JP2002314875A

JP2002314875A - 撮影装置及び撮像素子

Info

Publication number: JP2002314875A
Application number: JP2002010177A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takayama; 淳高山; Tetsushi Takaba; 哲史鷹羽
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】必要な部品数や調整工数を減少させることによ
り、コストが低く、デザイン的にも制約の少ない又誤差
の小さい測光又は調光が可能な撮影装置及びそれに用い
る撮像素子を提供する。【解決手段】撮像素子２２の第１群の画素５０ａは、被
写体３の像を画像データに変換するために用いられ、撮
像素子２２の第２群の画素５０ｂは、被写体３からの光
（例えば反射光）の量を検出するために用いられ、第２
群の画素５０ｂに蓄積された電荷が閾値を超えたとき
に、第１群の画素５０ａの電荷蓄積の中止、及び第１群
の画素５０ａに蓄積された電荷の排出の少なくとも一方
が行われるので、従来技術のごとく専用の受光素子や、
その光学系を別個に設けることなく露出制御が行えるよ
うになり、それにより電子スチルカメラのコンパクト化
を図れ、デザイン設計の自由度が広がると共に、コスト
を低減させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮影装置及び撮像素子
に関し、さらに詳しくは、固体撮像素子の電子シャッタ
機能、光検出機能を利用して露光量を制御できるように
した電子スチルカメラ等の静止画撮影装置、及びそれに
用いる撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年における電子技術の発達により、光
学像を画像データに変換して記憶できるデジタルスチル
カメラの如き電子スチルカメラが開発され市販されてい
る。ところで、屋内や夜間などの撮影時に、被写体から
十分な反射光が得られない場合を想定し、一般的な電子
スチルカメラにおいては、自動調光ストロボが備えられ
ている。

【０００３】自動調光ストロボは、ストロボ或いはレン
ズに近接して、フォトダイオードなどの受光素子を設
け、発光した光が被写体から反射したときに、この反射
光量を検出し、適正量になった時点でストロボ光の発光
を停止させることにより露光量を制御するものである。

【０００４】尚、特公平６−８７５８２号公報、特公平
６−７１３２３号公報に記載のカメラの様に、ストロボ
光の反射光量の検出は専用の受光素子で行うが、露光の
制御はストロボ光の発光停止ではなく、撮像素子での電
子シャッタの動作により行っている例もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動調光ス
トロボを設ける場合、ストロボ光の発光部以外に、受光
素子を、電子スチルカメラの前面に配置する必要があ
り、その設置スペースを適切に確保しなくてはならない
という問題がある。特に、製品のコンパクト化促進やデ
ザイン優先の思想が主流となりつつあることから、小さ
な部品といえども、設置スペースを確保することは益々
困難な状況になりつつある。又、受光素子以外にも、ス
トロボ光を停止させるためにストロボ発光管に加わる電
圧をショー卜させるための半導体素子が必要となり、こ
れらの要素を用いることで製品コストが増大する。

【０００６】更に、上述した公報に記載の技術で、固体
撮像素子で露光制御を行う場合には、ストロボ発光を停
止させるための半導体素子が不要となるものの、少なく
とも受光素子は必要であり、従って、上述した設置スペ
ース確保の問題やコストの問題は残存する。同様な問題
は、測光の場合にも生じうる。

【０００７】また、受光素子を使った場合、取り付け精
度のばらつきにより入射角度や入射方向が変化し、実際
の撮像する範囲と、ス卜ロボ光検出範囲がずれてしまう
ことがあり、手間のかかる調整を行わないと正確な調光
が困難となるという問題もある。

【０００８】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、必要な部品数や調整工数を減少
させることにより、コストが低く、デザイン的にも制約
の少ない又誤差の小さい測光又は調光が可能な撮影装置
及びそれに用いる撮像素子を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の本発明の撮影装置
は、被写体を照明する発光装置と、複数の画素を２次元
的に配置した撮像素子とを有し、被写体を撮影するため
の撮影装置において、前記撮像素子において、他の画素
からの電荷の排出を待たずに、任意の画素より電荷を排
出可能な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、
被写体像を画像データに変換するために用いられ、前記
撮像素子の第２群の画素は、被写体からの光の量を検出
するために用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電
荷が閾値を超えたことに応じて、前記発光装置の発光の
停止が行われることを特徴とする。

【００１０】第２の本発明の撮影装置は、複数の画素を
２次元的に配置した撮像素子を有し、被写体を撮影する
ための撮影装置において、前記撮像素子において、他の
画素からの電荷の排出を待たずに、任意の画素より電荷
を排出可能な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素
は、被写体像を画像データに変換するために用いられ、
前記撮像素子の第２群の画素は、被写体からの光の量を
検出するために用いられ、前記第２群の画素に蓄積され
た電荷が閾値を超えたことに応じて、前記第１群の画素
の電荷蓄積の中止、及び前記第１群の画素に蓄積された
電荷の排出の少なくとも一方が行われることを特徴とす
る。

【００１１】第３の本発明の撮像素子は、被写体を照明
する発光装置を備えた撮影装置に用いる、複数の画素を
２次元的に配置した撮像素子であって、他の画素からの
電荷の排出を待たずに、任意の画素より電荷を排出可能
な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、被写体
像を画像データに変換するために用いられ、前記撮像素
子の第２群の画素は、被写体からの光の量を検出するた
めに用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾
値を超えたことに応じて、前記発光装置の発光の停止が
行われることを特徴とする。

【００１２】第４の本発明の撮像素子は、複数の画素を
２次元的に配置した撮像素子であって、他の画素からの
電荷の排出を待たずに、任意の画素より電荷を排出可能
な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、被写体
像を画像データに変換するために用いられ、前記撮像素
子の第２群の画素は、被写体からの光の量を検出するた
めに用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾
値を超えたことに応じて、前記第１群の画素の電荷蓄積
の中止、及び前記第１群の画素に蓄積された電荷の排出
の少なくとも一方が行われることを特徴とする。

【００１３】第５の本発明の撮像素子は、２次元的に配
置された複数の画素と、前記画素の間に配置された受光
素子とからなり、前記受光素子は、２つ以上の画素にわ
たってライン状に配置されていることを特徴とする。

【００１４】第６の本発明の撮影装置は、２次元的に配
置された複数の画素からなる撮像部と、前記撮像部に対
して被写体像を結像させる撮影レンズと、前記撮像部の
外側に配置された受光素子と、前記撮影レンズから前記
撮像部に向かう前記被写体からの光の一部を前記受光素
子まで導光する光学系と、を有することを特徴とする。

【００１５】

【作用】第１の本発明の撮影装置は、被写体を照明する
発光装置と、複数の画素を２次元的に配置した撮像素子
とを有し、被写体を撮影するための撮影装置において、
前記撮像素子において、他の画素からの電荷の排出を待
たずに、任意の画素より電荷を排出可能な構造を持ち、
前記撮像素子の第１群の画素は、被写体像を画像データ
に変換するために用いられ、前記撮像素子の第２群の画
素は、被写体からの光の量を検出するために用いられ、
前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾値を超えたこと
に応じて、例えば前記発光装置の発光の停止が行われる
ので、従来技術のごとく専用の受光素子や、その光学系
を別個に設けることなく発光装置の発光制御が行えるよ
うになり、それにより撮影装置のコンパクト化を図れ、
デザイン設計の自由度が広がると共に、コストを低減さ
せることが可能となる。尚、他の画素からの電荷の排出
を待たずに、任意の画素より電荷を排出可能な構造を持
つ撮像素子とは、受けた光の量に応じた電荷を排出する
例えばＣＭＯＳ型撮像素子をいうが、それに限られな
い。又、「被写体からの光」とは、被写体の自発光及び
被写体の反射光を含む概念である。すなわち本発明（以
下の発明を含む）はストロボ調光に限らず、測光時にも
同様な動作を達成可能である。

【００１６】第２の本発明の撮影装置は、複数の画素を
２次元的に配置した撮像素子を有し、被写体を撮影する
ための撮影装置において、前記撮像素子において、他の
画素からの電荷の排出を待たずに、任意の画素より電荷
を排出可能な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素
は、被写体像を画像データに変換するために用いられ、
前記撮像素子の第２群の画素は、被写体からの光の量を
検出するために用いられ、前記第２群の画素に蓄積され
た電荷が閾値を超えたことに応じて、前記第１群の画素
の電荷蓄積の中止、及び前記第１群の画素に蓄積された
電荷の排出の少なくとも一方が行われるので、従来技術
のごとく専用の受光素子や、その光学系を別個に設ける
ことなく露光制御が行えるようになり、それにより撮影
装置のコンパクト化を図れ、デザイン設計の自由度が広
がると共に、コストを低減させることが可能となる。

【００１７】更に、前記撮像素子が、特定のトリガ信号
に応じて特定の画素より電荷を排出するようになってい
ると好ましい。

【００１８】又、前記第２群の画素の位置に対応する画
像データを、前記第２群の画素の周囲に位置する前記第
１群の画素の画像データに基づいて求めると、撮影によ
り得られる画像の画質を高く維持できる。

【００１９】更に、前記第２群の画素が、前記第１群の
画素の一部である、すなわち前記第２群の画素からも画
像データを取得できると、より高画質な画像を形成する
ことができる。

【００２０】更に、前記撮像素子が、前記第２群の画素
に蓄積された電荷が閾値を超えたか否か判断する判断部
を有すると、ワンチップで撮像素子を構成できるため、
設計の自由度が向上する。このときの閾値は、外部より
設定が可能であると好ましい。

【００２１】又、前記撮像素子が、前記第２群の画素に
蓄積された電荷を外部に出力する出力端子を有すると好
ましい。

【００２２】更に、前記第２群の画素が３つ以上ある場
合、そのうち一つの画素に蓄積された電荷の値が、他の
画素に蓄積された電荷の平均値に対して、所定値以上高
かった場合には、電荷の値が高かった画素の電荷を除外
して、前記閾値と比較すると、ライトのような発光する
被写体による高輝度のデータを除外して、露光制御を行
えるので、より精度の高い露光制御が可能となる。

【００２３】又、前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、同時に排出されると、露光制御を迅速に行え、又制
御がシンプルになるので好ましい。

【００２４】更に、前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、クロックに応じて排出されると、排出用の配線を少
なくすることができ、コスト低減を図れる。

【００２５】又、前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、排出されることなく、その量が検出できるようにな
っていると、リアルタイムで被写体輝度を検出できるた
め好ましい。

【００２６】更に、前記第２群の画素に対し、順次トリ
ガ信号を付与することによって、前記トリガ信号を付与
した順に、蓄積された電荷を排出すると、任意の順序で
電荷を排出できる。

【００２７】又、前記第２群の画素は、例えばストロボ
発光前の画像電荷と、発光後の画像電荷を別々に記録す
るために、電荷蓄積部を少なくとも２つ有すると好まし
い。

【００２８】更に、前記第２群の画素は、撮影画面に対
応する中央寄りに配置されていると、中央に位置するこ
とが多い主要被写体に関して、適切な露光制御を行うこ
とができる。

【００２９】又、前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、撮影画面に対応する中央側の画素から順に排出され
ると、中央に位置することが多い主要被写体に関して、
迅速に露光制御を行うことができる。

【００３０】第３の本発明の撮像素子は、被写体を照明
する発光装置を備えた撮影装置に用いる、複数の画素を
２次元的に配置した撮像素子であって、他の画素からの
電荷の排出を待たずに、任意の画素より電荷を排出可能
な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、被写体
像を画像データに変換するために用いられ、前記撮像素
子の第２群の画素は、被写体からの光の量を検出するた
めに用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾
値を超えたことに応じて、前記発光装置の発光の停止が
行われるので、従来技術のごとく専用の受光素子や、そ
の光学系を別個に設けることなく発光装置の発光制御が
行えるようになり、それにより撮影装置のコンパクト化
を図れ、デザイン設計の自由度が広がると共に、コスト
を低減させることが可能となる。

【００３１】第４の本発明の撮像素子は、複数の画素を
２次元的に配置した撮像素子であって、他の画素からの
電荷の排出を待たずに、任意の画素より電荷を排出可能
な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、被写体
像を画像データに変換するために用いられ、前記撮像素
子の第２群の画素は、被写体からの光の量を検出するた
めに用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾
値を超えたことに応じて、前記第１群の画素の電荷蓄積
の中止、及び前記第１群の画素に蓄積された電荷の排出
の少なくとも一方が行われるので、従来技術のごとく専
用の受光素子や、その光学系を別個に設けることなく露
光制御が行えるようになり、それにより撮影装置のコン
パクト化を図れ、デザイン設計の自由度が広がると共
に、コストを低減させることが可能となる。

【００３２】更に、前記撮像素子が、特定のトリガ信号
に応じて特定の画素より電荷を排出するようになってい
ると好ましい。

【００３３】又、前記第２群の画素の位置に対応する画
像データを、前記第２群の画素の周囲に位置する前記第
１群の画素の画像データに基づいて求めると、撮影によ
り得られる画像の画質を高く維持できる。

【００３４】更に、前記第２群の画素が、前記第１群の
画素の一部である、すなわち前記第２群の画素からも画
像データを取得できると、より高画質な画像を形成する
ことができる。

【００３５】更に、前記撮像素子が、前記第２群の画素
に蓄積された電荷が閾値を超えたか否か判断する判断部
を有すると、ワンチップで撮像素子を構成できるため、
設計の自由度が向上する。このときの閾値は、外部より
設定が可能であると好ましい。

【００３６】又、前記撮像素子が、前記第２群の画素に
蓄積された電荷を外部に出力する出力端子を有すると好
ましい。

【００３７】更に、前記第２群の画素が３つ以上ある場
合、そのうち一つの画素に蓄積された電荷の値が、他の
画素に蓄積された電荷の平均値に対して、所定値以上高
かった場合には、電荷の値が高かった画素の電荷を除外
して、前記閾値と比較すると、ライトのような発光する
被写体による高輝度のデータを除外して、露光制御を行
えるので、より精度の高い露光制御が可能となる。

【００３８】又、前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、同時に排出されると、露光制御を迅速に行え、又制
御がシンプルになるので好ましい。

【００３９】更に、前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、クロックに応じて排出されると、排出用の配線を少
なくすることができ、コスト低減を図れる。

【００４０】又、前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、排出されることなく、その量が検出できるようにな
っていると、リアルタイムで被写体輝度を検出できるた
め好ましい。

【００４１】更に、前記第２群の画素に対し、順次トリ
ガ信号を付与することによって、前記トリガ信号を付与
した順に、蓄積された電荷を排出すると、任意の順序で
電荷を排出できる。

【００４２】又、前記第２群の画素は、例えばストロボ
発光前の画像電荷と、発光後の画像電荷を別々に記録す
るために、電荷蓄積部を少なくとも２つ有すると好まし
い。

【００４３】更に、前記第２群の画素は、撮影画面に対
応する中央寄りに配置されていると、中央に位置するこ
とが多い主要被写体に関して、適切な露光制御を行うこ
とができる。

【００４４】又、前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、撮影画面に対応する中央側の画素から順に排出され
ると、中央に位置することが多い主要被写体に関して、
迅速に露光制御を行うことができる。

【００４５】第５の本発明の撮像素子によれば、２次元
的に配置された複数の画素と、前記画素の間に配置され
た受光素子とからなり、前記受光素子は、２つ以上の画
素にわたってライン状に配置されているので、前記受光
素子から信号を取り出すための配線を短縮でき、構成の
簡素化が図れる。

【００４６】第６の本発明の撮像素子によれば、２次元
的に配置された複数の画素からなる撮像部と、前記撮像
部に対して被写体像を結像させる撮影レンズと、前記撮
像部の外側に配置された受光素子と、前記撮影レンズか
ら前記撮像部に向かう前記被写体からの光の一部を前記
受光素子まで導光する光学系と、を有するので、前記受
光素子用のレンズを撮影レンズと兼用できるため、構成
の簡素化、及び撮影装置のデザインの自由度の向上を図
ることができる。尚、受光素子とは、フォトダイオード
やフォトトランジスタを含むが、画素又は画素の集合で
あっても良い。

【００４７】尚、本発明にかかる撮像素子において、第
２群の画素は、出力信号（蓄積された電荷）が排出され
っ放しの状態、つまりＯＮ（排出状態）にしておくか、
または、高速で定期的にアクセスすることで出力を取り
出すことが考えられる。第２群の画素が複数ある場合
は、複数の画素を同時にＯＮ（排出状態）にしておく
か、または高速で画素を切り替えながらスキャンしてい
くとよい。これを一箇所または複数箇所で検出してい
て、例えばストロボ発光が行われた場合、発光直後から
の短時間の出力変化を、第２群の画素の電荷を検出する
ことにより観測して、ある閾値を越えたところでストロ
ボ光の発光を停止させるための信号を出力する。第２群
の画素を露光制御用（データ取得専用）として用いるな
らば、あとで欠陥画素と同様に周辺の画素から補間する
ことで、第２群の画素の画像データ用の画素信号を求め
ることができる。

【００４８】２次元に並んだ画素の一部を利用する以外
に、露光制御用データ取得専用の第２群の画素を撮像部
内に設けることも考えられる。例えば画素と画素の間に
受光素子を設けた場合、画質への影響は少なくなるが、
配線領域が増える等の問題がある。撮像部の周囲に画素
又は受光素子を配置することも考えられる。また、単独
の画素の代わりに、ライン状に並んだ受光素子を設ける
ことも考えられる。第２群の画素に蓄積された電荷を、
露光制御用データと画像データとに分けることも考えら
れる。このとき画素の出力は、画像データ取り出し用の
画素の出力より小さくなるが、これを増幅した方が、周
囲の画素から補間して求めるよりも画質の劣化が小さく
なるという利点がある。

【００４９】更に、非破壊読み出しができる素子構造を
持った画素（すなわち電荷排出を行わずとも蓄積された
電荷量を求めることができる画素）であれば、露光制御
用データ取得のために設けられた第２群の画素の信号
も、画像データとして利用することができる。この場合
は、例えばストロボ発光前に読み出したデータと発光後
に読み出したデータを比較し、予め設定した調光レべル
を越えたときに露光を終了させると好ましい。

【００５０】又、第１群の画素の一部を、第２群の画素
として利用する場合、特定の第１群の画素を固定して利
用する場合と、任意の第１群の画素を選んで、適応的に
第２群の画素として用いる場合とがある。特定の第１群
の画素に固定する場合、または専用に第２群の画素を設
ける場合は、色フィルタを載せない、或いはストロボ光
源等に適したフィルタを載せることができる。色フィル
タに関しては、ＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）フ
ィルタを採用した画素であれば、ＲＧＢフィルタをそれ
ぞれある一定の割合になるように受光素子を選ぶことに
より、受光素子としての分光感度特性を確保できる。例
えば、隣接する４画素を受光素子として利用する手法が
ある。このときＲＧＢ画素の比率を変えることで、受光
素子の分光感度特性を変えることもできる。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本実施の形
態を説明する前に、ＣＭＯＳ型撮像素子の概略について
説明する。図１は、ＣＭＯＳ型撮像素子の等価回路図で
ある。図１において、単一の画素５０のみが示されてい
るが、かかる画素５０は二次元的に配列されてなるもの
である。画素５０の外側に、タイミングジェネレータ５
１、垂直シフトレジスタ５２、水平シフトレジスタ５
３、出力アンプ５５などの回路が構成されている。垂直
シフトレジスタ５２は、走査線を選択するレジスタであ
り、水平シフトレジスタ５３は、同一走査線内の画素５
０を選択するレジスタである。タイミングジェネレータ
５１は、これらを含めたセンサ全体を制御する。尚、上
記構成以外にも、ＣＤＳ回路、ＡＤコンバータ、さらに
は信号処理回路等も組み込む事が考えられる。

【００５２】タイミングジェネレータ５１内部の設定
は、シリアル通信により外部から行うことができる。図
１では、コマンドの入力のみが矢視されているが、２線
あるいは３線式のシリアル通信を想定している。このシ
リアル通信により、タイミングジェネレータ５１内部の
レジスタの設定、変更等を行うことができる。露光制御
信号として、このシリアル通信とは別に専用の端子（Ｔ
ＲＧ１，ＴＲＧ２）を設けてあるので、かかる端子を介
して送信されることとなる。

【００５３】撮像素子の制御の方法としては幾つかが考
えられるが、この実施の形態においては、トリガ信号Ｔ
ＲＧ１のパルスの立ち上がりで露光を開始し、パルスの
立ち下がりで露光を終了するようにしている。そして、
トリガ信号ＴＲＧ１のパルスの立ち上がり後パルスの立
ち下がり前に適正露光量になってトリガ信号ＴＲＧ２が
立ち上がると、その時点で露光が終了するようになって
いる。

【００５４】より具体的に、各部の動作について説明す
ると、図１において、画素５０における掃き出し動作受
光は、ＭＯＳトランジスタＱ２を介して電源Ｖｒｓｔ１
に接続されている光センサ部（すなわちフオトダイオー
ド）Ｄ１で行われる。フォトダイオードＤ１の電荷を掃
き出すときは、タイミングジェネレータ５１の出力信号
ＲＧ１を制御し、トランジスタＱ２をＯＮすることによ
り電源Ｖｒｓｔ１に電荷を掃き出すようにする。全画素
のＭＯＳトランジスタＱ２をＯＮすることにより、全フ
ォトダイオードの電荷が掃き出され、トランジスタＱ２
をＯＦＦした時点から露光が開始される。かかる部分が
電荷排出部に相当する。

【００５５】電荷転送のため、更にフォトダイオードＤ
１は、ＭＯＳトランジスタＱ１を介してキャパシタＣ１
に接続されている。この部分が電荷蓄積部に相当する。
タイミングジェネレータ５１の出力信号ＳＧを制御し、
全画素のＭＯＳトランジスタＱ１をＯＮすることによ
り、フォトダイオードＤ１の電荷をキャパシタＣ１に転
送する。更に、トランジスタＱ１をＯＦＦすることによ
り露光が終了する。

【００５６】次に、電荷の読み出しについて説明する。
各画素のキャパシタＣ１に蓄積した電荷は、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ５をＯＮすることにより、トランジスタＱ４
を介して１画素（または１ライン）づつ外部に読み出さ
れる。画素の選択は、垂直シフトレジスタ５２、水平シ
フトレジスタ５３で（ここではトランジスタＱ６をＯＮ
して）アドレスを指定することにより行う。すなわち、
アドレス指定された画素のみから電荷を読み出すことが
出来る。このとき電荷をそのまま読み出すことも可能で
あるが、ノイズの影響を受けやすいので、本実施の形態
においては、一旦電圧に変換して出力している。

【００５７】その後、電荷蓄積部のリセットが成され
る。より具体的には、読み出しが終了した後、次の撮影
が開始されるまでの間に、ＭＯＳトランジスタＱ３を同
時にＯＮすることにより、キャパシタＣ１の電荷を電源
Ｖｒｓｔ２に掃き出す（クリアする、すなわち電源Ｖｒ
ｓｔ２にリセットする）ことができる。このとき全画素
同時に行えば、画素間の暗電流ノイズ量を等しくできる
ので望ましいが、ノイズ量発生が十分小さい場合は、読
み出しが終わったあと１画素づつ行っても良い。かかる
電荷は、出力部のアンプ５５で電流増幅して出力され
る。

【００５８】フォトダイオードＤ１のリセット機能は省
略可能である。その場合、トランジスタＱ２を省略する
ことになる。この場合キャパシタＣ１に電荷を転送する
ことで、フォトダイオードＤ１をクリアしてそこから露
光を開始することができる。キャパシタＣ１に転送され
た電荷は、露光期間中に読み出されて捨てられることに
なる。

【００５９】更に変形例として、不揮発性メモリ（電荷
蓄積部）を設けている場合について説明する。不揮発性
でない電荷蓄積部と、不揮発性の電荷蓄積部とを備えた
撮像素子では、まず不揮発性でない電荷蓄積部に光セン
サ部から全画素同時に電荷を転送し、その後１画素ずつ
順次不揮発性の電荷蓄積部に電荷を転送すると良い。こ
れは、一般にフラッシュメモリなどは書き込み速度が遅
く、書き込みに時間がかかるので、書き込みのタイミン
グを合わせるためである。

【００６０】図２は、図１の撮像素子を含む撮像素子回
路２０の概略構成図である。図１に示す画素５０を２次
元的に配列してなる撮像部５４の各画素５０（図１）
は、上述したように、ＭＰＵ２７から制御信号を受ける
撮像素子制御回路２３（タイミングジェネレータを含
む）に制御される垂直シフトレジスタ５２と水平シフト
レジスタ５３とにより、各々制御されて動作するように
なっている。

【００６１】本実施の形態においては、画素５０の一部
は、露光制御のために被写体からの光を検出する画素
（第２群の画素）であり、残りの画素（第１群の画素）
が、被写体像を画像データに変換する機能を有する。従
って、第１群の画素からの出力信号は、出力端子５５ａ
を経て出力アンプ５５により増幅されて、撮像素子回路
２０の外部へと出力され、第２群の画素からの出力信号
は、出力端子５６ａを経て出力アンプ５６により増幅さ
れ、コンパレータ７で、所定の測光レベル或いは調光レ
ベル（すなわち閾値）と比較され、その結果が撮像素子
制御回路２３に出力されるようになっている。図２に示
すように、撮像部５４、垂直シフトレジスタ５２，水平
シフトレジスタ５３，撮像素子制御回路２３，出力アン
プ５５，５６，及びコンパレータ７は、ワンチップ化さ
れている。又、ワンチップ化された回路は、図示してい
ないが、調光レベルを設定するためのレジスタ及びＤＡ
コンバータも内蔵しており、更に、外部からこのレジス
タを書き換えて調光レベルを変えるための通信機能も有
している。

【００６２】図３は、撮像部５４における画素の配列を
示す概略構成図である。２次元に配列された第１群の画
素５０ａ内に、所定の間隔で第２群の画素５０ｂ（ハッ
チングで示している）が配置されている。本実施の形態
においては、汎用のＣＭＯＳ型撮像素子において、画像
データを得るための画素の一部を、露光制御用の画素と
して用いることで、低コストな構成とできる。尚、本構
成によれば、画像データの一部を露光制御用データとし
て用いることとなるため、第２群の画素の位置に、画素
欠陥（いわゆる黒キズ）と同等の状態が生じることとな
るが、かかる画素欠陥は、通常生じうる黒キズと同様
に、周囲画素の画像データより補正することができるた
め、大きな問題は生じない。又、第２群の画素５０ｂの
数としては、第１群の画素５０ａが１Ｍピクセルあると
すると、３０〜１００程度あると好ましい。第２群の画
素５０ｂは、アドレスにより特定され、常に出力してい
る状態であると良い。かかる場合、複数個ある画素の出
力を合わせて、一つの出力とできる。第２群の画素５０
ｂは、中央のみに配置されても良く、撮像部５０全体に
わたって所定間隔で配置されても良い。

【００６３】図４は、図３の撮像部を用いた場合におけ
る、信号取り出し用の配線図である。図４に示すよう
に、第１群の画素５０ａと、第２群の画素５０ｂとは、
それぞれ独立の配線Ｗ２，Ｗ１により出力アンプ５５，
５６に対して接続されている。

【００６４】図５は、本実施の形態の変形例にかかる撮
像部５４における画素の配列を示す概略構成図である。
２次元に配列された第１群の画素５０ａの間に、第２群
の画素５０ｂ（ハッチングで示している）が配置されて
いる。本実施の形態においては、ＣＭＯＳ型撮像素子を
専用に（第２群の画素５０ｂ専用の配線を含む）製作す
る必要があるものの、図３の構成と異なり、画素欠陥は
生じないため、画質を高く維持することができる。

【００６５】図６は、図５の撮像部を用いた場合におけ
る、信号取り出し用の配線図である。図６に示すよう
に、第１群の画素５０ａと、第２群の画素５０ｂとは、
それぞれ独立の配線Ｗ２，Ｗ１により出力アンプ５５，
５６に対して接続されている。

【００６６】図７は、別な変形例にかかる撮像部５４に
おける画素の配列を示す概略構成図である。２次元に配
列された第１群の画素５０ａの間に、ライン状に並べら
れた受光素子１５０ｂ（ハッチングで示している）が配
置されている。本実施の形態においても、ＣＭＯＳ型撮
像素子を専用に製作する必要はあるものの、図３の構成
と異なり、画素欠陥は生じず、さらに画素５０ａ間のス
ペースを有効活用することで、十分な量の露光制御用デ
ータを取得でき、また受光素子１５０ｂ用の配線の長さ
も短縮することが可能となる。全ての第１群の画素５０
ａ間に、受光素子１５０ｂを設けることが好ましいが、
２つ（もしくはそれ以上）飛びに設けても良い。受光素
子１５０ｂは、画素の他、フォトダイオードやフォトト
ランジスタを用いることもできる。

【００６７】図８は、図７の撮像部を用いた場合におけ
る、信号取り出し用の配線図である。図８に示すよう
に、第１群の画素５０ａと、受光素子１５０ｂとは、そ
れぞれ独立の配線Ｗ２，Ｗ１により出力アンプ５５，５
６に対して接続されている。

【００６８】第２群の画素から信号を読み出す方法とし
ては、以下のものがある。１）全受光素子に同時にアクセスして、同時に信号を読
出して、それを加算して取り出す方法。この場合、全受
光素子の出力トランジスタがＯＮするようにＸＹアドレ
スを指定して、信号を読み出す。２）高速で１画素づつ切り替えて読み出す方法。この場
合は、ストロボを使用する場合も考慮しストロボ光の発
光時間に対して十分早い時間間隔で信号を読み出す必要
がある。１画素づつ読み出された信号は外部で加算され
る。３）上記を組み合わせた方法。受光素子をいくつかのグ
ループに分けて、グループごとに読み出す方法である。

【００６９】１）の方法は、信号を加算して一度に検出
するので、応答速度の早い測光を行うことができると共
に、複雑な回路や複雑な測光アルゴリズムを用いること
なく測光を行うことができる。２）の方法は、例えばス
トロボ光の発光時間が、数百μｓ程度なので、受光素子
の数にも依存するが、第２群の画素を百個程度とする
と、数１０ｎｓ以下、できれば１０ｎｓ程度以下のアク
セススピードが必要となるが、後述するようなきめ細や
かな測光制御を行うことができる。３）の方法は、その
中間で、両方の長所、短所を併せ持つ。例えば、１カラ
ム分の受光素子の信号を同時に読み出し、それを全カラ
ムにわたって順に切り替えて読みだしていくような形に
なる。

【００７０】個別に読み出す場合は、適応的に信号を利
用することができる。ＣＭＯＳ型撮像素子の場合、各画
素ごとに信号が読み出せるので、例えばストロボ撮影時
においてはストロボ発光後に変化の大きい画素に注目し
て、信号を利用することができる。最初は全ての第２群
の画素から信号を読み出すが、ストロボ発光後変化の大
きい画素があれば、そのうちの幾つか或いは全部を選
び、その画素からの信号のみを読み出す。つまり、例え
ば人物を撮影したときに、顔や、体等の反射光量を測り
たい部分に注目して測光することになる。また、この場
合においては使用する第２群の画素数が減る分、読出し
サイクルが短くなり、時間軸方向の分解能が高くなり、
より精度の高い測光が可能となる。又、専用の第２群の
画素を設ける場合は、読出し回路も専用に設けることが
できる。出力回路も専用に設けることもできるが、画像
信号の出力と共通にすることもできる。

【００７１】図９は、本実施の形態にかかる撮像装置の
一例である電子スチルカメラの概略構成を示す図であ
る。図９において、２７は、絞りやシャッタ速度を決定
したり、各種回路に制御信号を出力するＭＰＵであり，
２４は、信号出力手段であるレリーズスイッチであり、
２５は、オン操作することによってバッテリＢＴからＭ
ＰＵ２７等に電力を供給し、オフ操作することによって
その電力を遮断する電源スイッチであり、２００はＭＰ
Ｕ２７からのトリガ信号（発光スタート信号）を受け
て、発光装置であるストロボ２を発光させる発光回路で
ある。更に、２１は被写体３からの反射光を集光する撮
影レンズであり、２２は図１に示すＣＭＯＳ型撮像素子
である。２３は判断部であるコンパレータ７からのスト
ップ信号を受けて撮像素子２２の露光量制御を行う撮像
素子制御回路である。このように構成された電子スチル
カメラの動作は、以下の通りである。

【００７２】図１０に示すストロボ発光特性図を参照し
ながら、ストロボ調光を行う際における本実施の形態の
動作について説明する。図１０に示す曲線ｆがストロボ
２をフル発光させた時のストロボ発光曲線である。本実
施の形態では、予め設定されているストロボモード時の
シャッタ秒時（例えば１／６０秒で図のｔ１〜ｔｓに相
当）に基づいて、シャッターが閉じる時刻ｔｓよりスト
ロボ２の最長発光時間Ｔ２（通常５０μｓ〜５００μ
ｓ）だけ短かい時刻ｔｘにストロボ２を発光させる（発
光量はコントロールせず、フル発光でよい。）。なお本
実施の形態では、レリーズボタンのレリーズ操作に基づ
き、先ず、撮影レンズ２１を通して撮像素子２２の第２
群の画素５０ｂ（図３）に入射した光により、被写体の
明るさを測定し、ＭＰＵ２７によって絞りとシャッタ秒
時を決めており、シャッタ秒時が１／６０秒を超える場
合には、ストロボモードが自動的に設定されるようにな
っている。今、時刻ｔ１において撮像素子制御回路２３
がタイミングジェネレータ５１に信号ＴＲＧ１を与える
ことによって、その光センサ部（図１のフォトダイオー
ドＤ１）内の電荷を掃き出すことで露光を開始する。

【００７３】次に所定時間経過後、時刻ｔｘにおいてＭ
ＰＵ２７からトリガが入ると、発光回路２００はストロ
ボ２を発光させる。ストロボ発光により被写体３が照射
される。被写体３からの光（例えば反射光）は、撮影レ
ンズ２１を介して撮像素子２２に入射する。この間、ス
トロボ発光量は図１０に示すように急激に増加する。
又、時刻ｔｘにおいて、ＭＰＵ２７からのストロボ発光
信号と同時に、積分開始信号が積分回路（不図示）に入
る。これにより、ストロボ光の積分がスタートする。

【００７４】積分回路は、第２群の画素５０ｂの出力を
積分し、その出力は時間と共に増加する。そして、その
出力が予め定められた基準の調光レベルに達した時刻ｔ
ｓ′でコンパレータ７が動作し、ストップ信号を出力す
る。ストップ信号はコンパレータ７からＭＰＵ２７を通
して出力してもよい。

【００７５】撮像素子制御回路２３は、このストップ信
号を受けると、タイミングジェネレータ５１（図１）に
信号ＴＲＧ２を出力することにより、撮像素子２２の露
光動作を終了する。これにより、最適な露光状態におけ
る被写体３の画像情報が、各画素内の電荷蓄積部に記憶
される。この時、撮像素子２２の積分時間はｔ１〜ｔ
ｓ′となり最初の設定（ｔ１〜ｔｓ）より（ｔｓ−ｔ
ｓ′）だけ短くなるが、この量は非常に短く、（ｔｓ−
ｔ１≫ｔｓ−ｔｓ′）であるため問題にならないし、も
ともとストロボモード時のシャッタ秒時（例えば１／６
０秒ｔ１〜ｔｓ）も、特に意味のある数字ではないため
全く問題にならない。

【００７６】一方、ストロボ２は時刻ｔｓ′経過後も発
光を続け、時刻ｔｓで消光する（ストロボ２が発光して
いる時間はＴ２である）。領域Ａは撮像素子２２に積分
されて画像となった分の露光量、領域Ｂは画像形成には
寄与しなかった分の露光量である。このように、本実施
の形態によれば精密な発光量の制御が困難なストロボ発
光を途中で停止することなく、最適露光量に達した時点
のチャージ電荷量を記憶部に記憶することができる。こ
の結果、簡単な構成でストロボ発光時に露光量を高精度
にコントロールすることができる。

【００７７】前述の露光制御の考え方は、日中シンクロ
時（被写体が逆光の時などストロボを発光させること
で、適切な露出の被写体像がとれる）にも適用でき、こ
の時は、最初設定するシャッタ秒時（前記例の１／６０
秒に相当）が被写体の明るさにより変わる点を除けば、
前述の例と同じである。但し、この時あまりシャッタ秒
時が短くなると前記ｔｓ−ｔ１≫ｔｓ−ｔｓ′が成り立
たなくなり露光精度に影響を与えるので、この時は絞り
を小さくし、シャッタ秒時がある程度長くなるようにす
る等の工夫が必要である。例をあげて説明する。例え
ば、ストロボが発光した直後に設定された露光量に達し
て、シャッタが閉じたとする。つまりほぼ、ストロボの
最長発光時間だけシャッタ秒時のずれ（ｔｓ−ｔｓ′）
があったとする。

【００７８】シャッタ秒時のずれを−０．２ＥＶ以内に
するには、ストロボ発光時間をｙｍｓ、ストロボ撮影可
能なシャッタ速度ｘｍｓとすれば、ｙ＜（１−２
^−０． ^２）ｘとなる。よってシャッタ秒時１／２５０ま
でを可能にするにはストロボ発光時間は５１７μｓ以
下、１／５００までを可能にするにはストロボ発光時間
は２５８μｓ以下、１／１０００までを可能にするには
ストロボ発光時間は１２９μｓ以下となる。又、シャッ
タ秒時のずれを−０．４ＥＶ以内にするには、同様にｙ
＜（１−２^−０．４）ｘであるから、シャッタ秒時１／
２５０までなら９６８μｓ以下、１／５００までなら４
８４μｓ以下、１／１０００までなら２４２μｓ以下、
１／２０００までなら１２１μｓ以下となり、シャッタ
秒時のずれが大きいと、ストロボがあたっている被写体
は適正露光であるが、ストロボ光がとどかない部分は露
光不足、又は露光オーバーになってしまう。

【００７９】又、ストロボ最長発光時間（５０μｓ〜５
００μｓ）を固定ではなく、図示しないＡＦ（オートフ
ォーカス）システムからの距離情報に連動させることが
できる。例えば、設定絞りと考えあわせて（被写体距
離）×（絞り）が小さければ、発光量が少なくてすむの
で、ｔｓ−ｔｘを小さく見積もることができる。これと
逆に（被写体距離）×（絞り）が大きければ発光量は多
く必要になり、ｔｓ−ｔｘを長く見積もることができ
る。

【００８０】図１１は、（被写体距離）×（絞り）が小
の時のストロボ発光特性を、図１２は、（被写体距離）
×（絞り）が大の時のストロボ発光特性をそれぞれ示し
た図である。前述したように、（被写体距離）×（絞
り）が小さい時には発光量は少なくてすむので、図１１
に示すようにＡ領域は小さくなる。これに対し、（被写
体距離）×（絞り）が大きい場合には発光量が多く必要
になり、図１２に示すようにＡ領域は大きくなる。

【００８１】このような方法を用いれば、前述したよう
な日中シンクロの時にシャッタ秒時が短くなっても、ｔ
ｓ′−ｔｘを見積もってあるのでｔｓ−ｔｓ′を短くす
ることができ、前記例よりも誤差を少なくすることがで
きる。従って、より高速の日中シンクロが可能となる。
勿論、ｔｓよりもｔｓ′が後になった場合には、最初に
設定されたｔｓは無視され、ｔｓ′まで、つまりストッ
プ信号が出力されるまで固体撮像素子の積分は続行され
る。但し、図では示されていないが、発光量が足りなく
てストップ信号が出ない場合には、ｔｓかｔｓ′のどち
らかで光センサ部の蓄積された電荷を排出する。つまり
シャッタを閉じる。又はｔｓかｔｓ′よりも更に長い時
間が経過した後手ぶれ限界のシャッタ秒時（例えば１／
６０秒）、或いは、最も遅いシャッタ秒時（例えば１／
８秒）などで強制的に光センサ部の蓄積された電荷を転
送して露光を終了するようにしてもよい。

【００８２】次に、図１３に示す本実施の形態の撮影制
御フローについて説明する。図１３のステップＳ１０１
で、撮影者がメインスイッチをオン操作すると、ステッ
プＳ１０２で電力が各部に供給され、ステップＳ１０３
でストロボ発光回路２００におけるコンデンサ（不図
示）が充電される。ストロボ充電は必要なときだけ行う
ようにしても良い。更に、ステップＳ１０４で撮影者が
レリーズボタン（不図示）を押すのを待ち、レリーズボ
タンが押されたときに、ステップＳ１０５で、ＭＰＵ２
７は、第２群の画素５０ｂ（又は第１群の画素５０ａ、
或いは双方）の出力を用いて露出制御のための露出制御
を開始し、ステップＳ１０６で露出制御が完了した後、
ステップＳ１０７でストロボ発光が必要か否か判断す
る。露出制御の態様としては色々と考えられるが、第２
群の画素５０ｂから連続して読み出したデータに基づ
き、最適な露出条件を決定できる。

【００８３】この際に、被写体照度が低いためストロボ
発光が必要だと判断した場合、ＭＰＵ２７は、ステップ
Ｓ１０８で露光を開始し、ステップＳ１０９で発光回路
２００にトリガ信号を送ってストロボ２を発光させる。

【００８４】露光開始後、または発光直前から、第２群
の画素５０ｂからの信号読出しを開始する。クロックご
とに各画素からの信号を同時に読み出してその出力値を
チェックする。つまり各画素の出力を加算して読み出す
ことになる。ストロボ発光前から読出しを始めること
は、すなわち発光前に各画素のリセットを行っているこ
とに相当する。

【００８５】ステップＳ１１０で、第２群の画素５０ｂ
からの出力に基づいて、ストロボ発光量が所定値をオー
バーしていないか判断する。ストロボ発光量が所定値を
オーバーしたと判断すれば、ＭＰＵ２７は露光を終了
（第１群の画素５０ａの電荷蓄積の中止又は電荷排出
を）させる。一方、ストロボ発光量がオーバーしていな
いと判断すれば、ＭＰＵ２７は、ステップＳ１１３で予
定の露光時間が終了するまで待ち、ステップＳ１１４で
露光動作を完了する。

【００８６】これに対し、被写体照度が高いためストロ
ボ発光が不要だと判断した場合、ＭＰＵ２７は、ストロ
ボ発光を行うことなく、ステップＳ１１２で露光を開始
し、ステップＳ１１３で予定の露光時間が終了するまで
待ち、ステップＳ１１４で露光動作を完了する。

【００８７】その後、ステップＳ１１５で、ＭＰＵ２７
は、第１群の画素５０ａから画像信号を読み出して、ス
テップＳ１１６で不図示のメモリに記憶させるようにな
っている。必要に応じて電源の供給が遮断される（ステ
ップＳ１１７）。

【００８８】以上の制御を補足説明すると、ストロボ発
光後は、発光をトリガにして発光後に読み出された第２
群の画素５０ｂの画素信号をクロックごとに積分してい
くようにしている。積分した値をコンパレータ７におい
て予め設定した閾値（調光レベル）と比較し、閾値に達
したときに、撮像素子制御回路にストップ信号を出し、
撮像素子の電子シャッタを閉じることにより露光を終了
させる。

【００８９】信号の取り出し方としてはクロックごとに
読み出す以外に一度リセッ卜してクリアした画素から信
号線を直結した状態で出力を取り出しても良い。この場
合画素でストロボ光を積分することになる。各画素（受
光素子）の出力を加算した信号をコンパレータ７で比較
すると良い。図１４を参照して後述するが、場合によっ
ては、第２群の画素５０ｂを選別することもできる。例
えば高輝度な被写体からの光を受光している画素を第２
群の画素とした場合、ストロボ光の強度に対して無視で
きない場合もありうる。このような画素の出力を調光制
御用として用いた場合、ストロボ光の光量検出に誤差が
生じる可能性がある。これを排除するためにあらかじめ
第２群の画素をスキャンして高輝度被写体光を受光して
いないかどうかを検出し、受光している場合はこの画素
を受光素子として用いないように除外するものである。
ただし、ストロボ光は短時間に相対的に強い光を発する
ので、発光時間内での通常光の影響は無視できる可能性
があり、その場合には選択作業は省略してもかまわな
い。

【００９０】本実施の形態では予め設定した調光レベル
に、第２群の画素の出力が達するとコンパレータ７から
ストップ信号が出力され、撮像素子制御回路２３に入力
される。これにより撮像素子制御回路は撮像素子の露光
を終了させる。上記機能を撮像素子２２上に集積させる
こともできる。調光レべル等の設定は外部から行っても
良い。

【００９１】カラー撮像素子の画素を第２群の画素とし
て使う場合、ＢＧＲのフィルタにおいては、グリーンの
画素で代表させる方法と、ＢＧＲそれぞれの画素をバラ
ンスよく選んで代表させる方法がある。第２群の画素だ
け別の色フィルタを載せることも可能であり、或いは載
せないことも可能である。

【００９２】なお、本実施の形態では、予め設定した調
光レベルに第２群の画素５０ｂの出力が達すると、撮像
素子制御回路２３にストップ信号を出し、撮像素子２２
の電子シャッタを閉じて露光を終了させるようにしてい
るが、それに代えて、予め設定した調光レベルに第２群
の画素５０ｂの出力が達すると、ＭＰＵ２７からストロ
ボ発光回路２００に発光中止信号を送り、ストロボの発
光を強制的に終了し、予定の露光時間終了後に露光を終
了するようにしても良い。

【００９３】図１４は、図１３のストロボ露光制御の変
形例について、詳細に説明する撮影制御フローを示す図
である。本変形例については、例えばライトのごとき発
光体などの高輝度被写体からの光が、第２群の画素に入
射した際における制御を示している。図１３のステップ
Ｓ１０６で、測光が終了した後、図１４のステップＳ２
０１で、ＭＰＵ２７は、高輝度被写体からの光を受けた
第２群の画素５０ｂを分けるモードが選択されているか
否かを判断する。画素を分けるというモードが選択され
ていると判断した場合、ＭＰＵ２７は、ステップＳ２０
２で第２群の画素５０ｂを高速でスキャンする（各画素
の出力を調べる）。そしてステップＳ２０３で規定値と
比較し、いずれかの画素の出力が、規定値（閾値）より
低ければ高輝度被写体からの光でないと判断し、ＭＰＵ
２７は、かかる画素を登録する（ステップＳ２０４）。
一方、いずれかの画素の出力が、規定値（閾値）以上で
あれば高輝度被写体からの光であると判断し、ＭＰＵ２
７は、かかる画素を除外して、ストロボ調光を行う（ス
テップＳ２０５）。閾値は固定値であっても良いが、３
つ以上の画素信号があった場合、その平均値を求め、平
均値よりかけ離れた画素信号を除外するようにしても良
い。

【００９４】ステップＳ２０６で全ての第２群の画素５
０ｂのスキャンが終了した場合、又は、ステップＳ２０
１で、高輝度被写体からの光を受けた第２群の画素５０
ｂを分けるモードが選択されていないと判断した場合、
ＭＰＵ２７は、ステップＳ２０７で露光を開始し、ステ
ップＳ２０８で、第２群の画素５０ｂをリセットし、ス
テップＳ２０９でストロボ発光回路２００を介してスト
ロボ２を発光させる。その後、ステップＳ２１０で、Ｍ
ＰＵ２７は、第２群の画素５０ａから出力される信号を
読み出して、ステップＳ２１１で、かかる信号を積分
し、ステップＳ２１２で積分値を規定値（閾値）と比較
して、それを超えていればステップＳ２１４でストロボ
発光を中止し、又は露光を終了（第１群の画素５０ａの
電荷蓄積の中止又は電荷排出）し、超えなければ、ステ
ップＳ２１３で予定時間が過ぎるのを待った上で、図１
３のステップＳ１１４で露光を終了する。

【００９５】以上述べた本実施の形態では、画像データ
取得用の第１群の画素５０ａと、露光制御用のデータ取
得用の第２群の画素５０ｂとを独立させている。しかし
ながら、第２群の画素５０ｂを、いわゆる非破壊読み出
し可能な画素とすれば、蓄積された電荷を取り出すこと
なく、その量を確認できるため、第２群の画素５０ｂに
蓄積された電荷を画像データの一部として用いることが
でき、それにより画質の向上を図ることができる。又、
積分開始を、第２群の画素５０ｂの電荷を排出し終った
後、第１群の画素５０ａの電荷を出力できる状態にして
から行ってもよい。

【００９６】また、以上述べた実施の形態では、レリー
ズボタンのオンにより被写体の明るさを測定して絞りと
シャッタ秒時を決めているが、撮影時の絞り値とシャッ
タ秒時、およびストロボ発光タイミングを予め決めてお
くことで、レリーズボタンのオンによりすぐに露光を開
始することが可能となる。例えば、絞り値をＦ８、シャ
ッタ秒時を１／６０、ストロボ発光開始をシャッタ秒時
終了の直前でストロボのフル発光がシャッタ秒時内で行
えるタイミングと決めておき、レリーズボタンのオンに
より第１群の画素５０ａによる露光を開始するととも
に、それと同時に第２群の画素５０ｂの信号読み出しを
開始して、第２群の画素５０ｂからの出力の積分値が、
予め決めたシャッタ秒時（１／６０）よりも前に所定の
閾値を超えた時点でコンパレータ７からストップ信号を
出して強制的に撮像素子の露光を終了する。このように
すれば、レリーズボタンのオンにより被写体の明るさを
測定して絞りとシャッタ秒時を決める必要がなくなるの
で、レリーズボタンのオンから露光開始までのタイムラ
グが非常に小さくなり、シャッタタイミングを逃すこと
が無くなる。また、周囲が明るい場合には、予め決めた
シャッタ秒時の前に撮像素子の露光が強制的に終了され
るので、常に適正露光とすることができる。

【００９７】このように、ＣＭＯＳ型撮像素子を用いれ
ば、任意の画素の電荷を読み出すことができるので、本
実施の形態のごとく、撮像素子２２の画素の一部を、露
光制御用データ取得のために用いることができ、それに
よって従来技術で設けていたような被写界輝度を測定す
るための受光素子が不要となり、コスト低減や、外観デ
ザインの自由度を高めることができる。

【００９８】次に、図１５，１６を参照してＣＭＯＳ型
撮像素子の別な実施の形態について説明する。図１５
は、本実施の形態におけるＣＭＯＳ型撮像素子の回路構
成図である。図１５に示すように、このＣＭＯＳ型撮像
素子は、２次元アレーセンサの構成を採っており、上記
した構造の単位画素が列方向及び行方向にマトリクス状
に並ぶように配置されている。

【００９９】また、垂直走査信号（ＶＳＣＡＮ）の発生
回路である垂直シフトレジスタ１０２が画素領域の左側
に配置されている。行ごとに行方向に並ぶ単位画素１０
０内のＭＯＳトランジスタＱｘｘａのゲートに、垂直シ
フトレジスタ１０２から行うごとに一つずつ出ている垂
直走査信号供給線Ｖ１、Ｖ２がそれぞれ接続されてい
る。

【０１００】また、水平走査信号（ＨＳＣＡＮ）の発生
回路である水平シフトレジスタ１０３が画素領域の下側
に配置されている。列ごとに列方向に並ぶ単位画素１０
０内のＭＯＳトランジスタＱｘｘａのソースが列ごとに
異なる垂直出力線Ｈ１、Ｈ２に接続されている。各垂直
出力線Ｈ１、Ｈ２は列ごとに異なるスイッチとしてのＭ
ＯＳトランジスタＱ０１、Ｑ０２のドレインに一つずつ
接続されている。各スイッチＱ０１、Ｑ０２のゲートは
水平走査信号（ＨＳＣＡＮ）の発生回路である水平シフ
トレジスタ１０３に接続されている。

【０１０１】また、シャッタ信号（ＶＳＨＴ）とドレイ
ン電圧（ＶＤＤ）の発生回路であるタイミングジェネレ
ータ１０１が画像領域の右側に配置されている。二次元
的に配置された全ての単位画素１００内のＭＯＳトラン
ジスタのドレインに、ドレイン電圧（ＶＤＤ）の発生回
路であるタイミングジェネレータ１０１から出ているド
レイン電圧供給線がそれぞれ接続されている。さらに、
二次元的に配置された全ての単位画素１００内のＭＯＳ
トランジスタのゲートに、シャッタ信号（ＶＳＨＴ）の
発生回路であるタイミングジェネレータ１０１から出て
いるシャッタ信号供給線がそれぞれ接続されている。

【０１０２】また、各スイッチＱ０１、Ｑ０２のソース
は共通の定電流源１０４を通してアンプ１０５に接続さ
れており、さらにアンプの出力は出力１０６に接続され
ている。即ち、各単位画素１００内のＭＯＳトランジス
タＱｘｘｂのソースは、トランジスタＱｘｘａ、Ｑ０１
及びＱ０２を介して定電流源１０４に接続され、画素単
位のソースフォロア回路を形成する。従って、各ＭＯＳ
トランジスタＱｘｘｂのゲート−ソース間の電位差、及
びバルク−ソース間の電位差は接続された定電流源（負
荷回路）１０４により決定される。

【０１０３】垂直走査信号（ＶＳＣＡＮ）及び水平走査
信号（ＨＳＣＡＮ）により、逐次、各単位画素のＭＯＳ
トランジスタＱｘｘｂを駆動して光の入射量に比例した
映像信号（Ｖｏｕｔ）が読み出される。上記のように、
単位画素１００は受光ダイオードＤｘｘ及びＭＯＳトラ
ンジスタＱｘｘｂ、Ｑｘｘａで構成されるので、画素の
部分をＣＭＯＳ技術を用いて作成することができる。従
って、上記画素部分を、走査回路１０１〜１０３及び定
電流源１０４等周辺回路とを同じ半導体基板に作成する
ことができる。

【０１０４】この素子構造の特長はプログレッシブスキ
ャン型ＣＣＤ撮像素子の様に全画素同時に露光を開始
し、終了することができる点にある。これはストロボの
ような短時問しか発光しない光源を用いて正確な露光制
御を行うときに有効である。通常のＣＭＯＳ型撮像素子
では一画素づつ順に読み出していくか、または一ライン
づつ読み出していくことになる。この場合、通常の露光
においては問題ないが、ストロボ光の様な短時間の発光
による露光を行う場合に、露光条件が限定される。つま
り、全画素が露光を行っている間に発光開始し、発光終
了しなければならない。本素子の様に電荷の転送を中止
することによる露光終了を行うことはできない。

【０１０５】図１６は、図１５のセンサを用い、Ｄ１１
を第２群の画素として用いた例に関わり、本実施の形態
のＣＭＯＳ型撮像素子を動作させるための各入力信号の
タイミングチャートである。ｐ型のウェル領域を用い、
かつ光信号検出用トランジスタＱｘｘｂがｎＭＯＳの場
合に適用する。素子動作は掃き出し期間（初期化）−蓄
積期間（露光期間）−読み出し期間−掃き出し期間（初
期化）−・・・・というように繰り返し行うことができ
る。

【０１０６】かかる構成の動作について詳細に述べる。
電圧値として０Ｖ、ＶＬ（例えば１Ｖ位）、ＶＭ（例え
ば３Ｖ位）、ＶＨ（例えば５Ｖ位）の４つの値がある。
掃き出し期間はＶＤＤ、ＶＳＨにＶＨを加える（ｔ
０）。これによりフォトダイオードＤｘｘ及びＭＯＳト
ランジスタＱｘｘｂのゲート下のキャリアポケットに蓄
積された電荷を掃き出すことができる。初期化が完了し
た後、ＶＤＤをＶＭに、ＶＳＨをＶＬにする（ｔ１）。
これにより、フォトダイオードに入射した光量に応じて
電荷が発生し、発生した電荷はＭＯＳトランジスタのゲ
ート下に形成されたキャリアポケットに流れ込む。ここ
から露光が開始される。露光期間の後半にストロボを発
光させる（ｔ３）。時刻ｔ３の少し前の時刻ｔ２で、Ｉ
１１、Ｄ１１からの信号の読み出しを開始する。Ｈ１を
用いて、一定時間間隔毎にＤ１１から信号を読み出し積
分して行く。積分値がある閾値に達したとき、すなわち
ストロボの発光量が適正値になったところで露光を終了
させる。このときＶＳＨをＶＬからＶＭにすることによ
りそれを実現する（ｔ４）。これにより露光期間中にフ
ォトダイオードＤｘｘからＭＯＳトランジスタＱｘｘｂ
のゲート下のキャリアポケットに流れ込んでいた電荷の
流れが止まり、露光が終了する。このあと水平シフトレ
ジスタ、垂直シフトレジスタを動作させることにより読
み出しが開始される。例えばＨ１、Ｖ１をそれぞれ０Ｖ
からＨにすることにより（ｔ５）、Ｑ１１ｂからの信号
を読み出すことができる。同様にＨｘ、Ｖｘの組み合わ
せにより全ての画素の信号を読み出すことができる。全
ての信号を読み出した後、再びＶＤＤとＶＳＨをＶＨと
することにより初期化を行い、次の露光に備える。この
あと一定時間置いて、あるいはストロボ発光が終了した
後、各画素からの信号を読み出す。このとき、Ｄ１１を
含む画素からの信号は、すでに読み出されてしまってい
るので、電荷はあまり残っていない。上記例は４画素の
センサを用い、このうちの１画素を受光素子として利用
したものである。画素数が増えても基本的には同じであ
る。ただ第２群の画素が複数個になるので、これらの画
素からの信号が同時に読み出せるように、各画素の読出
しトランジスタがＯＮするようにアドレスを設定する。
読み出した信号は加算され読み出される。加算したとき
の出力信号が大きくなりすぎて、出力アンプのダイナミ
ックレンジを越えてしまうような場合も想定される。こ
の場合は読出しのためのクロックを早くして、第２群の
画素を１画素づつ、またはいくつかずつにまとめて全部
同時でなく、分割して１画面分の信号を読み出すことも
可能である。出力信号は外部で加算、積分されることに
なる。以上のべたＣＭＯＳ型撮像素子の基本的構造に関
しては、例えば特開平１１‐１９５７７８号公報に開示
されているので、以下に詳細は記載しない。

【０１０７】図１７（ａ）は、別な実施の形態にかかる
電子スチルカメラの概略構成図であり、図１７（ｂ）
は、撮像素子２２を被写体側から見た図である。本実施
の形態は、図９に示す実施の形態に対して、第２群の画
素の位置のみが主として異なるので、同様の点について
は説明を省略する。

【０１０８】図１７において、基板２２ａ上に、第１群
の画素（不図示）のみを備えた撮像部５０が配置され、
その下方には、第２群の画素５０ｂの集合体が配置され
ている。第２群の画素５０ｂの信号は、図９の実施の形
態と同様に、コンパレータ７に出力されるようになって
いる。このとき、第２群の画素は１画素でも可能であ
る。

【０１０９】更に、本実施の形態においては、撮影レン
ズ２１と撮像素子２２との間にハーフミラー６０が設け
られ、被写体３からの光（例えば反射光）の一部を光軸
直角方向に反射させる。ハーフミラー６０からの光は、
ミラー６１により反射され、第２群の画素５０ｂに入射
するようになっている。その出力を用いた露光制御に関
しては、上述した実施の形態と同様であるので説明を省
略する。かかる実施の形態によれば、撮像部５４は、信
号取り出し用の配線も含めて、汎用のＣＭＯＳ撮像素子
を用いることができるため、コストをより低減させるこ
とができる。尚、ハーフミラー６０とミラー６１とで、
撮影レンズ２１から撮像部５４に向かう被写体からの光
の一部を受光素子５０ｂまで導光する光学系を構成す
る。

【０１１０】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。例えば、ストロボ調光に限らず、本発
明は露光制御全般に用いることができる。又、本発明は
電子スチルカメラに限らず、放射線撮影装置など、各種
の撮影装置に適用できる。

【０１１１】また、グリーンフィルタの載った画素のみ
を、露光制御データ取得用の第２群の画素として利用す
ることも考えられる。更に、第２群の画素の位置を固定
する必要はなく、例えば中央重点測光の場合、撮像部の
中央の画素から第２群の画素を選択し、平均測光の場
合、撮像部全体から第２群の画素を選択することもでき
る。

【０１１２】画像データ取得用の端子と、露光データ取
得用の端子を共用しても良いし、別にストロボ光量積分
出力端子を設けても良い。第２群の画素からの信号をス
キャンして読み出すときに、部分ごとに分けて読み出す
こともできる。例えば、重要な被写体は中心部にあるこ
とが多いので、中心から読み出していったり、列または
行ごとに読み出したり、らせん状に読み出すことも考え
られる。一つの画素内にメモリ（電荷蓄積部）を２つ設
け、ストロボ発光前の画像電荷と、発光後の画像電荷を
別々に記録することで、発光前のデータは無傷で取得で
きる。ストロボ発光時刻の制御のため、予め適正光量を
見積もっておき、露光終了時刻よりもその分、以前に発
光させることができる。

【０１１３】

【発明の効果】本発明によれば、必要な部品数や調整工
数を減少させることにより、コストが低く、デザイン的
にも制約の少ない又誤差の小さい測光又は調光が可能な
撮影装置及びそれに用いる撮像素子を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態にかかるＣＭＯＳ型撮像素子の等
価回路図である。

【図２】図１の撮像素子を含む撮像素子回路２０の概略
構成図である。

【図３】撮像部５４における画素の配列を示す概略構成
図である。

【図４】図３の撮像部を用いた場合における、信号取り
出し用の配線図である。

【図５】本実施の形態の変形例にかかる撮像部５４にお
ける画素の配列を示す概略構成図である。

【図６】図５の撮像部を用いた場合における、信号取り
出し用の配線図である。

【図７】別な変形例にかかる撮像部５４における画素の
配列を示す概略構成図である。

【図８】図７の撮像部を用いた場合における、信号取り
出し用の配線図である。

【図９】本実施の形態にかかる撮影装置の一例である電
子スチルカメラの概略構成を示す図である。

【図１０】ストロボ発光特性図である。

【図１１】（被写体距離）×（絞り）が小の時のストロ
ボ発光特性を示す図である。

【図１２】（被写体距離）×（絞り）が大の時のストロ
ボ発光特性をそれぞれ示した図である。

【図１３】本実施の形態の撮影制御フローを示す図であ
る。

【図１４】図１３のストロボ露光制御の変形例につい
て、詳細に説明する撮影制御フローを示す図である。

【図１５】本実施の形態におけるＣＭＯＳ型撮像素子の
回路構成図である。

【図１６】本実施の形態のタイミングチャート図であ
る。

【図１７】図１７（ａ）は、別な実施の形態にかかる電
子スチルカメラの概略構成図であり、図１７（ｂ）は、
撮像素子２２を被写体側から見た図である。

【符号の説明】

２ストロボ７コンパレータ２２ＣＭＯＳ型撮像素子２３撮像素子制御回路２７ＭＰＵ５４撮像部５０ａ第１群の画素５０ｂ第２群の画素５１タイミングジェネレータ５２垂直シフトレジスタ５３水平シフトレジスタ１５０ｂ受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｑ５Ｃ０６５ 9/07 Ａ // Ｈ０４Ｎ 9/07 Ｈ０１Ｌ 27/14 ＡＦターム(参考） 2H002 CD05 DB01 DB25 2H053 AD08 4M118 AA07 AA10 AB01 BA14 CA02 DD10 DD12 FA06 FA33 FA42 GC08 5C022 AB01 AB15 AB17 AC52 5C024 AX04 CX54 CX67 CY17 EX12 GY31 GZ42 JX46 5C065 BB08 BB41 DD09 DD15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体を照明する発光装置と、複数の画
素を２次元的に配置した撮像素子とを有し、被写体を撮
影するための撮影装置において、前記撮像素子において、他の画素からの電荷の排出を待
たずに、任意の画素より電荷を排出可能な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、被写体像を画像データ
に変換するために用いられ、前記撮像素子の第２群の画
素は、被写体からの光の量を検出するために用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾値を超えたこと
に応じて、前記発光装置の発光の停止が行われることを
特徴とする撮影装置。
【請求項２】複数の画素を２次元的に配置した撮像素
子を有し、被写体を撮影するための撮影装置において、前記撮像素子において、他の画素からの電荷の排出を待
たずに、任意の画素より電荷を排出可能な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、被写体像を画像データ
に変換するために用いられ、前記撮像素子の第２群の画
素は、被写体からの光の量を検出するために用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾値を超えたこと
に応じて、前記第１群の画素の電荷蓄積の中止、及び前
記第１群の画素に蓄積された電荷の排出の少なくとも一
方が行われることを特徴とする撮影装置。
【請求項３】前記撮像素子は、特定のトリガ信号に応
じて特定の画素より電荷を排出するようになっているこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影装置。
【請求項４】前記第２群の画素の位置に対応する画像
データは、前記第２群の画素の周囲に位置する前記第１
群の画素の画像データに基づいて求められることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮影装置。
【請求項５】前記第２群の画素は、前記第１群の画素
の一部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
かに記載の撮影装置。
【請求項６】前記撮像素子は、前記第２群の画素に蓄
積された電荷が閾値を超えたか否か判断する判断部を有
することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載
の撮影装置。
【請求項７】前記撮像素子は、前記第２群の画素に蓄
積された電荷を外部に出力する出力端子を有することを
特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮影装
置。
【請求項８】前記第２群の画素が３つ以上ある場合、
そのうち一つの画素に蓄積された電荷の値が、他の画素
に蓄積された電荷の平均値に対して、所定値以上高かっ
た場合には、電荷の値が高かった画素の電荷を除外し
て、前記閾値と比較することを特徴とする請求項１乃至
７のいずれかに記載の撮影装置。
【請求項９】前記第２群の画素に蓄積された電荷は、
同時に排出されることを特徴とする請求項１乃至８のい
ずれかに記載の撮影装置。
【請求項１０】前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、クロックに応じて排出されることを特徴とする請求
項１乃至９のいずれかに記載の撮影装置。
【請求項１１】前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、排出されることなく、その量が検出できるようにな
っていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
に記載の撮影装置。
【請求項１２】前記第２群の画素に対し、順次トリガ
信号を付与することによって、前記トリガ信号を付与し
た順に、蓄積された電荷を排出することを特徴とする請
求項１乃至１１のいずれかに記載の撮影装置。
【請求項１３】前記第２群の画素は、電荷蓄積部を少
なくとも２つ有することを特徴とする請求項１乃至１２
のいずれかに記載の撮影装置。
【請求項１４】前記第２群の画素は、撮影画面に対応
する中央寄りに配置されていることを特徴とする請求項
１乃至１３のいずれかに記載の撮影装置。
【請求項１５】前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、撮影画面に対応する中央側の画素から順に排出され
ることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載
の撮影装置。
【請求項１６】被写体を照明する発光装置を備えた撮
影装置に用いる、複数の画素を２次元的に配置した撮像
素子であって、他の画素からの電荷の排出を待たずに、
任意の画素より電荷を排出可能な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、被写体像を画像データ
に変換するために用いられ、前記撮像素子の第２群の画
素は、被写体からの光の量を検出するために用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾値を超えたこと
に応じて、前記発光装置の発光の停止が行われることを
特徴とする撮像素子。
【請求項１７】複数の画素を２次元的に配置した撮像
素子であって、他の画素からの電荷の排出を待たずに、
任意の画素より電荷を排出可能な構造を持ち、前記撮像素子の第１群の画素は、被写体像を画像データ
に変換するために用いられ、前記撮像素子の第２群の画
素は、被写体からの光の量を検出するために用いられ、前記第２群の画素に蓄積された電荷が閾値を超えたこと
に応じて、前記第１群の画素の電荷蓄積の中止、及び前
記第１群の画素に蓄積された電荷の排出の少なくとも一
方が行われることを特徴とする撮像素子。
【請求項１８】前記撮像素子は、特定のトリガ信号に
応じて特定の画素より電荷を排出するようになっている
ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の撮像素
子。
【請求項１９】前記第２群の画素の位置に対応する画
像データは、前記第２群の画素の周囲に位置する前記第
１群の画素の画像データに基づいて求められることを特
徴とする請求項１６乃至１８に記載の撮像素子。
【請求項２０】前記第２群の画素は、前記第１群の画
素の一部であることを特徴とする請求項１６乃至１９の
いずれかに記載の撮像素子。
【請求項２１】前記撮像素子は、前記第２群の画素に
蓄積された電荷が閾値を超えたか否か判断する判断部を
有することを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれか
に記載の撮像素子。
【請求項２２】前記撮像素子は、前記第２群の画素に
蓄積された電荷を外部に出力する出力端子を有すること
を特徴とする請求項１６乃至２１のいずれかに記載の撮
像素子。
【請求項２３】前記第２群の画素が３つ以上ある場
合、そのうち一つの画素に蓄積された電荷の値が、他の
画素に蓄積された電荷の平均値に対して、所定値以上高
かった場合には、電荷の値が高かった画素の電荷を除外
して、前記閾値と比較することを特徴とする請求項１６
乃至２２のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項２４】前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、同時に排出されることを特徴とする請求項１６乃至
２３のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項２５】前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、クロックに応じて排出されることを特徴とする請求
項１６乃至２４のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項２６】前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、排出されることなく、その量が検出できるようにな
っていることを特徴とする請求項１６乃至２５のいずれ
かに記載の撮像素子。
【請求項２７】前記第２群の画素に対し、順次トリガ
信号を付与することによって、前記トリガ信号を付与し
た順に、蓄積された電荷を排出することを特徴とする請
求項１６乃至２６のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項２８】前記第２群の画素は、電荷蓄積部を少
なくとも２つ有することを特徴とする請求項１６乃至２
７のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項２９】前記第２群の画素は、撮影画面に対応
する中央寄りに配置されていることを特徴とする請求項
１６乃至２８のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項３０】前記第２群の画素に蓄積された電荷
は、撮影画面に対応する中央側の画素から順に排出され
ることを特徴とする請求項１６乃至２９のいずれかに記
載の撮像素子。
【請求項３１】２次元的に配置された複数の画素と、前記画素の間に配置された受光素子とからなり、前記受光素子は、２つ以上の画素にわたってライン状に
配置されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項３２】２次元的に配置された複数の画素から
なる撮像部と、前記撮像部に対して被写体像を結像させる撮影レンズ
と、前記撮像部の外側に配置された受光素子と、前記撮影レンズから前記撮像部に向かう前記被写体から
の光の一部を前記受光素子まで導光する光学系と、を有
することを特徴とする撮影装置。