JP4700855B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の撮像装置における回路ブロック例を図3に示す。図中1は光を電気信号に変換する光電変換部を垂直方向及び水平方向に配列した固体撮像素子(ここではCCDを例に取る)、2はCCDの出力信号を映像信号に変換するための相関二重サンプリング回路(以下CDS)、3はCDS出力のアナログ信号をデジタル信号に変換するためのアナログデジタル変換回路(以下AD)、4は色信号処理、輝度信号処理など各種信号処理を行うデジタル信号処理回路(以下DSP)、5はCCDの水平転送部を駆動するためのCCD水平駆動回路(以下HDr)、6はCCDの垂直転送部を駆動するためのCCD垂直駆動回路(以下VDr)、7は基準同期信号を入力し、この基準信号によりCCDの駆動および信号処理に必要な各種パルスを生成するタイミングジェネレータ(以下TG)、8はシステム全体を制御するCPU、9はフォーカス用レンズおよびズーム用レンズを駆動するためのレンズ駆動回路、10はフォーカス用レンズおよびズーム用レンズで構成される撮影レンズ、11は絞りとシャッターを駆動するための絞り駆動回路、12はCCDへの入射光量を制御する絞り兼シャッター、13は2段階ストロークで構成されるレリーズスイッチ、14は水晶発振回路を有し水平同期信号(以下HD)と垂直同期信号(以下VD)を発生する基準信号発生回路である。
【0003】
次に上述した回路ブロックの動作を説明する。被写体像は10の撮影レンズを通し、12の絞りにより光量を調節され、1のCCDに結像する。ここで光電変換がなされ、CCD信号として2のCDSへ出力される。14の基準信号発生回路で生成されるメインクロック、HD、VDは7のTGへ出力され、これらの信号を基準にTGではCCD水平転送パルス、CCD垂直転送パルス、CCDフィールドシフトパルス、電子シャッターパルスが生成される。そしてCCD水平転送用パルスは5のHDrへ、CCD垂直転送用パルス、CCDフィールドシフトパルスおよび電子シャッターパルスは6のVDrへ出力される。6のVDrでは7のTGから出力されるCCD垂直転送用パルスおよびCCDフィールドシフトパルスを受け、これらを組み合わせ、CCDの垂直転送部を十分に駆動できる信号振幅、周波数特性を保持した信号に変換し、CCDの垂直転送駆動部へ出力する。1のCCDではこれらの信号を受け、フィールドシフトパルスを入力した時に、CCDのフォトダイオードに蓄積された電荷を垂直転送部へ出力する。垂直転送部に移動した電荷はCCD垂直転送パルスにより垂直転送路上を順序正しく水平転送路へと転送される。また電子シャッターパルスはVDrでCCDを十分に駆動できる信号振幅に変換された後、CCDへ出力されCCDでの電荷蓄積時間(露光量)を制御する。CCDは電子シャッターパルスを入力している期間はフォトダイオードの電荷をクリアーし続け、電子シャッターパルスが停止した後、露光状態となる。5のHDrではTGから出力されるCCD水平転送用パルスを入力し、CCDの水平転送部を十分に駆動できる信号振幅、周波数特性を保持した信号に変換し、CCDの水平転送部へ出力する。リセットゲートパルスはTGから直接CCDへ出力され、CCDの出力ゲート部を一定電位に固定することにより電荷電位変換を行う。CCDではこれら水平転送パルスおよびリセットゲートパルス信号を入力した時に、電荷を水平転送部から出力アンプを通して、CCD信号としてCDSへ出力する。
【0004】
2のCDSではCCD出力信号を入力し、CCD出力信号のフィードスルー部とデータ部とのレベル差を映像信号として変換し、これによりCCD信号に含まれる低周波雑音を除去し、可変利得増幅機能により所望の感度が得られるように映像信号を増幅し、かつ直流再生をして黒レベルを固定し、3のADへ出力する。
【0005】
3のADではCDS出力の映像信号を入力し、この信号をアナログ信号からデジタル信号へと変換し4のDSPへ出力する。
【0006】
4のDSPではデジタルに変換された映像信号を入力し、信号処理により輝度信号および色信号を再生する。また映像信号の一部分を積分して露光制御を行うための基準信号、ホワイトバランス制御を行うための基準信号、フォーカス制御を行うための基準信号を生成する。
【0007】
次に図11と図12を併せ、従来のカメラにおける撮像素子駆動方法を説明する。2段階ストロークのシャッターボタンを1段階押下(以下SW1がON)した時、カメラ内では撮影のための準備動作が行われる。まずCCDを、絞り、電子シャッター、フィールドシフトパルスの組み合わせにより露光制御し、垂直方向を間引いた一部分のCCD信号を読み出す。例えば、図2に示してあるようなRGBフィルターが配列されているCCDの場合、1フィールド内で1水平周期毎にR/G列とG/B列が順番に出力されるように(1/4間引き欄に○がついている列を)読み出すことにより、垂直方向の画素を間引き、信号処理に適したVDレートになるようにCCD信号を出力する。この例では図12の前半部(▲1▼から▲2▼)に示すごとく、CCDから読み出す信号は全てのフィールドで同じとなるように第一フィールド用フィールドシフトパルス(図12、▲1▼から▲2▼、H7)のみを使い、第一フィールド信号(図12、▲1▼から▲2▼、I7)のみを読み出している。さらに垂直方向8本のうち2本を読み出すのみなので、信号を読み出すフィールドレートは撮影時の全ライン読み出すときのフィールドレートとは異なり2倍速い。
【0008】
CCDはこの撮影準備動作のときには、あらかじめ決められたVDにより駆動され、この1VD期間に1フィールド分のCCD信号を出力する。上述したようにCCD内の垂直方向8本のうち2本に間引いた信号がいつも読み出される。CCDのフォトダイオードに蓄積された電荷はVDに同期した第一フィールド用フィールドシフトパルスにより垂直転送路へと移動する。
【0009】
CCDから出力された信号はCDSにより信号処理に適した映像信号に変換され、ADでアナログ信号からデジタル信号に変換される。そしてこの信号からDSPでは露光制御のための基準信号(以下AE評価値)を生成する。CPUはこのAE評価値をあらかじめ決められた値(適正レベル)内にいれるように、絞り値とシャッタースピードを演算により決定し、この適正な絞り値になるように絞りを変化させるとともに、電子シャッタースピードを適正な値に変化させる。通常SW1がONされ続けると、この動作が繰り返し行われ、常に適正な露光量となるように制御される。
【0010】
また合焦制御が同時に行われ、同じくDSPで合焦制御のための基準信号(以下AF評価値)が生成される。CPUはこのAF評価値をあらかじめ決められた値(合焦レベル)内にいれるように、フォーカスレンズの移動制御を行う。すなわちAF評価値を合焦レベル内にいれることにより、鮮明な被写体像を得ることができる。通常SW1をONの状態に保持すれば、一度合焦した位置にフォーカスレンズは固定される。
【0011】
さらにホワイトバランス制御が行われ、同じくDSPで色バランス制御のための基準信号(以下WB評価値)を生成する。このWB評価値から白のずれ量を演算することにより色バランスが決定される。これは異なる光源下または日向日陰の違いがあっても、白色を忠実な白色に再現させるための色バランス補正である。
【0012】
次に2段階ストロークのシャッターボタンを2段階押下(以下SW2がON)したとき、カメラは本撮影動作へと移行する。
【0013】
まず撮影準備動作時に決定した撮影条件に見合うように、電子シャッター、絞り、メカシャッターとを組み合わせ、露光制御が行われる。露光の開始は電子シャッターを停止させ、フォトダイオードのクリアーを停止させた時点から始まり、露光の終了はメカシャッターを閉じることにより行う。したがって撮影準備から本撮影に移行するVD(図12、▲3▼)に同期して電子シャッター(図12、▲3▼、D7)を一定期間出力させることにより露光を開始する。次にCPUからシャッタークローズ制御信号を出力し(図12、▲3▼、E7)、絞り兼シャッター制御回路により一瞬の内にシャッターを閉じさせ(図12、▲3▼、F7)、露光を終了させる。しかし実際にはシャッターを閉じきるまでにはある程度の時間を要するため、この期間をあらかじめ考慮に入れて、露光時間が適切になるようにCPUはシャッタークローズ制御信号を出力する。したがって露光期間は(図12、▲3▼、G7)に示す期間となる。
【0014】
CPUはシャッタークローズ制御信号を出力し、メカシャッターを閉じた後、次のVD(図12、▲4▼)に同期した第一フィールド用フィールドシフトパルスを出力するようにTGへ命令を出す。これによりTGからはこのVDに同期した第一フィールド用フィールドシフトパルス(図12、▲4▼、H7)が出力され、第一フィールドの電荷が垂直転送路へ出力される。このときCCDからは垂直方向に一ラインづつ間引いた一部分の映像信号が読み出される。図1に示してあるRGBフィルターが配列されているCCDの場合、R/G列とG/B列とに分け、夫々の信号を1フィールド内に順番に読み出す。第一フィールド読み出し欄に○がついている列を第一フィールド用フィールドシフトパルスにより最初の1VD期間に読み出す(図12、▲4▼、I7)。さらにCPUは連続した次のVD(▲5▼)に同期した第二フィールド用シフトパルスを出力するようにTGへ命令を出す。これによりTGからは連続した次のVDに同期した第二フィールド用フィールドシフトパルスが出力(図12、▲5▼、J7)され、第二フィールドの電荷が垂直転送路に出力される。図2の第2フィールド読み出し欄に○がついている列が第二フィールド用フィールドシフトパルスにより第一フィールドに引き続き連続した次のVD期間に読み出される(図12、▲5▼、K7)。これにより1VD期間内に垂直方向1ラインづつ間引いた信号が読み出され、連続した2VD期間でCCD内の全画素が読み出される。またCCDから読み出すライン数は決まっているため、1VDのレートはこの読み出しライン数に依存するHD本数によって決まる。
【0015】
つまりCCDはあらかじめ決められたHD,VD周期により駆動され、この1HD期間に1ラインのCCD信号を出力し、1VD期間に1フィールドのCCD信号を出力する。通常撮影時にはCCD内の垂直方向1ラインごとに間引いた映像を1フィールドとし、はじめの1VDで最初の1フィールド(第一フィールド)が読み出され、次の連続したVDでCCD内に間引き取り残された次の1フィールド(第二フィールド)が読み出される。連続した2VD期間によりCCD内のすべての電荷(完全な1枚の映像)を読み出すことができる。
【0016】
このためにCPUは基準信号発生回路で生成されるHDの本数をカウントし、規定の本数をカウント後、VD信号を出力するように命令をする。したがっていつも同じサイクルでHDとVDをTGへ供給することができる。TGはVDを基準に各種パルスを生成しているため、VDを入力した時点からHD本数のカウントを開始し、このカウント数によって一連のパルスを出力している。例えばTGはVD入力後、HDの8カウント後にフィールドシフトパルスを出力するようにプログラムされている。VDパルスを入力後、カウンターはリセットされカウントし直される。
【0017】
一方垂直転送路へ出力された電荷はVD内のHDに同期した4位相の垂直転送パルス(図11、P7,Q7,R7,S7)により1HD期間毎に水平転送路へ順番に送り出される。またTGから出力される2位相の水平転送パルス(図11、N7,O7)をHDr経由で水平転送路に出力し、1H期間内に水平方向の電荷をすべてCCDからCDSへ出力する。これにより1V期間内に1フィールド分の電荷をCCDからすべて出力させることができる。
【0018】
次に露光条件によりシャッタースピードが変化したときの状態を説明する。上記に露光から電荷読み出しまでの動作を説明したように、電子シャッターパルスが停止し、シャッタークローズ命令がCPUから出力され、メカシャッターが閉じるまでの期間が露光期間(図12、▲3▼、G7)となり、この時点から次の読み出しパルスが出力されるまでが、CCDのフォトダイオードに電荷が保持される期間となる(図12、▲3▼、L7)。高速シャッターを使用する場合、露光期間は短くなるが、CCDでの電荷保持期間が長くなる。一方1VD期間内で収まるような低速のシャッタースピードを使用した場合、電子シャッターパルスが停止し、シャッタークローズ命令がCPUから出力され(図12、▲3▼、E8)、メカシャッターが閉じるまでの期間が露光期間(図12、▲3▼、G8)となり、この時点から次の読み出しパルスが出力されるまでが、CCDのフォトダイオードに電荷が保持される期間となる(図12、▲3▼、L8)。逆に露光期間は長くなるが、CCDの電荷保持期間は短くなる。さらに1VD期間を超えるような長秒時シャッタースピードとなった場合、電子シャッターパルスが停止し、シャッタークローズ命令がCPUから出力され(図12、▲3▼、E9)、メカシャッターが閉じるまでの期間が露光期間(図12、▲3▼、G9)となり、この時点から次の読み出しパルスが出力されるまでが、CCDのフォトダイオードに電荷が保持される期間となる(図12、▲3▼、L9)。メカシャッターが閉じるタイミングが次に出現するVDに近いと、CCDの電荷保持期間が短くなり、逆にメカシャッターが閉じるタイミングが次に出現するVDに遠くなると、CCDの電荷保持期間が長くなる。図12に示すような場合、低速シャッター、高速シャッター、長秒時シャッターを使った順に、CCDのフォトダイオードに電荷が保持される期間が長くなり、この期間は常に一定とはならず、シャッタースピードの条件によってばらつきが生じてくる。
【0019】
一般的に知られているように、CCDの電荷保持期間が長くなると、保持期間とともに指数関数的にフォトダイオード上の電荷が減少し、露光により電荷量を一定にしたとしても、CCDの電荷保持期間が異なると、垂直転送路へ出力される電荷量が異なり、結果的にDレンジの異なる画像となる。
【0020】
またCCD内では常に暗電圧が発生しているため、CCDの電荷保持期間が長くなると、その分暗電圧が増えるため、ノイズが増えることになる。これは温度変化にも依存し、8度の上昇により約2倍の暗電圧が増え、CCDを電荷保持状態にしておくと、デバイス自体の温度上昇により、暗電圧に対して明らかに不利となる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では上述したように、シャッターが閉じるタイミングにより、以下のような点が課題であった。
【0022】
まず、電荷を長期間フォトダイオード等に保持し続けなければならず、暗電流が増え、ノイズが目立つ画像になる。また、電荷をフォトダイオード等に長期間保持すると、その保持期間により、フォトダイオードの電荷減少を生じることになり、Dレンジの小さい画像になる。
【0023】
また、露光時間を異なるようにした場合、フォトダイオード等に電荷を保持し続ける期間が異なり、暗電流にむらが生じることになる。また、フォトダイオードに電荷を保持し続ける期間が異なり、Dレンジにむらが生じることになる。
【0024】
上記課題に鑑み、露光時間が終わってから、露光によって生じた信号の読み出しを開始するまでの時間を短くして、暗電流が増えること等を防止することを目的とする。
【0025】
また、露光時間が異なる場合であっても、露光時間が終わってから、露光によって生じた信号の読み出しを開始するまでの時間を同じにし、暗電流むらを低減することを他の目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光を電気信号に変換する光電変換部を垂直方向及び水平方向に配列した撮像手段と、前記撮像手段を遮光するための遮光手段と、前記撮像手段を駆動する駆動手段と、水平同期信号及び垂直同期信号を発生する基準信号発生手段と、前記撮像手段のリセットから前記遮光手段により前記撮像手段が遮光されるまでの露光期間の終了後、前記露光期間中に前記光電変換部に発生した光信号の読み出しを開始するまでの少なくとも一部の期間、前記水平同期信号の周期が前記光信号を読み出す場合よりも短くなるように前記基準信号発生手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
まず、実施の形態1乃至3で共通である撮像装置の全体ブロック図の構成については、上記で説明した図1の撮像装置と同じであるので説明を省略する。
【0028】
(実施の形態1)
図3の回路ブロックおよび図4のタイミングチャート図を用い、本実施の形態について説明する。
【0029】
まずSW1をONした時、カメラ内では撮影のための準備動作が行われる。まず撮像手段であるCCDを、絞り、電子シャッター、フィールドシフトパルスの組み合わせにより露光制御し、垂直方向を間引いた一部分のCCD信号を読み出す。例えば、従来例と同じく図2に示してあるようなRGBフィルターが配列されているCCDの場合、1フィールド内で1水平周期毎にR/G列とG/B列が順番に出力されるように(1/4間引き欄に○がついている列を)読み出すことにより、垂直方向の画素を間引き、信号処理に適したレートになるようにCCD信号を出力する。この例では図4の前半部(▲1▼から▲2▼)に示すごとく、CCDから読み出す信号は全てのフィールドで同じとなるように第一フィールド用フィールドシフトパルス(図4、▲1▼から▲2▼、H1)のみを使い、第一フィールド信号(図4、▲1▼から▲2▼、I1)のみを読み出している。さらに垂直方向8本のうち2本を読み出すのみなので、信号を読み出すフィールドレートは撮影時に全ラインを読み出すときのフィールドレートとは異なり2倍速い。
【0030】
CCDはこの撮影準備動作のときには、あらかじめ決められたVDにより駆動され、この1VD期間に1フィールド分のCCD信号を出力する。上述したようにCCD内の垂直方向8本のうち2本を読み出した間引きの信号がいつも読み出される。CCDのフォトダイオードに蓄積された電荷はVDに同期した第一フィールド用フィールドシフトパルスにより垂直転送路へと移動する。
【0031】
CCDから出力された信号はCDSにより信号処理に適した映像信号に変換され、ADでアナログ信号からデジタル信号に変換される。そしてこの信号からDSPでは露光制御のためのAE評価値を生成する。CPUはこのAE評価値をあらかじめ決められた値(適正レベル)内にいれるように、絞り値とシャッタースピードを演算により決定し、適正な絞り値になるように絞りを変化させるとともに、電子シャッタースピードを適正な値に変化させる。通常SW1がONされ続けると、この動作が繰り返し行われ、常に適正な露光量となるように制御される。
【0032】
また合焦制御が同時に行われ、同じくDSPで合焦制御のためのAF評価値が生成される。CPUはこのAF評価値をあらかじめ決められた値(合焦レベル)内にいれるように、フォーカスレンズの移動制御を行う。すなわちAF評価値を合焦レベル内にいれることにより、鮮明な被写体像を得ることができる。通常SW1をONの状態に保持すれば、一度合焦した位置にフォーカスレンズは固定される。
【0033】
さらにホワイトバランス制御が行われ、同じくDSPで色バランス制御のためのWB評価値を生成する。このWB評価値から白のずれ量を演算することにより色バランスが決定される。これは異なる光源下または日向日陰の違いがあっても、白色を忠実な白色に再現させるための色バランス補正である。
【0034】
次にSW2をONすると、カメラは本撮影動作へと移行する。
【0035】
まず撮影準備動作時に決定した撮影条件に見合うように、電子シャッター、絞り、メカシャッターとを組み合わせ、露光制御が行われる。露光の開始は電子シャッターを停止させ、フォトダイオードのクリアーを停止させた時点から始まり、露光の終了はメカシャッターを閉じることにより行う。したがって撮影準備から本撮影に移行するVD(図4、▲3▼、A1)に同期して電子シャッター(図4、▲3▼、D1)を一定期間出力させることにより露光を開始する。次にCPUからシャッタークローズ制御信号を出力し(図4、▲3▼、E1)、絞り兼シャッター制御回路により一瞬の内にシャッターを閉じさせ(図4、▲3▼、F1)、露光を終了させる。しかし実際にはシャッターを閉じきるまでにはある程度の時間を要するため、この期間をあらかじめ考慮に入れて、露光時間が適切になるようにCPUはシャッタークローズ制御信号を出力する。したがって露光期間は(図4、▲3▼、G1)に示す期間となる。
【0036】
制御手段であるCPUはシャッタークローズ制御信号を出力し、メカシャッターを閉じた後、次のVD(図4、▲4▼、A1)までの期間、HDのレートを高速(図10、B4)にしてTGへHDを供給するように、基準信号発生回路に命令する。例えば1VDが525本のHDで構成されているとすると、CPUはVDを出力してから次のVDを出力するまでに525本のHDをカウントし、この規定の本数をカウント後、基準信号発生回路に対して新たなVDを出力するように命令する。そして、シャッターを閉じたことを検出後、規定のHD本数後新たなVDを出力するまでの期間(図4、▲4▼、C1)、HDのレートを速くするように基準信号発生回路へCPUは命令を出す。
【0037】
TGはVDを基準に各種パルスを生成しているため、新たなVDを入力した時点からHD本数のカウントを開始し、このカウント数によって一連のパルスを出力している。例えばTGはVD入力後HDの8カウント後にフィールドシフトパルスを出力するといったようにプログラムされている。VDパルスを入力後、カウンターはリセットされカウントし直される。
【0038】
以上に説明したように、露光期間の終了後からフィールドシフトパルス(図4、▲4▼、H1)を出力するまでの間のHD変更期間で、HDを高速に駆動するように、CPUが基準信号発生回路を制御することによって、電荷をフォトダイオード内で保持しておく期間を極力短くできる。
【0039】
ここで、HDレートを高速にしているときの水平転送パルス、垂直転送パルスの動作状態について、図10を用いて説明する。
【0040】
HDレートを高速にしているとき(図10、B4)は、連続に出力しつづけるか(図10、N4,O4)、または水平ブランキング期間以外(垂直転送パルスが停止している期間)に出力させるか(図10、N5,O5)、またはまったく出力させない状態(図10、N6,O6)にしておく。また、垂直転送パルスに関しては、通常通り4位相のパルスを出力させても(図10、P5,Q5,R5,S5)、又は、まったく出力させない状態(図10、P4,Q4,R4,S4)にしておく。
【0041】
垂直転送パルス、水平転送パルスを停止させると、CCD駆動のための消費電流を抑えることができる。
【0042】
次に、露光期間にCCDのフォトダイオードに発生した光電荷の読み出しについて説明する。
【0043】
CCDはあらかじめ決められたHD周期により駆動されるように設計してあるため、HDのレートを変更してしまうと電荷の転送が正しく行われないことが予想される。垂直転送路に電荷が取り残されると、次のフィールドシフトパルスが入力されフォトダイオードから電荷が転送されたときに重なり合ってしまう。
【0044】
これを防ぐために本撮影に移行した最初のVDに同期したフィールドシフトパルスは出力しないようにTGへCPUから命令を出す。これによりCCD出力を得るために第一フィールド用フィールドシフトパルスが出力され、第一フィールドの電荷が垂直転送路へ出力されるときには、垂直転送路は空の状態になっている。
【0045】
HDのカウントを行い規定のカウント数になった時(図4、▲4▼)、CPUからは基準信号発生回路へVDを出力するように命令するとともに、この時点からHDのレートを正規のレートに戻してTGへ出力するように命令する。またこのVDに同期した第一フィールド用フィールドシフトパルスを出力するようにTGへ命令を出す。これによりTGはこのVDに同期した第一フィールド用フィールドシフトパルスを出力し、CCDは第一フィールドの電荷を垂直転送路へ移動させる。このときCCDからは垂直方向に一ラインづつ間引いた一部分の映像信号が読み出される。図1に示してあるRGBフィルターが配列されているCCDの場合、R/G列とG/B列とに分け、夫々の信号を1フィールド内に順番に読み出す。第一フィールド読み出し欄に○がついている列を第一フィールド用フィールドシフトパルス(図4、▲4▼、H1)により最初の1VD期間に読み出す(図4、▲4▼、I1)。さらにCPUは連続した次のVDに同期した第二フィールド用フィールドシフトパルスを出力するようにTGへ命令を出す。これによりTGからは連続した次のVD(図4、▲5▼、A1)に同期した第二フィールド用フィールドシフトパルスが出力され(図4、▲5▼、J1)、第二フィールドの電荷が垂直転送路に出力される。図2の第2フィールド読み出し欄に○がついている列が第二フィールド用フィールドシフトパルスにより第一フィールドに引き続き次のVD期間に読み出される(図4、▲5▼、K1)。これにより1VD期間内に垂直方向1ラインづつ間引いた信号が読み出され、連続した2VD期間でCCD内の全画素が読み出される。
【0046】
垂直転送路へ出力された電荷はHDに同期した4位相の垂直転送パルス(図11、P7,Q7,R7,S7)により1H毎に水平転送路へ順番に送り出される。またTGから出力される2位相の水平転送パルス(図11、N7,O7)をHDrで水平転送路に出力し、1H期間内に水平方向の電荷をすべてCCDからCDSへ出力する。これにより1V期間内に一フィールド分の電荷をCCDからすべて出力させることができる。
【0047】
(実施の形態2)
図3及び図5を用い、本実施の形態における撮像装置について説明する。まずSW1をONした時、カメラ内では撮影のための準備動作が行われる。まずCCDを、絞り、電子シャッター、フィールドシフトパルスの組み合わせにより露光制御し、垂直方向を間引いた一部分のCCD信号を読み出す。例えば、実施の形態1と同じく図2に示してあるようなRGBフィルターが配列されているCCDの場合、1フィールド内で1水平周期毎にR/G列とG/B列が順番に出力されるように(1/4間引き欄に○がついている列を)読み出すことにより、垂直方向の画素を間引き、信号処理に適したレートになるようにCCD信号を出力する。この例では図5の前半部(▲1▼から▲2▼)に示すごとく、CCDから読み出す信号は全てのフィールドで同じとなるように第一フィールド用フィールドシフトパルス(図5、▲1▼から▲2▼、H2)のみを使い、第一フィールド信号(図5、▲1▼から▲2▼、I2)のみを読み出している。さらに垂直方向8本のうち2本を読み出すのみなので、信号を読み出すフィールドレートは撮影時に全ラインを読み出すときのフィールドレートとは異なり2倍速い。
【0048】
CCDはこの撮影準備動作のときには、あらかじめ決められたVDにより駆動され、この1VD期間に1フィールド分のCCD信号を出力する。上述したようにCCD内の垂直方向8本のうち2本を読み出した間引きの信号がいつも読み出される。CCDのフォトダイオードに蓄積された電荷はVDに同期した第一フィールド用フィールドシフトパルスにより垂直転送路へと移動する。
【0049】
CCDから出力された信号はCDSにより信号処理に適した映像信号に変換され、ADでアナログ信号からデジタル信号に変換される。そしてこの信号からDSPでは露光制御のためのAE評価値を生成する。CPUはこのAE評価値をあらかじめ決められた値(適正レベル)内にいれるように、絞り値とシャッタースピードを演算により決定し、適正な絞り値になるように絞りを変化させるとともに、電子シャッタースピードを適正な値に変化させる。通常SW1がONされ続けると、この動作が繰り返し行われ、常に適正な露光量となるように制御される。
【0050】
また合焦制御が同時に行われ、同じくDSPで合焦制御のためのAF評価値が生成される。CPUはこのAF評価値をあらかじめ決められた値(合焦レベル)内にいれるように、フォーカスレンズの移動制御を行う。すなわちAF評価値を合焦レベル内にいれることにより、鮮明な被写体像を得ることができる。通常SW1をONの状態に保持すれば、一度合焦した位置にフォーカスレンズは固定される。
【0051】
さらにホワイトバランス制御が行われ、同じくDSPで色バランス制御のための基準信号(以下WB評価値)を生成する。このWB評価値から白のずれ量を演算することにより色バランスが決定される。これは異なる光源下または日向日陰の違いがあっても、白色を忠実な白色に再現させるための色バランス補正である。
【0052】
次にSW2をONすると、カメラは本撮影動作へと移行する。
【0053】
まず撮影準備動作時に決定した撮影条件に見合うように、電子シャッター、絞り、メカシャッターとを組み合わせ、露光制御が行われる。露光の開始は電子シャッターを停止させ、フォトダイオードのクリアーを停止させた時点から始まり、露光の終了はメカシャッターを閉じることにより行う。したがって撮影準備から本撮影に移行するVD(図5、▲3▼、A2)に同期して電子シャッター(図5、▲3▼、D2)を一定期間出力させることにより露光を開始する。次にCPUからシャッタークローズ制御信号を出力し(図5、▲3▼、E2)、絞り兼シャッター制御回路により一瞬の内にシャッターを閉じさせ(図5、▲3▼、F2)、露光を終了させる。しかし実際にはシャッターを閉じきるまでにはある程度の時間を要するため、この期間をあらかじめ考慮に入れて、露光時間が適切になるようにCPUはシャッタークローズ制御信号を出力する。したがって露光期間は(図5、▲3▼、G2)に示す期間となる。
【0054】
CPUはシャッタークローズ制御信号を出力し、メカシャッターを閉じた後、連続したVD周期を守らずに、直ちにVD信号をTGへ出力(図5、▲4▼、A2)するように基準信号発生回路に命令し、これによりTGをリセットする。今本撮影動作時の1VDが525本のHDで構成されているとする。CPUはシャッターを閉じたことを検出し、k*水平周期(HD)時間(kは1から525まで可変)経過した後、次のVDを出力するように基準信号発生回路へ命令する。
【0055】
TGはVDを基準に各種パルスを生成しているため、VDを入力すると、その時点から新たな一連のパルスを出力することができる。TGはVDパルス入力後、HDパルスの本数をカウントし、例えば8カウント後にフィールドシフトパルスを出力するようにプログラムされている。
【0056】
VDパルスを入力後、カウンターはリセットされカウントし直されるので、VDとフィールドシフトパルスの位相関係はいつも同じに保たれる。このように構成しておくと、VDの周期性に捕らわれず、VDパルスが入力され一定期間(ここでは8HD)後にフィールドシフトパルスを出力し、CCDのフォトダイオードから電荷を読み出すことができる。
【0057】
したがってCPUはメカシャッターが閉じたことを検出または予測して、その時点からいつも同じ間隔でVDをTGへ出力させることにより、シャッタースピードに関わらずメカシャッターが閉じた後いつも一定間隔でCCDから信号を読み出すことができる。
【0058】
一方CCDはあらかじめ決められたVD周期により駆動され、この1VDにより1フィールドの映像信号を出力する。したがってVDの周期を短くしてしまうと、垂直転送路に出力された電荷をすべて水平転送路へ出力できなくなる。垂直転送路に取り残された電荷は、次のフィールドシフトパルスが入力されフォトダイオードから電荷が転送されたときにお互いに重なり合ってしまう。これを防ぐこと及び垂直転送路へ漏れこんだスミアと垂直転送路上に発生する暗電圧を除去することを目的に、垂直転送パルスを数H期間内に連続して高速に垂直転送路に出力する。
【0059】
これらは電荷を垂直転送路に出力する直前に行うことにより最大の効果が得られるため、フィールドシフトパルスが出力される直前に垂直転送パルスを連続して高速に出力させなければならない。
【0060】
例えばこの高速転送を1H期間に約32段分転送できるようにパルスを出力し、23H期間高速転送を繰り返すと、トータル736段分転送することができる。垂直転送ラインは525本分であるが、高速に転送するため電荷の転送効率が十分に得られないことを考慮し、通常総垂直ライン数よりも多めに設定してある。したがってフィールドシフトパルスを出力する23H手前には少なくとも高速転送パルスを出力していなければならない。
【0061】
今VDからフィールドシフトパルスまで8H期間としているので、VDから15H手前から高速に垂直転送転送パルスが出力されなければならない。数Hの余裕をもって20H前後手前からの出力でもかまわない。
【0062】
本撮影動作時に1VDが1/525倍のHDに設定されていれば(1VD内にHDパルスが525本存在する)、510H目に高速垂直転送パルスを出力させることになる。
【0063】
TGはVDによってリセットされてからHDをカウントし始め、510Hカウント後に高速転送パルスを出力する(図5、▲4▼、M2)。したがってこのVD期間はCCD内に電荷を保持していなければならない(図5、▲4▼、L2)。この期間を短くするために、本実施の形態ではVDから高速転送パルスを出力するまでの510Hの期間を通常のHDレートよりも高速なレートに設定し、510Hまでの期間を短縮させるようにしている(図5、▲4▼、B2)。
【0064】
HDレートを通常の約10倍の速さにすると、基準信号発生回路は通常HDレートにおいて51H期間にHDレートを高速にしてHDパルスをTGへ出力し、この後通常のHDレートに戻しかつ高速な垂直転送パルスを出力させる。これにより1VDが525本のHDを必要としていたところ、約74HD(通常レート)の周期に早めることができる。
【0065】
これにより本撮影に移行し、最初のVDに同期した第一フィールド用フィールドシフトパルス(図5、▲3▼、H2)を出力しても、このときに垂直転送路に出力した電荷はすべてCCDの外に吐き出すことができる。
【0066】
ただし、実施の形態1で説明したように、VDと同期したフィールドシフトパルスを禁止しておいてもかまわない。
【0067】
また、露光期間の終了後から高速掃き出し(図5、▲5▼、M2)をするまでの間のHD変更期間で、HDを高速に駆動するように、CPUが基準信号発生回路を制御することによって、電荷をフォトダイオード内で保持しておく期間を極力短くできる。
【0068】
ここで、HDレートを高速にしているときの水平転送パルス、垂直転送パルスの動作状態について、図10を用いて説明する。
【0069】
HDレートを高速にしているとき(図10、B4)は、連続に出力しつづけるか(図10、N4,O4)、または水平ブランキング期間以外(垂直転送パルスが停止している期間)に出力させるか(図10、N5,O5)、またはまったく出力させない状態(図10、N6,O6)にしておく。また、垂直転送パルスに関しては、通常通り4位相のパルスを出力させても(図10、P5,Q5,R5,S5)、又は、まったく出力させない状態(図10、P4,Q4,R4,S4)にしておく。
【0070】
垂直転送パルス、水平転送パルスを停止させると、CCD駆動のための消費電流を抑えることができる。
【0071】
次に、HDレートを通常のレートに戻し、垂直転送パルスを高速にした場合の動作について図11を用いて説明する。
【0072】
通常1HD(図11、B1)につき1ライン分の電荷を水平転送路へ出力するように垂直転送パルスは動作するが(図11、P7,Q7,R7,S7)する。しかし、高速垂直転送の場合、この例では1HDにつき32ライン分の電荷を水平転送路へ出力するように垂直転送パルスは動作する(図11、P8、Q8,R8,S8)。
【0073】
次に、露光期間にCCDのフォトダイオードに発生した光電荷の読み出しについて説明する。
【0074】
さてCPUはシャッタークローズ制御信号を出力(図5、▲3▼、E2)後、メカシャッターが閉じられたことを検出または予測した後、一定期間を置いてVD信号をTGへ出力するように基準信号発生回路へ命令を出し、基準信号発生回路からVDをTGへ出力することによりTGをリセットする。
【0075】
このVDから次のVDまでの期間、高速レートのHDと通常レートのHD(高速転送用)を組み合わせ、規定のHDカウント(ここでは525本)後に、VDパルスをTGへ出力する(図5、▲5▼、A2)。TGはこのVDに同期した第一フィールド用フィールドシフトパルスを出力し(図5、▲5▼、H2)、CCDは第一フィールドの電荷を垂直転送路へ移動させる。このときCCDからは垂直方向に一ラインづつ間引いた一部分の映像信号が読み出される。図1に示してあるRGBフィルターが配列されているCCDの場合、R/G列とG/B列とに分け、夫々の信号を1フィールド内に順番に読み出す。第一フィールド読み出し欄に○がついている列を第一フィールド用フィールドシフトパルス(図5、▲5▼、H2)により最初の1VD期間に読み出す(図5、▲5▼、I2)。さらにCPUは連続した次のVD(図5、▲6▼、A2)に同期した第二フィールド用フィールドシフトパルスを出力するようにTGへ命令を出す。これによりTGからは連続した次のVDに同期した第二フィールド用フィールドシフトパルスが出力され(図5、▲6▼、J2)、第二フィールドの電荷が垂直転送路に出力される。図2の第2フィールド読み出し欄に○がついている列が第二フィールド用フィールドシフトパルスにより第一フィールドに引き続き次のVD期間内に読み出される(図5、▲6▼、K2)。これにより1VD期間内に垂直方向1ラインづつ間引いた信号が読み出され、連続した2VD期間でCCD内の全画素が読み出される。
【0076】
垂直転送路へ出力された電荷はHDに同期した4位相の垂直転送パルス(図11、P7,Q7,R7,S7)により1H毎に水平転送路へ順番に送り出される。またTGから出力される2位相の水平転送パルス(図11、N7,O7)をHDrで水平転送路に出力し、1H期間内に水平方向の電荷をすべてCCDからCDSへ出力する。これにより1V期間内に一フィールド分の電荷をCCDからすべて出力させることができる。
【0077】
次に露光条件によりシャッタースピードが変化したときの状態を説明する。
【0078】
図5は高速シャッタースピードを使用したときのタイミングチャート、図6は低速シャッタースピードを使用したときのタイミングチャート、図7は長秒時シャッタースピードを使用したときのタイミングチャートである。
【0079】
いずれの場合も、電子シャッターパルスが停止し、シャッタークローズ命令がCPUから出力され(図5、▲3▼、E2)(図6、▲3▼、E2)(図7、▲3▼、E2)、メカシャッターが閉じるまでの期間が露光期間(図5、▲3▼、G2)(図6、▲3▼、G2)(図7、▲3▼と▲4▼、G2)となり、この時点から次の読み出しパルスが出力されるまでが、CCDのフォトダイオードに電荷が保持される期間となる(図5、▲4▼、L2)(図6、▲4▼、L2)(図7、▲5▼、L2)。
【0080】
上記で説明したように、それぞれの条件下において、すべての条件下で露光終了後のVDのタイミングを同じにするとともに、その次の1VD期間は同じ時間に設定することができるので、メカシャッターが閉じてから第一フィールド用フィールドシフトパルスが出力されるまでの期間は等しくなる。
【0081】
(実施の形態3)
図8、9を用いて、本実施の形態の撮像装置について説明する。以下では、実施の形態2と異なる部分を説明し、同じ部分については省略する。
【0082】
まず、図8の動作について説明する。
【0083】
本実施の形態では、暗電圧を吐き出すために行う1VD期間に対し(図8、▲4▼)、すべてのHDを高速レートで駆動し、垂直転送は通常の垂直転送パルスにより行う。つまり通常のHDレートで駆動しているときに、垂直転送パルスを出力していた期間をそのまま残し、それ以外の期間を短縮することによりHDのレートを速くする。
【0084】
1VD期間すべて高速なHDレートで転送するため、フォトダイオードが電荷を保持する期間が短くなる。また、この期間はいつも一定の期間とすることにより、シャッタ速度が異なった場合でも、ばらつきが出ることはない。
【0085】
HDを高速レートにした場合の動作について図10、11を用いて説明する。
【0086】
例えば通常のHD(図10、B1)期間内に10個のHDパルスを出力するようにレートを高速にしたHDを使い、このHDに同期した垂直転送パルスを出力させ(図10、P5,Q5,R5,S5)、高速転送と同じ役割を担わせる。このときは暗電圧の信号が高速に水平転送路へ送り出されているため、水平転送パルスを動作させ(図10、N4,O4、または図10、N5,O5)、この信号をCCDの外に吐き出す必要がある。
【0087】
VD出力後、水平転送パルスを通常の転送に戻す(図11、N7、Q7)が、高速に垂直転送を行った場合、水平転送路上で電荷があふれ、すべての電荷を転送しきれないことがあるので、高速転送した後は最低でも1HDの期間は通常のHDレートに戻し、水平転送路上の電荷をすべて吐き出す必要がある。
【0088】
次に、図9を用いて、電荷の読み出しについて、他の動作について説明する。
【0089】
第一フィールドが読み出された(図9、▲5▼、I3)後、第二フィールド用フィールドシフトパルスが出力(図9、▲7▼、J3)されるまでの間に、垂直転送路の暗電圧を吐き出すための1VD期間(図9、▲6▼、A3)を設け、第二フィールド用フィールドシフトパルスを出力する前の1VD期間すべてのHDを高速レートで駆動し、垂直転送は通常の垂直転送パルスにより行う。つまり通常のHDレートで駆動しているときに、垂直転送パルスを出力していた期間をそのまま残し、それ以外の期間を短縮することによりHDのレートを早くする。この暗電圧吐き出しが終了後、第二フィールド用フィールドシフトパルスを出力し(図9、▲7▼、J3)、CCDのフォトダイオードから電荷を垂直転送路へ移動させ、CCD出力を得る(図9、▲7▼、K3)。したがって第一フィールド用と第二フィールド用フィールドシフトパルスの直前の暗電圧吐き出しのための1VD期間は同じ状態になり、この期間はいつも一定の期間となりばらつきが出ることはない。なおこの暗電圧の吐き出しのための1VD期間に同期したフィールドシフトパルスはあらかじめ禁止しておく。
【0090】
以上説明したように、実施の形態1乃至3では、以下のような効果を有する。
【0091】
電荷をフォトダイオードに保持する期間をコントロールでき、またこの期間を短く設定することができるので、暗電流を抑えることができ、ノイズを極力抑制することができる。また、フォトダイオードの電荷減少を極力抑えることができ、Dレンジの減少を防ぐことができる。
【0092】
シャッタスピードによらず、フォトダイオードに電荷を保持し続ける期間を一定にすることができるため、暗電流にむらを生じることはない。また、シャッタースピードによってDレンジにむらを生じることはない。
【0093】
連続撮影など、シャッターが閉じるタイミングによらず、撮影間隔をいつも一定にすることができ、撮影間隔を短くすることができる。
【0094】
総画素数の大きなCCDを使用した場合でも、VDのレートに捕らわれずに高速に−画素を読み出すことができる。
【0095】
CCD駆動時の消費電流を抑えることができる。
【0096】
【発明の効果】
本発明では、高画質な映像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態および従来例を説明するためのCCDの画素配列を表す図である。
【図2】実施の形態および従来例を説明するためのCCDの画素配列を表す図である。
【図3】実施の形態および従来例を説明するための撮像装置のブロック図である。
【図4】実施の形態1を説明するためのタイミングチャート図である。
【図5】実施の形態2を説明するためのタイミングチャート図である。
【図6】実施の形態2を説明するためのタイミングチャート図である。
【図7】実施の形態2を説明するためのタイミングチャート図である。
【図8】実施の形態3を説明するためのタイミングチャート図である。
【図9】実施の形態3を説明するためのタイミングチャート図である。
【図10】実施の形態1乃至3を説明するためのタイミングチャート図である。
【図11】実施の形態1乃至3を説明するためのタイミングチャート図である。
【図12】従来例を説明するためのタイミングチャート図である。
【符号の説明】
1 CCD
2 CDS
3 AD
4 DSP
5 HDr
6 VDr
7 TG
8 CPU
9 レンズ駆動回路
10 撮影レンズ
11 絞り駆動回路
12 絞り
13 レリ−ズスイッチ
14 基準信号発生回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging device that captures a subject image.
[0002]
[Prior art]
An example of a circuit block in a conventional imaging apparatus is shown in FIG. In the figure,
[0003]
Next, the operation of the circuit block described above will be described. The subject image passes through 10 photographing lenses, and the amount of light is adjusted by 12 apertures, and is formed on 1 CCD. Here, photoelectric conversion is performed, and the result is output to the second CDS as a CCD signal. The main clocks HD and VD generated by the 14 reference signal generation circuits are output to 7 TG. With these signals as a reference, the TG uses a CCD horizontal transfer pulse, a CCD vertical transfer pulse, a CCD field shift pulse, and an electronic shutter pulse. Is generated. The CCD horizontal transfer pulse is output to 5 HDr, and the CCD vertical transfer pulse, CCD field shift pulse and electronic shutter pulse are output to 6 VDr. The 6 VDr receives the CCD vertical transfer pulse and the CCD field shift pulse output from the 7 TG, and combines them to convert the signal to a signal that has sufficient signal amplitude and frequency characteristics to drive the CCD vertical transfer unit sufficiently. And output to the vertical transfer drive unit of the CCD. The CCD of 1 receives these signals, and when the field shift pulse is input, the charge accumulated in the photodiode of the CCD is output to the vertical transfer unit. The charges that have moved to the vertical transfer section are transferred in order on the vertical transfer path to the horizontal transfer path by CCD vertical transfer pulses. The electronic shutter pulse is converted into a signal amplitude that can sufficiently drive the CCD with VDr, and then output to the CCD to control the charge accumulation time (exposure amount) in the CCD. The CCD continues to clear the charge of the photodiode during the period when the electronic shutter pulse is being input, and enters the exposure state after the electronic shutter pulse stops. In
[0004]
2 CDS inputs the CCD output signal, converts the level difference between the feed-through part of the CCD output signal and the data part as a video signal, thereby removing low-frequency noise contained in the CCD signal, variable gain amplification function Thus, the video signal is amplified so as to obtain a desired sensitivity, and the black level is fixed by performing direct current reproduction and output to 3 AD.
[0005]
3 AD inputs a video signal of CDS output, converts this signal from an analog signal to a digital signal, and outputs it to a
[0006]
The 4 DSP receives a digital video signal and reproduces a luminance signal and a color signal by signal processing. Further, a part of the video signal is integrated to generate a reference signal for performing exposure control, a reference signal for performing white balance control, and a reference signal for performing focus control.
[0007]
Next, an image sensor driving method in a conventional camera will be described with reference to FIGS. When the shutter button having a two-step stroke is pressed one step (hereinafter SW1 is turned on), a preparatory operation for photographing is performed in the camera. First, exposure control of the CCD is performed by a combination of an aperture, an electronic shutter, and a field shift pulse, and a part of the CCD signal obtained by thinning out the vertical direction is read. For example, in the case of a CCD in which RGB filters as shown in FIG. 2 are arranged, the R / G column and the G / B column are output in order for each horizontal period within one field (1 / By reading out the column marked with ○ in the 4 thinning column, the pixels in the vertical direction are thinned out, and the CCD signal is output so that the VD rate is suitable for signal processing. In this example, as shown in the first half ((1) to (2)) of FIG. 12, the first field field shift pulse (from (1) to (1) in FIG. 12) is set so that the signal read from the CCD is the same in all fields. Only the first field signal (FIG. 12, (1) to (2), I7) is read using only (2), H7). Furthermore, since only two of the eight vertical directions are read out, the field rate for reading out the signal is twice as fast as the field rate for reading out all the lines at the time of photographing.
[0008]
During this photographing preparation operation, the CCD is driven by a predetermined VD and outputs a CCD signal for one field during this 1 VD period. As described above, signals thinned out to two out of eight in the vertical direction in the CCD are always read out. The electric charge accumulated in the photodiode of the CCD moves to the vertical transfer path by the field shift pulse for the first field synchronized with VD.
[0009]
The signal output from the CCD is converted into a video signal suitable for signal processing by CDS, and converted from an analog signal to a digital signal by AD. The DSP generates a reference signal for exposure control (hereinafter referred to as AE evaluation value) from this signal. The CPU determines the aperture value and the shutter speed by calculation so that the AE evaluation value is within a predetermined value (appropriate level), changes the aperture so that the appropriate aperture value is obtained, and also uses the electronic shutter. Change the speed to an appropriate value. Normally, when the SW1 is kept ON, this operation is repeated, and control is performed so that an appropriate exposure amount is always obtained.
[0010]
In addition, focusing control is performed simultaneously, and a reference signal (hereinafter referred to as AF evaluation value) for focusing control is also generated by the DSP. The CPU controls the movement of the focus lens so that the AF evaluation value falls within a predetermined value (focus level). That is, a clear subject image can be obtained by setting the AF evaluation value within the focus level. If the normal SW1 is kept in the ON state, the focus lens is fixed at the position once in focus.
[0011]
Further, white balance control is performed, and a reference signal (hereinafter referred to as WB evaluation value) for color balance control is also generated by the DSP. The color balance is determined by calculating the amount of white shift from this WB evaluation value. This is a color balance correction for reproducing white to a faithful white even under different light sources or in the shade of the sun.
[0012]
Next, when the shutter button having a two-stage stroke is pressed in two stages (hereinafter, SW2 is turned on), the camera shifts to a main photographing operation.
[0013]
First, exposure control is performed by combining an electronic shutter, an aperture, and a mechanical shutter so as to meet the shooting conditions determined during the shooting preparation operation. The exposure starts when the electronic shutter is stopped and the clearing of the photodiode is stopped, and the exposure ends by closing the mechanical shutter. Therefore, exposure is started by outputting the electronic shutter (FIG. 12, (3), D7) for a certain period in synchronism with VD (FIG. 12, (3)) that shifts from preparation for shooting to actual shooting. Next, a shutter close control signal is output from the CPU (FIG. 12, (3), E7), and the shutter is closed within an instant by the aperture / shutter control circuit (FIG. 12, (3), F7), and the exposure is completed. Let However, since a certain amount of time is actually required until the shutter is fully closed, the CPU outputs a shutter close control signal so that the exposure time is appropriate in consideration of this period in advance. Therefore, the exposure period is a period shown in FIG. 12, (3), G7.
[0014]
The CPU outputs a shutter close control signal, closes the mechanical shutter, and then instructs the TG to output a first field field shift pulse synchronized with the next VD (FIG. 12, (4)). As a result, the field shift pulse for the first field (FIG. 12, (4), H7) synchronized with the VD is output from the TG, and the charge of the first field is output to the vertical transfer path. At this time, a part of the video signal thinned out by one line in the vertical direction is read from the CCD. In the case of the CCD in which the RGB filters shown in FIG. 1 are arranged, the signals are divided into R / G columns and G / B columns, and the respective signals are read out sequentially in one field. A column with a circle in the first field readout column is read out in the first 1 VD period by the field shift pulse for the first field (FIG. 12, (4), I7). Further, the CPU issues a command to the TG to output the second field shift pulse synchronized with the next successive VD (5). As a result, the field shift pulse for the second field synchronized with the next continuous VD is output from the TG (FIG. 12, (5), J7), and the charge of the second field is output to the vertical transfer path. The column with a circle in the second field readout column in FIG. 2 is read out in the next VD period following the first field by the field shift pulse for the second field (FIG. 12, (5), K7). As a result, a signal thinned out by one line in the vertical direction within 1 VD period is read out, and all the pixels in the CCD are read out during continuous 2 VD periods. Since the number of lines read from the CCD is determined, the 1VD rate is determined by the number of HDs depending on the number of read lines.
[0015]
That is, the CCD is driven with a predetermined HD and VD cycle, and outputs one line of CCD signal in this 1HD period and outputs one field of CCD signal in 1VD period. During normal shooting, the video thinned out for each vertical line in the CCD is taken as one field, the first one field (first field) is read out with the first 1 VD, and thinned out in the CCD with the next consecutive VD. The next one field (second field) is read out. All electric charges (complete one image) in the CCD can be read out in a continuous 2VD period.
[0016]
For this purpose, the CPU counts the number of HDs generated by the reference signal generation circuit, and instructs the output of the VD signal after counting the prescribed number. Therefore, HD and VD can always be supplied to the TG in the same cycle. Since the TG generates various pulses based on the VD, it starts counting the number of HDs from the time when the VD is input, and outputs a series of pulses according to the counted number. For example, TG is programmed to output a field shift pulse after 8 counts of HD after VD input. After inputting the VD pulse, the counter is reset and recounted.
[0017]
On the other hand, the charges output to the vertical transfer path are sequentially sent to the horizontal transfer path every 1 HD period by a 4-phase vertical transfer pulse (FIG. 11, P7, Q7, R7, S7) synchronized with HD in VD. Further, the two-phase horizontal transfer pulse (FIG. 11, N7, O7) output from the TG is output to the horizontal transfer path via HDr, and all charges in the horizontal direction are output from the CCD to the CDS within the 1H period. As a result, all charges for one field can be output from the CCD within a 1V period.
[0018]
Next, the state when the shutter speed changes according to the exposure conditions will be described. As described above from the exposure to the charge readout, the period until the electronic shutter pulse is stopped, the shutter close command is output from the CPU, and the mechanical shutter is closed is the exposure period (FIG. 12, (3), G7). From this point in time until the next readout pulse is output, this is the period during which charges are held in the photodiode of the CCD (FIG. 12, (3), L7). When the high-speed shutter is used, the exposure period is shortened, but the charge holding period in the CCD is lengthened. On the other hand, when a low shutter speed that can be accommodated within 1 VD period is used, the electronic shutter pulse stops, the shutter close command is output from the CPU (FIG. 12, (3), E8), and the mechanical shutter is closed. Is the exposure period (FIG. 12, (3), G8), and from this point until the next readout pulse is output, this is the period during which charge is held in the photodiode of the CCD (FIG. 12, (3), L8). Conversely, the exposure period becomes longer, but the charge retention period of the CCD becomes shorter. Further, when the shutter speed is longer than 1 VD, the electronic shutter pulse stops, the shutter close command is output from the CPU (FIG. 12, (3), E9), and the mechanical shutter is closed. Is the exposure period (FIG. 12, (3), G9), and the period from this point until the next readout pulse is output is the period in which the charge is held in the CCD photodiode (FIG. 12, (3), L9). When the timing of closing the mechanical shutter is close to the next appearing VD, the charge holding period of the CCD is shortened. Conversely, when the timing of closing the mechanical shutter is far from the next appearing VD, the charge holding period of the CCD is lengthened. In the case shown in FIG. 12, the period in which charge is held in the photodiode of the CCD becomes longer in the order of using the low-speed shutter, the high-speed shutter, and the long-time shutter, and this period is not always constant, and the shutter speed Variations occur depending on the conditions.
[0019]
As is generally known, when the charge holding period of the CCD becomes longer, the charge on the photodiode decreases exponentially with the holding period, and even if the charge amount is made constant by exposure, the charge holding of the CCD If the period is different, the amount of charge output to the vertical transfer path is different, resulting in an image having a different D range.
[0020]
In addition, since a dark voltage is always generated in the CCD, if the charge retention period of the CCD becomes long, the dark voltage increases accordingly, and noise increases. This also depends on the temperature change, and the dark voltage increases about twice as much as 8 degrees. If the CCD is kept in the charge holding state, it is clearly disadvantageous against the dark voltage due to the temperature rise of the device itself. .
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, the conventional example has the following problems depending on the timing of closing the shutter.
[0022]
First, it is necessary to keep the charge in a photodiode or the like for a long period of time, resulting in an increase in dark current and a noticeable image. If the charge is held in the photodiode or the like for a long period of time, the charge in the photodiode is reduced by the holding period, and an image with a small D range is obtained.
[0023]
Further, when the exposure time is made different, the period in which the charge is kept in the photodiode or the like is different, and the dark current is uneven. In addition, the period during which the photodiode continues to hold charges is different, and unevenness occurs in the D range.
[0024]
In view of the above problems, it is an object to prevent an increase in dark current by shortening the time from the end of an exposure time until the start of reading of a signal generated by exposure.
[0025]
Another object is to reduce dark current unevenness by making the time from the end of the exposure time to the start of reading of the signal generated by the exposure the same even when the exposure time is different.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes an imaging unit in which photoelectric conversion units that convert light into an electrical signal are arranged in a vertical direction and a horizontal direction, and a light shielding unit for shielding the imaging unit. A driving means for driving the imaging means; a reference signal generating means for generating a horizontal synchronizing signal and a vertical synchronizing signal; and an exposure period from when the imaging means is reset until the imaging means is shielded by the light shielding means Thereafter, the reference period is set such that the period of the horizontal synchronization signal is shorter than that in the case of reading out the optical signal during at least a part of the period until the reading of the optical signal generated in the photoelectric conversion unit is started during the exposure period. Control means for controlling the signal generating means.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the configuration of the entire block diagram of the imaging apparatus common to
[0028]
(Embodiment 1)
This embodiment will be described with reference to the circuit block of FIG. 3 and the timing chart of FIG.
[0029]
First, when SW1 is turned on, a preparatory operation for photographing is performed in the camera. First, exposure of a CCD as an imaging means is controlled by a combination of an aperture, an electronic shutter, and a field shift pulse, and a part of the CCD signal thinned out in the vertical direction is read out. For example, in the case of a CCD in which the RGB filters as shown in FIG. 2 are arranged as in the conventional example, the R / G column and the G / B column are output in order in each horizontal period within one field. The pixels in the vertical direction are thinned out by reading out the data (the column with a circle in the 1/4 thinning column), and the CCD signal is output at a rate suitable for signal processing. In this example, as shown in the first half ((1) to (2)) of FIG. 4, the first field field shift pulse (from (1) to (1) in FIG. 4) is set so that the signal read from the CCD is the same in all fields. Only the first field signal (FIG. 4, (1) to (2), I1) is read using only (2), H1). Furthermore, since only two of the eight vertical directions are read out, the field rate for reading out signals is twice as fast as the field rate for reading out all lines during shooting.
[0030]
During this photographing preparation operation, the CCD is driven by a predetermined VD and outputs a CCD signal for one field during this 1 VD period. As described above, a thinning signal obtained by reading out two of the eight vertical directions in the CCD is always read out. The electric charge accumulated in the photodiode of the CCD moves to the vertical transfer path by the field shift pulse for the first field synchronized with VD.
[0031]
The signal output from the CCD is converted into a video signal suitable for signal processing by CDS, and converted from an analog signal to a digital signal by AD. From this signal, the DSP generates an AE evaluation value for exposure control. The CPU determines the aperture value and the shutter speed by calculation so that the AE evaluation value falls within a predetermined value (appropriate level), changes the aperture so as to obtain an appropriate aperture value, and electronic shutter speed. Change to the appropriate value. Normally, when the SW1 is kept ON, this operation is repeated, and control is performed so that an appropriate exposure amount is always obtained.
[0032]
Further, focusing control is performed at the same time, and an AF evaluation value for focusing control is also generated by the DSP. The CPU controls the movement of the focus lens so that the AF evaluation value falls within a predetermined value (focus level). That is, a clear subject image can be obtained by setting the AF evaluation value within the focus level. If the normal SW1 is kept in the ON state, the focus lens is fixed at the position once in focus.
[0033]
Further, white balance control is performed, and a WB evaluation value for color balance control is also generated by the DSP. The color balance is determined by calculating the amount of white shift from this WB evaluation value. This is a color balance correction for reproducing white to a faithful white even under different light sources or in the shade of the sun.
[0034]
Next, when SW2 is turned on, the camera shifts to a main photographing operation.
[0035]
First, exposure control is performed by combining an electronic shutter, an aperture, and a mechanical shutter so as to meet the shooting conditions determined during the shooting preparation operation. The exposure starts when the electronic shutter is stopped and the clearing of the photodiode is stopped, and the exposure ends by closing the mechanical shutter. Therefore, exposure is started by outputting the electronic shutter (FIG. 4, (3), D1) for a certain period in synchronism with VD (FIG. 4, (3), A1) which shifts from preparation for shooting to actual shooting. Next, a shutter close control signal is output from the CPU (FIG. 4, (3), E1), and the shutter is closed within a moment by the aperture / shutter control circuit (FIG. 4, (3), F1), and the exposure is completed. Let However, since a certain amount of time is actually required until the shutter is fully closed, the CPU outputs a shutter close control signal so that the exposure time is appropriate in consideration of this period in advance. Therefore, the exposure period is the period shown in (FIG. 4, (3), G1).
[0036]
The CPU that is the control means outputs a shutter close control signal, and after closing the mechanical shutter, the HD rate is increased (FIG. 10, B4) until the next VD (FIG. 4, (4), A1). The reference signal generation circuit is instructed to supply HD to the TG. For example, if 1VD is composed of 525 HDs, the CPU counts 525 HDs from the output of VD to the output of the next VD, and generates the reference signal after counting this specified number Instructs the circuit to output a new VD. Then, after detecting that the shutter is closed, a period until a new VD is output after the prescribed number of HDs (FIG. 4, (4), C1), the CPU is sent to the reference signal generation circuit so as to increase the HD rate. Issues an order.
[0037]
Since the TG generates various pulses based on the VD, it starts counting the number of HDs when a new VD is input, and outputs a series of pulses according to this count. For example, TG is programmed to output a field shift pulse after 8 counts of HD after VD input. After inputting the VD pulse, the counter is reset and recounted.
[0038]
As described above, the CPU sets the reference so that the HD is driven at high speed in the HD change period after the exposure period ends and until the field shift pulse (FIG. 4, (4), H1) is output. By controlling the signal generation circuit, the period during which charges are held in the photodiode can be shortened as much as possible.
[0039]
Here, the operation state of the horizontal transfer pulse and the vertical transfer pulse when the HD rate is high will be described with reference to FIG.
[0040]
When the HD rate is set to high speed (FIG. 10, B4), it is continuously output (FIG. 10, N4, O4), or output other than the horizontal blanking period (period in which the vertical transfer pulse is stopped) (FIG. 10, N5, O5) or not output at all (FIG. 10, N6, O6). As for the vertical transfer pulse, a pulse with four phases may be output as usual (FIG. 10, P5, Q5, R5, S5), or not output at all (FIG. 10, P4, Q4, R4, S4). Keep it.
[0041]
When the vertical transfer pulse and the horizontal transfer pulse are stopped, current consumption for driving the CCD can be suppressed.
[0042]
Next, reading of photoelectric charges generated in the photodiode of the CCD during the exposure period will be described.
[0043]
Since the CCD is designed to be driven with a predetermined HD cycle, it is expected that charge transfer will not be performed correctly if the HD rate is changed. If charges remain in the vertical transfer path, they overlap when the next field shift pulse is input and charges are transferred from the photodiode.
[0044]
In order to prevent this, a command is issued from the CPU to the TG so as not to output a field shift pulse synchronized with the first VD that has shifted to the main photographing. Thereby, in order to obtain the CCD output, the first field field shift pulse is outputted, and when the charge of the first field is outputted to the vertical transfer path, the vertical transfer path is empty.
[0045]
When the count of HD reaches the specified count (FIG. 4, (4)), the CPU instructs the reference signal generation circuit to output VD, and from this point on, the HD rate is set to the normal rate. To return to TG and output to TG. A command is issued to the TG so as to output a field shift pulse for the first field synchronized with the VD. As a result, the TG outputs a field shift pulse for the first field synchronized with the VD, and the CCD moves the charge of the first field to the vertical transfer path. At this time, a part of the video signal thinned out by one line in the vertical direction is read from the CCD. In the case of the CCD in which the RGB filters shown in FIG. 1 are arranged, the signals are divided into R / G columns and G / B columns, and the respective signals are read out sequentially in one field. A column with a circle in the first field readout column is read out in the first 1 VD period by a field shift pulse for the first field (FIG. 4, (4), H1) (FIG. 4, (4), I1). Further, the CPU issues a command to the TG to output a field shift pulse for the second field synchronized with the next successive VD. As a result, a field shift pulse for the second field synchronized with the next successive VD (FIG. 4, (5), A1) is output from the TG (FIG. 4, (5), J1), and the charge in the second field is reduced. Output to the vertical transfer path. The column with a circle in the second field readout column in FIG. 2 is read out in the next VD period following the first field by the field shift pulse for the second field (FIG. 4, (5), K1). As a result, a signal thinned out by one line in the vertical direction within 1 VD period is read out, and all the pixels in the CCD are read out during continuous 2 VD periods.
[0046]
The charges output to the vertical transfer path are sequentially sent to the horizontal transfer path every 1H by four-phase vertical transfer pulses (FIG. 11, P7, Q7, R7, S7) synchronized with HD. Further, the two-phase horizontal transfer pulse (N7, O7 in FIG. 11) output from the TG is output to the horizontal transfer path by HDr, and all charges in the horizontal direction are output from the CCD to the CDS within the 1H period. As a result, all charges for one field can be output from the CCD within a 1V period.
[0047]
(Embodiment 2)
The imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, when SW1 is turned on, a preparatory operation for photographing is performed in the camera. First, exposure control of the CCD is performed by a combination of an aperture, an electronic shutter, and a field shift pulse, and a part of the CCD signal obtained by thinning out the vertical direction is read out. For example, in the case of a CCD in which RGB filters as shown in FIG. 2 are arranged as in the first embodiment, the R / G column and the G / B column are output in order for each horizontal period within one field. In such a manner (by reading the column with a circle in the 1/4 thinning column), the pixels in the vertical direction are thinned out, and the CCD signal is output at a rate suitable for signal processing. In this example, as shown in the first half ((1) to (2)) of FIG. 5, the first field field shift pulse (from (1) to (1) in FIG. 5) is set so that the signal read from the CCD is the same in all fields. Using only (2), H2), only the first field signal (FIG. 5, (1) to (2), I2) is read. Furthermore, since only two of the eight vertical directions are read out, the field rate for reading out signals is twice as fast as the field rate for reading out all lines during shooting.
[0048]
During this photographing preparation operation, the CCD is driven by a predetermined VD and outputs a CCD signal for one field during this 1 VD period. As described above, a thinning signal obtained by reading out two of the eight vertical directions in the CCD is always read out. The electric charge accumulated in the photodiode of the CCD moves to the vertical transfer path by the field shift pulse for the first field synchronized with VD.
[0049]
The signal output from the CCD is converted into a video signal suitable for signal processing by CDS, and converted from an analog signal to a digital signal by AD. From this signal, the DSP generates an AE evaluation value for exposure control. The CPU determines the aperture value and the shutter speed by calculation so that the AE evaluation value falls within a predetermined value (appropriate level), changes the aperture so as to obtain an appropriate aperture value, and electronic shutter speed. Change to the appropriate value. Normally, when the SW1 is kept ON, this operation is repeated, and control is performed so that an appropriate exposure amount is always obtained.
[0050]
Further, focusing control is performed at the same time, and an AF evaluation value for focusing control is also generated by the DSP. The CPU controls the movement of the focus lens so that the AF evaluation value falls within a predetermined value (focus level). That is, a clear subject image can be obtained by setting the AF evaluation value within the focus level. If the normal SW1 is kept in the ON state, the focus lens is fixed at the position once in focus.
[0051]
Further, white balance control is performed, and a reference signal (hereinafter referred to as WB evaluation value) for color balance control is also generated by the DSP. The color balance is determined by calculating the amount of white shift from this WB evaluation value. This is a color balance correction for reproducing white to a faithful white even under different light sources or in the shade of the sun.
[0052]
Next, when SW2 is turned on, the camera shifts to a main photographing operation.
[0053]
First, exposure control is performed by combining an electronic shutter, an aperture, and a mechanical shutter so as to meet the shooting conditions determined during the shooting preparation operation. The exposure starts when the electronic shutter is stopped and the clearing of the photodiode is stopped, and the exposure ends by closing the mechanical shutter. Therefore, the exposure is started by outputting the electronic shutter (FIG. 5, (3), D2) for a certain period in synchronism with VD (FIG. 5, (3), A2) which shifts from the preparation for photographing to the actual photographing. Next, a shutter close control signal is output from the CPU (FIG. 5, (3), E2), the shutter is closed within a moment by the aperture / shutter control circuit (FIG. 5, (3), F2), and the exposure ends. Let However, since a certain amount of time is actually required until the shutter is fully closed, the CPU outputs a shutter close control signal so that the exposure time is appropriate in consideration of this period in advance. Therefore, the exposure period is the period shown in (FIG. 5, (3), G2).
[0054]
The CPU outputs a shutter close control signal, and after closing the mechanical shutter, the reference signal generator circuit outputs the VD signal to the TG immediately (FIG. 5, (4), A2) without observing the continuous VD cycle. This resets the TG. It is assumed that 1VD at the time of the main photographing operation is composed of 525 HDs. The CPU detects that the shutter is closed, and instructs the reference signal generation circuit to output the next VD after elapse of k * horizontal period (HD) time (k is variable from 1 to 525).
[0055]
Since TG generates various pulses based on VD, when VD is input, a new series of pulses can be output from that point. The TG is programmed to count the number of HD pulses after the VD pulse is input, and output a field shift pulse after 8 counts, for example.
[0056]
After inputting the VD pulse, the counter is reset and recounted, so that the phase relationship between VD and the field shift pulse is always kept the same. With this configuration, the VD pulse is input and a field shift pulse is output after a certain period (8 HD in this case) without being captured by the periodicity of the VD, and the charge can be read from the photodiode of the CCD.
[0057]
Therefore, the CPU detects or predicts that the mechanical shutter is closed, and always outputs VD to the TG at the same interval from that point, so that the signal from the CCD is always sent at regular intervals after the mechanical shutter is closed regardless of the shutter speed. Can be read out.
[0058]
On the other hand, the CCD is driven by a predetermined VD cycle, and a video signal of one field is output by this 1VD. Therefore, if the VD cycle is shortened, all charges output to the vertical transfer path cannot be output to the horizontal transfer path. The charges left in the vertical transfer path overlap each other when the next field shift pulse is input and the charges are transferred from the photodiode. In order to prevent this and to remove smear leaking into the vertical transfer path and dark voltage generated on the vertical transfer path, vertical transfer pulses are continuously output to the vertical transfer path within several H periods. .
[0059]
Since the maximum effect is obtained by performing these operations immediately before outputting charges to the vertical transfer path, the vertical transfer pulses must be continuously output at high speed immediately before the field shift pulse is output.
[0060]
For example, by outputting a pulse so that this high-speed transfer can be transferred for about 32 stages in 1H period and repeating high-speed transfer for 23H period, a total of 736 stages can be transferred. Although the number of vertical transfer lines is 525, it is usually set to be larger than the total number of vertical lines in consideration of insufficient charge transfer efficiency for high-speed transfer. Therefore, at least the high-speed transfer pulse must be output 23H before the field shift pulse is output.
[0061]
Since the 8H period is from VD to the field shift pulse now, the vertical transfer transfer pulse must be output at a high speed from 15H before VD. An output from around 20H with a margin of several H may be used.
[0062]
If 1VD is set to 1/525 times HD during the main photographing operation (525 HD pulses exist in 1VD), a high-speed vertical transfer pulse is output at 510H.
[0063]
TG starts counting HD after being reset by VD, and outputs a high-speed transfer pulse after counting 510H (FIG. 5, (4), M2). Therefore, the charge must be held in the CCD during this VD period (FIG. 5, (4), L2). In order to shorten this period, in this embodiment, the 510H period from the VD to the output of the high-speed transfer pulse is set to a rate higher than the normal HD rate, and the period up to 510H is shortened. (FIG. 5, (4), B2).
[0064]
When the HD rate is about 10 times the normal speed, the reference signal generation circuit outputs the HD pulse to the TG with the HD rate increased at a high speed in the 51H period at the normal HD rate, and then returns to the normal HD rate and the high speed. Output a vertical transfer pulse. As a result, when 1VD requires 525 HDs, it can be accelerated to a period of about 74 HD (normal rate).
[0065]
As a result, even if the main shooting is started and the first field field shift pulse (FIG. 5, (3), H2) synchronized with the first VD is output, all the charges output to the vertical transfer path at this time are CCD. Can be spit out of.
[0066]
However, as described in the first embodiment, the field shift pulse synchronized with VD may be prohibited.
[0067]
In addition, the CPU controls the reference signal generation circuit so that the HD is driven at high speed during the HD change period from the end of the exposure period to the high-speed sweep (FIG. 5, (5), M2). Thus, the period during which charges are held in the photodiode can be shortened as much as possible.
[0068]
Here, the operation state of the horizontal transfer pulse and the vertical transfer pulse when the HD rate is high will be described with reference to FIG.
[0069]
When the HD rate is set to high speed (FIG. 10, B4), it is continuously output (FIG. 10, N4, O4), or output other than the horizontal blanking period (period in which the vertical transfer pulse is stopped) (FIG. 10, N5, O5) or not output at all (FIG. 10, N6, O6). As for the vertical transfer pulse, a pulse with four phases may be output as usual (FIG. 10, P5, Q5, R5, S5), or not output at all (FIG. 10, P4, Q4, R4, S4). Keep it.
[0070]
When the vertical transfer pulse and the horizontal transfer pulse are stopped, current consumption for driving the CCD can be suppressed.
[0071]
Next, the operation when the HD rate is returned to the normal rate and the vertical transfer pulse is increased will be described with reference to FIG.
[0072]
Normally, the vertical transfer pulse operates so as to output the charge for one line per 1HD (FIG. 11, B1) to the horizontal transfer path (FIG. 11, P7, Q7, R7, S7). However, in the case of high-speed vertical transfer, in this example, the vertical transfer pulse operates so as to output charges for 32 lines per HD to the horizontal transfer path (FIG. 11, P8, Q8, R8, S8).
[0073]
Next, reading of photoelectric charges generated in the photodiode of the CCD during the exposure period will be described.
[0074]
The CPU outputs a shutter close control signal (FIG. 5, (3), E2), and then detects or predicts that the mechanical shutter is closed, and then outputs a VD signal to the TG after a certain period of time. An instruction is issued to the signal generation circuit, and TG is reset by outputting VD from the reference signal generation circuit to the TG.
[0075]
During the period from this VD to the next VD, a high-rate HD and a normal-rate HD (for high-speed transfer) are combined, and after a prescribed HD count (here, 525), a VD pulse is output to the TG (FIG. 5, (5), A2). The TG outputs a field shift pulse for the first field synchronized with the VD (FIG. 5, (5), H2), and the CCD moves the charge of the first field to the vertical transfer path. At this time, a part of the video signal thinned out by one line in the vertical direction is read from the CCD. In the case of the CCD in which the RGB filters shown in FIG. 1 are arranged, the signals are divided into R / G columns and G / B columns, and the respective signals are read out sequentially in one field. A column with a circle in the first field readout column is read out in the first 1 VD period by the field shift pulse for the first field (FIG. 5, (5), H2) (FIG. 5, (5), I2). Further, the CPU issues a command to the TG so as to output the field shift pulse for the second field synchronized with the next successive VD (FIG. 5, (6), A2). As a result, the field shift pulse for the second field synchronized with the next continuous VD is output from the TG (FIG. 5, (6), J2), and the charge of the second field is output to the vertical transfer path. The column with a circle in the second field readout column in FIG. 2 is read out in the next VD period following the first field by the field shift pulse for the second field (FIG. 5, (6), K2). As a result, a signal thinned out by one line in the vertical direction within 1 VD period is read out, and all the pixels in the CCD are read out during continuous 2 VD periods.
[0076]
The charges output to the vertical transfer path are sequentially sent to the horizontal transfer path every 1H by four-phase vertical transfer pulses (FIG. 11, P7, Q7, R7, S7) synchronized with HD. Further, the two-phase horizontal transfer pulse (N7, O7 in FIG. 11) output from the TG is output to the horizontal transfer path by HDr, and all charges in the horizontal direction are output from the CCD to the CDS within the 1H period. As a result, all charges for one field can be output from the CCD within a 1V period.
[0077]
Next, the state when the shutter speed changes according to the exposure conditions will be described.
[0078]
FIG. 5 is a timing chart when the high shutter speed is used, FIG. 6 is a timing chart when the low shutter speed is used, and FIG. 7 is a timing chart when the long shutter speed is used.
[0079]
In either case, the electronic shutter pulse is stopped and a shutter close command is output from the CPU (FIG. 5, (3), E2) (FIGS. 6, (3), E2) (FIGS. 7, (3), E2). The period until the mechanical shutter is closed is the exposure period (Fig. 5, (3), G2) (Fig. 6, (3), G2) (Fig. 7, (3) and (4), G2). The period until the next readout pulse is output is a period in which charges are held in the photodiode of the CCD (FIG. 5, (4), L2) (FIGS. 6, (4), L2) (FIG. 7, (5) ▼, L2).
[0080]
As described above, under each condition, the timing of VD after completion of exposure is the same under all conditions, and the next 1 VD period can be set to the same time. The period from when it is closed to when the field shift pulse for the first field is output is equal.
[0081]
(Embodiment 3)
The imaging apparatus of this embodiment will be described with reference to FIGS. Below, a different part from
[0082]
First, the operation of FIG. 8 will be described.
[0083]
In the present embodiment, all the HDs are driven at a high rate for a 1 VD period for discharging the dark voltage (FIG. 8, (4)), and vertical transfer is performed by a normal vertical transfer pulse. That is, when driving at a normal HD rate, the period during which the vertical transfer pulse was output is left as it is, and the other periods are shortened to increase the HD rate.
[0084]
Since all the 1VD periods are transferred at a high-speed HD rate, the period during which the photodiode holds the charge is shortened. In addition, since this period is always a constant period, there is no variation even when the shutter speed is different.
[0085]
The operation when the HD is set to a high rate will be described with reference to FIGS.
[0086]
For example, a high-speed HD is used so that 10 HD pulses are output within a normal HD (FIG. 10, B1) period, and a vertical transfer pulse synchronized with this HD is output (FIG. 10, P5, Q5). , R5, S5), to play the same role as high-speed transfer. At this time, since the dark voltage signal is sent to the horizontal transfer path at a high speed, the horizontal transfer pulse is operated (FIG. 10, N4, O4, or FIG. 10, N5, O5), and this signal is moved outside the CCD. It is necessary to exhale.
[0087]
After the VD output, the horizontal transfer pulse is returned to the normal transfer (FIG. 11, N7, Q7). However, when the vertical transfer is performed at high speed, the charges overflow on the horizontal transfer path and not all charges can be transferred. Therefore, after high-speed transfer, it is necessary to return to the normal HD rate for a period of at least 1 HD and discharge all charges on the horizontal transfer path.
[0088]
Next, with reference to FIG. 9, another operation regarding charge reading will be described.
[0089]
After the first field is read (FIG. 9, (5), I3), until the second field field shift pulse is output (FIG. 9, (7), J3), the vertical transfer path A 1VD period (FIG. 9, (6), A3) for discharging the dark voltage is provided, and all HDs are driven at a high rate during the 1VD period before the field shift pulse for the second field is output. Performed by vertical transfer pulse. That is, when driving at a normal HD rate, the period during which the vertical transfer pulse was output is left as it is, and the other periods are shortened to increase the HD rate. After the discharge of the dark voltage is completed, a field shift pulse for the second field is output (FIG. 9, (7), J3), and the charge is moved from the CCD photodiode to the vertical transfer path to obtain the CCD output (FIG. 9). , (7), K3). Therefore, the 1VD period for discharging the dark voltage immediately before the first field field shift pulse and the second field field shift pulse is in the same state, and this period is always a constant period and there is no variation. The field shift pulse synchronized with the 1VD period for discharging the dark voltage is prohibited in advance.
[0090]
As described above, the first to third embodiments have the following effects.
[0091]
The period during which charges are held in the photodiode can be controlled, and this period can be set short, so that dark current can be suppressed and noise can be suppressed as much as possible. In addition, a reduction in the charge of the photodiode can be suppressed as much as possible, and a reduction in the D range can be prevented.
[0092]
Regardless of the shutter speed, the period during which charges are held in the photodiode can be made constant, so that dark current is not uneven. In addition, the shutter speed does not cause unevenness in the D range.
[0093]
Regardless of the timing at which the shutter closes, such as continuous shooting, the shooting interval can always be constant and the shooting interval can be shortened.
[0094]
Even when a CCD having a large total number of pixels is used, -pixels can be read out at high speed without being caught by the VD rate.
[0095]
Current consumption when driving the CCD can be suppressed.
[0096]
【The invention's effect】
In the present invention, it is possible to obtain a high-quality video.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a pixel array of a CCD for explaining an embodiment and a conventional example.
FIG. 2 is a diagram illustrating a pixel array of a CCD for explaining an embodiment and a conventional example.
FIG. 3 is a block diagram of an image pickup apparatus for explaining an embodiment and a conventional example.
FIG. 4 is a timing chart for explaining
FIG. 5 is a timing chart for explaining the second embodiment;
FIG. 6 is a timing chart for explaining the second embodiment;
FIG. 7 is a timing chart for explaining the second embodiment;
FIG. 8 is a timing chart for explaining
FIG. 9 is a timing chart for explaining the third embodiment;
FIG. 10 is a timing chart for explaining the first to third embodiments.
FIG. 11 is a timing chart for explaining the first to third embodiments.
FIG. 12 is a timing chart for explaining a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 CCD
2 CDS
3 AD
4 DSP
5 HDr
6 VDr
7 TG
8 CPU
9 Lens drive circuit
10 Shooting lens
11 Aperture drive circuit
12 Aperture
13 Release switch
14 Reference signal generation circuit
Claims (3)
前記撮像手段を遮光するための遮光手段と、
前記撮像手段を駆動する駆動手段と、
水平同期信号及び垂直同期信号を発生する基準信号発生手段と、
前記撮像手段のリセットから前記遮光手段により前記撮像手段が遮光されるまでの露光期間の終了後、前記露光期間中に前記光電変換部に発生した光信号の読み出しを開始するまでの少なくとも一部の期間、前記水平同期信号の周期が前記光信号を読み出す場合よりも短くなるように前記基準信号発生手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。Imaging means in which photoelectric conversion units that convert light into electrical signals are arranged in the vertical and horizontal directions ;
A light shielding means for shielding the imaging means;
Driving means for driving the imaging means;
Reference signal generating means for generating a horizontal synchronizing signal and a vertical synchronizing signal ;
After the exposure period from the reset of the imaging unit to the time when the imaging unit is shielded by the light shielding unit , at least part of the time from the start of reading of the optical signal generated in the photoelectric conversion unit during the exposure period Control means for controlling the reference signal generating means such that the period of the horizontal synchronization signal is shorter than the period when the optical signal is read out ,
An imaging device comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001235053A JP4700855B2 (en) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | Imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001235053A JP4700855B2 (en) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | Imaging device |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003046860A JP2003046860A (en) | 2003-02-14 |
| JP2003046860A5 JP2003046860A5 (en) | 2008-09-18 |
| JP4700855B2 true JP4700855B2 (en) | 2011-06-15 |
Family
ID=19066556
Family Applications (1)
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