固体撮像装置、これを用いたカメラおよび固体撮像装置の駆動方法
【課題】カメラ等の撮像デバイスとして用いられる固体撮像装置において、単位時間当たりの出力画面数等に影響を及ぼすことなく、消費電力を低減することを可能にする。
【解決手段】全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子１０と、この固体撮像素子１０の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段２２、２３、２４とを備えて固体撮像装置を構成する。
【解決手段】全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子１０と、この固体撮像素子１０の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段２２、２３、２４とを備えて固体撮像装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法に係わり、特に電子スチルカメラ等の撮像デバイスとして用いて好適な固体撮像装置およびその駆動方法に関するものである。さらに、本発明は、電子スチルカメラ等のように、固体撮像装置を用いて構成されたカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像装置をはじめとした固体撮像装置の進展に伴い、ＣＣＤ固体撮像装置等を撮像デバイスとして用いたディジタル記録の電子スチルカメラが普及しつつある。
電子スチルカメラでは、高解像度を実現するために、通常、図８に示すように、各画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ中で混ぜずに同一時刻に独立に読み出す、いわゆる全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像装置が用いられている。この全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像装置によれば、ビデオカメラ等で一般的に使用されている、いわゆるフィールド読み出し方式の固体撮像装置に比べて、画素数を同じとした場合に２倍の垂直解像度を実現できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、最近では、このような電子スチルカメラに対して、長時間の使用を可能にするために、消費電力を低減することが要望されている。これを実現するための一つの方法として、電子スチルカメラの撮像デバイスである固体撮像装置、特にこの固体撮像装置のうちの固体撮像素子や、ここから得られる信号の処理を行う信号処理回路の消費電力を低減することが考えられる。
体撮像素子の消費電力は、その駆動周波数に大きく依存する。したがって、固体撮像素子の消費電力を低減するためには、その固体撮像素子の駆動周波数を低下させることが効果的である。また、駆動周波数を低下させることは、この駆動周波数がそのまま信号処理回路の周波数となるので、そこでの消費電力の低減の効果も期待できる。
【０００４】
しかしながら、固体撮像素子の駆動周波数を低下させると、これに合わせて固体撮像素子のフレームレートも低下してしまう。フレームレートが低下すると、単位時間当たりに固体撮像素子から出力される出力信号の量（画面数）が少なくなるので、被写体の構図を確認するために電子スチルカメラに設けられているディスプレイ（液晶ディスプレイ等）で表示される画像の動きが、滑らかでなく不自然なものになってしまう。しかも、固体撮像素子における暗電流やスミア等の影響も受けやすくなってしまい、結果として撮影後の画質にも影響を及ぼしてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、固体撮像素子から出力される画面数等に影響を及ぼすことなく、消費電力を低減することが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、固体撮像装置を用いたカメラにおいて、ディスプレイに表示される画像の動きや撮影後の画質に影響を及ぼすことなく、固体撮像装置の消費電力を低減することが可能なカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による固体撮像装置は、全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子と、前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段とを備え、前記周波数可変手段が駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるように構成されているとともに、ｎ＝ｍに設定されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明による駆動方法は、全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させ、当該駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるようにするとともに、ｎ＝ｍとなるように設定することを特徴とする。
【０００８】
上記構成の固体撮像装置およびその駆動方法によれば、動作モードに応じて固体撮像素子の駆動周波数を可変させる。これにより、例えば、間引き読み出しモード時における固体撮像素子の駆動周波数を、全画素読み出しモード時の駆動周波数よりも１／ｍに低くするといったことが可能になる。この場合には、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷が読み出される１／ｎ間引き読み出しを行うので、駆動周波数を低くしても、単位時間あたりに固体撮像素子から出力される画面数が減ってしまうことがない。つまり、ｎ＝ｍとすることで、間引き読み出しモード時と全画素読み出しモード時とのフレームレートの変化がなくなる。しかも、間引き読み出しモード時には、駆動周波数を低くすることにより固体撮像素子の消費電力が低減される。
【０００９】
また、本発明によるカメラは、全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子と、前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段とを備え、前記周波数可変手段が駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるように構成されているとともに、ｎ＝ｍに設定されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成のカメラによれば、動作モードに応じて固体撮像素子の駆動周波数を可変させる。これにより、このカメラでは、例えば、間引き読み出しモード時における固体撮像素子の駆動周波数を、全画素読み出しモード時の駆動周波数よりも１／ｍに低くするといったことが可能になる。この場合には、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷が読み出される１／ｎ間引き読み出しを行うので、駆動周波数を低くしても、単位時間あたりに固体撮像素子から出力される画面数が減ってしまうことがない。つまり、ｎ＝ｍとすることで、間引き読み出しモード時と全画素読み出しモード時とのフレームレートの変化がなくなる。よって、表示手段による表示時に、表示される画像の動きが、滑らかでなく不自然なものになってしまうことがない。しかも、駆動周波数を低くすることにより固体撮像素子の消費電力が低減される。
また、全画素読み出しモード時には固体撮像素子の駆動周波数を低くしないようにすれば、撮影データを記憶手段に保存する際に撮影データの画質低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の固体撮像装置およびその駆動方法によれば、動作モードに応じて固体撮像素子の駆動周波数を可変させるので、間引き読み出しモード時の駆動周波数を全画素読み出しモード時よりも低くするといったことが可能になり、フレームレートの低下を防ぎつつ、固体撮像素子の消費電力を低減できるようになる。つまり、固体撮像素子から出力される画面数等に影響を及ぼすことなく、固体撮像装置の消費電力を低減することができる。
【００１２】
また、本発明のカメラによれば、動作モードに応じて固体撮像素子の駆動周波数を可変させるので、被写体の構図確認時と撮影データの保存時とで動作モードおよび駆動周波数を切り替えるが可能になる。これにより、このカメラでは、構図確認時の表示画像の動きや撮影後の画質に影響を及ぼすことなく、固体撮像素子、すなわちカメラの消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明に係わるＣＣＤ固体撮像装置の一例の概略構成図である。
本実施形態のＣＣＤ固体撮像装置は、図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、タイミング発生回路２０とを備えてなるものである。
【００１４】
ＣＣＤ固体撮像素子１０には、撮像エリア１１が設けられている。
撮像エリア１１は、行（垂直）方向および列（水平）方向にマトリクス状に配列され、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数のセンサ部１２と、これらセンサ部１２の垂直列毎に設けられ、各センサ部１２から読み出しゲート部１３によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ１４とによって構成されている。
【００１５】
この撮像エリア１１において、センサ部１２は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなっている。このセンサ部１２に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート部１３に後述する読み出しパルスＸＳＧが印加されることにより垂直ＣＣＤ１４に読み出される。垂直ＣＣＤ１４は、例えば３層電極３相（φＶ１〜φＶ３）駆動の構成となっており、各センサ部１２から読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
【００１６】
ここで、垂直ＣＣＤ１４において、２層目（φＶ２）の転送電極は、読み出しゲート部１３のゲート電極を兼ねている。このことから、３相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３のうち、２相目の垂直転送クロックφＶ２が低レベル（以下、“Ｌ”レベルと称す）、中間レベル（以下、“Ｍ”レベルと称す）および高レベル（以下、“Ｈ”レベルと称す）の３値をとるように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスが読み出しゲート部１３に印加される読み出しパルスＸＳＧとなる。
【００１７】
撮像エリア１１の図面上の下側には、水平ＣＣＤ１５が配されている。この水平ＣＣＤ１５には、複数本の垂直ＣＣＤ１４から１ラインに相当する信号電荷が順次転送される。水平ＣＣＤ１５は、例えば２層電極２相（φＨ１，φＨ２）駆動の構成となっており、複数本の垂直ＣＣＤ１４から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後に水平走査期間において順次水平方向に転送する。
【００１８】
水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力ＯＵＴとして導出される。
以上により、ＣＣＤ固体撮像素子１０が構成されている。
【００１９】
このように構成されたＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３、水平転送クロックφＨ１，φＨ２を含む各種のタイミング信号は、タイミング発生回路２０で生成される。
タイミング発生回路２０は、各種のタイミング信号を生成するＴＧ（Timing Generator）部２１に加えて、原発振器２２、分周器２３およびセレクタ２４を有しているものである。
【００２０】
ＴＧ部２１は、外部から与えられるモード信号に応じて、全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードをとり得る構成となっている。そして、２相目の垂直転送クロックφＶ２については、この２つのモードに対応するために２系統のクロック（φＶ２，φＶ２′）を発生する。
【００２１】
原発振器２２は、所定周波数の基準パルスを発振する。分周器２３は、原発振器２２が発振した基準パルスを１／ｍ（ただし、ｍは自然数）に分周する。セレクタ２４は、原発振器２２による基準パルスと、分周器２３が分周した後のパルス信号とのいずれか一方を、ＴＧ部２１に与えるための切り替えを行う。この切り替えは、動作モード、すなわち全画素読み出しモードと間引き読み出しモードとの２つのモードに応じて行われる。
【００２２】
図２は、単位画素の具体的な構成の一例を示す平面パターン図であり、図３にそのＸ−Ｘ′矢視断面を示す。先ず、垂直ＣＣＤ１４は、Ｎ型基板３１上にＰ型ウェル３２を介して形成されたＮ型不純物からなる転送チャネル３３と、この転送チャネル３３の上方にその転送方向に繰り返して配列された３相の転送電極３４-1〜３４-3とから構成されている。これら転送電極３４-1〜３４-3において、１相目の転送電極３４-1は１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、２相目の転送電極３４-2は２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成され、３相目の転送電極３４-3は３層目のポリシリコン（図中、破線で示す）によって形成されている。
【００２３】
図４は、垂直ＣＣＤ１４における転送電極３４-1〜３４-3の配線パターン図である。本配線系においては、間引き読み出し駆動を可能にするために、２相目の垂直転送クロックφＶ２の配線に工夫が凝らされている。具体的には、先述したように、２相目の垂直転送クロックとして２系統の垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′が用意され、さらに垂直転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ２′，φＶ３を伝送するために計４本のバスライン４１〜４４が配線されている。なお、図５に、ラインシフト期間における垂直転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ２′，φＶ３の位相関係を示す。
【００２４】
そして、垂直転送クロックφＶ１，φＶ３を伝送するバスライン４１，４４には、全画素の１相目の転送電極３４-1，３４-3が接続されている。また、垂直転送クロックφＶ２を伝送するバスライン４２には、前後する３画素を単位Ａとしてこれら画素の２相目の転送電極３４-2が４画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ２′を伝送するバスライン４３には、バスライン４２に接続された画素以外の４画素を単位Ｂとしてこれら画素の２相目の転送電極３４-3が３画素おきに接続されている。
【００２５】
垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′は、先述したように、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスがセンサ部１２から信号電荷を読み出すときに読み出しゲート部１３のゲート電極に印加される読み出しパルスＸＳＧとなる。そして、全画素読み出しモードの際には、垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′の双方に読み出しパルスＸＳＧが立つのに対し、間引き読み出しモードの際には、垂直転送クロックφＶ２のみに読み出しパルスＸＳＧが立つ。
【００２６】
すなわち、全画素読み出しモードでは、垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′の双方に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、全画素から信号電荷が読み出されることになる。一方、間引き読み出しモードでは、垂直転送クロックφＶ２のみに読み出しパルスＸＳＧが立つことで、３ラインを単位として４ラインおきに信号電荷が読み出されることとなる。換言すれば、４ラインを単位として３ラインおきに信号電荷の読み出しが間引かれることになる。
【００２７】
なお、本例では、一例として、カラー方式ＣＣＤ固体撮像素子において、色フィルタのカラーコーディングに対応して、３ラインを単位として４ラインおきに間引き読み出しを行う場合を例にとって示したが、これに限定されるものではなく、４ラインを単位として２ラインおき、あるいは２ラインを単位として１ラインおきなど、図４の垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′の配線パターンを変更するのみで、任意の間引き読み出しの設定が可能である。
【００２８】
ところで、タイミング発生回路２０は、外部から与えられるモード信号に応じて全画素読み出しモードと間引き読み出しモードをとり得る構成のＴＧ部２１に加えて、原発振器２２、分周器２３およびセレクタ２４を有している。これにより、このタイミング発生回路２０では、ＴＧ部２１に対し、原発振器２２による基準パルスをそのまま与えるか、この基準パルスを１／ｍに分周して与えるかが、セレクタ２４によって切り替えられるようになっている。この切り替えは、ＴＧ部２１と同様に、外部から与えられるモード信号に応じて行われる。
【００２９】
詳しくは、全画素読み出しモード時にはＴＧ部２１に基準パルスをそのまま与え、間引き読み出しモード時にはＴＧ部２１に１／ｍ分周後のパルス信号を与えるように、セレクタ２４が切り替えを行う。
このとき、ＴＧ部２１は、与えられた基準パルスまたは１／ｍ分周後のパルス信号を基に、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３、水平転送クロックφＨ１，φＨ２を含む各種のタイミング信号を生成する。そのため、間引き読み出しモード時に生成されるタイミング信号は、全画素読み出しモード時に生成されるタイミング信号に対して、その周波数が１／ｍとなる。つまり、間引き読み出しモード時には、ＣＣＤ固体撮像素子１０に供給される駆動周波数が、全画素読み出しモード時の１／ｍとなる。
【００３０】
駆動周波数が１／ｍになると、その駆動周波数が供給されるＣＣＤ固体撮像素子１０においては、フレームレートが１／ｍに低下してしまう。
ところが、このとき、ＣＣＤ固体撮像素子１０では、間引き読み出しモードで動作している。すなわち、ｎ（ただし、ｎは自然数）個の画素のうち、１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことで、全画素読み出しモード時に比べてフレームレートをｎ倍にすることが可能になる。
【００３１】
したがって、駆動周波数が１／ｍになっても、１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになる。ここで、ｎ＝ｍであれば、全画素読み出しモード時とのフレームレートの変化がなくなる。
しかも、駆動周波数が１／ｍになることによって、その駆動周波数が供給されるＣＣＤ固体撮像素子１０では、消費電力の低減が実現される。
【００３２】
以上のように、本実施形態のＣＣＤ固体撮像装置およびその駆動方法では、動作モードに応じてＣＣＤ固体撮像素子１０へ供給する駆動周波数を可変させるようになっている。これにより、間引き読み出しモード時の駆動周波数を全画素読み出しモード時の１／ｍにするといったことが可能になり、フレームレートの低下を防ぎつつ、ＣＣＤ固体撮像素子１０の消費電力を低減できるようになる。つまり、ＣＣＤ固体撮像素子１０から出力される画面数等に影響を及ぼすことなく、消費電力を低減することが可能になる。
【００３３】
また、本実施形態のＣＣＤ固体撮像装置では、タイミング発生回路２０に設けられた原発振器２２、分周器２３およびセレクタ２４によって、駆動周波数を可変させるようになっている。よって、ＴＧ部２１に、原発振器２２、分周器２３およびセレクタ２４を加えるだけで駆動周波数の可変が可能になり、先述した消費電力の低減を容易に実現することができるようになる。また、ＴＧ部２１は、外部から与えられるモード信号に応じて全画素読み出しモードと間引き読み出しモードをとり得る構成のものであれば、通常のものがそのまま使用できるので、タイミング発生回路２０の設計が容易になる。
【００３４】
次に、以上のようなＣＣＤ固体撮像装置を、撮像デバイスとして用いたディジタル記録の電子スチルカメラについて説明する。図６は、本発明に係わる電子スチルカメラの一例の概略構成図である。
【００３５】
この電子スチルカメラは、図６に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０およびタイミング発生回路２０の他に、光学レンズ１０１、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３、カメラ信号処理回路１０４、データスイッチャ１０５、変換回路１０６、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display；以下、ＬＣＤと略す）１０７、エンコーダ／デコーダ１０８、ＤＲＡＭ（DynamicRandom Access Memory）１０９、メモリコントロール１１０およびフラッシュメモリ１１１を備えている。
【００３６】
そして、光学レンズ１０１が被写体の光学像を２次元の画像としてＣＣＤ固体撮像素子１０に結像させると、Ｓ／Ｈ回路１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３およびカメラ信号処理回路１０４が順に、ＣＣＤ固体撮像素子１０から得られる電圧信号に対して、それぞれ必要に応じた処理を行う。そして、データスイッチャ１０５は、ユーザのキー操作等に基づいて発生したモード切り替え信号（CAM,Rec,Play）に従って、カメラ信号処理回路１０４で処理された信号、例えば輝度データと色差データが多重化されたコンポーネント信号（Ｙ，Ｃｒ，Ｙ，Ｙ，Ｃｂ，Ｙ））の送出先を切り替える。
【００３７】
データスイッチャ１０５での切り替えによって、コンポーネント信号が変換回路１０６へ送出された場合に、変換回路１０６では、そのコンポーネント信号を三原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換してＬＣＤ１０７に送出し、このＬＣＤ１０７で可視画像として表示させる。
また、データスイッチャ１０５での切り替えによって、コンポーネント信号が記録再生データバス１１２を介してエンコーダ／デコーダ１０８へ送出された場合には、このエンコーダ／デコーダ１０８において、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）、すなわち適応ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）の符号化によるコンポーネント信号のデータ圧縮が行われる。ただし、ＪＰＥＧ以外の方式の高能率符号化を使用してもよい。
【００３８】
このＪＰＥＧにおけるブロック化処理等のために、ＤＲＡＭ１０９が設けられている。ＤＲＡＭ１０９は、メモリコントローラ１１０から供給されるアドレス信号、制御信号によってその動作が制御される。
エンコーダ／デコーダ１０８がＪＰＥＧによるデータ圧縮を行うと、圧縮後のデータが撮影データとしてフラッシュメモリ１１１内に保存される。フラッシュメモリ１１１は、電源を切っても記憶内容が保持され、メモリ全体あるいは分割した領域毎に電気的に一括して消去、再書き込みが可能な半導体メモリである。ただし、不揮発性メモリであれば、フラッシュメモリ１１１以外のものであってもよい。
【００３９】
つまり、本実施形態における電子スチルカメラは、被写体の光学像を２次元の画像として結像させる光学レンズ１０１と、結像された画像に対する光電変換を行う固体撮像装置と、その光電変換によって得られた電気信号を撮影データとして保存するフラッシュメモリ１１１と、このフラッシュメモリ１１１に撮影データを保存するにあたって、被写体の構図を確認するために、光電変換によって得られた電気信号を可視画像化して表示するＬＣＤ１０７とを具備しているものである。
【００４０】
ここで、このように構成された電子スチルカメラにおいて、被写体の撮影を行う場合におけるシーケンス動作について、図７を参照しながら説明する。
被写体の撮影を行う場合には、電子スチルカメラは、先ずユーザに、ＬＣＤ１０７の表示画面に基づいて、被写体の構図を確認（モニタリング）させる。
【００４１】
このとき、ＬＣＤ１０７における表示画面は、モニタリング、すなわち画角の確認用であるため、画質が多少悪化しても問題が生じることはない。ところが、その動きについては、滑らかであり、かつ、自然であることが要求される。
また、通常、被写体を撮影するシーケンス動作の中で、このモニタリングに費やす時間が最も長くなる。
【００４２】
そこで、この電子スチルカメラでは、図７（Ａ）に示すように、モニタリング時における駆動モードをａモードとする。ａモードとは、図７（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０へ供給する駆動周波数を１／ｍ分周後のものとするとともに、１／ｎ間引き読み出しモードで信号電荷の読み出しを行うことにより、結果としてフレームレートが下がらない（ｎ／ｍになる）ようにするモードである。
これにより、モニタリング時には、ＬＣＤ１０７における表示画面の動きが、滑らかでなかったり不自然になってしまうことがなく、しかもＣＣＤ固体撮像素子１０の消費電力を低減できるようになる。
【００４３】
モニタリングの結果、被写体の構図を確認が終了すると、続いて電子スチルカメラは、図７（Ａ）に示すように、ユーザにシャッタを半押しにさせて、光学検波を行う。光学検波は、オートフォーカス（ＡＦ；Automatic Focussing）、オートエクスポージャ（ＡＥ；Auto Exposure）、オートホワイトバランス（ＡＷＢ；Auto White Balance）、手振れ検出などの機能を実現するために行う。この場合、ＣＣＤ固体撮像素子１０から一瞬にして何フレーム分もの信号を得ることが必要になる。
【００４４】
したがって、この電子スチルカメラでは、光学検波時の駆動モードをｂモードとする。ｂモードとは、図７（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０へ供給する駆動周波数を分周することなく、しかも１／ｎ間引き読み出しモードで信号電荷の読み出しを行うことにより、結果としてフレームレートが上げる（ｎ倍にする）モードである。
これにより、光学検波時には、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ、手振れ検出などに必要な信号が、確実かつ迅速に得られようになる。なお、このときに得られる信号は、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ、手振れ検出などのために用いられるものなので、その画質については問わない。
【００４５】
光学検波が完了すると、次いで電子スチルカメラは、図７（Ａ）に示すように、ユーザにシャッタを全押しにさせて、記録画像の読み出しを行って、フラッシュメモリ１１１に撮影データを保存する。ただし、このときには、最も良い画質が必要とされる。したがって、ここでは、駆動モードをｃモードとする。ｃモードでは、図７（Ｂ）に示すように、全画素読み出しモード（通常モード）で信号電荷の読み出しを行う。また、暗電流やスミア等の影響を防ぐために、駆動周波数の分周も行わない。
そして、撮影データの保存が完了すると、この電子スチルカメラは、再びモニタリング状態となる。
【００４６】
ただし、この電子スチルカメラでは、モニタリング時にａモード、光学検波時にｂモード、データ保存時にｃモードで動作するといったことが予め設定されており、その設定とシャッタの状態に基づいて、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）が、タイミング発生回路２０を始めとした各部に動作指示を与えている。
【００４７】
以上のように、本実施形態の電子スチルカメラでは、被写体の構図を確認するためのモニタリング時に、１／ｎ間引き読み出しモードで動作するとともに、ＣＣＤ固体撮像素子１０へ供給する駆動周波数を１／ｍ分周後のものとするようになっている。これにより、フレームレートの低下を防ぎつつ、ＣＣＤ固体撮像素子１０の消費電力を低減できるようになる。つまり、モニタリング時における表示画面上での動画としての認識度と消費電力の低減といった相反する事柄を両立して実現できる。特に、被写体を撮影するシーケンス動作の中で、このモニタリングに費やす時間が最も長いため、このモニタリング時における消費電力を低減することは、非常に有効である。
【００４８】
さらに、この場合に、ｎ＝ｍであれば、フレームレートに変化がなくなるので、Ｓ／Ｈ回路１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３、あるいはカメラ信号処理回路１０４における信号処理が容易になる。
【００４９】
また、本実施形態の電子スチルカメラでは、撮影データの保存時に、全画素読み出しモードで動作するとともに、駆動周波数の分周していないものとするようになっている。これにより、保存される撮影データの画質が低下してしまうことがない。
つまり、この電子スチルカメラでは、モニタリング時と撮影データの保存時とで、動作モードおよび駆動周波数を切り替えることで、ＬＣＤ１０７に表示される画像の動きや撮影後の画質に影響を及ぼすことなく、ＣＣＤ固体撮像素子１０、すなわち電子スチルカメラの消費電力を低減することができるようになる。
【００５０】
なお、本実施形態では、本発明を、静止画を撮影する電子スチルカメラに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、動画を撮影するビデオカメラであっても本発明を適用することは可能であり、このビデオカメラに搭載されている固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させれば、上述した場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係わる固体撮像装置の実施の形態の一例の概略構成図である。
【図２】単位画素の構成の一例を示す平面パターン図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ′矢視の断面構造図である。
【図４】垂直ＣＣＤの配線パターン図である。
【図５】３相垂直転送クロックの位相関係を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明に係わるカメラの実施の形態の一例の概略構成図である。
【図７】図６のカメラにおいて、被写体の撮影を行う場合におけるシーケンス動作の一例を示す説明図であり、（Ａ）はシーケンス動作のタイミングチャートを、（Ｂ）は動作モードと駆動周波数との関係をそれぞれ示している。
【図８】全画素読み出し方式の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…ＣＣＤ固体撮像素子、１１…撮像エリア、１２…センサ部、１４…垂直ＣＣＤ、１５…水平ＣＣＤ、１６…電荷電圧変換部、２０…タイミング発生回路、２２…原発振器、２３…分周器、２４…セレクタ、１０１…光学レンズ、１０７…ＬＣＤ、１１１…フラッシュメモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法に係わり、特に電子スチルカメラ等の撮像デバイスとして用いて好適な固体撮像装置およびその駆動方法に関するものである。さらに、本発明は、電子スチルカメラ等のように、固体撮像装置を用いて構成されたカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像装置をはじめとした固体撮像装置の進展に伴い、ＣＣＤ固体撮像装置等を撮像デバイスとして用いたディジタル記録の電子スチルカメラが普及しつつある。
電子スチルカメラでは、高解像度を実現するために、通常、図８に示すように、各画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ中で混ぜずに同一時刻に独立に読み出す、いわゆる全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像装置が用いられている。この全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像装置によれば、ビデオカメラ等で一般的に使用されている、いわゆるフィールド読み出し方式の固体撮像装置に比べて、画素数を同じとした場合に２倍の垂直解像度を実現できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、最近では、このような電子スチルカメラに対して、長時間の使用を可能にするために、消費電力を低減することが要望されている。これを実現するための一つの方法として、電子スチルカメラの撮像デバイスである固体撮像装置、特にこの固体撮像装置のうちの固体撮像素子や、ここから得られる信号の処理を行う信号処理回路の消費電力を低減することが考えられる。
体撮像素子の消費電力は、その駆動周波数に大きく依存する。したがって、固体撮像素子の消費電力を低減するためには、その固体撮像素子の駆動周波数を低下させることが効果的である。また、駆動周波数を低下させることは、この駆動周波数がそのまま信号処理回路の周波数となるので、そこでの消費電力の低減の効果も期待できる。
【０００４】
しかしながら、固体撮像素子の駆動周波数を低下させると、これに合わせて固体撮像素子のフレームレートも低下してしまう。フレームレートが低下すると、単位時間当たりに固体撮像素子から出力される出力信号の量（画面数）が少なくなるので、被写体の構図を確認するために電子スチルカメラに設けられているディスプレイ（液晶ディスプレイ等）で表示される画像の動きが、滑らかでなく不自然なものになってしまう。しかも、固体撮像素子における暗電流やスミア等の影響も受けやすくなってしまい、結果として撮影後の画質にも影響を及ぼしてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、固体撮像素子から出力される画面数等に影響を及ぼすことなく、消費電力を低減することが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、固体撮像装置を用いたカメラにおいて、ディスプレイに表示される画像の動きや撮影後の画質に影響を及ぼすことなく、固体撮像装置の消費電力を低減することが可能なカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による固体撮像装置は、全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子と、前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段とを備え、前記周波数可変手段が駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるように構成されているとともに、ｎ＝ｍに設定されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明による駆動方法は、全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させ、当該駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるようにするとともに、ｎ＝ｍとなるように設定することを特徴とする。
【０００８】
上記構成の固体撮像装置およびその駆動方法によれば、動作モードに応じて固体撮像素子の駆動周波数を可変させる。これにより、例えば、間引き読み出しモード時における固体撮像素子の駆動周波数を、全画素読み出しモード時の駆動周波数よりも１／ｍに低くするといったことが可能になる。この場合には、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷が読み出される１／ｎ間引き読み出しを行うので、駆動周波数を低くしても、単位時間あたりに固体撮像素子から出力される画面数が減ってしまうことがない。つまり、ｎ＝ｍとすることで、間引き読み出しモード時と全画素読み出しモード時とのフレームレートの変化がなくなる。しかも、間引き読み出しモード時には、駆動周波数を低くすることにより固体撮像素子の消費電力が低減される。
【０００９】
また、本発明によるカメラは、全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子と、前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段とを備え、前記周波数可変手段が駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるように構成されているとともに、ｎ＝ｍに設定されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成のカメラによれば、動作モードに応じて固体撮像素子の駆動周波数を可変させる。これにより、このカメラでは、例えば、間引き読み出しモード時における固体撮像素子の駆動周波数を、全画素読み出しモード時の駆動周波数よりも１／ｍに低くするといったことが可能になる。この場合には、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷が読み出される１／ｎ間引き読み出しを行うので、駆動周波数を低くしても、単位時間あたりに固体撮像素子から出力される画面数が減ってしまうことがない。つまり、ｎ＝ｍとすることで、間引き読み出しモード時と全画素読み出しモード時とのフレームレートの変化がなくなる。よって、表示手段による表示時に、表示される画像の動きが、滑らかでなく不自然なものになってしまうことがない。しかも、駆動周波数を低くすることにより固体撮像素子の消費電力が低減される。
また、全画素読み出しモード時には固体撮像素子の駆動周波数を低くしないようにすれば、撮影データを記憶手段に保存する際に撮影データの画質低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の固体撮像装置およびその駆動方法によれば、動作モードに応じて固体撮像素子の駆動周波数を可変させるので、間引き読み出しモード時の駆動周波数を全画素読み出しモード時よりも低くするといったことが可能になり、フレームレートの低下を防ぎつつ、固体撮像素子の消費電力を低減できるようになる。つまり、固体撮像素子から出力される画面数等に影響を及ぼすことなく、固体撮像装置の消費電力を低減することができる。
【００１２】
また、本発明のカメラによれば、動作モードに応じて固体撮像素子の駆動周波数を可変させるので、被写体の構図確認時と撮影データの保存時とで動作モードおよび駆動周波数を切り替えるが可能になる。これにより、このカメラでは、構図確認時の表示画像の動きや撮影後の画質に影響を及ぼすことなく、固体撮像素子、すなわちカメラの消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明に係わるＣＣＤ固体撮像装置の一例の概略構成図である。
本実施形態のＣＣＤ固体撮像装置は、図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、タイミング発生回路２０とを備えてなるものである。
【００１４】
ＣＣＤ固体撮像素子１０には、撮像エリア１１が設けられている。
撮像エリア１１は、行（垂直）方向および列（水平）方向にマトリクス状に配列され、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数のセンサ部１２と、これらセンサ部１２の垂直列毎に設けられ、各センサ部１２から読み出しゲート部１３によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ１４とによって構成されている。
【００１５】
この撮像エリア１１において、センサ部１２は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなっている。このセンサ部１２に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート部１３に後述する読み出しパルスＸＳＧが印加されることにより垂直ＣＣＤ１４に読み出される。垂直ＣＣＤ１４は、例えば３層電極３相（φＶ１〜φＶ３）駆動の構成となっており、各センサ部１２から読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
【００１６】
ここで、垂直ＣＣＤ１４において、２層目（φＶ２）の転送電極は、読み出しゲート部１３のゲート電極を兼ねている。このことから、３相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３のうち、２相目の垂直転送クロックφＶ２が低レベル（以下、“Ｌ”レベルと称す）、中間レベル（以下、“Ｍ”レベルと称す）および高レベル（以下、“Ｈ”レベルと称す）の３値をとるように設定されており、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスが読み出しゲート部１３に印加される読み出しパルスＸＳＧとなる。
【００１７】
撮像エリア１１の図面上の下側には、水平ＣＣＤ１５が配されている。この水平ＣＣＤ１５には、複数本の垂直ＣＣＤ１４から１ラインに相当する信号電荷が順次転送される。水平ＣＣＤ１５は、例えば２層電極２相（φＨ１，φＨ２）駆動の構成となっており、複数本の垂直ＣＣＤ１４から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後に水平走査期間において順次水平方向に転送する。
【００１８】
水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力ＯＵＴとして導出される。
以上により、ＣＣＤ固体撮像素子１０が構成されている。
【００１９】
このように構成されたＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３、水平転送クロックφＨ１，φＨ２を含む各種のタイミング信号は、タイミング発生回路２０で生成される。
タイミング発生回路２０は、各種のタイミング信号を生成するＴＧ（Timing Generator）部２１に加えて、原発振器２２、分周器２３およびセレクタ２４を有しているものである。
【００２０】
ＴＧ部２１は、外部から与えられるモード信号に応じて、全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードをとり得る構成となっている。そして、２相目の垂直転送クロックφＶ２については、この２つのモードに対応するために２系統のクロック（φＶ２，φＶ２′）を発生する。
【００２１】
原発振器２２は、所定周波数の基準パルスを発振する。分周器２３は、原発振器２２が発振した基準パルスを１／ｍ（ただし、ｍは自然数）に分周する。セレクタ２４は、原発振器２２による基準パルスと、分周器２３が分周した後のパルス信号とのいずれか一方を、ＴＧ部２１に与えるための切り替えを行う。この切り替えは、動作モード、すなわち全画素読み出しモードと間引き読み出しモードとの２つのモードに応じて行われる。
【００２２】
図２は、単位画素の具体的な構成の一例を示す平面パターン図であり、図３にそのＸ−Ｘ′矢視断面を示す。先ず、垂直ＣＣＤ１４は、Ｎ型基板３１上にＰ型ウェル３２を介して形成されたＮ型不純物からなる転送チャネル３３と、この転送チャネル３３の上方にその転送方向に繰り返して配列された３相の転送電極３４-1〜３４-3とから構成されている。これら転送電極３４-1〜３４-3において、１相目の転送電極３４-1は１層目のポリシリコン（図中、一点鎖線で示す）によって形成され、２相目の転送電極３４-2は２層目のポリシリコン（図中、二点鎖線で示す）によって形成され、３相目の転送電極３４-3は３層目のポリシリコン（図中、破線で示す）によって形成されている。
【００２３】
図４は、垂直ＣＣＤ１４における転送電極３４-1〜３４-3の配線パターン図である。本配線系においては、間引き読み出し駆動を可能にするために、２相目の垂直転送クロックφＶ２の配線に工夫が凝らされている。具体的には、先述したように、２相目の垂直転送クロックとして２系統の垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′が用意され、さらに垂直転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ２′，φＶ３を伝送するために計４本のバスライン４１〜４４が配線されている。なお、図５に、ラインシフト期間における垂直転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ２′，φＶ３の位相関係を示す。
【００２４】
そして、垂直転送クロックφＶ１，φＶ３を伝送するバスライン４１，４４には、全画素の１相目の転送電極３４-1，３４-3が接続されている。また、垂直転送クロックφＶ２を伝送するバスライン４２には、前後する３画素を単位Ａとしてこれら画素の２相目の転送電極３４-2が４画素おきに接続され、垂直転送クロックφＶ２′を伝送するバスライン４３には、バスライン４２に接続された画素以外の４画素を単位Ｂとしてこれら画素の２相目の転送電極３４-3が３画素おきに接続されている。
【００２５】
垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′は、先述したように、その３値目の“Ｈ”レベルのパルスがセンサ部１２から信号電荷を読み出すときに読み出しゲート部１３のゲート電極に印加される読み出しパルスＸＳＧとなる。そして、全画素読み出しモードの際には、垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′の双方に読み出しパルスＸＳＧが立つのに対し、間引き読み出しモードの際には、垂直転送クロックφＶ２のみに読み出しパルスＸＳＧが立つ。
【００２６】
すなわち、全画素読み出しモードでは、垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′の双方に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、全画素から信号電荷が読み出されることになる。一方、間引き読み出しモードでは、垂直転送クロックφＶ２のみに読み出しパルスＸＳＧが立つことで、３ラインを単位として４ラインおきに信号電荷が読み出されることとなる。換言すれば、４ラインを単位として３ラインおきに信号電荷の読み出しが間引かれることになる。
【００２７】
なお、本例では、一例として、カラー方式ＣＣＤ固体撮像素子において、色フィルタのカラーコーディングに対応して、３ラインを単位として４ラインおきに間引き読み出しを行う場合を例にとって示したが、これに限定されるものではなく、４ラインを単位として２ラインおき、あるいは２ラインを単位として１ラインおきなど、図４の垂直転送クロックφＶ２，φＶ２′の配線パターンを変更するのみで、任意の間引き読み出しの設定が可能である。
【００２８】
ところで、タイミング発生回路２０は、外部から与えられるモード信号に応じて全画素読み出しモードと間引き読み出しモードをとり得る構成のＴＧ部２１に加えて、原発振器２２、分周器２３およびセレクタ２４を有している。これにより、このタイミング発生回路２０では、ＴＧ部２１に対し、原発振器２２による基準パルスをそのまま与えるか、この基準パルスを１／ｍに分周して与えるかが、セレクタ２４によって切り替えられるようになっている。この切り替えは、ＴＧ部２１と同様に、外部から与えられるモード信号に応じて行われる。
【００２９】
詳しくは、全画素読み出しモード時にはＴＧ部２１に基準パルスをそのまま与え、間引き読み出しモード時にはＴＧ部２１に１／ｍ分周後のパルス信号を与えるように、セレクタ２４が切り替えを行う。
このとき、ＴＧ部２１は、与えられた基準パルスまたは１／ｍ分周後のパルス信号を基に、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３、水平転送クロックφＨ１，φＨ２を含む各種のタイミング信号を生成する。そのため、間引き読み出しモード時に生成されるタイミング信号は、全画素読み出しモード時に生成されるタイミング信号に対して、その周波数が１／ｍとなる。つまり、間引き読み出しモード時には、ＣＣＤ固体撮像素子１０に供給される駆動周波数が、全画素読み出しモード時の１／ｍとなる。
【００３０】
駆動周波数が１／ｍになると、その駆動周波数が供給されるＣＣＤ固体撮像素子１０においては、フレームレートが１／ｍに低下してしまう。
ところが、このとき、ＣＣＤ固体撮像素子１０では、間引き読み出しモードで動作している。すなわち、ｎ（ただし、ｎは自然数）個の画素のうち、１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことで、全画素読み出しモード時に比べてフレームレートをｎ倍にすることが可能になる。
【００３１】
したがって、駆動周波数が１／ｍになっても、１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになる。ここで、ｎ＝ｍであれば、全画素読み出しモード時とのフレームレートの変化がなくなる。
しかも、駆動周波数が１／ｍになることによって、その駆動周波数が供給されるＣＣＤ固体撮像素子１０では、消費電力の低減が実現される。
【００３２】
以上のように、本実施形態のＣＣＤ固体撮像装置およびその駆動方法では、動作モードに応じてＣＣＤ固体撮像素子１０へ供給する駆動周波数を可変させるようになっている。これにより、間引き読み出しモード時の駆動周波数を全画素読み出しモード時の１／ｍにするといったことが可能になり、フレームレートの低下を防ぎつつ、ＣＣＤ固体撮像素子１０の消費電力を低減できるようになる。つまり、ＣＣＤ固体撮像素子１０から出力される画面数等に影響を及ぼすことなく、消費電力を低減することが可能になる。
【００３３】
また、本実施形態のＣＣＤ固体撮像装置では、タイミング発生回路２０に設けられた原発振器２２、分周器２３およびセレクタ２４によって、駆動周波数を可変させるようになっている。よって、ＴＧ部２１に、原発振器２２、分周器２３およびセレクタ２４を加えるだけで駆動周波数の可変が可能になり、先述した消費電力の低減を容易に実現することができるようになる。また、ＴＧ部２１は、外部から与えられるモード信号に応じて全画素読み出しモードと間引き読み出しモードをとり得る構成のものであれば、通常のものがそのまま使用できるので、タイミング発生回路２０の設計が容易になる。
【００３４】
次に、以上のようなＣＣＤ固体撮像装置を、撮像デバイスとして用いたディジタル記録の電子スチルカメラについて説明する。図６は、本発明に係わる電子スチルカメラの一例の概略構成図である。
【００３５】
この電子スチルカメラは、図６に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０およびタイミング発生回路２０の他に、光学レンズ１０１、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３、カメラ信号処理回路１０４、データスイッチャ１０５、変換回路１０６、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display；以下、ＬＣＤと略す）１０７、エンコーダ／デコーダ１０８、ＤＲＡＭ（DynamicRandom Access Memory）１０９、メモリコントロール１１０およびフラッシュメモリ１１１を備えている。
【００３６】
そして、光学レンズ１０１が被写体の光学像を２次元の画像としてＣＣＤ固体撮像素子１０に結像させると、Ｓ／Ｈ回路１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３およびカメラ信号処理回路１０４が順に、ＣＣＤ固体撮像素子１０から得られる電圧信号に対して、それぞれ必要に応じた処理を行う。そして、データスイッチャ１０５は、ユーザのキー操作等に基づいて発生したモード切り替え信号（CAM,Rec,Play）に従って、カメラ信号処理回路１０４で処理された信号、例えば輝度データと色差データが多重化されたコンポーネント信号（Ｙ，Ｃｒ，Ｙ，Ｙ，Ｃｂ，Ｙ））の送出先を切り替える。
【００３７】
データスイッチャ１０５での切り替えによって、コンポーネント信号が変換回路１０６へ送出された場合に、変換回路１０６では、そのコンポーネント信号を三原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換してＬＣＤ１０７に送出し、このＬＣＤ１０７で可視画像として表示させる。
また、データスイッチャ１０５での切り替えによって、コンポーネント信号が記録再生データバス１１２を介してエンコーダ／デコーダ１０８へ送出された場合には、このエンコーダ／デコーダ１０８において、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）、すなわち適応ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）の符号化によるコンポーネント信号のデータ圧縮が行われる。ただし、ＪＰＥＧ以外の方式の高能率符号化を使用してもよい。
【００３８】
このＪＰＥＧにおけるブロック化処理等のために、ＤＲＡＭ１０９が設けられている。ＤＲＡＭ１０９は、メモリコントローラ１１０から供給されるアドレス信号、制御信号によってその動作が制御される。
エンコーダ／デコーダ１０８がＪＰＥＧによるデータ圧縮を行うと、圧縮後のデータが撮影データとしてフラッシュメモリ１１１内に保存される。フラッシュメモリ１１１は、電源を切っても記憶内容が保持され、メモリ全体あるいは分割した領域毎に電気的に一括して消去、再書き込みが可能な半導体メモリである。ただし、不揮発性メモリであれば、フラッシュメモリ１１１以外のものであってもよい。
【００３９】
つまり、本実施形態における電子スチルカメラは、被写体の光学像を２次元の画像として結像させる光学レンズ１０１と、結像された画像に対する光電変換を行う固体撮像装置と、その光電変換によって得られた電気信号を撮影データとして保存するフラッシュメモリ１１１と、このフラッシュメモリ１１１に撮影データを保存するにあたって、被写体の構図を確認するために、光電変換によって得られた電気信号を可視画像化して表示するＬＣＤ１０７とを具備しているものである。
【００４０】
ここで、このように構成された電子スチルカメラにおいて、被写体の撮影を行う場合におけるシーケンス動作について、図７を参照しながら説明する。
被写体の撮影を行う場合には、電子スチルカメラは、先ずユーザに、ＬＣＤ１０７の表示画面に基づいて、被写体の構図を確認（モニタリング）させる。
【００４１】
このとき、ＬＣＤ１０７における表示画面は、モニタリング、すなわち画角の確認用であるため、画質が多少悪化しても問題が生じることはない。ところが、その動きについては、滑らかであり、かつ、自然であることが要求される。
また、通常、被写体を撮影するシーケンス動作の中で、このモニタリングに費やす時間が最も長くなる。
【００４２】
そこで、この電子スチルカメラでは、図７（Ａ）に示すように、モニタリング時における駆動モードをａモードとする。ａモードとは、図７（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０へ供給する駆動周波数を１／ｍ分周後のものとするとともに、１／ｎ間引き読み出しモードで信号電荷の読み出しを行うことにより、結果としてフレームレートが下がらない（ｎ／ｍになる）ようにするモードである。
これにより、モニタリング時には、ＬＣＤ１０７における表示画面の動きが、滑らかでなかったり不自然になってしまうことがなく、しかもＣＣＤ固体撮像素子１０の消費電力を低減できるようになる。
【００４３】
モニタリングの結果、被写体の構図を確認が終了すると、続いて電子スチルカメラは、図７（Ａ）に示すように、ユーザにシャッタを半押しにさせて、光学検波を行う。光学検波は、オートフォーカス（ＡＦ；Automatic Focussing）、オートエクスポージャ（ＡＥ；Auto Exposure）、オートホワイトバランス（ＡＷＢ；Auto White Balance）、手振れ検出などの機能を実現するために行う。この場合、ＣＣＤ固体撮像素子１０から一瞬にして何フレーム分もの信号を得ることが必要になる。
【００４４】
したがって、この電子スチルカメラでは、光学検波時の駆動モードをｂモードとする。ｂモードとは、図７（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０へ供給する駆動周波数を分周することなく、しかも１／ｎ間引き読み出しモードで信号電荷の読み出しを行うことにより、結果としてフレームレートが上げる（ｎ倍にする）モードである。
これにより、光学検波時には、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ、手振れ検出などに必要な信号が、確実かつ迅速に得られようになる。なお、このときに得られる信号は、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ、手振れ検出などのために用いられるものなので、その画質については問わない。
【００４５】
光学検波が完了すると、次いで電子スチルカメラは、図７（Ａ）に示すように、ユーザにシャッタを全押しにさせて、記録画像の読み出しを行って、フラッシュメモリ１１１に撮影データを保存する。ただし、このときには、最も良い画質が必要とされる。したがって、ここでは、駆動モードをｃモードとする。ｃモードでは、図７（Ｂ）に示すように、全画素読み出しモード（通常モード）で信号電荷の読み出しを行う。また、暗電流やスミア等の影響を防ぐために、駆動周波数の分周も行わない。
そして、撮影データの保存が完了すると、この電子スチルカメラは、再びモニタリング状態となる。
【００４６】
ただし、この電子スチルカメラでは、モニタリング時にａモード、光学検波時にｂモード、データ保存時にｃモードで動作するといったことが予め設定されており、その設定とシャッタの状態に基づいて、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）が、タイミング発生回路２０を始めとした各部に動作指示を与えている。
【００４７】
以上のように、本実施形態の電子スチルカメラでは、被写体の構図を確認するためのモニタリング時に、１／ｎ間引き読み出しモードで動作するとともに、ＣＣＤ固体撮像素子１０へ供給する駆動周波数を１／ｍ分周後のものとするようになっている。これにより、フレームレートの低下を防ぎつつ、ＣＣＤ固体撮像素子１０の消費電力を低減できるようになる。つまり、モニタリング時における表示画面上での動画としての認識度と消費電力の低減といった相反する事柄を両立して実現できる。特に、被写体を撮影するシーケンス動作の中で、このモニタリングに費やす時間が最も長いため、このモニタリング時における消費電力を低減することは、非常に有効である。
【００４８】
さらに、この場合に、ｎ＝ｍであれば、フレームレートに変化がなくなるので、Ｓ／Ｈ回路１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３、あるいはカメラ信号処理回路１０４における信号処理が容易になる。
【００４９】
また、本実施形態の電子スチルカメラでは、撮影データの保存時に、全画素読み出しモードで動作するとともに、駆動周波数の分周していないものとするようになっている。これにより、保存される撮影データの画質が低下してしまうことがない。
つまり、この電子スチルカメラでは、モニタリング時と撮影データの保存時とで、動作モードおよび駆動周波数を切り替えることで、ＬＣＤ１０７に表示される画像の動きや撮影後の画質に影響を及ぼすことなく、ＣＣＤ固体撮像素子１０、すなわち電子スチルカメラの消費電力を低減することができるようになる。
【００５０】
なお、本実施形態では、本発明を、静止画を撮影する電子スチルカメラに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、動画を撮影するビデオカメラであっても本発明を適用することは可能であり、このビデオカメラに搭載されている固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させれば、上述した場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係わる固体撮像装置の実施の形態の一例の概略構成図である。
【図２】単位画素の構成の一例を示す平面パターン図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ′矢視の断面構造図である。
【図４】垂直ＣＣＤの配線パターン図である。
【図５】３相垂直転送クロックの位相関係を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明に係わるカメラの実施の形態の一例の概略構成図である。
【図７】図６のカメラにおいて、被写体の撮影を行う場合におけるシーケンス動作の一例を示す説明図であり、（Ａ）はシーケンス動作のタイミングチャートを、（Ｂ）は動作モードと駆動周波数との関係をそれぞれ示している。
【図８】全画素読み出し方式の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…ＣＣＤ固体撮像素子、１１…撮像エリア、１２…センサ部、１４…垂直ＣＣＤ、１５…水平ＣＣＤ、１６…電荷電圧変換部、２０…タイミング発生回路、２２…原発振器、２３…分周器、２４…セレクタ、１０１…光学レンズ、１０７…ＬＣＤ、１１１…フラッシュメモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段とを備え、
前記周波数可変手段が駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるように構成されているとともに、ｎ＝ｍに設定されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記周波数可変手段は、前記間引き読み出しモード時における駆動周波数を、前記全画素読み出しモード時における駆動周波数よりも低くする
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記周波数可変手段は、
所定周波数の基準パルスを発振する発振器と、
前記発振器が発振した基準パルスを分周する分周器と、
前記発振器が発振した基準パルスと、前記分周器が分周した後のパルス信号とのいずれかを、動作モードに応じて前記固体撮像素子に供給するセレクタと
からなることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段とを備え、
前記周波数可変手段が駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるように構成されているとともに、ｎ＝ｍに設定されている
ことを特徴とするカメラ。
【請求項５】
被写体の光学像を２次元の画像として結像させる光学レンズと、
該光学レンズによって結像された画像に対する光電変換を行う固体撮像装置と、
該固体撮像装置での光電変換によって得られた電気信号を撮影データとして保存する記憶手段と、
該記憶手段に撮影データを保存するにあたって、前記固体撮像装置での光電変換によって得られた電気信号を可視画像化して表示する表示手段とを具備し、
前記固体撮像装置が、前記固体撮像素子および前記周波数可変手段を備える
ことを特徴とする請求項４記載のカメラ。
【請求項６】
前記固体撮像素子は、前記表示手段による表示時には前記間引き読み出しモードが設定され、前記記憶手段への電気信号取り込み時には前記全画素読み出しモードが設定され、
前記周波数可変手段は、前記間引き読み出しモード時における駆動周波数を、前記全画素読み出しモード時における駆動周波数よりも低くする
ことを特徴とする請求項５記載のカメラ。
【請求項７】
全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子を備えた固体撮像装置の駆動方法において、
前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させ、
当該駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるようにするとともに、ｎ＝ｍとなるように設定する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
前記固体撮像素子から前記間引き読み出しモードで信号電荷を読み出す場合に、前記固体撮像素子の駆動周波数を、前記全画素読み出しモード時における駆動周波数よりも低くする
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１】
全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段とを備え、
前記周波数可変手段が駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるように構成されているとともに、ｎ＝ｍに設定されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記周波数可変手段は、前記間引き読み出しモード時における駆動周波数を、前記全画素読み出しモード時における駆動周波数よりも低くする
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記周波数可変手段は、
所定周波数の基準パルスを発振する発振器と、
前記発振器が発振した基準パルスを分周する分周器と、
前記発振器が発振した基準パルスと、前記分周器が分周した後のパルス信号とのいずれかを、動作モードに応じて前記固体撮像素子に供給するセレクタと
からなることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させる周波数可変手段とを備え、
前記周波数可変手段が駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるように構成されているとともに、ｎ＝ｍに設定されている
ことを特徴とするカメラ。
【請求項５】
被写体の光学像を２次元の画像として結像させる光学レンズと、
該光学レンズによって結像された画像に対する光電変換を行う固体撮像装置と、
該固体撮像装置での光電変換によって得られた電気信号を撮影データとして保存する記憶手段と、
該記憶手段に撮影データを保存するにあたって、前記固体撮像装置での光電変換によって得られた電気信号を可視画像化して表示する表示手段とを具備し、
前記固体撮像装置が、前記固体撮像素子および前記周波数可変手段を備える
ことを特徴とする請求項４記載のカメラ。
【請求項６】
前記固体撮像素子は、前記表示手段による表示時には前記間引き読み出しモードが設定され、前記記憶手段への電気信号取り込み時には前記全画素読み出しモードが設定され、
前記周波数可変手段は、前記間引き読み出しモード時における駆動周波数を、前記全画素読み出しモード時における駆動周波数よりも低くする
ことを特徴とする請求項５記載のカメラ。
【請求項７】
全画素の信号電荷を同一時刻に独立に読み出す全画素読み出しモードと、垂直方向の一部の画素列のみから信号電荷を読み出す間引き読み出しモードとを選択的にとり得る固体撮像素子を備えた固体撮像装置の駆動方法において、
前記固体撮像素子の駆動周波数を動作モードに応じて可変させ、
当該駆動周波数を１／ｍ（ｍは自然数）に低下させても、前記固体撮像素子がｎ（ｎは自然数）個の画素のうち１個のみを読み出す１／ｎ間引き読み出しを行うことによって、フレームレートがｎ／ｍになるようにするとともに、ｎ＝ｍとなるように設定する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
前記固体撮像素子から前記間引き読み出しモードで信号電荷を読み出す場合に、前記固体撮像素子の駆動周波数を、前記全画素読み出しモード時における駆動周波数よりも低くする
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３３６５９７（Ｐ２００７−３３６５９７Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１９８５８（Ｐ２００７−２１９８５８）
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【分割の表示】特願平９−１１２１３３の分割
【原出願日】平成９年４月３０日（１９９７．４．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【分割の表示】特願平９−１１２１３３の分割
【原出願日】平成９年４月３０日（１９９７．４．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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