JPH10150601A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の明るさにおける撮影のみならず、暗時
撮影でも余分な時間を要することなくノイズのない極め
て良好な画像を得る。 【解決手段】 撮像素子１２を、撮影時における被写体
の明るさに応じて、１回の撮影動作にて１組の画素Ｐ１
〜Ｐ４のうち所望数の画素の電荷を適宜加算して画像信
号を出力できるように構成する。そして、被写体からの
光量の大小に応じて、撮像素子１２から出力された画同
信号の信号レベルがある所定のしきい値以上のときには
電子シャッタにより露光制御を行い、前記しきい値以下
のときには同期制御回路１８が駆動回路１３を制御し、
撮像素子１２において１回の撮影動作にて１組の画素Ｐ
１〜Ｐ４のうち所望数の画素の電荷を適宜加算して画像
信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全画素読み出し機
能を持ったインターライン構造を有するＣＣＤ（Charge
Coupled Device ：電荷結合素子）などの撮像素子を具
備する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、高解像度の電子スチルカメラ
等に用いて好適な高画素数の撮像素子としては、インタ
ーライン型のＣＣＤイメージセンサがある。このＣＣＤ
イメージセンサは、図１１に示すように、マトリクス状
に配列されて入射した光を電荷に変換する光電変換要素
（画素）１０１と、この画素１０１のそれぞれに蓄えら
れた電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送
部（ＶＣＣＤ）１０２と、このＶＣＣＤ１０２から転送
されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送
部（ＨＣＣＤ）１０３と、転送された信号電荷を画像信
号として出力端子１０５から出力する出力部１０４とを
備えて構成されている。

【０００３】このインターライン型のＣＣＤイメージセ
ンサは、以下に示すように機能する。先ず、画素１０１
で光電変換された信号電荷がＶＣＣＤ１０２に転送さ
れ、図示の如く４相駆動型の場合には各駆動パルスφＶ
１，φＶ２，φＶ３及びφＶ４により順次ＨＣＣＤ１０
３に転送される。続いて、ＨＣＣＤ１０３において、図
示の如く２相駆動型の場合にはＶＣＣＤ１０２から転送
されてきた水平１列分の信号電荷が各駆動パルスφＨ１
及びφＨ２により順次出力部１０４に転送され、この出
力部１０４において信号電荷が画像信号（電圧）に変換
されて出力端子１０５から出力される。

【０００４】上述のＣＣＤイメージセンサを露光制御機
能を備えた撮像装置に適用した場合のブロック図を図１
２に示す。この撮像装置は、レンズ１１１及びその絞り
１１２と、上述のインターライン型のＣＣＤイメージセ
ンサである撮像素子１１３と、絞り１１２及び撮像素子
１１３の駆動回路１１４，１１５と、撮像素子１１３か
らの画像信号レベルを検出するためのレベル検出回路１
１６と、画像信号のレベルを制御する利得制御回路１１
７と、画像信号に必要な処理を加える信号処理回路１１
８と、撮像素子１１３の１回の撮影動作で出力した全画
素の画像信号を一時的に記憶する画像メモリ１１９と、
画像信号から画像を構成して表示する電子ビューファイ
ンダや液晶ディスプレイのような画像表示部１２０と、
撮像装置全体を制御する同期制御回路１２１とから構成
されている。

【０００５】以下、上述のように構成された撮像装置の
動作について説明する。先ず、絞り１１２により適切な
入射光量とされたレンズ１１１から光が撮像素子１１３
に入射し、同期制御回路１２１の制御により駆動回路１
１５が駆動してこの光が撮像素子１１３において光電変
換されて画像信号となって出力される。続いて、この画
像信号の信号レベルがレベル検出回路１１６にて検出さ
れ、それに応じた同期制御回路１２１の制御によって利
得制御回路１１７において画像信号のレベルが制御さ
れ、或いは駆動回路１１４により絞り１１２が調節され
る。続いて、この画像信号が信号処理回路１１８におい
て必要な処理を受け、画像メモリ１１９に記憶される。
そして、画像表示部１２０において画像信号に基づいて
画像が構成されて表示される。

【０００６】ところで、画像表示部１２０が、撮像素子
１１３の１回の撮影動作で出力可能な画素数より垂直方
向の画素数が少ないものである場合には、撮像素子１１
３が１回の撮影動作で出力した画像信号を画像メモリ１
１９に記憶させ、垂直方向の画素列を間引いて画像表示
部１２０と同じ垂直画素数として画像表示部１２０に出
力したり、撮像素子１１３が１回の撮影動作で出力した
画像信号から信号処理回路１１８により画像表示部１２
０と同じ垂直画素数に間引いて画像メモリ１１９に記憶
させ、画像表示部１２０に出力したりすればよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来、上述のような構
成の撮像装置を用いる際に、操作者が画像表示部１２０
を見ながら、例えば屋外から屋内へ撮影する被写体を変
更したとき等のように、被写体の明るさが低下した場合
には、以下のように対処していた。即ち、撮像素子１１
３が出力する画像信号の信号レベルをレベル検出回路１
１６で検出し、同期制御回路１２１において、この信号
レベルがあるしきい値以下であると判断された場合に
は、同期制御回路１２１が、利得制御回路１１７を制御
して信号増幅率を増大させたり、駆動回路１１４を制御
して絞り１１２を開いたりすることにより、画像表示部
１２０に画像を表示していた。

【０００８】しかしながら、上述のような従来の撮像装
置において、例えばストロボ等の補助光が必要な暗時撮
影では、被写体を撮影表示するための十分な明るさが確
保できないことがある。このような場合、利得制御回路
１１７を制御して信号増幅率を増大させる方法では、撮
像素子１１３の出力部１０４で発生するノイズも共に増
大させてしまうために良好な画像が得られない。また、
駆動回路１１４を制御して絞り１１２を開く方法では、
シャッタを押してからストロボが発行するまでに適切な
露光条件に合わせた絞りに変更するため、時間がかかる
という問題がある。

【０００９】そこで、本発明の目的は、通常の明るさに
おける撮影のみならず、暗時撮影でも余分な時間を要す
ることなくノイズのない極めて良好な画像を得ることの
できる撮像装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、水
平及び垂直方向に配設された光電変換要素である複数の
画素と、垂直方向の前記画素列毎に設けられ前記画素か
らの電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部
と、前記垂直電荷転送部の一方に接続され当該垂直電荷
転送部から転送される電荷を水平方向に転送する水平電
荷転送部と、Ｎを３以上の自然数として、垂直方向にＮ
画素おきに共通に前記画素に接続され、前記画素から垂
直電荷転送部への信号電荷の読み出しを制御するととも
に前記垂直電荷転送部から前記水平電荷転送部への信号
電荷の転送を制御する電極と、前記水平電荷転送部から
転送された信号電荷を画像信号に変換して出力する出力
部とを具備する撮像素子を有し、垂直方向に繰り返し配
設されてなるＮ画素の組について、２画素からＮ画素ま
でのうち適切な画素数分の信号電荷を前記電極から読み
出し、前記垂直電荷転送部或いは前記水平電荷転送部に
おいてこれらの信号電荷を加算して、前記出力部から画
像信号として出力することができるように構成されてい
る。

【００１１】本発明の撮像装置の一態様例は、前記撮像
素子から出力される画像信号の信号レベルを検出するレ
ベル検出手段と、前記レベル検出手段からの画像信号に
応じて、１つの画素の信号電荷を読み出すためのパルス
或いは２画素からＮ画素までの所定画素数を指定してそ
れらの信号電荷を加算して読み出すためのパルスを発生
させる同期制御手段とを更に有し、前記同期制御手段に
おいて、前記レベル検出手段から入力された画像信号に
応じて、加算する画素数が適宜切り換えられるように構
成されている。

【００１２】本発明の撮像装置の一態様例においては、
前記同期制御手段が、前記レベル検出手段から入力され
た画像信号の信号レベルが所定のしきい値以上である場
合には、１画素の信号電荷のみを読み出すように前記撮
像素子を制御し、前記画像信号の信号レベルが前記しき
い値より小さい場合には、当該信号レベルに応じた画素
数の信号電荷を読みだして加算するように前記撮像素子
を制御する。

【００１３】本発明の撮像装置の一態様例は、前記撮像
素子からの画像信号を撮影画像として表示する画像表示
装置であって、前記撮像素子の１回の撮影動作で出力可
能な画素数より垂直方向の画素数が少ない画像表示装置
を更に有する。

【００１４】本発明の撮像装置の一態様例は、前記撮像
素子において、所定の期間に前記画素の信号電荷を一斉
に排出させることができるように構成されている。

【００１５】本発明の撮像装置の一態様例においては、
前記撮像素子の前記画素に垂直方向に同一色とされた色
フィルタが設けられ、前記色フィルタが、水平方向に２
色、３色或いは４色毎に同色となるように繰り返し配設
されている。

【００１６】本発明の撮像装置の一態様例は、前記撮像
素子から出力される画像信号の信号レベルを検出するレ
ベル検出手段と、前記レベル検出手段からの画像信号に
応じて、１つの画素の信号電荷を読み出すためのパルス
或いは２画素からＮ画素までの所定画素数を指定してそ
れらの信号電荷を加算して読み出すためのパルスを発生
させる同期制御手段と、前記同期制御手段により制御さ
れ、前記撮像素子から出力される画像信号の振幅を変化
させることができる利得制御手段とを更に有し、前記同
期制御手段が２画素からＮ画素までの所定画素数の信号
電荷の加算を指定した際に、前記利得制御手段が画像信
号の振幅が前記所定画素数に相当する振幅となるまで複
数の撮像期間にわたって画像信号の振幅を各撮像期間毎
に漸次増大させてゆく。

【００１７】本発明の撮像装置の一態様例においては、
前記同期制御手段が、前記レベル検出手段から入力され
た画像信号の信号レベルが所定のしきい値以上である場
合には、１画素の信号電荷のみを読み出すように前記撮
像素子を制御し、前記画像信号の信号レベルが前記しき
い値より小さい場合には、当該信号レベルに応じた画素
数の信号電荷を読みだして加算するように前記撮像素子
を制御する。

【００１８】本発明の撮像装置の一態様例において、前
記利得制御手段が、画像信号の振幅を各撮像期間毎に漸
次増大させてゆくための複数の制御モードを有し、前記
制御モードを適宜切り換えることができるように構成さ
れている。

【００１９】本発明の撮像装置の一態様例は、前記撮像
素子からの画像信号を撮影画像として表示する画像表示
装置であって、前記撮像素子の１回の撮影動作で出力可
能な画素数より垂直方向の画素数が少ない画像表示装置
を更に有する。

【００２０】本発明の撮像装置の一態様例は、前記撮像
素子において、所定の期間に前記画素の信号電荷を一斉
に排出させることができるように構成されている。

【００２１】本発明の撮像装置の一態様例においては、
前記撮像素子の前記画素に垂直方向に同一色とされた色
フィルタが設けられ、前記色フィルタが、水平方向に２
色、３色或いは４色毎に同色となるように繰り返し配設
されている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る撮像装置のい
くつかの具体的な実施の形態について図面を参照しなが
ら詳細に説明する。

【００２３】（第１の実施の形態）先ず、第１の実施の
形態について説明する。この第１の実施の形態に係る撮
像装置は、図１に示すように、レンズ１１と、インター
ライン型のＣＣＤイメージセンサである撮像素子１２
と、撮像素子１２の駆動回路１３と、撮像素子１２から
の画像信号レベルを検出するためのレベル検出回路１４
と、画像信号に必要な処理を加える信号処理回路１５
と、撮像素子１２の１回の撮影動作で出力した全画素の
画像信号を一時的に記憶する画像メモリ１６と、画像信
号から画像を構成して表示するいわゆる電子ビューファ
インダや液晶ディスプレイのような画像表示部１７と、
撮像装置全体を制御する同期制御回路１８とから構成さ
れている。ここで、画像表示部１７は、撮像素子１２の
１回の撮影動作で出力可能な画素数より垂直方向の画素
数が少なく構成されている。

【００２４】ここで、撮像素子１２は、図２に示すよう
に、マトリクス状に配列されて入射した光を電荷に変換
する光電変換要素（画素）１と、この画素１のそれぞれ
に蓄えられた電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直
電荷転送部（ＶＣＣＤ）２と、このＶＣＣＤ２から転送
されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送
部（ＨＣＣＤ）３と、転送された信号電荷を画像信号と
して出力端子５から出力する出力部４とを備えて構成さ
れている。

【００２５】この撮像素子１２は、いわゆる８相駆動型
のものであり、ＶＣＣＤ２には転送電極として機能する
各電極Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７及び
Ｄ８がそれぞれ設けられ、１つの画素１に２つの前記電
極が接続されている。即ち、ある画素１（Ｐ１）に電極
Ｄ１，Ｄ２が接続され、画素Ｐ１に隣接する画素Ｐ２に
電極Ｄ３，Ｄ４、画素Ｐ２に隣接する画素Ｐ３に電極Ｄ
５，Ｄ６、画素Ｐ３に隣接する画素Ｐ４に電極Ｄ７，Ｄ
８が接続されており、これら画素Ｐ１〜Ｐ４が１組とさ
れて各ＶＣＣＤ２に沿った垂直方向に繰り返し配列され
ている。

【００２６】これら電極Ｄ１〜Ｄ８のうち、電極Ｄ１，
Ｄ３，Ｄ５及びＤ７が読み出し電極としても機能する。
即ち、繰り返し配列された各組の画素Ｐ１〜Ｐ４に対し
て、電極Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５及びＤ７がそれぞれ共通に接
続されており、４画素毎に電極Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５及びＤ
７がそれぞれ共通に接続されていることになる。従って
この場合、画像表示部１７の垂直方向の画素数は、撮像
素子１２の垂直方向の画素数の４分の１以上あればよ
い。

【００２７】電荷読み出し時には、電極Ｄ１，Ｄ３，Ｄ
５及びＤ７にφＶ１，φＶ３，φＶ５及びφＶ７が印加
されて、各画素１で光電変換された信号電荷がＶＣＣＤ
２に読み出される。また、電荷転送時には、これら電極
Ｐ１〜Ｐ８に駆動パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ
４，φＶ５，φＶ６，φＶ７及びφＶ８が印加されて、
画素１で光電変換された信号電荷がＶＣＣＤ２からＨＣ
ＣＤ３へ順次転送される。このようにして読み出され、
ＨＣＣＤ３に転送された水平１列分の画像信号は、ＨＣ
ＣＤ３において、図示の如く２相駆動型の場合には各駆
動パルスφＨ１及びφＨ２により順次出力部４に転送さ
れ、この出力部４において信号電荷が画像信号（電圧）
に変換されて出力端子５から出力される。

【００２８】以下、上述のように構成された撮像装置の
動作について説明する。本第１の実施の形態において
は、撮像素子１２が、撮影時における被写体の明るさに
応じて、当該撮像素子１２による１回の撮影動作にて１
組の画素Ｐ１〜Ｐ４のうち所望数の画素の電荷を適宜加
算して画像信号を出力することができる。

【００２９】先ず、被写体からの光がレンズ１１から撮
像素子１２に入射し、同期制御回路２１の制御により駆
動回路１３が駆動してこの光が撮像素子１２において光
電変換されて画像信号となって出力される。続いて、こ
の画像信号の信号レベルがレベル検出回路１４にて検出
され、被写体からの光量の大小に応じて、この信号レベ
ルがある所定のしきい値以上のときには電子シャッタに
より露光制御を行い、信号レベルが前記しきい値以下の
ときには同期制御回路１８が駆動回路１３を制御し、撮
像素子１２において１回の撮影動作にて１組の画素Ｐ１
〜Ｐ４のうち所望数の画素の電荷を適宜加算して画像信
号を出力する。続いて、この画像信号が信号処理回路１
５において必要な処理を受け、画像メモリ１６に記憶さ
れる。そして、画像表示部１７において画像信号に基づ
いて画像が構成されて表示されることになる。

【００３０】ここで、被写体の十分な明るさが確保で
き、信号レベルが前記しきい値以上の場合（ここでは１
画素の電荷を読み出して転送する場合）と暗時撮影であ
って信号レベルが前記しきい値以下の場合（ここでは３
画素の電荷を加算する場合）の各々について順次説明す
る。

【００３１】先ず、各組の画素Ｐ１〜Ｐ４のうち１画素
（画素Ｐ１）の電荷を読み出して転送する場合について
述べる。図３に、撮像素子１２において、垂直方向に繰
り返す４画素おきの画素の信号電荷のみを読み出す場合
のタイミングチャートを示す。ここで、ＶＤが、垂直ブ
ランキング期間をロー電位（低電位）で表す垂直同期信
号であり、ＨＤが、水平ブランキング期間をロー電位
（低電位）で表す水平同期信号である。φＶ１，φＶ
３，φＶ５及びφＶ７は、ＶＣＣＤ２の８相駆動パルス
の代表として示された駆動パルスであり、φＨ１は、Ｈ
ＣＣＤ３の２相駆動パルスの代表として示された駆動パ
ルスである。ＶSUB は、画素１に蓄積される電荷を基板
に掃き出すことのできる期間を指定する電荷掃き出し信
号であり、パルス２５により電荷の掃き出しが指示され
る。また、駆動パルスφＶ１に示されたパルス２１は、
垂直方向に連続する４画素からなる組によって水平方向
に構成される水平画素列のうち、第１の水平画素列の信
号電荷をＶＣＣＤ２に読み出す第１の読み出しパルスを
示している。

【００３２】上述の各信号において、期間Ｔ１は撮像期
間の繰り返し周期を概略示しており、期間Ｔ1Aは電荷掃
き出し信号ＶSUB の連続する掃き出しパルス２５が印加
され終わってから読み出しパルス２１が印加されるまで
の期間を示している。また、時刻ｔ１は読み出しパルス
２１が印加されるタイミングを、時刻ｔ２は次の撮像期
間において掃き出しパルス２５の印加が開始されるタイ
ミングをそれぞれ示す。

【００３３】図３において、撮像期間Ｔ１の開始時刻か
ら蓄積期間Ｔ1Aの開始時刻までの間においては、電荷掃
き出し信号ＶSUB の連続する掃き出しパルス２５が印加
され続けているので、各画素１の電荷は常に掃き出され
ている。そして、掃き出しパルス２５の印加が終了した
後、蓄積期間Ｔ1Aの間に発生した電荷のみが、信号電荷
として画素１に蓄積される。そして、蓄積期間Ｔ1Aが終
了した時刻ｔ１のタイミングにおいて読み出しパルス２
１が印加され、第１の画素Ｐ１の信号電荷がＶＣＣＤ２
の電極Ｄ１に読み出される。

【００３４】続いて、８相駆動パルスφＶ１〜φＶ８に
より、信号電荷がＨＣＣＤ３の方向へ転送される。この
ときの様子を図４の模式図に示す。ここで、Ｐ１〜Ｐ４
が垂直方向に連続する４画素の組を示す。また、状態２
７はＶＣＣＤ２の電極が蓄積状態にあることを示し、状
態２６はＶＣＣＤ２の電極がバリア状態にあり信号電荷
が存在しないことを示しており、時刻ｔ１が図３の時刻
ｔ１に対応し、第１の画素Ｐ１が読み出された状態を示
す。このように、時刻ｔ１のタイミングにおいて読み出
された各々の画素Ｐ１の信号電荷が８相駆動パルスによ
って次に繰り返される画素Ｐ１の位置まで転送され、画
像信号に変換されて出力される。更に、時刻ｔ２のタイ
ミングにおいて掃き出し信号２５の印加が開始されるた
め、ＶＣＣＤ２に読み出されなかった第２の画素Ｐ２，
第３の画素Ｐ３及び第４の画素Ｐ４の信号電荷はこのと
きに掃き出される。

【００３５】そして、上述のように、この画像信号が画
像メモリ１６に記憶され、同期制御回路１８からの制御
信号によって２次元の画像となるように画像表示部１７
に表示される。

【００３６】なお、上述のように、撮像素子１２から出
力された画像信号の信号レベルがある所定のしきい値以
上のときには、露光時間に相当する蓄積期間Ｔ1Aを短く
することにより露光制御を行ってもよい。

【００３７】続いて、各組の画素Ｐ１〜Ｐ４のうち３画
素（Ｐ１〜Ｐ３）の電荷を読み出して転送する場合につ
いて述べる。図５に、撮像素子１２において、垂直方向
に繰り返す４画素のうちの３画素の信号電荷を加算して
読み出す場合のタイミングチャートを示す。ここで、Ｖ
Ｄが、垂直ブランキング期間をロー電位（低電位）で表
す垂直同期信号であり、ＨＤが、水平ブランキング期間
をロー電位（低電位）で表す水平同期信号である。φＶ
１，φＶ３，φＶ５及びφＶ７は、ＶＣＣＤ２の８相駆
動パルスの代表として示された駆動パルスであり、φＨ
１は、ＨＣＣＤ３の２相駆動パルスの代表として示され
た駆動パルスである。ＶSUB は、画素１に蓄積される電
荷を基板に掃き出すことのできる期間を指定する電荷掃
き出し信号であり、パルス２５により電荷の掃き出しが
指示される。また、駆動パルスφＶ１に示されたパルス
２１は、垂直方向に連続する４画素からなる組によって
水平方向に構成される水平画素列のうち、第１の水平画
素列の信号電荷をＶＣＣＤ２に読み出す第１の読み出し
パルスを示し、パルス２１は第２の水平画素列の信号電
荷をＶＣＣＤ２に読み出す第２の読み出しパルス、パル
ス２３は第３の水平画素列の信号電荷をＶＣＣＤ２に読
み出す第３の読み出しパルスをそれぞれ示している。

【００３８】上述の各信号において、期間Ｔ２は撮像期
間の繰り返し周期を概略示しており、期間Ｔ2Aは電荷掃
き出し信号ＶSUB の連続する掃き出しパルス２５が印加
され終わってから読み出しパルス２１，２２，２３が印
加されるまでの期間を示している。また、時刻ｔ３は読
み出しパルス２１，２２，２３が印加されるタイミング
を、時刻ｔ４は次の撮像期間において掃き出しパルス２
５の印加が開始されるタイミングをそれぞれ示す。

【００３９】図５に示すように、撮像期間Ｔ２の開始時
刻から蓄積期間Ｔ2Aの開始時刻までの間においては、電
荷掃き出し信号ＶSUB の連続する掃き出しパルス２５が
印加され続けているので、各画素１の電荷は常に掃き出
されている。そして、掃き出しパルス２５の印加が終了
した後、蓄積期間Ｔ2Aの間に発生した電荷のみが、信号
電荷として画素１に蓄積される。そして、蓄積期間Ｔ2A
が終了した時刻ｔ３のタイミングにおいて読み出しパル
ス２１，２２，２３がそれぞれ印加され、第１の画素Ｐ
１、第２の画素Ｐ２及び第３の画素Ｐ３の信号電荷がそ
れぞれＶＣＣＤ２の電極Ｄ１，Ｄ３及びＤ５に読み出さ
れる。

【００４０】続いて、８相駆動パルスφＶ１〜φＶ８に
より、信号電荷がＨＣＣＤ３の方向へ転送される。この
ときの様子を図６の模式図に示す。ここで、Ｐ１〜Ｐ４
が垂直方向に連続する４画素の組を示す。また、状態２
７はＶＣＣＤ２の電極が蓄積状態にあることを示し、状
態２６はＶＣＣＤ２の電極がバリア状態にあり信号電荷
が存在しないことを示しており、時刻ｔ３が図５の時刻
ｔ３に対応し、第１〜第３の画素Ｐ１〜Ｐ３がそれぞれ
読み出された状態を示す。このように、時刻ｔ３のタイ
ミングにおいて読み出された各々の画素Ｐ１〜Ｐ３の信
号電荷が加算され、８相駆動パルスによって次に繰り返
される画素Ｐ１の位置まで転送されることが分かる。ま
た、図６の電荷蓄積状態を見れば明らかなように、信号
電荷が加算された後も必ず３電極以上が蓄積状態にある
ので、ＶＣＣＤ２内で加算された信号電荷が溢れること
なく転送されることになる。続いて、この加算された信
号電荷が画像信号に変換されて出力される。

【００４１】そして、上述のように、この画像信号が画
像メモリ１６に記憶され、同期制御回路１８からの制御
信号によって２次元の画像となるように画像表示部１７
に表示される。

【００４２】なお、この第１の実施の形態においては、
垂直方向に繰り返す４画素のうちの３画素を加算して読
み出す場合について説明したが、本発明はこれに限定さ
れることなく、２画素或いは４画素を加算することによ
り適切な画像信号を得ることも可能である。また、この
第１の実施の形態においては、画素１の信号電荷の加算
をＶＣＣＤ２内で行う場合について説明したが、このＶ
ＣＣＤ２の代わりにＨＣＣＤ３内で加算を行うこともで
きる。

【００４３】また、この第１の実施の形態においては、
撮像素子１２に図７（ａ）或いは図７（ｂ）に示すよう
な色フィルタ２９を設けてもよい。この色フィルタ２９
は、垂直方向に配列された画素２８を覆うようにストラ
イプ状とされている。図７（ａ）には、水平方向に赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色フィルタ２９が
繰り返し配設された状態が、図７（ｂ）には、水平方向
にシアン（Ｃｙ）、緑（Ｇ）、黄（Ｙｅ）の３色の色フ
ィルタ２９が繰り返し配設された状態がそれぞれ示され
ている。このように、垂直方向にストライプ状の各色フ
ィルタ２９を用いることにより、垂直方向の画素２８の
信号電荷を加算しても、信号処理回路１５の処理によっ
て色分離が可能な撮像装置を構成することが可能とな
る。

【００４４】上述のように、第１の実施の形態の撮像装
置によれば、通常撮影時及び撮像素子１２から出力され
た画像信号の信号レベルがある所定のしきい値以上のと
きには、電子シャッタの動作で露光制御を行い、前記画
像信号の信号レベルがある所定のしきい値以下のときに
は、同期制御回路１８からの制御信号によって通常撮影
時に間引いていた画素１（例えば第２，第３の画素Ｐ
２，Ｐ３）の信号電荷と読み出していた画素１（第１の
画素Ｐ１）の信号電荷とを加算して、画像信号の信号レ
ベルを増大させて良好な画像表示を実現することができ
る。

【００４５】更に、第１の実施の形態の撮像装置によれ
ば、従来の如く利得制御回路を駆使して信号増幅率を増
大させる手法とは異なり、複数の画素の信号電荷を加算
することで画像信号の信号レベルを増大させるため、利
得制御回路による信号増幅率の増大と共に撮像素子の出
力部で発生するノイズを増大させてしまうという問題が
生じることはない。また、露光制御を絞りを用いずに露
光制御を行うことができるので、例えば操作者がシャッ
タを押してからストロボが発行するまでの時間を短縮さ
せることも可能である。

【００４６】更に、第１の実施の形態の撮像装置によれ
ば、絞りを用いずに電子シャッタのみで露光制御を行う
ことや画像メモリの搭載を省略すること等が可能である
ので、装置全体の小型化やコストの低減化を実現するこ
ともできる。

【００４７】（第２の実施の形態）続いて、第２の実施
の形態について説明する。なお、第１の実施の形態に係
る撮像装置と同様の構成要素等については同符号を記し
て説明を省略する。

【００４８】この第２の実施の形態に係る撮像装置は、
図８に示すように、図１に示した第１の実施の形態に係
る撮像装置とほぼ同様の構成を有するが、撮像素子１２
とレベル検出回路１４との間に、撮像素子１２から出力
された画像信号の信号レベルを制御するための利得制御
回路３１が付加されている点で第１の実施の形態の場合
と相違する。

【００４９】ここで、例えば暗時撮影において、撮像素
子１２から出力された画像信号の信号レベルがある所定
のしきい値以下である場合には、第１の実施の形態で既
述したように、同期制御回路１８からの制御信号によっ
て通常撮影時に間引いていた画素１（例えば第２，第３
の画素Ｐ２，Ｐ３）の信号電荷と読み出していた画素１
（第１の画素Ｐ１）の信号電荷とを加算して、画像信号
の信号レベルを増大させて撮像素子１２から出力する。

【００５０】ところがこの場合、画素Ｐ１〜Ｐ４を１組
とする垂直方向の画素列のうち、第１の画素Ｐ１のみの
信号電荷のみを読み出していた状態（図４に相当する）
から、この第１の画素Ｐ１の信号電荷に例えば第２，第
３の画素Ｐ２，Ｐ３の信号電荷を加算し、信号レベルが
増大、この場合では３倍に増大された状態に瞬時に移行
することになる。従って、画像表示部１７の画面の輝度
が突然３倍に増大し、操作者にとっては画面が非常に見
づらいものとなる懸念がある。

【００５１】そこで、本第２の実施の形態においては、
利得制御回路３１が、撮像素子１２から出力された画像
信号の信号レベルを制御し、画素Ｐ１の信号電荷のみの
信号レベルから各信号出力期間毎に諸々の割合で信号増
幅率を漸次増大させ、所定の信号出力期間の経過時に利
得を１、この場合では画像信号の信号レベルを画素Ｐ１
の信号電荷のみの信号レベルの３倍となるように調節す
る。

【００５２】具体的に、利得制御回路３１による画像信
号の信号レベルの制御状態を図９に示す。この図９は、
撮像素子１２からの出力信号Sig1と、利得制御回路３１
からの出力信号Sig2、及び利得制御回路３１の信号増幅
率Ａの関係を表している。各信号において、期間Ｔ'1
は、図３の撮像期間Ｔ１で撮像した画像の信号出力期
間、即ち撮像素子１２から４画素おきの信号電荷のみを
出力する場合の信号出力期間を、期間Ｔ'2は、図５の撮
像期間Ｔ２で撮像した画像の信号出力期間、即ち撮像素
子１２から４画素のうちの３画素の信号電荷を加算して
出力する場合の信号出力期間をそれぞれ示す。

【００５３】被写体の明るさが低下したことに応じて、
信号出力期間がＴ'1からＴ'2に切り換えられたことに合
わせて、利得制御回路３１が信号増幅率Ａを４つの信号
出力期間Ｔ'2にわたって３／６、４／６、５／６、６／
６（＝１）と変化させる。すると、それに伴って利得制
御回路３１からの出力信号Sig2の信号レベルが、信号出
力期間がＴ'1における信号レベルを基準として１．５
倍、２倍、２．５倍、そして３倍と変化する。このよう
に、画像信号の信号レベルを漸次変化させることによ
り、画像表示部１７上の輝度変化を緩和して、画面を見
易いものとすることができる。

【００５４】ここで、利得制御回路３１による画像信号
の変化率を上述のように一定とするのみならず、例えば
当初の信号出力期間Ｔ'2には画像信号の増加率を大きく
し、次の信号出力期間Ｔ'2からは画像信号の増加率が当
初の信号出力期間Ｔ'2に比して小さくなるように、利得
制御回路３１の制御モードを変えてもよい。具体的に
は、図１０に示すように、信号出力期間がＴ'1からＴ'2
に切り換えられたことに合わせて、利得制御回路３１が
信号増幅率Ａを３つの信号出力期間Ｔ'2にわたって６／
９、８／９、９／９（＝１）と変化させる。すると、そ
れに伴って利得制御回路３１からの出力信号Sig2の信号
レベルが、信号出力期間がＴ'1における信号レベルを基
準として２倍、８／３倍、そして３倍と変化する。この
ように、画像信号の信号レベルを漸次変化させることに
より、画像表示部１７上の輝度変化を緩和して、画面を
見易いものとすることができるとともに、輝度が変化し
終わるまでの時間を短縮することが可能となる。

【００５５】なお、この第２の実施の形態においては、
垂直方向に繰り返す４画素のうちの３画素を加算して読
み出す場合について説明したが、本発明はこれに限定さ
れることなく、２画素或いは４画素を加算することによ
り適切な画像信号を得ることも可能である。また、この
第２の実施の形態においては、４つの信号出力期間にわ
たって信号増幅率Ａの制御を行ったが、さらに多くの信
号出力期間を用いることにより、輝度の変化をゆっくり
行うこともできるし、少ない信号出力期間を用いること
により、輝度が変化し終わるまでの時間を短縮すること
もできる。また、加算する画素数に合わせて、信号増幅
率Ａの制御を行う信号出力期間の数を変えることによ
り、最適な画像表示を選択することもできる。更に、こ
の第２の実施の形態においては、画素１の信号電荷の加
算をＶＣＣＤ２内で行う場合について説明したが、この
ＶＣＣＤ２の代わりにＨＣＣＤ３内で加算を行うことも
できる。

【００５６】上述のように、第２の実施の形態の撮像装
置によれば、通常撮影時及び撮像素子１２から出力され
た画像信号の信号レベルがある所定のしきい値以上のと
きには、電子シャッタの動作で露光制御を行い、前記画
像信号の信号レベルがある所定のしきい値以下のときに
は、同期制御回路１８からの制御信号によって通常撮影
時に間引いていた画素１（例えば第２，第３の画素Ｐ
２，Ｐ３）の信号電荷と読み出していた画素１（第１の
画素Ｐ１）の信号電荷とを加算して、画像信号の信号レ
ベルを増大させて良好な画像表示を実現することができ
る。

【００５７】更に、第２の実施の形態の撮像装置によれ
ば、従来の如く利得制御回路を駆使して信号増幅率を増
大させる手法とは異なり、複数の画素の信号電荷を加算
することで画像信号の信号レベルを増大させるため、利
得制御回路による信号増幅率の増大と共に撮像素子の出
力部で発生するノイズを増大させてしまうという問題が
生じることはない。また、露光制御を絞りを用いずに露
光制御を行うことができるので、例えば操作者がシャッ
タを押してからストロボが発行するまでの時間を短縮さ
せることも可能である。

【００５８】この場合、撮像素子１２とレベル検出回路
１４との間に利得制御回路３１を設け、各信号出力期間
Ｔ'2毎に画像信号レベルを漸次増大させて信号電荷の加
算数に応じた画像信号レベルとすることにより、画像表
示部１７上の輝度変化を緩和して、画面を見易いものと
することができる。更にこの場合、信号増幅率Ａの変化
率の異なる種々の制御モードを用意することにより、そ
れらを適宜切り換えるて暗時撮影における画素加算によ
る輝度変化を操作者にとって違和感のない設定とするこ
とができる。

【００５９】更に、第２の実施の形態の撮像装置によれ
ば、絞りを用いずに電子シャッタのみで露光制御を行う
ことや画像メモリの搭載を省略すること等が可能である
ので、装置全体の小型化やコストの低減化を実現するこ
ともできる。

【００６０】

【発明の効果】本発明の撮像装置によれば、撮像素子か
ら出力された画像信号の信号レベルがあるしきい値以上
のときには、電子シャッタにより露光時間に相当する蓄
積時間を短くすることで露光を制御し、前記信号レベル
がしきい値以下のときには、複数の画素の信号電荷を加
算して画像信号とする。従って、被写体の明るさに応じ
てノイズのない良好な画像表示が実現できる。

【００６１】更に、撮像素子に利得制御回路を接続し、
この利得制御回路により撮像素子から出力された画像信
号の信号増幅率を所定数の信号出力期間にわたって変化
させることにより、画像表示部における急激な輝度変化
を防止して操作者にとって違和感のない画像表示が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を示
すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構
成要素である撮像素子を示す模式図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を用
いた通常撮影時のタイミングチャートを示す特性図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構
成要素である撮像素子において、通常撮影時の垂直方向
への振動電荷の転送状態を示す模式図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を用
いた暗時撮影におけるタイミングチャートを示す特性図
である。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構
成要素である撮像素子において、暗時撮影における垂直
方向への振動電荷の転送状態を示す模式図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構
成要素である撮像素子に色フィルタが装着された様子を
示す模式図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置を示
すブロック図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の構
成要素である利得制御回路による利得制御の一例を示す
特性図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の
構成要素である利得制御回路による利得制御の他の例を
示す特性図である。

【図１１】従来の撮像装置を示すブロック図である。

【図１２】従来の撮像装置の構成要素である撮像素子を
示す模式図である。

【符号の説明】

１ 画素 ２ ＶＣＣＤ ３ ＨＣＣＤ ４ 出力部 ５ 出力端子 １１ レンズ １２ 撮像素子 １３ 駆動回路 １４ レベル検出回路 １５ 信号処理回路 １６ 画像メモリ １７ 画像表示部 １８ 同期制御回路 ２１，２２，２３ 読み出しパルス ２５ 掃き出しパルス Ｄ１〜Ｄ８ 電極 Ｐ１〜Ｐ４ １組の画素 φＶ１〜φＶ８ 垂直方向の転送パルス φＨ１〜φＨ８ 水平方向の転送パルス ＶＤ 垂直同期信号 ＨＤ 水平同期信号 ＶSUB 電荷掃き出し信号 Ｔ１ 通常撮影時の撮像期間 Ｔ２ 暗時撮影における撮像期間 Ｔ1A 通常撮影時の蓄積時間 Ｔ2A 暗時撮影における蓄積時間 Ｔ'1 撮像期間Ｔ１で撮影した画像の信号出力期間 Ｔ'2 撮像期間Ｔ２で撮影した画像の信号出力期間 Sig1 撮像素子の出力信号 Sig2 利得制御回路の出力信号

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平及び垂直方向に配設された光電変換
   要素である複数の画素と、 垂直方向の前記画素列毎に設けられ前記画素からの電荷
   を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、 前記垂直電荷転送部の一方に接続され当該垂直電荷転送
   部から転送される電荷を水平方向に転送する水平電荷転
   送部と、 Ｎを３以上の自然数として、垂直方向にＮ画素おきに共
   通に前記画素に接続され、前記画素から垂直電荷転送部
   への信号電荷の読み出しを制御するとともに前記垂直電
   荷転送部から前記水平電荷転送部への信号電荷の転送を
   制御する電極と、 前記水平電荷転送部から転送された信号電荷を画像信号
   に変換して出力する出力部とを具備する撮像素子を有
   し、 垂直方向に繰り返し配設されてなるＮ画素の組につい
   て、２画素からＮ画素までのうち適切な画素数分の信号
   電荷を前記電極から読み出し、前記垂直電荷転送部或い
   は前記水平電荷転送部においてこれらの信号電荷を加算
   して、前記出力部から画像信号として出力することがで
   きるように構成されていることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 前記撮像素子から出力される画像信号の
   信号レベルを検出するレベル検出手段と、 前記レベル検出手段からの画像信号に応じて、１つの画
   素の信号電荷を読み出すためのパルス或いは２画素から
   Ｎ画素までの所定画素数を指定してそれらの信号電荷を
   加算して読み出すためのパルスを発生させる同期制御手
   段とを更に有し、 前記同期制御手段において、前記レベル検出手段から入
   力された画像信号に応じて、加算する画素数が適宜切り
   換えられるように構成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記同期制御手段は、前記レベル検出手
   段から入力された画像信号の信号レベルが所定のしきい
   値以上である場合には、１画素の信号電荷のみを読み出
   すように前記撮像素子を制御し、前記画像信号の信号レ
   ベルが前記しきい値より小さい場合には、当該信号レベ
   ルに応じた画素数の信号電荷を読みだして加算するよう
   に前記撮像素子を制御することを特徴とする請求項２に
   記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 前記撮像素子からの画像信号を撮影画像
   として表示する画像表示装置であって、前記撮像素子の
   １回の撮影動作で出力可能な画素数より垂直方向の画素
   数が少ない画像表示装置を更に有することを特徴とする
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 前記撮像素子において、所定の期間に前
   記画素の信号電荷を一斉に排出させることができるよう
   に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいず
   れか１項に記載の撮像装置。
6. 【請求項６】 前記撮像素子の前記画素に垂直方向に同
   一色とされた色フィルタが設けられ、 前記色フィルタが、水平方向に２色、３色或いは４色毎
   に同色となるように繰り返し配設されていることを特徴
   とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 【請求項７】 前記撮像素子から出力される画像信号の
   信号レベルを検出するレベル検出手段と、 前記レベル検出手段からの画像信号に応じて、１つの画
   素の信号電荷を読み出すためのパルス或いは２画素から
   Ｎ画素までの所定画素数を指定してそれらの信号電荷を
   加算して読み出すためのパルスを発生させる同期制御手
   段と、 前記同期制御手段により制御され、前記撮像素子から出
   力される画像信号の振幅を変化させることができる利得
   制御手段とを更に有し、 前記同期制御手段が２画素からＮ画素までの所定画素数
   の信号電荷の加算を指定した際に、前記利得制御手段が
   画像信号の振幅が前記所定画素数に相当する振幅となる
   まで複数の撮像期間にわたって画像信号の振幅を各撮像
   期間毎に漸次増大させてゆくことを特徴とする請求項１
   に記載の撮像装置。
8. 【請求項８】 前記同期制御手段は、前記レベル検出手
   段から入力された画像信号の信号レベルが所定のしきい
   値以上である場合には、１画素の信号電荷のみを読み出
   すように前記撮像素子を制御し、前記画像信号の信号レ
   ベルが前記しきい値より小さい場合には、当該信号レベ
   ルに応じた画素数の信号電荷を読みだして加算するよう
   に前記撮像素子を制御することを特徴とする請求項７に
   記載の撮像装置。
9. 【請求項９】 前記利得制御手段は、画像信号の振幅を
   各撮像期間毎に漸次増大させてゆくための複数の制御モ
   ードを有し、前記制御モードを適宜切り換えることがで
   きることを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像装
   置。
10. 【請求項１０】 前記撮像素子からの画像信号を撮影画
    像として表示する画像表示装置であって、前記撮像素子
    の１回の撮影動作で出力可能な画素数より垂直方向の画
    素数が少ない画像表示装置を更に有することを特徴とす
    る請求項７〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 【請求項１１】 前記撮像素子において、所定の期間に
    前記画素の信号電荷を一斉に排出させることができるよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項７〜１０の
    いずれか１項に記載の撮像装置。
12. 【請求項１２】 前記撮像素子の前記画素に垂直方向に
    同一色とされた色フィルタが設けられ、 前記色フィルタが、水平方向に２色、３色或いは４色毎
    に同色となるように繰り返し配設されていることを特徴
    とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の撮像装
    置。