(57)【要約】【課題】固体撮像素子から高品質の撮像画像信号を読み出し、且つ、高速に撮像画像信号を読み出す。【解決手段】電子シャッタ駆動される固体撮像素子と、固体撮像素子の電子シャッタによる遮光期間に直流電圧を電子シャッタ信号ｆとして固体撮像素子基板に印加する撮像素子駆動手段とを備える。電子シャッタ信号を短パルスで印加しないため、高周波ノイズの発生自体を抑制でき、高品質な撮像画像が得られる。また、短パルスの電子シャッタ信号を基板に印加する場合には、短パルス印加後に基板電圧が安定するまで撮像画像信号の読み出しを待機しなければならないが、直流電圧で電子シャッタ信号を印加するため、この待機のための時間が不要となり、高速読出が可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子シャッタ駆動される固体撮像素子と、該固体撮像素子の前記電子シャッタによる遮光期間に直流電圧を電子シャッタ信号として前記固体撮像素子の半導体基板に印加する撮像素子駆動手段とを備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、前記直流電圧の電子シャッタ信号を立ち下げるとき徐々に下げる撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、前記直流電圧を前記半導体基板に印加している間に前記固体撮像素子による撮像画像信号の読み出し処理を終了させる撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置であって、前記固体撮像素子はＣＣＤ型であり、垂直電荷転送路による転送駆動と水平電荷転送路の転送駆動とを前記直流電圧の前記半導体基板に印加している間に終わらせる撮像装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の撮像装置であって、前記撮像素子駆動手段は、前記遮光期間に電子シャッタパルスを前記固体撮像素子の半導体基板に印加する第１の駆動処理と前記遮光期間に前記直流電圧を電子シャッタ信号として前記半導体基板に印加する第２の駆動処理とを撮影モードに応じて切り替える撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置であって、前記撮像素子駆動手段は、高フレームレートの撮影が不要な撮影モードのときは前記第１の駆動処理を選択し高フレームレートの撮影が必要な撮影モードのときは前記第２の駆動処理を選択する撮像装置。
【請求項７】
電子シャッタ駆動される固体撮像素子の駆動方法であって、該固体撮像素子の前記電子シャッタによる遮光期間に直流電圧を電子シャッタ信号として前記固体撮像素子の半導体基板に印加する固体撮像素子駆動方法。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像素子駆動方法であって、前記直流電圧の電子シャッタ信号を立ち下げるとき徐々に下げる固体撮像素子駆動方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の固体撮像素子駆動方法であって、前記直流電圧を前記半導体基板に印加している間に前記固体撮像素子による撮像画像信号の読み出し処理を終了させる固体撮像素子駆動方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子はＣＣＤ型であり、垂直電荷転送路による転送駆動と水平電荷転送路の転送駆動とを前記直流電圧の前記半導体基板に印加している間に終わらせる固体撮像素子駆動方法。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の固体撮像素子駆動方法であって、前記遮光期間に電子シャッタパルスを前記固体撮像素子の半導体基板に印加する第１の駆動処理と前記遮光期間に前記直流電圧を電子シャッタ信号として前記半導体基板に印加する第２の駆動処理とを撮影モードに応じて切り替える固体撮像素子駆動方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体撮像素子駆動方法であって、高フレームレートの撮影が不要な撮影モードのときは前記第１の駆動処理を選択し高フレームレートの撮影が必要な撮影モードのときは前記第２の駆動処理を選択する固体撮像素子駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及びその固体撮像素子駆動方法に係り、特に、固体撮像素子の電シャッタ駆動に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ型やＣＣＤ型等の固体撮像素子を搭載した撮像装置では、電子シャッタ機能を搭載したものがある。図５は、従来の固体撮像素子（図示する例はＣＣＤ型固体撮像素子）における駆動タイミングの一例を示す図である。
【０００３】
従来の固体撮像素子は、電子シャッタパルスを固体撮像素子の半導体基板に印加していない期間を「露光期間」とし、電子シャッタパルスを半導体基板に繰り返し印加している期間を「遮光期間」としている。
【０００４】
露光期間が過ぎ、固体撮像素子の各画素が露光量に応じて検出した信号電荷を、読出パルスａによる垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）に読み出し、以後、垂直電荷転送路，水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）と転送し出力することになるが、この期間（遮光期間）に渡って、水平同期パルスに同期して電子シャッタパルスを基板に印加することになる。
【０００５】
図６は、図５に示す駆動タイミングのうちの１水平ラインの駆動タイミングを拡大した図である。各水平ラインにおいて、先ず、電子シャッタパルスｂが基板に印加され、次に待機時間ｔの後、垂直転送パルスｃが垂直電荷転送路に印加されて信号電荷は垂直方向に転送され、次いで水平転送パルスｄが水平電荷転送路に印加されて信号電荷は水平方向に転送され、固体撮像素子から出力される。
【０００６】
図７は、電子シャッタパルスを例示する図である。電子シャッタパルス即ちオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）パルスの形状は矩形波となっており、パルス幅は約２μｓ、振幅は約２０Ｖであり、かなりの高電圧を瞬間的に基板に印加することになる。この結果、電子シャッタパルスは、高電圧のため消費電力が大きいという問題を抱えている。また、急峻な立ち上がり，立ち下がりを有する矩形波のため高周波ノイズを発生させ、これが撮像画像信号に影響を与えることで、画質劣化を招く虞がある。
【０００７】
特許文献１，２に記載の従来技術では、低消費電力化を図るために、電子シャッタパルスの本数を減らす技術を提案している。しかし、電子シャッタパルスの本数を減らしても、低消費電力化は図れるが、撮像画像の画質が低下してしまう問題は解決しない。電子シャッタパルスが垂直転送期間，水平転送期間に重なる時刻で発生すると、基板電圧が高周波パルス電圧で変動し、ノイズとなる電荷（電子）が、信号電荷を転送している信号パケット内に飛び込んでしまい、撮像画像信号にノイズとして重畳してしまうためである。
【０００８】
そこで、図８に示す様に、垂直転送パルスｃの印加終了タイミングと水平転送パルスｄの印加開始タイミングとの境目部分で電子シャッタパルスｂを印加し、電子シャッタパルスｂの印加タイミングが前後の転送期間に重ならないようにすることが考えられるが、この様にしても、撮像画像には高周波ノイズが重畳してしまう。
【０００９】
その理由は、高電圧の電子シャッタパルスが瞬間的に印加され、電子シャッタパルスがＯＦＦになっても、半導体基板の電位は瞬時に安定的に０Ｖに戻る訳ではなく、ある時間の間、基板電圧は変動が続く。この基板電圧が変動している期間内に信号電荷の転送を行うと、撮像画像の劣化を引き起こしてしまう。
【００１０】
そこで従来から、図６に示す様に、電子シャッタパルスｂの印加タイミングから基板電圧が安定するまでに待機時間ｔをとり、その後に垂直転送パルスｃを印加する様にしている。この待機時間ｔは、電子シャッタパルスｂの印加毎にとる必要があり、固体撮像素子からの撮像画像信号の高速読出を阻害する要因の一つになっている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７―３６９６７号公報
【特許文献２】特開２００７―１１６６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、電子シャッタ駆動される固体撮像素子からノイズの少ない高品質な撮像画像信号を高速に読み出すことが可能な撮像装置及びその固体撮像素子駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の撮像装置は、電子シャッタ駆動される固体撮像素子と、該固体撮像素子の前記電子シャッタによる遮光期間に直流電圧を電子シャッタ信号として前記固体撮像素子の半導体基板に印加する撮像素子駆動手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の固体撮像素子駆動方法は、電子シャッタ駆動される固体撮像素子の駆動方法であって、該固体撮像素子の前記電子シャッタによる遮光期間に直流電圧を電子シャッタ信号として前記固体撮像素子の半導体基板に印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電子シャッタ信号を短パルスとして印加しないため、高周波ノイズの発生自体を抑制することができ、高品質な撮像画像を得ることが可能となる。また、短パルスの電子シャッタ信号を基板に印加する場合には、短パルス印加後に基板電圧が安定するまで撮像画像信号の読み出しを待機しなければならないが、直流電圧で電子シャッタ信号を印加するため、この待機のための時間が不要となり、高速読出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態の撮像装置（図示する例ではデジタルスチルカメラ）の機能ブロック図である。この撮像装置は、撮像部１と、撮像部１から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ）等のアナログ処理するアナログ信号処理部２と、アナログ信号処理部２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換部３と、後述のシステム制御部（ＭＰＵ）９からの指示によってＡ／Ｄ変換部３，アナログ信号処理部２，撮像部１の駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）４と、ＭＰＵ９からの指示によって発光するフラッシュ５とを備える。
【００１８】
アナログ信号処理部２とＡ／Ｄ変換部３と駆動部４は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１５として１つの回路に纏められている。
【００１９】
撮像部１は、被写界からの光を集光する光学レンズ系１ａと、該光学レンズ系１ａを通った光を絞る絞りやメカニカルシャッタ１ｂと、光学レンズ系１ａによって集光され絞りによって絞られた光を受光し撮像画像データ（アナログ画像データ）を出力するＣＣＤ型の固体撮像素子１００とを備える。
【００２０】
本実施形態の撮像装置は更に、Ａ／Ｄ変換部３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＭＰＵ）９と、フレームメモリ等の内部メモリ１０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア１２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部１１と、これらを相互に接続するバス２０とを備え、また、システム制御部９には、ユーザからの指示入力を行う操作部（シャッタボタンを含む）１３が接続されている。
【００２１】
図２は、図１で説明したＡＦＥ（アナログフロントエンド回路）１５の要部構成図である。ＡＦＥ１５は、ＭＰＵ９からの指示を受けるタイミングジェネレータ（ＴＧ）４と、タイミングジェネレータ４からのタイミング信号を受けて各種信号を生成するドライバ回路４ａ，４ｂ，４ｃと、前述のＣＤＳ回路２及びＡ／Ｄ変換部３とを備える。
【００２２】
ドライバ回路４ａは、ＴＧ４からの垂直転送パルス指示信号を受け垂直転送パルスを生成してＣＣＤ型の固体撮像素子１００に出力し、ドライバ回路４ｂは、ＴＧ４からの水平転送パルス指示信号を受け水平転送パルスを生成して固体撮像素子１００に出力し、ドライバ回路４ｃは、ＴＧ４からの電子シャッタ指示信号を受けて電子シャッタ駆動信号（オーバーフロードレイン信号）を生成して固体撮像素子１００に出力する。本実施形態の撮像装置は、電子シャッタ駆動信号を、パルス信号ではなく、後述するように直流（ＤＣ）信号で固体撮像素子１００に出力する。
【００２３】
図３は、本実施形態の撮像装置における駆動タイミングを示す図である。図５と異なる点は、図５では、遮光期間に渡って多数のパルス形状の電子シャッタ信号ｂが繰り返し半導体基板に印加される構成になっているのに対し、本実施形態の図３では、遮光期間に渡って、直流電圧として電子シャッタ信号ｆが印加され続け、その間に電子シャッタ信号がオンオフされることがない様になっている。
【００２４】
これにより、高周波ノイズが転送中の信号電荷の中に飛び込むことがなくなり、撮像画像の品質向上を図ることが可能となる。
【００２５】
また、電子シャッタの短パルスを基板に印加するためのシャッタ期間を繰り返し設ける必要がないため、図６に示した待機時間ｔを削除できる。そして、遮光期間つまり電子シャッタ期間（電子シャッタ信号としてＤＣ電圧を固体撮像素子の半導体基板に印加し続けている期間）中に、信号電荷の垂直方向転送，水平方向転送を行い、撮像画像信号を固体撮像素子から出力させてしまうため、撮像画像信号の高速読出が可能となる。
【００２６】
図３に示す電子シャッタ信号ｆは、ＤＣレベル信号として基板に印加する（遮光期間）、印加しない（露光期間）が制御される信号であり、その信号開始時のみ電圧が立ち上がり，信号終了時のみ電圧が立ち下がる信号となっている。この電子シャッタ信号ｆの立ち上がり、立ち下がりは、図示する例では急峻に変化させているため高周波成分を持つので、この立ち上がり，立ち下がりをなだらかに変化させる構成としてもよい。
【００２７】
最も、本実施形態では、電子シャッタ信号ｆの立ち上がり，立ち下がりは遮光期間で夫々１回しかないため発生する高周波ノイズ量は非常に少なく、立ち上がり，立ち下がりを急峻にしても問題はない。
【００２８】
本実施形態の撮像装置では、上述したように、ＤＣレベル信号として電子シャッタ信号ｆを構成したため、撮像画像の高品質化を図り、且つ、高速読出を可能としている。
【００２９】
しかし、その反面、遮光期間中は常時ＤＣ電圧を基板に印加し続けているため、消費電力的には図５の従来の駆動方法と比較して不利となる。そこで、図５の従来の一般的駆動方法と、図３の本実施形態の駆動方法とを、撮影モードに応じて使い分けることで、低消費電力化と高画質化高速化を図ることができる固体撮像素子の駆動方法を実現することが可能となる。
【００３０】
図４は、撮影モードに応じて図５と図３の駆動方法を使い分ける処理手順を示すフローチャートである。先ず、撮像素子１００の駆動を開始し（ステップＳ１）、次に、撮影モードが高フレームレートを必要とする撮影モードであるか、そうで無いかを判定する（ステップＳ２）。
【００３１】
例えば、動画状態で固体撮像素子から出力されるスルー画像データを取り込んで焦点位置を自動検出するＡＦ動作モードの場合、動画を撮像するモードの場合、静止画像を撮像するモードのうち連写モードの場合には、高フレームレートの撮影モードであると判断する。
【００３２】
連写機能を用いない静止画像撮影モードの場合には、高フレームレートは必要ない撮影モードであると判断する。
【００３３】
ステップＳ２の判定の結果、高フレームレートが不要な撮影モードの場合には、図５で説明した電子シャッタパルス信号を用いた駆動方法を実行して（ステップＳ３）、次の撮像処理（ステップＳ５）に進む。
【００３４】
ステップＳ２の判定の結果、高フレームレートが必要な撮影モードの場合には、図３で説明したＤＣレベル信号の電子シャッタ信号ｆを用いた駆動方法を実行して（ステップＳ４）、ステップＳ５の撮像処理に進む。
【００３５】
ステップＳ５の撮像処理の後は、ステップＳ６にて同じ撮像処理を行うか否かを判定し、静止画像撮像の場合には同じ撮像処理は行わないため図４の処理を終了する。ＡＦ動作や動画像撮像，連写撮像の場合には、同じ撮像処理を繰り返すため、ステップＳ６の判定は肯定（ＹＥＳ）となり、ステップＳ５に戻り、同じ撮像処理を繰り返し、撮像処理の繰り返し数が終わったときこの図４の処理を終了する。
【００３６】
以上述べた様に、実施形態では、電子シャッタ駆動される固体撮像素子の駆動方法及び該固体撮像素子を搭載した撮像装置であって、該固体撮像素子の前記電子シャッタによる遮光期間に直流電圧を電子シャッタ信号として前記固体撮像素子の半導体基板に印加することを特徴とする。
【００３７】
また、実施形態は、上記において、前記直流電圧の電子シャッタ信号を立ち下げるとき徐々に下げることを特徴とする。
【００３８】
また、実施形態は、上記において、前記直流電圧を前記半導体基板に印加している間に前記固体撮像素子による撮像画像信号の読み出し処理を終了させることを特徴とする。
【００３９】
また、実施形態は、上記において、前記固体撮像素子はＣＣＤ型であり、垂直電荷転送路による転送駆動と水平電荷転送路の転送駆動とを前記直流電圧の前記半導体基板に印加している間に終わらせることを特徴とする。
【００４０】
また、実施形態は、上記において、前記遮光期間に電子シャッタパルスを前記固体撮像素子の半導体基板に印加する第１の駆動処理と前記遮光期間に前記直流電圧を電子シャッタ信号として前記半導体基板に印加する第２の駆動処理とを撮影モードに応じて切り替えることを特徴とする。
【００４１】
また、実施形態は、上記において、高フレームレートの撮影が不要な撮影モードのときは前記第１の駆動処理を選択し高フレームレートの撮影が必要な撮影モードのときは前記第２の駆動処理を選択することを特徴とする。
【００４２】
これにより、実施形態の撮像装置及びその固体撮像素子駆動方法によれば、電子シャッタ駆動される固体撮像素子からノイズの少ない高品質な撮像画像信号を読み出すことができ、また、撮像画像信号を固体撮像素子から高速に読み出すことが可能となる。
【００４３】
尚、ＣＣＤ型の固体撮像素子に対する実施形態を説明したが、本発明は電シャッタ信号をＤＣ信号で印加することが特徴であり、他の形式の固体撮像素子にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る撮像装置は、電子シャッタパルスの繰り返しで発生する高周波ノイズが撮像画像に重畳して画質を劣化させることが回避され、且つ撮像画像の高速読出が可能になるという効果を奏し、デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ，デジタルビデオカメラ，カメラ付携帯電話機等のデジタル電子機器を含む）等に適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。
【図２】図１に示すＡＦＥ（アナログフロントエンド）の要部構成図である。
【図３】図１に示す撮像装置が実行する固体撮像素子駆動方法の駆動タイミングチャートである。
【図４】図３に示す駆動方法と従来の駆動方法とを撮影モードに応じて使い分ける処理手順を示すフローチャートである。
【図５】従来の固体撮像素子の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図６】図５に示す１水平ライン期間のタイミングチャートの拡大図である。
【図７】１つの電子シャッタパルスの波形図である。
【図８】電シャッタパルスを垂直，水平の各転送期間の間に挿入したときのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１  撮像部
４  駆動部（撮像素子駆動手段を含む）
４ｃ  オーバーフロードレイン信号用のドライバ回路
９  制御部（ＭＰＵ）
ａ  読出パルス
ｂ  電子シャッタパルス
ｃ  垂直転送パルス
ｄ  水平転送パルス
ｆ  電子シャッタ信号（ＤＣ信号）
１００  ＣＣＤ型の固体撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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