(57)【要約】【課題】固体イメージセンサからの電荷を読み出すための出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて撮影画像を高画質で記録することができる撮像装置を提供する。【解決手段】固体イメージセンサ１２から出力される電荷を出力アンプ１５Ａで電圧信号に変換した後、出力アンプ１５Ａからの出力信号に含まれるカットオフ周波数ｆｃ以上の信号成分をローパスフィルタ１５Ｂで除去し、更にノイズ除去部１５Ｃでリセットノイズを除去する。ノイズ除去部１５Ｃからの出力信号はデジタル信号に変換され、撮影画像として記録媒体に記録される。高画質モードでＩＳＯ感度を高感度に設定して撮影を行う場合、設定された記録感度に応じて、固体イメージセンサ１２の駆動周波数を変化させるとともにローパスフィルタ１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃを変化させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体イメージセンサと、
前記固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を電圧信号に変換する出力アンプと、
前記出力アンプからの出力信号のうちカットオフ周波数に満たない信号成分のみ通過させるローパスフィルタと、
前記ノイズ除去部からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部からの出力信号を記録媒体に記録する記録部と、
前記固体イメージセンサによる撮影画像の記録感度を設定するための感度設定部と、
設定された記録感度に応じて、前記電荷転送路における電荷転送パルス駆動周波数を変化させるとともに前記カットオフ周波数を変化させる制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、記録感度が高感度に設定されているときに、前記カットオフ周波数を低くすることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を電圧信号に変換する出力アンプと、
前記出力アンプからの出力信号のうちカットオフ周波数に満たない信号成分のみ通過させるローパスフィルタと、を備え、
前記電荷転送路における電荷転送パルス駆動周波数は可変であり、
前記カットオフ周波数は、前記電荷転送パルス駆動周波数に応じて変更されることを特徴とする電荷検出装置。
【請求項４】
前記カットオフ周波数は、前記電荷転送パルス駆動周波数の低下にあわせて低く切り替えられることを特徴とする請求項３記載の電荷検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体イメージセンサを用いた撮像装置、および固体イメージセンサからの電荷を検出する電荷検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体イメージセンサからの出力電荷をフローティングディフュージョンアンプ（以下、出力アンプと記す）を電圧に変換するとともに増幅して出力する撮像装置が知られている。
【０００３】
図４に従来の撮像装置の構成例を示す。固体イメージセンサ１０１は、マトリクス状に配列されたフォトダイオードなどの光電変換素子１０２によって受光像を光強度分布に応じた電荷に変換する。これらの光電変換素子１０２には列ごとに電荷転送部（以下、ＶＣＣＤと記す）１０３が設けられており、光電変換素子１０２に蓄積された電荷が順次列方向に転送されるようになっている。ＶＣＣＤ１０３の電荷転送方向終端には行方向の電荷転送部（以下、ＨＣＣＤと記す）１０４が接続されており、ＶＣＣＤ１０３によって列方向に転送された電荷がさらに行方向に転送されるようになっている。ＨＣＣＤ１０４の電荷転送方向終端には出力アンプ１０５が接続されている。出力アンプ１０５は、ＨＣＣＤ１０４からの電荷を電圧信号に変換し増幅する。（特許文献１等参照）
【０００４】
出力アンプ１０５からの出力信号にはリセットノイズが含まれているため、多くの場合、出力アンプ１０５とＡ／Ｄ変換部１０６との間には、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路などを有するノイズ除去部１０７が設けられる。相関二重サンプリング回路は、出力アンプ１０５からの各画素信号のうち、映像信号期間をサンプリングしたものと、基準期間をサンプリングしたものとを引き算することにより出力アンプ１０５由来のリセットノイズを除去する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−９４８８７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
出力アンプ１０５は、複数のＭＯＳトランジスタなどを用いてソースフォロアで電流増幅を行う回路構成を採用しているため、次式１で表されるノイズが発生する。なお、Δｆは周波数帯域である。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
この式から分かるように、出力アンプ１０５で発生するノイズには、熱雑音と１／ｆ雑音とが混在している。熱雑音と１／ｆ雑音はいずれも周波数依存性を持っている。特に熱雑音は、温度と周波数帯域の増大に伴い増大する。
【０００９】
出力アンプ１０５は、ノイズ除去部１０６の動作を安定化するために、たとえば固体イメージセンサ１０１の駆動周波数すなわち、電荷転送路１０２、１０３の電荷転送パルス駆動周波数の４〜６倍の帯域（許容周波数帯域）を保証するように設計されている。このため、固体イメージセンサ１０１の駆動周波数が高速化され、出力アンプ１０５の許容周波数帯域が拡大されると、それに伴ってノイズが増加することになる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み創案されたものであり、その目的は、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて高精度に電荷検出を行うことができる電荷検出装置、および出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて撮影画像を高画質で記録することができる撮像装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、固体イメージセンサと、前記固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を電圧信号に変換する出力アンプと、前記出力アンプからの出力信号のうちカットオフ周波数に満たない信号成分のみ通過させるローパスフィルタと、前記ノイズ除去部からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部からの出力信号を撮影画像として記録媒体に記録する記録部と、前記固体イメージセンサによる撮影画像の記録感度を設定するための感度設定部と、設定された記録感度に応じて、前記電荷転送路における電荷転送パルス駆動周波数を変化させるとともに前記カットオフ周波数を変化させる制御部と、を備えて構成される。ここで記録感度の設定は、固体イメージセンサによる撮影感度（ＩＳＯ感度など）の設定や、撮影した画像を記録媒体に記録する際に求められる画像品質の良否に関する設定などを含む。
【００１２】
上記のように構成された撮像装置は、固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を出力アンプで電圧信号に変換した後、出力アンプからの出力信号に含まれるカットオフ周波数以上の信号成分をローパスフィルタで除去する。ローパスフィルタからの出力信号はデジタル信号に変換され、撮影画像として記録媒体に記録される。その際、制御部は、設定された記録感度に応じて、電荷転送路における電荷転送パルス駆動周波数を変化させるとともにローパスフィルタのカットオフ周波数を変化させる。
【００１３】
したがって、本発明の撮像装置によれば、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて撮影画像を高画質で記録することができる。
【００１４】
本発明の撮像装置において、前記制御部は、記録感度が高感度に設定されているときに、前記カットオフ周波数を低くすることが望ましい。
【００１５】
上記のように、記録感度が高感度に設定されているときに、カットオフ周波数を低く切り替えることにより、出力アンプの周波数帯域に依存するノイズを抑えて、撮影画像を高画質で記録することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明の電荷検出装置は、固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を電圧信号に変換する出力アンプと、前記出力アンプからの出力信号のうちカットオフ周波数に満たない信号成分のみ通過させるローパスフィルタと、を備え、前記電荷転送路における電荷転送パルス駆動周波数は可変であり、前記カットオフ周波数は、前記電荷転送パルス駆動周波数に応じて変更される構成としたものである。
【００１７】
上記のように構成された電荷検出装置は、固体イメージセンサの電荷転送路から出力される電荷を出力アンプで電圧信号に変換した後、出力アンプからの出力信号に含まれるカットオフ周波数以上の信号成分をローパスフィルタで除去する。その際、電荷転送パルス駆動周波数に応じて、ローパスフィルタのカットオフ周波数が変更されるので、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて高精度に電荷検出を行うことができる。
【００１８】
本発明の電荷検出装置において、前記カットオフ周波数は、前記電荷転送パルス駆動周波数の低下にあわせて低く切り替えられることが望ましい。
【００１９】
上記のように、電荷転送パルス駆動周波数の低下にあわせてカットオフ周波数を低く切り替えることにより、出力アンプの周波数帯域に依存するノイズを抑えることができる。
【００２０】
なお、本発明の電荷検出装置および撮像装置は、ローパスフィルタからの出力信号に含まれるリセットノイズを除去するノイズ除去部を更に備えていることが望ましい。
【００２１】
上記構成によれば、出力アンプで発生するホワイトノイズおよびリセットノイズを除去することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は本発明の撮像装置の実施の形態を示すデジタルカメラのブロック図である。
【００２４】
このデジタルカメラ１０は、光学系１１、ＣＣＤイメージセンサ部１２、ＣＣＤ駆動部１３、タイミング生成部（ＴＧ部）１４、電荷検出部１５、自動利得制御（ＡＧＣ部）１６、Ａ／Ｄ変換部１７、バッファメモリ１８、デジタル信号処理部１９、記録媒体インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２０、モニタ部２１、モニタドライバ２２、操作部２３、レリーズスイッチ２４、測光・測距制御部２５、撮像系制御部２６、ＥＥＰＲＯＭ２７、主制御部２８、等を備えて構成される。
【００２５】
光学系１１は、レンズ１１ａおよび絞り１１ｂを備えて構成される。レンズ１１ａは、被写体像を絞り１１ｂを通してＣＣＤイメージセンサ１２の受光部に結像させる。光学系１１がメカニカルシャッタを備えている場合もある。
【００２６】
ＣＣＤイメージセンサ１２は、図４に示した従来のものと同様に構成される。ＣＣＤイメージセンサ１２は、ＣＣＤ駆動部１３により駆動される。ＣＣＤ駆動部１３は、タイミング生成部１４からのクロックパルスに同期してＣＣＤイメージセンサ１２を駆動する。ＣＣＤイメージセンサ１２から出力された電荷は電荷検出部１５に入力される。
【００２７】
電荷検出部１５は、ＣＣＤイメージセンサ１２から出力された電荷を電圧信号に変換する。電荷検出部１５からの出力信号は、自動利得制御部１６で利得調整された後、Ａ／Ｄ変換部１７でデジタル信号に変換され、バッファメモリ部１８を介してデジタル信号処理部１９に送られる。
【００２８】
デジタル信号処理部１９は、入力されたデジタル信号にシェーディング補正、ＹＣ分離処理、画像圧縮（ＪＰＥＧ圧縮等）、等の所定の処理を施して画像データを生成する。ここで生成された画像データは１フレーム毎にファイル化され、記録媒体インタフェース部２０を介して記録媒体であるメモリカード２９に記録される。
【００２９】
また、デジタル信号処理部１９は、メモリカード２９に記録された画像データをモニタ部２１に表示する際に、ＹＣ分離信号を輝度信号、色差信号をＲＧＢ信号に変換する。このＲＧＢ信号に基づいてモニタドライバ２２がモニタ部２０を駆動することにより、モニタ部２１にカラー画像が表示される。
【００３０】
操作部２３には、ＩＳＯ感度設定ボタン、モード選択ボタン、電源スイッチなどが設けられている。ＩＳＯ感度設定ボタンは、ＩＳＯ感度を任意の感度に設定するための操作子である。モード選択ボタンは撮影モードなどを任意のモードに設定するための操作子であり、これを操作することにより、撮影モードを静止画モードと動画モードのどちらかに設定したり、記録モードを通常モードと高画質モードのどちらかに設定したりすることができる。記録モードの選択は静止画モードのときにのみ可能である。
【００３１】
レリーズスイッチ２４は、デジタルカメラ１０に撮影開始を指示するためのスイッチであり、このスイッチを途中まで押すと、光学系１１のフォーカス制御や絞り制御が行われ、完全に押した時点で撮影すなわち、ＣＣＤイメージセンサ部１２、電荷検出部１５、自動利得制御１６およびＡ／Ｄ変換部１７による被写体像の取り込みが行われる。その際、光学系１１は測光・測距制御部２５によって制御され、ＣＣＤイメージセンサ部１２などは撮像系制御部２６によって制御される。
【００３２】
ＥＥＰＲＯＭ２７には、このデジタルカメラ１０の各種機能を実現するためのプログラムが格納されている。主制御部２８は、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶されているプログラムを実行することにより、このデジタルカメラ１０を統括制御する。
【００３３】
図２（ａ）は電荷検出部１５の構成例を示す回路図である。電荷検出部１５は、ＣＣＤイメージセンサ１２のＨＣＣＤから出力される電荷を電圧信号に変換する出力アンプ部１５Ａと、出力アンプ部１５Ａからの出力信号のうちカットオフ周波数ｆｃに満たない信号成分のみ通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）部１５Ｂと、ローパスフィルタ部１５Ｂからの出力信号に含まれるリセットノイズを除去するＣＤＳ部１５Ｃとを備えている。ＣＣＤイメージセンサ１２と電荷検出部１５との間には、電荷検出部１５への供給電荷を周期的にリセットするためのリセットスイッチ７１が設けられている。
【００３４】
出力アンプ部１５Ａは、コンデンサ３０と、複数（この例では７個）の電界効果ＭＯＳトランジスタ４０（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ７）とを備えている。ＣＣＤイメージセンサ１２のＨＣＣＤから出力された電荷は、コンデンサ３０とＦＥＴ１の部分により電圧信号に変換される。得られた電圧信号は、ＦＥＴ２〜ＦＥＴ７からなる部分によって電流増幅されて、ローパスフィルタ部１３Ｂに出力される。
【００３５】
ローパスフィルタ部１５Ｂは、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ５０と、互いに並列接続された二つの抵抗６０（Ｒ１、Ｒ２）とを有するＣＲ型のフィルタ回路からなり、一方の抵抗６０（Ｒ２）側に設けられたスイッチ７２をオン（閉）／オフ（開）して、ＣＲフィルタ回路の抵抗値を小（Ｒ１／Ｒ２）または大（Ｒ１）に切り替えることにより、カットオフ周波数ｆｃを切り替えることができるようになっている。カットオフ周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／２πＣＲで表されるので、スイッチ７２をオン（閉）すると高、オフ（開）すると低になる。
【００３６】
カットオフ周波数ｆｃの切り替えは、主制御部２８からのモード切替信号に従って行われる。また、モード切替信号によって、タイミング生成部１４のモードも切り替わるようになっている。
【００３７】
ＣＤＳ部１５Ｃは、出力アンプ１５Ａからの各画素信号のうち、映像信号期間をサンプリングしたものと、基準期間をサンプリングしたものとを引き算することにより出力アンプ１５Ａ由来のリセットノイズを除去する。
【００３８】
次に、この実施の形態の作用について説明する。ここでは、従来のデジタルカメラと共通の動作については説明を省略し、静止画モードおける記録モードの設定に関連する動作について、図３のフロー図に従って説明する。
【００３９】
デジタルカメラ１０の主制御部２８は、記録モードが通常モードと高画質モードのどちらに設定されているかを調べる（Ｓ１）。
通常モードであれば（Ｓ１でＮｏ）、モード切替信号によって、電荷検出部１５内のローパスフィルタ部１５Ｂのスイッチ７２をオンさせるとともに、タイミング生成部１４に高速のクロックパルスを生成させる。その結果、ＣＣＤイメージセンサ１２の駆動周波数、すなわち電荷転送パルス駆動周波数が高く設定（通常値に設定）されるとともに、ローパスフィルタ部１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃが高く設定（通常値に設定）される（Ｓ２）。レリーズスイッチ２４がオンしたら（Ｓ５でＹｅｓ）、撮影および記録動作を実行した後（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。
【００４０】
高画質モードであれば（Ｓ１でＹｅｓ）、ＩＳＯ感度が所定の感度（図示の例ではＩＳＯ４００）以上に設定されているかどうかを調べる（Ｓ３）。その結果、ＩＳＯ感度の設定値が所定の感度よりも低ければ（Ｓ３でＮｏ）、通常モードの場合と同じ処理を行う（Ｓ２）。レリーズスイッチ２４がオンしたら（Ｓ５でＹｅｓ）、撮影および記録動作を実行した後（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。
【００４１】
記録モードが高画質モードであり（Ｓ１でＹｅｓ）、ＩＳＯ感度が所定の感度以上に設定されていれば（Ｓ３でＹｅｓ）、モード切替信号によって、電荷検出部１５内のローパスフィルタ部１５Ｂのスイッチ７２をオフさせるとともに、タイミング生成部１４に低速のクロックパルスを生成させる。その結果、ＣＣＤイメージセンサ１２の駆動周波数が通常よりも低く設定されるとともに、ローパスフィルタ部１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃが通常よりも低く設定される（Ｓ４）。レリーズスイッチ２４がオンしたら（Ｓ５でＹｅｓ）、撮影および記録動作を実行した後（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。
【００４２】
上記のように、この実施の形態のデジタルカメラ１０は、記録モードが高画質モードで且つＩＳＯ感度が所定の感度以上に設定されている場合、ＣＣＤイメージセンサ１２を低速駆動するとともに、電荷検出部１５のローパスフィルタ部１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃを低くする。ＣＣＤイメージセンサ１２を低速駆動することにより、ＣＣＤイメージセンサ１２からの電荷の読み出しを低速で行うことができるので、出力アンプ部１５Ａの周波数帯域Δｆに依存するノイズを低減させることができる。また、ローパスフィルタ部１５Ｂのカットオフ周波数ｆｃを低くすることにより、ＣＣＤイメージセンサ１２の高速駆動を可能にするために出力アンプ１５Ａの許容周波数帯域を拡大したことに伴う高周波成分のノイズを除去することができる。
【００４３】
したがって、この実施の形態のデジタルカメラ１０によれば、記録モードを高画質モードに設定し且つＩＳＯ感度を所定の感度以上に設定して撮影を行うことにより、電荷検出部１５の出力アンプ部１５Ａで発生するノイズの影響を極力抑えて、高感度撮影画像を高画質でメモリカード２９に記録することができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態では、光電変換素子をマトリクス状に配列した構造のＣＣＤイメージセンサを備えたデジタルカメラについて説明したが、光電変換素子をハニカム状に配列した構造のＣＣＤイメージセンサを備えたデジタルカメラの場合も本発明は有効に適用可能である。また、ＣＣＤイメージセンサに代えてＣＭＯＳイメージセンサを使用することも可能である。
【００４５】
また、上記の実施の形態では、抵抗値を切り替えることによりカットオフ周波数を切り替える構成のローパスフィルタ部を例示したが、コンデンサの容量値を切り替えることによりカットオフ周波数のを切り替える構成のローパスフィルタ部を採用してもよい。また、カットオフ周波数を連続的に変化させることができるローパスフィルタ部を使用してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデジタルカメラは、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて撮影画像を高画質で記録することができる。
また、本発明の電荷検出装置は、出力アンプで発生するノイズの影響を極力抑えて高精度に電荷検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の実施の形態を示すデジタルカメラのブロック図である。
【図２】（ａ）は電荷検出部の構成例を示す回路図、（ｂ）はローパスフィルタ部の構成例を示す回路図である。
【図３】図１のデジタルカメラの動作内容を例示するフロー図である。
【図４】従来の撮像装置の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０：デジタルカメラ（撮像装置）
１１：光学系
１２：ＣＣＤイメージセンサ部（固体イメージセンサ）
１３：ＣＣＤ駆動部
１４：タイミング生成部
１５：電荷検出部（電荷検出装置）
１５Ａ：出力アンプ部
１５Ｂ：ローパスフィルタ部
１５Ｃ：ＣＤＳ部
１７：Ａ／Ｄ変換部
２０：記録媒体インタフェース部（記録部）
２３：操作部（感度設定部）
２８：主制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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