(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写界からの入射光を集光する集光手段を有し、
前記集光手段からの入射光を色分解する色分解手段と、該色分解手段からの前記入射光を光電変換する複数の受光素子と、
該複数の受光素子にて得られた信号電荷を列方向に転送する列方向転送手段と、
前記受光素子から前記列方向転送手段への信号電荷読出しが選択される信号読出し手段と、
前記列方向転送手段からの信号電荷を行方向に転送する行方向転送手段とを含む撮像手段と、
前記複数の受光素子で得られた信号の出力先での用途に応じた複数のモードの中から１つのモードを選んで設定するモード設定手段と、
該モード設定手段に応じて複数のフィールド走査期間により１画像分の信号を出力する撮像手段の前記複数の受光素子、前記列方向転送手段、前記信号読出し手段、および前記行方向転送手段に供給する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記モード設定手段からの出力に応じて各部を制御する制御手段と、
前記撮像手段からの出力を増幅する増幅手段とを含み、
前記駆動信号生成手段は、前記複数のモードのそれぞれに対応した位相の数で列方向に信号電荷を転送させる信号を生成する複数のタイミング信号生成手段と、
前記受光素子の信号電荷容量を規定する基板電位を所定の電位に出力する第１の電位供給手段と、前記受光素子の前記所定の電位より高い電位に上昇させて出力する第２の電位供給手段と、
前記複数のタイミング信号生成手段、前記第１および前記第２の電位供給手段の出力のうち、前記複数のモードのそれぞれに対応する出力を前記制御手段の制御により選択する出力選択手段とを含み、
前記列方向転送手段には、前記受光素子のそれぞれに対して隣接する転送素子が２個ずつ配されるとともに、前記撮像手段の各部を動作させる、前記駆動信号を受ける電極が前記転送素子にそれぞれ配設され、前記駆動信号生成手段は、前記位相の数を前記複数のフィールド数の倍あるいは前記複数のフィールド数で駆動信号が生成され、前記第２の電位供給手段は、前記第１の電位供給手段で得られる受光素子の飽和容量を1/3 ないし半分にする基板電位が供給されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記撮像手段は、インターライントランスファ方式で、１画像分に用いる複数のフィールド数が４フィールド以上であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記色分解手段は、前記入射光を三原色に分解する色フィルタを有し、
前記色フィルタの配列がベイヤ配列、G ストライプRB市松配列またはG ストライプRB完全市松配列を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
被写界からの入射光を光電変換して得られる信号電荷をフィールドシフト、該信号電荷を列方向への転送と行方向への転送と順次に駆動信号に応動させて読み出し、該読み出された信号電荷による画像を標準の放送方式よりも高品位なカラー画像にする、インターライントランスファ方式による信号読出し方法であって、該方法は、
前記高品位なカラー画像を生成する第１撮影モードと、前記標準の放送方式の画像を生成する第２撮影モードを設定するモード設定工程と、
該モード設定工程にて設定されたモードが第２撮影モードかを検出するとともに、該検出に合わせて制御信号を生成する制御工程と、
該制御工程の制御に応じた前記信号電荷のフィールドシフト、列方向および行方向の転送に関わる駆動信号を生成するとともに、前記信号電荷を生成する受光素子を用意し、前記第２撮影モードにおける前記受光素子の飽和容量を前記第１のモードに比べて1/3 ないし半分にする駆動信号を生成し、前記設定したモードに対応する駆動信号の選択を行う駆動信号生成工程と、
前記被写界からの入射光を信号電荷に変換する受光工程と、
該受光工程の後、複数の前記フィールドシフトを同時に行う際に、同時に読み出す転送素子間を所定の距離に保って行われる関係の駆動信号を設定したモードに対応させて選択して供給する駆動信号選択工程と、
該駆動信号選択工程によって前記転送素子に移された信号電荷を列方向に転送する列転送工程とを含み、
さらに、該方法は、前記列転送工程を繰り返して、ラインシフトされた信号電荷を行方向に転送する行転送工程と、
該行転送工程により出力された信号を増幅する信号増幅工程とを含み、
前記駆動信号選択工程は、前記受光工程からの出力がそれぞれ有する色の属性を保つ関係に駆動信号を選択し、前記第２の撮影モードにおいて１フィールドで三原色の色すべてを読み出す駆動信号を選択することを特徴とする信号読出し方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記駆動信号生成工程は、前記設定したモード毎に前記フィールドシフト、列方向および行方向の転送に関わるタイミングの駆動信号を生成するタイミング信号生成工程と、
前記設定したモード毎に前記受光素子の各飽和容量を規定する基板電位に設定する基板電位設定工程と、
前記タイミング信号生成工程、前記基板電位設定工程でそれぞれ生成した駆動信号を設定したモードに応じて選択する信号選択工程を含むことを特徴とする信号読出し方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記信号増幅工程は、信号の増幅に、ラインを間引きした数により抑えられた分に応じた逆数倍の増幅を施すことを特徴とする信号読出し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、入射光を電気信号に変換する複数の撮像素子を行方向および列方向に配設し、各撮像素子で得られた信号を読み出す固体撮像装置および信号読出し方法に関し、特に、高品位な画像撮像に用いられる４フィールドインターライントランスファ方式の固体撮像装置における間引き処理に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
現行の放送方式によるテレビジョンシステムに対して約２倍の垂直解像度の画像を扱う高品位テレビジョンシステムが提案され、実際にこの垂直解像度の不足が改善された電子スチルカメラが開発されてきている。この電子スチルカメラは、たとえば、垂直方向の画素数を約２倍とし、４回のフィールド走査読出し全画素の情報を読み出すインターライントランスファ方式の撮像素子を適用している。この撮像素子を用いた電子スチルカメラの一例が特許掲載公報第2660594 号にある。この電子スチルカメラでは、上述したように画素数の多い撮像デバイスを使用し、撮像信号を再生した際にその画像に生じるフリッカ等による画質劣化のない画像について記載されている。
【０００３】
また、この電子スチルカメラでは、記録時の画像が高品位に保たれた画像とするのは当然であるが、たとえば、垂直解像度が通常の電子ビューファインダや液晶のような表示装置に表示させる場合、高い垂直解像度は必要ない。すなわち、垂直方向にラインを間引いて表示させ、省電力化等も図ることが要求されている。
【０００４】
また、画素数の増加、画素自体の小型化および撮像における駆動電圧の低電圧化等の要求も高まってきている。この要求を満たすと、電子スチルカメラの撮像素子が扱える信号電荷量を一層低下させることになる。このような撮像素子に異常な入射光（たとえば、強い光等）が入射すると、この入射光に該当する撮像素子は、信号電荷収容能力を越えてその撮像素子の周囲に溢れた信号を流して、いわゆる、ブルーミングという偽信号を発生させてしまうことが知られている。この偽信号対策としては、撮像素子にオーバーフロードレインを配設し基板中に吸い込む構造による対策がある。しかしながら、この対策は、偽信号を大幅に改善するが、上述した構造にするため受光領域が犠牲になる。このため、撮像素子の感度が低下してしまう。この感度低下を引き起こすことなく、信号処理により偽信号を抑制する方法が、たとえば、特開平5-176236号公報や特開平7-298141号公報に提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した４フィールド走査のインターライントランスファ方式の撮像素子は、１フィールド毎の走査により得られた信号電荷量を対応するトランスファゲートを介して垂直転送路に転送する（フィールドシフト）。垂直転送路は、垂直駆動信号に応動して読み出した信号を順次転送させている。このとき、垂直転送路には、少なくとも１つの撮像素子の信号電荷生成量を満たす容量が設計されている。この方式の撮像素子を用いて全画素を読み出すには、４回のフィールド走査が行われることにより、このような高画素化に伴って長くなる撮像周期のため画像のリフレッシュレートが遅くなる。たとえば、電子スチルカメラの電子ビューファインダなどに撮影前の被写界を表示させるモニタモードでは、画像表示にずれを生じて使い勝手が悪いことも生じる。また、入射光を色分解する色フィルタがベイヤ配列の場合、各ラインをフィールド期間に読み出しても、各ラインからは三原色RGB すべての情報が得られない。
【０００６】
モニタモードのような場合で画像表示を良好に行うことを考慮して、この方式の撮像素子を用いて信号の1/2 間引き読出しを行う場合、この垂直転送路には、一度に２フィールド分の信号電荷が読み出される。しかしながら、垂直転送路の転送容量は読み出される信号電荷量に対して前述したようにほぼ半分くらいの容量しかないので、この間引き読出しにおいて転送容量が不足してしまう。これにより、４フィールド走査のインターライントランスファ方式では間引き読出しが制限されることになる。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、たとえば、４フィールド走査のインターライントランスファ方式での間引き読出しが行われる際に間引き読出しの制限を回避することのできる固体撮像装置および信号読出し方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、被写界からの入射光を集光する集光手段を有し、集光手段からの入射光を色分解する色分解手段と、この色分解手段からの入射光を光電変換する複数の受光素子と、この複数の受光素子にて得られた信号電荷を列方向に転送する列方向転送手段と、受光素子から列方向転送手段への信号電荷読出しが選択される信号読出し手段と、列方向転送手段からの信号電荷を行方向に転送する行方向転送手段とを含む撮像手段と、複数の受光素子で得られた信号の出力先での用途に応じた複数のモードの中から１つのモードを選んで設定するモード設定手段と、このモード設定手段に応じて複数のフィールドにより１画像分の信号を出力する撮像手段の複数の受光素子、列方向転送手段、信号読出し手段、および行方向転送手段に供給する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、モード設定手段からの出力に応じて各部を制御する制御手段と、撮像手段からの出力を増幅する増幅手段とを含み、駆動信号生成手段は、複数のモードのそれぞれに対応した位相の数で列方向に信号電荷を転送させる信号を生成する複数のタイミング信号生成手段と、受光素子の信号電荷容量を規定する基板電位を所定の電位に出力する第１の電位供給手段と、受光素子の所定の電位より高い電位に上昇させて出力する第２の電位供給手段と、複数のタイミング信号生成手段、第１および第２の電位供給手段の出力のうち、複数のモードのそれぞれに対応する出力を制御手段の制御により選択する出力選択手段とを含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、撮像手段は、インターライントランスファ方式で、１画像分に用いる複数のフィールド数が４フィールド以上であることが好ましい。１画像分を標準の放送方式に比べて倍以上のフィールド数にして信号読出ししているので、一読出しあたりの電荷量が少なく高画素化に適している。
【００１０】
色分解手段は、入射光を三原色に分解する色フィルタを有し、色フィルタの配列がベイヤ配列、G ストライプRB市松配列またはG ストライプRB完全市松配列を備えることが望ましい。この配列を用いることにより、間引く距離を等しくでき得られる信号の品質低下を防ぐことができる。
【００１１】
列方向転送手段には、受光素子のそれぞれに対して隣接する転送素子が２個ずつ配されるとともに、撮像手段の各部を動作させる、駆動信号を受ける電極が転送素子にそれぞれ配設され、駆動信号生成手段は、位相の数を複数のフィールド数の倍あるいは複数のフィールド数で駆動信号が生成され、第２の電位供給手段は、第１の電位供給手段で得られる受光素子の飽和容量を1/3 ないし半分にする基板電位が供給されることが好ましい。この生成により、インターライントランスファ方式の各モードでの信号読出しが行われ、従来困難であった間引き処理も可能になる。具体的に、駆動信号生成手段は、４フィールドインターレース方式で信号を半分に間引いて読み出す場合、異なる相の駆動信号を４相で、この方式を通常の信号読出しで読み出す場合、駆動信号を８相で生成されるとよい。
【００１２】
本発明の固体撮像装置は、駆動信号生成手段の複数のタイミング信号生成手段がモード設定手段での複数のモードのそれぞれに対応して備えられており、受光素子の信号電荷容量を規定する基板電位が第１および第２の電位供給手段でそれぞれ生成される。モード設定手段で設定したモードに応じた制御信号が制御手段から出力選択手段に供給される。この出力選択手段が、これらタイミング信号生成手段、第１および第２の電位供給手段の出力のうち、第２の電位供給手段の選択に対応する信号を供給するタイミング信号生成手段が選択されると、受光素子に基板電位として供給される所定の電位より高い電位が供給される。これにより、受光素子の信号電荷に関する飽和容量を制限している。この場合の供給されるタイミング信号により列方向転送手段の不足する転送容量分を吸収し、行方向転送手段を介してこの撮像手段からの出力を増幅手段で増幅することにより、列方向転送手段からの信号電荷の溢れを回避するとともに、この際に得られた出力を最終的に他のモードの出力と同じレベルの信号が得られる。
【００１３】
また、本発明は被写界からの入射光を光電変換して得られる信号電荷をフィールドシフトさせ、この信号電荷を列方向への転送と行方向への転送と順次に駆動信号に応動させて読み出し、この読み出された信号電荷による画像を標準の放送方式よりも高品位なカラー画像にする、インターライントランスファ方式による信号読出し方法であって、高品位なカラー画像を生成する第１撮影モードと、標準の放送方式の画像を生成する第２撮影モードを設定するモード設定工程と、このモード設定工程にて設定されたモードが第２撮影モードかを検出するとともに、該検出に合わせて制御信号を生成する制御工程と、この制御工程の制御に応じた前記信号電荷のフィールドシフト、列方向および行方向の転送に関わる駆動信号を生成するとともに、信号電荷を生成する受光素子を用意し、第２撮影モードにおける受光素子の飽和容量を第１のモードに比べて1/3 ないし半分にする駆動信号を生成し、設定したモードに対応する駆動信号の選択を行う駆動信号生成工程と、被写界からの入射光を信号電荷に変換する受光工程と、この受光工程の後、複数のフィールドシフトを同時に行う際に、同時に読み出す転送素子間を所定の距離に保って行われる関係の駆動信号を設定したモードに対応させて選択して供給する駆動信号選択工程と、この駆動信号選択工程によって転送素子に移された信号電荷を列方向に転送する列転送工程とを含み、さらに、列転送工程を繰り返して、ラインシフトされた信号電荷を行方向に転送する行転送工程と、この行転送工程により出力された信号を増幅する信号増幅工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
ここで、駆動信号生成工程は、設定したモード毎にフィールドシフト、列方向および行方向の転送に関わるタイミングの駆動信号を生成するタイミング信号生成工程と、設定したモード毎に受光素子の各飽和容量を規定する基板電位に設定する基板電位設定工程と、タイミング信号生成工程、基板電位設定工程でそれぞれ生成した駆動信号を設定したモードに応じて選択する信号選択工程を含むことが好ましい。設定したモードに応じた駆動信号が各部に供給される。第２撮影モードでの設定により、基板電位を上昇させ、この結果信号電荷の最大蓄積を示す飽和電荷量を低下させる。この飽和電荷量の低下により、溢れた信号電荷が、たとえば、オーバーフロードレインを介して捨てて隣接する画素への影響を防止している。
【００１５】
駆動信号選択工程は、受光工程からの出力がそれぞれ有する色の属性を保つ関係に駆動信号を選択することが望ましい。この関係を保つと、間引きに用いる受光素子間の距離を等距離にでき、得られる信号の色混合を避けられる。
【００１６】
また、駆動信号選択工程は、間引きモードで１フィールドで三原色の色すべてを読み出す駆動信号の選択を行うことが好ましい。より短時間で三原色が得られるので、間引きモードにおける表示を迅速に表示させることができる。
【００１７】
信号増幅工程は、信号の増幅を前記間引きのフィールド数倍の増幅を行うことが望ましい。これにより、間引きモード時に行われた飽和容量に施された制限を解消し、得られた信号を通常の間引きのないモードでの信号と同じく合わせられる。
【００１８】
本発明の信号読出し方法は、インターライントランスファ方式で高品位なカラー画像を生成する第１撮影モードと、標準の放送方式の画像を生成する第２撮影モードのいずれかを設定し、この設定したモードに応じた駆動信号を出力させる。この際に、用意された受光素子の飽和容量を第１のモードに比べて半分にする駆動信号、および設定したモードに対応する駆動信号を設定したモード、たとえば、第２撮影モードでの同時に読み出す転送素子間を所定の距離に保って行われる関係の駆動信号を選択する制御を受けて各部に出力する。これらの駆動信号により得られた信号を増幅することにより、第２撮影モードで生じる列方向転送時における信号電荷の溢れを回避するとともに、信号電荷の容量抑制に伴う出力を最終的に他のモードの出力と同じレベルの信号にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置および信号読出し方法の実施例を詳細に説明する。
【００２０】
本発明の固体撮像装置は、高品位の撮像を目的に製作された、たとえば、４フィールドインタ−レース方式において、信号電荷を間引き読出しする際に不足する列方向転送手段の容量を間引き量に対応して基板電位を設定して信号を読み出して増幅手段で出力を増幅することが特徴である。これにより、間引きモードにおいて受光素子から信号電荷をフィールドシフトさせても列方向転送手段で生じる転送容量の不足を回避し、得られた信号のダイナミックレンジの低下を増幅手段での増幅で解消させている。
【００２１】
本実施例は、この固体撮像装置を適用した電子スチルカメラ10について図１〜図13を参照しながら説明する。電子スチルカメラ10には、図１に示すように、撮像系10A 、信号処理系10B 、信号出力系10C およびモード設定部10D が備えられている。撮像系10A には、撮像レンズ102 、絞り機構104 、ビームスプリッタ106 、露光制御部108 、光量センサ110 、シャッタ機構112 、および撮像部114 が含まれている。
【００２２】
撮像レンズ102 は、被写界からの入射光を撮像部110 の受光面上に焦点を結ぶように集光する光学系である。絞り機構104 は、露光制御部108 からの制御により入射する光束量を調整するメカニズムである。絞り機構104 は、それぞれの絞りに応じて光束断面の形状が円形状をなすように設定することができる。
【００２３】
ビームスプリッタ106 は、絞り機構104 を通った光束を光量センサ110 に供給する光路分離機能を有する光学部品である。光量センサ110 は、ビームスプリッタ106 を介して供給される光量を測光する受光素子である。光量センサ110 は、被写体を含む被写界の測光値を露光制御部108 に出力する。なお、後述する測光の設定モードでは、直接撮像部114 からのプレ撮像信号を利用して光量を求めるようにしてもよい。これにより、ビームスプリッタ106 および撮像部114 の他に光量センサ110 を用いることなく、部品点数を削減することができる。
【００２４】
露光制御部108 は、駆動信号生成部124 からの出力により動作タイミングの同期をとるとともに、光量センサ110 からの測光値に基づいて露光量を算出し、この露光量になるように絞り値とシャッタ速度値を制御する制御信号を絞り機構104 およびシャッタ機構112 にそれぞれ供給する。図示していないが、露光制御部108 は、後述するシステム制御制御により制御を受けている。シャッタ機構112 は、上述した露光制御部108 からの制御信号に応動してシャッタ速度が設定される。
【００２５】
撮像部114 は、シャッタ機構112 を介して供給される入射光を光電変換する受光素子114aで受光面が形成されるように行方向および列方向に２次元配列されている（図２を参照）。撮像部114 には、入射光を色分解する色フィルタが単板で一体的に受光素子114aより入射光の側に形成されている（図示せず）。この色フィルタの配設により、受光素子114aには、たとえば、三原色RGB というそれぞれの色の属性を有する入射光が入射することになる。この関係は図２において受光素子内に記号R, G, B で表している。また、図２の色RGB の配列は、一般にベイヤと呼ばれる色フィルタ配列である。撮像部114 は、後述する信号処理系10B の駆動信号生成部130 から電極部114fの各電極にそれぞれ供給される駆動信号に応動する。各受光素子114aには、２つずつ転送素子が配されている。この転送素子は、電荷結合素子（以下、CCD という）で構成されている。受光素子114aは、受光素子に隣接配設された転送素子、すなわち垂直転送素子との間に、受光して変換した信号電荷を漏れないように信号読出しゲート（トランスファゲート）114bが形成されている。信号読出しゲート114bは電極を介して供給されるフィールドシフトパルスにより信号電荷を受光素子114aから垂直転送路114cに転送する。垂直転送路114cは、読み出した信号電荷を列方向、すなわち垂直方向に順次転送する。垂直転送により、信号電荷はラインシフトを介して行方向の転送素子、すなわち水平転送路114dに供給される。水平転送路114dは、駆動信号に応動してこの信号電荷をアンプ114eを介して信号処理系10B に出力する。
【００２６】
信号処理系10B には、信号処理部120 、システム制御部122 、駆動信号生成部124 、バッファ部126 、および記録制御部128 が備えられている。信号処理部120 は、システム制御部122 からの制御信号やクロック発生部124aからのクロック信号を用いて撮像部114 から供給されるアナログ信号をディジタル信号に変換する。信号処理部120 は、得られた信号に白バランス調整、ガンマ補正、アパーチャ補正等を行った後、信号処理を２つのモードに応じて施す。すなわち、ここでのモードとは、後述するモード選択部10D で設定されたモードを示し、少なくとも得られた静止画を信号出力系10C の記録装置140 に取り込む静止画撮影モードと単に信号出力系10C の表示部142 に動画として表示させるムービーモードの２つである。
【００２７】
電子スチルカメラ10が、現在いずれのモードが選択されているかはシステム制御部122 からの制御信号により制御される。この制御により、上述した信号処理後の信号には、静止画撮影モードで所定の変調処理を施し、ムービーモードで信号レベルの増幅を施す。この信号レベルの増幅は、このモードで供給される撮像信号が静止画撮影モード時の撮像信号に比べて後述するように振幅を抑制して出力されているためである。信号増幅で両者のモードにおける信号レベルはほぼ同程度にする。また、信号処理部120 は、静止画撮影モードでの変調処理によって撮像部114 からの撮像信号を記録可能な映像信号にしている。そして、信号処理部120 は、選択されたモードの信号だけをバッファ部126 に出力する。
【００２８】
システム制御部122 は、カメラ全体の動作を制御するコントローラである。システム制御部122 は、モード設定部10D からの入力信号によりどのモードが選択されたかの判断を行う。システム制御部122 は、この判断結果を基に駆動信号生成部124 や記録制御部128 の動作を制御する。
【００２９】
駆動信号生成部124 には、クロック発生部124aおよびタイミング信号発生部124bが含まれる。クロック発生部124aは、たとえば、現行の放送方式または高品位な放送方式で電子スチルカメラ10が駆動するように発生させた原発振のクロックを基に同期信号を生成して信号処理部120 に供給する。クロック発生部124aは、高品位な放送方式で扱う信号の高い周波数を基準に生成し、もう一方の現行の放送方式には生成された周波数の分周または前者のクロック生成と独立したクロックの生成を行う。
【００３０】
タイミング信号発生部124bは、クロック発生部124aからの同期信号により撮像部114 で得られた信号電荷の読出しに用いられるタイミング信号を生成している。このタイミング信号には、垂直転送路を駆動する垂直駆動信号、水平転送路を駆動する水平駆動信号、フィールドシフトさせるタイミング信号等がある。また、露光制御部108 の動作を制御する際に用いる同期信号も生成している。タイミング信号発生124bは、クロック発生部124aで生成された信号を駆動信号にして撮像部112 や露光制御部108 に各信号を出力する。この中で、タイミング信号発生部124bにシステム制御部122 からムービーモードの制御信号が供給された際に、タイミング信号発生部124bは、たとえば、受光素子の基板電圧、すなわちオーバーフロードレイン電圧を間引きの大きさに応じて高めるようにする。これらの動作は後段でさらに説明する。
【００３１】
バッファ部126 は、前述した信号処理部120 から供給される映像信号の振幅を増幅する。記録制御部128 は、システム制御部122 からのタイミング制御信号に従いバッファ部126 および信号出力系10C の記録装置140 の動作を制御している。
【００３２】
信号出力系10C には、記録装置140 および表示部142 が備えられている。記録装置140 は、磁気記録媒体、メモリカード等に用いられる半導体メモリ、光記録媒体、または光磁気記録媒体に供給される映像信号を記録する。また、記録装置140 は、記録した映像信号を読み出して表示部142 に表示させる。なお、この記録装置140 が記録媒体を着脱自在にできる場合、記録媒体だけ取りはずして外部の装置で記録した映像信号を再生表示させたり画像を印刷させるようにしてもよい。
【００３３】
モード設定部10D は、モード選択部150 およびレリーズシャッタ152 がある。モード選択部150 は、画像の記録および表示に関して、前述した静止画撮影モード、ムービーモード、測光の設定モード等を設定する。モード選択部150 は、電源投入後、表示部142 への画像表示する動作が選択された際にムービーモードが暗黙的に設定される。レリーズシャッタ152 は、シャッタボタンの押圧操作によって画像の取込みタイミングをシステム制御部122 に提供するとともに、この操作によりムービーモードから静止画撮影モードにモードが変更されたこと（およびそのタイミング）をシステム制御部122 に知らせている。
【００３４】
このように電子スチルカメラ10が概略的に構成される。この構成のうち、さらに駆動信号生成部124 について図３を参照しながら、その構成を説明する。前述した通りクロック発生部124aは、同期信号をタイミング信号発生部124bに供給する。タイミング信号発生部124bには、タイミング発生回路12a, 12b、V-ドライバ14a, 14bおよびモード対応選択部16が備えられている。また、タイミング発生回路12a およびV-ドライバ14a が静止画撮影モード、タイミング発生回路12b およびV-ドライバ14b がムービーモードでそれぞれ用いる駆動信号を生成する組合せである。
【００３５】
タイミング発生回路12a, 12bは、供給される同期信号VD, HDを基に、たとえば、垂直タイミング信号V1〜V8, V1〜V4、トランスファゲート・タイミング信号TG1, TG3, TG5, TG7、図示しない水平タイミング信号およびリセット信号ならびに受光素子の信号電荷のポテンシャルを規定するオーバーフロードレイン電圧を供給する撮像期間のタイミング信号等を生成して、V-ドライバ14a, 14bにそれぞれ出力する。V-ドライバ14a, 14bは、垂直タイミング信号およびトランスファゲート・タイミング信号から低電位、中間電位および高電位の３値を有する垂直転送に用いる駆動信号（垂直転送パルス）φV1〜φV8およびオーバーフロードレイン電圧を生成し、モード対応選択部16に供給する。
【００３６】
モード対応選択部16は、複数のモードのうち、一つのモードに対応した駆動信号を撮像部114 の各部に供給するようにシステム制御部122 からの制御信号に応じて選択を行う。この場合、２つのモード、静止画撮像モードとムービーモードに対応した信号が供給されている。モード対応選択部16は、静止画撮影モードの信号を端子a 側に入力させ、一方、ムービーモードの信号を端子b 側に入力させている（図３を参照）。モード対応選択部16による駆動信号の選択が行われることにより、撮像部114 の各部でモード対応の動作が行われる。
【００３７】
次にこの動作について説明する。４フィールドインターレース方式において受光して得られた信号電荷を読み出す駆動が静止画撮影モードで行われる場合、同期信号VD, HD、垂直タイミング信号V1〜V8およびトランスファゲート・タイミング信号TG1, TG3, TG5, TG7のタイミング関係は、以下に図示する関係にある。これらのタイミング関係は、同期信号VDの時間領域でそれぞれの信号を表すと図４の関係になっている。同期信号VDの垂直部ランキング期間VBLK内で最初の同期信号HDが供給されるされる際に、フィールドシフトが行われる。このとき、垂直タイミング信号V1〜V7はレベル"L" 、垂直タイミング信号V8だけがレベル"H" を供給して垂直転送をオフ状態にしている。そして、タイミング発生回路12a はトランスファゲート・タイミング信号TG7 だけをレベル"L" にする。
【００３８】
この関係をさらに詳しく調べるため、同期信号HDの狭い時間領域を拡大すると、図５に示すタイミング関係にあることが判る。すなわち、同期信号HDの立上がりに同期して所定の時間後にトランスファゲート・タイミング信号TG7 が立ち下がる（図５(a) を参照）。トランスファゲート・タイミング信号TG7 は、所定の時間tgをレベル"L" にする（図５(b) を参照）。この信号がV-ドライバ14a に供給される。V-ドライバ14a は、垂直転送路114cのV7に対応する信号読出しゲート114bにフィールドシフトパルスFSを出力する（図５(c) を参照）。フィールドシフトパルスFSがレベル"H" の期間中、図２に示したトランスファゲート114 b がオン状態になる。トランスファゲート114 b は、図５(d) のようにオン状態でポテンシャルが低下して井戸を形成し受光素子114aと垂直方向の転送素子との間の障壁がなくなる。この結果、受光素子114aで生成された信号電荷が垂直転送素子に移動する。各垂直転送路114cにも供給されるので、垂直転送路114cのV7に対応する一行分、色RGRG・・・ の信号電荷が垂直転送路114cに読み出される。図示しないが次のフィールド以降の３フィールドでは、図５に示すタイミング関係でトランスファゲート・タイミング信号TG5, TG3, TG1 がオン状態になる。したがって、垂直転送路114bのV5, V3, V1に対応する信号電荷が一行ずつ読み出される。
【００３９】
各フィールドでは読み出した信号電荷を垂直方向に転送する。この転送にあたり静止画撮影モードでは８相駆動が行われる。この駆動に応じてタイミング発生回路12a は、垂直タイミング信号V1〜V8を生成する。垂直タイミング信号V1〜V8を同期信号HDとともに、図６に示す。前述したポテンシャル井戸を形成する条件を考慮すると、垂直タイミング信号V1〜V8のうち、レベルが"L" にあるとき、信号電荷が蓄積可能になる。図６の垂直タイミング信号V1〜V8のうち、７つないし６つの転送素子がこの信号蓄積可能な状態にあり、換言すると８相駆動では８転送素子のうち少なくとも６つの転送素子分が寄与できる。
【００４０】
この静止画撮影モードではフィールドシフトして各受光素子114aから転送された信号電荷を８相駆動を駆使し、フィールド時間内に垂直転送を行う。垂直転送した結果、水平転送路114dに達した信号電荷は、水平タイミング信号の駆動により出力アンプ114eを介して順次出力される（図７を参照）。また、他の３フィールドも電極V5, V3, V1の信号電荷をそれぞれ、垂直転送して水平転送路114d、出力アンプ114eを介して順次出力される（図８〜図10を参照）。
【００４１】
このように、全画素の読出しには４回駆動が行われる。読み出した信号は信号処理部120 に供給される。信号処理部120 でディジタル信号処理や信号に対する各種の高品位化および記録用の信号処理を受けた信号がバッファ部126 を介して信号出力系140 に供給される。信号処理を受けた信号は、記録装置140 に記録制御部128 の制御により書き込まれる。また、表示部142 にも供給されており、静止画を所定の期間表示させてもよい。表示部142 は、レリーズシャッタ152 の押圧操作に応じて画面表示をモノトーンの色を表示させるようにしてもよい。
【００４２】
次に４フィールドインターレース方式において受光して得られた信号電荷を読み出す駆動がムービーモードで行われる場合、同期信号VD, HDの関係を保ちながら、垂直転送素子の各電極には、８相駆動でなく、倍の周期である、４相駆動にした垂直タイミング信号V1〜V4がタイミング発生回路12b からV-ドライバ14b に出力される。垂直タイミング信号V5〜V8には、垂直タイミング信号V1〜V4がそれぞれ対応して供給される（図11のタイミングチャートを参照）。この関係は、図３の接続が示すように、V-ドライバ14b の出力が２つずつ分岐してモード対応選択部16に供給されることから判る。また、タイミング発生回路12b は、トランスファゲート・タイミング信号TG1, TG3, TG5, TG7のうち、トランスファゲート・タイミング信号TG1, TG5とトランスファゲート・タイミング信号TG3, TG7との２つの組に分けて１フィールド中に２か所から同時に信号電荷を読み出す信号を出力している。換言すると、８つの転送素子を有する垂直転送路114cは、４相駆動により２つの転送素子群に分類される。１フィールド中に２つ信号電荷を個々に読み出すことにより、全画素は２フィールドの期間で信号の読出しが完了する。これは、８相駆動の場合（４フィールド）に鑑みてを半分の時間（２フィールド）内で垂直転送路114cへの信号読出しを経て全画素の読出しが終了することを意味する。この信号読出しを1/2 間引きという。この後、垂直転送路114cに読み出された信号電荷は、図12に示す垂直タイミング信号V1〜V4およびV5〜V8により水平転送路114dに向かって垂直方向に順次転送される。
【００４３】
図12のトランスファゲート・タイミング信号TG3, TG7近傍のタイミングを拡大して表すと、図13に示す関係にある。図13に示すように、トランスファゲート・タイミング信号TG3, TG7がオン状態になる期間中、タイミング発生回路12b は、垂直タイミング信号をレベル"L" にしている。このとき、形成されるポテンシャルは、図13の最下段に示す模式図のようになる。
【００４４】
ところで、４相駆動は、通常、図14に示すタイミング関係にある。前述した８相駆動の説明から明らかなように、ポテンシャル井戸を形成する条件を考慮すると、垂直タイミング信号V1〜V4のうち、レベルが"L" にあるとき、信号電荷が蓄積可能になる。図14の垂直タイミング信号V1〜V4のうち、この信号蓄積可能な状態にあるという条件を満たすのは、３つないし２つの転送素子である（図14中の○の印の位置を参照）。したがって、４相駆動では４転送素子のうち、基本的に少なくとも２つの転送素子分が信号電荷の蓄積に寄与できる。８相駆動の場合に比べて４相駆動の信号電荷の蓄積可能な容量は、最小の場合に1/3 になる。
【００４５】
４相駆動での垂直転送路114cの蓄積能力の低下(1/3) も考慮して予め受光素子114aの信号電荷の蓄積容量を８相駆動の場合に比べて蓄積する信号電荷の容量を最小1/3 から1/2 程度の容量になるようにオーバーフロー電圧を調整する。オーバーフロー電圧は、V-ドライバ14b から供給される。このように調整することにより、受光素子114aから転送された信号電荷が垂直転送路114cから溢れないようにできる。この信号電荷の読出しを示すと、たとえば、図15のように表される。最初にトランスファゲート・タイミング信号TG3, TG7だけがオン状態になって垂直タイミング信号に対応した垂直駆動信号V3, V7が供給される垂直転送素子にフィールドシフトされる。ここで、これらの各転送素子には、垂直タイミング信号に用いた符号を近傍に付してその位置を表す。このフィールドシフトにより、各垂直転送路114cには、同色に関する信号電荷が供給されている。図15(a) では、色R, Gが各列の垂直転送素子に出力される。読み出した信号電荷は、４相駆動により水平転送路114dの方向に転送される。垂直転送路114cから水平転送路114dにラインシフトした後、供給される水平駆動信号により１ライン毎の信号が出力される。
【００４６】
次のフィールドでは、図15(b) に示すように、トランスファゲート・タイミング信号TG1, TG5だけがオン状態になる。この関係は図11から明らかである。この場合、色G, Bの同色の信号電荷が垂直転送路114cに読み出される。上述したように垂直転送の後、水平転送して先のフィールドで読み出したラインの間にし得姓された信号電荷が読み出される。このように信号電荷を読み出すと、各フィールドでの信号電荷の読出しは、1/2 間引きと同じ読出しが行われることになる。したがって、信号読出しに要する時間が半分に短縮することができる。この際、信号電荷量は前述したように最小1/3 から1/2 に抑えられている。このため、得られた撮像信号は、この制限によってダイナミックレンジが静止画撮影モード時のダイナミックレンジと変わってしまう。
【００４７】
そこで、このムービーモードでは、後段の信号処理部120 で供給される撮像信号にシステム制御部122 の制御信号に応じて2 から3 倍の増幅を施して本来の受光した際の信号と同じ信号レベルにする。また、信号処理部120 の信号レベル増幅には、たとえば、6dB のアンプ回路を用いるようにしてもよい。
【００４８】
信号電荷の読み出す順序には、前述した順序に限定されるものでなく、他にもフィールドシフトする順序の例がある。第１の変形例は、トランスファゲート・タイミング信号TG5, TG7だけをオン状態にし（図16(a) を参照）、この後のフィールドではトランスファゲート・タイミング信号TG1, TG3だけをオン状態にする（図16(b) を参照）。第２および第３の変形例は、それぞれ、第１の変形例の前半だけを繰り返す場合（図16(a) を参照）と第１の変形例の後半だけを繰り返す場合（図16(b) を参照）である。このようにフィールドシフトさせることによって、３つの変形例は、いずれも三原色RGB すべての信号電荷を１フィールド内に読み出すことができる。
【００４９】
このように構成して、電子スチルカメラ10は、４フィールドインターレース方式であっても１フィールドのうちに２フィールド分の信号電荷をフィールドシフトさせて垂直転送することにより、1/2 間引きと同等の信号読出しを可能にしている。このフィールドシフトの際に転送される信号電荷量が垂直転送路の信号蓄積容量を越えて信号電荷が溢れることのないように受光素子の信号蓄積容量を調整することにより、垂直転送路からの信号電荷の漏れを回避している。また、この処理に伴うダイナミックレンジの低下に合わせて撮像信号を増幅させることにより、ムービーモードでの映像信号のダイナミックレンジを確保することができる。したがって、電子スチルカメラ10は、４フィールドインターレース方式で1/2 間引きの信号読出しを行っても、色フィルタの配置パターンを考慮してムービーに対応した画像表示を画質低下させることなく行わせることができる。
【００５０】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、駆動信号生成手段の複数のタイミング信号生成手段がモード設定手段での複数のモードのそれぞれに対応して備えられており、受光素子の信号電荷容量を規定する基板電位が第１および第２の電位供給手段でそれぞれ生成される。モード設定手段で設定したモードに応じた制御信号が制御手段から出力選択手段に供給される。この出力選択手段が、これらタイミング信号生成手段、第１および第２の電位供給手段の出力のうち、第２の電位供給手段の選択に対応する信号を供給するタイミング信号生成手段が選択されると、受光素子に基板電位として供給される所定の電位より高い電位が供給される。これにより、受光素子の信号電荷に関する飽和容量を制限している。この場合の供給されるタイミング信号により列方向転送手段の不足する転送容量分を吸収し、行方向転送手段を介してこの撮像手段からの出力を増幅手段で増幅するので、列方向転送手段からの信号電荷の溢れを回避するとともに、この際に得られた出力を最終的に他のモードの出力と同じレベルの信号が得られる。たとえば、1/2 間引きの信号読出しを行っても、色フィルタの配置パターンを考慮してムービーに対応した画像表示を画質低下させることなく行わせることができる。
【００５１】
本発明の信号読出し方法は、インターライントランスファ方式で高品位なカラー画像を生成する第１撮影モードと、現行の放送方式の画像を生成する第２撮影モードのいずれかを設定し、この設定したモードに応じた駆動信号を出力させる。この際に、用意された受光素子の飽和容量を第１のモードに比べて半分にする駆動信号、および設定したモードに対応する駆動信号を設定したモード、たとえば、第２撮影モードでの同時に読み出す転送素子間を所定の距離に保って行われる関係の駆動信号を選択する制御を受けて各部に出力する。これらの駆動信号により得られた信号を増幅するので、第２撮影モードで生じる列方向転送時における信号電荷の溢れを回避するとともに、信号電荷の容量抑制に伴う出力を最終的に他のモードの出力と同じレベルの信号にすることができる。ムービーに対応した画像表示を画質低下させることなく行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を適用した４フィールドインターレース方式の電子スチルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電子スチルカメラの撮像部の接続関係を示す模式図である。
【図３】図１の駆動信号生成部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図４】図３のタイミング発生回路が生成する信号の各タイミング関係を示すタイミングチャートである。
【図５】図３のV-ドライバの出力信号のタイミングおよび生成されるポテンシャルの関係を示すタイミングチャートである。
【図６】図３の静止画撮影モードで用いるタイミング発生回路が生成する垂直タイミング信号の関係を示しタイミングチャートである。
【図７】図１の電子スチルカメラを静止画撮影モードで受光して得られた信号電荷をフィールドシフトの順序および信号の転送の説明に用いる撮像部の模式図である。
【図８】図１の電子スチルカメラを静止画撮影モードで受光して得られた信号電荷をフィールドシフトの順序および信号の転送の説明に用いる撮像部の模式図である。
【図９】図１の電子スチルカメラを静止画撮影モードで受光して得られた信号電荷をフィールドシフトの順序および信号の転送の説明に用いる撮像部の模式図である。
【図１０】図１の電子スチルカメラを静止画撮影モードで受光して得られた信号電荷をフィールドシフトの順序および信号の転送の説明に用いる撮像部の模式図である。
【図１１】図１の電子スチルカメラをムービーモードで受光して得られた信号電荷のフィールドシフトの順序を説明するタイミングチャートである。
【図１２】図11の同期信号、垂直タイミング信号、およびトランスファゲート・タイミング信号の時間領域を要部拡大表示したタイミングチャートである。
【図１３】図12の同期信号、垂直タイミング信号、トランスファゲート・タイミング信号および生成されるポテンシャルについて時間領域を要部拡大表示したタイミングチャートである。
【図１４】図１の電子スチルカメラにムービーモードでタイミング発生回路から供給される４相駆動の垂直タイミング信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１の電子スチルカメラがムービーモードでのフィールドシフトの順序ならびに垂直および水平転送による信号電荷の移動状態を説明する模式図である。
【図１６】図15のフィールドシフトの順序ならびに垂直および水平転送に対する第１の変形例の移動状態を説明する模式図である。
【符号の説明】
10  電子スチルカメラ
10A 撮像系
10B 信号処理系
10C 信号出力系
10D モード設定部
12a, 12b  タイミング発生回路
14a, 14b  V-ドライバ
16  モード対応選択部
114 撮像部
120 信号処理部
122 システム制御部
142 表示部
150 モード選択部
152 レリーズシャッタ
114a  受光素子
114b  信号読出しゲート（トランスファゲート）
114c  垂直転送路
114d  水平転送路
114e  出力アンプ
【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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