(57)【要約】【課題】電子シャッタによるシャッタの先幕の動作を、簡単な構成でフォーカルプレーンシャッタの後幕に近い動作とすることができ、撮影画像に発生するシェーディングを防止することができる固体撮像装置およびデジタルカメラを提供する。【解決手段】入射光を信号電荷に変換する光電変換手段と、光電変換手段で発生した信号電荷を転送する転送手段と、転送された信号電荷を増幅する増幅手段と、信号電荷をリセットするリセット手段と、を有する画素を、行列方向に複数配列した撮像素子と、撮像素子の信号電荷を順次リセットするための第１の走査回路と、撮像素子の信号電荷を順次読み出すための第２の走査回路と、先幕または後幕の一方として撮像素子を遮光するシャッタの走行に対応して、先幕または後幕の他方として撮像素子の信号電荷のリセットを行う場合に、第１の走査回路および第２の走査回路を、並列に駆動するように制御する制御手段と、を備える。【選択図】図２
2011009837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を信号電荷に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した前記信号電荷を転送する転送手段と、前記転送された前記信号電荷を増幅する増幅手段と、前記信号電荷をリセットするリセット手段と、を有する画素を、行列方向に複数配列した撮像素子と、
前記撮像素子の前記信号電荷を順次リセットするための第１の走査回路と、
前記撮像素子の前記信号電荷を順次読み出すための第２の走査回路と、
先幕または後幕の一方として前記撮像素子を遮光するシャッタの走行に対応して、前記先幕または前記後幕の他方として前記撮像素子の前記信号電荷のリセットを行う場合に、前記第１の走査回路および前記第２の走査回路を、並列に駆動するように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記撮像素子を複数行同時にリセットするように前記第１の走査回路および前記第２の走査回路を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記撮像素子の行毎のリセット時間を重複させてリセットするように前記第１の走査回路および前記第２の走査回路を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記撮像素子の前記信号電荷を順次リセットするための１または複数の第３の走査回路、
をさらに有し、
前記制御手段は、
前記第１の走査回路および前記第２の走査回路と、前記複数の第３の走査回路とを並列に駆動するように制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記第２の走査回路からの出力信号を、前記撮像素子の前記信号電荷を読み出す信号を生成する手段、または前記撮像素子の前記信号電荷をリセットする信号を生成する手段に出力する走査回路選択スイッチと、
前記撮像素子の前記信号電荷のリセット動作に対応して、前記走査回路選択スイッチを介して出力される前記第２の走査回路の出力信号の出力先を切り替える信号を生成する制御信号発生手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１の項に記載の固体撮像装置と、
入射光を前記固体撮像装置に導光するレンズと、
前記固体撮像装置と前記レンズの間に配置されたシャッタと、
前記固体撮像装置、前記レンズおよび前記シャッタを制御するカメラ制御装置と、
を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に用いられる固体撮像装置およびデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子としてＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）型撮像素子（以下、「ＭＯＳ型撮像素子」という）が注目され、実用化されている。
このＭＯＳ型撮像素子は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）型撮像素子と異なり、単一電源で駆動することが可能である。また、ＣＣＤ型撮像素子では、専用の製造プロセスを必要とするのに対し、ＭＯＳ型撮像素子は、他のＬＳＩと同じ製造プロセスを用いて製造することができることからＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）への対応が容易であり、固体撮像装置の多機能化を可能としている。
また、ＭＯＳ型撮像素子は、各画素に増幅回路を備えることによって画素内で信号電荷を増幅しているため、信号の伝達経路からのノイズの影響を受けづらい構成になっている。さらに、各画素の信号電荷を選択して取り出す（選択方式）ことが可能であり、原理上、信号の蓄積時間や読み出し順序を画素毎に自由に制御することができるという特徴がある。
【０００３】
ＭＯＳ型撮像素子を使用した装置の一例として、一眼レフカメラがある。図８は、一般的なデジタルカメラの概略構成を示したブロック図である。図８に示したデジタルカメラ１は、レンズ２、メカニカルシャッタ３、イメージセンサ４、画像信号処理回路５、メモリ６、記録装置７、レンズ制御装置８、シャッタ駆動装置９、イメージャ駆動装置１０、カメラ制御装置１１、表示装置１２から構成される。
【０００４】
レンズ２は、レンズ制御装置８によってズーム、フォーカス、絞りなどが駆動制御され、被写体像をイメージセンサ４に結像させる。
メカニカルシャッタ３は、シャッタ駆動装置９によって駆動制御され、レンズ２を介してデジタルカメラ１内に入射した光を遮光する遮光部材（シャッタ）であり、所謂一眼レフカメラに使用されるフォーカルプレーン型のシャッタ機構である。
イメージセンサ４は、イメージャ駆動装置１０によって駆動、制御され、レンズ２を介してデジタルカメラ１内に入射した被写体光を画像信号に変換する固体撮像装置である。以降の説明において、「イメージセンサ」という場合は、ＭＯＳ型撮像素子を示すこととする。
画像信号処理回路５はイメージセンサ４から出力された画像信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正、画像データの圧縮などの処理を行う。また、画像信号処理回路５は、各処理における画像データの一時記憶手段としてメモリ６を利用する。
記録装置７は、半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。
表示装置１２は、イメージセンサ４に結像され、画像信号処理回路５によって処理された画像データ、または記録装置７から読み出された画像データに基づく画像を表示する液晶などの表示装置である。
カメラ制御装置１１は、デジタルカメラ１の全体の制御を行う制御装置である。
【０００５】
図９は、従来の固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図９において、イメージセンサ４は、イメージセンサ制御信号発生回路４１、垂直走査回路４２、水平走査回路４３、定電流源４４、単位画素４５、ＣＤＳ回路４６、列選択回路４７から構成される。なお、図９に示したイメージセンサ４では、複数の単位画素４５が、３行３列に二次元的に配置された例を示している。また、定電流源４４、ＣＤＳ回路４６、列選択回路４７は、単位画素４５の列方向毎に配置されている。
【０００６】
なお、図９に示したイメージセンサ４において、各符号の後に表す“（）：括弧”内の数字および記号は、イメージセンサ４内に配置されている単位画素４５に対応した行番号と列番号とを表し、最初の数字が行番号、最後の数字が列番号を示す。例えば、２行３列目の単位画素４５は、単位画素４５（２３）と表す。また、行番号または列番号の一方のみ、すなわち、同一の行番号または列番号を表す場合は、同一の行番号または列番号を数字で表し、同一ではない行番号または列番号を“＊：アスタリスク”で表す。例えば、３列目の定電流源４４は、定電流源４４（＊３）と表す。また、行番号および列番号の両方を特定しない場合は、各符号の後の“（）：括弧”を表記しない。
【０００７】
イメージセンサ制御信号発生回路４１は、垂直走査回路４２、水平走査回路４３、およびＣＤＳ回路４６を制御する。垂直走査回路４２は、単位画素４５を制御する。水平走査回路４３は、列選択回路４７を制御する。このイメージセンサ制御信号発生回路４１、垂直走査回路４２、および水平走査回路４３による制御によって、イメージセンサ４は、入射した被写体光の画像信号を出力する。
【０００８】
より具体的には、イメージセンサ４は、垂直走査回路４２から出力されるリセットパルスφＲＳ（１＊）〜φＲＳ（３＊）、転送パルスφＴＸ（１＊）〜φＴＸ（３＊）およびセレクトパルスφＳＥ（１＊）〜φＳＥ（３＊）によって選択された行方向の単位画素４５の出力を画素信号として垂直信号線Ｖ（＊１）〜Ｖ（＊３）に出力する。そして、イメージセンサ４は、単位画素４５から垂直信号線Ｖ（＊１）〜Ｖ（＊３）に出力された画素信号のノイズ成分を、ＣＤＳ回路４６によって抑圧する。そして、水平走査回路４３から出力される列選択パルスφＨ（＊１）〜φＨ（＊３）によって選択された列方向のノイズ抑圧後の画素信号を、イメージセンサ４の画像信号として水平信号線Ｈに出力する。
【０００９】
単位画素４５は、入射した光を電気信号に変換し、垂直信号線Ｖに出力する回路である。単位画素４５は、それぞれ、フォトダイオードＰＤ、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットトランジスタＭ１、転送トランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４から構成される。
フォトダイオードＰＤは、入射した光を光電変換して電荷を発生する光電変換部である。転送トランジスタＭ２は、垂直走査回路４２から入力された転送パルスφＴＸに基づいて、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を、増幅トランジスタＭ３のゲート端子に接続されたフローティングディフュージョンＦＤに転送する。転送トランジスタＭ２によって転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される。増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷に応じた電圧を出力する。リセットトランジスタＭ１は、垂直走査回路４２から入力されたリセットパルスφＲＳに基づいて、フローティングディフュージョンＦＤを電源電圧Ｖｄにリセットする。選択トランジスタＭ４は、垂直走査回路４２から入力されたセレクトパルスφＳＥに基づいて、増幅トランジスタＭ３が出力した電圧を、単位画素４５の出力として垂直信号線Ｖに出力する。
【００１０】
垂直信号線Ｖ（＊１）〜Ｖ（＊３）は、それぞれ列方向毎の単位画素４５、ＣＤＳ回路４６、および定電流源４４に接続されている。
定電流源４４内のトランジスタのドレイン端子は垂直信号線Ｖに接続され、ソース端子はグランドに固定されている。また、定電流源４４内のトランジスタのゲート端子は電流源バイアスＶｂｉａｓに接続されている。
【００１１】
ＣＤＳ回路４６は、単位画素４５で発生する画素信号のノイズを抑圧する回路である。ＣＤＳ回路４６は、それぞれ、クランプトランジスタＭ５、サンプルホールドトランジスタＭ６、クランプキャパシタＣ１、サンプルホールドキャパシタＣ２から構成される。
クランプキャパシタＣ１は、単位画素４５から垂直信号線Ｖに出力された画素信号の出力電圧を保持する。クランプトランジスタＭ５は、イメージセンサ制御信号発生回路４１から入力されたクランプパルスφＣＬに基づいて、単位画素４５のリセット電圧、すなわち、電源電圧Ｖｄを出力する。サンプルホールドトランジスタＭ６は、イメージセンサ制御信号発生回路４１から入力されたサンプルホールドパルスφＳＨに基づいて、クランプキャパシタＣ１に保持された単位画素４５の画素信号の電圧と、クランプトランジスタＭ５を介して出力されたリセット電圧との差分の電圧、すなわち、ノイズ抑圧された画素信号をサンプルホールドキャパシタＣ２に保持させる。
【００１２】
列選択回路４７は、水平走査回路４３から出力される列選択パルスφＨ（＊１）〜φＨ（＊３）に基づいて、ＣＤＳ回路４６内のサンプルホールドキャパシタＣ２に保持されているノイズ抑圧後の画素信号を選択し、イメージセンサ４の画像信号として水平信号線Ｈに出力する。
【００１３】
図１０は、従来のデジタルカメラの撮影におけるシャッタ駆動の概略動作を模式化した図である。図１０においてメカニカルシャッタ３は、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１、フォーカルプレーンシャッタ先幕３２から構成される。図１０（ａ）は、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１とフォーカルプレーンシャッタ先幕３２とが共に“開”の状態で、デジタルカメラに備わっている表示装置１２にイメージセンサ４からの画像をリアルタイムで表示する、所謂ライブビュー状態を示している。このライブビューの状態からシャッタボタンが押下されると、静止画撮像開始のレリーズ信号が発生し、図１０（ｂ）に示すようにフォーカルプレーンシャッタ先幕３２が、一度“閉”の状態となる。その後、図１０（ｃ）〜図１０（ｄ）に示すように、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１とフォーカルプレーンシャッタ先幕３２とが一定の間隔で走行することにより、露光時間が制御される。最後に、図１０（ｅ）の状態、すなわち、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１が完全に“閉”の状態となることによって撮影が完了し、その後、イメージセンサ４の画像信号が順次読み出される。
【００１４】
しかしながら、図１０に示した従来のデジタルカメラにおいて、シャッタボタンが押下されてから、フォーカルプレーンシャッタ先幕３２が“閉”の状態（図１０（ｂ））となるまでの期間は、静止画撮像のための露光を開始することができず、この期間が撮影までのタイムラグとして問題となっていた。
【００１５】
上述の撮影までのタイムラグの問題を改善するため、種々の技術が考案されている。例えば、特許文献１には、フォーカルプレーンシャッタ先幕３２の代わりに、電子シャッタ動作を利用する方法が開示されている。なお、電子シャッタ動作とは、単位画素４５内のリセットトランジスタＭ１と転送トランジスタＭ２を“ＯＮ”させることにより、単位画素４５内のフォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷をリセットする動作である。
なお、以降の説明において、フォーカルプレーンシャッタ先幕３２の代わりに、電子シャッタ動作を利用する方法を「先幕電子シャッタ」と呼ぶこととする。
【００１６】
図１１に先幕電子シャッタ駆動の概略動作を模式化した図を示す。図１１（ａ）は、図１０（ａ）と同様なライブビュー状態を示している。このライブビューの状態からシャッタボタンが押下されると、図１０（ｂ）とは異なり、フォーカルプレーンシャッタ先幕３２が “閉”の状態には移行せず、図１１（ｂ）〜図１１（ｃ）に示すように、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１の走行と、電子シャッタによるイメージセンサ４の走査が行われる。すなわち、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１と電子シャッタ動作ＯＮ領域とを同期させることにより、露光時間が制御される。最後に、図１１（ｄ）の状態、すなわち、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１が完全に“閉”の状態となることによって撮影が完了し、その後、イメージセンサ４の画像信号が順次読み出される。
【００１７】
図１２に、従来の先幕電子シャッタ駆動のタイミングを示したタイミングチャートを示す。まず、シャッタボタンが押下され、時刻ｔ１において、レリーズ信号（図１２における“Ｈｉｇｈ”パルス）が発生すると、セレクトパルスφＳＥが“Ｌｏｗ”レベルとなり、リセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸが、行毎に順次“Ｈｉｇｈ”レベルとなり、先幕電子シャッタタイミングで電子シャッタが走査される。このことにより、静止画撮像の露光が開始される。その後、一定時間が経過した時刻ｔ２からメカニカルシャッタ走行タイミングで、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１の走行が開始される。フォーカルプレーンシャッタ後幕３１の走行が完全に終了した時刻ｔ３の時点でイメージセンサ４は完全に遮光され、静止画撮像の露光が完了する。引き続き、イメージセンサ４から画像信号の読み出しが順次行われる。
このように、先幕電子シャッタの動作を行うことにより、シャッタボタンが押下されてから、静止画撮像の露光が開始されるまでのタイムラグを軽減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第３７０９７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、特許文献１に記載されている従来の先幕電子シャッタの技術では、電子シャッタによるイメージセンサ４の遮光にかかる時間と、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１によるイメージセンサ４の遮光にかかる時間とが異なるという問題がある。
図１３は、従来の先幕電子シャッタにおける上述の問題を説明する図である。
【００２０】
電子シャッタの動作は、図１２に示したように、単位画素４５内のフォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷を、行毎に順次リセットしている。電子シャッタの動作によってイメージセンサ４の全行に渡って順次リセットする時間は、図１３（ａ）に示すように、数ｍｓとなる。例えば１行あたりの読み出し時間を１．５μｓとし、イメージセンサ４が全体で３０００行であると仮定すると、電子シャッタの動作によってイメージセンサ４の全行をリセットするのにかかる時間、すなわち、電子シャッタ動作による先幕の幕速は、４．５ｍｓ程度となる。一方、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１の幕速は、通常２〜３ｍｓ程度である。このため、シャッタボタンが押下された後の１行目の単位画素４５の露光時間と、その後のｎ行目の単位画素４５の露光時間とが大きく異なり、図１３（ｂ）に示すように、単位画素４５の行毎の露光時間の差によるシェーディングが撮影画像に発生する。
【００２１】
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、固体撮像素子の電子シャッタ動作をシャッタの先幕として利用する固体撮像装置において、電子シャッタによるシャッタの先幕の動作を、簡単な構成でフォーカルプレーンシャッタの後幕に近い動作とすることができ、撮影画像に発生するシェーディングを防止することができる固体撮像装置およびデジタルカメラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する光電変換手段（例えば、実施形態におけるフォトダイオードＰＤ）と、前記光電変換手段で発生した前記信号電荷を転送する転送手段（例えば、実施形態における転送トランジスタＭ２）と、前記転送された前記信号電荷を増幅する増幅手段（例えば、実施形態における増幅トランジスタＭ３）と、前記信号電荷をリセットするリセット手段（例えば、実施形態におけるリセットトランジスタＭ１）と、を有する画素（例えば、実施形態における単位画素４５）を、行列方向に複数配列した撮像素子と、前記撮像素子の前記信号電荷を順次リセットするための第１の走査回路（例えば、実施形態における電子シャッタ用シフトレジスタ４２２）と、前記撮像素子の前記信号電荷を順次読み出すための第２の走査回路（例えば、実施形態における読み出し用シフトレジスタ４２１）と、先幕または後幕の一方として前記撮像素子を遮光するシャッタの走行に対応して、前記先幕または前記後幕の他方として前記撮像素子の前記信号電荷のリセットを行う場合に、前記第１の走査回路および前記第２の走査回路を、並列に駆動するように制御する制御手段（例えば、実施形態におけるイメージセンサ制御信号発生回路１４１）と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の前記制御手段は、前記撮像素子を複数行同時にリセットするように前記第１の走査回路および前記第２の走査回路を制御する、ことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の前記制御手段は、前記撮像素子の行毎のリセット時間を重複させてリセットするように前記第１の走査回路および前記第２の走査回路を制御する、ことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の固体撮像装置は、前記撮像素子の前記信号電荷を順次リセットするための１または複数の第３の走査回路（例えば、実施形態における読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７）、をさらに有し、前記制御手段は、前記第１の走査回路および前記第２の走査回路と、前記複数の第３の走査回路とを並列に駆動するように制御する、ことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の前記制御手段は、前記第２の走査回路からの出力信号（例えば、実施形態における読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ）を、前記撮像素子の前記信号電荷を読み出す信号を生成する手段（例えば、実施形態における信号電荷読み出し回路４２５）、または前記撮像素子の前記信号電荷をリセットする信号を生成する手段（例えば、実施形態における信号電荷リセット回路４２６）に出力する走査回路選択スイッチ（例えば、実施形態におけるシフトレジスタ選択スイッチ４２３、４２４）と、前記撮像素子の前記信号電荷のリセット動作に対応して、前記走査回路選択スイッチを介して出力される前記第２の走査回路の出力信号の出力先を切り替える信号（例えば、実施形態における選択信号φＳＥＬ）を生成する制御信号発生手段（例えば、実施形態におけるイメージセンサ制御信号発生回路１４１）と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のデジタルカメラは、前記固体撮像装置と、入射光を前記固体撮像装置に導光するレンズ（例えば、実施形態におけるレンズ２）と、前記固体撮像装置と前記レンズの間に配置されたシャッタ（例えば、実施形態におけるメカニカルシャッタ３）と、前記固体撮像装置、前記レンズおよび前記シャッタを制御するカメラ制御装置（例えば、実施形態におけるカメラ制御装置１１）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、固体撮像素子の電子シャッタ動作をシャッタの先幕として利用する固体撮像装置において、電子シャッタによるシャッタの先幕の動作を、簡単な構成でフォーカルプレーンシャッタの後幕に近い動作とすることができるので、得られる最終の撮影画像に発生するシェーディングを防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態によるデジタルカメラの概略構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図３】本実施形態の固体撮像装置における第１の実施形態の垂直走査回路の概略構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の垂直走査回路における固体撮像装置の先幕電子シャッタ駆動の動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の垂直走査回路における固体撮像装置の先幕電子シャッタ駆動の動作タイミングの別例を示したタイミングチャートである。
【図６】本実施形態の固体撮像装置における第２の実施形態の垂直走査回路の概略構成を示したブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の垂直走査回路における固体撮像装置の先幕電子シャッタ駆動の動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【図８】一般的なデジタルカメラの概略構成を示したブロック図である。
【図９】従来の固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図１０】従来のデジタルカメラの撮影におけるシャッタ駆動の概略動作を模式化した図である。
【図１１】従来の先幕電子シャッタ駆動の概略動作を模式化した図である。
【図１２】従来の先幕電子シャッタ駆動のタイミングを示したタイミングチャートである。
【図１３】従来の先幕電子シャッタ動作における問題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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、本実施形態のデジタルカメラ（例えば、デジタルカメラ）の概略構成を示したブロック図である。図１に示したデジタルカメラ１０１は、レンズ２、メカニカルシャッタ１０３、イメージセンサ１０４、画像信号処理回路５、メモリ６、記録装置７、レンズ制御装置８、シャッタ駆動装置１０９、イメージャ駆動装置１１０、カメラ制御装置１１１、表示装置１２から構成される。
【００３１】
なお、本実施形態のデジタルカメラ１０１は、図８に示した従来のデジタルカメラ１と同様の構成であるが、従来のデジタルカメラ１のイメージセンサ４が本発明のイメージセンサ１０４に変更されている。また、イメージセンサ１０４への変更に伴い、メカニカルシャッタ３がメカニカルシャッタ１０３に、シャッタ駆動装置９がシャッタ駆動装置１０９に、イメージャ駆動装置１０がイメージャ駆動装置１１０に、カメラ制御装置１１がカメラ制御装置１１１にそれぞれ変更されている。
【００３２】
なお、本実施形態のデジタルカメラ１０１と図８に示した従来のデジタルカメラ１とが同様の動作をする構成要素については、同一の符号を付与して説明を省略する。また、以下の説明において、各符号の後に表す“（）：括弧”内の数字および記号の表す意味も同様である。
【００３３】
メカニカルシャッタ１０３は、シャッタ駆動装置１０９によって駆動制御され、レンズ２を介してデジタルカメラ内に入射した光を遮光するフォーカルプレーン型のシャッタ機構であるが、フォーカルプレーンシャッタ後幕のみが駆動制御される。例えば、図１０に示したメカニカルシャッタ３と同じ構成とし、シャッタ駆動装置１０９によって、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１のみが駆動制御される。
なお、メカニカルシャッタ１０３は、例えば、図１０に示したフォーカルプレーンシャッタ後幕３１のみが備えられている構成とすることもできる。
【００３４】
イメージセンサ１０４は、イメージャ駆動装置１１０によって駆動、制御され、レンズ２を介してデジタルカメラ内に入射した被写体光を画像信号に変換する固体撮像装置である。なお、このイメージセンサ１０４に関する詳細な説明は、後述する。
【００３５】
カメラ制御装置１１１は、図８に示した従来のデジタルカメラ１におけるカメラ制御装置１１と同様に、デジタルカメラの全体の制御を行う制御装置であるが、シャッタ駆動装置１０９とイメージャ駆動装置１１０との制御によって、メカニカルシャッタ１０３とイメージセンサ１０４とを協調制御する。
【００３６】
＜第１実施形態＞
次に、本実施形態のイメージセンサについて説明する。図２は、本実施形態によるイメージセンサ１０４の概略構成を示したブロック図である。図２において、イメージセンサ１０４は、イメージセンサ制御信号発生回路１４１、垂直走査回路１４２、水平走査回路４３、定電流源４４、単位画素４５、ＣＤＳ回路４６、列選択回路４７から構成される。なお、図２に示したイメージセンサ１０４では、複数の単位画素４５が、３行３列に二次元的に配置された例を示している。また、定電流源４４、ＣＤＳ回路４６、列選択回路４７は、単位画素４５の列方向毎に配置されている。
【００３７】
図２に示したイメージセンサ１０４は、２つのシフトレジスタを使用して先幕電子シャッタ動作を高速で行うものである。
なお、本実施形態のイメージセンサ１０４と図９に示した従来のイメージセンサ４とは、イメージセンサ制御信号発生回路１４１、垂直走査回路１４２のみが異なり、図９に示した従来のイメージセンサ４と同様の構成要素については、同一の符号を付与して説明を省略する。
【００３８】
イメージセンサ制御信号発生回路１４１は、垂直走査回路１４２、水平走査回路４３およびＣＤＳ回路４６を制御する。
垂直走査回路１４２は、単位画素４５を制御する。また、垂直走査回路１４２は、単位画素４５の制御において、行間引き動作が可能である。なお、この垂直走査回路１４２に関する詳細な説明は、後述する。
【００３９】
次に、本実施形態の垂直走査回路１４２について説明する。図３は、本実施形態による垂直走査回路１４２の概略構成を示したブロック図である。図３において、垂直走査回路１４２は、読み出し用シフトレジスタ４２１、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２、シフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４、複数の論理和ゲートＯＲ２、信号電荷読み出し回路４２５、信号電荷リセット回路４２６から構成される。なお、信号電荷読み出し回路４２５、信号電荷リセット回路４２６は、複数の論理和ゲートＯＲおよび複数の論理積ゲートＡＮＤから構成される。
なお、図３において、各構成要素の符号および信号線名の後に表す“（）：括弧”内の数字および記号の表す意味は、図２に示したイメージセンサ１０４と同様に、単位画素４５に対応した行番号と列番号とを表す。
【００４０】
読み出し用シフトレジスタ４２１は、間引きモードを備え、各行をスキップして選択することができるシフトレジスタである。
読み出し用シフトレジスタ４２１の各ビットの出力パルスφＲＳＲ（以下、「読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ」という）は、シフトレジスタ選択スイッチ４２３を介して、信号電荷読み出し回路４２５に入力される。また、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲは、シフトレジスタ選択スイッチ４２４を介して、信号電荷リセット回路４２６に入力される。
【００４１】
電子シャッタ用シフトレジスタ４２２は、間引きモードを備え、各行をスキップして選択することができるシフトレジスタである。
電子シャッタ用シフトレジスタ４２２の各ビットの出力パルスφＳＳＲ（以下、「電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ」という）は、論理和ゲートＯＲ２によって、シフトレジスタ選択スイッチ４２４を介して入力された読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲと論理和され、信号電荷リセット回路４２６に入力される。
【００４２】
シフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４は、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力された選択信号φＳＥＬによって、“ＯＮ”状態と“ＯＦＦ”状態とが切り替えられる。なお、図３においては、選択信号φＳＥＬをまとめて表示しているが、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力される選択信号φＳＥＬは、シフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４毎にそれぞれ異なる信号である。
【００４３】
信号電荷読み出し回路４２５には、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲと、φＲＳ１、φＴＸ１、φＳＥが入力される。φＲＳ１、φＴＸ１、φＳＥは、イメージセンサ１０４の読み出しに使用するパルスであり、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から出力される。
信号電荷読み出し回路４２５は、シフトレジスタ選択スイッチ４２３が“ＯＮ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２４が“ＯＦＦ”の状態のときに、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲの値に基づいて、通常の読み出し制御信号をイメージセンサ１０４の単位画素４５に出力する。
【００４４】
より具体的には、信号電荷読み出し回路４２５は、通常の読み出し動作において、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲが“Ｈｉｇｈ”レベルのときに、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力されたφＲＳ１、φＴＸ１、φＳＥを、読み出し用のセレクトパルスφＳＥ（１＊）〜φＳＥ（３＊）、リセットパルスφＲＳ（１＊）〜φＲＳ（３＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）〜φＴＸ（３＊）として、イメージセンサ１０４の単位画素４５に“Ｈｉｇｈ”レベルのパルスを出力する。
【００４５】
信号電荷リセット回路４２６には、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲと電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲとが論理和された論理和ゲートＯＲ２の出力信号と、φＲＳ２、φＴＸ２が入力される。φＲＳ２、φＴＸ２は、イメージセンサ１０４の電子シャッタに使用するパルスであり、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から出力される。
信号電荷リセット回路４２６は、シフトレジスタ選択スイッチ４２３が“ＯＦＦ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２４が“ＯＮ”状態のときに、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲの値に基づいて、電子シャッタ用の制御信号をイメージセンサ１０４の単位画素４５に出力する。
【００４６】
より具体的には、信号電荷リセット回路４２６は、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲの値に基づいた電子シャッタ用の制御信号を出力する場合、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲが“Ｈｉｇｈ”レベルのときに、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力されたφＲＳ２、φＴＸ２を、電子シャッタ用のリセットパルスφＲＳ（１＊）〜φＲＳ（３＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）〜φＴＸ（３＊）として、イメージセンサ１０４の単位画素４５に“Ｈｉｇｈ”レベルのパルスを出力する。
【００４７】
なお、信号電荷リセット回路４２６は、シフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４の状態とは関係なく、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲの値に基づいて、電子シャッタ用の制御信号をイメージセンサ１０４の単位画素４５に出力する。すなわち、通常の電子シャッタ動作において、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲが“Ｈｉｇｈ”レベルのときに、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力されたφＲＳ２、φＴＸ２を、電子シャッタ用のリセットパルスφＲＳ（１＊）〜φＲＳ（３＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）〜φＴＸ（３＊）として、イメージセンサ１０４の単位画素４５に“Ｈｉｇｈ”レベルのパルスを出力する。
【００４８】
次に、本実施形態のイメージセンサの動作について説明する。図４は、本実施形態によるイメージセンサ１０４の動作タイミングを示したタイミングチャートである。なお、図４は、４行３列に単位画素４５が格子状に配置されているイメージセンサ１０４の例を示している。また、単位画素４５は、上述のように、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲまたは電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲの“Ｈｉｇｈ”レベルによって選択されたφＲＳ１、φＲＳ２、φＴＸ１、φＴＸ２、φＳＥによる“Ｈｉｇｈ”レベルのセレクトパルスφＳＥ（１＊）〜φＳＥ（４＊）、リセットパルスφＲＳ（１＊）〜φＲＳ（４＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）〜φＴＸ（４＊）によって駆動される。
【００４９】
はじめに、通常の電子シャッタの駆動タイミングについて説明する。時刻ｔ１のとき、シフトレジスタ選択スイッチ４２３が“ＯＮ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２４が“ＯＦＦ”の状態とする。このとき、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ（１＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている１行目の単位画素４５に入力されるセレクトパルスφＳＥ（１＊）、リセットパルスφＲＳ（１＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなる。このことによって、１行目の単位画素４５が露光した画素信号が読み出される。その後、読み出された画素信号に応じた電圧が、水平信号線Ｈに出力される。
なお、この時、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１およびフォーカルプレーンシャッタ先幕３２は、共に“開”の状態であるライブビュー状態である。
【００５０】
続いて、読み出し用シフトレジスタ４２１が順次シフトして、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ（２＊）〜φＲＳＲ（４＊）が順次“Ｈｉｇｈ”レベルになることによって、対応する行の単位画素４５に入力されるセレクトパルスφＳＥ（２＊）〜φＳＥ（４＊）、リセットパルスφＲＳ（２＊）〜φＲＳ（４＊）および転送パルスφＴＸ（２＊）〜φＴＸ（４＊）が順次“Ｈｉｇｈ”レベルとなる。このことによって、２〜４行目の単位画素４５が露光した画素信号が順次読み出され、読み出された画素信号に応じた電圧が、順次水平信号線Ｈに出力される。
【００５１】
また、時刻ｔ１から一定時間後の時刻ｔ２のとき、通常の電子シャッタタイミングで画素がリセットされる。通常の電子シャッタタイミングでは、まず、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ（１＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている１行目の単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳ（１＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなる。このことによって、１行目の単位画素４５がリセットされる。
【００５２】
続いて、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２が順次シフトして、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ（２＊）〜φＳＳＲ（４＊）が順次“Ｈｉｇｈ”レベルになることによって、対応する行の単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳ（２＊）〜φＲＳ（４＊）および転送パルスφＴＸ（２＊）〜φＴＸ（４＊）が順次“Ｈｉｇｈ”レベルとなる。このことによって、２〜４行目の単位画素４５が順次リセットされる。
なお、ライブビュー状態において、露光時間を全行で同一にするために、通常の電子シャッタタイミングの傾きは、読み出しタイミングの傾きと同じである必要がある。
【００５３】
次に、先幕電子シャッタの駆動タイミングについて説明する。ライブビュー状態において任意のタイミング、例えば、時刻ｔ３のときにシャッタボタンが押下され、静止画撮像開始のレリーズ信号に“Ｈｉｇｈ”レベルのパルスが入力されることにより、先幕電子シャッタの走査が始まる。
【００５４】
先幕電子シャッタタイミングにおいては、まず、シフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４により、奇数行の単位画素４５および偶数行の単位画素４５に出力する電子シャッタ用のリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸを選択する。より具体的には、奇数行は、シフトレジスタ選択スイッチ４２３を“ＯＦＦ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２４を“ＯＮ”状態として、読み出し用シフトレジスタ４２１に基づいた電子シャッタ用のリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸを出力するように制御する。また、偶数行は、シフトレジスタ選択スイッチ４２３を“ＯＦＦ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２４を“ＯＦＦ”状態として、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２に基づいた電子シャッタ用のリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸを出力するように制御する。また、読み出し用シフトレジスタ４２１および電子シャッタ用シフトレジスタ４２２には、間引きモードを設定する。
【００５５】
このことにより、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ（１＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている１行目の単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳ（１＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなり、１行目の単位画素４５がリセットされる。また同時に、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ（２＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている２行目の単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳ（２＊）および転送パルスφＴＸ（２＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなり、２行目の単位画素４５がリセットされる。
【００５６】
続いて、読み出し用シフトレジスタ４２１がシフトすると、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ（３＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている３行目の単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳ（３＊）および転送パルスφＴＸ（３＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなり、３行目の単位画素４５がリセットされる。また同時に、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２がシフトすると、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ（４＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている４行目の単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳ（４＊）および転送パルスφＴＸ（４＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなり、４行目の単位画素４５がリセットされる。
【００５７】
このように制御することにより、先幕電子シャッタタイミングの傾きは、通常の電子シャッタタイミングの傾きの２倍となり、メカニカルシャッタの速い走行タイミングに適合することができる。
【００５８】
その後、時刻ｔ３から一定時間後に駆動を開始したフォーカルプレーンシャッタ後幕３１が完全に“閉”の状態（時刻ｔ４）となったときに撮影が完了する。そして、順次画素信号の読み出しを行う。なお、画素信号の読み出しは、時刻ｔ１から開始した読み出しタイミングと同様であるため、説明を省略する。また、撮影が完了した後は、ライブビュー状態とは異なり、一定時間後に開始される通常の電子シャッタの駆動は行わない。
【００５９】
次に、先幕電子シャッタの駆動タイミングの別の実施例について説明する。図５は、本実施形態によるイメージセンサ１０４の動作タイミングの別例を示したタイミングチャートである。図５に示したタイミングチャートは、図４に示したタイミングチャートと同様にシフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４の設定と、読み出し用シフトレジスタ４２１および電子シャッタ用シフトレジスタ４２２の間引きモードの設定とによって、先幕電子シャッタ動作を行い、かつ先幕電子シャッタタイミングの傾きを変更させる例である。
【００６０】
なお、図５に示したタイミングチャートは、図４に示したタイミングチャートと同様に４行３列に単位画素４５が格子状に配置されているイメージセンサ１０４の例を示している。また、図５において、時刻ｔ１〜時刻ｔ３までのライブビュー状態の動作および時刻ｔ５からの撮影完了後の画素信号の読み出し動作は、図４に示した時刻ｔ１〜時刻ｔ３までのライブビュー状態の動作および時刻ｔ４からの撮影完了後の画素信号の読み出し動作と同様であるため、説明を省略する。
【００６１】
また、先幕電子シャッタタイミングにおけるシフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４の設定と、読み出し用シフトレジスタ４２１および電子シャッタ用シフトレジスタ４２２の間引きモードの設定とも、図４で示した先幕電子シャッタタイミングと同様である。
【００６２】
図５に示した時刻ｔ３から開始される先幕電子シャッタタイミングでは、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２が出力する電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲのタイミングが、読み出し用シフトレジスタ４２１が出力する読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲのタイミングに対して、半周期遅れたタイミングとなっている。すなわち、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲは、時刻ｔ３のタイミングで“Ｈｉｇｈ”レベルとなっているのに対し、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲは、半周期遅れた時刻ｔ４のタイミングで“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている。
【００６３】
さらに、図５に示した先幕電子シャッタタイミングでは、時刻ｔ３〜時刻ｔ５の間は、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力されるパルスであるφＲＳ２およびφＴＸ２を、常に“Ｈｉｇｈ”レベルとしている。このことによって、先幕電子シャッタのタイミングを、読み出し用シフトレジスタ４２１および電子シャッタ用シフトレジスタ４２２と完全に同期させることができる。
【００６４】
図５に示した先幕電子シャッタタイミングにおいては、まず、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ（１＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている１行目のリセットパルスφＲＳ（１＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）によって、１行目の単位画素４５がリセットされる。
続いて、１行目の単位画素４５のリセットから半周期遅れたタイミングで、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ（２＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている２行目のリセットパルスφＲＳ（２＊）および転送パルスφＴＸ（２＊）によって、２行目の単位画素４５がリセットされる。
【００６５】
続いて、読み出し用シフトレジスタ４２１がシフトすると、２行目の単位画素４５のリセットから半周期遅れたタイミングで、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ（３＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている３行目のリセットパルスφＲＳ（３＊）および転送パルスφＴＸ（３＊）によって、３行目の単位画素４５がリセットされる。
続いて、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２がシフトすると、３行目の単位画素４５のリセットから半周期遅れたタイミングで、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ（４＊）が“Ｈｉｇｈ”レベルとなっている４行目のリセットパルスφＲＳ（４＊）および転送パルスφＴＸ（４＊）によって、４行目の単位画素４５がリセットされる。
【００６６】
このように制御することにより、奇数行の単位画素４５のリセットと偶数行の単位画素４５のリセットとは、半周期遅れたタイミングとなる。このことにより、先幕電子シャッタタイミングの傾きは、通常の電子シャッタタイミングの傾きと異なる傾きとなり、メカニカルシャッタの速い走行タイミングに適合することができる。
【００６７】
上記に述べたとおり、本発明の第１の実施形態によれば、シフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４の設定と、読み出し用シフトレジスタ４２１および電子シャッタ用シフトレジスタ４２２の間引きモードの設定とによって、先幕電子シャッタタイミングの傾きを変更することができる。このことによって、先幕電子シャッタの駆動速度を高速にすることができる。
【００６８】
また、ライブビュー機能が付随されている通常のデジタルカメラにおいては、電子シャッタおよび間引き動作は不可欠な機能であるため、ほとんどのカメラに使用されていることから、シフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４を設けるという簡単な構成変更のみで、先幕電子シャッタのタイミングを高速にすることが可能である。
【００６９】
また、シフトレジスタ選択スイッチ４２３および４２４の設定と、読み出し用シフトレジスタ４２１および電子シャッタ用シフトレジスタ４２２の間引きモードの設定とに加え、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２のパルス開始タイミングを可変することによって、先幕電子シャッタタイミングの傾きを可変することができる。このことによって、簡単な構成とタイミング変更のみで、先幕電子シャッタの駆動速度を可変にすることができ、先幕電子シャッタタイミングの傾きを、最適化することができる。
【００７０】
＜第２実施形態＞
次に、本実施形態の垂直走査回路の第２の実施形態について説明する。図６は、本実施形態による垂直走査回路２４２の概略構成を示したブロック図である。図６において、垂直走査回路２４２は、読み出し用シフトレジスタ４２１、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７、シフトレジスタ選択スイッチ４２３、４２４、４２８、４２９、複数の論理和ゲートＯＲ３、信号電荷読み出し回路４２５、信号電荷リセット回路４２６から構成される。
【００７１】
図６に示した垂直走査回路２４２は、図２および図３に示した垂直走査回路１４２の代わりにイメージセンサ１０４に備えられる垂直走査回路である。また、図６に示した垂直走査回路２４２は、図３に示した垂直走査回路１４２に対して、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７、シフトレジスタ選択スイッチ４２８および４２９が追加されたことが異なる。また、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７の追加に伴い、信号電荷リセット回路４２６には、複数の論理和ゲートＯＲ２の出力信号に代わって複数の論理和ゲートＯＲ３の出力信号が入力されることが異なる。
図６において、上述の変更以外の構成要素は、図３に示した垂直走査回路１４２と同様であり、垂直走査回路１４２と同様の構成要素については、同一の符号を付与し、同様の動作に関しては説明を省略する。
【００７２】
読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７は、間引きモードを備え、例えばカメラのモードによって間引き率を変化させる際や、切り出し画像をライブビュー画面に映し出す際の特殊読み出し時に使用するシフトレジスタである。
読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７の各ビットの出力パルスφＥＳＲ（以下、「読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲ」という）は、シフトレジスタ選択スイッチ４２９を介して論理和ゲートＯＲ３に出力される。
【００７３】
読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲは、論理和ゲートＯＲ３によって、シフトレジスタ選択スイッチ４２４を介して入力された読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲと、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲと論理和され、信号電荷リセット回路４２６に入力される。また、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲは、シフトレジスタ選択スイッチ４２８を介して、例えば、図示しない特殊読み出し回路に入力される。
より具体的には、シフトレジスタ選択スイッチ４２８が“ＯＮ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２９が“ＯＦＦ”の状態の場合、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲは、特殊読み出しをするために使用され、シフトレジスタ選択スイッチ４２８が“ＯＦＦ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２９が“ＯＮ”の状態の場合に、先幕電子シャッタ用に図６に示した垂直走査回路２４２内で使用される。
【００７４】
シフトレジスタ選択スイッチ４２８および４２９は、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力された選択信号φＳＥＬによって、“ＯＮ”状態と“ＯＦＦ”状態とが切り替えられる。なお、図６においては、選択信号φＳＥＬをまとめて表示しているが、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力される選択信号φＳＥＬは、シフトレジスタ選択スイッチ４２３、４２４、４２８、４２９毎にそれぞれ異なる信号である。
【００７５】
信号電荷リセット回路４２６には、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲと、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲと、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲとが論理和された論理和ゲートＯＲ３の出力信号と、φＲＳ２、φＴＸ２が入力される。
信号電荷リセット回路４２６は、図３に示した垂直走査回路１４２と同様に、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲの値に基づいた電子シャッタ用の制御信号を、イメージセンサ１０４の単位画素４５に出力する。また、信号電荷リセット回路４２６は、シフトレジスタ選択スイッチ４２８が“ＯＦＦ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２９が“ＯＮ”状態のときに、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲの値に基づいて、電子シャッタ用の制御信号をイメージセンサ１０４の単位画素４５に出力する。
【００７６】
より具体的には、信号電荷リセット回路４２６は、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲの値に基づいた電子シャッタ用の制御信号を出力する場合、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲが“Ｈｉｇｈ”レベルのときに、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力されたφＲＳ２、φＴＸ２を、電子シャッタ用のリセットパルスφＲＳ（１＊）〜φＲＳ（３＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）〜φＴＸ（３＊）として、イメージセンサ１０４の単位画素４５に“Ｈｉｇｈ”レベルのパルスを出力する。
【００７７】
なお、信号電荷リセット回路４２６は、シフトレジスタ選択スイッチ４２３、４２４、４２８、４２９の状態とは関係なく、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲの値に基づいて、電子シャッタ用の制御信号をイメージセンサ１０４の単位画素４５に出力する。
【００７８】
次に、本実施形態の垂直走査回路２４２による先幕電子シャッタの駆動タイミングについて説明する。図７は、本実施形態による垂直走査回路２４２による先幕電子シャッタの駆動タイミングを示したタイミングチャートである。なお、図７は、１９行に単位画素４５が格子状に配置されているイメージセンサ１０４の例において、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲのみを示している。その他の信号の動作は、図４及び図５に示した第１実施形態におけるイメージセンサ１０４の動作タイミングと同様であるため、説明を省略する。すなわち、イメージセンサ１０４内の単位画素４５は、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲの“Ｈｉｇｈ”レベルによって選択されたφＲＳ１、φＲＳ２、φＴＸ１、φＴＸ２、φＳＥによる“Ｈｉｇｈ”レベルのセレクトパルスφＳＥ（１＊）〜φＳＥ（１９＊）、リセットパルスφＲＳ（１＊）〜φＲＳ（１９＊）および転送パルスφＴＸ（１＊）〜φＴＸ（１９＊）によって駆動される。
【００７９】
図７に示した先幕電子シャッタタイミングでは、ライブビュー状態において任意のタイミング、例えば、時刻ｔ１のときにシャッタボタンが押下され、静止画撮像開始のレリーズ信号に“Ｈｉｇｈ”レベルのパルスが入力されることにより、先幕電子シャッタの走査が始まる。
【００８０】
先幕電子シャッタの走査が始まると、シフトレジスタ選択スイッチ４２３、４２４、４２８、４２９の設定と、読み出し用シフトレジスタ４２１、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７の間引きモードの設定とを行い、先幕電子シャッタタイミングの傾きをメカニカルシャッタ（例えば、フォーカルプレーンシャッタ後幕３１）の走行タイミングの傾きに合わせる。
【００８１】
より具体的には、シフトレジスタ選択スイッチ４２３を“ＯＦＦ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２４を“ＯＮ”状態として、読み出し用シフトレジスタ４２１に基づいた電子シャッタ用のリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸを出力するように制御する。また、シフトレジスタ選択スイッチ４２８を“ＯＦＦ”、かつシフトレジスタ選択スイッチ４２９を“ＯＮ”状態として、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７に基づいた電子シャッタ用のリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸを出力するように制御する。
また、時刻ｔ２および時刻ｔ３において、読み出し用シフトレジスタ４２１の間引き率を変化させ、さらに、時刻ｔ３において、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７の間引き率を変化させることによって、単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸの“Ｈｉｇｈ”レベルとなるタイミングを変化させるように制御する。
【００８２】
その後、時刻ｔ１から一定時間後に駆動を開始したフォーカルプレーンシャッタ後幕３１が完全に“閉”の状態（時刻ｔ４）となって撮影が完了した後に、順次画素信号の読み出しを行う。
【００８３】
上記に述べたとおり、本発明の第２の実施形態によれば、先幕電子シャッタタイミングの傾きを、メカニカルシャッタの走行タイミングの傾きに合わせるように制御する、すなわち、先幕電子シャッタタイミングの傾きを途中で変更することができる。このことによって、通常のメカニカルシャッタにおいて非線形である走行速度に応じて、先幕電子シャッタタイミングの傾きをメカニカルシャッタタイミングに合わせて変えることができ、イメージセンサ１０４に備えた全行の単位画素４５で同一の露光時間を実現することができる。
【００８４】
また、多機能なデジタルカメラにおいては、カメラのモードによって間引き率を変化させる、または切り出し画像をライブビュー画面に映し出すといった特殊読み出し機能が装備されている場合が多いため、シフトレジスタ選択スイッチ４２３、４２４、４２８、４２９を設けるという簡単な構成変更のみで、先幕電子シャッタのタイミング特性をメカニカルシャッタの走行に合わせた非線形のタイミング特性にすることができる。
【００８５】
なお、第２の実施形態においては、読み出し用シフトレジスタ４２１、電子シャッタ用シフトレジスタ４２２の他に、読み出しモード切り替え用シフトレジスタ４２７を用いて、単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸの“Ｈｉｇｈ” レベルとなるタイミングを変化させる場合について説明したが、さらに他のシフトレジスタ（複数であってもよい）を用いることもできる。
この場合、さらに他のシフトレジスタの出力パルスを選択するシフトレジスタ選択スイッチを、使用するシフトレジスタ分の数だけ追加し、信号電荷リセット回路４２６に選択したパルスを入力するための論理和ゲート（例えば、図６に示した論理和ゲートＯＲ３に代わる論理和ゲート）を、使用するシフトレジスタに応じた論理和ゲートに変更することによって対応することができる。
このことによって、単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸの“Ｈｉｇｈ”レベルとなるタイミングを、さらに細かく変えることができる。
【００８６】
上記に述べたとおり、本発明を実施するための形態によれば、簡単な構成で先幕電子シャッタタイミングの傾きを変更することができ、かつ非線形の走行をするフォーカルプレーンシャッタの後幕に近い動作とすることができる。
このことによって、本実施形態のイメージセンサを搭載したデジタルカメラの撮影において、得られる最終の撮影画像に発生するシェーディングを防止することができる。
【００８７】
なお、本実施形態においては、メカニカルシャッタの走行速度の方が先幕電子シャッタの走査速度より高速である場合について説明したが、本発明は、メカニカルシャッタの走行速度と先幕電子シャッタの走査速度とが異なる場合について適用することができ、例えば、メカニカルシャッタの走行速度の方が先幕電子シャッタの走査速度より低速である場合についても適用することができる。
【００８８】
また、本実施形態においては、単位画素４５の行方向および列方向の配置に関して、いくつかの例を示したが、単位画素４５の行方向および列方向の配置は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において単位画素４５を配置する行方向および列方向の数を変更することができる。
【００８９】
また、本発明における垂直走査回路およびイメージセンサ制御信号発生回路の具体的な構成は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更をすることができる。
例えば、本実施形態の垂直走査回路において、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲの選択は、シフトレジスタ選択スイッチ４２３、４２４、４２８、４２９によって接続経路を選択する構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸの出力タイミングを変化させるように制御できる構成であればよい。
【００９０】
また、例えば、本実施形態の垂直走査回路において、シフトレジスタ選択スイッチ４２３、４２４、４２８、４２９の“ＯＮ”状態、“ＯＦＦ”状態の切り替えは、イメージセンサ制御信号発生回路１４１から入力された選択信号φＳＥＬに基づいて行う構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、単位画素４５に入力されるリセットパルスφＲＳおよび転送パルスφＴＸの出力タイミングの変更に伴って、読み出し用シフトレジスタパルスφＲＳＲ、電子シャッタ用シフトレジスタパルスφＳＳＲ、読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルスφＥＳＲの切り替え制御ができる構成であればよい。
【００９１】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１，１０１・・・デジタルカメラ、２・・・レンズ、３，１０３・・・メカニカルシャッタ、４，１０４・・・イメージセンサ、５・・・画像信号処理回路、６・・・メモリ、７・・・記録装置、８・・・レンズ制御装置、９，１０９・・・シャッタ駆動装置、１０，１１０・・・イメージャ駆動装置、１１，１１１・・・カメラ制御装置、１２・・・表示装置、４１，１４１・・・イメージセンサ制御信号発生回路、４２，１４２，２４２・・・垂直走査回路、４３・・・水平走査回路、４４・・・定電流源、４５・・・単位画素、４６・・・ＣＤＳ回路、４７・・・列選択回路、４２１・・・読み出し用シフトレジスタ、４２２・・・電子シャッタ用シフトレジスタ、４２３，４２４，４２８，４２９・・・シフトレジスタ選択スイッチ、４２５・・・信号電荷読み出し回路、４２６・・・信号電荷リセット回路、４２７・・・読み出しモード切り替え用シフトレジスタ、ＰＤ・・・フォトダイオード、ＦＤ・・・フローティングディフュージョン、Ｍ１・・・リセットトランジスタ、Ｍ２・・・転送トランジスタ、Ｍ３・・・増幅トランジスタ、Ｍ４・・・選択トランジスタ、Ｍ５・・・クランプトランジスタ、Ｍ６・・・サンプルホールドトランジスタ、Ｃ１・・・クランプキャパシタ、Ｃ２・・・サンプルホールドキャパシタ、３１・・・フォーカルプレーンシャッタ後幕、３２・・・フォーカルプレーンシャッタ先幕、Ｖ・・・垂直信号線、Ｈ・・・水平信号線、φＲＳ・・・リセットパルス、φＴＸ・・・転送パルス、φＳＥ・・・セレクトパルス、φＣＬ・・・クランプパルス、φＳＨ・・・サンプルホールドパルス、φＨ・・・列選択パルス、Ｖｂｉａｓ・・・電流源バイアス、Ｖｄ・・・電源電圧、φＲＳＲ・・・読み出し用シフトレジスタパルス、φＳＳＲ・・・電子シャッタ用シフトレジスタパルス、φＥＳＲ・・・読み出しモード切り替え用シフトレジスタパルス、φＳＥＬ・・・選択信号
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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