JP4682031B2

JP4682031B2 - 撮像素子駆動装置

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Publication number: JP4682031B2
Application number: JP2005352858A
Authority: JP
Inventors: 昌広中田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: JP2007158872A

Description

本発明は、撮像素子、特にＣＣＤ撮像素子に適した撮像素子駆動装置に関する。

デジタル一眼レフカメラに搭載される撮像素子として、ＣＣＤ撮像素子（ＣＣＤ画像センサ）が知られている。インターライン転送方式のＣＣＤ画像センサ（以下、「ＩＴ-ＣＣＤ」という。）の場合は、まず奇数フィールドの光電変換部が蓄積した蓄積電荷を垂直転送レジスタ部（垂直転送部）に転送し、垂直転送レジスタ部および水平転送レジスタ部（水平転送部）を逐次転送して出力部から出力し、その後偶数フィールドの蓄積電荷を同様に転送して出力している。従来のデジタルカメラは、光電変換部から出力部まで転送している間に、カメラ全体を制御するＣＰＵと、出力部から出力された画素信号をデジタル処理するＤＳＰ等との間で、蓄積電荷の転送とは非同期に通信を実行している。（特許文献１）。
特開２００４-１４０７３４号公報

しかしながら、光電変換部の蓄積電荷を転送している間に、この転送とは非同期に通信やメモリの読み書き処理が発生すると、転送中の蓄積電荷にノイズ成分が混入して画像信号のＳＮＲが低くなり、画像信号の品質が低下してしまうという問題があった。

本発明は、係る従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、光電変換部で蓄積した蓄積電荷を転送部を転送させて読み出す方式の撮像素子において、蓄積電荷を読み出す際のノイズ混入を低減させることが可能な撮像素子駆動装置を提供することを目的とする。

この目的を達成する本発明は、被写体像を光電変換部で受光し、電荷に変換して蓄積し、該蓄積電荷を転送部を介して逐次電気信号として出力する撮像素子と、前記撮像素子を駆動するクロックを出力する駆動手段と、該駆動手段を制御するとともに、前記撮像素子から読み出した電気信号を処理する画像処理手段と、前記画像処理手段と通信して該画像処理手段を介して前記駆動手段を制御する全体制御手段とを備え、前記駆動手段は、前記撮像素子の光電変換部に電荷を蓄積させた後、前記転送部に転送する前に前記転送部を高速掃き出し駆動するクロックを出力し、前記全体制御手段は、前記高速掃き出し駆動中に前記画像処理手段と通信を行い、前記蓄積電荷が前記転送部に転送されている間は前記画像処理手段と通信しないことに特徴を有する。

実際的には、前記撮像素子前方の光路を開閉するシャッタ装置を備え、前記全体制御手段は、前記シャッタ装置を開放するとともに、前記画像処理手段と通信して前記撮像素子の光電変換部に電荷の蓄積を開始させ、前記シャッタ装置を閉じてから、前記光電変換部の蓄積電荷を前記転送部に転送する前の、前記転送部を高速掃き出し駆動する高速掃き出し期間に前記画像処理手段と通信する。

より実際的には、前記撮像素子は、光電変換部が蓄積した蓄積電荷を垂直転送部に転送し、該垂直転送部から水平転送部を介して逐次電気信号として出力するインターライン転送方式の撮像素子であって、前記全体制御手段は、前記光電変換部の奇数フィールドまたは偶数フィールドの蓄積電荷を垂直転送部に転送する前の前記高速掃き出し期間に前記通信を実行する。

本発明によれば、蓄積電荷が転送部に転送されている期間には通信を行わないので、通信によって発生するノイズが蓄積電荷に混入するおそれが少なく、高品質の画像信号を得ることができる。

図１は、本発明を適用する一眼レフカメラの主要構成の一実施形態をブロックで示した図である。このＡＦ一眼レフカメラは、撮像素子として、インターライン転送方式のＩ-ＣＣＤ画像センサ４０を内蔵したカメラボディ１１と、このカメラボディ１１に着脱可能な撮影レンズ５１とを備えている。カメラボディ１１は、カメラボディ１１および撮影レンズ５１を総括的に制御するボディＣＰＵ３１を備えている。

一方撮影レンズ５１は、レンズ機能を制御するレンズＣＰＵ５７を備えている。さらにカメラボディ１１は、撮影レンズ５１に搭載されたレンズＣＰＵ５７との間でレンズ情報、ＡＦレンズ駆動情報等を入出力する周辺制御回路２１を備えている。

撮影レンズ５１からカメラボディ１１内に入射した被写体光束は、大部分がメインミラー１３によりファインダ光学系を構成するペンタプリズム１７に向かって反射され、ペンタプリズム１７で反射され、射出されてアイピースから射出する。ペンタプリズム１７から射出された被写体光束の一部は測光ＩＣ１８の受光素子に入射する。一方、メインミラー１３の中央部に形成されたハーフミラー部１４に入射した光束の一部はハーフミラー部１４を透過し、メインミラー１３の背面に設けられたサブミラー１５により下方に反射され、ＡＦモジュール６０に入射する。

測光ＩＣ１８は、受光量に応じて光電変換した電気信号を、周辺制御回路２１を介してボディＣＰＵ３１に測光信号として入力する。ボディＣＰＵ３１は、測光信号およびＩＳＯ感度情報等に基づいて所定の露出演算を実行し、露出用の適正シャッタ速度および絞り値を算出する。そして、これらの算出したシャッタ速度および絞り値に基づいて、撮像処理の際に周辺制御回路２１は、モータドライバ２４を介してミラーモータ２５を駆動してメインミラー１３をアップする（ミラーアップ処理）とともに、絞り駆動ユニット２２を駆動して撮影レンズ５１の絞り（図示せず）を算出した絞り値に設定し、算出したシャッタ速度に基づいてシャッタユニット（フォーカルプレーンシャッタ）２３を駆動して露光する（レリーズ処理）。周辺制御回路２１は、この撮像処理をボディＣＰＵ３１の制御下で実行する。

ボディＣＰＵ３１は、制御プログラム等をメモリしたＲＯＭ３１ａ、演算用、制御用の所定のデータを一時的にメモリするＲＡＭ３１ｂ、計時用のタイマ３１ｃ、カウンタ３１ｄ、ＡＦモジュール６０（ＣＣＤ焦点検出素子６１）から入力した出力ＶＯＵＴ信号（積分終了信号／ビデオ信号Ｖｉｄｅｏ）をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１ｅ、モニタ基準ＶＭＳ信号をＤ／Ａ変換して出力するＤ／Ａ変換器３１ｆを内蔵している。さらにボディＣＰＵ３１には、外部不揮発性メモリ手段としてＥＥＰＲＯＭ３８が接続されている。このＥＥＰＲＯＭ３８には、カメラボディ１１特有の各種定数などがメモリされている。

ＡＦモジュール６０は、いわゆる瞳分割位相差方式であって、複数のＣＣＤラインセンサを有するＣＣＤ焦点検出素子６１と、図示しないがＡＦ光学系として、撮像面と等価な焦点検出面において、複数の焦点検出エリア内に被写体像を形成する被写体光束を二分割に瞳分割して、対応するラインセンサ上に投影する光学系を備えている。

ＣＣＤ焦点検出素子６１は、いわゆる瞳分割された一対の被写体光束をそれぞれ受光して積分する複数列のラインセンサと、各ラインセンサの受光光量をモニタ、つまり積分値をチェックするモニタセンサを備えている。各ラインセンサおよびモニタセンサは、ＣＣＤ焦点検出素子６１が備えた制御回路系により駆動制御される。制御回路系は、モニタセンサのモニタ電圧（出力電圧）が所定の閾値に達すると、そのモニタセンサに対応するラインセンサの積分を終了させる。そして、全てのラインセンサの積分を終了させると、ラインセンサが積分した電荷を、ラインセンサ毎に画素単位で逐一電圧に変換し、画素単位のビデオ信号Ｖｉｄｅｏとして、ボディＣＰＵ３１へ出力する。

ボディＣＰＵ３１にはスイッチ類として、ＩＳＯ感度を切り換えるＩＳＯ感度スイッチＳＷＩＳＯ、レリーズ釦の半押しでオンする測光スイッチＳＷＳおよび全押しでオンするレリーズスイッチＳＷＲ、電源をオン／オフするメインスイッチＳＷＭが接続されている。ＩＳＯ感度スイッチＳＷＩＳＯは、ＩＳＯ感度オート設定、マニュアル設定の切り換えおよびＩＳＯ感度マニュアル設定によりＩＳＯ感度切り換え（ＩＳＯ感度設定）が可能な操作スイッチである。

ボディＣＰＵ３１は、設定されたＩＳＯ感度、露出モード、ＡＦモードなどのモード、シャッタ速度、絞り値などを表示パネル３９に表示する。表示パネル３９は、通常、カメラボディ１１の外面およびファインダ視野内に設けられた表示器を含む。

撮影レンズ５１は、レンズＣＰＵ５７と、焦点調節用レンズ５２を光軸方向に駆動するギアブロック５３と、撮影レンズ５１のマウント部に設けられた、カメラボディ１１のジョイント３５と着脱自在に連結するジョイント５５を備えている。ＡＦモータ３３の回転は、ギアブロック３４、ジョイント３５、５５を介してギアブロック５３に伝達され、ギアブロック５３を介して焦点調節用レンズ群Ｌ１を進退移動させる。

レンズＣＰＵ５７は、電気接点群５６、３６の接続を介してカメラボディ１１の周辺制御回路２１と接続されていて、この周辺制御回路２１を介してボディＣＰＵ３１との間で、開放Ｆ値、最大Ｆ値情報、焦点距離情報、レンズ位置（距離）情報などを通信するデータ通信を行う。

このカメラボディ１１には、撮像素子としてＩ-ＣＣＤ画像センサ４０が搭載されている。Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０は、いわゆるインターライン転送方式のＣＣＤイメージセンサである。また、図１ではＩ-ＣＣＤ画像センサ４０をボディＣＰＵ３１の下方にブロックで示しているが、実際には、メインミラー１３の後方であって、設計上の焦点面に受光面が位置するように配置されている。メインミラー１３とＩ-ＣＣＤ画像センサ４０との間には、シャッタユニット２３を構成するフォーカルプレンシャッタ（図示せず）が配置されていて、Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０の受光面は、通常はフォーカルプレンシャッタの幕によって遮光されている。

Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０は、図２に示したように、マトリクス状に配置されたフォトダイオードを有する光電変換部４０ａ、垂直転送レジスタ部（垂直転送部）４０ｂ、水平転送レジスタ部（水平転送部）４０ｃおよび出力部４０ｄを備えている。

Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０は、ＡＦＥ（Analog Front End）４２によって駆動制御される。ＡＦＥ４２はＩ-ＣＣＤ画像センサ４０に対して、垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤおよび垂直転送パルスＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を出力してＩ-ＣＣＤ画像センサ４０を駆動し、Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０の出力部４０ｄから出力される画像信号を入力する。このＡＦＥ４２はさらに、Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０から出力された画像信号のアナログ処理部として相関二重サンプリング回路、ゲインコントロール回路、Ａ／Ｄコンバータ回路ならびにこれらを駆動するためのクロックおよび前記垂直、水平同期信号ＶＤ、ＨＤ、垂直転送パルスＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を出力するクロック生成回路を内蔵している。ＡＦＥ４２によってデジタル信号に変換された画像信号は、ＤＳＰ４３によってホワイトバランス等の処理がなされ、所定のフォーマットのデジタル画像信号に変換されて、インターレース走査方式のＩ-ＬＣＤ４４に表示され、また着脱自在な不揮発性のメモリカード４５に書き込まれる。なおＡＦＥ４２は、ゲインコントロール回路のゲインを、ＤＳＰ４３からＡＦＥ通信で入力したＩＳＯ感度に応じて設定する。

ＤＳＰ４３は、ボディＣＰＵ３１との間でコマンド、データを授受し、ボディＣＰＵ３１の制御下で動作する。また、各種動作開始、終了のタイミング信号として、ボディＣＰＵ３１からＤＳＰ４３へはＣtoＤＨＳ信号を出力し、ＤＳＰ４３からボディＣＰＵ３１へはＤtoＣＨＳ信号を出力する。ＣtoＤＨＳ信号およびＤtoＣＨＳ信号は二値信号で、ローレベルおよびハイレベルに設定される。

Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０の基本的な撮像動作は、次の通りである。シャッタユニット２３が開いてから閉じるまでの露出時間中、光電変換部４０ａの各フォトダイオードにより電荷蓄積処理を行い、シャッタユニット２３が閉じた後に読み出し処理を行う。読み出し処理では、垂直ブランキング期間に、先ず奇数フィールド（Ａフィールド）の光電変換部４０ａが蓄積した電荷を垂直転送レジスタ部４０ｂに転送する。各垂直転送レジスタ部４０ｂの電荷は、１水平期間に１画素ずつ水平転送レジスタ部４０ｃに転送し、水平転送レジスタ部４０ｃに転送した電荷は、水平走査に同期して出力部４０ｄへ１画素ずつ転送し、出力部４０ｄで電圧に変換する。以上の読み出し処理を、奇数フィールド（Ａフィールド）に続いて偶数フィールド（Ｂフィールド）についても実行する。

さらにＩ-ＣＣＤ画像センサ４０は、上記電荷蓄積処理および読み出し処理の中で、高速掃き出し処理を実行する。まず、シャッタユニット２３が開く直前に、光電変換部４０ａの電荷を垂直転送レジスタ部４０ｂに転送し、垂直転送レジスタ部４０ｂおよび水平転送レジスタ部４０ｃを高速掃き出し駆動する。高速掃き出し駆動終了後、シャッタユニット２３を開放する。シャッタユニット２３が開いている間、光電変換部４０ａが電荷を蓄積する。

シャッタユニット２３が閉じると、垂直転送レジスタ部４０ｂ（および水平転送レジスタ部４０ｃ）を高速掃き出し駆動する。

高速掃き出し駆動終了後、光電変換部４０ａの奇数フィールドについて読み出し処理をする。

奇数フィールドの読み出し処理が終了すると、垂直転送レジスタ部４０ｂ（および水平転送レジスタ部４０ｃ）を高速掃き出し駆動する。

その後、光電変換部４０ａの偶数フィールドについて読み出し処理をする。

本発明の実施形態では、シャッタユニット２３が閉じた直後の高速掃き出し駆動時間を、ＩＳＯ感度に応じて可変としたことに特徴を有する。この実施形態では、ＩＳＯ感度が高くなるに従って駆動時間を長くし、低くなるに従って駆動時間を短くする。この処理により、垂直転送レジスタ部４０ｂ（および水平転送レジスタ部４０ｃ）に残留する余剰電荷をより効率的に掃き出すことが可能になり、最後の方に読み出される信号電荷に含まれるノイズ電荷が非常に少なくなった。ＩＳＯ感度が低い場合は高速掃き出し時間が短いので、処理時間が短縮される。

さらにこの実施形態では、ＩＳＯ感度が所定値よりも高い場合は、水平転送レジスタ部４０ｃについても高速掃き出し駆動する。この高速掃き出し駆動により、余剰電荷が極めて少なくなる。

次に、この一眼レフカメラの撮像動作について、さらに図３乃至図６に示したフローチャートならびに図７および図８に示したタイミングチャートを参照して説明する。カメラボディ１１に図示しない電池が装填され、メインスイッチＳＷＭがＯＮされると、図３に示したスタート処理に入る。
『スタート処理』
スタート処理に入ると、先ず、ボディＣＰＵ３１は、カメラ動作全般を統括的に制御するシステムのイニシャライズを実行する（ステップ（以下「Ｓ」と称する）１０１）。システムのイニシャライズには、ボディＣＰＵ３１の起動、ＲＯＭからマイクロプログラムの読み込み、キャッシュ、入出力ポート、フラグ等のイニシャライズが含まれる。その後、電池から所定の電圧が供給されている間、Ｓ１０３乃至Ｓ１３９の処理を実行する。

先ず、ボディＣＰＵ３１以外の部材への電力供給を停止するパワーダウン処理（Ｓ１０３）を実行する。そうして、測光スイッチＳＷＳがＯＮしたかどうかをチェックし（Ｓ１０５）、ＯＮしていなければ（Ｓ１０５；Ｎ）、パワーダウン処理（Ｓ１０３）を実行してパワーダウン状態を維持する。測光スイッチＳＷＳがＯＮすると（Ｓ１０５；Ｙ）、パワーオン（Ｓ１０７）してＰＨＯＮループ処理に入る。パワーオン処理（Ｓ１０７）は、ボディＣＰＵ３１以外の部材へ電池の電力を供給する処理であって、例えば表示パネル３９に撮影モードなどを表示する。
『ＰＨＯＮループ』
ＰＨＯＮループ処理に入ると、ＰＨＯＮループ時間タイマをスタートさせる（Ｓ１０９）。ＰＨＯＮループ時間は、主にＡＦ処理を所定間隔で繰り返し実行するためのインターバル時間である。次に、スイッチチェック（Ｓ１１１）、つまり各スイッチの状態を入力し、レンズ通信（Ｓ１１３）を実行して撮影レンズ５１からレンズ情報を入力する。このスイッチチェックにおいて、ＩＳＯ感度スイッチＳＷＩＳＯの操作に応じて、ＩＳＯ感度オート設定、マニュアル設定、ＩＳＯ感度のマニュアル変更処理がなされる。

周辺制御回路２１から、測光ＩＣ１８によって測光した被写体輝度信号Ｂｖを入力してＡ／Ｄ変換し（Ｓ１１５）、選択された露出モードによるアルゴリズムでＡＥ演算処理（Ｓ１１７）を実行してシャッタ速度および絞り値を求め、これらの値を表示パネル３９に表示する（Ｓ１１９）。

レリーズスイッチＳＷＲがＯＮしているかどうかをチェックし、ＯＮしていれば（Ｓ１２１；Ｙ）、レリーズ処理（Ｓ１３９）を実行してＰＨＯＮループ処理に戻る。レリーズスイッチＳＷＲがＯＮしていない場合（Ｓ１２１；Ｎ）は、ＡＦ処理（Ｓ１２３）をループ時間が経過するまで繰り返し実行する（Ｓ１２５；Ｎ、Ｓ１２３）。ループ時間が経過したら（Ｓ１２５；Ｙ）、測光スイッチＳＷＳがＯＮしているかどうかをチェックし（Ｓ１２７）、ＯＮしていたら（Ｓ１２７；Ｙ）ＰＨＯＮループ処理の最初のステップに戻る。

測光スイッチＳＷＳがＯＮしていなかったら（Ｓ１２７；Ｎ）、パワーホールド中フラグが“１”かどうかをチェックし（Ｓ１２９）、“１”でなければパワーホールドタイマをスタートさせ（Ｓ１３１）、パワーホールド中フラグに“１”をセットしてＳ１３５に進む。パワーホールド中フラグに“１”がセットされていたとき（Ｓ１２９；Ｙ）は、Ｓ１３１、Ｓ１３３をスキップしてＳ１３５に進む。

Ｓ１３５では、パワーホールド時間が経過したかどうかをチェックし、経過しているとき（Ｓ１３５；Ｙ）はパワーホールド中フラグをクリア（Ｓ１３７）してからＰＨＯＮループ処理の最初のステップに戻り、経過していないとき（Ｓ１３５；Ｎ）はそのままＰＨＯＮループ処理の最初のステップに戻る。つまり、測光スイッチＳＷＳがオフしてからパワーホールド時間が経過するまではＳ１０９乃至Ｓ１３５の処理を繰り返し実行し、測光スイッチＳＷＳがオフしてからパワーホールド時間が経過したら、パワーホールド中フラグをクリアしてＳ１０３に戻ってパワーダウン処理を実行し、パワーダウン状態で測光スイッチＳＷＳがＯＮするのを待つ（Ｓ１０５）。
『レリーズ処理』
次に、Ｓ１３９で実行されるレリーズ処理の詳細について、図４に示したフローチャート、図７および図８に示したタイミングチャートを参照して説明する。レリーズ処理に入ると、先ず、ボディＣＰＵ３１からＤＳＰ４３に出力するＣtoＤＨＳ信号をハイレベル“Ｈ”に立ち上げる（Ｓ２０１）。そうして、ＤＳＰ４３からのＤtoＣＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がったか否かチェックする（Ｓ２０３）。ＤtoＣＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がっていない場合はＤtoＣＨＳ信号のレベルチェックを繰り返して立ち上がるのを待つ（Ｓ２０３；Ｎ、Ｓ２０３）。

ＤtoＣＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がると（Ｓ２０３；Ｙ）、ミラーアップ前ＣＰＵ-ＤＳＰ通信を実行する（Ｓ２０５）。

ミラーアップ前ＣＰＵ-ＤＳＰ通信では、ＣＰＵ状態やＳＷ情報（ＩＳＯ感度に対応する高速掃き出し時間）、露出時間等の撮像データをボディＣＰＵ３１からＤＳＰ４３に伝達する。

この通信によりＤＳＰ４３は、ＣＣＤ電源をオンしてＩ-ＣＣＤ画像センサ４０を起動し、撮像準備に入る。その後ボディＣＰＵ３１は、周辺制御回路２１にミラーアップ処理を実行させる（Ｓ２０７）。ミラーアップが完了したら、ＣtoＤＨＳ信号をローレベル“Ｌ”に立ち下げてミラーアップ完了をＤＳＰ４３に伝達し（Ｓ２０９）、ＤtoＣＨＳ信号がローレベル“Ｌ”に立ち下がるのを待つ（Ｓ２１１；Ｎ、Ｓ２１１）。

ＤtoＣＨＳ信号がローレベル“Ｌ”に立ち下がると（Ｓ２１１；Ｙ）、露光処理を実行する。（Ｓ２１３）。ここで露光とは、通常、周辺制御回路２１にシャッタユニット２３を駆動制御し、Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０を撮像動作させる処理である。露光処理が終了すると、ＣtoＤＨＳ信号をハイレベル“Ｈ”に立ち上げて（Ｓ２１５）、露光終了をＤＰＳ４３に伝達する。そうして、ＤtoＣＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がるのを待つ（Ｓ２１７；Ｎ、Ｓ２１７）。ここで、露光処理の終了は、通常、シャッタユニット２３が閉じた（後幕が走行を完了した）ときである。

ＤtoＣＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がると（Ｓ２１７；Ｙ）、ミラーダウン前ＣＰＵ-ＤＳＰ通信を実行し（Ｓ２１９）、ミラーダウン処理を実行する（Ｓ２２１）。ミラーダウン前ＣＰＵ-ＤＳＰ通信では、ストロボ情報、レリーズ回数データ等をボディＣＰＵ３１からＤＳＰ４３に伝達する。このミラーダウン前ＣＰＵ-ＤＳＰ通信は、露光終了後、Ａフィールドの蓄積画像を読み出す前の高速掃き出し期間中に実行されるので、通信によって蓄積画像にノイズが混入するおそれが少ない。なお、ミラーダウン処理とは、周辺制御回路２１にミラーモータ２５をミラーダウン方向に回転駆動させる処理であって、ミラーモータ２５によってシャッタユニット２３のチャージ（シャッタ幕駆動バネのチャージ）も行われる。

そうして、ＣtoＤＨＳ信号をローレベル“Ｌ”に立ち下げて（Ｓ２２３）、ＤtoＣＨＳ信号がローレベル“Ｌ”に立ち下がるのを待つ（Ｓ２２５；Ｎ、Ｓ２２５）。ＤtoＣＨＳ信号がローレベル“Ｌ”に立ち下がると（Ｓ２２５；Ｙ）、ＣＰＵ-ＤＳＰ定期通信を実行し（Ｓ２２７）、リターンする（ＲＥＴ）。ＣＰＵ-ＤＳＰ定期通信では、ＣＰＵ３１からＤＳＰ４３に、ＣＰＵ状態やＳＷ情報、ストロボ情報、露出情報、レンズ情報等が通信される。このＣＰＵ-ＤＳＰ定期通信は、Ａフィールドの蓄積電荷読み出し終了後、Ｂフィールドの蓄積電荷を垂直転送レジスタ部４０ｂに転送する前の高速掃き出し期間中に実行されるので、蓄積電荷にノイズが混入するおそれが少ない。
『画像取込処理』
次に、ＤＳＰ４３の画像取込処理について、図５および図６に示したフローチャートならびに図７および図８に示したタイミングチャートを参照して説明する。ＤＳＰ４３は、メインスイッチＳＷＭがオンされ、ＣＰＵ３１が電源をオンしたときに起動される。

先ず、ＣtoＤＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がるのを待つ（Ｓ３０１；Ｎ、Ｓ３０１）。ＣtoＤＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がると（Ｓ３０１；Ｙ）、ＤtoＣＨＳ信号をハイレベル“Ｈ”に立ち上げて（Ｓ３０３）、ミラーアップ前ＣＰＵ-ＤＳＰ通信を行う（Ｓ３０５）。この通信は、ＣＰＵからの通信要求を受けて実行される通信であって、ＣＰＵ状態やＳＷ情報、露出時間等の撮像データがＤＳＰ４３に伝達される。

そうして、ＣＣＤ電源供給を開始する（Ｓ３０７）。ＣＣＤ電源供給開始によりＩ-ＣＣＤ画像センサ４０およびその関連回路に電源が供給され、起動する。

次に、ＡＦＥ通信を実行して（Ｓ３０９）、ＡＦＥ４２に垂直同期信号ＶＤを高速設定させる。これによりＡＦＥ４２は、Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０の積分を開始する。

ＡＦＥ通信が終了すると、ＣtoＤＨＳ信号がローレベル“Ｌ”に落ちるのを待つ（Ｓ３１１；Ｎ、Ｓ３１１）。つまり、ミラーアップが完了するのを待つ。

ＣtoＤＨＳ信号がローレベル“Ｌ”に落ちると（Ｓ３１１；Ｙ）、垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちるのを待つ（Ｓ３１３；Ｎ、Ｓ３１３）。垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちると（Ｓ３１３；Ｙ）、垂直同期信号ＶＤの立ち下がりに同期して、ＤtoＣＨＳ信号をローレベル“Ｌ”に落とし（Ｓ３１５）、ＡＦＥ通信を実行する（Ｓ３１７）。そうして、ＣtoＤＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がるのを待つ（Ｓ３１９；Ｎ、Ｓ３１９）。つまり、シャッタユニット２３が閉じて露光が終了するのを待つ。

ＣtoＤＨＳ信号がハイレベル“Ｈ”に立ち上がると（Ｓ３１９；Ｙ）、垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちるのを待ち（Ｓ３２１；Ｎ、Ｓ３２１）、垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちると（Ｓ３２１；Ｙ）、つまり垂直同期信号ＶＤの立ち下がりに同期してＡＦＥ通信を実行する（Ｓ３２３）。

このＡＦＥ通信では、ＡＦＥ４３の垂直同期信号ＶＤの周期を、ＩＳＯ感度に応じた掃き出し時間相当時間に設定する。この実施形態では、ＩＳＯ感度が高い方を長時間に、例えば下記のように時間を設定する。
ＩＳＯ２００：１０mS
ＩＳＯ４００：１５mS
ＩＳＯ８００：２０mS
ＩＳＯ１６００：３０mS
ＩＳＯ３２００：３０mS
このＡＦＥ通信を受けたＡＦＥ４２は、高速掃き出しパルスとして高速の垂直転送パルスＶ１乃至Ｖ４を出力して垂直転送レジスタ部４０ｂの残留電荷を掃き出す。このようにＩＳＯ感度に応じた時間、垂直転送レジスタ部４０ｂを高速掃き出し駆動するので、ＩＳＯ感度が低い場合は短時間で掃き出し終了できる。なお、ＩＳＯ感度が低く設定される場合は比較的被写体輝度が高い場合であり、残留電荷よりも蓄積電荷の方がはるかに大きいので、残留電荷による画像信号の劣化やＳＮＲの低下が少ない。

さらに別の実施形態では、掃き出し時間が長時間の場合、例えば３０mS以上の場合は、第１の時間としての２０mSの間垂直転送レジスタ部４０ｂを高速掃き出し駆動した後に、残りの第２の時間である１０mSの間水平転送レジスタ部４０ｃを高速掃き出し駆動する。このように水平転送レジスタ部４０ｃを高速掃き出し駆動することで、水平転送レジスタ部４０ｃの残留電荷も掃き出され、残留電荷が非常に少なくなる。したがって、Ｉ-ＣＣＤ画像センサ４０から取り込んだ画像信号の増幅率が高くなる高ＩＳＯ感度設定の場合は、水平転送レジスタ部４０ｃも高速掃き出し駆動されるので、残留電荷がより少なくなり、ＳＮＲの高い高品質の画像信号が得られる。

そうして、垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちるのを待つ（Ｓ３２５；Ｎ、Ｓ３２５）。垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちると（Ｓ３２５；Ｙ）、ＡＦＥ通信を実行する（Ｓ３２７）。このＡＦＥ通信では、垂直同期信号ＶＤを低速設定し、Ａフィールド（奇数フィールド）読み出し設定をする。そうして、垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちるのを待つ（Ｓ３２９；Ｎ、Ｓ３２９）。ＡＦＥ４２は、垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちたときに、Ａフィールド読み出し処理を開始する。

なお、Ａフィールド読み出し処理は、ＡＦＥ４２によるシーケンシャルな処理である。ＡＦＥ４２は、まず垂直転送レジスタ部４０ｂを高速掃き出し駆動し、その後、光電変換部４０ａのＡフィールドに蓄積された蓄積電荷を垂直転送レジスタ部４０ｂに転送し、垂直転送レジスタ部４０ｂの蓄積電荷を一水平ライン分水平転送レジスタ部４０ｃに転送し、出力部４０ｄから一画素ずつ電圧に変換して読み出す処理を繰り返して、Ａフィールドの蓄積電荷を読み出す。Ａフィールドの蓄積電荷読み出しが終了すると、ＡＦＥ４２は垂直同期信号ＶＤをローレベル“Ｌ”に落とす。

垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちると（Ｓ３２９；Ｙ）、ＤtoＣＨＳ信号をハイレベル“Ｈ”に立ち上げて（Ｓ３３１）、ミラーダウン前ＣＰＵ-ＤＳＰ通信を行う（Ｓ３３３）。この通信は、ＣＰＵからの通信要求を受けて通信を行う。

ミラーダウン前ＣＰＵ-ＤＳＰ通信が終了すると（Ｓ３３３）、ＡＦＥ通信を実行する（Ｓ３３５）。このＡＦＥ通信では、垂直同期信号ＶＤを高速設定し、Ｂ（偶数）フィールド読み出し設定をする。そうして、Ａフィールドの読み出しが終了して垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちるのを待つ（Ｓ３３７；Ｎ、Ｓ３３７）。ＡＦＥ４２は、Ａフィールドの読み出しが終了すると、垂直同期信号ＶＤをハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落としてから、Ｂフィールド読み出し処理を開始する。Ｂフィールド読み出し処理も、Ａフィールド読み出し処理と同様のＡＦＥ４２によるシーケンシャルな処理である。

垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちると（Ｓ３３７；Ｙ）、ＤtoＣＨＳ信号をローレベル“Ｌ”に立ち下げ（Ｓ３３９）、ＣＰＵ-ＤＳＰ定期通信を行う（Ｓ３４０）。この通信は、ＣＰＵからの通信要求を受けて通信を行う。

そして、ＡＦＥ通信を実行し（Ｓ３４１）、ＣtoＤＨＳ信号がローレベル“Ｌ”に落ちているかどうか、つまりミラーダウンが終了しているどうかをチェックし、落ちていなければ落ちるのを待つ（Ｓ３４３；Ｎ、Ｓ３４３）。ミラーダウンが終了してＣtoＤＨＳ信号がローレベル“Ｌ”に落ちているときは（Ｓ３４３；Ｙ）、垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちるのを待つ（Ｓ３４５）。つまり、Ｂフィールドの読み出しが終了するのを待つ。

垂直同期信号ＶＤがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に落ちたら（Ｓ３４５；Ｙ）、ＣＣＤ電源供給を停止して（Ｓ３４７）、Ｓ３０１に戻る。

以上の通り本実施の形態によれば、ＣＰＵ-ＤＳＰ通信（Ｓ２１９、Ｓ２２７）を、蓄積電荷が垂直転送レジスタ部４０ｂおよび水平転送レジスタ部４０ｃのいずれにも転送されていない期間、本実施形態ではＡＦＥ４２がＩ-ＣＣＤ画像センサ４０を高速掃き出し駆動している期間に実行するので、通信によって発生するノイズが蓄積電荷に混入するおそれがない。

この実施形態においては、光電変換部４０ａの奇数フィールドの蓄積電荷を垂直転送レジスタ部４０ｂに転送する前に、ＩＳＯ感度に応じた期間高速掃き出し等を実行しているが、通常の高速掃き出し処理だけを実行する場合にも本発明は適用できる。

以上、本発明についてデジタル一眼レフカメラに適用した実施形態について説明したが、本発明は一眼レフタイプ、レンズシャッタタイプに関わらず適用できる。

本発明を適用したデジタル一眼レフカメラの実施形態の主要部をブロックで示す図である。同実施形態のＩ-ＣＣＤ画像センサの概要を示す図である。同実施形態の動作に関するメイン処理をフローチャートで示す図である。同デジタル一眼レフカメラのレリーズ処理の実施形態をフローチャートで示す図である。同画像取込処理に関する実施形態をフローチャートで示す図である。同画像取込処理に関する実施形態をフローチャートで示す図である。同レリーズ処理に関するタイミングチャートを示す図である。同レリーズ処理において露光終了後の掃き出し処理に関するタイミングチャートを拡大して示す図である。

符号の説明

１１カメラボディ
１３メインミラー
１４ハーフミラー部
１５サブミラー
２３シャッタユニット
３１ボディＣＰＵ（全体制御手段）
３２ＡＦモータドライバ
３３ＡＦモータ
３４ギアブロック
３７エンコーダ
３８ＥＥＰＲＯＭ
４０Ｉ-ＣＣＤ画像センサ（撮像素子）
４０ａ光電変換部（フォトダイオード）
４０ｂ垂直転送レジスタ部（垂直転送部）
４０ｃ水平転送レジスタ部（水平転送部）
４０ｄ出力部
４２ＡＦＥ（Analog Front End）（駆動手段）
４３ＤＳＰ（画像処理手段）
４４Ｉ-ＬＣＤ
４５メモリカード
５１撮影レンズ
５７レンズＣＰＵ
Ｌ１焦点調節レンズ群

Claims

被写体像を光電変換部で受光し、電荷に変換して蓄積し、該蓄積電荷を転送部を介して逐次電気信号として出力する撮像素子と、
前記撮像素子を駆動するクロックを出力する駆動手段と、
該駆動手段を制御するとともに、前記撮像素子から読み出した電気信号を処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段と通信して該画像処理手段を介して前記駆動手段を制御する全体制御手段とを備え、
前記駆動手段は、前記撮像素子の光電変換部に電荷を蓄積させた後、前記転送部に転送する前に前記転送部を高速掃き出し駆動するクロックを出力し、
前記全体制御手段は、前記高速掃き出し駆動中に前記画像処理手段と通信を行い、前記蓄積電荷が前記転送部に転送されている間は前記画像処理手段と通信しないこと、を特徴とする撮像素子駆動装置。
請求項１記載の撮像素子駆動装置はさらに、前記撮像素子前方の光路を開閉するシャッタ装置を備え、前記全体制御手段は、前記シャッタ装置を開放するとともに、前記画像処理手段と通信して前記撮像素子の光電変換部に電荷の蓄積を開始させ、前記シャッタ装置を閉じてから、前記光電変換部の蓄積電荷を前記転送部に転送する前の、前記転送部を高速掃き出し駆動する高速掃き出し期間に前記画像処理手段と通信する撮像素子駆動装置。
請求項２記載の撮像素子駆動装置において、前記撮像素子は、光電変換部が蓄積した蓄積電荷を垂直転送部に転送し、該垂直転送部から水平転送部を介して逐次電気信号として出力するインターライン転送方式の撮像素子であって、前記全体制御手段は、前記光電変換部の奇数フィールドまたは偶数フィールドの蓄積電荷を垂直転送部に転送する前の前記高速掃き出し期間に前記通信を実行する撮像素子駆動装置。