(57)【要約】【課題】  メカニカルシャッタを備えた固体撮像装置において、メカニカルシャッタの開動作に比較的長い時間を要するためフレームレートの確保が難しい。【解決手段】  プレビューでは、静止画像の１／ｎに画素数を間引いた圧縮画像を垂直走査期間Ｖ’周期（例えば１５ｆｐｓ程度に対応）で撮影されるが、スチル撮影ではＶ＝ｎＶ’を単位として、奇数番目の１Ｖの後側にて露光動作（期間ＴＥ）、偶数番目の１Ｖの先頭側にて読み出し動作（期間ＴＨ，ＴＲ）を行う。１Ｖの途中で完了する読み出し動作から、１Ｖの途中から開始される露光動作までの期間ＴＭは、プレビュー時より拡大される。この期間にメカニカルシャッタの開動作を行い、次の露光動作に備えることにより、２Ｖ周期で１フレームの静止画像を撮影することができる。【選択図】        図２
2006050026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列配置された受光画素に入射光に応じた情報電荷を蓄積する露光動作及び前記情報電荷を読み出す読み出し動作を行う固体撮像素子と、閉動作により前記固体撮像素子への光の入射を遮断し前記露光動作の終了タイミングを規定可能なメカニカルシャッタとを備えた撮像装置を駆動する方法において、
順次設定される複数の垂直走査期間のうち（２ｉ−１）番目（ｉは整数）に対応する第１垂直走査期間にて、前記露光動作を開始する露光動作開始ステップと、
前記第１垂直走査期間内に、前記メカニカルシャッタを閉じて前記露光動作を終了する露光動作終了ステップと、
前記複数の垂直走査期間のうち２ｉ番目に対応する第２垂直走査期間にて、前記読み出し動作を行う読み出し動作ステップと、
前記読み出し動作の完了に連動して開始され、次の前記露光動作の開始までの期間内に、前記閉動作に比較して長時間を要する前記メカニカルシャッタの開動作を行うシャッタ開動作ステップと、
を有することを特徴とする駆動方法。
【請求項２】
行列配置された受光画素と、遮光され前記受光画素に蓄積した情報電荷の少なくとも一部画素分を格納可能な複数の遮光シフトレジスタとを備え、前記受光画素に入射光に応じた前記情報電荷を蓄積する露光動作及び前記情報電荷を前記遮光シフトレジスタを介して読み出す読み出し動作を行う固体撮像素子と、閉動作により前記固体撮像素子への光の入射を遮断し前記露光動作の終了タイミングを規定可能なメカニカルシャッタとを備えた撮像装置を駆動する方法において、
順次設定される複数の垂直走査期間のうち（２ｉ−１）番目（ｉは整数）に対応する第１垂直走査期間にて、前記露光動作を開始する露光動作開始ステップと、
前記第１垂直走査期間内に、前記メカニカルシャッタを閉じて前記露光動作を終了する露光動作終了ステップと、
前記複数の垂直走査期間のうち２ｉ番目に対応する第２垂直走査期間にて、前記読み出し動作を行う読み出し動作ステップと、
前記読み出し動作ステップにおいて、全ての前記受光画素の前記情報電荷が読み出されるか、又は少なくとも前記遮光シフトレジスタへ移動したことに連動して開始され、次の前記露光動作の開始までの期間内に、前記閉動作に比較して長時間を要する前記メカニカルシャッタの開動作を行うシャッタ開動作ステップと、
を有することを特徴とする駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載の駆動方法において、
前記複数の遮光シフトレジスタは、フレーム転送型固体撮像素子の蓄積部を構成すること、
を特徴とする駆動方法。
【請求項４】
行列配置された受光画素に入射光に応じた情報電荷を蓄積する露光動作及び前記情報電荷を読み出す読み出し動作を行い、前記受光画素毎に情報電荷を読み出して標準画像を出力するスチル撮影動作、及び前記標準画像よりも画素数がｎ分の１に圧縮された圧縮画像を出力するプレビュー動作を選択的に行うことができる固体撮像素子と、閉動作により前記固体撮像素子への光の入射を遮断し前記露光動作の終了タイミングを規定可能なメカニカルシャッタとを備えた撮像装置を駆動する方法において、
前記プレビュー動作は、
垂直走査期間に応じたプレビュー露光動作期間内にて露光時間を設定して前記露光動作を行うプレビュー露光ステップと、
前記垂直走査期間に応じたプレビュー読み出し動作期間内にて前記読み出し動作を行うプレビュー読み出し動作ステップと、
を有し、
前記スチル撮影動作は、
前記垂直走査期間のｎ倍に設定されるスチル動作基準周期の（２ｉ−１）番目（ｉは整数）に対応する第１期間にて、所定のスチル露光動作期間内の露光時間を設定して前記露光動作を開始するスチル露光開始ステップと、
前記第１期間内に、前記メカニカルシャッタを閉じて前記露光動作を終了するスチル露光終了ステップと、
前記スチル動作基準周期の２ｉ番目に対応する第２期間にて、前記プレビュー読み出し動作期間のｎ倍のスチル読み出し動作期間内にて前記読み出し動作を行うスチル読み出し動作ステップと、
前記スチル読み出し動作期間の完了に連動して開始され、次の前記スチル露光動作期間の開始までの期間内に、前記閉動作に比較して長時間を要する前記メカニカルシャッタの開動作を行うシャッタ開動作ステップと、
を有することを特徴とする駆動方法。
【請求項５】
行列配置された受光画素と、遮光され前記受光画素に蓄積した情報電荷の少なくとも一部画素分を格納可能な複数の遮光シフトレジスタとを備え、前記受光画素に入射光に応じた前記情報電荷を蓄積する露光動作及び前記情報電荷を前記遮光シフトレジスタを介して読み出す読み出し動作を行い、前記受光画素毎に情報電荷を読み出して標準画像を出力するスチル撮影動作、及び前記標準画像よりも画素数がｎ分の１に圧縮された圧縮画像を出力するプレビュー動作を選択的に行うことができる固体撮像素子と、閉動作により前記固体撮像素子への光の入射を遮断し前記露光動作の終了タイミングを規定可能なメカニカルシャッタとを備えた撮像装置を駆動する方法において、
前記プレビュー動作は、
垂直走査期間に応じたプレビュー露光動作期間内にて露光時間を設定して前記露光動作を行うプレビュー露光ステップと、
前記垂直走査期間に応じたプレビュー読み出し動作期間内にて前記読み出し動作を行うプレビュー読み出し動作ステップと、
を有し、
前記スチル撮影動作は、
前記垂直走査期間のｎ倍に設定されるスチル動作基準周期の（２ｉ−１）番目（ｉは整数）に対応する第１期間にて、所定のスチル露光動作期間内の露光時間を設定して前記露光動作を開始するスチル露光開始ステップと、
前記第１期間内に、前記メカニカルシャッタを閉じて前記露光動作を終了するスチル露光終了ステップと、
前記スチル動作基準周期の２ｉ番目に対応する第２期間にて、前記プレビュー読み出し動作期間のｎ倍のスチル読み出し動作期間内にて前記読み出し動作を行うスチル読み出し動作ステップと、
前記読み出し動作ステップにおいて、全ての前記受光画素の前記情報電荷が読み出されるか、又は少なくとも前記遮光シフトレジスタへ移動したことに連動して開始され、次の前記スチル露光動作の開始までの期間内に、前記閉動作に比較して長時間を要する前記メカニカルシャッタの開動作を行うシャッタ開動作ステップと、
を有することを特徴とする駆動方法。
【請求項６】
請求項５に記載の駆動方法において、
前記複数の遮光シフトレジスタは、フレーム転送型固体撮像素子の蓄積部を構成して、少なくとも前記圧縮画像を格納可能であり、
前記プレビュー動作は、前記圧縮画像を前記蓄積部に格納するフレーム転送動作ステップを有し、当該フレーム転送動作により前記露光動作が終了されること、
を特徴とする駆動方法。
【請求項７】
請求項４又は請求項６に記載の駆動方法において、
前記スチル露光終了ステップは、前記第１期間の終了に連動して、前記メカニカルシャッタを閉じ、
前記スチル読み出し動作ステップは、前記第２期間の開始に連動して前記読み出し動作を開始すること、
を特徴とする駆動方法。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれか１つに記載の駆動方法において、
前記固体撮像素子は、前記プレビュー動作時に、前記圧縮画像の各画素毎にｍ個（ｍはｎ未満の自然数である）の前記受光画素の前記情報電荷を合成して前記圧縮画像を生成するものであり、
前記スチル露光動作期間は、前記プレビュー露光動作期間のｍ倍の長さに設定されることを特徴とする駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の露光をメカニカルシャッタで制御可能な撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置には、数百万画素という高解像度の固体撮像素子が搭載されている。固体撮像素子から画素毎の信号電荷を読み出すための時間や読み出した信号を処理するための時間は固体撮像素子の画素数に応じて増大するので、現在の高画素数の固体撮像素子において高いフレームレートの確保を困難としている。
【０００３】
さて、多くの撮像装置は、撮像しようとする画像をプレビューする表示部を備える。プレビュー画面には、被写体の変化に対応した動画像が表示され、ユーザは、プレビューで撮影される画像を確認した上で、シャッタボタンを操作して静止画を撮影する。
【０００４】
プレビューの撮影動作においては、動画を得るためにフレームレートの確保が必要である。そのため、現状、プレビュー動作では、読み出す画素数を間引いて削減し、フレームレートを確保する技術が採用されている。一方、スチル撮影（静止画撮影）では固体撮像素子の全画素を読み出し、高品質の画像を取得する。
【０００５】
固体撮像素子による撮影の露光時間の制御は、撮像素子の電気的駆動による方法と、メカニカルシャッタを用いて行う方法とがある。例えば、フレーム転送型のＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサにおいて、撮像部にて情報電荷を一旦排出させる電子シャッタ動作により露光時間を開始させ、一方、撮像部から蓄積部へ情報電荷を高速に転送するフレーム転送により露光時間を終了させることができる。また、メカニカルシャッタを備える場合には、例えば、露光時間の終了をメカニカルシャッタを閉じることにより実現することもできる。
【０００６】
ここで、メカニカルシャッタは高いフレームレートに追随して開閉動作を繰り返すことが難しい。そのため、フレーム転送型ＣＣＤイメージセンサのプレビュー動作では、上述の電子シャッタ動作及びフレーム転送により露光時間を規定する。
【０００７】
一方、フレーム転送ではスミアが発生するという問題がある。そこで、フレームレートが比較的低いスチル撮影では、電子シャッタ動作とメカニカルシャッタの開閉動作とを組み合わせて露光時間を規定し、スミアが抑制された高品質の画像を取得することが行われる。また、スチル撮影をメカニカルシャッタを用いて行う構成では、フレーム転送型ＣＣＤイメージセンサの蓄積部は、基本的にプレビュー動作での画素数が間引かれた圧縮画像を格納できるだけのサイズがあれば十分であり、静止画全画素分の蓄積部を設ける場合よりイメージセンサのチップサイズを小さくできるメリットがある。
【０００８】
メカニカルシャッタを用いて露光時間を規定する動作では、閉じているメカニカルシャッタを開くことにより露光動作期間が始まり、開いているメカニカルシャッタを閉じることにより露光動作期間が終了する。ここで露光動作期間とは、電子シャッタ動作が行われ得る期間を意味し、電子シャッタ動作のタイミングが当該露光動作期間内にて可変設定される。すなわち、露光動作期間が始まると、撮像部に光が入射し、情報電荷が受光画素に蓄積されるが、電子シャッタ動作によりそれまで蓄積された情報電荷は一旦排出され、それ以降の期間に改めて蓄積される情報電荷が画像信号として読み出される。つまり、電子シャッタ動作から露光動作期間の終了までの時間が露光時間Ｉであり、その長さは電子シャッタ動作のタイミングに応じて制御される。露光動作期間が終わると、読み出し動作期間が開始され、露光時間Ｉに蓄積された情報電荷が垂直シフトレジスタ、水平シフトレジスタの駆動により順次、出力部に転送され、画像信号として取り出される。
【０００９】
図８は、従来のスチル撮影における駆動方法を説明するタイミング図である。上述のように撮像部の各受光画素の露光時間Ｉの終了は、メカニカルシャッタが当該受光画素を遮蔽した時点となる。よって、各受光画素の露光時間Ｉの終了タイミングが実質的に同時となるように、メカニカルシャッタは閉止動作を素早く完了するように構成される。これに対して、メカニカルシャッタの開放動作は、露光時間Ｉを規定しないので、その動作速度は比較的緩やかとすることができ、これによりメカニカルシャッタの構造の小型簡素化を図ることが可能である。例えば、メカニカルシャッタを閉状態から開状態に移行させるためのメカニカルシャッタ開動作期間は、数１０msecとなる。
【００１０】
このように、メカニカルシャッタ開動作期間が比較的長いため、従来は、メカニカルシャッタ開動作期間ＴＭ、露光動作期間ＴＥ、及び読み出し動作期間ＴＲそれぞれに垂直走査期間１周期、すなわち１Ｖの期間を割り当てていた。各期間ＴＭ，ＴＥ，ＴＲは垂直同期信号ＶＤに同期して設定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のメカニカルシャッタを用いた従来のスチル撮影では、１画像を取得するのに３Ｖの時間が必要となり、比較的長い時間を要することが問題であった。特に、ここでの垂直走査期間Ｖは、圧縮画像を読み出すプレビュー時に比べて読み出す画素数が多いスチル撮影に対応したものである。すなわち画素数に応じて１Ｖが長くなるため、上記問題が顕著になる。連写を行う場合には、３Ｖに連写枚数を乗じた時間が必要となり、上記問題が一層顕著になる。この問題は、連写速度が遅くなるという形でも捉えられる。
【００１２】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、メカニカルシャッタを用いた固体撮像装置においてフレームレートの向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る駆動方法は、行列配置された受光画素に入射光に応じた情報電荷を蓄積する露光動作及び前記情報電荷を読み出す読み出し動作を行う固体撮像素子と、閉動作により前記固体撮像素子への光の入射を遮断し前記露光動作の終了タイミングを規定可能なメカニカルシャッタとを備えた撮像装置を駆動する方法において、順次設定される複数の垂直走査期間のうち（２ｉ−１）番目（ｉは整数）に対応する第１垂直走査期間にて、前記露光動作を開始する露光動作開始ステップと、前記第１垂直走査期間内に、前記メカニカルシャッタを閉じて前記露光動作を終了する露光動作終了ステップと、前記複数の垂直走査期間のうち２ｉ番目に対応する第２垂直走査期間にて、前記読み出し動作を行う読み出し動作ステップと、前記読み出し動作の完了に連動して開始され、次の前記露光動作の開始までの期間内に、前記閉動作に比較して長時間を要する前記メカニカルシャッタの開動作を行うシャッタ開動作ステップと、を有するものである。
【００１４】
本発明によれば、第２垂直走査期間のうち読み出し動作を行って残る残余期間、又は第１垂直走査期間のうち露光動作を行って残る残余期間にメカニカルシャッタの開動作を行うので、別途の垂直走査期間が不要であり、垂直走査期間２周期で、メカニカルシャッタを用いた高品位の例えば静止画等の画像を１フレーム生成することができる。
【００１５】
他の本発明に係る駆動方法は、行列配置された受光画素と、遮光され前記受光画素に蓄積した情報電荷の少なくとも一部画素分を格納可能な複数の遮光シフトレジスタとを備え、前記受光画素に入射光に応じた前記情報電荷を蓄積する露光動作及び前記情報電荷を前記遮光シフトレジスタを介して読み出す読み出し動作を行う固体撮像素子と、閉動作により前記固体撮像素子への光の入射を遮断し前記露光動作の終了タイミングを規定可能なメカニカルシャッタとを備えた撮像装置を駆動する方法において、順次設定される複数の垂直走査期間のうち（２ｉ−１）番目（ｉは整数）に対応する第１垂直走査期間にて、前記露光動作を開始する露光動作開始ステップと、前記第１垂直走査期間内に、前記メカニカルシャッタを閉じて前記露光動作を終了する露光動作終了ステップと、前記複数の垂直走査期間のうち２ｉ番目に対応する第２垂直走査期間にて、前記読み出し動作を行う読み出し動作ステップと、前記読み出し動作ステップにおいて、全ての前記受光画素の前記情報電荷が読み出されるか、又は少なくとも前記遮光シフトレジスタへ移動したことに連動して開始され、次の前記露光動作の開始までの期間内に、前記閉動作に比較して長時間を要する前記メカニカルシャッタの開動作を行うシャッタ開動作ステップと、を有するものである。
【００１６】
本発明によれば、遮光シフトレジスタを有することで、受光画素にて得られた一画面分の情報電荷の読み出しの少なくとも途中で、情報電荷が入射光の影響を受けなくなる。よって、読み出し動作が完了せずとも、メカニカルシャッタの開動作を開始することができる。
【００１７】
本発明の好適な態様は、前記複数の遮光シフトレジスタが、フレーム転送型固体撮像素子の蓄積部を構成する固体撮像素子における駆動方法である。
【００１８】
さらに他の本発明に係る駆動方法は、行列配置された受光画素に入射光に応じた情報電荷を蓄積する露光動作及び前記情報電荷を読み出す読み出し動作を行い、前記受光画素毎に情報電荷を読み出して標準画像を出力するスチル撮影動作、及び前記標準画像よりも画素数がｎ分の１に圧縮された圧縮画像を出力するプレビュー動作を選択的に行うことができる固体撮像素子と、閉動作により前記固体撮像素子への光の入射を遮断し前記露光動作の終了タイミングを規定可能なメカニカルシャッタとを備えた撮像装置を駆動する方法において、前記プレビュー動作が、垂直走査期間に応じたプレビュー露光動作期間内にて露光時間を設定して前記露光動作を行うプレビュー露光ステップと、前記垂直走査期間に応じたプレビュー読み出し動作期間内にて前記読み出し動作を行うプレビュー読み出し動作ステップと、を有し、前記スチル撮影動作が、前記垂直走査期間のｎ倍に設定されるスチル動作基準周期の（２ｉ−１）番目（ｉは整数）に対応する第１期間にて、所定のスチル露光動作期間内の露光時間を設定して前記露光動作を開始するスチル露光開始ステップと、前記第１期間内に、前記メカニカルシャッタを閉じて前記露光動作を終了するスチル露光終了ステップと、前記スチル動作基準周期の２ｉ番目に対応する第２期間にて、前記プレビュー読み出し動作期間のｎ倍のスチル読み出し動作期間内にて前記読み出し動作を行うスチル読み出し動作ステップと、前記スチル読み出し動作期間の完了に連動して開始され、次の前記スチル露光動作期間の開始までの期間内に、前記閉動作に比較して長時間を要する前記メカニカルシャッタの開動作を行うシャッタ開動作ステップと、を有するものである。
【００１９】
プレビュー動作では圧縮画像を取得することによって、例えば１５ｆｐｓ、３０ｆｐｓといった比較的高いフレームレートでの撮影が行われる。現在の技術では、プレビューに要求される程度の圧縮画像を上述のフレームレートで読み出すことは比較的容易であり、通常、プレビュー動作の１Ｖ（例えば上述のフレームレートでは１／１５秒、１／３０秒）のうちの或る程度の割合が読み出し動作に用いられない残余期間となる。このプレビュー動作時の各垂直走査期間Ｖに生じる残余期間は、Ｖ自体が比較的短いため、一般にメカニカルシャッタの開動作に必要な時間より短い。ここで、スチル撮影動作では、圧縮画像との画素数比ｎに応じて垂直走査期間をｎ倍する駆動が行われる。本発明においては、スチル撮影動作の読み出し動作においてその垂直走査期間（スチル動作基準周期）に生じる残余期間の割合（相対的な長さ）はプレビュー動作時と基本的に同じであるが、時間（絶対的な長さ）は基本的にｎ倍に拡大される。また、スチル撮影動作での露光時間はプレビュー動作時の露光時間のｎ倍に定める必要はなく、一般にｎ倍未満の時間しか露光されない。よって、スチル撮影動作の露光動作を行うスチル動作基準周期にもプレビュー動作時より長い残余期間が生じる。本発明によれば、これらスチル撮影動作の露光動作及び読み出し動作を行うスチル動作基準周期に生じる拡大された残余期間を利用してメカニカルシャッタの開動作を行うことにより、２サイクルのスチル動作基準周期で１フレームの標準画像が取得される。
【００２０】
また別の本発明に係る駆動方法は、行列配置された受光画素と、遮光され前記受光画素に蓄積した情報電荷の少なくとも一部画素分を格納可能な複数の遮光シフトレジスタとを備え、前記受光画素に入射光に応じた前記情報電荷を蓄積する露光動作及び前記情報電荷を前記遮光シフトレジスタを介して読み出す読み出し動作を行い、前記受光画素毎に情報電荷を読み出して標準画像を出力するスチル撮影動作、及び前記標準画像よりも画素数がｎ分の１に圧縮された圧縮画像を出力するプレビュー動作を選択的に行うことができる固体撮像素子と、閉動作により前記固体撮像素子への光の入射を遮断し前記露光動作の終了タイミングを規定可能なメカニカルシャッタとを備えた撮像装置を駆動する方法において、前記プレビュー動作が、垂直走査期間に応じたプレビュー露光動作期間内にて露光時間を設定して前記露光動作を行うプレビュー露光ステップと、前記垂直走査期間に応じたプレビュー読み出し動作期間内にて前記読み出し動作を行うプレビュー読み出し動作ステップと、を有し、前記スチル撮影動作が、前記垂直走査期間のｎ倍に設定されるスチル動作基準周期の（２ｉ−１）番目（ｉは整数）に対応する第１期間にて、所定のスチル露光動作期間内の露光時間を設定して前記露光動作を開始するスチル露光開始ステップと、前記第１期間内に、前記メカニカルシャッタを閉じて前記露光動作を終了するスチル露光終了ステップと、前記スチル動作基準周期の２ｉ番目に対応する第２期間にて、前記プレビュー読み出し動作期間のｎ倍のスチル読み出し動作期間内にて前記読み出し動作を行うスチル読み出し動作ステップと、前記読み出し動作ステップにおいて、全ての前記受光画素の前記情報電荷が読み出されるか、又は少なくとも前記遮光シフトレジスタへ移動したことに連動して開始され、次の前記スチル露光動作の開始までの期間内に、前記閉動作に比較して長時間を要する前記メカニカルシャッタの開動作を行うシャッタ開動作ステップと、を有するものである。
【００２１】
本発明の好適な態様は、前記複数の遮光シフトレジスタが、フレーム転送型固体撮像素子の蓄積部を構成して、少なくとも前記圧縮画像を格納可能であり、前記プレビュー動作が、前記圧縮画像を前記蓄積部に格納するフレーム転送動作ステップを有し、当該フレーム転送動作により前記露光動作が終了される駆動方法である。
【００２２】
さらに上述の本発明の好適な態様は、前記スチル露光終了ステップが、前記第１期間の終了に連動して、前記メカニカルシャッタを閉じ、前記スチル読み出し動作ステップが、前記第２期間の開始に連動して前記読み出し動作を開始する。
【００２３】
本態様では、スチル撮影動作での読み出し動作を行う期間が第２期間の先頭側に寄せられ、露光動作を行う期間が第１期間の後尾側に寄せられるので、読み出し動作と露光動作との間に残余期間が集中し、この部分にて行われるメカニカルシャッタの開動作のための期間の確保が容易となる。
【００２４】
さらに別の本発明に係る駆動方法においては、前記固体撮像素子が、前記プレビュー動作時に、前記圧縮画像の各画素毎にｍ個（ｍはｎ未満の自然数である）の前記受光画素の前記情報電荷を合成して前記圧縮画像を生成するものであり、前記スチル露光動作期間が、前記プレビュー露光動作期間のｍ倍の長さに設定される。
【００２５】
プレビュー動作時には複数受光画素の情報電荷を合成することにより、固体撮像素子での感度増加を図り、これに対応してスチル撮影動作では露光時間を伸張することにより、感度増加を図ることが行われる。具体的には、プレビュー動作時にｍ画素を合成することに対応して、スチル撮影動作では露光時間Ｉをｍ倍にして、両動作での感度を合わせることが行われる。本発明によれば、スチル撮影動作では例えば、電子シャッタにより可変制御される露光時間Ｉをｍ倍することに対応して、その制御可能範囲となる露光動作期間をプレビュー動作時のｍ倍の時間だけ確保する。ｍ＜ｎであり、その差にプレビュー動作時の垂直走査期間を乗じた時間に応じた比較的大きな残余期間が得られ、これを利用して、メカニカルシャッタの開動作を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、１画像の取得を２Ｖの時間で行うことができ、例えば、スチル撮影のフレームレートが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００２８】
本実施形態に係る撮像装置は、フレーム転送型ＣＣＤイメージセンサを備え、その撮像部の前面にメカニカルシャッタが配置される。メカニカルシャッタは開閉動作され、開状態では光を通過させて、これによりＣＣＤイメージセンサの撮像部に光が入射し、各受光画素にて情報電荷が発生する。一方、メカニカルシャッタは閉状態では光を遮断し、撮像部での情報電荷の発生が停止される。
【００２９】
本撮像装置は、スチル撮影モードとプレビュー動作モードとを切り換えて画像を生成することができる。スチル撮影モードでは、基本的にＣＣＤイメージセンサの全画素を用いて高画質の標準画像が取得され、静止画として例えば記録媒体に保存される。一方、プレビュー動作モードでは、ＣＣＤイメージセンサにて情報電荷を読み出す画素を間引いたり、複数画素同士を加算合成して読み出すことにより、垂直方向又は水平方向に圧縮された圧縮画像が取得される。圧縮画像はＣＣＤイメージセンサから読み出す画素数が削減されるので、比較的高いフレームレートでの撮影が可能であり、プレビュー用モニタに被写体の変化に滑らかに追随する動画を提供することが可能である。本実施形態では、例えば、撮像部にベイヤー配列のカラーフィルタ配列を有するＣＣＤイメージセンサにおいて、垂直方向に関しては第（３ｋ−１）行（ｋ＝１，２，…）の情報電荷は間引き、第（３ｋ−２）行及び第３ｋ行の２行を加算合成し、さらに水平方向に関しては、１列置きの２画素を加算合成して互いに同じ色に対応する４画素から１画素を生成する圧縮が行われる。これにより、垂直方向に関しては１／３に圧縮され、水平方向に関しては１／２に圧縮され、トータルで画素数が１／６に圧縮された圧縮画像が得られる。
【００３０】
図１は、プレビュー動作モードでの駆動方法を説明するタイミング図である。同図において時間軸は右向きに設定される。垂直同期信号ＶＤの各同期パルスに連動して露光動作期間ＴＥ’が始まる。露光動作期間ＴＥ’は垂直走査期間Ｖ’以下の所定時間に設定される。露光動作期間ＴＥ’の終了は、フレーム転送動作の開始により規定される。露光動作期間ＴＥ’は、電子シャッタ動作が行われ得る期間を意味し、当該期間内にて電子シャッタ動作のタイミングＳ１が可変設定される。この電子シャッタＳ１から露光動作期間ＴＥ’の終了までの期間が露光時間Ｉ’となる。露光動作期間ＴＥ’にてＣＣＤイメージセンサの撮像部の各画素に蓄積された情報電荷はフレーム転送により蓄積部に高速転送される。
【００３１】
蓄積部に転送された情報電荷は次の垂直走査期間Ｖ’での読み出し動作によってＣＣＤイメージセンサから読み出され、時系列の画像信号が得られる。この読み出し動作は、垂直ブランキング期間に対応するＶＤパルスに連動して開始され期間ＴＦ内に行われるフレーム転送動作と、ＶＤパルス後の期間ＴＲ’内に行われ、蓄積部から１ラインずつ水平転送部にライン転送し、さらに水平転送を行って画像信号をイメージセンサから読み出す動作とからなり、１Ｖ’以下の所定の期間に完了する。フレーム転送後の撮像部では次の露光動作を行うことが可能である。すなわち読み出し動作期間ＴＲ’での１ラインずつの読み出し動作と並行して、フレーム転送後の撮像部では次の露光動作を行うことが可能であり、この並列動作により、１Ｖ’毎に１フレームの圧縮画像を得ることができる。
【００３２】
図２は、スチル撮影動作モードでの駆動方法を説明するタイミング図である。同図において時間軸は右向きに設定される。左側には比較のために上述した１Ｖ’周期のプレビュー動作のタイミングを併せて示している。それに続くＶＤが１Ｖ周期である区間がスチル撮影動作に対応する。このプレビュー動作からスチル撮影動作への切り替わりは、プレビュー動作の継続中に、ユーザがシャッタボタンを押下する等の操作に連動して引き起こされる。
【００３３】
スチル撮影動作に移行すると、撮像装置のタイミング信号発生部はＶＤの周期をスチル撮影で得られる標準画像とプレビューで得られる圧縮画像との画素数比に応じて伸張する。ここでは標準画像が圧縮画像の６倍の画素数で構成されることに対応して、スチル撮影動作での垂直走査期間Ｖが基本的にプレビュー動作時のＶ’の６倍に設定される。
【００３４】
図２には、メカニカルシャッタの開閉状態も併せて示している。プレビュー動作時にはメカニカルシャッタは開状態に維持され、その状態は、スチル撮影動作に移行した後も、最初の露光動作期間ＴＥの終わりまで継続される。露光動作期間ＴＥの終了は、ＶＤパルスの立ち下がりのタイミングに設定され、このタイミングＳmcにてメカニカルシャッタは高速に閉じられ（閉動作）、開状態期間から閉状態期間に移行する。このメカニカルシャッタの閉動作が、プレビュー動作時のフレーム転送動作に代わって、露光時間Ｉの終了タイミングを規定する。一方、露光時間Ｉの開始は、プレビュー動作時と同様、電子シャッタ動作により規定される。
【００３５】
露光動作期間ＴＥは、電子シャッタ動作が行われ得る期間を意味し、当該期間内にて電子シャッタ動作のタイミングＳ２が可変設定される。ここで、プレビュー動作では４つの受光画素の情報電荷を加算合成して圧縮画像を生成する。本撮像装置では、スチル撮影動作にて得られる標準画像の明るさが、プレビュー動作で得られる圧縮画像の明るさと同レベルとなるようにするため、スチル撮影動作での露光時間Ｉを、プレビュー動作時の４倍に設定する。これに対応して、露光動作期間ＴＥはＴＥ’の４倍の長さに設定され、露光動作期間ＴＥの開始タイミングは、終了タイミングである次のＶＤパルスの発生予定時刻（メカニカルシャッタの閉動作タイミングＳmc）から４・ＴＥ’だけ先行するタイミングに定められる。ちなみに、例えば、プレビュー動作時のＴＥ’はおよそ１Ｖ’まで拡大され得るので、スチル撮影動作時のＴＥはおよそ４Ｖ’まで拡大され得る。しかし、ＴＥが１Ｖに占める割合は、ＴＥ’が１Ｖ’に占める割合より小さくなる。すなわち、スチル撮影動作において露光動作が行われる１Ｖの期間においては、その開始となるＶＤパルスからＴＥの開始までにおよそ２Ｖ’（ＴＥ’の長さによってはそれ以上）の期間が余る、つまり比較的大きな残余期間が生じることになる。例えば、プレビューを１５ｆｐｓ（又は３０ｆｐｓ）で行う場合には、Ｖ’は約６６．７ｍＳ（又は約３３．３ｍＳ）であるので、当該残余期間の長さは約１３３ｍＳ（又は約６６．７ｍＳ）に達する。
【００３６】
露光動作期間ＴＥにてＣＣＤイメージセンサの撮像部の各画素に蓄積された情報電荷は、タイミングＳmcにてメカニカルシャッタが閉じると、次の１Ｖでの読み出し動作によりＣＣＤイメージセンサから読み出され、標準画像を表す時系列の画像信号が得られる。この読み出し動作は、垂直ブランキング期間に対応するＶＤパルスに連動して開始され期間ＴＨ内に行われる高速垂直転送動作と、ＶＤパルス後の期間ＴＲ内に行われ、水平走査期間Ｈ周期で蓄積部から１ラインずつ水平転送部にライン転送し、さらに水平転送を行って画像信号をイメージセンサから読み出す動作とからなり、１Ｖ以下の所定の期間に完了する。
【００３７】
期間ＴＨに行われる高速垂直転送動作では、撮像部に蓄積された情報電荷が蓄積部側に向けて高速に垂直転送される。この高速垂直転送は、基本的にはプレビュー動作時に行われるフレーム転送動作に対応するものであるが、上述したようにメカニカルシャッタを設ける場合には蓄積部は基本的にプレビュー動作時のフレーム転送に対応して圧縮画像に応じたサイズしか設けられないことがあり、その場合には、当該高速垂直転送動作はフレーム転送の途中までしか実行しない。すなわち、撮像部の垂直シフトレジスタの先頭の情報電荷が蓄積部の垂直シフトレジスタの出力端側に達した時点で、高速転送は停止される。この高速転送は、続く読み出し動作期間ＴＲにて開始されるライン転送で直ちに情報電荷を水平シフトレジスタに読み出すことを可能とするために行われる。高速垂直転送動作終了時に撮像部の垂直シフトレジスタに残存する情報電荷は、読み出し動作期間ＴＲでのライン転送に同期して、順次、蓄積部に転送され読み出される。
【００３８】
読み出し動作期間ＴＲで読み出される画素数は、プレビュー動作時の６倍であり、また、読み出し動作はプレビュー動作時と同じクロック周波数で行われるため、読み出し動作期間ＴＲは基本的にＴＲ’の６倍の長さとなる。一方、この読み出し動作期間ＴＲの完了から次のＶＤパルスまでの残余期間も、基本的にプレビュー動作時に読み出し動作期間ＴＲ’の完了後の残余期間の６倍に拡大する。
【００３９】
上述の２Ｖの期間にて行われる露光動作（期間ＴＥ）から読み出し動作（期間ＴＲ）によって、１フレームの標準画像がＣＣＤイメージセンサから出力される。スチル撮影動作では、標準画像の連写に備えるために、読み出し動作期間ＴＲの完了後、メカニカルシャッタを開く動作を開始する。このメカニカルシャッタの開動作はＴＲの完了タイミングから次の１Ｖで予定される露光動作期間ＴＥの開始までの期間（メカニカルシャッタ開動作期間ＴＭ）内に行われる。ここで、先行するフレームの読み出し動作がＶの先頭から開始され、後続の露光動作がＶの後尾で完了するので、読み出し動作期間及び露光動作それぞれが行われる各Ｖでの上述の各残余期間は、期間ＴＲと期間ＴＥとの間の連続する一体の期間となる。この残余期間を一体とした期間は、メカニカルシャッタの開動作に必要な例えば、数１０ｍＳ程度を超える時間となり、これをメカニカルシャッタ開動作期間ＴＭとして利用することができる。
【００４０】
このように読み出し動作期間ＴＲの完了後にメカニカルシャッタを開く動作を開始するので、メカニカルシャッタ開動作に伴うノイズが、読み出し動作に影響を与えることがなく好適である。
【００４１】
なお、メカニカルシャッタの開動作に伴うノイズの影響の心配がなければ、ＣＣＤイメージセンサの情報電荷が遮光膜に覆われた蓄積部側に全て垂直転送された以降、すなわち読み出し動作期間ＴＲの途中であってもメカニカルシャッタの開動作を開始することができる。
【００４２】
期間ＴＭにおいて、メカニカルシャッタの開動作が行われる結果、次のフレームの露光動作期間ＴＥの開始時には、メカニカルシャッタは再び開状態となる。以降、スチル撮影動作では、上述の露光動作（期間ＴＥ）、読み出し動作（期間ＴＨ，ＴＲ）、及びメカニカルシャッタ開動作（期間ＴＭ）を繰り返して２Ｖ周期毎に１フレームの標準画像が撮影される。
【００４３】
図３は、上述のプレビュー動作及びスチル撮影動作での駆動に要するタイミング信号を生成するタイミング制御回路の概略のブロック図である。当該タイミング制御回路が生成したタイミング信号に基づいて、クロック発生回路（図示せず）がＣＣＤイメージセンサを駆動するクロック等を生成する。図４は、プレビュー動作時のタイミング信号の模式的なタイミング図であり、図５は、スチル撮影動作時のタイミング信号の模式的なタイミング図である。
【００４４】
タイミング制御回路は、ＨＤ生成部１０、ＶＤ生成部１２、基本信号生成部１４及びモード変換部１６とから構成される。ＨＤ生成部１０は、基準クロックＣＫのクロック数をカウントして所定カウント数Ｃh毎に水平同期信号ＨＤとして水平同期パルスを１つ発生する。１周期分のカウント数Ｃhは水平方向の画素数に応じて設定される。その画素数はプレビュー撮影モードでの圧縮画像とスチル撮影モードでの標準画像とでは相違するため、ＨＤ生成部１０はそれら撮影モードを指定するモード切替信号Ｍに連動して、１周期のカウント数Ｃhを切り換える。すなわち、プレビューとスチル撮影とでは水平走査期間は相違し、それぞれをＨ’、Ｈと表す。例えば、圧縮画像が水平方向に１／２圧縮を行う場合には、Ｈ＝２Ｈ’に設定することができる。
【００４５】
ＶＤ生成部１２は垂直同期信号ＶＤを生成する。ＶＤ生成部１２は、ＨＤ生成部１０が生成するＨＤパルスをカウントして所定カウント数Ｃv毎に垂直同期パルスを１つ発生する。例えば、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、信号ＶＤは、垂直同期パルス５０，８０として水平走査期間１周期の間、Ｌ（Ｌｏｗ）レベルに遷移し、その他の期間ではＨ（Ｈｉｇｈ）レベルに維持される。垂直走査期間を規定するカウント数Ｃvは垂直方向の画素数に応じて設定される。その画素数もプレビュー撮影モードでの圧縮画像とスチル撮影モードでの標準画像とでは相違するため、ＶＤ生成部１２はモード切替信号Ｍに連動して、垂直走査期間を規定するカウント数Ｃvを切り換える。これにより、既に述べたように、垂直走査期間としてプレビューにおいてはＶ’が設定され、スチル撮影においてはＶが設定される。
【００４６】
基本信号生成部１４は、ＨＤ生成部１０からの水平同期信号ＨＤ及びＶＤ生成部１２からの垂直同期信号ＶＤに基づいて、各種のタイミング信号を生成する。露光動作制御信号生成部２０は、露光動作期間ＴＥ’，ＴＥを規定する制御信号Ｅの元となる信号Ｅ０を生成する。露光動作制御信号生成部２０は、終了タイミングがＶＤパルスの立ち下がりに同期し露光動作期間ＴＥ’，ＴＥに応じた時間だけＨレベルに維持される矩形波を生成する。この信号は各垂直走査期間毎に生成される。
【００４７】
電子シャッタトリガパルス生成部２２は、電子シャッタ動作のトリガ信号ＳＨの元となる信号ＳＨ０を生成する。電子シャッタトリガパルス生成部２２は、図示しない自動露光制御回路から目標とする露光時間Ｉ（又はＩ’）を表す制御値を得て、ＶＤパルスの立ち下がりまでの時間がＩ（又はＩ’）となるタイミングにてトリガパルスを出力する。
【００４８】
フレーム転送トリガパルス生成部２４は、プレビュー動作でのフレーム転送動作又はスチル撮影動作での高速垂直転送動作のトリガ信号ＦＴの元となる信号ＦＴ０を生成する。フレーム転送トリガパルス生成部２４は、ＶＤパルスの立ち下がりに同期したトリガパルスを各垂直走査期間毎に生成する。
【００４９】
読み出し動作制御信号生成部２６は、読み出し動作期間ＴＲ’，ＴＲでのライン転送、水平転送のトリガ信号Ｒの元となる信号Ｒ０を生成する。読み出し動作制御信号生成部２６は、ＶＤパルスの立ち上がりに同期してパルスの出力を開始する。パルスは１水平走査期間毎に生成され、圧縮画像又は標準画像の垂直方向の画素数に応じた数だけ出力される。
【００５０】
メカニカルシャッタ開動作トリガパルス生成部２８は、メカニカルシャッタの開動作期間ＴＭの開始タイミングを規定するレリーズ信号ＭＲの元となる信号ＭＲ０を生成する。信号ＭＲ０は、信号Ｒ０の最後のパルスから１水平走査期間後のタイミングにてパルスを生じる。この信号ＭＲ０のパルスは各垂直走査期間毎に生成される。
【００５１】
モード変換部１６は二分周回路３０、露光ゲート回路３２、読み出しゲート回路３４を含んで構成される。二分周回路３０は、垂直同期信号ＶＤを分周して、垂直走査期間の２倍の周期で変化する信号ＶＤ２を生成する。信号ＶＤ２は、ＨレベルとＬレベルとをそれぞれ１垂直走査期間ずつ交互に出力する。生成された信号ＶＤ２は露光ゲート回路３２、読み出しゲート回路３４にそれぞれ入力される。
【００５２】
露光ゲート回路３２は、信号Ｅ０，ＳＨ０，ＦＴ０を制御対象の信号として入力され、モード切替信号Ｍ及び信号ＶＤ２に基づいて、それら制御対象信号を通過するか否かを制御する。この制御により、露光ゲート回路３２から信号Ｅ０，ＳＨ０，ＦＴ０それぞれに対応して信号Ｅ，ＳＨ，ＦＴが出力される。
【００５３】
読み出しゲート回路３４は、信号Ｒ０，ＭＲ０を制御対象の信号として入力され、モード切替信号Ｍ及び信号ＶＤ２に基づいて、それら制御対象信号を通過するか否かを制御する。この制御により、読み出しゲート回路３４から信号Ｒ０，ＭＲ０それぞれに対応して信号Ｒ，ＭＲが出力される。
【００５４】
図６は露光ゲート回路３２の原理を示すブロック図であり、図７は読み出しゲート回路３４の原理を示すブロック図である。ここでモード切替信号Ｍは、プレビュー動作時にはＨレベル、スチル撮影動作時にはＬレベルとする。露光ゲート回路３２は、ＯＲ回路４０、ＡＮＤ回路４２を含んで構成される。ＯＲ回路４０には信号Ｍと信号ＶＤ２とが入力され、ＡＮＤ回路４２にはそのＯＲ回路４０の出力と１つの制御対象信号とが入力される。そしてＡＮＤ回路４２の出力が露光ゲート回路３２から出力される。この構成が各制御対象信号毎に設けられる。一方、読み出しゲート回路３４は、ＯＲ回路４４、ＡＮＤ回路４６を含んで構成される。その構成はＯＲ回路４０の一方の入力に信号ＶＤ２の反転信号が入力されることを除けば、露光ゲート回路３２と同様である。この読み出しゲート回路３４の基本構成も各制御対象信号毎に設けられる。
【００５５】
プレビュー動作時、すなわちモード切替信号ＭがＨレベルのときには、露光ゲート回路３２、読み出しゲート回路３４いずれにおいてもそれぞれのＯＲ回路４０，４４の出力はＨレベルである。これにより、ＡＮＤ回路４２，４６からは入力された制御対象信号がそのまま出力される。つまり、各垂直走査期間Ｖ’において、制御対象信号がそのまま露光ゲート回路３２、読み出しゲート回路３４を通過する。
【００５６】
その結果、図４（ｂ）〜（ｅ）に示すように、信号Ｅ，ＳＨ，ＦＴ，Ｒは信号Ｅ０，ＳＨ０，ＦＴ０，Ｒ０と同じであり、各垂直走査期間Ｖ’にパルスを生じる。そして、これにより、図１に示すように、各Ｖ’にて露光動作及び読み出し動作が並列して行われる。なお、メカニカルシャッタの開動作のトリガとなるレリーズ信号ＭＲは図４から省略したが、図３の回路構成ではＭＲのトリガパルスも各Ｖ’にて生成される。ただし、プレビュー動作時にはモード切替信号ＭがＨレベルであることに基づいて、メカニカルシャッタを閉じる動作を禁止することができ、メカニカルシャッタが常時開状態に維持されるため、レリーズ信号ＭＲのパルスによる開動作の指示は無視される。
【００５７】
一方、スチル撮影動作時、すなわちモード切替信号ＭがＬレベルのときには、露光ゲート回路３２のＯＲ回路４０は入力された信号ＶＤ２をそのまま出力し、読み出しゲート回路３４のＯＲ回路４４は信号ＶＤ２の反転信号を出力する。その結果、ＡＮＤ回路４２とＡＮＤ回路４６とは垂直走査期間Ｖ置きに交互に制御対象信号を出力する。すなわち、ある垂直走査期間にてＡＮＤ回路４２が制御対象信号を出力するときには、ＡＮＤ回路４６は制御対象信号を通過させず、次の垂直走査期間では反対にＡＮＤ回路４６が制御対象信号を通過させ、ＡＮＤ回路４２での制御対象信号の通過が阻止される。
【００５８】
その結果、基本信号生成部１４からはプレビュー動作時と同様に各垂直走査期間に出力される信号Ｅ０，ＳＨ０，ＦＴ０，Ｒ０，ＭＲ０パルスが、露光ゲート回路３２、読み出しゲート回路３４で１Ｖ置きに間引かれて、信号Ｅ，ＳＨ，ＦＴ，Ｒ，ＭＲが生成される。
【００５９】
具体的には、スチル撮影動作の奇数番目の垂直走査期間Ｖでは、露光動作制御信号Ｅが期間ＴＥに対応してＨレベルに遷移し、また期間ＴＲ内のタイミングＳ２にて信号ＳＨにトリガパルス８２が出力され、電子シャッタ動作が実行され、期間ＴＲの終了タイミングにフレーム転送のトリガ信号ＦＴにトリガパルス８４が出力され、高速垂直転送動作が開始される。なお、ここで、信号ＶＤ２のレベル切り替わりのタイミングは二分周回路３０での遅延時間等により、ＶＤパルスの立ち下がりタイミングから後ろにシフトすることを考慮して、フレーム転送のトリガ信号ＦＴは露光ゲート回路３２に入力し、奇数番目の垂直走査期間にてトリガパルス８４が取り出されるように構成している。
【００６０】
また、スチル撮影動作の偶数番目の垂直走査期間Ｖでは、読み出し動作制御信号Ｒが期間ＴＲに対応して１Ｈ周期でトリガパルスを出力する。また、期間ＴＲの終了タイミングにレリーズ信号ＭＲにトリガパルスが出力され、メカニカルシャッタの開動作が起動される。
【００６１】
本撮像装置によれば、これら奇数番目の垂直走査期間での動作と偶数番目の垂直走査期間での動作とを繰り返すことにより、２Ｖ周期で標準画像を連写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】プレビュー動作モードでの駆動方法を説明するタイミング図である。
【図２】スチル撮影動作モードでの駆動方法を説明するタイミング図である。
【図３】プレビュー動作及びスチル撮影動作での駆動に要するタイミング信号を生成するタイミング制御回路の概略のブロック図である。
【図４】プレビュー動作時のタイミング信号の模式的なタイミング図である。
【図５】スチル撮影動作時のタイミング信号の模式的なタイミング図である。
【図６】露光ゲート回路の原理を示すブロック図である。
【図７】読み出しゲート回路の原理を示すブロック図である。
【図８】従来のスチル撮影における駆動方法を説明するタイミング図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ＨＤ生成部、１２  ＶＤ生成部、１４  基本信号生成部、１６  モード変換部、２０  露光動作制御信号生成部、２２  電子シャッタトリガパルス生成部、２４  フレーム転送トリガパルス生成部、２６  読み出し動作制御信号生成部、２８  メカニカルシャッタ開動作トリガパルス生成部、３０  二分周回路、３２  露光ゲート回路、３４  読み出しゲート回路、４０，４４  ＯＲ回路、４２，４６  ＡＮＤ回路。
【図１】
2006050026.tif 000003
【図２】
2006050026.tif 000004
【図３】
2006050026.tif 000005
【図４】
2006050026.tif 000006
【図５】
2006050026.tif 000007
【図６】
2006050026.tif 000008
【図７】
2006050026.tif 000009
【図８】
2006050026.tif 000010