シフトレジスタ２４の出力信号を増幅して出力する信号検出器２５とを有している。
【０００３】
このようなＣＣＤは、近年の微細加工技術の進歩に伴って高画素化が進んでいることから、最近では高画素数のＣＣＤを内蔵する種々の撮像装置が提案されている。しかしながら、例えば、電子スチールカメラのような携帯用の撮像装置においては、高画素数のＣＣＤを用いても、消費電力やコスト等の観点から、ＣＣＤの駆動周波数をあまり高くできず、一般には２０ＭＨｚ以下で駆動するようにしている。したがって、例えば、１００万画素相当のＣＣＤを用いた場合には、毎秒１０〜１５フレーム程度のコマ数しか得られないことになる。
【０００４】
しかし、この程度のコマ数では、例えば、撮像装置にＣＣＤで撮像した動画像を表示する液晶表示装置を設ける場合や、ＣＣＤからの動画データを用いてオートフォーカス制御（ＡＦ）、自動露出制御（ＡＥ）、オートホワイトバランス制御（ＡＷＢ）等の処理を行う場合には、不都合が生じることになる。
【０００５】
すなわち、液晶表示装置に動画像を表示する場合には、毎秒６０コマ程度の画像データを供給しないと良好な動画像を表示することができない。そこで、従来は、ＣＣＤからの画像データを記憶するメモリを設け、このメモリに記憶された同一フレームのデータを、例えば１／６０秒のフレーム周期で複数回繰り返し読み出して液晶表示装置に供給して表示するようにしている。したがって、この場合には、ＣＣＤから毎秒１０コマの割合で画像データが得られるとすると、同一コマの画像が６回繰り返し表示されることになる。しかし、このように表示用にコマ数を調整するためだけに、高価なメモリを設けるのは、コスト的に不利となる。
【０００６】
また、電子スチールカメラのように静止画の撮影を行う場合には、シャッタチャンス等を逃さないことが重要であるが、そのためには上記のＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の処理を高速で行う必要がある。しかし、毎秒１０コマ程度の画像データしか得られないと、例えば、ＡＦにおいては、１コマ分の画像データを用いて必ず合焦させることができるとは限らず、複数コマを用いてＡＦ動作を行うことになるため、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の処理を順次に行ったのでは、処理に長時間を要し、制御が間に合わなくなる場合がある。そこで、従来は、これらの処理を同時に平行して行うか、あるいは上述したようなメモリを設けて画像データを記憶することにより、これらの処理を順次行うようにしている。しかし、前者のようにＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の処理を同時に平行して行う場合には、回路規模が大きくなると共に、コスト的に不利となり、また後者のように処理用のためにメモリを設けることもコスト的に不利となる。
【０００７】
このような不具合を解決する方法として、上記のように液晶表示装置に動画像を表示したり、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の処理を行う動画処理モードでは、ＣＣＤの水平画素ラインを間引きして読み出しすることが提案されている。しかし、全画素を読み出してカラー画像信号を得るＣＣＤの場合には、一般に、図１５に示すように、奇数ラインが、例えば赤（Ｒ）と緑（Ｇ）との繰り返しパターン、偶数ラインが、例えばＧと青（Ｂ）との繰り返しパターンからなるベイヤー配列の色差線順次形式の色フィルタが用いられるため、間引き読み出しによって、例えば奇数ラインのみを読み出すとＢの色信号が欠落し、また偶数ラインのみを読み出すとＲの色信号が欠落することになる。このため、特に、液晶表示装置に表示する場合に、正確なカラー画像を表示できなくなるという問題が生じることになる。
【０００８】
そこで、本出願人は、上述した種々の問題点を解決し、高い駆動周波数を用いることなく、動画処理モードにおいて固体撮像素子から単位時間当たりに多くのコマ数の画像信号が得られる撮像装置を既に提案している（特願平９−７８３１号）。この撮像装置では、動画処理モードでの固体撮像素子の画面を、例えば図１６に示すように、画面中央部の垂直方向に一部連続する第ｊ＋１ラインから第ｊ＋ｋラインまでのｋライン（例えば、全ライン数のほぼ４０％）を有効出力エリア、その前後の第１ラインから第ｊラインまでを掃き出しエリアＡ、第ｊ＋ｋ＋１ラインから最終Ｌラインまでを掃き出しエリアＢと予め定め、図１７に示すように、各フレームについて、有効出力エリア（有効領域）では、該有効領域に蓄積された信号電荷を、実効的水平走査期間内に掃き出しエリアＡおよびＢ（不要領域）におけるよりも粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出し、不要領域では、該不要領域に蓄積された信号電荷を、実効的水平走査期間内に有効領域におけるよりも密な頻度で転送するようなタイミングで高速に垂直転送して掃き出すことにより、所望のフレーム周期Ｔ′、例えば１／６０秒周期で、有効出力エリアの動画データを得るようにしている。したがって、この場合、掃き出しエリアＡおよびＢのそれぞれのライン数を例えば同じとして、その不要電荷の掃き出し時間をｔH ′、有効出力エリアの読み出し時間をｔR ′とすると、Ｔ′＝２・ｔH ′＋ｔR ′となる。
【０００９】
図１８は、この動画処理モードにおける固体撮像素子の電荷の読み出しおよび掃き出し動作を示すタイミングチャートである。ここでは、固体撮像素子として、図１４に示した縦型オーバーフロードレイン構造をもつインターライン形ＣＣＤを用いている。なお、図１８において、垂直同期信号ＶＤは、一つの画像を表す信号（ここでは１フレーム）を得るための所定の単位期間Ｔ、例えば１／６０秒を規定するパルス列である。トランスファーゲートパルスＴＧＰは、フォトダイオード２１に蓄積された電荷を垂直シフトレジスタ２３に転送するタイミングを決めるパルスで、垂直同期信号ＶＤに同期してトランスファーゲート２２に印加される。
【００１０】
また、サブパルスＳＵＢは、フォトダイオード２１に発生した電荷を基板縦方向に排出するためのパルスであり、このサブパルスＳＵＢが出力されている間は電荷の排出が行われるようになっている。したがって、フォトダイオード２１に電荷が蓄積されるのは、このサブパルスＳＵＢが停止している期間ｔｓで、この蓄積時間ｔｓを制御することにより、実効的露出時間を制御するいわゆる素子シャッタを実現している。なお、この蓄積時間ｔｓは、動画データを用いるＡＥ制御によって決定され、その時間はサブパルスＳＵＢを計数することによって計測される。
【００１１】
垂直シフトレジスタ転送パルスＶＴは、垂直シフトレジスタ２３内の電荷を水平シフトレジスタ２４側へ順次転送させるためのパルスである。本出願人が先に提案した撮像装置では、この垂直シフトレジスタ転送パルスＶＴを、図１６および図１７に示す掃き出しエリアＡおよびＢの電荷の掃き出しにおいては、有効出力エリアの電荷の転送における場合とは異なった形態で印加するようにしている。すなわち、有効エリアに対応する期間中は、所定パルス幅の転送パルスを所定の繰り返し周波数で一定期間印加した後、所定期間転送パルスの印加を休止するように、転送パルスの印加期間と休止期間とを交互に繰り返す形態で信号電荷の転送を行い、掃き出しエリアＡおよびＢに対応する期間中は、同じパルス幅および繰り返し周波数の転送パルスを上記の休止期間を俟つことなく定常的に印加することによって、不要電荷を高速で掃き出して廃棄する。なお、この垂直シフトレジスタ転送パルスＶＴは、有効出力エリアの電荷の転送においては、水平シフトレジスタ２４における図示しない水平ブランキング期間に同期させる必要があるが、掃き出しエリアＡおよびＢの電荷の掃き出しにおいては、その電荷は情報として使用しない不要な電荷であるので、必ずしも水平ブランキング期間に同期させる必要はない。
【００１２】
このようにして、動画処理モードでは、掃き出しエリアＡおよびＢの不要電荷を高速で掃き出して廃棄することにより、所望のフレーム周期Ｔ′で有効出力エリアの動画データ（図１８のＣＣＤ信号）を得るようにしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、本出願人の先の提案に係る撮像装置によれば、動画処理モードでは、ＣＣＤの全ラインを所定の読み出し周波数で順次走査して画像信号を読み出す場合に比べて、フレームレートを（全ライン数）／ｋ倍に向上することができるので、高い駆動周波数を用いることなく、ＣＣＤから単位時間当たりに多くのコマ数の画像信号を得ることができる。したがって、従来のように表示用として高価なメモリを用いることなく、液晶表示装置に良好な動画を表示することができるので、コスト的に有利となる。また、動画データを用いてＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う場合でも、それらの処理をメモリを用いることなく順次行うことが可能となるので、回路規模の面でも、コスト面でも有利となる。
【００１４】
しかしながら、本発明者らによる種々の検討によれば、上述した本出願人の先の提案に係る撮像装置には、以下に説明するような改良すべき点があることが判明した。すなわち、上述した撮像装置では、動画処理モードにおけるＣＣＤの有効領域（有効出力エリア）および不要領域（掃き出し領域ＡおよびＢ）を予め設定して、不要領域の電荷を高速掃き出しすることによりフレームレートの向上を図っている。このため、例えば、被写体が高輝度で、図１８に示すように、ＣＣＤへの電荷蓄積開始からその蓄積電荷（ＣＣＤ蓄積レベル）が適正レベルＶｔに達するまでの適正蓄積時間ｔｓが短時間の場合（高速シャッタ時）でも、有効領域の読み出し時間ｔR ′でフレーム周期Ｔ′がほぼ決定されることになるため、それ以上フレームレートを向上させることができないことになる。これは、ＣＣＤの画素数の増大に伴って、より顕著となる。また、被写体が低輝度の場合には、図１９に示すように、ＣＣＤ蓄積レベルが適正レベルＶｔに達するまでの適正蓄積時間ｔｓ″が長くなり、その蓄積時間ｔｓ″でフレーム周期Ｔ″がほぼ決定されるため、そのフレーム周期Ｔ″が所望のフレーム周期Ｔ′よりも長くなってしまい、フレームレートが低下することになる。
【００１５】
このようなことから、特に、被写体の静止画像を連続的に撮影する連写モードや、被写体像をＣＣＤ受光面上に連続的にオートフォーカスさせるコンティニュアンスＡＦモードや、被写体が動体の場合において、フレームレートを更に向上させて、レリーズ動作からのタイムラグ（レリーズタイムラグ）を減少させようとしても、十分対処することができず、満足な操作性を得ることができないことになる。
【００１６】
この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、レリーズタイムラグを十分減少でき、操作性を向上できるよう適切に構成した撮像装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
画素信号を読み出し可能な撮像素子と、
前記撮像素子の有効領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出す読み出しモードと、前記撮像素子の不要領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に密な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して掃き出す掃き出しモードとを制御する読み出し制御手段と、
前記有効領域および不要領域の範囲を設定する領域設定手段と、を有する撮像装置において、
被写体の静止画像を連続的に撮影する連写モードを有し、
この連写モードが設定されているときは、前記領域設定手段により前記有効領域の範囲を縮小し、前記不要領域の範囲を拡大してフレーム周期を縮小するよう構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、上記目的を達成するため、請求項２に係る発明は、
画素信号を読み出し可能な撮像素子と、
前記撮像素子の有効領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出す読み出しモードと、前記撮像素子の不要領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に密な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して掃き出す掃き出しモードとを制御する読み出し制御手段と、
前記有効領域および不要領域の範囲を設定する領域設定手段と、を有する撮像装置において、
被写体が移動しているか否かを判定する動体判定手段を有し、
この動体判定手段により被写体が動体と判定されたときは、前記領域設定手段により前記有効領域の範囲を縮小し、前記不要領域の範囲を拡大してフレーム周期を縮小するよう構成したことを特徴とするものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明に係る撮像装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。この撮像装置は、基本的には静止画を撮像して記録することを主目的としたもので、レンズおよび絞り１７を介して入射した被写体像を電気信号に変換する二次元配列の固体撮像素子たるＣＣＤ１と、このＣＣＤ１の出力からリセット雑音等を除去するための相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）２と、このＣＤＳ２の出力のゲインを調節するゲインコントロールアンプ（ＡＭＰ）３と、このＡＭＰ３の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）４と、デジタル信号に変換された画像信号に各種の処理を施すプロセス処理回路５と、ＣＣＤ１を駆動するための各種の転送パルス等の駆動信号を出力すると共に、ＣＤＳでのサンプルホールド用のパルスを出力し、さらにＡ／Ｄ４でＡ／Ｄ変換を行うためのタイミングパルスを出力するタイミングジェネレータ（ＴＧ）６と、このＴＧ６と後述するＣＰＵ８との同期をとるための信号を発生するシグナルジェネレータ（ＳＧ）７と、ＣＣＤ１の読み出し制御手段を構成すると共に、撮像装置全体についてタイミング等を含む各種の制御を行う例えばマイクロコンピュータからなるＣＰＵ８と、プロセス処理回路５から出力されるＣＣＤ１の画素データや、後述する記録媒体１６から圧縮伸長回路１５を経て供給される画像データを蓄積するメモリを構成するＤＲＡＭ９と、レンズおよび絞り１７によるオートフォーカスを制御するためのオートフォーカス回路（ＡＦ）１０と、ＣＣＤ１に結像される被写体像の測光を行うための自動露出制御回路（ＡＥ）１１と、ホワイトバランス自動的に制御するためのオートホワイトバランス回路（ＡＷＢ）１２と、この撮像装置に内蔵されているモニタである液晶表示装置１３と、外部のモニタ等の表示装置に画像信号等を出力するための外部表示用端子１４と、ＤＲＡＭ９に蓄積された一フレーム分の画像データを後述する記録媒体１６にデータ量を減らして記録するために圧縮し、また該記録媒体１６から読み出した圧縮された画像データを伸長する圧縮伸長回路１５と、静止画データを記録する記録媒体１６とを有する。
【００３３】
また、ＣＰＵ８には、レリーズボタン（図示せず）を１段目まで押し込むことによりオンするファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）１８ａ、２段目まで押し込むことによりオンするセカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）１８ｂの他、２ＲＳＷ１８ｂがオン中は連続撮影を行う連写モードを設定する連写モード設定スイッチ１９ａ、被写体に対してオートフォーカスを連続的に行うコンティニュアンスＡＦモードを設定するコンティニュアンスＡＦモード設定スイッチ１９ｂ、被写体に対して一度フォーカスするとその状態をロックするシングルＡＦモードを設定するシングルＡＦモードスイッチ１９ｃを含む各種のモード設定スイッチが接続されている。
【００３４】
かかる電子的撮像装置において、記録媒体１６に画像を記録する際には、ＣＣＤ１から、ＣＤＳ２、ＡＭＰ３、Ａ／Ｄ４およびプロセス処理回路５を介して出力される画像データが、例えば液晶表示装置１３に供給されて表示される。これにより、撮影者は、液晶表示装置１３を見ながら被写体の構図等を決定することができる。この状態で、レリーズボタンが押されると、プロセス処理回路５からＤＲＡＭ９を介して圧縮伸長回路１５に供給されている画像データが圧縮されて記録媒体１６に記録される。
【００３５】
また、記録媒体１６に記録されている画像データを再生する際には、記録媒体１６から読み出された圧縮データが圧縮伸長回路１５で伸長処理されてＤＲＡＭ９に書き込まれ、このＤＲＡＭ９に書き込まれた画像データがプロセス処理回路５を介して液晶表示装置１３や、外部表示用端子１４を経て外部表示装置に供給されて静止画として再生される。
【００３６】
次に、ＣＣＤ１を駆動して画像データを得るための読み出し動作について、図２を参照して説明する。なお、図２では、ＣＣＤ１を構成する二次元配列の水平方向の画素の並びをラインとし、このラインが第１ラインから第Ｌラインまで垂直方向に並んでいるものとする。図２（Ａ）は、ＣＣＤ１を最初の第１ラインから最終の第Ｌラインまで順次走査することにより、全画素に係る画素信号を所定の読み出し周波数で順次読み出して、静止画を記録するモードを示している。この静止画記録モードにおける読み出しは、いわゆるプログレッシブスキャニングと呼ばれるもので、図１６において外側の大きな矩形枠で示すようなフル画面エリアについて、順次走査を行って全画素に係る情報を出力するので、静止画として高解像度の画像を得ることができる。
【００３７】
図２（Ｂ）は、動画処理モードを示すものである。この動画処理モードでは、垂直方向の一部連続するｋ（ｋは正の整数）ライン、つまり第ｊ＋１ラインから第ｊ＋ｋライン（ｊは０以上の整数）の画素信号を読み出して動画処理を行う。このように、連続するｋラインの有効出力エリアのみの画像データを読み出すことにより、全Ｌラインを読み出す場合に比べてフレームレートをＬ／ｋ倍向上することができ、速いフレームレートの動画データを得ることができる。ここで、連続するｋラインの有効出力エリアは、好ましくは、ＣＣＤ１のフル画面エリアの中央部分とする。すなわち、このモードで読み出した有効出力エリアの画像データは、液晶表示装置１３に表示される他、後述するように、例えばＡＦ１０、ＡＥ１１、ＡＷＢ１２におけるそれぞれの処理で用いられるが、これらの処理ではフル画像エリアの中央部分の画像データを用いる中央重点処理が行われることが多いので、有効出力エリアをフル画面エリアの中央部分とすることにより、所要の処理を容易に行うことが可能となる。なお、このモードで読み出した有効出力エリアの画像データは、静止画として記録することも可能である。
【００３８】
次に、図２（Ａ）に示したような静止画記録モードと、図２（Ｂ）に示したような動画処理モードとがどのように実行されるかを、図３に示すＣＣＤ１の読み出しモードを示すタイミングチャート、および図４に示す読み出しモードと制御用データとを示すタイムチャートを参照しながら説明する。ＣＣＤ１からの画像データの読み出しは、例えば１／６０秒周期の垂直同期信号ＶＤに同期して行われるが、静止画用の高画質の画像を取り込む以外のときは、例えば、１ＲＳＷ１８ａのオンにより動画処理モードが実行され、この動画処理モードにより、例えば図１６に示した順次のフレームにおける中央部の有効出力エリアの画像データが垂直同期信号ＶＤに同期して読み出される。この動画処理モードで読み出される画像データは、ＣＤＳ２、ＡＭＰ３、Ａ／Ｄ４およびプロセス処理回路５を介して液晶表示装置１３に供給されて動画表示に用いられると共に、図４に示すように、ＡＥ，ＡＦ，ＡＷＢ等の制御用データを算出する処理に、例えば１フレームずつ順に繰り返し用いられる。なお、このようにフレーム毎に異なる処理を繰り返し行う場合には、例えば、制御用データを蓄積することが考えられるが、この場合には、蓄積するデータを各々の処理内容に合わせて、同一の蓄積系により蓄積して処理することも可能となる。
【００３９】
上記の動画処理を行っている最中に、２ＲＳＷ１８ｂがオンになってトリガが発生すると、それまでの１ＲＳＷ１８ａのオンによる動画処理モードにより、露光やピントが適切に合った状態に既に制御されているので、トリガが入力された時点のフレームの次から直ちに静止画記録モードに移行する。
【００４０】
この静止画記録モードでは、図２（Ａ）で説明したように、ＣＣＤ１の第１ラインから第Ｌラインまでの全画素に係る静止画の画素信号が所定の読み出し周波数で順次読み出されて、ＣＤＳ２、ＡＭＰ３、Ａ／Ｄ４、プロセス処理回路５、ＤＲＡＭ９を経て圧縮伸長回路１５に供給され、ここで圧縮されて記録媒体１６に記録される。ここで、ＣＣＤ１の全ラインの走査に、例えば１／１０秒を要するとすれば、静止画の全データを出力するのに６コマ分の時間を要することになるが、この時間は、例えば垂直同期信号ＶＤをカウントすることにより制御される。
【００４１】
この静止画記録モードによる静止画データの出力が終了すると、１ＲＳＷ１８ａがオンの間、撮像装置は再び動画処理モードに移行して、順次のフレームにおける中央部の有効出力エリアの画像データが垂直同期信号ＶＤに同期して読み出され、これにより液晶表示装置１３への動画表示、およびＡＥ，ＡＦ，ＡＷＢ等の制御用データの算出処理が行われて、次の撮影に備える。
【００４２】
この発明とともに開発した参考例では、上記の動画処理モードで読み出すＣＣＤ１の中央部の有効出力エリアのライン数ｋを、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように予め二種類設定し、そのいずれか一方を被写体の輝度に応じて選択すると共に、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアの場合は、そのフレーム周期を所定の値Ｔに設定しておく。ここで、有効出力エリアのライン数ｋは、図５（Ａ）の場合は、図１６の場合と同様に、全ライン数のほぼ４０％とし、図５（Ｂ）の場合は、全ライン数のほぼ１５％とする。このため、ＣＰＵ８による動画処理モードの制御にあたっては、被写体輝度に応じてフレーム周期を設定するためのフラグＫを設定し、Ｋ＝１のときはフレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択し、Ｋ＝０のときは図５（Ａ）に示す広い有効出力エリアを選択するようにする。
【００４３】
図６は、この参考例におけるＣＰＵ８での動作を示すフローチャートである。先ず、フラグＫを「０」にクリア（ステップＳ１）して１ＲＳＷ１８ａがオンか否かをチェックする（ステップＳ２）。ここで、１ＲＳＷ１８ａがオンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の適正蓄積時間ｔｓと所定値ｔth（例えば、図５（Ｂ）の場合のフレーム周期Ｔ）とを比較し（ステップＳ３）、ｔｓ＜ｔthのときはフラグＫを「１」に設定し（ステップＳ４）、ｔｓ≧ｔthのときはフラグＫを「０」に設定する（ステップＳ５）。したがって、被写体が高輝度の場合には、フレーム周期Ｔが設定されて、図５（Ｂ）に示す有効出力エリアが選択され、低輝度の場合には、図５（Ａ）に示す有効出力エリアが選択されることになる。
【００４４】
その後、フラグＫに応じた読み出しモードの設定データをＴＧ６へ送信して、ＴＧ６においてその設定データに基づいて選択された有効出力エリアの読み出しを行い（ステップＳ６）、その読み出された動画データに基づいてＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う（ステップＳ７）。このステップＳ７での動画処理の実行中、２ＲＳＷ１８ｂがオンか否かをチェックし（ステップＳ８）、オンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の全ラインを読み出して制止画像を記録媒体１６に記録する処理を実行する（ステップＳ９）。
【００４５】
図７は、参考例におけるＣＣＤ１の蓄積動作および読み出し動作を示すタイミングチャートで、図６のステップＳ４でフラグＫを「１」とすることによりフレーム周期Ｔを設定した場合、すなわち被写体が高輝度で、図５（Ｂ）に示す有効出力エリアが選択された場合のタイミングチャートを示している。図１８との比較から明らかなよう、図１８の場合には、有効読み出しエリアが例えば４０％のライン数と固定されているため、被写体が高輝度で蓄積時間ｔｓが小さくても、読み出し時間ｔR ′によってフレームレート（１／Ｔ′）がほぼ決定されてしまうことになるが、この参考例においては、ＣＣＤ蓄積レベルが適正レベルＶｔに達する蓄積時間ｔｓが短い高輝度の場合には、図５（Ｂ）に示すように掃き出しエリアを拡大することにより有効出力エリアをほぼ１５％のライン数に縮小して読み出すようにしたので、その読み出し時間ｔR を図１８の場合の読み出し時間ｔR ′よりも短くでき、フレームレートを１／Ｔ′から１／Ｔに向上することができる。
【００４６】
なお、図７では、蓄積時間ｔｓを図５（Ｂ）の場合のフレーム周期Ｔと同一にしているが、この蓄積時間ｔｓはフレーム周期Ｔ以下であれば何ら問題はない。すなわち、最大蓄積時間はフレーム周期Ｔで制限されるが、フレーム周期Ｔ以下の蓄積時間は、サブパルスＳＵＢによる通常のオーバーフロードレインへの電荷排出による電子シャッタで任意に実現できるからである。これは、後述する実施形態においても同様である。
【００４７】
以上の参考例によれば、被写体の輝度に応じて、適正蓄積時間が短い高輝度の場合には、掃き出しエリアを拡大し、有効出力エリアを縮小するようにしたので、フレームレートを有効に向上できる。したがって、レリーズタイムラグを有効に低減できるので、操作性を向上することができる。
【００４８】
この発明の第１実施形態においては、上記の参考例において、フレーム周期Ｔの設定を、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードまたは被写体が動体かの条件と、被写体輝度とに基づいて行って、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択する。
【００４９】
図８は、この第１実施形態におけるＣＰＵ８での動作を示すフローチャートである。先ず、フラグＫを「０」にクリア（ステップＳ１１）して１ＲＳＷ１８ａがオンか否かをチェックする（ステップＳ１２）。ここで、１ＲＳＷ１８ａがオンになったのが検知されたら、連写モードか否か（ステップＳ１３）、コンティニュアンスＡＦモードか否か（ステップＳ１４）、被写体が動体か否か（ステップＳ１５）をそれぞれチェックする。なお、連写モードは連写モード設定スイッチ１９ａの状態を、コンティニュアンスＡＦモードはコンティニュアンスＡＦモード設定スイッチ１９ｂの状態をそれぞれ検知してチェックする。また、被写体が動体か否かは、複数回のＡＦデータに基づいて、例えば特開平５−３０８５５７号公報記載の技術を適用してチェックする。
【００５０】
上記のステップＳ１３〜ステップＳ１５のうち、少なくとも一つのステップでのチェック結果が「Ｙ」の場合、すなわち連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合には、ＣＣＤ１の適正蓄積時間ｔｓと所定値ｔth（例えば、フレーム周期Ｔ）とを比較し（ステップＳ１６）、ｔｓ＜ｔthのときはフラグＫを「１」に設定し（ステップＳ１７）、ｔｓ≧ｔthのときはフラグＫを「０」に設定する（ステップＳ１８）。したがって、ステップＳ１６での比較結果に応じて、被写体が高輝度の場合には、フレーム周期Ｔが設定されて、図５（Ｂ）に示すほぼ１５％のライン数からなる有効出力エリアが選択され、低輝度の場合には、図５（Ａ）に示すほぼ４０％のライン数からなる有効出力エリアが選択されることになる。これに対し、ステップＳ１３〜ステップＳ１５での各チェック結果が、いずれも「Ｎ」の場合には、ステップＳ１８でフラグＫを「０」に設定する。
【００５１】
その後、上記参考例の場合と同様に、フラグＫに応じた読み出しモードの設定データをＴＧ６へ送信して、ＴＧ６においてその設定データに基づいて選択された有効出力エリアの読み出しを行い（ステップＳ１９）、その読み出された動画データに基づいてＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う（ステップＳ２０）。このステップＳ２０での動画処理の実行中、２ＲＳＷ１８ｂがオンか否かをチェックし（ステップＳ２１）、オンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の全ラインを読み出して制止画像を記録媒体１６に記録する処理を実行する（ステップＳ２２）。
【００５２】
このように、第１実施形態においては、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合にのみ、ｔｓ＜ｔthを判定して、ｔｓ＜ｔthのときは、フレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）のように掃き出しエリアを拡大し、有効出力エリアを縮小して、フレームレートを向上させるようにしたので、連写モードの場合には単位時間当たりの撮影コマ数を多くでき、コンティニュアンスＡＦモードまたは被写体が動体の場合には、移動する被写体に対してＡＦの追従性を向上することができる。また、上記以外の場合には、図５（Ａ）に示す有効エリアが選択され、ＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等に利用できる領域が広くなるので、それらの動画処理機能を向上することができる。
【００５３】
上述した第１実施形態では、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合で、ｔｓ≧ｔthのとき、すなわち被写体が低輝度のときは、図５（Ａ）に示す広い有効出力エリアを選択するようにしたが、この発明の第２実施形態では、ｔｓ≧ｔthの場合でも、フレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択してフレームレートを向上させるようにし、その際のＣＣＤ蓄積レベルの不足分を、ＣＣＤ１から読み出した信号を加算することによって補うようにする。このため、第２実施形態では、フレーム周期を設定するためのフラグＫの他に、ｔｓ≧ｔthで、フレーム周期Ｔを設定した場合に、ＣＣＤ１からの読み出し信号を加算するためのフラグＧを設定する。ここで、フラグＧは、Ｇ＝１で加算を行い、Ｇ＝０で加算を行わないものとする。
【００５４】
図９は、この第２実施形態におけるＣＰＵ８での動作を示すフローチャートである。先ず、フラグＫおよびフラグＧをそれぞれ「０」にクリア（ステップＳ３１）して１ＲＳＷ１８ａがオンか否かをチェックする（ステップＳ３２）。ここで、１ＲＳＷ１８ａがオンになったのが検知されたら、第１実施形態と同様にして、連写モードか否か（ステップＳ３３）、コンティニュアンスＡＦモードか否か（ステップＳ３４）、被写体が動体か否か（ステップＳ３５）をそれぞれチェックする。
【００５５】
上記のステップＳ３３〜ステップＳ３５のうち、少なくとも一つのステップでのチェック結果が「Ｙ」の場合には、蓄積時間ｔｓと所定値ｔthとを比較し（ステップＳ３６）、ｔｓ＜ｔthのときはフラグＫを「１」に、フラグＧを「０」にそれぞれ設定し（ステップＳ３７）、ｔｓ≧ｔthのときはフラグＫおよびフラグＧをそれぞれ「１」に設定する（ステップＳ３８）。したがって、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合には、フレーム周期Ｔが設定されて、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアが選択され、さらにその場合において被写体が低輝度の場合には、ＣＣＤ１から読み出した信号を加算処理することが選択されることになる。これに対して、ステップＳ３３〜ステップＳ３５での各チェック結果が、いずれも「Ｎ」の場合には、ステップＳ３９でフラグＫおよびフラグＧをそれぞれ「０」に設定する。したがって、この場合には、図５（Ａ）に示す広い有効出力エリアが選択され、ＣＣＤ１から読み出した信号の加算処理も行われないことになる。
【００５６】
その後、フラグＫに応じた読み出しモードの設定データをＴＧ６へ送信して、ＴＧ６においてその設定データに基づいて選択された有効出力エリアの読み出しを行い（ステップＳ４０）、その読み出された動画データに対して、フラグＧの内容に応じて選択的に加算処理を行ってＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う（ステップＳ４１）。
【００５７】
ここで、ＣＣＤ１から読み出した信号の加算処理は、例えばＣＣＤ１が図１５に示したようなベイヤー配列の色差線順次形式の色フィルタを有する場合には、例えば図１０に示すように、それぞれ一ライン隔てた二ライン間で同色の２画素の信号を加算する。なお、図１０において、（ＣＲ）は、図１５においてＲおよびＧの繰り返しパターンのラインを、同様に（ＣＢ）は、ＧおよびＢの繰り返しパターンのラインをそれぞれ示している。
【００５８】
図９において、ステップＳ４１での動画処理の実行中、２ＲＳＷ１８ｂがオンか否かをチェックし（ステップＳ４２）、オンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の全ラインを読み出して制止画像を記録媒体１６に記録する処理を実行する（ステップＳ４３）。勿論、この静止画の記録処理では、ＣＣＤ１からの読み出し信号の加算処理は行わない。
【００５９】
図１１は、この第２実施形態におけるＣＣＤ１の蓄積動作および読み出し動作を示すタイミングチャートで、図９においてステップＳ３８でフラグＫおよびフラグＧがそれぞれ「１」に設定された場合、すなわちフレーム周期Ｔの設定により、図５（Ｂ）に示す有効出力エリアが選択され、かつ被写体が低輝度の場合のタイミングチャートを示している。図１１から明らかなように、例えば所定値ｔthをフレーム周期Ｔとすると、ＣＣＤ蓄積レベルが適正レベルＶｔとなる適正蓄積時間ｔｓは、ｔｓ＞Ｔとなるため、実際の蓄積時間ｔｓ′をｔｓ′＝Ｔとすると、蓄積量が不足することになる。この蓄積量の不足分は、図１０に示したように、ＣＣＤ１から読み出した信号を加算することで補われる。
【００６０】
このように、第２実施形態では、被写体が低輝度の場合でも、フレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択することで、フレームレートの向上を優先させ、その場合のＣＣＤ蓄積レベルの不足分を、ＣＣＤ１から読み出した信号を加算することで補うようにしたので、フレームレートを低下させずに、ＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を適切に行うことができる。なお、ＣＣＤ１から読み出した信号の加算処理は、図１０に示したように、同色の２画素の信号の加算に限らず、同色の３画素以上の信号を加算するようにすることもできるし、ｔｓとｔthとの差に基づいて、その加算する同色の画素数を制御することもできる。
【００６１】
この発明の第３実施形態では、第２実施形態において、ｔｓ≧ｔthの場合に、フレーム周期Ｔを設定して、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアを選択したときのＣＣＤ蓄積レベルの不足分を、ＡＭＰ３（図１参照）のゲインを選択的に高くすることによって補うようにする。このため、第３実施形態では、フレーム周期Ｔを設定するフラグＫの他に、ｔｓ≧ｔthで、フレーム周期Ｔを設定場合に、ＡＭＰ３のゲインを選択的に高くするためのフラグＡを設定する。ここで、フラグＡは、Ａ＝１でゲインを２倍に、Ａ＝０でゲインを１倍にするものとする。
【００６２】
図１２は、この第３実施形態におけるＣＰＵ８での動作を示すフローチャートである。先ず、フラグＫおよびフラグＡをそれぞれ「０」にクリア（ステップＳ５１）して１ＲＳＷ１８ａがオンか否かをチェックする（ステップＳ５２）。ここで、１ＲＳＷ１８ａがオンになったのが検知されたら、第２実施形態と同様にして、連写モードか否か（ステップＳ５３）、コンティニュアンスＡＦモードか否か（ステップＳ５４）、被写体が動体か否か（ステップＳ５５）をそれぞれチェックする。
【００６３】
上記のステップＳ５３〜ステップＳ５５のうち、少なくとも一つのステップでのチェック結果が「Ｙ」の場合には、蓄積時間ｔｓと所定値ｔthとを比較し（ステップＳ５６）、ｔｓ＜ｔthのときは、フラグＫを「１」に、フラグＡを「０」にそれぞれ設定し（ステップＳ５７）、ｔｓ≧ｔthのときは、さらにその蓄積時間ｔｓでのＣＣＤ蓄積レベルＶｓが、適正レベルＶｔに対して１／２未満か否かをチェックする（ステップＳ５８）。ここで、Ｖｓ≧Ｖｔ／２のときは、ステップＳ５７でフラグＫを「１」に、フラグＡを「０」にそれぞれ設定し、Ｖｓ＜Ｖｔ／２のときは、ステップＳ５９でフラグＫおよびフラグＡをそれぞれ「１」に設定する。したがって、連写モード、コンティニュアンスＡＦモードおよび被写体が動体の少なくとも一つを満足する場合には、フレーム周期Ｔが設定されて、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアが選択され、さらにその場合において被写体が低輝度で、Ｖｓ＜Ｖｔ／２のときは、ＡＭＰ３のゲインが２倍に設定されることになる。これに対して、ステップＳ５３〜ステップＳ５５での各チェック結果が、いずれも「Ｎ」の場合には、ステップＳ６０でフラグＫおよびフラグＡをそれぞれ「０」に設定する。したがって、この場合には、図５（Ａ）に示す広い有効出力エリアが選択され、ＡＭＰ３のゲインも１倍に設定される。
【００６４】
その後、フラグＫに応じた読み出しモードの設定データをＴＧ６へ送信して、ＴＧ６においてその設定データに基づいて選択された有効出力エリアの読み出しを行って（ステップＳ６１）、その読み出された動画データに対して、フラグＡの内容に応じてＡＭＰ３で増幅処理を行ってＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を行う（ステップＳ６２）。この動画処理の実行中は、２ＲＳＷ１８ｂがオンか否かをチェックし（ステップＳ６３）、オンになったのが検知されたら、ＣＣＤ１の全ラインを読み出し、ＡＭＰ３のゲインを１倍として制止画像を記録媒体１６に記録する処理を実行する（ステップＳ６４）。
【００６５】
図１３は、第３実施形態における図１のＡＭＰ３の要部の一例の構成を示すものである。このＡＭＰ３は、ＣＤＳ２（図１参照）からの信号を増幅するゲイン切り替え可能な反転増幅回路３１と、ＣＣＤ１の暗電流によるノイズ成分を除去するために、ＣＤＳ２からの信号のうち、ＣＣＤ１内の遮光画素からの出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路３２とを有する。反転増幅回路３１には、ＯＰアンプ３３を設け、その反転入力端子に抵抗Ｒ１を経てＣＤＳ２からの信号を供給する。ＯＰアンプ３３の反転入力端子は、抵抗Ｒ２，Ｒ３を経て出力端子に接続して帰還回路を構成し、非反転入力端子は、抵抗Ｒ４およびＲ５を経て基準電源（図示せず）に接続する。また、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ５には、ゲインを切り替えるためにそれぞれアナログスイッチ３５および３６を並列に接続する。
【００６６】
サンプルホールド回路３２には、ＯＰアンプ３７を設け、その非反転入力端子にホールドコンデンサＣを接続し、このホールドコンデンサＣにアナログスイッチ３８を経てＣＤＳ２からの信号を供給するようにして、ＯＰアンプ３７の出力を抵抗Ｒ６を経てＯＰアンプ３３の非反転入力端子に供給する。なお、抵抗Ｒ１〜Ｒ６の各抵抗値は、それぞれ等しくする。
【００６７】
このようにして、ＣＰＵ８の制御のもとに、サンプルホールド回路３２で、ＣＣＤ１内の遮光画素の出力のタイミングでアナログスイッチ３８をオンにして、その遮光画素出力をホールドコンデンサＣにホールドし、その出力をＯＰアンプ３７および抵抗Ｒ６を経て反転増幅回路３１を構成するＯＰアンプ３３の非反転入力端子に供給する。また、反転増幅回路３１では、ＣＰＵ８の制御のもとに、図１２で説明したフラグＡが「０」のときは、アナログスイッチ３５，３６をオンとして、そのゲインを１倍とし、フラグＡが「１」のときは、アナログスイッチ３５，３６をオフとして、そのゲインを２倍にして、ＣＤＳ２からの信号を暗電流によるノイズを除去して増幅する。
【００６８】
以上のように、第３実施形態では、被写体が低輝度の場合でも、図５（Ｂ）に示す狭い有効出力エリアが選択されるフレーム周期Ｔを設定することでフレームレートを向上させ、その場合のＣＣＤ蓄積レベルの不足分を、ＡＭＰ３のゲインを切り替えることで補うようにしたので、フレームレートを低下させずに、ＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を高精度で行うことができる。なお、ＡＭＰ３でのゲインの切り替えは、１倍および２倍の切り替えに限らず、ＣＣＤ蓄積レベルに応じて任意に設定するよう構成することもできる。
【００６９】
なお、この発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＣＣＤ１の有効出力エリアを、全ライン数のほぼ４０％とほぼ１５％の二種類設定して、フレーム周期Ｔが設定されたときは、ほぼ１５％の有効出力エリアを選択するようにしたが、さらに多くのフレーム周期を、被写体輝度に応じて、あるいは任意に設定できるようにして、その設定されたフレーム周期に応じて有効出力エリアを適宜設定するようにすることもできる。また、有効出力エリアは、画面中央部に限らず任意の領域に設定することができる。さらに、フレーム周期を設定することなく、被写体輝度に応じて、有効出力エリアを、例えば高輝度の場合には、フレーム周期が短くなるように狭く設定するようにすることもできる。また、撮像素子は、上述した縦型オーバーフロードレイン構造をもつインターライン形ＣＣＤに限らず、他のＣＣＤやＭＯＳ形撮像デバイス等の種々の固体撮像素子を用いる場合でも、この発明を有効に適用することができる。
【００７０】
【発明の効果】
この発明によれば、撮像素子に蓄積された信号電荷を、実効的水平走査期間内に相対的に粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出す有効領域と、相対的に密な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して掃き出す不要領域との範囲を設定できるようにしたので、被写体輝度、連写モード、コンティニュアンスＡＦモード、被写体が動体等に応じて、有効領域および不要領域を適宜設定してフレームレートを有効に向上することができる。したがって、動画データを用いるＡＦ，ＡＥ，ＡＷＢ等の処理を迅速に行うことができるので、レリーズタイムラグを十分減少でき、満足な操作性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る撮像装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態によるＣＣＤの読み出し動作を説明するための図である。
【図３】同じく、ＣＣＤの読み出しモードを示すタイミングチャートである。
【図４】同じく、ＣＣＤの読み出しモードと制御用データとを示すタイミングチャートである。
【図５】この発明とともに開発した参考例による動画処理モードで選択的に読み出すＣＣＤの有効出力エリアの二つの例を示す図である。
【図６】参考例の動作を示すフローチャートである。
【図７】同じく、ＣＣＤの蓄積動作および読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図８】この発明の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図９】同じく、第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態における信号の加算処理を説明するための図である。
【図１１】同じく、第２実施形態におけるＣＣＤの蓄積動作および読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】この発明の第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１３】同じく、第３実施形態におけるＡＭＰの要部の一例の構成を示す図である。
【図１４】この発明に係る撮像装置に使用可能な撮像素子としてのＣＣＤの一例の構成を示す図である。
【図１５】図１４に示すＣＣＤに用いられる色フィルタの一例を示す図である。
【図１６】本出願人の先の提案に係る撮像装置による動画処理モードでのＣＣＤ画面の有効出力エリアおよび掃き出しエリアを示す図である。
【図１７】同じく、本出願人の先の提案に係る撮像装置による動画処理モードでのＣＣＤの電荷読み出しおよび掃き出し動作を示す模式図である。
【図１８】同じく、動画処理モードでの高輝度の場合のＣＣＤの電荷の読み出しおよび掃き出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１９】同じく、動画処理モードでの低輝度の場合のＣＣＤの電荷の読み出しおよび掃き出し動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ ＣＣＤ
２ 相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）
３ ゲインコントロールアンプ（ＡＭＰ）
４ アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）
５ プロセス処理回路
６ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
７ シグナルジェネレータ（ＳＧ）
８ ＣＰＵ
９ ＤＲＡＭ
１０ オートフォーカス回路（ＡＦ）
１１ 自動露出制御回路（ＡＥ）
１２ オートホワイトバランス回路（ＡＷＢ）
１３ 液晶表示装置
１４ 外部表示用端子
１５ 圧縮伸長回路
１６ 記録媒体
１７ レンズおよび絞り
１８ａ ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）
１８ｂ セカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）
１９ａ 連写モード設定スイッチ
１９ｂ コンティニュアンスＡＦモード設定スイッチ
１９ｃ シングルＡＦモードスイッチ
２１ フォトダイオード
２２ トランスファーゲート
２３ 垂直シフトレジスタ
２４ 水平シフトレジスタ
２５ 信号検出器
３１ 反転増幅回路
３２ サンプルホールド回路
３３，３７ ＯＰアンプ
３５，３６，３８ アナログスイッチ
Claims (2)
- 画素信号を読み出し可能な撮像素子と、
前記撮像素子の有効領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出す読み出しモードと、前記撮像素子の不要領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に密な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して掃き出す掃き出しモードとを制御する読み出し制御手段と、
前記有効領域および不要領域の範囲を設定する領域設定手段と、を有する撮像装置において、
被写体の静止画像を連続的に撮影する連写モードを有し、
この連写モードが設定されているときは、前記領域設定手段により前記有効領域の範囲を縮小し、前記不要領域の範囲を拡大してフレーム周期を縮小するよう構成したことを特徴とする撮像装置。 - 画素信号を読み出し可能な撮像素子と、
前記撮像素子の有効領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に粗な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して読み出す読み出しモードと、前記撮像素子の不要領域に蓄積された信号電荷を実効的水平走査期間内に相対的に密な頻度で転送するようなタイミングで垂直転送して掃き出す掃き出しモードとを制御する読み出し制御手段と、
前記有効領域および不要領域の範囲を設定する領域設定手段と、を有する撮像装置において、
被写体が移動しているか否かを判定する動体判定手段を有し、
この動体判定手段により被写体が動体と判定されたときは、前記領域設定手段により前記有効領域の範囲を縮小し、前記不要領域の範囲を拡大してフレーム周期を縮小するよう構成したことを特徴とする撮像装置。
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