JP2007006243A - ディジタルカメラ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エリアイメージセンサが高速ドラフトモードのための構造を持たない場合であっても、動画のフレームレートを高くできるディジタルカメラ及びその制御方法を提供する。
【解決手段】ＣＣＤエリアイメージセンサのフォトダイオードに電荷を蓄積し、垂直ＣＣＤ毎に１つの色成分に対応する電荷が転送されるように、前記フォトダイオードに蓄積される１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に水平ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの複数セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルにフィールド毎に蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に検出部に転送し、前記検出部に転送された電荷に対応する画素信号をフィールド毎に生成し、フィールド毎に前記画素信号を連続する複数フレームの生成に用い、動画表示および静止画表示を行う。
【選択図】図９

Description

本発明はディジタルカメラ及びその制御方法に関し、特に高速ドラフトモードのための構造を持たないエリアイメージセンサを用いたディジタルカメラ及びその制御方法に関する。

従来、フォトダイオードに蓄積された電荷を複数フィールドに分割して転送するＣＣＤエリアイメージセンサが知られている（例えば特許文献１、２参照）。フォトダイオードに蓄積された電荷を複数フィールドに分割して転送することにより、垂直ＣＣＤの面積を削減することができる。この結果、フォトダイオードの面積を大きくできるので、飽和信号量を大きくできるという点で有利になる。電子ビューファインダを備えるディジタルカメラでは、電子ビューファインダに表示する動画のフレームレートを高くするため、垂直ＣＣＤに沿って配列された複数のフォトダイオードから一定間隔毎に選択的に読み出す機能を搭載した高速ドラフトモードに対応したＣＣＤエリアイメージセンサを実装することが多い。高速ドラフトモードに対応したＣＣＤエリアイメージセンサは、フォトダイオードに蓄積される電荷をカラー画像を形成可能な規則で間引きして垂直ＣＣＤに一度に読み出すための電極構造を備えているため、全画素から垂直方向の画素を間引いて読み出すことができる。この結果、画像全体を表す粗い画像、すなわち解像度の低い画像を読み出すことが可能であるため、粗い画像を短時間に読み出すことにより動画のフレームレートを高くすることができる。

特開平８−１８８７５号公報 特許第３００９０４１号明細書

本発明は、エリアイメージセンサが高速ドラフトモードのための構造を持たない場合であっても、動画のフレームレートを高くできるディジタルカメラ及びその制御方法を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するためのディジタルカメラの制御方法は、ＣＣＤエリアイメージセンサのフォトダイオードに電荷を蓄積し、垂直ＣＣＤ毎に１つの色成分に対応する電荷が転送されるように、前記フォトダイオードに蓄積される１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に水平ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの複数セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルにフィールド毎に蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に検出部に転送し、前記検出部に転送された電荷に対応する画素信号をフィールド毎に生成し、フィールド毎に前記画素信号を連続する複数フレームの生成に用いながら、動画の各フレームを画面表示する動画表示段階と、前記フォトダイオードに電荷を蓄積し、前記フォトダイオードに蓄積される、１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に水平ＣＣＤに転送し、フィールド毎に前記垂直ＣＣＤの１セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルに蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に検出部に転送し、前記検出部に転送された電荷に対応する画素信号をフィールド毎に生成し、複数フィールドの前記画素信号に基づいて静止画像を生成し、前記静止画像を記録媒体に格納する静止画記録段階と、静止画記録指示を受け付け、前記動画表示段階から前記静止画記録段階に移行する移行段階と、を含む。
１フィールドの画素信号を連続する複数フレームの生成に用いることにより、すなわち１フィールドの画素信号を複数フレームにオーバラップさせることにより、エリアイメージセンサが高速ドラフトモードのための構造を持たない場合であっても、ディジタルカメラの動画のフレームレートを高くすることができる。また、垂直ＣＣＤの複数セル分の電荷を水平ＣＣＤの各セルに蓄積し、水平ＣＣＤの各セルの電荷を検出部に転送することにより、水平ＣＣＤによる電荷の転送回数を低減することができる。この結果、ディジタルカメラの動画のフレームレートをさらに高くすることができる。フォトダイオードに蓄積される電荷を時分割して垂直ＣＣＤに転送するとき、垂直ＣＣＤ毎に１つの色成分に対応する電荷が転送されるように分割することにより、水平ＣＣＤの各セルに垂直ＣＣＤの複数セル分の電荷を蓄積したとしても、対応する色成分が異なる電荷が水平ＣＣＤの各セルで混合されることはない。一方、静止画を記録するときには、垂直ＣＣＤの１セル分の電荷を水平ＣＣＤの各セルで転送することにより、高い解像度の静止画像を記録することができる。

（２）前記動画表示段階では、前記画素信号に応じたゲインで前記画素信号を増幅することにより前記動画の明るさを調整してもよい。

（３）前記ディジタルカメラの制御方法は、前記画素信号に基づいて、前記水平ＣＣＤの各セルに電荷が蓄積される前記垂直ＣＣＤのセル数に応じた露光期間を設定する設定段階をさらに含んでもよい。前記静止画記録段階では、前記フォトダイオードを前記露光期間露光することにより前記フォトダイオードに電荷を蓄積してもよい。
水平ＣＣＤの各セルに電荷が蓄積される垂直ＣＣＤのセル数に応じて露光期間を設定することにより、垂直ＣＣＤの複数のセルの電荷を水平ＣＣＤのセルに蓄積しても、画素信号に基づいて正確な露光期間を設定することができる。

（４）前記動画表示段階では、水平方向に間引きされた前記画素信号を生成することにより、前記フレームの解像度を低減してもよい。
水平方向に間引きして画素信号を生成することにより、動画を表示するための処理量を低減することができる。

（５）前記動画表示段階では、水平方向に加算された前記画素信号を生成することにより、前記フレームの解像度を低減してもよい。
水平方向に加算された画素信号を生成することにより、動画を表示するための処理量を低減することができる。また水平方向に加算してフィールドの画素信号を生成すると、水平方向に間引きされたフィールドの画素信号を生成する場合に比べ、Ｓ／Ｎを改善することができる。

（６）上記目的を達成するディジタルカメラは、フォトダイオードと、複数の前記フォトダイオードに接続されている垂直ＣＣＤと、複数の前記垂直ＣＣＤに接続されている水平ＣＣＤと、前記水平ＣＣＤに接続されている検出部と、前記フォトダイオードに電荷を繰り返し蓄積し、前記フォトダイオードに蓄積される、１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に前記水平ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの複数セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルにフィールド毎に蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に前記検出部に転送し、前記検出部に転送された電荷に対応する画素信号をフィールド毎に生成し、フィールド毎に前記画素信号を連続する複数フレームの生成に用いながら、動画の各フレームを画面表示する動画表示ユニットと、静止画記録指示を受け付ける指示受付ユニットと、前記静止画記録指示に応じて、前記フォトダイオードに電荷を蓄積し、前記フォトダイオードに蓄積される、１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に水平ＣＣＤに転送し、フィールド毎に前記垂直ＣＣＤの１セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルに蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に検出部に転送し、前記検出部に転送された複数フィールドの電荷に基づいて静止画像を生成し、前記静止画像を記録媒体に格納する静止画記録ユニットと、を備える。
ディジタルカメラは、１フィールドの画素信号を連続する複数フレームの画素信号の生成に用いることにより、すなわち１フィールドの画素信号を複数フレームにオーバラップさせることにより、エリアイメージセンサが高速ドラフトモードのための構造を持たない場合であっても、動画のフレームレートを高くすることができる。また、ディジタルカメラは、垂直ＣＣＤの複数セル分の電荷を水平ＣＣＤの各セルに蓄積し、水平ＣＣＤの各セルの電荷を検出部に転送することにより、水平ＣＣＤによる１フィールド分の電荷の転送回数を低減することができる。この結果、ディジタルカメラの動画のフレームレートをさらに高くすることができる。一方、ディジタルカメラは、静止画を記録するときには、垂直ＣＣＤの１セル分の電荷を水平ＣＣＤの各セルで転送することにより、高い解像度の静止画像を記録することができる。

尚、請求項に記載された方法の各動作の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で実行されてもよく、また同時に実行されてもよい。また、本発明に備わる複数のユニットの各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数のユニットの各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。また、本発明は、プログラムの発明としても、そのプログラムを記録した記録媒体の発明としても特定することができる。

以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
（第一実施例）
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び図２（Ａ）は、本発明の第一実施例によるディジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）１の外観を示す図である。図２（Ｂ）は、ＤＳＣ１に交換型レンズユニット２を装着した状態の外観を示す図である。図３はＤＳＣ１を示すブロック図である。尚、ＤＳＣ１はコンパクトカメラタイプであっても、一眼レフカメラタイプであってもよい。

ＤＳＣ１は、複数種類の交換型レンズユニット２をマウント２８に装着できる。レンズユニット２の鏡筒外部にはピント調整ダイヤル５８と絞り調整ダイヤル５６が設けられている。ピント調整ダイヤル５８が回転すると、レンズ６０、６４が光軸方向に移動する。ピント調整ダイヤル５８を回転させることにより、ピントを合わせることができる。絞り調整ダイヤル５６が回転すると、絞り６２の口径が増減する。絞り調整ダイヤル５６を回転させることにより、絞りを調整することができる。

第一シャッタ幕３０および第二シャッタ幕３２は、電気制御式フォーカルプレーンシャッタを構成している。第一シャッタ幕３０および第二シャッタ幕３２は、巻き上げレバー１４を回転させることによって作動可能状態になり、機械的な開放動作および遮断動作がシャッタ駆動部７０によって電気的に制御される。すなわち、シャッタ動作が開始すると第一シャッタ幕３０が先に動作し、交換型レンズユニット２内のレンズを通じて投影される光の遮断が開放されるため、イメージセンサ７２の露光が開始され、第二シャッタ幕３２が動作するまでの期間、露光が継続される。そして、第二シャッタ幕３２の動作の完了を以って再度レンズを通じて投影される光が遮断されるため、露光が完了する。尚、シャッタの構成は、特に限定されるものではなく、シャッタ幕の作動に電気制御を用いないものであってもよいし、シャッタ幕を用いずにイメージセンサ７２の電荷蓄積時間を基板電圧の制御、いわゆる電子シャッタによって制御するものであってもよい。

内部照度計６６は、シャッタ幕の反射光の照度を計測する光センサである。内部照度計６６に入射する光の照度は、絞り６２の口径に応じて変化するため、絞り調整ダイヤル５６が回転すると内部照度計６６の出力値も変化する。このシャッタ幕の反射光の照度を計測する内部照度計６６の出力に応じて、交換型レンズユニット２内のレンズを通じて投影される光の量を測定することができる。この測定結果は、シャッタ速度、すなわちＤＳＣ１によるイメージセンサ７２の露光期間等の算出に使用される。

ここで、撮影準備状態にあるシャッタ幕の表面には、単純な真っ黒や真っ白の塗装では無く、反射率が約１８％程度になるように塗装がなされている。この結果、レンズユニット２を通じて投影される光の照度が内部照度計６６により正確に計測することができる。また内部照度計６６は、シャッタ幕の強度な反射光が入射した場合、その光の照度を正確に計測することができない。この場合、適切な露光期間を算出することができないため、適切な露出の撮影をすることができない。そこで、シャッタ幕の表面にザラザラの細かい梨地を形成することにより、シャッタ幕に入射した光をシャッタ幕の表面で柔らかく拡散している。この結果、内部照度計６６にはシャッタ幕の表面で柔らかく拡散された光が入射するため、内部照度計６６は入射した光の照度を正確に計測することができる。

また、ＤＳＣ１の撮影としては、中央重点方式の露出撮影が可能なように、シャッタ幕の中央部と周辺部とではその表面における反射率を変えている。具体的には、シャッタ幕の中央部から周辺部に向かうほどその表面における反射率が低減されるように、例えば周辺部に向かうほど濃い色にシャッタ幕を塗装することにより、シャッタ幕の反射量を調整している。また内部照度計６６は、シャッタ幕によるレンズユニット２の光路方向への反射率が約１８％になる場合に正確な照度を出力するように調整されている。尚、シャッタ幕を用いない構成では、イメージセンサ７２がレンズユニット２を通過した光の照度を直接検出したり、ハーフミラーの反射光を内部照度計６６が間接的に検出することができる。

図４はイメージセンサ７２の模式図である。図５はイメージセンサ７２の読み出し方式を説明するための模式図である。
イメージセンサ７２は、二次元空間に離散的に配置されたフォトダイオード７２０、垂直ＣＣＤ７２１、水平ＣＣＤ７２２、検出部７２３等から構成されるいわゆるＣＣＤカラーエリアイメージセンサである。イメージセンサ７２は、フォトダイオード７２０毎にベイヤ配列されたＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタを備え、画素毎にＲＧＢいずれか１チャネルの濃淡レベルを示す信号電荷をフォトダイオード７２０に蓄積する。尚、フォトダイオード７２０が正方格子配列されたイメージセンサ７２を例示したが、イメージセンサ７２のフォトダイオード７２０はハニカム配列されていてもよい。また、イメージセンサ７２の色フィルタはストライプ配列されていてもよい。

垂直ＣＣＤ７２１は、セル７２１ａ毎に垂直駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を入力するための４つの転送電極を備える。４つの転送電極に互いに異なる位相の垂直駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を段階的に順次印加することにより、垂直ＣＣＤ７２１にはセル７２１ａ毎に電位井戸が形成され、各セル７２１ａの電位井戸に拘束されている電荷は順次隣接するセル７２１ａの電位井戸に次々に移動する。このようにしてフォトダイオード７２０から各セル７２１ａ転送された信号電荷は、水平ＣＣＤ７２２に転送される。以下、上述した垂直ＣＣＤ７２１による信号電荷の転送を「垂直ＣＣＤ転送」という。

水平ＣＣＤ７２２は、セル７２２ａ毎に水平駆動信号Ｖｈ１、Ｖｈ２を入力するための２つの転送電極を備える。水平ＣＣＤ７２２にはセル７２２ａ内に異なる電位井戸が形成されており、加えて２つの転送電極に１８０度異なる位相の水平駆動信号Ｖｈ１、Ｖｈ２を印加することにより、セル７２２ａ毎に電位井戸が形成され、各セル７２２ａの電位井戸に拘束されている電荷は順次隣接するセル７２２ａの電位井戸に次々に移動する。このようにして垂直ＣＣＤ７２１により各セル７２２ａに転送された信号電荷は順次検出部７２３に転送される。具体的には、垂直ＣＣＤ７２１と水平ＣＣＤ７２２の図示しない転送電極には、それぞれ垂直信号線７２４と水平信号線７２５が接続されている。そして垂直ＣＣＤ７２１と水平ＣＣＤ７２２は、それぞれ撮像コントローラ７６により上述の信号線に印加される垂直駆動信号（図８のＶ１からＶ４参照）と水平駆動信号（図８のＶｈ１、Ｖｈ２参照）とに駆動されて信号電荷を転送する。

検出部７２３は水平ＣＣＤ７２２により転送された電荷を画素信号に変換する。具体的には例えば、検出部７２３はフローティング・ディフュージョン・アンプであり、そのキャパシタンスにより信号電荷を画素信号としての電圧値に変換する。尚、垂直ＣＣＤ７２１が４相駆動方式のイメージセンサ７２を例示したが、イメージセンサ７２の垂直ＣＣＤ７２１は何相駆動のＣＣＤでもよい。また、水平ＣＣＤ７２２が２相駆動方式のイメージセンサ７２を例示したが、イメージセンサ７２の水平ＣＣＤ７２２は何相駆動のＣＣＤでもよい。また、検出部７２３はフローティング・ゲート・アンプでもよい。

図５に示すように、イメージセンサ７２は、１フレームの画素信号を２フィールドに分けて読み出すいわゆるフレーム読み出し方式のエリアイメージセンサである。フレーム読み出し方式のエリアイメージセンサでは、読み出しのための垂直ＣＣＤを第１フィールド用と第２フィールド用とに兼用するため、垂直ＣＣＤの面積を削減できる。この結果、フォトダイオード７２０のサイズを大きくできたり、垂直ＣＣＤ７２１のセル７２１ａ（図４参照）のサイズを大きくできるため、フレーム読み出し方式のエリアイメージセンサは飽和信号電荷量を大きくできるという点で有利である。イメージセンサ７２は、フォトダイオード７２０と垂直ＣＣＤ７２１との間にフォトダイオード７２０から垂直ＣＣＤ７２１への信号電荷の転送を制御するためのシフト電極を備えている。シフト電極には、各フィールドの読み出しにおいて同一チャネルの濃淡レベルを示す電荷信号が各列の垂直ＣＣＤ７２１に転送されるように、シフト信号線７２６とシフト信号線７２７とが接続されている。具体的には例えば、ベイヤ配列の色フィルタを備えるイメージセンサ７２では、シフト信号線７２６とシフト信号線７２７とが連続するシフト電極に交互に接続されている。この場合、イメージセンサ７２では、第一フィールドの読み出し時には、フォトダイオード７２０から各列の垂直ＣＣＤ７２１にＧチャネル又はＢチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が転送され（図５（Ａ）参照）、第二フィールドの読み出し時には、Ｒチャネル又はＧチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が転送される（図５（Ｂ）参照）。

このようにイメージセンサ７２は、互いに異なるフィールドの信号電荷を時分割して垂直ＣＣＤ７２１に転送することにより、１フレームの画素信号を２フィールドに分けて読み出す。尚、イメージセンサ７２は、１フレームの画素信号を２フィールドに分けて読み出すものとして説明したが、１フレームの画素信号を３フィールド以上に分けて読み出すエリアイメージセンサでもよい。

ここで、イメージセンサ７２は高速ドラフトモード用の構造、例えば垂直ＣＣＤ７２１に沿って配列された複数のフォトダイオード７２０から選択的に信号電荷を転送するためのシフト信号線を備えていない。そのためイメージセンサ７２では、よりフォトダイオード７２のサイズを大きくでき、垂直ＣＣＤ７２１のサイズを大きくできるため、飽和信号電荷量を大きくすることができる。またフォトダイオード７２０の受光面の面積を大きくできるため、感度等の点でも有利である。しかしながらイメージセンサ７２では、高速ドラフトモードのようにフォトダイオード７２０に蓄積された信号電荷を間引きして垂直ＣＣＤ７２１に転送することにより、１フレームを表示するために必要な水平ＣＣＤ７２２による信号電荷の転送回数を低減することができない。

例えば、６００万画素のエリアイメージセンサ（水平方向に３００８画素、垂直方向に２０００画素）の全画素を、従来のフレーム読み出し方式、２５ＭＨｚの読み出し速度で読み出す場合、１画素当たり０．０４μｓの読み出し時間が必要なため、１フィールドの読み出しには、少なくても１２０．３２ｍｓ（＝０．０４μｓ×３００８×１０００）の読み出し時間が必要である。したがって１フレームの読み出しには、少なくとも２フィールド分を合わせて２４０．６４ｍｓの読み出し時間が必要である。つまり高速ドラフトモードに対応しない６００万画素のエリアイメージセンサを用いて連続した画像を読み出す（以下、スルー画読み出しという。）を表示する場合、１秒間に４枚分のフレームしか読み出すことができない。ここでスルー画とは被写体を所定の時間間隔で撮像して得た動画系列のことである。しかも、これは純粋に水平方向に３００８画素、垂直方向に２０００画素の全画素を読み出す時間であり、通常は、イメージセンサ７２の周囲に配置された光学的黒画素を読み出す時間、イメージセンサ７２を駆動するための別の処理時間、ノイズ吐き出しのための高速吐き出し転送時間、被写体の露光時間等も必要であるため、実質的には１秒間に２〜３枚分のフレーム読み出しをすることしか出来ず、実質的に被写体が動いている様子を動画として読み出すことはできない。

そこでＤＳＣ１では、動画として表示するための画像としては、高解像度である必要が無く、低解像度であってもフレームレートが高い方が良いという考えの元に読み出し方法に工夫を加えている。まず一定時間の露光後に、シフト信号により先ず第１フィールドの画素を垂直ＣＣＤ７２１に信号電荷を移動させる。その後垂直ＣＣＤ７２１での各信号電荷の転送が実施される。このとき水平ＣＣＤ７２２の各セル７２２ａに垂直ＣＣＤ７２１の複数セル分の信号電荷を蓄積することにより、垂直方向に複数セル分の信号電荷のアナログ的な加算蓄積を行う。尚、加算数は、２セル分であっても、３セル分であってもよい。そして水平ＣＣＤ７２２により垂直ＣＣＤ７２１の複数セル分の信号電荷を転送する。このように垂直ＣＣＤ７２１の複数セル分の信号電荷を加算することにより、垂直方向の画素ラインの読み出しライン数が減少（例えば２セル分の加算であれば、読み出しライン数は半分になり、４セル分の加算であれば、読み出しライン数は４分の１になる。）させることができるため、高速ドラフトモード用の構造を備えなくても、動画としてのスルー画の１フレームを表示するために必要な水平ＣＣＤ７２２による信号電荷の転送回数を低減することができる。このとき例えば２セル分の加算、４セル分の加算であれば、それぞれ信号電荷の転送回数を２分の１、４分の１に低減でき、フレームレートをそれぞれ２倍、４倍に増大させることができる。また、信号電荷を加算することによりイメージセンサ７２の見かけ上の感度が上がるため、スルー画表示中のイメージセンサ７２の露光期間を加算数に応じて短縮（例えば２セル分の加算であれば２分の１、４セル分の加算であれば４分の１に短縮）できるため、さらにフレームレートを向上することができる。この結果、ＤＳＣ１では、高解像度の静止画を撮影可能な画素数の多いイメージセンサ７２を用いても、スルー画を高速に表示することができる。また、垂直ＣＣＤ７２１の複数セル分の信号電荷を加算することにより、信号電荷のＳＮ比を改善することもできる。尚、動画はＤＳＣ１の動画撮影機能により録画される動画でもよい。また、信号電荷の加算数は、２セル分でも、３セル分でも、４セル分でもよいし、自動又は手動により変更可能であってもよい。以下、「各列の垂直ＣＣＤ７２１のｎセル分の信号電荷を水平ＣＣＤ７２２の各セル７２２ａで加算する」ことを「ｎ倍の画素加算」という。

一方、静止画を撮影する場合、ＤＳＣ１は、イメージセンサ７２を一般的な駆動方法で駆動することにより、すなわち水平ＣＣＤ７２２の各セル７２２ａに垂直ＣＣＤ７２１の１セル分の信号電荷を蓄積し、水平ＣＣＤ７２２の１つのセル７２２ａで垂直ＣＣＤ７２１の１セル分の信号電荷を転送することにより、画素信号を読み出す。この結果、高い解像度の静止画を記録することができる。

図３に示す撮像コントローラ７６は、垂直ＣＣＤ７２１の転送電極、水平ＣＣＤ７２２の転送電極及びシフト電極に、それぞれ垂直駆動信号、水平駆動信号及びシフト信号を、垂直信号線７２４、水平信号線７２５、及びシフト信号線７２６、７２７を介して印加する。
アナログフロントエンド（ＡＦＥ）７４は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路７４０、アンプ７４２、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器７４４、図示しないアナログ的な黒レベル再現回路（イメージセンサ７２にある光学的にマスクされた画素を使用して黒の信号レベルを確定することで光学的な黒の基準電圧を再生する回路）等で構成されている。ＣＤＳ回路７４０は、イメージセンサ７２が出力する画素信号に含まれるリセットノイズを除去する回路である。アンプ７４２は、制御部８０と協働して、被写体の明るさに応じたゲインで画素信号を増幅するための回路であり、いわゆる利得可変増幅器である。Ａ／Ｄ変換器７４４は画素信号に対してＡ／Ｄ変換を施してディジタルの画素信号（以下、画素データという。）を生成する。ＡＦＥ７４から出力される画素データは、画像処理コントローラ９８によってＲＡＭ１００に格納される。

画像処理コントローラ９８は、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００、色処理部１０２、解像度変換部１０４及び圧縮・伸張部１０６と協働して、ＡＦＥ７４から出力された画素データに対して各種の画像処理を施す。
ＲＡＭ１００は、画素データ等が一時的に格納される揮発性のメモリである。
色処理部１０２は、画像処理コントローラ９８と協働し、ＡＦＥ７４から出力された画素データに対して画像の現像処理を施す。現像処理とは、イメージセンサ７２上の各フォトダイオード７２０の信号電荷に対応する画素データの各画素の濃淡レベルを近傍画素同士で補間するデモザイク処理とホワイトバランス補正と階調補正とにより、画素毎にＲＧＢの３チャネルの濃淡レベルを持つフレームデータを形成し、最終的に画像の形に再現する処理である。
解像度変換部１０４は、画像処理コントローラ９８と協働し、フレームデータの解像度（総画素数）を所定の解像度に変換する。具体的には例えば、解像度変換部１０４は、ユーザが撮像前に設定する撮像条件に応じた解像度にフレームデータを変換したり、ＬＣＤ３６の画面サイズに対応した解像度にフレームデータを変換する。

圧縮・伸張部１０６は、画像処理コントローラ９８と協働し、フレームデータを圧縮し、また圧縮されたフレームデータを伸張する（例えば、画像データをＪＰＥＧ形式の画像データに圧縮したり、ＪＰＥＧ形式に圧縮されたデータを伸張する）。尚、フレームデータを圧縮せずにリムーバブルメモリ９２に格納することもできる。
グラフィックコントローラ９４は、画像処理コントローラ９８と協働し、フレームデータが表す画像をＬＣＤ３６に画面表示する。
以上説明した画像処理コントローラ９８、色処理部１０２、解像度変換部１０４及び圧縮・伸張部１０６及びグラフィックコントローラ９４の機能は、ＡＳＩＣ、ＤＳＰ等の専用回路で実現してもよいし、制御部８０が特定のプログラムを実行することによって実現してもよい。

操作部８４は、電源スイッチ５２、レリーズボタン１０、シャッタ速度ダイヤル１２や、撮影条件等を設定するためのボタン４０，４２，４４，４６，４８，５０およびジョグダイヤル２２を備える。
外部インタフェースコントローラ８６は、ＤＳＣ１と図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の外部システムとを通信可能に接続する。リムーバブルメモリコントローラ８８とは、カードコネクタ９０に接続されるリムーバブルメモリ９２にＲＡＭ８１に格納されているデータを転送する入出力機構である。
フラッシュメモリ８２は制御部８０が実行する画像処理プログラムを格納している不揮発性メモリである。ＤＳＣ１が作動するために必要な画像処理プログラムや各種のデータは、所定のサーバからのネットワークを介したダウンロード、リムーバブルメモリ９２からの読み出し等によってフラッシュメモリ８２に格納することもできる。

制御部８０は、ＣＰＵ７８、ＲＡＭ８１及びフラッシュメモリ８２を備える。制御部８０はフラッシュメモリ８２に格納されている制御プログラムを実行することでＤＳＣ１の各部を制御する。ＲＡＭ８１は、制御プログラムや各種のデータが一時的に格納される揮発性メモリである。

図６は、ＤＳＣ１のスルー画撮影モードにおける処理の流れを示すフローチャートである。図６に示す処理は、ＤＳＣ１がスルー画撮影モードに遷移すると起動し、ＤＳＣ１がスルー画撮影モードからスルー画撮影モード以外のモードに遷移するまで繰り返される。
まず、制御部８０は、シャッタ駆動部７０と協働して第一シャッタ幕３０と第二シャッタ幕３２を開く（ステップＳ１００参照）。以下、「第一シャッタ幕３０と第二シャッタ幕３２を開く」ことを「シャッタ幕を開く」という。

ステップＳ１０２では、制御部８０はスルー画をＬＣＤ３６に画面表示する。具体的には制御部８０は、シャッタ幕を開いたまま電子シャッタを用いてフォトダイオード７２０に所定の露光期間だけ信号電荷を蓄積させ、この信号電荷による画素信号をイメージセンサ７２から読み出す。そして制御部８０は、読み出した画素信号からフレームデータを生成し、そのフレームデータに対してＲＧＢ別画素補間処理、ホワイトバランス処理、色再現処理、ガンマ補正処理、縦横サイズ縮小処理等を施して、各種処理後のフレームデータが表す１フレーム分の画像をＬＣＤ３６に表示する。制御部８０は、これら一連の処理を繰り返すことによりスルー画をＬＣＤ３６に動画表示する。詳細は後述する。

ステップＳ１０４では、制御部８０は、レリーズボタン１０が押されたか否かを判定する。レリーズボタン１０が押されると、制御部８０は被写体の静止画を撮像するための処理（ステップＳ１０６からステップＳ１１８参照）を実行する。この処理が請求項に記載の「移行段階」に相当し、制御部８０及びレリーズボタン１０はこの処理において請求項に記載の「指示受付ユニット」として機能している。
ステップＳ１０６では、制御部８０、シャッタ駆動部７０と協働して第一シャッタ幕３０と第二シャッタ幕３２を閉じる（以下、「シャッタ幕を閉じる」という。）そして次回シャッタ動作のためのシャッタのチャージ、次回撮影のためのイメージセンサ７２の準備等を行う。
ステップＳ１０８では、制御部８０は、第一シャッタ幕３０又は第二シャッタ幕３２による幕面反射光の照度を検出する。具体的には制御部８０は、内部照度計６６の出力信号を読み込むことにより、レンズユニット２の絞り６２を通過し、シャッタ幕で反射した光の照度を検出する。

ステップＳ１１０では、制御部８０は、幕面反射光の照度に応じて、そのときの撮影条件に最適な露光期間（シャッタ幕を開いているべき適正な時間）を設定する。具体的には例えば、制御部８０は、内部照度計６６の出力信号に基づいて露光期間を設定する。
ステップＳ１１２からステップＳ１１４では、制御部８０は、ステップＳ１１０で設定した露光期間だけシャッタ幕を開放する。具体的には制御部８０は、シャッタ幕の開放に先立ちイメージセンサ７２の露光のための準備（例えばイメージセンサ７２の各フォトダイオード７２０に蓄積されている電荷の吐き出し処理や垂直ＣＣＤ７２１及び水平ＣＣＤ７２２に残存する電荷の吐き出し処理）を行う。そして、イメージセンサ７２の露光のための準備が整うと、制御部８０は、シャッタ駆動部７０と協働してシャッタ幕を開き（ステップＳ１１２参照）、シャッタ幕を開いてから設定した露光期間が経過した後にシャッタ幕を閉じる（ステップＳ１１４参照）。この結果、イメージセンサ７２は露光期間だけ被写体からの光に露光される。

ステップＳ１１６からステップＳ１１８では、制御部８０は静止画を生成する。具体的には制御部８０は、イメージセンサ７２の垂直ＣＣＤ７２１及び水平ＣＣＤ７２２に残存する電荷を吐き出した後に、上述した一般的な駆動方法でイメージセンサ７２を駆動することにより、イメージセンサ７２から順次第一フィールドの画素信号と第二フィールドの画素信号とを読み出す（ステップＳ１１６参照）。そして制御部８０は、色処理部１０２と協働して、読み出した第一フィールドの画素信号と第二フィールドの画素信号に対して現像処理を施すことにより、第一フィールドの画素信号と第二フィールドの画素信号とからフレームデータを生成する。さらに制御部８０は、解像度変換部１０４、圧縮・伸張部１０６、画像処理コントローラ９８及びリムーバブルメモリコントローラ８８と協働して、フレームデータに対して解像度変換、圧縮処理（例えばＪＰＥＧ規格に準拠した圧縮処理）等を施し、フレームデータを静止画（例えばＪＰＥＧ形式の静止画）としてリムーバブルメモリ９２等に格納する（ステップＳ１１８参照）。ステップＳ１０６からステップＳ１１８までの処理が請求項に記載の「静止画記録段階」に相当し、この処理において作動するＤＳＣ１の各部が請求項に記載の「静止画記録ユニット」に相当する。

図７は、スルー画表示処理におけるイメージセンサ７２の作動を示す模式図である。図８は、スルー画表示処理において撮像コントローラ７６が出力する駆動信号を示す模式図である。図７の（Ａ１）から（Ａ４）は、それぞれ図８のｔ１からｔ４におけるイメージセンサ７２の状態を示している。図９は、スルー画表示処理において画素信号からフレームデータを生成する処理を示す模式図である。以下、第一フィールドの画素信号をイメージセンサ７２から読み出し、そのとき読み出した第一フィールドの画素信号と前回読み出した第二フィールドの画素信号とから１フレーム分のフレームデータを生成する処理について具体的に説明しながら、スルー画表示処理について説明する。

まず、制御部８０は、垂直ＣＣＤ７２１の各セル７２１ａに第一フィールドの信号電荷を対応するフォトダイオード７２０から転送する（図７（Ａ１）、図８に示すｔ１におけるＶｓｈの波形参照）。このとき各列の垂直ＣＣＤ７２１の全てのセル７２１ａには、同一チャネルの濃淡レベルを示す信号電荷、具体的にはＧチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷又はＢチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が対応するフォトダイオード７２０から転送される。

次に、制御部８０は、各列の垂直ＣＣＤ７２１の複数セル分の信号電荷を水平ＣＣＤ７２２の各セル７２２ａで加算する。具体的には制御部８０は、例えば垂直ＣＣＤ７２１の２セル分の信号電荷を加算する場合、水平ＣＣＤ７２２を駆動することなく（図８に示すｔ１からｔ５のＶｈの波形参照）、垂直ＣＣＤ７２１により垂直ＣＣＤ７２１の２セル分の信号電荷を水平ＣＣＤ７２２の各セル７２２ａに転送させる。図７（Ａ２）、（Ａ３）及び図８に示すｔ１からｔ３におけるＶ１からＶ４の波形は、１セル目の信号電荷を転送するための垂直駆動信号を示し、図７（Ａ４）及び図８に示すｔ４からｔ５におけるＶ１からＶ４の波形は、２セル目の信号電荷を転送するための垂直駆動信号を示している。この結果、各列の垂直ＣＣＤ７２１の２セル分の信号電荷が水平ＣＣＤ７２２の各セル７２２ａに蓄積される。尚、上述したように各列の垂直ＣＣＤ７２１には同一チャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が転送されているため、画素加算により異なるチャネルの濃淡レベルを示す信号電荷が水平ＣＣＤ７２２の各セル７２２ａで混合されることはない。

次に、制御部８０は、水平ＣＣＤ７２２により画素加算後の信号電荷を検出部７２３に転送させ（図８に示すｔ５からｔ６のＶｈの波形参照）、検出部７２３により信号電荷を画素信号に変換させる。すなわち、水平ＣＣＤ７２２は各セルに垂直ＣＣＤの２セル分の電荷が蓄積される度に一度だけ電荷を一掃する。ＤＳＣ１では、このようにして水平ＣＣＤ７２２による信号電荷の転送回数を低減することにより、１フレームを表示するために必要な垂直ＣＣＤ７２１による信号電荷の転送回数を低減することができる。具体的には、１フレームを表示するために必要な垂直ＣＣＤ７２１による信号電荷の転送回数は、ｎ倍の画素加算によりｎ分の１に低減される。この結果、１フレームを表示するために必要な画素信号をイメージセンサ７２から高速に出力させることができる。尚、検出部７２３がフローティング・ディフュージョン・アンプの場合、制御部８０は、水平ＣＣＤ７２２の複数セル分の信号電荷を検出部７２３に転送することにより、検出部７２３で信号電荷を加算した後に、検出部７２３により信号電荷を画素信号に変換させてもよい。

イメージセンサ７２から読み出された画素信号には、ＡＦＥ７４によるノイズ除去、明るさ調整、Ａ／Ｄ変換等の処理が施される。具体的には明るさ調整は、制御部８０が被写体の明るさに応じてアンプ７４２のゲインを制御することにより行う。制御部８０は、例えば明るさ調整の対象となる画素信号より以前に読み出された画素信号から被写体の明るさを判定する。すなわち、制御部８０はアンプ７４２による画素信号のフィードバック制御を行う。尚、スルー画の明るさの調整は、露光期間を一定にした状態で被写体の明るさに応じて画素加算の倍数をフィールド毎、フレーム毎に設定することにより行ってもよい。上述したアンプ７２４による明るさ調整と画素加算による明るさ調整とを併用する場合、画素加算が施された画素信号は被写体が実際の被写体の明るさよりも明るいことを示すため、画素信号に基づく被写体の明るさの判定には画素加算の倍数を考慮する必要がある。また、アンプ７２４による明るさ調整前の画素信号に基づいて、被写体の明るさを判定してもよい。

次に、制御部８０は、画像処理コントローラ９８と協働してＡＦＥ７４から出力された画素データをＲＡＭ１００に格納する。ここでＡＦＥ７４から出力された画素データが表すフレームの垂直方向の解像度は、信号電荷の加算により垂直方向に低減されている。そこで制御部８０は、信号電荷の垂直方向の加算数に応じて画素データの画素を水平方向に間引いたり水平方向に連続する画素値を加算することにより、ＡＦＥ７４から出力された画素データが表すフレームの垂直方向の解像度を低減する。この結果、ＡＦＥ７４から出力された画素データが表すフレームの歪みは是正されるとともに、フレームの解像度は低減される。このように画素データの情報量を低減することにより、その後に画像データに対して施す処理量を低減することができる。

次に、制御部８０は、色処理部１０２と協働して、前回読み出した第二フィールドの画素データ（図９に示すＦ２（ｎ−１）参照）と今回読み出した第一フィールドの画素データ（図９に示すＦ１（ｎ）参照）とから１フレーム分のフレームデータ（図９に示す第一フレーム参照）を生成する。そして制御部８０は、解像度変換部１０４、画像処理コントローラ９８及びグラフィックコントローラ９４と協働して、ＬＣＤ３６の画面サイズに対応した解像度に変換したフレームデータが表すフレームをＬＣＤ３６に表示する。ところで、今回読み出した第一フィールドの画素データは、図９に示すように次回読み出す第二フィールドの画素データ（図９に示すＦ２（ｎ＋１）参照）とともに次のフレームデータ（図９に示す第二フレーム参照）の生成に利用される。

このように、イメージセンサ７２から読み出した画素データを連続する２フレーム分のフレームデータの生成に用いることより、すなわち１フィールドの画素データを２フレームにオーバラップさせることにより、図１０に示すように画素データを１フレーム分のフレームデータの生成に用いる場合と比較して、スルー画表示のフレームレートを高めることができる。尚、イメージセンサ７２が１フレームを３フィールド以上の複数フィールドに分割して画素信号を読み出すイメージセンサである場合は、イメージセンサ７２から読み出した画素データをそのフィールド数に応じて連続する複数フレーム分のフレームデータの生成に用いてもよい。またＤＳＣ１は、図９に示すフレーム生成モードと図１０に示すフレーム生成モードとを自動又は手動により切り換えてもよい。以上説明したスルー画表示処理が請求項に記載の「動画表示段階」に相当する。また、スルー画表示処理において作動するＤＳＣ１の各部が請求項に記載の「動画表示ユニット」に相当する。

（第二実施例）
第二実施例によるＤＳＣは、第一実施例に係る内部照度計６６を備えていないことを除き、第一実施例によるＤＳＣ１と実質的に同一である。
第二実施例によるＤＳＣは、内部照度計６６を備えていないため、第一実施例によるＤＳＣ１のように幕面反射光を用いて静止画撮影時の露光期間を算出することができない。そこで第二実施例によるＤＳＣは、スルー画表示処理中にイメージセンサ７２から読み取った画素信号が示す輝度値に応じて静止画撮影時の露光期間を設定する。

ここで第二実施例によるＤＳＣでは、第一実施例において説明した画素加算による明るさ調整及びアンプ７４２による明るさ調整を画素信号に対して施している。そのため、明るさ調整後の画素信号は被写体が実際の被写体の明るさよりも明るいことを示す。そこで第二実施例によるＤＳＣでは、画素信号に基づいて、画素加算の倍数とアンプ７４２のゲインとに応じた露光期間を設定する。例えばｎ倍の画素加算を行っている場合、第二実施例によるＤＳＣは画素信号に基づいて取得した露光期間をｎ倍することにより補正し、補正後の露光期間を静止画撮影時の露光期間として設定する。

画素信号に基づいて、画素加算の倍数とアンプ７４２のゲインとに応じた露光期間を設定することにより、内部照度計６６を備えていないＤＳＣであっても、被写体の明るさに応じた最適な露光期間で静止画を撮影することができる。尚、第二実施例によるＤＳＣでは、アンプ７４２による明るさ調整前の画素信号に基づいて露光期間を設定してもよい。以上説明した露光期間を設定する処理が請求項に記載の「設定段階」相当する。

本発明によるディジタルスチルカメラの外観を示す図。 本発明によるディジタルスチルカメラの外観を示す図。 本発明によるディジタルスチルカメラのブロック図。 本発明に係るイメージセンサの模式図。 本発明に係るイメージセンサの読み出し方式を説明するための模式図。 撮影モードにおける処理の流れを示すフローチャート。 スルー画表示処理におけるイメージセンサの作動を示す模式図。 スルー画表示処理におけるイメージセンサの駆動信号を示す模式図。 画素信号からフレームデータを生成する処理を説明するための模式図。 画素信号からフレームデータを生成する処理を説明するための模式図。

符号の説明

７２ イメージセンサ（ＣＣＤエリアイメージセンサ）、７６ 撮像コントローラ（動画表示ユニット、静止画記録ユニット）、８０ 制御部（動画表示ユニット、指示受付ユニット、静止画記録ユニット）、９４ グラフィックコントローラ（動画表示ユニット）、９８ 画像処理コントローラ９８（動画表示ユニット、静止画記録ユニット）、１０２ 色処理部（動画表示ユニット、静止画記録ユニット）、１０４ 解像度変換部（動画表示ユニット、静止画記録ユニット）、１０６ 圧縮・伸張部（静止画記録ユニット）、７２０ フォトダイオード、７２１ 垂直ＣＣＤ、７２１ａ セル（垂直ＣＣＤのセル）、７２２ 水平ＣＣＤ、７２３ 検出部

Claims (6)

1. ＣＣＤエリアイメージセンサのフォトダイオードに電荷を蓄積し、垂直ＣＣＤ毎に１つの色成分に対応する電荷が転送されるように、前記フォトダイオードに蓄積される１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に水平ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの複数セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルにフィールド毎に蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に検出部に転送し、前記検出部に転送された電荷に対応する画素信号をフィールド毎に生成し、フィールド毎に前記画素信号を連続する複数フレームの生成に用いながら、動画の各フレームを画面表示する動画表示段階と、
   前記フォトダイオードに電荷を蓄積し、前記フォトダイオードに蓄積される、１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に水平ＣＣＤに転送し、フィールド毎に前記垂直ＣＣＤの１セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルに蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に検出部に転送し、前記検出部に転送された電荷に対応する画素信号をフィールド毎に生成し、複数フィールドの前記画素信号に基づいて静止画像を生成し、前記静止画像を記録媒体に格納する静止画記録段階と、
   静止画記録指示を受け付け、前記動画表示段階から前記静止画記録段階に移行する移行段階と、
   を含むディジタルカメラの制御方法。
2. 前記動画表示段階では、前記画素信号に応じたゲインで前記画素信号を増幅することにより前記動画の明るさを調整する請求項１に記載のディジタルカメラの制御方法。
3. 前記画素信号に基づいて、前記水平ＣＣＤの各セルに電荷が蓄積される前記垂直ＣＣＤのセル数に応じた露光期間を設定する設定段階をさらに含み、
   前記静止画記録段階では、前記フォトダイオードを前記露光期間露光することにより前記フォトダイオードに電荷を蓄積する請求項１又は２に記載のディジタルカメラの制御方法。
4. 前記動画表示段階では、水平方向に間引きされた前記画素信号を生成することにより、前記フレームの解像度を低減する請求項１、２又は３に記載のディジタルカメラの制御方法。
5. 前記動画表示段階では、水平方向に加算された前記画素信号を生成することにより、前記フレームの解像度を低減する請求項１、２又は３に記載のディジタルカメラの制御方法。
6. フォトダイオードと、
   複数の前記フォトダイオードに接続されている垂直ＣＣＤと、
   複数の前記垂直ＣＣＤに接続されている水平ＣＣＤと、
   前記水平ＣＣＤに接続されている検出部と、
   前記フォトダイオードに電荷を繰り返し蓄積し、前記フォトダイオードに蓄積される、１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に前記水平ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの複数セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルにフィールド毎に蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に前記検出部に転送し、前記検出部に転送された電荷に対応する画素信号をフィールド毎に生成し、フィールド毎に前記画素信号を連続する複数フレームの生成に用いながら、動画の各フレームを画面表示する動画表示ユニットと、
   静止画記録指示を受け付ける指示受付ユニットと、
   前記静止画記録指示に応じて、前記フォトダイオードに電荷を蓄積し、前記フォトダイオードに蓄積される、１フレームを構成する互いに異なるフィールドの電荷を時分割して前記垂直ＣＣＤに転送し、前記垂直ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に水平ＣＣＤに転送し、フィールド毎に前記垂直ＣＣＤの１セルの電荷を前記水平ＣＣＤの各セルに蓄積し、前記水平ＣＣＤの各セルの電荷をフィールド毎に検出部に転送し、前記検出部に転送された複数フィールドの電荷に基づいて静止画像を生成し、前記静止画像を記録媒体に格納する静止画記録ユニットと、
   を備えるディジタルカメラ。

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