JP4262504B2

JP4262504B2 - Imaging device and charge detection device

Info

Publication number: JP4262504B2
Application number: JP2003091010A
Authority: JP
Inventors: 勝長田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2004297731A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体イメージセンサを用いた撮像装置、および固体イメージセンサからの電荷を検出する電荷検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体イメージセンサからの出力電荷をフローティングディフュージョンアンプ（以下、出力アンプと記す）を電圧に変換するとともに増幅して出力する撮像装置が知られている。
【０００３】
図４に従来の撮像装置の構成例を示す。固体イメージセンサ１０１は、マトリクス状に配列されたフォトダイオードなどの光電変換素子１０２によって受光像を光強度分布に応じた電荷に変換する。これらの光電変換素子１０２には列ごとに電荷転送部（以下、ＶＣＣＤと記す）１０３が設けられており、光電変換素子１０２に蓄積された電荷が順次列方向に転送されるようになっている。ＶＣＣＤ１０３の電荷転送方向終端には行方向の電荷転送部（以下、ＨＣＣＤと記す）１０４が接続されており、ＶＣＣＤ１０３によって列方向に転送された電荷がさらに行方向に転送されるようになっている。ＨＣＣＤ１０４の電荷転送方向終端には出力アンプ１０５が接続されている。出力アンプ１０５は、ＨＣＣＤ１０４からの電荷を電圧信号に変換し増幅する。（特許文献１等参照）
【０００４】
出力アンプ１０５からの出力信号にはリセットノイズが含まれているため、多くの場合、出力アンプ１０５とＡ／Ｄ変換部１０６との間には、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）回路などを有するノイズ除去部１０７が設けられる。相関二重サンプリング回路は、出力アンプ１０５からの各画素信号のうち、映像信号期間をサンプリングしたものと、基準期間をサンプリングしたものとを引き算することにより出力アンプ１０５由来のリセットノイズを除去する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−９４８８７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
出力アンプ１０５は、複数のＭＯＳトランジスタなどを用いてソースフォロアで電流増幅を行う回路構成を採用しているため、次式１で表されるノイズが発生する。なお、Δｆは周波数帯域である。
【０００７】
【数１】

【０００８】
この式から分かるように、出力アンプ１０５で発生するノイズには、熱雑音と１／ｆ雑音とが混在している。熱雑音と１／ｆ雑音はいずれも周波数依存性を持っている。特に熱雑音は、温度と周波数帯域の増大に伴い増大する。
【０００９】
出力アンプ１０５は、ノイズ除去部１０６の動作を安定化するために、たとえば固体イメージセンサ１０１の駆動周波数すなわち、電荷転送路１０２、１０３の電荷転送パルス駆動周波数の４〜６倍の帯域（許容周波数帯域）を保証するように設計されている。このため、固体イメージセンサ１０１の駆動周波数が高速化され、出力アンプ１０５の許容周波数帯域が拡大されると、それに伴ってノイズが増加することになる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み創案されたものであり、その目的は、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて高精度に電荷検出を行うことができる電荷検出装置、および出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて撮影画像を高画質で記録することができる撮像装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、固体イメージセンサと、前記固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を電圧信号に変換する出力アンプと、前記出力アンプからの出力信号のうちカットオフ周波数に満たない信号成分のみ通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部からの出力信号を記録媒体に記録する記録部と、前記固体イメージセンサによる撮影画像の記録感度を設定するための感度設定部と、前記電荷転送路における電荷転送パルス駆動周波数を変化させるとともに前記カットオフ周波数を変化させる制御部と、を備え、前記制御部は、記録モードが高画質モードに設定され且つ記録感度が所定の感度以上に設定されているときに、前記電荷転送パルス駆動周波数を低くするとともに、前記カットオフ周波数を低くする。ここで記録感度の設定は、固体イメージセンサによる撮影感度（ＩＳＯ感度など）の設定や、撮影した画像を記録媒体に記録する際に求められる画像品質の良否に関する設定などを含む。
【００１２】
上記のように構成された撮像装置は、固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を出力アンプで電圧信号に変換した後、出力アンプからの出力信号に含まれるカットオフ周波数以上の信号成分をローパスフィルタで除去する。ローパスフィルタからの出力信号はデジタル信号に変換され、撮影画像として記録媒体に記録される。その際、制御部は、記録モードが高画質モードに設定され且つ記録感度が所定の感度以上に設定されているときに、電荷転送パルス駆動周波数を低くするとともに、カットオフ周波数を低くする。
【００１５】
上記のように、記録感度が高感度に設定されているときに、カットオフ周波数を低く切り替えることにより、出力アンプの周波数帯域に依存するノイズを抑えて、撮影画像を高画質で記録することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明の電荷検出装置は、固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を電圧信号に変換する出力アンプと、前記出力アンプからの出力信号のうちカットオフ周波数に満たない信号成分のみ通過させるローパスフィルタと、を備え、前記電荷転送路における電荷転送パルス駆動周波数は可変であり、前記カットオフ周波数は、前記電荷転送パルス駆動周波数に応じて変更される構成としたものである。
【００１７】
上記のように構成された電荷検出装置は、固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を出力アンプで電圧信号に変換した後、出力アンプからの出力信号に含まれるカットオフ周波数以上の信号成分をローパスフィルタで除去する。その際、電荷転送パルス駆動周波数に応じて、ローパスフィルタのカットオフ周波数が変更されるので、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて高精度に電荷検出を行うことができる。
【００１８】
本発明の電荷検出装置において、前記カットオフ周波数は、前記電荷転送パルス駆動周波数の低下にあわせて低く切り替えられることが望ましい。
【００１９】
上記のように、電荷転送パルス駆動周波数の低下にあわせてカットオフ周波数を低く切り替えることにより、出力アンプの周波数帯域に依存するノイズを抑えることができる。
【００２０】
なお、本発明の電荷検出装置および撮像装置は、ローパスフィルタからの出力信号に含まれるリセットノイズを除去するノイズ除去部を更に備えていることが望ましい。
【００２１】
上記構成によれば、出力アンプで発生するホワイトノイズおよびリセットノイズを除去することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は本発明の撮像装置の実施の形態を示すデジタルカメラのブロック図である。
【００２４】
このデジタルカメラ１０は、光学系１１、ＣＣＤイメージセンサ部１２、ＣＣＤ駆動部１３、タイミング生成部（ＴＧ部）１４、電荷検出部１５、自動利得制御（ＡＧＣ部）１６、Ａ／Ｄ変換部１７、バッファメモリ１８、デジタル信号処理部１９、記録媒体インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２０、モニタ部２１、モニタドライバ２２、操作部２３、レリーズスイッチ２４、測光・測距制御部２５、撮像系制御部２６、ＥＥＰＲＯＭ２７、主制御部２８、等を備えて構成される。
【００２５】
光学系１１は、レンズ１１ａおよび絞り１１ｂを備えて構成される。レンズ１１ａは、被写体像を絞り１１ｂを通してＣＣＤイメージセンサ１２の受光部に結像させる。光学系１１がメカニカルシャッタを備えている場合もある。
【００２６】
ＣＣＤイメージセンサ１２は、図４に示した従来のものと同様に構成される。ＣＣＤイメージセンサ１２は、ＣＣＤ駆動部１３により駆動される。ＣＣＤ駆動部１３は、タイミング生成部１４からのクロックパルスに同期してＣＣＤイメージセンサ１２を駆動する。ＣＣＤイメージセンサ１２から出力された電荷は電荷検出部１５に入力される。
【００２７】
電荷検出部１５は、ＣＣＤイメージセンサ１２から出力された電荷を電圧信号に変換する。電荷検出部１５からの出力信号は、自動利得制御部１６で利得調整された後、Ａ／Ｄ変換部１７でデジタル信号に変換され、バッファメモリ部１８を介してデジタル信号処理部１９に送られる。
【００２８】
デジタル信号処理部１９は、入力されたデジタル信号にシェーディング補正、ＹＣ分離処理、画像圧縮（ＪＰＥＧ圧縮等）、等の所定の処理を施して画像データを生成する。ここで生成された画像データは１フレーム毎にファイル化され、記録媒体インタフェース部２０を介して記録媒体であるメモリカード２９に記録される。
【００２９】
また、デジタル信号処理部１９は、メモリカード２９に記録された画像データをモニタ部２１に表示する際に、ＹＣ分離信号を輝度信号、色差信号をＲＧＢ信号に変換する。このＲＧＢ信号に基づいてモニタドライバ２２がモニタ部２０を駆動することにより、モニタ部２１にカラー画像が表示される。
【００３０】
操作部２３には、ＩＳＯ感度設定ボタン、モード選択ボタン、電源スイッチなどが設けられている。ＩＳＯ感度設定ボタンは、ＩＳＯ感度を任意の感度に設定するための操作子である。モード選択ボタンは撮影モードなどを任意のモードに設定するための操作子であり、これを操作することにより、撮影モードを静止画モードと動画モードのどちらかに設定したり、記録モードを通常モードと高画質モードのどちらかに設定したりすることができる。記録モードの選択は静止画モードのときにのみ可能である。
【００３１】
レリーズスイッチ２４は、デジタルカメラ１０に撮影開始を指示するためのスイッチであり、このスイッチを途中まで押すと、光学系１１のフォーカス制御や絞り制御が行われ、完全に押した時点で撮影すなわち、ＣＣＤイメージセンサ部１２、電荷検出部１５、自動利得制御１６およびＡ／Ｄ変換部１７による被写体像の取り込みが行われる。その際、光学系１１は測光・測距制御部２５によって制御され、ＣＣＤイメージセンサ部１２などは撮像系制御部２６によって制御される。
【００３２】
ＥＥＰＲＯＭ２７には、このデジタルカメラ１０の各種機能を実現するためのプログラムが格納されている。主制御部２８は、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶されているプログラムを実行することにより、このデジタルカメラ１０を統括制御する。
【００３３】
図２（ａ）は電荷検出部１５の構成例を示す回路図である。電荷検出部１５は、ＣＣＤイメージセンサ１２のＨＣＣＤから出力される電荷を電圧信号に変換する出力アンプ部１５Ａと、出力アンプ部１５Ａからの出力信号のうちカットオフ周波数ｆｃに満たない信号成分のみ通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）部１５Ｂと、ローパスフィルタ部１５Ｂからの出力信号に含まれるリセットノイズを除去するＣＤＳ部１５Ｃとを備えている。ＣＣＤイメージセンサ１２と電荷検出部１５との間には、電荷検出部１５への供給電荷を周期的にリセットするためのリセットスイッチ７１が設けられている。
【００３４】
出力アンプ部１５Ａは、コンデンサ３０と、複数（この例では７個）の電界効果ＭＯＳトランジスタ４０（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ７）とを備えている。ＣＣＤイメージセンサ１２のＨＣＣＤから出力された電荷は、コンデンサ３０とＦＥＴ１の部分により電圧信号に変換される。得られた電圧信号は、ＦＥＴ２〜ＦＥＴ７からなる部分によって電流増幅されて、ローパスフィルタ部１３Ｂに出力される。
【００３５】
ローパスフィルタ部１５Ｂは、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ５０と、互いに並列接続された二つの抵抗６０（Ｒ１、Ｒ２）とを有するＣＲ型のフィルタ回路からなり、一方の抵抗６０（Ｒ２）側に設けられたスイッチ７２をオン（閉）／オフ（開）して、ＣＲフィルタ回路の抵抗値を小（Ｒ１／Ｒ２）または大（Ｒ１）に切り替えることにより、カットオフ周波数ｆｃを切り替えることができるようになっている。カットオフ周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／２πＣＲで表されるので、スイッチ７２をオン（閉）すると高、オフ（開）すると低になる。
【００３６】
カットオフ周波数ｆｃの切り替えは、主制御部２８からのモード切替信号に従って行われる。また、モード切替信号によって、タイミング生成部１４のモードも切り替わるようになっている。
【００３７】
ＣＤＳ部１５Ｃは、出力アンプ１５Ａからの各画素信号のうち、映像信号期間をサンプリングしたものと、基準期間をサンプリングしたものとを引き算することにより出力アンプ１５Ａ由来のリセットノイズを除去する。
【００３８】
次に、この実施の形態の作用について説明する。ここでは、従来のデジタルカメラと共通の動作については説明を省略し、静止画モードおける記録モードの設定に関連する動作について、図３のフロー図に従って説明する。
【００３９】
デジタルカメラ１０の主制御部２８は、記録モードが通常モードと高画質モードのどちらに設定されているかを調べる（Ｓ１）。
通常モードであれば（Ｓ１でＮｏ）、モード切替信号によって、電荷検出部１５内のローパスフィルタ部１５Ｂのスイッチ７２をオンさせるとともに、タイミング生成部１４に高速のクロックパルスを生成させる。その結果、ＣＣＤイメージセンサ１２の駆動周波数、すなわち電荷転送パルス駆動周波数が高く設定（通常値に設定）されるとともに、ローパスフィルタ部１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃが高く設定（通常値に設定）される（Ｓ２）。レリーズスイッチ２４がオンしたら（Ｓ５でＹｅｓ）、撮影および記録動作を実行した後（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。
【００４０】
高画質モードであれば（Ｓ１でＹｅｓ）、ＩＳＯ感度が所定の感度（図示の例ではＩＳＯ４００）以上に設定されているかどうかを調べる（Ｓ３）。その結果、ＩＳＯ感度の設定値が所定の感度よりも低ければ（Ｓ３でＮｏ）、通常モードの場合と同じ処理を行う（Ｓ２）。レリーズスイッチ２４がオンしたら（Ｓ５でＹｅｓ）、撮影および記録動作を実行した後（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。
【００４１】
記録モードが高画質モードであり（Ｓ１でＹｅｓ）、ＩＳＯ感度が所定の感度以上に設定されていれば（Ｓ３でＹｅｓ）、モード切替信号によって、電荷検出部１５内のローパスフィルタ部１５Ｂのスイッチ７２をオフさせるとともに、タイミング生成部１４に低速のクロックパルスを生成させる。その結果、ＣＣＤイメージセンサ１２の駆動周波数が通常よりも低く設定されるとともに、ローパスフィルタ部１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃが通常よりも低く設定される（Ｓ４）。レリーズスイッチ２４がオンしたら（Ｓ５でＹｅｓ）、撮影および記録動作を実行した後（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。
【００４２】
上記のように、この実施の形態のデジタルカメラ１０は、記録モードが高画質モードで且つＩＳＯ感度が所定の感度以上に設定されている場合、ＣＣＤイメージセンサ１２を低速駆動するとともに、電荷検出部１５のローパスフィルタ部１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃを低くする。ＣＣＤイメージセンサ１２を低速駆動することにより、ＣＣＤイメージセンサ１２からの電荷の読み出しを低速で行うことができるので、出力アンプ部１５Ａの周波数帯域Δｆに依存するノイズを低減させることができる。また、ローパスフィルタ部１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃを低くすることにより、ＣＣＤイメージセンサ１２の高速駆動を可能にするために出力アンプ１５Ａの許容周波数帯域を拡大したことに伴う高周波成分のノイズを除去することができる。
【００４３】
したがって、この実施の形態のデジタルカメラ１０によれば、記録モードを高画質モードに設定し且つＩＳＯ感度を所定の感度以上に設定して撮影を行うことにより、電荷検出部１５の出力アンプ部１５Ａで発生するノイズの影響を極力抑えて、高感度撮影画像を高画質でメモリカード２９に記録することができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態では、光電変換素子をマトリクス状に配列した構造のＣＣＤイメージセンサを備えたデジタルカメラについて説明したが、光電変換素子をハニカム状に配列した構造のＣＣＤイメージセンサを備えたデジタルカメラの場合も本発明は有効に適用可能である。また、ＣＣＤイメージセンサに代えてＣＭＯＳイメージセンサを使用することも可能である。
【００４５】
また、上記の実施の形態では、抵抗値を切り替えることによりカットオフ周波数を切り替える構成のローパスフィルタ部を例示したが、コンデンサの容量値を切り替えることによりカットオフ周波数のを切り替える構成のローパスフィルタ部を採用してもよい。また、カットオフ周波数を連続的に変化させることができるローパスフィルタ部を使用してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデジタルカメラは、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて撮影画像を高画質で記録することができる。
また、本発明の電荷検出装置は、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて高精度に電荷検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の実施の形態を示すデジタルカメラのブロック図である。
【図２】（ａ）は電荷検出部の構成例を示す回路図、（ｂ）はローパスフィルタ部の構成例を示す回路図である。
【図３】図１のデジタルカメラの動作内容を例示するフロー図である。
【図４】従来の撮像装置の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０：デジタルカメラ（撮像装置）
１１：光学系
１２：ＣＣＤイメージセンサ部（固体イメージセンサ）
１３：ＣＣＤ駆動部
１４：タイミング生成部
１５：電荷検出部（電荷検出装置）
１５Ａ：出力アンプ部
１５Ｂ：ローパスフィルタ部
１５Ｃ：ＣＤＳ部
１７：Ａ／Ｄ変換部
２０：記録媒体インタフェース部（記録部）
２３：操作部（感度設定部）
２８：主制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging device using a solid-state image sensor, and a charge detection device that detects charges from the solid-state image sensor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an imaging apparatus that converts an output charge from a solid-state image sensor into a voltage by a floating diffusion amplifier (hereinafter referred to as an output amplifier), and amplifies and outputs the voltage.
[0003]
FIG. 4 shows a configuration example of a conventional imaging apparatus. The solid-state image sensor 101 converts the received light image into electric charges according to the light intensity distribution by photoelectric conversion elements 102 such as photodiodes arranged in a matrix. Each of the photoelectric conversion elements 102 is provided with a charge transfer unit (hereinafter referred to as VCCD) 103 for each column so that charges accumulated in the photoelectric conversion elements 102 are sequentially transferred in the column direction. . A charge transfer unit (hereinafter referred to as HCCD) 104 in the row direction is connected to the end of the charge transfer direction of the VCCD 103 so that charges transferred in the column direction by the VCCD 103 are further transferred in the row direction. . An output amplifier 105 is connected to the end of the HCCD 104 in the charge transfer direction. The output amplifier 105 converts the electric charge from the HCCD 104 into a voltage signal and amplifies it. (See Patent Document 1 etc.)
[0004]
Since the output signal from the output amplifier 105 includes reset noise, a correlated double sampling (CDS) circuit is often provided between the output amplifier 105 and the A / D converter 106. A noise removing unit 107 having the above is provided. The correlated double sampling circuit removes reset noise derived from the output amplifier 105 by subtracting the sampled video signal period and the sampled reference period among the pixel signals from the output amplifier 105.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-94887 A
[Problems to be solved by the invention]
Since the output amplifier 105 employs a circuit configuration in which current amplification is performed by a source follower using a plurality of MOS transistors or the like, noise expressed by the following equation 1 is generated. Note that Δf is a frequency band.
[0007]
[Expression 1]

[0008]
As can be seen from this equation, thermal noise and 1 / f noise are mixed in the noise generated in the output amplifier 105. Both thermal noise and 1 / f noise have frequency dependence. In particular, thermal noise increases with increasing temperature and frequency band.
[0009]
In order to stabilize the operation of the noise removing unit 106, the output amplifier 105 is, for example, a band that is 4 to 6 times the drive frequency of the solid-state image sensor 101, that is, the charge transfer pulse drive frequency of the charge transfer paths 102 and 103 (allowable frequency). Designed to guarantee bandwidth). For this reason, when the driving frequency of the solid-state image sensor 101 is increased and the allowable frequency band of the output amplifier 105 is expanded, noise increases accordingly.
[0010]
The present invention was devised in view of such problems of the prior art, and a purpose thereof is a charge detection device capable of performing charge detection with high accuracy while minimizing the influence of noise generated in an output amplifier. Another object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of recording a captured image with high image quality while minimizing the influence of noise generated by an output amplifier.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to the present invention includes a solid-state image sensor, an output amplifier that converts a charge output from a charge transfer path of the solid-state image sensor into a voltage signal, and an output signal from the output amplifier. A low-pass filter that passes only a signal component that does not satisfy the cutoff frequency, an A / D converter that converts an output signal from the low-pass filter into a digital signal, and an output signal from the A / D converter that is a recording medium a recording unit for recording the, the solid sensitivity setting unit for setting a recording sensitivity of the image captured by the image sensor and a control unit for changing the cut-off frequency with changing the charge transfer pulse drive frequency in said charge transfer path When, wherein the control unit, the recording mode is set to the high-quality mode and the recording sensitivity is set to more than a predetermined sensitivity When and, together with the lower the charge transfer pulse driving frequency, lower the cut-off frequency. Here, the setting of the recording sensitivity includes a setting of shooting sensitivity (ISO sensitivity, etc.) by the solid-state image sensor, a setting relating to quality of image quality required when recording a shot image on a recording medium, and the like.
[0012]
The imaging device configured as described above converts a signal output from a charge transfer path of a solid-state image sensor into a voltage signal by an output amplifier, and then a signal component equal to or higher than a cutoff frequency included in an output signal from the output amplifier. Is removed with a low-pass filter. The output signal from the low-pass filter is converted into a digital signal and recorded as a captured image on a recording medium. At this time, the control unit lowers the charge transfer pulse drive frequency and lowers the cutoff frequency when the recording mode is set to the high image quality mode and the recording sensitivity is set to a predetermined sensitivity or higher .
[0015]
As described above, when the recording sensitivity is set to high sensitivity, switching the cut-off frequency low can suppress noise depending on the frequency band of the output amplifier and record the shot image with high image quality. it can.
[0016]
In order to achieve the above object, a charge detection device according to the present invention includes an output amplifier that converts a charge output from a charge transfer path of a solid-state image sensor into a voltage signal, and a cut out of an output signal from the output amplifier. A low-pass filter that passes only signal components that are less than the off-frequency, the charge transfer pulse drive frequency in the charge transfer path is variable, and the cut-off frequency is changed according to the charge transfer pulse drive frequency It is a configuration.
[0017]
In the charge detection device configured as described above, after the charge output from the charge transfer path of the solid-state image sensor is converted into a voltage signal by the output amplifier, a signal having a cutoff frequency or higher included in the output signal from the output amplifier Remove components with a low-pass filter. At this time, since the cutoff frequency of the low-pass filter is changed according to the charge transfer pulse driving frequency, the influence of noise generated in the output amplifier can be suppressed as much as possible, and charge detection can be performed with high accuracy.
[0018]
In the charge detection device according to the aspect of the invention, it is preferable that the cut-off frequency is switched to be low as the charge transfer pulse drive frequency is lowered.
[0019]
As described above, by switching the cut-off frequency low as the charge transfer pulse drive frequency decreases, noise that depends on the frequency band of the output amplifier can be suppressed.
[0020]
It is desirable that the charge detection device and the imaging device of the present invention further include a noise removal unit that removes reset noise included in the output signal from the low-pass filter.
[0021]
According to the above configuration, white noise and reset noise generated in the output amplifier can be removed.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0023]
FIG. 1 is a block diagram of a digital camera showing an embodiment of an imaging apparatus of the present invention.
[0024]
The digital camera 10 includes an optical system 11, a CCD image sensor unit 12, a CCD drive unit 13, a timing generation unit (TG unit) 14, a charge detection unit 15, an automatic gain control (AGC unit) 16, and an A / D conversion unit 17. , Buffer memory 18, digital signal processing unit 19, recording medium interface (I / F) unit 20, monitor unit 21, monitor driver 22, operation unit 23, release switch 24, photometry / ranging control unit 25, imaging system control unit 26, EEPROM 27, main control unit 28, and the like.
[0025]
The optical system 11 includes a lens 11a and a diaphragm 11b. The lens 11a forms a subject image on the light receiving portion of the CCD image sensor 12 through the diaphragm 11b. The optical system 11 may be provided with a mechanical shutter.
[0026]
The CCD image sensor 12 is configured similarly to the conventional one shown in FIG. The CCD image sensor 12 is driven by a CCD drive unit 13. The CCD drive unit 13 drives the CCD image sensor 12 in synchronization with the clock pulse from the timing generation unit 14. The charge output from the CCD image sensor 12 is input to the charge detection unit 15.
[0027]
The charge detection unit 15 converts the charge output from the CCD image sensor 12 into a voltage signal. The output signal from the charge detection unit 15 is gain-adjusted by the automatic gain control unit 16, converted to a digital signal by the A / D conversion unit 17, and sent to the digital signal processing unit 19 through the buffer memory unit 18. .
[0028]
The digital signal processing unit 19 performs predetermined processing such as shading correction, YC separation processing, image compression (such as JPEG compression) on the input digital signal, and generates image data. The image data generated here is filed for each frame and is recorded on a memory card 29 as a recording medium via the recording medium interface unit 20.
[0029]
The digital signal processing unit 19 converts the YC separation signal into a luminance signal and the color difference signal into an RGB signal when displaying the image data recorded on the memory card 29 on the monitor unit 21. The monitor driver 22 drives the monitor unit 20 based on the RGB signals, whereby a color image is displayed on the monitor unit 21.
[0030]
The operation unit 23 is provided with an ISO sensitivity setting button, a mode selection button, a power switch, and the like. The ISO sensitivity setting button is an operator for setting the ISO sensitivity to an arbitrary sensitivity. The mode selection button is an operator for setting the shooting mode to any mode. By operating this button, the shooting mode can be set to either the still image mode or the movie mode, or the recording mode can be set to the normal mode. Or high image quality mode. The recording mode can be selected only in the still image mode.
[0031]
The release switch 24 is a switch for instructing the digital camera 10 to start photographing. When this switch is pressed halfway, the focus control and the aperture control of the optical system 11 are performed. The CCD image sensor unit 12, the charge detection unit 15, the automatic gain control 16 and the A / D conversion unit 17 capture the subject image. At that time, the optical system 11 is controlled by the photometry / ranging control unit 25, and the CCD image sensor unit 12 and the like are controlled by the imaging system control unit 26.
[0032]
The EEPROM 27 stores programs for realizing various functions of the digital camera 10. The main control unit 28 performs overall control of the digital camera 10 by executing a program stored in the EEPROM 26.
[0033]
FIG. 2A is a circuit diagram illustrating a configuration example of the charge detection unit 15. The charge detector 15 converts the charge output from the HCCD of the CCD image sensor 12 into a voltage signal, and passes only signal components that are less than the cut-off frequency fc from the output signal from the output amplifier 15A. A low-pass filter (LPF) unit 15B for performing the operation, and a CDS unit 15C for removing reset noise included in the output signal from the low-pass filter unit 15B. A reset switch 71 is provided between the CCD image sensor 12 and the charge detection unit 15 to periodically reset the charge supplied to the charge detection unit 15.
[0034]
The output amplifier section 15A includes a capacitor 30 and a plurality (seven in this example) of field effect MOS transistors 40 (FET1 to FET7). The electric charge output from the HCCD of the CCD image sensor 12 is converted into a voltage signal by the capacitor 30 and the FET 1 part. The obtained voltage signal is current-amplified by a portion composed of FET2 to FET7 and is output to the low-pass filter portion 13B.
[0035]
As shown in FIG. 2B, the low-pass filter unit 15B includes a CR-type filter circuit having a capacitor 50 and two resistors 60 (R1, R2) connected in parallel to each other. By turning on (closed) / off (opening) the switch 72 provided on the R2) side and switching the resistance value of the CR filter circuit to small (R1 / R2) or large (R1), the cut-off frequency fc is set. It can be switched. Since the cut-off frequency fc is represented by fc = 1 / 2πCR, the cut-off frequency fc is high when the switch 72 is turned on (closed) and is low when the switch 72 is turned off (open).
[0036]
Switching of the cut-off frequency fc is performed according to a mode switching signal from the main control unit 28. Further, the mode of the timing generation unit 14 is also switched by the mode switching signal.
[0037]
The CDS unit 15C removes reset noise derived from the output amplifier 15A by subtracting the sampled video signal period and the sampled reference period among the pixel signals from the output amplifier 15A.
[0038]
Next, the operation of this embodiment will be described. Here, description of operations common to those of the conventional digital camera is omitted, and operations related to setting of the recording mode in the still image mode will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0039]
The main control unit 28 of the digital camera 10 checks whether the recording mode is set to the normal mode or the high image quality mode (S1).
In the normal mode (No in S1), the switch 72 of the low-pass filter unit 15B in the charge detection unit 15 is turned on by the mode switching signal, and the timing generation unit 14 generates a high-speed clock pulse. As a result, the drive frequency of the CCD image sensor 12, that is, the charge transfer pulse drive frequency is set high (set to a normal value), and the cut-off frequency fc of the low-pass filter unit 15B is set high (set to a normal value). (S2). When the release switch 24 is turned on (Yes in S5), the photographing and recording operations are executed (S6), and the process returns to step S1.
[0040]
If it is the high image quality mode (Yes in S1), it is checked whether the ISO sensitivity is set to a predetermined sensitivity (ISO400 in the illustrated example) or more (S3). As a result, if the ISO sensitivity setting value is lower than the predetermined sensitivity (No in S3), the same processing as in the normal mode is performed (S2). When the release switch 24 is turned on (Yes in S5), the photographing and recording operations are executed (S6), and the process returns to step S1.
[0041]
If the recording mode is the high image quality mode (Yes in S1) and the ISO sensitivity is set to be equal to or higher than the predetermined sensitivity (Yes in S3), the switch of the low-pass filter unit 15B in the charge detection unit 15 is switched by the mode switching signal. 72 is turned off, and the timing generator 14 is caused to generate a low-speed clock pulse. As a result, the drive frequency of the CCD image sensor 12 is set lower than normal, and the cut-off frequency fc of the low-pass filter unit 15B is set lower than normal (S4). When the release switch 24 is turned on (Yes in S5), the photographing and recording operations are executed (S6), and the process returns to step S1.
[0042]
As described above, when the recording mode is the high image quality mode and the ISO sensitivity is set to be equal to or higher than the predetermined sensitivity, the digital camera 10 according to this embodiment drives the CCD image sensor 12 at a low speed and the charge detection unit. The cut-off frequency fc of the 15 low-pass filter sections 15B is lowered. By driving the CCD image sensor 12 at a low speed, it is possible to read out charges from the CCD image sensor 12 at a low speed, so that noise depending on the frequency band Δf of the output amplifier unit 15A can be reduced. Also, by reducing the cut-off frequency fc of the low-pass filter unit 15B, high-frequency component noise associated with the expansion of the allowable frequency band of the output amplifier 15A to enable high-speed driving of the CCD image sensor 12 is removed. be able to.
[0043]
Therefore, according to the digital camera 10 of this embodiment, the recording mode is set to the high image quality mode and the ISO sensitivity is set to be equal to or higher than the predetermined sensitivity to perform shooting, so that the output amplifier unit 15A of the charge detection unit 15 is captured. Thus, it is possible to record the high-sensitivity photographed image on the memory card 29 with high image quality while minimizing the influence of noise generated in the above.
[0044]
In the above embodiment, the digital camera provided with the CCD image sensor having the structure in which the photoelectric conversion elements are arranged in a matrix is described. However, the CCD image sensor having the structure in which the photoelectric conversion elements are arranged in a honeycomb is provided. The present invention can be effectively applied to a digital camera. It is also possible to use a CMOS image sensor instead of the CCD image sensor.
[0045]
In the above embodiment, the low-pass filter unit configured to switch the cut-off frequency by switching the resistance value is illustrated, but the low-pass filter unit configured to switch the cut-off frequency by switching the capacitance value of the capacitor. It may be adopted. Further, a low-pass filter unit that can continuously change the cutoff frequency may be used.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, the digital camera of the present invention can record captured images with high image quality while minimizing the influence of noise generated by the output amplifier.
In addition, the charge detection device of the present invention can perform charge detection with high accuracy while minimizing the influence of noise generated in the output amplifier.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a digital camera showing an embodiment of an imaging apparatus of the present invention.
FIG. 2A is a circuit diagram illustrating a configuration example of a charge detection unit, and FIG. 2B is a circuit diagram illustrating a configuration example of a low-pass filter unit.
FIG. 3 is a flowchart illustrating the operation content of the digital camera of FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a conventional imaging apparatus.
[Explanation of symbols]
10: Digital camera (imaging device)
11: Optical system 12: CCD image sensor unit (solid-state image sensor)
13: CCD drive unit 14: Timing generation unit 15: Charge detection unit (charge detection device)
15A: Output amplifier unit 15B: Low-pass filter unit 15C: CDS unit 17: A / D conversion unit 20: Recording medium interface unit (recording unit)
23: Operation unit (sensitivity setting unit)
28: Main control unit

Claims

A solid-state image sensor;
An output amplifier that converts the charge output from the charge transfer path of the solid-state image sensor into a voltage signal;
A low-pass filter that passes only signal components less than the cutoff frequency among the output signals from the output amplifier; and
An A / D converter that converts the output signal from the low-pass filter into a digital signal;
A recording unit for recording an output signal from the A / D conversion unit on a recording medium;
A sensitivity setting unit for setting the recording sensitivity of a captured image by the solid-state image sensor;
A controller that changes the cut-off frequency while changing the charge transfer pulse drive frequency in the charge transfer path ,
The control unit lowers the charge transfer pulse drive frequency and lowers the cut-off frequency when the recording mode is set to a high image quality mode and the recording sensitivity is set to a predetermined sensitivity or higher. An imaging apparatus characterized by the above.