JP4773234B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影モードや感度モードなどの撮影条件を変えて被写界を撮像する固体撮像装置に関するものである。

従来から、CCD（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子では、フォトダイオード（Photo Diode：FD）で生じた信号電荷を、垂直転送路および水平転送路にてバケツリレー式に転送して出力回路に供給し、この出力回路にて転送された信号電荷を電圧信号に変換して出力している。

また、このような撮像素子を有する固体撮像装置では、これらの転送路における電荷転送速度を調整して、たとえば高速化するために、駆動信号の周波数を変えて、たとえば駆動周波数を上昇させて各転送路を制御するものがある。

たとえば、特許文献１に記載の画像読み取り装置では、通常の読み取り動作に必要な周波数のクロックを発生させる第１発生器と、この周波数よりも低い周波数のクロックを発生させる第２発生器とを設けて、読み取り動作期間では第１発生器の発振クロックを、また読み取り待機期間では第２発生器の発振クロックを、スイッチング回路を介してCCD駆動パルス発生回路に与えることにより、CCDおよびその周辺回路の発熱量を抑制している。

また、特許文献２に記載の固体撮像装置では、システム制御部が感度設定に応じた制御信号を生成してタイミング信号発生器に送り、この制御信号に応じた周波数のタイミング信号を発振器で生成し、このタイミングに応じて固体撮像素子を駆動して、高感度選択に応じて水平転送信号の周波数を通常の周波数より低い周波数で生成して水平転送における１段あたりの転送効率を向上させることにより、混色の影響を防止して高品位な画像を得ることができる。
特開平6-268821号公報 特開2004-304247号公報

しかしながら、特許文献２に記載されるように、特性改善のために駆動周波数を低下させてしまうと読み出し速度の低下を招いてしまい、高速での連続撮像に対応できない。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、高速性を損なうことなく、水平転送効率を向上して転送劣化を回避し、混色などの劣化が生じない固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、入射光を信号電荷に光電変換する複数の受光部が、複数の画素に対応して撮像面を形成するように行および列方向に配列され、これら複数の画素で得られる信号電荷を行ごとに垂直転送する複数の垂直転送路と、この垂直転送路から転送された信号電荷を水平転送する水平転送路と、この水平転送路から転送された信号電荷を画像を示す画像電気信号に変換して出力する出力回路とを有する撮像手段と、この撮像手段からこの画像電気信号を得て、この画像電気信号を信号処理する信号処理手段とを含む固体撮像装置において、この撮像手段は、１つ以上のこの水平転送路と、複数のこの出力回路とを含み、これら複数の出力回路は、それぞれ、この１つ以上の水平転送路のいずれかの端部に備えられ、この信号処理手段は、所定の撮影条件に応じて、これら複数の出力回路の稼動数、およびこの１つ以上の水平転送路の駆動周波数などの出力方式を決定する出力方式決定手段を含み、この撮像手段は、この駆動周波数に応じてこの１つ以上の水平転送路における信号電荷の水平転送速度を制御し、またこの稼動数に応じてこれら複数の垂直転送路、この１つ以上の水平転送路およびこれら複数の出力回路を制御して、これら複数の出力回路のうちこの稼動数に応じた出力回路のみを稼動し、稼動するこの出力回路のみに信号電荷を転送するようにこれら複数の垂直転送路およびこの１つ以上の水平転送路を駆動して、この稼動する出力回路でこの稼動数と同数のこの画像電気信号を生成して出力することを特徴とする。

このように本発明の固体撮像装置によれば、撮像部が、複数の垂直転送路と、１以上の水平転送路と、複数の出力回路とを備えて、撮像面を形成する各画素から読み出した信号電荷の転送を駆動制御して画像電気信号を出力するもので、出力方式決定部が、撮影モードや感度モードなどの撮影条件に応じて、撮像部における出力回路の稼動数や、水平転送路の駆動周波数などの出力方式を決定して、撮像部が、また駆動周波数に応じた転送速度で信号電荷を水平転送し、この稼動数に応じて必要であれば１撮像画面を分割して複数の画像電気信号を生成することによって、撮像条件に適した画像を生成することができる。

本発明の固体撮像装置は、高感度モードでは、通常よりも多い稼動数および低い駆動周波数からなる出力方式を決定して、この出力方式に応じた撮影を実行するので、高速性を損なうことなく、水平転送効率を上昇して転送劣化を回避し、混色などの劣化が生じない画像を生成することができる。

また、本発明の固体撮像装置は、色温度判定部が、三原色RGBで示される画像信号の色温度を判定し、その判定結果に応じて、撮像部の出力方式を変えることができるので、各色信号の差が大きい場合に混色が顕著になることを回避し、また複数の分割領域が示す画像ごとに色がずれるのを回避することができる。

また、本発明の固体撮像装置は、撮像部における複数の出力回路が、それぞれ、出力バッファを介して画像信号を出力し、各出力バッファが、自身が有する負荷抵抗値に応じた周波数帯域内の画像信号を電流増幅し、負荷抵抗値制御部が、撮像部における水平転送路を駆動する駆動周波数に応じてこの負荷抵抗値を変化させるので、その駆動周波数を下げた場合、すなわち水平転送速度を低減した場合に負荷抵抗値を上げて出力バッファによる消費電流を削減することができる。

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。

実施例の固体撮像装置10は、図１に示すように、操作部12を操作することによりシステム制御部14、タイミング発生器16および駆動部18で制御されて、被写界からの入射光を取り込んでその被写界像を撮像部20で撮像するもので、撮像した画像を前処理部22でアナログ信号処理してディジタル画像信号を生成し、このディジタル画像信号をメモリ24に一時格納し、メモリ24からバス26を介して得たディジタル画像を信号処理部28および圧縮処理部30でディジタル信号処理して、記録部32に記録するものである。なお、本発明の理解に直接関係のない部分は、図示を省略し、冗長な説明を避ける。

本装置10は、とくに、撮像部20における信号電荷の出力方式を決定する出力方式決定部50を有して構成され、本実施例では、信号処理部28にこの出力方式決定部50を備える。本装置10は、出力方式として、たとえば、撮像部20における出力回路の稼動数、すなわち撮像画面の分割数と、撮像部20における水平転送路の駆動周波数、すなわち水平転送速度とを変えて動作することができる。

本実施例において、本装置10は、静止画を通常撮影する静止画モード、静止画を連続的に撮影する連写モード、および動画を撮影する動画モードなどの複数の撮影モードのいずれかが設定され、設定された撮影モードで動作して撮影するものである。

また、本装置10は、ISO（International Standards Organization）感度などの複数の感度モードのいずれかが設定され、その設定感度に応じて撮影するものである。

操作部12は、操作者の指示を入力する手操作装置であり、操作者の手操作状態、たとえばシャッタボタン（図示せず）のストローク操作に応じて、操作信号102をシステム制御部14に供給する機能を有する。なお、以下の説明において、各信号はその現れる接続線の参照番号で特定する。

本実施例において、操作部12におけるシャッタボタンは、２段押し機能を備えた押しボタンでよい。操作部12は、シャッタボタンが押されていない状態を、スタンバイ状態として、第１段の半押し状態では、撮影準備を指示し、また、第２段の全押し状態では、本撮影を指示する。

また、操作部12は、操作者によって撮影モードや感度モードが指示されて、その指示されたモードを示す操作信号102をシステム制御部14に供給して設定してよい。

システム制御部14は、操作部12から供給される操作信号102に応動して、本装置全体の動作を制御、統括する制御機能部で、中央演算処理装置（Central Processing Unit：CPU）を有して構成される。本実施例において、この制御部14は、操作信号102に応じて制御信号104を生成し、タイミング発生器16に供給して制御する。

また、システム制御部14は、接続線106によりバス26と接続し、バス26を介してメモリ24、信号処理部28、圧縮処理部30および記録部32と接続するもので、これら各部を制御する制御信号を生成してそれぞれに供給し、また各部から所要のデータを受け取ることができる。

本実施例のシステム制御部14は、操作信号102により撮影準備または本撮影を指示されて、各部が撮影準備または本撮影を実行するように制御信号104および106を生成する。制御部14は、たとえば撮影準備を指示する制御信号106を信号処理部28に供給して、出力方式決定部50に出力方式の決定を指示し、決定部50から決定された出力方式を得て、この出力方式を指示する制御信号104をタイミング発生器16に供給することができる。

タイミング発生器16は、本装置10を動作させる基本クロック（システムクロック）を発生する発振器を有して、図１に示していないが、この基本クロックを各部に供給してよい。この発生器16は、システム制御部14から供給される制御信号104に応じてタイミング信号108および110を生成し、それぞれ駆動部18および前処理部22に供給して制御するものでよい。

また、タイミング発生器16は、本実施例ではとくに、出力方式を指示する制御信号104を入力して、この出力方式を指示するタイミング信号108および110を生成する。

駆動部18は、撮像部20を駆動する機能を有し、本実施例では、タイミング発生器16からのタイミング信号108に応じて駆動信号114を生成し、撮像部20に供給してその駆動を制御するものでよい。駆動部18は、たとえば図２に示すように、電子シャッタ駆動部60、垂直駆動部62、水平駆動部64および出力回路駆動部66を含んで構成され、それぞれ駆動信号114として電子シャッタパルス142、垂直駆動信号144、水平駆動信号146およびリセットパルス148を生成する。

また、駆動部18は、本実施例ではとくに、出力方式を指示するタイミング信号108を入力して、その出力方式で信号電荷を出力するように撮像部20を制御する駆動信号114を生成する。駆動部18は、垂直駆動信号144、水平駆動信号146およびリセットパルス148により、撮像部20における出力方式を制御することができる。

撮像部20は、図２に示すように、撮影画像の１画面を形成する撮像面70、水平転送路72、ならびに複数の出力回路74および76を含んで構成される。この撮像部20は、その撮像面70に結像される被写界像を電気信号116に変換して前処理部22に供給するもので、本実施例では、電気信号116として、複数の出力回路74および76から画像を示す電気信号150および152をそれぞれ出力する。また、撮像部20は、たとえば、電荷結合素子（Charge Coupled Device：CCD）などのイメージセンサでよい。

撮像面70は、複数の画素に対応する各感光部80が行および列方向に配列されて形成され、各感光部80は、列ごとに垂直転送路78に接続されて構成される。また、各感光部80は、入射光を信号電荷に光電変換するものである。本実施例の撮像面70は、実際には多数の垂直転送路を含むことができるが、図２では複雑化を避けるため、少数の垂直転送路78しか図示しない。また、各垂直転送路78は、実際には多数の感光部を含むことができるが、図２では複雑化を避けるため、少数の感光部80しか図示しない。

本実施例において、撮像面70は、たとえば、電子シャッタパルス142に応じて各感光部80の不要電荷をオーバーフロードレイン（OverFlow Drain：OFD）に排出する。また、撮像面70は、入射光を所定期間、各感光部80に入射して電荷を蓄積し、駆動部18からの読み出しパルス（図示せず）に応じて各感光部80で得た信号電荷を垂直転送路78に読み出す。

各垂直転送路78は、垂直駆動信号144に応じて信号電荷を垂直方向にシフトして行ごとに水平転送路72に転送し、水平転送路72は、水平駆動信号146に応じて各行の信号電荷を水平方向にシフトして出力回路74または76に供給する。

また、出力回路74および76は、水平転送路72の最終段、すなわち両端部に備わるもので、供給された信号電荷を、リセットパルス148に応じてフローティング・ディフュージョン・アンプ（Floating Diffusion Amplifier：FDA）で画素ごとにリセット動作を施しつつ、アナログ電気信号150および152に変換して出力し、前処理部22に供給する。

本実施例において、撮像部20が、たとえば１出力を指示する駆動信号114を入力する場合、水平転送路72は、各垂直転送路78からの信号電荷をすべて１方向、すなわち出力回路74および76のいずれかに水平転送して、１画面を示す電気信号116を１つの出力回路74または76から出力することができる。

他方、撮像部20が、２出力を指示する駆動信号114を入力する場合、水平転送路72は、撮像面70の中心線140から左側、すなわち左方画面における各垂直転送路78からの信号電荷を左方向、すなわち出力回路74に水平転送し、撮像面70の中心線140から右側、すなわち右方画面における各垂直転送路78からの信号電荷を右方向、すなわち出力回路76に水平転送して、１画面のうち左方画面を示す電気信号150を出力回路74から出力し、１画面のうち右方画面を示す電気信号152を出力回路76から出力することができる。

前処理部22は、タイミング発生器16からのタイミング信号110に制御されて電気信号116にアナログ信号処理を施すもので、相関二重サンプリングや自動利得制御などのアナログ信号処理を施し、さらに、アナログ・ディジタル変換してディジタル画像信号118を生成し、メモリ24に出力して記憶する。

本実施例において、前処理部22は、図１に示すように、タイミング発生器16からゲイン値112を得て、このゲイン値を用いて電気信号116を増幅処理することができ、たとえばアナログ・ディジタル変換における増幅処理でこのゲイン値112を用いるとよい。また、前処理部22は、図１では、ゲイン値112をタイミング発生器16から得ているが、システム制御部14から得るように構成してもよい。

また、前処理部22は、図２に示すように、複数の出力回路74および76のそれぞれからアナログ電気信号150および152を入力して、それぞれの出力回路特性に応じたアナログ信号処理を施してもよい。

信号処理部28は、接続線124によりバス26と接続し、バス26を介してシステム制御部14、メモリ24、圧縮処理部30および記録部32と接続するもので、システム制御部14から供給される制御信号106に応じて、メモリ24に記憶されたディジタル画像信号120を取り出してディジタル信号処理を施すものである。信号処理部28は、たとえばオフセット補正、ホワイトバランス補正、ガンマ補正および同時化処理などのディジタル信号処理をディジタル画像信号120に施すものでよく、処理後のディジタル画像信号124を再度メモリ24に供給して記憶してよい。

また、信号処理部28は、自動焦点（Automatic Focus :AF）情報演算部42、自動露出（Automatic Exposure :AE）情報演算部44および自動ホワイトバランス（Automatic White Balance：AWB）情報演算部46を含み、これらは、撮影準備の際に動作して、それぞれ、AF調整に用いるAF情報、AE調整に用いるAE情報、およびWB調整に用いるWB係数を算出する。

信号処理部28は、本実施例ではとくに、出力方式を決定する出力方式決定部50を含んで構成される。この決定部50は、システム制御部14からの制御信号106に応じて、たとえば撮影準備の際に動作して出力方式を決定し、決定した出力方式を制御部14に供給する。また、決定部50は、本装置10の所定の撮影条件に応じて出力方式を決定するとよく、たとえば、撮影モードおよび感度モードに応じて出力方式を決定してよい。

本実施例の出力方式決定部50は、出力方式として、出力回路74および76の稼動数と、水平転送路72の駆動周波数とを決定することができ、これらの稼動数および駆動周波数をそれぞれ算出する稼動数演算部52および周波数演算部54を有してよい。

稼動数演算部52および周波数演算部54は、撮影モードおよび感度モードなどの撮影条件に応じて稼動数130および駆動周波数132をそれぞれ算出し、たとえば、感度モードが高感度である場合に、通常よりも多い稼動数と、低い駆動周波数とを算出する。

圧縮伸張部30は、接続線126によりバス26と接続し、本装置10で扱われる画像信号を記録部32に記録するために圧縮し、また記録部32に記録された画像信号を本装置10で扱うために伸張するものである。

記録部32は、接続線128によりバス26と接続し、圧縮伸張部30で圧縮された画像信号をメディアインタフェースを介して記録メディアに記録するもので、記録メディアは、着脱可能でもよい。

次に、この実施例における固体撮像装置10の動作を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。

本装置10では、まず電源がオンにされてスタンバイ状態となり（S170）、スルー画像表示処理（S172）を実行する。

このステップS172では、本装置10の撮像部20および信号処理部28にて被写界が確認できるスルー画像が生成され、図示しない表示部に動画表示されて操作者に示される。操作者は、このスルー画像を確認しつつ、所望の被写界を撮影するために操作部12のシャッタボタンを押圧する。

操作者がシャッタボタンを操作すると、ステップS174に進み、本装置10にてこのボタンが半押しされたか否かが判定される。ここで、このボタンが半押し以上押された場合、AF動作（S176）に進んで撮影準備を開始し、押されていない場合、スルー画像表示（S172）に戻る。

AF動作（S176）では、撮影する被写界に応じて所要のAF調整を実行し、本実施例ではとくに、信号処理部28のAF情報演算部42にてAF情報を算出して、次に出力方式決定処理（S178）に進む。

この出力方式決定処理（S178）では、まず、撮影する被写界に応じて所要のAE調整およびAWB調整を実行し、本実施例ではとくに、信号処理部28のAE情報演算部44およびAWB情報演算部46にてAE情報およびWB係数をそれぞれ算出する。

さらに、出力方式決定処理（S178）では、出力方式決定部50にてこの撮影における撮影条件に応じた出力方式が決定され、感度モードが通常の感度、たとえばISO800未満の場合には、少数の稼動数、たとえば１出力と、30〜40MHzまたは40〜50MHz程度の通常駆動周波数とからなる、通常の出力方式が決定される。

他方、感度モードが高感度、たとえばISO800以上の場合には、多数の稼動数、たとえば２出力と、高感度用駆動周波数、たとえば通常の水平転送速度を半分に低減する駆動周波数とからなる、混色回避用の出力方式が決定される。

出力方式決定部50では、決定された出力方式が、接続線124、バス26および接続線106を介してシステム制御部14に供給される。

次に、ステップS180に進み、シャッタボタンが全押しされたかが判定される。このボタンが全押しされている場合、本撮影を開始して電荷読み出し（S182）に進み、全押しされていない場合、スルー画像表示（S172）に戻る。

この本撮影では、まず、ステップS178で決定した出力方式による撮像を指示する制御信号104がシステム制御部14で生成され、さらにこの出力方式を指示するタイミング信号108および110がタイミング発生器16で生成され、その出力方式を指示する駆動信号114が駆動部18で生成される。

本撮影の電荷読み出し（S182）では、撮像部20にて、被写界像に応じた信号電荷が駆動信号114に応じて読み出され、まず、各感光部80における信号電荷が読み出しパルスに応じて各垂直転送路78に読み出される。また、各垂直転送路78における信号電荷は、垂直駆動信号144に応じて水平転送路72に転送され、水平転送路72における信号電荷は、S178で決定した出力方式を指示する水平駆動信号146に応じて複数の出力回路74および76に転送される。

このとき、たとえば出力方式が１出力の場合、水平駆動信号146は、左方向のみ、または右方向のみの水平転送を指示して、信号電荷が通常駆動周波数、すなわち通常速度で出力回路74および76のいずれかに転送される。

また、出力方式が２出力の場合、水平駆動信号146は、両方向の水平転送を指示して、左方画面および右方画面から得られる信号電荷が、それぞれ、高感度用駆動周波数、すなわち低速度で出力回路74および76に転送される。

また、リセットパルス148は、出力方式が１出力の場合に出力回路74および76のいずれかのみを駆動し、出力方式が２出力の場合に出力回路74および76の両方を駆動してもよい。

出力回路74および76に転送された信号電荷は、それぞれ、電気信号150および152に変換されて前処理部22に出力される。これらの電気信号150および152は、前処理部22にてアナログ信号処理され、ディジタル画像信号118が生成されてメモリ24に記憶される。

次にステップS184に進み、メモリ24に記憶されたディジタル画像信号が、接続線120、バス26および接続線124を介して信号処理部28に読み出され、所要のディジタル信号処理が施される。

その後、ステップS186に進んで、データ保存が行われ、まず、ステップS184で処理されたディジタル画像信号が、接続線124、バス26および接続線126を介して圧縮伸張部30に供給されて、圧縮処理される。さらに、この圧縮処理された画像信号は、接続線126、バス26および接続線128を介して記録部32に供給されて記録メディアに記録され、本実施例による本撮影の動作が終了する。

また、本装置10の撮像部20では、図４に示すように、各出力回路74および76のそれぞれの出力側に出力バッファ82および84を接続して、水平転送路72を駆動する駆動周波数に応じて負荷抵抗値を変化させることにより、消費電力を低減することができる。

出力バッファ82および84は、エミッタフォロワなどの電圧バッファでよく、それぞれ、バイポーラトランジスタなどの能動素子86および88と、可変抵抗90および92とを有して構成される。たとえば出力バッファ82は、出力回路74から受けた電気信号150Aを能動素子86に入力し、この電気信号150Aの出力電流を所定の利得値194を用いて増幅して、その結果の電気信号150Bを出力する。

このような電圧バッファ82は、図５に示すような周波数特性196を有し、出力電流が所定の周波数帯域198の範囲内にある場合に、所定の利得値194を用いて電流増幅することができ、この所定の周波数帯域198を超えると、電流増幅に用いる利得値が減少する。この所定の利得値194を使用できる周波数帯域198は、可変抵抗90の抵抗値に応じて変化し、この抵抗値と反比例の関係にある。また、電圧バッファ82の消費電流もこの抵抗値と反比例の関係にある。

また、撮像部20は、図４に示すように、負荷抵抗値制御部94を有し、この制御部94は、周波数演算部54から得られる水平駆動周波数132に応じて制御信号190および192を生成して、それぞれ、出力バッファ82および84における可変抵抗90および92に供給して可変抵抗値を制御する。

本実施例の負荷抵抗値制御部94は、たとえば、周波数演算部54から得られる水平駆動周波数132が低下したときに、可変抵抗90の抵抗値を上げる制御信号190を生成し、水平駆動周波数132が上昇したときに、この抵抗値を下げる制御信号190を生成するとよい。

このように、本実施例の出力バッファ82および84、ならびに負荷抵抗値制御部94によれば、周波数演算部54から得られる水平駆動周波数132が上昇したときには、消費電流に拘らず、可変抵抗90および92の抵抗値を下げて周波数帯域を拡げるが、他方、水平駆動周波数132が低下したときには、各出力バッファによる出力電流の周波数帯域に余裕が生じるので、可変抵抗90および92の抵抗値を上げて、周波数帯域を狭めて消費電流を削減することができる。

ところで、本実施例における撮像部20は、１撮像画面を複数の分割領域に分割して、これら複数の分割領域のそれぞれに対応して複数のアナログ電気信号を出力するように、複数の出力回路を備えて構成される。撮像部20は、たとえば図６に示すように、１画面を最大で４つの分割領域に分割して出力するように、４つの出力回路202、204、206および208を備えて構成されてもよい。

この撮像部20は、撮像面70の下方および上方に水平転送路212および214を配置して、下方の水平転送路212の両端を出力回路202および204とそれぞれ接続し、上方の水平転送路214の両端を出力回路206および208とそれぞれ接続して構成される。

本実施例において、１撮像画面を縦方向の中心線252と横方向の中心線254とで４つに分割するならば、撮像部20は、撮像面70の各垂直転送路78からの信号電荷のうち、左下画面、右下画面、左上画面および右上画面から得られる信号電荷を、それぞれ出力回路202、204、206および208に転送する。

また、本実施例における駆動部18は、タイミング信号108が指示する出力方式に応じて駆動信号114を生成して撮像部20に供給して、１出力、２出力および４出力のいずれかでアナログ電気信号を出力するように撮像部20を駆動制御する。駆動部18は、たとえば図６に示すように、中心線254の下方で得られる信号電荷の転送を制御する下方用の垂直駆動部222、水平駆動部226および出力回路駆動部230と、上方で得られる信号電荷の転送を制御する上方用の垂直駆動部224、水平駆動部228および出力回路駆動部232とを有して構成される。

下方用垂直駆動部222は、下方垂直駆動信号262を生成して、撮像面70における各垂直転送路78の中心線254より下の部分に供給し、ここで得られる信号電荷を下方向、すなわち下方水平転送路212へ垂直転送させるように各垂直転送路78を制御する。

他方、上方用垂直駆動部224は、上方垂直駆動信号264を生成して、撮像面70における各垂直転送路78の中心線254より上の部分に供給し、ここで得られる信号電荷の垂直転送を制御する。上方用垂直駆動部224は、出力方式が４出力であれば、信号電荷を上方向、すなわち上方水平転送路214へ転送させ、出力方式が２出力以下であれば、信号電荷を下方水平転送路212へ転送させるように各垂直転送路78を制御する。

また、下方用および上方用の水平駆動部226および228は、それぞれ、水平駆動信号266および268を生成し、下方および上方の水平転送路212および214に供給して駆動制御する。下方用ならびに上方用の出力回路駆動部230ならびに232は、それぞれ、リセットパルス270ならびに272を生成し、出力回路202および204、ならびに出力回路206および208に供給して駆動制御する。

とくに、上方用の水平駆動部226および出力回路駆動部230は、出力方式が４出力の場合にのみ、水平駆動信号268およびリセットパルス272を生成して、上方の水平転送路214、ならびに出力回路206および208を動作させてもよい。

本実施例において、撮像部20が、たとえば４出力を指示する駆動信号114に応じ動作するとき、下方の水平転送路212は、撮像面70の左下画面および右下画面から得られる信号電荷を、それぞれ出力回路202および204に水平転送し、上方の水平転送路214は、撮像面70の左上画面および右上画面から得られる信号電荷を、それぞれ出力回路206および208に水平転送する。このとき、出力回路202、204、206および208は、それぞれ、左下画面、右下画面、左上画面および右上画面から得た信号電荷に基づいて、左下画面、右下画面、左上画面および右上画面を示す電気信号282、284、286および288を出力する。

また、本装置10は、下方および上方の水平転送路212および214のそれぞれの特性に応じた前処理部234および236をそれぞれ備えるとよい。この前処理部234ならびに236は、それぞれ、出力回路202および204、ならびに出力回路206および208から、電気信号282および284、ならびに電気信号286および288を入力するもので、タイミング発生器16から供給されるタイミング信号274および276に応じて、これらの電気信号に対して、水平転送路212ならびに214の特性に応じたアナログ信号処理を施して、ディジタル画像信号290ならびに292を生成し、メモリ24に記憶する。

また、本実施例において、信号処理部28は、図７に示すように、被写界の色温度を判定する色温度判定部302を含んで構成されてもよく、信号処理部28における出力方式決定部50は、この判定部302から判定結果352を入力し、この判定結果352に応じて出力方式を決定することができる。

色温度判定部302は、たとえば、撮影準備の際に動作して、その撮影準備段階で撮影されたディジタル画像信号、すなわちWB調整されていない画像信号をメモリ24から読み出し、この画像信号に基づいて色温度を検出して判定する。

この色温度判定部302は、たとえば、三原色RGBで示される画像信号のうち、青色のレベルが大きく、画像全体が青みがかって見える場合に色温度が高いと判定し、赤色のレベルが大きく、画像全体が赤みがかって見える場合に色温度が低いと判定するものでよい。判定部302は、たとえば、色温度が6000(K)以上である曇天太陽光などの被写界を示す画像信号を高色温度と判定し、色温度が2500(K)以上である白熱電球などの被写界を示す画像信号を低色温度と判定してよく、高色温度および低色温度のいずれにも該当せず、たとえば、色温度が2500(K)から6000(K)までの範囲内である場合に基準範囲内の色温度であると判定してもよい。

また、信号処理部28では、画像信号の各色信号と各色のWB係数とを積算することにより、画像信号の色温度の高低を補正してWB調整する。このとき、AWB情報演算部46が各色のWB係数を算出するので、色温度判定部302は、AWB情報演算部46で算出されたWB係数354に基づいて色温度を判定してもよい。

たとえば、三原色RGBで示される画像信号の色ごとの平均値が一般的なシーンではほぼ等しくなるので、AWB情報演算部46は、各色信号の平均値を算出し、これらの平均値と所望の色温度とに基づいて、たとえば所望の色温度から平均値を除算して、各色のWB係数354を算出することができる。このとき、色温度判定部302は、AWB情報演算部46から各色のWB係数354を得て、所定のしきい値と比較することにより色温度を判定することができる。

本実施例の出力方式決定部50は、色温度判定部302による判定結果352が高色温度または低色温度を示す場合に、混色回避の出力方式を選択し、色温度が基準範囲内である場合に、通常の出力方式を選択して決定するとよい。

このように、本発明による固体撮像装置10では、三原色RGBで示される画像信号の各色の色温度に応じて、撮像部20の出力方式を変えることができるので、各色信号の差が大きい場合に混色が顕著になることを回避するものであるが、補色、すなわち光の三原色であるシアン、マゼンダおよびイエローで示される画像信号を用いる場合でも同様である。

次に、この実施例の固体撮像装置10において、図３に示す出力方式決定処理（S178）にかかる動作を、図８のフローチャートを参照しながら説明する。

出力方式決定処理（S178）では、まず、本装置10は、予備測光（S372）を実行して、撮影する被写界からの入射光の輝度を測光し、信号処理部28のAE情報演算部44において、AE調整に用いられる露出値などのAE情報が検出される。

また、信号処理部28では、AWB情報演算部46において、AWB調整に用いられるWB係数354が検出される（ステップS374）。

次に、信号処理部28では、出力方式決定部50にてこの撮影における撮影条件に応じた出力方式が決定され、本実施例では、撮影条件として、連写モード、高感度モードおよび色温度が判定されて出力方式が決定する。

ここでは、まず、本装置10の撮影条件として、被写界を連続して撮影する連写モードがオンに設定されているか否かが判定され（ステップS376）、オンである場合には、ステップS382に進み、連続撮影に適した出力方式が決定され、たとえば、多数の稼動数、たとえば４出力と、30〜40MHzまたは40〜50MHz程度の通常駆動周波数とからなる、高速撮影用の出力方式が決定される。

他方、ステップS376における判定の結果、オフであると判定された場合には、ステップS378に進み、高感度モードであるか否かが判定される。

このステップS378における判定の結果、通常モードであると判定された場合には、ステップS384に進み、通常撮影に適した出力方式が決定され、少数の稼動数、たとえば２出力と、通常駆動周波数とからなる、通常の出力方式が決定される。

他方、ステップS378における判定の結果、高感度モードであると判定された場合には、ステップS380に進み、色温度が基準範囲内であるか否かが判定される。

ステップS380では、AWB情報演算部46で検出されたWB係数354が色温度判定部302に供給され、この判定部302において、WB係数354が所定のしきい値と比較されて色温度が判定され、その判定結果352が出力方式決定部50に供給される。

この決定部50では、ステップS380における判定部302による判定結果352が、色温度が基準範囲内であることを示す場合には、ステップS384に進み、通常の出力方式が決定される。

他方、判定結果352が、色温度が基準範囲外、すなわち高色温度または低色温度であることを示す場合には、ステップS386に進み、多数の稼動数、たとえば４出力と、高感度用駆動周波数、たとえば通常の水平転送速度を半分に低減する駆動周波数とからなる、混色回避用の出力方式が決定される。

このように、本実施例の出力方式決定部50では、連写モード、高感度モードおよび色温度などの撮影条件に応じて、ステップS382、S384およびS386のいずれかにて出力方式が決定し、その出力方式が、接続線124、バス26および接続線106を介してシステム制御部14に供給され、その後、図３のステップS180に戻る。

また、本実施例において、撮像部20における垂直転送路、水平転送路および出力回路を駆動させる駆動周波数は、過剰に高く設定されることはなく、たとえば最大で40〜50MHz程度の駆動周波数が設定され、各出力回路および前処理部のアナログ回路の処理の過剰な高速化、各転送路における転送効率の悪化、および撮像素子の性能劣化を引き起こすような駆動周波数は設定されない。

この撮像部20が４出力および駆動周波数40MHzからなる出力方式で動作するとき、生成される画像信号の読み出し速度は、１出力および駆動周波数160MHzからなる出力方式で動作するときのものに相当する。このような高速読み出しは、連写モードおよび高フレームレート動画の撮影のときだけ必要とされるので、他の撮影では、出力回路および周辺回路の稼動数を減らして１出力または２出力で動作して消費電力を低減するとよく、１出力および駆動周波数40〜80MHzからなる出力方式で動作するときの読み出し速度が得られればよい。たとえば、読み出し速度を1/2または1/4に低減させる場合には、駆動周波数を1/2または1/4に低減させればよい。

また、本発明の固体撮像装置10では、撮影モードが動画モードであるときに、所定の画素混合方式が設定されて、この所定の画素混合方式に応じて水平転送路72における信号電荷を混合して、水平方向に転送される画素を間引いて撮像部20が動作することがある。このとき、出力方式決定部50は、画素混合方式に応じて出力方式を決定し、混合が多い場合、たとえば４画素混合方式である場合には転送する信号電荷の量が減少するので稼動数を減少し、また、混合が少ない場合、たとえば２画素混合方式である場合には稼動数を増加して出力方式を決定するとよい。

本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示すブロック図である。 図１に示す実施例の固体撮像装置における撮像部および駆動部を示すブロック図である。 図１に示す実施例の固体撮像装置の動作手順を示すフローチャートである。 図２に示す撮像部の出力回路に接続する出力バッファを示すブロック図である。 図４に示す出力バッファの周波数特性を示すグラフである。 図１に示す実施例の固体撮像装置における撮像部および駆動部を示すブロック図である。 図１に示す実施例の固体撮像装置における信号処理部を示すブロック図である。 図７に示す実施例の固体撮像装置の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

10 固体撮像装置
12 操作部
14 システム制御部
16 タイミング発生器
18 駆動部
20 撮像部
22 前処理部
24 メモリ
26 バス
28 信号処理部
30 圧縮処理部
32 記録部
42 AF情報演算部
44 AE情報演算部
46 AWB情報演算部
50 出力方式決定部
52 稼動数演算部
54 周波数演算部

Claims (12)

1. 入射光を信号電荷に光電変換する複数の受光部が、複数の画素に対応して撮像面を形成するように行および列方向に配列され、前記複数の画素で得られる信号電荷を行ごとに垂直転送する複数の垂直転送路と、該垂直転送路から転送された信号電荷を水平転送する水平転送路と、該水平転送路から転送された信号電荷を画像を示す画像電気信号に変換して出力する出力回路とを有する撮像手段と、
   該撮像手段から前記画像信号を得て、該画像信号を信号処理する信号処理手段とを含む固体撮像装置において、
   該装置は、ISO感度を示す複数の感度モードのいずれかが設定され、設定された前記感度モードに応じて撮影を実行し、
   前記撮像手段は、１つ以上の前記水平転送路と、複数の前記出力回路とを含み、
   前記複数の出力回路は、それぞれ、前記１つ以上の水平転送路のいずれかの端部に備えられ、
   前記信号処理手段は、所定の撮影条件に応じて、前記複数の出力回路の稼動数、および前記１つ以上の水平転送路の駆動周波数を含む出力方式を決定する出力方式決定手段を含み、
   該出力方式決定手段は、少なくとも、前記撮像手段が通常に撮影動作するための第１の稼動数および第１の駆動周波数からなる第１の出力方式、ならびに第１の稼動数よりも多い第２の稼動数および第１の駆動周波数よりも低い第２の駆動周波数からなる第２の出力方式のいずれかを選択して決定するもので、前記所定の撮影条件として前記設定感度に応じて前記出力方式を決定するとき、前記設定感度が高感度である場合に第２の出力方式を選択し、それ以外の場合に第１の出力方式を選択して決定し、
   前記撮像手段は、前記駆動周波数に応じて前記１つ以上の水平転送路における信号電荷の水平転送速度を制御し、また前記稼動数に応じて前記複数の垂直転送路、前記１つ以上の水平転送路および前記複数の出力回路を制御して、
   前記複数の出力回路のうち前記稼動数に応じた出力回路のみを稼動し、稼動する前記出力回路のみに信号電荷を転送するように前記複数の垂直転送路および前記１つ以上の水平転送路を駆動して、前記稼動する出力回路で前記稼動数と同数の前記画像電気信号を生成して出力することを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、前記出力方式決定手段は、第１の出力方式、第２の出力方式、ならびに第２の稼動数および第１の駆動周波数からなる第３の出力方式のいずれかを選択して決定することを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項１に記載の固体撮像装置において、前記撮像手段は、１つの前記水平転送路と、該１つの水平転送路のいずれかの端部に備わる２つの前記出力回路とを含み、
   前記出力方式決定手段は、１出力である第１の稼動数を有する第１の出力方式、および２出力である第２の稼動数を有する第２の出力方式のいずれかを選択して決定し、
   前記撮像手段は、第１の稼動数に応じて動作するときには、前記２つの出力回路のいずれか１つの出力回路のみを稼動し、前記複数の垂直転送路がすべての前記信号電荷を前記１つの水平転送路に垂直転送し、該１つの水平転送路は、すべての前記信号電荷を稼動する前記１つの出力回路に水平転送して、前記稼動する１つの出力回路で１撮像画面を示す１つの前記画像電気信号を生成して出力し、
   また、第２の稼動数に応じて動作するときには、１撮像画面を左右に分けて２つの分割領域に分割して、前記２つの出力回路の両方の出力回路を稼動し、前記複数の垂直転送路がすべての前記信号電荷を前記１つの水平転送路に垂直転送し、該１つの水平転送路は、一方の側の分割領域から得られる前記信号電荷を、前記一方の側に備わる前記出力回路に水平転送し、他方の側の分割領域から得られる前記信号電荷を、前記他方の側に備わる前記出力回路に水平転送して、前記２つの分割領域をそれぞれ示す複数の前記画像電気信号を生成して出力することを特徴とする固体撮像装置。
4. 請求項１に記載の固体撮像装置において、前記撮像手段は、２つの前記水平転送路と、該２つの水平転送路のいずれかの端部に備わる４つの前記出力回路とを含み、
   前記出力方式決定手段は、２出力である第１の稼動数を有する第１の出力方式、および４出力である第２の稼動数を有する第２の出力方式のいずれかを選択して決定し、
   前記撮像手段は、第１の稼動数に応じて動作するときには、１撮像画面を左右に分けて２つの分割領域に分割して、前記２つの水平転送路のいずれか１つの水平転送路のみを稼動して、該１つの水平転送路に備わる２つの前記出力回路を稼動し、前記複数の垂直転送路がすべての前記信号電荷を前記１つの水平転送路に垂直転送し、該１つの水平転送路は、一方の側の分割領域から得られる前記信号電荷を、前記２つの出力回路のうち前記一方の側に備わる前記出力回路に水平転送し、他方の側の分割領域から得られる前記信号電荷を、前記他方の側に備わる前記出力回路に水平転送して、前記２つの分割領域をそれぞれ示す複数の前記画像電気信号を生成して出力し、
   また、第２の稼動数に応じて動作するときには、１撮像画面を上下および左右に分けて４つの分割領域に分割して、前記２つの水平転送路をすべて稼動して、前記４つの出力回路をすべて稼動し、前記複数の垂直転送路は、前記２つの水平転送路のうち一方の前記水平転送路側に対して、前記４つの分割領域のうち前記一方の水平転送路側にある２つの分割領域から得られる前記信号電荷を前記一方の水平転送路に垂直転送し、また他方の前記水平転送路側に対して、前記４つの分割領域のうち前記他方の水平転送路側にある２つの分割領域から得られる前記信号電荷を前記他方の水平転送路に垂直転送し、前記２つの水平転送路は、前記２つの分割領域のうち一方の側の分割領域から得られる前記信号電荷を、前記一方の側に備わる前記出力回路に水平転送し、他方の側の分割領域から得られる前記信号電荷を、前記他方の側に備わる前記出力回路に水平転送して、前記４つの分割領域をそれぞれ示す複数の前記画像電気信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
5. 請求項１に記載の固体撮像装置において、該装置は、静止画モード、連写モードおよび動画モードを含む複数の撮影モードのいずれかが設定され、設定された前記撮影モードで動作して撮影を実行し、
   前記出力方式決定手段は、前記所定の撮影条件として、前記撮影モードに応じて前記出力方式を決定することを特徴とする固体撮像装置。
6. 請求項５に記載の固体撮像装置において、前記出力方式決定手段は、前記撮影モードが連写モードである場合に第３の出力方式を選択して決定することを特徴とする固体撮像装置。
7. 請求項１に記載の固体撮像装置において、前記信号処理手段は、前記撮像手段で撮影された三原色RGBで示される画像信号に基づいて色温度を判定する色温度判定手段を含み、
   前記出力方式決定手段は、前記所定の撮影条件として、前記色温度判定手段による判定結果に応じて前記出力方式を決定することを特徴とする固体撮像装置。
8. 請求項７に記載の固体撮像装置において、前記出力方式決定手段は、前記色温度判定手段による判定結果が高色温度または低色温度の場合に第２の出力方式を選択し、それ以外の場合に第１の出力方式を選択して決定することを特徴とする固体撮像装置。
9. 請求項７に記載の固体撮像装置において、前記信号処理手段は、前記三原色RGBで示される画像信号に基づいて、ホワイトバランス調整に用いる係数を色信号ごとに算出する演算手段を含み、
   前記色温度判定手段は、前記係数を所定のしきい値と比較して前記色温度を判定することを特徴とする固体撮像装置。
10. 請求項１に記載の固体撮像装置において、該装置は、所定の画素混合方式が設定され、
    前記撮像手段は、設定された前記所定の画素混合方式に応じて前記水平転送路における信号電荷を混合して、水平方向に転送される画素を間引いて撮影を実行し、
    前記出力方式決定手段は、前記所定の撮影条件として、前記画素混合方式に応じて前記出力方式を決定することを特徴とする固体撮像装置。
11. 請求項１０に記載の固体撮像装置において、前記出力方式決定手段は、前記画素混合方式が４画素混合方式である場合に第１の出力方式を選択し、前記画素混合方式が２画素混合方式である場合に第２の出力方式を選択して決定することを特徴とする固体撮像装置。
12. 請求項１に記載の固体撮像装置において、前記複数の出力回路手段は、出力バッファを介して前記画像電気信号を出力し、
    前記出力バッファは、可変抵抗を有し、該可変抵抗の抵抗値に応じた周波数帯域内の前記画像電気信号を電流増幅して出力し、
    該装置は、前記駆動周波数に応じて前記抵抗値を制御する負荷抵抗値制御手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。