(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサを用いた撮像装置において、
光を受光し、受光した光を光電変換して電荷を蓄積する複数の受光素子と、
前記受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出し手段と、
前記受光素子毎に、前記受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出し手段に読み出させるように制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、隣接する受光素子の組について、相互に前記任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、前記受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出し手段に読み出させるように制御する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記読出し手段により読み出された電荷を、垂直方向に転送する垂直転送手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記垂直転送手段による電荷の転送を停止させるように制御し、かつ、隣接する受光素子の組について、相互に前記任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、前記受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出し手段に読み出させるように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
光を受光し、受光した光を光電変換して電荷を蓄積する複数の受光素子を備えるイメージセンサを用いた撮像装置の撮像方法において、
前記受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出しステップと、
前記受光素子毎に、前記受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出しステップの処理で読み出させるように制御する制御ステップとを含み、
前記制御ステップの処理は、隣接する受光素子の組について、相互に前記任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、前記受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出しステップの処理で読み出させるように制御する
ことを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置および方法に関し、特に、動画のように時々刻々と光量が変化する画像を正確に撮像できるようにした撮像装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
CCD（Charged Coupled Device）イメージセンサを用いた撮像装置が一般に普及しつつある。
【０００３】
CCDイメージセンサは、固体撮像素子であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラといった撮像機器に用いられている。このCCDイメージセンサを用いた撮像機器は、FA（Factory Automation）における部品検査装置や、ME（Medical Electronics）における電子内視鏡といった光学計測装置に幅広く利用されている。
【０００４】
図１は、従来の撮像装置におけるインターライン方式のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図である。
【０００５】
第１相電源１、第２相電源２、および、第３相電源３は、各々第１相電極４ａ乃至４ｄ（以下、これらをここに区別する必要がない場合、単に、第１相電極４と称する。他の装置についても同様とする）、第２相電極５ａ乃至５ｄ、および、第３相電極６ａ乃至６ｄを介して、垂直転送CCD（垂直転送レジスタ）７ａ，７ｂに転送パルス（駆動電圧）を供給する。また、第２相電源２は、垂直転送CCD７ａ，７ｂに、PD（Photo Diode：フォトダイオード）８ａ乃至８ｈに蓄積された電荷の読み出しを指令する読出しパルス（駆動電圧）を供給する。
【０００６】
PD８は、映像を構成する光を光電変換して電荷を蓄積する。PD８に蓄積された電荷は、第２相電源２から供給される読出しパルスに応じて、垂直転送CCD７ａ，７ｂに読み出される。尚、図１において、PD８は、説明の関係上４行×２列に配列された場合を示しているが、実際には、PD８は、水平方向、および、垂直方向に対してもっと多くの数だけ配列されている。
【０００７】
垂直転送CCD７ａ，７ｂには、各PD８に対して、３つのポリシリコン電極が配置され、これが各PD８から読み出した電荷を蓄積するレジスタとして機能する。また、このポリシリコン電極は、垂直方向にセル状に連結されており、第１相電極４、第２相電極５、および、第３相電極６より供給される転送パルスにより、ポリシリコン電極上に蓄積した電荷を、順次、図中下方向に連結されたポリシリコン電極に転送して、垂直転送CCD７の端部に接続された水平転送CCD９に出力する。このとき、垂直転送CCD７は、各PD８より出力された電荷が混ざり合わないよう制御しながら、水平転送CCD９に出力する。
【０００８】
第１相電極４、第２相電極５、および、第３相電極６は、図中水平方向に配置されている。このため、例えば、第２相電極５ａより供給される読出しパルスに基づいて、水平方向に並んでいるPD８ａ，８ｅに蓄積された電荷は、同期したタイミングで垂直転送CCD７ａ，７ｂに読み出されることになる。すなわち、PD８は、水平方向に伸びるように配置された各電極に共通に接続されているので、水平方向に並ぶPD８の電荷は、同期したタイミングで（同時に）垂直転送CCD７に読み出される。また、垂直転送CCD７ａ，７ｂが各PD８より出力された電荷を水平転送CCD９に転送する際の転送パルスも、第１相電極４ａ乃至４ｄ、第２相電極５ａ乃至５ｄ、および、第３相電極６ａ乃至６ｄ毎に、水平方向に対して同期したタイミングで供給される。
【０００９】
水平転送CCD９は、駆動電源１０ａ，１０ｂにより供給される転送パルスにより駆動され、垂直転送CCD７ａ，７ｂより転送されてきた、各PD８より読み出された電荷を出力端子１１に出力する。
【００１０】
ところで、上述のCCDイメージセンサを用いて、ダイナミックレンジを向上させるため、異なる感度のPD８を利用して画像を撮像し、合成させる手法が提案されている。
【００１１】
第１の手法として、光学的に複数の透過率の異なる光軸に分岐させた入射光をそれぞれの光軸上に配置させたCCDイメージセンサで計測することが、特開平８−２２３４９１、特開平７−２５４９６５、特開平７−２５４９６６、特開平８−３４０４８６、特開平１０−０６９０１１、または、U.S. Patent ５８０１７７３に記載されている。
【００１２】
また、第２の手法として、１つのCCDイメージセンサを用いて、露光時間を分割し、異なる時刻で、かつ、異なる時間幅で、複数枚の画像を撮像した後、それらを合成する手法が、特開平８−３３１４６１、特開平７−２５４９６５、U.S. Patent ５４２０６３５、U.S. Patent ５４５５６２１、特開平６−１４１２２９、U.S. Patent ５８０１７７３、U.S. Patent ５６３８１１８、または、U.S. Patent ５３０９２４３に記載されている。
【００１３】
ここで、図２を参照して、第２の手法を用いた発明について説明する。尚、図２（Ａ）は、図示せぬシャッタの開放タイミングを示しており、Highのとき、シャッタが開いた状態（各PD８が露出された状態）を示している。図２（Ｂ）は、基板電圧制御信号のパルスを示しており、Highのとき、全てのPD８上に蓄積された電荷は基板に開放されて、電荷が掃出される。図２（Ｃ）は、第２相電源２から第２相電極５を介して各PD８に出力される読出しパルスを示しており、この読出しパルスによりPD８に蓄積された電荷が、垂直転送CCD７に読み出される。図２（Ｄ）は、各PD８に蓄積される電荷量を示している。尚、ここでは、受光される光の強度は、一定であるものとする。
【００１４】
図２（Ｂ）に示すように時刻ｔaで基板電圧制御信号が印加されると、PD８の電荷量はゼロとなり、同時に、図２（Ａ）に示すように、シャッタが開き、露出が開始されるので、各PD８は電荷の蓄積を開始する。図２（Ｃ）に示すように、時刻ｔbの直前で、読出しパルスが入力されると、時刻ｔa乃至ｔb間で、PD８に蓄積された電荷が、垂直転送CCD７に読み出され、さらに、図２（Ｂ）に示すように、時刻ｔbの直後に入力された基板電圧制御信号のパルスにより、PD８に蓄積された電荷は掃出され蓄積された電荷はゼロに戻る。そして、PD８は、再び電荷の蓄積を開始する。時刻ｔcの直前において、図２（Ｃ）に示すように読出しパルスが入力されると、時刻ｔb乃至ｔcの間にPD８に蓄積された電荷が、垂直転送CCD７に読み出される。このとき、図２（Ａ）に示すように露出が終了する。
【００１５】
一回の露出期間における時刻ｔa乃至ｔbの期間を第１の撮像期間とし、時刻ｔb乃至ｔcの期間を第２の撮像期間とすれば、上記の発明では、この第１の撮像期間は、第２の撮像期間の数倍乃至数十倍の長さとなるように設定されており、これらの２回の撮像期間により撮像された画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い撮像が可能であるとされている。
【００１６】
ところで、図３（Ａ）に示すように物体１５ａが、図中の物体１５ｂの位置まで左方向に移動するシーンを撮像するとき、理想的には、図３（Ｂ）に示すように画像がぶれて撮像されることになる。この撮像を上記の手法を用いて行うと、第１の撮像期間では、図４（Ａ）に示すように、時刻ｔa乃至ｔbの期間に移動する、物体１５ａから物体１５ｃまでの映像が撮像され、図４（Ｂ）に示すような画像が撮像されることになる。また、第２の撮像期間においては、図５（Ａ）に示すように、時刻ｔb乃至ｔcの期間に移動する、物体１５ｃから物体１５ｂまでの映像が撮像され、図５（Ｂ）に示すような画像が撮像されることになる。
【００１７】
結果として、図４（Ｂ）に示した画像と、図５（Ｂ）に示した画像が合成されて、図３（Ｂ）の画像が得られることになる。これが、第２の手法を用いた発明の原理である。
【００１８】
さらに、第３の手法として、１つのCCDイメージセンサを用いて、CCDイメージセンサの各受光素子の感度を異なるようにして撮像した後、複数の異なる感度の受光素子で計測された信号を合成させる手法が、U.S. Patent ５７８９７３７、特開昭５９−２１７３５８、または、U.S. Patent ５４２０６３５に記載されている。これらにおいては、１つのCCDイメージセンサ内の受光素子の感度を変える手段として、各受光素子上に透過率の異なるフィルタを張る方法が提案されている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出し手段と、受光素子が光を受光している期間に、任意のタイミングで、受光素子により蓄積された電荷を、読出し手段に読み出させるように制御する制御手段と、全ての受光素子により蓄積された電荷を掃出す掃出し手段とを備え、制御手段は、受光素子が光を受光している期間に、受光素子により蓄積された電荷を、任意のタイミングで読み出すように読出し手段を制御して、かつ、その直後のタイミングで全ての受光素子により蓄積された電荷を掃出させるように掃出し手段を制御するか、または、受光素子により蓄積された電荷を、任意のタイミングで、読み出すように読出し手段を制御することを特徴とする。
【００２６】
前記制御手段には、隣接する受光素子の組について、相互に任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出し手段に読み出させるように制御させるようにすることができる。
【００２７】
前記読出し手段により読み出された電荷を、垂直方向に転送する垂直転送手段をさらに設けるようにすることができ、制御手段には、垂直転送手段による電荷の転送を停止させるように制御させ、かつ、受光素子毎に、受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割させ、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出し手段に読み出させるように制御させるようにすることができる。
【００２８】
前記読出し手段により読み出された電荷を、垂直方向に転送する垂直転送手段をさらに設けるようにさせることができ、制御手段には、受光素子が光を受光している期間に、垂直転送手段による電荷の転送を停止させ、受光素子により蓄積された電荷を、任意のタイミングで読み出すように読出し手段を制御させて、かつ、その直後のタイミングで全ての受光素子により蓄積された電荷を掃出させるように掃出し手段を制御させるか、または、受光素子が光を受光している期間に、垂直転送手段による電荷の転送を停止させ、受光素子により蓄積された電荷を、任意のタイミングで、読み出すように読出し手段を制御させるようにすることができる。
【００２９】
本発明の撮像方法は、受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出しステップと、受光素子毎に、受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割し、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出しステップの処理で読み出させるように制御する制御ステップとを含を含み、制御ステップの処理は、隣接する受光素子の組について、相互に任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出しステップの処理で読み出させるように制御することを特徴とする。
【００３０】
本発明の撮像装置および方法においては、受光素子が光を受光している期間が、任意の時間の組み合わせとなるように分割され、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷が、読み出されるように制御され、隣接する受光素子の組について、相互に任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、受光素子が光を受光している期間が分割され、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷が、読み出されるように制御される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図６は、本発明に係るデジタルスチルカメラの一実施の形態の構成を示す図である。図示せぬ被写体からの光Ｌは、シャッタ２１、および、レンズ２２を透過し、絞り２３により調整されて、適度な明るさでCCDイメージセンサ２４に入射する。このとき、レンズ２２は、図示せぬ被写体からの光Ｌからなる映像が、CCDイメージセンサ２４上で結像されるように焦点位置を調整する。
【００３２】
CCDイメージセンサ２４は、複数の受光素子（後述する図１８のPD８）により構成されており、レンズ２２および絞り２３を介して入射された光Ｌを光電変換し、映像を電気信号に変換して、後段のCDS回路（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング回路）２５に出力する。
【００３３】
CDS回路２５は、CCDイメージセンサ２４より入力される信号を基準信号と比較し、その差電圧をサンプリングし、これを映像信号としてA/D変換回路（Analog/Digital変換回路）２６に出力する。A/D変換回路２６は、CDS回路２５より入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、DSP（Digital Signal Processor）２７に出力する。
【００３４】
DSP２７は、CPU（Central Processing Unit）３４により制御され、A/D変換回路２６より入力された信号を所定の映像データに変換し、D/A変換回路（Digital/Analog変換回路）３０、または、CODEC（Coder Decoder）２８に出力する。また、DSP２７は、CODEC２８より入力された映像データをD/A変換回路３０に出力する。CODEC２８は、DSP２７より入力された映像データを所定の方法でコーディングし、メモリ２９に記憶させると共に、メモリ２９に記憶されているデータを読み出し、デコードしてDSP２７に出力する。
【００３５】
D/A変換回路３０は、DSP２７より入力された映像データのデジタル信号をアナログ信号に変換し、ビデオエンコーダ３１に出力する。ビデオエンコーダ３１は、D/A変換回路３０より入力されたアナログ信号の映像データを所定のビデオ信号に変換し、ビデオモニタ３２に出力し、映像を表示させる。
【００３６】
CPU３４は、デジタルスチルカメラのバス３３に接続されたDSP２７、CODEC２８、メモリ２９、絞りコントローラ３５、および、タイミングジェネレータ３６を制御している。
【００３７】
絞りコントローラ３５は、DSP２７に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値がCPU３４により設定され、その制御値に従って絞り２３を制御する。具体的には、CPU３４がDSP２７に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値があらかじめ定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り２３の制御値を設定する。
【００３８】
タイミングジェネレータ３６は、CPU３４により制御され、CCDイメージセンサ２４、CDS回路２５、A/D変換回路２６、および、DSP２７の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、供給する。操作部３６は、ユーザが、デジタルスチルカメラを動作させるとき操作され、図７に示すような構成となっている。
【００３９】
図７に示すように、操作部３６のキャプチャボタン４１は、プッシュボタンで構成され、静止画を撮像するとき、ユーザにより押下される。アクションモード切替スイッチ４２は、アクションモードを設定するための上下にスライドする切替スイッチであり、図中上段から“record”、“off”、および、“play”の文字が表示されており、セットされた位置のアクションモードに設定される。今の場合、アクションモード切替スイッチ４２は、“off”の位置にセットされている。尚、アクションモードについては、後述する。
【００４０】
露出モード切替スイッチ４３は、露出モードを切替えるスイッチであり、図中上段から“SVE（Spatially Varying Exposure）”、および、“normal”の文字が表示されており、スイッチがセットされた位置の露出モードに設定される。今の場合、露出モード切替スイッチ４３は、“normal”の位置にセットされている。尚、露出モードについては、後述する。
【００４１】
次に、図８乃至図１４を参照して、各アクションモードと、アクションモード毎のデジタルスチルカメラの動作について説明する。図７に示すように、アクションモード切替スイッチ４２が、“off”の位置にセットされているとき、アクションモードは、図８の状態遷移図の「off状態」となっており、デジタルスチルカメラは停止した状態になっている。
【００４２】
この状態から、アクションモード切替スイッチ４２が、上方向にスライドされて、図９に示すように“record”の位置にセットされると、アクションモードは、図８の番号１に示すように、「off状態」から「モニタ状態」に遷移する。
【００４３】
「モニタ状態」のとき、デジタルスチルカメラは、図１０に示すように、CPU３４が、タイミングジェネレータ３６を制御してドラフト読出用のタイミングパルスを出力させる。これに基づいて、CCDイメージセンサ２４、CDS回路２５、A/D変換回路２６、DSP２７は、シャッタ２１、レンズ２２、および、絞り２３を透過した光Lからなる映像を、画像信号としてドラフト読出しし、D/A変換回路３０に出力する。D/A変換回路３０は、入力された画像信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、ビデオエンコーダ３１に出力する。さらに、ビデオエンコーダ３１は、入力されたアナログ信号をビデオ信号に変換し、ビデオモニタ３２に表示させる。また、同様にして、アクションモード切替スイッチ４２が、“off”の位置に戻されると、図８の番号２に示すように「モニタ状態」から「off状態」に戻る。
【００４４】
尚、ドラフト読出しについては、後述する。また、図１０においては、「モニタ状態」で、デジタルスチルカメラの動作に関与している回路は、実線で示されており、直接動作に関与していない回路は、点線で示されている。以下の説明においても同様に図示が行われる。
【００４５】
アクションモード切替スイッチ４２が、“record”の位置にセットされた状態で、すなわち、図８中の「モニタ状態」のとき、図１１に示すようにキャプチャボタン４１が押下されると、図８の番号３に示すように、「モニタ状態」から「キャプチャ状態」に状態が遷移する。
【００４６】
「キャプチャ状態」のとき、デジタルスチルカメラは、図１２に示すように、CPU３４が、タイミングジェネレータ３６を制御して全画素読出用のタイミングパルスを出力させる。これに基づいて、CCDイメージセンサ２４、CDS回路２５、A/D変換回路２６、DSP２７は、レンズ２２、および、絞り２３を透過した光Lからなる映像を、１フレーム分だけ全画素読出しし、DSP２７によりガンマ補正等の処理が施された後、CODEC２８に出力する。CODEC２８は、DSP２７より入力された１フレーム分の画像データを所定の形式で圧縮符号化し（コーディングし）、メモリ２９に記憶させる。さらに、「キャプチャ状態」は、この画像データがメモリ２９に書き込まれた時点で終了し、図８の番号４に示すように、「キャプチャ状態」から「モニタ状態」に戻る。
【００４７】
「モニタ状態」で、ユーザが、アクションモード切替スイッチ４２を操作して、図１３に示すように、“play”の位置にセットすると、デジタルスチルカメラは、図８中の番号５に示すように「モニタ状態」から「再生状態」に遷移する。同様にして、「off状態」で、ユーザが、アクションモード切替スイッチ４２を操作して、“play”の位置にセットしても、デジタルスチルカメラは、図８中の番号７に示すように「off状態」から「再生状態」に遷移する。
【００４８】
「再生状態」のとき、デジタルスチルカメラは、図１４に示すように、CPU３４がタイミングジェネレータ３６を停止させて、CCDイメージセンサ２４からの読出しを停止させる。さらに、CPU３４は、CODEC２８を制御して、メモリ２９に記憶されている画像データを読み出して、復号処理させた後、DSP２７に出力させる。DSP２７は、CPU３４により制御されて、CODEC２８から出力された画像データをビデオ信号のフォーマットに合せるためのダウンサンプリング処理を施し、D/A変換回路３０に出力する。D/A変換回路３０は、DSP２７より入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、ビデオエンコーダ３１に出力する。ビデオエンコーダ３１は、D/A変換回路３０より入力されたアナログ信号をビデオ信号に変換し、ビデオモニタ３２に表示させる。
【００４９】
もちろん、「再生状態」のときに、ユーザが、アクションモード切替スイッチ４２を操作して、“record”の位置にセットすると、デジタルスチルカメラは、図８中の番号６に示すように「再生状態」から「モニタ状態」に遷移し、また、同様に、“off”の位置にセットすれば、図８中の番号８に示すように「再生状態」から「off状態」に遷移する。
【００５０】
次に、図１５を参照して、露出モードについて説明する。露出モードは、上記の「キャプチャ状態」の時に有効な、CCDイメージセンサ２４の露出状態を設定するもので、アクションモードとは独立に設定されるモードである。露出モードには、「Normalモード」と「SVEモード」の２つのモードがある。「Normalモード」は、CCDイメージセンサ２４の各受光素子（後述する図１８のPD８）の露出時間を全て一定にする（全ての受光素子の感度を一定にする）露出モードである。これに対して、「SVEモード」は、各受光素子の露出時間を、受光素子毎に、いくつかのパターンで変化させる露出モードである。
【００５１】
図７に示すように、ユーザが、露出モード切替スイッチ４３を操作して、“normal”の位置にセットすると、露出モードは、図１５の「Normalモード」にセットされる。また、図７に示す露出モード切替スイッチ４３が、図中下方向にスライドされて、“SVE”の位置にセットされると、図１５の番号２１に示すように、露出モードは「SVEモード」に遷移する。同様に、「SVEモード」のとき、露出モード切替スイッチ４３が、図７に示すように“normal”の位置に戻されると、番号２２に示すように、露出モードは、「SVEモード」から「Normalモード」に遷移する。
【００５２】
次に、図１６を参照して、CCDイメージセンサ２４の電極構成の詳細について説明する。尚、図１６以降の図面の説明においては、従来の場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【００５３】
第1相電極４（図中破線で表示）、および、第２相電極５（図中点線で表示）は、水平方向に伸びるように配置されており、さらに、第２相電極５は、転送ゲート６１に接続されている。すなわち、図中、例えば、第１相電極４ａと第２相電極５ａは、PD８ａ，８ｅ，８ｉを上下から挟み込むように水平方向に配置されている。また、同様にして、第１相電極４ｂと第２相電極５ｂは、PD８ｂ、８ｆ、８ｊを上下から挟み込むように水平方向に配置されている。
【００５４】
第３相電極６（図中実線で表示）は、垂直方向に伸びるように配置され、垂直方向に並ぶPD８の転送ゲート６１に接続されている。すなわち、例えば、第３相電極６ａは、垂直方向に並ぶPD８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈの転送ゲート６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄに接続されている。第２相電極５は、第３相電極６との交差部分に上方向に突出する凸部が設けられており、その一部分が転送ゲート６１に接触するように構成されている（接続されている）。
【００５５】
図１７は、図１６に示されているCCDイメージセンサ２４の線分ＡＡ'で示される部分の図１６中左側面方向から見た断面を示している。図１７に示すように、第２相電極５は、側面から見ると階段状の形状をしており、図１６中の上下方向で（図１７中の左右方向で）段差のある構造となっている。第２相電極５の図１６中の下方（図１７中の右方）では、第２相電極５の下層に第１相電極４が配置されている。さらに、図１７中の垂直方向（厚さ方向）に対して、第１相電極５と第２相電極６を覆うように、最上層として第３相電極６が設けられている。
【００５６】
転送ゲート６１は、第２相電極５または第３相電極６から印加される読出しパルスに基づいて、PD８で、光電変換されて蓄積された電荷を垂直転送CCD７に送り出す。図１６に示すように、転送ゲート６１は、PD８との接合面に対して垂直方向に、第２相電極５と第３相電極６によって、分割される構造となっている。このため、転送ゲート６１は、第２相電極５、または、第３相電極６のいずれか一方から、電荷読出しパルスが印加されるとPD８の電荷を垂直転送CCD７に転送する。図１６に示すように、第２相電極５、または、第３相電極６のいずれか一方から電荷読出しパルスが印加されたときに、PD８の電荷が垂直転送CCD７出力されるCCDイメージセンサ２４は、以下の説明において、特にOR型CCDイメージセンサと呼ぶものとする。
【００５７】
これに対して、図１８に示すように、転送ゲート６１上でPD８との接合面に平行に、第２相電極５と第３相電極６によって分割される構造となっている場合、転送ゲート６１は、第２相電極５と第３相電極６の両電極から読出しパルスが印加されたときにのみPD８の電荷を垂直転送CCD７に転送させる。図１８に示されたように、第２相電極５、および、第３相電極６の両電極から電荷読出しパルスが印加されたときにPD８の電荷を出力させるCCDイメージセンサは、特に、AND型CCDイメージセンサと呼ぶものとする。
【００５８】
次に、CCDイメージセンサ２４のドラフト読出しと全画素読出しについて説明する。CCDイメージセンサ２４の各PD８の電荷の読出し方法には、上記のようにドラフト読出しと全画素読出しがあり、全画素読出しは、CCDイメージセンサ２４の全てのPD８で受光し、蓄積された電荷を出力させるものである。これに対して、ドラフト読出しは、全てのPD８の中の一部から電荷を出力させるものである。
【００５９】
図１９は、ドラフト読出しをするときのCCDイメージセンサ２４の電気的構成を示している。基本的には、図１の構成と同様であるが、従来の構成と異なるのは、第２相電源２が、第２相電源２ａ，２ｂの２つに分けられており、第２相電源２ａは、第２相電極５ｃに接続され、第２相電源２ｂは、第２相電極５ａ，５ｂ，５ｄに接続されている。すなわち、第２相電源２ａと第２相電源２ｂは、１：３の比率で第２相電極５に接続されている。尚、図１９においては、第２相電源２が、物理的に、第２相電源２ａと第２相電源２ｂの２つに分けられているように表示されているが、実際には、各電極への読出しパルスの印加タイミングが上記の構成となるように制御される。
【００６０】
CCDイメージセンサ２４が上述のOR型（図１６のような構成）であるとき、第２相電源２ａ（第２相電極５ｃ）のみが、読出しパルスを出力すると、全PD８のうち、対応するライン上のPD８ｃ，８ｇのみから電荷が出力されることになる。従って、このとき、CCDイメージセンサ２４の全体のPD８の１／４から、電荷が出力されることになるので、垂直転送CCD７の転送速度は４倍となり、高速処理を実現させることができる。
【００６１】
このドラフト読出しは、上述のように「モニタ状態」において使用されるモードである。このときデジタルスチルカメラは、ビデオモニタ３２に、CCDイメージセンサ２４により撮像される被写体を表示させるだけなので（記録させないので）、CCDイメージセンサ２４の全体のPD８の１／４の電荷から画像を構成することで、画質は低下するが、被写体の映像を高速で表示させることが可能となる。
【００６２】
また、CCDイメージセンサ２４が上述のAND型（図１８のような構成）である場合、第２相電源２ａと第３相電源３の両方が読出しパルスを出力すると、OR型CCDイメージセンサ２４と同様に、やはり、対応するラインのPD８ｃ，８ｇからのみ電荷が出力されることになる。
【００６３】
次に、全画素読出しについて説明する。全画素読出しは、さらに、NormalモードとSVEモードの２つの露出モードによりその動作が分けられる。Normalモードの全画素読出しは、上述のように従来のCCDイメージセンサにより実行されてきた読出し方式と同様の読出し方式である。すなわち、この方式は、図８における「キャプチャ状態」のとき、CCDイメージセンサ２４の全てのPD８に対して、一定の露光時間により蓄積される電荷を読み出す方式である。
【００６４】
これに対して、露出モードが、SVEモードである場合の全画素読出しでは、各PD８の露出時間がいくつかのパターンに分けて受光され、それぞれの露光時間に基づいた電荷が読み出される。
【００６５】
図２０は、SVEモードのときのCCDイメージセンサ２４の電気的構成を示している。SVEモードにおいても、基本的には、図１の構成と同様であるが、従来の構成と異なるのは、第２相電源２が、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃの３相に分けられており、さらに、第３相電源３も、第３相電源３ａ，３ｂの２相に分けられていることである。
【００６６】
図２０に示すように、第２相電源２ａは、第２相電極５ｃに、第２相電源２ｂは、第２相電極５ａに、第２相電源２ｃは、第２相電極５ｂ，５ｄにそれぞれ接続されている。また、第３相電源３ａは、第３相電極６ａ，６ｂ，６ｃ、および、６ｄに、第３相電源３ｂは、第３相電源３ａが接続されている第３相電極６ａ，６ｂ，６ｃ、および、６ｄの列に隣接する列の第３相電極６ａ'，６ｂ'，６ｃ'、および、６ｄ'に、それぞれ接続されている。
【００６７】
このように接続されることにより、第２相電極２に接続されるPD８を水平方向に対して１行おきに制御することができると共に、第３相電極３に接続されるPD８を垂直方向に１列おきに制御することが可能となる。このため、PD８の露出時間をいくつかのパターンに変化させて、蓄積された電荷を垂直転送CCD７に出力させることが可能となる。
【００６８】
次に、図２１のタイミングチャートを参照して、アクションモード切替スイッチ４２が、“record”の位置にセットされて、かつ、露出モード切り替えスイッチ４３が“normal”の位置にセットされた状態で、キャプチャボタン４１が押下されたときのCCDイメージセンサ２４の動作を説明する。
【００６９】
ここで、図２１（Ａ）は、図８に対応する状態を示しており、図２１（Ｂ）は、CCDイメージセンサ２４の動作内容を示している。図２１（Ｃ）は、キャプチャボタン４１が押下されたタイミングを示している。図２１（Ｄ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パルスを示している。図２１（Ｅ）は、基板電圧制御信号（リセットパルス）を示しており、Highが、リセットパルスが印加された状態を示している。図２１（Ｆ）は、シャッタ２１の開閉タイミングを示しており、Highはシャッタが開いた状態を示し、Lowはシャッタが閉じた状態を示している。図２１（Ｇ）乃至図２１（Ｌ）は、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから出力される読出しパルス、および、転送パルスを示している。なお、基準位置より高い信号（上方に示される信号）が読出しパルスを示し、基準位置より低い信号（下方に示される信号）が転送パルスを示している。図２１（Ｍ）は、CCDイメージセンサ２４から画像データが出力されるタイミングを示している。
【００７０】
時刻ｔ0において、ユーザが、アクションモード切替スイッチ４２を操作して、“record”の位置にセットすると、デジタルスチルカメラは、図８の「モニタ状態」に入り、同時に、ドラフト読出しが始まる。このとき、図２１（Ｄ）に示すように、読み込まれる画像の１フレームに対応するタイミングで、垂直同期パルスが、時刻ｔ0，ｔ12，ｔ14において、タイミングジェネレータ３６より出力される。また、同時に、図２１（Ｇ）乃至図２１（Ｌ）に示すように、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから転送パルスが出力される。また、図２１（Ｅ），図２１（Ｈ）に示すように、この垂直同期パルスに同期して、基板電圧制御信号と、第２相電極２ａからの読出しパルスが出力される。基板電圧制御信号は、タイミングジェネレータ３６から出力される信号である。この基板電圧制御信号が、出力されている間（例えば、時刻ｔ0乃至ｔ31）は、PD８で生じた（光電変換された）電荷は、基板方向に開放されるように制御されるので、蓄積されない状態となる（蓄積された電荷がリセットされる）。この基板電圧制御信号により、撮像される映像の各フレーム毎に一定の期間だけPD８が電荷を蓄積するように制御される。
【００７１】
図２２は、図２１（Ａ）の「モニタ状態」の期間を拡大して表示したものである。ここで、図２２（Ａ）は、図８に対応するデジタルスチルカメラの状態を示しており、図２２（Ｂ）は、CCDイメージセンサ２４の動作内容を示している。図２２（Ｃ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パルスを示している。図２２（Ｄ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された水平同期パルスを示している。図２２（Ｅ）は、基板電圧制御信号を示している。図２２（Ｆ）は、シャッタ２１の開閉タイミングを示している。図２２（Ｇ）乃至図２２（Ｌ）は、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから出力される読出しパルス、および、転送パルスを示している。図２２（Ｍ）は、CCDイメージセンサ２４から画像データが出力されるタイミングを示している。
【００７２】
図２２（Ｈ）に示すように、ドラフト読出しの場合、電荷読出しパルスは、垂直同期パルスに同期して第２相電極２ａにのみ供給される。従って、CCDイメージセンサ２４は、図１９に示す構造となるので、例えば、時刻ｔ11のタイミングで供給される。読出しパルスにより、CCDイメージセンサ２４の総水平ライン数の1/4のライン上のPD８から電荷が垂直転送CCD７に出力される。水平転送CCD９の駆動を制御する水平同期パルスは、図２２（Ｄ）に示すように、垂直同期パルスが出力された直後の時刻（例えば、時刻ｔ11）から出力され、1フレームの間に総水平ライン数の1/4の数だけ出力される。垂直転送CCD７を駆動する各相の電荷転送パルスは、水平同期パルスの１つのインターバルにおいて、4回出力される。
【００７３】
図２２（Ｍ）に示すように、CCDイメージセンサ２４からの信号出力は、最初の水平ラインのPD８の転送が終了した直後（例えば、時刻ｔ41＝時刻ｔ62）から開始され、次の垂直転送パルスの直前の時刻（例えば、時刻ｔ12）に終了する。すなわち、例えば、時刻ｔ11において、PD８から出力された、垂直方向に1/4に間引きされた電荷は、4ライン分に転送され、その直後から高速水平転送され、さらに、この処理が水平同期パルスの数（総水平ラインの1/4）だけ繰り返される。このような処理により、時刻ｔ41乃至時刻ｔ62間に、全画素数に対して1/4に間引きされた１フレーム分の画像データが出力され、さらに、この処理が繰り返される。
【００７４】
次に、図２３は、図２１の「キャプチャ状態」の期間を拡大して表示したタイミングチャートである。ここで、図２３（Ａ）は、図８に対応する状態を示しており、図２３（Ｂ）は、CCDイメージセンサ２４の動作内容を示している。図２３（Ｃ）は、キャプチャボタン４１が押下されたタイミングを示している。図２３（Ｄ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パルスを示している。図２３（Ｅ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された水平同期パルスを示している。図２３（Ｆ）は、基板電圧制御信号を示している。図２３（Ｇ）は、シャッタ２１の開閉タイミングを示している。図２３（Ｈ）乃至図２３（Ｍ）は、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから出力される読出しパルス、および、転送パルスを示している。図２３（Ｎ）は、CCDイメージセンサ２４から画像データが出力されるタイミングを示している。
【００７５】
「キャプチャ状態」は、図２３（Ｃ）に示すように、キャプチャボタン４１が押下されたことを示すパルスが終了する時刻ｔ2から開始される。「キャプチャ状態」では、「掃出し動作」、「露出動作」、および、「全画素読出し動作」が順次実行されることになる。「掃出し動作」は、PD８に蓄積された電荷と、垂直転送CCD７、および、水平転送CCD９に蓄積されている電荷（ドラフト読出し中に転送していた電荷）を全て放出する動作であり、図２３（Ｆ）に示すように、時刻ｔ16（＝ｔ2）乃至ｔ33において、基板電圧制御信号が印加されて、PD８の蓄積電荷が基板に開放されると共に、図２３（Ｈ）乃至図２３（Ｍ）に示すように垂直転送CCD７、および、水平転送CCD９で転送中の電荷を全て掃出させる。
【００７６】
「露出動作」は、図２３（Ｆ）に示すように、「掃出し動作」が終了する時刻ｔ33から開始される。このとき、基板電圧制御信号がLowの状態になることにより、PD８は電荷の蓄積を開始する。タイミングジェネレータ３６は、CCDイメージセンサ２４へのパルスの出力を停止するように制御されるので、図２３（Ｈ）乃至図２３（Ｍ）に示すように、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから読出しパルス、および、転送パルスが出力されない。このため、垂直転送CCD７は、電荷の転送を停止する（「掃出し動作」で電荷が掃出されているので垂直転送CCD７上には電荷は無い）。また、「露出動作」は、図２３（Ｇ）に示すように、予め設定されたタイミングでシャッタが閉じる状態まで継続される。
【００７７】
「全画素読出し動作」は、図２３（Ｇ）に示すように、シャッタが閉じたタイミングから開始される。また、シャッタが閉じるタイミングに対応して、時刻ｔ81において、PD８の読出しパルスが、第２相電極２ａ，２ｂ，２ｃより、全てのPD８に対して、同時に出力される（OR型の場合）（AND型の場合は、第３相電極３ａ，３ｂからも読出しパルスが出力される）。これを受けて、PD８は、蓄積していた電荷を垂直転送CCD７に出力する。また、基板電圧制御信号がHighの状態となるので、PD８には、新たに電荷が蓄積されない状態になる。
【００７８】
この状態で、シャッタが閉じる時刻ｔ18より、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂは、PD８の水平ラインの数だけ、転送パルスを出力し、垂直転送CCD７にPD８から出力された電荷を順次水平転送CCD９に転送させる。尚、第１相電極１、第２相電極２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから出力する転送パルスが、図２３（Ｈ）に示すように、第１相電極の最初の立上りパルスが、時刻ｔ71に立上り、図２３（Ｉ），図２３（Ｊ），図２３（Ｋ）に示すように、第２相電極２ａ，２ｂ，２ｃの立下りパルスが、時刻ｔ82（＝時刻ｔ91＝時刻ｔ101）に立下り、図２３（Ｌ）に示すように、第３相電極３ａ，３ｂの立上りパルスが、時刻ｔ111（＝時刻ｔ121）に立上っているように、パルスにずれが存在するのは、垂直転送CCD７に電荷を転送させるためである。また、CCDイメージセンサ２４の出力は、図２３（Ｎ）に示すように、シャッタが閉じられた時刻ｔ19から開始される。
【００７９】
次に、アクションモード切替スイッチ４２が、“record”の位置にセットされて、かつ、露出モード切り替えスイッチ４３が“SVE”の位置にセットされた状態で、キャプチャボタン４１が押下されたときのCCDイメージセンサ２４の動作を説明する。
【００８０】
基本的な動作は、上述の露出モードが“normal”に設定されたときの動作と同様であるが、露出動作のみが異なるので、ここでは、露出モードがSVEモードの場合の露出動作について説明する。
【００８１】
図２４を参照して、CCDイメージセンサ２４が、OR型であるときのSVEモードの「露出動作」について説明する。ここで、図２４（Ａ）は、CCDイメージセンサ２４の動作内容を示している。図２４（Ｂ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パルスを示している。図２４（Ｃ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された水平同期パルスを示している。図２４（Ｄ）は、基板電圧制御信号を示している。図２４（Ｅ）は、シャッタ２１の開閉タイミングを示している。図２４（Ｆ）乃至図２４（Ｋ）は、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから出力される読出しパルスと転送パルスを示している。尚、以下の説明においては、説明の便宜上、露出動作の期間を水平同期パルス１６個分とする。また、１個のPD８が、水平同期パルスの１個のインターバルの間に蓄積できる電荷量を１Qと表すものとする（ただし、露出動作中に受光される光強度は変化しないものとする）。
【００８２】
露出動作が、時刻ｔ33において、開始されると、全てのPD８で電荷の蓄積が開始される。図２５は、PD８毎の電荷量を示している。ここで、図２５（Ａ）は、CCDイメージセンサ２４の動作内容を示している。図２５（Ｂ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パルスを示している。図２５（Ｃ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された水平同期パルスを示している。図２５（Ｄ）は、基板電圧制御信号を示している。図２５（Ｅ）は、PD８ａ乃至８ｄ、図２５（Ｆ）は、PD８ｅ乃至８ｈがそれぞれ蓄積している電荷量を示している。尚、図中の太実線で示す電荷量が、各PD８が、垂直転送CCD７に出力される電荷量を示している。
【００８３】
図２４（Ｋ）に示すように、２個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ131の直前に、第３相電源３ｂから読出しパルスを出力させると、第３相電極６ａ'乃至６ｄ'に接続されたPD８ｅ乃至８ｈから電荷が出力されるとともに、第３相電極６ａ乃至６ｄに接続された、ＰＤ８ａ乃至８ｄから電荷が出力される。従って、図２５（Ｆ）に示すように、２Qの電荷量が、PD８ｅ乃至８ｈより垂直転送CCD７により読み出される。このとき、転送パルスは、出力されていないので、PD８ｅ乃至８ｈにより出力された電荷は垂直転送CCD７上のそれぞれのPD８に対応するポリシリコン電極に蓄積される。
【００８４】
その後、図２４（Ｋ）に示すように、４個目、６個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ132，ｔ133の直前に、上記と同様に第３相電源３ｂから読出しパルスが出力され、図２５（Ｆ）に示すように、それぞれ２Qの電荷量が垂直転送CCD７ｂ上に蓄積される。
【００８５】
図２４（Ｊ），図２４（Ｋ）に示すように、８個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ134の直前に、第３相電源３ａ，３ｂから読出しパルスが出力されて、全てのPD８ａ乃至８ｈから蓄積された電荷が垂直転送CCD７に出力される。このとき、PD８ａ乃至８ｄは、時刻ｔ33より読出しパルスを受信しなかったので、時刻ｔ33乃至時刻ｔ134の間に蓄積された８Qの電荷を垂直転送CCD７ａに出力する。一方、PD８ｅ乃至８ｈは、電荷２Qを垂直転送CCD７ｂに出力する。
【００８６】
図２４（Ｊ）に示すように、１０個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ135の直前に、第３相電源３ｂから読出しパルスが出力され、第３相電極６ａ乃至６ｄに接続されたPD８ａ乃至８ｄから電荷が出力される。従って、図２５（Ｅ）に示すように、２Qの電荷量が、PD８ａ乃至８ｄより垂直転送CCD７により読み出される。このとき、転送パルスは、出力されていないので、PD８ａ乃至８ｄにより出力された電荷は垂直転送CCD７上のそれぞれのPD８に対応するポリシリコン電極に蓄積される。
【００８７】
その後、図２４（Ｊ）に示すように、１２個目、１４個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ136，ｔ137の直前に、上記と同様に第３相電源３ｂから読出しパルスが出力され、上記と同様の処理が繰り返される。
【００８８】
図２４（Ｊ），図２４（Ｋ）に示すように、１６個目の垂直同期パルスが出力される時刻ｔ138の直前に、第３相電源３ａ，３ｂから読出しパルスが出力されて、全てのPD８ａ乃至８ｈから蓄積された電荷が垂直転送CCD７に出力される。このとき、PD８ａ乃至８ｄは、電荷２Qを垂直転送CCD７ａに出力する。また、PD８ｅ乃至８ｈは、時刻ｔ134より読出しパルスを受信しなかったので、時刻ｔ134乃至時刻ｔ138の間に蓄積された８Qの電荷を垂直転送CCD７ｂに出力する。このようにして、時刻ｔ33乃至時刻ｔ38の間に分割して蓄積された電荷は、垂直転送CCD７において全て加算される。このとき、垂直転送CCD７は、PD８の電荷蓄積能力の分割数倍の電荷蓄積能力を必要とする。
【００８９】
この結果、図２０の左側に垂直に並ぶPD８ａ乃至８ｄは、時刻ｔ33乃至ｔ134の期間に高感度の撮像をすることになり、時刻ｔ134乃至時刻ｔ138の期間に低感度の撮像することになる。一方、図２０中右側に並ぶPD８ｅ乃至８ｈは、時刻ｔ33乃至ｔ134の期間に低感度の撮像をすることになり、時刻ｔ134乃至時刻ｔ138の期間に高感度の撮像することになる。
【００９０】
結果として、上記の図３に示すような移動する物体１５を撮像した場合、全体として暗い画像であるとき、PD８ａ乃至８ｈは、それぞれの高感度の撮像タイミングで物体１５を撮像することになる。すなわち、PD８ａ乃至８ｄは、時刻ｔ33乃至ｔ134の期間（図２５（Ｅ））に、図２６（Ａ）に示すように、物体１５ａ'が物体１５ｃ'に移動する画像を撮像し、PD８ｅ乃至８ｈは、時刻ｔ134乃至時刻ｔ138の期間（図２５（Ｆ））に物体１５ｃ'が物体１５ｂ'に移動する画像を撮像することになる。従って、このように隣接するPD８ａ乃至８ｄとPD８ｅ乃至８ｈにより撮像される画像を合成することにより、図２６（Ｂ）に示すような画像が得られることになる。
【００９１】
また、全体として明るい画像であるとき、PD８ａ乃至８ｈは、それぞれの低感度の撮像タイミングで物体１５を撮像することになる。すなわち、PD８ａ乃至８ｄは、時刻ｔ134乃至ｔ138の期間（図２５（Ｆ））に、図２７（Ａ）に示すように、物体１５ａ"が物体１５ｃ"に移動する画像を撮像し、PD８ｅ乃至８ｈは、時刻ｔ33乃至時刻ｔ134の期間（図２５（Ｅ））に、物体１５ｃ"が物体１５ｂ"に移動する画像を撮像することになる。従って、このように隣接するPD８ａ乃至８ｄとPD８ｅ乃至８ｈにより撮像される画像を合成することにより、図２７（Ｂ）に示すような画像が得られることになる。
【００９２】
このように、撮像することにより、時々刻々と光強度が変化するような動画のシーンにおいても、あらゆる感度で正確な撮像をすることができる。
【００９３】
尚、以上においては、OR型のCCDイメージセンサ２４の場合について説明してきたが、AND型のCCDイメージセンサであっても良い。また、以上の説明では、PD８の蓄積電荷の制御には、読出しパルスのみを使用してきたが、基板電圧制御信号のパルスを使用するようにしてもよい。
【００９４】
さらに、以上の例においては、PD８の感度（露出時間）の変化のパターンを２段階に分ける場合について説明してきたが、PD８の感度の変化のパターンの数をさらに増やすようにすることもでき、例えば、４段階の変化のパターンに分けるように制御することもできる。
【００９５】
次に、PD８を４段階の感度の変化のパターンに制御する例について説明する。図２８は、CCDイメージセンサ２４が、AND型であるときのSVEモードの露出動作により、PD８の感度のパターンを４段階に制御するときのタイミングチャートである。
【００９６】
ここで、図２８（Ａ）は、CCDイメージセンサ２４の動作内容を示している。図２８（Ｂ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パルスを示している。図２８（Ｃ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された水平同期パルスを示している。図２８（Ｄ）は、基板電圧制御信号を示している。図２８（Ｅ）は、シャッタ２１の開閉タイミングを示している。図２８（Ｆ）乃至図２８（Ｋ）は、第1相電源１、第２相電源２ａ，２ｂ，２ｃ、第３相電源３ａ，３ｂから出力される読出しパルスと転送パルスを示している。
【００９７】
露出動作が、時刻ｔ33において、開始されると、全てのPD８で電荷の蓄積が開始される。図２９は、PD８毎の電荷の蓄積の様子を示している。ここで、図２９（Ａ）は、CCDイメージセンサの動作内容を示している。図２９（Ｂ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された垂直同期パルスを示している。図２９（Ｃ）は、タイミングジェネレータ３６から出力された水平同期パルスを示している。図２９（Ｄ）は、基板電圧制御信号を示している。図２９（Ｅ）乃至図２９（Ｈ）は、PD８ａ，８ｅ，８ｂ、および、８ｆが蓄積している電荷量を示している。
【００９８】
図２８（Ｉ），図２８（Ｊ）に示すように、１個目の垂直同期パルスが出力される直前の時刻ｔ151に、第２相電源２ｃと第３相電源３ａから読出しパルスを出力させると、第２相電極５ｂ，５ｄと第３相電極６ｂ，６ｄに接続された、PD８ｂから電荷が出力される。従って、図２９（Ｇ）に示すように、１Qの電荷が、PD８ｂより垂直転送CCD７に読み出される。
【００９９】
図２８（Ｇ），図２８（Ｈ），図２８（Ｋ）に示すように、２個目の垂直同期パルスが出力される直前の時刻ｔ152に、第２相電源２ａ，２ｂと第３相電源３ｂから読出しパルスを出力させると、第２相電極５ａ，５ｃと第３相電極６ａ'に接続された、PD８ｅから電荷が出力される。従って、図２９（Ｆ）に示すように、２Qの電荷が、PD８ｅより垂直転送CCD７に読み出される。
【０１００】
以下、第２相電源２ｃと第３相電源３ａから読出しパルスが出力される時刻ｔ153，ｔ156，ｔ18において、PD８ｂから電荷がそれぞれ、2Q、４Q、９Qずつ出力される。また、第２相電源２ａ，２ｂと第３相電源３ｂから読出しパルスが出力される時刻ｔ155，ｔ162，ｔ18において、PD８ｅから電荷がそれぞれ、4Q、９Q、１Qだけ出力される。さらに、第２相電極２ａ，２ｂと第３相電極３ａから読出しパルスが出力される時刻ｔ154，ｔ160，ｔ161、および時刻ｔ18において、PD８ａから電荷がそれぞれ、4Q、９Q、１Q、および、２Qだけ出力される。また、第２相電極２ｃと第３相電極３ｂから読出しパルスが出力される時刻ｔ157，ｔ158，ｔ159、および時刻ｔ18において、PD８ｆから電荷がそれぞれ、4Q、９Q、１Q、および、２Qだけ出力される。
【０１０１】
尚、上述の例においては、PD８の電荷の変位を説明するのに、PD８ａ，８ｂ，８ｅ、および８ｆについて説明してきたが、上記の制御により、PD８ａ，８ｂ，８ｅ、および８ｆからなる２行×２列の変化のパターンで、全てのPD８が制御されることになる。すなわち、PD８ｃ，８ｄ，８ｇ、および、PD８ｈにより構成される２行×２列のPD８においても、同様なパターンとなる。
【０１０２】
次に、図３０を参照して、以上のようなCCDイメージセンサ２４により生成された画像信号を処理するDSP２７について説明する。
【０１０３】
DSP２７のキャプチャイメージデータストレージ８１は、CCDイメージセンサ２４で取り込まれ、CDS回路２５、A/D変換回路２６で処理された画素データＩｃを格納する。スイッチ８２は、CPU３４により制御され、SVEモードのとき、端子８２ａに接続されることにより、キャプチャイメージデータストレージ８１に記憶された画像データＩｃを平均化演算器８３に出力し、normalモードのとき、端子８２ｂに接続されることにより輝度補正処理部８６に出力する。
【０１０４】
平均化演算器８３は、SVEモードにおいて、キャプチャイメージデータストレージ８１に格納された画素データＩｃのうち、隣接する２つの画素データＩｃを読み込み、その平均値を演算し、ポジションジェネレータ８４からの座標データにより画素データＩｉ（ｘ，ｙ）を生成して輝度補正処理部８６に出力する。
【０１０５】
ポジションジェネレータ８４は、DSP２７に読み込まれた画素データＩｃのｘ，ｙ方向の座標のカウンタを内蔵しており、これにより画素位置を順次生成する。尚、平均化演算器８３および輝度補正処理部８６のいずれにも供給するのは、Normalモードでは、輝度補正処理部８６に供給し、SVEモードでは平均化演算器８３に供給するためである。
【０１０６】
LUT（Look-up table）８５は、キャプチャイメージデータストレージの画素データＩｃ、または、平均化演算器８３により演算された画素データＩｉにガンマ補正処理を実行するためのデータを格納している。
【０１０７】
輝度補正処理部８６は、キャプチャイメージデータストレージ８１に格納されている画素データＩｃ、または、平均化演算器８３から入力される画像データＩｉから、LUT８３を参照して、ガンマ補正した画素データＩｏ（ｘ，ｙ）を生成し、出力画素データストレージ８７に画素データＩｏ（ｘ，ｙ）を出力する。
【０１０８】
次に、図３１のフローチャートを参照して、Normalモード時のDSP２７の動作について説明する。尚、以下の説明においては、画像の幅をxSize、高さをySizeとし、各画素の縦横を１として表示するものとする。また、各画素の座標は、その中心とする。すなわち、例えば、画像の左下を原点とすれば、左下の画素の座標は、（0.5，0.5）となる。また、画素データは、CCDイメージセンサ２４の各PD８により取得されたデータであるものとする。
【０１０９】
ステップＳ１において、露出モード切替スイッチ４３が“normal”の位置にセットされた時点で、スイッチ８２が端子８２ｂに接続される。
【０１１０】
ステップＳ２において、ポジションジェネレータ８４は、内蔵するｘ，ｙのカウンタ値を、それぞれ0.5に初期化する。ステップＳ３において、輝度補正処理部８４は、キャプチャイメージデータストレージ８１に記憶されている画素データＩｃを読出し、ポジションジェネレータ８４より生成される座標情報を合成させて、画素データＩｃ（ｘ，ｙ）を生成する。すなわち、例えば、最初に出力されるデータは、画素データＩｃ（0.5，0.5）ということになる。
【０１１１】
ステップＳ４において、輝度補正処理部８６は、画素データＩｃ（ｘ，ｙ）の輝度値に対応するガンマ補正用のデータをLUT８５より読み出す。ステップＳ５において、輝度補正処理部８６は、LUT８５より読み出した補正データに基づいて、画素データＩｃ（ｘ，ｙ）にガンマ補正を施し、出力画素データＩｏ（ｘ，ｙ）を生成し、画素データストレージ８７に出力する。
【０１１２】
ステップＳ６において、ポジションジェネレータ８４は、内蔵されているxのカウンタ値を１だけインクリメントする。ステップＳ７において、ポジションジェネレータ８２は、x>xSize−0.5であるか否かを判定する。すなわち、xのカウンタ値が、画像の幅方向の最大値を越えたか否かを判定し、xがxSize−0.5を超えていないと判定した場合、その処理は、ステップＳ３に戻る。
【０１１３】
ステップＳ７において、xのカウンタ値がxSize−0.5を超えたと判定された場合、ステップＳ８において、ポジションジェネレータ８４は、ｘのカウンタ値を0.5に戻す。ステップＳ９において、ポジションジェネレータ８２は、ｙのカウンタ値を１だけインクリメントする。ステップＳ１０において、ポジションジェネレータ８２は、ｙ>ySize−0.5であるか否か、すなわち、ｙのカウンタ値が、画像の高さ方向の最大値を超えたか否かを判定し、超えていないと判定した場合、その処理は、ステップＳ３の処理に戻りそれ以降の処理が、繰り返される。ステップＳ１０において、ｙがySize−0.5を超えたと判定された場合、その処理は終了される。
【０１１４】
以上のように、“normalモード”におけるDSPの処理は、各画素について、LUT８５を用いて、ガンマ補正を施して出力するものである。
【０１１５】
次に、図３２のフローチャートを参照して、SVEモード時のDSP２７の動作について説明する。
【０１１６】
ステップＳ２１において、露出モード切替スイッチ４３が“SVE”の位置にセットされた時点で、スイッチ８２が端子８２ａに接続される。
【０１１７】
ステップＳ２２において、ポジションジェネレータ８４は、内蔵するｘ，ｙのカウンタ値を、それぞれ0.5に初期化する。ステップＳ２３において、平均化演算器８３は、キャプチャイメージデータストレージ８１に格納された画素データＩｃ（ｘ，ｙ）と、隣接する画素データＩｃ（ｘ＋１，ｙ）を読み出す。
【０１１８】
ステップＳ２４において、平均化演算器８３は、画素データＩｃ（ｘ，ｙ）と、画素データＩｃ（ｘ＋１，ｙ）の平均値（＝1/2×（Ｉｃ（ｘ，ｙ）＋Ｉｃ（ｘ＋１，ｙ）））を求めて、新たな画素データＩｉ（ｘ，ｙ）として生成し、輝度補正処理部８６に出力する。
【０１１９】
ステップＳ２５において、輝度補正処理部８６は、画素データＩｉ（ｘ，ｙ）の輝度値に対応するガンマ補正用のLUTデータをLUT８５より読み出す。ステップＳ２６において、輝度補正処理部８６は、LUT８５より読み出したLUTデータに基づいて、画素データＩｉ（ｘ，ｙ）にガンマ補正を施し、出力画素データＩｏ（ｘ，ｙ）を生成し、画素データストレージ８７に出力する。
【０１２０】
ステップＳ２７において、ポジションジェネレータ８４は、内蔵されているxのカウンタ値を１だけインクリメントする。ステップＳ２８において、ポジションジェネレータ８２は、x>xSize−1.5であるか否かを判定する。すなわち、xのカウンタ値が、画像の幅方向の最大値を越えたか否かを判定し、xがxSize−1.5（ｘ方向に隣接する画素が存在する座標位置がｘ方向の最大値となるので、ｘの最大値は、xSize−0.5ではない）を超えていないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２３に戻る。
【０１２１】
ステップＳ２８において、xがxSize−1.5を超えたと判定された場合、ステップＳ２９において、ポジションジェネレータ８４は、ｘのカウンタ値を0.5に戻す。ステップＳ３０において、ポジションジェネレータ８４は、ｙのカウンタ値を１だけインクリメントする。ステップＳ３１において、ポジションジェネレータ８２は、ｙ>ySize−0.5であるか否か、すなわち、ｙのカウンタ値が、画像の高さ方向の最大値を超えたか否かを判定し、超えていないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２３の処理に戻りそれ以降の処理が、繰り返される。ステップＳ３１において、ｙがySize−0.5を超えたと判定された場合、その処理は終了される。
【０１２２】
このように、“SVEモード”におけるDSPの処理は、各画素について、隣接する画素との平均を求めた後、LUT８５を用いて、ガンマ補正を施して出力するものである。
【０１２３】
以上においては、第２相電極を３相に分け、第３相電極を２相に分けた場合について説明してきたが、第２相電極および第３相電極を、それ以上に複数に分けるようにして、さらに、多くの感度のパターンを生成するようにしても良い。
【０１２４】
以上によれば、隣接する画素（PD８）毎に露出のタイミングを変化させて、画像を撮像するようにしたので、動画のように時々刻々と光量が変化する画像を正確に撮像することが可能となる。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明の撮像装置および方法によれば、受光素子により蓄積された電荷を読み出し、受光素子が光を受光している期間に、任意のタイミングで、受光素子により蓄積された電荷を、読み出させるように制御するようにしたので、隣接する画素毎に露出のタイミングを変化させて、画像を撮像することができ、動画のように時々刻々と光量が変化する画像を正確に撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図である。
【図２】従来のCCDイメージセンサによる電荷の蓄積を示す図である。
【図３】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動く物体の画像の例を示す図である。
【図４】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動く物体の画像の例を示す図である。
【図５】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動く物体の画像の例を示す図である。
【図６】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロック図である。
【図７】図６の操作部を示す図である。
【図８】図６のデジタルスチルカメラのアクションモードを説明する状態図である。
【図９】図６の操作部を示す図である。
【図１０】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロック図である。
【図１１】図６の操作部を示す図である。
【図１２】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロック図である。
【図１３】図６の操作部を示す図である。
【図１４】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロック図である。
【図１５】図６のデジタルスチルカメラの露出モードを説明する状態図である。
【図１６】図６のCCDイメージセンサの電極構成を示す図である。
【図１７】図６のCCDイメージセンサの電極構成を示す図である。
【図１８】図６のCCDイメージセンサの電極構成を示す図である。
【図１９】図６のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図である。
【図２０】図６のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図である。
【図２１】図６のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図２２】図６のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図２３】図６のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図２４】図６のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図２５】図６のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図２６】図６のCCDイメージセンサにより撮像された、動く物体の画像の例を示す図である。
【図２７】図６のCCDイメージセンサにより撮像された、動く物体の画像の例を示す図である。
【図２８】図６のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図２９】図６のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図３０】図６のDSPの構成を示すブロック図である。
【図３１】  NormalモードでのDSPの処理を説明するフローチャートである。
【図３２】  SVEモードでのDSPの処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１  第１相電源，２，２ａ，２ｂ，２ｃ  第２相電源，３，３ａ，３ｂ  第３相電源，４，４ａ乃至４ｄ  第１相電極，５，５ａ乃至５ｄ  第２相電極，６，６ａ乃至６ｄ  第３相電極，７，７ａ，７ｂ  垂直転送CCD，８，８ａ乃至８ｌ  PD，９  水平転送CCD，２１  レンズ，２２  絞り，２３  CCDイメージセンサ，２４  CDS，２６  DSP，３３  CPU，３５  タイミングジェネレータ，４１  キャプチャボタン，４２  アクションモード切替スイッチ，４３  露出モード切替スイッチ，６１，６１ａ乃至６１ｈ  転送ゲート
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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