JP2007088842A - 撮像装置、および撮像素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベイヤ配列の色フィルタ構成の撮像素子を備えた撮像装置において、暗いところでも綺麗なカラー画像信号を生成し、高品位なライブビューカラー画像、または動画像を形成することが可能な撮像装置、および撮像素子の駆動方法を提供する。
【解決手段】 撮像素子をライブビューモード、または動画モードで駆動させる場合、複数の種類の色フィルタが配置された複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ複数本の垂直転送部に読み出し、読み出した信号電荷を垂直方向に加算して信号電荷を生成する様にする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、撮像装置に関し、特にライブビューカラー画像のＳ／Ｎを向上させる撮像装置に関する。

近年、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置では、多機能、高画質化が進展するに伴い、光学ファインダーと同じ様に、撮影待機画像の視認や、微妙なフォーカス調整といった操作を表示装置で行いたいというニーズ対し、撮影待機画像（ライブビュー画像ともいう。）を、ＬＣＤモニタ等に表示するライブビュー機能を備えた撮像装置が普及するに至っている。

ライブビュー動作は、通常、撮像素子から定期的な間隔で画素間引きを行いながら電荷を読み出して画像信号を生成し、撮影における画角等を決定する為に、最終的にＬＣＤモニタやＥＶＦ等へ表示する動作モードである。

一方、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）に代表される撮像素子おいては、高画素、高密度化が加速しているが、１画素当たりの光電変換量が減少し、感度が低下することにより、画像信号の信号レベルが低くなり、Ｓ／Ｎの低下を招いている。特に間引き読み出しを行なうライブビュー動作、または動画撮影動作においては、Ｓ／Ｎの低下は著しく、画像再現性や画質に大きな影響を与えるため、高品位な画像形成を実現するにはＳ／Ｎを向上させる必要がある。そして、撮像装置の分野ではライブビュー画像のＳ／Ｎを向上させる技術がこれまでも種々検討されてきた。

たとえば縦ストライプ配列の色フィルタ構成の撮像素子を備えた撮像装置において、垂直方向に一定の間隔で間引きを行なって電荷を読み出し、読み出した電荷を垂直加算して画像信号を生成する。すなわち、垂直加算することにより間引きによって減少した信号量を補償し、ライブビューカラー画像のＳ／Ｎを向上させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３０８０７５号公報

この様に、ライブビュー画像のＳ／Ｎを向上させる撮像装置の技術がこれまでも種々検討されてきた。

特許文献１に開示されている撮像装置は、ライブビュー動作時に間引きによって減少した信号量を垂直加算することによって補償し、Ｓ／Ｎを向上させる様にしている。しかしながら、暗い場所で撮影を行なう場合等は、撮像素子への入射光量の絶対量が低下するが、この様な入射光量の絶対量までも補償されるものではない。すなわち、暗い場所で撮影を行なう場合等においては、綺麗なライブビューカラー画像を得ることは困難なものと考えられる。

さらに、特許文献１に開示されている撮像装置は、縦ストライプ配列の色フィルタ構成の撮像素子を備えた撮像装置に関するものであり、近年多用されている、ベイヤ配列の色フィルタ構成の撮像素子を備えた撮像装置におけるライブビューカラー画像ののＳ／Ｎを向上させる技術を示唆するものではなかった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、ベイヤ配列の色フィルタ構成の撮像素子を備えた撮像装置において、撮像装置の高価格化や複雑化を招くことなく、暗いところでも綺麗なカラー画像信号を生成し、高品位なライブビューカラー画像、または動画像を形成することが可能な撮像装置、および撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の（１）乃至（９）のいずれか１項に記載の発明によって達成される。

（１） ２次元マトリクス状に配列されていて、被写体光学像を光電変換して信号電荷を生成する複数個の画素と、
前記複数個の画素に対応して複数の種類の色フィルタが配置され、少なくとも一種類の前記色フィルタが市松状に配列された色フィルタ構成と、
前記複数個の画素から読み出された前記信号電荷を、各列毎に垂直転送する複数本の垂直転送部と、を有する撮像素子と、
前記撮像素子の駆動を制御する駆動制御信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段の作動を制御する駆動信号制御手段と、を有する撮像装置であって、
前記駆動信号制御手段は、前記複数の種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ前記複数本の前記垂直転送部に読み出し、読み出した前記信号電荷を垂直方向に加算して信号電荷を生成する様に、前記駆動信号生成手段の作動を制御することを特徴とする撮像装置。

（２） 前記撮像装置は、前記撮像素子から読み出された画像信号に基づいて前記撮像素子に取り込まれた画像を表示する表示手段を有し、
前記撮像素子を撮影待機モードで駆動させ、生成された前記画像を前記表示手段に表示する場合、または前記撮像素子を動画モードで駆動させ、動画撮影を行なう場合、
前記駆動信号制御手段は、前記複数の種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ前記複数本の前記垂直転送部に読み出し、読み出した前記信号電荷を垂直方向に加算して信号電荷を生成する様に、前記駆動信号生成手段の作動を制御することを特徴とする上記（１）に記載の撮像装置。

（３） 前記駆動信号制御手段は、加算回数を変化させる様に、前記駆動信号生成手段の作動を制御することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の撮像装置。

（４） 前記駆動信号制御手段は、前記加算回数に応じて、前記表示手段に表示される前記画像の表示レートを変化させる様に、前記駆動信号生成手段の作動を制御することを特徴とする上記（２）または（３）に記載の撮像装置。

（５） 前記撮像装置は、前記画素で生成される前記信号電荷の飽和量を調整するサブストレート電圧を生成するサブストレート電圧生成手段を有し、
前記サブストレート電圧生成手段は、前記加算回数に応じて、前記サブストレート電圧を生成することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の撮像装置。

（６） 前記撮像装置は、被写体の明るさを検出する測光手段と、
前記撮像素子の露出調整を行なう、電子シャッタ、または絞りと、
前記測光手段の検出結果に基づいて、前記電子シャッタ、または前記絞りの作動を制御する露出制御手段と、を有し、
前記加算回数に応じた、所定の前記表示レートで前記画像を前記表示手段に表示させる場合、
前記測光手段により検出された被写体の明るさが、予め設定された基準値を上回る時には、
前記露出制御手段は、シャッタ速度を高速に、または絞りを小さくする様に、前記電子シャッタ、または前記絞りを制御することを特徴とする上記（２）乃至（４）のいずれか１項に記載の撮像装置。

（７） 前記撮像装置は、被写体の明るさを検出する測光手段と、
前記撮像素子から読み出された前記画像信号を増幅するアンプと、
前記測光手段の検出結果に基づいて、前記アンプの作動を制御をするアンプ制御手段と、を有し、
前記加算回数に応じた、所定の前記表示レートで前記画像を前記表示手段に表示させる場合、
前記測光手段により検出された被写体の明るさが、予め設定された基準値を下回る時には、
前記アンプ制御手段は、前記アンプの増幅度を大きくする様に、前記アンプを制御することを特徴とする上記（２）乃至（４）のいずれか１項に記載の撮像装置。

（８） ２次元マトリクス状に配列されていて、被写体光学像を光電変換して信号電荷を生成する複数個の画素と、
前記複数個の画素に対応して複数の種類の色フィルタが配置され、少なくとも一種類の前記色フィルタが市松状に配列された色フィルタ構成と、
前記複数個の画素から読み出された前記信号電荷を、各列毎に垂直転送する複数本の垂直転送部と、を有する撮像素子の駆動方法であって、
前記複数個の画素で生成された前記信号電荷を読み出す場合、
前記複数の種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ前記複数本の前記垂直転送部に読み出し、読み出した前記信号電荷を垂直方向に加算して信号電荷を生成することを特徴とする撮像素子の駆動方法。

（９） 加算回数を変化させて加算することを特徴とする上記（８）に記載の撮像素子の駆動方法。

上記（１）、（２）、（３）に記載の発明では、複数個の画素に対応して複数の種類の色フィルタが配置され、少なくとも一種類の色フィルタが市松状に配列されたベイヤ配列の色フィルタ構成を有する撮像素子を、撮影待機モード（ライブビューモードともいう。）、または動画モードで駆動する場合、複数の種類の色フィルタが配置された複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ複数本の垂直転送部に読み出す様にした。すなわち１つの垂直転送部には、同じ色の信号電荷を読み出す様にしたので色情報を失うことなく加算を行うことができる様になる。

また、間引きを行なわずに、大部分の画素で生成された信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を加算する様にしているので、暗い場所で撮影を行なう場合等においても、低下した信号量を補償することができ、良好なＳ／Ｎの綺麗なライブビューカラー画像、または動画像を得ることができる様になる。

さらに加算回数を変化させることができる様にしているので、被写体の明るさに応じて最適な加算回数を選択することにより、暗い場所で撮影を行なう場合等においても、低下した信号量を適切に補償することができ、良好なＳ／Ｎの綺麗なライブビューカラー画像、または動画像を得ることができる様になる。

また、加算回数を変化させることができる様にしているので、加算回数を露出制御の１つのパラメータとすることができる様になる。

上記（８）、（９）に記載の発明では、複数個の画素に対応して複数の種類の色フィルタが配置され、少なくとも一種類の色フィルタが市松状に配列されたベイヤ配列の色フィルタ構成を有する撮像素子において、複数個の画素で生成された信号電荷を読み出す場合、複数の種類の色フィルタが配置された複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ複数本の垂直転送部に読み出す様にした。すなわち１つの垂直転送部には、同じ色の信号電荷を読み出す様にしたので色情報を失うことなく加算を行うことができる様になる。

また、間引きを行なわずに、大部分の画素で生成された信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を加算する様にしているので、暗い場所で撮影を行なう場合等においても、低下した信号量を補償することができ、良好なＳ／Ｎの綺麗なライブビューカラー画像、または動画像を得ることができる様になる。

さらに加算回数を変化させることができる様にしているので、被写体の明るさに応じて最適な加算回数を選択することにより、暗い場所で撮影を行なう場合等においても、低下した信号量を適切に補償することができ、良好なＳ／Ｎの綺麗なライブビューカラー画像、または動画像を得ることができる様になる。

本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態としては、デジタルカメラが代表的であるが、この他にカメラ付きの携帯電話機や、デジタルビデオカメラ等も含まれる。

図１を用いて、本発明に係る撮像装置の代表的な実施形態の１つであるデジタルカメラの外観を説明する。図１（ａ）は、本発明に係るデジタルカメラ１の側面図、図１（ｂ）は背面図である。図１（ａ）に示す様に、デジタルカメラ１は、カメラ本体部２、およびレンズユニット３から構成される。

レンズユニット３は、図示しないマクロズームからなる撮影レンズ、絞り、およびシャッタ等から構成される。

カメラ本体部２は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示素子）からなるＬＣＤモニタ２１１、ＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ；電子ビューファインダ）２１０、およびデジタルカメラ１を図示しないパーソナルコンピュータに接続する外部接続端子を有しており、後述するＣＣＤエリアセンサ５０で取り込まれた画像信号に所定の信号処理を施し、ＬＣＤモニタ２１１やＥＶＦ２１０への画像表示や、後述するメモリカード２７７などの記録媒体への画像記録、あるいはパーソナルコンピュータへの画像の転送といった処理を行う。

図１（ａ）に示す様に、カメラ本体部２の上面には、必要時にホップアップされる内蔵フラッシュ２１２が設けられている。

また、図１（ｂ）に示す様に、カメラ本体部２の背面の略中央部には撮影画像の表示や記録画像の再生表示、またはメニュー画面や、各種状態表示等のＧＵＩ表示を行うＬＣＤモニタ２１１とＥＶＦ２１０が設けられている。すなわち、ＬＣＤモニタ２１１、ＥＶＦ２１０は、本発明に係る撮像装置における表示手段として機能するものである。

カメラ本体部２の上面には、図１（ｂ）に示す様に、シャッタボタン２０１と、シャッタボタン２０１の近くには、デジタルカメラ１の動作モードを設定するモード設定ダイアル２０３が設けられている。モード設定ダイアル２０３で設定されるデジタルカメラ１の動作モードには、「静止画モード」、「動画モード」、「再生モード」等がある。

たとえば、静止画モードは、撮影待機状態（ライブビュー状態）から露光制御のプロセスを経て撮影にいたる写真撮影を行うモードであり、動画モードは、撮影待機状態（ライブビュー状態）にＣＣＤエリアセンサ５０から読み出された動画像信号に基づいて動画撮影を行なうモードである。また、再生モードは、メモリカード２７７に記録された撮影画像をＬＣＤモニタ２１１やＥＶＦ２１０に再生表示するモードである。

また、カメラ本体部２の背面上部には、図１（ｂ）に示す様に、メインスイッチ２０２と、メインスイッチ２０２の近くには、デジタルズームのズーム倍率を変更する為のデジタルズームボタン２０９が設けられている。

また、カメラ本体部２の背面下部には、図１（ｂ）に示す様に、ＬＣＤモニタ２１１にメニューを表示する為のメニューボタン２０７と、メニューボタン２０７の近くには、ＬＣＤモニタ２１１に画像を表示する為のクイックビューボタン２０８が設けられている。

さらに、カメラ本体部２の背面の略中央部には、各種設定を行う為の選択／決定ボタン２０６が設けられている。選択／決定ボタン２０６は、各種設定の選択を行う為のジョグダイアル（十字キー）２０４と、ジョグダイアル（十字キー）２０４で選択された設定を確定する為の決定ボタン２０５から構成される。

次に、本発明における撮像素子に該当するＣＣＤエリアセンサ５０（以下、ＣＣＤ５０と略称する。）の構成を、図３を用いて説明する。図３は、本発明におけるＣＣＤ５０の構成を示す模式図である。

ＣＣＤ５０は、図３に示す様に、受光領域５２に本発明における画素に該当するフォトダイオード５１を２次元マトリクス状に配列し、それぞれのフォトダイオード５１には、Ｒ（赤）光、Ｇ（緑）光、Ｂ（青）光の各色透過フィルタが市松模様状に配置された（ベイヤ配列）カラーエリア撮像センサで、レンズユニット３により結像された被写体光像を光電変換して、Ｒ（赤）光、Ｇ（緑）光、Ｂ（青）光の各色成分の画像信号（各画素単位で受光された画素信号の信号列からなる信号）を生成する。

フォトダイオード５１は、図３に示す様に、本発明における垂直転送部に該当する垂直シフトレジスタ５３と接続され、さらに、垂直シフトレジスタ５３は、ＣＣＤ５０の下部に設けられた水平シフトレジスタ５４と接続され、フォトダイオード５１に蓄積された信号電荷は、これらの部位を介して出力部５５で増幅されて外部に出力される。

ここで、この様な構成のＣＣＤ５０において、ライブビューモード時、または動画モード時に行われる信号電荷の読み出し動作について図５を用いて説明する。図５は、ＣＣＤ５０の駆動制御信号のタイムチャートである。なお、動画モード時に行なわれる信号の読み出し動作は、ライブビューモード時に行なわれる信号の読み出し動作と、同じ動作であるので説明は省略する。

本発明は、ＣＣＤ５０をライブビューモード、または動画モードで駆動する場合、１つの垂直シフトレジスタ５３には、同じ色の信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を加算して信号量を増加させることにより、暗い場所で撮影を行なう場合等においても、低下した信号量を補償することができ、良好なＳ／Ｎの綺麗なライブビューカラー画像、または動画像を生成するものである。

フォトダイオード５１で生成された信号電荷は、図５に示す様に、ＣＣＤ５０を駆動させる後述のタイミングジェネレータ２４６から時刻ｔ１、およびｔ２に出力される電荷読み出しパルスφＳＧ１により垂直シフトレジスタ５４に読み出される。この時、各列の垂直シフトレジスタ５３には、図３に示す様に、たとえば、１列、２列には、偶数行のＲ信号、Ｇ信号がそれぞれ出力され、また、３列、４列には、奇数行のＧ信号、Ｂ信号がそれぞれ出力され、２列毎にＲ信号、Ｇ信号とＧ信号、Ｂ信号が交互に出力される様に、各フォトダイオード５１の図示しない読み出し電極が配線されている。この様にして、各列の垂直シフトレジスタ５３には、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号のいずれか１色の信号電荷が読み出される。

信号電荷が垂直シフトレジスタ５３に読み出されると、次に、タイミングジェネレータ２４６は、図５に示す様に、時刻ｔ３からｔ４にかけて、垂直転送パルスφＶ１乃至φＶ４をたとえば連続して５回出力して、１列につき５個の信号電荷を垂直シフトレジスタ５３から水平シフトレジスタ５４に転送する。またこの間、水平転送パルスφＨ１、φＨ２の出力を停止させて水平転送動作を停止させている。この様にして垂直シフトレジスタ５３から水平シフトレジスタ５４に転送された５個の信号電荷は、水平シフトレジスタ５４において加算される。

加算が終了すると、図５に示す様に、時刻ｔ４から水平転送パルスφＨ１、φＨ２の出力を再開して、加算された信号電荷を水平方向に転送する。水平転送された信号電荷は、出力部５５を経て外部に出力される。この様な動作を繰り返すことにより各々のフォトダイオード５１で生成された１画面分に相当する電荷信号が垂直方向に５画素づつ加算されてＣＣＤ５０から出力される。

また、加算回数は、後述するカメラ制御ＣＰＵ２９１の制御により、たとえば被写体の明るさ等に応じて変化させることができる。

また、サブストレート電圧Ｖｓは、フォトダイオード５１で生成される信号電荷の飽和レベルを調整する電圧であり、後述するカメラ制御ＣＰＵ２９１より、加算回数に応じて最適な電圧が与えられる。水平シフトレジスタ５４は、加算によって大きな量の信号電荷を転送することになるが、水平シフトレジスタ５４が転送を行なうことができる信号電荷量には上限があり、信号電荷量が該上限を上回る様な場合には、転送不良を招きノイズが発生する。そこで、加算回数が多くなり、加算によって生成される信号電荷量が多くなる様な場合には、サブストレート電圧Ｖｓを調整して、フォトダイオード５１で生成される信号電荷の飽和レベルを下げ、加算前の信号電荷量を制限する。その結果、加算を行なっても信号電荷量が前記上限を上回らないようにする。

ここで、サブストレート電圧Ｖｓと飽和電子数の関係を図４を用いて説明する。図４は、サブストレート電圧Ｖｓと飽和電子数（飽和電荷量）の関係の１例を示す模式図である。図４に示す様に、サブストレート電圧Ｖｓを高い電圧に設定することにより、飽和電子量を減少させることができる。したがって、加算回数に応じて最適なサブストレート電圧Ｖｓを設定することにより、加算後の信号電荷量が前記上限を上回らない様にすることができるので、安定して水平転送が行なわれる。

次に、デジタルカメラ１の制御系について図２を用いて説明する。図２は、本発明に係わるデジタルカメラ１の制御系のブロック図である。なお、図２では、図１に示した部材と同じ部材には同一の番号を付与した。

タイミングジェネレータ２４６は、後述する基準クロック発生部２７１から送信される基準クロックに基づいて、ＣＣＤ５０の駆動制御信号を生成するものである。タイミングジェネレータ２４６で生成される駆動制御信号には、たとえば、ＣＣＤ５０における露出開始、および終了タイミングを制御する積分開始／終了のタイミング信号、各画素の受光信号の読出制御信号（水平同期信号、垂直同期信号、転送信号等）などのクロック信号が挙げられ、これらのクロック信号がＣＣＤ５０に供給されるとＣＣＤ５０では各クロック信号に対応した駆動制御が行われる。すなわち、タイミングジェネレータ２４６は、本発明に係る撮像装置における駆動信号生成手段として機能するものである。

また、タイミングジェネレータ２４６で生成される駆動制御信号は、後述するカメラ制御ＣＰＵ２９１の制御により、たとえば被写体の明るさ等に応じて制御される。

次に、信号処理回路２４２は、ＣＤＳ回路２４３、ＡＧＣ回路２４４より構成され、これらの構成部を介して画像信号に所定の処理が行われる。以下、信号処理回路２４２で行われる画像信号への所定の処理について説明する。

ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路２４３は、ＣＣＤ５０から読み出された画像信号より読み出し時に発生するノイズの低減や、ＯＢクランプ動作を行って黒レベルの補正を行うものである。

ＡＧＣ（自動利得制御）回路２４４は、本発明におけるアンプに該当し、後述するカメラ制御ＣＰＵ２９１の制御により、ＣＤＳ回路２４３で処理された画像信号のゲインを、たとえば被写体の明るさ等に応じて調整する。

Ａ／Ｄ変換器２４５は、ＡＧＣ回路２４４から入力された画像信号を構成する各画素信号をデジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換器２４５は、基準クロック発生部２７１から入力されるＡ／Ｄ変換用クロックに基づき、アナログ信号の各画素信号をたとえば１４ビットのデジタル信号に変換する。

この様に、ＣＣＤ５０で読み出された画像信号は、信号処理回路２４２で所定の処理が施されて、デジタル画像信号に変換される。デジタル化された画像信号は、画像処理ＣＰＵ２６１に取り込まれて所定の処理が行われる。

画像処理ＣＰＵ２６１は、マイクロコンピュータからなり、デジタルカメラ１で行われる画像信号処理動作を統括的に制御するものである。以下、画像処理ＣＰＵ２６１で行われるデジタル画像信号への処理について説明する。

最初に、画像処理ＣＰＵ２６１に取り込まれた画像信号は、ＣＣＤ５０から出力される画像信号の読出しに同期して画像メモリ２７５に書き込まれる。すなわち、画像処理ＣＰＵ２６１で行われる処理に使用されるデジタル画像信号は、画像メモリ２７５にいったん記録したものを画像メモリ２７５から取り出し、各ブロックにおける処理に使用される。

画像処理ＣＰＵ２６１は、図２に示す様に、たとえば黒レベル補正部２６３、画素補間部２６４、解像度変換部２６５、ホワイトバランス制御部２６６、ガンマ補正部２６７、マトリックス演算部２６８、シェーディング補正部２６９、画像圧縮部２７０等からなる画像処理部２６２、および基準クロック発生部２７１、画像サイズ変換部２７２等から構成され、画像処理部２６２は画像メモリ２７５より取り出したデジタル画像信号に周知の画像信号処理を施すものである。そして、これらの部位で所定の処理を施されたデジタル画像信号は、再度、画像メモリ２７５に格納される。

基準クロック発生部２７１は、デジタルカメラ１の駆動制御に使用される基準クロックを生成し、これを各回路に供給する回路である。本発明における基準クロックの具体例としては、タイミングジェネレータ２４６に使用される基準クロックや、Ａ／Ｄ変換器２４５に使用されるＡ／Ｄ変換用クロックなどが挙げられ、基準クロック発生部２７１でこれらのクロックを生成する。

画像サイズ変換部２７２は、ライブビューモード時、または動画モード時に加算を行うことにより、ＬＣＤモニタ２１１、ＥＶＦ２１０等へ表示する画像のサイズが変動するのを防止するために、後述するカメラ制御ＣＰＵ２７１の制御により、加算回数に応じて画像の拡大、または縮小を行なうことにより加算回数に係らず一定のサイズの画像を生成する。

次に、ＬＣＤモニタ２１１は、ＣＣＤ５０で取り込まれた画像信号の表示や、ＧＵＩ表示を行う。

ＬＣＤ駆動回路２７９は、画像処理ＣＰＵ２６１により画像メモリ２７５から読み出された画像信号を一時記憶するバッファメモリ（ＶＲＡＭ）を備えており、該画像信号をフィールド画像としてＬＣＤモニタ２１１に画像表示させる。

次に、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、マイクロコンピュータからなり、後述のスイッチ群２９５の各スイッチ操作によるスイッチ信号に基づき、カメラ本体部２、及びレンズユニット３の各部材の駆動をシーケンシャルに制御してデジタルカメラ１の撮影動作を統括制御する。

また、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、ＣＣＤ５０から読み出された画像信号に基づいて、デジタルカメラ１の露出制御を行なう。具体的には、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、ＣＣＤ５０から取り込まれて画像メモリ２７５に書き込まれた画像データより、選択された測光エリア内の画像データを読み出し、読み出した画像データに基づいて露出制御データを算出する。そして算出した露出制御データと予め設定されている後述のプログラム線図に基づいて、シャッタ速度、絞り値、ＡＧＣ回路２４４のゲイン、さらにＣＣＤ５０で行なわれる信号電荷の加算回数を決定する。そして決定したそれぞれの制御値に基づいて絞り３５２、ＡＧＣ回路２４４、タイミングジェネレータ２４６を制御することにより、最適な露出制御が行なわれる。この様に、ＣＣＤ５０は、本発明に係る撮像装置における測光手段として機能する。またカメラ制御ＣＰＵ２９１は、本発明に係る撮像装置における露出制御手段、アンプ制御手段、および駆動信号制御手段として機能する。この様に、本発明においては、シャッタ速度、絞り値、撮影感度（ＡＧＣ回路２４４のゲインに相当）等の従来の３つの露出制御パラメータに、加算回数を４つ目のパラメータとして加えることにより、シャッタ速度、絞り値、撮影感度を独立して設定することができる様になるので、自由度の高い撮影条件設定を行うことができる様になる。また、より暗い領域まで安定した露出制御を行なうことができる様になる。

また、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、前述の露出制御により決定した加算回数に応じて、ＣＣＤ５０の最適なサブストレート電圧を生成する。この様に、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、本発明に係る撮像装置におけるサブストレート電圧生成手段として機能する。

また、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、ライブビューモード時、または動画モード時に加算を行うことにより、ＬＣＤモニタ２１１、ＥＶＦ２１０等へ表示する画像のサイズが変化するのを防止するために、前述の露出制御により決定した加算回数に応じて、画像の拡大、または縮小を行うことにより、加算回数に係らず一定のサイズの画像を生成する様に、画像サイズ変換部２７２の作動を制御する。

次に、図２中のスイッチ群２９５は、図１のシャッタボタン２０１、メインスイッチ２０２、モード設定ダイアル２０３、選択／決定ボタン２０６、メニューボタン２０７、クイックビューボタン２０８、デジタルズームボタン２０９などに対応するスイッチである。

ここで、画素加算回数を露出制御パラメータの１つとして用いた露出制御動作の詳細について図６を用いて説明する。図６は、本発明に係るデジタルカメラ１における露出制御プログラム線図の１例を示す模式図である。尚、以下説明に用いるシャッタ速度ＳＳ、絞り値ＦＮｏ、撮影感度Ｓｖ（Ｓｅｎｓｅ Ｂａｌｕｅ；ＡＧＣ回路２４４のゲインに相当）、加算回数等の露出制御値、および露出値Ｅｖ（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｌｕｅ）、被写体輝度Ｂｖ（Ｂｒｉｇｈｔ Ｖａｌｕｅ）等の値については、１例を示すものであり、撮像素子の感度、画素数等に応じて適宜変更可能であることは勿論である。

本発明においては、ライブビュー動作時、または動画モード時には、シャッタ速度ＳＳ、絞り値Ｆｎｏ、撮影感度Ｓｖ（ＡＧＣ回路２４４のゲインに相当）、および加算回数を露出制御パラメータとしてデジタルカメラ１の露出制御を行なう。

最初に被写体が明るい場合、たとえば露出値がＥｖ１６以上では、図６に示す様に、絞りをＦ１１、ＡＧＣ回路２４４のゲインを０ｄＢ、加算数を３（加算回数２）の固定値にして、シャッタ速度ＳＳを変化させて露出制御する。

次に、被写体の明るさが低下した、たとえば露出値がＥｖ１６からＥｖ８の範囲においては、ＡＧＣ回路２４４のゲイン、および加算数は、露出値がＥｖ１６以上の時と同じ設定の固定値として、シャッタ速度ＳＳ、および絞り値Ｆｎｏを変化させて露出制御する。

そして、さらに被写体の明るさが低下した場合、たとえば露出値がＥｖ８以下では、図６に示す様に、絞り値は、開放ＦＮｏ２．８の固定値になるので、ＡＧＣ回路２４４のゲインをアップ、または加算数を増加させて撮影感度Ｓｖを上げることにより露出制御を行なう。なお、シャッタ速度ＳＳについては、低速化させるものの１／１２秒程度が限界である。これは、シャッタ速度ＳＳの低速化に伴うフレームレートの低下により、表示画像が駒送りの様なぎこちない動きになるのを防止するためである。

ここで、露出値がＥＶ８以下に低下した時の、ＡＧＣ回路２４４のゲイン、または加算数の変化の様子を図７を用いて説明する。図７は、本発明に係るデジタルカメラ１における被写体輝度Ｂｖと撮影感度Ｓｖの関係の１例を示す模式図である。

被写体輝度がＢｖ２．４（図６におけるＥｖ８に相当）以上の時は、前述した様に、ＡＧＣ回路２４４のゲインを０ｄＢ、加算数を３（加算回数２）の固定値にする。

次に、被写体輝度がＢｖ２．４を下回り、たとえば被写体輝度がＢｖ２．４からＢｖ０．４の範囲においては、図７に示す様に、被写体輝度Ｂｖが低下するのに応じて、ＡＧＣ回路２４４のゲインを０ｄＢから１２ｄＢまでアップさせることにより撮影感度Ｓｖを上げる様にしている。ＡＧＣ回路２４４のゲインをアップさせるとＳ／Ｎが低下するので、通常は、１２ｄＢ程度を上限としている。したがって、通常のデジタルカメラにおいては、たとえば被写体輝度がＢｖ２．４をさらに下回る様な場合、ＡＧＣ回路２４４のゲインを１２ｄＢよりアップさせるここができないので適正な露出量を得ることができなくなる。すなわち、暗いところでは、Ｓ／Ｎの良好な綺麗なライブビューカラー画像、または動画像を得ることができなくなる。そこで、本発明においては、図７に示す様に、被写体輝度がＢｖ２．４をさらに下回る様な場合には、被写体輝度Ｂｖが低下するのに応じて、加算数を３からたとえば６まで増加させることにより撮影感度Ｓｖを上げる様にしている。この様にして、暗いところでも、Ｓ／Ｎの良好な綺麗なライブビュー画像、または動画像を得ることができる様になる。

次に、加算回数とフレームレートの関係を図８を用いて説明する。図８は、本発明に係るデジタルカメラ１における加算数とフレームレート（以下、表示レートと称する。）の関係の１例を示す模式図である。加算回数を多くすると、ＣＣＤ５０がら読み出される画像信号の水平ライン数が少なくなることより表示レートは、図８に示す様に、速くなる。また、加算回数を少なくすると、ＣＣＤ５０がら読み出される画像信号の水平ライン数が多くなることより表示レートは遅くなる。

一方、表示レートが早くなりすぎると、画像信号の処理が追従できなくなる。また表示レートが遅くなりすぎると、ＬＣＤモニタ２１１、ＥＶＦ２１０等に表示される画像が駒送りの様なぎこちない動きになる。そこで、本発明においては、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、表示レートの適正な範囲を予め設定しておき、表示レートが該範囲からはずれ様ない様に、シャッタ速度、絞り３５２、あるいはＡＧＣ回路２４４のゲインを、制御して加算回数を大きく変化させない様にしている。

具体的には、被写体が明るくなると、加算回数が減少し表示レートが遅くなる。そこで、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、被写体の明るさについて基準となる上限値を予め設定しておく。そして、ＣＣＤ５０で測光された被写体の明るさが該上限値を上回る様な場合には、タイミングジェネレータ２４６を制御してシャッタ速度を速く、または絞り３５２を制御して絞りを小さくすることにより露光量を減少させる。その結果、加算回数を増やすことができるので、表示レートの低下を防止することができる様になる。

一方、被写体が暗くなると、加算回数が増加し表示レートが速くなる。そこで、カメラ制御ＣＰＵ２９１は、被写体の明るさについて基準となる下限値を予め設定しておく。そして、ＣＣＤ５０で測光された被写体の明るさが該下限値をした回る様な場合には、ＡＧＣ回路２４４を制御してゲインを大きくすることにより信号量を増大させる。その結果、加算回数を少なくことができるので、表示レートの上昇を防止することができる様になる。

この様に、本発明に係わる撮像装置では、ベイヤ配列の色フィルタ構成を有する撮像素子を、ライブビューモード、または動画モードで駆動する場合、１つの垂直転送部には、同じ色の信号電荷を読み出す様にしたので色情報を失うことなく加算を行うことができる様になる。

また、間引きを行なわずに、大部分の画素で生成された信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を加算する様にしているので、暗い場所で撮影を行なう場合等においても、低下した信号量を補償することができ、良好なＳ／Ｎの綺麗なライブビューカラー画像、または動画像を得ることができる様になる。

さらに、被写体の明るさに応じて加算回数を変化させることにより、暗い場所で撮影を行なう場合等においても、低下した信号量を適切に補償することができるので、良好なＳ／Ｎの綺麗な画像信号生成し、高品位なライブビューカラー画像、または動画像を形成することが可能な撮像装置、および撮像素子の駆動方法の提供を可能にした。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は前述の実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、適宜変更、改良が可能であることは勿論である。たとえば、前述の実施の形態においては、測光手段としてＣＣＤエリアセンサを用いて説明したが、ＳＰＤ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）の様な専用の測光センサを用いてもよい。

また、静止画モードにおいても、前述したライブビューモード、または動画モードで行なわれる信号電荷の読み出し方法と同じ方法で信号電荷を読み出してもよい。

本発明に係るデジタルカメラの外観模式図である。 本発明に係るデジタルカメラの回路ブロック構成図である。 本発明に係るデジタルカメラにおけるＣＣＤの構成を示す模式図である。 本発明に係るデジタルカメラにおけるＣＣＤのサブストレート電圧と飽和電子数の関係を示す模式図である。 本発明に係るデジタルカメラにおけるＣＣＤの駆動制御信号のタイミングチャートである。 本発明に係るデジタルカメラにおける露出制御プログラム線図の１例を示す模式図である。 本発明に係るデジタルカメラにおける被写体輝度と撮影感度の関係の１例を示す模式図である。 本発明に係るデジタルカメラにおける加算数とフレームレートの関係の１例を示す模式図である。

符号の説明

１ デジタルカメラ
２ カメラ本体部
２０１ シャッタボタン
２０２ メインスイッチ
２０３ モード設定ダイアル
２０４ ジョグダイアル（十字キー）
２０５ 決定ボタン
２０６ 選択／決定ボタン
２０７ メニューボタン
２０８ クイックビューボタン
２０９ デジタルズームボタン
２１０ 電子ビューファインダ（ＥＶＦ）
２１１ ＬＣＤモニタ
２１２ 内蔵フラッシュ
２４２ 信号処理回路
２４３ ＣＤＳ回路
２４４ ＡＧＣ回路
２４５ Ａ／Ｄ変換器
２４６ タイミングジェネレータ
２４７ 絞り／シャッタ駆動回路
２４８ フォーカス／ズームモータ駆動回路
２６１ 画像処理ＣＰＵ
２６２ 画像処理部
２６３ 黒レベル補正部
２６４ 画素補完部
２６５ 解像度変換部
２６６ ホワイトバランス制御部
２６７ ガンマ補正部
２６８ マトリックス演算部
２６９ シェーディング補正部
２７０ 画像圧縮部
２７１ 基準クロック発生部
２７２ 画像サイズ変換部
２７５ 画像メモリ
２７６ メモリカードドライバ
２７７ メモリカード
２７８ 外部通信Ｉ／Ｆ
２７９ ＬＣＤ駆動回路
２８０ ＥＶＦ駆動回路
２９１ カメラ制御ＣＰＵ
２９２ フラッシュ制御回路
２９５ スイッチ群（シャッタボタン他）
３ レンズユニット
３５１ フォーカス／ズームモータ
３５２ 絞り
５０ ＣＣＤエリアセンサ
５１ フォトダイオード
５２ 受光領域
５３ 垂直シフトレジスタ（垂直ＣＣＤ）
５４ 水平シフトレジスタ（水平ＣＣＤ）
５５ 出力部

Claims (9)

1. ２次元マトリクス状に配列されていて、被写体光学像を光電変換して信号電荷を生成する複数個の画素と、
   前記複数個の画素に対応して複数の種類の色フィルタが配置され、少なくとも一種類の前記色フィルタが市松状に配列された色フィルタ構成と、
   前記複数個の画素から読み出された前記信号電荷を、各列毎に垂直転送する複数本の垂直転送部と、を有する撮像素子と、
   前記撮像素子の駆動を制御する駆動制御信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号生成手段の作動を制御する駆動信号制御手段と、を有する撮像装置であって、
   前記駆動信号制御手段は、前記複数の種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ前記複数本の前記垂直転送部に読み出し、読み出した前記信号電荷を垂直方向に加算して信号電荷を生成する様に、前記駆動信号生成手段の作動を制御することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像装置は、前記撮像素子から読み出された画像信号に基づいて前記撮像素子に取り込まれた画像を表示する表示手段を有し、
   前記撮像素子を撮影待機モードで駆動させ、生成された前記画像を前記表示手段に表示する場合、または前記撮像素子を動画モードで駆動させ、動画撮影を行なう場合、
   前記駆動信号制御手段は、前記複数の種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ前記複数本の前記垂直転送部に読み出し、読み出した前記信号電荷を垂直方向に加算して信号電荷を生成する様に、前記駆動信号生成手段の作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記駆動信号制御手段は、加算回数を変化させる様に、前記駆動信号生成手段の作動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記駆動信号制御手段は、前記加算回数に応じて、前記表示手段に表示される前記画像の表示レートを変化させる様に、前記駆動信号生成手段の作動を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
5. 前記撮像装置は、前記画素で生成される前記信号電荷の飽和量を調整するサブストレート電圧を生成するサブストレート電圧生成手段を有し、
   前記サブストレート電圧生成手段は、前記加算回数に応じて、前記サブストレート電圧を生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記撮像装置は、被写体の明るさを検出する測光手段と、
   前記撮像素子の露出調整を行なう、電子シャッタ、または絞りと、
   前記測光手段の検出結果に基づいて、前記電子シャッタ、または前記絞りの作動を制御する露出制御手段と、を有し、
   前記加算回数に応じた、所定の前記表示レートで前記画像を前記表示手段に表示させる場合、
   前記測光手段により検出された被写体の明るさが、予め設定された基準値を上回る時には、
   前記露出制御手段は、シャッタ速度を高速に、または絞りを小さくする様に、前記電子シャッタ、または前記絞りを制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記撮像装置は、被写体の明るさを検出する測光手段と、
   前記撮像素子から読み出された前記画像信号を増幅するアンプと、
   前記測光手段の検出結果に基づいて、前記アンプの作動を制御をするアンプ制御手段と、を有し、
   前記加算回数に応じた、所定の前記表示レートで前記画像を前記表示手段に表示させる場合、
   前記測光手段により検出された被写体の明るさが、予め設定された基準値を下回る時には、
   前記アンプ制御手段は、前記アンプの増幅度を大きくする様に、前記アンプを制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. ２次元マトリクス状に配列されていて、被写体光学像を光電変換して信号電荷を生成する複数個の画素と、
   前記複数個の画素に対応して複数の種類の色フィルタが配置され、少なくとも一種類の前記色フィルタが市松状に配列された色フィルタ構成と、
   前記複数個の画素から読み出された前記信号電荷を、各列毎に垂直転送する複数本の垂直転送部と、を有する撮像素子の駆動方法であって、
   前記複数個の画素で生成された前記信号電荷を読み出す場合、
   前記複数の種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素のうち、同じ種類の色フィルタが配置された前記複数個の画素で生成された信号電荷を、それぞれ前記複数本の前記垂直転送部に読み出し、読み出した前記信号電荷を垂直方向に加算して信号電荷を生成することを特徴とする撮像素子の駆動方法。
9. 加算回数を変化させて加算することを特徴とする請求項８に記載の撮像素子の駆動方法。

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