JP2695520B2 - 固体撮像素子の駆動装置 - Google Patents

固体撮像素子の駆動装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば、ビデオカメラ等に用いる固体撮像
素子の駆動装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、ビデオカメラ等で露出補正と呼ばれる機能を実
現するための手段として、撮像素子に入射する光量を直
接制御する絞り羽根等を用いるものや、撮像素子の電荷
蓄積時間を制御する、いわゆる電子シヤツタ機能を用い
るものがあつた。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記の従来例のうち、絞り羽根を用い
る手法では、絞り羽根及びその周辺の機構部材が必要で
あるため、ビデオカメラ等の大型化や高コスト化を招く
という問題点があつた。また電子シヤツタ機能を用いる
手法では、撮像画の動きが不自然になるという問題点が
あつた。
以下、上記問題点のうち、電子シヤツタ機能を用いる
手法における問題点を更に詳しく述べる。
第7図はインタライントランスフア型CCDの概念図
で、1は光電変換をするセンサ部、2は垂直転送レジス
タ、4は水平転送レジスタ、5は出力アンプである。図
中のA−A′線に沿つた断面図及びポテンシヤル図が第
8図である。
第8図中、6は画素分離用のチヤンネルストツプ(C
S)、7はセンサ部1に蓄積された電荷を垂直転送レジ
スタ2に移すためのリードアウトゲート(ROG)、8は
サブストレート、9は酸化膜である。
従来の電子シヤツタ時の動作を第8図及び第9図を用
いて説明する。第9図は、標準テレビジヨン信号の1フ
イールド分における図であり、φROGはリードアウトゲ
ート7に印加されるパルスで、論理レベル“H"のとき
に、リードアウトゲート7のポテンシヤルが下がり、セ
ンサ部1の電荷を垂直転送レジスタ2に移す。除去パル
スφSUBは、サブストレート8に印加されるパルスであ
り、“H"のときにセンサ部1に蓄積された電荷をφSUB
端子を通して外部に掃き出す(除去する)。
この従来例では第9図において、φROGが垂直帰線期
間中にあり、φSUBは、水平帰線期間中にある。時刻t0
にセンサ部1の電荷を読み出した後、次の期間が始まる
が、時刻t1までの水平帰線期間中に、φSUB=“H"とな
るので、t0からt1までの電荷はセンサ部1には残つてい
ない。時刻t1からt2までの間はφSUB=“L"なので、こ
の期間の電荷はセンサ部1に蓄積され、時刻t2のφROG
=“H"パルスで、垂直転送レジスタ2に移される。結
局、この場合の露光時間は(t2−t1)となる。
よつて、電子シヤツタとしての機能は十分に果たすも
のの、従来の電子シヤツタ機能を露出補正として用いる
場合、特に露光時間を連続して可変し用いようとする
と、それぞれの露光時間における動解像度の差がそのま
ま画面上に現われ、1フイールドごとに動解像度が変化
するというような非常に見苦しい画面になることがある
という問題点があつた。
従って、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、動解像度の一定し
た、さらには、被写体の条件に適した露出補正のできる
電子シヤツタ機能を実現する固体撮像素子の駆動装置を
提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上述の課題を解決し、目的と達成するために、本発明
の固体撮像素子の駆動装置は、光信号を受けて光電変換
を行い、情報の蓄積を行うセンシング手段と、該センシ
ング手段から情報を読み込む第1の記憶手段と、該第1
の記憶手段からの情報を記憶する第2の記憶手段と、前
記センシング手段の情報を除去する除去手段とを有し、
1フイールド期間内に2回以上間欠的に前記センシング
手段の情報を前記除去手段によつて除去させることによ
り、情報蓄積時間を制御する固体撮像素子の駆動装置で
あつて、1フイールド期間内で垂直同期信号より第1の
所定時間T1後に前記除去手段の動作を第2の所定時間T2
毎に行わせ、前記除去手段の動作のうちの所定回数Nの
該動作毎に、該動作の終了から、第3の所定時間T3後に
前記センシング手段からの情報を前記第1の記憶手段へ
読み込ませる制御手段であって、動きの大きい被写体を
撮像するための動モードと、動きの少ない被写体を撮像
するための静モードとを有し、前記動モードと前記静モ
ードとで前記第1の所定時間T1を切り替える制御手段を
備えることを特徴としている。
また、この発明に係わる固体撮像素子の駆動装置にお
いて、前記センシング手段から前記第1の記憶手段へ情
報を移動させるタイミング及び、前記センシング手段の
情報を除去するタイミングが、標準テレビジヨン信号の
水平帰線期間の中、あるいは近傍であることを特徴とし
ている。
[作用] 上記の構成において、本発明は、1フイールド期間内
で離散的に蓄積を行うことにより、動解像度を一定にす
ることができる様に作用する。また、明るさに応じて蓄
積回数の異なるモードを有することにより、総合的蓄積
時間を制御して、被写体の条件に適した露出補正を行う
ことができる。
さらに、第1の所定時間T1を、動きの少ない被写体を
撮像する時と動きの大きい被写体を撮像する時とで切り
替えることにより、動きの大きい被写体に対しても動解
像度を低下しにくくでき、かつ、画面によって動解像度
を変化しにくくすることができる。
[実施例] 以下、本発明の好適な一実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
第2図は、本実施例で用いるCCDセンサの概念図であ
る。このセンサはフレームインターライントランスフア
型CCDと呼ばれるもので、第7図との相違点は記憶部3
(第2の記憶手段)があることである。記憶部3の記憶
セルの数は、センサ部1(センシング手段)のセルの数
と同じである。センサ部1からの電荷は垂直転送レジス
タ2(第1の記憶手段)に移された後、垂直帰線期間中
に記憶部3に転送され、その後、所定のタイミングで水
平転送レジスタ4に移され、出力アンプ5を通して読み
出されて行く。
また、第2図のA−A′線に沿う断面図及びポテンシ
ヤル図は、第8図と同様であり、前述の電荷掃き出しの
機構及びセンサ部1から垂直転送レジスタ2への電荷読
出しの機構も同様である。
第1図は、本実施例の動作を説明する図で、第2図に
示すCCDセンサ自体で露出補正をするときの駆動の仕方
を説明するものである。
時刻F1で、直前までセンサ部1に蓄積されていた電荷
は、センサ部1より垂直転送レジスタ2に送られ、さら
に垂直転送レジスタ2からは1フイールド分の電荷が垂
直帰線期間中に高速に記憶部3に送られる(図中の垂直
転送期間)。その後、図に示す様に、φSUB除去パルス
は時刻S1,S2,…,Smと1フイールドにm回第2の所定時
間T2の間隔で発生され、センサ部1に蓄積された電荷は
φSUB除去パルス発生毎に外部に掃き出される(除去さ
れる)。
又、φROG転送パルスは時刻F1より1フイールドの途
中から時刻R1,R2,…,RNと各パルス間隔K1×T2,K2×T2,
…,KN−1×T2[ただし、K1,K2,…,KN−1は正の整数]
のタイミングで駆動される。最初のパルスR1の直前のφ
SUB除去パルスは図示する如く、時刻F1より第1の所定
時間T1だけ遅れた関係になつている。φSUB除去パルス
とφROG転送パルスの時間差である第3の所定時間T3
が、図示する如く実際のセンサの蓄積期間a1,a2,…,aN
となる。つまり、1フイールド期間内において、N回の
細かな蓄積期間a1,a2,…,aNにセンサ部1に蓄積された
電荷は、時刻R1,R2,…,RNに順次垂直転送レジスタに転
送され、蓄積される。
したがつて、1フイールド期間内のT3の時間長を持つ
N回の細かな蓄積期間にセンサ部1に発生した電荷の総
和,つまり総合的蓄積時間T0=N×T3の間に蓄積された
電荷が、垂直転送レジスタ内で加算され、ミツクスされ
た後、一度に高速で垂直転送されて記憶部3に蓄積され
ることとなる。
ここで、φSUB除去パルスの発生タイミングS1,S2,…,
Sm及び、φROG転送パルスの発生タイミングR1,R2,…,RN
は、標準テレビジヨン信号の水平帰線期間の中、あるい
は近傍に設定されている。これは、φSUB除去パルスあ
るいは、φROG転送パルスを上記以外のタイミングで発
生させると画面上にノイズとして見えてしまうからであ
る。
その後、記憶部3に蓄積された電荷が、所定のタイミ
ングで水平転送レジスタ4に移され、出力アンプ5を通
して出力信号として取り出される過程は、第7図のイン
ターライントランスフア型CCDと同様である。
第3図は,CCD11から取り出された出力信号を処理する
過程を示したブロツク図である。CCD11から取り出され
た出力信号はプロセス回路12でγ補正、ニー補正、自動
利得補正等の補正を受け、エンコードされて映像信号Vo
utとして出力される。一方、プロセス回路12の出力中の
輝度信号Yは、平均化回路13を介してとなつて演算回
路14に入力され演算処理される。演算回路14はCCDドラ
イバー16を介してCCD11の駆動タイミングつまりT1〜T3
をコントロールする。
なお、モード設定回路15は、被写体の条件に合わせた
複数のモードを有し、そのうちの一つを選択して切り替
える働きをする。ここで、複数のモードとは、たとえば
二つのモードからなり、一つは動きの速い被写体に適用
される動モードであり、もう一つは、動きの遅い被写体
に適用される静モードである。演算回路14は、モード設
定回路15からの選択信号を受けて、T1,T2,T3を所定の値
に設定する。ドライバー回路16は演算回路14で設定され
たT1,T2,T3の設定値にしたがつて、CCD11を駆動する。
次に、T1,T2,T3を被写体の条件によつて変化させる方
法について説明する。
第4図は、演算回路14のアルゴリズムの一例をフロー
チヤートに示した図である。まず、動モードか、静モー
ドかを判断し、動モードに対しては、T1=t1,T2=t2,T3
=t3,Kj=kj(kjは正の整数)、静モードに対しては、T
1=t1′,T2=t2,T3=t3,Kj=ij(ijは正の整数)の様に
T1,T2,T3及びKjを設定する。ただし、t1′<t1,kj<ij
である。
これは、動きの大きな被写体に対してT1を小さく設定
すると、ストロボアクシヨンのように像がぶれてしまう
ので、T1を大きくして、1フイールド期間内でのセンサ
部1の蓄積開始から、蓄積終了までの時間を短くして、
ぶれを小さくしようとするからである。
次に、平均化された輝度信号のレベルが基準値Y1よ
り大ならば、すなわちある程度以上明るい被写体の場合
には、動モードでは、Kj=kj′(kj<kj′)、静モード
では、Ij=ij′(ij<ij′)とする。また、が基準値
Y2(Y2<Y1)より小ならば、すなわちある程度以上暗い
被写体の場合には、動モードでは、Kj=kj″、静モード
では、Kj=ij″(kj>kj″,ij>ij″)とする。その後
プログラムの最初に戻り、上述の動作を繰り返す。
第5図及び第6図は、演算回路14のアルゴリズムによ
つて設定されるT1,T2,T3およびKjを各モードについてタ
イミングチヤートに表した図である。第5図は動モード
の場合であり、第6図は静モードの場合である。
まず、第5図の動モードにおいて、(a)は、Y1<
の場合、すなわち、被写体がある程度以上明るい場合で
あつて、T1=t1,T2=t2,T3=t3, Kj=kj′となる。つ
まり、蓄積間隔を広げて、1フイールド期間内の蓄積回
数NをN=n2(n2<n1)とすることにより、トータルの
蓄積時間を減少させる。
(b)は、Y2≦≦Y1の場合、つまり通常の明るさの
場合であつて、T1,T2,T3,及びKjは、アルゴリズムの初
めに設定された状態のまま、T1=t1,T2=t2,T3=t3, K
j=kjとなる。このとき、1フイールド期間内の蓄積回
数Nは、N=n1となる。
(c)は、Y2>の場合、すなわち、被写体がある程
度以上暗い場合であつて、T1=t1,T2=t2,T3=t3, Kj
=kj″となる。つまり、蓄積間隔を短くして1フイール
ド期間内の蓄積回数NをN=n3(n3>n1)とすることに
より、トータルの蓄積時間を増加させる。
第6図の静モードについてはアルゴリズムの最初の設
定が、T1=t1′,T2=t2,T3=t3,Kj=ijとなる以外は、
動モードの場合と同様である。したがつて、(a)のY1
<のときには、T1=t1′,T2=t2,T3=t3,Kj=ij′と
なり、(b)のY2≦≦Y1のときには、T1=t1′,T2=t
2,T3=t3,Kj=ijとなり、(c)のY2>のときには、T
1=t1′,T2=t2,T3=t3,Kj=ij″となる。
以上説明した方式では、1フイールド期間内で、蓄積
間隔(Kj×T2)(ただし、Kjは正の整数)を変化させて
蓄積回数Nを変化させることにより、1フイールドの総
和としての、総合的蓄積時間T0をコントロールすること
ができる。即ち被写体の明るさによつて、また、被写体
の条件、環境によつて変化、制御して使用することが出
来る。
また、被写体の動きの速さに応じて1フイールドの蓄
積開始までの時間T1を変化させることにより、動きの早
い被写体に対しても動解像度が低下しにくく、かつ、画
面によつて動解像動が変化しない電子シヤツタ機能が実
現可能となる。
さらに、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で上記
実施例を修正もしくは、変形したものに適用可能であ
る。
例えば、本実施例では、1フイールド期間が1/60秒の
場合について説明したが、この時間に限定されるもので
はない。また、二次元センサーばかりでなく、一次元セ
ンサーに適用しても良い。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、1フイールド期
間内で離散的に蓄積を行うことにより、動解像度を一定
にすることができるという効果がある。また、明るさに
応じて蓄積回数の異なるモードを有することにより、総
合的蓄積時間を制御して、被写体の条件に適した露出補
正を行うことができるという効果がある。
さらに、第1の所定時間T1を、動きの少ない被写体を
撮像する時と動きの大きい被写体を撮像する時とで切り
替えることにより、動きの大きい被写体に対しても動解
像度を低下しにくくでき、かつ、画面によって動解像度
を変化しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の動作を説明する図、 第2図は同実施例で用いるフレームインターライントラ
ンスフア型CCDの概念図、 第3図は、CCDから取り出された出力信号を処理する過
程を示したブロツク図、 第4図は、演算回路のアルゴリズムをフローチヤートに
示した図、 第5図は動モードの動作をタイミングチヤートに表した
図、 第6図は静モードの動作をタイミングチヤートに表した
図、 第7図はインターライントランスフア型CCDの概念図、 第8図は第7図のA−A′線に沿う断面図及びポテンシ
ヤル図、 第9図は従来の電子シヤツタの動作を説明する図であ
る。 図中、1…センサ部(センシング部)、2…垂直転送レ
ジスタ(第1の記憶手段)、3…記憶部(第2の記憶手
段)である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光信号を受けて光電変換を行い、情報の蓄
    積を行うセンシング手段と、該センシング手段から情報
    を読み込む第1の記憶手段と、該第1の記憶手段からの
    情報を記憶する第2の記憶手段と、前記センシング手段
    の情報を除去する除去手段とを有し、1フイールド期間
    内に2回以上間欠的に前記センシング手段の情報を前記
    除去手段によつて除去させることにより、情報蓄積時間
    を制御する固体撮像素子の駆動装置であつて、 1フイールド期間内で垂直同期信号より第1の所定時間
    T1後に前記除去手段の動作を第2の所定時間T2毎に行わ
    せ、前記除去手段の動作のうちの所定回数Nの該動作毎
    に、該動作の終了から、第3の所定時間T3後に前記セン
    シング手段からの情報を前記第1の記憶手段へ読み込ま
    せる制御手段であって、動きの大きい被写体を撮像する
    ための動モードと、動きの少ない被写体を撮像するため
    の静モードとを有し、前記動モードと前記静モードとで
    前記第1の所定時間T1を切り替える制御手段を備えるこ
    とを特徴とする固体撮像素子の駆動装置。
  2. 【請求項2】前記センシング手段から前記第1の記憶手
    段へ情報を移動させるタイミング及び、前記センシング
    手段の情報を除去するタイミングが、標準テレビジヨン
    信号の水平帰線期間の中、あるいは近傍であることを特
    徴とする請求項第1項に記載の固体撮像素子の駆動装
    置。
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