(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段と、前記固体撮像素子の撮像面に対する被写体像の透過状態と遮光状態とを切換え可能な光学的シャッタ手段と、前記駆動手段および前記シャッタ手段を制御して露光および画像信号の読み出しを制御する撮像制御手段とを具備し、
前記撮像制御手段は、当該撮像対象たる画像の撮像に際して、前記シャッタ手段による遮光状態から透過状態への切換えまたは前記シャッタ手段の透過状態において前記駆動手段により最終の電荷排出パルスＳＵＢを出力することによって当該撮像に関する全露光を開始し、前記シャッタ手段による透過状態を遮光状態に切換えることにより当該撮像に関する全露光を終了させ、かつ前記全露光開始から前記全露光終了に亘る期間中に前記駆動手段により第１の電荷移送パルスＴＧ１を出力することによって第１の露光を終了させると同時に第２の露光を開始させるように構成され、かつ前記第１の露光によって生成された第１の画像信号の読み出しのための前記固体撮像素子の転送路駆動を前記全露光終了後に開始するとともに、前記第１の画像信号の読み出しが終了した後に、前記第２の露光によって生成された第２の画像信号を第２の電荷移送パルスＴＧ２の出力により前記固体撮像素子の転送路に移送してから、これを読み出すための転送路駆動を行なうように構成されたものであって、
前記固体撮像素子の基板バイアス電圧ＶＳＵＢの設定値を異なる値に制御して該基板バイアス電圧ＶＳＵＢの設定値に対応して定まるオーバーフローレベルを、前記第１の電荷移送パルスＴＧ１の出力以前の第１の露光期間においては第１のレベルに、前記全露光終了時点から前記第２の電荷移送パルスＴＧ２の出力時点に至る期間においては前記第１のレベルよりも大きい第２のレベル以上にそれぞれ設定することにより、前記第１の画像信号と前記第２の画像信号の読み出し後の飽和レベルを相等しく保つように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記オーバーフローレベルの第１のレベルから第２のレベルへの設定レベルの変更は、全露光終了に係る前記シャッタ手段の透過状態から遮光状態への遷移期間内に開始されかつ完了するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の露光と前記第２の露光とで露光時間を等しく設定し、前記第１の画像信号と前記第２の画像信号の差分に基づいて、被写体の変化を検出する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１の露光と前記第２の露光とで露光時間を等しく設定し、前記第１の画像信号と前記第２の画像信号を加算平均して出力する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
固体撮像素子を用いて２画像の連続撮像を行うことが可能な撮像装置であって、
前記固体撮像素子の撮像面に対する被写体像の透過状態と遮光状態とを切換え可能な光学的シャッタ手段と、
前記２画像の連続撮像のための全露光期間中に第１の電荷移送パルスＴＧ１を出力することによって第１の露光を終了させると同時に第２の露光を開始させ、かつ前記第１の露光によって生成された第１の画像信号の読み出しのための前記固体撮像素子の転送路駆動を前記全露光期間終了後に開始するとともに、前記第１の画像信号の読み出しが終了した後に、前記第２の露光によって生成された第２の画像信号を第２の電荷移送パルスＴＧ２の出力により前記固体撮像素子の転送路に移送してから、これを読み出すための転送路駆動を行なう撮像制御手段とを具備し、
前記撮像制御手段は、全露光終了に係る前記シャッタ手段の透過状態から遮光状態への遷移に合わせて、前記固体撮像素子の電荷蓄積部のオーバーフローレベルが第１のレベルからそれよりも大きい第２のレベルに次第に変化するように、前記固体撮像素子の基板バイアス電圧ＶＳＵＢの設定値を制御するように構成されてい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】
本発明は撮像装置に関し、特にＣＣＤ等の撮像素子を用いて被写体像を撮像する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、露光量の異なる２枚の画像を合成することによって広ダイナミックレンジの撮像画像を得る試みが、種々提案されている。特に、２画像の撮影の間に被写体が動いた場合に生じる処理の破綻を防止するために、ＣＣＤのような破壊読み出し型の撮像素子を用いた場合であっても、得られる２つの画像のタイミングのずれが最小になるように工夫した読み出し方法が、例えば特開平４−２０７５８１号公報に記載されている。
【０００３】
このような時間差を極小にした２画像連続撮像技術は上記広ダイナミックレンジ撮像に限らず、２画像を用いた画像処理により様々な高画質化や新撮像機能に応用できる可能性を持っており、それ自体技術的期待は大きい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
２画像連続撮像によって得た２画像を合成するという用途においては、２画像をタイミングずれなく得るという一般の撮像とは異なる特殊な制約条件を充たしつつ、当然ながら通常の１画像だけの撮像に対して画質低下を生じてはならない。また、仮に若干の画質低下を許容した場合であっても、２画像の画質が揃っていることが要求されるのが一般的であり、一方の画質が低下するような場合には問題となる。
【０００５】
しかし、上記特殊な制約条件が課せられるために単なる１画像撮像の場合に比して様々な画質低下要因に対して対処しうる方法が限られ、現実には大きな画質劣化が生じることを余儀なくされていた。このような観点から本出願人は先の特許出願（特願２０００−７７１３６号）によって、上記特殊な制約条件を充たしつつ、従来技術に比してスミアの発生を大幅に低減することのできる技術を提案している。
【０００６】
ところが、このような撮像技術においてもなお特に第２画像においては、通常の１画像だけの撮像による画像、あるいは２画像連続撮像時の第１画像に比して、画像信号の飽和レベルが低下するという問題が生じる。この現象について詳述すれば、これは光電変換蓄積領域における電荷リークに起因するものである。ここで本発明が問題とする上記電荷リークとは、例えばメカシャッタの遮光後に顕著になるものであって、撮像素子の電荷蓄積部においてオーバーフローレベル以下の蓄積電荷の一部が時間とともに失われるために、電荷蓄積部の信号の飽和レベルが低下する現象である。
【０００７】
この原因は電子の量子力学的ゆらぎによって、上記オーバーフローレベルを乗り越えて基板側に電荷が排出されてしまうためであるとされている。このとき（新たな光電荷の発生が無ければ）電荷がリークするのに伴って電荷蓄積部の電位も下がることからリーク電流は遮光後の時間経過に連れて減衰する。その結果、蓄積電荷量すなわち撮像素子出力の飽和信号量は遮光後の経過時間に対して対数関数的な減衰特性を示すことになり、その値は一例を挙げれば１〜２ｍｓ経過後に飽和レベルは約７０％にまで低下する。もとよりこれは量子力学的効果であるから、取扱う電荷量が充分多い場合には無視し得るが、近年の撮像素子の高画素化によって１画素当たりの電荷量が極めて小さくなっているために顕在化しつつある現象である。
ところで、従来この現象の存在自体は知られており、例えば飛越走査型ＣＣＤ撮像素子において奇数フィールドと偶数フィールドの蓄積電荷量が一致しなくなりライン段差を生じる、という問題に対して対策を施す技術を本出願人自身が提案している（特開平０９−１６３２３９号公報）。
【０００８】
これに対して順次走査型ＣＣＤ撮像素子では、１回の電荷移送パルス（ＴＧパルス）によって電子的にシャッタ閉が行われるからこのような不具合は原理的に生じないものである。なぜならこのリークによる飽和レベルの低下は、当該電荷が電荷蓄積部から垂直転送路に移送されるまでの期間に生じるものであるから、順次走査型撮像素子において、入力光が照射している間にＴＧを出力すること、またはメカシャッタを併用する場合でもそのシャッタ閉とほぼ同時にＴＧを出力することで飽和レベルの低下を生じないようにすることができるし、仮にメカシャッタ閉から長時間後にＴＧを出力することにより飽和レベルが低下するような場合であっても、少なくとも飛越走査型撮像素子のようなライン段差は生じないから、その１画像のみに関する若干の画質劣化に留まるものであったからである。
【０００９】
しかるに、２画像連続撮像技術に関しては、順次走査型ＣＣＤ撮像素子を用いてもなお上記特殊な制約条件が課せられるために、メカシャッタ閉とほぼ同時にＴＧを出力することは通常許されないため上記飽和レベルの低下による問題が顕著に生じてしまう。しかもこれは第２画像のみに生じるものであるので、一般の撮像に於いて仮に許容される程度の劣化であったとしても、第１画像と第２画像との画質が不揃いとなるという不具合を招くことになる。
【００１０】
なお、上記不具合のうち、特に画質不揃いによって生じる不具合の例を参考のため挙げれば、２画像の相関度を比較することで被写体の動きを検出するという技術がある。これは第１の画像の例えば中央部に所定サイズの基準ウインドウを設け、第２の画像の中央部近傍に基準ウインドウと同じサイズで、基準ウインドウからの相対位置座標が（ｉ，ｊ）である複数の検出ウインドウを設けて、各（ｉ，ｊ）毎に基準ウインドウの画像信号と検出ウインドウの画像信号の画素毎の差分絶対値の総和量を算出し、この総和量が最小である、すなわち比較する領域の画像相関が最大であるような（ｉ，ｊ）を求めてこれを動きベクトル（ｘ，ｙ）とするものである。これは例えば２画像を合成するに先立って、動きによる２像のずれを補正してから合成するとか、ずれが大きい場合は合成を中止するとかの補助的な目的で使用することも考えられるし、合成とは無関係に動き情報を検出するために使用することも考えられる。このような相関比較において、比較対象の２画像の画質が不揃いであれば誤動作の原因になることは明らかであろう。
【００１１】
無論、このような画質不揃いの問題以前に、たとえ２画像のうち一方のみであっても２画像撮影の制約条件下では画質劣化を避け得ないということ自体も問題であって、例えば２つの画像を加算平均することでランダムノイズを低減して画質を向上するような用途では、第２画像の画質が低下することによりトータル画像の画質が本来得られる筈の画質に対して低下してしまうことは明らかである。
【００１２】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、２画像をタイミングずれなく得るという制約条件を充たしながら、第１には飽和レベルの低下を生じることなく、また第２には仮にそれが生じても２画像間の飽和レベル低下の程度を揃えることで２画像の画質が揃った、高画質な２画像連続撮像を実現し得る撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段と、前記固体撮像素子の撮像面に対する被写体像の透過状態と遮光状態とを切換え可能な光学的シャッタ手段と、前記駆動手段および前記シャッタ手段を制御して露光および画像信号の読み出しを制御する撮像制御手段とを具備し、前記撮像制御手段は、当該撮像対象たる画像の撮像に際して、前記シャッタ手段による遮光状態から透過状態への切換えまたは前記シャッタ手段の透過状態において前記駆動手段により最終の電荷排出パルスＳＵＢを出力することによって当該撮像に関する全露光を開始し、前記シャッタ手段による透過状態を遮光状態に切換えることにより当該撮像に関する全露光を終了させ、かつ前記全露光開始から前記全露光終了に亘る期間中に前記駆動手段により第１の電荷移送パルスＴＧ１を出力することによって第１の露光を終了させると同時に第２の露光を開始させるように構成され、かつ前記第１の露光によって生成された第１の画像信号の読み出しのための前記固体撮像素子の転送路駆動を前記全露光終了後に開始するとともに、前記第１の画像信号の読み出しが終了した後に、前記第２の露光によって生成された第２の画像信号を第２の電荷移送パルスＴＧ２の出力により前記固体撮像素子の転送路に移送してから、これを読み出すための転送路駆動を行なうように構成されたものであって、前記固体撮像素子の基板バイアス電圧ＶＳＵＢの設定値を異なる値に制御して該基板バイアス電圧ＶＳＵＢの設定値に対応して定まるオーバーフローレベルを、前記第１の電荷移送パルスＴＧ１の出力以前の第１の露光期間においては第１のレベルに、前記全露光終了時点から前記第２の電荷移送パルスＴＧ２の出力時点に至る期間においては前記第１のレベルよりも大きい第２のレベル以上にそれぞれ設定することにより、前記第１の画像信号と前記第２の画像信号の読み出し後の飽和レベルを相等しく保つように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
この撮像装置においては、固体撮像素子のオーバーフローレベルを、第１の露光期間よりも、全露光終了時点から前記第２の電荷移送パルスＴＧ２の出力時点に至る期間においてより大きく設定する制御が行われる。これによってリーク発生以前の第２画像の飽和レベルを第１画像に対して相対的に大きくできるから、少なくとも第１および第２の両画像の飽和レベルを等しく設定でき、２画像の画質が揃った高画質な２画像連続撮像を実現することが可能となる。
【００１５】
また、前記オーバーフローレベルの第１のレベルから第２のレベルへの設定レベルの変更は、全露光終了に係る前記シャッタ手段の透過状態から遮光状態への遷移期間内に開始されかつ完了するように制御することが好ましい。
【００１６】
シャッタ手段が閉じる遷移期間においては固体撮像素子の板面照度が徐々に減少していくので、この期間は、いわばブルーミングの悪影響からリークの悪影響への遷移期間と考えることができる。一方、オーバーフローレベルを上げることは、ブルーミング抑圧状態からリーク抑圧状態への切換えに相当している。よって、シャッタ手段が閉じる遷移期間にオーバーフローレベルの変更を開始し且つ完了することにより、オーバーフローレベルを上げることによるブルーミングの影響を抑制しつつ、光の入射が絶たれた後の電荷リークによる問題を改善することが可能となる。
【００１７】
特に、シャッタ手段の透過状態から遮光状態への遷移に合わせてオーバーフローレベルを第１のレベルから第２のレベルに次第に変化させるという制御を用いることにより、ブルーミングの問題からリークの問題への遷移とブルーミング抑圧状態からリーク抑圧状態への遷移とが相まって、問題の発生程度に応じた最適な抑圧効果を得ることが可能となる。
【００１８】
また、前記第１の露光と前記第２の露光とで露光時間を等しく設定し、前記第１の画像信号と前記第２の画像信号の差分に基づいて、被写体の変化を検出するする手段を設けることにより、画質の揃った２画像から被写体の変化を精度良く検出することが可能となる。
【００１９】
さらに、前記第１の露光と前記第２の露光とで露光時間を等しく設定し、前記第１の画像信号と前記第２の画像信号を加算平均して出力する手段を設けることにより、Ｓ／Ｎの高い高画質の画像信号を得ることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成が示されている。ここでは、デジタルカメラとして実現した場合を例示して説明することにする。
【００２１】
図中１０１は各種レンズからなるレンズ系、１０２はレンズ系１０１を駆動するためのレンズ駆動機構、１０３はレンズ系１０１の絞りを制御するための露出制御機構、１０４はメカシャッタ、１０５は色フィルタを内蔵したＣＣＤカラー撮像素子、１０６は撮像素子１０５を駆動するためのＣＣＤドライバ、１０７はＡ／Ｄ変換器等を含むプリプロセス回路、１０８は色信号生成処理，マトリックス変換処理，その他各種のデジタル処理を行うためのデジタルプロセス回路、１０９はカードインターフェース、１１０はメモリカード、１１１はＬＣＤ画像表示系を示している。
【００２２】
また、図中の１１２は各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ（ＣＰＵ）、１１３は各種操作ボタンからなる操作スイッチ系、１１４は操作状態及びモード状態等を表示するための操作表示系、１１５はレンズ駆動機構１０２を制御するためのレンズドライバ、１１６は発光手段としてのストロボ、１１７はストロボ１１６を制御するための露出制御ドライバ、１１８は各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を示している。
【００２３】
本実施形態のデジタルカメラにおいては、システムコントローラ１１２が全ての制御を統括的に行っており、特にメカシャッタ１０４と、ＣＣＤドライバ１０６によるＣＣＤ撮像素子１０５の駆動を制御して露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行い、それをプリプロセス回路１０７を介してデジタルプロセス回路１０８に取込んで、各種信号処理を施した後にカードインターフェース１０９を介してメモリカード１１０に記録するようになっている。
【００２４】
なお、ＣＣＤ撮像素子１０５の駆動制御は、ＣＣＤドライバ１０６から出力される各種駆動信号（電荷移送パルスＴＧ、垂直駆動パルス、水平駆動パルス、基板電圧ＶＳＵＢ、等）を用いて行われる。ＣＣＤカラー撮像素子１０５はマトリクス配置された電荷蓄積部と、水平および垂直にそれぞれ配置された電荷転送路（垂直電荷転送路、水平電荷転送路）とから構成されるものであり、例えばプログレッシブスキャン（順次走査）型で縦型オーバーフロードレイン（ＶＯＦＤ）構造のものなどが用いられる。
【００２５】
電荷移送パルスＴＧが出力されると、各電荷蓄積部と垂直電荷転送路との間に設けられた転送ゲートが開き、各電荷蓄積部から対応する垂直電荷転送路に電荷が移送される。電荷移送パルスＴＧの出力タイミングにより、実質的な露光時間の制御が行われる。また基板電圧ＶＳＵＢは電荷蓄積部の最大電荷蓄積レベル（オーバーフローレベルＯＦＬ）を決定するための基板バイアス電圧であり、またこのＶＳＵＢは、ここに大きな値のパルスを重畳することにより基板への全電荷強制排出にも用いられる。
【００２６】
本実施形態のデジタルカメラに於いては、以下に詳述する２画像連続撮像に関する撮像制御シーケンス、特にオーバーフローレベルＯＦＬの可変制御に関する部分を除けば、通常のデジタルカメラと同様の動作および制御が行われるものであって、そのような公知の部分については説明を省略する。
【００２７】
図２には、本実施形態の撮像素子１０５として利用される、縦型オーバーフロードレイン構造のインターライン型ＣＣＤの断面構造が示されている。
ｎ型半導体基板４００は接合の浅いＰウェルの第１領域４０１と接合の深いＰウェルの第２領域４０２とで形成されている。第１領域４０１の接合ｎ型領域が形成された領域部分はフォトダイオード、いわゆる光電変換領域（電荷蓄積部）４０３として作用する。
【００２８】
第２領域４０２には埋込みチャネル４０４からなる垂直シフトレジスタ即ち転送電極４０５が形成される。その主面は絶縁層４０６を介して転送電極４０５が配置されている。光電変換領域４０３と埋込みチャネル４０４は高いｐ型不純物層からなるチャネルストップ領域４０７によって分離されている。
【００２９】
また光電変換領域４０３と対応する埋込みチャネル４０４との間にトランスファーゲート領域４０８が配置されている。さらに、光電変換領域４０３以外は金属層４０９で遮光されている。ブルーミング抑制はＮ型半導体基板４００と、Ｐウェルの第１領域４０１及び第２領域４０２との接合に逆バイアス電圧である基板バイアス電圧ＶＳＵＢ４１１を印加し、光電変換領域４０３直下のＰウェルの第１領域４０１を完全に空乏化（空乏層化）することにより実現される。また、前述したようにＶＳＵＢに高電位のパルスを重畳することにより、全電荷強制排出を行うことができる。
【００３０】
図３には、基板バイアス電圧ＶＳＵＢに対する電荷蓄積部の飽和信号量（オーバーフローレベルＯＦＬ）の変化特性が示されている。図示のように、基板バイアス電圧ＶＳＵＢの絶対値を大きくすることにより、オーバーフローレベルＯＦＬを低下させることができる。
【００３１】
（撮像制御シーケンス１）
以下、図４のタイミングチャートを参照して、２画像連続撮像時の撮像制御シーケンスの第１の例について説明する。
【００３２】
なお、ここでは、ＯＦＬに対応した基板バイアス値をＶＳＵＢ、電荷排出時の重畳パルスはＳＵＢパルスとして区別することにする。また飽和レベルを高く取るためにはＯＦＬを高くすれば良いが、過剰電荷が溢れてブルーミングとなるためこれはできない。従って以下で述べる「通常撮像時のＯＦＬ」とはブルーミングを生じない範囲でのＯＦＬの最大レベルに設定されることになる。これに対応するＶＳＵＢ値をＶＮとする。またＶＤは垂直同期信号（但し必要に応じてリセットがかけられるから、その意味では１フレーム動作の開始基準信号と言うこともできる）、Ｖ転送は垂直転送路を駆動するための垂直駆動パルス、メカシャッタはメカシャッタ１０４の開閉状態を示している。
【００３３】
シャッタトリガ（撮影開始指令）が入力されると、その後の最初のＶＤに同期して撮像動作が開始される。垂直駆動パルスによって公知の高速電荷排出駆動を開始すると同時に、高電圧のＳＵＢパルスを出力し、これにより垂直転送路と電荷蓄積部それぞれの不要電荷を排出する。そして本露光１の開始時点になると、最終のＳＵＢパルスを出力することにより、２画像連続撮像のための全露光を開始する。このとき、メカシャッタ１０４はすでに開放状態となっている。
【００３４】
続いて、メカシャッタ１０４を開放状態に保持したまま最初の電荷移送パルスＴＧ１を出力して光電荷を垂直転送路に移送することにより、本露光１を終了する同時に第２の本露光２を開始する。このとき、筋引きスミアの発生を防止するために、本露光１により得られる第１の画像の読み出しはまだ開始せず待機、即ち垂直駆動パルスは停止し信号電荷の転送は止めておく。そして、メカシャッタ１０４の遮光により本露光２を終了した後、本露光１による第１画像を読み出すための転送路駆動を開始する。さらに、第１画像の読み出しが終了した後、第２の電荷移送パルスＴＧ２で本露光２による第２画像を垂直転送路に移送してから、それを読み出すための転送路駆動を開始する。このように露光中には転送の駆動が無いから、第１画像にスミアが発生しても筋引きスミアにはならない。また第２画像の読み出しは、第１画像の読み出しによってスミアなどの不要電荷が転送路に全く存在しない状態で行われる。
【００３５】
ここで従来のように、ＶＳＵＢを通常の値ＶＮに固定した場合はＴＧ１で読み出された第１画像は従来どおりだが、第２画像は本露光２終了（遮光）後ＴＧ２まで数ミリ〜１０数ミリ秒かかるため、飽和レベルの低下が発生する。
【００３６】
本例では、メカシャッタ１０４による遮光が開始された後にＶＳＵＢの設定変更が開始され、遮光完了以前にＶＮからそれよりも低いＶＬに達している。つまり、ＴＧ１の出力以前の本露光１の期間においては「通常撮像時のＯＦＬ」に設定されているが、メカシャッタ１０４の遮光による全露光終了時点からＴＧ２の出力時点に至るまでは「通常撮像時のＯＦＬ」よりも高いレベルに設定される。ここで、ＶＬはＶＮの数１０％低い値であり、この程度まで引き下げておけば飽和レベルの低下は殆ど生じない。
【００３７】
なお、遮光完了以降はＶＳＵＢの設定値をＶＬよりもさらに下げても良い。遮光後に関しては光の入射が無いから、ブルーミングの問題は生じず、ＯＦＬを上げても画質への悪影響は無いからである。
【００３８】
シャッタ１０４が閉じる遷移期間は板面照度が徐々に減少していくから、いわばブルーミングの悪影響からリークの悪影響への遷移期間ということができる。一方ＶＳＵＢをＶＮからＶＬに下げることはブルーミング抑圧状態からリーク抑圧状態への切換えに相当している訳であるから、従って、この期間に電圧の切換を開始、完了することが必要となると同時に、図のようにこの期間に併せてＶＳＵＢの値を徐々に変化させることは、その障害の発生の程度に応じた抑圧効果が得られるという意味で特に有効な制御となる。
【００３９】
以上の撮像制御により、時間的に隣接した２画像の飽和レベルをともに通常と同じにすることができるので、２画像の画質を相等しく保つことが可能となる。なお、ＯＦＬを上げることによるブルーミングの発生が一応懸念されるが、上記のように実質的に問題を生じない制御となっている。また、本露光１よりも本露光２の露光時間を長く設定しているが、これは２画像それぞれから良好な画素部分を抽出してそれらを合成することにより、広ダイナミックレンジの記録画像を得るためである。
【００４０】
（撮像制御シーケンス２）
次に、図５のタイミングチャートを参照して、２画像連続撮像時における撮像制御シーケンスの第２の例について説明する。
【００４１】
ここでは、ＶＳＵＢはＶＮよりも下げない制御とする。すなわち、第２画像に飽和レベルの低下が生じるので、第１画像露光中（ＴＧ１出力完了まで）においてはこれに見合う低いＯＦＬに対応したＶＨに設定しておき、ＴＧ１出力完了後速やかにＶＳＵＢをＶＨからＶＮに変更し、「通常撮像時のＯＦＬ」に設定し直す。この場合、２画像の飽和レベルは通常より低下するものの、相等しく保つことができる。またブルーミングが増加する懸念が全く無い。
【００４２】
なお、第２画像における飽和レベルの低下は遮光後からＴＧ２までの遅延時間に依存して変化するが、これは１フレーム期間で一定であるから、第１画像露光中（ＴＧ１出力完了まで）はこれに対応したＶＨの値に設定すればよい。
【００４３】
また、もしＶＮへの変更の遅れが本露光２の期間に対して大きくなるとそれに伴い第２画像の飽和レベルの低下が発生し得るが、速やかな設定により通常は無視し得るものである。
【００４４】
（動き検出および２画像の加算平均処理）
次に、上述の撮像制御シーケンス１または２による２画像連続撮像を応用した機能として、被写体の動き検出を行う例について説明する。
【００４５】
（１）まず、事前の仮露光の撮像出力を用いて、システムコントローラ１１２に含まれる公知の測光手段により適正露出を演算し、使用する絞り値に基いた露光時間ｔ１を決定する。
（２）絞りをその値に制御した後に、撮像制御１または２により、本露光１と本露光２の露光時間をいずれも同じｔ１に設定して撮像を行なう。
【００４６】
（３）取り込んだ第１画像と第２画像に対して、相関演算により動きベクトル（ｘ，ｙ）を求める。具体的には、第１画像の中央部に所定サイズの基準ウインドウを設け、第２の画像の中央部近傍に基準ウインドウと同じサイズで、基準ウインドウからの相対位置座標が（ｉ，ｊ）である複数の検出ウインドウを設けて、各（ｉ，ｊ）毎に基準ウインドウの画像信号と検出ウインドウの画像信号の画素毎の差分絶対値の総和量を算出し、この総和量が最小となるような（ｉ，ｊ）を求めてこれを動きベクトル（ｘ，ｙ）とする。
【００４７】
（４）動き量ｍを、ｍ＝（ｘ２＋ｙ２）１／２によって求める。
（５）撮影の状況を、ｍ≦２（数値２は例示であり、任意の値に設定し得る）によって判断する。すなわち、移動量は画像のぶれ（動きぼけ）に相当するが、これが２画素以内であれば良好、越えていればぶれ大と判断する。
（６）第１画像と第２画像の画素毎の平均演算を行ないこの加算平均の結果を記録画像として記録する。
（７）上記（５）で「ぶれ大」であった場合は警告を発する。
【００４８】
本例によれば、２画像の平均加算によってランダムノイズが低減した高画質な画像を得る事が出来るとともに、２画像撮影技術を使用したにもかかわらず飽和レベルの低下を生じない、また例えば撮影時の手ぶれによって生じる画像のぶれをより正確に検出して警告することが可能な、高機能で高画質なカメラが実現できる。
【００４９】
なお、２画像連続撮像は動き検出のみに使用し、実際に記録画像を得るための実撮像は、２画像連続撮像後に通常の単撮像によって行っても良い。この場合、単撮像時の露光時間ｔ２としては、２画像連続撮像時における各撮像の露光時間ｔ１とは異なる値を用いることもできるので、前述の（５）による実撮像画像のぶれの判断に際しては、露光時間比の換算を行なったｍ’（ｍ’＝ｍ×ｔ２／ｔ１）を使用することが効果的である。つまり、２画像連続撮像により検出された動き量ｍの値を２画像連続撮像後に行われる実撮像時の露光時間に換算してｍ’を得、そしてｍ’≦２であるか否かを判定することにより実撮像時における画像のぶれ具合を検出する。
【００５０】
さらに、（６）においては、第１と第２の画像の動きずれを補正する処理（例えば第２画像全体に対して（−ｘ、−ｙ）の座標シフト処理）を追加して、動きずれを補正した後の２画像の平均演算をするように構成することができる。これにより、動きぼけが１回の露光期間中に生じるものだけとなるので、極めて好適な変形形態となる。
【００５１】
なお、この他にも以下のような様々な応用例が考えられる。
・予めメカシャッタ１０４を開放状態に保っておき、ＳＵＢパルスによって露光開始しても良い。この場合ＴＧ１出力以前は転送路の電荷排出駆動を継続的に行なう必要があるが、メカシャッタ１０４の制御は閉動作のみと単純化できる。もちろん、これとは別に先の実施例におけるメカシャッタ開と最終ＳＵＢパルス出力との順序を入れ替えてメカシャッタ１０４の開動作により、露光開始することも可能である。
【００５２】
・ＴＧ１出力直後に電荷強制排出のためのＳＵＢパルスを出してから本露光２を開始させても良い。（このようなものも含めて第１露光終了と第２露光の開始が実質的に同時であれば目的は達成されるから、本発明の請求の範囲に含まれる。）
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２画像をタイミングずれなく得るという条件を充たしながら、飽和レベルの低下を生じ無い高画質な撮像を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態の撮像装置で用いられる撮像素子の断面構造を示す図。
【図３】同実施形態で用いられる撮像素子の基板電圧とオーバーフローレベルとの関係を示す図。
【図４】同実施形態で用いられる第１の撮像制御シーケンスを示すタイミングチャート。
【図５】同実施形態で用いられる第２の撮像制御シーケンスを示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０１…撮像レンズ
１０２…レンズ駆動機構
１０３…露出制御機構
１０４…メカシャッタ
１０５…ＣＣＤカラー撮像素子
１０６…ＣＣＤドライバ
１０７…プリプロセス回路
１０８…デジタルプロセス回路
１１２…システムコントローラ
【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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