JP5220545B2 - Imaging element driving unit and imaging apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、CCDのように電荷を転送する電荷転送路に蓄積する不要な電荷の掃出しのための電力消費量を低減化させる撮像素子駆動ユニットに関する。 The present invention relates to an image sensor driving unit that reduces power consumption for sweeping out unnecessary charges accumulated in a charge transfer path for transferring charges like a CCD.
被写体の光学像に応じた画像信号を生成する様々な種類の撮像素子が開示されている。様々な種類の撮像素子の中で、小型化、良好なS/N比、感度の高さなどの点において様々な改良が加えられたCCD撮像素子が広範に用いられている。 Various types of image sensors that generate an image signal corresponding to an optical image of a subject have been disclosed. Among various types of image pickup devices, CCD image pickup devices to which various improvements are added in terms of downsizing, good S / N ratio, high sensitivity, and the like are widely used.
CCD撮像素子は、受光面に配置される複数の画素から受光量に応じた信号電荷を画素毎に垂直CCDに読出し、垂直CCDに読出した信号電荷を水平CCDに転送し、水平CCDに転送された信号電荷を出力アンプに転送することにより、各画素が生成した信号電荷に応じた画素信号を順番に出力する。 The CCD imaging device reads signal charges corresponding to the amount of light received from a plurality of pixels arranged on the light receiving surface to the vertical CCD for each pixel, transfers the signal charges read to the vertical CCD to the horizontal CCD, and then transfers them to the horizontal CCD. By transferring the signal charges to the output amplifier, pixel signals corresponding to the signal charges generated by the respective pixels are sequentially output.
垂直CCDには、漏れた光により垂直CCD自身が生成する電荷や、転送容量を超える信号電荷の転送時に漏れ出た電荷や、読出し時以外において画素から漏れ出る電荷などが蓄積されることがある。このような電荷は信号電荷に対してノイズとなり、正確な画像を表示するためには排除する必要がある。 In the vertical CCD, charges generated by the vertical CCD itself due to leaked light, charges leaked when transferring signal charges exceeding the transfer capacity, charges leaking from the pixels other than at the time of reading, and the like may be accumulated. . Such a charge becomes a noise with respect to the signal charge, and must be eliminated in order to display an accurate image.
そこで、画素が生成した信号電荷を垂直CCDに読出し、転送させる前に、垂直CCDに高速掃出しを実行させ、垂直CCDに蓄積された電荷を排除することが開示されている(特許文献1参照)。 Therefore, it is disclosed that before the signal charge generated by the pixel is read and transferred to the vertical CCD, the vertical CCD is subjected to high-speed sweeping to eliminate the charge accumulated in the vertical CCD (see Patent Document 1). .
一方で、垂直CCDの高速掃出しのためには、垂直CCDを駆動するための駆動信号の周波数を大きくする必要がある。駆動信号の周波数を大きくするために、電力の消費量が増加することが問題であった。
したがって、本発明ではCCDのような電荷転送路に蓄積された電荷の掃出しのための消費電力を低減化させる撮像素子駆動ユニットを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an image sensor driving unit that reduces power consumption for sweeping out charges accumulated in a charge transfer path such as a CCD.
本発明の撮像素子駆動ユニットは、受光量に応じた信号電荷を生成する複数の画素と画素から読出される信号電荷を第1の転送信号の周波数に応じた速さで転送する第1の電荷転送路と第1の電荷転送路から転送される信号電荷を第2の転送信号によって転送する第2の電荷転送路とを有する撮像素子を駆動する撮像素子駆動ユニットであって、信号電荷を転送させるための第1の転送信号である通常転送信号または第1の電荷転送路に残る電荷を掃出すための転送信号であって通常転送信号より周波数の大きな掃出し信号と第2の転送信号とを生成して撮像素子に送信する信号生成部と、第1の電荷転送路に残る電荷を掃出させる掃出し期間中に信号生成部に掃出し信号および累積生成期間が掃出し期間より短くなるように第2の転送信号を生成させる第1の制御部とを備えることを特徴としている。 The image sensor driving unit of the present invention includes a plurality of pixels that generate signal charges corresponding to the amount of received light, and a first charge that transfers signal charges read from the pixels at a speed corresponding to the frequency of the first transfer signal. An image sensor driving unit for driving an image sensor having a transfer path and a second charge transfer path for transferring a signal charge transferred from the first charge transfer path by a second transfer signal, and transferring the signal charge A normal transfer signal, which is a first transfer signal to be transferred, or a transfer signal for sweeping out charge remaining in the first charge transfer path, and a sweep signal having a frequency higher than that of the normal transfer signal and a second transfer signal. A signal generation unit that generates and transmits to the image sensor, and a second so that the sweep signal and the cumulative generation period are shorter than the sweep period in the signal generation unit during the sweep period for sweeping out the charge remaining in the first charge transfer path. Transfer signal It is characterized by comprising a first control unit to generate.
さらに、撮像素子への露光時間を検出する検出部を備え、検出部により検出された露光時間が短くなるほど掃出し期間中に第1の制御部は第2の転送信号の累積生成期間を減少させることが好ましい。 Furthermore, a detection unit that detects an exposure time to the image sensor is provided, and the first control unit decreases the cumulative generation period of the second transfer signal during the sweeping period as the exposure time detected by the detection unit becomes shorter. Is preferred.
また、第1の制御部は露光時間が閾値未満である場合に掃出し期間中に第2の転送信号の生成を停止し、露光時間が閾値を越える場合に掃出し期間中に第2の転送信号を生成させることが好ましい。 Further, the first control unit stops generating the second transfer signal during the sweeping period when the exposure time is less than the threshold value, and outputs the second transfer signal during the sweeping period when the exposure time exceeds the threshold value. Preferably, it is generated.
また、第1の制御部は掃出し期間中に第2の転送信号の生成を停止することが好ましい。 Further, it is preferable that the first controller stops the generation of the second transfer signal during the sweeping period.
また、撮像素子に光学像を露光させることにより生成させた信号電荷を信号電荷の第1、第2の電荷転送路による転送時期を分割したそれぞれの分割転送時期に転送させる第2の制御部を備え、第1の制御部は初回の分割転送時期の直前の掃出し期間中に信号生成部に掃出し信号および累積生成期間が掃出し期間より短くなるように第2の転送信号を生成させ2回目以降の分割転送時期の直前の掃出し期間中に信号生成部に掃出し信号の生成および第2の転送信号の生成停止を実行させることが好ましい。 A second control unit configured to transfer the signal charge generated by exposing the optical image to the image sensor to each divided transfer timing obtained by dividing the transfer timing of the signal charge by the first and second charge transfer paths; The first control unit causes the signal generation unit to generate the second transfer signal so that the sweep signal and the cumulative generation period are shorter than the sweep period during the sweep period immediately before the first divided transfer time. It is preferable to cause the signal generator to execute generation of the sweep signal and stop generation of the second transfer signal during the sweep period immediately before the divided transfer timing.
本発明の撮像装置は、受光量に応じた信号電荷を生成する複数の画素と画素から読出される信号電荷を第1の転送信号の周波数に応じた速さで転送する第1の電荷転送路と第1の電荷転送路から転送される信号電荷を第2の転送信号によって転送する第2の電荷転送路とを有する撮像素子と、信号電荷を転送させるための第1の転送信号である通常転送信号または第1の電荷転送路に残る電荷を掃出すための転送信号であって通常転送信号より周波数の大きな掃出し信号と第2の転送信号とを生成して撮像素子に送信する信号生成部と、第1の電荷転送路に残る電荷を掃出させる掃出し期間中に信号生成部に掃出し信号および累積生成期間が掃出し期間より短くなるように第2の転送信号を生成させる第1の制御部とを備えることを特徴としている。 The imaging device of the present invention includes a plurality of pixels that generate signal charges according to the amount of received light, and a first charge transfer path that transfers signal charges read from the pixels at a speed according to the frequency of the first transfer signal. A first transfer signal for transferring the signal charge, and an image pickup device having a second charge transfer path for transferring the signal charge transferred from the first charge transfer path by the second transfer signal A signal generation unit for generating a transfer signal or a second transfer signal, which is a transfer signal for sweeping out the charge remaining in the first charge transfer path and having a frequency higher than that of the normal transfer signal, and transmits the second transfer signal to the image sensor And a first control unit that causes the signal generation unit to generate the second transfer signal so that the sweep signal and the cumulative generation period are shorter than the sweep period during the sweep period for sweeping out the charge remaining in the first charge transfer path. Characterized by comprising There.
本発明によれば、CCDのような電荷転送路に蓄積する電荷を掃出すときの消費電力を低減化することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce power consumption when sweeping out charges accumulated in a charge transfer path such as a CCD.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットを有する一眼レフカメラの内部構成を概略的に示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an internal configuration of a single-lens reflex camera having an image sensor driving unit to which an embodiment of the present invention is applied.
一眼レフカメラ10は、撮影光学系11、撮像素子30、タイミングジェネレータ(TG)12、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)13、およびCPU14などによって構成される。
The single-
撮影光学系11はフォーカスレンズ(図示せず)や変倍レンズ(図示せず)を含む複数のレンズによって形成される。撮影光学系11の光軸に垂直となるように、かつ光軸上に撮像素子30が配置される。撮影光学系11により、被写体の光学像が撮像素子30の受光面に結像する。
The photographing
撮影光学系11と撮像素子30との間に、絞り16、ミラー17、シャッタ18が配置される。絞り16の開口率を調整することにより撮像素子30への入射光量が調整される。撮影待機時にミラー17は閉じており、被写体の光学像をペンタプリズム19に向けて反射し、ビューファインダー(図示せず)に伝達させる。撮像実行時にミラー17が上方に開き、被写体の光学像がシャッタ18に到達する。シャッタ18を開閉することにより、光学像の撮像素子30への遮光と到達とが切替えられる。
A
絞り16、ミラー17、およびシャッタ18は光学系駆動回路20により駆動される。光学系駆動回路20による各部位の駆動は、CPU14により制御される。なお、一眼レフカメラ10には測光センサ(図示せず)が設けられる。測光センサにより被写体周辺の光量が検出される。検出された光量に基づいて、絞り16の開口率調整、ミラー17の開閉時期の調整、および露光時間Tvの調整などの露出調整が行われる。
The
TG12により生成される垂直転送パルスΦVなどに基づいて撮像素子30が駆動されることにより、光学像に応じた画像信号が生成される。なお、TG12による撮像素子30の駆動は、DSP13によって制御される。生成した画像信号はAFE21を介してDSP13に送信される。
The
AFE21において、画像信号にCDS処理、AGC処理、およびA/D変換処理が施される。DSP13において、画像信号に所定の信号処理が施される。所定の信号処理が施された画像信号はメモリ22に格納される。または、LCD23に送信され、撮像した画像がLCD23に表示される。
In the
DSP13はCPU14に接続される。DSP13はCPU14から受信するデータに基づいて、TG12の駆動、画像信号に対する信号処理、および画像信号の格納などの処理を制御する。
The DSP 13 is connected to the
前述のように、CPU14により光学系駆動回路20やDSP13は制御される。また、CPU14により、一眼レフカメラ10の各部位の動作も制御される。CPU14は、レリーズボタン(図示せず)、電源ボタン(図示せず)、多機能十字キー(図示せず)などによって構成される入力部24に接続される。使用者による入力部24への様々なコマンド入力に応じて、CPU14は一眼レフカメラ10の各部位を制御する。
As described above, the optical
なお、露出調整は、前述のように、絞り16の開口率の調整や露光時間Tvの調整は光量に基づいてCPU14により制御される構成であるが、使用者の入力部24へのコマンド入力によっても設定可能である。
As described above, the adjustment of the aperture ratio of the
次に、撮像素子30の構成とともに撮像実行時の撮像素子30の動作について、更に詳細に説明する。
Next, the configuration of the
撮像素子30はCCD撮像素子であり、図2に示すように、画素31、垂直CCD32、水平CCD33、および出力アンプ34などによって構成される。
The
複数の画素31が撮像素子30の受光面に2次元状に配置される。画素31の並ぶ各列に垂直CCD32が配置される。各画素31は隣接する垂直CCD32に接続される。垂直CCD32の下方には、画素の並ぶ行方向に延びる水平CCD33が設けられる。全垂直CCD32は、水平CCD33に接続される。水平CCD33の一端に出力アンプ34が接続される。
A plurality of
各画素31において、受光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。画素31が配置される基板(図示せず)には、電子シャッタ端子35subが接続される。電子シャッタ端子35subに電子シャッタパルスΦSUBが入力されることにより、全画素31に蓄積された電荷が掃出され、リセットされる。
In each
また、画素31と垂直CCD32の間には、センサゲート(図示せず)が配置される。センサゲートにはセンサゲート(SG)端子35sgが接続される。SG端子35sgにSGパルスΦSGが入力されることにより、画素31に蓄積された信号電荷が垂直CCD32に読出される。
A sensor gate (not shown) is arranged between the
図3に示すように、垂直CCD32には第1〜第4の電極36a〜36dが列方向に沿って、順番に繰返すように配置される。第1〜第4の電極36a〜36dに位相をずらした垂直転送パルスΦVを入力することにより、垂直CCD32に蓄積される電荷が水平CCD33に転送される。なお、第1〜第4の電極36a〜36dは、それぞれ第1〜第4の垂直転送端子35v1〜35v4(図2参照)に接続される。
As shown in FIG. 3, first to
なお、垂直CCD32における電荷の転送速度は、垂直転送パルスΦVの周波数に応じて変化する。周波数が大きくなるほど転送速度は高くなり、周波数が小さくなるほど転送速度は低下する。
The charge transfer rate in the
垂直CCD32と同様に、水平CCD33には第5、第6の電極(図示せず)が行方向に沿って、順番に繰返すように配置される。第5、第6の電極に位相をずらした水平転送パルスΦHを入力することにより、水平CCD33に転送される電荷が出力アンプ34に転送される。なお、第5、第6の電極は、それぞれ第1、第2の水平転送端子35h1、35h2に接続される。
Similar to the
なお、電子シャッタパルスΦSUB、センサゲートパルスΦSG、垂直転送パルスΦV、および水平転送パルスΦHはTG12により生成され、各端子に入力される。
The electronic shutter pulse ΦSUB, the sensor gate pulse ΦSG, the vertical transfer pulse ΦV, and the horizontal transfer pulse ΦH are generated by the
出力アンプ34はキャパシタを有しており、転送された信号電荷を信号電圧に変換して出力する。
The
次に、図4、図5を用いてレリーズボタンを全押ししたときに開始されるレリーズ制御について、撮像素子30における動作を中心にして説明する。図4は、露光時間Tvが短く設定されている場合におけるレリーズ制御を説明するためのタイミングチャートである。図5は露光時間Tvが長く設定されている場合におけるレリーズ制御を説明するためのタイミングチャートである。 Next, the release control that is started when the release button is fully pressed will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a timing chart for explaining the release control when the exposure time Tv is set short. FIG. 5 is a timing chart for explaining the release control when the exposure time Tv is set to be long.
レリーズボタンの全押しが検知されるときに、CPU14によりシーケンス制御であるレリーズ制御が開始される。レリーズボタンの全押しの検知後のタイミングt1において、ミラー17が上方に開かれる。
When the release button is fully pressed, the
次のタイミングt2において、第1〜第4の垂直転送端子35v1〜35v4への信号電荷転送用の周波数である垂直転送パルスΦVの入力、第1、第2の水平転送端子35h1、35h2への水平転送パルスΦHの入力、および電子シャッタ端子35subへの電子シャッタパルスΦSUBの入力が開始され、垂直CCD32、水平CCD33、および画素31に蓄積された電荷が掃出される。
At the next timing t2, the input of the vertical transfer pulse ΦV which is the frequency for signal charge transfer to the first to fourth vertical transfer terminals 35v1 to 35v4, and the horizontal to the first and second horizontal transfer terminals 35h1 and 35h2. The input of the transfer pulse ΦH and the input of the electronic shutter pulse ΦSUB to the electronic shutter terminal 35sub are started, and the charges accumulated in the
タイミングt3において、電子シャッタパルスΦSUBの入力が停止され、画素31に信号電荷が蓄積可能となる。また、タイミングt3において、シャッタ18が開かれ、撮像素子30への光学像の露光が開始される。設定された露光時間Tvの経過後のタイミングt4において、シャッタ18が閉じられ、撮像素子30への光学像の露光が完了する。
At timing t3, the input of the electronic shutter pulse ΦSUB is stopped, and signal charges can be accumulated in the
撮像素子30はインターレーススキャンを実行するように駆動され、1回の露光で生成した信号電荷は偶数フィールドおよび奇数フィールドの2回のフィールド期間に読出される。最初のフィールド期間である偶数フィールドでは、偶数行の画素31で生成された信号電荷が撮像素子30から読出される。次のフィールド期間である奇数フィールドでは奇数行の画素31で生成された信号電荷が撮像素子30から読出される。
The
偶数フィールドにおける信号電荷の読出しの前に、垂直CCD32の高速掃出しが実行される。露光完了と同じタイミングt4において、垂直転送パルスΦVの周波数が信号電荷転送用の周波数より大きな高速掃出し用の周波数に切替えられ、垂直CCD32に蓄積された電荷が高速で掃出される。
Prior to the reading of the signal charge in the even field, a fast sweep of the
電荷は垂直CCD32のいずれの位置においても蓄積され得る。水平CCD33に最も近い位置から最も離れた位置までのそれぞれの位置に蓄積される電荷を順番に水平CCD33に転送することにより、垂直CCD32の1回の高速掃出しが実行される。偶数フィールドにおける信号電荷読出し前には、高速掃出しが2回行なわれる。
The charge can be stored at any position of the
なお、垂直CCD32の高速掃出し中の水平CCD33の駆動パターンが、設定された露光時間Tvにより変えられる。水平CCD32の駆動パターンを決めるために、露光時間Tvと比較する閾値αが定められている。DSP13により、露光時間Tvが閾値αと比較される。なお、閾値αはDSP13に接続されるROM(図示せず)に記憶されている。
Note that the drive pattern of the
設定された露光時間Tvが閾値α未満である場合には、垂直CCD32の高速掃出し実行期間中にTG12における水平転送パルスΦHの生成および送信が停止され、水平CCD33における電荷の転送が停止される(図4参照)。一方、設定された露光時間Tvが閾値α以上である場合には、水平転送パルスΦHの生成が停止されずに水平CCD33における電荷の転送が継続される(図5参照)。
When the set exposure time Tv is less than the threshold value α, the generation and transmission of the horizontal transfer pulse ΦH in the
2回目の高速掃出しの終了時であるタイミングt5では、垂直転送パルスΦVの周波数が信号電荷転送用の周波数に戻される。周波数を信号電荷転送用の周波数に戻すことにより、転送不良を生じること無く、信号電荷が水平CCD33に転送可能となる。また、水平転送パルスΦHが停止されている場合には、タイミングt5において水平転送パルスΦHの生成と撮像素子30への送信が再開される。
At timing t5 when the second high-speed sweep ends, the frequency of the vertical transfer pulse ΦV is returned to the signal charge transfer frequency. By returning the frequency to the frequency for signal charge transfer, the signal charge can be transferred to the
垂直CCD32の高速掃出しの終了後、センサゲートパルスΦSGがセンサゲート端子35sgに入力される(タイミングt6参照)。また、第1〜第4の電極35v1〜35v4には、偶数行の画素31の信号電荷を垂直CCD32に読出すパターンの垂直転送パルスΦVが入力される。センサゲートパルスΦSGおよび垂直転送パルスΦVの入力により、タイミングt3〜タイミングt4の間に偶数行の画素31において生成され、蓄積された信号電荷が垂直CCD32に読出される。
After the high-speed sweeping of the
偶数行の全画素31の信号電荷の垂直CCD32および水平CCD33による転送が完了すると偶数フィールドにおける読出しを終了する。偶数フィールドの読出し完了後、垂直CCD32の高速掃出しおよび奇数行の画素31の信号電荷の読出しが実行される。
When the transfer of the signal charges of all the
偶数フィールドにおける読出しの完了後(タイミングt7)に垂直転送パルスΦVの周波数は高速掃出し用の周波数に切り替えられ、垂直CCD32の高速掃出しが実行される(タイミングt7〜タイミングt8)。また、偶数フィールドにおける信号電荷の読出し前と異なり、奇数フィールドにおける信号電荷の読出し前には高速掃出しは1回だけ行なわれる。
After the reading in the even field is completed (timing t7), the frequency of the vertical transfer pulse ΦV is switched to the high-speed sweeping frequency, and the high-speed sweeping of the
同じタイミングt7において、水平転送パルスΦHの生成および送信が停止され、水平CCD33における電荷の転送が停止される。偶数フィールドにおける読出し前の高速掃出し時と異なり、垂直CCD32に蓄積される電荷量は少ないので、露光時間Tvの長短にかかわらず水平CCD33における電荷の転送を停止可能である。
At the same timing t7, generation and transmission of the horizontal transfer pulse ΦH are stopped, and charge transfer in the
1回の高速掃出しの終了時であるタイミングt8では、垂直転送パルスΦVの周波数が信号電荷転送用の周波数に戻され、高速掃出しを終了させる。また、タイミングt8において水平転送パルスΦHの生成および送信が再開される。 At timing t8, which is the end of one high-speed sweep, the frequency of the vertical transfer pulse ΦV is returned to the signal charge transfer frequency, and the high-speed sweep is terminated. Further, generation and transmission of the horizontal transfer pulse ΦH are resumed at timing t8.
垂直CCD32の高速掃出しの終了後、センサゲートパルスΦSGがセンサゲート端子35sgに入力される(タイミングt9参照)。また、第1〜第4の電極35v1〜35v4には、奇数行の画素31の信号電荷を垂直CCD32に読出すパターンの垂直転送パルスΦVが入力される。センサゲートパルスΦSGおよび垂直転送パルスΦVの入力により、タイミングt3〜タイミングt4の間に奇数行の画素31において生成され、蓄積された信号電荷が垂直CCD32に読出される。
After the high-speed sweeping of the
奇数行の全画素31の信号電荷の垂直CCD32および水平CCD33による転送が完了すると(タイミングt10)奇数フィールドにおける読出しも終了し、1フレームの画像信号の生成および読出し、すなわち1回目の撮像を終了する。1回目の撮像を終了すると、電子シャッタ端子35subへの電子シャッタパルスΦSUBの入力が再開され、次のレリーズ制御が開始されるまで、画素31に蓄積される電荷が掃出される。
When the transfer of the signal charges of all the
次に、第1の実施形態においてCPU14によって実行されるレリーズ制御の処理を図6のフローチャートを用いて説明する。レリーズ制御の処理はCPU14がレリーズボタンの全押しを検知したときに開始される。
Next, the release control process executed by the
ステップS100において、設定された露光時間Tvを検出する。露光時間Tvを検出するとステップS101に進み、通常転送を開始させる。通常転送においては、信号電荷転送用の周波数である垂直転送パルスΦV、水平転送パルスΦH、および電子シャッタパルスΦSUBを撮像素子30に送信するように、CPU14は光学系駆動回路20を制御する。通常転送の開始後、ステップS102に進む。
In step S100, the set exposure time Tv is detected. When the exposure time Tv is detected, the process proceeds to step S101 and normal transfer is started. In normal transfer, the
ステップS102では、露光処理を開始する。ミラー17を上方に開き、シャッタ18を設定した露光時間Tvだけ開き、電子シャッタパルスΦSUBを生成停止することにより、露光処理を完了する。露光処理の完了後、ステップS103に進む。
In step S102, exposure processing is started. The
ステップS103では、垂直CCD32の高速掃出しを開始させる。高速掃出しの実行開始後、ステップS104に進む。ステップS104では、ステップS100において検出した露光時間Tvが閾値α未満であるか否かを判別する。露光時間Tvが閾値α未満である場合には、ステップS105に進む。露光時間Tvが閾値α以上である場合には、ステップS107に進む。
In step S103, high-speed sweeping of the
ステップS105では、水平転送パルスΦHの生成を停止させ、水平CCD33における電荷の転送を停止させる。電荷の転送の停止後であって、垂直CCD32の高速掃出しを完了すると、ステップS106に進む。
In step S105, the generation of the horizontal transfer pulse ΦH is stopped, and the charge transfer in the
ステップS106では、垂直CCD32および水平CCD33に通常転送を再開させる。すなわち、信号電荷転送用の周波数である垂直転送パルスΦV、および水平転送パルスΦHを撮像素子30に送信するように、CPU14はTG12を制御する。垂直CCD32および水平CCD33の通常転送再開後、ステップS108に進む。
In step S106, normal transfer is resumed to the
ステップS107では、垂直CCD32の高速掃出しの完了後に、垂直CCD32の通常転送を再開させる。すなわち、垂直転送パルスΦVの周波数を信号電荷転送用の周波数に戻すように、CPU14はDSP13にTG12を制御させる。垂直CCD32の通常転送再開後、ステップS108に進む。
In step S107, normal transfer of the
ステップS108では、偶数フィールドにおける信号電荷の転送処理を実行する。前述のように、偶数行に配置された画素31から読出された信号電荷を、垂直CCD32および水平CCD33を介して出力アンプ34に転送させる。偶数行のすべての画素31から信号電荷の転送を完了すると、ステップS109に進む。
In step S108, the signal charge transfer process in the even field is executed. As described above, the signal charges read from the
ステップS109では、垂直CCD32の高速掃出しを実行開始させる。また、水平CCD33における電荷の転送を停止させる。1回の高速掃出しの完了後、ステップS110に進む。
In step S109, execution of high-speed sweeping of the
ステップS110では、ステップS106と同様に、垂直CCD32および水平CCD33に通常転送を再開させる。通常転送の再開後、ステップS111に進む。ステップS111では、奇数フィールドにおける信号電荷の転送処理を実行する。奇数行のすべての画素31から信号電荷の転送を完了すると、レリーズ制御の処理を終了する。
In step S110, the normal transfer is resumed to the
以上のような第1の実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットによれば、垂直CCD32の高速掃出しの実行中に水平CCD33の電荷転送を停止するので、消費電力を低減化することが可能である。
According to the image sensor driving unit to which the first embodiment as described above is applied, since the charge transfer of the
なお、垂直CCD32の高速掃出しにより水平CCD33に電荷が蓄積される。しかし、高速掃出し完了後から画素31から信号電荷を読出すまでの間に水平CCD33における電荷の転送を再開するので、水平CCD33に蓄積された電荷を掃出すことが可能である。
Note that charges are accumulated in the
また、露光時間Tvの長さに応じて垂直CCD32の高速掃出し中の水平CCD33における転送の停止と継続とを切替えるので、ノイズの除去精度が向上する。以下に、高速掃出し中の水平CCD33における転送の停止と継続との切り替えの効果について、より詳細に説明する。
Further, since the transfer of the
撮像動作の高速化のために、高速掃出し完了後から画素31からの信号電荷読出しまでの時間は一定の長さに保たれることが望ましい。そのために、高速掃出し後の水平CCD33に蓄積される電荷の転送期間も一定の期間に定められる。
In order to increase the speed of the imaging operation, it is desirable that the time from the completion of the high-speed sweep to the signal charge readout from the
垂直CCD32の高速掃出し後に水平CCD33に蓄積される電荷が十分に掃出されないと水平CCD33に電荷が残り、以後の読出される信号電荷にノイズとして混入することがある。露光時間が長くなるほど垂直CCD32に発生する電荷が増えるので、露光時間が長くなる程水平CCD33に転送される電荷の量も多くなる。そこで、露光時間が閾値α以上である場合には、水平CCD33における転送を停止せずに継続することにより、ノイズの除去精度が向上する。
If the charge accumulated in the
次に本発明の第2の実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットについて説明する。第2の実施形態は、露光時間に応じた水平CCDの駆動方法が第1の実施形態と異なっている。以下、第1の実施形態と異なる部位を中心に、第2の実施形態について説明する。なお、同じ機能を有する部位には、同じ符号を付す。 Next, an image sensor driving unit to which the second embodiment of the present invention is applied will be described. The second embodiment is different from the first embodiment in the method of driving the horizontal CCD according to the exposure time. Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on portions different from the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which has the same function.
第2の実施形態において、CPUにより実行されるレリーズ制御以外の構成は第1の実施形態と同じである。図7、図8を用いてレリーズボタンを全押ししたときに開始されるレリーズ制御について、撮像素子30における動作を中心にして説明する。なお、図7は露光時間Tvが長く設定されている場合におけるレリーズ制御を説明するためのタイミングチャートである。図5は露光時間Tvが短く設定されている場合におけるレリーズ制御を説明するためのタイミングチャートである。 In the second embodiment, the configuration other than the release control executed by the CPU is the same as that of the first embodiment. The release control started when the release button is fully pressed will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a timing chart for explaining the release control when the exposure time Tv is set to be long. FIG. 5 is a timing chart for explaining the release control when the exposure time Tv is set short.
レリーズボタンの全押しの検知後から撮像素子30への露光が完了するまで(タイミングt1〜タイミングt4)は、第1の実施形態と同じ制御が実行される。第1の実施形態と同様に、露光完了後に垂直CCD32の高速掃出しが2回行われる(タイミングt4〜タイミングt5)。
From the time when the release button is fully pressed until the exposure to the
垂直CCD32の高速掃出し中の水平CCD33の駆動パターンが、設定された露光時間Tvに応じて変えられる。
The drive pattern of the
設定された露光時間が第1の閾値α1未満である場合には、高速掃出し期間中に水平転送パルスΦHの生成および送信が停止され、水平CCD33における電荷の転送が停止される。また、設定された露光時間が第2の閾値α2(>α1)以上である場合には、水平転送パルスΦHは停止されること無く、露光完了後から継続的に水平CCD33において電荷が転送される。
When the set exposure time is less than the first threshold value α1, the generation and transmission of the horizontal transfer pulse ΦH are stopped during the high-speed sweep period, and the charge transfer in the
設定された露光時間が第1の閾値α1以上で第2の閾値α2未満である場合には、高速掃出し開始時に、水平転送パルスΦHの生成および送信が停止される。ただし、第1の閾値α1未満である場合と異なり、高速掃出し完了前に水平転送パルスΦHの生成および送信が開始され、水平CCD33における電荷の転送が再開される。
When the set exposure time is not less than the first threshold value α1 and less than the second threshold value α2, the generation and transmission of the horizontal transfer pulse ΦH are stopped when the high-speed sweep is started. However, unlike the case where it is less than the first threshold value α1, the generation and transmission of the horizontal transfer pulse ΦH is started before the high-speed sweep is completed, and the charge transfer in the
第1の閾値α1〜第2の閾値α2の範囲において露光時間が短くなるほど、水平CCD33における電荷転送の再開時期が遅延される。したがって、露光時間が長くなるほど、水平CCD33における転送停止期間が短くなるように制御される。
As the exposure time becomes shorter in the range of the first threshold value α1 to the second threshold value α2, the resumption timing of charge transfer in the
例えば、図7に示すように、設定された露光時間TvがP1である場合に露光完了時(タイミングt4)からt1’(ms)経過後に水平CCD33の転送を再開させる一方で、図8に示すように、設定された露光時間TvがP1より短いP2である場合にt1’(ms)よりさらに遅延させたt2’(ms)後に水平CCD33の転送が再開される。
For example, as shown in FIG. 7, when the set exposure time Tv is P1, transfer of the
垂直CCD32の高速掃出しを2回終了させると、第1の実施形態と同じく、偶数行の画素31の信号電荷の読出し、転送が実行される(タイミングt6、タイミングt7)。また、以後のタイミングt7〜タイミングt10においては、第1の実施形態と同じ制御が実行される。
When the high-speed sweeping of the
次に、第2の実施形態においてCPU14によって実行されるレリーズ制御の処理を図9のフローチャートを用いて説明する。レリーズ制御の処理はCPU14がレリーズボタンの全押しを検知したときに開始される。
Next, release control processing executed by the
ステップS200〜ステップS203では、第1の実施形態におけるステップS100〜ステップS103と同じ処理を実行する。ステップS203において垂直CCD32の高速掃出しを実行開始するとステップS204に進む。
In step S200 to step S203, the same processing as in step S100 to step S103 in the first embodiment is executed. When execution of high-speed sweeping of the
ステップS204では、ステップS200において検出した露光時間Tvが第1の閾値α1以上であるか否かを判別する。露光時間Tvが第1の閾値α1以上である場合には、ステップS205に進む。露光時間Tvが第1の閾値α1未満である場合には、ステップS209に進む。 In step S204, it is determined whether or not the exposure time Tv detected in step S200 is greater than or equal to the first threshold value α1. If the exposure time Tv is greater than or equal to the first threshold value α1, the process proceeds to step S205. If the exposure time Tv is less than the first threshold value α1, the process proceeds to step S209.
ステップS205では、水平転送パルスΦHの生成を停止させ、水平CCD33における電荷の転送を停止させる。転送停止後ステップ206に進み、ステップS200において検出した露光時間Tvが第2の閾値α2以上であるか否かを判別する。露光時間Tvが第2の閾値α2以上である場合には、ステップS207に進む。露光時間Tvが第2の閾値α2未満である場合には、ステップS208に進む。
In step S205, the generation of the horizontal transfer pulse ΦH is stopped, and the charge transfer in the
ステップS207では、垂直CCD32の高速掃出しの完了後に、垂直CCD32および水平CCD33に通常転送を再開させる。垂直CCD32および水平CCD33の通常転送の再開後、ステップS210に進む。
In step S207, normal transfer is resumed to the
ステップS208では、ステップS200において検出した露光時間に応じて定められる経過時間後に水平CCD33に通常転送を再開させる。水平CCD33の通常転送の再開後、ステップS209に進む。
In step S208, the normal transfer is restarted by the
前述のように、ステップS204において露光時間Tvが第1の閾値α1未満である場合またはおよびステップS208において水平CCD33の通常転送の再開させた場合には、垂直CCD32の高速掃出しの完了後に垂直CCD32の通常転送を再開させる。垂直CCD32の通常転送再開後、ステップS210に進む。
As described above, when the exposure time Tv is less than the first threshold value α1 in step S204 or when the normal transfer of the
以後のステップS210〜ステップS213では、第1の実施形態におけるステップS108〜ステップS111と同じ処理を実行して、偶数行の画素31の信号電荷の転送、垂直CCD32の高速掃出し、および奇数行の画素31の信号電荷の転送を実行する。奇数行のすべての画素31からの信号電荷の転送を完了すると、レリーズ制御の処理を終了する。
In subsequent steps S210 to S213, the same processing as in steps S108 to S111 in the first embodiment is executed to transfer the signal charges of the
以上のような第2の実施形態を適用した撮像素子駆動ユニットによれば、垂直CCD32の高速掃出しの実行中に水平CCD33の電荷転送を停止するので、消費電力を低減化することが可能である。
According to the image sensor driving unit to which the second embodiment as described above is applied, since the charge transfer of the
また、第2の実施形態によれば、露光時間Tvに応じて、垂直CCD32の高速掃出し中における水平CCD33の電荷転送の再開時期を調整するので第1の実施形態に比べて、さらに消費電力の低減化させることが可能である。
In addition, according to the second embodiment, the resumption timing of the charge transfer of the
なお、第1の実施形態において露光時間が閾値α以上である場合、および第2の実施形態において露光時間が第1の閾値α1以上である場合に、垂直CCDの高速掃出しの全期間中における水平CCDの電荷転送を停止する構成であるが、高速掃出しの一部の期間において水平CCDの電荷転送を停止する構成であっても消費電力を低減化可能である。 When the exposure time is equal to or greater than the threshold value α in the first embodiment and when the exposure time is equal to or greater than the first threshold value α1 in the second embodiment, Although the structure is such that the charge transfer of the CCD is stopped, the power consumption can be reduced even if the charge transfer of the horizontal CCD is stopped during a part of the high-speed sweep.
また、第1、第2の実施形態では、露光時間に応じて垂直CCDの高速掃出し中における水平CCDの駆動パターンを変える構成であるが、変えなくてもよい。例えば、露光時間にかかわらず、高速掃出し中には水平CCDの電荷転送時間の減少または電荷転送を停止する構成であってもよい。水平CCDの駆動パターンを変えなくても、消費電力を低減化することは可能である。 In the first and second embodiments, the drive pattern of the horizontal CCD is changed during high-speed sweeping of the vertical CCD according to the exposure time. For example, the charge transfer time of the horizontal CCD may be reduced or the charge transfer may be stopped during high-speed sweeping regardless of the exposure time. It is possible to reduce power consumption without changing the driving pattern of the horizontal CCD.
また、第2の実施形態では、露光時間が短くなるほど垂直CCDの高速掃出し期間中における水平CCDの転送再開時期を遅延させる構成であるが、露光時間が短くなるほど高速掃出し期間中における水平CCDの転送時間を短縮化する構成であってもよい。例えば、水平転送パルスΦHの生成頻度を低下させることにより累積転送時間を短縮化しても、第2の実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment, the horizontal CCD transfer restart timing during the high-speed sweeping period of the vertical CCD is delayed as the exposure time becomes shorter. However, the horizontal CCD transfer during the high-speed sweeping period becomes shorter as the exposure time becomes shorter. The structure which shortens time may be sufficient. For example, even if the cumulative transfer time is shortened by reducing the generation frequency of the horizontal transfer pulse ΦH, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
また、第1、第2の実施形態では、垂直CCD32には第1〜第4の電極36a〜36dが順番に繰返すように配置される構成であるが、電極の数は4種に限られない。また、水平CCD33には第5、第6の電極が順番に繰返すように配置される構成であるが、電極の数は2種に限られない。
In the first and second embodiments, the first to
また、第1、第2の実施形態では、撮像素子30はインターレーススキャンの2回読出しにより、信号電荷が出力アンプ34まで転送される構成であるが、読出し回数は2回に限られず3回以上に分けて読出されてもよい。さらには、プログレッシブスキャンにより1回で読み出される構成であってもよい。
In the first and second embodiments, the
また、第1、第2の実施形態では、撮像素子30はCCD撮像素子であるが、他の電荷転送型の撮像素子に対しても適用可能である。
In the first and second embodiments, the
10 一眼レフカメラ
12 タイミングジェネレータ(TG)
13 デジタルシグナルプロセッサ(DSP)
14 CPU
30 撮像素子
32 垂直CCD
33 水平CCD
35h1、35h2 第1、第2の水平転送端子
35v1〜35v4 第1〜第4の垂直転送端子
10
13 Digital signal processor (DSP)
14 CPU
30
33 Horizontal CCD
35h1, 35h2 First and second horizontal transfer terminals 35v1 to 35v4 First to fourth vertical transfer terminals
Claims (5)
前記信号電荷を転送させるための前記第1の転送信号である通常転送信号または前記第1の電荷転送路に残る電荷を掃出すための前記転送信号であって前記通常転送信号より周波数の大きな掃出し信号と、前記第2の転送信号とを生成して、前記撮像素子に送信する信号生成部と、
前記第1の電荷転送路に残る前記電荷を掃出させる掃出し期間中に、前記信号生成部に前記掃出し信号および累積生成期間が前記掃出し期間より短くなるように前記第2の転送信号を生成させる第1の制御部と、
前記撮像素子への露光時間を検出する検出部とを備え、
前記検出部により検出された前記露光時間が短くなるほど、前記掃出し期間中に前記第1の制御部は前記第2の転送信号の累積生成期間を減少させる
ことを特徴とする撮像素子駆動ユニット。 A plurality of pixels that generate signal charges according to the amount of received light; a first charge transfer path that transfers the signal charges read from the pixels at a speed according to the frequency of a first transfer signal; An image sensor driving unit for driving an image sensor having a second charge transfer path for transferring the signal charge transferred from one charge transfer path by a second transfer signal,
Sweeping a normal transfer signal that is the first transfer signal for transferring the signal charge or the transfer signal for sweeping out the charge remaining in the first charge transfer path, and having a frequency higher than that of the normal transfer signal A signal generation unit that generates a signal and the second transfer signal and transmits the signal to the image sensor;
During the sweep period in which the charge remaining in the first charge transfer path is swept, the signal generation unit generates the second transfer signal so that the sweep signal and the cumulative generation period are shorter than the sweep period. A first control unit ;
A detection unit for detecting an exposure time to the image sensor,
The higher the exposure time detected by the detection unit becomes short, the sweep is the first control unit during the imaging device drive unit, characterized in that Ru reduce the accumulated generation period of the second transfer signal.
前記第1の制御部は、初回の前記分割転送時期の直前の前記掃出し期間中に前記信号生成部に前記掃出し信号および前記累積生成期間が前記掃出し期間より短くなるように前記第2の転送信号を生成させ、2回目以降の前記分割転送時期の直前の前記掃出し期間中に前記信号生成部に前記掃出し信号の生成および前記第2の転送信号の生成停止を実行させる
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子駆動ユニット。 Second control for transferring the signal charge generated by exposing the optical image to the image pickup device at each divided transfer timing obtained by dividing the transfer timing of the signal charge through the first and second charge transfer paths. Part
The first control unit sends the second transfer signal to the signal generator so that the sweep signal and the cumulative generation period are shorter than the sweep period during the sweep period immediately before the first divided transfer time. And generating the sweep signal and stopping the generation of the second transfer signal during the sweep period immediately before the second and subsequent divided transfer times. 2. The image sensor driving unit according to 1.
前記信号電荷を転送させるための前記第1の転送信号である通常転送信号または前記第1の電荷転送路に残る電荷を掃出すための前記転送信号であって前記通常転送信号より周波数の大きな掃出し信号、および前記第2の転送信号を生成して、前記撮像素子に送信する信号生成部と、
前記第1の電荷転送路に残る前記電荷を掃出させる掃出し期間中に、前記信号生成部に前記掃出し信号および累積生成期間が前記掃出し期間より短くなるように前記第2の転送信号を生成させる第1の制御部と、
前記撮像素子への露光時間を検出する検出部とを備え、
前記検出部により検出された前記露光時間が短くなるほど、前記掃出し期間中に前記第1の制御部は前記第2の転送信号の累積生成期間を減少させる
ことを特徴とする撮像装置。 A plurality of pixels that generate signal charges according to the amount of received light; a first charge transfer path that transfers the signal charges read from the pixels at a speed according to the frequency of a first transfer signal; An imaging device having a second charge transfer path for transferring the signal charge transferred from one charge transfer path by a second transfer signal;
Sweeping a normal transfer signal that is the first transfer signal for transferring the signal charge or the transfer signal for sweeping out the charge remaining in the first charge transfer path, and having a frequency higher than that of the normal transfer signal A signal generation unit that generates a signal and the second transfer signal and transmits the signal to the image sensor;
During the sweep period in which the charge remaining in the first charge transfer path is swept, the signal generation unit generates the second transfer signal so that the sweep signal and the cumulative generation period are shorter than the sweep period. A first control unit ;
A detection unit for detecting an exposure time to the image sensor,
The higher the exposure time detected by the detection unit becomes short, imaging said sweep the first control unit during the period is characterized in that Ru reduce the accumulated generation period of the second transfer signal device.
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