(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配され、受光した光を光電変換する光電変換部を有する画素部と、
上記画素部から読み出した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、
一部の画素行から間引きして上記垂直電荷転送部に上記電荷を読み出す間引き読出しと上記垂直電荷転送部における１段の垂直転送とを交互に行なうように上記画素部及び垂直電荷転送部を制御する駆動部と
を具える撮像装置。
【請求項２】
上記駆動部は、上記光電変換部に蓄積された上記電荷を掃き捨てるためのサブパルス信号の発生タイミングを制御して露光時間を調整することができる
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記駆動部は、
ユーザの入力操作に応じて上記全画素行から上記電荷を読み出す全画素読出しモードと上記全画素行から所定の画素行ごとの上記電荷を間引いて読み出す間引き読出しモードとを適応的に切り換える
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
行列状に配され、受光した光を光電変換する光電変換部を有する画素部と、
上記画素部から読み出した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部とを有し、
一部の画素行から間引きして上記垂直電荷転送部に上記電荷を読み出す間引き読出しと上記垂直電荷転送部における１段の垂直転送とを交互に行なうように上記画素部及び垂直電荷転送部を制御する
固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法に関し、例えばディジタルスチルカメラに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像した被写体の画像をディジタルデータに変換し、当該変換したディジタルデータをメモリに記憶して蓄積するディジタルスチルカメラがある。このディジタルスチルカメラは、撮像素子として例えば固体撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device ）を採用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのディジタルスチルカメラでは、連続撮像を行う際には、撮像する毎に１画面を構成する全画素を読み出す必要があることから、数１０〔ｍｓ〕の間隔での撮像が限界であった。例えば水平駆動周波数が１４．３〔ＭＨｚ〕で、画素数が３３万画素の場合には、２３〔ｍｓ〕の間隔でしか撮像できず、高速の連続撮像を実現できない。
【０００４】
そこで高速連続撮像を実現する方法として、ＣＣＤを構成する各画素のうち信号を読み出す画素の画素数を減らしてフレームレート（すなわち１秒間に取得可能な画像の枚数）を高くする方法や、水平転送レジスタの読み出し周波数（すなわち読み出す際の速度）を高くしてフレームレートを高くする方法が考えられる。
【０００５】
しかしながら、読み出しの画素数を減らしてフレームレートを高くする方法では、画素数自体を減らしてしまうことから、画質の劣化が生じることを避け得ず、また水平転送レジスタの読み出し周波数を高くしてフレームレートを高くする方法では、当該水平転送レジスタ内における転送効率が悪化すると共に、ＣＣＤの後段に設けられている信号処理回路で用いられるクロックのマージンが不足するという問題が発生する。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で高速に連続撮像を行い得る撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法を提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、行列状に配され、受光した光を光電変換する光電変換部を有する画素部と、画素部から読み出した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、一部の画素行から間引きして垂直電荷転送部に電荷を読み出す間引き読出しと垂直電荷転送部における１段の垂直転送とを交互に行なうように画素部及び垂直電荷転送部を制御する駆動部とを設けることにより、従来に比して撮像間隔を短縮した高速撮像ができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【０００９】
図１において、１は全体としてディジタルスチルカメラの構成を示し、被写体側から入射される入射光Ｌ１は、光学レンズ２を通じて固体撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device ）３に入射される。ＣＣＤ３は、タイミング発生回路４から供給される信号に基づいて、受光した入射光Ｌ１を光電変換することにより画像信号Ｓ１を生成し、これをサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路５に送出する。
【００１０】
すなわち図２（Ａ）に示すように、ＣＣＤ３は、入射光Ｌ１をフォトセンサー部１０によって受光する。フォトセンサー部１０は、この受光した入射光Ｌ１を光電変換することにより電荷を得、当該電荷を蓄積していく。そしてこのフォトセンサー部１０に蓄積された電荷は、タイミング発生回路４から供給される読出しパルス信号Ｓ２に基づくタイミングで、フォトセンサー部１０から垂直転送レジスタ１１に転送される。
【００１１】
続いてこの垂直転送レジスタ１１に転送された電荷は、タイミング発生回路４から供給される垂直転送クロック信号Ｓ３に基づくタイミングで、当該垂直転送レジスタ１１から水平転送レジスタ１２に１ライン毎に転送される。
【００１２】
そして水平転送レジスタ１２に転送された電荷は、タイミング発生回路４から供給される水平転送クロック信号Ｓ４に基づくタイミングで、水平転送レジスタ１２から出力部１３に転送され、当該出力部１３から画像信号Ｓ１として１ライン毎に出力される。
【００１３】
Ｓ／Ｈ回路５は、ＣＣＤ３から供給された画像信号Ｓ１を基にアナログ信号の画像信号Ｓ１０を生成し、これをアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路２０に送出する。Ａ／Ｄ変換回路２０は、この画像信号Ｓ１０をアナログディジタル変換し、その結果得た画像データＳ１１をカメラ信号処理回路２１に送出する。
【００１４】
カメラ信号処理回路２１は、画像データＳ１１に対して例えばガンマ補正、ゲインコントロールなどのデータ処理を施すことにより画像データＳ１２を得、これを切換回路２２を介して液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）２３に送出し当該ＬＣＤ２３に表示する。
【００１５】
この状態において、ユーザが操作部３０において画像データＳ１２を記録するための操作を行うと、操作部３０は記録動作を行うための命令信号Ｓ１４をコントローラ３１に送出する。コントローラ３１は、供給された命令信号Ｓ１４を基に、画像データＳ１２の記録を制御する記録制御信号Ｓ１５を生成し、当該記録制御信号Ｓ１５をメモリコントロール３２及び切換回路２２に送出する。
【００１６】
切換回路２２は、この記録制御信号Ｓ１５に基づいて、カメラ信号処理回路２１から供給される画像データＳ１２をデータバスＢＵＳを介してＤＲＡＭ（Dynamic Random Access memory）３３に送出する。
【００１７】
ところでメモリコントロール３２には、タイミング発生回路４からカメラ信号処理回路２１を介して水平同期信号Ｈ及び垂直同期信号Ｖが供給されており、当該メモリコントロール３２は、コントローラ３１から供給される記録制御信号Ｓ１５に基づいて水平同期信号Ｈ及び垂直同期信号Ｖを画像データＳ１２に付加しながら当該画像データＳ１２を一旦ＤＲＡＭ３３に書き込む。
【００１８】
その後メモリコントロール３２は、このＤＲＡＭ３３から画像データＳ１２を読み出し、当該読み出した画像データＳ１２をデータバスＢＵＳを介して圧縮／伸長回路３４に送出する。圧縮／伸長回路３４は、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Coding Experts Group ）規格に基づく符号化方式によって画像データＳ１２を圧縮符号化することにより圧縮画像データＳ１７を生成し、これをフラッシュメモリ３５に書き込んで蓄積する。
【００１９】
この状態において、ユーザが操作部３０において圧縮画像データＳ１７を再生するための操作を行うと、操作部３０は再生動作を行うための命令信号Ｓ１４をコントローラ３１に送出する。コントローラ３１は、供給された命令信号Ｓ１４に基づいて圧縮画像データＳ１７を再生する再生制御信号Ｓ２０を生成し、これをフラッシュメモリ３５に送出することにより、当該フラッシュメモリ３５から圧縮画像データＳ１７を読み出して圧縮／伸長回路３４に送出する。
【００２０】
圧縮／伸長回路３４は、フラッシュメモリ３５から供給された圧縮画像データＳ１７を伸長復号化し、その結果得た画像データＳ２１をデータバスＢＵＳを介して切換回路２２に送出する。切換回路２２には、コントローラ３１において命令信号Ｓ１５を基に生成された再生制御信号Ｓ２０が供給されており、切換回路２２は、この再生制御信号Ｓ２０に基づいて、圧縮／伸長回路３４から供給された画像データＳ２１をＬＣＤ２３に送出し当該ＬＣＤ２３に表示する。
【００２１】
ところで、このディジタルスチルカメラ１においては、高速撮像を行い得るようになされており、ユーザが操作部３０において高速撮像を行うための操作を行うと、当該操作部３０から高速撮像を行うための命令信号Ｓ１４をコントローラ３１に送出する。コントローラ３１は、供給された命令信号Ｓ１４を基に高速撮像制御信号Ｓ２５を生成し、これをタイミング発生回路４、カメラ信号処理回路２１、切換回路２２及びメモリコントロール３２に送出する。
【００２２】
タイミング発生回路４は、コントローラ３１と共に固体撮像素子駆動手段を構成し、供給された高速撮像制御信号Ｓ２５に基づいて、読出しパルス信号Ｓ２、垂直転送クロック信号Ｓ３及び水平転送クロック信号Ｓ４を生成し、これらをＣＣＤ３に送出する。ＣＣＤ３は、このタイミング発生回路４から供給された読出しパルス信号Ｓ２に基づいて、全画素のうち垂直方向の一部の画素行のみから電荷を読み出すいわゆる間引き読出しを行う。
【００２３】
そしてＣＣＤ３は、この間引き読出しを実行して電荷を垂直転送レジスタ１１に転送した後、タイミング発生回路４から供給される垂直転送クロック信号Ｓ３に基づくタイミングで、当該電荷を垂直転送レジスタ１１から水平転送レジスタ１２に向けて転送する垂直転送を行う。このようにＣＣＤ３は、間引き読出しと垂直転送とを交互に実行することにより、高速撮像を可能としている。
【００２４】
具体的には図２（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ３は、各画素に対応して設けられているフォトセンサー部１０のうち１／８の数のフォトセンサー部１０のみから電荷を読み出し、垂直転送レジスタ１１に転送する。すなわち、８ラインのうち１ライン（例えば１ライン目、９ライン目、……）のフォトセンサー部１０に蓄積されている電荷のみが読み出される。
【００２５】
そしてこの垂直転送レジスタ１１に転送された電荷は、タイミング発生回路４から供給される垂直転送クロック信号Ｓ３に基づくタイミングで、当該垂直転送レジスタ１１から水平転送レジスタ１２に向けて１段（すなわち１ライン）転送される。
【００２６】
そしてＣＣＤ３は、所定の露光時間が経過した後、再び電荷の間引き読出しを行い、垂直転送を実行する。このようにしてＣＣＤ３は、間引き読出しと垂直転送とを交互に８回ずつ繰り返して行うことにより、露光タイミングの異なる８枚の画像（イからチ）を得る。
【００２７】
この場合、水平転送レジスタ１２に転送された電荷は、タイミング発生回路４から供給される水平転送クロック信号Ｓ４に基づくタイミングで、水平転送レジスタ１２から出力部１３に転送され、当該出力部１３から画像信号Ｓ３０として１ライン毎に出力される。
【００２８】
ここで高速撮像を実行する際のタイミングチャートを図３に示す。図３（Ａ）は読出しパルス信号Ｓ２を示し、図３（Ｂ）は垂直転送クロック信号Ｓ３を示す。図３（Ｃ）は露光時間を示し、当該露光時間は読出しパルス信号Ｓ２によって決定される。図３（Ｄ）は、出力部１３すなわちＣＣＤ３から出力される画像信号Ｓ３０の各ライン毎の出力タイミングを示し、当該画像信号Ｓ３０は１ライン毎に垂直転送クロック信号Ｓ３に同期して出力されている。
【００２９】
因みに、この場合ＣＣＤ３は、撮像した全てのラインの画像信号Ｓ３０を撮像期間中に出力できないことから、撮像期間終了後の読み出し期間においても撮像期間に出力できなかった残りのラインの画像信号Ｓ３０を出力するようになされている（図３（Ｄ））。
【００３０】
このようにＣＣＤ３から出力された画像信号Ｓ３０は、Ｓ／Ｈ回路５、Ａ／Ｄ変換回路２０及びカメラ信号処理回路２１を順次介して画像データＳ３１に変換された後、切換回路２２及びデータバスＢＵＳを順次介してＤＲＡＭ３３に書き込まれる。
【００３１】
ところで画像信号Ｓ３０は、ＣＣＤ３において間引き読み出し及び垂直転送を交互に実行して生成されたものであることから、露光タイミングの順とは関係なく垂直転送レジスタ１１から水平転送レジスタ１２に転送された順で１ライン毎に出力されている。
【００３２】
従ってメモリコントロール３２は、コントローラ３１から供給される高速撮像制御信号Ｓ２５に基づいて、ＤＲＡＭ３３上で画像データＳ３１の並べ替えを行うことにより、露光タイミング毎に８枚の正しい画像を生成し、これらを画像データＳ３２としてデータバスＢＵＳを介してカメラ信号処理回路２１に送出する。
【００３３】
この画像データＳ３２は垂直方向にデータ量が１／８に削減されていることから、カメラ信号処理回路２１は、当該画像データＳ３２に対して垂直方向の補間処理を施し、その結果得た補間画像データＳ３３をデータバスＢＵＳを介して圧縮／伸長回路３４に送出する。圧縮／伸長回路３４は、この補間画像データＳ３３を圧縮符号化することにより圧縮画像データＳ３４を生成し、これをフラシュメモリ３５に書き込んで蓄積する。
【００３４】
この状態において、ユーザが操作部３０において圧縮画像データＳ３４を再生するための操作を行うと、コントローラ３１は、フラッシュメモリ３５から圧縮画像データＳ３４を読み出し、当該圧縮画像データＳ３４を圧縮／伸長回路３４、データバスＢＵＳ及び切換回路２２を順次介してＬＣＤ２３に送出して表示する。
【００３５】
以上の構成において、ＣＣＤ３は、高速撮像時、フォトセンサー部１０でなる全画素のうち１／８の数の画素のみから電荷を読み出す。そしてＣＣＤ３は、この間引き読出しを実行して電荷を垂直転送レジスタ１１に転送した後、１段の垂直転送を行う。このようにＣＣＤ３は、間引き読出しと垂直転送を交互に実行することにより、高速撮像を可能としている。
【００３６】
すなわち、撮像と撮像の最小間隔は、電荷を垂直転送レジスタ１１に転送するための時間と、１段の垂直転送に要する時間との和となり、数１０〔μｓ〕の間隔での撮像が可能となる。これにより従来に比して一段と撮像間隔を短縮することができる。例えば垂直転送レジスタ１１に転送するための時間を３．５〔μｓ〕、１段垂直転送するのに要する時間を１５〔μｓ〕とすると、約１９〔μｓ〕の間隔での連続撮像が可能となる。
【００３７】
また、このＣＣＤ３は特殊な構造を必要とせず、汎用のＣＣＤを使用できることから、ＣＣＤ３の設計変更をすることなく簡易な構成で高速撮像を行い得る。さらにこのディジタルスチルカメラ１においては、高速撮像時には全画素の１／８の数の画素を読み出すのに対して、通常時には全画素を読み出すことにより、画質の劣化を抑えながら高速撮像を行い得る。
【００３８】
以上の構成によれば、ＣＣＤ３の撮像面に形成されるフォトセンサー部１０でなる全画素のうち垂直方向の一部の画素行のみから電荷を読み出す間引き読み出しを実行した後、当該電荷を垂直転送レジスタ１１に転送して１段の垂直転送を行い、この間引き読み出しと１段の垂直転送とを交互に実行することにより、ＣＣＤ３を設計変更することなく従来に比して一段と撮像間隔を短縮することができ、かくして簡易な構成で高速撮像を行い得る。
【００３９】
なお上述の実施の形態においては、全画素のうち１／８の数の画素のみから電荷を読み出す場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば全画素のうち１／１０の数の画素のみから電荷を読み出すようにしても良く、要は、全画素のうち垂直方向の一部の画素行のみから電荷を読み出すようにすれば良い。
【００４０】
また上述の実施の形態においては、電荷を垂直転送レジスタ１１に転送した後、１段の垂直転送を行う場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば２段の垂直転送を行うようにしても良く、要は、読み出す画素の間引きの数に応じた段数分（すなわちライン数分）だけ垂直転送を行うようにすれば良い。
【００４１】
また上述の実施の形態においては、タイミング発生回路４から供給される読出しパルス信号Ｓ２に基づくタイミングで、フォトセンサー部１０から電荷を読み出して露光時間を調整する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図３（Ｅ）に示すようなサブパルス信号に基づくタイミングで、ＣＣＤ３のフォトセンサー部１０に蓄積された電荷を掃き捨てる（図３（Ｆ））ことにより、サブパルス信号の発生タイミングを制御して露光時間をさらに細かく調整することができる。
【００４２】
また上述の実施の形態においては、タイミング発生回路４から供給される読出しパルス信号Ｓ２に基づくタイミングで、フォトセンサー部１０から電荷を読み出す場合について述べたが、本発明はこれに限らず、各露光毎に露光時間及び撮像間隔を設定して撮像しても良く、また１つのトリガに対して予め設定しておいた露光時間及び撮像間隔で撮像するようにしても良い。
【００４３】
また上述の実施の形態においては、本発明をＣＣＤ３に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＣＭＯＳ（Complementory Metal Oxide Semiconductor ）のような他の種々の固体撮像素子を本発明に適用するようにしても良い。
【００４４】
さらに上述の実施の形態においては、本発明をディジタルスチルカメラ１に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置に本発明を広く適用し得る。
【００４５】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、行列状に配され、受光した光を光電変換する光電変換部を有する画素部と、画素部から読み出した電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、一部の画素行から間引きして垂直電荷転送部に電荷を読み出す間引き読出しと垂直電荷転送部における１段の垂直転送とを交互に行なうように画素部及び垂直電荷転送部を制御するようにしたことにより、撮像と次の撮像とに要する撮像間隔を従来に比して一段と短縮することができ、かくして高速撮像を行い得る撮像装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】ＣＣＤの構成を示す略線図である。
【図３】高速撮像時のタイミングチャートを示す略線図である。
【符号の説明】
１……ディジタルスチルカメラ、２……光学レンズ、３……ＣＣＤ、４……タイミング発生回路、５……Ｓ／Ｈ回路、１０……フォトセンサー部、１１……垂直転送レジスタ、１２……水平転送レジスタ、１３……出力部、２０……Ａ／Ｄ変換回路、２１……カメラ信号処理回路、２２……切換回路、２３……ＬＣＤ、３０……操作部、３１……コントローラ、３２……メモリコントロール、３３……ＤＲＡＭ、３４……圧縮／伸長回路、３５……フラッシュメモリ。
【図１】
0004284577.tif 000002
【図２】
0004284577.tif 000003
【図３】
0004284577.tif 000004