JP2006166135A - 撮像装置、駆動装置、デジタルカメラ、及び、撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＯＳ型撮像素子のように、露光タイミングにずれがある撮像素子を搭載しつつも露光タイミングのずれに起因する画像の歪を完全に排除し、静止画撮影においても品質の高い画像を得ることができるデジタルカメラを提供する。
【解決手段】受光量に応じた輝度情報を蓄積する単位セルが複数個配列されている撮像装置を備えるデジタルカメラ１００であって、撮像装置は、外部からの撮影指示を受付ける受付け手段１０３と、撮影指示が受付けられると遮光ゲートが開いた状態で全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットするオールリセット手段１０４と、リセットの後遮光ゲートを開いた状態のままで露光時間の経過時に遮光ゲートを閉じて全ての単位セルへの入射光を同時に遮断する遮光手段１０１と、記遮光ゲートを閉じた後遮光ゲートを閉じた状態のままで全ての単位セルから順次輝度情報を読み出す読み出し手段１０５とを含む。
【選択図】 図８

Description

本発明は、光を入射して光電変換する単位セルが、半導体基板上に１次元又は２次元に配置してなる撮像装置に関し、特に、被写体の動きに伴う画像の歪みを防止するための技術に関する。

近年、デジタルカメラ付き携帯電話等の撮像機器が一般に普及している。
これらの撮像機器は、軽量化及び連続使用時間を延ばす為に消費電力を抑えることが必須であるので、ＣＣＤ型撮像素子と比べ消費電力が著しく低いＭＯＳ型撮像素子を搭載しているものが多い。
従来のＭＯＳ型撮像素子は、ライン毎に電荷を読み出すので、ライン毎に露光タイミングが異なり、被写体の動きに伴い画像が歪むという欠点がある。

特許文献１には、上記欠点を解決する撮像装置が開示されており、品質の高い画像を得ることができると記載されている。
特開２００４−６４５５８号公報

しかしながら、特許文献１の撮像装置は、ライン毎の露光タイミングのずれに起因する画像の歪を人間の視覚感度特性上無視できる程度に十分小さくするものであるので、完全に当該歪を完全に排除するものではなく、また動画撮影を対象としたものであって、静止画撮影では十分な効果が得られない。
また、ＭＯＳ単チャンネルで周辺回路を構成する場合には、ダイナミック回路とすることが多く、フローティング状態が存在するため誤動作しやすいので、仮に静止画撮影において露光開始のタイミングを合わせる為に、電子シャッターで全ての単位セルを同時にリセットするような場合には、何らかの対策が望まれる。

そこで本発明は、ＭＯＳ型撮像素子のように、露光タイミングにずれがある撮像素子を搭載しつつも、露光タイミングのずれに起因する画像の歪を完全に排除し、静止画撮影においても品質の高い画像を得ることができ、またＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路において誤動作を抑制することができる撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、受光量に応じた輝度情報を蓄積する単位セルが複数個配列されている撮像装置であって、外部から撮影指示を受付ける受付け手段と、前記撮影指示が受付けられると遮光ゲートが開いた状態で全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットするオールリセット手段と、前記リセットの後前記遮光ゲートを開いた状態のままで露光時間の経過時に当該遮光ゲートを閉じて全ての単位セルへの入射光を同時に遮断する遮光手段と、前記遮光ゲートを閉じた後当該遮光ゲートを閉じた状態のままで全ての単位セルから順次前記輝度情報を読み出す読み出し手段とを備えることを特徴とする。

ここで、撮像装置において、前記遮光手段は、前記露光時間の変動に無関係なタイミングで前記遮光ゲートを閉じ、前記オールリセット手段は、前記露光時間の変動に応じて前記リセットのタイミングを変更することによって前記露光時間を調整することを特徴とすることもできる。
ここで、撮像装置は、さらに、前記撮影指示が受付けられる前に前記遮光ゲートを開いた状態のままで連続的に動画用の輝度情報を読み出して動画を表示し前記撮影指示が受付けられると少なくとも前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出しが終了するまで動画用の輝度情報を読み出す際に行毎に行われる画素リセット動作及び輝度情報読み出し動作を停止するモニター手段を備えることを特徴とすることもできる。

ここで、撮像装置において、前記モニター手段は、前記動画用の輝度情報を読み出す際に画素リセット信号、及び輝度情報読み出し信号を印加し少なくとも前記オールリセット手段によるリセットから前記遮光手段による入射光の遮断までの間は当該画素リセット信号及び当該輝度情報読み出し信号を印加しないことを特徴とすることもできる。
ここで、撮像装置において、前記モニター手段は、前記画素リセット信号及び前記輝度情報読み出し信号を行毎に順に生成するシフトレジスタを含み、少なくとも前記オールリセット手段によるリセットから前記遮光手段による入射光の遮断までの間当該シフトレジスタ動作を停止し行毎の前記画素リセット信号及び前記輝度情報読み出し信号の生成を停止することを特徴とすることもできる。

ここで、撮像装置において、前記シフトレジスタは、１フレーム毎に与えられるスタートパルスを順次シフトすることにより前記画素リセット信号及び前記輝度情報読み出し信号を行毎に順に生成し、前記モニター手段は、前記撮影指示が受付けられると少なくとも前記遮光手段による入射光の遮断まで前記スタートパルスを停止することを特徴とすることもできる。

ここで、撮像装置において、前記オールリセット手段は、前記シフトレジスタにより行毎に生成される前記画素リセット信号及び前記輝度情報読み出し信号の生成が停止した後から前記遮光手段による入射光の遮断までの間に全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットすることを特徴とすることもできる。
ここで、撮像装置において、前記モニター手段は、前記動画用の輝度情報を読み出す際に、電子シャッター用画素リセットパルス、電子シャッター用画素読み出しパルス、画像信号読み出し用画素リセットパルス、及び、画像信号読み出し用画素読み出しパルスを印加し、少なくとも前記オールリセット手段によるリセットから前記遮光手段による入射光の遮断までの間は、電子シャッター用画素読み出しパルス、及び、画像信号読み出し用画素読み出しパルスを印加しないことを特徴とすることもできる。

ここで、撮像装置において、前記モニター手段は、前記動画用の輝度情報を読み出す際に、電子シャッター用画素リセットパルス、電子シャッター用画素読み出しパルス、画像信号読み出し用画素リセットパルス、及び、画像信号読み出し用画素読み出しパルスを印加し、少なくとも前記オールリセット手段によるリセットから前記遮光手段による入射光の遮断までの間は、電子シャッター用画素リセットパルス、電子シャッター用画素読み出しパルス、画像信号読み出し用画素リセットパルス、及び、画像信号読み出し用画素読み出しパルスを印加しないことを特徴とすることもできる。

ここで、撮像装置において、前記モニター手段は、前記動画用の輝度情報を読み出す際に、電子シャッター用画素読み出しパルス、及び、電子シャッター用画素リセットパルスを印加し、前記オールリセット手段によるリセットから前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出し終了までの間は当該電子シャッター用画素読み出しパルスを印加しないことを特徴とすることもできる。

ここで、撮像装置において、前記モニター手段は、前記動画用の輝度情報を読み出す際に、電子シャッター用画素読み出しパルス、及び、電子シャッター用画素リセットパルスを印加し、前記オールリセット手段によるリセットから前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出し終了までの間は、当該電子シャッター用画素読み出しパルス、及び、電子シャッター用画素リセットパルスを印加しないことを特徴とすることもできる。

ここで、撮像装置において、前記モニター手段は、前記画素リセット信号を行毎に順に生成するシフトレジスタを含み、前記オールリセット手段によるリセットから前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出し終了までの間当該シフトレジスタによる行毎の前記画素リセット信号の生成を停止することを特徴とすることもできる。
ここで、撮像装置において、前記シフトレジスタは、１フレーム毎に与えられるスタートパルスを順次シフトすることにより前記画素リセット信号を行毎に順に生成し、前記モニター手段は、前記撮影指示が受付けられると前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出し終了まで前記スタートパルスを停止することを特徴とすることもできる。

ここで、撮像装置は、さらに、前記オールリセット手段による前記リセットと前記モニター手段による前記画素リセット信号の印加とを選択的に前記単位セルに供給する選択回路を備え、前記シフトレジスタ及び前記選択回路はＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路により形成されていることを特徴とすることもできる。
ここで、撮像装置において、前記オールリセット手段は、前記リセットを水平ブランキング期間外を含む任意の期間に行うことを特徴とすることもできる。

上記目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、受光量に応じた輝度情報を出力する単位セルが複数個配列されている撮像装置に制御信号を供給する駆動装置であって、外部から撮影指示が入力されるのを待つ待ち受け手段と、前記撮影指示が入力されると遮光ゲートが開いた状態で全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットするオールリセット制御信号を出力するオールリセット制御信号出力手段と、前記リセットの後遮光ゲートを開いた状態のままで露光時間の経過時に当該遮光ゲートを閉じて全ての単位セルへの入射光を同時に遮断させる遮光ゲート閉制御信号を出力する閉制御信号出力手段と、遮光ゲートを閉じた後当該遮光ゲートを閉じた状態のままで全ての単位セルから順次前記輝度情報を読み出させる読み出し制御信号を出力する読み出し制御信号出力手段とを備えることを特徴とする
上記目的を達成するために、本発明に係る撮像方法は、受光量に応じた輝度情報を出力する単位セルが複数個配列されている撮像装置を制御して画像を撮影する撮像方法であって、外部からの撮影指示を受付ける受付けステップと、前記撮影指示が受付けられると遮光ゲートが開いた状態で全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットするオールリセットステップと、前記リセットの後前記遮光ゲートを開いた状態のままで露光時間の経過時に当該遮光ゲートを閉じて全ての単位セルへの入射光を同時に遮断する遮光ステップと、前記遮光ゲートを閉じた後当該遮光ゲートを閉じた状態のままで全ての単位セルから順次前記輝度情報を読み出す読み出しステップとを含むことを特徴とする。

課題を解決するための手段に記載した構成により、電子シャッターで全ての単位セルを同時にリセットし、メカシャッター等の遮光ゲートで入射光を同時に遮断するので、全ての単位セルから同時に輝度情報を読み出さないにもかかわらず、全ての単位セルの露光タイミングを完全に一致させることができる。
従って、露光タイミングのずれに起因する画像の歪を完全に排除することができ、静止画撮影において品質の高い画像を得ることができる。

また、遮光ゲートを閉じるタイミングを固定したままで電子シャッターによるリセットのタイミングのみを可変することにより露光時間を調整することができるので、制御が容易であり露光時間を正確に細かく調整することができる。
とすることもできる。
また、電子シャッター用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）と画像信号読み出し用画素読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ）とを印加しない場合には、全ての画素の露光時間を同じにすることができ、さらに、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路において読み出し用ＳＲ出力、又は、電子シャッター用ＳＲ出力が誤動作した場合であっても、ＴＲＯＵＴが“Ｌ”に維持されるので誤動作が生じず極めて有効である。

また、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）と画像信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）とを印加しない場合には、輝度情報の読み出し先のフローティングヒュージョン部の電位変動によるリークを抑制することができ、さらに、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路において読み出し用ＳＲ出力、又は、電子シャッター用ＳＲ出力が誤動作した場合であっても、ＲＳＯＵＴが“Ｌ”に維持されるので誤動作が生じず極めて有効である。

また静止画撮影時において、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）を停止する場合には、水平ブランキング期間内、期間外を問わず、１水平走査中の任意のタイミングで、オールリセット手段１０４によるリセットができるので、制御の自由度が上がり好ましい。

（実施の形態１）
＜概要＞
本発明の実施の形態１は、ＭＯＳ型撮像素子において、電子シャッターとメカシャッターとを併用することにより、各単位セルから同時に輝度情報を読み出せないにもかかわらず、全ての単位セルの露光タイミングを完全に一致させて画像の歪を完全に排除し、また、露光時間の制御を容易かつ正確に行うものである。

＜構成＞
図１は、本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラ１００を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラ１００は、
液晶等の表示パネル（図示せず）に動画を表示しながら、静止画を撮影することができる撮像装置であって、遮光装置１０、固体撮像装置２０、及び駆動制御装置３０を備える。

遮光装置１０は、例えばメカシャッターであり、レンズの後方等の光路上に配置され、閉状態の時に光を遮蔽する遮光板を備え、開状態の時に光を通過させる開閉可能な遮光ゲートであって、駆動制御装置３０からの制御信号に基づいて、固体撮像装置２０上の全ての単位セルへの入射光を同時に、照射（閉状態から開状態へ）し、遮断（開状態から閉状態へ）することができる。

なお、遮光装置１０はメカシャッターに限られず、閉状態の時に光を遮蔽し、開状態の時に光を通過させることができるものであれば、いかなる機構のものであってもよい。
固体撮像装置２０は、遮光装置を通過した光が結像する位置に配置され、受光量に応じた輝度情報を出力する単位セルが複数個配列されている半導体素子及びその周辺回路である。

図２は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置２０の概略構成を示す図である。
図２に示すように、本発明の実施の形態１における固体撮像装置２０は、画素部１、電子シャッター用シフトレジスタ２、画像信号読み出し用シフトレジスタ３、マルチプレクサ回路４、水平読み出し回路５、及び最終アンプ６から構成される。
図３は、画素部１の回路の概略を示す図である。

画素部１は、単位セルが１次元又は２次元上に配列された撮像領域である。図２及び図３では、説明を簡略化するために５×５の２次元上に配列された２５画素しか記載していないが、実際の画素数は、１次元で数百〜数千個、２次元で数十万〜数百万個程度である。
電子シャッター用シフトレジスタ２は、駆動制御装置３０から１フレーム毎に与えられる電子シャッター用スタートパルスを順次シフトすることにより、動画用の輝度情報を読み出す際に用いる電子シャッター用行アドレス信号を順に生成する。

画像信号読み出し用シフトレジスタ３は、駆動制御装置３０から１フレーム毎に与えられる画像信号読み出し用スタートパルスを順次シフトすることにより、動画用及び静止画用の輝度情報を読み出す際に用いる画像信号読み出し用行アドレス信号を順に生成する。
ここで、ユーザがシャッターボタンを押して、静止画撮影の指示を行うと、駆動制御装置３０は、電子シャッター用シフトレジスタ２に与える電子シャッター用スタートパルス、及び画像信号読み出し用シフトレジスタ３に与える画像信号読み出し用スタートパルスを停止することにより、電子シャッター用行アドレス信号、及び画像信号読み出し用行アドレス信号の生成を停止させ、動画を表示する動作を停止させる。

図４は、電子シャッター用シフトレジスタ２の単位レジスタの回路構成の概略を示す図である。図４では５段しか記載していないが、実際の段数は、画素部１の行数に等しく、数百〜数千段程度である。
図４に示すように、電子シャッター用シフトレジスタ２は、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路により形成されている。

図５は、電子シャッター用シフトレジスタ２の動作タイミングを示す図である。
ここで、電子シャッター用シフトレジスタ２の動作の概要を説明する。
電子シャッター用スタートパルスが“Ｈ”になり、クロックパルス（Ｃｌｋ）が“Ｌ”から“Ｈ”になると、ＴＲ１−１のゲート電圧（ＩＮ）がキャパシタＣ１によりブートアップされる。

ＴＲ１−１のゲートに高電圧が印加されることにより、ＯＵＴ１にクロックパルス（Ｃｌｋ）の“Ｈ”電圧が出力され、またＴＲ１−２のゲートにも高電圧が印加されるのでＮＥＸＴ１に“Ｈ”電圧が出力される。
続いて、クロックパルス（Ｃｌｋ）が“Ｈ”から“Ｌ”になると、ＯＵＴ１にクロックパルス（Ｃｌｋ）の“Ｌ”電圧が出力されるが、ＴＲ１−２が位置方向性素子なので、ＮＥＸＴ１は“Ｈ”電圧を保持したままである。

以下、２段から５段目まで順に、クロックパルス（Ｃｌｋ）の毎に、上記と同様の動作を繰り返し、ＯＵＴ１からＯＵＴ５までを順に出力する。
なお、画像信号読み出し用シフトレジスタ３の回路構成及び動作は電子シャッター用シフトレジスタ２と同様なので、その説明を省略する。
マルチプレクサ回路４は、オールリセットパルス（ＡＬＬＲＳ）や、電子シャッター用ＳＲ出力等を選択的に、単位セルに行単位で供給する論理回路であり、詳細を以下に示す。

図６は、マルチプレクサ回路４の１段目の論理回路を示す図である。
図７は、マルチプレクサ回路４の１段目の回路構成の概略を示す図である。
図７に示すように、マルチプレクサ回路４は、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路により形成されている。
図６、図７に示すマルチプレクサ回路４によれば、オールリセットパルス（ＡＬＬＲＳ）と電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）とが同時に出力された時、読み出し用ＳＲ出力と画像信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）とが同時に出力された時、または、電子シャッター用ＳＲ出力と電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）とが同時に出力された時にＲＳＯＵＴ１が出力され、また、オールリセットパルス（ＡＬＬＲＳ）と電子シャッター用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）とが同時に出力された時、読み出し用ＳＲ出力と画像信号読み出し用画素読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ）とが同時に出力された時、または、電子シャッター用ＳＲ出力と電子シャッター用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）とが同時に出力された時にＴＲＯＵＴ１が出力される。

ここで、マルチプレクサ回路４の２段目〜５段目の回路は、１段目の回路と同様である。
駆動制御装置３０は、固体撮像装置２０に制御信号を供給して駆動及び制御する半導体素子及びその周辺回路であり、外部から撮影指示が入力されるのを待ち、撮影指示が入力されると、遮光ゲートが開いた状態で、全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットするオールリセットパルス（ＡＬＬＲＳ）を出力し、リセットの後、遮光ゲートを開いた状態のままで、露光時間の経過時に遮光ゲートを閉じて、全ての単位セルへの入射光を同時に遮断させる遮光ゲート閉制御信号を出力し、遮光ゲートを閉じた後、遮光ゲートを閉じた状態のままで、全ての単位セルから順次、輝度情報を読み出させる読み出し制御信号を出力する。

図８は、本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラ１００の機能的な構成を示す図である。
図８に示すように、本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラ１００は、遮光手段１０１、モニター手段１０２、受付け手段１０３、オールリセット手段１０４、及び読み出し手段１０５を備える。

遮光手段１０１は、図１に示した遮光装置１０と同様の構成である。
モニター手段１０２は、メインスイッチが押されると、受付け手段１０３により撮影指示が受付けられる前に、遮光手段１０１の遮光ゲートが開いた状態のままで、連続的に輝度情報を読み出して動画として表示し、動画表示中に、受付け手段１０３により撮影指示が受付けられると、少なくとも読み出し手段１０５による輝度情報の読み出しが終了するまで、動画を表示する動作を停止する。

受付け手段１０３は、ユーザによりシャッターボタンが押されること等により生成される撮影指示が外部から入力されるのを待ち受け、撮影指示を受付けるとモニター手段１０２に動画を表示する動作を停止するよう指示し、モニター手段１０２の動作タイミングに合わせて他の構成へ撮影指示を出して、静止画を撮影する動作を開始させる。
オールリセット手段１０４は、受付け手段１０３により撮影指示が受付けられると、遮光手段１０１の遮光ゲートが開いた状態で、全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットする。

ここでオールリセット手段１０４は、動画表示時の被写体の光量や、ユーザによるマニュアル設定や、測光センサにより被写体の光量を測定して計算する等して露光時間を得、得られた露光時間の変動に応じてリセットのタイミングを変更して、露光時間を調整する。
また遮光手段１０１は、さらに、オールリセット手段１０４によるリセットの後、遮光ゲートを開いた状態のままで、受付け手段１０３による撮影指示に基づいて露光時間の変動に無関係なタイミングで遮光ゲートを閉じ、結果的に露光時間の経過時に遮光ゲートを閉じて、全ての単位セルへの入射光を同時に遮断する。

読み出し手段１０５は、遮光手段１０１の遮光ゲートを閉じた後、遮光ゲートを閉じた状態のままで、全ての単位セルから順次、静止画用の輝度情報を読み出す。
また遮光手段１０１は、さらに、読み出し手段１０５により静止画用の輝度情報が読み出された後、遮光ゲートを開き、モニター手段１０２による動画を表示する動作の再開に備える。

またモニター手段１０２は、さらに、静止画用の輝度情報が読み出され、遮光ゲートが開かれた後に、動画を表示する動作を再開する。
＜動作＞
図９は、本発明の実施の形態１のデジタルカメラ１００による静止画を撮影する処理の手順を示す図である。

図１０は、実施の形態１のデジタルカメラ１００における各制御パルス等のタイミングの一例を示す図である。
以下に図９、図１０を用いて、静止画を撮影する処理の手順を説明する。
（１）メインスイッチが押されているが否かを判断する（ステップＳ１）。
ここで、メインスイッチが押される前の停止状態では、遮光手段１０１の遮光ゲート（ここでは「メカシャッター」とする）は開いた状態であるものとする。

（２）メインスイッチが押されると、動画表示状態（図１０中のＴ１以前）になり、モニター手段１０２が、メカシャッターが開いた状態のままで、連続的に輝度情報を読み出して動画として表示する（ステップＳ２）。
（３）動画表示状態において、受付け手段１０３が撮影指示（Ｔ１）を受付ける（ここでは「シャッターボタンが押される」とする）まで待つ（ステップＳ３）。

（４）シャッターボタンが押されると、受付け手段１０３がモニター手段１０２に指示を出して、モニター手段１０２に動画を表示する動作を停止させる。モニター手段１０２は、シャッターボタンが押された後の画像信号読み出し用スタートパルスを１つ（Ｔ２）、及び、その後の電子シャッター用スタートパルスを２つ（Ｔ３、Ｔ４）停止する（ステップＳ４）。

（５）停止後再開する次の画像信号読み出し用スタートパルス（Ｔ５）を基準として、その少し前をメカシャッターを閉じるタイミング（Ｔ６）に決める（ステップＳ５）。
（６）シャッターボタンが押された直前の電子シャッター用スタートパルスによる電子シャッター動作が終了するタイミング（Ｔ７）を、オールリセット印加可能期間の始まりに決め、メカシャッターを閉じるタイミング（Ｔ６）をオールリセット印加可能期間の終わりに決める（ステップＳ６）。

（７）オールリセット印加可能期間の終わりを基準に露光時間を考慮して、オールリセットパルスを出すタイミング（Ｔ８）を決める（ステップＳ７）。
（８）Ｔ８において、受付け手段１０３が決めた通りに、オールリセットパルスを出し、オールリセット手段１０４が全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットする（ステップＳ８）。

（９）Ｔ６において、受付け手段１０３が決めた通りに、メカシャッター駆動パルスを出し、遮光手段１０１がメカシャッターを閉じる（ステップＳ９）。
（１０）Ｔ５において、画像信号読み出し用スタートパルスが出され、静止画データが出力される（ステップＳ１０）。
（１１）静止画データが出力されたら、メカシャッター駆動パルスを止め（Ｔ９）、遮光手段１０１がメカシャッターを開け、動画を表示する動作を再開させる（ステップＳ１１）。

なお、全ての画素の露光時間を同じにするために、オールリセット手段１０４が全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットした後から、遮光手段１０１がメカシャッターを閉じるまでの間は、全ての画素の露光時間が同じでなければならない。従って、この間はＴＲＯＵＴを“Ｌ”に維持する必要がある。
そこでＴＲＯＵＴを“Ｌ”に維持するためには、電子シャッター用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）と画像信号読み出し用画素読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ）とを停止（“Ｌ”に維持）するか、又は、読み出し用ＳＲ出力と電子シャッター用ＳＲ出力とを停止（“Ｌ”に維持）する方法が考えられる。

特に、ＭＯＳ単チャンネルでシフトレジスタを構成する場合には、ダイナミック回路とすることが多く、フローティング状態が存在するため誤動作しやすいが、電子シャッター用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）と画像信号読み出し用画素読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ）とを停止（“Ｌ”に維持）する方法では、読み出し用ＳＲ出力、又は、電子シャッター用ＳＲ出力が誤動作した場合であっても、ＴＲＯＵＴが“Ｌ”に維持されるので誤動作が生じず極めて有効である。

また、輝度情報の読み出し先のフローティングヒュージョン部（以下「ＦＤ部」）の電位変動によるリークを抑制するために、露光中はＲＳＯＵＴを“Ｌ”に維持する方が好ましい。
そこでＲＳＯＵＴを“Ｌ”に維持するためには、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）と画像信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）とを停止（“Ｌ”に維持）するか、又は、読み出し用ＳＲ出力と電子シャッター用ＳＲ出力とを停止（“Ｌ”に維持）する方法が考えられる。

特に、ＴＲＯＵＴの場合と同様の理由により、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）と画像信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）とを停止（“Ｌ”に維持）する方法は極めて有効である。
また静止画撮影時において、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）を停止しない場合には、動画用のＥＲＳＣＥＬＬとの衝突を避けるために、水平ブランキング期間内にオールリセット手段１０４によるリセット用のＥＲＳＣＥＬＬを印加できないが、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）を停止する場合には、水平ブランキング期間内、期間外を問わず、１水平走査中の任意のタイミングで、オールリセット手段１０４によるリセットができるので、制御の自由度が上がり好ましい。

図１１、図１２は、実施の形態１のデジタルカメラ１００における各制御パルス等のタイミングの他の例を示す図である。
図１１は、画像信号読み出し用画素読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ）、画像信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）、電子シャッター用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）、及び、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）を、水平ブランキング期間中にも印加している点が図１０と異なる。

図１１に示すように、画像信号読み出し用画素読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ）、画像信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）、電子シャッター用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）、及び、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）を、水平ブランキング期間中にも印加してもよい。
図１２は、静止画撮影時において、画像信号読み出し用画素読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ）、及び、電子シャッター用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）のみ停止し、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）は、オールリセット手段１０４によるリセット期間のみ停止している点が図１１と異なる。

図１２に示すように、画像信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）は必ずしも停止しなくてもよいし、電子シャッター用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）は、少なくともオールリセット手段１０４によるリセット期間のみ停止すればよい。
各制御パルス等のタイミングは、理想的には図１０であるが、制御が簡略化できる点では図１１が優位であり、図１２ではさらに制御が簡略化でき、それぞれ一長一短があるので、用途に応じて使い分けてもよい。

＜まとめ＞
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、電子シャッターで全ての単位セルを同時にリセットし、メカシャッター等の遮光ゲートで入射光を同時に遮断するので、全ての単位セルから同時に輝度情報を読み出さないにもかかわらず、全ての単位セルの露光タイミングを完全に一致させることができる。

従って、露光タイミングのずれに起因する画像の歪を完全に排除することができ、特に静止画撮影において品質の高い画像を得ることができる。
また、本発明の実施の形態１によれば、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路において、誤動作を抑制することもできる。
（変形例１）
＜概要＞
本発明の変形例１は、静止画を撮影する際に、動画を表示する動作を停止させる期間を実施の形態１よりも長くすることにより、静止画の露光時間をより長くする場合の動作例を示す。

＜動作＞
図１３は、本発明の変形例１における、静止画を撮影する処理の手順を示す図である。
図１４は、変形例１における、各制御パルス等のタイミングを示す図である。
以下に図１３、図１４を用いて、静止画を撮影する処理の手順を説明する。
なお、実施の形態１と同様のステップには同一番号を付し、その説明を省略する。

（１）〜（３）実施の形態１の（１）〜（３）と同じ（ステップＳ１〜Ｓ３）。
（４）シャッターボタンが押されると、受付け手段１０３がモニター手段１０２に指示を出して、モニター手段１０２に動画を表示する動作を停止させる。モニター手段１０２は、シャッターボタンが押された後の画像信号読み出し用スタートパルスを２つ（Ｔ２、Ｔ３）、及び、１つ目の後の電子シャッター用スタートパルスを３つ（Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）停止する（ステップＳ２１）。

（５）停止後再開する次の画像信号読み出し用スタートパルス（Ｔ７）を基準として、その少し前をメカシャッターを閉じるタイミング（Ｔ８）に決める（ステップＳ２２）。
（６）シャッターボタンが押された直前の電子シャッター用スタートパルスによる電子シャッター動作が終了するタイミング（Ｔ９）を、オールリセット印加可能期間の始まりに決め、メカシャッターを閉じるタイミング（Ｔ８）をオールリセット印加可能期間の終わりに決める（ステップＳ２３）。

（７）オールリセット印加可能期間の終わりを基準に露光時間を考慮して、オールリセットパルスを出すタイミング（Ｔ１０）を決める（ステップＳ２４）。
（８）Ｔ１０において、受付け手段１０３が決めた通りに、オールリセットパルスを出し、オールリセット手段１０４が全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットする（ステップＳ２５）。

（９）Ｔ８において、受付け手段１０３が決めた通りに、メカシャッター駆動パルスを出し、遮光手段１０１がメカシャッターを閉じる（ステップＳ２６）。
（１０）Ｔ７において、画像信号読み出し用スタートパルスが出され、静止画データが出力される（ステップＳ２７）。
（１１）静止画データが出力されたら、メカシャッター駆動パルスを止め（Ｔ１１）、遮光手段１０１がメカシャッターを開け、動画を表示する動作を再開させる（ステップＳ２８）。

＜まとめ＞
以上のように、本発明の変形例１によれば、静止画を撮影する際に動画を表示する動作を停止させる期間を、実施の形態１においては２フレーム分であるのに対し、本発明の変形例１においては３フレーム分としているので、静止画の露光時間をより長くすることができる。例えば静止画の時に、より絞り込んで撮影することができるので、撮影の幅が広がり、また、さらに品質の高い画像を得ることができる。

なお、静止画を撮影する際に動画を表示する動作を停止させる期間は、３フレーム分に限られるわけではなく、何フレーム分であっても同様に実現できる。
（変形例２）
＜概要＞
本発明の変形例２は、動画は間引きモードで画素数を減らし、静止画を撮影する際には、フルスキャンモードで全画素を用いる場合の動作例を示す。

＜動作＞
図１５は、本発明の変形例２における、静止画を撮影する処理の手順を示す図である。
図１６は、変形例２における、各制御パルス等のタイミングを示す図である。
以下に図１５、図１６を用いて、静止画を撮影する処理の手順を説明する。
なお、実施の形態１と同様のステップには同一番号を付し、その説明を省略する。

（１）〜（３）実施の形態１の（１）〜（３）と同じ（ステップＳ１〜Ｓ３）。
ここで、動画は間引きモードで駆動されており、フルスキャンモードに比べて、画素数が約１／４に、読み出し期間が約１／２に減らされている。
（４）実施の形態１の（４）と同じ（ステップＳ４）。
（５）Ｔ２を境に、間引きモードからフルスキャンモードにモードが変更される（ステップＳ３１）。

（６）〜（１２）実施の形態１の（５）〜（１１）と同じ（ステップＳ５〜Ｓ１１）。
（１３）Ｔ９を境に、フルスキャンモードから間引きモードにモードが変更される（ステップＳ３２）。
＜まとめ＞
以上のように、本発明の変形例２によれば、間引きモードとフルスキャンモードとを使い分ける場合においても、実施の形態１と同様に、特に静止画撮影において品質の高い画像を得ることができる。例えば静止画の時に、より高い解像度で撮影することができるので、さらに品質の高い画像を得ることができる。

なお、間引きモードによる間引きは、画素数が約１／４、及び読み出し期間が約１／２に限られるわけではなく、画素数及び読み出し期間共、どの程度であって同様に実現できる。
（変形例３）
＜概要＞
本発明の変形例３は、オールリセットパルスを、動画の水平ブランキング期間外に印加することにより、実施の形態１よりもオールリセットパルスを印加するタイミングの自由度を高めるものである。

＜動作＞
図１７は、変形例３における、オールリセットパルス等のタイミングを示す図である。
図１７に示すように、オールリセットパルスを動画の水平ブランキング期間外に印加するので、水平ブランキング期間外の任意のタイミングで電子シャッターを駆動できる。
＜まとめ＞
以上のように、本発明の変形例３によれば、オールリセットパルスを印加するタイミングの自由度を高めることができる。

なお、実施の形態１、及び変形例１〜３のうちの幾つかを任意に組み合わせたり、切り換え可能にしてもよい。

本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像機器に適用することができる。本発明によって、全ての単位セルから同時に輝度情報を読み出さないにもかかわらず、露光タイミングのずれに起因する画像の歪を完全に排除した固体撮像素子が提供でき、消費電力を抑えつつ撮像機器の画質の向上に寄与することができるので、その産業的利用価値は極めて高い。

本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラ１００を示す図である。 本発明の実施の形態１における固体撮像装置２０の概略構成を示す図である。 画素部１の回路の概略を示す図である。 電子シャッター用シフトレジスタ２の単位レジスタの回路構成の概略を示す図である。 電子シャッター用シフトレジスタ２の動作タイミングを示す図である。 マルチプレクサ回路４の１段目の論理回路を示す図である。 マルチプレクサ回路４の１段目の回路構成の概略を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラ１００の機能的な構成を示す図である。 本発明の実施の形態１のデジタルカメラ１００による静止画を撮影する処理の手順を示す図である。 実施の形態１のデジタルカメラ１００における各制御パルス等のタイミングの一例を示す図である。 実施の形態１のデジタルカメラ１００における各制御パルス等のタイミングの他の例を示す図である。 実施の形態１のデジタルカメラ１００における各制御パルス等のタイミングの他の例を示す図である。 本発明の変形例１における、静止画を撮影する処理の手順を示す図である。 変形例１における、各制御パルス等のタイミングを示す図である。 本発明の変形例２における、静止画を撮影する処理の手順を示す図である。 変形例２における、各制御パルス等のタイミングを示す図である。 変形例３における、オールリセットパルス等のタイミングを示す図である。

符号の説明

１ 画素部
２ 電子シャッター用シフトレジスタ
３ 画像信号読み出し用シフトレジスタ
４ マルチプレクサ回路
５ 水平読み出し回路
６ 最終アンプ
１０ 遮光装置
２０ 固体撮像装置
３０ 駆動制御装置
１００ デジタルカメラ
１０１ 遮光手段
１０２ モニター手段
１０３ 受付け手段
１０４ オールリセット手段
１０５ 読み出し手段

Claims (17)

1. 受光量に応じた輝度情報を蓄積する単位セルが、複数個配列されている撮像装置であって、
   外部から撮影指示を受付ける受付け手段と、
   前記撮影指示が受付けられると、遮光ゲートが開いた状態で、全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットするオールリセット手段と、
   前記リセットの後、前記遮光ゲートを開いた状態のままで、露光時間の経過時に、当該遮光ゲートを閉じて、全ての単位セルへの入射光を同時に遮断する遮光手段と、
   前記遮光ゲートを閉じた後、当該遮光ゲートを閉じた状態のままで、全ての単位セルから順次、前記輝度情報を読み出す読み出し手段と
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記遮光手段は、
   前記露光時間の変動に無関係なタイミングで、前記遮光ゲートを閉じ、
   前記オールリセット手段は、
   前記露光時間の変動に応じて、前記リセットのタイミングを変更することによって、前記露光時間を調整すること
   を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 当該撮像装置は、さらに、
   前記撮影指示が受付けられる前に、前記遮光ゲートを開いた状態のままで、連続的に動画用の輝度情報を読み出して、動画を表示し、前記撮影指示が受付けられると、少なくとも前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出しが終了するまで、動画用の輝度情報を読み出す際に行毎に行われる、画素リセット動作、及び、輝度情報読み出し動作を停止するモニター手段を備えること
   を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記モニター手段は、
   前記動画用の輝度情報を読み出す際に、画素リセット信号、及び、輝度情報読み出し信号を印加し、少なくとも前記オールリセット手段によるリセットから、前記遮光手段による入射光の遮断までの間は、当該画素リセット信号、及び、当該輝度情報読み出し信号を印加しないこと
   を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記モニター手段は、
   前記画素リセット信号、及び、前記輝度情報読み出し信号を、行毎に順に生成するシフトレジスタを含み、少なくとも前記オールリセット手段によるリセットから、前記遮光手段による入射光の遮断までの間、当該シフトレジスタ動作を停止し、行毎の前記画素リセット信号、及び、前記輝度情報読み出し信号の生成を停止すること
   を特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記シフトレジスタは、
   １フレーム毎に与えられるスタートパルスを順次シフトすることにより、前記画素リセット信号、及び、前記輝度情報読み出し信号を、行毎に順に生成し、
   前記モニター手段は、
   前記撮影指示が受付けられると、少なくとも前記遮光手段による入射光の遮断まで、前記スタートパルスを停止すること
   を特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記オールリセット手段は、
   前記シフトレジスタにより行毎に生成される前記画素リセット信号、及び、前記輝度情報読み出し信号の生成が停止した後から、前記遮光手段による入射光の遮断までの間に、全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットすること
   を特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記モニター手段は、
   前記動画用の輝度情報を読み出す際に、電子シャッター用画素リセットパルス、電子シャッター用画素読み出しパルス、画像信号読み出し用画素リセットパルス、及び、画像信号読み出し用画素読み出しパルスを印加し、少なくとも前記オールリセット手段によるリセットから、前記遮光手段による入射光の遮断までの間は、電子シャッター用画素読み出しパルス、及び、画像信号読み出し用画素読み出しパルスを印加しないこと
   を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
9. 前記モニター手段は、
   前記動画用の輝度情報を読み出す際に、電子シャッター用画素リセットパルス、電子シャッター用画素読み出しパルス、画像信号読み出し用画素リセットパルス、及び、画像信号読み出し用画素読み出しパルスを印加し、少なくとも前記オールリセット手段によるリセットから、前記遮光手段による入射光の遮断までの間は、電子シャッター用画素リセットパルス、電子シャッター用画素読み出しパルス、画像信号読み出し用画素リセットパルス、及び、画像信号読み出し用画素読み出しパルスを印加しないこと
   を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
10. 前記モニター手段は、
    前記動画用の輝度情報を読み出す際に、電子シャッター用画素読み出しパルス、及び、電子シャッター用画素リセットパルスを印加し、前記オールリセット手段によるリセットから、前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出し終了までの間は、当該電子シャッター用画素読み出しパルスを印加しないこと
    を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
11. 前記モニター手段は、
    前記動画用の輝度情報を読み出す際に、電子シャッター用画素読み出しパルス、及び、電子シャッター用画素リセットパルスを印加し、前記オールリセット手段によるリセットから、前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出し終了までの間は、当該電子シャッター用画素読み出しパルス、及び、電子シャッター用画素リセットパルスを印加しないこと
    を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
12. 前記モニター手段は、
    前記画素リセット信号を、行毎に順に生成するシフトレジスタを含み、前記オールリセット手段によるリセットから、前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出し終了までの間、当該シフトレジスタによる行毎の前記画素リセット信号の生成を停止すること
    を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
13. 前記シフトレジスタは、
    １フレーム毎に与えられるスタートパルスを順次シフトすることにより、前記画素リセット信号を、行毎に順に生成し、
    前記モニター手段は、
    前記撮影指示が受付けられると、前記読み出し手段による前記輝度情報の読み出し終了まで、前記スタートパルスを停止すること
    を特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. 当該撮像装置は、さらに、
    前記オールリセット手段による前記リセットと、前記モニター手段による前記画素リセット信号の印加とを選択的に、前記単位セルに供給する選択回路を備え、
    前記シフトレジスタ、及び、前記選択回路は、ＭＯＳ単チャンネルのダイナミック回路により形成されていること
    を特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
15. 前記オールリセット手段は、
    前記リセットを、水平ブランキング期間外を含む任意の期間に行うこと
    を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
16. 受光量に応じた輝度情報を出力する単位セルが、複数個配列されている撮像装置に、制御信号を供給する駆動装置であって、
    外部から撮影指示が入力されるのを待つ待ち受け手段と、
    前記撮影指示が入力されると、遮光ゲートが開いた状態で、全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットするオールリセット制御信号を出力するオールリセット制御信号出力手段と、
    前記リセットの後、遮光ゲートを開いた状態のままで、露光時間の経過時に、当該遮光ゲートを閉じて、全ての単位セルへの入射光を同時に遮断させる遮光ゲート閉制御信号を出力する閉制御信号出力手段と、
    遮光ゲートを閉じた後、当該遮光ゲートを閉じた状態のままで、全ての単位セルから順次、前記輝度情報を読み出させる読み出し制御信号を出力する読み出し制御信号出力手段と
    を備えることを特徴とする駆動装置。
17. 受光量に応じた輝度情報を出力する単位セルが、複数個配列されている撮像装置を制御して、画像を撮影する撮像方法であって、
    外部からの撮影指示を受付ける受付けステップと、
    前記撮影指示が受付けられると、遮光ゲートが開いた状態で、全ての単位セルに蓄積している輝度情報を同時にリセットするオールリセットステップと、
    前記リセットの後、前記遮光ゲートを開いた状態のままで、露光時間の経過時に、当該遮光ゲートを閉じて、全ての単位セルへの入射光を同時に遮断する遮光ステップと、
    前記遮光ゲートを閉じた後、当該遮光ゲートを閉じた状態のままで、全ての単位セルから順次、前記輝度情報を読み出す読み出しステップと
    を含むことを特徴とする撮像方法。

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