JP4455709B2

JP4455709B2 - 固体撮像装置および撮像方法

Info

Publication number: JP4455709B2
Application number: JP2000023292A
Authority: JP
Inventors: 直基久保
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: JP2001211391A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置および撮像方法に関し、特に、固体撮像装置を適用した、たとえばディジタルカメラにおける高速撮像、いわゆる連写等に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
撮像画像を高画質化する上で画素の高密度に配していながら、撮像により得られる信号電荷の読出しを速く読み出す要求がある。この要求は、静止画を記録する場合を除く場合に生じることが多い。これは、たとえば自動露出（AE: Automatic Exposure）や自動焦点（AF: Automatic Focusing）の動作を行う場合や表示装置にムービー（動画）表示させる場合等である。このような動作を行わせる場合、たとえばCCD (Charge Coupled Device）を用いた固体撮像装置は、画素からの信号電荷を間引きして読み出している。一般に、固体撮像装置は、被写界からの入射光を所定の期間にわたって撮像素子または受光素子に露光させ、この露光光量に応じた信号電荷に変換した後、信号電荷を間引きモードや全画素読出しモードに応じた信号読出しを行っている。
【０００３】
このような撮像を行う固体撮像装置には、たとえば特開平11-112882 号公報に提案された撮像装置がある。この撮像装置には、上述した２つの読出しモードで駆動させる駆動機能の他、画素から信号電荷を抜き取るとともに、露光期間を制御する素子シャッタ機能（いわゆる、電子シャッタ機能、以下、これを用いる）を有している。撮像装置は、特に間引き読出し時に信号電荷の抜き取り動作を、１画面の読出し期間毎に１回以上行うようにして、読出しを行わない画素からの信号電荷のオーバーフローを回避させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した撮像装置に限らず、露光を行う場合、通常の露光時間は、たとえば、1/60秒、1/90秒と信号読出しモードの時間に比べて短い。しかしながら、このような短い時間の駆動であっても、一般的に露光モードでも一つ前に得た信号電荷の読出しの期間中にこの信号電荷の抜き取り動作を行わせた後に、電子シャッタ機能を用いるような露光時間調整が行われている。
【０００５】
このため、実際の露出までにかかる時間は、実質的に短時間であるにもかかわらず、露光時間調整という余分な時間を含むことにより、無駄な時間が撮像にかかることになる。すなわち、シャッタを押しても撮像に調整時間を含むことから、露光がただちに行われるわけではない。このような露光の問題点は、高速に連続して撮影する、たとえば連写する場合にその都度露光調整時間が含まれ撮像に時間がかかることになる。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、撮像に要する露光時間の短縮化を図って、従来の撮像に比べて高速撮影が行える撮像装置およびその撮像方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は上述の課題を解決するために、被写界から所定の入射光束の入射光が２次元的に配した複数の撮像素子に照射され、照射中の所定の期間、この撮像素子を露光状態にして、この状態での各撮像素子が受光光量に応じた信号電荷に光電変換し、得られた信号電荷を読み出す固体撮像装置において、この装置は、この装置の動作モードを動画、露光、信号読出しの中から選択するモード設定手段と、被写界からの受光光量に基づいて露光状態の時間または露光の絞り値から算出した露出時間および絞り値を算出する算出手段と、露出時間および絞り値に応じた各種のタイミングで駆動させる信号を生成するなかで、被写界の記録指示を受けた際に、得られている信号電荷の移送を停止させ、信号電荷の抜取り処理を少なくとも１回行い、その後ただちに露出させて、この露出状態を算出した露出時間分継続させる各タイミングに基づく駆動信号を生成する信号生成手段と、この信号生成手段からの信号に基づいて絞りおよび入射光の照射時間を調整する露光調整手段と、モード設定手段の選択に応じて算出手段および信号生成手段を制御する制御手段とを含み、信号生成手段からの信号に応じて前記各撮像素子の露出を行うことを特徴とする。
【０００８】
ここで、信号生成手段は、露出時間を手振れ限界の時間に設定して露出を行わせる信号を生成することが好ましい。実際に手振れ限界の時間には、経験的にたとえば、1/60秒や1/90秒の時間が望ましい。これにより、露出にともなう撮像した画像の振れをなくすことができる。
【０００９】
信号生成手段は、露出時間を水平同期信号の整数倍で規定するとよい。これにより、露出時間を規定するタイミング信号の生成が容易になる。
【００１０】
また、信号生成手段は、モード設定手段が連続撮像を指定した場合、２度目の撮像以降に行う露光処理により得られた信号電荷の抜取り処理を禁止することが好ましい。これにより、露光により得られた信号電荷が捨てられることを防いで撮像の短縮化を図っている。
【００１１】
さらに、信号生成手段は、モード設定手段が連続撮像を指定した場合、２度目の撮像以降に行う露光処理を、一つ前の信号読出しモード中に行わせることが望ましい。これにより、露光モードとしての介在する時間を省いて連写における時間短縮を図ることができ、連続してモードを信号読出しにすることができる。
【００１２】
制御手段は、信号生成手段を制御するとともに、算出手段から得られた露光時間を基に露光の完了を報知する露光完了信号を信号生成手段に出力すると有利である。これにより、露光モードから信号読出しモードへの切換タイミングを正確に供給し露光時間を設定することができる。
【００１３】
露光調整手段は、各撮像素子への入射光の照射を制御する機械的なシャッタ機構を制御することが好ましい。これにより、露光モード以外のモード中に入射光を完全に遮光することができる。
【００１４】
信号生成手段は、露光モードの時間を、露出時間および機械的な機構の動作に要する入射光の遮光停止から露光の開始までの期間、および入射光の照射終了から入射光の遮光完了までの期間を含めた総時間にし、露出時間に手振れ限界の時間が割り当てられることが望ましい。これにより、露光に関わる期間以外の遮光性を保つとともに、露光時に生じる振れも抑制することができる。
【００１５】
また、信号生成手段は、機械的な機構の照射から遮光に移行する期間を信号電荷の読出しモードのスミア処理期間に重ねる信号を生成することが好ましい。これにより、遮光への移行動作およびスミア処理を同時に進めることができるので、高速撮像に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００１６】
本発明の固体撮像装置は、モード設定手段により動作モードを動画、露光、読出しの中から選択し、この選択に応じて算出手段および信号生成手段を制御し、算出手段では露出時間および絞り値に対応したそれぞれの値を算出手段で算出し、信号生成手段では算出した露出時間および絞り値に応じて各種のタイミングで駆動させる信号を生成するなかで、被写界の記録指示を受けた際に、得られている信号電荷の移送を停止させ、信号電荷の抜取り処理を少なくとも１回行い、その後ただちに露出させて、この露出状態を算出した露出時間分継続させる各タイミングに基づく駆動信号の生成を行わせて、この駆動信号に基づいた絞りおよび入射光の照射時間を露光調整手段で調整することにより、各撮像素子の露出状態直前の信号読出しの禁止および消去が行われるので、これまでの電荷抜取り期間を設けずに済ましただちに露光を行えるように動作させることができる。
【００１７】
また、本発明の撮像方法は上述の課題を解決するために、被写界から所定の入射光束の入射光が２次元的に配した複数の撮像素子に照射され、撮像する際の動作モードを動画モード、露光モード、信号読出しモードの中から選択するうち、動画モードでの測光から算出した最適な露出値に応じた制御を行い、この制御および被写界の記録タイミングに応じて露光を行う露光を露光モードにて、入射光量に応じた信号電荷に光電変換を行い、得られた信号電荷を信号読出しモードで読み出す撮像方法において、この方法は、動画モードでの測光後、算出した露出値に応じた絞り値および露出時間を求める工程と、動画モードから露出モードへの切換えを指示する工程と、この切換えを受けて露出モードにおいて信号電荷の移送の停止、この信号電荷の抜取り処理を少なくとも１回行い、その後ただちに露出開始後に、この露出を露出時間にわたって行うタイミング信号およびこのタイミング信号に応じた駆動信号を生成する信号生成工程と、この駆動信号に応じて入射光を信号電荷に変換し、かつこの信号電荷を蓄積する変換蓄積工程と、露光時間の経過後、信号読出しモードで蓄積した信号電荷を読み出す工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
ここで、信号生成工程は、露出時間を手振れ限界の時間に設定して露出を行わせる駆動信号を生成することが好ましい。露出にともなう撮像した画像の振れをなくすことができる。
【００１９】
信号生成工程は、露出時間を水平同期信号の整数倍で規定することが望ましい。これにより、露出時間を規定するタイミング信号の生成を容易にできる。
【００２０】
また、信号生成工程は、露出モードへの切換えの指示が連続して供給される場合、２度目の撮像以降に行う露光処理により得られた信号電荷の抜取り処理を禁止することが好ましい。これにより、露光により得られた信号電荷が捨てられることを防いで撮像の短縮化を図っている。
【００２１】
信号生成工程は、露出モードへの切換えの指示が連続して供給される場合、２度目の撮像以降に行う露光処理を、一つ前の読出しモード中に行わせることよい。これにより、露光モードとしての介在する時間を省いて連写における時間短縮を図ることができ、連続してモードを信号読出しにすることができる。また、この処理により、長時間露光を行う場合にも容易に、かつ柔軟に対応することができる。
【００２２】
また、信号生成工程は、算出して得られた露光時間を基に露光の完了を示す露光完了信号の報知に応じて駆動信号の生成を中止することが好ましい。これにより、露光モードから信号読出しモードへの切換タイミングを正確に供給し露光時間を設定することができる。
【００２３】
さらに、信号生成工程は、露光モードの時間を、露光時間に入射光の遮光停止から露光の開始までの期間、および入射光の照射終了から入射光の遮光完了までの期間を含めた時間にし、露出時間を手振れ限界時間に設定すると有利である。これにより、露光に関わる期間以外の遮光性を保つとともに、露光時に生じる振れも抑制することができる。
【００２４】
信号生成工程は、入射光の照射から遮光に移行する期間を信号電荷の読出しモードのスミア処理期間に重ねる信号を生成することが望ましい。これにより、遮光への移行動作およびスミア処理を同時に進めることができるので、高速撮像に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００２５】
本発明の撮像方法は、動画モードでの測光後、算出した露出値に応じた絞り値および露出時間を求め、動画モードから露出モードへの切換えの指示を出し、これを受けて露出モードにおいて信号電荷の移送の停止、該信号電荷の抜取り処理を１回行い、その後ただちに露出開始後に、この露出を露出時間にわたって行うタイミング信号および駆動信号を生成することにより、これまでの露光直前に光電変換して得られていた信号電荷を廃棄して信号電荷の読出し時間をなくすことでただちに露光を開始させることができるようになり、そしてこの露出を露出時間にわたって行って入射光を信号電荷に変換し、かつこの信号電荷を蓄積し、露光時間の経過後、すなわち露光終了後に信号読出しモードで蓄積した信号電荷を読み出している。これにより、露光開始までの時間がこれまで以上に短縮することができ、ユーザのシャッタタイミングにより近いタイミングでの撮像が可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。
【００２７】
本発明の固体撮像装置は、モード設定部により動作モードを動画、露光、信号読出しの中から選択し、この選択に応じて露光算出制御機能部および駆動信号生成部が制御され、システム制御部内の露光算出制御機能部では露出時間および絞り値に対応したそれぞれの値を算出し、駆動信号生成部のタイミング信号生成部では算出した露出時間および絞り値に応じて各種のタイミングで駆動させる信号を生成するなかで、被写界の記録指示を受けた際に、得られている信号電荷の移送を停止させ、信号電荷の抜取り処理を少なくとも１回行い、その後ただちに露出させて、この露出状態を算出した露出時間分継続させる各タイミングに基づく駆動信号の生成を行わせて、この露出状態を算出した露出時間分継続させるタイミングで駆動させる信号の生成を行わせて、生成した信号に基づいた絞りおよび入射光の照射時間をAE調整部で調整するので、各撮像素子の露出状態直前の信号読出しが禁止および消去され、この禁止および消去により、これまでの電荷抜取り期間を設けずに済ますことができ、ただちに露光を行えることに特徴がある。
【００２８】
本発明の固体撮像装置をディジタルカメラ10に適用した場合について説明する。また、本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。ここで、信号の参照符号はその現れる接続線の参照番号で表す。
【００２９】
ディジタルカメラ10には、図１に示すように、撮像系10A 、信号処理系10B 、駆動信号生成部10C 、信号出力系10D 、モード指定部10E およびシステム制御部12が備えられている。
【００３０】
撮像系10A には、撮像レンズ102 、撮像部104 、図示しないピント調整機構を含むAF調整部106 およびAE調整部108 が備えられている。この他、図示しないが撮像部104 の入射光の側に入射光を完全に遮光するためシャッタ機構を含めてもよい。撮像レンズ102 は、被写界からの入射光を撮像部104 の受光面上に焦点を結ぶように集光する光学系である。
【００３１】
撮像部104 は、図示しないが、供給される入射光を光電変換する受光素子（または撮像素子）で受光面が形成されるように行方向および列方向に２次元配列されている。また、配列は受光素子のそれぞれのうちで、斜めに隣接する素子のピッチを行方向および列方向に1/2 ずつずらした相互の位置関係に配されたハニカム型の配置でもよい。撮像部104 には、受光素子より入射光の側に、入射光を色分解する色フィルタセグメントが受光素子のそれぞれに対応して単板をなす色分解フィルタCFとして一体的に形成されている。この色分解フィルタCFの配設により、受光素子には、たとえば、三原色RGB というそれぞれの色の属性を有するように色分解された入射光が入射されることと同じになる。この関係が撮像部104 において一体的に形成されている。撮像部104 は、撮像信号10a を信号処理系10B に出力する。
【００３２】
さらに撮像部104 の構成を説明する。撮像部104 は、後述する駆動信号生成部10C からそれぞれ出力される駆動信号122aに応動する。各受光素子は、光電変換素子で構成されている。受光素子には、図示しないが受光素子に隣接配設された転送素子、すなわち垂直転送素子との間に、受光して変換した信号電荷を漏らさないように信号読出しゲート（トランスファゲート）が形成されている。信号読出しゲートは電極を介して供給される垂直駆動信号に含まれる移送パルス（フィールドシフトゲートパルス）の有無に応動してゲートの開閉を行うことにより信号電荷を受光素子から、電荷結合素子（Charge Coupled Device ：以下、CCD という）で構成されている、垂直転送路に転送する。垂直転送路は、読み出した信号電荷を列方向、すなわち垂直方向に順次転送する。垂直転送により、信号電荷はラインシフトして行方向の転送素子、すなわち水平転送路に供給される。水平転送路は、供給される水平駆動信号に応動してこの信号電荷をアンプを介して前述したように信号処理系10B に信号10a を出力する。
【００３３】
AF調整部106 は、ピント調整機構（具体的には図示せず）により被写体とカメラ10との距離を測距して得られた情報に応じて撮像レンズ102 を最適な位置に配するようにこの位置調整を行う。このとき、測距情報の算出とこの測距情報からの制御量は、システム制御部12で処理される。この結果、供給される制御信号12a に応じてAF調整部106 は、ピント調整機構を駆動信号106aにより駆動させ、撮像レンズ102 を矢印A 方向の光軸に沿って移動させている。測距情報の算出は後段の信号処理部114 で行ってもよい。
【００３４】
また、AE調整部108 は、被写体を含む被写界の測光値の算出が行われるシステム制御部12内に設けられる露光算出制御機能部12A からの制御により駆動信号108aを絞りシャッタ機構108bに供給して絞り位置を変位させ、入射する光束量を調整する。絞りシャッタ機構108bは入射光の側に入射光を完全に遮光するためシャッタ（図示せず）も有している。シャッタの開閉も駆動信号108aにより開放／遮光タイミングに応じて行われる。
【００３５】
この制御手順としては、測光において撮像信号の一部（図示していないが、信号10c ）がシステム制御部12に供給される。次に、ディジタル信号にされた測光値に基づいて露光量がシステム制御部12の露光算出制御機能部12A で算出され、この露光量になるように絞りとシャッタ速度を制御する制御信号12a が AE 調整部108 に供給される。そして、AE調整部108 は、この制御信号12a に応じて絞りシャッタ機構108bに駆動信号108aを供給し、それぞれ絞り値とシャッタ速度値が所定の値になるように調整している。この調整により露出を最適にすることができる。制御信号12a は、AE調整、AF調整を別々の信号に分けて供給してもよい。
【００３６】
信号処理系10B には、前処理部110 、A/D 変換部112 、信号処理部114 、バッファ部116 および圧縮／伸張処理部118 が備えられている。また、信号処理系10B には、システム制御部12から上述した各部をモードに応じて制御するように制御信号12b が供給され、タイミング信号20a 〜20e がそれぞれ供給されている。前処理部110 は、たとえば、供給される信号電荷10a に対して相関二重サンプリング（CDS ）処理を施して雑音の低減を図ったり、信号にガンマ補正を施し、この信号10a を増幅させてA/D 変換部112 に出力する。これら前処理は、タイミング信号20a に同期して行う。ガンマ補正は、この位置に限らず後段の信号処理部114 で行ってもよい。
【００３７】
A/D 変換部112 は、あらわに図示しないがシステム制御部12からの制御信号12b およびタイミング信号20b を用いて前処理部110 を介して供給されるアナログ信号10b をサンプリングし、ディジタル信号（または画像データ）10c に量子化する。タイミング信号20b は、高速処理する場合クロック信号でもよい。変換したディジタル信号10c が信号処理部114 に供給される。また、本実施例ではAE, AFの制御に関わる処理・制御をシステム制御部12にて行わせている。このため、ディジタル信号10c は、図１にあらわに図示していないが、システム制御部12にも供給されている。
【００３８】
信号処理部114 は、一般的に行われる白バランス調整（AWB ）、アパーチャ補正等を行う。信号処理部114 には、自動絞り値を算出する処理（AE）も行うように設定することができる。本実施例ではこのAE処理を露光算出制御機能部12A で行うようにしている。信号処理部114 はこれらの処理を行うとともに、さらに信号処理を２つのモードそれぞれに応じて施してもいる。すなわち、ここでのモードとは、後述するモード指定部10E のレリーズシャッタ128 で設定されたモードを示し、少なくとも得られた静止画を信号出力系10D の記録再生部126 に取り込む静止画撮影モードと動画表示するムービーモードとの２つを示す。本実施例で静止画撮影モードは、後述するキースイッチ130 で記録容量や記録する画質に応じて、たとえば、全画素、２ライン間引き、およびフレーム読出し等を設定する。また、もう一つのムービーモードは、このモード中に行われる、単に撮像系10A の画像表示を行うとともに、AF, AEを含む測光および制御（測光制御）も行っている。測光制御は、高速性の要求から２ライン間引き読出しに設定する。この構成では３種類のモードに限定されるものでなく、さらに大きな1/4 間引きでもよい。この測光および制御は、本実施例で後述するように露光算出制御機能部12A をシステム制御部12内に設けて動作制御させているが、信号処理部114 に最適な被写界の露光を行うための演算処理を行わせてもよい。この場合、信号処理部114 は、供給される画像データ10c の所定領域のデータを用いて測光値の算出ならびにこの算出した測光値に基づく絞り値および露光時間の演算を行わせる。信号処理部114 は演算により得られた値をシステム制御部12に供給する。システム制御部12は、供給された値に応じた制御信号12a を生成して撮像系10A に供給する。
【００３９】
この他、ディジタルスチルカメラ10において、現在、いずれのモードが選択されているかは前述した制御信号12b により制御される。このシステム制御部12の制御により、信号処理部114 では上述した信号処理の他に静止画撮影モードで所定のディジタルに伴う信号処理、たとえば、輝度信号の高帯域化等も施される。
【００４０】
信号処理部114 は、静止画撮影モードでの信号処理によって撮像部104 からの撮像信号10a を記録可能な映像信号にしている。そして、信号処理部114 は、表示・記録が選択されたモードの信号10d をバッファ部116 に出力する。
【００４１】
また、前述したガンマ補正処理は、ここで行ってもよいし、さらに後段で行ってもよい。これら一連の信号処理をディジタルで行うことから、信号処理部114 は、DSP (Digital Signal Processor)にまとめて構成するとよい。
【００４２】
バッファ部116 は、前述した信号処理部114 から供給される映像信号10d を所定の振幅に増幅するとともに、記録時における時間調整の機能なども有している。バッファ部116 は、システム制御部12内に配される記録制御部（図示せず）の制御により信号出力系10D または圧縮／伸張処理部118 に画像10e を出力している。
【００４３】
圧縮／伸張処理部118 は、画像を記録する場合、システム制御部12に制御信号12b により画像信号10e を取り込む。供給された画像信号10e には、たとえば、JPEG（Joint Photographic coding Experts Group ）規格に基づく圧縮処理が施される。また、記録再生部126 から記録されていた信号10f を読み出して再生する場合、上述した圧縮処理の逆変換等の信号処理を施すことによって元の画像信号を再生し、図示していないが復元した画像信号を表示部124 に供給し、表示させている。
【００４４】
駆動信号生成部10C には、タイミング信号生成部120 およびドライバ部122 が含まれる。タイミング信号生成部120 は、たとえば、現行の放送方式（NTSC/PAL）でディジタルスチルカメラ10が駆動するように発生させた原発振のクロックを基に同期信号20c を生成して信号処理部114 に供給する。タイミング信号生成部120 は、前処理部110 、A/D 変換部112 、バッファ部116 および圧縮／伸張処理部118 にもサンプリング信号や書込み／読出し信号の動作基準となるクロックとしてタイミング信号20a, 20b, 20d, 20eがそれぞれ供給されている。タイミング信号が共通化できる場合、タイミング信号生成部120 の構成部品が少なくて済む。
【００４５】
タイミング信号生成部120 は、原発振のクロックから同期信号を生成し、さらにこれらの信号を用いて生成した各種のタイミング信号120aをドライバ部122 に出力している。生成されるタイミング信号120aには、撮像部104 で得られた信号電荷の読出しに用いるタイミング信号、たとえば、垂直転送路の駆動タイミングを供給する垂直タイミング信号、水平転送路の駆動タイミングを供給する水平タイミング信号、移送パルス（フィールドシフトゲートパルス）やラインシフトさせるタイミング信号、そして電荷抜取りパルス等がある。
【００４６】
なお、AF調整部106 、AE調整部108 の動作を制御する際にもタイミング信号生成部120 からの信号を用いている（ここでは信号線をそれぞれあらわには図示せず）。
【００４７】
このように各種の信号を前述した各部に出力するとともに、タイミング信号生成部120 は、垂直タイミング信号と水平タイミング信号とをドライバ部122 に供給するとともに、移送パルスおよび電荷抜取りパルスも供給している。ドライバ部122 は供給される各種の信号の極性を反転させて撮像部104 に供給させている。測光制御を行う際（たとえば、ムービーモードにおける測光制御や測光制御モード等）にタイミング信号生成部120 は、システム制御部12からの制御信号12b によりタイミング信号の生成を選択的に切り換える。
【００４８】
ドライバ部122 は、それぞれの供給されるタイミングで駆動信号122aを生成する。一般的に、信号読出しする速度変更は、モードに応じてドライバ部122 から出力される垂直駆動信号が撮像部104 に供給され、たとえば、画面全体に対する駆動、色の選択的な駆動、色および領域を指定した駆動といった間引き読出し等が行われることによって速度の変更が施される。
【００４９】
本実施例において動画（ムービー）から露出モード（静止画撮像モード）に切り換わる際に、まず、従来生成していた信号電荷の移送パルスの生成を停止させ、得られた信号電荷を抜き取る処理に対応して電荷抜取りパルスを１個生成する。これにより、受光素子に蓄積した信号電荷を廃棄する。この結果、信号電荷を読み出すための調整時間を設けることなく、この廃棄処理後ただちに露出を開始させることができるようになる。露光モードでは、この露光開始後、露出状態を算出した露出時間分継続させる。タイミング信号生成部120 は、上述したタイミングで駆動が行われるように各タイミング信号の生成を行う。
【００５０】
この場合の露光には、まず、２つ前の垂直同期信号が負極性になった際に読み出した画像を用いて露出情報（絞りおよび露光時間）がシステム制御部12の露光算出制御機能部12A で算出される。システム制御部12は、算出した露出情報に応じた制御信号12a を生成する。システム制御部12は、生成した制御信号12a をAE調整部108 に供給する。そして、AE調整部108 は制御信号12a に基づいた絞りおよび入射光の照射時間の調整した動作を行わせるように駆動信号108aを絞りシャッタ機構108bに供給する。詳細なタイミングについては後段で述べる。
【００５１】
ドライバ部122 は、各モードが設定された際に対応した駆動信号122aが撮像部104 に供給される。ドライバ部122 は、たとえば、画面全体に対する駆動、本実施例では色について具体的に説明していないが、色の選択的な駆動、色および領域を指定した駆動が行われることによって速度の変更も施される。ドライバ部122 は、一般的に、供給される信号を反転しするとともに、垂直タイミング信号と移送パルス（トランスファゲートパルス）とを用いて３値の駆動信号を生成している。
【００５２】
信号出力系10D には、表示部124 および記録再生部126 が備えられている。表示部124 には、たとえば、ディジタルRGB 入力によるVGA （Video Graphics Array）規格の液晶表示モニタなどが備えられている。記録再生部126 は、ストレージ部であり、メモリカード等に用いられる半導体メモリ、磁気記録媒体、光記録媒体、または光磁気記録媒体に供給される映像信号10f を記録する。また、記録再生部126 は、記録した映像信号10f を読み出して表示部124 に表示させることもできる。なお、この記録再生部126 が記録媒体を着脱自在にできる場合、記録媒体だけ取りはずして外部の装置で記録した映像信号を再生表示させたり画像を印刷させるようにしてもよい。これらは、制御信号12c により制御される。
【００５３】
モード指定部10E には、レリーズシャッタ128 およびキースイッチ130 が備えられている。レリーズシャッタ128 は、本実施例において、２段押し機能を備えている。すなわち、第１段の半押し状態では、測光制御モードを指定して、システム制御部12にこのモード設定がなされていることを信号として供給し、第２段の全押し状態では、画像の取込みタイミングをシステム制御部12に提供するとともに、この操作によりシステム制御部12に画像の記録指示（静止画撮影モード）がなされたことを信号として供給する。これらのモードは、信号線28を介してシステム制御部12に供給されている。
【００５４】
また、キースイッチ130 は、モード設定・項目・画像の選択等を行う。特に、モード設定は前述したように全画素、２ライン間引き、およびフレーム読出しの中からいずれか一つを選択している。この選択した情報も信号線30を介してシステム制御部12に送られる。
【００５５】
システム制御部12は、カメラ全体の動作を制御するコントローラである。システム制御部12には、中央演算装置（CPU ）が含まれている。システム制御部12は、レリーズシャッタ128 からの入力信号（または指定信号）28によりどのモードが選択されたかの判断を行う。また、システム制御部12は、キースイッチ130 からの選択情報30により、カメラの画像信号に対する処理等の制御を行う。このように供給された情報に基づいてシステム制御部12は、この判断結果を基に制御信号12b を供給して駆動信号生成部10C の動作を制御する。システム制御部12には、前述したように露光算出制御機能部12A と、図示しないが記録制御部等とを設けている。記録制御部は、システム制御部12からの制御信号12c に従いバッファ部116 および信号出力系10D の記録再生部126 の動作を制御している。
【００５６】
このように構成して前述したタイミングで駆動させることにより、露光モードになった際にこれまで直前で露光して得られた信号電荷を読み出すための時間を露光調整時間として設けていた時間がなくなり、実質的な露光を撮像タイミングの供給後ただちに行わせることができるようになる。
【００５７】
本実施例のディジタルカメラ10の動作についてタイミングチャートおよび必要に応じて図１も参照しながら説明する。ディジタルカメラ10は、タイミング信号生成部120 が出力する垂直同期信号VDに同期して駆動される。この垂直同期信号VDは、図２(a) では負極性のパルスとして表されて、この信号の立下りが各モードの先頭部分にきている。また、図２(f) に示すムービーモードでは、被写界を所定の間隔の同期領域となっている。
【００５８】
移送パルスは、図２(b) に示すように垂直同期信号VDの立下りに同期してパルス供給されている。前述したように垂直同期信号VDと移送パルスは、ドライブ部122 を通過し、駆動信号122aとして撮像部104 に供給される。
【００５９】
また、電荷抜取りパルスは、移送パルス出力以降露光開始の直前まで複数回繰り返す（図２(c) を参照）。光電変換により生成された信号電荷は図示しないドレインに掃き出される。この処理により、受光素子は、露光直前まで信号電荷のない状態になる。この電荷抜取りパルス期間は露光開始直前まで続く。電荷抜取りパルスの供給が終了すると、ただちに露光が開始される。この露光期間は、前に測光されたデータに基づいて算出された時間になる（図２(d) を参照）。
【００６０】
このモードにおける露光終了後に移送パルスが供給され、フィールドシフトゲートが開状態にされる。蓄積した信号電荷はフィールドシフトゲートを介して垂直転送路に移送される。信号電荷は垂直転送路を転送されて水平転送路に供給される。さらに、水平転送路には、垂直タイミング信号よりも高速な周期で水平タイミング信号に基づく水平ドライブ信号H1, H2（図示せず）が供給される。水平ドライブ信号H1, H2に応じて水平転送路の信号電荷はアンプを介して撮像部104 から出力される。ムービーモードの場合、垂直同期信号の次の1VD 期間が信号読出し期間になっている（図２(e) ）。すなわち、信号読出しは露光終了後の1VD 期間が信号読出し期間に対応している。
【００６１】
ここで、ムービーモードは、電源をオン状態にするとともに、表示部124 に画像表示させる場合、キースイッチ130 によりモード設定されている場合やレリーズシャッタ128 が半押し状態になっているような場合等が対応する。このモードは信号線28, 30を介してシステム制御部12に供給される。被写界を撮影する場合、表示部124 により撮影範囲の確認等が行われることから静止画撮影前はこのムービーモードにある。このモードで得られた画像データ10c の一部が測光されて露光算出制御機能部12A に供給される。露光算出制御機能部12A では、最適な絞り値および露光時間が算出され、この算出に見合う制御信号12a, 12bの生成を行う。生成した制御信号12a, 12bのうち、制御信号12a がシステム制御部12から撮像系10A のAE調整部108 に供給される。AE調整部108 は、制御信号12a に応じた駆動信号108aを絞りシャッタ機構108bに供給する。この場合、絞りシャッタ機構108bは、駆動信号108aに対応した絞りになるように開口絞りを調節する。
【００６２】
一方、制御信号12b が、動作モードを示す情報に加えて、算出した露光時間に関する情報も駆動信号生成部10C に供給される。これにより、レリーズシャッタ128 が全押しされた際の露光時間が、駆動信号生成部10C のタイミング信号生成部120 に設定される。タイミング信号生成部120 ではこの露光時間に対応するタイミング信号を生成する。たとえば水平同期信号HDの整数倍にすることができると、このタイミング信号は、容易に生成することができる。この信号は簡略化した回路構成でもできる点で有利である。
【００６３】
また、露光の期間を経験的に得られている手振れ限界の時間、たとえば、1/60秒または1/90秒の時間に設定すると、撮影した画像が振れる失敗を避けることができる。タイミング信号生成部120 において生成したタイミング信号がドライバ部122 に供給される。ドライバ部122 は供給されたタイミング信号に基づいて生成した駆動信号122aを撮像部104 に出力する。
【００６４】
このムービーモードにおいて図２(a) の矢印が示す期間40内のいずれかの位置でレリーズシャッタ128 が全押しされたとき、システム制御部12が信号線28を介して静止画撮像タイミングを受ける。システム制御部12では、図２(f) が示すモードをムービーから露光モードに切り換えることを制御信号12b を介してタイミング信号生成部120 に報知する。この報知に応じてタイミング信号生成部120 では垂直同期信号VDが立ち下がるように信号生成を行う。このとき、本実施例でタイミング信号生成部120 は、上述した信号の立下りに同期して生成していた位置42における移送パルスの生成を停止させる。この移送パルスの生成停止は、受光素子に残った信号電荷を転送路に読み出してしまう虞を除くことおよび露光調整期間の廃止のために行っている。
【００６５】
そして、タイミング信号生成部120 では、期間40において蓄積した信号電荷を破棄するため実際の露光開始前に電荷抜取りパルスを少なくとも１個生成する（図２(b) ）。この電荷抜取りパルスを駆動信号122aの一つとして供給することにより受光素子に蓄積した信号電荷を、たとえば基板に廃棄することができる。これにより、露光開始前の露光調整期間が不要になることがわかる。ここで、電荷抜取りパルスの供給回数は、１回としたが複数回供給してもよい。ただ、１回の電荷抜取りパルス供給は、露出開始までの時間を最短にできることは言うまでもない。これ以降、位置44から実際の露光をただちに行って入射光を信号電荷に変換し、この信号電荷の蓄積が開始される。露光は、算出した露光時間継続される。
【００６６】
位置46での露光終了後、タイミング信号生成部120 は、ドライブ部122 を介して供給する駆動信号122aの垂直同期信号VDを立ち下げてモードを露光から信号読出しに切り換える。この切換えに同期してタイミング信号生成部120 は移送パルスを出力する。これにより、移送パルス含む垂直同期信号の供給されたフィールドシフトゲート（図示せず）を開状態にして蓄積した信号を垂直転送路に読み出す。以後、前述したように垂直転送を行い、水平転送を行って信号電荷を撮像部104 から読み出す（信号読出しモード）。この信号読出しが位置48で完了した後に、モードをふたたびムービーモードに戻している。
【００６７】
これに対して、これまで行われてきた動作のうち、ムービーモードから露光モードの終了時までに着目して説明する。ここで用いる信号は、図２に示した種類と同じ信号である。図３でも同様に期間40内のいずれかの位置でレリーズシャッタ128 が全押しされたとき、システム制御部12が信号線28を介して静止画撮像タイミングを受ける。システム制御部12では、モードをムービーから露光に切り換えることを制御信号12b を介してタイミング信号生成部120 に報知する。この報知に応じてタイミング信号生成部120 では垂直同期信号VDが立ち下がるように信号生成を行う。しかしながら、このとき、従来のタイミング信号生成部120 では、上述した信号の立下りに同期して生成していた位置42における移送パルスの生成させていた。
【００６８】
このため垂直転送路に移送した信号電荷が読み出されるまでの信号読出し時間が必要になっていた。露光モードは図３(f) が示すようにこの信号読出し時間と露光時間とを考慮して設定されていた。この結果、従来の露光モードは、本実施例の露光モードに比べて期間ECの分長い時間が必要とされていた。この期間ECが露光調整期間である。前述したように、本実施例では、この露光調整期間がないので、露光を短時間で済ませることができる。
【００６９】
ただし、図４のタイミングチャートが示すように、露光モードに入る一つ前で撮像した信号電荷を露光モードの期間内に読み出すことができる場合に限り、露光モードに入った際の位置t での移送パルス停止を実行させなくてもよくなる。露光モードでは、手振れ限界と同等の期間を露光に持たせる。この期間の調節には電荷抜取りパルスの数で調整を行わせることができる。これにより位置44が決まる。
【００７０】
次に本実施例の第１の変形例として連写に適用した場合について説明する。以後の変形例では、基本的に前述したモードで動作するので、各変形例の動作の要点に着目して説明を簡略化している。レリーズシャッタ128 を押し続けて連写する場合、図５(a) に示すように垂直同期信号VDの立下りに同期して、ムービーモードから露光モードへの切換えが行われる。直前に撮像した画像を廃棄するため電荷抜取りパルスを１回供給する（図５(c) ）。これ以後の連写時において露光直前での電荷抜取りパルスの供給は行わない。これを行うと不要電荷が垂直転送路に移送され露光期間中には掃き出されなくなってしまうからである。電荷抜取りパルスの供給後、露光を開始する。直前の測光により得られた画像データを用いて露光が算出した露光時間にわたって行われる。露光モードの期間には、前述した露光調整期間が含まれないことは言うまでもない。
【００７１】
露光後、ただちに信号読出しモードに切り換える（図５(f) ）。そして、タイミング信号生成部120 では移送パルスを生成する。移送パルスを含む駆動信号122aがドライバ部122 から供給される。これによって信号電荷が垂直転送路に渡される。垂直転送路の信号電荷は複数回の垂直転送を行い、水平転送を行って撮像部104 から読み出される。この間、受光素子には電荷抜取りパルスが連続して供給されている（図５(c) ）。
【００７２】
信号読出し終了モードが終了し、かつレリーズシャッタ128 が全押し状態のままにある場合、ただちに露光モードに入るとともに、露光を開始する。露光時間は、一つ前の露光により得られた画像データを用いて露光算出制御機能部12A で算出されている。算出された露光時間に応じた露光が駆動信号生成部10C で生成された駆動信号122aに応じて行われる。そして、ふたたび上述した信号読出しを行う。レリーズシャッタ128 が全押しされている期間に応じて連写が行われるとき、連写の期間50は各撮像にこれまで含まれていた露光調整期間分がないので、（露光調整期間×連写回数）分の時間を短くすることができる。これによりこれまでにない高速撮像が可能になる。
【００７３】
第１の変形例の高速撮像を、さらに高速化する第２の変形例について簡単に説明する。連写における２回目以降の露光を露光モードおよび信号読出しモードを重複させながら行う。すなわち、露光モードの終了後、移送パルスがドライバ部122 に印加される。これに応じて信号読出しモードに切り換える。この場合、たとえば、画像の中央部近傍の複数ラインの画像データを測光用とし、得られた画像データに基づいて露光算出制御機能部12A で絞り値および露光時間を算出する。本実施例では、システム制御部12は信号電荷の読出しに要する時間をあらかじめ推定することができるので、得られた露光時間および移送パルスを出力させてからの経過時間を考慮して、図６(c) の電荷抜取りパルスの完了時間（位置54, 56, 58）を算出する。タイミング信号生成部120 では、この完了時間まで電荷抜取りパルスを供給し、この後、ただちに露光をタイミング信号が供給される。タイミング信号生成部120 は、このとき実際には露光を行っているが露光モード扱いにはしない。露光時間が経過したならば（位置60, 62）、タイミング信号生成部120 は垂直同期信号を立ち下げる。この立下げは信号読出しモードの期間を意味するものである。これは、露光を行う受光素子と信号電荷の転送を行う転送路がそれぞれ独立して動作しているので、可能になる。
【００７４】
このようにレリーズシャッタ128 が全押しされている期間中、連写が繰り返されるが、２回目以降の撮像にともなう露光時間が信号読出し期間に含まれるので撮像回数n とすると、先の変形例の場合に要した連写の時間よりも（露光時間×(n−1)）分の時間を短くすることができる。これにより、同じ被写界を同一条件で連写撮影した場合、本実施例の連写時間64の方が先の変形例の連写時間50よりも短い時間で済ませることができる。
【００７５】
次に、前述した構成において絞りシャッタ機構108bは、絞りの機能しか有効に使っていなかったが、シャッタ機能であるメカニカルシャッタ（図示せず）も用いた場合を第３の変形例として説明する。ディジタルカメラ10は、タイミング信号生成部120 から供給されるタイミング信号、たとえば垂直タイミング信号、移送パルス、電荷抜取りパルス等を駆使するとともに、システム制御部12から制御信号12a をAE調整部108 に供給し、AE調整部108 からの駆動信号108aでメカニカルシャッタも駆動させる。メカニカルシャッタは、図７(f) の信号読出しモードの開始時に遮光するようにシャッタを閉じる。これにより、信号読出しモードにおける転送路への入射光の漏れ込みをなくすようにしている。
【００７６】
このようにメカニカルシャッタを動作させるため、まず、本実施例の特徴である露光モードで１回電荷抜取りパルスを供給する。これにより、受光素子に残る信号電荷を除去する。この後、ただちに露光を開始する。露光の継続時間は前のムービーモードにおいて算出した露光時間にする。この露光時間が経過した、位置66に達したならば、システム制御部12はAE調整部108 にメカニカルシャッタを閉じるように制御する制御信号12a を出力する。この制御信号12a に応じてAE調整部108 は駆動信号108aを絞りシャッタ機構108bに供給する。メカニカルシャッタの閉じる速度は速いほどよい。
【００７７】
露光モードの時間は、算出した露光時間とメカニカルシャッタの閉じるまでの時間の総和で表される。このように遮光が完全に行われる場合、信号読出しモードの時間領域68にわたって電荷抜取りパルスを撮像部104 に出力しなくても済ませられる。このような余計な動作を省くことができる点で消費電力も抑えることができるようになる。メカニカルシャッタの動作は、システム制御部12からの制御に限定されるものでなく、タイミング信号生成部120 からのタイミング信号をAE調整部108 に供給してメカニカルシャッタの駆動を調整するようにしてもよい。
【００７８】
このメカニカルシャッタは、連写の場合にも適用することができる。この場合、メカニカルシャッタは位置72で閉じるようにするだけでなく、開口制御も行わせなければならない（図８(d) を参照）。開口制御もシステム制御部12またはタイミング信号生成部120 のいずれかの信号がAE調整部108 に供給される。AE調整部108 は、供給された信号に応じてメカニカルシャッタを開口させる。メカニカルシャッタは信号読出しモードが終了したど同時に位置70で開口が開始するように制御される。図８(d) の位置70から位置74までの期間が一つの露光モードの期間である。露光モードの期間には露光時間の他に、メカニカルシャッタが開口するまでの過渡期間と閉じるまでの過渡期間が含まれている。
【００７９】
次にディジタルカメラ10は、撮像部104 が高画素数の受光素子を有しているような場合等において得られる画像に生じるスミアのような偽信号の発生を抑えるようにスミア掃出し期間を露光後に設けている（図９を参照）。一般に、スミア掃出し期間は、露光モードが終了した位置78から所定の期間80（図９の斜線部分）に行わせる。この期間80中に転送路に存在する信号電荷を高速に掃き出している。この信号電荷の掃出し後の位置82にて移送パルスが送出される（図９(b) ）。すなわち、メカニカルシャッタの閉口動作とスミア掃出し処理の期間が別々に行わせれている。このため、特に連写を行う場合、露光および信号読出しの繰返し時間のなかでいわゆる、白浮きの抑制効果をもたらすものの、時間にだけ着目してみると、撮像（露光および信号読出し）期間においてこれらの期間は、無駄な時間に相当している。
【００８０】
そこで、次にこれら無駄な期間を極力短くする動作を第４の変形例として提案する。この動作は図10のタイミングチャートに示す。動作をもたらす信号生成は、これまでと同様にタイミング信号生成部120 で行われている。本実施例では、図10(d), (f), (g) からわかるように、上述した無駄な時間のうち、メカニカルシャッタの閉口動作を信号読出しモードのスミア掃出し期間と重ね合わせて同時に動作させている。したがって、メカニカルシャッタの閉口過渡動作の時間分、露光モードの期間84が短くなる。これにより図９の露光および信号読出しモードの期間86a に比べて図10の期間86b の方が短くなる。このように処理の同時化を図ることで、たとえば、連写のように撮像が繰り返される撮像をより高速に行わせることができるようになる。
【００８１】
なお、信号読出しモードの最後の領域88に空読出しの領域を設けることができるならば、この領域88にメカニカルシャッタの開口過渡動作を行わせるように制御信号12a またはタイミング信号を供給させる。この動作にメカニカルシャッタの開口過渡動作の時間分、露光のタイミングを待機するようなことがなくなる。これにより、連写、ムービー、AE等に適用すると露光までの時間を短くでき、一連の撮像に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００８２】
ディジタルカメラ10の構成および動作について説明してきたが、本発明は前述した実施例に限定されるものでなく、外部から供給されるトリガにより露光の完了させる構成を用いても本発明の課題を解決することができる。この構成について簡単に説明する（図11を参照）。図11に示す構成は、基本的に図１の構成を用いている。したがって、露光にともなう絞り値および露光時間の算出は前述した通りに行われている。異なる点は、システム制御部12から露光終了を報知する信号12d を外部トリガとしてタイミング信号生成部120 に供給している点にある。これまでの実施例でシステム制御部12は制御信号12b でモードの切換えについて報知しているが、露光完了そのものを指示しているわけではない。単に結果的に報知と指示が一致した関係にあるに過ぎない。
【００８３】
具体的に、システム制御部12には、入力する信号線を描いていないが、動作基準をもたらす信号が供給されている。この信号には、たとえば、水平タイミング信号やクロック等がある。水平タイミング信号を用いる場合、システム制御部12は、露光開始後、露光時間を含めて露光モードを終了させるまでの時間を水平タイミング信号のカウント値であらかじめ算出しておく。システム制御部12は、露光開始後にこのカウント値が計測された際に露光停止トリガ12d を生成し、タイミング信号生成部120 に出力する。システム制御部12に上述した露光モードの期間のカウント値をセットし、カウント値がゼロになったときを報知するタイマ機能をもたせてもよい。
【００８４】
この動作手順は、図12のタイミングチャートに示している。算出した露光時間に基づく露光を前述した通り行わせるとともに、たとえば、システム制御部12にてカウンタまたはタイマ等で露光完了時のタイミングを検出している。このタイミングが検出された際に、システム制御部12は図12(e) の位置90にて露光停止トリガ12d を立ち上げる。露光停止トリガ12d がタイミング信号生成部120 に供給される。タイミング信号生成部120 は、ただちに露光を止めるように信号120aを生成する。ドライバ部122 はこの信号120aを受けて撮像部104 に駆動信号を供給する。撮像部104 は、駆動信号122aを受けて露光を終了させる。
【００８５】
また、ほぼ同時にモード切換えを行うように制御信号12b がタイミング信号生成部120 に供給される。タイミング信号生成部120 は、垂直同期信号VDを立ち下げ、移送パルスもたとえば、位置92にて出力する。この移送パルスの出力により、受光素子から露光により蓄積した信号電荷が垂直転送路に読み出される。これが位置94である。この一連の手順で処理を行うことで露光を終了させて信号読出しを開始させるモード切換えを行わせることもできる。
【００８６】
なお、ここでは単に外部のトリガを用いてモード切換えについて説明したが、前述した連写、メカニカルシャッタを用いた高速撮像にも適用できることは言うまでもない。
【００８７】
以上のように構成し撮像させることにより、露光に関わってこれまで設けられていた露光調整期間がなくなり、迅速に露光が行うことができるようになるので、従来よりいずれの実施例においても高速な撮像が行うことができる。これにより、特に連写した場合の撮像がユーザの所望するタイミングの画像が容易に得られるようになる。
【００８８】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、モード設定手段により動作モードを動画、露光、信号読出しの中から選択し、この選択に応じて算出手段および信号生成手段を制御し、算出手段では露出時間および絞り値に対応したそれぞれの値を算出手段で算出し、信号生成手段では算出した露出時間および絞り値に応じて各種のタイミングで駆動させる信号を生成するなかで、被写界の記録指示を受けた際に、得られている信号電荷の移送を停止させ、信号電荷の抜取り処理を少なくとも１回行い、その後ただちに露出させて、この露出状態を算出した露出時間分継続させる各タイミングに基づく駆動信号の生成を行わせて、この駆動信号に基づいた絞りおよび入射光の照射時間を露光調整手段で調整することにより、各撮像素子の露出状態直前の信号読出しの禁止およびこの信号電荷の消去が行われるので、これまでの電荷抜取り期間を設けずに済ましただちに露光を行えるように動作させることができる。したがって、特に連写を行う場合の撮像タイミングをより接近した時間で行うことができる。この結果、従来の撮像よりも高速撮像を行うことができる。
【００８９】
また、本発明の撮像方法によれば、動画モードでの測光後、算出した露出値に応じた絞り値および露出時間を求め、動画モードから露出モードへの切換えの指示を出し、これを受けて露出モードにおいて信号電荷の移送の停止、該信号電荷の抜取り処理を少なくとも１回行い、その後ただちに露出開始後に、この露出を露出時間にわたって行うタイミング信号および駆動信号を生成することにより、これまでの露光直前に光電変換して得られていた信号電荷を廃棄して信号電荷の読出し時間をなくすことでただちに露光を開始させることができるようになり、そしてこの露出を露出時間にわたって行って入射光を信号電荷に変換し、かつこの信号電荷を蓄積し、露光時間の経過後、すなわち露光終了後に信号読出しモードで蓄積した信号電荷を読み出している。これにより、露光開始までの時間がこれまで以上に短縮することができ、ユーザのシャッタタイミングにより近いタイミングでの撮像が可能になり、特に、連写する場合、露光モードの期間を短縮してユーザの要望に近い、従来よりも高速な撮像を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を適用したディジタルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１のディジタルカメラの動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】ディジタルカメラにおける従来の撮像動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】図２の動作に限定条件を加えた際のタイミングチャートである。
【図５】図１のディジタルカメラにおいて連写する場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】図５での連写に要する時間をさらに短くする場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】図１のディジタルカメラにおいてシャッタを用いて露光を行う場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】図７の動作を適用して連写する場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図９】従来のディジタルカメラにおいて行われていた撮像におけるシャッタ動作およびスミア掃出しの関係を説明するタイミングチャートである。
【図１０】図９の動作を考慮して露光を短縮化させるための動作を説明するタイミングチャートである。
【図１１】図１のディジタルカメラの構成を変形した際の概略的な構成のブロック図である。
【図１２】図11の構成で露光停止させて露光から信号読出しのモードに切り換える際の動作手順を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
10 ディジタルカメラ
12 システム制御部
108 AE調整部
120 タイミング信号生成部
122 ドライバ部
128 レリーズシャッタ
12A 露光算出制御機能部
108b 絞りシャッタ機構

Claims

被写界から所定の入射光束の入射光が２次元的に配した複数の撮像素子に照射され、照射中の所定の期間、該撮像素子を露光状態にして、該状態での各撮像素子が受光光量に応じた信号電荷に光電変換し、得られた信号電荷を読み出す固体撮像装置において、該装置は、
前記被写界を撮像して得る画像を、全画素読出しにより静止画を得る静止画モード、間引き読出しにより動画を得る動画モードおよび前記被写界に対して所定の領域を間引き読出しして測光する測光制御モードのうちから選択した一つのモードとレリーズシャッタの操作に応じて、信号読出しを設定するモード設定手段と、
前記被写界からの受光光量に基づいて前記露光状態の時間または前記露光の絞り値から算出した露出時間および絞り値を算出する算出手段と、
前記露出時間および前記絞り値に応じた各種のタイミングで駆動させる信号を生成するなかで、前記被写界の記録指示を受けた際に、前記撮像素子から垂直転送路に読み出す信号電荷の移送を停止させ、前記信号電荷の抜取り処理を少なくとも１回行い、その後ただちに露出させて、該露出状態を算出した露出時間分継続させる各タイミングに基づく駆動信号を生成する信号生成手段と、
該信号生成手段からの信号に基づいて絞りおよび前記入射光の照射時間を調整する露光調整手段と、
前記モード設定手段の選択に応じて前記算出手段および信号生成手段を制御する制御手段とを含み、
前記信号生成手段からの信号に応じて前記各撮像素子の露出を行うことを特徴とする固体撮像装置。
請求項１に記載の装置において、前記信号生成手段は、前記露出時間を手振れ限界の時間に設定して露出を行わせる信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
請求項１または２に記載の装置において、前記信号生成手段は、前記露出時間を水平同期信号の整数倍で規定することを特徴とする固体撮像装置。
請求項３に記載の装置において、前記信号生成手段は、前記モード設定手段が連続撮像を指定した場合、２度目の撮像以降に行う露光処理により得られた信号電荷の抜取り処理を禁止することを特徴とする固体撮像装置。
請求項４に記載の装置において、前記信号生成手段は、前記モード設定手段が連続撮像を指定した場合、２度目の撮像以降に行う露光処理を、一つ前の信号読出しモード中に行わせることを特徴とする固体撮像装置。
請求項１に記載の装置において、前記制御手段は、前記信号生成手段を制御するとともに、前記算出手段から得られた露光時間を基に前記露光の完了を報知する露光完了信号を前記信号生成手段に出力することを特徴とする固体撮像装置。
請求項１に記載の装置において、前記露光調整手段は、前記各撮像素子への前記入射光の照射を制御する機械的なシャッタ機構を制御することを特徴とする固体撮像装置。
請求項７に記載の装置において、前記信号生成手段は、前記露光モードの時間を、前記露出時間に前記機械的な機構の動作に要する前記入射光の遮光停止から前記露光の開始までの期間、および前記入射光の照射終了から前記入射光の遮光完了までの期間を含めた総時間にし、
前記露出時間に前記手振れ限界の時間が割り当てられることを特徴とする固体撮像装置。
請求項８に記載の装置において、前記信号生成手段は、前記機械的な機構の照射から遮光に移行する期間を前記信号電荷の読出しモードのスミア処理期間に重ねる信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
被写界から所定の入射光束の入射光が２次元的に配した複数の撮像素子に照射されて該被写界を撮像する際、該被写界を撮像して得る画像を全画素読出しにより静止画を得る静止画モード、間引き読出しにより動画を得る動画モードおよび前記被写界に対して所定の領域を間引き読出しして測光する測光制御モードのうちから選択した一つのモードとレリーズシャッタの操作に応じて、信号読出しを設定するうち、前記動画モードでの測光から算出した最適な露出値に応じた制御を行い、該制御および前記被写界の記録タイミングに応じて前記静止画モードで露光し、入射光量に応じた信号電荷に光電変換を行い、得られた信号電荷を前記静止画モードでの信号読出しにて読み出す撮像方法において、該方法は、
前記動画モードでの前記測光後、算出した露出値に応じた絞り値および露出時間を求める工程と、
前記動画モードから前記静止画モードへの切換えを指示する工程と、
該切換えを受けて前記露出モードにおいて前記複数の撮像素子から垂直転送路に読み出す信号電荷の移送の停止、該信号電荷の抜取り処理を少なくとも１回行い、その後ただちに露出開始後に、該露出を露出時間にわたって行うタイミング信号および該タイミング信号に応じた駆動信号を生成する信号生成工程と、
該駆動信号に応じて前記入射光を前記信号電荷に変換し、かつ該信号電荷を蓄積する変換蓄積工程と、
前記露光時間の経過後、前記静止画モードでの信号読出しに応じて蓄積した信号電荷を読み出す工程とを含むことを特徴とする撮像方法。
請求項10に記載の方法において、前記信号生成工程は、前記露出時間を手振れ限界の時間に設定して露出を行わせる駆動信号を生成することを特徴とする撮像方法。
請求項10または11に記載の方法において、前記信号生成工程は、前記露出時間を水平同期信号の整数倍で規定することを特徴とする撮像方法。
請求項12に記載の方法において、前記信号生成工程は、前記静止画モードの指示が連続して供給される場合、２度目の撮像以降に行う露光処理により得られた信号電荷の抜取り処理を禁止することを特徴とする撮像方法。
請求項13に記載の方法において、前記信号生成工程は、前記静止画モードの指示が連続して供給される場合、２度目の撮像以降に行う露光処理を、一つ前の読出しモード中に行わせることを特徴とする撮像方法。
請求項10ないし14のいずれか一項に記載の方法において、前記信号生成工程は、算出して得られた露光時間を基に前記露光の完了を示す露光完了信号の報知に応じて前記駆動信号の生成を中止することを特徴とする撮像方法。
請求項10ないし15のいずれか一項に記載の方法において、前記信号生成工程は、前記露光モードの時間を、前記露光時間に前記入射光の遮光停止から前記露光の開始までの期間、および前記入射光の照射終了から前記入射光の遮光完了までの期間を含めた時間にし、
前記露出時間を前記手振れ限界時間に設定することを特徴とする撮像方法。
請求項10ないし16のいずれか一項に記載の方法において、前記信号生成工程は、前記入射光の照射から遮光に移行する期間を前記信号電荷の読出しモードのスミア処理期間に重ねる信号を生成することを特徴とする撮像方法。