JP4367831B2 - カラー撮像装置および固体撮像装置の駆動制御方法 - Google Patents
カラー撮像装置および固体撮像装置の駆動制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー撮像装置および固体撮像装置の駆動制御方法に関し、特に、固体撮像素子に蓄積された電荷を転送する際に、転送直前に余剰電荷を掃出す動作を行うか否かを選択することができるインタレース転送方式のカラー撮像装置および固体撮像装置の駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラー撮像装置は、固体撮像装置として、半導体の上に絶縁体を介して複数の電極を配列させたＣＣＤ（Charge Coupled Device 、電荷結合素子）を多用している。このＣＣＤの方式として、特に、インタレース転送方式のＣＣＤを用いた固体撮像装置では、従来から、固体撮像装置に蓄積された電荷を画像データとして転送する際に、転送動作に先立って、転送路に溜まっている余剰電荷を高速で掃出する動作（余剰電荷掃出し動作）を行っている。この余剰電荷には、生起原因から見ると、スミアと呼ばれる強い光がＣＣＤに入射した時に発生する余剰電荷や、暗電流等のノイズによって発生する余剰電荷などがある。
この余剰電荷の高速掃出しは、固体撮像装置の駆動制御方法の一角をなす重要技術であるが、近年、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が益々速くなる傾向があるために、大電力を消費する。また、後述の図６に示すように、掃出し動作自体に時間がかかってしまうために、インタレース転送完了までの時間が長くなる。
【０００３】
以下、従来のカラー撮像装置における３フィールドインタレース転送方式の動作を説明する。
図６は、従来のカラー撮像装置における３フィールドインタレース転送方式の動作を示すタイミングチャートである。
同図において、従来は、全てのフィールドにおいて余剰電荷除去の高速掃出しが行われている。
次に、図７を参照して従来のカラー撮像装置における２フィールドインタレース転送方式の動作を説明する。
図７は、従来のカラー撮像装置における２フィールドインタレース転送方式の動作を示すタイミングチャートである。
同図に示すように、２フィールド転送の場合は、高速掃出しが２回だけしか行われない。そのため、そのうちの１回を行わないように構成したとしても高速化に大きく寄与することはできない。
なお、前述の余剰電荷の高速掃出し方法として、余剰電荷の掃き出し転送期間において信号電荷蓄積部の垂直転送レジスタに印加する転送クロックパルスを停止し、該垂直転送レジスタ内のポテンシャルを撮像部の垂直転送レジスタの低レベルのポテンシャルより深いポテンシャルに固定して、余剰電荷の掃き出し転送を行うことにより、消費電力の低減を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１。）。
【０００４】
また、露光前にスミア電荷の掃き出しを行い、露光時に垂直ＣＣＤの駆動を停止することで露光期間中に発生したスミア電荷が垂直ＣＣＤを移動しないようにし、これより、露光時に発生するスミア電荷によるゴースト像の発生を防止するとともに、露光直前までスミア電荷の掃き出しを行って像のボケを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献２。）。
さらに、シャッタ機構に高速性が要求されないように、画像電荷を発生する期間よりも長期である電荷読み出し期間中に、露光光を遮光して受光面を暗状態にすることにより、スミア電荷掃出期間中のスミア電荷の発生を抑制する技術が下記特許文献３に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１５８３２４号公報
【特許文献２】
特開平８−１６８０３３号公報
【特許文献３】
特開９−４６５９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のとおり、従来の固体撮像装置は、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が益々速くなる傾向があるために、余剰電荷の高速掃出しは、大電力を消費するという問題点があった。
また、掃出し動作自体に時間がかかってしまうために、インタレース転送完了までの時間が長くなるという問題点があった。
さらに、ＣＣＤで代表されるような固体撮像装置が備える膨大な画素対応の各素子には、その光電効果特性に多少のばらつきがあり、感度や暗電流の大きさが画素毎に多少違っている。そのため、ノイズ成分の余剰電荷が完全に除去できない場合があり、従来は、この除去できなかった余剰電荷は画質の劣化となってしまうという問題点があった。
なお、前述の特許文献１〜３に開示されている技術は、転送および露光に先立って、転送路などに溜まっている余剰電荷を掃出すための高速掃出し転送については開示しているが、インタレース転送の一部のフレーム転送において、高速掃出し転送を行わないようにする方法については何も開示していない。
【０００７】
本発明の請求項１の目的は、特に、場合に応じ、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮し得るとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにすることができ、さらには、高速動作を保証するとともに、画質劣化が生じないように、高速動作が要求される連写の場合にのみ余剰電荷掃き出し動作を省略して高速動作を保証し、また、通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができるカラー撮像装置を提供することにある。
【０００８】
さらに、本発明の請求項２の目的は、特に、高速動作を保証するとともに、低消費電力を実現することができるカラー撮像装置を提供することにある。
また、本発明の請求項３の目的は、特に、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにでき、特に、連写のような高速動作を保証し、また、通常の撮影の場合は、従来動作を行うように制御することで高画質を提供することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の請求項４の目的は、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにでき、特に、高速動作を保証するとともに、低消費電力を実現することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係るカラー撮像装置は、上述した目的を達成するために、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置と、この固体撮像装置を制御する前記インタレース転送方式の制御手段とを備えたカラー撮像装置において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃出し実行手段と、
前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃出し不実行手段と、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定することができる設定手段と、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行手段により前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行う
ことを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項２に記載した本発明に係るカラー撮像装置は、上述した目的を達成するために、撮像素子に蓄積された全画素数の電荷を転送する際に前記電荷のデータ転送を３フィールド以上の複数フィールドに分割して行い、かつ複数のカラーフィルタを設けた撮像素子を用いる撮像装置であって、
前記電荷を転送する各フィールドの転送データに少なくともＲＧＢまたはＹｅＣｙＭｇＧからなるカラー信号を含むインタレース転送方式の撮像素子と、
上記データ転送を制御する撮像素子制御手段と、
前記複数のフィールド中の転送された任意のフィールド数の転送データにより画像処理を行う画像処理手段とを備え、
前記撮像素子制御手段は各フィールドに対してデータ転送する前に転送路の余剰電荷除去動作を行うかどうかを設定することが可能である撮像装置において、
前記複数フィールドのうち少なくとも一部のフィールドから転送されるデータを使用して画像処理を行うときには、前記画像処理において使用する全てのフィールドにおいて前記余剰電荷除去動作を行わないことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載した本発明に係る固体撮像装置の駆動制御方法は、上述した目的を達成するために、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行うことを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項４に記載した本発明に係る固体撮像装置の駆動制御方法は、上述した目的を達成するために、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御することを特徴としている。
【００１４】
【作用】
即ち、本発明によるカラー撮像装置は、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置と、この固体撮像装置を制御する前記インタレース転送方式の制御手段とを備えたカラー撮像装置において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃出し実行手段と、
前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃出し不実行手段と、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定することができる設定手段と、
を備え、さらに、前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送の実行に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定できるようにしている。このような構成により、前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合によっては、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないようにし、これにより、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにしている。また、前記固体撮像装置からは、複数のカラーフィルタを介した撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合に、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出しを省略して高速動作を保証するとともに、画質劣化が生じないようにしている。
即ち、２フィールドに分けて転送する場合は、１回の転送にかかる時間が長いために、暗電流等のノイズによる影響が大きくなり画質の劣化が顕著になってしまう。これに対して３フィールド以上に分けて転送する場合は、転送路の暗電流等のノイズが溜まる時間が短くなるために画質への影響も小さくなる。一般に、フィールド分割数が多くなるほど転送路におけるノイズの影響は小さくなる。そのため、撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合には、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間において余剰電荷掃き出し動作を省略して、高速動作を可能にするとともに、画質劣化が生じないようにしている。
【００１５】
また、本発明によるカラー撮像装置は、前記複数フィールドのうち、第１フィールド以外のフィールドを、前記データ転送の実行期間において前記余剰電荷掃き出し不実行ステップが適用されるフィールドとして設定し、前記複数フィールドのうち、具体的に前記第１フィールド以外のフィールドに対しては、高速の余剰電荷掃き出し動作を省略することにより、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、大電力の消費を容易に回避することができるようにしている。
【００１６】
また、本発明によるカラー撮像装置は、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行手段を適用して前記余剰電荷の除去を行わないようにする。即ち、スミアによる余剰電荷は、第１フィールドの余剰電荷掃出し動作によって除去できるが、暗電流等のノイズによる余剰電荷は各フィールドに影響を与える。これを除去するために通常ＯＢ（Optical Black）積分値による補正を行うが、各ＣＣＤ素子の素子間ばらつきのために完全に除去できない場合があるために、高速動作が要求される連写の場合にのみ余剰電荷掃き出し動作を省略して、前記高速動作を保証し、また、通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができるようにしている。
【００１７】
さらに、本発明によるカラー撮像装置は、撮像素子に蓄積された全画素数の電荷を転送する際に前記電荷のデータ転送を３フィールド以上の複数フィールドに分割して行い、かつ複数のカラーフィルタを設けた撮像素子を用い、前記電荷を転送する各フィールドの転送データに少なくともＲＧＢまたはＹｅＣｙＭｇＧからなるカラー信号を含むインタレース転送方式の撮像素子と、前記データ転送を制御する撮像素子制御手段と、前記複数のフィールド中の転送された任意のフィールド数の転送データにより画像処理を行う画像処理手段とを備え、前記撮像素子制御手段は各フィールドに対してデータを転送する前に転送路の余剰電荷除去動作を行うかどうかを設定することが可能であり、前記複数フィールドのうち一部以上のフィールドで画像処理を行うときには、前記画像処理において使用する全てのフィールドにおいて余剰電荷除去動作を行わないようにしている。
【００１８】
即ち、インタレース分割転送における各フィールドに、原色系ＣＣＤではＲＧＢ、また補色系ＣＣＤではＹｅＣｙＭｇＧの信号成分に対応する電荷が全て揃っているＣＣＤにおいては、各フィールド単体で画像処理が可能である。この各フィールドを連続的に画像処理を行う場合、第１フィールド転送中に第２フィールドの露光を行うことになり、遮光手段であるメカシャッタは転送中も開いたままになる。このような場合、高速転送を行ったとしてもスミアの除去をすることはできない。そのため、このようなモードでは、余剰電荷除去動作である高速掃出しを行わないことにより、高速動作を可能にするとともに、低消費電力を実現している。
また、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送の実行期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、これとは逆に、前記実行期間において前記余剰電荷掃き出し手段を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップとを備え、さらに、前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送の実行に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定できるようにしている。
【００１９】
このような構成により、前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合によっては、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないように制御し、これにより、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにしている。
さらに、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、前記固体撮像装置からは、複数のカラーフィルタを介した撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合に、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間において前記余剰電荷掃き出しを省略する制御方法を適用して、高速動作を可能にするとともに、画質劣化が生じないようにしている。即ち、２フィールドに分けて転送する場合は、１回の転送にかかる時間が長いために、暗電流等のノイズによる影響が大きくなり画質の劣化が顕著になってしまう。これに対して３フィールド以上に分けて転送する場合は、転送路の暗電流等のノイズが溜まる時間が短くなるために画質への影響も小さくなる。一般に、フィールド分割数が多くなるほど転送路におけるノイズの影響は小さくなる。そのため、撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合には、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出し動作を省略する制御を適用して、高速動作を可能にするとともに、画質劣化が生じないように制御している。
また、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、前記複数フィールドのうち、第１フィールド以外のフィールドを、前記データ転送の実行期間において前記余剰電荷掃き出し不実行ステップが適用されるフィールドとして設定し、前記データ転送の実行期間において、具体的に前記第１フィールド以外のフィールドのデータ転送期間における前記余剰電荷掃き出しを省略できるようにして、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、大電力の消費を容易に回避することができるようにしている。
【００２０】
また、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御する。即ち、スミアによる余剰電荷は第１フィールドの余剰電荷掃出し動作によって除去できるが、暗電流等のノイズによる余剰電荷は各フィールドに影響を与える。これを除去するために通常ＯＢ（Optical Black）積分値による補正を行うが、各ＣＣＤ素子の素子間ばらつきのために完全に除去できない場合があるために、高速動作が要求される連写の場合にのみ余剰電荷掃き出し動作を省略して、前記高速動作を保証し、また、通常の撮影の場合は、従来動作を行うように制御することで高画質を提供することができるようにしている。
【００２２】
さらに、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御している。即ち、インタレース分割転送における各フィールドに、原色系ＣＣＤではＲＧＢ、また補色系ＣＣＤではＹｅＣｙＭｇＧの信号成分に対応する電荷が全て揃っているＣＣＤにおいては、各フィールド単体で画像処理が可能である。この各フィールドを連続的に画像処理を行う場合、第１フィールド転送中に第２フィールドの露光を行うことになり、遮光手段であるメカシャッタは転送中も開いたままになる。このような場合、高速転送を行ったとしてもスミアの除去をすることはできない。そのためこのようなモードでは、余剰電荷除去動作である高速掃出しを行わないように制御することにより、高速動作を可能にするとともに、低消費電力を実現している。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の原理は、インタレース転送の一部のフレーム転送において、高速掃出し転送を行わないことで、高速動作が可能な低消費電力の固体撮像装置および固体撮像装置の制御方法を実現することを特徴とする。
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、図面を参照して本発明のカラー撮像装置および固体撮像装置の駆動制御方法を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の要部の構成を示すブロック構成図である。
同図において、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置は、メカシャッタ（「メカニカルシャッタ」の略、以下同じ。）を備えて撮影対象の像を結ぶ撮像レンズ系１と、撮影像を映像信号に変換するＣＣＤ２と、映像信号をデジタル信号に変換するＦ／Ｅ部３と、デジタル信号の映像信号を処理する信号処理ＩＣ４と、信号処理ＩＣ４の処理結果を保存するＳＤＲＡＭ５と、システム全体を制御するとともにＪＰＥＧ画像データを作成するＣＰＵ１０と、撮影要求等を入力するための操作部６と、メカシャッタを含むレンズ系１を制御するシャッタドライバ／モータドライバ７と、映像信号を映像として表示する表示部８と、ＪＰＥＧ画像データを保存するメモリカード９とを具備する。
【００２４】
Ｆ／Ｅ部３は、ＣＣＤ２からの出力を後述するＴＧ３４の制御の下にサンプリングするＣＤＳ３１と、映像信号の出力を調整するＡＧＣ３２と、アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ３３と、ＣＣＤ２およびＦ／Ｅ部３の各構成要素の駆動タイミングを生成するＴＧ３４とを具備する。
信号処理ＩＣ４は、画像の特徴データを抽出するＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１と、画像データの供給先を制御して画像データを配信するメモリコントローラ４２と、表示部８に画像データを引き渡す表示部Ｉ／Ｆ４４と、ＲＧＢ（光の３原色である赤、緑、青）データをＹＵＶデータに変換するＹＵＶ変換部４３と、ＹＵＶデータをＪＰＥＧ圧縮する圧縮ブロック４５とを具備する。
ＳＤＲＡＭ５は、ＲＧＢデータを記録するＲＡＷ−ＲＧＢ５１と、ＹＵＶデータを記録するＹＵＶ５２と、ＪＰＥＧデータを記録するＪＰＥＧ５３とを具備する。
ＣＣＤ２は、本発明では、一般に、撮像素子に蓄積された電荷を、複数のフィールドに分割して行うインタレース転送方式の撮像装置である。また、本実施形態では、ＣＣＤ２は、３００万画素原色系の３回転送インタレースＣＣＤであるものとする。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の機能を説明する。
ユーザの撮影要求が操作部６から入力されると、ＣＰＵ１０は、記録用の露光設定をＦ／Ｅ部３に対して設定する。また、ＣＰＵ１０は、この設定された露光が完了した時点で、シャッタドライバ７を制御することで撮像レンズ系１のメカシャッタを閉じてＣＣＤ２を遮光する。
撮影対象（図示は省略）から、撮像レンズ系１を介して入射し、ＣＣＤ２の結像面に結像した撮影画像は、ＣＣＤ２よりアナログ画像信号として取り出されてＦ／Ｅ部３に入力される。このアナログ画像信号は、Ｆ／Ｅ部３（前述のとおり、ＣＤＳ３１，ＡＧＣ３２，Ａ／Ｄ３３を有する）でデジタル信号に変換され、信号処理ＩＣ４のＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１を介してＳＤＲＡＭ５に取り込まれる。この時、ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１のＹＵＶ変換部４３において画像の特徴データが抽出される。なお、この特徴データは、ＹＵＶ変換時のホワイトバランス設定などに使われる。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置のＣＣＤの結像面を示す正面図である。
同図に示すように、ＣＣＤ２の結像面は、実際に記録に使われる部分である有効画素範囲の領域と、メタルマスクされて光が入射しない範囲の領域とで構成されている。メタルマスクされて光が入射しない範囲の領域の一部としてＯＢ（Optical Black）積分を行う範囲の領域がある。このＯＢ部分のデータも、有効画素データとともに、ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１に取り込まれる。
このＯＢ部分のデータは、光が当たっていない状態で蓄積された電荷であり、主として暗電流による余剰電荷に相当する。
ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１では、このＯＢ部分のデータを数画素分、例えば８×８画素分を積算し、かつ、その平均値を求め、図２の矢印で示すように、次の８ラインの各画素データに対して、この各画素データから前記ＯＢ部分の平均値を減算することで、暗電流等のノイズによる余剰電荷を除去している。
【００２７】
３フィールド転送が完了した後でＳＤＲＡＭ５に保存されたＲＧＢデータは、ＹＵＶ変換部４３でＹＵＶデータに変換され、ＳＤＲＡＭ５に書き戻される。
このＲＧＢデータのＹＵＶデータへの変換時に、ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１で抽出された特徴データを用いてＣＰＵ１０においてホワイトバランス係数やエッジ強調係数が計算されて、その結果がホワイトバランスやエッジ強調の制御に使用される。前記ＳＤＲＡＭ５に書き戻されたＹＵＶデータは再度読み出され、圧縮ブロック４５においてＪＰＥＧ圧縮され、ＳＤＲＡＭ５に書き戻される。
このＳＤＲＡＭ５においてＪＰＥＧ圧縮された前記ＹＵＶデータは、ＣＰＵ１０によってヘッダデータなどが付加されてＪＰＥＧ画像データに仕上げられ、メモリカード９に保存される。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の３フィールドインタレース転送方式の場合の動作を示すタイミングチャートである。
従来方式では、前述の図６に示すように全てのフィールドにおいて余剰電荷除去の高速掃出し（余剰電荷除去動作）を行っていたが、本発明の実施形態に係るカラー撮像装置では、例えば、図３に示すように、第１フィールドに対してのみ高速掃出しを行うものとする。このように、例えば、第１フィールドに対してのみ高速掃出しを行うことで、露光時のメカシャッタが開いていた時に発生した余剰電荷であるスミアの除去ができる。また、第２フィールド以降のフィールドに対しては高速掃出しを行わないことで、全画素が転送されるまでの時間を短縮することが可能となる。さらに、このように第２フィールド以降のフィールドに対しては高速掃出しを省略することで、高速掃出しで消費される電力の２回分の節減を果している。
【００２９】
以下、本発明の実施形態に係るカラー撮像装置の動作を説明する。
ここに記載のカラー撮像装置では、前記複数のフィールド毎に、インタレース転送時に余剰電荷の掃出しを行うか否かの設定を行うことができるようにし、また、この設定に従って動作するようにしている。
このインタレース転送時に高速掃出しを行うか否かの設定は、本実施の形態に係るカラー撮像装置では、ＣＰＵ１０によって行われ、また、この設定は、ＣＣＤ２の動作を制御しているＦ／Ｅ部３に対してなされる。
例えば、図３に示すように、前記複数フィールドのうち、前記第１フィールド以外のフィールドを、前記高速掃出し動作を行わないフィールドとして設定する。
【００３０】
さらに、他の実施形態に係るカラー撮像装置の態様では、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記高速掃き出し実行手段を適用して前記余剰電荷の除去を行う。
より具体的には、例えば、連写モードと通常撮影モードとを設けて、この２つのモードによって制御内容を上記のように変更するものである。なお、このモード切り替えは、操作部６によって設定することができる。
前述のとおり（図２参照）、暗電流等のノイズ成分除去は、ＯＢ積分から得た平均値によって除去することを説明したが、ＣＣＤ２が備える３００万画素に対応する各素子には、その光電効果特性に多少のばらつきがあり、感度や暗電流の大きさが画素毎に多少違っている。そのため、ノイズ成分の余剰電荷が完全に除去できない場合があり、従来は、この除去できなかった余剰電荷は、画質の劣化となってしまうという問題点があった。
【００３１】
そこで、本発明によるカラー撮像装置の態様では、この問題点に対処するために、高速連続撮影が必要な連写モードの場合は、本発明の一部のフィールドで高速掃出しを行わないように駆動制御し、また、通常撮影モードの場合は、従来どおり駆動制御して高画質を得るという、モード対応の駆動制御の切り替えを行う。これにより、連写モードでの高速化を達成している。
本発明のカラー撮像装置の態様では、具体的に、インタレース転送の分割転送回数が３フィールド以上の場合に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の駆動制御方法を適用し、即ち、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出し動作の省略を行っている。
一般に、インタレース転送を行うＣＣＤでは、通常、垂直方向に間引き転送を行っている。即ち、２フィールド転送の場合は、第１フィールドとして奇数ラインの転送を行い、第２フィールドとして偶数ラインの転送を行う。３００万画素ＣＣＤの場合は、有効画素として少なくとも垂直１５３６ラインのデータ転送が行われるため、１フィールド当たりの転送ライン数は７６８ラインとなる。３フィールド転送の場合では、１フィールドあたり５１２ラインとなる。
【００３２】
このライン数が多くなると、垂直転送を行うＣＣＤの段数が増えていくために、それだけノイズ成分が蓄積される可能性が多くなるので、この観点からも、インタレース転送の分割転送回数が３フィールド以上の場合に本発明に係る固体撮像装置の駆動制御方法（即ち、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出し動作の省略）を適用することが有利となる。
前述の図７（従来例）に示すように、２フィールド転送の場合は、高速掃出しが２回だけしか行われないため、この場合に本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の駆動制御方法を適用して、仮に、前記高速掃出しのうちの１回を行わないようにしたとしても高速化に大きく寄与することはできない。そのため、２フィールド転送ＣＣＤの場合には、従来どおり、全てのフィールド（即ち、２つのフィールド）に対して、高速掃出しを行った方が画質の劣化が少なく、利点が大きい。
【００３３】
一方、垂直転送段数が少なく、高速掃出しの回数が多い３フィールド転送以上の分割転送の場合では、高速掃出しの回数を削減することで、高速化と省電力の効果が大きくなるため、３フィールド分割以上のインタレース転送方式ＣＣＤに対して本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の駆動方法を適応している。
以下、このカラー撮像装置の動作を説明する。
このカラー撮像装置の態様では、前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷の除去を行わないようにしている。
より具体的には、例えば、３フィールド転送ＣＣＤの場合において、１回の転送のみで信号処理を行う動作を連続的に行う場合に、各フィールドに対して高速掃出しを行わないように制御するものである。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置において、３フィールド転送を行う場合のＣＣＤの各フィールドデータの転送動作を示す説明図である。
同図に示すように、この態様では、各フィールドともＲ、Ｇ、Ｂのデータが揃っているため、１フィールドのみ（したがって、１回の転送）で、ＹＵＶ変換が可能である。
以下、この１フィールド分のＲＧＢデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合の動作を説明する。
図５は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置において、１フィールド分のＲＧＢデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合の動作を示すタイミングチャートである。
同図に示すように、１フィールド分のＲＧＢデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合は、第１フィールド転送中に第２フィールドの露光を行っているために、メカシャッタを閉めずに動作を行っている。この場合、強い光が入射すると高速掃出しを行ってもスミアの影響を除去できない。また露光したデータは直後のフィールドで転送されるので、各画素にデータが保持されている時間は短く、暗電流等のノイズの影響は少なくなるので、高速掃出しによる効果は期待できない。
そのため、１フィールドにＲＧＢデータが揃って記録されていて、この１フィールド分のデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合には、各フィールド転送において高速掃出しを行わないようにすることで、連続撮影の高速化と省電力化とを実現している。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に記載の発明によれば、
複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置と、この固体撮像装置を制御する前記インタレース転送方式の制御手段とを備えたカラー撮像装置において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃出し実行手段と、
前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃出し不実行手段と、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定することができる設定手段と、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行手段により前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行うことにより、前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合により、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないようにすることで、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮することを実現可能にするとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合により、大電力を消費しないようにできる。
特に、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送期間において、前記余剰電荷掃き出しを実行して前記余剰電荷の除去を行うように構成することで、高速動作が要求される連写の場合には、余剰電荷掃き出し動作を省略することができるので、前記高速動作を保証するとともに、通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができるカラー撮像装置を提供することができる。
【００３６】
また、前記複数フィールドの各々のうち、少なくとも１つのフィールドにおける前記データ転送の実行期間においては、前記余剰電荷掃き出しを不実行として前記余剰電荷の除去を行わないように構成することで、前記複数フィールドのうち、少なくとも１つのフィールドに対しては、高速の余剰電荷掃き出し動作を省略するので、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮することが可能となるとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、大電力の消費を確実に回避することができるカラー撮像装置を提供することができる。
また、前記複数フィールドのうち、前記第１フィールド以外のフィールドを、前記データ転送の実行期間において前記余剰電荷掃き出しを不実行とするフィールドとして設定することにより、前記複数フィールドのうち、具体的に第１フィールドまたは前記第１フィールド以外のフィールドに対しては、高速の余剰電荷掃き出し動作を省略することができるので、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮することが可能となるとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、大電力の消費を容易に回避することができるカラー撮像装置を提供することができる。
【００３８】
また、請求項２に記載の発明によれば、
撮像素子に蓄積された全画素数の電荷を転送する際に前記電荷のデータ転送を３フィールド以上の複数フィールドに分割して行い、かつ複数のカラーフィルタを設けた撮像素子を用いる撮像装置であって、
前記電荷を転送する各フィールドの転送データに少なくともＲＧＢまたはＹｅＣｙＭｇＧからなるカラー信号を含むインタレース転送方式の撮像素子と、
上記データ転送を制御する撮像素子制御手段と、
前記複数のフィールド中の転送された任意のフィールド数の転送データにより画像処理を行う画像処理手段とを備え、
前記撮像素子制御手段は各フィールドに対してデータ転送する前に転送路の余剰電荷除去動作を行うかどうかを設定することが可能である撮像装置において、
前記複数のフィールドのうち少なくとも一部のフィールドから転送されるデータを使用して画像処理を行うときには、前記画像処理において使用する全てのフィールドにおいて、前記余剰電荷除去動作を行わないように構成することにより、
複数のカラーフィルタを介した撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合には、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出し動作を省略することにより、高速動作が可能となるとともに、低消費電力を実現し得るカラー撮像装置を提供することができる。
【００３９】
また、請求項３に記載の発明によれば、
複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行うことにより、
前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合によっては、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないように制御して、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにでき、
特に、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出しを実行して前記余剰電荷の除去を行うように制御することで、高速動作が要求される連写の場合には、余剰電荷掃き出し動作を省略することで、前記高速動作を保証するとともに、また通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することができる。
【００４０】
また、請求項４に記載の発明によれば、
複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御することにより、
前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合によっては、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないように制御して、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにでき、高速動作を保証するとともに、低消費電力を実現することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することができる。
【００４１】
また、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出しを実行して前記余剰電荷の除去を行うように制御することで、高速動作が要求される連写の場合には、余剰電荷掃き出し動作を省略することで、前記高速動作を保証するとともに、また通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することができる。
【００４２】
さらに、前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出しを不実行として前記余剰電荷の除去を行わないように制御することで、高速動作を可能とするとともに、低消費電力を実現することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の要部の構成を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置のＣＣＤの結像面を模式的に示す正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の３フィールドインタレース転送方式の場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置において、３フィールド転送を行う場合のＣＣＤの各フィールドデータの転送動作を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置において、１フィールド分のＲＧＢデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来のカラー撮像装置における３フィールドインタレース転送方式の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】従来のカラー撮像装置における２フィールドインタレース転送方式の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 撮像レンズ系
２ ＣＣＤ
３ Ｆ／Ｅ部
４ 信号処理ＩＣ
５ ＳＤＲＡＭ
６ 操作部
７ シャッタドライバ／モータドライバ
８ 表示部
９ メモリカード
１０ ＣＰＵ
３１ ＣＤＳ
３２ ＡＧＣ
３３ Ａ／Ｄ
４１ ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ
４２ メモリコントローラ
４３ ＹＵＶ変換
４４ 表示部Ｉ／Ｆ
４５ 圧縮ブロック
５１ ＲＡＷ−ＲＧＢ
５２ ＹＵＶ
５３ ＪＰＥＧ
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー撮像装置および固体撮像装置の駆動制御方法に関し、特に、固体撮像素子に蓄積された電荷を転送する際に、転送直前に余剰電荷を掃出す動作を行うか否かを選択することができるインタレース転送方式のカラー撮像装置および固体撮像装置の駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラー撮像装置は、固体撮像装置として、半導体の上に絶縁体を介して複数の電極を配列させたＣＣＤ（Charge Coupled Device 、電荷結合素子）を多用している。このＣＣＤの方式として、特に、インタレース転送方式のＣＣＤを用いた固体撮像装置では、従来から、固体撮像装置に蓄積された電荷を画像データとして転送する際に、転送動作に先立って、転送路に溜まっている余剰電荷を高速で掃出する動作（余剰電荷掃出し動作）を行っている。この余剰電荷には、生起原因から見ると、スミアと呼ばれる強い光がＣＣＤに入射した時に発生する余剰電荷や、暗電流等のノイズによって発生する余剰電荷などがある。
この余剰電荷の高速掃出しは、固体撮像装置の駆動制御方法の一角をなす重要技術であるが、近年、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が益々速くなる傾向があるために、大電力を消費する。また、後述の図６に示すように、掃出し動作自体に時間がかかってしまうために、インタレース転送完了までの時間が長くなる。
【０００３】
以下、従来のカラー撮像装置における３フィールドインタレース転送方式の動作を説明する。
図６は、従来のカラー撮像装置における３フィールドインタレース転送方式の動作を示すタイミングチャートである。
同図において、従来は、全てのフィールドにおいて余剰電荷除去の高速掃出しが行われている。
次に、図７を参照して従来のカラー撮像装置における２フィールドインタレース転送方式の動作を説明する。
図７は、従来のカラー撮像装置における２フィールドインタレース転送方式の動作を示すタイミングチャートである。
同図に示すように、２フィールド転送の場合は、高速掃出しが２回だけしか行われない。そのため、そのうちの１回を行わないように構成したとしても高速化に大きく寄与することはできない。
なお、前述の余剰電荷の高速掃出し方法として、余剰電荷の掃き出し転送期間において信号電荷蓄積部の垂直転送レジスタに印加する転送クロックパルスを停止し、該垂直転送レジスタ内のポテンシャルを撮像部の垂直転送レジスタの低レベルのポテンシャルより深いポテンシャルに固定して、余剰電荷の掃き出し転送を行うことにより、消費電力の低減を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１。）。
【０００４】
また、露光前にスミア電荷の掃き出しを行い、露光時に垂直ＣＣＤの駆動を停止することで露光期間中に発生したスミア電荷が垂直ＣＣＤを移動しないようにし、これより、露光時に発生するスミア電荷によるゴースト像の発生を防止するとともに、露光直前までスミア電荷の掃き出しを行って像のボケを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献２。）。
さらに、シャッタ機構に高速性が要求されないように、画像電荷を発生する期間よりも長期である電荷読み出し期間中に、露光光を遮光して受光面を暗状態にすることにより、スミア電荷掃出期間中のスミア電荷の発生を抑制する技術が下記特許文献３に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１５８３２４号公報
【特許文献２】
特開平８−１６８０３３号公報
【特許文献３】
特開９−４６５９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のとおり、従来の固体撮像装置は、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が益々速くなる傾向があるために、余剰電荷の高速掃出しは、大電力を消費するという問題点があった。
また、掃出し動作自体に時間がかかってしまうために、インタレース転送完了までの時間が長くなるという問題点があった。
さらに、ＣＣＤで代表されるような固体撮像装置が備える膨大な画素対応の各素子には、その光電効果特性に多少のばらつきがあり、感度や暗電流の大きさが画素毎に多少違っている。そのため、ノイズ成分の余剰電荷が完全に除去できない場合があり、従来は、この除去できなかった余剰電荷は画質の劣化となってしまうという問題点があった。
なお、前述の特許文献１〜３に開示されている技術は、転送および露光に先立って、転送路などに溜まっている余剰電荷を掃出すための高速掃出し転送については開示しているが、インタレース転送の一部のフレーム転送において、高速掃出し転送を行わないようにする方法については何も開示していない。
【０００７】
本発明の請求項１の目的は、特に、場合に応じ、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮し得るとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにすることができ、さらには、高速動作を保証するとともに、画質劣化が生じないように、高速動作が要求される連写の場合にのみ余剰電荷掃き出し動作を省略して高速動作を保証し、また、通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができるカラー撮像装置を提供することにある。
【０００８】
さらに、本発明の請求項２の目的は、特に、高速動作を保証するとともに、低消費電力を実現することができるカラー撮像装置を提供することにある。
また、本発明の請求項３の目的は、特に、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにでき、特に、連写のような高速動作を保証し、また、通常の撮影の場合は、従来動作を行うように制御することで高画質を提供することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の請求項４の目的は、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにでき、特に、高速動作を保証するとともに、低消費電力を実現することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係るカラー撮像装置は、上述した目的を達成するために、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置と、この固体撮像装置を制御する前記インタレース転送方式の制御手段とを備えたカラー撮像装置において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃出し実行手段と、
前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃出し不実行手段と、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定することができる設定手段と、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行手段により前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行う
ことを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項２に記載した本発明に係るカラー撮像装置は、上述した目的を達成するために、撮像素子に蓄積された全画素数の電荷を転送する際に前記電荷のデータ転送を３フィールド以上の複数フィールドに分割して行い、かつ複数のカラーフィルタを設けた撮像素子を用いる撮像装置であって、
前記電荷を転送する各フィールドの転送データに少なくともＲＧＢまたはＹｅＣｙＭｇＧからなるカラー信号を含むインタレース転送方式の撮像素子と、
上記データ転送を制御する撮像素子制御手段と、
前記複数のフィールド中の転送された任意のフィールド数の転送データにより画像処理を行う画像処理手段とを備え、
前記撮像素子制御手段は各フィールドに対してデータ転送する前に転送路の余剰電荷除去動作を行うかどうかを設定することが可能である撮像装置において、
前記複数フィールドのうち少なくとも一部のフィールドから転送されるデータを使用して画像処理を行うときには、前記画像処理において使用する全てのフィールドにおいて前記余剰電荷除去動作を行わないことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載した本発明に係る固体撮像装置の駆動制御方法は、上述した目的を達成するために、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行うことを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項４に記載した本発明に係る固体撮像装置の駆動制御方法は、上述した目的を達成するために、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御することを特徴としている。
【００１４】
【作用】
即ち、本発明によるカラー撮像装置は、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置と、この固体撮像装置を制御する前記インタレース転送方式の制御手段とを備えたカラー撮像装置において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃出し実行手段と、
前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃出し不実行手段と、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定することができる設定手段と、
を備え、さらに、前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送の実行に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定できるようにしている。このような構成により、前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合によっては、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないようにし、これにより、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにしている。また、前記固体撮像装置からは、複数のカラーフィルタを介した撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合に、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出しを省略して高速動作を保証するとともに、画質劣化が生じないようにしている。
即ち、２フィールドに分けて転送する場合は、１回の転送にかかる時間が長いために、暗電流等のノイズによる影響が大きくなり画質の劣化が顕著になってしまう。これに対して３フィールド以上に分けて転送する場合は、転送路の暗電流等のノイズが溜まる時間が短くなるために画質への影響も小さくなる。一般に、フィールド分割数が多くなるほど転送路におけるノイズの影響は小さくなる。そのため、撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合には、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間において余剰電荷掃き出し動作を省略して、高速動作を可能にするとともに、画質劣化が生じないようにしている。
【００１５】
また、本発明によるカラー撮像装置は、前記複数フィールドのうち、第１フィールド以外のフィールドを、前記データ転送の実行期間において前記余剰電荷掃き出し不実行ステップが適用されるフィールドとして設定し、前記複数フィールドのうち、具体的に前記第１フィールド以外のフィールドに対しては、高速の余剰電荷掃き出し動作を省略することにより、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、大電力の消費を容易に回避することができるようにしている。
【００１６】
また、本発明によるカラー撮像装置は、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行手段を適用して前記余剰電荷の除去を行わないようにする。即ち、スミアによる余剰電荷は、第１フィールドの余剰電荷掃出し動作によって除去できるが、暗電流等のノイズによる余剰電荷は各フィールドに影響を与える。これを除去するために通常ＯＢ（Optical Black）積分値による補正を行うが、各ＣＣＤ素子の素子間ばらつきのために完全に除去できない場合があるために、高速動作が要求される連写の場合にのみ余剰電荷掃き出し動作を省略して、前記高速動作を保証し、また、通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができるようにしている。
【００１７】
さらに、本発明によるカラー撮像装置は、撮像素子に蓄積された全画素数の電荷を転送する際に前記電荷のデータ転送を３フィールド以上の複数フィールドに分割して行い、かつ複数のカラーフィルタを設けた撮像素子を用い、前記電荷を転送する各フィールドの転送データに少なくともＲＧＢまたはＹｅＣｙＭｇＧからなるカラー信号を含むインタレース転送方式の撮像素子と、前記データ転送を制御する撮像素子制御手段と、前記複数のフィールド中の転送された任意のフィールド数の転送データにより画像処理を行う画像処理手段とを備え、前記撮像素子制御手段は各フィールドに対してデータを転送する前に転送路の余剰電荷除去動作を行うかどうかを設定することが可能であり、前記複数フィールドのうち一部以上のフィールドで画像処理を行うときには、前記画像処理において使用する全てのフィールドにおいて余剰電荷除去動作を行わないようにしている。
【００１８】
即ち、インタレース分割転送における各フィールドに、原色系ＣＣＤではＲＧＢ、また補色系ＣＣＤではＹｅＣｙＭｇＧの信号成分に対応する電荷が全て揃っているＣＣＤにおいては、各フィールド単体で画像処理が可能である。この各フィールドを連続的に画像処理を行う場合、第１フィールド転送中に第２フィールドの露光を行うことになり、遮光手段であるメカシャッタは転送中も開いたままになる。このような場合、高速転送を行ったとしてもスミアの除去をすることはできない。そのため、このようなモードでは、余剰電荷除去動作である高速掃出しを行わないことにより、高速動作を可能にするとともに、低消費電力を実現している。
また、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送の実行期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、これとは逆に、前記実行期間において前記余剰電荷掃き出し手段を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップとを備え、さらに、前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送の実行に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定できるようにしている。
【００１９】
このような構成により、前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合によっては、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないように制御し、これにより、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにしている。
さらに、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、前記固体撮像装置からは、複数のカラーフィルタを介した撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合に、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間において前記余剰電荷掃き出しを省略する制御方法を適用して、高速動作を可能にするとともに、画質劣化が生じないようにしている。即ち、２フィールドに分けて転送する場合は、１回の転送にかかる時間が長いために、暗電流等のノイズによる影響が大きくなり画質の劣化が顕著になってしまう。これに対して３フィールド以上に分けて転送する場合は、転送路の暗電流等のノイズが溜まる時間が短くなるために画質への影響も小さくなる。一般に、フィールド分割数が多くなるほど転送路におけるノイズの影響は小さくなる。そのため、撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合には、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出し動作を省略する制御を適用して、高速動作を可能にするとともに、画質劣化が生じないように制御している。
また、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、前記複数フィールドのうち、第１フィールド以外のフィールドを、前記データ転送の実行期間において前記余剰電荷掃き出し不実行ステップが適用されるフィールドとして設定し、前記データ転送の実行期間において、具体的に前記第１フィールド以外のフィールドのデータ転送期間における前記余剰電荷掃き出しを省略できるようにして、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、大電力の消費を容易に回避することができるようにしている。
【００２０】
また、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御する。即ち、スミアによる余剰電荷は第１フィールドの余剰電荷掃出し動作によって除去できるが、暗電流等のノイズによる余剰電荷は各フィールドに影響を与える。これを除去するために通常ＯＢ（Optical Black）積分値による補正を行うが、各ＣＣＤ素子の素子間ばらつきのために完全に除去できない場合があるために、高速動作が要求される連写の場合にのみ余剰電荷掃き出し動作を省略して、前記高速動作を保証し、また、通常の撮影の場合は、従来動作を行うように制御することで高画質を提供することができるようにしている。
【００２２】
さらに、本発明による固体撮像装置の駆動制御方法は、前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御している。即ち、インタレース分割転送における各フィールドに、原色系ＣＣＤではＲＧＢ、また補色系ＣＣＤではＹｅＣｙＭｇＧの信号成分に対応する電荷が全て揃っているＣＣＤにおいては、各フィールド単体で画像処理が可能である。この各フィールドを連続的に画像処理を行う場合、第１フィールド転送中に第２フィールドの露光を行うことになり、遮光手段であるメカシャッタは転送中も開いたままになる。このような場合、高速転送を行ったとしてもスミアの除去をすることはできない。そのためこのようなモードでは、余剰電荷除去動作である高速掃出しを行わないように制御することにより、高速動作を可能にするとともに、低消費電力を実現している。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の原理は、インタレース転送の一部のフレーム転送において、高速掃出し転送を行わないことで、高速動作が可能な低消費電力の固体撮像装置および固体撮像装置の制御方法を実現することを特徴とする。
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、図面を参照して本発明のカラー撮像装置および固体撮像装置の駆動制御方法を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の要部の構成を示すブロック構成図である。
同図において、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置は、メカシャッタ（「メカニカルシャッタ」の略、以下同じ。）を備えて撮影対象の像を結ぶ撮像レンズ系１と、撮影像を映像信号に変換するＣＣＤ２と、映像信号をデジタル信号に変換するＦ／Ｅ部３と、デジタル信号の映像信号を処理する信号処理ＩＣ４と、信号処理ＩＣ４の処理結果を保存するＳＤＲＡＭ５と、システム全体を制御するとともにＪＰＥＧ画像データを作成するＣＰＵ１０と、撮影要求等を入力するための操作部６と、メカシャッタを含むレンズ系１を制御するシャッタドライバ／モータドライバ７と、映像信号を映像として表示する表示部８と、ＪＰＥＧ画像データを保存するメモリカード９とを具備する。
【００２４】
Ｆ／Ｅ部３は、ＣＣＤ２からの出力を後述するＴＧ３４の制御の下にサンプリングするＣＤＳ３１と、映像信号の出力を調整するＡＧＣ３２と、アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ３３と、ＣＣＤ２およびＦ／Ｅ部３の各構成要素の駆動タイミングを生成するＴＧ３４とを具備する。
信号処理ＩＣ４は、画像の特徴データを抽出するＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１と、画像データの供給先を制御して画像データを配信するメモリコントローラ４２と、表示部８に画像データを引き渡す表示部Ｉ／Ｆ４４と、ＲＧＢ（光の３原色である赤、緑、青）データをＹＵＶデータに変換するＹＵＶ変換部４３と、ＹＵＶデータをＪＰＥＧ圧縮する圧縮ブロック４５とを具備する。
ＳＤＲＡＭ５は、ＲＧＢデータを記録するＲＡＷ−ＲＧＢ５１と、ＹＵＶデータを記録するＹＵＶ５２と、ＪＰＥＧデータを記録するＪＰＥＧ５３とを具備する。
ＣＣＤ２は、本発明では、一般に、撮像素子に蓄積された電荷を、複数のフィールドに分割して行うインタレース転送方式の撮像装置である。また、本実施形態では、ＣＣＤ２は、３００万画素原色系の３回転送インタレースＣＣＤであるものとする。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の機能を説明する。
ユーザの撮影要求が操作部６から入力されると、ＣＰＵ１０は、記録用の露光設定をＦ／Ｅ部３に対して設定する。また、ＣＰＵ１０は、この設定された露光が完了した時点で、シャッタドライバ７を制御することで撮像レンズ系１のメカシャッタを閉じてＣＣＤ２を遮光する。
撮影対象（図示は省略）から、撮像レンズ系１を介して入射し、ＣＣＤ２の結像面に結像した撮影画像は、ＣＣＤ２よりアナログ画像信号として取り出されてＦ／Ｅ部３に入力される。このアナログ画像信号は、Ｆ／Ｅ部３（前述のとおり、ＣＤＳ３１，ＡＧＣ３２，Ａ／Ｄ３３を有する）でデジタル信号に変換され、信号処理ＩＣ４のＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１を介してＳＤＲＡＭ５に取り込まれる。この時、ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１のＹＵＶ変換部４３において画像の特徴データが抽出される。なお、この特徴データは、ＹＵＶ変換時のホワイトバランス設定などに使われる。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置のＣＣＤの結像面を示す正面図である。
同図に示すように、ＣＣＤ２の結像面は、実際に記録に使われる部分である有効画素範囲の領域と、メタルマスクされて光が入射しない範囲の領域とで構成されている。メタルマスクされて光が入射しない範囲の領域の一部としてＯＢ（Optical Black）積分を行う範囲の領域がある。このＯＢ部分のデータも、有効画素データとともに、ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１に取り込まれる。
このＯＢ部分のデータは、光が当たっていない状態で蓄積された電荷であり、主として暗電流による余剰電荷に相当する。
ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１では、このＯＢ部分のデータを数画素分、例えば８×８画素分を積算し、かつ、その平均値を求め、図２の矢印で示すように、次の８ラインの各画素データに対して、この各画素データから前記ＯＢ部分の平均値を減算することで、暗電流等のノイズによる余剰電荷を除去している。
【００２７】
３フィールド転送が完了した後でＳＤＲＡＭ５に保存されたＲＧＢデータは、ＹＵＶ変換部４３でＹＵＶデータに変換され、ＳＤＲＡＭ５に書き戻される。
このＲＧＢデータのＹＵＶデータへの変換時に、ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ４１で抽出された特徴データを用いてＣＰＵ１０においてホワイトバランス係数やエッジ強調係数が計算されて、その結果がホワイトバランスやエッジ強調の制御に使用される。前記ＳＤＲＡＭ５に書き戻されたＹＵＶデータは再度読み出され、圧縮ブロック４５においてＪＰＥＧ圧縮され、ＳＤＲＡＭ５に書き戻される。
このＳＤＲＡＭ５においてＪＰＥＧ圧縮された前記ＹＵＶデータは、ＣＰＵ１０によってヘッダデータなどが付加されてＪＰＥＧ画像データに仕上げられ、メモリカード９に保存される。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の３フィールドインタレース転送方式の場合の動作を示すタイミングチャートである。
従来方式では、前述の図６に示すように全てのフィールドにおいて余剰電荷除去の高速掃出し（余剰電荷除去動作）を行っていたが、本発明の実施形態に係るカラー撮像装置では、例えば、図３に示すように、第１フィールドに対してのみ高速掃出しを行うものとする。このように、例えば、第１フィールドに対してのみ高速掃出しを行うことで、露光時のメカシャッタが開いていた時に発生した余剰電荷であるスミアの除去ができる。また、第２フィールド以降のフィールドに対しては高速掃出しを行わないことで、全画素が転送されるまでの時間を短縮することが可能となる。さらに、このように第２フィールド以降のフィールドに対しては高速掃出しを省略することで、高速掃出しで消費される電力の２回分の節減を果している。
【００２９】
以下、本発明の実施形態に係るカラー撮像装置の動作を説明する。
ここに記載のカラー撮像装置では、前記複数のフィールド毎に、インタレース転送時に余剰電荷の掃出しを行うか否かの設定を行うことができるようにし、また、この設定に従って動作するようにしている。
このインタレース転送時に高速掃出しを行うか否かの設定は、本実施の形態に係るカラー撮像装置では、ＣＰＵ１０によって行われ、また、この設定は、ＣＣＤ２の動作を制御しているＦ／Ｅ部３に対してなされる。
例えば、図３に示すように、前記複数フィールドのうち、前記第１フィールド以外のフィールドを、前記高速掃出し動作を行わないフィールドとして設定する。
【００３０】
さらに、他の実施形態に係るカラー撮像装置の態様では、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記高速掃き出し実行手段を適用して前記余剰電荷の除去を行う。
より具体的には、例えば、連写モードと通常撮影モードとを設けて、この２つのモードによって制御内容を上記のように変更するものである。なお、このモード切り替えは、操作部６によって設定することができる。
前述のとおり（図２参照）、暗電流等のノイズ成分除去は、ＯＢ積分から得た平均値によって除去することを説明したが、ＣＣＤ２が備える３００万画素に対応する各素子には、その光電効果特性に多少のばらつきがあり、感度や暗電流の大きさが画素毎に多少違っている。そのため、ノイズ成分の余剰電荷が完全に除去できない場合があり、従来は、この除去できなかった余剰電荷は、画質の劣化となってしまうという問題点があった。
【００３１】
そこで、本発明によるカラー撮像装置の態様では、この問題点に対処するために、高速連続撮影が必要な連写モードの場合は、本発明の一部のフィールドで高速掃出しを行わないように駆動制御し、また、通常撮影モードの場合は、従来どおり駆動制御して高画質を得るという、モード対応の駆動制御の切り替えを行う。これにより、連写モードでの高速化を達成している。
本発明のカラー撮像装置の態様では、具体的に、インタレース転送の分割転送回数が３フィールド以上の場合に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の駆動制御方法を適用し、即ち、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出し動作の省略を行っている。
一般に、インタレース転送を行うＣＣＤでは、通常、垂直方向に間引き転送を行っている。即ち、２フィールド転送の場合は、第１フィールドとして奇数ラインの転送を行い、第２フィールドとして偶数ラインの転送を行う。３００万画素ＣＣＤの場合は、有効画素として少なくとも垂直１５３６ラインのデータ転送が行われるため、１フィールド当たりの転送ライン数は７６８ラインとなる。３フィールド転送の場合では、１フィールドあたり５１２ラインとなる。
【００３２】
このライン数が多くなると、垂直転送を行うＣＣＤの段数が増えていくために、それだけノイズ成分が蓄積される可能性が多くなるので、この観点からも、インタレース転送の分割転送回数が３フィールド以上の場合に本発明に係る固体撮像装置の駆動制御方法（即ち、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出し動作の省略）を適用することが有利となる。
前述の図７（従来例）に示すように、２フィールド転送の場合は、高速掃出しが２回だけしか行われないため、この場合に本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の駆動制御方法を適用して、仮に、前記高速掃出しのうちの１回を行わないようにしたとしても高速化に大きく寄与することはできない。そのため、２フィールド転送ＣＣＤの場合には、従来どおり、全てのフィールド（即ち、２つのフィールド）に対して、高速掃出しを行った方が画質の劣化が少なく、利点が大きい。
【００３３】
一方、垂直転送段数が少なく、高速掃出しの回数が多い３フィールド転送以上の分割転送の場合では、高速掃出しの回数を削減することで、高速化と省電力の効果が大きくなるため、３フィールド分割以上のインタレース転送方式ＣＣＤに対して本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の駆動方法を適応している。
以下、このカラー撮像装置の動作を説明する。
このカラー撮像装置の態様では、前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷の除去を行わないようにしている。
より具体的には、例えば、３フィールド転送ＣＣＤの場合において、１回の転送のみで信号処理を行う動作を連続的に行う場合に、各フィールドに対して高速掃出しを行わないように制御するものである。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置において、３フィールド転送を行う場合のＣＣＤの各フィールドデータの転送動作を示す説明図である。
同図に示すように、この態様では、各フィールドともＲ、Ｇ、Ｂのデータが揃っているため、１フィールドのみ（したがって、１回の転送）で、ＹＵＶ変換が可能である。
以下、この１フィールド分のＲＧＢデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合の動作を説明する。
図５は、本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置において、１フィールド分のＲＧＢデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合の動作を示すタイミングチャートである。
同図に示すように、１フィールド分のＲＧＢデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合は、第１フィールド転送中に第２フィールドの露光を行っているために、メカシャッタを閉めずに動作を行っている。この場合、強い光が入射すると高速掃出しを行ってもスミアの影響を除去できない。また露光したデータは直後のフィールドで転送されるので、各画素にデータが保持されている時間は短く、暗電流等のノイズの影響は少なくなるので、高速掃出しによる効果は期待できない。
そのため、１フィールドにＲＧＢデータが揃って記録されていて、この１フィールド分のデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合には、各フィールド転送において高速掃出しを行わないようにすることで、連続撮影の高速化と省電力化とを実現している。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に記載の発明によれば、
複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置と、この固体撮像装置を制御する前記インタレース転送方式の制御手段とを備えたカラー撮像装置において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃出し実行手段と、
前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃出し不実行手段と、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定することができる設定手段と、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行手段により前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行うことにより、前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合により、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないようにすることで、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮することを実現可能にするとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合により、大電力を消費しないようにできる。
特に、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送期間において、前記余剰電荷掃き出しを実行して前記余剰電荷の除去を行うように構成することで、高速動作が要求される連写の場合には、余剰電荷掃き出し動作を省略することができるので、前記高速動作を保証するとともに、通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができるカラー撮像装置を提供することができる。
【００３６】
また、前記複数フィールドの各々のうち、少なくとも１つのフィールドにおける前記データ転送の実行期間においては、前記余剰電荷掃き出しを不実行として前記余剰電荷の除去を行わないように構成することで、前記複数フィールドのうち、少なくとも１つのフィールドに対しては、高速の余剰電荷掃き出し動作を省略するので、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮することが可能となるとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、大電力の消費を確実に回避することができるカラー撮像装置を提供することができる。
また、前記複数フィールドのうち、前記第１フィールド以外のフィールドを、前記データ転送の実行期間において前記余剰電荷掃き出しを不実行とするフィールドとして設定することにより、前記複数フィールドのうち、具体的に第１フィールドまたは前記第１フィールド以外のフィールドに対しては、高速の余剰電荷掃き出し動作を省略することができるので、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮することが可能となるとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、大電力の消費を容易に回避することができるカラー撮像装置を提供することができる。
【００３８】
また、請求項２に記載の発明によれば、
撮像素子に蓄積された全画素数の電荷を転送する際に前記電荷のデータ転送を３フィールド以上の複数フィールドに分割して行い、かつ複数のカラーフィルタを設けた撮像素子を用いる撮像装置であって、
前記電荷を転送する各フィールドの転送データに少なくともＲＧＢまたはＹｅＣｙＭｇＧからなるカラー信号を含むインタレース転送方式の撮像素子と、
上記データ転送を制御する撮像素子制御手段と、
前記複数のフィールド中の転送された任意のフィールド数の転送データにより画像処理を行う画像処理手段とを備え、
前記撮像素子制御手段は各フィールドに対してデータ転送する前に転送路の余剰電荷除去動作を行うかどうかを設定することが可能である撮像装置において、
前記複数のフィールドのうち少なくとも一部のフィールドから転送されるデータを使用して画像処理を行うときには、前記画像処理において使用する全てのフィールドにおいて、前記余剰電荷除去動作を行わないように構成することにより、
複数のカラーフィルタを介した撮影像に対応して蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上に分けてデータ転送される場合には、前記フィールドのうち、一部のフィールドのデータ転送期間における余剰電荷掃き出し動作を省略することにより、高速動作が可能となるとともに、低消費電力を実現し得るカラー撮像装置を提供することができる。
【００３９】
また、請求項３に記載の発明によれば、
複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行うことにより、
前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合によっては、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないように制御して、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにでき、
特に、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出しを実行して前記余剰電荷の除去を行うように制御することで、高速動作が要求される連写の場合には、余剰電荷掃き出し動作を省略することで、前記高速動作を保証するとともに、また通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することができる。
【００４０】
また、請求項４に記載の発明によれば、
複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御することにより、
前記複数フィールドのうちの特定フィールドに対しては、場合によっては、高速の余剰電荷掃き出し動作を行わないように制御して、全フィールドを読み出すまでの時間を短縮するとともに、転送路からデータを取り出す時の動作クロックの周期が高速である場合にも、場合によっては、大電力を消費しないようにでき、高速動作を保証するとともに、低消費電力を実現することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することができる。
【００４１】
また、高速連続撮影が行われている場合には、前記複数フィールドのうち、少なくとも１以上のフィールドにおける前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出しを実行して前記余剰電荷の除去を行うように制御することで、高速動作が要求される連写の場合には、余剰電荷掃き出し動作を省略することで、前記高速動作を保証するとともに、また通常の撮影の場合は、従来動作を行うことで高画質を提供することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することができる。
【００４２】
さらに、前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送の実行期間において、前記余剰電荷掃き出しを不実行として前記余剰電荷の除去を行わないように制御することで、高速動作を可能とするとともに、低消費電力を実現することができる固体撮像装置の駆動制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の要部の構成を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置のＣＣＤの結像面を模式的に示す正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置の３フィールドインタレース転送方式の場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置において、３フィールド転送を行う場合のＣＣＤの各フィールドデータの転送動作を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るカラー撮像装置において、１フィールド分のＲＧＢデータをＹＵＶ変換して連続した画像を撮影する場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来のカラー撮像装置における３フィールドインタレース転送方式の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】従来のカラー撮像装置における２フィールドインタレース転送方式の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 撮像レンズ系
２ ＣＣＤ
３ Ｆ／Ｅ部
４ 信号処理ＩＣ
５ ＳＤＲＡＭ
６ 操作部
７ シャッタドライバ／モータドライバ
８ 表示部
９ メモリカード
１０ ＣＰＵ
３１ ＣＤＳ
３２ ＡＧＣ
３３ Ａ／Ｄ
４１ ＣＣＤ−Ｉ／Ｆ
４２ メモリコントローラ
４３ ＹＵＶ変換
４４ 表示部Ｉ／Ｆ
４５ 圧縮ブロック
５１ ＲＡＷ−ＲＧＢ
５２ ＹＵＶ
５３ ＪＰＥＧ
Claims (4)
- 複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置と、この固体撮像装置を制御する前記インタレース転送方式の制御手段とを備えたカラー撮像装置において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃出し実行手段と、
前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃出し不実行手段と、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃出し実行手段と前記余剰電荷掃き出し不実行手段のいずれを適用すべきかを設定することができる設定手段と、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行手段により前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行手段により前記余剰電荷の除去を行う
ことを特徴とするカラー撮像装置。 - 撮像素子に蓄積された全画素数の電荷を転送する際に前記電荷のデータ転送を３フィールド以上の複数フィールドに分割して行い、かつ複数のカラーフィルタを設けた撮像素子を用いる撮像装置であって、
前記電荷を転送する各フィールドの転送データに少なくともＲＧＢまたはＹｅＣｙＭｇＧからなるカラー信号を含むインタレース転送方式の撮像素子と、
上記データ転送を制御する撮像素子制御手段と、
前記複数のフィールド中の転送された任意のフィールド数の転送データにより画像処理を行う画像処理手段とを備え、
前記撮像素子制御手段は各フィールドに対してデータ転送する前に転送路の余剰電荷除去動作を行うかどうかを設定することが可能である撮像装置において、
前記複数フィールドのうち少なくとも一部のフィールドから転送されるデータを使用して画像処理を行うときには、前記画像処理において使用する全てのフィールドにおいて前記余剰電荷除去動作を行わないことを特徴とするインタレース転送方式の撮像装置。 - 複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
高速連続撮影が行われる連写モードの場合は、前記複数フィールドのうち、第１フィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行い、第２フィールド以降のフィールドにおける前記データ転送期間においては前記余剰電荷掃出し不実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行わず、
通常撮影モードの場合は、前記複数フィールドのうち全てのフィールドにおける前記データ転送期間において前記余剰電荷掃出し実行ステップにより前記余剰電荷の除去を行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動制御方法。 - 複数のカラーフィルタを介した撮影像を受けて蓄積された全画素分の電荷が、３フィールド以上の複数フィールドに分けてデータ転送されるインタレース転送方式の固体撮像装置の駆動制御方法において、
前記複数フィールドの各々に対応するデータ転送期間において前記データ転送に使用される転送路から余剰電荷の除去を行う余剰電荷掃き出し実行ステップと、前記データ転送期間において前記余剰電荷の除去を行わない余剰電荷掃き出し不実行ステップと、
前記複数フィールドの各々に対応する前記データ転送に先立って、前記余剰電荷掃き出し実行ステップと前記余剰電荷掃き出し不実行ステップのいずれを適用すべきかを設定することができる設定ステップと、
を備え、
前記複数フィールドの各々に原色系または補色系の光の３原色データが揃って記録されていて、かつ前記複数フィールドの全てのフィールドまたは前記複数フィールドのうちの一部のフィールドから転送されるデータを使用して連続的に画像処理を行う場合には、前記使用する全てのフィールドの前記データ転送期間において、前記余剰電荷掃き出し不実行ステップを適用して前記余剰電荷の除去を行わないように制御することを特徴とする固体撮像装置の駆動制御方法。
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