(57)【要約】【課題】取り扱い電荷を効果的に増加させながら、画像信号に重畳するノイズを軽減することができる電子カメラを提供する。【解決手段】撮像素子（４）の取り扱い電荷量を変更可能とした撮像素子と、撮像素子の取り扱い電荷量を変更するための基板電圧を制御する電圧制御手段（８）と、撮像素子の各画素に蓄積した電荷を取り出して外部に画像信号として読み出す動作を制御する読出し手段（６、７）と、読出し手段によって読み出された画像信号を増幅する増幅手段（１３）と、増幅手段の増幅率が所定値以上のときは、電圧制御手段による基板電圧の制御を禁止する電圧制御禁止手段（１）とを備えた電子カメラである。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の取り扱い電荷量を変更可能とした撮像素子と、
前記撮像素子の取り扱い電荷量を変更するための基板電圧を制御する電圧制御手段と、
前記撮像素子の各画素に蓄積した電荷を取り出して外部に画像信号として読み出す動作を制御する読出し手段と、
前記読出し手段によって読み出された画像信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の増幅率が所定値以上のときは、前記電圧制御手段による基板電圧の制御を禁止する電圧制御禁止手段と
を備えたことを特徴とする電子カメラ。
【請求項２】
前記電圧制御手段は、動画表示を行うときには静止画表示を行うときよりも、前記取り扱い電荷量が少なくなるように前記基板電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子カメラ。
【請求項３】
前記電圧制御手段は、フィールド蓄積時ではフレーム蓄積時よりも、前記取り扱い電荷量が少なくなるように前記基板電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子カメラに関し、特に撮像素子の取り扱い電荷量を変更可能とした撮像素子を有する電子カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子カメラでは、所要の解像度の撮像信号を得るため、電子カメラの撮影条件に対応して撮像素子の基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えて取り扱い電荷量を変更する手法が使用されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、撮像素子は、感光素子に一定量以上の電荷が生じると、例えばオーバフローによって感光素子から例えば基板側に吸収されるようにすることで、ブルーミング、スメア等の減少を防止するようにされている。そして、このオーバフローが開始するような感光素子における蓄積電荷量を取り扱い電荷量と称している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２１１３２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えると画像信号レベルが変動し、この結果、後段の信号処理回路、特にクランプ処理回路が誤動作して一時的にノイズが発生し、画像に信号シェーディングが生じるという問題点がある。
図７は、クランプ処理回路の誤動作の原因を説明する図である。
【０００６】
動画表示モード（モニタモード）から静止画表示モード（スチルモード）に切り替えるための信号ＳＵＢＳＷが入力されたときには、取り扱い電荷を増加させるため、基板電圧Ｖｓｕｂが低電圧に切り替わる。このとき、ＣＣＤ出力のバイアスレベルにはわずかではあるがレベル差が生ずる。
【０００７】
図７には、モニタモードでのＣＣＤ出力波形（ａ部）と、スチルモードでのＣＣＤ出力波形（ｂ部）を拡大して表わしている。この両波形には基板電圧Ｖｓｕｂの切り替えに伴うレベル差ｘが生じている。
【０００８】
また、この拡大されたＣＣＤ出力波形（ａ部、ｂ部）は映像期間とオプチカルブラック部の波形を表わしているが、この内、サンプルパルスであるオプチカルブラッククランプパルスＯＢＣＬＰが出力されている期間（ｃ部）において、オプチカルブラック部の信号は映像信号の黒レベル基準信号としてクランプされる。
【０００９】
ところが、クランプ回路は時定数が長いため、レベル差ｘの変化にすぐに追従することができず、この結果として黒レベルのクランプミスが発生し画像に信号シェーディングを生じさせるのである。
【００１０】
このため、クランプミスによる画像の信号シェーディングを回避するため、基板電圧Ｖｓｕｂの切り替えを行わないことも考えられる。しかしながら、前述のように基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えて取り扱い電荷を増加させることは、ノイズの少ない画像を得るために必要であり、逆に基板電圧Ｖｓｕｂの切り替えが行われない場合には、ブルーミング等による画質低下の発生する可能性が高くなる。
【００１１】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであって、取り扱い電荷を効果的に増加させながら、画像信号に重畳するノイズを軽減することのできる電子カメラを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者は、課題の解決を図るために鋭意検討を重ねた。その結果、レベル差ｘの影響はクランプ回路後段の増幅器において増幅率が高い場合は無視できないレベルにまで増幅されることを確認した。即ち、画像の信号シェーディングの程度は増幅器の増幅率と関連していることがわかった。
【００１３】
さらに、この画像の乱れによる影響が増大した場合は、取り扱い電荷が最適とならない場合の影響よりも大きなものであり、その際には取り扱い電荷に優先して対策を図れば画像信号に重畳するノイズの軽減に有効であると確認された。
【００１４】
本発明は、かかる調査研究の結果に基づいてなされたものであって、以下のように構成されている。
【００１５】
上記課題を解消するため、本発明の第１の局面に係る電子カメラは、撮像素子の取り扱い電荷量を変更可能とした撮像素子と、撮像素子の取り扱い電荷量を変更するための基板電圧を制御する電圧制御手段と、撮像素子の各画素に蓄積した電荷を取り出して外部に画像信号として読み出す動作を制御する読出し手段と、読出し手段によって読み出された画像信号を増幅する増幅手段と、増幅手段の増幅率が所定値以上のときは、電圧制御手段による基板電圧の制御を禁止する電圧制御禁止手段とを備えている。
【００１６】
また本発明の第２の局面に係る電子カメラは、上記記載の電子カメラにおいて、電圧制御手段は、動画表示を行うときには静止画表示を行うときよりも、取り扱い電荷量が少なくなるように基板電圧を制御する。
【００１７】
また本発明の第３の局面に係る電子カメラは、上記記載の電子カメラにおいて、電圧制御手段は、フィールド蓄積時ではフレーム蓄積時よりも、取り扱い電荷量が少なくなるように基板電圧を制御する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る電子カメラの構成を示すブロック図である。
【００１９】
本電子カメラは、各部を統括的に制御するためのメインＣＰＵ１、レンズ２、露出を制御するための絞り機構３、被写界光を電気信号に変換する撮像素子４、撮像素子４の信号を映像信号に変換する撮像回路５、撮像素子４の駆動用タイミング信号を生成するＴＧ回路６、撮像素子４を駆動するＣＣＤドライバ７及び基板電圧Ｖｓｕｂを切り替える基板電圧切り替え手段８を備えている。
【００２０】
本電子カメラにおいては、メインＣＰＵ１が全ての制御を統括的に行っており、撮像素子４の信号の読出し制御、画像処理、露出制御等の一連の処理を担っている。
【００２１】
図２は、撮像回路５の構成の一部を示す図である。
撮像回路５は、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路１２、増幅器１３及びＡＤ変換回路１４等を備えている。図２を参照して、黒レベルのクランプ動作について説明する。
【００２２】
ＣＣＤからの出力信号は、カップリングコンデンサ１１を介して直流成分が除去された後、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路１２において雑音の軽減が図られる。そして、増幅器１３で信号増幅された後、ＡＤ変換回路１４でデジタル信号に変換され、次段において信号処理される。ここで、メインＣＰＵ１から指示された増幅器１３の増幅率は、ゲイン設定回路１５が受け取って増幅器１３に設定する。
【００２３】
ＣＤＳ回路１２はＣＣＤからの出力信号の波形（ＣＣＤ出力波形）の内、電荷がリセットされている期間（フィードスルー期間）と信号が出力されている期間（シグナル期間）のＣＣＤ出力レベルの差を取ることによって雑音を低減する。
【００２４】
そこで、フィードスルー期間に出力されるサンプルホールドパルスＳＨＰによってフィードスルーレベル保存回路１６がフィードスルー期間の信号レベルを保存するとともに、シグナル期間に出力されるサンプルホールドパルスＳＨＤによってＣＤＳ回路１２はシグナル期間の信号レベルを獲得してレベル差を演算する。
【００２５】
また、ＣＣＤ出力波形のうち上述のオプチカルブラック部の信号は、オプチカルブラッククランプパルスＯＢＣＬＰが出力されている期間にフィードバックアンプ１７を介してＣＤＳ回路１２に帰還され黒レベルの基準信号として処理される。
【００２６】
図３は、第１の実施の形態に係る電子カメラの概略の動作を示すフロー図であり、図４は、第１の実施の形態に係る電子カメラの動作を示すタイミングチャートである。垂直同期信号ＶＤの間隔をフレーム期間といい、図４にはフレーム期間を特定するために番号を付している。
【００２７】
撮影者がレリーズ操作を行ったかどうかが常に監視されており、先ずレリーズが１段押し込まれた（１ｓｔレリーズ操作）場合は（Ｓ１　ＹＥＳ）、第１フレーム期間において自動露光のための測光がなされる（Ｓ２）。そして、この測光値に基づいて絞り、露光時間などの撮影条件が定められる。
【００２８】
次に、レリーズが２段押し込まれたか（２ｎｄレリーズ操作）どうかが監視され、２ｎｄレリーズ操作がなされた場合は（Ｓ３　ＹＥＳ）、第２フレーム期間において、基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えるかどうかの判断を行う。即ち、増幅器１３の増幅率が所定値以上かどうかによって、基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えるかどうかを判断する（Ｓ４）。
【００２９】
そして、増幅器１３の増幅率が所定値以上でない場合（Ｓ４　ＮＯ）は、第３フレーム期間において基板電圧Ｖｓｕｂを低電圧に切り替えて（Ｓ５）取り扱い電荷量を増加させるが、増幅器１３の増幅率が所定値以上の場合（Ｓ４　ＹＥＳ）は、第３フレーム期間において基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えず高電圧を維持する（Ｓ６）。
【００３０】
第３フレーム期間において本露光が行われる（Ｓ７）。この第３フレーム期間で撮影モードが動画モードから静止画モードに切り替えられるとともにメカシャッタが閉とされる。
【００３１】
ここで、動画モードでは、撮像素子４の電荷は２画素加算モニターモードで読み出される。第１，２，６フレーム期間がこれに該当する。図５は２画素加算モニターモードの動作を説明する図である。この２画素加算モニターモードは、撮像素子４の全電荷を読み出すのではなく、第１の水平列と第３の水平列、第８の水平列と第１０の水平列、・・・の電荷を選択的に（間引いて）取り出し、垂直転送路内において加算して読み出すモードである。
【００３２】
このようにして読み出すことによって読出し時間を短縮できるため、画質は劣るものの通常の動画表示に対応可能なフレームレートを実現することができる。
【００３３】
尚、２画素加算モニターモードで説明したように、２つの感光素子で蓄積された信号電荷を加算して転送する方式をフィールド蓄積方式という。
【００３４】
第３フレーム期間は、モード切替直後の期間であるため、読み出された信号は不安定な状態にあると判断し使用されない。さらに、第３フレーム期間のｄ部において、本露光による信号電荷を転送路に取り出す前に、垂直転送路に生じた暗電流の影響による不要電荷を掃き出すための高速掃き出しを行う。
【００３５】
次の第４、第５フレーム期間では、画質の良い静止画を得るためにフレーム読出しモードによって本露光による信号電荷を読み出す（Ｓ８）。
【００３６】
図６は、フレーム読出しモードの動作を説明する図である。このフレーム読出しモードは、第１フィールド期間に第１、第３、第５・・・の水平列の信号電荷を順次読出し、第２フィールド期間に第２、第４、第６・・・の水平列の信号電荷を順次読出すインタレース読出しを行うモードである。尚、第１フィールドをＯｄｄ（奇数）フィールド、第２フィールドをＥｖｅｎ（偶数）フィールドと呼ぶこともある。
【００３７】
尚、このように加算を行わず１つの感光素子で蓄積された信号電荷を単位として転送する方式をフレーム蓄積方式という。
【００３８】
そこで図４の第４フレーム期間において、垂直駆動信号Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂに高電圧パルスを印加してＯｄｄフィールドの電荷を読出して転送動作を行う。そして、第４フレーム期間のｅ部において高速掃き出しを行った後、第５フレーム期間において、垂直駆動信号Ｖ３Ａ、Ｖ３Ｂに高電圧パルスを印加してＥｖｅｎフィールドの電荷を読出して転送動作を行う。
【００３９】
以上の動作によって本露光の信号電荷を読み出した後、第６フレーム期間においては、撮影モードが静止画モードから動画モードに切り替えられ、基板電圧Ｖｓｕｂが高電圧に切り替えられる。
【００４０】
本実施の形態では、増幅器１３の増幅率が所定値よりも小さい場合は、基板電圧Ｖｓｕｂを低電圧に切り替えて取り扱い電荷量を増加させるが、増幅器１３の増幅率が所定値以上の場合は、基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えず高電圧を維持するように構成している。
【００４１】
前述のように、基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えると、クランプ処理回路が誤動作して画像に信号シェーディングが生じ、この現象は撮像素子の出力段の増幅率が大きくなるほど顕著になる。
【００４２】
従って、撮像素子の出力信号を増幅する増幅手段の増幅率が所定以上のときは基板電圧Ｖｓｕｂの切り替えを禁止することにより、顕著な画像の乱れを防止することができる。尚、基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えないことに伴う画質の低下が考えられるが、基板電圧Ｖｓｕｂの切り替えに伴う画像の乱れは、取り扱い電荷の減少以上に画質を低下させるものであるため、従来に比して画質を改善させることができる。
【００４３】
一方、撮像素子の出力信号を増幅する増幅手段の増幅率が所定以下のときは、基板電圧Ｖｓｕｂを切り替えても画像の乱れは気にならない程度のものである。
【００４４】
このように本実施の形態によれば、取り扱い電荷を効果的に増加させながら、画像信号に重畳するノイズを軽減することができる。尚、増幅率の所定値は画像の変動状況に基づいて適宜定めれば良い。もし、それぞれの撮影条件毎に増幅率の最小値が定まっている場合はその値を所定値として採用しても良い。
【００４５】
また本実施の形態では、画像信号を動画表示するときには静止画表示をするときよりも、撮像素子の取り扱い電荷が少なくなるように基板電圧Ｖｓｕｂを制御している。
【００４６】
通常動画表示をするときは、メカシャッタが開の状態にあり撮像素子に常に光が当っているため、ブルーミングが発生し易い。このため、撮像素子の取り扱い電荷を少なくすることにより、ブルーミングの影響を抑制することができる。
【００４７】
ここで、「画像信号を動画表示するとき」とは、撮影モードが動画モードである期間のことをいい、「画像信号を静止画表示するとき」とは、撮影モードが静止画モードである期間のことをいう。従って、本実施の形態では、「画像信号を動画表示するとき」とは、図４に示すように、第１，２，６フレーム期間を意味し、「画像信号を静止画表示するとき」とは、第３，４，５フレーム期間を意味する。
【００４８】
また本実施の形態では、フィールド蓄積時ではフレーム蓄積時よりも取り扱い電荷が少なくなるように基板電圧Ｖｓｕｂを制御している。
【００４９】
ここで、「フィールド蓄積時」とは、２つの感光素子で蓄積された信号電荷を加算して転送するフィールド蓄積方式によって電荷を読み出すフレーム期間のことをいい、「フレーム蓄積時」とは、加算を行わず１つの感光素子で蓄積された信号電荷を単位として転送するフレーム蓄積方式によって電荷を読み出すフレーム期間のことをいう。
【００５０】
フィールド蓄積時は隣接する列の複数画素を同時に読み出すので、列ごとに読み出すフレーム蓄積時と比べて転送ラインの電荷があふれる可能性が大きい。そこで、フィールド蓄積時ではフレーム蓄積時よりも取り扱い電荷量が少なくなるように基板電圧Ｖｓｕｂを制御することにより、転送ラインでの電荷のあふれを少なくすることができる。
【００５１】
尚、上述の各動作は、メインＣＰＵ１にプログラムとして組み込んで実現するものであっても良く、また個別にハードウエアを用いて構成するものであっても良い。また、それぞれの機能を分割してメインＣＰＵ１とハードウエアを組み合わせて構成しても良い。
【００５２】
尚、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれているため、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明を抽出することができる。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電子カメラによれば、取り扱い電荷を効果的に増加させながら、画像信号に重畳するノイズを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子カメラの構成を示すブロック図。
【図２】撮像回路の構成の一部を示す図。
【図３】第１の実施の形態に係る電子カメラの動作を示すフロー図。
【図４】第１の実施の形態に係る電子カメラの動作を示すタイミングチャート。
【図５】高速ドラフトモードの動作を説明する図。
【図６】フレーム読出しモードの動作を説明する図。
【図７】クランプミスの原因を説明する図。
【符号の説明】
１…メインＣＰＵ
４…撮像素子
５…撮像回路
６…ＴＧ回路
７…ＣＣＤドライバ
１２…ＣＤＳ回路
【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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