JP4127732B2 - 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、例えば、電子スチールカメラやデジタルカメラ等の撮像素子を有する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15に模式的に示すような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。
【0003】
図15に示す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光電変換素子部を構成するフォトダイオード1と、このフォトダイオード1に蓄積された電荷をトランスファーゲート2を介して受け取った後に、垂直方向に順次転送する垂直転送路を構成する垂直シフトレジスタ3と、この垂直シフトレジスタ3により転送される電荷を水平方向に順次転送する水平転送路を構成する水平シフトレジスタ4と、この水平シフトレジスタ4の出力信号を増幅して出力する信号検出器5とを有している。
【0004】
図16は、図15に示したCCDを用いる撮像装置の基本的構成を示すブロック図である。この撮像装置は、被写体光束を後述するCCD13の受光面上に結像するレンズ11と、このレンズ11からの被写体光束を絞る絞り手段20と、被写体光束を通過させるか遮光するかを制御する例えばメカニカルシャッタからなるシャッタ手段12と、このシャッタ手段12を通過した被写体光束を電気信号に変換するCCD13と、このCCD13からの電気信号に種々の処理を施して画像信号として出力する信号処理回路14と、この信号処理回路14からの画像信号を静止画として記憶するDRAMや、画像信号を圧縮して静止画として記録するための記録媒体を有する記録手段21と、シャッタ手段12を制御するシャッタドライバ16と、絞り手段20を制御する絞りドライバ22と、CCD13に対してフォトダイオード1への信号電荷蓄積期間を制御するためのパルス、垂直シフトレジスタ3を駆動するためのパルス、水平シフトレジスタ4を駆動するためのパルスを供給すると共に、信号処理回路14に対してCCD13と同期して駆動するためのパルスを供給する信号発生器17と、シャッタドライバ16、信号発生器17および絞りドライバ22を含む各回路を統括的に制御するCPU18とを有する。なお、信号処理回路14および信号発生器17は、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)19で構成されている。
【0005】
図17は、図16に示す撮像装置による従来の撮像動作を示すタイミングチャートで、垂直同期信号VD、トランスファーゲートパルスTG、サブパルスSUB、垂直シフトレジスタ転送パルスVT、クランプパルスCLP、シャッタ手段12の開閉動作、絞り手段20の動作、絞りドライバ22の動作、およびCCD13からの読み出し信号であるCCD信号を示している。
【0006】
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を規定するパルス列である。ここでは、各パルスにより規定される期間を、それぞれV1,V2,・・・で示している。
【0007】
トランスファーゲートパルスTGは、フォトダイオード1に蓄積された電荷を垂直シフトレジスタ3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2に印加される。ここでは、垂直同期信号VDの各期間V1,V2,・・・に対応するトランスファーゲートパルスTGを、TG0,TG1,・・・で示している。
【0008】
サブパルスSUBは、フォトダイオード1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1に電荷が蓄積されるのは、垂直同期信号VDの各期間V1,V2,・・・に対応して時間区間tb1,tb2, ・・・で示すように、サブパルスSUBが停止している期間で、この蓄積期間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電子(素子)シャッタを実現している。なお、この蓄積時間は、図示しない測光手段により被写体像を測光した結果に基づいて決定され、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。
【0009】
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3内の電荷を水平シフトレジスタ4側へ順次転送させるためのパルスである。
【0010】
クランプパルスCLPは、CCD信号のうち、CCDのオプティカルブラック部に対応する信号をクランプするパルスで、これにより画像信号の電位レベルを安定化させて、黒レベルを安定に保っている。
【0011】
シャッタ手段12は、通常は常に開いており、記録トリガによりフォトダイオード1に電荷の蓄積を行った後に、その電荷の転送を行う際には遮光するようになっている。なお、記録トリガは、例えばレリーズボタン(図示せず)が2段トリガでなる場合、すなわち記録を行うためにレリーズボタンを軽く押す記録の準備段階で第1トリガを発生させ、その状態から静止画像の記録を開始するためにさらにレリーズボタンを押し込むことにより第2トリガを発生する場合には、第2トリガが記録トリガに相当する。
【0012】
CCD信号は、垂直方向のオプティカルブラック部に対応する時間区間t01,t02と、これら期間に挟まれた被写体の画像の期間である有効期間とを有し、通常はオプティカルブラック部の信号レベルよりも有効期間の信号レベルのほうが高くなっている。
【0013】
また、絞り手段20は、通常は開放径の状態にあり、被写体が明るいために絞り手段20が開放径のままでは電子シャッタのみでは適正露光を超えてしまう場合に、光束を絞るようになっている。
【0014】
図17に示すタイミングチャートから明らかなように、従来の撮像装置では、例えば、期間V3で記録トリガが発せられると、垂直シフトレジスタ転送パルスVTを連続して出力することにより、垂直シフトレジスタ3内の不要電荷を時間区間taにおいて、所定の読み出し時の転送パルスを休止期間を俟つことなく定常的に印加する高速掃き出しを行っている。その後、期間V4において、記録トリガが発するまでのCCD信号に基づく測光処理によって決定された露光期間に対応して、サブパルスSUBの印加を時間区間tb4で停止させてフォトダイオード1に電荷を蓄積すると共に、この際、電子シャッタのみで適正露光が確保できない場合には、期間V4の開始に同期して絞りドライバ22をオンにして、絞り手段20により被写体光束を絞り込むようにしている。したがって、この時間区間tb4が一つのフレーム画像の露光時間となる。
【0015】
期間V4内の時間区間tb4で露光された画像は、期間V5において信号CCD4として出力され、このCCD信号が記録トリガによる露光結果として信号検出器5から出力される。また、この期間V5の開始に同期して、絞り手段20を開放状態にすると共に、シャッタドライバ16によりシャッタ手段12の遮光動作を開始させ、次の期間V6内においてシャッタ手段12の開動作を行うようにしている。なお、シャッタ手段12が遮光動作を行っている期間V5で露光された画像は、続く期間V6で信号CCD5として出力れるが、この信号CCD5はシャッタ手段により入射光が遮光されたときのCCD信号であるため、オプティカルブラック部の信号レベルと有効期間の信号レベルとがほぼ等しくなる。
【0016】
このように、従来の撮像装置においては、記録トリガが発せられた期間V3で垂直シフトレジスタ3の高速掃き出しを行い、次の期間V4で絞り手段20を選択的に動作させると共に、期間V4内の時間区間tb4でフォトダイオード1への電荷の蓄積を行い、さらに次の期間V5で絞り手段20を開放すると共に、蓄積された電荷の転送を行うためにシャッタ手段12の遮光動作を行い、その後の期間V6内でシャッタ手段12を再び開くようにしている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の撮像装置にあっては、シャッタ手段12がその遮光動作を開始してから、完全な遮光状態となるまでに応答時間tmを要することから、電荷の転送を行う期間V5の開始に遮光動作を開始しても、応答時間tmの間はCCD13に光が入射してフォトダイオード1に電荷が発生することになる。このため、特に被写体が明るい場合などには、サブパルスSUBによって電荷を縦方向に排出しても、発生した電荷の一部が垂直シフトレジスタ3に混入したり、また、発生した電荷がフォトダイオード1の基板部に残留して、シャッタ手段12が完全に遮光状態になった後に垂直シフトレジスタ3により転送されて、本来のCCD信号にスミアが重畳されてしまうという問題がある。なお、絞り手段20もシャッタ手段12と同様の応答特性を有するが、図面では省略してある。
【0018】
そこで、本出願人は、上記の問題を解決するために、図16に示す構成において、図18に示すようなタイミングで撮像動作を制御する撮像装置を既に提案している(特願平8−344052号)。この撮像装置では、記録トリガ発生後において、垂直シフトレジスタ3内の不要電荷の高速掃き出しを垂直同期信号VDに同期したトランスファーゲートパルスTG3に同期して時間区間tcにおいて行う。なお、この高速掃き出し期間tcにおける垂直シフトレジスタ転送パルスVTは、情報として使用しない不要電荷を掃き出すので、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。
【0019】
また、高速掃き出し期間tcの終点を規定すると共に、蓄積期間tb4で蓄積された信号電荷を垂直シフトレジスタ3に転送するためのトランスファーゲートパルスTG4は、その発生タイミングを、シャッタ手段12の応答時間tmおよびその公差を見込んだ所定時間tvだけ次の期間V5の開始よりも早めに設定し、このトランスファーゲートパルスTG4に同期してシャッタドライバ16によりシャッタ手段12の遮光動作を開始する。
【0020】
さらに、垂直シフトレジスタ3に転送された信号電荷は、所定時間tvの間は垂直転送を停止し、この垂直転送停止期間tvを経過した時点で、次の期間V5の開始に同期して垂直シフトレジスタ転送パルスVTを印加して、読み出しを開始する。なお、記録トリガ発生後の蓄積期間tb4の開始タイミングは、トランスファーゲートパルスTG4の発生タイミングから、蓄積期間tb4を遡ることにより決定する。また、被写体光束を絞り込んで蓄積期間tb4を決定する場合には、期間V4の開始において絞り手段20の絞り込みが行われるように絞りドライバ22をオンし、蓄積期間tb4の終点、すなわちトランスファーゲートパルスTG4に同期して絞り手段20を開放する。
【0021】
かかる撮像装置によれば、期間V4内の蓄積区間tb4で蓄積された信号電荷を読み出す期間V5においては、シャッタ手段12を完全に遮光状態とすることができるので、上記のスミアの問題を解決でき、品質の良好な画像信号を得ることができる。
【0022】
しかしながら、本発明者らによる種々の実験検討によれば、上記の本出願人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、電子スチールカメラやデジタルカメラのような携帯用の撮像装置では、バッテリが用いられることから、特に、低消費電力化が要求される。ところが、上記の撮像装置では、絞り手段20を駆動する場合、その駆動期間とCCD13内の不要電荷の高速掃き出し期間tcとが同じ期間となる。ここで、高速掃き出しを行うための転送パルスの繰り返し周波数f(掃き出し周波数)と、その際にCCD13に流れるピーク消費電流Iとは、一般に、図19に示すような比例関係にあり、掃き出し周波数fが高くなればなるほど、ピーク消費電流Iが大きくなり、消費電力が大きくなる。
【0023】
このため、掃き出し周波数fを高い周波数f1に固定的に設定すると、高速掃き出し期間tcでは、装置全体に、図18に示すように、高速掃き出しによる高い掃き出し電流と、絞り手段20の絞り込み状態を保持するための絞り保持電流とを含む非常に高いピーク消費電流が流れ、特に、絞り手段20が常時開放型の場合には、絞り込み開始の瞬間により高いピーク消費電流が流れることになる。このように、ピーク消費電流が非常に高くなると、消費電力が増大してバッテリの寿命が短くなると共に、バッテリの容量によっては、電源電圧が低下してシステムが停止するおそれがある。
【0024】
このような問題は、高速掃き出し期間tcに、記録手段21においてCCD13からの画像データを書き込むアクセス動作等を並行して行う場合にも同様に生じると共に、このような記録手段21のアクセス動作と同時に絞り手段20の絞り込み動作をも行う場合には、より発生し易くなる。また、同様の問題は、図17に示したように、不要電荷の高速掃き出しと、絞り手段20の動作とを異なるタイミングで行う場合にも、バッテリ残量が少ない場合や、環境温度が低く、バッテリ能力が低下している場合等にも生じると共に、第1トリガから記録トリガまでの期間におけるフレームレートを向上させるために、CCD13の一部のラインの信号電荷を読み出し、他のラインの電荷は高速掃き出しを行う場合において、この期間内にストロボ手段の充電動作等を並行して行う場合にも同様に生じる。
【0025】
この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、装置全体のピーク消費電流を低減でき、低消費電力化およびバッテリの長寿命化を有効に図ることが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。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項1に記載の発明は、撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、前記撮像装置の消費電流量を判別する消費電流量判別手段と、を有し、前記制御手段は、前記消費電流量判別手段による消費電流量の判別結果に基づいて、前記消費電流量が所定値を越えないように、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を制御することを特徴とするものである。
【0027】
請求項2に記載の発明は、撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、前記撮像装置の電源電圧レベルを判別する電源電圧レベル判別手段と、を有し、前記制御手段は、前記電源電圧レベル判別手段による電源電圧レベルの判別結果に基づいて、前記電源電圧レベルが所定レベルよりも低いときは、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とするものである。
【0028】
請求項3に記載の発明は、撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、環境温度を判別する環境温度判別手段と、を有し、前記制御手段は、前記環境温度判別手段による環境温度の判別結果に基づいて、前記環境温度が所定温度よりも低いときは、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とするものである。
【0029】
請求項4に記載の発明は、撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、前記撮像素子に入射する光束を制限する絞り手段と、を有し、前記制御手段は、前記絞り手段が動作中は非動作中よりも、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とするものである。
【0030】
請求項5に記載の発明は、請求項4記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記絞り手段が動作中のときの消費電流量が、非動作中のときの最大消費電流量以下となるように、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とするものである。
【0031】
請求項6に記載の発明は、撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、被写体を照明するストロボ手段と、を有し、前記制御手段は、前記ストロボ手段が充電動作中は充電中でないときよりも、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とするものである。
【0032】
請求項7に記載の発明は、撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、前記撮像素子からの画像データを書き込む記録手段と、を有し、前記制御手段は、前記記録手段が画像データを書き込むアクセス動作中は非アクセス動作中のときよりも、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とするものである。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
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。図1において、図16に示した撮像装置と同様の作用をなすものには、同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。この撮像装置は、基本的には図18で説明したタイミングチャートと同様に動作するが、この実施形態では、信号発生器17によるCCD13内の不要電荷の掃き出し周波数fをf1およびf2(f1>f2)に可変として、絞り手段20による被写体光束の絞り込みの有無に応じて、CPU18の制御のもとに、信号発生器17から掃き出し周波数f1およびf2の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを選択的に出力させる。また、絞り手段20およびシャッタ手段12は、絞りシャッタユニット25として一体に構成する。さらに、CPU18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第1トリガを発生するファーストレリーズスイッチ(1RSW)26aと、2段目まで押し込むことにより第2トリガである記録トリガを発生するセカンドレリーズスイッチ(2RSW)26bとを接続する。
【0039】
図2は、図1に示す絞りシャッタユニット25を含む鏡枠ユニットの一例の構成を示す分解斜視図である。図2において、中央に示されているほぼ円筒形状をなす筒体は、その両端が開放された保持鏡筒51で、この保持鏡筒51の図中左側(被写体側)に位置する前部開放端には、固定レンズ鏡枠52がネジ止め等の固定手段により固定される。また、保持鏡筒51の図中右側(CCD13側)に位置する後部開放端には、やはりネジ止め等の固定手段により取り付け基板53が固定される。
【0040】
一対のガイドシャフト54a,54bは、各一端が取り付け基板53に接着固定され、各他端が固定レンズ鏡枠52の周辺部に対して嵌合支持されて、保持鏡筒51の内部に光軸と平行となるように配設され、この一対のガイドシャフト54a,54bに案内されて、保持鏡筒51内を光軸方向に摺動自在に複数の移動鏡筒55(56G,57G,58G等)が設けられている。
【0041】
なお、移動鏡筒58Gは、移動枠体58Zに搭載された状態で、移動鏡筒56G,57G等と共にガイドシャフト54a,54bに沿って移動するようになっている。ここでは、説明の便宜上、レンズを有している光学部品をGを付して示し、レンズを有しない光学部品をZを付して示してある。また、必ずしも明確な区分けがされるわけではないが、移動鏡筒56G,57Gは、主としてズーム用のものであり、移動枠体58Zおよび移動鏡筒58Gは、オートフォーカス(AF)用のものである。AF用の移動枠体58Zおよび移動鏡筒58Gは、移動枠体58Z上に設置されているAFモータにより相対的に接近または離反することで、フォーカスを自動調節し得るようになっている。
【0042】
保持鏡筒51の内面には、複数本(この例では3本)のリブ51x,51y,51zが光軸と平行に設けられている。これらのリブ51x,51y,51zは、保持鏡筒51の前部開口端から、移動鏡枠55内を通過する光束を機械的に調整するための光量調節装置、すなわち絞りシャッタユニット25が設置される位置よりも奥方向の位置まで設けられいる。絞りシャッタユニット25は、そのほぼ円盤状をなす基板周辺の切り欠き部を、リブ51x,51y,51zにそれぞれ係合させ、これらリブ51x,51y,51zをガイドとして摺動させて、保持鏡筒51の前部開口端から奥の方へ収納する。また、リブ51x,51y,51zのそれぞれの一端には、固定レンズ鏡枠52をネジ止めするためのネジ穴51a,51b,51cが設けてある。
【0043】
固定レンズ鏡枠52は、外部からアダプタレンズやフィルタ等の光学部品を着脱自在に取り付け得るように、その前面の内周面に取り付け用のネジ溝52dが切ってある。また、固定レンズ鏡枠52の周辺部には、3本のリブ51x,51y,51zの一端に設けてあるネジ穴51a,51b,51cと対応するネジ挿通孔52a,52b,52cが設けてある。なお、ネジ挿通孔52bは、図16では見えないので省略してある。
【0044】
保持鏡筒51の外周には、移動鏡枠55を光軸方向に進退自在に移動させるためのカム筒62が摺接回動可能に嵌め込まれている。このカム筒62は、内面に凸カム63aを有する第1のカム筒62aと、この第1のカム筒62aに連結された内面に凹カム63bを有する第2のカム筒62bとを有し、これら第1のカム筒62aおよび第2のカム筒62bは、取り付け基板53に固定されているズームモータ64により一体的に回転駆動されるようになっている。
【0045】
絞りシャッタユニット25は、図3に示すように、保持鏡筒51内に光軸と垂直に配置され、中央に開放径の開口を有するほぼ円盤形状のベース板65と、このベース板65に併設され、ベース板65の開放径よりも小さい径の円形開口部を有する薄板からなる絞り部材66、および二枚の薄板からなるシャッタ部材67とを有する。また、図3(a)に示すように、ベース板65の一方の面上には、絞り用駆動源68とシャッタ用駆動源69とが相対向するように配置されている。なお、ここでは、絞り用駆動源68およびシャッタ用駆動源69として、いずれもソレノイドプランジャ機構を用いている。
【0046】
また、図3(b)に示すように、ベース板65の他方の面上には、絞り用駆動源68により絞り部材66を駆動するための絞りレバー71と、シャッタ用駆動源69によりシャッタ部材67を駆動するためのシャッタレバー72とが設けられている。ここで、絞りレバー71およびシャッタレバー72は、同一形状に形成されている。
【0047】
かかる構成の絞りシャッタユニット25において、絞りドライバ22(図1参照)から絞り用駆動源68に通電されていないときは、絞り部材66はベース板65の内部に隠れ、ベース板65の中央に設けられた開放径を有する開口が固定絞りの役割をする。この状態で、絞り用駆動源68に通電すると、ソレノイドプランジャの鉄心に一部が係合した絞りレバー71が回動し、これにより絞りレバー71に形成されたピンを介して係合された絞り部材66が回動して、絞り部材66の円形開口部で光束の一部を遮る。その後、絞り用駆動源68への通電を止めると、ソレノイドプランジャの鉄心に設けられたバネの働きで、絞り部材66は元の位置に戻り、絞り径は開放径となる。
【0048】
また、シャッタ部材67は、シャッタドライバ16(図1参照)からシャッタ用駆動源69に通電されていないときは二枚ともベース板65の内部に隠れており、通電されるとシャッタレバー72の回動動作によって光路を遮蔽し、その後、通電を止めると、絞り部材66と同様に、ベース板65の内部に引っ込むことになる。
【0049】
図4および図5は、第1実施形態の撮像装置による撮像動作の要部を示すタイミングチャートである。なお、図4および図5には、垂直同期信号VD、トランスファーゲートパルスTG、サブパルスSUB、垂直シフトレジスタ転送パルスVT、クランプパルスCLP、絞りドライバ22の動作、絞り手段20の動作、シャッタ手段12の動作、CCD13からの読み出し信号であるCCD信号を示しているが、それらの作用については、図17において既に説明したので、ここでは、主として図18の場合との動作の違いについて説明する。
【0050】
この実施形態では、1RSW26aがオンとなり、さらに2RSW26bがオンとなって記録トリガが発生後の次の期間V4で、CCD13内の不要電荷を高速掃き出しするにあたり、絞りドライバ22により絞り手段20を駆動して被写体光束の絞り込みを行う場合には、信号発生器17から掃き出し周波数f2の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを連続的に出力させ(図4参照)、絞り手段20による被写体光束の絞り込みを行わない場合、すなわち絞り手段20を駆動することなく開放状態で信号電荷の蓄積を行う場合には、信号発生器17から掃き出し周波数f1(f1>f2)の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを連続的に出力させる(図5参照)。なお、図4において、絞り手段20の応答特性については、図示を省略してある。
【0051】
このように、信号発生器17によるCCD13の不要電荷の掃き出し周波数fを可変とし、絞り手段20を駆動して被写体光束の絞り込みを行う場合は、絞り手段20を駆動しない場合の掃き出し周波数f1よりも低い掃き出し周波数f2で不要電荷の高速掃き出しを行うようにすれば、その高速掃き出し動作による消費電流を掃き出し周波数f1の場合よりも小さくできるので、絞り手段20が駆動状態にある高速掃き出し期間における全体のピーク消費電流を、掃き出し周波数f1での掃き出し動作での消費電流と同程度まで低減することができる。したがって、装置全体のピーク消費電流を低減でき、低消費電力化およびバッテリの長寿命化を有効に図ることができると共に、バッテリチェックによってシステムがストップするのを有効に防止することができる。
【0052】
この発明の第2実施形態では、図1に示す構成において、信号発生器17によるCCD13の読み出しモードとして、図6に示すように、CCD13の1ラインから最終Lラインまでの全画素の信号電荷を上述したように有効電荷として順次読み出しを行う全画素読み出しモードの他に、例えば画面中央部の垂直方向に一部連続するj+1ラインからj+kラインまでのkラインを有効エリアとし、残りの1ラインからjラインまで、およびj+k+1ラインから最終Lラインまでを掃き出しエリアとして、有効エリアの画素の信号電荷を読み出し、掃き出しエリアの画素の電荷は不要電荷として高速掃き出しするkライン読み出しモードを設定し、これらの読み出しモードを、1RSW26aおよび2RSW26bの操作に基づいてCPU18により選択して、CCD13の読み出し動作を制御する。
【0053】
すなわち、図7にタイミングチャートを示すように、1RSW26aがオンとなって第1トリガが発生したら、その時点でkライン読み出しモードを選択して動作を開始する。このkライン読み出しモードでは、垂直同期信号VDの各期間に同期して、CCD13の掃き出しエリアの画素の不要電荷を、掃き出し周波数f1で高速掃き出しする掃き出し動作と、画面中央部の連続するkラインの有効エリアの画素の有効電荷を、所定の読み出し周波数で読み出す読み出し動作とを行う。このkライン読み出しモードで読み出されるkラインの画像データは、例えば、オートフォーカス(AF)制御、自動露出(AE)制御、オートホワイトバランス(AWB)制御等の処理に用いる。
【0054】
その後、2RSW26bがオンとなって記録トリガが発生したら、次の期間(図7では期間V4)から全画素読み出しモードを選択して、第1実施形態の場合と同様にして、絞り手段20を駆動する場合には掃き出し周波数f1よりも低い掃き出し周波数f2を選択し、絞り手段20を駆動しない場合には掃き出し周波数f1を選択して、垂直シフトレジスタ3(図15参照)内の不要電荷の高速掃き出しを行い、その高速掃き出し期間内の蓄積区間tb4で蓄積された信号電荷を、次の期間V5で全画素について所定の読み出し周波数で読み出す。
【0055】
したがって、この実施形態においても、絞り手段20を駆動する場合の高速掃き出し期間におけるピーク消費電流を低減できるので、第1実施形態と同様の効果が得られる。また、この実施形態では、第1トリガ発生した期間V0から記録トリガが発生した期間V3までは、kライン読み出しモードにより画面中央部の連続するkラインの有効エリアの信号電荷を読み出し、その前後の掃き出しエリアの不要電荷は掃き出し周波数f1で高速掃き出しするようにしたので、これらの期間のフレームレートを向上できる。したがって、第1トリガから記録トリガまでのレリーズタイムラグを短くできるので、シャッタチャンスを逃すこともない。
【0056】
図8は、この発明に係る撮像装置の第3実施形態の構成を示すブロック図である。この実施形態は、第2実施形態の構成において、CPU18に接続してバッテリ(図示せず)の残量(電源電圧レベル)をチェックするバッテリチェック回路27を設け、第1トリガ発生後のkライン読み出しモードでは、このバッテリチェック回路27の出力に基づいて、CPU18の制御のもとに、信号発生器17から掃き出し周波数f1およびf2(f1>f2)の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを選択的に出力させて、掃き出しエリアの不要電荷の掃き出し動作を制御する。また、記録トリガ発生後の全画素読み出しモードでは、絞り手段20による被写体光束の絞り込みの有無、およびバッテリチェック回路27の出力に基づいて、CPU18の制御のもとに、信号発生器17から掃き出し周波数f1およびf2の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを選択的に出力させて、不要電荷の掃き出し動作を制御する。その他の構成および動作は第2実施形態と同様である。したがって、ここでは、主として第2実施形態との動作の違いについて説明する。なお、バッテリチェック回路27は、CPU18の制御のもとにバッテリ残量をチェックする機能と、バッテリ残量を常時監視して所定の判定値(VBC0 )を下回ると、CPU18に対して暴走を防止するためにリセットをかけてシステムを停止させる機能とを有する。
【0057】
図9は、この第3実施形態におけるCPU18のメインルーチンを示すフローチャートである。このメインルーチンは、装置の電源が投入されるとスタートする。メインルーチンがスタートしたら、先ず初期設定を行い(ステップS1)、1RSW26aがオンになるのを待つ(ステップS2)。
【0058】
ステップS2で1RSW26aがオンになったのが検出されたら、CPU18の制御のもとにバッテリチェック回路27においてバッテリチェックを行って(ステップS3)、その電源電圧レベルの検出値Vccと予め設定した第1の基準値VBC1 とを比較する(ステップS4)。ここで、第1の基準値VBC1 は、例えば、動作保証電圧範囲のほぼ最低限の電圧レベルで、CPU18に対してリセットをかける上記の判定値VBC0 よりも若干高い電圧レベルとする。
【0059】
ステップS4での比較結果が、Vcc<VBC1 の場合には、バッテリが消耗し、使用不可と判断して、CPU18自身を非動作状態とするストップモードにする(ステップS5)。この場合は、図示しない液晶表示装置等にバッテリ不可の表示を行う。これに対し、Vcc≧VBC1 の場合には、次に、予め設定した第2の基準値VBC2 (VBC2 >VBC1 )と比較する(ステップS6)。ここで、第2の基準値VBC2 は、例えば、動作保証電圧範囲のほぼ中間の電圧レベルとする。
【0060】
ステップS6での比較結果が、Vcc>VBC2 の場合には、kライン読み出しモードにおける掃き出しエリアの不要電荷の掃き出し周波数fとしてf1を設定し(ステップS7)、Vcc≦VBC2 の場合にはf2を設定して(ステップS8)、kライン読み出しモードによる撮像シーケンスを行い、これにより得られる画像データに基づいて、AF制御、AE制御、AWB制御等の処理を行う(ステップS9)。
【0061】
その後、2RSW26bがオンになったか否かをチェックし(ステップS10)、オフの場合にはステップS2に戻って上記の動作を繰り返し、オンになったのを検出したら、次に、ステップS9でのAE制御における露出演算結果に基づいて、絞り手段20をオンするか否かを判断する(ステップS11)。
【0062】
ステップS11で、絞り手段20をオンにする場合には、全画素読み出しモードにおける不要電荷の掃き出し周波数fとしてf2を設定し(ステップS12)、絞り手段20をオフのままとする場合には、次に、Vcc>VBC2 を判断して(ステップS13)、Vcc>VBC2 の場合には、上記の掃き出し周波数fとしてf1を設定し(ステップS14)、Vcc≦VBC2 の場合にはf2を設定して(ステップS12)、全画素読み出しモードによる撮像シーケンス、すなわち図7において期間V4およびそれ以後の動作を行い(ステップS15)、それにより得られる画像データを静止画として記録手段21に記録して(ステップS16)、ステップS2に戻る。
【0063】
このように、この実施形態においては、掃き出し周波数fをf1,f2と可変にして、バッテリチェック回路27によるバッテリの残量に応じて、バッテリ残量Vccが、Vcc≦VBC2 の場合には、kライン読み出しモードにおける掃き出しエリアの掃き出し周波数fを低い周波数f2にすると共に、全画素読み出しモードにおける掃き出し周波数fも、絞り手段20の動作にかかわらず低い周波数f2として掃き出し動作を制御するようにしたので、第2実施形態における効果に加え、バッテリ残量が少ないときの消費電流を低減でき、したがってバッテリの長寿命化をより有効に図ることができると共に、バッテリチェックによってシステムがストップするのをより有効に防止することができる。
【0064】
図10は、この発明に係る撮像装置の第4実施形態の構成を示すブロック図である。この実施形態は、第3実施形態の構成において、さらに、CPU18に接続して被写体を照明するストロボ手段28を設け、第1トリガ発生後のkライン読み出しモードにおける掃き出しエリアの不要電荷の掃き出し動作を、このストロボ手段28が充電中か否か、およびバッテリチェック回路27でのチェック結果に基づいて、CPU18の制御のもとに、信号発生器17から掃き出し周波数f1およびf2(f1>f2)の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを選択的に出力させて制御する。なお、記録トリガ発生後の全画素読み出しモードにおける不要電荷の掃き出し動作は、第3実施形態におけると同様に、絞り手段20による被写体光束の絞り込みの有無、およびバッテリチェック回路27の出力に基づいて、CPU18の制御のもとに、信号発生器17から掃き出し周波数f1およびf2の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを選択的に出力させて制御する。その他の構成および動作は第2実施形態と同様である。したがって、ここでは、主として第3実施形態との動作の違いについて説明する。
【0065】
図11は、この第4実施形態におけるCPU18のメインルーチンを示すフローチャートである。装置の電源投入によりメインルーチンがスタートしたら、初期設定を行い(ステップS21)、1RSW26aがオンになるのを待つ(ステップS22)。ここで1RSW26aがオンになったのが検出されたら、バッテリチェックを行って(ステップS23)、電源電圧レベルVccと第1の基準値VBC1 とを比較し(ステップS24)、Vcc<VBC1 の場合には、CPU18自身を非動作状態とするストップモードとし(ステップS25)、Vcc≧VBC1 の場合には、次に、第2の基準値VBC2 と比較する(ステップS26)。
【0066】
ステップS26での比較結果が、Vcc>VBC2 の場合には、kライン読み出しモードにおける掃き出しエリアの不要電荷の掃き出し周波数fとしてf1を設定し(ステップS27)、Vcc≦VBC2 の場合にはf2を設定して(ステップS28)、次に、ストロボ手段28が充電中か否かを判断する(ステップS29)。ここで、ストロボ手段28が充電中の場合には、ステップS27での周波数f1の設定にかかわらず、掃き出し周波数fとしてf2を設定し(ステップS30)、充電中でない場合には、ステップS27あるいはステップS28で設定された掃き出し周波数fで、kライン読み出しモードによる撮像シーケンスを行い、これにより得られる画像データに基づいて、AF制御、AE制御、AWB制御等の処理を行う(ステップS31)。
【0067】
その後のステップS32〜ステップS38では、図9に示した第3実施形態におけるステップS10〜ステップS16と同じ処理を行って、記録手段21に静止画を記録し、ステップS22に戻る。
【0068】
このように、この実施形態では、ストロボ手段28の充電中は、kライン読み出しモードにおける掃き出しエリアの不要電荷の掃き出しを、掃き出し周波数fとしてf1よりも低い周波数f2を設定して行うようにしたので、上述した実施形態におけると同様に、装置全体のピーク消費電流を低減でき、低消費電力化およびバッテリの長寿命化を有効に図ることができると共に、バッテリチェックによってシステムがストップするのをより有効に防止することができる。
【0069】
図12は、この発明に係る撮像装置の第5実施形態の構成を示すブロック図である。この実施形態は、第3実施形態の構成において、さらに、CPU18に接続して環境温度Taを検出する測温回路29を設ける。この測温回路29を構成するサーミスタ等の温度センサは、好ましくは、絞り手段20あるいはバッテリの近傍に配置する。また、信号発生器17によるCCD13内の不要電荷の掃き出し周波数fは、f1,f2,f3,f4(f1>f2>f3>f4)と可変にし、第1トリガ発生後のkライン読み出しモードでは、バッテリチェック回路27でのチェック結果、および測温回路29で検出した環境温度Taに基づいて、CPU18の制御のもとに、信号発生器17から掃き出し周波数f1,f2およびf3(f1>f2)の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを選択的に出力させて掃き出しエリアの不要電荷の掃き出し動作を制御する。また、記録トリガ発生後の全画素読み出しモードでは、測温回路29で検出した環境温度Ta、絞り手段20による被写体光束の絞り込みの有無、およびバッテリチェック回路27でのチェック結果に基づいて、CPU18の制御のもとに、信号発生器17から掃き出し周波数f1,f2,f3,f4の垂直シフトレジスタ転送パルスVTを選択的に出力させて不要電荷の掃き出し動作を制御する。その他の構成および動作は第2実施形態と同様である。したがって、ここでは、主として第3実施形態との動作の違いについて説明する。
【0070】
図13は、この第5実施形態におけるCPU18のメインルーチンを示すフローチャートである。装置の電源投入によりメインルーチンがスタートしたら、初期設定を行い(ステップS41)、1RSW26aがオンになるのを待つ(ステップS42)。この1RSW26aがオンになるまでの間は、測温回路29の出力を読み出して環境温度Taを測定する(ステップS43)。
【0071】
ステップS42で1RSW26aがオンになったのが検出されたら、バッテリチェックを行って(ステップS44)、電源電圧レベルVccと第1の基準値VBC1 とを比較し(ステップS45)、Vcc<VBC1 の場合には、CPU18自身を非動作状態とするストップモードとし(ステップS46)、Vcc≧VBC1 の場合には、次に、第2の基準値VBC2 と比較する(ステップS47)。
【0072】
ステップS47での比較結果が、Vcc>VBC2 の場合には、kライン読み出しモードにおける掃き出しエリアの不要電荷の掃き出し周波数fとしてf1を設定し(ステップS48)、Vcc≦VBC2 の場合にはf2を設定して(ステップS49)、次に、検出した環境温度Taと基準温度Tthとを比較する(ステップS50)。ここで、環境温度Taが低温で、Ta<Tthの場合には、ステップS48あるいはステップS49での掃き出し周波数の設定にかかわらず、掃き出し周波数fとしてf3を設定し(ステップS51)、Ta≧Tthの場合には、ステップS48あるいはステップS49で設定された掃き出し周波数fで、kライン読み出しモードによる撮像シーケンスを行い、これにより得られる画像データに基づいて、AF制御、AE制御、AWB制御等の処理を行う(ステップS52)。
【0073】
その後、2RSW26bがオンになったか否かをチェックし(ステップS53)、オフの場合にはステップS42に戻って上記の動作を繰り返し、オンになったのを検出したら、次に、Ta<Tthをチェックし(ステップS54)、Ta≧Tthの場合には、ステップS55〜ステップS58で、図9に示した第3実施形態におけるステップS11〜ステップS14と同じ処理を行って、絞り手段20の駆動の有無およびバッテリ残量Vccに基づいて、全画素読み出しモードにおける不要電荷の掃き出し周波数fとして、f1あるいはf2を設定する。
【0074】
これに対し、ステップS54でのチェック結果が、Ta<Tthの場合には、次に、絞り手段20が駆動されるか否かをチェックし(ステップS59)、駆動されない場合には、さらに、Vcc>VBC2 をチェックし(ステップS60)、Vcc>VBC2 の場合には、全画素読み出しモードにおける不要電荷の掃き出し周波数fとしてf2を設定し(ステップS61)、Vcc≦VBC2 の場合にはf3を設定する(ステップS62)。また、ステップS59で絞り手段20が駆動されると判断された場合には、掃き出し周波数fとしてf4を設定する(ステップS63)。
【0075】
このようにして、全画素読み出しモードにおける掃き出し周波数fを、f1,f2,f3,f4の中から選択設定したら、その掃き出し周波数を用いて全画素読み出しモードによる撮像シーケンス動作を行い(ステップS64)、それにより得られる画像データを静止画として記録手段21に記録して(ステップS65)、ステップS42に戻る。
【0076】
このように、この実施形態では、バッテリ残量Vccの他に、環境温度Taをも考慮し、Vcc≦VBC2 で、かつ低温でバッテリ能力が低下するTa<Tthの場合には、掃き出し周波数fを、kライン読み出しモードでは、さらに低い周波数f3に設定して、掃き出しエリアの不要電荷の高速掃き出しを行い、また、全画素読み出しモードでは、絞り手段20の駆動の有無に応じて、絞り手段20がオフの場合にはf3に、オンの場合には、さらに低いf4に設定して不要電荷の高速掃き出しを行うようにしたので、上述した実施形態におけると同様に、装置全体のピーク消費電流を低減でき、低消費電力化およびバッテリの長寿命化を有効に図ることができると共に、バッテリチェックによってシステムがストップするのをより有効に防止することができる。
【0077】
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、第4および5実施形態を組み合わせて、Vcc≦VBC2 、Ta<Tthで、かつストロボ手段28が充電中の場合は、kライン読み出しモードにおける掃き出し周波数fを、さらに低い周波数f4に設定して、掃き出しエリアの不要電荷の高速掃き出しを行うようにすることもできる。
【0078】
また、記録手段21に画像データを書き込む等のアクセス動作の有無に応じて、アクセス動作中は非アクセス動作中のときよりも掃き出し周波数を低くして消費電流を低減するよう制御することもできる。このようにすれば、例えば、記録手段21への画像データの書き込み中に、システムが停止して画像データが消失されるのを有効に防止することができる。
【0079】
さらに、図14に示すように、CPU18に接続して装置全体の消費電流を検出する消費電流検出回路30を設け、この消費電流検出回路30の出力に基づいて、CPU18により絞り手段20の非動作中における全消費電流の最大値を検出して内部のRAMや図示しないE2 ROM等に記憶し、絞り手段20の動作中における全消費電流が、記憶されている最大値よりも小さくなるように、絞り手段20の動作中における掃き出し周波数fを制御することもできる。このようにすれば、絞り手段20の動作中に、全消費電流が過大となって、システムが停止したり、電源系に内蔵されたヒューズが焼損するのを有効に防止することができる。また、この消費電流検出回路30を、上述したバッテリチェック回路27、ストロボ手段28、測温回路29と適宜組み合わせて設けて、第2〜5実施形態におけるkライン読み出しモードでの掃き出し周波数を、全消費電流が、記憶されている絞り手段20の非動作中における全消費電流の最大値よりも小さくなるように制御することもできる。
【0080】
さらにまた、第2〜5実施形態では、第1トリガが発生した時点から記録トリガが発生するまでの期間は、kライン読み出しモードでCCD13の画面中央部の連続するkラインの信号電荷を読み出すようにしたが、この連続するkラインは画面の任意の領域とすることができる。また、この第1トリガから記録トリガまでの期間は、フレームレートを向上させて、レリーズタイムラグを小さくできれば良いので、例えば、全ラインあるいは任意の一部の領域のラインに対して間引き読み出しを行ったり、その間引き読み出したラインの信号電荷を適宜加算して読み出す等、任意の読み出しモードとすることができる。
【0081】
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、他の機能のCCD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。
【0082】
【発明の効果】
この発明によれば、掃き出し手段により撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し周波数を、消費電流量、電源電圧レベル、環境温度、絞り手段の動作状態、ストロボ手段の充電動作状態、または、記録手段への画像データの書き込み動作状態に基づいて、適宜低くするようにしたので、装置全体のピーク消費電流を低減でき、低消費電力化およびバッテリの長寿命化を有効に図ることができる。
【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】図1に示す絞り手段およびシャッタ手段を含む鏡枠ユニットの一例の構成を示す分解斜視図である。
【図3】図1に示す絞りシャッタユニットの構成を示す図である。
【図4】第1実施形態の撮像装置による撮像動作を示すタイミングチャートである。
【図5】同じく、第1実施形態の撮像装置による撮像動作を示すタイミングチャートである。
【図6】この発明に係る撮像装置の第2実施形態を説明するための図である。
【図7】第2実施形態の撮像装置による撮像動作を示すフローチャートである。
【図8】この発明に係る撮像装置の第3実施形態の構成を示すブロック図である。
【図9】第3実施形態の撮像装置による撮像動作を示すフローチャートである。
【図10】この発明に係る撮像装置の第4実施形態の構成を示すブロック図である。
【図11】第4実施形態の撮像装置による撮像動作を示すフローチャートである。
【図12】この発明に係る撮像装置の第5実施形態の構成を示すブロック図である。
【図13】第5実施形態の撮像装置による撮像動作を示すフローチャートである。
【図14】この発明に係る撮像装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図15】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16】従来の撮像装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図17】その動作を示すタイミングチャートである。
【図18】本出願人が先に提案した撮像装置における撮像動作を示すタイミングチャートである。
【図19】不要電荷の掃き出し周波数とピーク消費電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 フォトダイオード
2 トランスファーゲート
3 垂直シフトレジスタ
4 水平シフトレジスタ
5 信号検出器
11 レンズ
12 シャッタ手段
13 CCD
14 信号処理回路
16 ドライバ
17 信号発生器
18 CPU
19 デジタルシグナルプロセッサ(DSP)
20 絞り手段
21 記憶手段
22 絞りドライバ
25 絞りシャッタユニット
26a ファーストレリーズスイッチ(1RSW)
26b セカンドレリーズスイッチ(2RSW)
27 バッテリチェック回路
28 ストロボ手段
29 測温回路
30 消費電流検出回路
65 ベース板
66 絞り部材
67 シャッタ部材
68 絞り用駆動源
69 シャッタ用駆動源
71 絞りレバー
72 シャッタレバー

Claims (7)

  1. 撮像素子を有する撮像装置において、
    前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、
    前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、
    前記撮像装置の消費電流量を判別する消費電流量判別手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記消費電流量判別手段による消費電流量の判別結果に基づいて、前記消費電流量が所定値を越えないように、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を制御することを特徴とする撮像装置。
  2. 撮像素子を有する撮像装置において、
    前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、
    前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、
    前記撮像装置の電源電圧レベルを判別する電源電圧レベル判別手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記電源電圧レベル判別手段による電源電圧レベルの判別結果に基づいて、前記電源電圧レベルが所定レベルよりも低いときは、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とする撮像装置。
  3. 撮像素子を有する撮像装置において、
    前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、
    前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、
    環境温度を判別する環境温度判別手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記環境温度判別手段による環境温度の判別結果に基づいて、前記環境温度が所定温度よりも低いときは、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とする撮像装置。
  4. 撮像素子を有する撮像装置において、
    前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、
    前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、
    前記撮像素子に入射する光束を制限する絞り手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記絞り手段が動作中は非動作中よりも、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とする撮像装置。
  5. 請求項記載の撮像装置において、
    前記制御手段は、前記絞り手段が動作中のときの消費電流量が、非動作中のときの最大消費電流量以下となるように、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とする撮像装置。
  6. 撮像素子を有する撮像装置において、
    前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、
    前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、
    被写体を照明するストロボ手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記ストロボ手段が充電動作中は充電中でないときよりも、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とする撮像装置。
  7. 撮像素子を有する撮像装置において、
    前記撮像素子内の不要な電荷を掃き出す掃き出し手段と、
    前記掃き出し手段による前記不要な電荷の掃き出し周波数を制御する制御手段と、
    前記撮像素子からの画像データを書き込む記録手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記記録手段が画像データを書き込むアクセス動作中は非アクセス動 作中のときよりも、前記掃き出し手段における掃き出し周波数を低くすることを特徴とする撮像装置。
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