(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配置された複数の受光素子、該複数の受光素子で得られた信号電荷を垂直方向に転送する素子に読み出して、垂直駆動信号の位相数を単位に該垂直駆動信号が接続された配線を介して供給される垂直転送手段、および該垂直転送手段を介して供給される信号電荷を水平駆動信号に応じて水平方向に転送する水平転送手段を含む撮像手段と、
全画素読出し、フレーム読出しおよび間引き読出しのいずれかで読み出すモードを設定し、設定したモードに応じた指定信号を出力する読出し設定手段と、
前記設定したモードに応じた前記信号電荷の読出しおよび転送のタイミング信号を生成し、生成したタイミング信号を基に駆動信号を生成し、生成した信号を出力する駆動手段と、
前記指定信号に応じて前記駆動手段の動作を制御する制御手段とを含み、
前記駆動手段は、前記制御手段に供給される信号で設定したモードに応じて待ち時間が生じることを禁止するように駆動させる制御信号を生成し、生成した制御信号を基に生成した垂直駆動信号を、少なくとも、モードに対応して水平ブランキング期間が可変される水平駆動信号の各水平ブランキング期間内に供給して、前記信号電荷を転送す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、該装置は、前記撮像手段が有効な画像表示をする走査期間において、前記信号電荷を水平転送期間中に垂直転送することに応じて画像の所定の位置に生じるノイズ成分を除去する信号処理手段を含み、
前記制御手段は、前記指定信号に応じて制御信号を生成し、前記駆動手段および前記信号処理手段に前記制御信号を出力することを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、前記駆動手段は、前記制御手段の制御信号に応じて水平ブランキング期間を超えて画像領域まで前記垂直駆動信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置において、前記信号処理手段は、前記ノイズ成分を、該ノイズ成分と逆特性のデータで補正して除去するキャンセル手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
被写界から供給される入射光を受光素子で信号電荷に変換し、得られた信号電荷を垂直方向に転送する素子に読み出して、垂直転送し、転送された信号電荷を、さらに、水平方向に転送する素子を介して読み出す信号読出し方法において、該方法は、
全画素読出し、フレーム読出しおよび間引き読出しのいずれかを規定するモードのうち、一つのモードを選択するモード選択工程と、
選択したモードに対応した指定信号の供給に応じて制御信号を生成し、生成した制御信号を出力する制御工程と、
前記制御信号を受けて前記信号電荷の読出しおよび転送のタイミング信号を生成し、生成したタイミング信号を基に駆動信号を生成する信号生成工程と、
前記受光素子それぞれで得られた信号電荷を、前記選択したモードに対応して前記垂直方向に転送する素子に読み出す電荷読出し工程と、
前記選択したモードに対応して前記水平方向に転送する素子を用いて前記信号電荷を水平方向に転送する水平駆動信号の停止期間であるブランキング期間の長さを可変調整した水平駆動信号を供給し、少なくとも、該停止期間内でも前記信号電荷を垂直転送する垂直転送工程と、
前記信号電荷を垂直方向に転送した後に該信号電荷を水平方向に読み出す水平転送工程と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５に記載の方法において、前記垂直転送工程は、前記垂直駆動信号を、前記水平駆動信号の停止期間を超えた水平転送期間でも、前記信号電荷を垂直方向に転送することを特徴とする信号読出し方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の方法において、該方法は、前記水平駆動信号の停止期間を超えた画像領域の期間にわたる供給によって画像に現れるノイズ成分を、前記水平転送工程を介して読み出した信号電荷を電圧で表す信号にして、該信号に信号処理を施す際に該ノイズ成分と逆特性のデータで補正して除去する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、固体撮像装置および信号読出し方法に関し、特に、複数の信号電荷の読出し方式が一つの共通化した装置構成に適用されたり、高精細な画像が得られるように高画素数の撮像を行うとともに、高速な信号読出しが要求される電子スチルカメラ、ディジタルビデオカメラ、および画像入力装置等に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置は、撮像部において所望の被写界からの入射光を取り込み２次元配置された受光素子で撮像して電気信号（信号電荷）にしている。この得られた信号電荷は様々な駆動方法により撮像部から読み出される。
【０００３】
たとえば、特開平10-32758号公報の固体撮像装置は、垂直転送部に電荷を順次転送する電圧を印加する第１層配線、第２層配線、第３層配線が順に設けられているとともに、そのうちのいずれか１層の配線の垂直方向の並びに沿って順に４つの駆動電圧印加用配線が接続されることにより、すべての電荷を読み出す場合、ライン単位に指定したラインから電荷を読み出す場合など読出し方式に合わせて切換えを行うことができ、フレームメモリなしに動画像を出力できるようになる。
【０００４】
信号電荷の読出しは、水平転送パルスの停止期間を意味する、水平（H ）ブランキング期間に垂直転送を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、たとえば間引き読出しのように信号電荷を高速に読み出す場合、水平ブランキング期間中に垂直転送が複数回繰り返される。画素数の増加にともなって垂直転送路の転送素子数も増える。このように間引いて信号電荷を垂直転送路に読み出しても出力に関わる垂直転送素子数が間引きに対応して少なくなるわけではなく、垂直転送の段数は変わらない。したがって、画素数が増加したことによって垂直転送の増えた段数分だけ垂直転送に要する時間がかかることになり、水平ブランキング期間が長くなることになる。この結果、信号電荷の読出し時間が長くなってしまう傾向がある。
【０００６】
また、上述したように撮像部からの信号読出しは、たとえば、全画素読出し、２ライン間引き、フレーム読出し等の各種のモードで読み出す場合、同じ装置でありながら（共通化していながら）、各モードごとに対応した信号電荷の読出しを行っている。共通化するとともに、駆動の簡略化のためモードに関わらず、垂直転送は読出し時間に最も長い時間を要するモードの読出し回数（を行う位相駆動の時間）に設定して行われている。後段の実施例でより具体的に説明する。したがって、動作が画一化されることにより、モードのなかには、垂直転送がすでに終了しているにも関わらず、垂直転送を行っているものとして水平転送が停止したまま所定の時間経過するまで待機しているモードがある。このようなモードでは、この無駄な待機時間があることから信号読出し時間を有効に使い、信号読出し時間の短縮化を図ることができない。
【０００７】
撮像部からの信号読出しを有効に行うため有効映像期間にも垂直転送を行うことがある。このとき表示した画像に垂直転送によるキズが発生する。信号読出しを高速に行うことができても得られる画質が低下してしまう。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、個々のモードに応じて最適化した信号読出しを行う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。
【０００９】
【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、２次元配置された複数の受光素子、この複数の受光素子で得られた信号電荷を垂直方向に転送する素子に読み出して、垂直駆動信号の位相数を単位に該垂直駆動信号が接続された配線を介して供給される垂直転送手段、およびこの垂直転送手段を介して供給される信号電荷を水平駆動信号に応じて水平方向に転送する水平転送手段を含む撮像手段と、この撮像手段からの信号電荷をどのように読み出すかに応じた指定信号を出力する読出し設定手段と、撮像手段から信号電荷を読み出す設定に応じて駆動タイミング信号を生成する駆動手段と、読出し設定手段からの指定信号に応じて駆動手段にて生成する駆動信号の種類を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、この装置は、撮像手段が有効な画像表示をする走査期間において、撮像手段の転送に応じて得られた画像の所定の位置に生じるノイズ成分を除去する信号処理手段を含み、制御手段は、読出し設定手段からの指定信号に応じて駆動手段にて生成する駆動信号の種類および信号処理手段のノイズ成分の除去タイミングを制御することにより、各指定した動作に応じた垂直転送を行って有効に時間を使い、この際に生じるノイズ成分を取り除いて画質の維持を図っている。
【００１１】
駆動手段は、制御手段の制御により水平駆動信号の停止期間をブランキング期間として調整し、このブランキング期間に供給する垂直駆動信号を生成することで各指定に適したブランキング期間にそれぞれの期間の長さを設定するとともに、この期間内で垂直駆動が行われる。
【００１２】
また、駆動手段は、制御手段の制御によりブランキング期間にまたがる垂直駆動信号を生成することにより、一層効率的に垂直転送を行うことができる。
【００１３】
信号処理手段は、ノイズ成分を除去するキャンセル手段を含むことにより、またがって供給される垂直駆動信号に応じた駆動で発生するノイズ成分をキャンセルして取り除いている。
【００１４】
本発明に係る固体撮像装置は、複数の信号読出しに対応可能な撮像手段を用いて、読出し設定手段から指定信号を制御手段に供給し、制御手段が指定信号に応じた制御信号を駆動手段に出力して駆動手段が制御に応じた駆動信号を生成することにより、撮像手段が読出し設定に対応した駆動信号の供給を受けて駆動し、この設定における最適な所定のタイミングで信号電荷を出力する。
【００１５】
また、本発明は上述の課題を解決するために、被写界から供給される入射光を信号電荷に変換し、この信号電荷を読み出す複数の信号電荷読出し動作モードのうち、一つのモードを行わせる動作に応じて選択するモード選択工程と、選択したモードに対応した制御信号を供給する制御工程と、制御信号を受けて信号電荷の読出しに関わるタイミング信号を用いて各モードに基づく駆動信号を生成する信号生成工程と、駆動信号に応じて入射光を取り込んで信号電荷に変換するとともに、この信号電荷を蓄積する受光工程と、得られた信号電荷のうち、選択したモードに対応する所定の位置の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送路に読み出す電荷読出し工程と、選択したモードに対応して駆動信号の一つである水平駆動信号の停止期間の可変調節した水平駆動信号を供給し、この停止期間中に駆動信号の一つである垂直駆動信号に応じて垂直転送路の前記信号電荷を垂直転送する垂直転送工程と、信号電荷を垂直方向に転送した後にこの信号電荷を水平方向に読み出す水平転送工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
ここで、信号生成工程は、水平駆動信号の停止期間を、選択したモードに対応させて生成することにより、これまで一定の時間経過しないと水平駆動信号が供給されず、垂直転送処理が終了しているにも関わらず生じていた無駄な待機時間を回避することができる。
【００１７】
信号生成工程は、垂直駆動信号を水平駆動信号の停止期間から動作期間の一部にまでまたがって生成することにより、垂直転送の効率化を図っている。
【００１８】
この方法によれば、垂直駆動信号を水平駆動信号の停止期間中に供給することで水平方向に混ざることなく水平転送させることができる。
【００１９】
また、ノイズ成分の除去は、水平転送工程を介して読み出した信号電荷に信号処理を施す際に行うとよい。
【００２０】
本発明に係る信号読出し方法は、被写界から供給される入射光を信号電荷に変換し、この信号電荷を読み出す複数の信号電荷読出し動作モードのうち、所定の一つを選択したモードに対応する制御を行い、信号電荷の読出しに関わるタイミング信号から生成される駆動信号を用いて入射光を信号電荷に変換し、選択したモードに対応する所定の位置の信号電荷を垂直転送路に読み出し、モードによって可変調節した水平駆動信号の停止期間を有する水平駆動信号を供給し、この信号の停止期間中に供給される垂直駆動信号に応じて信号電荷を垂直転送し、この垂直転送後に水平転送を行うことにより、各モードでの垂直転送を最適なものにし、これまでの垂直転送における待機時間を避けることができる。
【００２１】
【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の一実施例を詳細に説明する。
【００２２】
本発明に係る固体撮像装置は、複数の信号読出しに対応可能な撮像部を用いて、読出し設定部から指定信号を制御部に供給し、この制御部が指定信号に応じた制御信号を駆動信号生成部に出力し駆動信号生成部が対応した駆動信号を生成することにより、撮像部が読出し設定に対応した駆動信号の供給を受けて駆動し、この設定における最適な所定のタイミングで信号電荷を出力し、従来のモードに関わらず一定の時間経過後にしか水平駆動が行われなかったタイミング関係の改善、および信号読出しの時間短縮化を行うことに大きな特徴がある。
【００２３】
この固体撮像装置をディジタルスチルカメラ10に適用した場合について説明する。また、本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。ここで、信号の参照符号はその現れる接続線の参照番号で表す。
【００２４】
ディジタルスチルカメラ10には、図１に示すように、撮像系10A 、信号処理系10B 、駆動信号生成部10C 、信号出力系10D 、モード指定部10E およびシステム制御部12が備えられている。
【００２５】
撮像系10A には、撮像レンズ102 、撮像部104 、ピント調整機構を含むAF調整部106 および絞り機構を含むAE調整部108 が備えられている。この他、図示しないが撮像部104 の入射光の側に入射光を完全に遮光するためシャッタ機構を含めてもよい。撮像レンズ102 は、被写界からの入射光を撮像部104 の受光面上に焦点を結ぶように集光する光学系である。
【００２６】
撮像部104 は、供給される入射光を光電変換する受光素子104a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）。また、配列は受光素子104aのそれぞれのうちで、斜めに隣接する素子のピッチを行方向および列方向に1/2 ずつずらした相互の位置関係に配された配置のハニカム型でもよい。撮像部104 には、受光素子104aより入射光の側に入射光を色分解する色フィルタが受光素子104aのそれぞれに対応した色分解フィルタCFが単板で一体的に形成されている。この色分解フィルタCFの配設により、受光素子104a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ように色分解された入射光が入射することになる。この関係は撮像部104 において一体的に形成されている。色フィルタR, G, B の配列は、たとえば、単に色G だけに着目して読み出す場合等で読み出す信号電荷の位置関係が重要な意味を持つことになる。撮像部104 は、撮像信号10a を信号処理系10B に出力する。
【００２７】
さらに撮像部104 の構成を説明する。撮像部104 は、後述する駆動信号生成部10C からそれぞれ出力される駆動信号122aに応動する。各受光素子104a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104aには、図示しないが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らさないように信号読出しゲート（トランスファゲート）が形成されている。信号読出しゲートは電極を介して供給される垂直駆動信号に含まれるフィールドシフトパルスの有無に応動してゲートの開閉を行うことにより信号電荷を受光素子104aから垂直転送路104bに転送する。垂直転送路104b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して行方向の転送素子、すなわち水平転送路104cに供給される。水平転送路104cは、供給される水平駆動信号に応動してこの信号電荷をアンプ104dを介して前述したように信号処理系10B に出力する。
【００２８】
ここで、垂直転送路104bは、垂直（列）方向に見ると、１つの受光素子104aに対して３つの転送素子が配されている。このことから、１ラインの転送には、駆動信号として３相の駆動信号が供給されることが判る。図示しない信号読出しゲートは、受光素子104aと垂直転送路104bとの間に配されている。また、本実施例では、３つの垂直転送素子は、順に第１層、第３層そして第２層が対応するように配設形成されている。この構造を単位として垂直転送路104bが形成されている。各単位において、第１層および第３層には駆動信号φV1, φV3が供給されるように配線されている。また、第２層には、４種類のタイミングに応じて駆動させる駆動信号φV2a,φV2b,φV2c,φV2d が各垂直転送素子の単位ごとにいずれかの信号が供給されるように配線されている。この配線を行い、駆動信号を供給することにより、複数のモードに対応した信号電荷の読出しが行えるようになる。
【００２９】
簡単に説明すると、撮像部104 の基本的な構成は以上のような関係である。この構成で通常は静止画撮影で用いる全画素読出し、２ライン毎にラインを間引いて信号電荷を読み出す２ライン間引き（1/3 間引き）、および１ラインおきにラインから信号電荷を読み出すフレーム読出しが行われる。
【００３０】
図１に戻ってAF調整部106 は、ピント調整機構（具体的には図示せず）により被写体とカメラ10との距離を測距して得られた情報に応じて撮像レンズ102 を最適な位置に配するようにこの位置調整を行う。このとき、測距情報の算出とこの測距情報からの制御量は、システム制御部12で処理される。この結果、供給される制御信号12a に応じてAF調整部106 は、ピント調整機構を駆動信号106aにより駆動させ、撮像レンズ102 を矢印A 方向に光軸に沿って移動させている。
【００３１】
また、AE調整部108 は、被写体を含む被写界の測光値の算出が行われるシステム制御部12内に設けられる露光制御部（図示せず）からの制御により絞り機構の絞り位置を変位させ、入射する光束量を調整する。測光は、撮像信号の一部を用いている。この場合もシステム制御部12で測光値に基づいて露光量が算出され、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 AE 調整部108 に供給する。AE調整部108 は、この制御信号12a に応じて絞り機構およびシャッタ機構に駆動信号108aを供給し、それぞれ絞り値とシャッタ速度値が所定の値になるように調整している。この調整により露出を最適にすることができる。
【００３２】
信号処理系10B には、前処理部110 、A/D 変換部112 、信号処理部114 、バッファ部116 および圧縮／伸張処理部118 が備えられている。また、信号処理系10B には、システム制御部12から上述した各部をモードに応じて制御するように制御信号12b が供給されタイミング信号20a 〜20e がそれぞれ供給されている。前処理部110 は、たとえば、供給される信号電荷10a に対して相関二重サンプリング（CDS ）処理を施して雑音の低減を図ったり、信号にガンマ補正を施し、この信号10a を増幅させてA/D 変換部112 に出力する。これら前処理は、タイミング信号20a に同期して行う。ガンマ補正は、この位置に限らず後段の信号処理部114 で行ってもよい。
【００３３】
A/D 変換部112 は、あらわに図示しないがシステム制御部12からの制御信号12b およびタイミング信号20b を用いて前処理部110 を介して供給されるアナログ信号10b をサンプリングし、ディジタル信号（または画像データ）10c に量子化する。タイミング信号20b は、高速処理する場合クロック信号でもよい。変換したディジタル信号10c が信号処理部114 に供給される。
【００３４】
信号処理部114 には、キャンセル回路114aおよび信号調節部114bが備えられている。キャンセル回路114aは、水平駆動期間中に垂直駆動を行うことによって生じる画像データのノイズを除去するデータを信号調節部114bに出力するデータ格納したメモリ、あるいはノイズ除去データ生成演算回路である。このノイズを除去するデータを出力するキャンセル回路114aは、信号電荷の垂直転送を水平転送を行うように駆動信号が供給停止の水平ブランキングから供給する水平駆動を行っている時間領域にまたがって行われる条件を含むモードが選択された際に、供給されるタイミング信号20cに応じてデータを出力する。タイミング信号生成部120は、制御信号12b に応じてタイミング信号20cを出力する。格納したノイズキャンセルデータはタイミング信号生成部120 から信号処理部114 に供給されるタイミング信号20c に基づいて出力される。特に、ノイズキャンセルデータは、たとえば、信号調節部114bに供給される画像データ10c の入力タイミングに同期して出力するとよい。
【００３５】
信号調整部114bは、上述したノイズキャンセルデータを供給される信号10c に加えて垂直駆動によって生じるノイズを除去するとともに、一般的に行われる自動絞り調整（AE）、白バランス調整（AWB ）、アパーチャ補正等を行った後、さらに信号処理を２つのモードそれぞれに応じて施す。すなわち、ここでのモードとは、後述するモード指定部10E のレリーズシャッタ128 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10D の記録再生部126 に取り込む静止画撮影モードと単に撮像系10A のAFにおける測光制御モードの２つを示す。また、本実施例で静止画撮影モードは、後述するキースイッチ130 で記録容量や記録する画質に応じて３種類（全画素、２ライン間引き、およびフレーム読出し）設定する。測光制御モードは、高速性の要求から２ライン間引き読出しに設定する。この構成では３種類のモードに限定されるものでなく、1/4 間引きを行ってもよい。ガンマ補正処理は、ここで行ってもよいし、さらに後段で行ってもよい。
【００３６】
ディジタルスチルカメラ10において、現在、いずれのモードが選択されているかは前述した制御信号12b により制御される。このシステム制御部12の制御により、信号処理部114 では上述した信号処理の他に静止画撮影モードで所定のディジタルに伴う信号処理、たとえば、輝度信号の高帯域化等も施される。一方、信号処理部114 では測光制御モードにおいて、供給される信号10c がディジタルであることを考慮してシステム制御部12により撮像部104 からの信号読出しを、たとえば、他のモードに比べて速く読み出す制御およびその処理等が行われる。信号処理部114 は、静止画撮影モードでの信号処理によって撮像部104 からの撮像信号10a を記録可能な映像信号にしている。そして、信号処理部114 は、表示・記録が選択されたモードの信号10d をバッファ部116 に出力する。
【００３７】
バッファ部116 は、前述した信号処理部114 から供給される映像信号10d を所定の振幅に増幅するとともに、記録時における時間調整の機能なども有している。バッファ部116 は、システム制御部12内に配される記録制御部（図示せず）の制御により信号出力系10D または圧縮／伸張処理部118 に画像10e を出力している。
【００３８】
圧縮／伸張処理部118 は、画像を記録する場合、システム制御部12に制御12b により画像信号10e を取り込む。供給された画像信号10e には、たとえば、JPEG（Joint Photographic coding Experts Group ）規格に基づく圧縮処理が施される。また、記録再生部126 から記録されていた信号10f を読み出して再生する場合、上述した圧縮処理の逆変換等の信号処理を施すことによって元の画像信号を再生し、図示していないが復元した画像信号を表示部124 に供給し、表示させている。
【００３９】
駆動信号生成部10C には、タイミング信号生成部120 およびドライバ部122 が含まれる。タイミング信号生成部120 は、たとえば、現行の放送方式（NTSC/PAL）でディジタルスチルカメラ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20c を生成して信号処理部114 に供給する。タイミング信号生成部120 は、前処理部110 、A/D 変換部112 、バッファ部116 および圧縮／伸張処理部118 にもサンプリング信号や書込み／読出し信号の動作基準となるクロックとしてタイミング信号20a, 20b, 20d, 20eがそれぞれ供給されている。タイミング信号が共通化できる場合、タイミング信号生成部120 の構成部品が少なくて済む。
【００４０】
タイミング信号生成部120 は、原発振のクロックから同期信号を生成し、さらにこれらの信号を用いて生成した各種のタイミング信号120aをドライバ部122 に出力している。生成されるタイミング信号120aには、撮像部104 で得られた信号電荷の読出しに用いるタイミング信号、たとえば、垂直転送路の駆動タイミングを供給する垂直タイミング信号、水平転送路の駆動タイミングを供給する水平タイミング信号、フィールドシフトやラインシフトさせるタイミング信号等がある。また、AF調整部106 、AE調整部108 の動作を制御する際にもタイミング信号生成部120 からの信号を用いている（ここでは信号線をそれぞれあらわには図示せず）。このように各種の信号を前述した各部に出力するとともに、タイミング信号生成部120 は、垂直タイミング信号と水平タイミング信号とをドライバ部122 に供給する。測光制御モードが選択された際にタイミング信号生成部120 は、システム制御部12からの制御信号12b によりタイミング信号の生成を選択的に切り換える。
【００４１】
ドライバ部122 は、それぞれの供給されるタイミングで駆動信号122aを生成する。一般的に、信号読出しする速度変更は、モードに応じてドライバ部122 から出力される垂直駆動信号が撮像部104 に供給され、たとえば、画面全体に対する駆動、色の選択的な駆動、色および領域を指定した駆動といった間引き読出し等が行われることによって速度の変更が施される。
【００４２】
ドライバ部122 は、特にモードが測光制御モードに設定された際に対応した駆動信号が撮像部104 に供給され、たとえば、画面全体に対する駆動、本実施例では色について具体的に説明していないが、色の選択的な駆動、色および領域を指定した駆動が行われることによって速度の変更が施される。ドライバ部122 は、垂直タイミング信号とトランスファゲート信号とを用いて３値の駆動信号を生成している。
【００４３】
信号出力系10D には、表示部124 および記録再生部126 が備えられている。表示部124 には、たとえば、ディジタルRGB 入力によるVGA （Video Graphics Array）規格の液晶表示モニタなどが備えられている。記録再生部126 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10f を記録する。また、記録再生部126 は、記録した映像信号10f を読み出して表示部124 に表示させることもできる。なお、この記録再生部126 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。これらは、制御信号12c により制御される。
【００４４】
モード指定部10E には、レリーズシャッタ128 およびキースイッチ130 が備えられている。レリーズシャッタ128 は、本実施例において、２段押し機能を備えている。すなわち、第１段の半押し状態では、測光制御モードを指定して、システム制御部12にこのモード設定がなされていることを信号として供給し、第２段の全押し状態では、画像の取込みタイミングをシステム制御部12に提供するとともに、この操作によりシステム制御部12に画像の記録設定（静止画撮影モード）がなされたことを信号として供給する。これらのモードは、信号線28を介してシステム制御部12に供給されている。
【００４５】
また、キースイッチ130 は、モード設定・項目・画像の選択等を行う。特に、モード設定は前述したように全画素、２ライン間引き、およびフレーム読出しの中からいずれか一つを選択している。この選択した情報も信号線30を介してシステム制御部12に送られる。
【００４６】
システム制御部12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12には、中央演算装置（CPU ）が含まれている。システム制御部12は、レリーズシャッタ128 からの入力信号（または指定信号）28によりどのモードが選択されたかの判断を行う。また、システム制御部12は、キースイッチ130 からの選択情報30により、カメラの画像信号に対する処理等の制御を行う。このように供給された情報に基づいてシステム制御部12は、この判断結果を基に制御信号12b を供給して駆動信号生成部10C の動作を制御する。システム制御部12には、図示しないが記録制御部を設けている。記録制御部は、システム制御部12からの制御信号12c に従いバッファ部116 および信号出力系10D の記録再生部126 の動作を制御している。
【００４７】
このように構成したディジタルスチルカメラ10の動作について説明する。まず、通常行われている全画素読出しについて説明する。ディジタルスチルカメラ10は、通常、全画素読出しを行える撮像部104 を有するカメラであるから、静止画撮影モードのモード指定がレリーズシャッタ128 から供給された場合、色分解フィルタCFを介した入射光が画素すべてで受光される。受光素子104aの各々では、この受光した際に受光素子104aで光電変換することによって信号電荷が受光素子104aに蓄積される。
【００４８】
蓄積された信号電荷を各受光素子104aから読み出す場合、タイミング信号生成部120 では、図示しない垂直同期信号VDの他、図３に示すように、水平同期信号HD、クロック信号CLK も生成される。これら生成した同期信号等を用いて、タイミング信号生成部120 では、垂直同期信号VDに同期させて垂直転送路104bの転送素子V1, V3，V2a; V1, V3 ，V2b; V1, V3 ，V2c; V1, V3 ，V2d に供給する垂直タイミング信号V1, V3と４種類のV2a 〜V2d および信号読出しゲート（図示せず）に供給するトランスファゲート信号TG1, TG3, TG2a〜TG2dが生成される。トランスファゲート信号TG1, TG3, TG2a〜TG2dは、各受光素子から垂直同期信号VDの入力後に同期して信号電荷を読み出すように生成される。
【００４９】
特に、４種類の垂直タイミング信号V2a 〜V2d およびトランスファゲート信号 TG2a 〜TG2dは、供給するタイミングで前述したモードへの対応を可能にしている。これらの信号をまとめてタイミング信号120aで表す。ドライバ部122 は、供給されたタイミング信号120aを用いて図２や図３の垂直駆動信号φV1, φV3, φV2a 〜φV2d 、水平駆動信号φH1、φH2を生成する。ここで、設定したモード（全画素、２ライン間引き、およびフレーム読出し）によって特定のトランスファゲート信号だけを合成した垂直駆動信号を図示しない電極を介してゲートに印加する。これにより、垂直転送路104bにモード毎に決まった所定の位置の受光素子104aからの信号電荷を読み出すことができる。
【００５０】
ところで、読み出した信号電荷は各モードに関わらず、各垂直転送路104bの素子を経て転送される。一般に、垂直転送は、水平駆動信号φH1/ φH2がオフ状態の水平ブランキング期間（HBLK： Horizontal BLanKing）に行われる（図３(c), (d)を参照）。そして、垂直転送は、この水平ブランキング期間中に読み出した信号電荷を次の読み出した信号電荷の位置まで転送させるようになっている。
【００５１】
たとえば、本実施例において、受光素子104aに隣接する垂直転送路104bにφV2a を含む単位のラインの垂直転送素子V2a にだけトランスファゲート信号TG1 が合成された垂直駆動信号が供給されるとき、４ライン中１ラインしか読み出さない1/4 間引きした信号電荷が読み出される。期間40〜46で示す個々の期間が１ライン分の垂直転送にかかる時間とすると、この場合垂直転送には図３(e) 〜(j) に示す垂直駆動信号を用いて４ライン分の時間がかかる。
【００５２】
また、全画素読出しを行う場合、各受光素子104aから読み出した信号電荷を１ラインずつ垂直転送すればよいことから、垂直転送には図３(k) 〜(p) に示す垂直駆動信号を用いて行う。しかしながら、１ライン分の垂直転送は期間40の時間で済んでしまう。複数のモードに対応した動作を行わせることにより、水平ブランキングHBLKは、モードの中で最も垂直転送に時間を要するモードに合わせている。このため、全画素読出しにおける垂直転送には、期間42〜46が無駄な待ち時間になってしまう（図３を参照）。
【００５３】
そこで、高速読出しが要求されているときにこのような待ち時間が生じることをなくすように供給される制御信号12b に応じてモード毎にタイミング信号生成部120 は、各モードに最適な水平ブランキングを有する水平タイミング信号を生成する。これにより、ドライバ部122 は、モードに対応した水平ブランキング期間の可変された水平駆動信号φH1, φH2を生成し撮像部104 に供給することができる。モードで最も短い水平ブランキング期間で垂直転送する全画素読出しでは、図４に示すように複数のモード対応の構成であっても駆動信号生成部10C のタイミング信号生成部120 の各モードにあったタイミング信号を供給することにより時間を有効に使って信号電荷を出力させることができる。
【００５４】
具体的に、上述した全画素読出しモードでは、垂直転送路104bに読み出す際にトランスファゲート信号TG2a〜TG2dを供給し、読み出した信号電荷の垂直転送期間を示す水平タイミング信号における水平ブランキング期間を図３に示した期間40にして１ライン転送させる。フレーム読出しモードでは、トランスファゲート信号TG2a, TG2cまたはTG2b, TG2dのいずれかの組合せを同時に供給し、読み出した信号電荷の垂直転送期間を示す水平タイミング信号における水平ブランキング期間を図３に示した期間40, 42にして２ライン転送させる。また、２ライン間引きモード（３ライン中１ラインだけを読み出さない1/3 間引き）を行う場合、トランスファゲート信号TG2a, TG2dを同時に供給し、読み出した信号電荷の垂直転送期間を示す水平タイミング信号における水平ブランキング期間を図３に示した期間40, 42, 44にして３ライン転送させる。そして、３ライン間引く（1/4 間引き）の場合、トランスファゲート信号TG2a〜TG2dのうちいずれかの１つだけを供給し、読み出した信号電荷の垂直転送期間を示す水平タイミング信号における水平ブランキング期間を図３に示した期間40, 42, 44, 46にして４ライン転送させる。
【００５５】
このように動作させることにより、撮像部104 は供給される駆動信号に応じて時間を有効に利用して信号電荷を読み出し、より正確には信号電荷を電圧で表す（たとえば、電流／電圧変換を経た）信号10a にして信号処理系10B に出力する。信号処理系10B では、前処理としてCDS 処理等によるノイズ低減処理、供給される信号のディジタル変換処理、各種の画像データに対する信号処理、一時的な画像データ保持および画像データに対する圧縮処理（または再生時において画像データの伸張処理）を施している。信号処理された画像データ10e は表示部124 に供給すると、撮像した画像を表示させることができ、ユーザは撮影状態および画角をモニタで確認することができる。また、記録時において圧縮／伸張処理部118 からの圧縮した画像データを前述した記録媒体に記録することができる。信号出力系10D におけるこれら表示および記録はシステム制御部12からの制御信号12c により行っている。
【００５６】
ところで、画素数の増加にともなって水平方向および垂直方向の読出し時間がいま以上に厳しくなってくることは明らかである。以上を改善する手段として水平転送の時間をそのままに垂直転送を行い、水平転送を行っている時間領域にまたがって垂直駆動信号φV1, φV3, φV2a 〜φV2d を供給して垂直駆動を行うことが考えられる（図５を参照）。この処理を行った場合、画面の縦（または垂直）方向にすじまたはキズ50が水平走査期間の一部領域52に入る。実際このような画質劣化の発生も考慮して垂直転送は、通常、水平ブランキング期間内で済ますようにしてきた。この結果が水平ブランキング期間の長くなる傾向を意味する。
【００５７】
しかしながら、垂直転送を水平転送期間にまたがって行わせることが避けられなくなりつつある。このため、画質劣化の改善が望まれる。この改善を行うにあたり画像に発生するキズは、垂直駆動信号φV1, φV3, φV2a 〜φV2d の立上りと立下り時に対応して発生するノイズに起因している。すなわち、この発生する画面ノイズの位置および発生するノイズの特性がわかっているので、この画像に生じるノイズと逆の特性のデータを発生タイミング位置に供給して補正することで解決できる。上述した逆ノイズ特性のデータは信号処理部114 のキャンセル回路114aに格納しておく。
【００５８】
ディジタルスチルカメラ10は、このような垂直転送を行うモードがモード指定部10E で行われた場合またはカメラの設計がこのモードを含んでいる場合等において、設定したモードの情報に応じてシステム制御部12は制御信号12b をタイミング信号生成部120 に出力する。タイミング信号生成部120 は、前述した通りに各タイミング信号を生成するとともに、信号処理部114 のキャンセル回路114aに対して垂直タイミング信号も供給する。キャンセル回路114aは、供給される垂直タイミング信号を用い、この信号の立上りおよび立下りに対応して格納しているデータ（キャンセルデータ）を信号調節部114bに出力する。データの出力が、A/D 変換部112 から入力される画像データの水平駆動内の垂直駆動に同期して行われることは言うまでもない。ノイズキャンセルデータと画像データとを合成することにより、画像のノイズ（キズ）を目立たないよう補正することができる。
【００５９】
なお、信号処理部114 は、キャンセル回路114aおよび信号調節部114bを含めたDSP (Digital Signal Processor ）で構成してもよい。そして、本実施例では画面に表示する静止画撮影モードやムービーモードを主に考慮した動作について説明してきたが、測光モードにおいてもこのようなキズのあるデータでなく、キズのないデータを用いて信号電荷を高速読出しして測光を行うことができる。
【００６０】
このように動作させることにより、垂直転送が水平転送期間の時間さえも用いて行うことができるようになる。この際に、水平転送にともなって表示される有効画面領域に生じていたキズを消去する補正処理を行うことにより、画質を劣化させることなく、信号電荷の読出しをこれまで以上に高速化させることができる。
【００６１】
以上のように構成することにより、信号電荷の読出しの種類に応じて信号電荷を読み出す共通化した構成であっても、読出しの種類ごとに水平ブランキング期間を可変させて、読出しの種類に応じたそれぞれの最適な時間で読み出すので、種類によっては生じていた無駄な待ち時間をなくすことができ、この構成で従来よりも信号電荷を高速に読み出せる。特に、信号電荷を間引かない場合、間引き量が少ない場合にこの待ち時間を少なくすることができる。
【００６２】
また、たとえば、高画素化の要求を満たすように受光素子数が増加した場合に対応すべく、垂直転送が水平転送期間にまたがるように転送させると、垂直転送における一層の有効な時間利用が可能になる。この転送にともなうノイズ発生の位置および大きさがあらかじめわかっているので、キャンセル回路の動作タイミングを考慮してノイズキャンセル信号を出力すると、垂直転送によるノイズを目立たなく、画質劣化を回避させることができる。しかも、この場合も信号電荷の高速読出しを行うことができる。
【００６３】
【発明の効果】
このように本発明に係る固体撮像装置によれば、複数の信号読出しに対応可能な撮像手段を用いて、読出し設定手段から指定信号を制御手段に供給し、制御手段が指定信号に応じた制御信号を駆動手段に出力して駆動手段が制御に応じた駆動信号を生成し、撮像手段が読出し設定に対応した駆動信号の供給を受けて駆動し、この設定における最適な所定のタイミングで信号電荷を出力することにより、これまでモードで要求される水平ブランキング期間の最長時間設定で生じていた待機時間がなくなり、従来に比べて信号電荷の高速読出しを行うことができる。
【００６４】
また、本発明に係る信号読出し方法によれば、被写界から供給される入射光を信号電荷に変換し、この信号電荷を読み出す複数の信号電荷読出し動作モードのうち、所定の一つを選択したモードに対応する制御を行い、信号電荷の読出しに関わるタイミング信号から生成される駆動信号を用いて入射光を信号電荷に変換し、選択したモードに対応する所定の位置の信号電荷を垂直転送路に読み出し、モードによって可変調節した水平駆動信号の停止期間を有する水平駆動信号を供給し、この信号の停止期間中に供給される垂直駆動信号に応じて信号電荷を垂直転送し、この垂直転送後に水平転送を行うことにより、各モードでの垂直転送を最適なものにし、これまでの垂直転送における待機時間を避けることができ、従来に比べて信号電荷の高速読出しを行うことができる。特に、水平転送期間にまたがって垂直転送させることで一層の高速読出しを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置をディジタルスチルカメラに適用した概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の撮像部の要部を入射光側から見た撮像面および駆動信号の供給を説明する模式的な図である。
【図３】従来における複数のモードに対応できる構成で垂直転送させた際の各モードでの垂直駆動の関係を説明するタイミングチャートである。
【図４】図１のカメラにおいて全画素読出しさせた際に最適なタイミングでの駆動信号の関係を説明するタイミングチャートである。
【図５】図１のカメラにおいて垂直転送が水平転送期間にまたがって行われる場合のタイミングチャートである。
【図６】図５の垂直駆動を行った際に生じるキズ、水平同期信号および垂直駆動信号との関係を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
10  ディジタルスチルカメラ
12  システム制御部
102 撮像レンズ
104 撮像部
106 AF調整部
108 AE調整部
114 信号処理部
120 タイミング信号生成部
122 ドライバ部
128 レリーズシャッタ
130 キースイッチ
114a  キャンセル回路
114b  信号調節部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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