(57)【要約】【課題】画素加算により混色せずに２倍を越えて感度を向上できる撮像素子の駆動技術を提供する。【解決手段】水平ＣＣＤ転送ゲート２５の動作によって光電変換部２１で蓄積された信号電荷Ｒ２、Ｇｒ２を水平転送ＣＣＤ２４に転送する。そして、水平転送ＣＣＤ２４内の信号電荷Ｒ２、Ｇｒ２が出力アンプ２６の方向に２画素分転送された後に、水平ＣＣＤ転送ゲート２５の動作により、電荷信号Ｒ１が電荷信号Ｒ２に水平転送ＣＣＤ２４上で加算されるとともに、電荷信号Ｇｒ１が電荷信号Ｇｒ２に水平転送ＣＣＤ２４上で加算される。この２画素加算を２回以上繰り返すことで、４画素や８画素の加算が可能となる。その結果、画素加算により混色せずに２倍を越えて感度を向上できる。【選択図】        図８
2005045435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色フィルタを有する各画素が垂直方向と水平方向とに配列された画素配列と、前記画素配列に蓄積された各信号電荷を前記垂直方向および水平方向に転送する垂直転送部および水平転送部と、前記画素配列から前記垂直転送部に転送された前記水平方向の各画素列に係る複数の信号電荷に関して選択的に前記水平転送部に転送する選択転送手段とを備えるインターラインタイプの撮像素子を駆動する方法であって、
（ａ）前記選択転送手段により、前記複数の信号電荷のうち一部の信号電荷を前記水平転送部に転送する第１転送工程と、
（ｂ）前記水平転送部において、前記一部の信号電荷を、前記複数の信号電荷のうち前記一部の信号電荷を除く残りの信号電荷の近傍に転送する第２転送工程と、
（ｃ）前記選択転送手段により、前記残りの信号電荷を前記水平転送部に転送し、同色の色フィルタを有する同色の画素で蓄積された信号電荷どうしを前記一部の信号電荷と前記残りの信号電荷とで加算する画素加算工程と、
を備え、
前記工程（ａ）から前記工程（ｃ）までを２回以上繰返すことにより、前記同色の画素に係る信号電荷が４画素以上加算されることを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子の駆動方法において、
前記画素配列は、三原色の色フィルタがベイヤー方式で配列されることを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像素子の駆動方法によって駆動可能な撮像素子を有する撮像装置であって、
前記工程（ａ）から前記工程（ｃ）までを２回以上繰返して、前記同色の画素に係る信号電荷を４画素以上加算する加算手段と、
被写体に係る輝度値を測定する測光手段と、
前記測光手段で測定される前記輝度値が所定値以下となる場合には、前記加算手段を能動化させる制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
表示手段と、
前記撮像素子から順次に出力される画像信号に基づき、被写体に係るライブビュー画像を前記表示手段に表示させるライブビュー表示手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、
前記ライブビュー表示手段によって前記ライブビュー画像を表示させる場合には、前記加算手段を能動化させる手段、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の撮像装置において、
前記撮像素子から順次に出力される画像信号に基づき、被写体に係る動画撮影を行う動画撮影手段、
をさらに備え、
前記制御手段は、
前記動画撮影手段によって前記動画撮影を行う場合には、前記加算手段を能動化させる手段、
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターラインタイプの撮像素子の駆動方法および撮像装置に関し、特に画素加算を行うための撮像素子の駆動技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラ（以下では「デジタルカメラ」という）においては、ＣＣＤ（撮像素子）の高画素化が要求されている。これに伴い、ＣＣＤでの感度は低下傾向にあるが、一方高感度化の要請も強い。
【０００３】
この高感度化の要請については、ＣＣＤの垂直転送部と水平転送部との間にゲートを設けて、同色の色フィルタを有する２つの画素で蓄積された信号電荷どうしを加算することで、混色せずに感度を向上させる技術が提案されている（類似技術として非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
「ＣＸ−ＰＡＬ」、ＳＯＮＹ株式会社、２００３年７月、第５７巻、ｐ１４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の画素加算の技術では、同色の２画素のみを加算するため、２倍を越える感度の向上が困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、画素加算により混色せずに２倍を越えて感度を向上できるＣＣＤの撮像素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、色フィルタを有する各画素が垂直方向と水平方向とに配列された画素配列と、前記画素配列に蓄積された各信号電荷を前記垂直方向および水平方向に転送する垂直転送部および水平転送部と、前記画素配列から前記垂直転送部に転送された前記水平方向の各画素列に係る複数の信号電荷に関して選択的に前記水平転送部に転送する選択転送手段とを備えるインターラインタイプの撮像素子を駆動する方法であって、（ａ）前記選択転送手段により、前記複数の信号電荷のうち一部の信号電荷を前記水平転送部に転送する第１転送工程と、（ｂ）前記水平転送部において、前記一部の信号電荷を、前記複数の信号電荷のうち前記一部の信号電荷を除く残りの信号電荷の近傍に転送する第２転送工程と、（ｃ）前記選択転送手段により、前記残りの信号電荷を前記水平転送部に転送し、同色の色フィルタを有する同色の画素で蓄積された信号電荷どうしを前記一部の信号電荷と前記残りの信号電荷とで加算する画素加算工程とを備え、前記工程（ａ）から前記工程（ｃ）までを２回以上繰返すことにより、前記同色の画素に係る信号電荷が４画素以上加算される。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る撮像素子の駆動方法において、前記画素配列は、三原色の色フィルタがベイヤー方式で配列される。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る撮像素子の駆動方法によって駆動可能な撮像素子を有する撮像装置であって、前記工程（ａ）から前記工程（ｃ）までを２回以上繰返して、前記同色の画素に係る信号電荷を４画素以上加算する加算手段と、被写体に係る輝度値を測定する測光手段と、前記測光手段で測定される前記輝度値が所定値以下となる場合には、前記加算手段を能動化させる制御手段とを備える。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る撮像装置において、表示手段と、前記撮像素子から順次に出力される画像信号に基づき、被写体に係るライブビュー画像を前記表示手段に表示させるライブビュー表示手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記ライブビュー表示手段によって前記ライブビュー画像を表示させる場合には、前記加算手段を能動化させる手段を有する。
【００１１】
また、請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明に係る撮像装置において、前記撮像素子から順次に出力される画像信号に基づき、被写体に係る動画撮影を行う動画撮影手段をさらに備え、前記制御手段は、前記動画撮影手段によって前記動画撮影を行う場合には、前記加算手段を能動化させる手段を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜撮像装置の要部構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１を示す斜視図である。また、図２は、撮像装置１の背面図である。なお、図１および図２には方位関係を明確にするためにお互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの三軸を示している。
【００１３】
撮像装置１は、デジタルカメラとして構成されており、その前面側には撮影レンズ１１とファインダ窓１３とが設けられている。撮影レンズ１１の内側には、撮影レンズ１１を介して入射する被写体像を光電変換して画像信号を生成する撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）２が設けられている。
【００１４】
撮影レンズ１１には光軸方向に沿って駆動可能なレンズ系が含まれており、当該レンズ系を光軸方向に駆動することにより、ＣＣＤ２に結像される被写体像の合焦状態を実現することができるように構成されている。
【００１５】
撮像装置１の上面側には、シャッターボタン１４と、モード切替ボタン１５とが配設されている。シャッターボタン１４は、被写体の撮影を行うときにユーザが押下操作を行って撮像装置１に撮影指示を与えるボタンである。
【００１６】
モード切替ボタン１５は、撮影モード、再生モードなどのモード切替えを行うためのボタンである。
【００１７】
撮像装置１の側面部には、ユーザによるシャッターボタン１４の押下操作に伴う本撮影動作で得られる画像データを記録するためのメモリカード９を装着する装着部１６が形成されている。さらに、装着部１６からメモリカード９を取り出す際に押下するカード取り出しボタン１７が配置されており、装着部１６からメモリカード９を取り出すことができる。
【００１８】
撮像装置１の背面には、本撮影前に被写体を動画的態様で表示するライブビュー表示や、撮影した画像等の表示を行う表示手段として機能する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）１８と、シャッタースピードなど撮像装置１の各種設定状態を変更するための操作ボタン１９と、ファインダ窓１３とが設けられている。
【００１９】
図３は、撮像装置１の機能ブロックを示す図である。
【００２０】
撮像装置１は、ＣＣＤ２にデータ伝送可能に接続するＡＦＥ（アナログフロントエンド）３１と、ＡＥＦ３１と伝送可能に接続する画像処理ブロック４と、これら各部を統括制御する制御ブロック５とを備えている。
【００２１】
ＣＣＤ２は、撮影レンズ１１に対向する面に受光部２ａが設けられており、この受光部２ａには複数の画素が配列されている。この受光部２ａに撮影レンズ１１を介して光が入射すると、受光部２ａで光電変換された後、タイミング発生器（ＴＧ）３２から送られる読出し信号およびＣＣＤ駆動信号に同期して画像信号（映像信号）が出力される。また、受光部２ａには、画素配列に対応するカラー（色）フィルタ配列が設けられている。このカラーフィルタ配列は、周期的に分布する赤（Ｒ）、緑（Ｇｒ、Ｇｂ）および青（Ｂ）のカラーフィルタ、例えば互いに色の異なる三原色のカラーフィルターがベイヤー方式で配置されている。なお、このＣＣＤ２の構成については、後で詳述する。
【００２２】
ＡＦＥ３１は、ＣＤＳ（相関２重サンプリング器）３１１、アンプ部として働くＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ−Ｇａｉｎ−Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）３１２、およびＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）３１３を備えるＬＳＩ（大規模集積回路）として構成されている。ＣＣＤ２から出力された画像信号は、ＴＧ３２からのサンプリング信号に基づきＣＤＳ３１１でサンプリングされ、ＰＧＡ３１２で所望の増幅が行われる。このＰＧＡ３１２は、制御ブロック５からのシリアル交信を介して数値データにて増幅率の変更が可能である。そして、ＰＧＡ３１２で増幅されたアナログ信号はＡＤＣ３１３でデジタル信号に変換された後、画像処理ブロック４に送られる。
【００２３】
画像処理ブロック４は、画像メモリ４１と、画像メモリ４１にデータ伝送可能に接続するＡＥ・ＷＢ演算器４２および画像処理部４３とを有している。
【００２４】
画像メモリ４１は、例えば半導体メモリで構成され、ＡＤＣ３１３でデジタル変換された画像データを一時的に格納する部位である。全ての画像データが、画像メモリ４１に格納された後、画像処理部４３に送られる。また、画像データについては、画像メモリ４１に格納された直後に、ＡＥ・ＷＢ演算器４２にも送られれる。
【００２５】
ＡＥ・ＷＢ演算器４２は、画像メモリ４１から送られる画像データに基づき、ＡＥ・ＷＢ評価値を演算する。すなわち、ＡＥ・ＷＢ演算部４２では、被写体に係る輝度値がＡＥ評価値として測定されることとなる。そして、算出されたＡＥ・ＷＢ評価値は、制御ブロック５に送られる。
【００２６】
画像処理部４３では、画像メモリ４１から送られる白黒（輝度のみで構成されるモノクロ情報）の画像データをＣＣＤ２のカラーフィルター特性に基づいた補間処理を行ってカラー化する。また、画像処理部４３は、所望の画像の明るさ及び色バランスを得るためのＡＥ・ＷＢ補正、自然な階調を得るためのγ補正、輪郭強調や彩度調整を行うためのフィルター処理など各種の画像処理を行う。そして、画像処理された画像については、ＬＣＤ１８で画像表示が行われたり、メモリカード９に保存できる。さらに、メモリカード９に保存された画像は、ＬＣＤ１８で再生表示が可能となっている。
【００２７】
制御ブロック５は、制御部５１と、制御部５１とデータ伝送可能に接続する操作部５２とを備えている。
【００２８】
操作部５２は、シャッターボタン１４、モード切替ボタン１５や操作ボタン１９などの各種の操作部材で構成されている。この操作部５２を撮影者が操作することにより、動画記録と静止画記録との切替えが可能であるとともに、ライブビュー表示の設定も行えることとなる。
【００２９】
制御部５１は、ＣＰＵおよびメモリを有しており、撮像装置１の各部を統括制御する部位である。例えば、制御部５１は、ＡＥ・ＷＢ演算器４２から送られたＡＥ・ＷＢ評価値に基づき、前段の処理部であるＰＧＡ３１２におけるゲイン設定の信号と、後段の処理部である画像処理部４３における画像処理設定の信号とを、最適化した設定値として送信する。また、制御部５１は、ＰＧＡ３１２に対するゲイン設定とともに、本撮影時やライブビュー（被写体モニタ）時等における露光時間および絞りの調整を行う。さらに、制御部５１は、ＴＧ３２を介してＣＣＤ２に対する駆動制御を行い、以下で説明する画素加算を行う。
【００３０】
＜ＣＣＤ２における画素加算の動作について＞
図４は、ＣＣＤ２の構成を説明する図である。
【００３１】
ＣＣＤ２は、インターライントランスファー型全画素読出し方式（プログレッシブタイプ）の固体撮像素子として構成されている。また、ＣＣＤ２は、被写体からの反射光を受け光電変換を行う光電変換部（画素）２１（２１Ｒ、２１Ｇｒ、２１Ｇｂ、２１Ｂ）が配列された画素配列Ｍｔと、画素配列Ｍｔで蓄積された各信号電荷を垂直転送ＣＣＤ（垂直転送部）２２に転送する読出しゲート２３と、垂直転送ＣＣＤ２２にて垂直転送された信号電荷を水平転送ＣＣＤ（水平転送部）２４に転送するための水平ＣＣＤ転送ゲート２５と、水平転送ＣＣＤ２４に転送された信号電荷を出力するための出力アンプ２６とを有している。
【００３２】
光電変換部２１は、赤（Ｒ）色のカラーフィルタを有する画素２１Ｒと、緑（Ｇ）色のカラーフィルタを有する画素２１Ｇｒ、２１Ｇｂと、青（Ｂ）色のカラーフィルタを有する画素２１Ｂとに分類され、画素配列Ｍｔにおいて各画素２１が垂直方向と水平方向とに配列される。
【００３３】
水平ＣＣＤ転送ゲート２５は、画素配列Ｍｔから垂直転送ＣＣＤ２２に転送された水平方向の各画素列ＬＧに係る複数の信号電荷に関して選択的に水平転送ＣＣＤ２４に転送する選択転送手段として機能する。
【００３４】
以上の構成を有するＣＣＤ２について、画素加算の動作を説明する。
【００３５】
図５〜図９は、ＣＣＤ２における画素加算の動作を説明するための図である。また、図１０は、ＣＣＤ２における画素加算の動作を説明するタイミングチャートである。
【００３６】
まず、図１０に示すように、読出しゲート２３に対する信号φＳＧにパルスＰ１を入力する。これにより、図５に示すように読出しゲート２３が開き、光電変換部２１で光電変換され蓄積された信号電荷は、垂直転送ＣＣＤ２２に送られる。
【００３７】
そして、図１０に示すように、垂直転送ＣＣＤ２２に対する駆動信号φＶ１〜φＶ３にパルスＰ２を入力する。これにより、図６に示すように、垂直転送ＣＣＤ２２内の信号電荷は、図５の状態から１ライン分、つまり１の画素列分転送される。これにより、水平転送ＣＣＤ２４に最も近接する画素列Ｌ１で蓄積されていた電荷信号Ｒ１、Ｇｒ１、Ｒ２、Ｇｒ２が、水平ＣＣＤ転送ゲート２５の近傍のバッファーエリアＢＥまで転送される。
【００３８】
次に、図１０に示すように、水平転送ＣＣＤ転送ゲート２５に対する信号φＨＧ２にパルスＰ３を入力する。これにより、図７に示すように、バッファーエリアＢＥ内の一部の信号電荷Ｒ２、Ｇｒ２が水平転送ＣＣＤ２４上に送られる。なお、画素加算を行わない通常モードの場合には、水平ＣＣＤ転送ゲート２５に対する信号φＨＧ１、φＨＧ２とも常にオンさせた状態を維持することにより、水平ＣＣＤ転送ゲート２５で遮断されずに水平転送ＣＣＤ２４に転送される。
【００３９】
次に、図１０に示すように、水平ＣＣＤ２４に対する駆動信号φＨ１、φＨ２に２つのパルスＰ４を入力した後に、水平ＣＣＤ転送ゲート２５に対する信号φＨＧ２にパルスＰ５を入力する。これにより、図８に示すように、水平転送ＣＣＤ２４内の信号電荷Ｒ２、Ｇｒ２が出力アンプ２６の方向に２画素分転送される、すなわちバッファーエリアＢＥに残る信号電荷Ｒ１、Ｇｒ１の近傍に信号電荷Ｒ２、Ｇｒ２が転送される。そして、バッファーエリアＢＥ内の残りの信号電荷Ｒ１、Ｇｒ１を水平転送ＣＣＤ２４に転送し、同色の色フィルタを有する同色の画素（光電変換セル）２１で蓄積された信号電荷どうしをバッファーエリアＢＥから既に転送済み信号電荷Ｒ２、Ｇｒ２と、残りの信号電荷Ｒ１、Ｇｒ１とで加算する。具体的には、電荷信号Ｒ１が同色の電荷信号Ｒ２に水平転送ＣＣＤ２４上で加算されるとともに、電荷信号Ｇｒ１が同色の電荷信号Ｇｒ２に水平転送ＣＣＤ２４上で加算される（図９）。
【００４０】
電荷信号Ｇｂ、Ｂについても、上記の電荷信号ＲおよびＧｒと同様に図５〜図８に示す各動作を行う。
【００４１】
すなわち、図１０に示すように、垂直転送ＣＣＤ２２に対する駆動信号φＶ１〜φＶ３へのパルスＰ６の入力、水平ＣＣＤ転送ゲート２５に対する信号φＨＧ２へのパルスＰ７の入力、水平ＣＣＤ２４に対する駆動信号φＨ１、φＨ２へのパルスＰ８の入力、および水平ＣＣＤ転送ゲート２５に対する信号φＨＧ１へのパルスＰ９の入力を順番に行う。これにより、図９と同様に、画素列Ｌ２（図６）で蓄積された電荷信号Ｇｒ、Ｂに関する画素加算が行われ、この加算された画素が水平転送ＣＣＤ２４における電荷信号の未格納部２４Ｗ（図８）に入れ子のように格納されることとなる。
【００４２】
最後に、水平ＣＣＤ２４に対する駆動信号φＨ１、φＨ２に連続したパルス列Ｐ１０を入力する。これにより、水平転送ＣＣＤ２４上で加算された電荷信号が出力アンプ２６から順次に出力されることとなる。
【００４３】
以上で説明した動作は、２画素を加算するための動作であるが、図１０の時間Ｔｄに示す各動作を２回以上繰り返すことにより加算される電荷信号の数は、繰り返すサイクル数に比例して増加することになる。図１１のようにＣＣＤ２の画素配列Ｍｔを表すと、例えば図１０の時間Ｔｄに示す各動作、つまり２画素加算の動作を４回繰返す場合には、太枠のＲ画素のように斜め方向に同色の８画素が加算されることになる。
【００４４】
＜撮像装置１の動作＞
図１２は、撮像装置１の基本的な動作を説明するフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ１では、撮影者が電源スイッチをオンにして撮像装置１を起動する。
【００４６】
ステップＳ２では、撮像装置１においてライブビューモードが設定される。具体的には、制御部５１から、被写体をモニタリングするライブビューモードでＣＣＤ２を駆動させるための設定データがＴＧ３２に送られる。そして、この設定データを受信したＴＧ３２はＣＣＤ２をライブビューモードで駆動することとなる。
【００４７】
ステップＳ３では、ＣＣＤ２の露光時間、絞りおよびＰＧＡ３１２のゲインの初期値を設定する。
【００４８】
ステップＳ４では、ライブビューモード用の画像処理を設定する。すなわち、画素加算モードと異なる通常のライブビュー用の画像処理（後で詳述）に設定される。
【００４９】
ステップＳ５では、ＣＣＤ２を駆動して、被写体画像に対応する蓄積電荷（画像信号）の読出しを行う。
【００５０】
ステップＳ６では、ＣＣＤ２から出力される画像信号をＡＦＥ３１で信号処理した後、画像データを画像メモリ４１に格納する。
【００５１】
ステップＳ７では、ステップＳ６で画像メモリに格納された画像データをＡＥ・ＷＢ演算器４２に送り、ＡＥ・ＷＢ評価値を演算する。
【００５２】
ステップＳ８では、ステップＳ６で画像メモリに格納した画像データを画像処理部４３に送り、画像処理部４３で画像処理を行った後にＬＣＤ１８に表示する。この動作は、ステップＳ７の動作に並行して行われる。
【００５３】
ステップＳ９では、ステップＳ７で演算されたＡＥ評価値に基づき、露出レベルが適正であるかを判定する。具体的には、評価値が所定のレベル以下であるかを判断することとなる。ここで、露出レベルが適正である場合には、ステップＳ５に戻り、露出レベルが適正でない場合には、ステップＳ１０に進む。
【００５４】
ステップＳ１０では、低輝度連動外、つまり露出制御で対応可能な範囲を逸脱しているかを判定する。ステップＳ９で低輝度と判定される場合には、撮影レンズの絞りを開ける動作、または電荷蓄積時間を延長する動作によって対応するが、絞りがスミアに関して懸念を持つレベルまで開いてしまう、またはフレームレートを維持するには電荷蓄積時間をこれ以上延長できない状況となっているかを判断する。具体的には、ＡＥ・ＷＢ演算器４２で演算されるＡＥ評価値（輝度値）が所定値α以下となっているか否かを判別する。ここで、低輝度連動外である場合には、ステップＳ１１に進み、低輝度連動外でない場合には、ステップＳ１４に進む。
【００５５】
ステップＳ１１では、画素加算を行う画素加算モードに設定する。すなわち、ＣＣＤ２内で画素加算を行う加算手段を能動化させる。この場合、制御部５１がＣＣＤ２を画素加算モードで駆動させるための制御データをＴＧ３２に送信することで、画素加算モードが設定される。
【００５６】
ステップＳ１２では、ＣＣＤ２の露光時間、絞りおよびＰＧＡ３１２のゲインを変更する。
【００５７】
ステップＳ１３では、画素加算モード用の画像処理に設定する。これにより、例えば図１１に示すように８つの画素が加算されて、画像が適切な明るさとなる。
【００５８】
ステップＳ１４では、撮像装置１においてライブビューモードが設定される。
【００５９】
ステップＳ１５では、ＣＣＤ２の露光時間、絞りおよびＰＧＡ３１２のゲインを変更する。すなわち、ステップＳ１０で低輝度連動内と判定されているため、露出制御を変更すれば、適正な露出レベルの画像を生成できることなる。
【００６０】
ステップＳ１６では、ライブビューモード用の画像処理に設定する。
【００６１】
以上のように画素加算モードと通常のライブビューモードとが切替えられることにより、被写体の輝度に応じて適切な露出レベルの画像を取得できることとなる。
【００６２】
一方、通常のライブビューモードから画素加算モードに切替えられる場合には、画像処理部４３において画像メモリ４１に格納される画像データの読出し方法を変更する必要がある。また、図１１に示すように加算される画素の配置が受光部２ａに対して斜め方向となるため、通常のライブビュー表示とは異なるフィルターを使用するのが好ましく、このフィルタも併せて切替える必要がある。
【００６３】
以上の撮像装置１におけるＣＣＤの駆動方法により、同色の画素を４画素以上加算してカラー画像を生成できるため、被写体輝度が低くてもスミアの量が少なく、フレームレートを維持しつつ、被写体画像の画質が劣化するレベルまで増幅せずに高品質なカラー画像を生成できる。すなわち、画素加算により混色せずに２倍を越えて感度を向上できることとなる。
【００６４】
なお、ＣＣＤ２においては、バッファーエリアＢＥを設けるのは必須でなく、バッファーエリアＢＥが無くても良い。
【００６５】
また、画素加算については、モニタ表示用の画像データをＬＣＤ１８に表示させる場合（ライブビュー表示時）に限らず、動画撮影時に適用しても良い。この動画撮影モードには、撮影者が操作部５２を操作することにより設定できるようになっている。
【００６６】
以下では、通常の撮影時と、ＣＣＤ２から順次に出力される画像信号に基づき被写体に係る動画撮影を行う動画撮影時と、ＣＣＤ２から順次に出力される画像信号に基づき被写体に係るライブビュー画像をＬＣＤ１８に表示させるライブビュー表示時とを比較して説明する。
【００６７】
図１３は、各撮影で必要な画素数を説明するための図である。
【００６８】
ＣＣＤ２では、図１３（ａ）に示すように２５６０×１９２０の画素が配列される５Ｍタイプの構成となっており、本撮影においては、このＣＣＤ２の総画素数で画像データが取得される。
【００６９】
ＣＣＤ２において、テレビ（ＴＶ）フォーマットに従い動画撮影を行う場合には、図１３（ｂ）に示すような６４０×４８０（ＶＧＡ）の画素数となり、ＣＣＤ２の総画素数に対して線比で１／４の画素数となる。この動画撮影においては、被写体輝度が低下するにつれて、以下の３つのモードに切替わる。
【００７０】
▲１▼通常モード：被写体輝度が画素加算するほど低くない場合であり、図１４（ａ）に示すように、水平方向に１／４に間引いた画素出力を利用する。ここでは、水平ＣＣＤ転送ゲート２５Ｃを閉止することにより、まずエリアＱ１内のＲ、Ｇ画素の信号電荷を水平転送ＣＣＤに転送した後に、エリアＱ１内のＧ、Ｂ画素の信号電荷を水平転送ＣＣＤに転送し、出力アンプに移送する。これにより、水平方向の画素が１／４に間引かれる。一方、垂直方向の画素については、読出しゲート２３（図４）の一部のみを動作させることによって１／４に間引くこととなる。このような間引き読出しにより、高速読出しが可能となる。
【００７１】
▲２▼２画素加算モード：露出制御による調整が困難であるほど被写体輝度が低下して画素加算が必要な場合であり、図１４（ｂ）に示すようにエリアＱ２内の８画素がＲＧＢ各１画素に合成され、通常モードより２倍の感度が達成される。
【００７２】
▲３▼４画素加算モード：２画素加算モードで設定される被写体輝度よりもさらに輝度が低下する場合であり、図１４（ｃ）に示すように斜めに配置された各エリアＱ３１、Ｑ３２内の１６画素がＲＧＢ各１画素に合成され、通常モードより４倍の感度が達成される。
【００７３】
上記の動画撮影と同様に、ＣＣＤ２においてライブビュー表示を行う場合には、図１３（ｃ）に示すような３２０×２４０（１／４ＶＧＡ）の画素数となり、ＣＣＤ２の総画素数に対して線比で１／８の画素数となる。このライブビュー表示においては、被写体輝度が低下するにつれて、以下の３つのモードに切替わる。
【００７４】
▲１▼通常モード：被写体輝度が画素加算するほど低くない場合であり、図１５（ａ）に示すように、水平方向に１／８間引いた画素出力を利用する。ここでは、水平ＣＣＤ転送ゲート２５Ｃを閉止することにより、まずエリアＱ５内のＲ、Ｇ画素の信号電荷を水平転送ＣＣＤに転送した後に、エリアＱ５内のＧ、Ｂ画素の信号電荷を水平転送ＣＣＤに転送し、出力アンプに移送する。これにより、水平方向の画素が１／８に間引かれる。一方、垂直方向の画素については、読出しゲート２３（図４）の一部のみを動作させることによって１／８に間引くこととなる。このような間引き読出しにより、高速読出しが可能となる。
【００７５】
▲２▼４画素加算モード：露出制御による調整が困難であるほど被写体輝度が低下し画素加算が必要な場合であり、図１５（ｂ）に示すように斜めに配置された各エリアＱ６１、Ｑ６２内の１６画素がＲＧＢ各１画素に合成され、通常モードより４倍の感度が達成される。
【００７６】
▲３▼８画素加算モード：２画素加算モードで設定される被写体輝度よりもさらに輝度が低下する場合であり、図１５（ｃ）に示すように斜めに配置された各エリアＱ７１〜Ｑ７４内の３２画素がＲＧＢ各１画素に合成され、通常モードより８倍の感度が達成される。
【００７７】
上記の動画撮影とライブビュー表示とにおける４画素加算について、詳細な説明を以下で行う。
【００７８】
図１６〜図２５は、ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。各図では、図４に示すＣＣＤ２の構成を模式的に表しており、主に画素配列Ｍｔと、水平転送ＣＣＤ２４と、水平ＣＣＤ転送ゲート２５とを示している。なお、図１６〜図２５は、どの画素で生成された電荷であるかを明確にするため、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂに位置関係を示す添え字１１〜６９を付している。
【００７９】
図１６に示すように、まず水平転送ＣＣＤ２４直前のバッファーエリアＢＥまで電荷信号Ｇｒ１１、Ｒ１１、・・・、Ｇｒ１９、Ｒ１９が垂直転送ＣＣＤにより転送される。
【００８０】
そして、図１７に示すように水平ＣＣＤ転送ゲート２５の一部が閉止することにより、一部の信号電荷Ｇｒ１２、Ｒ１２、Ｇｒ１４，Ｒ１４、・・・がバッファーエリアＢＥから水平転送ＣＣＤ２４に転送される。
【００８１】
次に、水平転送ＣＣＤ２４上にある電荷信号を２画素分、紙面の左方向に移動させるとともに、水平ＣＣＤ転送ゲート２５を開いて、バッファーエリアＢＥの残りの信号電荷を水平転送ＣＣＤ２４に転送する（図１８）。これにより、例えば信号電荷Ｇｒ１１およびＧｒ１２や、画素信号Ｒ１１およびＲ１２が水平転送ＣＣＤ２４内で加算される。
【００８２】
次に、一部の水平ＣＣＤ転送ゲート２５を動作させて、図１８に示す水平転送ＣＣＤ２４の空白部に、信号電荷を転送する。これにより、図１９に示すように、信号電荷Ｂ１２、Ｇｂ１２、Ｂ１４、Ｇｂ１４などがバッファーエリアＢＥから水平転送ＣＣＤ２４に移送される。
【００８３】
次に、図２０に示すように、水平転送ＣＣＤ２４上にある信号電荷を２画素分、紙面の左方向に移動させる。
【００８４】
次に、一部の水平ＣＣＤ転送ゲート２５を開いて、バッファーエリアＢＥ内の信号電荷を水平転送ＣＣＤ２４に転送する（図２１）。これにより、例えば画素信号Ｂ１１およびＢ１２や画素信号Ｇｂ１１およびＧｂ１２が水平転送ＣＣＤ２４内で加算される。
【００８５】
以上の図１６〜図２１に示す動作によって、２画素加算が実行されることとなる。そして、この動作を繰返すことによって４画素加算が実現できるが、この動作を以下で説明する。
【００８６】
図２２に示すように、垂直転送ＣＣＤにより１ライン分、紙面の下方向に移動させる。
【００８７】
次に、図２３に示すように水平ＣＣＤ転送ゲート２５の一部が閉止することにより、バファーエリアＢＥから一部の電荷信号Ｇｒ２２、Ｒ２２、Ｇｒ２４，Ｒ２４、・・・が垂直転送ＣＣＤ２４に転送される。これにより、例えば、電荷信号Ｇｒ１３およびＧｒ１４に電荷信号Ｇｒ２２が加算されたり、電荷信号Ｒ１３およびＲ１４に電荷信号Ｒ２２が加算される。すなわち、水平転送ＣＣＤ２４で３画素が加算される。
【００８８】
次に、水平転送ＣＣＤ２４上にある電荷信号を２画素分、紙面の左方向に移動させるとともに、水平ＣＣＤ転送ゲート２５を開いて、バッファーエリアＢＥ内の残りの画素信号を水平転送ＣＣＤ２４に転送する（図２４）。これにより、例えば、電荷信号Ｇｒ１３、Ｇｒ１４およびＧｒ２２に電荷信号Ｇｒ２１が加算されたり、電荷信号Ｒ１３、Ｒ１４およびＲ２２に電荷信号Ｒ２１が加算される。すなわち、水平転送ＣＣＤ２４で４画素が加算される。
【００８９】
次に、ＢおよびＧｂの電荷信号についても、図２２〜図２４と同様の動作を行うことにより、図２５に示すように、例えば、電荷信号Ｂ１３およびＢ１４に電荷信号Ｂ２１およびＢ２２が加算される４画素加算が行われる。
【００９０】
最後に、図２５のように水平転送ＣＣＤ２４上で加算された画素を、紙面の左方向に移動させることで、４画素加算されたＣＣＤの出力が得られることとなる。
【００９１】
このようにＣＣＤ２の総画素数に対して必要な画素数が１／４以下となる動画撮影やライブビュー表示においては、４画素加算を容易に行え、被写体輝度が低下しても適切に画像信号を生成できることとなる。
【００９２】
＜変形例＞
◎上記の実施形態におけるＣＣＤにおいては、図１０に示す各信号のタイミングについて例えばサイクル数などを変更することにより、加算される画素数、画素配列を変更しても良い。
【００９３】
◎上記の実施形態における被写体輝度の測定については、取得された画像データに基づきＡＥ・ＷＢ演算器で演算してソフトウェア的に測定するのは必須でなく、撮像装置１の前面に設けられた測光センサで計測するようにしても良い。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項５の発明によれば、垂直転送部に転送された水平方向の各画素列に係る複数の信号電荷のうち一部の信号電荷を水平転送部に転送する第１転送工程と、水平転送部において一部の信号電荷を残りの信号電荷の近傍に転送する第２転送工程と、残りの信号電荷を水平転送部に転送し、同色の色フィルタを有する同色の画素で蓄積された信号電荷どうしを一部の信号電荷と残りの信号電荷とで加算する画素加算工程とを２回以上繰返すことにより、同色の画素に係る信号電荷が４画素以上加算される。その結果、画素加算により混色せずに２倍を越えて感度を向上できる。
【００９５】
特に、請求項２の発明においては、画素配列が三原色の色フィルタがベイヤー方式で配列されるため、ベイヤー方式であっても混色せずにカラー画像を生成できる。
【００９６】
また、請求項３の発明においては、測光手段で測定される輝度値が所定値以下となる場合には加算手段を能動化させるため、被写体が暗い状況でも、適切に画像のＳ／Ｎ比を向上できる。
【００９７】
また、請求項４の発明においては、ライブビュー表示手段によってライブビュー画像を表示させる場合には加算手段を能動化させるため、ライブビュー表示において高品質な画像が得られる。
【００９８】
また、請求項５の発明においては、動画撮影手段によって動画撮影を行う場合には加算手段を能動化させるため、動画撮影において高品質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置１を示す斜視図である。
【図２】撮像装置１の背面図である。
【図３】撮像装置１の機能ブロックを示す図である。
【図４】ＣＣＤ２の構成を説明する図である。
【図５】ＣＣＤ２における画素加算の動作を説明するための図である。
【図６】ＣＣＤ２における画素加算の動作を説明するための図である。
【図７】ＣＣＤ２における画素加算の動作を説明するための図である。
【図８】ＣＣＤ２における画素加算の動作を説明するための図である。
【図９】ＣＣＤ２における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１０】ＣＣＤ２における画素加算の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１１】画素配列Ｍｔにおける画素加算の様子を説明するための図である。
【図１２】撮像装置１の基本的な動作を説明するフローチャートである。
【図１３】各撮影モードで必要な画素数を説明するための図である。
【図１４】動画撮影時における画素加算を説明するための図である。
【図１５】ライブビュー表示時における画素加算を説明するための図である。
【図１６】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図１７】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図１８】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図１９】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図２０】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図２１】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図２２】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図２３】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図２４】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【図２５】ＣＣＤ２における４画素加算を説明するための図である。
【符号の説明】
１  撮像装置
２  ＣＣＤ
２ａ  受光部
２１、２１Ｒ、２１Ｇｒ、２１Ｇｂ、２１Ｂ  光電変換部
２２  垂直転送ＣＣＤ
２３  読出しゲート
２４  水平転送ＣＣＤ
２５  水平ＣＣＤ転送ゲート
２６  出力アンプ
３２  タイミング発生器（ＴＧ）３２
４１  画像メモリ
４２  ＡＥ・ＷＢ演算部
４３  画像処理部
５１  制御部
Ｍｔ  画素配列
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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